KR101351507B1 - Cbtc모드 다편성 열차의 운행 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신을 기반으로 열차를 제어하는 CBTC 시스템에서 다편성 열차를 운행 중 무선통신 장애가 발생한 경우 궤도회로를 이용하여 고장열차의 위치를 파악해서 고장열차는 CBTC모드 운행을 제한하고 나머지 정상열차는 CBTC모드로 계속하여 운행하는 열차의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법은, 열차가 이동하는 선로를 다수의 절연 개소(구간)로 분할하여 열차의 차륜과 함께 폐루프를 형성하도록 궤도회로를 설치하는 단계와, CBTC모드로 다편성 열차를 운행중 임의의 열차와 AP간에 무선통신 장애가 발생하는지 확인하는 단계와, 상기 무선통신 장애가 발생한 경우 선로변 ATP에서 궤도회로를 이용하여 무선통신 장애가 발생한 임의의 열차(고장열차)가 어느 구간에 위치해 있는지 획득하는 단계와, 상기 선로변 ATP에서 고장열차를 제외한 정상열차의 위치를 AP를 통해 획득하는 단계와, 상기 선로변 ATP에서 고장열차가 위치한 구간에 다른 열차가 점유하지 못하도록 열차간 간격을 관리하는 단계 및 (d') 상기 선로변 ATP에서 정상열차의 위치를 토대로 열차간 간격을 관리하는 단계; 를 포함하여 구성된다.

Description

CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING OPERATION OF CBTC MODE MULTI-FORMATION TRAIN}

본 발명은 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통신을 기반으로 열차를 제어하는 시스템에서 다편성 열차를 운행 중 무선통신 장애가 발생한 경우 궤도회로를 이용하여 고장열차의 위치를 파악해서 고장열차는 CBTC모드 운행을 제한하고 나머지 정상열차는 CBTC모드로 계속하여 운행하도록 제어하는 열차의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 일정한 레일을 따라 운행하며 사람 또는 물건을 운반하는 열차는 다수의 객차 또는 화차가 연결된 구조를 이루고 있다.

이와 같은 열차는 그 열차 위치를 검지함으로써 열차 간의 간격을 제어하고 선행열차와 후행열차의 충돌 사고 등을 방지할 수 있다.

따라서, 열차의 위치를 검지하는 것은 열차가 정차하는 역과 역 사이에서는 열차의 간격을 제어하기 위해서 필요하고, 역내에서는 열차의 진로를 제어하기 위해 요구되는 가장 중요한 정보이다.

최근에는 무선통신기술을 이용하여 열차속도와 열차진로를 제어함으로써 무인운전으로 고밀도 제어가 가능하도록 하기 위한 연구가 여러 국가에서 활발히 진행 중인데, 무선에 의한 열차제어는 차량의 점유율을 개선함으로써 차량간의 거리 및 시격을 단축할 수 있기 때문이다.

이러한 무선통신기술의 적용에는 끊김 없는 정보의 송수신이 요구되기 때문에 가능한 전용대역을 사용하거나, 사용자(사업자) 간에 협의를 통하여 간섭을 피하고 있다.

일반적으로 사용되는 통신방식은 GSM(Global System for Mobile Communications)을 철도분야의 특수성에 맞도록 보완한 유럽의 GSM-R(GSM Railway)방식과, 산업 과학 의료용으로 전 세계적으로 공용으로 사용할 수 있는 주파수 대역인 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역을 사용하는 무선랜(Wireless LAN) 등이 있다.

상기 무선랜은 차상 RF모뎀, 지상 RF모뎀, 데이터통신장치 등으로 구성된다.

차상과 지상의 RF모뎀은 지상과 차상간 양방향 연속통신을 구성한다.

데이터통신장치는 여러 개의 지상 RF모뎀과 지상열차제어장치간을 상호 연계하여 여러 편성의 열차에서 오는 정보를 지상열차제어장치로 전송하고, 이 정보를 바탕으로 작성된 명령정보를 지상 RF모뎀을 통해 해당하는 각 열차의 차상 RF모뎀으로 전송한다.

