KR101676839B1 - 역간 폐색에 의한 열차 운행 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저심도 도시철도 시스템에 적용할 수 있는 역간 폐색에 의한 열차 무인 운행 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 역간 폐색에 의해 제 1 역(300)과 제 2 역(400) 사이를 무인으로 운행중인 열차의 운행 장치에 있어서, 열차에 설치되는 속도센서; 열차의 운행구간에 관한 정보를 저장한 선로DB(130); 속도센서에 의해 검지되는 속도에 따라 위치를 산출하고, 산출된 위치에 대응하는 운행구간정보를 선로 DB(130)부터 판독하여 열차를 운행시키는 운전제어부(110)가 제공된다.

Description

역간 폐색에 의한 열차 운행 장치 및 방법{Train Operation apparatus by the station to station blocking and method thereof}

본 발명은 열차 운행 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역간 폐색에 의한 열차 무인 운행 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 열차에 대한 대중교통 역활이 중요시되면서 지하철(15 ~ 25m 심도), KTX 고속철도, 대심도 지하철(40 ~ 50m 심도), 저심도 지하철(5 ~ 7m 심도), 모노레일 등 다양한 형태의 열차 시스템이 개발되고 있다.

아울러, 각종 센서와 제어기술 및 통신기술의 발달로 인해 앞서 설명한 열차 운행 시스템은 운전사에 의한 유인 운전 보다는 무인 운전 시스템으로 점차 전환되고 있다. 그 일환으로 무인으로 운행되는 열차 시스템의 경우 열차의 정확한 위치와 속도를 검지하는 것이 매우 중요한 안전요소로 대두되고 있다.

도 1은 종래의 열차 운행 시스템에서, 열차의 위치를 검지하기 위한 개략적인 설명도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차상에는 자이로센서(38), (가)속도센서(40), RF센서(42), GPS 수신부(44) 등이 설치되고, 지상에는 이에 대응하기 위한 지자기 센서(52), 지상장치(54) 및 RF태그(56) 등이 설치되어 있다. 또한 제 1 역(50)과 제 2 역(70) 및 그 사이에는 다수의 복잡한 선로변장치(예 : 트랜스폰더)(58, 62, 78)가 설치되어 있다.

다수의 센서(38, 40, 42)와 GPS 수신부(44)를 차상에 설치하고 선로(60)에도 다수의 선로변장치(62)를 설치하는 것은 오작동을 방지하고 열차간 충돌 방지 등 안전성을 높이기 위한 것이다. 이를 위해 모든 열차의 운행정보는 전용 통신망(20)을 통해 중앙관제소(10)로 보내지고 양방향 통신과 지령을 통해 운행이 제어된다.

그러나, 이러한 종래의 복잡한 시스템은 역간 거리가 멀고, 역과 역사이에 다수의 열차가 운행중일때 필요할 수 있다. 그리고, 이러한 시스템의 운영을 위해서는 많은 장비의 설치와 운영을 위한 비용과 인력이 필요하게 된다.

반면, 저심도 도시철도 시스템의 경우는 도로 상면으로부터 지하 5 ~ 7 미터에 건설되는 시스템이다. 저심도 도시철도 시스템은 도로의 선형에 따라 주행이 가능하도록 설계되고 역간 거리가 짧은 것이 특징이다. 또한, 운행간격이 길어서 몇개역에 걸쳐 한대의 열차가 운행되는 정도이다. 따라서, 이러한 저심도 도시철도 시스템에 도 1에 도시된 것과 같은 종래의 복잡한 시스템을 설치하여 운영하는 것은 지나친 과잉 투자라고 할 수 있어 경제성의 측면에서 부정적이다.

