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준서 주
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1 2016 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2016S004 다종열차운행노선에일반고속철도용 KRTCS 적용을위한전제조건및구축방안 Study on the Pre-Condition & Construction for KRTCS for Conventional & High Speed Railway 김도원 *, 윤학선 *, 박종원 **, 이강규 **, 성동일 **, 조귀곤 ** Do-Won Kim *, Hak Sun Yun *, Jong Won Kim **, Kang Gu Lee **, Il Dong Sung **, Gue Gun Jo ** Abstract In this paper, we introduces the application technique of the 350km/h class of conventional & high-speed railway for the LTE-R based Korea Radio based Train Control System(below KRTCS). Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT) is this project that initiated December 2014 National R&D. We introduces pre-conditions and construction for operation speed, patterns and different type of trains railroad. Also, we introduces technical factors and role of track circuit for radio based train control sytem. Keywords : Train Control, Railway Signaling, KRTCS for Conventional & High Speed Railway 초록본논문에서는국가 R&D 로추진중인 일반고속철도용무선통신및제어시스템실용화 과제의연구성과로운행속도, 패턴, 차량의종류가다른다중열차가운행되는철도노선에대하여한국형무선기반열차제어시스템 (KRTCS for Conventional & High Speed) 을적용하기위한전제조건과효율적인구축방안에대하여제시하였다. 무선을이용한열차제어시스템을이미철도가구축된노선에확대적용시검토되어야할기술적인사항과무선기반열차제어시스템에서궤도회로의역할등에대하여제시하였다. 주요어 : 열차제어, 철도신호, 일반고속철도용 KRTCS 1. 개요한국철도시설공단에서는국토교통부주관으로국토교통과학기술진흥원에서국가 R&D과제로발주한 일반및고속철도용무선통신및제어시스템실용화 과제를수주하여수행중에있다. 본과제는 2014년 12월에착수하여 2017년 12월 36개월동안철도전용무선통신망 (LTTE-R) 과일반고속철도용한국형무선기반열차제어시스템 ( 가칭, KRTCS for Conventional & High speed) 을 350km/h이상에서도적용이가능한실용화된시스템을개발중에있다. 본논문에서는동과제의연구성과의일환으로개발되는열차제어시스템을실제로운영중인노선또는신설노선에적용하기위한전제조건과적용방안에대하여제시하였다. 교신저자 : 한국철도시설공단신호처 (kamayun@kr.or.kr) * 한국철도시설공단신호처 ** 한국철도시설공단기술연구처

2 2. 일반고속철도용한국형열차제어시스템실용화 2.1 국내외현황 국내현황국내의경우고속철도열차제어시스템등독자적인철도열차신호제어시스템기술 ( 브랜드 ) 를보유하지못한실정으로경부고속선 1단계 ( 서울~대구 ) 구간시스템교체시기 (12년째운영중 ) 가다가오고있으나핵심부분은국산화가되어있지않았고, 일반철도는열차자동방호장치 (ATP) 를도입하여설치운영중에있으며무선제어방식으로개선을고려중에있다. 지상신호기방식의신호체계로는고속화, 고밀도열차운행, 국제경쟁력확보에한계점에도달하여차상신호방식의무선방식열차제어로한단계발전하는것이시급하다 해외현황유럽의경우 ETCS를개발하여일반 고속철도에적합한열차신호시스템국제표준사양으로이끌고있어유럽 27개국뿐만아니라북 남미, 아시아, 아프리카등 33개국이상채택하므로서국제표준으로자리잡아가고있다.( 한국, 중국도도입후자체적으로국산화 ) 미국은 GPS 및무선제어 PTC를개발의무사용법제화하였으나막대한구축비로도입이지연되고있으나암트랙열차사고를계기로도입을서두르고있으나고속철도는 ETCS방식채택하였다. 일본은무선제어방식 ATACS를간선 / 고속철도도입하기위하여확대를모색중이며, 최근히타치가이태리안살도를인수하여유럽진출을위한교두보를확보하였다. 중국은 ETCS에기반한 CTCS를구현하여확대추진중에있으며무선제어가가능한 CTCS 레벨 3(ETCS 레벨2와유사 ) 를상용화하였다. 이와같은세계적인신호시스템추세는일반선및고속선은 ETCS 레벨 2로표준화하고, 도시철도 ( 경전철 ) 는 CBTC/UTO로건설노선에따라공급사별로신호시스템을선택하는추세가굳어지고있어우리나라도글로벌표준기술을확보하여해외진출을모색하는방안이절실히요구되고있다. 또한유럽은 Shift 2 Rail 계획에따라 ETCS 운영환경에서승객과화물수송능력증대와에너지절감을목적으로 ATO를적용한자동운전기술을 2022년까지개발추진중에있어해외시장진출을위한한국형철도신호시스템의개발과프로젝트수행이가능한대기업및강소기업육성이시급하다고할수있다. 2.2 일반고속철도용한국형무선기반열차제어시스템개요 과제개요국가R&D과제로추진중인 일반및고속철도용무선통신및제어시스템실용화 과제는 3 년의연구기간으로총연구비 270억원으로현재한국철도시설공단을연구단으로한국철도공사, 한국전자통신연구원등의세부주관연구기관과함께국내유수의철도신호전문기업인현대로템, LS산전, 포스코엔지니어링, 대아티아이, 유경제어, 석교전력, 테크빌, 신우이엔지, 서우건설등이열차제어시스템제작참여기업으로실용화연구에참여하고있다.

