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양균 마
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1 2017 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2017A036 철도시스템신기술개발동향분석 Analysis of railway system new technology development trend 김도연 *, 정윤상 *, 강은구 *, 안현근 *, 김유진 *, 최지훈 *, 차재원 *, 박순 *, 박정수 ** Do Yeun Kim *, Yun Sang Jeung *, Eun Gu Kang *, Hyun Geun An *, You Jin Kim *, Ji Hun Choi *, Jae Won Cha *, Soon Park *, Jeong Soo Park ** Abstract Currently, Korea is becoming the center of the nation's high-speed railway system. About 20% of the total population of KTX, general railway and urban railway users use rail for one day. The railroad is looking for more light amid the increasing cost of congestion and air pollution, Because of the increasing number of railway users, railway vehicles, railway stations, energy supply facilities, and railway management systems have been organically fused, and interest in railway systems, a collection of science and technology, has also changed. In addition, the central government is promoting future-oriented new technology development, R & D investment and railway policies in the railway system to enhance safety, and it is also necessary to have competitiveness to play a leading role in the international railway market in the age of infinite competition. In this paper, we analyze the trend of new technology development for railway signal system, railway, driving, management, communication, electricity, civil engineering, logistics, station, do. Keywords : Railway systems, New Technology Development, competitiveness, R&D, Congestion Cost 초록현재우리나라는고속철도가중심이되어전국생활권이되어가고있다. KTX, 일반철도, 도시철도이용자가전체인구중약 20% 가하루동안철도를이용한다. 점점심화되는혼잡비용과대기오염속에철도는더욱빛을바라고있으며증가하는철도이용자로인하여철도차량, 선로, 철도역과에너지공급시설, 철도관리시스템등이유기적으로융합하여과학기술의집합체인철도시스템에관한관심도필수적으로바뀌었다. 또한안전성을높이기위한철도시스템에미래지향적인신기술개발과 R&D 투자및철도정책을중앙정부에서는추진하고있으며무한경쟁시대에접어든국제철도시장에선도자역할을할수있는경쟁력도필요한시점이다. 이에본논문에서는그동안연구개발한철도신호, 차량, 운전, 경영, 통신, 전기, 토목, 물류, 역, 관제중심으로철도시스템이라는집합체에대한신기술개발동향에대해분석하고향후발전방향에대해제시하고자한다. 주요어 : 철도시스템, 신기술개발, 경쟁력, R&D, 혼잡비용 1. 서론 대한민국은세계각국으로철도에대한노하우를전수하고개발을돕고있다. 세계시장의중심에서기위해정부에지원과철도산업내, 외부로노력하고있다. 교신저자 : 동양대학교철도학술동아리 T.R.M 김도연 (kdy94100@naver.com) * 동양대학교철도학술동아리 T.R.M ** 동양대학교철도학술동아리 T.R.M 지도교수 하지만가장중요한것은철도시스템각분야별기술에경쟁력을높이는것이다. 철도시스템은각분야별로유기적인집합체라고할수있다. 10 개의분야별현재핵심기술및신기술개발동향을살펴보자. 2.1 관제 2. 본론

