광고
광고
광고

ETCS 시스템 안전을 지키는 차세대 기술

‘자율주행열차제어 시스템’ 어떻게 구성되고 움직이나

이형근 | 기사입력 2018/12/04 [16:11]

ETCS 시스템 안전을 지키는 차세대 기술

‘자율주행열차제어 시스템’ 어떻게 구성되고 움직이나

이형근 | 입력 : 2018/12/04 [16:11]

[국토매일-이형근 기자] 열차 주행 제어시스템이 ETCS 이후를 구상하고 있다. ETCS는 국제 열차 신호제어 시스템의 표준으로 안전을 지키는데 중요한 역할을 했지만 과학기술이 발전하면서 철도에 반영하기 위한 구상이 하나씩 구체화 되고 있다.

 

ETCS는 증기기관차에서부터 고속열차 시스템까지 열차 운행에 대한 기본적인 지침을 제시해왔다. 앞으로 열차가 CBTC로 대표되는 자율주행 개념이 고도화 되고 첨단 기술의 옷을 입고 새롭게 도입되면 어떻게 변화할 것인가? 라는 질문에서 출발해 우리나라를 비롯해 철도 분야에서 기술을 선도해온 국가와 기업에서 관심을 갖고 있다.

 

따라서 국제적인 기구에서 열차 자율주행에 대해 정확한 가이드라인이 제시되지 않았지만 각기 분야에서 열차 안전, 철도경영, 열차간 통신 등의 목표로 개념연구를 비롯해 테스트 베드 연구를 진행하고 있다. 국내에서는 철도기술연구원에서 ‘자율주행열차제어 시스템’ 연구를 2014년 시작해 2016년부터 사업을 추진해왔다. 연구단의 사업 추진 목표는 현재 가장 앞서있는 MBS (Moving Block System)을 넘어서는 것이다. 

 

이 시스템을 넘어서기 위해서는 몇 가지 전제사항이 있다. 열차 스스로 판단 해야 한다는 것이 중요한 것이고 그 동안 주연이었던 사람의 역할을 조연으로 끌어내린다는 것이다. 사람이 조연으로 내려간다면 안전의 최종 감시자 역할을 할 수 있으면서 함께 휴먼 에러를 줄일 수 있다는 장점도 있다. 인간이 열차 운행을 지켜보다가 잘못된 사항을 발견 하면 즉시 대응할 수 있다는 것이 이 시스템의 장점이다. 

 



운행 열차에게 우선권을 주는 방향으로

 

‘자율주행열차제어 시스템’의 핵심은 열차에게 운행에 대한 우선권을 먼저 주는 것이다. 이 문제는 운영사의 경영문제와 안전한 수송 두 마리의 토끼를 한꺼번에 잡을 수 있다. 그 동안 철도에서는 한정된 선로안에 얼마나 많은 열차를 안전하게 수용하고 승객을 수송하느냐에 초점을 맞췄다고 볼 수 있다. 철도운영사는 이 문제를 해결하기 위해 다양한 방법을 활용했다.

 

안전 거리의 기준을 궤도로 하고 그곳에 열차를 배차하는데, 승객에게 안전한 신호 시스템 개발에 힘썼다. 최근 컴퓨터 소프트웨어의 발달로 각종 시스템이 개발됐으며 통신 시스템을 기반으로 한 무인운전까지 등장했지만 여전히 중앙통제시스템이라는 한계는 멈추지 않았다.

 

따라서 철도신호시스템 개발자들은 좀더 안전하고 열차 스스로 판단하는 시스템에 대해 고민하게 됐다. 현재 운영중인 무인운전 시스템이 중앙통제시스템을 기반으로 한다면 미래 시스템은 열차 스스로 판단해 반응시간과 좀더 빠른 대응을 목표로 하는 것이다. 

 

통신기반무선열차제어시스템 이라고 불리는 CBTC는 열차가 통신 중개기를 통해 움직였다면 ‘자율주행열차제어 시스템’은 열차간 직접적 합의에 의해 운행된다. 

 

이 시스템은 열차를 플랫폼으로 해서 운행에 필요한 모든 시설물이 지원하는 시스템으로 재구성 된다. 그 동안 사람의 영역으로 여겨진 분기기 마저 열차의 필요에 따라 통제된다. 분기기는 그 동안 고정폐색 구간으로 설정됐다. 고정폐색으로 설치한 것은 안전을 위한 기본적인 조치였다. 그러나 새로 개발하는 시스템에서는 이 구간도 고정폐색을 없앤다. 

 

고정 폐색을 없앤 이유는 후속 열차가 해당 선로를 공유해야 한다고 판단하면 맨 앞에 가는 열차가 분기기를 조정한다. 그리고 후속 열차 역시 별도로 조정하지 않아도 운전할 수 있도록 만들었다. 이것 역시 열차들이 합의하고 판단하는 결과물이다.

 

이런 결정을 위해선 사령실의 역할은 줄어든다. 열차는 서로 소통해 일정한 결과물을 내고 그것에 따라 운행 노선과 시간 간격을 설정한다. 장애나 시설물의 문제가 발생하면 최적의 결과물로 승객을 안전하게 수송하고 소통을 거쳐 최적의 운행경로를 발견해 승객들을 안전하게 수송하는 것도 목표이다.

 

이 시스템은 현재 개발된 것이 아니라 국내외 철도 신호 회사들이 컨셉 엔지니어링부터 차근 차근 작업하는 것으로 다양한 인프라를 필요로 한다. 또한 투자비용 이 많이 들어가야 하는 문제도 무시할 수 없는 만큼 국가 연구과제로 만들어야 하는 것도 필요하다. 

