KR101776788B1 - 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법 및 장치 - Google Patents

무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법에 관한 것으로; 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산방법에 있어서, 열차의 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 정적속도프로파일(SSP)로 열차에 제공하는 제1단계; 상기 제1단계에서 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)이 설정되면 상위 계층(UL)로 간주하여 상기 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한을 기본 계층(BL)에 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하여 정적속도프로파일(SSP)로 반영하는 제2단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열차의 운영상황에서 정적속도프로파일(SSP)을 계층별로 계산하고 이를 토대로 열차의 운행을 제어할 수 있어 지상 ATP에서 열차의 실시간 간격제어 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Description

무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법 및 장치 {Layered static speed profile calculation method and the device for radio-based train control system}
본 발명은 무선통신기반의 열차제어시스템에서 지상 ATP의 경우 관할영역내의 모든 열차에 대한 정적속도프로파일(SSP)에 대한 정보를 주기 내에 효율적으로 계산하여 열차의 간격제어성능을 향상시킬 수 있고 하나의 지상 ATP에 투입가능한 열차의 편성 수를 증대시킬 수 있는 계층구조를 갖는 정적속도프로파일 계산 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 많은 화물 또는 승객을 이송하는 대단위 교통수단으로, 철도차량은 선로를 따라 안전하게 운행할 수 있도록 하기 위해 다양하면서도 복잡한 형태의 열차제어시스템을 구비하고 있다.
이때, 열차제어시스템은 열차의 안전운행을 책임질 수 있도록 다양한 감시 및 제어가 가능하도록 복잡한 시스템 구성을 채용하고 있다. 열차제어시스템은 공개특허 제10-2015-0086070호, 공개특허 제10-2015-0074783호 등에 제안된 바 있으며, 이들은 주로 지상 ATP(Automatic Train Protection) 장치와 차상 ATP(Automatic Train Protection) 장치로 구성된다..
이와 같은 종래 무선통신기반 열차제어시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 관제용 ATS 이외에도 지상 ATP(1) 및 지상 EI(2) 등의 지상설비가 반드시 필요하며 지상에서 관할 영역의 모든 열차(10)를 관리한다.
이때, 무선통신기반 열차제어시스템에서 지상 ATP(W_ATP: Wayside Automatic Train Protection)(2)는 관할영역 내에 운행하는 모든 열차(10)로부터 위치를 수신 받아 이를 반영한 이동권한(MA: Movement Authority)과 정적속도프로파일(SSP: Static Speed Profile)을 계산하여 해당 열차(10)로 전송한다. 이러한 일련의 과정은 주기적으로 수행되는데 보통 0.5초 단위로 지상 ATP(1)와 차상 ATP(12)간 데이터 교환이 이루어진다.
하지만, 지상 ATP(1)의 경우 관할영역내의 모든 열차(10)에 대한 이동권한(MA)와 정적속도프로파일(SSP)에 대한 정보를 주기 내에 계산하여야 하며 이러한 계산의 효율은 간격제어성능 뿐만 아니라 하나의 지상 ATP(1)에 투입가능 한 열차(10)의 편성 수에 영향을 미치게 된다. IEEE 1474.1에서 정의하는 CBTC의 성능과 기능요구사양에 의하면 지상 ATP(1)가 수용할 수 있는 열차편성은 최대 40편성까지로 규정하고 있다.
따라서, 지상 ATP(1)에서 계산하는 정적속도프로파일(SSP)에 대한 효율적인 계산알고리즘이 필요한 실정이다.
참고문헌: 공개특허 제10-2015-0086070호 참고문헌: 공개특허 제10-2015-0074783호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 무선통신기반의 열차제어시스템에서 지상 ATP의 경우 관할영역내의 모든 열차에 대한 정적속도프로파일(SSP)에 대한 정보를 주기 내에 효율적으로 계산하여 열차의 간격제어성능을 향상시킬 수 있는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 지상 ATP의 경우 관할영역내의 모든 열차에 대한 정적속도프로파일(SSP)에 대한 정보를 주기 내에 효율적으로 계산할 수 있어 하나의 지상 ATP에 투입가능한 열차의 편성 수를 증대시킬 수 있는 계층구조를 갖는 정적속도프로파일 계산 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산방법에 있어서, 열차의 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 정적속도프로파일(SSP)로 열차에 제공하는 제1단계; 상기 제1단계에서 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)이 설정되면 상위 계층(UL)으로 간주하여 상기 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한을 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)에 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하여 정적속도프로파일(SSP)로 반영하는 제2단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법을 제공한다.