2 2.1.1 실시간철도안전통합감시제어시스템 (Real-time Railway Safety Integrated Monitoring and Control System) 철도관제시스템을중심으로 IOT 기술과빅데이터분석을활용하여차량과선로, 역사의위험정보를실시간으로통합하고분석하여정보를공유하는시스템으로주로사고예방을위한시스템 저심도도시철도용신호관제시스템 (Signal control system for low-depth urban railway) 불과 5~7m 가량의지하에구축되며 LTE-R 을이용해역사를거치지않고바로관제시스템으로연결가능한시스템. 2.2 경영 철도시설이력관리종합정보시스템 (RAFIS : Rail Facilities Information and history System) ICT 기술을접목한이력관리시스템을통해현행현장인력의정기점검형태의획일적인관리방식에서탈피, 유지보수체계를과학적분석기법을활용한일원화된예방보수체계 지능형열차운영계획지원프로그램 (Dr. Metro : Demand Responsive Metro Train Operation System) 교통카드에축적된자료로도시철도승객의이동경로및탑승열차를분석하여최적의열차운행스케줄을만드는시스템. 2.3 물류 전기기관차분산중련무선제어기술 (Dispersion Sequence coupling Wireless control System) 기관차 2 대를화차앞뒤에나눠연결 ( 분산중련 ) 하고앞의기관차 ( 제어기관차 ) 가뒤의기관차 ( 피제어기관차 ) 를무선으로제어하는첨단기술 이단적재화물열차 (K-DST : Korea - Double Stack Train) 3 축대차, 로우큐브컨테이너, 포켓형저상차체기술을활용하여기존의터널을개량하지않고컨테이너를 2 단으로적재할수있는기술. 2.4 신호 지능형열차제어시스템 (MBS : Moving Block System) 궤도회로를이용하지않고열차위치인식과열차추적, 열차이동권한등을차상 - 지상간양방향무선데이터통신에의하여열차를제어하는시스템 일반고속철도용무선통신기반열차제어시스템 (KTCS : Korea Train Control System) 속도와운행환경에상관없이무선통신을기반으로하는복합열차운행노선에최적화된한국형차세대열차제어시스템. 2.5 역 철도승강장추락사고예방시스템 (Virtual 3D Curtain) 철도이용승객의철도승강장내추락사고예방과안전한보행환경을제공하기위해통행패턴및보행상황을실시간으로확인해피해를최소화하는지능형철도안전시스템 철도소음흡수형태양광방음벽 (Railway noise-absorbing solar noise barrier) 소음저감효과를그대로유지하면서뒷면에부착된모듈패널을통해태양광에너지를저장하고, 저장된전기를수요자 ( 한전등 ) 에게판매할수있는친환경방음벽. 2.6 운전 급행열차운영시스템 (Express train operating system) 완행열차에비해일부역을통과하여주요역에만정차하고특급수송을행하는열차 열차자동운전장치 (ATO : Automatic Train Operation) 지상에서열차의운전조건을차상으로전송하여열차의출발, 정차, 출입문개폐등을자동으로동작하도록하여기관사없이도운행할수있는시스템. 2.7 전기 한국형전차선로 (Cako250) 250km/h 급준고속용전차선로시스템 대용량무선전력전송시스템 (Wireless High Power Transfer System) 전기에너지를자기유도, 자기공명및전자기파형태로변환한후이를무선으로전송하여말단의부하시스템에비접촉방식으로전기에너지를공급하는기술. 2.8 차량

3 2.8.1 아음속캡슐트레인 (HTX:Hyper Tube express) 보잉 737 비행기보다 1.5 배빠른초고속 진공열차인하이퍼루프의한국판 차세대고속열차 (HEMU-430X : High speed Electric Multiple Unit 430km/h experiment) 동력집중식인 KTX-1, KTX- 산천과는다른동력분산식설계와 430km/h 로운행가능한고속열차 도시형자기부상열차 (Urban Transit Maglev) 자기력을이용해차량을선로위에부상시켜움직이는열차. 2.9 토목 철도보강노반시스템 (Reinforced Subgrad For Railways System) 토체 ( 토목섬유보강재와틀로조성 ) 를먼저시공한후강성벽을시공하여토체와강성벽을일체화함으로써, 열차의반복하중에대한안전성을확보하고토사사용량을저감하는신기술 콘크리트도상개량공법 (B2S Track System) 자갈도상궤도를콘크리트도상궤도로개량하는것으로공장에서정밀하게제작된궤도용콘크리트판을레일하부에설치하고바닥과콘크리트판사이에채움콘크리트를타설하는공법 터널굴착용와이어소기술 (Wire Saw Rock Cutting Model for Tunnel Excavation) 석재채취에사용하던줄형태의와이어소를이용해터널막장을깎아암반에틈새를만들어낸뒤발파하는기술 통신 철도통합무선망 (LTE-R) 350km 이상의속도로달리는기차에서도영상통화를비롯한데이터통신이가능하며한국형열차제어시스템의열차제어데이터전송장치로사용되는 4G 철도통합무선망 SMART TRAIN IP 기반의 ICT, IOT, AI, 빅데이터등첨단신기술과철도시스템의융합을통해승객편의성, 운영효율성및안정성을향상시키는지능형철도시스템. <Table 1> New technology of railway by sector 분야신기술개발주체 / 일자도입후 관제 경영 물류 실시간철도안전통합감시제어시스템 저심도도시철도용신호관제시스템 철도시설이력관리종합정보시스템 지능형열차운영계획지원프로그램 전기기관차분산중련무선제어기술 이단적재화물열차 한국철도기술연구원 / 17 년말예정 테크빌 / 17 년종합시운전시작 한국철도시설공단 / 17 년말예정 한국철도기술연구원 / 15 년개발 한국철도공사, 한국철도기술연구원, 현대로템 / 17년시험운행완료한국철도공사, 한국철도기술연구원, CJ대한통운 / 17년도공개시연회개최 선진국수준이상의안전성향상과조기예측기술력확보 ( 사망자, 중상자감소효과도거둘것 ) 저심도로써구축및운영비용을기존대비 30% 이상감소가능철도시설전반에대해신뢰성기반유지보수체계를구축하여과도한정비를방지하고유지보수프로세스효율화를실현급행열차운영방식에따라각열차별혼잡도를매우정밀하게추정할수있고혼잡도완화효과상승수송량 2.4배증가운영수익 1.46배증가인력비용 50% 감소수송효율 2배상승, 인프라개량비용최소화, 침체된철도물류활성화.

