KR100858119B1 - 열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR100858119B1
KR100858119B1 KR1020070025955A KR20070025955A KR100858119B1 KR 100858119 B1 KR100858119 B1 KR 100858119B1 KR 1020070025955 A KR1020070025955 A KR 1020070025955A KR 20070025955 A KR20070025955 A KR 20070025955A KR 100858119 B1 KR100858119 B1 KR 100858119B1
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Abstract

본 발명은 선로별로 설치되어, 열차의 운행에 따른 지상 정보를 제공하는 지상 장치와, 상기 지상 장치로부터 무선으로 상기 지상 정보를 수신하여 상기 열차의 안전 운행속도를 산출하여 제어하는 차상 장치와, 상기 열차의 속도를 측정하여 현재 속도를 제공하는 속도 측정기와, 상기 차상 장치에서 산출된 상기 안전 운행속도와, 상기 속도 측청기로부터 측정된 상기 현재 속도를 비교하여 상기 열차의 운행 제어의 오류를 판단하는 다수개의 오류 검출기를 포함하는 자동 열차 제어 시스템을 개시하여, 열차 자동 제어 시스템에서 차상 장치에서 제어하는 열차의 운행에 기계적 또는 논리적인 오류가 발생하여 대형 인명 사고가 발생할 수 있는 추돌 사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 신호 체계를 가지는 복수 구간내의 선행 열차와 후속 열차간 추돌 위험을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이다.
Figure R1020070025955
차상장치, 열차, ATC, ATP, ATS, 지상장치, ATS지상자, 추돌

Description

열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법{method and auto train controlling system}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열차 자동 제어 시스템의 개념을 설명하기 위한 간략한 블록 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 In-fill용 발리스를 이용한 열차 자동 제어 시스템을 간략하게 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 열차 자동 제어 시스템에서 차상용 안테나와 발리스 또는 In-fill용 발리스의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로챠트 도면.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100 : 차상장치 110 : 속도검출기
120 : 운전자표시장치 130 : 조작스위치
140 : 통신모듈 150 : 차량제어기
160 : 차상용 안테나 170 : 중앙제어장치
200 : 지상장치 210 : ATC지상자
220 : Balise 230 : In-fill용 Balise
240 : 궤도회로 250 : 루프코일
260 : 궤도검지기 270 : 연동제어기
280 : 프로그래머 300 : 서브 컨트롤 시스템
310 : 서브 오류 검출기 400 : 통합 컨트롤 시스템
410 : 통합 오류 검출기 500 : 속도 측정기
M20 : 진동신호부 M30 : 진동판별부
M40 : 지상정보송출부 M50 : 전원공급부
본 발명은 열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열차 자동 제어 시스템에서 차상 장치에서 제어하는 열차의 운행에 기계적 또는 논리적인 오류가 발생하여 대형 인명 사고가 발생할 수 있는 추돌 사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 신호 체계를 가지는 복수 구간내의 선행 열차와 후속 열차간 추돌 사고 위험을 미연에 방지할 수 있는 열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
열차(전철)의 안전 운행을 위한 열차 자동 제어 장치는 제어 중심이 지상 신호기에 있는 지상 신호 방식과 차량에 있는 차상 신호 방식으로 구분되며, 지상 신호 방식의 대표적인 방식은 ATS(Automatic Train Stop) 방식이고, 차상 신호 방식에는 차상 신호의 송수신 방식, 부가 기능 등에 따라 여러 형태가 있으나, 대표적으로 ATP(Automatic Train Protection) 또는 ATC(Automatic Train Control) 등이 있다.
ATS(Automatic Train Stop) 장치는 신호기의 제한 속도를 초과하여 운전시 선행 열차와의 추돌 사고를 방지하기 위해 자동으로 열차의 속도를 감속 또는 제동시키는 장치이다.
ATP(Automatic Train Protection) 장치는 선로에 설치된 지상자인 발리스(Balise)를 이용하여 열차 운행에 필요한 정보를 수신하여 선행 열차의 위치에 따라 후속 열차의 속도를 자동으로 제어하는 장치로, 기존의 지상 신호 시스템을 철거하지 않고, 그대로 두거나 혹은 지상 신호기를 이용하면서 차상 신호 시스템으로 전환이 가능한 장점을 가진다.
ATC(Automatic Train Control) 장치는 차상 신호 방식으로, 지상의 열차 운행 조건을 궤도 검지 회로와 정보 전송 장치를 이용하여 차상으로 정보를 전송하여 차내에 허용 속도를 연속으로 표시하고, 열차의 속도가 허용 속도를 초과할 경우, 자동으로 열차를 정지 또는 허용 속도 내로 감속시키는 장치로, ATP 기능에 자동 가속 기능, 정위치 정차, 출입문 개폐 등의 기능 등을 부가한 것으로, 한국 고속 열차 KTX에 적용되고 있다.
일반적으로 국내외의 철도 구간에서는 상기와 같은 ATS, ATC, ATP 등의 열차 운행 자동 제어 장치가 열차 제어 기술의 발전에 따라 순차적으로 개발되어 선로 및 열차에 설치되고 있으며, 각각의 전철 노선이나 국철 등에 상기한 여러 종류의 열차 운행 자동 제어 장치가 상황 또는 조건에 따라 분산되어 설치되어 있다.