이때, 상기 제1단계 이전에 상기 기본 계층(BL)으로 영구속도제한(PSL)을 사전에 생성하여 DB 형태로 저장하는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 영구속도제한(PSL)은 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)의 입력을 가지고 생성되며; 상기 제1단계는 상기 영구 선로속도제한(PISL)의 선로구간에 대한 제한속도 중에서 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거된 각 구간의 제한속도에 열차 길이(TL) 만큼 연장한 영구 선로속도제한(PISL)의 제한속도와 영구 열차속도제한(PTSL)의 속도제한을 비교하여 선로구간에서 가장 낮은 속도제한을 가지는 속도프로파일을 영구속도제한(PSL)으로 선택하는 단계;인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1단계에서 상기 속도구간은 다음 속도구간의 제한속도가 낮으면 '+', 제한속도가 높으면 '-'로 정의하여 순차적으로 속도프로파일 구간을 탐색하면서 '+' 다음에 '-' 순으로 속도구간이 나타나면 convex 요철형태로 판단하고 '-' 구간이 열차 길이(TL)보다 작으면 필터링하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며; 상기 제2단계는 임시 선로속도제한(TISL) 또는 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 단계;인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며; 상기 제2단계는 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 단계;인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
열차의 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 제공하는 영구속도제한(PSL) 제공모듈과; 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)을 제공하는 임시속도제한(TSL) 제공모듈과; 상기 임시속도제한(TSL)이 설정되면 상위 계층(UL)로 간주하여 상기 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한을 기본 계층(BL)인 상기 영구속도제한(PSL)에 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하는 속도프로파일(MRSP) 산출모듈;로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산 장치도 제공한다.
이때, 상기 영구속도제한(PSL) 제공모듈이 제공하는 영구속도제한(PSL)는 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)이며; 상기 영구속도제한(PSL) 제공모듈은 상기 영구속도제한(PSL)을 DB 형태로 제공하는 영구속도제한(PSL) 정보제공부와, 영구 선로속도제한(PISL)의 선로구간에 대한 제한속도 중에서 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거하는 필터링부와, 상기 필터링부에서 제거된 각 구간의 제한속도에 열차 길이(TL) 만큼 연장하는 길이연장부와, 상기 길이연장부에서 연장한 영구 선로속도제한(PISL)의 제한속도와 영구 열차속도제한(PTSL)의 속도제한을 비교하여 선로구간에서 가장 낮은 속도제한을 가지는 속도프로파일을 영구속도제한(PSL)으로 선택하는 영구속도제한(PSL) 선택부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 임시속도제한(TSL) 제공모듈이 제공하는 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며; 상기 속도프로파일(MRSP) 산출모듈은 상기 임시 선로속도제한(TISL) 또는 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하는 모듈인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 임시속도제한(TSL) 제공모듈이 제공하는 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며; 상기 속도프로파일(MRSP) 산출모듈은 상기 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 모듈인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열차의 운영상황에서 정적속도프로파일(SSP)을 계층별로 계산하고 이를 토대로 열차의 운행을 제어할 수 있어 지상 ATP에서 열차의 실시간 간격제어 성능을 향상시키는 효과가 있다.
특히 본 발명은 속도 구간을 일정 요건에 따라 필터링하는 과정을 거치고, 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)이 설정되면 이를 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 산출하므로 계산속도를 증가시킬 수 있어 지상 ATP에서 열차의 실시간 간격제어 성능을 향상시킴은 물론, 하나의 지상 ATP가 관할할 수 있는 열차 편성 수가 증가됨에 따라 전체적인 열차제어시스템의 도입 비용을 절감할 수 있어 경제적 효과도 있다.