따라서, 저심도 도시철도 시스템에 대해 설비 투자와 운영을 최소로 하면서도 안전성을 확보할 수 있는 운영 시스템의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 역과 역사이를 무인으로 운행중인 열차에서 열차의 속도를 검지하여 정확한 위치를 파악할 수 있도록 하는 역간 폐색에 의한 열차 운행 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 저심도 도시철도 시스템에 적용할 수 있도록 경제성과 안정성을 갖춘 역간 폐색에 의한 열차 운행 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 역간 폐색에 의해 제 1 역(300)과 제 2 역(400) 사이를 무인으로 운행중인 열차의 운행 장치에 있어서, 열차에 설치되는 속도센서; 열차의 운행구간에 관한 정보를 저장한 선로DB(130); 속도센서에 의해 검지되는 속도에 따라 위치를 산출하고, 산출된 위치에 대응하는 운행구간정보를 선로 DB(130)부터 판독하여 열차를 운행시키는 운전제어부(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 역간 폐색에 의한 열차 운행 장치에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 열차가 제 1 역(300)을 출발하기 위한 출발지령(230)을 수신하는 데이터 통신부(120)를 더 포함하고, 데이터 통신부에 의해 수신된 출발지령(230)은 운전제어부(110)에 전달될 수 있다.

또한, 데이터 통신부(120)는 와이파이, 2G, 3G, 4G, 5G 무선 통신망중 적어도 어느 하나에 의해 출발지령(230)을 수신하는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라, 속도센서는 타코센서(140) 및 도플러 센서(150)중 적어도 하나이거나 중복 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 운행구간정보는 운행구간, 역간 거리, 노선 구배, 열차코드, 열차길이, 다음역 코드, 위치별 속도중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

운전제어부(110)는 열차의 시간, 속도, 위치를 적어도 포함하는 운행정보(240)를 데이터 통신부(120)를 통해 송신하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 역간 폐색에 의해 제 1 역(300)과 제 2 역(400) 사이를 무인으로 운행중인 열차의 운행 방법에 있어서, 열차에 설치되는 속도센서가 속도를 검지하는 단계(S120); 및 운전제어부(110)가 속도센서에 의해 검지되는 속도에 따라 위치를 산출하고, 산출된 위치에 대응하는 운행구간정보를 선로 DB(130)부터 판독하여 열차를 운행시키는 단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 역간 폐색에 의한 열차 운행 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 검지단계(S120)에 앞서, 열차가 제 1 역(300)에 정차하고 있을 때, 중앙관제소(200)가 공중망(220)을 통해 출발지령(230)을 하는 단계; 데이터 통신부(120)가 출발지령(230)을 수신하는 단계(S100); 운전제어부(110)가 출발지령(230)에 기초하여 열차를 제 1 역(300)으로부터 진출시키는 단계(S110)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 산출단계(S130) 이후, 운전제어부(110)가 열차의 시간, 속도, 위치를 적어도 포함하는 운행정보(240)를 데이터 통신부(120)를 통해 전송하는 단계(S140)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 달성하기 위한 또 다른 카테고리로서, 역간 폐색에 의해 복수의 역상에서 무인으로 운행중인 복수의 열차 운행 방법에 있어서, 중앙관제소(200)가 임의의 역에 정차중인 각 열차에 대해 다음 역과의 사이에 다른 열차가 없음을 확인하는 단계; 및 중앙관제소(200)가 정차중인 각 열차에 대해 출발지령(230)을 하는 단계;가 반복 실행되면서, 중앙관제소(200)가 운행중인 복수의 열차로부터 운행정보(240)를 전송받는 단계가 실시간으로 계속되는 것을 특징으로 하는 역간 폐색에 의한 열차 운행 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

또한, 출발지령(230) 및 운행정보(240)의 전송은 공중망(220)을 통해 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 역과 역사이를 무인으로 운행중인 열차에서 열차의 속도를 검지하여 정확한 위치를 파악할 수 있다. 따라서, 휠의 미끄럼이나 열차의 비정상 동작, 비상 상황, 통신 오류 등의 상황이 발생하더라도 외부 장치나 중앙관제소의 도움없이 독립적으로 정확한 위치와 속도를 파악하는 효과가 있다.

