KR101320667B1 - 열차간 통신기반 ａｔｃｐ 시스템 및 ａｔｃｐ 수행방법 - Google Patents

열차간 통신기반 ａｔｃｐ 시스템 및 ａｔｃｐ 수행방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 다종의 레일선로에서 운영되는 열차들 간에 열차충돌을 방호하기 위한 열차간 통신기반 ATCP(Adaptive Train Collision Prevention) 시스템 은, 열차의 현재위치를 알려주는 위치정보발생기와, 열차들 내에 설치되어 위치신호발생기로부터 수신된 현재위치신호와 자신의 현재 운행속도를 포함하는 운행정보를 출력하고, 다른 열차로부터의 운행정보를 수신하는 운행정보관리부, 및 수신된 다른 열차들의 운행정보를 기초로 열차의 속도제어패턴을 생성하는 적응식 속도제어패턴 생성기를 포함하는 제어기와, 제어기에서 출력된 운행정보를 일정 통신반경 거리 내에 위치하는 다른 열차에 전송하거나, 다른 일정통신반경 내에 위치하는 다른 열차로부터의 운행정보를 수신하여 제어기의 운행정보관리부에 전달하는 RF모듈을 포함한다.

Description

열차간 통신기반 ＡＴＣＰ 시스템 및 ＡＴＣＰ 수행방법{SYSTEM FOR ATCP BASED ON INTER-TRAIN COMMUNICATION, AND METHOD FOR PERFORMING ATCP}
본 발명은 열차간 통신기반 ATCP(Adaptive Train Collision Prevention) 시스템 및 열차간 통신기반 ATCP를 수행하기 위한 방법에 관한 것이다.
철도에 있어서, 열차의 운전은 어떠한 경우에도 지장을 받지 않는 선로를 주행하는 것을 전제로 하지만, 이상사태가 일어날 것을 염두에 두고, 철도운송의 안전을 도모하는 방법을 고려하지 않을 수 없다. 즉, 시설의 장해, 열차의 탈선 등으로 철도의 안전이 보장되지 못하는 경우에 이것으로부터 영향을 받는 열차를 정지시킬 필요성이 발생하게 된다. 이와 같이 이상사태가 발생할 때, 그 이상사태로 인해 영향을 받을 개연성이 큰 열차를 정지시키는 방법을 열차방호(列車防護)라고 하며, 철도운전규칙 제 70조에는 열차방호는「열차의 정지를 요하는 장해가 발생한 경우에, 진행중인 열차를 정지시키기 위하여 열차의 제동거리를 고려하여 정지신호 또는 차내 정지신호를 현시 하는 것을 말한다」라고 정의되어져 있다.
이와 같은 열차방호를 위한 수단으로서 그 종래기술로는 궤도회로, 발리스, ATS(Automatic Train Stop)지상자(wayside coil, beacon , 地上子), 불연속 루프 등을 들 수 있으나, 이들 장치가 열차의 노선별로 각양 각색으로 설치되어 있어, 다양한 종류의 차상 열차방호설비를 운영할 수 밖에 없으므로, 노선변경 때마다 그 열차방호설비의 절체(Transfer Switching)도 함께 수반해야 하므로 그에 따른 운영의 복잡성이 심하고, 과다한 유지, 보수 비용이 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 종래기술로서, 열차탈선이나, 열차충돌과 같은 이상사태가 발생할 때, 주변운행열차에 대해 사고정보를 차상에서 무선으로 전달하여 열차 비상제동을 수행하는 열차방호설비가 운영되고 있지만, 이러한 기술은 이미 문제가 발생한 이후, 추가적인 열차사고 방지만을 위한 소극적인 열차방호기술이라 할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 현재 운행중인 열차들 간의 열차충돌을 사전에 방지할 수 있는 열차방호수단으로서 주변 열차들 간에 서로 통신을 주고 받으면서 열차운행의 패턴을 결정할 수 있는 열차간 통신기반 ATPC 시스템 및 그 ATCP를 수행하기 위한 방법을 제공하는 것을 제1목적으로 한다.
본 발명 제2목적은 선로의 변경과 관계없이 차상 열차방호시스템을 절체할 필요가 없는 열차간 통신기반 ATPC 시스템 및 그 ATCP를 수행하기 위한 방법을 제공하는 것을 제2목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1구성특징은 다종의 레일선로에서 운영되는 열차들 간에 열차충돌을 방호하기 위한 열차간 통신기반 ATCP(Adaptive Train Collision Prevention) 시스템으로서, 상기 시스템은, 열차의 현재위치를 알려주는 위치정보발생기와, 열차들 내에 설치되어 상기 위치정보발생기로부터 수신된 현재위치신호와 자신의 현재 운행속도를 포함하는 운행정보를 출력하고, 다른 열차로부터의 운행정보를 수신하는 운행정보관리부, 및 수신된 다른 열차들의 운행정보를 기초로 열차의 속도제어패턴을 생성하는 적응식 속도제어패턴 생성기를 포함하는 제어기와, 상기 제어기에서 출력된 운행정보를 일정 통신반경 거리 내에 위치하는 다른 열차에 전송하거나, 다른 일정통신반경 내에 위치하는 다른 열차로부터의 운행정보를 수신하여 제어기의 운행정보관리부에 전달하는 RF모듈을, 포함한다.