도 1은 일반적인 무선통신기반 열차제어시스템에서 차상 ATP와 지상 ATP간 이루어지는 주기적인 정보교환상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산 장치의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 정적속도프로파일 계산을 위한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)의 계산 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 정적속도프로파일 계산을 위한 SSP의 형태와 필터링 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 정적속도프로파일 계산을 위한 정적속도프로파일(SSP) 필터링 예를 도시한 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 따른 정적속도프로파일 계산을 위한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)의 계산 예를 순차적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산은 지상 ATP(1)에서 이루어지는 것으로, 지상 ATP(1)는 관할영역 내에 운행하는 모든 열차(10)로부터 무선통신을 기반으로 하여 열차의 위치를 수신 받아 이를 반영한 이동권한(MA: Movement Authority)과 정적속도프로파일(SSP: Static Speed Profile)을 계산하여 해당 열차(10)로 전송한다.
이 경우 열차(10)의 차상 ATP(12)는 지상 ATP(1)로부터 이동권한(MA: Movement Authority)과 정적속도프로파일(SSP: Static Speed Profile)을 수신하며, 열차(10)의 차상에 설치되는 ATO(14)는 차상 ATP(12)에 수신된 정보를 바탕으로 열차(10)의 가감속을 제어하며, 차상에 설치되는 리더(16)는 지상의 선로에 설치되는 태그(TAG)(20)를 통해 해당 위치정보를 감지하여 현재 열차의 위치 정보를 지상 ATP(1)로 전송하여 정적속도프로파일을 계산하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 다른 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산 장치는 지상 ATP(1) 자체 또는 지상 ATP(1)에 부수되는 장치로 구성될 수 있는 것으로, 열차의 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 DB 형태로 제공하는 영구속도제한(PSL) 제공모듈(100)과, 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)을 제공하는 임시속도제한(TSL) 제공모듈(200)과, 상기 임시속도제한(TSL)이 설정되면 상위 계층(UL)로 간주하여 상기 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한을 기본 계층(BL)인 상기 영구속도제한(PSL)에 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하는 속도프로파일(MRSP) 산출모듈(300);로 구성된다.
이때, 상기 영구속도제한(PSL) 제공모듈(100)이 제공하는 영구속도제한(PSL)는 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)이고, 상기 임시속도제한(TSL) 제공모듈(200)이 제공하는 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성된다.
또한, 상기 영구속도제한(PSL) 제공모듈(100)은 상기 영구속도제한(PSL)을 DB 형태로 제공하는 영구속도제한(PSL) 정보제공부(110)와, 영구 선로속도제한(PISL)의 선로구간에 대한 제한속도 중에서 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거하는 필터링부(120)와, 상기 필터링부에서 제거된 각 구간의 제한속도에 열차 길이(TL) 만큼 연장하는 길이연장부(130)와, 상기 길이연장부에서 연장한 영구 선로속도제한(PISL)의 제한속도와 영구 열차속도제한(PTSL)의 속도제한을 비교하여 선로구간에서 가장 낮은 속도제한을 가지는 속도프로파일을 영구속도제한(PSL)으로 선택하는 영구속도제한(PSL) 선택부(140)로 구성된다.
그리고, 상기 속도프로파일(MRSP) 산출모듈(300)은 상기 임시 선로속도제한(TISL) 또는 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하거나, 상기 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산한다.
이와 같은 본 발명에 따른 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산 방법을 살펴보면, 정적속도프로파일(SSP)의 효율적인 계산을 위해서 선로와 열차에 존재하는 여러 가지 속도제한 중에서 영구속도제한(PSL: Permanent Speed Limit)에 해당하는 속도제한에 대한 제한적인 속도프로파일(RSP: Restrictive Speed Profile)을 사전에 계산한다.
이때, 선로와 열차에 임시속도제한(TSL: Temporary Speed Limit)이 존재하지 않는 경우 영구속도제한(PSL)을 정적속도프로파일(SSP)로 사용한다. 이때, 만약 선로와 열차에 임시속도제한(TSL)이 존재한다면 사전에 계산된 제한적인 속도프로파일(RSP)에 추가적으로 임시속도제한(TSL)을 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP: Most Restrictive Speed Profile)을 계산하여 이를 정적속도프로파일(SSP)로 사용한다.