이시스템은최악의경우무선이두절되더라도궤도회로에의해열차위치검지및열차추돌, 충돌등사고방지가가능하여안전확보가가능하고, 기존노선에일반고속철도용 KRTCS 를적용할경우신호기및선로변장치,

3 2.2.2 일반고속철도용한국형무선기반열차제어시스템의개념 Fig. 1 Concept of KRTCS for Conventional & High Speed 일반고속철도용한국형무선기반열차제어시스템은선행열차의위치정보를지상의무선제어장치로전달하고이정보는 LTE-R 무선망을통하여차량의차상장치로전달하여위치정보에따른이동권한에의해이동할수있는거리를실시간으로연산하여지시속도내에서열차가운행되는원리이다. 이시스템은최악의경우무선이두절되더라도궤도회로에의해열차위치검지및열차추돌, 충돌등사고방지가가능하여안전확보가가능하고, 기존노선에일반고속철도용 KRTCS 를적용할경우신호기및선로변장치, 가변발리스등이필요없게되어설비를간소화하게됨은물론자동화된시스템으로기관사는열차운행업무에만좀더집중할수있어궁극적으로열차안전운행에도움을줌으로써휴먼에러를근본적으로방지하여대구사고등을원천적으로방지할수있게된다. 2.2 무선제어열차제어시스템도입전제조건이러한무선제어열차제어시스템은다양한장점이있음에도불구하고도입을함에있어전제조건및선행되어야할기술적인특성이존재한다 신설, 개량시기존신호체계와상호운영성확보철도를최초로건설하는노선에서는어떤신호체계를선택하든관계없으나, 이미철도가구축되어있는노선을개량하거나타노선과연계되는신설노선은기존신호체계와의상호운영성을확보하여야기존차량도신설노선에운행이가능하다. 국가철도의경우대부분철도노선이연계운행을고려하고있고, 상호운영성이확보되지못하면차상장치 2 개를탑재해야하는불합리가발생된다. 건설및설계중인일반 ( 화물 ) 철도노선 ATP 로반영 KTX, 화물, 여객열차등 680 량이상제어 ( 기관 ) 차개조완료 제어 ( 기관 ) 차당약 4 억원, 약 2,700 억이상소요 열차분리, 결합등사고방지기술및안전확보화차, 객차등자체전원장치가없는차량은물론무궁화여객열차등의열차분리, 결합에대한검지, 제어기술이없다 경부선 ( 영동 ~ 대전사이 ) 무궁화호열차분리사고등이실제로발생되고있는현실에서무선이나기타기술로열차를검지하고차량의연결, 분리하는기술이필요하나국내에는아직기초적인연구단계에있으며, 외국의경우도아직

