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[기고] 열차 간 직접통신 기반 가상편성제어 기술 전망

한국철도기술연구원 이병훈 박사

장병극 기자 | 입력 : 2019/06/14 [17:07]

▲ 한국철도기술연구원 이병훈 박사

[국토매일] 철도교통운영기관은 교통수요에 대응하기 위해 열차간의 물리적 결합을 이용한 중련편성으로 열차를 운영한다. 하지만 중련편성은 열차간의 기계적인 결합을 수행하는데 많은 시간이 소요되므로 열차의 운영 중에 활용하기는 어렵다.

 

이러한 단점을 해결하고 선로의 용량을 극대화하기 위해 해외 선진철도기관을 중심으로 열차의 운영 중에 분리와 결합을 수행하는 가상편성(virtually coupled train set) 제어기술을 연구하고 있다.

 

가상편성 제어기술은 열차간의 기계적인 결합을 대신하여 무선통신을 기반으로 논리적으로 결합하여 두 편성 이상의 열차를 단일 편성으로 운영하는 기술이다. 철도신호제어의 발전방향이 점차 지상의 제어설비를 줄이고 차상으로 옮겨가는 흐름에 맞추어, 편성 간에 물리적인 결합을 대신하는 가상편성열차 기술이 대두되었다. 이러한 가상편성기술은 정확한 열차의 위치정보를 기반으로 열차의 가속과 감속을 정밀하게 제어하여 열차간의 간격을 최소화해야 하며, 무선통신을 기반으로 가상편성중인 열차들의 상태를 지속적으로 감시해야한다.

 

가상편성 제어기술이 상용화된다면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 우선 노선을 증설하지 않아도 더 많은 열차를 투입하여 승객의 혼잡을 줄일 수 있으며, 열차가 운영 중에 동적으로 결합하거나 분리할 수 있으므로 운영사 입장에서는 승객수요에 대응하는 유연한 열차운영이 가능하다. 또한 열차의 동적인 결합과 분리를 통해 급행열차와 완행열차를 동시에 운행할 수 있게 되므로 승객의 편의성을 높이고 더 빨리 목적지에 도착 할 수 있다.

 

최근 유럽의 선진 철도연구기관들은 가상편성기술을 개발하기 위한 로드맵을 수립하거나 랩실 단위에서 기초적인 연구를 수행 중에 있다. ‘Shift2Rail 프로젝트’에서는 가상편성기술과 관련하여 2018년부터 개념정립과 기술적인 타탕성을 검토 중에 있다. 2020년까지는 가상편성제어시스템에 대한 시스템구조 명세서와 기능요구사항 명세서 등을 도출 할 계획이다.

 

Shift2Rail의 또 다른 세부 프로젝트에서는 열차간 직접통신기술을 연구 중이다. CAF, 봄바르디어 그리고 지멘스가 참여한 이 프로젝트에서는 새롭게 표준화한 무선통신방식을 도입하여 열차간 직접통신을 위한 기술개발을 목표로 한다. 또한 두 편성의 트램을 이용하여 단일 제어시스템 하에서 동작하는 열차간 직접통신 기반 가상편성 기술을 시연해 열차간 직접통신이 가상편성기술의 요구수준을 만족하는 솔루션임을 보여주었다.

 

영국의 RSSB는 철도산업의 전략적인 목표와 기술적인 비전을 제시하고 있는데 그 중 첫 번째 목표가 가상편성 제어기술이다. 이를 위해 열차간 직접통신, 고정밀 열차위치 추정, 열차운영의 자동화 등 9개의 세부적인 기술 목표를 제시하고 있다. 또한 ‘Closer Running 프로젝트’를 통해서 가상편성시스템의 위험원 분석을 수행하고 가상편성기술 개발을 위한 단계적인 연구 로드맵을 만들고 있다.


독일항공우주국(DLR)은 Next Generation Trains(NGT) 프로젝트의 일환으로 가상결합과 관련한 요소기술을 연구 중이다. 가상편성 수행 시 발생하는 에너지 절감 효과를 공기역학의 관점에서 해석하거나, 가상편성 운영시나리오를 일본의 신칸센 노선에서 시뮬레이션하여 이동시간의 단축효과를 분석한 결과를 공개하였다. 또한 열차간 직접통신을 위한 통신기술에 대한 연구나 가상편성을 위한 제어알고리즘의 안정성 해석 등 랩실 단위의 연구가 진행 중이다.

 

위에서 살펴본 바와 같이 유럽의 선진 철도기관들은 차세대 열차제어시스템의 비전을 가상편성기술로 제시하고 이와 관련한 연구를 진행 중이다. 현재는 가상편성과 관련한 기술개발이 기초 연구단계이지만, 앞으로 관련한 요소기술들이 성숙함에 따라 더욱더 활발한 연구가 이루어질 것으로 예상된다. 한국철도기술연구원은 열차자율주행제어 시스템 개발 프로젝트를 통해 가상편성제어를 위한 핵심알고리즘을 연구하고 있다. 이는 유럽의 선진 철도기관과 비교해도 가상편성 기술의 연구수준이 뒤지지 않으며, 앞으로도 가상편성기술과 관련한 지속적인 연구를 통해 차세대 열차제어시스템의 요소기술을 확보할 계획이다.

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