바람직하게는, 상기 속도제어패턴 생성기가 생성하는 속도제어패턴은 열차 속도의 감속, 열차 속도의 증가, 정지, 선로절체와 같은 운전조건을 포함한다.
바람직하게는, 상기 위치정보발생기는 RFID 태그 또는 GPS수신기이다.
바람직하게는, 상기 RFID 태그는 자체전원을 갖춘 능동형 태그이다.
바람직하게는, 상기 운전조건에 따라서, 열차를 제동하는 제어제동장치를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어제동장치에 연결되는 MMI(Mahchie Man Interface)를 더 포함한다.
상기 목적을 실현하기위한 본 발명의 제2구성특징은 다종의 노선에서 운영되는 열차들 간에 열차충돌을 방호하기 위한 열차간 통신기반 ATCP(Adaptive Train Collision Prevention)를 수행하는 방법으로서, 선로에 설치된 위치정보발생기로부터 현재 선로 위를 지나는 열차의 현재위치신호를 알려주는 제1단계와, 열차들 내에 설치된 제어기를 통해 상기 위치정보발생기로부터 수신된 현재위치신호와 자신의 현재 운행속도를 포함하는 운행정보를 출력하는 제2단계와, 상기 제어기에서 출력된 운행정보를 일정 통신반경 거리 내에 위치하는 다른 열차에 무선으로 전송하는 동시에, 다른 열차로부터의 운행정보를 무선으로 수신하는 제3단계와, RF모듈을 통해 다른 열차로부터 수신된 운행정보를 기초로 열차의 적응적 속도제어패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 속도제어패턴 생성기가 생성하는 속도제어패턴은 열차 속도의 감속, 열차 속도의 증가, 정지, 선로절체와 같은 운전조건을 포함한다.
바람직하게는, 상기 운전조건에 따라서, 열차를 제동하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열차를 제동하는 단계에서는 MMI(Mahchie Man Interface)와 상기 MMI에 연결된 제동제어장치를 통해 이루어진다.
본 발명에 따르면, 단일화된 열차방호시스템을 제공할 수 있으므로, 운행중에 다른 종류의 방호시스템으로 변경하는 방호시스템 절체가 필요 없다. 따라서, 열차제어시스템의 구조 및 절차가 간소화될 뿐만 아니라, 고신뢰성, 고안정성의 방호시스템을 제공할 수 있다.
둘째, 열차간 직접 통신으로 열차방호가 가능하므로, 신규 열차방호시스템 도입에 따른 초기 열차방호설비 구축비용 및 운영유지보수비용을 절감할 수 있다.
셋째, 능동형 또는 적응형 운행패턴의 생성으로 인한 최소한의 열차운행간격을 구현할 수 있어, 열차운영의 효율성을 증대시킬 수 있다.
넷째, 열차출동과 관련하여 높은 신뢰성을 가진 예방적 차원의 방호기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열차간 통신기반 ATCP 시스템의 개념을 설명하는 개략적 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열차간 통신기반 ATCP 시스템을 수행하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.
다음에 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 도시철도 분산 승하차 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열차간 통신기반 ATCP 시스템의 개념을 설명하는 개략적 개념도이다. 먼저, 본 발명의 ATCP 시스템은 기본적으로 여러 레일선로(RL1, RL2)에서 운행되는 다수의 열차(TN1, TN2, TN3) 내에 각각 설치되는 제어기(10)와, 레일선로(RL1, RL2)에 일정간격으로 규칙적으로 설치된 위치정보발생기(30), 제어기(10)에 연결된 제어제동장치(20), 제어제동장치(20)와 연결되는 MMI(Machine Man Interface)(50), 열차(TN1, TN2, TN3) 내의 각 제어기(10)를 무선으로 연결하는 RF모듈(40)을 포함한다.
먼저, 위치정보발생기(30)는 도 1에 나타낸 바와 같이 레일노선(RL1, RL2)을 따라서, 일정간격으로 규칙적으로 배열되어 있다. 각 발생기(30)는 자신의 위치를 다른 열차에 무선으로 송신한다.