4 초보적인연구단계에있다. 특히, 고장에의한열차분리와정상적인열차분리를구분하는 Fail safe 가검증된기술이있어야한다. 객차, 화차, 작업차등은 KTX, 전동차와달리편성량 ( 열차길이 ) 이수시로바뀌고이는무선제어기술에서잘못된입력요소로작용하여오류시제동거리등이틀리게되어사고발생우려가있다. KRTCS 에서는이러한점을감안하여궤도회로장치로열차분리, 결합등에대한안전확보가가능하도록했으며, 이미국산화된기술이며세계적으로널리쓰이고있는기술이다 무선제어신호시스템미장착열차의운행확보기술필요무선제어방식을도입할시객차, 화차, 모터카등미장착열차에대한열차검지를위한무선제어장치필요하다. 객차, 화차등은자체적인전원이없어전원장치도개발이필요하다 건널목경보장치제어를위한대체기술필요전국적으로 976개의 2종이상 ( 차단기설치 ) 건널목이존재하고있으며, 현재는궤도회로를이용하여건널목을제어하고있다. 무선으로건널목에열차진입을알리는기술개발이선행적으로필요하다 국가적재난 ( 전시, 재난등 ) 발생시대응책필요전시또는재난시전기두절대비군수품, 구호품수송필요하여철도공사가디젤기관차를못없애는것처럼무선두절등에대비하여궤도회로등을이용한열차운행설비를유지할필요가있다 LTE-R( 무선망 ) 이먼저전국에구축필요 2012 년기준약 1.2 조원의구축비용필요예측되어 (*2012 년한국정보통신정책연구원보고서 ) 이는철도공사의이동, 차량단말기가격을미포함한것으로대규모의예산이소요되는철도무선통신망구축이선행되어야열차제어를무선으로수행가능하게된다 반달리즘 ( 테러등 ) 에대한대책필요완전무선방식을적용하여무인자동운전으로여객, 화물, KTX 를운행시테러등에대한대책이있어야한다. 차내외영상감시설비등부가적인안전설비구축비용필요하고이는전국망영상감시시스템구축비용, 유지보수등에막대한비용투자가있어야한다. 전용주파수사용시에도재밍 ( 전파혼선 ) 등을이용고의적인열차운행의악영향미칠가능성배제못하므로이에대한대책도마련되어야한다. 3. 결론 본논문에서는속도와운행패턴, 목적이다른열차를운행하는노선과기존에이미신호체계가구축된노선을개량하는경우, 신설노선과기존노선을서로다른신호시스템체계로운영할경우다양한전제조건및면밀한적용계획을중장기계획으로수립하여야만효율적으로안전하게열차운행목적을달성할수있음을알수있었다. 새로운신호시스템을도입하는것은단순히신호시스템의변경이아니라, 운영체계를바꾸는작업이므로개발단계부터이러한점을고려해야만실제적용에있어문제점을최소화하고새로운신호시스템을확대해나갈수있다는점을고려해야한다는점을제시하였다.

5 후기 본연구는국토교통부 ( 국토과학기술진흥원 ) 의철도기술연구사업 일반ㆍ고속철도용무선통신및제어시스템실용화 과제의연구비지원으로수행되었습니다. 참고문헌 [1] 국가철도통합무선제어기술개발상세기획연구연구보고서, , 국토교통부 [2] 차세대철도통합무선망구축을위한철도전용주파수할당에관한연구, 한국방송통신전파진흥원. [3] 국가철도전용통합무선망구축방안및효과분석, 국토해양부, 정보통신정책연구원. [4] 일반및고속철도용무선통신및제어시스템실용화과제 RFP, 국토교통과학기술진흥원. [5] 일반및고속철도용무선통신및제어시스템실용화과제연구개발계획서, 한국철도시설공단. [6] 일반및고속철도용무선통신및제어시스템실용화과제 1 차년도연구실적및계획서, , 한국철도시설공단. [7] 도시철도용무선통신및제어시스템실용화과제 4 차년도최종보고서 [ 국토교통과학기술진흥원. ( 한국철도학회정기학술대회 Full Paper -Template 작성일 : )

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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