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1 2014 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2014A350 하이브리드궤도회로시스템실용화를위한적용성검토 Examination the hybrid track circuit system applicability 김유호 *, 조용균 **, 이영호 **, 이종영 **, 김예지 * You Ho Kim *, Yong-gyun Cho * *, Young Ho Lee * *, Jong Young Lee * *, Ye Ji Kim * Abstract A lot of research recently has done for efficiency and reliability of the train operation, and securing domestic technology of train operation system. However, as increase dependence level of foreign system which is expensive, weakening the competitiveness of domestic technology and increasing the operation cost are concerned. Thus hybrid track circuit system, basic position detection system of train, is being developed for minimizing foreign system dependence. With this paper, we inspect current situation of the train signal system and examine applicability of the hybrid track circuit system from now on. Keywords : Railway Signal, Precise Positioning, Hybrid Track Circuit 초록최근열차운행에대한효율화와안전성, 그리고열차운행시스템에대한국내기술확보를위해많은연구개발사업을수행하고있다. 하지만국내철도신호시스템은사용실적이있는고가의해외시스템을도입하고있기때문에해외의존도가높아짐에따라국내기술의경쟁력약화, 사업비증가가우려되는실정이다. 그래서해외의존도를최소화하기위해열차제어시스템의가장기본적인열차위치검지기능시스템인하이브리드궤도회로시스템을개발중이다. 본논문에서는하이브리드궤도회로시스템실용화를위해국내 외철도신호시스템구축현황을살펴보고, 향후하이브리드궤도회로시스템의적용성을검토해보고자한다. 주요어 : 철도신호, 정위치정차, 하이브리드궤도회로 1. 서론 해외철도에서는노선간연계운행, 유지보수비용절감, 수송용량증대등을위하여무선통신기반열차제어시스템 (CBTC: Communication Based Train Control) 으로전환하는추세이다. 우리나라에서도최근개통된용인경전철, 신분당선, 부산-김해경전철은무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 을사용하고있다. 또한기존궤도회로방식의열차제어시스템노후화로인한개량시기가도래에따라 ATP/ATC로개량하는움직임을보이고있다. 하지만열차제어시스템의핵심기술을해외에의존하고있어사업비가증가하고있다. 교신저자 : 에이알텍기술연구소 (asa812@korea.com) * ( 주 ) 에이알텍기술연구소 ** 에이알텍설계사업부

2 해외의존도를탈피하고철도신호시스템의국산화하기위해개발된열차위치검지기능시스템인하이브리드궤도회로시스템을개발중이다. 본논문에서는국내 외철도신호시스템구축현황을살펴보고향후열차위치검지기능시스템인하이브리드궤도회로시스템의적용성을검토해보고자한다. 2. 본론 2.1 하이브리드궤도회로시스템 정의하이브리드궤도회로시스템은궤도회로단락에의해열차위치를검지하는방식이아니라선로에설치된태그와차상간의정보전송으로열차위치를검지하는방식인시스템이다. 하이브리드궤도회로시스템은 Fig. 1과같이전방과후미에각각 900MHz의특수안테나를설치하여침목위의태그를읽어제어장치에전달하여계산된절대위치정보를열차에전달한다. 또한기존의 ATO(Automatic Train Operation)/ ATP(Automatic Train Protection) 시스템과연동이되어기존에운행중인차량, 현재개발하고있는차세대전동차시스템에도설치가가능하다. Fig. 1 하이브리드궤도회로시스템 구성 HTC 시스템은태그와태그로부터올라오는정보를인식하는안테나그리고안테나의정보를분석하는 HTC Controller 등으로구성하고있다. 이시스템은차량의안테나에서전력파를송신하면태그는전력파를전원으로하여태그의위치정보를안테나를통해전송한다. 안테나를통해수신된정보는차량에설치되어있는 HTC Control Box를통해차량의기존 ATO/ATP 시스템과호환성을가지며열차위치를파악한다. 리더안테나는 2개의원형편파를가지는방사체를사용하였다. Table 1은리더에사양이다. 프로토콜은 EPC Class 1 Gen2&ISO C 모두지원을하고주파수는글로벌 UHF대역을만족한다. 최대출력은 1W(30dBm) 이고실효방사전력은 4W(36dBm) 미만이다.

Table 1 RFID 구성및특징 제품제품사양제품특징 프로토콜주파수메모리크기 ISO 180000-6B/G2 860~960MHz 512bit 100mm*100mm*4mm -

태그 주파수대역 송신출력 인식거리 902~928MHz 1W(30dBm 이하 ), EIRP=4W[36dBm 이하 ] 6m 이상 - 고성능 RFID 기능제공.