위치정보발생기(30)로 적합한 것은 RFID 태그를 들 수 있으며, 수동형과 능동형 모두를 사용할 수 있다. 수동형 RFID 태그의 경우 안테나코일과 IC 칩으로 구성되어 있으며, 외부로부터 전자유도나 전파로 전력을 공급받을 수 있다. 칩의 소형화와 함께 비용도 저렴한 편이다. 능동형 RFID 태그의 경우 태그에 자체전원으로 식별한 정보를 지속적으로 송신하는 태그로서 수동형이 수mm에서 최대 1m 전후의 송신능력을 가진데 반해 능동형은 10~15m, 조건에 따라서는 30m까지 가능하여, 달리는 열차에 신호를 수신하는 경우 본 발명에서는 능동형이 바람직하다고 할 수 있다.
제어기(10)는 열차(TN1, TN2, N3) 마다 개별적으로 설치되며, 운행정보관리부(11) 및 적응 속도제어 패턴생성기(12)를 포함한다.
운행정보관리부(11)는 위치정보발생기(30)로부터, 해당열차, 즉 제어기(10)가 설치된 열차의 현재위치정보를 지속적으로 수신하고, 또한, 해당열차의 현재 속도를 지속적으로 산출하여, 운행정보를 출력한다. 그리고, 다른 열차에서 송신하는 운행정보를 수신하여 자신의 열차와 다른 열차들 간의 거리를 산출한다.
제어기(10)의 적응 속도제어 패턴생성기(12)는 상기 운행정보관리부(11)로부터 산출된 다른 열차들과의 거리와 현재 자신의 열차속도 및 방향을 기초로 열차속도를 적응적으로 조절할 수 있는 속도제어패턴을 생성하는 동시에, 이 속도제어 패턴을 기초로 운전조건을 결정한다. 운전조건에는 감속, 가속, 정지, 레일선로 절체 등이 포함될 수 있다.
제어제동장치(20)는 상기 패턴생성기(12)로부터의 운전조건 신호에 따라서 감속, 가속, 정지, 선로절체 등을 행한다.
MMI(50)는 제어제동장치(20)와 연결되어 제어제동장치(20)를 속도제어패턴에 따라서 수동 또는 자동을 행할 때, 그 진행상황을 알려주거나 기관사를 통해 제어제동장치(20)에 수동으로 명령할 수 있는 중간 인터페이스 작용을 한다.
RF모듈(40)은 제어기(10)의 운행정보관리부(11)로부터의 운행정보를 소정의 반경거리 만큼 전송하고 동시에, 소정의 반경거리 내에 있는 다른 열차로부터 송신되는 운행정보를 수신하여 운행정보관리부(11)로 전달한다.
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 열차간 통신기반 ATCP 시스템의 동작을 설명한다. 도 1과 관련한 구성설명에서 부족한 부분은 동작부분설명에서 추가로 기재한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열차간 통신기반 ATCP 시스템을 수행하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2의 흐름도는 제1열차(TN1)를 중심으로 하는 ATCP 동작이지만, 다른 모든 열차(TN2,...TNn)에도 동일하게 동시적으로 진행되는 것이다.
먼저, 제1열차(TN1)가 시동하면(S101), 본 발명의 ATCP 시스템에서는 레일선 로(RL1)에 배열된 위치정보발생기(30)로부터 현재위치신호를 제1열차(TN1)의 제1제어기(10)가 수신하고, 제1열차(TN1)의 현재속도와 함께 제1운행정보를 산출한다(S102). 제1운행정보에는 제1열차(TN1)를 식별하는 고유열차식별번호가 포함될 수 있다.
제1열차(TN1)의 제1제어기(10)는 동시에 제2 내지 제N 열차(TN2,TN3..., TNn)로부터도 각각의 제2 내지 제N운행정보를 RF모듈(40)을 통해 수신한다(S103). 이때 수신되는 다른 열차들(TN2,TN3..., TNn) 각각의 운행정보는 그 열차들이 제1열차(TN1)에 대해 일정한 거리가 되는 통신반경 내에 위치할 때, 제1열차(TN1)의 RF모듈(40)에 유효하게 수신된다.
단계 S103에 이후, 제1열차(TN1)의 제어기(10)에서 운행정보관리부(11)는 수신된 제1 내지 제n열차의 운행정보를 기초로 제1열차에 대한 제2 내지 제n열차의 상대간격, 또는 상대거리를 산출한다(S104).
그리고, 산출된 상대거리가 경계간격보다 작을 때(S105), 제어기(10)의 패턴생성기(12)는 속도제어패턴을 생성한다(S106). 속도제어패턴에는 예를들면, 감속, 가속, 정지, 선로 절체 등의 운전조건을 포함할 수 있다(S107). 그리고, 결정된 운전조건에 따라서 제어제동장치(20)를 작동시킨다(S108). 감속, 가속의 정도는 적응적으로 다음 속도제어패턴과 비교하면서 정할 수 있다. 또한, 정지위치도 다음 속도제어패턴과 비교하면서 적응적으로 정할 수 있다. 그리고, 모든 운전조건은 열차 독단적으로 실행할 수도 있고, 중앙통제소의 종합적 판단을 실시간으로 연계하여 실행할 수도 있다.