도 1은 이와 같은 무선통신을 기반으로 열차를 제어하는 개념을 보인 도면으로서, 일반 CBTC 모드로 운행중인 열차의 운영 예를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, CBTC(Communication Based Train Control)모드로 운행되는 열차(1)에 탑재된 차상제어장치(10)는 열차(1)의 위치를 알아내어 미도시된 무선통신모듈을 통해 선로변을 따라 설치된 AP(Access Point)(20)중 가까운 AP(20)에 열차(1)의 위치와 관련된 정보를 무선통신으로 전송한다.

이때 차상제어장치(10)는 열차(1)의 차축에 장착된 타코미터를 통해 차륜의 회전량을 측정하여 시작지점으로부터의 열차 이동거리를 산출하여 열차의 위치를 알아내거나, GPS 위성을 이용하여 열차의 위치를 알아내는 등 여러 가지 방식으로 열차의 위치를 알아낸다.

상기 AP(1)는 열차의 무선통신모듈로부터 받은 위치 정보를 무선통신으로 선로변(wayside) ATP(30)에 전송하고, 상기 선로변 ATP(30)는 각 AP(20)에서 무선통신으로 보내온 열차의 위치 정보를 토대로 선행열차와 후행열차간 안전한 이격 거리를 관리하게 된다.

이와 같이 CBTC모드로 열차를 운행하는 중에 도 2에 도시된 바와 같이 무선통신모듈 고장과 같은 무선통신 장애가 발생하면, 해당 고장열차에서는 열차의 위치 정보를 AP(20)에 전송할 수 없게 된다.

따라서 선로변 ATP(30) 또한 고장열차의 위치를 검지할 수 없게 된다.

그런데 선로(2)를 따라 운행되는 다편성 열차 중 한 열차라도 무선통신 장애가 발생하면, 선로변 ATP(30)에서 고장차량의 위치를 검지할 수 없게 되어, 고장열차의 선행열차나 후행열차의 안전한 이격 거리를 알 수 없으므로 무선통신 장애가 발생하지 않는 다른 정상열차들의 CBTC모드 운행이 제대로 이루어질 수 없어 열차의 운용 효율이 떨어진다.

즉, 열차가 CBTC모드로 다편성 운행 중 임의의 열차에 무선통신 장애가 발생하면 선로변 ATP(30)는 고장열차의 위치 정보를 실시간으로 전송받지 못하여 열차간의 안전한 이격 거리 관리에 지장을 받고, 이때, 장애가 발생하지 않은 모든 정상열차들의 CBTC모드 운행은 다른 모드로 전환되거나 중지되어야 하므로 열차의 운용 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

공개번호 특1999-0068965호(공개일자 1999년09월06일) 등록번호 10-1234920호(공고일자 2013년02월19일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열차가 CBTC모드로 다편성 운행 중 임의의 열차에 무선통신 장애가 발생했을 때 고장열차에 대해서만 CBTC모드 운행을 제한하고 정상적인 다른 정상 차들에 대해서 CBTC모드 운행을 지속하여 열차의 운용 효율을 향상시킬 수 있는 CBTC모드 운행 다편성 열차의 운영방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CBTC모드 운행 다편성 열차의 운영방법은, (a) 열차가 이동하는 선로를 다수의 절연 개소(구간)로 분할하여 열차의 차륜과 함께 폐루프를 형성하도록 궤도회로를 설치하는 단계;

(b) CBTC모드로 다편성 열차를 운행중 임의의 열차와 AP간에 무선통신 장애가 발생하는지 확인하는 단계;

(c) 상기 무선통신 장애가 발생한 경우 선로변 ATP에서 궤도회로를 이용하여 무선통신 장애가 발생한 임의의 열차(고장열차)가 어느 구간에 위치해 있는지 획득하는 단계;

(c') 상기 선로변 ATP에서 고장열차를 제외한 정상열차의 위치를 AP를 통해 획득하는 단계;

(d) 상기 선로변 ATP에서 고장열차가 위치한 구간에 다른 열차가 점유하지 못하도록 열차간 간격을 관리하는 단계; 및

(d') 상기 선로변 ATP에서 정상열차의 위치를 토대로 열차간 간격을 관리하는 단계; 를 포함하여 구성된다.