따라서, 열차가 서로 다른 신호 체계의 자동 제어 장치가 설치된 선로의 경계 구간을 운행하기 위해서는 먼저 해당 자동 제어 장치의 지상 장치의 이동권한을 수행한 후 다른 자동 제어장치의 지상 장치의 이동 권한을 수행하게 된다. 즉, 각기 상이한 방식의 차상 장치가 열차에 설치되며, 경계 구간에서 해당 동작을 절환하여 운행되도록 하고 있다.
상술한 각기 다른 방식의 제어 장치가 설치되는 열차 자동 제어 시스템에서는 각 경계 구간에서 열차의 속도를 제어하여 선로 용량을 증가시키고, 효율적인 열차 배차를 위한 연구가 많이 진행된 상태이나, 열차의 제어가 정확하게 이루어지고 있는지에 대한 검증은 이루어지고 있지 않다.
즉, 열차 속도를 제어하는 열차 자동 제어 시스템의 지상 장치는 실외 환경에 설치되어 있어 기계적 오류가 발생할 가능성이 있고, 지상 장치 및 차상 장치는 전자 기기의 문제 등과 같은 이류로 논리적 오류가 발생할 수 있음으로, 이러한 논리적 또는 기계적 오류로 선행 열차와 후속 열차에 대한 속도 제어에 오류가 발생하는 경우에는 추돌 사고가 발생할 수 있다.
따라서, 열차 추돌 사고는 필연적으로 대량 인명 사고로 이어짐으로 열차 자동 제어 시스템이 논리적 또는 기계적인 오류를 일으키는지에 대한 지속적인 검증 이 필요하다.
따라서 본 발명은 상술한 필요성을 충족시키기 위해 창안된 것으로, 열차 자동 제어 시스템에서 차상 장치에서 제어하는 열차의 운행에 기계적 또는 논리적인 오류가 발생하여 대형 인명 사고가 발생할 수 있는 추돌 사고를 미연에 방지할 수 있는 열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
열차 자동 제어 시스템에서 동일 신호 체계를 가지는 동일 구간내 선행 열차와 후속 열차간 추돌 위험 뿐만 아니라 다른 신호 체계를 가지는 복수 구간내의 선행 열차와 후속 열차간 추돌 사고 위험을 미연에 방이할 수 있는 열차 자동 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일측면에 따른 열차 자동 제어 시스템은, 선로별로 설치되어, 열차의 운행에 따른 지상 정보를 제공하는 지상 장치와, 상기 지상 장치로부터 무선으로 상기 지상 정보를 수신하여 상기 열차의 안전 운행속도를 산출하여 제어하는 차상 장치와, 상기 열차의 속도를 측정하여 현재 속도를 제공하는 속도 측정기와, 상기 차상 장치에서 산출된 상기 안전 운행속도와, 상기 속도 측청기로부터 측정된 상기 현재 속도를 비교하여 상기 열차의 운행 제어의 오류를 판단하는 다수개의 오류 검출기를 포함한다.
상기 열차 자동 제어 시스템은, 각기 다른 신호 체계를 가지는 선로 구간을 제어하는 다수개의 서브 컨트롤 시스템과, 상기 각 선로별로 설치되는 상기 각 서브 컨트롤 시스템들을 중앙 집중 제어하는 통합 컨트롤 시스템을 더 포함하며, 상기 오류 검출부는, 상기 각 서브 컨트롤 시스템과 연동되며, 해당 선로 구간내에 위치하는 상기 열차의 현재 속도와, 상기 산출되는 상기 안전 운행 속도를 비교하여 제어 상태의 오류를 판단하는 다수개의 서브 오류 검출기와, 상기 각 서브 오류 검출기에서 판단하는 오류 발생에 따라 전체 선로 구간에 위치하는 열차를 제어하는 통합 오류 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브 오류 검출기는, 상기 안전 운행속도와 상기 측정된 현재 속도를 소정 갭을 가지고 비교 판단하는 것이 바람직하다.
상기 열차 자동 제어 시스템에서 상기 서브 오류 검출기는 현재 속도와 상기 안전 운행속도에 따라 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 동일한 구간내에 위치하면, 상기 각 열차의 운행 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하면서 상기 통합 오류 검출기로 오류 발생을 통보하는 것을 특징으로 한다.
상기 열차 자동 제어 시스템에서 상기 서브 오류 검출기는 현재 속도와 상기 안전 운행속도에 따라 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 서로 다른 구간내에 위치하면, 상기 통합 오류 검출기로 오류 발생을 보고하고, 상기 통합 오류 검출기는 각기 다른 구간내에 위치하는 상기 각 열차의 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 신호 체계는, ATS(Automatic Train Stop), ATP(Automatic Train Protection) 또는 ATC(Automatic Train Control) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 각 오류 검출기는, 선행 열차가 상기 속도 측정기가 설치된 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 후속 열차가 상기 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 두 열차가 제1 지점을 통과하는 시간 차이를 기반으로 두 열차의 이격 거리를 시간별로 산출하여, 상기 두 열차간 이격 거리와 안전 운행 거리의 조건을 비교하여 상기 제어 상태의 오류를 판단하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법은, 차상 장치가 지상 장치로부터 수신되는 지상 정보를 기반으로 열차의 안전 운행 속도를 산출하여 상기 열차를 제어하는 단계와, 상기 차상 장치가 상기 열차의 안전 운행 속도를 오류 검출기로 전송하는 단계와, 상기 열차의 궤도 인근에 설치되는 속도 측정기가 상기 열차의 현재 속도를 측정하여 상기 오류 검출기로 전송하는 단계와, 상기 오류 검출기가 상기 열차의 안전 운행 속도와, 상기 현재 속도를 비교하여 상기 열차의 제어 상태를 판단하는 단계와. 상기 오류 검출기가 상기 안전 운행 속도와 상기 현재 속도가 상이하면, 상기 열차의 제어 상태에 오류가 발생한 것을 판단하여, 긴급 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법은, 선행 열차가 상기 속도 측정기가 설치된 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 후속 열차가 상기 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 두 열차가 제1 지점을 통과하는 시간 차이를 기반으로 두 열차의 이격 거리를 시간별로 산출하는 단계와, 상기 두 열차간 이격 거리와 안전 운행 거리의 조건을 비교하여 상기 제어 상태의 오류를 판단하는 단계를 더 포함한다.