즉, 본 발명에 따른 계층구조 정적속도프로파일(SSP)은 기본 계층(BL: base layer)으로 영구속도제한(PSL)을 사전에 생성하여 DB(DataBase) 형태로 저장하고, 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 정적속도프로파일(SSP)로 열차에 제공하는 제1단계와 상기 제1단계에서 만약 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)이 설정되면 이를 상위 계층(UL: Upper Layer)으로 간주하여 기존에 계산된 기본 계층(BL)에 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한만을 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP: Most Restrictive Speed Profile)을 계산하여 이를 정적속도프로파일(SSP)로 반영하는 제2단계를 통해 계산하며, 이를 통해 지상 ATP(1)에서의 정적속도프로파일(SSP)의 계산 속도를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6의 (f)를 참고로 계층구조의 정적속도프로파일 계산 과정을 상세히 설명한다.
특히, 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)의 계산을 위한 입력은 열차가 이동하는 노선의 영구 선로속도제한(PISL: Permanent Infrastructure Speed Limit), ATS에서 명령한 임시 선로속도제한(TISL: Temporary Infrastructure Speed Limit), 열차의 최고속도를 의미하는 영구 열차속도제한(PTSL: Permanent Train Speed Limit), 열차의 고장 또는 운전모드로 인한 임시 열차속도제한(TTSL: Temporary Train Speed Limit), 열차 길이(TL: Train Length)와 이동권한(MA)이다.
이때, 상기 영구 선로속도제한(PISL)은 선로 구간마다 제한속도를 의미하는 것으로 예를들어 선로의 곡선구간의 경우 직선구간에 비해 낮은 제한속도를 가지며, 터널과 교량구간도 마찬가지로 낮은 제한속도를 가지며, 임시 선로속도제한(TISL)은 임시 인프라 속도제한을 의미하는 것으로 관제의 ATS에서 특정 선로 구간에 임시적인 속도제한을 명령할수 있는데 예를들어 선로변에 작업이 이루어지는 경우에 작업자의 보호를 위해 선로에 임시 속도제한을 명령할 수 있으며, 임시 열차속도제한(TTSL)은 임시 차량 속도제한으로 예를 들어 차량이 고장으로 degration되어 운행이 필요한 경우 차량의 최대속도를 낮추기 위함이다. 가장 제한적인 정적속도프로파일(MRSP)를 계산하기 위해서는 이러한 속도제한을 전부 반영하여 구간에 내려진 속도프로파일중에서 안전측 동작을 위해 가장 낮은 값을 택하게 된다.
그리고, 열차가 높은 속도구간에서 낮은 속도구간으로 진입하는 경우 열차의 전두부부터 낮은 속도로 진입하게 되므로 속도구간을 초과하지 않지만, 열차가 낮은 속도구간을 빠져나오면서 증속을 하게 되는 상황에서는 열차의 전두부부터 증속을 하면 열차의 후미부는 속도제한을 초과하게되므로 열차의 후미부까지 낮은 속도로 운행하기 위해서는 속도구간을 열차의 길이(TL)만큼 연장해야 한다.
우선 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같은 과정을 통해 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산한다.
도 3을 참고하면 지상 ATP(1)는 우선적으로 영구속도제한에 해당하는 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)의 입력을 가지고 영구속도제한(PSL: Permanent Speed Limits)을 생성한다.
즉, 지상 ATP(1)는 영구속도제한(PSL)을 생성하기 위해 영구 선로속도제한(PISL)의 선로구간에 대한 제한속도 중에서 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거하고, 이후 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거된 각 구간의 제한속도에 열차 길이(TL) 만큼 연장한다.
그리고, 지상 ATP(1)는 상기 계산된 영구 선로속도제한(PISL)의 제한속도와 영구 열차속도제한(PTSL)의 속도제한을 비교하여 선로구간에서 가장 낮은 속도제한을 가지는 속도프로파일을 영구속도제한(PSL)으로 택한다.
