KR102687315B1 - 열차 제어 시스템 - Google Patents

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닛뽄신고가부시기가이샤
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Abstract

열차 편성을 분할한 경우에 열차가 접근한 상태에서도 안전한 열차 제어가 가능한 열차 제어 시스템을 제공한다. 열차 제어 시스템은 열차와 지상설비 사이에서 통신을 하여 열차 운행과 제어를 한다. 이 열차 제어 시스템은 열차 편성을 분할하는 경우에, 선행 열차와 후속 열차 간의 이격 거리에 대응하여 신장하고, 또한 서로 중복되지 않는 분할용 안전 영역을 선행 열차와 후속 열차에 설정하고, 이 안전 영역의 안전이 담보되지 않을 때에 비상 정지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

열차 제어 시스템
본 발명은 열차와 지상설비 사이에 통신을 하여 열차의 운행과 제어를 하는 열차 제어 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 열차 편성을 분할한 경우에, 분할한 상대 열차와의 충돌을 방지하는 기술에 관한 것이다.
열차 편성을 병합하거나 분할하는 경우에는, 2 편성의 열차가 접근한 상태가 된다. 이 때, CBTC(Communication-Base Train Control)가 도입된 시스템에서는 차상 장치가 병합 직전 또는 분할 직후의 상대 열차를 접근 열차로 간주하여 비상 브레이크를 작동시키는 바람에 열차가 주행불능이 된다.
이에, 예를 들어 특허문헌 1에서는 열차 간에 병합 분할 허가 영역을 설정하고, 열차를 병합 또는 분할하는 경우에, 병합 분할 허가 영역 내에 병합되어야 하거나, 또는 분할된 다른 열차가 존재하고 있으면, 차상 장치에 의하여 해당 열차를 인식하지 않도록 제어하고 있다.
특허 문헌 1: 특허 제5940795호 공보
그러나, 상기 특허 문헌 1의 기술은, 특정한 조건 하에서, 그리고 일시적이기는 하지만, CBTC 시스템을 사용하지 않게 된다. 이 상태에서는 분할 후의 선행 열차와 후속 열차가 잘못 접근하는 것을 인식할 수 없기 때문에, 열차 편성 분할 직후의 안전성을 높인다는 점에서 아직 개량의 여지가 있다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 열차 편성을 분할한 경우에, 열차가 접근한 상태에서도 안전한 열차 제어가 가능한 열차 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 하나의 실시 상태에 관한 열차 제어 시스템은 열차와 지상 설비 사이에 통신을 하여 열차의 운행과 제어를 실시하는 열차 제어 시스템으로서, 열차 편성을 분할하는 경우에, 선행 열차와 후속 열차 사이의 이격 거리에 대응하여 신장하고, 또한 서로 중복되지 않는 분할용 안전 영역을 선행 열차와 후속 열차에 설정하여, 상기 안전 영역에 있어서의 안전이 담보되지 않을 때에 비상 정지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열차 편성을 분할하는 경우에, 선행 열차와 후속 열차 사이의 이격 거리에 대응하여 신장하고, 또한 서로 중복되지 않는 분할용 안전 영역을 분할 후의 선행 열차와 후속 열차에 설정하였으므로, 차상 장치가 분할 직후의 상대 열차를 접근 열차로 간주하여 비상 제동을 작동시키지 않는다. 또한 안전 영역에서의 안전이 담보되지 않을 때, 예를 들어 자열차의 안전 영역에 타열차가 진입하였을 경우, 또는 자열차의 안전 영역이 타열차의 안전 영역과 중복되었을 경우에 자열차를 비상 정지시킬 수 있다.
따라서 열차 편성의 분할 후에 열차가 접근한 상태에서도 안전한 열차 제어가 가능해져서 분할한 상대 열차와의 충돌을 억제할 수 있다.
[도 1A] 본 발명의 실시형태에 관한 열차 제어 시스템에서의 시스템 전체의 개략 구성도이다.
[도 1B] 본 발명의 실시형태에 관한 열차 제어 시스템에서의 열차의 구성도이다.
[도 2] 도 1A 및 도 1B에 도시하는 열차 제어 시스템에서의 열차 편성을 분할한 경우에 열차가 접근한 상태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
[도 3] 도 1A 및 도 1B에 도시하는 열차 제어 시스템에 있어서 열차 편성을 분할한 경우에 열차가 이격된 상태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1A 및 도 1B는 각각 본 발명의 실시형태에 관한 열차 제어 시스템을 도시하고 있으며, 도 1A는 시스템 전체의 개략 구성도, 도 1B는 열차의 구성도이다.
도 1A에 도시하는 바와 같이, 열차(1)의 궤도(2)에 따라 소정의 간격으로 연선 무선기 (무선 기지국) (4-1, 4-2, ...4-n)가 설치되어 있으며, 안테나(4-1a, 4-2a, ...4-na)를 통하여 열차(1)와의 사이에서 무선 통신에 의하여 정보를 수수하고 열차(1)의 제어를 실시하도록 되어 있다. 이들 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)와 지상장치(5)로 지상설비가 구성되어 있다.