상기 긴급 제어를 수행하는 단계는, 각기 다른 신호 체계를 가지는 선로 구간별로 상기 열차의 제어 상태 오류를 판단하는 다수개의 서브 오류 검출기가 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 동일한 구간내에 위치하면, 해당 선로 구간내에서 상기 긴급 제어를 수행하고, 상기 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 서로 다른 구간내에 위치하면, 상기 각 서브 오류 검출기에서 판단하는 오류 발생에 따라 전체 선로 구간에 위치하는 열차를 제어하는 통합 오류 검출기로 오류 발생을 보고하고, 상기 통합 오류 검출기가 각기 다른 구간내에 위치하는 상기 각 열차의 긴급 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 상태를 판단하는 단계는, 상기 안전 운행속도와 상기 측정된 현재 속도를 소정 갭을 가지고 비교 판단하는 것이 바람직하다.
상기 긴급 제어는, 상기 열차의 운행 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예의 구성과 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열차 자동 제어 시스템의 개념을 설명하기 위한 간략한 블록 도면이다.
도 1에 도시된 도면은, 예를 들어, 서로 상이한 신호 체계의 열차 자동 제어 시스템이 구간별로 나뉘어져 설치된 열차 자동 제어 시스템을 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이, 다수개의 발리스(230)가 일정 간격으로 각기 상이한 신호 체계(ATS, ATP, ATC)의 자동 제어 시스템간 상호 경계 구간 또는 경계 구간 이전에 복수개의 그룹으로 설치된다.
그리고, 해당 신호 체계의 자동 제어 및 복수개의 In-fill용 발리스(230)로 구성된 In-fill용 발리스 그룹(230G)을 하나로 묶어서 제어하는 서브 컨트롤 시스템(300)이 구성된다. 또한, 각 서브 컨트롤 시스템(300)들을 통합하여 관리 제어하는 통합 컨트롤 시스템(400)이 구성된다.
아울러, 서브 컨트롤 시스템(300)에 연동되어, 해당 구간내에 열차 제어가 정확하게 이루어지고 있는지 여부를 검증하는 서브 오류 검출기(310) 및 통합 컨트롤 시스템(400)에 연동되어 전체 구간내의 열차 제어를 검증하는 통합 오류 검출기(410)가 구비된다.
이때, 통합 오류 검출기(410)와 각 서브 오류 검출기(310)가 각기 별도로 구비되거나, 통합 오류 검출기(410) 또는 서브 오류 검출기(310) 중 하나만이 구비될 수 있으며, 필요에 따라 열차 제어의 오류가 발생하면, 대량 인명 사고 위험이 높은 구간에만 서브 오류 검출기(310)를 구비할 수 있다.
여기서, In-fill용 발리스(230)는 서로 상이한 신호 체계의 자동 제어 시스 템이 구간별로 나뉘어져 설치되는 경계 구간의 이전 또는 이후에 복수개의 그룹으로 설치되어 상기 구간의 경계에 대한 지상정보를 전송하여 열차 제어용 자동 제어 장치의 이동 권한을 더 부여하기 위한 것이다.
이러한, 각기 다른 신호 체계를 가진 열차 자동 제어 시스템은 열차(차량)의 시퀀스 제어에 의한 순차적 제어 시스템으로 열차가 서로 상이한 신호체계의 자동 제어 시스템의 경계 구간, 예를 들면, ATS 장치 구간에서 ATP 장치 구간에 진입하게 되면, 통합 컨트롤 시스템(400)이 해당 서브 컨트롤 시스템(300)을 제어하기 위한 명령을 내리며, 서브 컨트롤 시스템(300)은 통합 컨트롤 시스템(400)으로부터 수신되는 명령(지령)을 ATP 장치 구간 시작 지점 이전에 설치된 즉, ATS 장치 구간의 종단 지점에 설치된 In-fill용 발리스 그룹(230G)에 의해 차상용 안테나(도 2의 160a)에 전송되어 차상 장치(도 2의 100)가 명령을 수신하도록 한다.
따라서 열차의 차상 장치(100)는 ATS 장치 구간의 종단 지점에 설치된 In-fill용 발리스 그룹(230G)을 통해 ATP 장치 구간의 시작 지점에 설치된 ATP용 지상 장치인 발리스(220) 보다 먼저 상기 경계 구간에 대한 해당 정보와 ATP 장치로의 절환 정보 및 기타 지상 정보 등을 수신함으로써, 경계 구간에서 보다 많은 이동권한을 부여 받게 된다.
한편, 서브 오류 검출기(310)는 해당 구간내의 선행 열차 및 후속 열차의 속도, 거리 등과 같은 제어 요소들이 정확하게 제어되고 있는지 여부를 확인한다.
즉, 서브 오류 검출기(310)는 차상 장치에서 지상 장치로부터 수신되는 지상 장보를 기반으로 열차의 속도 및 선행 열차와의 거리 등이 구간 내에서 정확하게 이루어지는지 여부를 검증한다.