이때, N개의 선로구간에 대한 영구속도제한(PSL)은 식(1)과 같이 계산한다.
Figure 112015090691386-pat00001
여기서 'k'는 k번째 선로구간을 의미하고, 'f'는 열차 길이(TL)보다 작은 속도구간을 필터링하여 제거하는 연산을 의미하고, ∥는 열차 길이(TL) 만큼의 속도프로파일을 이어붙이는 연산,
Figure 112015090691386-pat00002
는 가장 제한적인 속도프로파일을 택하는 연산을 의미한다.
한편, 영구속도제한(PSL)은 기본 계층(BL)으로써 사전에 지상 ATP(1)에서 DB(Database)형태로 미리 계산이 가능한 것으로, 추가적인 상위 계층(UL)인 임시속도제한(TSL)인 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하지 않는 일반적인 운영상황에서는 영구속도제한(PSL)이 그대로 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)로 출력이 가능하기 때문에 추가적인 연산이 불필요하다.
반면에 상위 계층(UL)이 존재하는 경우를 살펴보면, 임시 선로속도제한(TISL) 또는 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하거나 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하는 경우이다.
이때, 만약 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하면 임시 선로속도제한(TISL)의 각 속도 구간에 열차 길이(TL) 만큼 연장한 후 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산한다.
이 경우 N개의 선로구간에 대한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)은 식 (2)와 같이 계산한다.
Figure 112015090691386-pat00003
이와 같이 속도프로파일을 열차 길이(TL)과 비교하여 필터링하는 이유는 안전 측면에서 열차가 낮은 속도구간에서 높은 속도구간으로 주행할 때 열차의 후미부가 완전히 낮은 속도구간을 통과하기 전까지 열차의 증속을 막아야 하기 때문이다.
도 4는 본 발명에 따른 정적속도프로파일 계산을 위한 SSP의 형태와 필터링 결과를 도시한 도면으로, 붉은 색으로 표시된 비교 대상인 속도구간은 도 4의 (a)와 같은 내림계단형태, 도 4의 (b)와 같은 오름계단형태, 도 4의 (c)와 같은 concave 요철형태, 마지막으로 도 4의 (d)와 같은 convex 요철형태로 구분될 수 있다.
이때, 열차 길이(TL) 만큼 모든 속도구간을 연장하는 경우 도 4의 (d)와 같은 속도구간은 완전히 사라지게 되므로 사전에 열차 길이(TL)보다 작은 convex 요철형태의 속도구간을 제거하고, 이전 속도구간을 연장하여 도 4의 (e)와 같은 속도프로파일을 생성한다.
한편, 속도구간의 판단은 비교대상인 속도구간을 기준으로 좌우 속도구간의 제한속도를 비교하여 높고 낮음을 판단하게 되며, 도 5에 도시된 바와 같이 정적속도프로파일(SSP) 형태에 따라 속도구간을 비교한다.
즉, 다음 속도구간의 제한속도가 낮으면 '+', 제한속도가 높으면 '-'로 정의한다. 이에 따라 순차적으로 속도프로파일 구간을 탐색하면서 '+' 다음에 '-' 순으로 속도구간이 나타나면 convex 요철형태이며, 이 구간이 열차 길이(TL)보다 작으면 필터링 대상이 된다.
도 6의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 따른 정적속도프로파일 계산을 위한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)의 계산 예를 순차적으로 도시한 도면이다. 특히 도 의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 따른 계층구조 정적속도프로파일 계산 알고리즘을 기반으로 7개의 선로구간에 대한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하는 과정을 보여준다.
이때, 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)의 계산은 지상 ATP(1)에서 이루어지며 차상 ATP(12)로 주기적으로 전송하며, 이 같은 계산은 반복해서 이루어지며 1회 계산 구간은 열차가 가장최근에 위치보고에 사용한 지상 선로의 태그(Tag)(20)로부터 지상 ATP(1)가 새롭게 계산한 해당열차의 이동권한(MA)까지의 선로구간이다.
우선 도 6의 (a)는 최초의 영구 선로속도제한(PISL) 상태의 일 예를 도시한 도면이다.