 

▲     © 이형근



해외 역시 개발에 적극적으로 나서

 

이 과제는 우리나라만 적극적으로 나서지 않았다. 이 과제는 유럽에서도 우리와 비슷한 시기에 적극적으로 추진하고 있다. 영국은 클로저 런닝이라는 이름으로 열차의 군집주행의 전단계까지 진행하고 있으며 열차 스스로 객차를 떼어내는 것도 진행하고 있다.

 

이 단계는 아직 우리나라에서 실행되지 않고 있어 좀더 적극적인 관심을 가져야 할 시점이다. 또한 다이나믹 스케쥴이란 프로그램도 연구에 포함돼 있다. 이 프로그램은 기존에 편성된 열차운행표를 기반으로 이례적 상황이 발생할 경우 차량간 합의에 의해 시간표를 재구성해 운행하는 것이다. 

 

이 시스템은 그 동안 차량 장애나 각종 재해 등으로 운행이 중단 됐을 때 중앙에서 일일이 통제해온 것과 달리 열차끼리 통신으로 스케줄을 조정할 수 있어 현실적인 운행 시스템을 구축할 수 있다는 장점이 있다. 

 

알스톰 역시 관심을 갖고 개발에 나서고 있다. 알스톰은 2014년부터 개발에 나섰다. 유럽은 대륙에 여러 나라들이 붙어있는 만큼 국가와 국가간 시스템이 다른 핸드 오버 구간이 있었다. 이 구간을 열차들끼리 스스로 합의하에 운행하는 것이다. 결국 국가간 별도 시스템이 없어도 안전하게 열차를 운행할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 

 

이런 만큼 국가간 운행에 대해 안전한 운행이 장점이 손꼽히고 있고 그 동안 국제 표준으로 지정된 ETCS의 후속 표준에 가까운 만큼 고지선점에 필요성을 느끼고 있다. 

 

하지만 이 시스템이 상용화 되기까지는 쉽지 않은 길이 기다리고 있다. 가장 먼저 시스템의 표준화 이다. 원칙부터 말하면 국제 기구에서 열차 시스템에 대해 안전성에 대한 인증을 발급해야 한다는 것이다. 그리고 후속조치가 들어가야 한다는 과제를 안고 있다. 

 

각종 해결 과제가 쌓여있어 

 

이 과제를 수행하는 철도기술연구원의 오창석 박사는 ‘자율주행열차제어시스템’에 대해 국가 연구과제로 진행하기를 희망한다. 현재 이 과제는 철도기술연구원의 빅과제로 선정돼 추진중이지만 연구원에서 맡기엔 규모가 크다는 점과 앞으로 철도신호에서 차지하는 비중이 크다는 점을 들었다.

 

오 박사는 “이 사업의 편익은 CBTC와 비교할 때 선로용량 30% 증대와 설비투자비용 20% 저감, 안전과 편의성 증대, 경영자 입장에서 운영의 유연성 확대가 있다”고 설명했다. 이외에 그는 “기존에는 신규 지선에 확장 비용이 처음 개설하는 것과 비슷하게 들어갔지만 이 시스템은 그런 문제가 없다”면서 비용으로부터 자유를 설명했다. 

 

그렇지만 개발후 설치비용이 저렴하다고 모든 것이 해결된 것은 아니다. 앞으로 개발 때 까지 풀어야 할 각종 과제가 쌓여있다. 가장 먼저 열차끼리 통신과정에서 해결해야 할 주파수 문제이다. 열차끼리 단거리 운행을 하게 되면 5G 주파수 활용이 유력하지만 오 박사는 회의적이다.

 

그는 주파수 사용료 대비 현실적인 운영방안을 놓고 검토중이다. 아직 구체적으로 어떤 주파수를 활용할 것인지는 말하지 않았지만 5G나 4G 가운데 하나일 것으로 예상된다. 다만 5G는 단파 주파수로 열차간 통신에 유용하다는 점 때문에 유력하지만 주파수 사용료를 볼 때 쉽지 않을 것으로 예상된다.

 

현재 오창석 박사는 주파수 외에 열차가 얼마나 안전하게 운행할 것인가를 놓고 소프트 웨어 개발에 관심을 쏟고 있다. 그는 지난 2016년부터 2019년까지 프로토 타입 소프트 웨어를 제작하는 것을 목표로 하고 있다. 그는 이번에 제작하는 소프트 웨어는 제어 논리를 개발하는 것으로 소프트 웨어 가운데 가장 어려운 부분이라고 설명했다.

 

오 박사는 “버전 0.1을 처음 만들고 이후 업데이트 하면서 국가 R&D로 지정받아야 하는 설득력을 갖게 하도록 만들려고 한다. 시험버전이 만들어지면 필요한 제품들을 추가하면서 시스템을 통합하고 실차를 투입하는 것까지 목표로 하고 있다. 

 

따라서 높이 3미터 길이 2미터 짜리 실차도 제작하고 있다. 현재는 연구원에서 시뮬레이터와 차상장치 프로토타입 성능 검증을 하고 열차끼리 정보를 공유하며 2차 열차가 선로 전환기 등 모든 정보를 DB화 해서 갖는 것을 목표로 한다. 이후 네트워크를 벗어나 열차와 열차끼리 직접 통화하는 T2T (Train to Train) 시스템 개발을 목표로 한다. 

  • 도배방지 이미지

광고
광고