또한, 통합 오류 검출기(410)는 전체 구간에서 각 열차의 속도 또는 거리 등과 같은 제어가 정확하게 이루어지고 있는지 여부를 검증한다.
이러한, 서브 오류 검출기(310) 및 통합 오류 검출기(410)는 일정 주기 또는 주기적으로 열차 제어 상태를 검증하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 In-fill용 발리스를 이용한 열차 자동 제어 시스템을 간략하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 In-fill용 발리스를 이용한 열차 자동제어 시스템은, 크게 차상 장치(100)와 In-fill용 발리스(230)를 포함하는 지상 장치(200) 및 열차의 속도 또는 거리를 측정하는 속도 측정기(500)로 이루어진다.
속도 측정기(500)는 궤도 인근 지역에 설치되는 것이 바람직하며, 스피드건(speed gun)과 같이 열차에 초음파 등을 쏘아 반사파의 주파수 변화를 측정하여 속도를 측정하는 속도 측정기(500) 또는 레이저 거리 측정기(Laser Range Finder)와 같이 레이저를 이용하여 열차와 이격 거리를 측정하는 거리 측정기로 구현될 수 있다.
이하 본 발명의 상세 설명에서는 열차간 이격 거리는 열차의 속도에 따라 제어될 수 있음으로, 열차의 속도를 기반으로 열차 자동 제어 시스템의 오류를 검증하는 방식에 대하여 설명하나, 기타 열차간 거리 등과 같은 요소를 이용하여 오류를 검증할 수 있다.
즉, 속도 측정기(500)는 열차 자동 제어 시스템의 속도 제어를 받고 있는 열차의 현재 속도를 측정하여, 차상 장치(100)를 통해 서브 오류 검출기(310) 또는 통합 오류 검출기(410)로 전송한다.
또한, 차상장치(100)는 ATC-S-P의 차상기능을 포함하며, 속도 검출기(110), 운전자 표시 장치(MMI : Man Machine Interface)(120), 조작 스위치(130), 통신 모듈(140), 차량 제어기(150), 차상용 안테나(160) 및 중앙제어장치(210)로 이루어진다.
속도 검출기(110)는 차륜의 축에 연결되어 열차의 속도를 검출한다.
운전자 표시 장치(120)는 운전자에게 속도 정보, 지상 정보 및 운전 정보 등을 제공한다.
조작 스위치(130)는 운전 모드를 선택하거나 필요한 조작기능을 제공하고, 차량 제어기(150)는 열차의 제동 기관을 제어한다.
통신 모듈(140)은 차량의 현재 상황에 대한 모든 지상 정보 및 차상 정보를 서브 컨트롤 시스템(300)으로 송수신하고, 서브 컨트롤 시스템(300)으로부터 무선으로 지령을 수신하여 중앙 제어 장치(170)에 전달한다. 또한, 통신 모둘(140)은 속도 측정기(500)로부터 수신되는 현재 열차의 속도 정보를 서브 컨트롤 시스템(300)을 통해 서브 오류 검출기(310) 또는 통합 오류 검출기(410)로 전송한다.
상술한 열차에 장착된 속도 검출기(110)가 검출하는 열차의 속도 정보를 서브 오류 검출기(310) 또는 통합 오류 검출기(410)가 이용하여 열차 제어를 검증할 수 있으나, 열차의 기계적 또는 논리적 오류가 발생할 가능성이 있음으로, 별도의 속도 측정기(500)로부터 수신되는 열차의 현재 속도 정보를 기반으로 열차 제어를 검증하는 것이 바람직하다.
또한, 통신 모듈(140)을 통해 속도 측정기(500)가 열차의 현지 속도 정보를 서브 컨트롤 시스템으로 전송하는 경우에 대하여 설명하나, 속도 측정기(500)에 별도의 통신 모듈을 구비하여, 서비스 컨트롤 시스템(300)에 열차의 현재 속도 정보를 전송하는 것이 바람직하다.
차상용 안테나(160)는 차상자 코일과 발진기가 일체 결합되어 지상자의 공진 주파수에 따라 주파수와 전압의 변이 신호를 출력하며, 구간별로 상이한 신호 체계의 지상 장치(200) 예를 들면, ATS 지상자(210)나 ATP용 지상자인 발리스(220)와 In-fill용 발리스(230) 및 고속 철도 구간에 사용되는 ATC용 지상자인 궤도 회로(240) 또는 루프 코일(250)로부터 지상 정보에 해당하는 신호를 수신하여, 열차 제어에 필요한 각종 정보를 중앙 제어 장치(170)에 전송한다.
여기서, ATS 지상자(210)나 ATP용 지상자인 발리스(220)와 In-fill용 발리스(230)를 위한 차상용 안테나(160a)는 선로 상에 궤도 검지기(260)나 연동 제어기(270) 등과 접속되는 지상 장치(200)인 ATS 지상자(210)나 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)로부터 열차 운행에 필요한 정보를 수신한다.
이때, 발리스(220)와 In-fill용 발리스(230)는 열차의 차상과 지상 간에 데이터 통신으로 지상 운전 조건, 지상자의 거리, 지상자의 위치, 목표 속도 등의 지상 정보를 전달하는 장치이다.
또한, ATC용 지상자인 궤도 회로(240) 또는 루프 코일(250)을 위한 차상용 안테나(160b)는, 궤도 회로(240)의 연속 신호와 루프 코일(250)의 불연속 신호를 수신하는 안테나로 구분될 수 있으며, 국내 고속 철도 KTX 구간에 사용 가능하도록 연속신호에 2G-안테나와 불연속신호에 BPS(Byte Per Second)안테나를 이용할 수 있다.