그리고, 도 6의 (b)는 열차 길이(TL)보다 작은 convex 요철형태의 속도구간을 제거한 결과를 도시한 도면이다. 도시된 바에 의하면 sec#2와 sec#4에 해당하는 선로구간이 convex 요철형태이고 열차 길이(TL)보다 작기 때문에 이전구간의 속도제한을 갖는다. 따라서 이러한 전처리를 통해 불필요한 계산을 줄일 수 있다.
한편, 도 6의 (c)는 각 선로구간의 속도제한을 열차 길이(TL) 만큼 연장한 결과를 도시한 도면이다. 도시된 바에 의하면 열차 길이(TL) 만큼 속도제한을 연장하는 것은 낮은 속도제한구간에서 높은 속도제한구간으로 진입하는 경우, 즉 오름계단형태에 해당하므로 오름계단 형태인지 사전에 비교하여 선택적으로 해당구간에 열차 길이(TL) 만큼 연장할 수도 있다.
그리고, 도 6의 (d)는 영구 열차속도제한(PTSL)을 반영하여 가장 낮은 영구속도제한을 선택한 결과를 도시한 도면이다.
또한, 도 6의 (e)는 임시 선로속도제한(TISL)이 설정된 상태에서 속도제한을 열차 길이(TL) 만큼 연장한 결과를 도시한 도면이다.
한편, 도 6의 (f)는 열차 길이(TL) 만큼 연장된 임시 선로속도제한(TISL)을 반영하여 가장 낮은 제한속도를 선택함으로써 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산한 결과를 도시한 도면이다. 도시된 바에 의하면 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 경우 운영중인 선로상에 특정 이벤트가 발생한 경우에 한하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP) 계산에 반영되므로 일반적인 상황에서는 도 6의 (d)와 같은 영구속도제한(PSL)이 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)로 간주될 수 있다.
또한, 영구속도제한(PSL)은 열차 길이(TL)을 반영한 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)이므로 사전에 계산하여 DB(DataBase)형태로 저장이 가능하다. 따라서 주행 중인 열차의 위치보고에 따라 해당 열차의 새롭게 계산된 이동권한(MA)까지의 영구속도제한(PSL)을 전달함으로써 지상 ATP(1)의 계산시간을 줄일 수 있다.
본 발명의 성능을 시간 복잡도(time complexity)를 이용하여 분석하면 다음과 같다.
전체 노선에 대한 속도구간에 대해 사전에 영구속도제한(PSL)을 계산하여 DB 형태로 가지고 있다고 가정한다.
차상 ATP가 지상 ATP로 마지막 위치보고에 사용한 태그(LRTG: Last Reference Tag Group)부터 이동권한(MA)까지 n개의 속도구간이 존재할 때 이미
Figure 112015090691386-pat00004
n개의 속도구간에 대한 영구 속도제한(PSL)은 사전에 구축된 DB형태로 가지고 있다.
이 경우 시간 복잡도를 빅오 표기법으로 표현하면 O(1)이 된다.
만약, n개의 속도구간 내에 임시속도제한이 발생되는 경우 m개의 속도 구간에 대한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하여야 한다.
하지만, n의 크기는 m의 크기에 영향을 주지 않으며 n≫m이므로 m은 상수로 간주할 수 있고, 그에 따라 임시속도제한이 발생하는 경우의 시간 복잡도 또한 O(1)이 된다.