또한, 저심도 도시철도 시스템에 적용할 경우 거리별 시공 단가를 낮추고, 운영중의 유지보수 비용을 최소로 할 수 있다. 특히, 각 역내와 선로상에 많은 선로변장치를 설치하지 않아도 되기 때문에 공간 절약과 경제성이 제고되는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 열차 운행 시스템에서, 열차의 위치를 검지하기 위한 개략적인 설명도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 역간 폐색에 의한 열차 운행 장치중 열차(100)의 개략적인 블럭도,
도 3은 도 2에 도시된 열차(100)가 제 1 역(300)에 정차시 출발지령(230)을 수신하는 과정을 개략적으로 나타낸 설명도,
도 4는 도 3의 열차(100)가 제 1 역(300)과 제 2 역(400) 사이를 운행중인 상태를 개략적으로 나타낸 설명도,
도 5는 도 4의 열차(100)가 제 2 역(400)에 도착하여 다음 출발을 위해 출발지령(250)을 수신하는 과정을 개략적으로 나타낸 설명도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 역간 폐색에 의한 열차 운행 방법의 개략적인 흐름도이다.

(실시예의 구성)

이하에서는 본 발명에 따른 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 역간 폐색에 의한 열차 운행 장치중 열차(100)의 개략적인 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열차(100)내에는 열차의 속도를 검지하기 위한 타코센서(140)와 도플러센서(150)가 구비된다.

타코센서(140)는 차축에 설치되는 타코미터로서 회전속도에 비례하는 펄스신호를 출력한다.

도플러센서(150)는 열차의 앞부분에 설치되는 속도센서로서, 도플러 효과에 의해 열차의 속도를 검지한다. 즉, 도플러센서(150)에서 방사되는 방사파의 주파수와 이 방사파가 반사되어 되돌아올 때의 주파수 사이의 차이를 이용하여 열차의 속도를 검지할 수 있다. 따라서, 휠의 미끄럼 발생으로 타코센서(140)에서 부정확한 속도가 검지되더라도 도플러센서(150)가 이를 보완할 수 있다. 예를 들어, 타코센서(140)와 도플러센서(150)의 속도차가 소정 범위 이내인지 여부를 판단하여 보완할 수 있다.

이와 같이, 2개의 속도센서를 구비하는 것은 본 발명의 경우 지상설비가 없기 때문이다. 비록 지상설비가 없지만 2개의 속도센서를 상호 보완적으로 운영하여 위치와 속도를 정확히 알기 위함이다.

선로DB(130)는 열차의 운행구간, 역간 거리, 노선 구배, 열차코드, 열차길이, 다음역 코드, 위치별 속도 등을 저장한 데이터 베이스 또는 테이블이다.

운전제어부(110)는 타코센서(140)와 도플러센서(150)의 속도 검지신호에 기초하여 열차의 운행을 제어하되, 타코센서(140)와 도플러센서(150)의 속도차가 소정 범위 이내인지 여부를 판단하여 보완할 수 있고, 열차자동주행기능(Automatic Train Operation, ATO)을 수행하는 역할을 한다. 즉, 운전제어부(110)는 열차의 자동보호장치(ATP)가 설정한 최대속도 이하에서 차량제어, 가속, 감속, 정차, 출입문 동작제어 등의 기능을 수행한다.

데이터 통신부(120)는 외부의 무선 공중망(220)과 통신이 가능하다. 즉, 데이터 통신부(120)는 공중망(220)을 통해 중앙관제소(200)의 출발지령(일명 전자식 통표)(230)을 수신할 수 있고, 운행중에는 열차의 운행정보(240)를 중앙관제소(200)로 전송할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 열차(100)가 제 1 역(300)에 정차시 출발지령(230)을 수신하는 과정을 개략적으로 나타낸 설명도이고, 도 4는 도 3의 열차(100)가 제 1 역(300)과 제 2 역(400) 사이를 운행중인 상태를 개략적으로 나타낸 설명도이며, 도 5는 도 4의 열차(100)가 제 2 역(400)에 도착하여 다음 출발을 위해 출발지령(250)을 수신하는 과정을 개략적으로 나타낸 설명도이다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 대략적인 시스템은 중앙관제소(200), 공중망(220), 열차(100) 및 제 1, 2 역(300, 400)로 이루어진다.