중앙 제어 장치(170)는, ATS, ATP 및 ATC 기능을 구현하는 다수개의 회로 구성되며, 주 제어기(171), 속도 해석기(172), 판독기(173), 목표 거리 제어기(174), ATC 신호 처리 장치(175) 및 출력 제어기(176) 등으로 이루어진다.
주 제어기(171)는 운전에 필요한 조작을 위해 중앙 제어 장치(170)의 구성부들의 정보를 제공하고 운전 모드의 선택, 차륜 경의 설정과 외부 장치와의 통신을 접속하고, 속도 해석기(172)의 속도 연산 기능을 제어한다.
속도 해석기(172)는 속도 검출기(110)의 출력을 실속도로 해석하여 열차의 현재 속도를 계산하여 속도 정보를 중앙 제어 장치(170)로 제공한다.
판독기(173)는 ATS 지상자(210), 발리스(220) 및 In-fill용 발리스(230)로부터 전송되는 지상 신호에 의한 주파수와 차량의 주행 속도를 판독한 후 경보, 정지, 감속 또는 비상 제동 등의 최종신호를 출력한다.
목표 기기 제어기(174)는 ATS 지상자(210), 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230) 및 ATC용 궤도 회로(240)와 루프 코일(250) 등의 지상 장치(200)와 차상용 안테나(160)가 근접할 때 현시 신호, 선로 정보 등의 해당 구간 정보를 차상에서 수신함과 아울러, 차량의 위치 정보 및 이동 거리 정보를 수신하여 목표 거리와 목표 속도 및 열차의 안전 운행 속도를 계산하여 주 제어기(171)로 전송한다.
ATC 신호 제어 장치(175)는 ATC 구간에 설치된 궤도 회로(240)와 소정의 구간마다 설치된 루프 코일(250)을 통해 열차 제어에 필요한 각종 정보를 포함한 연속 신호와 불연속 신호를 ATC용 차상용 안테나(160b)를 통해 수신하여 이를 처리한 후 그 결과를 주제어기(171)에 전달한다.
여기서, 궤도 회로(240)는 국내 고속철도 KTX에 적용되는 UM71C 절연궤도로써 가청주파를 사용하는 AF궤도 회로 방식으로 적용되어 사용할 수 있으며, UM71C 절연궤도에 의한 연속 신호는 열차 위치 검지, 레일 절손 검지, 전차선 전류 제거, 시스템 주소, 최대 허용 속도나 제한 속도 및 실행 속도 등의 지상 속도 정보, 신호 정보, 목표 거리, 경사도나 커브 등의 선로정보, 이들 정보에 대한 에러감지 등의 정보를 포함한다.
또한, 루프 코일(250)에 의한 불연속 신호는 연속적인 데이터가 아닌 특정한 신호를 차상에 전송하기 위한 방법으로, 사구간, 교량이나 터널 등의 위치 확인 등의 정보를 포함한다.
출력 제어기(176)는 속도 정보와 ATS 현재 정보 및 ATC 연속-불연속 신호를 근거로 차량의 속도를 조절하기 위한 감속, 경보 및 정지 등 필요한 신호를 출력한다.
그리고, 차상 장치(100)는 전원 변환기(미도시)를 더 구비하며, 전원 변환기는 열차의 전원을 중앙 제어 장치(170)의 전원으로 변환시켜 구동 전원으로 제공한다.
중앙 제어 장치(170)는 정보기록장치(178)를 포함하며, 해당 구간별 지상의 고정 정보 및 가변 정보를 데이터화하여 이를 제공한다.
도 3은 본 발명에 따른 열차 자동 제어 시스템에서 차상용 안테나와 발리스 또는 In-fill용 발리스의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, ATP용 지상장치인 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)를 위한 차상용 안테나(160a)는 소결합된 1차 및 2차 코일(L1,L2) 중 1차측에는 전력 증폭기(161)의 출력 및 커패시턴스(C1)를 직렬 결합하여 공진 주파수에서 최대의 출력이 발생되게 된다.
또한, 2차측은 제1 증폭기(162)의 입력에 연결하여 발진을 가능하게 하며, 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)로부터 송출되는 데이터를 디코딩하는 복조기(163)로 구성된다.
아울러, 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)는 차상용 안테나(160a)의 발진 주파수에 근접된 주파수에 공진되도록 L3과 C3의 병렬 공진 회로를 형성하고 지상 정보의 송출이 가능하도록 변조기(201), 마이크로 제어 유닛(202), 클럭 발생기(203) 및 저장 장치(204)를 구비하며 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)의 시스템에 대한 동작상태의 자기 진단 및 운행 기록을 보관/유지하는 진단 장치(205)로 구성된다.
여기서, 변조기(201)는 고속 FET를 사용하여 변조용 커패시터(Crr)와 함께 병렬 공진 회로(L3,C3)에 변조 시점에서 접속되게 하는 것이 바람직하며, 마이크로 제어 유닛(202)은 저장 장치(204)에 저장된 코드화된 데이터를 클럭의 일정 주기마다 변조기(201)에 출력하고, 저장 장치(204)에는 프로그래머(280)를 통해 코드화된 지상 정보의 데이터가 저장된다.