또한, (e) 상기 고장열차는 CBTC모드 운행을 제한하고, 정상열차는 계속 CBTC모드로 운행하도록 제어하는 단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 한다.

또한, 상기 (e)단계에서 고장열차는 ABS(Auto Blocking System)모드로 운행하는 것을 특징으로 한다.

또한, (f) 상기 (a)단계와 (b)단계 사이에 선로의 구간을 다수의 가상블록(virtual block)으로 구획하여 지정하는 단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d)단계에서 고장열차가 위치한 구간의 모든 가상블록을 고장열차가 점유한 것으로 설정하여 열차간 간격을 관리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d')단계에서 선로를 구획한 다수의 가상블록을 이용하여 열차간 간격을 관리하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 (c)단계에서 고장열차는 차량에 탑재된 무선통신모듈이 고장 난 열차이거나 AP와 순간적으로 무선통신이 두절된 열차인 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 열차가 CBTC모드로 다편성 운행 중 임의의 열차에 무선통신 장애가 발생했을 때 고장열차에 대해서만 CBTC모드 운행을 제한하고 정상적인 다른 차량에 대해서 CBTC모드 운행을 제한하지 않아 열차의 운용 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반 CBTC 모드로 운행중인 열차의 운영 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 열차의 무선통신모듈 장애를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 궤도회로와 가상블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 도 6은 도 3에 나타낸 열차의 운행 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

아래의 도면에서 선로에 나타낸 열차의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장된 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명에서 통신장애 고장시 열차(1)의 위치정보는 일정한 구간(50)에 직류 또는 교류를 인가하여 열차(1)의 차륜에 의한 폐쇄회로의 구성으로 특정 구간(50) 내에 열차가 도착하였는지의 여부를 검출하는 궤도회로(40)를 사용하여 수집한다.

따라서, 열차 위치 검지를 위해서는 일정 구간(50) 내에 열차가 도착하였는지를 검지하기 위한 궤도회로(40)가 필요하다.

이를 위해 열차(1)가 이동하는 선로(2)를 적정 길이당 절연 개소(구간)로 분할하여 열차의 차륜(車輪)과 함께 폐루프(closed loop)를 형성하도록 도 4에 도시된 바와 같이 열차가 이동하는 선로(2)를 다수의 구간(50)으로 분할하여 궤도회로를 설치한다(S32).

이때 각 구간(50)의 길이는 지형이나 선로의 형태에 따라 일정하지 않을 수도 있다.

상기 궤도회로(40)에서 특정 주파수를 갖는 신호를 선로(레일)(2)로 송신하여 되돌아오는 신호의 상태에 따라 열차의 선로 점유 여부를 검지하여, 그 결과를 궤도회로(40)의 출력단에 연결되는 궤도계전기(미도시)의 접점을 전환시켜 전자연동장치(EIE)로 전송하고, 상기 전자연동장치(EIE: Electronic Interlocking Equipment)에서는 궤도계전기의 스위칭상태에 따라 열차(1)의 해당 구간 점유 여부를 검지하며, 이를 선로변 ATP(30)에 전송한다.

이를 통해 선로변 ATP(30)는 열차(1)가 어느 구간(50)에 위치되어 있는지 확인할 수 있게 된다.

다음 분할된 선로의 구간(50)을 다수의 가상블록(virtual block)(50a)으로 구획하여 지정한다(S34).

즉, 선로의 각 구간(50)은 다수의 가상블록(50a)으로 구획되고, 이와 같이 가상블록(50a)을 지정하는 이유는 CBTC모드 운행시 이 가상블록(50a)을 이용하여 열차간 간격을 관리함으로써 열차의 운행밀도를 높이기 위해서이다.