중앙관제소(200)는 중앙에 한곳에 위치하며, 운행구간에 있는 모든 열차에 대해 지령할 수 있고, 운행정보를 받아 볼 수 있다.

공중망(220)은 와이파이, WAN, 2G, 3G, 4G, 5G 등과 같은 무선 통신망이 대표적이나, 그밖의 다른 통신망을 배제하는 의미는 아니다. 다만, 공중망(220)을 사용하는 경우, 역내의 통신설비 인프라를 최소한으로 구축할 수 있고, 운영 및 유지 보수에 따른 인력과 비용을 최소로 할 수 있다. 참고로, 종래 지하철에서 전용 통신망을 구축하기 위해서는 많은 설비투자와 운영인력을 필요로 하게 되는데, 본 발명에 따를 경우 이러한 것을 모두 생략할 수 있다.

제 1 역(300)과 제 2 역(400)은 운행구간중 임의의 인접한 역으로서 종래기술과 같이 지상에 각종 센서나 선로변장치를 포함하고 있지 않다. 특히, 저심도 도시철도(상하행선)의 경우 각 역내에 이러한 선로변 장치를 설치할 공간을 별도로 마련하지 않아도 된다는 장점이 있다. 제 1 역(300)과 제 2 역(400) 사이에는 선로(320)가 연결되어 있고, 선로(320)상에는 속도 측정, 위치 검지 등을 위한 별도의 선로변 장치가 생략된다.

(실시예의 동작)

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 열차 운행 장치의 동작에 관하여 상세히 설명하도록 한다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 역간 폐색에 의한 열차 운행 방법의 개략적인 흐름도이다.

설명에 앞서, 제 1 역(300)과 제 2 역(400)은 운행구간중 임의의 인접한 역으로서 이해를 돕기 위해 열차(100)가 제 1 역(300)을 출발하여 선로(320)를 지나 제 2 역(400)에 도착하는 과정을 도시하고 설명하기로 한다. 도착된 제 2 역(400)에서 출발하는 경우 앞서 설명된 구성과 동작이 반복되며, 이러한 과정은 운행구간의 각 역에서 반복된다.

먼저, 도 3과 같이 제 1 역(300)에 정차된 열차(100)에 대해, 중앙관제소(200)는 선로(320) 및 제 2 역(400) 상에 열차가 없음을 확인한다. 그 다음, 중앙관제소(200)는 공중망(220)을 통해 열차(100)에 출발지령(230)을 전송한다(S100). 이러한 출발지령(230)에는 열차코드, 정차없이 가야할 다음 정차역(제 2 역) 등에 관한 정보가 포함된다.

출발지령(230)을 수신한 데이터 통신부(120)는 이를 운전제어부(110)로 전송하고, 이에 따라 열차가 도 4와 같이 운행을 하게 된다(S110). 운행중, 타코센서(140)와 도플러센서(150)에 의해 정확한 속도가 검출되고, 운전제어부(110)는 이러한 속도를 적분하여 정확한 위치를 산출하게 된다(S120).

운전제어부(110)는 산출된 정확한 위치에 대응하는 운행구간정보를 선로DB(130)로 부터 읽어온다. 이러한 운행구간정보에는 운행구간, 역간 거리, 노선 구배, 열차코드, 열차길이, 다음역 코드, 위치별 감속, 가속, 속도 등에 관한 정보가 포함되어 있다. 운전제어부(110)는 읽어온 운행구간정보에 기초하여 열차의 운행을 제어하게 된다(S130).