이와 같은 구성에 의한 데이터 통신 방식은, 상호 인덕턴스(M21)의 코일(L2)에 신호가 유기되면 제1 증폭기(162)를 통해 신호가 증폭되어 발진되고, 증폭된 신호는 전력 증폭기(161) 및 제2 증폭기(164)로 출력된다. 이때, 전력 증폭기(161)는 직렬 공진 회로(L1,C1)를 동작시켜 공진 주파수를 출력되게 하며, 제2 증폭기(164)에서는 직렬공진주파수 신호를 출력한다.
차상용 안테나(160a)가 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)에 근접되면, 차상용 안테나(160a)의 발진 주파수에 공진되는 주파수 신호가 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)에 유기되고, 유기된 주파수 신호로부터 강하된 전압의 전력을 취득하여 축적하게 된다.
발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)에 전력이 축적되면, 유기된 주파수 신호에 의해 클럭 발생기(203)에서 기준 클럭을 발생시키며, 기준 클럭과 전력에 의해 마이크로 제어유닛(202)이 가동되어, 기 저장된 프로그래밍 제어를 통해 클럭의 일정 주기마다 저장 장치에서 코드화된 지상 정보의 데이터를 불러들여 변조기(201)로 출력한다. 이때, 변조기(201)는 마이크로 제어유닛(202)으로부터 수신한 데이터를 변조하여 차상용 안테나(160a)측으로 송출한다.
발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230)로부터 차상용 안테나(160a)에 데이터 송출이 이루어지면, 변조 신호는 복조기(163)에 의해 복조되며, 복조된 데이터는 열차 제어에 이용된다.
이러한 데이터 통신 과정을 통해 차상용 안테나(160a)와 발리스(220) 또는 In-fill용 발리스(230) 상호간에 완전히 일체된 동기를 유지시킴으로써 데이터의 정확한 전달을 보장할 수 있게 된다.
한편, 중앙 제어 장치(170)는 목표 거리 제어기(174)에서 계산된 안전 운행 속도를 통신 모듈(140)을 통해 서브 컨트롤 시스템(300)을 통해 서브 오류 검출기(310) 또는 통합 오류 검출기(410)로 전송한다.
서브 오류 검출기(310)는 속도 측정기(500)로부터 수신되는 현재 속도 정보와, 중앙 제어 장치(170)로부터 수신되는 안전 운행속도를 비교하여, 해당 열차의 제어 상태를 검증한다. 즉 서브 오류 검출기(310)는 해당 열차가 안전 운행속도에 따라 현재 속도가 제어되고 있는지 여부를 확인한다.
이때, 서브 오류 검출기(310)는 해당 열차의 현재 속도가 측정되고 있는 위치 및 안전 운행속도가 산출된 위치 및 시간적 차이가 발생할 수 있음으로, 소정 갭(예를 들어, 5%)을 가지고 비교하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 안전 운행 속도가 150Km/h인 경우, 소정 갭인 5%를 반영한 142.5 내지 157.5 Km/h 이내에 현재 속도가 포함되는지 여부를 확인하여 해당 열차의 제어 상태를 검증한다.
한편, 통합 오류 검출기(410)는 구간내의 열차 안전 운행속도와 측정된 열차의 현재 속도를 비교하여 제어 상태의 검증할 수 있다. 그러나, 통합 오류 검출기(410)가 전체 구간의 열차 제어 상태를 검증하는 것은 많은 부하가 예상됨으로 각 구간내의 열차 제어 상태를 각 서브 오류 검출기(310)에서 분산 검증하고, 통합 오류 검출기(410)는 각 서브 오류 검출기(310)의 검증 상태를 취합하여 전체 구간의 열차 제어 상태를 검증하는 것이 바람직하다.
또한, 서브 오류 검출기(310)는 현재 속도 및 안전 운행 속도를 기반으로 열차의 제어 상태를 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 현재 열차의 속도 및 선행 열차의 속도를 기반으로 열차의 제어 상태를 검증할 수 있다.
즉, 서브 오류 검출기(310)는 속도 측정기(500)에서 측정되는 두 열차의 현재 속도와, 각 열차의 현재 위치를 기반으로 두 열차의 이격 거리가 안전 운행거리보다 짧아지면, 두 열차 중 하나의 열차의 제어 상태에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 서브 오류 검출기(310)는 선행 열차가 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 후속 열차가 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 두 열차가 제1 지점을 통과하는 시간 차이를 기반으로 두 열차의 이격 거리를 시간별로 산출할 수 있으며, 두 열차간 이격 거리가 안전 운행 거리의 조건에 만족하는지, 즉 안전 운행거리보다 넓게 지속되는지 여부를 판단하여 열차의 제어 상태에 오류를 판단한다.
서브 오류 검출기(310)는 열차의 제어 상태에 오류가 발생한 것으로 판단되면, 통합 오류 검출기(410)로 오류 발생을 전송한다.
통합 오류 검출기(410)는 하나의 서브 오류 검출기(310)에서 열차의 제어 상태에 오류가 발생한 것으로 판단하면, 전체 구간의 열차에 대한 긴급 제어를 실시하여, 추돌 사고를 미연에 방지해야 함으로, 전체 서브 컨트롤 시스템으로 긴급 제어 명령을 내린다.
이때, 통합 오류 검출기(410)가 서브 컨트롤 시스템으로 전달하는 긴급 제어 명령은 추돌 사고의 위험이 있으니, 열차의 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 운전자 표시 장치(120)로 출력하도록 하는 것일 수 있으며, 기타 추돌 사고의 위험을 해소할 수 있는 명령이 될 수 있다.
