KR101378458B1 - 열차 운용 시스템 - Google Patents

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KR101378458B1 KR1020120132894A KR20120132894A KR101378458B1 KR 101378458 B1 KR101378458 B1 KR 101378458B1 KR 1020120132894 A KR1020120132894 A KR 1020120132894A KR 20120132894 A KR20120132894 A KR 20120132894A KR 101378458 B1 KR101378458 B1 KR 101378458B1
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조용현
홍순만
홍재성
김무선
김정태
김태식
민재홍
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한국철도기술연구원
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Abstract

열차 운용 시스템이 개시된다. 일실시예에 따른 열차 운용 시스템은, 제1최고속력으로 운행 가능한 제1열차, 상기 제1최고속력보다 낮은 제2최고속력으로 운행 가능한 제2열차 및 상기 제2열차는 상기 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차하도록 운용하는 제어모듈을 포함할 수 있다.

Description

열차 운용 시스템{TRAIN OPERATING SYSTEM}
이하의 설명은 열차 운용 시스템에 관한 것이다.
지하철, KTX 등의 철도 운송 수단이 발전을 거듭하면서, 이러한 철도 운송 수단의 운행소요시간이 매우 단축되고 있고, 또 더욱 단축하기 위한 노력이 계속되고 있다.
위와 같은 취지로, 급행열차와 완행열차를 나누어 운행을 하는 시스템이 운용되고 있는데, 여기서 급행열차는 일부 정거장에만 정차하는 열차를 말하고, 완행열차는 모든 정거장에 정차하는 열차를 가리킨다.
상술한 시스템을 운용하려면, 특정 정거장에서 급행열차와 완행열차가 만날 때, 양 자의 충돌을 피하기 위한 방안이 필요하고, 이에 따라 현재 도 1과 같은 대피선이 활용되고 있다. 즉, 특정 정거장에서 정차하지 않는 급행열차(1)와의 충돌을 피하기 위해 완행열차(2)는 대피선(3)에 정차하고, 급행열차(1)는 본선(4)을 따라 해당 정거장을 통과하게 된다.
그러나, 정거장에 위와 같은 대피선을 건설한다는 것은 쉬운 일이 아니다. 우선, 1 개의 정거장에 대피선을 건설할 때 대략 1,200 억원이 소요되고, 정거장의 기존 크기 제약에 따라 대피선을 건설하기 위해 정거장(역사) 자체를 개조(확장)해야 하는 경우도 발생한다.
따라서, 대피선의 개수를 최소화하여 경제적 절감 효과를 얻으면서도, 열차의 운행소요시간을 단축할 수 있는 열차 운용 시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다.
일본 공개특허공보 제2005-239101호
이하의 실시예의 목적은 열차의 운행소요시간을 단축하고, 동시에 급행열차가 완행열차를 추월하는데 필요한 대피선의 개수를 최소화하여 경제적 절감 효과를 가지는 열차 운용 시스템을 제공하는 것이다.
일실시예에 따른 열차 운용 시스템은, 제1최고속력으로 운행 가능한 제1열차, 상기 제1최고속력보다 낮은 제2최고속력으로 운행 가능한 제2열차 및 상기 제2열차는 상기 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차하도록 운용하는 제어모듈을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1최고속력은 90 km/h, 상기 제2최고속력은 80 km/h일 수 있고, 상기 제1열차의 출입문 폭은 상기 제2열차의 출입문 폭보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1열차 및 제2열차의 충돌을 방지하기 위한 대피선이 더 포함될 수 있고, 상기 제어모듈은 상기 충돌 위험의 발생 시 상기 제1열차 또는 제2열차 중 어느 하나를 상기 대피선으로 안내할 수 있다.
다른 실시예에 따른 열차 운용 시스템은, 제1열차, 상기 제1열차와 동일한 최고속력으로 운행 가능한 제2열차 및 상기 제2열차는 상기 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차하도록 운용하는 제어모듈을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 최고속력은 90 km/h일 수 있다.