아울러, 운행중 발생하는 열차의 위치, 속도, 시간 등 운행정보(240)는 공중망(220)을 통해 중앙관제소(200)로 보내진다(S140). 따라서, 중앙관제소(200)는 운행구간내에 있는 모든 열차의 운행상황을 파악할 수 있게 된다. 다만, 중앙관제소(200)는 각 역에 정차중인 열차에 대해서만 지령할 뿐 운행중인 열차에 대해서는 지령이나 제어를 하지 않는다. 따라서, 선로(320)상에 있는 열차(100)는 외부 도움없이 독자적으로 속도와 위치를 파악하여 제 2 역(400)까지 도착하는 것이다.

도 5와 같이 제 2 역(400)에 도착하여(S150), 승객을 승하차시키고, 출입도어를 개폐한 다음에는 또 다시 중앙관제소(200)로부터 출발지령(250)을 받게 된다. 만약 선행열차의 지연이나 사고 등이 있는 경우, 제 2 역(400)에 정차한 열차(100)는 출발지령(250)이 수신될 때까지 대기하게 된다.

이와 같은 과정을 통해 제 1 역에서 제 2 역까지의 운행이 완료되고, 이러한 과정이 각 역구간마다 반복되어 전체 운행구간에서의 운행이 이루어진다. 비록, 본 실시예에서는 하나의 열차에 대해서만 설명되었으나 중앙관제소(200)는 운행구간상에 있는 여러 열차에 대해 동일한 판단과 지령을 하고, 운행정보(240)를 각각 수신하게 된다.

본 발명의 변형실시예로서, 특정 역 사이의 거리가 다른 역간 길이보다 긴 경우(예, 1 Km), 역과 역사이에 가상역을 설정하여 역간폐색외에 가상폐색으로 운영할 수도 있다.

본 발명의 변형실시예로서, 열차의 지상구간에서는 GPS 수신기(미도시)를 부가적으로 이용하여 속도 검지와 위치 산출에 더 높은 정확도를 기할 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

10 : 중앙관제소,
20 : 통신망,
30 : 열차,
32 : 운전제어부,
34 : 무선데이터 통신부,
36 : 지상정보부,
38 : 자이로센서,
40 : (가)속도센서,
42 : RF센서,
44 : GPS 수신부,
50 : 제 1 역,
52 : 지자기센서,
54 : 지상장치,
56 : RF태크,
58 : 선로변장치,
60 : 선로,
62 : 선로변장치,
70 : 제 2 역,
72 : 지자기센서,
74 : 지상장치,
76 : RF태크,
78 : 선로변장치,
100 : 열차,
110 : 운전제어부,
120 : 데이터 통신부,
130 : 선로DB,
140 : 타코센서,
150 : 도플러센서,
200 : 중앙관제소,
220 : 공중망,
230 : 출발지령,
240 : 운행정보,
250 : 출발지령,
300 : 제 1 역,
320 : 선로,
400 : 제 2 역.

Claims (1)

1. 역간 폐색에 의해 복수의 역상에서 무인으로 운행중인 복수의 열차 운행 방법에 있어서,
   중앙관제소(200)가 임의의 역에 정차중인 각 열차에 대해 다음 역과의 사이에 다른 열차가 없음을 확인하는 단계; 및
   상기 중앙관제소(200)가 상기 각 열차가 정차중에만 공중망(220)을 통하여 출발지령(230)을 하는 단계;가 반복 실행되면서,
   상기 중앙관제소(200)가 운행중인 복수의 열차로부터 운행정보(240)를 공중망(220)을 통하여 전송받는 단계가 실시간으로 계속되며,
   상기 출발지령(230)은 열차코드 및 정차 없이 가야할 다음 정차역의 정보를 포함하고,
   특정 역 사이의 거리가 다른 역간 길이보다 긴 경우, 역과 역 사이에 가상역을 설정하여 가상폐색으로 운영하는 것을 특징으로 하는 역간 폐색에 의한 열차 운행 방법.
   

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