2 RFID 인식테스트현장시험제작한태그의철도안정화시스템의적용가능성을고찰하기위하여 2호선강변역과잠실나루역사이의직선구간에서 RFID 인식테스트를진행하였다.

10km/h에서 60km/h까지 5km/h 단위, 태그의간격을 1m로설치한후각각의지정속도를유지하며태그를인식할결과 45km/h 이하의속도에서는 100% 의태그인식률을나타내었다.

3 Table 1 RFID 구성및특징 제품제품사양제품특징 프로토콜주파수메모리크기 ISO B/G2 860~960MHz 512bit 100mm*100mm*4mm - 온도 200 이상변형이일어나지않음. - 광대역메모리가능 - 야간및주간에도사용가능 - 방습및충격에사용가능하기때문에매립을하지않고사용가능 - 자유롭게주파수튜닝이가능. 태그 주파수대역 송신출력 인식거리 902~928MHz 1W(30dBm 이하 ), EIRP=4W[36dBm 이하 ] 6m 이상 - 고성능 RFID 기능제공. -TCP/IP, RS23C, wireless LAN 지원가능. 동작온도 -20 ~+50 크기 260mm*580mm*50mm 리더기 2.2 RFID 인식테스트현장시험제작한태그의철도안정화시스템의적용가능성을고찰하기위하여 2호선강변역과잠실나루역사이의직선구간에서 RFID 인식테스트를진행하였다. 모터카속도에따른 RFID 태그의인식률에대한테스트결과를 Table 2(a) 에나타내었다. 10km/h에서 60km/h까지 5km/h 단위, 태그의간격을 1m로설치한후각각의지정속도를유지하며태그를인식할결과 45km/h 이하의속도에서는 100% 의태그인식률을나타내었다. 그러나 50km/h와 60km/h의속도에서는각각 99% 와 94% 의태그인식률을나타내었다. 50km/h 이상의속도에서발생하는인식률저하를보완하기위하여태그를 2m 및 5m간격으로변경하여테스트한결과 Table 2(b) 와같이 98% 의태그인식률을나타내었다. 태그간격의조정으로 RFID 시스템의태그인식성능차이를확인할수있었다. Table 2 현장태그인식률시험 (a) (b)

4 2.2 국내신호시스템현황 경전철우리나라는 1990년대부터지자체별로경전철건설을계획하였으며, 현재개통되었거나건설중인경량전철노선대상으로구축된신호시스템현황은 Table 3과같다. 경전철건설은대부분민간자본을유치하여진행되고있으며, 운영및수익성등을감안하여차량운행과연관된무인자동운전을지원하는모든신호시스템은외국시스템을도입하고있다. Table 3 경전철도입시스템 열차간격제어방식제작사 ( 공급사 ) 노선명 궤도회로 고정폐색방식 발리스 ( 루프 ) 가상폐색 이동폐색방식 지상설비 차상설비 비고 용인에버라인 ATP/ATO Bombardier Bombardier 2013 년개통 의정부 - ATP/ATO - - Siemens Siemens 2012 년개통 부산김해 ATP/ATO Thales Thales 2011 년개통 우이-신설선 ATC/ATO Ansaldo Ansaldo 2016 년개통 대구 3 호선 ATC/ATO Hitachi Hitachi 2015 년개통 인천 2 호선 ATP/ATO Thales Thales 2016 년개통 광역도시철도 1990년대이후개통되었거나건설중인도시철도및광역철도를대상으로구축된신호시스템현황조사결과는 Table 4와같다. 노선별다소차이는있으나발리스와궤도회로를사용한 ATP/ATO가주류를이루고있으나, 최근신분당선의경우경전철과같은맥락으로외국에서도입한무선통신기반의열차제어시스템을적용하였다. Table 4 광역도시철도도입시스템 열차간격제어방식제작사 ( 공급사 ) 노선명 궤도회로 고정폐색방식 발리스 ( 루프 ) 가상폐색 이동폐색방식 지상설비 차상설비 비고 광주지하철 ATC/ATO 교산교산 2004 년개통대구 2 호선 - ATP/ATO - - Alstom Alstom 2005 년개통대전지하철 - ATP/ATO - - Siemens Siemens 2006 년구축인천공항철도 - ATP/ATO - - Alstom Alstom 2007 년개통서울 2 호선 - ATP/ATO - - Siemens Siemens 2008 년개통