또한, 상기 제1열차 및 제2열차의 충돌을 방지하기 위한 대피선이 더 포함될 수 있고, 상기 제어모듈은 상기 충돌 위험의 발생 시 상기 제1열차 또는 제2열차 중 어느 하나를 상기 대피선으로 안내할 수 있다.
위와 같이 구성되는 실시예에 의하면, 열차의 운행소요시간을 단축할 수 있고, 동시에 급행열차가 완행열차를 추월하는데 필요한 대피선의 개수를 최소화하여 경제적 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 대피선에 대한 개략도.
도 2는 실시예 1에 따른 열차 운용 시스템을 가동했을 때의 운행선도.
도 3은 실시예 2에 따른 열차 운용 시스템을 가동했을 때의 운행선도.
이하, 열차 운용 시스템에 대한 여러 실시예들을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1에 따른 열차 운용 시스템은 제1열차, 제2열차 및 제어모듈을 포함할 수 있다. 제어모듈은 제1열차를 완행열차로, 제2열차를 급행열차로 운용할 수 있다. 즉, 제2열차는 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차한다.
여기서, 급행열차인 제2열차로는 기존의 전동차가 그대로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2열차는 최고속력이 80km/h, 최대가속도가 3km/h/s, 최대감속도가 3.5km/h/s일 수 있다. 또한, 출입문의 폭은 1.3m일 수 있다.
이에 반해, 완행열차인 제1열차는 기존의 전동차보다 개선된 성능, 즉 고성능의 전동차일 수 있다. 예를 들어, 제1열차의 최고속력은 90km/h, 최대가속도는 6km/h/s, 최대감속도는 4.8km/h/s일 수 있다. 또한, 출입문의 폭은 1.8m일 수 있다.
위와 같이, 완행열차인 제1열차를 고성능의 전동차로 구성하고, 급행열차인 제2열차를 기존의 전동차로 구성함으로써, 제1열차와 제2열차 사이의 간격을 가능한한 일정 범위 내로 유지할 수 있다. 따라서, 급행열차인 제2열차가 완행열차인 제1열차를 추월해야 하는 경우가 현격히 감소하여 추가적인 대피선 건설을 막아 경제적 절감 효과를 얻을 수 있다.
물론, 필요에 따라 대피선을 건설하여 제1열차와 제2열차의 충돌을 방지해야 할 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 실시예 1에 따른 열차 운용 시스템에는 대피선이 더 포함되고, 제어모듈은 충돌 위험 발생 시 제1열차 또는 제2열차 중 어느 하나를 대피선으로 안내하도록 작동할 수 있다.
도 2는 실시예 1에 따른 열차 운용 시스템을 가동했을 때의 운행선도이다. 통상 정거장 정차시간은 30초인 반면에, 실시예 1의 고성능 전동차는 출입문의 폭이 0.5m 넓어져 완행열차인 제1열차의 정차시간은 25초로 계산하였고, 첨두시격은 5.3분이다. 또한, 분당선에서 실험이 진행되었고, 급행열차인 제2열차가 정차하는 정거장은 왕십리, 성수, 압구정로데오, 강남구청, 선정릉, 선릉, 도곡, 수서, 모란, 야탑, 서현, 정자, 죽전이다. 실험결과, 기존 55분의 운행소요시간이 42분으로 단축되어 약 24%의 운행소요시간 단축 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 도 2에도 나타나듯이, 급행열차와 완행열차가 일정 범위의 간격을 계속 유지함으로써, 추가적으로 건설해야 할 대피선은 없는 것으로 나타났다.
실시예 2에 따른 열차 운용 시스템은 제1열차, 제2열차 및 제어모듈을 포함할 수 있다. 제어모듈은 제1열차를 완행열차로, 제2열차를 급행열차로 운용할 수 있다. 즉, 제2열차는 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차한다.