따라서, 본 발명의 경우 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 시간 복잡도는 O(1)이다. 반면 기존의 경우 n개의 속도구간에 대한 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 시간 복잡도는 O(n)이므로 본 발명을 통해 시간복잡도를 O(n)에서 O(1)으로 개선할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 지상 ATP 10: 열차
12: 차상 ATP 14: ATO
16: 리더 20: 태그(TAG)
100: 영구속도제한(PSL) 제공모듈 110: 영구속도제한(PSL) 정보제공부
120: 필터링부 130: 길이연장부
140: 영구속도제한(PSL) 선택부 200: 임시속도제한(TSL) 제공모듈
300: 속도프로파일(MRSP) 산출모듈

Claims (10)

  1. 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산방법에 있어서,
    열차의 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 정적속도프로파일(SSP)로 열차에 제공하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)이 설정되면 상위 계층(UL)로 간주하여 상기 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한을 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)에 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하여 정적속도프로파일(SSP)로 반영하는 제2단계;
    로 구성되되,
    상기 영구속도제한(PSL)은 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)의 입력을 가지고 생성되며,
    상기 제1단계는 상기 영구 선로속도제한(PISL)의 선로구간에 대한 속도제한 중에서 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거된 각 구간의 속도제한에 열차 길이(TL) 만큼 연장한 영구 선로속도제한(PISL)의 속도제한과 영구 열차속도제한(PTSL)의 속도제한을 비교하여 선로구간에서 가장 낮은 속도제한을 가지는 속도프로파일을 영구속도제한(PSL)으로 선택하는 단계;인 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1단계 이전에 상기 기본 계층(BL)으로 영구속도제한(PSL)을 사전에 생성하여 DB 형태로 저장하는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상기 속도구간은 다음 속도구간의 속도제한이 낮으면 '+', 속도제한이 높으면 '-'로 정의하여 순차적으로 속도프로파일 구간을 탐색하면서 '+' 다음에 '-' 순으로 속도구간이 나타나면 convex 요철형태로 판단하고 '-' 구간이 열차 길이(TL)보다 작으면 필터링하여 제거하는 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며,
    상기 제2단계는 임시 선로속도제한(TISL) 또는 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 단계;인 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며,
    상기 제2단계는 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하는 단계;인 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산방법.
  7. 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 정적속도프로파일 계산 장치에 있어서,
    열차의 일반적인 운영상황에서 영구속도제한(PSL)을 제공하는 영구속도제한(PSL) 제공모듈과;
    특정 이벤트로 인해 임시속도제한(TSL)을 제공하는 임시속도제한(TSL) 제공모듈과;
    상기 임시속도제한(TSL)이 설정되면 상위 계층(UL)로 간주하여 상기 상위 계층(UL)에 해당하는 속도제한을 기본 계층(BL)인 상기 영구속도제한(PSL)에 반영하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)을 계산하는 속도프로파일(MRSP) 산출모듈;
    로 구성되되,
    상기 영구속도제한(PSL) 제공모듈이 제공하는 영구속도제한(PSL)는 영구 선로속도제한(PISL)과 영구 열차속도제한(PTSL)이며,
    상기 영구속도제한(PSL) 제공모듈은 상기 영구속도제한(PSL)을 DB 형태로 제공하는 영구속도제한(PSL) 정보제공부와, 영구 선로속도제한(PISL)의 선로구간에 대한 속도제한 중에서 열차 길이(TL)보다 작은 특정 형태의 속도구간을 필터링하여 제거하는 필터링부와, 상기 필터링부에서 제거된 각 구간의 속도제한에 열차 길이(TL) 만큼 연장하는 길이연장부와, 상기 길이연장부에서 연장한 영구 선로속도제한(PISL)의 속도제한과 영구 열차속도제한(PTSL)의 속도제한을 비교하여 선로구간에서 가장 낮은 속도제한을 가지는 속도프로파일을 영구속도제한(PSL)으로 선택하는 영구속도제한(PSL) 선택부로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 임시속도제한(TSL) 제공모듈이 제공하는 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며,
    상기 속도프로파일(MRSP) 산출모듈은 상기 임시 선로속도제한(TISL) 또는 임시 열차속도제한(TTSL)이 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 모듈인 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 임시속도제한(TSL) 제공모듈이 제공하는 임시속도제한(TSL)은 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)의 입력을 가지고 생성되며,
    상기 속도프로파일(MRSP) 산출모듈은 상기 임시 선로속도제한(TISL)과 임시 열차속도제한(TTSL)이 모두 존재하면 임시 열차속도제한(TTSL)과 기본 계층(BL)인 영구속도제한(PSL)을 비교하여 가장 낮은 속도제한을 선택하여 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP)를 계산하는 모듈인 것을 특징으로 하는 무선통신기반 열차제어시스템을 위한 계층구조 정적속도프로파일 계산 장치.
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