5 서울 9 호선 - ATP/ATO - - Alstom Alstom 2009 년개통 신분당선 ATP/ATO Thales Thales 2011 년개통 소사-원시선 - - ATP/ATO 미확정 망우-평내 - ATP - - Thales Thales 2011 년 궤도회로또는발리스를사용하는기존의열차제어시스템은전체철도건설비에서차지하는규모가 3.3% 수준에불과했지만, 현재건설중이거나개통을준비하고있는경량전철의무선통신기반열차제어시스템이차지하는비율은최소 6.2% 에서최대 9.4% 로급격히증가함으로써철도분야에서의열차제어시스템의비중이점진적으로증가하는추세이다. Table 3, Table 4와같이열차제어시스템모든부분을해외기술에계속의지한다면사업비및운영비가지속적으로증가할것으로예상된다. 그러므로열차제어시스템의국내기술을적용할필요성이보여진다. 2.3 국외신호시스템현황 기존의신호시스템은건설당시에는최신설비였지만 20여년이지나면시설이노후되고유지보수를위한부품들은생산이중단되어열차안전운행에지장을받게된다. 그래서해외선진각국에서는이미기존노후설비위에새로운시설을부가설치하여현재사용하고있거나실험중에있다. Table 5는해외에서개량한사업사례이다. 해외에서도 CBTC 시스템이필수적으로바뀌고있다. 국내철도도해외철도동향에맞추어개량사업한다면 CBTC 시스템으로맞춰나갈것으로보여진다. Table 5 해외개량사업사례 개량노선 파리 1 호선 주요특징 -CBTC -차량개조 -차량기지에서무인운전 -종착역에서회차 -CBTC, 90 초운전시격 칠레, 산티아고 1호선아제르바이잔, 바쿠 Red/Green선스코틀랜드, 글라스고 -차량개조 -차량기지에서무인운전 -종착역에서회차 -CBTC, 90초운전시격 -시간당승객수송량 (PPHPD) : 37,500 45,000 -개량사업은현재진행중 -세계에서 3번째로오래된지하철시스템개량

6 2.4 적용성검토 Table 6은서울시 10개년도도시철도기본계획이다. 이노선에서도태그와리더기는필수적으로사용되어야할것이다. 그러나태그와리더기를적용할수있는것은고가의해외기술뿐이다. 그리므로하이브리드궤도회로시스템의태그와리더기를적용한다면경제파급효과가클것으로생각된다. Table 6 서울시 10개년도도시철도기본계획구분노선명사업구간정거장수연장 서울시 10개년도도시철도기본계획 우이 ~ 신설연장 우이 ~ 방학 3개소 3.53 동북선 왕십리 ~ 은행사거리 14개소 면목선 청량리 ~ 신내 12개소 9.05 서부선 장승배기 ~ 새절 12개소 DMC 경전철 수색역 ~ 월드컵경기장 11개소 6.50 목동선 신월 ~ 당산 12개소 신림선 여의도 ~ 서울대 10개소 결론국내 외신호시스템운영현황을조사한결과, 현재철도시장은신설노선에경우 CBTC 형태의시스템을적용하고있고, 기존노선의경우 ATP/ATC로개량하고있는것으로보아 CBTC 시스템이필수적으로적용되고있다. 이시점에태그와리더기부분을하이브리드궤도회로시스템을적용한다면해외기술에의존하고있는국내철도신호시장은점차국내기술에의해구현될수있는시작점이될것으로기대된다. 후기 본논문은국토교통과학기술진흥원 하이브리드궤도회로개발 연구비지원에의해수행되었습니다. 참고문헌 [1] 이창룡, 이기서, 양동인, 오세화, 정호영, 김주안 하이브리드궤도회로안전성분석에대한연구, 한국철도학회추계학술대회, 2013 [2] 권부석, 정호형, 이기서, 이창룡 하이브리드궤도회로시험방법및절차에관한연구, 한국전자통신학회논문지, 9권, 3호, 2014 [3] 국토해양부, 한국건설교통기술평가원 (2010) 철도분야신호시스템상세기획연구연구보고서, 국토교통부, pp. 3. [4] 서울시립대학교, 신호개량및인상선을통한도시철도혼잡구간개선효과분석

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Microsoft Word - KSR2016A108 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A108 한국형무선통신기반열차제어시스템인터페이스구성연구 A Study on the interface for Korean Radio-based Train Control System 박주훈 *, 홍상아 *, 장선영 *, 김희식 ** Ju Hun Park *, Sang-A Hong *, Sun Young Jang