여기서, 각각 완행열차, 급행열차인 제1열차 및 제2열차는 기존의 전동차보다 개선된 성능을 가진 고성능의 전동차일 수 있다. 예를 들어, 최고속력은 90km/h, 최대가속도는 6km/h/s, 최대감속도는 4.8km/h/s일 수 있다. 또한, 출입문의 폭은 1.8m일 수 있다.
위와 같이, 완행열차와 급행열차를 고성능의 전동차로 구성함으로써, 운행소요시간 단축 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 필요에 따라 대피선을 건설하여 제1열차와 제2열차의 충돌을 방지해야 할 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 실시예 2에 따른 열차 운용 시스템에는 대피선이 더 포함되고, 제어모듈은 충돌 위험 발생 시 제1열차 또는 제2열차 중 어느 하나를 대피선으로 안내하도록 작동할 수 있다.
도 3은 실시예 2에 따른 열차 운용 시스템을 가동했을 때의 운행선도이다. 통상 정거장 정차시간은 30초인 반면에, 실시예 2의 고성능 전동차는 출입문의 폭이 0.5m 넓어져 정차시간은 25초로 계산하였고, 첨두시격은 5.3분이다. 또한, 분당선에서 실험이 진행되었고, 급행열차인 제2열차가 정차하는 정거장은 왕십리, 성수, 압구정로데오, 강남구청, 선정릉, 선릉, 도곡, 수서, 모란, 야탑, 서현, 정자, 죽전이다. 실험결과, 기존 55분의 운행소요시간이 33분으로 단축되어 약 40%의 운행소요시간 단축 효과를 얻을 수 있었다. 이 때, 추가적으로 건설되어야 할 대피선은 가천대 한 곳으로 나타났다. 기존의 전동차를 그대로 이용하여 급행열차와 완행열차를 운용했을 때 동일 노선에서 추가적으로 필요한 대피선은 두 곳(도곡 및 야탑)인 것에 비하면 적은 수의 대피선만이 필요한 것이 확인되었다.
다음으로, 표 1을 통해 실시예 1 및 2에 따른 열차 운용 시스템을 가동했을 때 필요한 추가적 대피선의 수를 제시한다. 이는 열차주행시뮬레이션(TPS)을 통해 도출되었다. 비교예로서, 기존의 전동차를 그대로 이용하여 급행열차와 완행열차를 운용했을 경우를 상정하였다. 표 1에서 볼 수 있듯이, 실시예 1의 경우 비교예에 비하여 대피선의 개수가 42개에서 20개로 감소하였고, 실시예 2의 경우 37개로 감소하였다.
구분 연장(km) 역수 비교예 실시예 1 실시예 2
대피선 급행역 대피선 급행역 대피선 급행역
수도권 354.7 309 30 145 15 145 27 145
부산권 95.8 93 7 39 3 39 6 39
대구 58.2 59 4 29 2 29 2 29
광주 20.5 20 1 10 0 10 1 10
대전 20.5 22 0 11 0 11 1 11
합계 549.7 503 42 234 20 234 37 234
표 2 내지 4를 통해 실시예 1 및 실시예 2에 따른 열차 운용 시스템을 가동했을 때의 운행소요시간 단축 효과를 제시한다. 표 2는 서울 도시철도에 적용된 경우, 표 3은 수도권 광역 철도에 적용된 경우, 표 4는 부산, 대구, 광주, 대전 도시철도에 적용된 경우에 대한 실험 값이다.
표 2에서 알 수 있듯이, 실시예 1의 경우 평균 26%의 운행소요시간이 단축되었고, 실시예 2의 경우 평균 33%(최대 41%)의 운행소요시간이 단축되었다.
표 3에서 알 수 있듯이, 실시예 1의 경우 평균 28%의 운행소요시간이 단축되었고, 실시예 2의 경우 평균 36%(최대 40%)의 운행소요시간이 단축되었다.