4 신호역운전전기차량토목 지능형열차제어시스템 일반고속철도용무선통신기반열차제어시스템 철도승강장추락사고예방시스템 철도소음흡수형태양광방음벽 급행열차운영시스템 열차자동운전장치 한국형전차선로 대용량무선전력전송시스템 아음속캡슐트레인 차세대고속열차 도시형자기부상열차 철도보강노반시스템 콘크리트도상개량공법 한국철도공사 / 05 년도시범운영 한국철도시설공단연구단, 한국철도공사, 한국전자통신연구원 / 18년평창동계올림픽시범운영예정동양대산학협력단, ( 주 ) 에이치브레인 / 15 년개발 한국철도기술연구원 / 16 년상록수역설치 수도권전철 / 17 년 1 호선, 안산선등확충 한국철도공사, 철도기술연구원, 현대로템 / 09 년개발 한국철도시설공단, 한국철도기술연구원 / 17 년개발 한국철도시설공단, 한국철도기술연구원 / 14년개발한국철도기술연구원, 한국기계연구원등 6개의정부출연연구소와 UNIST, 한양대등 2개학계 / 17년업무협약체결 한국철도기술연구원 / 17 년시운행완료 한국기계연구원 / 16 년인천공항자기부상철도개통 한화건설, 한국철도기술연구원 / 16 년개발 서울메트로 / 02 년개발 운전시간간격단축, 유지보수비용절감, 철도운영유연성및수송량증대 무선시스템환경으로대체하여건설비 25% 감소, 선로용량 16% 증가및운행상황실시간대응가능 PSD 센서정확성 3 % 상승, 안전성증가 단순방음벽의전력생산기능으로국가적인전력난해소가능. 이동소요시간감소를통해수도권과비수도권연계기능향상, 전반적인이용객만족감상승 수동운전대비오차율 6% 감소 250km/h급에전차선로시스템을도입함에따라다양한속도변화에대응가능가선설치불가능구간에서의전력공급을기대신열차의빠른속도탓에전국생활권이될것이고세계시장을선점함으로써신산업창출과경제성장이기대주요거점을 1시간 30분대로연결하여전국을하나의도시로연결시킬수있다. 또한국내생산유발효과약 17조원, 부가가치유발효과약 5조원, 고용유발효과약 6만명으로예상되어경제적으로큰효과기대전자기력을이용하기때문에바퀴가없어운행중에마찰로인한소음이나진동또는분진이거의없으며, 승차감이뛰어난친환경적인교통수단용지비저감, 침하최소화, 선로의용량을증대시킬때용지의추가소요가없어경제적정밀시공이가능하며 km당시공비약 540백만원절

5 통신 터널굴착용와이어소기술 철도통합무선망 SMART TRAIN 한국철도기술연구원, 한국철도시설공단 / 16 년한국철도기술연구원 / 14년개발 한국철도기술연구원, 한국철도공사 / 16 년계획수립 감, 시공속도 43% 증가, 자갈도상대비진동저감량 14.6dB 감소소음이적어지고공사비가 30%~80% 적게드는효과기대국내철도무선방식의일원화를통한융합서비스구현오락 / 뉴스등이제공되고실내외온도, 객실혼잡도, 운행스케줄등의승객편의정보를실시간으로제공하는등승객에대한서비스가더욱다양하고편리해지며배선저감을통해시스템효율성증가 3. 발전방향및향후연구과제제시 첫째, 240 조원이상의철도시장해외진출을위하여국내철도산업이세계철도를리드해나가기위해우수한철도전문가를양성하기위한국가차원의지속적인지원이필요하다. 둘째, 철도연구기관, 학계및운영기관등기술분야전문가들이모여철도기술을융합하고고도의지식을접목시켜미래철도기술개발의전략을수립하여야할것이다. 셋째, 국민의기대수준을부응할수있는지원프로그램구축및빠르고신속한고속철도, 급행열차도입으로철도경쟁력을제고를위하여개량및구축이필요하다. 