단계 S108 이후 S102 단계로 돌아가 프로세스를 반복한다.
단계 S105에서, 상대간격이 경계간격 보다 클 때는 처음단계 S102로 돌아가 다시 프로세스를 진행한다.
상기 단계 S101 내지 S108은 다른 모든 열차(TN2,TN3,...TNn)도 동일하게 리얼타임으로 진행될 수 있다. 따라서, 열차간 통신기반 만으로도, 열차의 운전조건, 즉, 감속, 가속, 정지, 절체 등을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 열차간 통신기반 ATCP 시스템은 기존의 열차방호 시스템이나, 종합적 열차관리시스템과 연계하여 사용할 수도 있으므로, 열차관리시스템의 전반적인 교체나 수리작업을 최소화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 범위는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를들면, S105에서 경계간격을 단계별로 정하고 그 단계별마다 속도제어패턴도 예를들면 제1차패턴, 제2차패턴,..., 제n차패턴 등으로 정형화할 수도 있다. 정형화할 경우, 종합적 열차속도 제어 시스템에서 표준화를 제공할 수 있어 편리한 이점이 있다. 또한, 열차의 현재위치정보를 제공하는 장치는 RF태그를 사용할 수도 있지만, GPS를 이용하는 방식도 가능함을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않고도 여러 가지 변경 및 변형이 가능함을 알 수 있으며, 이와 같이 명백한 변경이나 변형은 모두 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
10. 제어기, 11. 운행정보관리부,
12. 적응식 속도제어 패턴생성기,
20. 제어제동장치, 30. 위치정보발생기,
40. RF모듈, 50. MMI
RL1, RL2. 레일선로,
TN1, TN2, TN3,...,TNn. 제1 내지 제n열차

Claims (10)

  1. 다종의 레일선로에서 운영되는 열차들 간에 열차충돌을 방호하기 위한 열차간 통신기반 ATCP(Adaptive Train Collision Prevention) 시스템으로서,
    상기 시스템은,
    열차의 현재위치를 알려주는 위치정보발생기와,
    열차들 내에 설치되어 상기 위치정보발생기로부터 수신된 현재위치신호와 자신의 현재 운행속도를 포함하는 운행정보를 출력하고, 다른 열차로부터의 운행정보를 수신하는 운행정보관리부, 및 수신된 다른 열차들의 운행정보를 기초로 열차의 속도제어패턴을 생성하는 적응식 속도제어패턴 생성기를 포함하는 제어기와,
    상기 제어기에서 출력된 운행정보를 일정 통신반경 거리 내에 위치하는 다른 열차에 전송하거나, 다른 일정통신반경 내에 위치하는 다른 열차로부터의 운행정보를 수신하여 제어기의 운행정보관리부에 전달하는 RF모듈을,
    포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 속도제어패턴 생성기가 생성하는 속도제어패턴은 열차 속도의 감속, 열차 속도의 증가, 정지, 선로절체와 같은 운전조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치정보발생기는 RFID 태그 또는 GPS수신기인 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 RFID 태그는 자체전원을 갖춘 능동형 태그인 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운전조건에 따라서, 열차를 제동하는 제어제동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어제동장치에 연결되는 MMI(Mahchie Man Interface)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP 시스템.
  7. 다종의 노선에서 운영되는 열차들 간에 열차충돌을 방호하기 위한 열차간 통신기반 ATCP(Adaptive Train Collision Prevention)를 수행하는 방법으로서,
    선로에 설치된 위치정보발생기로부터 현재 선로 위를 지나는 열차의 현재위치신호를 알려주는 제1단계와,
    열차들 내에 설치된 제어기를 통해 상기 위치정보발생기로부터 수신된 현재위치신호와 자신의 현재 운행속도를 포함하는 운행정보를 출력하는 제2단계와,
    상기 제어기에서 출력된 운행정보를 일정 통신반경 거리 내에 위치하는 다른 열차에 무선으로 전송하는 동시에, 다른 열차로부터의 운행정보를 무선으로 수신하는 제3단계와,
    RF모듈을 통해 다른 열차로부터 수신된 운행정보를 기초로 열차의 적응적 속도제어패턴을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP를 수행하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 속도제어패턴 생성기가 생성하는 속도제어패턴은 열차 속도의 감속, 열차 속도의 증가, 정지, 선로절체와 같은 운전조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP를 수행하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 운전조건에 따라서, 열차를 제동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP를 수행하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열차를 제동하는 단계에서는 MMI(Mahchie Man Interface)와 상기 MMI에 연결된 제동제어장치를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 ATCP를 수행하는 방법.
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