표 4에서 알 수 있듯이, 실시예 1의 경우 평균 29%의 운행소요시간이 단축되었고, 실시예 2의 경우 평균 35%(최대 39%)의 운행소요시간이 단축되었다.
구분 평균 2호선 3호선 4호선 5호선 6호선 7호선 8호선
현행
기점, 종점 운행소요시간		 1시간
6분		 1시간
27분		 1시간
8분		 53분 1시간
24분		 57분 1시간
22분		 32분
급행
시간
단축		 실시예 1 49분
(26% 단축)		 1시간 4분
(27% 단축)		 50분
(26% 단축)		 43분
(19% 단축)		 1시간 1분
(27% 단축)		 40분
(30% 단축)		 1시간 1분
(26% 단축)		 21분
(34% 단축)
실시예 2 44분
(33% 단축)		 56분
(36% 단축)		 46분
(32% 단축)		 39분
(26% 단축)		 55분
(35% 단축)		 36분
(37% 단축)		 56분
(32% 단축)		 19분
(41% 단축)
구분 평균 분당선
(왕십리-죽전)		 일산선
(대화-지축)		 과천선
(사당-금정)
현행
기점, 종점
운행소요시간		 36분 55분 28분 26분
급행
시간
단축		 실시예 1 26분
(28% 단축)		 42분
(24% 단축)		 20분
(29% 단축)		 17분
(35% 단축)
실시예 2 23분
(36% 단축)		 33분
(40% 단축)		 19분
(32% 단축)		 16분
(38% 단축)
구분 평균 부산
1호선		 부산
2호선		 부산
3호선		 대구
1호선		 대구
2호선		 광주
1호선		 대전
1호선
현행
기점, 종점 운행소요시간		 52분 1시간
2분		 1시간
24분		 34분 51분 55분 38분 40분
급행
시간
단축		 실시예 1 37분
(29% 단축)		 47분
(24% 단축)		 59분
(30% 단축)		 27분
(21% 단축)		 35분
(31% 단축)		 35분
(36% 단축)		 26분
(32% 단축)		 29분
(28% 단축)
실시예 2 34분
(35% 단축)		 42분
(32% 단축)		 54분
(36% 단축)		 25분
(26% 단축)		 33분
(35% 단축)		 34분
(38% 단축)		 23분
(39% 단축)		 27분
(31% 단축)
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (6)

  1. 제1최고속력으로 운행 가능한 제1열차;
    상기 제1최고속력보다 낮은 제2최고속력으로 운행 가능한 제2열차; 및
    상기 제2열차는 상기 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차하도록 운용하는 제어모듈;
    을 포함하고,
    상기 제1열차와 상기 제2열차가 일정 범위의 간격을 유지하여 운행하되, 상기 제2열차가 제1열차를 추월하는 경우, 상기 제1열차 및 제2열차의 충돌을 방지하기 위한 대피선을 더 포함하고,
    상기 제어모듈은 상기 충돌 위험의 발생 시 상기 제1열차를 상기 대피선으로 안내하는 열차 운용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1최고속력은 90km/h이고, 상기 제2최고속력은 80km/h이며, 상기 제1열차의 출입문 폭은 상기 제2열차의 출입문 폭 보다 큰 열차 운용 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1열차;
    상기 제1열차와 동일한 최고속력으로 운행 가능한 제2열차; 및
    상기 제2열차는 상기 제1열차가 정차하는 정거장 중 일부에서만 정차하도록 운용하는 제어모듈;
    을 포함하고,
    상기 제1열차와 상기 제2열차가 일정 범위의 간격을 유지하여 운행하되, 상기 제2열차가 제1열차를 추월하는 경우, 상기 제1열차 및 제2열차의 충돌을 방지하기 위한 대피선을 더 포함하고,
    상기 제어모듈은 상기 충돌 위험의 발생 시 상기 제1열차를 상기 대피선으로 안내하는 열차 운용 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최고속력은 90km/h인 열차 운용 시스템.
  6. 삭제
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