넷째, 무인운전, 철도물류신기술개발, 4 차산업을기반으로한기술융합발전에철도가선도역할을하여야할것이다. 마지막으로철도기술환경변화에대응한철도신기술개발과 240 조원이상의철도시장진출로의경쟁력을확보하기위한다음과같은신기술개발을향후연구과제로선정하여지혜를모아야겠다. - 철도차량경량화기술개발및신재생에너지적용철도차량기술개발 - 철도차량의소음진동저감기술개발및철도공기질개선시스템기술개발 - 빅데이터, IOT 를접목한초고속철도신기술개발및실시간지능형철도사고재난감시기술개발 - 광역철도급행화기술개발및철도차량의성능평가시험인프라기술개발등을통한철도시장을선점하여철도강국으로우뚝서야할것이다 4. 결론 철도시스템각분야의신기술동향과현재핵심기술에대해살펴보았다. 분야별철도는로봇, 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷, 클라우드등 4 차산업에등장과함께지속적인발전을하고있다. ICT 와 IOT 를활용한기술들이개발되어주축을이루고있으며스마트철도를향한발걸음이향하고있다. 또한무인운전과급행열차, 아음속캡슐트레인등수요자를만족시킬수있는시스템들이운행및개발중이며태양광방음벽과같이친환경적인요소도적용중이다. 승강장추락사고예방시스템, 통합감시제어시스템등안전성을향상하고자하는노력도함께하는것으로볼수있다. 철도는 4 차산업을기반으로분야별신기술을개발하고있지만빠르게변화하는환경앞에아직도부족하다. 지능화된유지보수및운영과철도차량에대한 R&D 투자를기반으로하는중앙정부의지원과각부처에노력과관심은글로벌철도시장을장악하기위해서는선택이아닌필수가되어버렸다.

6 참고문헌 [1] 김인겸외 5 명 (2017) 구축을위한입력정보수준설정에관한연구, pp 2-5 [2] 오석문 (2014) 도시철도 경전철용국내개발열차운영계획프로그램 (Dr.METRO) 소개및시연. 한국철도학회학술발표대회논문집, pp [3] 박찬배외 2 명 (2014) 철도차량용대용량무선전력전송기술개발동향분석대한전기학회, 전기의세계 pp [4] 박주훈외 3 명 (2015) 국내열차제어시스템의용어정의에관한연구 - 한국철도학회, pp 3 5 [5] 김효산외 3 명 (2011) B2S 궤도시스템의초기시설투입비용분석. 한국철도학회학술발표대회논문집, pp 1-3 [6] 철도저널 (2017) VOL.20 / No.4 통권 93 호,pp 15 [7] 이진호외 4 명 (2015). 터널굴착용와이어쏘 암반절삭모델구축및절삭성능향상연구. 대한기계학회논문집 A 권, pp 1-10 [8] 민평오, 이정율 (2013) 차세대고속철도차량시스템 (HEMU-430X) 소개. 전기의세계, 62(6), pp [9] 김대상 (2016). 짧은보강재와일체형강성벽체를활용한철도붕괴노반보강및선로용량증대기술. 한국산학기술학회논문지, pp 1-2 [10] 신병천, 김원중, 박도영, 백수현, 백진기, 강흥식. (2013). [ 신기술및시제품동향 ] 도시형자기부상열차의어제와오늘. 도시철도의세계, 1, pp [11] 일반고속철도무선제어연구단 (2015) - 철도전용무선통신망 LTE-R 과차세대무선열차제어시스템 KTCS, pp 8-13 [12] 국토해양부, 한국교통연구원 (2012) - 컨테이너이단적재열차 (DST) 도입타당성재검토연구최종보고서 pp

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