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철도신호의 나아갈 길

한국철도기술연구원 이재호 박사

국토매일 | 입력 : 2018/09/20 [21:24]



[국토매일] 철도에서 신호시스템은 열차운행을 안전하고 효율적으로 지원하는 역할을 담당하고 있으며, 이를 위하여 신호시스템의 구성은 열차간의 추돌을 방지하기 위한 열차간격을 제어하는 장치, 선로의 분기구간에서 열차간의 충돌을 방지하기 위한 열차진로를 제어하는 장치, 열차운행을 관리하고 감시하는 관제장치 그리고 열차운행의 안전을 확보하기 위한 다양한 감시장치 등으로 구성된다.

 

 이러한 장치들은 대부분 열악한 철도환경(진동, 먼지, 온도변화 등)에서 Fail-safe(고장이 발생하여도 안전측으로 동작) 기능을 확보하기 위하여 계전기(Relay)를 기반으로 구성되었으나 1990년 후반부터 고속·고밀도 운전을 위한 정보전송 다양화, 유지보수의 효율성 등을 추구하기 위하여 RAMS(Reliability, Availability, Maintenability, Safety )기법을 도입하여 컴퓨터 등을 활용한 전자회로를 기반으로 하는 장치로 변화하였다.  

 

한국철도의 신호분야에서는 1990년대 후반부터 연구개발을 수행하여 열차진로제어장치인 전자연동장치와 관제시스템을 구성하는 열차집중제어장치의 국산화를 완료하였고 국내 간선철도에 적용되었을 뿐만 아니라 태국, 베트남, 방글라데시 등에 수출을 하고 있다. 하지만 열차간의 간격을 제어하는 장치는 국산화가 되지 않고 있었고 이로 인하여 철도 통합시스템의 국외 수출에 걸림돌이 된다는 다양한 분야에서의 의견이 있어 국토교통부의 지원으로 2010년 한국형 열차제어시스템(KRTCS) 연구개발을 착수하였다.

 

 한국형 열차제어시스템 연구개발 1단계는 2014년, 2단계는 2018년에 완료하였으며, 현재는 국내적용을 위한 시범사업을 시행할 예정에 있다. 이처럼 한국철도 신호도 이제는 국산화로 모양새를 갖추고 한국내 적용 뿐만 아니라 국외 수출에도 적극적으로 대응할 태세를 갖추고 있다.

 

하지만 우선적으로 연구개발을 통하여 개발된 장치들에 대해 철도신호분야에서 요구하는 실적을 확보하는 것이 필요하다. 따라서, 시범사업을 통하여 운영사, 건설사가 요구하는 다양한 요구사항을 만족하게 함으로써, 개발품에 대한 신뢰성과 안정성을 갖도록 하는 것이 중요하다.

 

이렇게 시범사업의 성공적인 결과를 바탕으로 국내 고속철도, 도시철도의 신규 및 개량사업에서 국산화된 시스템이 적용될 때 진정한 철도신호의 국산화가 완성될 수 있으며, 또한 이를 바탕으로 철도시스템의 국외 수출도 활성화 될 수 있을 것이다. 

 

최근 다양한 분야에서 4차 산업의 키 기술인 IoT, 빅데이터, AI 등을 접목하자는 의견이 제시되고 있으며, 철도분야에서도 이러한 기술의 접목 및 응용이 필수적으로 다가오고 있다. 철도 신호분야는 일찍부터 ICT를 적용하는 선두적인 역할을 수행해 오고 있다.

 

최근에는 열차제어의 기본인 궤도회로를 무선통신으로 대체하는 연구가 수행되어 일부 개발된 시스템이 적용되고 있으며, 제어뿐만 아니라 이용자의 편의, 유지보수 효율성 등에 다양한 방법으로 IoT, AI기술을 접목하는 연구가 지속적으로 진행될 것으로 예상된다. 

 

이와 같이 철도신호의 연구개발 단계에서는 시스템개발에 어느정도 완성단계에 도달되고 있다. 하지만 철도신호는 열차운행의 안전과 아주 밀접한 관련을 가지고 있으므로 운영기관에서는 안전성과 신뢰성이 확보된 시스템을 적용하는 것을 원칙으로 하고 있어 개발장치가 바로 적용되는 것에는 많은 어려움이 있다.

 

따라서 개발된 장치의 성능을 향상시키고 신뢰성과 안전성을 지속적으로 확보하고 위한 연구가 필수적으로 진행되어야 한다. 이것이 철도신호의 국산화 및 실용화가 진행될 수 있는 지름길이다, 

 

최근 철도신호분야가 철도가 진정한 블루오션으로 다가가기 위한 전문가들의 의견을 도출하여 차세대 철도신호시스템의 연구개발을 추진하고자 하고 있다. 이는 국외의 다양한 철도기술 발전 전력을 바탕으로 새로운 패러다임의 철도신호 연구가 진행될 예정이다. 

 

유럽의 차세대 열차제어시스템 개발전략인 NGTCS(Next Generation Train Control), Shift2Rail, 미국의 위성 및 통신기반 PTC(Positive Train Control), 중국의 NGCTCS(Next Generation Chinese Train Control) 등에서 향후 2030년 이후의 철도혁신을 목표로 연구개발을 추진하고 있다.

 

여기서의 주요내용은 운영 및 유지보수의 효율성을 위하여 선로변 장치의 Zero화하는 것이며, 구체적인 기술로는 용량개선을 위한 이동폐색, 수명주기 비용 저감을 위하여 시스템 구조의 최적화·표준화, 그리고 디지털 무선통신기술을 활용한 열차중심의 시스템 구현으로 표현할 수 있다. 

 

한국 철도신호분야도 신호·통신 중심의 경쟁력 향상을 통한 세계 철도시장 선도라는 비젼으로 세계적인 추세인 일반·고속철도와 도시철도의 상호운영성 확대 및 용량, 비용, 서비스, 안전(Capacity, Cost, Service, Safety) 향상을 목표로 연구개발을 추진하여야 할 것이다.

 

그 상세기술로는 지상설비의 기능을 차상제어장치에서 수행하는 차상중심의 열차제어로 지상설비 Zero화 기술, 열차의 운전시격을 최소화하기 위한 기존의 이동폐색기술을 능가하는 최적환된 이동폐색기술, 일반, 고속, 도시 철도분야에서 적용이 기능하도록 시스템 구조의 최적화 및 소프트웨어 모듈화를 통한 단일 플랫폼기술, 열차스스로 상황인지, 판단 및 제어를 통해서 열차자율주행이 가능한 지능형 구조기술, 열차의 효율적이고 안정적인 운행을 위한 무인운전제어기술, 열차의 고속·고밀도화를 안정적으로 지원하는 열차와 열차, 열차와 지상간의 차세대 디지털 이동통신기술 등이 있다. 

 

철도신호분야에서도 정부, 운영기관, 제작사 등과 협력하여 차세대 철도신호의 핵심기술을 대상으로 연구개발 로드맵을 작성하고 이를 적극적으로 추진하는 것이 철도신호가 나아가야 할 길이며, 철도신호의 발전을 위한 필수요건임을 명심하고 이를 위해 철도관련 전문가의 지혜와 협력이 절실히 필요한 시점이다. 

 

철도신호는 생물체이다. 생물체는 지속적인 관리를 하지 않으면 성장하지 못하고 사라진다.  철도신호도 지속적인 연구개발을 통하여 발전되고 활성화되기를 기대한다. 

 

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