따라서, 통합 오류 검출기(410)는 열차가 경계 구간을 지나는 경우라도 선행 열차와의 추돌 사고를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 서브 오류 검출기(310)는 선행 열차와 후속 열차가 동일한 구간내에 위치하는 경우에는 통합 오류 검출기(410)로 오류 발생 사실을 통보하고, 해당 구간내의 선행 열차 및 후속 열차의 속도를 감속시키거나, 해당 열차의 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력할 수 있다.
즉, 서브 오류 검출기(310)는 전체 구간의 열차들의 운행에 영향을 미치지 않을 정도의 제어 상태 오류이면, 해당 구간내에서 열차의 운행을 제어할 수 있으며, 경계 구간을 지나는 열차, 즉 이웃 구간내의 열차와 추돌 사고의 위험이 있으면, 통합 오류 검출기(410)로 오류 발생을 전달하여, 통합 오류 검출기(410)가 선행 열차 및 후속 열차가 위치하는 구간의 서브 오류 검출기(310)를 통해 해당 열차의 운행을 제어한다.
따라서, 열차의 제어 상태에 오류가 발생하더라도 자동으로 운행 속도를 제어하면서 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력할 수 있으며, 동일 구간내 열차 또는 다른 구간 내의 위치하는 열차 사이에 안전 운행에 문제가 발생하는 경우라도 열차의 운행을 다시금 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로챠트 도면이다.
도 4를 참조하면, 자동 열차 제어 시스템에서 차상 장치(100)는 지상 장치(200)로부터 수신되는 지상 정보를 기반으로 열차의 운행 속도를 안전 운행 속도로 제어한다(S 100). 이때, 차상 장치(100)는 지속적으로 열차의 안전 운행 속도를 서브 컨트롤 시스템(300)을 통해 서브 오류 검출기(310)로 전송한다.
그리고, 열차의 궤도 인접 지역에 위치하는 속도 측정기(500)는 해당 열차의 현재 속도를 측정하여 서브 오류 검출기(310)로 전송한다(S 110).
이때, 속도 검출기는 차상 장치(100)를 통해 현재 속도 정보를 서브 오류 검출기(310)로 전송하거나, 별도의 통신 모듈을 구비하여 서브 컨트롤 시스템(300)을 통해 서브 오류 검출기(310)로 전송할 수 있다.
서브 오류 검출기(310)는 차상 장치(100)가 제어하는 열차의 안전 운행 속도와, 속도 검출기로부터 수신되는 현재 속도를 비교하여, 해당 열차의 현재 운행 상태, 즉 제어 상태에 오류가 있는지 여부를 확인한다(S 120). 즉, 서브 오류 검출기(310)는 현재 열차의 속도가 안전 운행 속도로 운행되고 있는지 여부를 확인한다.
이때, 서브 오류 검출기(310)는 해당 열차의 현재 속도가 측정되고 있는 위치 및 안전 운행속도가 산출된 위치 및 시간적 차이가 발생할 수 있음으로, 소정 갭(예를 들어, ㅁ5%)을 가지고 비교하는 것이 바람직하다.
한편, 서브 오류 검출기(310)는 현재 열차의 속도 및 선행 열차의 속도를 기반으로 두 열차간 이격 거리가 안전 운행거리의 조건에 만족하는지 여부를 확인한다(S 130).
즉, 서브 오류 검출기(310)는 선행 열차가 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 후속 열차가 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 두 열차가 제1 지점을 통과하는 시간 차이를 기반으로 두 열차의 이격 거리를 시간별로 산출하여, 두 열차간 이 격 거리가 안전 운행 거리의 조건에 만족하는지, 즉 안전 운행거리보다 넓게 지속되는지 여부를 판단한다.
서브 오류 검출기(310)는 열차의 현재 속도와 안전 운행 속도의 비교 또는 선행 열차와 후속 열차간의 이격 거리와 안전 운행 거리의 비교 결과에 따라 제어 상태에 오류가 발생한 것으로 판단되면, 선행 열차와 후속 열차가 동일한 구간내에 있는지 여부를 확인한다(S 140).
서브 오류 검출기(310)는 선행 열차와 후속 열차가 동일한 구간내에 위치하면, 통합 오류 검출기(410)로 오류 발생 사실을 통보하고, 해당 구간내의 선행 열차 및 후속 열차의 속도를 감속 제어하거나, 해당 열차의 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하는 긴급 제어를 수행한다(S 150).
한편, 서브 오류 검출기(310)는 선행 열차 및 후속 열차가 동일한 구간내에 위치하지 않으면, 통합 오류 검출기(410)로 오류 발생을 전송한다(S 160).
통합 오류 검출기(410)는 서브 오류 검출기(310)에서 열차의 제어 상태에 오류가 발생한 것으로 판단하면, 전체 구간의 열차에 대한 긴급 제어를 실시하여, 추돌 사고를 미연에 방지한다(S 170).
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차상 장치에서 제어하는 열차의 운행 제어 상태가 정확하게 실시되고 있는지 여부를 별도의 속도 측정기에서 측정되는 열차의 현재 속도와 안전 운행 속도를 비교 판단함으로써, 열차 제어 상태의 오류를 판단하여 추돌 사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.
아울러, 선행 열차와 후속 열차간 이격 거리가 안전 운행 거리의 조건에 만족하는지 여부를 별도의 속도 측정기에서 측정된 열차들의 현재 속도로부터 산출하여 비교함에 의해 자동 열차 제어 시스템의 기계적 또는 논리적 오류로 인하여 추돌 사고가 발생할 가능성을 배제할 수 있다.