이와 같이 궤도회로(50)를 설치하고 가상블록(50a)을 지정한 상태에서, 열차(1)가 CBTC모드로 다편성 운행 중에 무선통신 장애가 없으면(S36) 선로변 ATP(30)는 궤도회로(40)와, 무선통신을 수행하는 AP(20)을 이용해 열차(1)의 위치를 수집한다.

이 경우 선로변 ATP(30)는 AP(20)와의 무선통신을 통해 수집한 열차의 위치 정보가 궤도회로(30)를 이용하여 수집한 열차의 위치(구간) 정보보다 더 정확하기 때문에, 평상시에는 무선통신을 통해 수신한 열차의 위치 정보를 획득하여(S60) 열차간 간격 관리에 이용한다(S62).

이때 선로변 ATP(30)는 구간(50)을 다수 구획한 가상블록(50a)을 이용하여 열차간 간격을 관리하는 바, 예를 들어 한 구간의 일 가상블록에 선행열차가 점유한 경우 동일 구간의 다른 가상블록에 후행열차가 진입해서 점유할 수 있도록 열차간 간격을 관리하게 된다.

이와 같이 동일 구간(50)에 복수의 열차(1)가 점유할 수 있도록 함으로써 열차 운행밀도를 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 가상블록(50a)을 이용하여 열차간 간격을 관리하면서 AP(20)와 차상제어장치(10)와의 무선통신을 기반으로 열차를 제어하는 CBTC모드로 계속하여 열차를 운행하게 된다(S64).

한편, CBTC모드로 열차를 다편성 운행 중 도 5와 같이 어느 한 열차(1)의 무선통신모듈이 고장 나서 무선통신 장애가 발생한 경우(S36) 무선통신 장애가 발생하는 고장열차인지 아닌지를 판단하여(S38) 고장열차와 고장이 나지 않은 정상열차를 서로 다른 모드로 운행하도록 제어한다.

먼저, 고장열차인 경우 고정열차는 AP(20)와 무선통신을 할 수 없어 AP(20)를 통해 열차의 위치를 획득할 수 없으므로, 궤도회로(40)는 특정 구간(도 5의 제2구간)에서의 열차 점유를 검지하여 전자연동장치(EIE)를 통해 선로변 ATP(30)에 전송함으로써 선로변 ATP(30)에서 고장 난 열차의 위치(구간)를 획득한다(S40).

다음 상기 선로변 ATP(30)는 고장열차가 위치한 제2구간의 모든 가상블록(50a)을 점유한 것으로 설정하여 열차간 간격을 관리한다(S42).

즉, 선로변 ATP는 고장열차가 제2구간의 어느 가상블록(50a)을 점유하고 있든 관계없이 제2구간의 모든 가상블록을 점유한 것으로 설정하여, 고장열차가 제2구간에 있는 동안에는 다른 후행열차가 제2구간을 진입해서 점유할 수 없도록 열차간 간격을 관리한다.

그리고 상기 고장열차는 CBTC모드의 운행을 제한하고 상기한 S42단계의 열차간 간격 관리 방식에 의해 자동폐색장치(ABS: Auto Blocking System)모드로 운행을 제어하게 된다(S44).

상기 ABS모드는 각 구간(50)마다 설치된 신호기에 따라서 열차(1)를 운행하는 방식이다.

ABS모드로 고장열차를 운행해서 도 6에 도시된 바와 같이 고장열차가 제3구간을 운행하게 되는 경우 선로변 ATP(30)는 다시 궤도회로(40)를 이용하여 고장열차의 위치(구간)를 획득하고, 그 제3구간의 모든 가상블록을 점유한 것으로 설정해서 열차간 간격을 관리하게 된다.