또한, 열차 자동 제어 시스템에서 각기 다른 신호 체계를 가지는 구간내에 위치하는 선행 열차 및 후속 열차간 추돌 사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (12)

  1. 열차 자동 제어 시스템에 있어서,
    선로별로 설치되어, 열차의 운행에 따른 지상 정보를 제공하는 지상 장치와,
    상기 지상 장치로부터 무선으로 상기 지상 정보를 수신하여 상기 열차의 안전 운행속도를 산출하여 제어하는 차상 장치와,
    상기 열차의 궤도 인근에 설치되며, 상기 열차의 속도를 측정하여 현재 속도를 제공하는 속도 측정기와,
    상기 차상 장치에서 산출된 상기 안전 운행속도와, 상기 속도 측정기로부터 측정된 상기 현재 속도를 비교하여 상기 열차의 운행 제어의 오류를 판단하는 다수개의 오류 검출기를 포함하는 열차 자동 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각기 다른 신호 체계를 가지는 선로 구간을 제어하는 다수개의 서브 컨트롤 시스템과,
    상기 각 선로별로 설치되는 상기 각 서브 컨트롤 시스템들을 중앙 집중 제어하는 통합 컨트롤 시스템을 더 포함하며,
    상기 오류 검출기는,
    상기 각 서브 컨트롤 시스템과 연동되며, 해당 선로 구간내에 위치하는 상기 열차의 현재 속도와, 상기 산출되는 상기 안전 운행 속도를 비교하여 제어 상태의 오류를 판단하는 다수개의 서브 오류 검출기와,
    상기 각 서브 오류 검출기에서 판단하는 오류 발생에 따라 전체 선로 구간에 위치하는 열차를 제어하는 통합 오류 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 자동 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 서브 오류 검출기는,
    상기 안전 운행속도와 상기 측정된 현재 속도를 소정 갭을 가지고 비교 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 자동 제어 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브 오류 검출기는 현재 속도와 상기 안전 운행속도에 따라 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 동일한 구간내에 위치하면, 상기 각 열차의 운행 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하면서 상기 통합 오류 검출기로 오류 발생을 통보하는 것을 특징으로 하는 열차 자동 제어 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브 오류 검출기는 현재 속도와 상기 안전 운행속도에 따라 제어 상태 의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 서로 다른 구간내에 위치하면, 상기 통합 오류 검출기로 오류 발생을 보고하고,
    상기 통합 오류 검출기는 각기 다른 구간내에 위치하는 상기 각 열차의 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 열차 자동 제어 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 각 신호 체계는,
    ATS(Automatic Train Stop), ATP(Automatic Train Protection) 또는 ATC(Automatic Train Control) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열차 자동 제어 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 각 오류 검출기는,
    선행 열차가 상기 속도 측정기가 설치된 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 후속 열차가 상기 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 두 열차가 제1 지점을 통과하는 시간 차이를 기반으로 두 열차의 이격 거리를 시간별로 산출하여, 상기 두 열차간 이격 거리와 안전 운행 거리의 조건을 비교하여 상기 제어 상태의 오류를 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 자동 제어 시스템.
  8. 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법에 있어서,
    차상 장치가 지상 장치로부터 수신되는 지상 정보를 기반으로 열차의 안전 운행 속도를 산출하여 상기 열차를 제어하는 단계와,
    상기 차상 장치가 상기 열차의 안전 운행 속도를 오류 검출기로 전송하는 단계와,
    상기 열차의 궤도 인근에 설치되는 속도 측정기가 상기 열차의 현재 속도를 측정하여 상기 오류 검출기로 전송하는 단계와,
    상기 오류 검출기가 상기 열차의 안전 운행 속도와, 상기 현재 속도를 비교하여 상기 열차의 제어 상태를 판단하는 단계와.
    상기 오류 검출기가 상기 안전 운행 속도와 상기 현재 속도가 상이하면, 상기 열차의 제어 상태에 오류가 발생한 것을 판단하여, 긴급 제어를 수행하는 단계를 포함하는 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    선행 열차가 상기 속도 측정기가 설치된 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 후속 열차가 상기 제1 지점을 통과하는 현재 속도와, 두 열차가 제1 지점을 통과하는 시간 차이를 기반으로 두 열차의 이격 거리를 시간별로 산출하는 단계와,
    상기 두 열차간 이격 거리와 안전 운행 거리의 조건을 비교하여 상기 제어 상태의 오류를 판단하는 단계를 더 포함하는 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 긴급 제어를 수행하는 단계는,
    각기 다른 신호 체계를 가지는 선로 구간별로 상기 열차의 제어 상태 오류를 판단하는 다수개의 서브 오류 검출기가 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 동일한 구간내에 위치하면, 해당 선로 구간내에서 상기 긴급 제어를 수행하고,
    상기 제어 상태의 오류가 발생한 열차와 선행 열차가 서로 다른 구간내에 위치하면, 상기 각 서브 오류 검출기에서 판단하는 오류 발생에 따라 전체 선로 구간에 위치하는 열차를 제어하는 통합 오류 검출기로 오류 발생을 보고하고, 상기 통합 오류 검출기가 각기 다른 구간내에 위치하는 상기 각 열차의 긴급 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제어 상태를 판단하는 단계는,
    상기 안전 운행속도와 상기 측정된 현재 속도를 소정 갭을 가지고 비교 판단하는 것을 특징으로 하는 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 긴급 제어는,
    상기 열차의 운행 속도를 감속시키거나, 운전자에게 긴급 상황 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동 열차 제어 시스템의 제어 방법.
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