한편, 상기 S38단계에서 고장이 나지 않은 나머지 정상열차인 경우 궤도회로와 무선통신을 이용해 열차의 위치를 수집하되, 선로변 ATP(30)는 AP(20)와의 무선통신을 통해 수집한 열차의 위치 정보가 궤도회로를 이용하여 수집한 열차의 위치(구간) 정보보다 더 정확하고 정밀하기 때문에, AP와의 무선통신을 통해 수집한 열차의 위치 정보를 획득해서(S50) 열차간 간격 관리에 이용한다(S52).

이때 선로변 ATP(30)는 구간(50)을 다수 구획한 가상블록(50a)을 이용하여 열차간 간격을 관리하는 바, 예를 들어 한 구간의 일 가상블록에 선행열차가 점유한 경우 동일 구간의 다른 가상블록에 후행열차가 진입해서 점유할 수 있도록 열차간 간격을 관리하게 된다.

이와 같이 동일 구간에 복수의 열차가 점유할 수 있도록 함으로써 열차 운행밀도를 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 가상블록(50a)을 이용하여 열차간 간격을 관리하면서 AP(20)와 차상제어장치(10)와의 무선통신을 기반으로 열차를 제어하는 CBTC모드로 계속하여 열차를 운행하게 된다(S54).

종래에는 임의의 차량의 무선통신 장애 발생시 CBTC 열차 운행은 정지되거나 다른 열차 운행 모드로 전환되어야 하지만, 본 발명에 의하면 고장차량 이외의 정상적인 차들의 CBTC모드 운행을 지속시킬 수 있다.

또한, 열차의 무선통신모듈의 고장 이외에도 순간적인 통신 두절 상황으로 인한 블록점유를 궤도회로를 통하여 해제할 수 있게 되고 따라서 고장차량 이외의 차량은 CBTC 운행을 지속하게 되어 효율적인 열차 운행을 보장할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1: 열차 2: 선로
10: 차상제어장치 20: AP
30: 선로변 ATP 40: 궤도회로
50: 구간 50a: 가상블록
EIE: 전자연동장치

Claims (7)

1. (a) 열차가 이동하는 선로를 다수의 절연 개소(구간)로 분할하여 열차의 차륜과 함께 폐루프를 형성하도록 궤도회로를 설치하는 단계;
   (b) CBTC모드로 다편성 열차를 운행중 임의의 열차와 AP간에 무선통신 장애가 발생하는지 확인하는 단계;
   (c) 상기 무선통신 장애가 발생한 경우 선로변 ATP에서 궤도회로를 이용하여 무선통신 장애가 발생한 임의의 열차(고장열차)가 어느 구간에 위치해 있는지 획득하는 단계;
   (c') 상기 선로변 ATP에서 고장열차를 제외한 정상열차의 위치를 AP를 통해 획득하는 단계;
   (d) 상기 선로변 ATP에서 고장열차가 위치한 구간에 다른 열차가 점유하지 못하도록 열차간 간격을 관리하는 단계; 및
   (d') 상기 선로변 ATP에서 정상열차의 위치를 토대로 열차간 간격을 관리하는 단계; 를 포함하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   (e) 상기 고장열차는 CBTC모드 운행을 제한하고, 정상열차는 계속 CBTC모드로 운행하도록 제어하는 단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 (e)단계에서 고장열차는 ABS(Auto Blocking System)모드로 운행하는 것을 특징으로 하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   (f) 상기 (a)단계와 (b)단계 사이에 선로의 구간을 다수의 가상블록(virtual block)으로 구획하여 지정하는 단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 (d)단계에서 고장열차가 위치한 구간의 모든 가상블록을 고장열차가 점유한 것으로 설정하여 열차간 간격을 관리하는 것을 특징으로 하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 (d')단계에서 선로를 구획한 다수의 가상블록을 이용하여 열차간 간격을 관리하는 것을 특징으로 하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 (c)단계에서 고장열차는 차량에 탑재된 무선통신모듈이 고장 난 열차이거나 AP와 순간적으로 무선통신이 두절된 열차인 것을 특징으로 하는 CBTC모드 다편성 열차의 운행 제어방법.

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