지상장치(5)는 각 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)에 유선 또는 무선에 의하여 접속되어 있다. 이 지상장치(5)는 열차 위치 검지부(5a), CBTC 제어부(5b), ATP(Automatic Train Protection) 장치(5c) 및 데이터베이스(5d) 등을 갖추고 있다. 도시는 하지 않지만, 지상 장치(5)는 궤도(2)에 설정된 관리 구역마다 복수 설치되어, 대응하는 관리 구역에 속하는 연선 무선기를 통하여 정보의 송수신이 가능하게 구성되는 동시에, 지상장치(5)끼리 서로 정보의 송수신이 가능하게 되어 있다.
열차 위치 검지부(5a)는 열차(1)에 탑재된 차상 무선기와, 각 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)와의 통신 상태에 의하여 열차(1)의 위치를 검지한다. 예를 들면 연선 무선기 4-i(i=1,2,..., n)와 차상 무선기 간의 왕복에 걸린 전반 시간으로부터 열차(1)의 위치를 계산하고, 지상자에 의한 위치 보정을 실시하여 열차(1)의 위치를 검지한다. 또는, 열차(1)에 GPS(Global Positioning System)나 광학식 거리 계측기와 같은 거리 검지 센서를 탑재하여, 열차(1)의 위치를 검지할 수도 있다. 검지한 열차의 위치 정보는, 차상 장치로부터 열차(1)의 제어 정보의 하나로서 빈번하게 지상 장치(5)에 송신되고 있다.
또한, CBTC 제어부(5b)는 열차 위치 검지부(5a)에서 검지한 열차(1)의 위치 정보와, 열차(1)에 탑재되어 있는 속도 검출기 등으로 검출한 속도 정보에 기초하여 열차(1)의 위치와 속도를 파악하고, 운전 속도나 정지 등의 열차 제어 정보를 생성한다.
ATP 장치(5c)는 열차(1)로부터의 위치 정보를 무선통신으로 수신함으로써 열차(1)의 재선 검지를 실시하는 것이다.
또한, 데이터베이스(5d)는 각 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)와 열차(1)에 탑재된 차상 무선기의 ID(식별 부호), 열차(1)의 속도 정보 및 진로 정보 등을 기억하고 있다.
도 1B에 도시하는 바와 같이, 열차(1)에는 선두 차량(1a)에 차상 장치(6), 가장 후미의 차량(1b)에 차상 장치(7)가 탑재되어 있다. 차상 장치(6)에는 차상 무선기(8-1)와 데이터베이스(9-1)가 설치되어 있으며, 차상 장치(7)에는 차상 무선기(8-2)와 데이터베이스(9-2)가 설치되어 있다. 이들 차상 장치(6)와 차상 장치(7)는 서로 데이터 통신을 하게 되어 있다. 데이터베이스(9-1, 9-2)에는 지상장치(5)의 데이터베이스(5d)와 동일한 데이터, 즉, 각 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)와 열차(1)에 탑재된 차상무선기의 ID(식별부호), 열차(1)의 속도 정보 및 진로 정보 등이 기억되어 있다.
차상 무선기(8-1)는 열차(1)의 진행방향(전방)을 향하여 지향성을 갖는 안테나(8-1a)에 접속되며, 차상 무선기(8-2)는 열차(1)의 진행방향과 역방향(후방)을 향하여 지향성을 갖는 안테나(8-2a)에 접속된다. 또한, 차상 무선기(8-1)와 열차(1)의 전방의 연선 무선기와의 사이에서 무선통신에 의하여 정보의 수수(授受)를 실시하고, 차상 무선기(8-2)와 열차(1)의 후방의 연선 무선기와의 사이에 무선통신에 의하여 정보의 수수를 실시한다.
차상 무선기(8-1, 8-2)와 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)에는, 예컨대 국제적으로 규격화된 범용 무선대역인 ISM(Industry Science Medical band) 밴드라 불리는 2.4GHz대를 사용하는 범용 무선기를 이용할 수 있다. 또한, 각 차상 무선기(8-1, 8-2)와 열차(1)에 근접한 연선 무선기가 1대 1의 관계로 통신을 확립하여, 정보의 수수를 실시한다. 또한, 각 차상 무선기(8-1, 8-2)와 각 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)는 각각 자가 진단 기능을 가지며, 자가 진단한 무선기의 상태 정보, 즉 정상적으로 동작하고 있는지 고장났는 지에 대한 정보를 데이터베이스(5d, 9-1, 9-2)에 기억함으로써 지상장치(5)와 차상 장치(6, 7) 간에 공유하고 있다.
차상 장치(6, 7)는 열차(1)의 이동에 따라 각 차상 무선기(8-1, 8-2)와 통신 상대가 되는 각 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)의 통신 상태를 순차적으로 바꾸는 핸드오버를 실시한다. 핸드오버는, 열차(1)의 이동에 의하여 각 차상 무선기(8-1, 8-2)가 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)에 근접하였을 때에, 연선 무선기의 위치에서 실시한다.
핸드오버 시 이외에서는, 지상장치(5)는 열차(1)의 차상 무선기(8-1, 8-2)로부터 무선 송신된 열차 위치 정보를 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n) 중에서 열차(1)에 근접한 2대의 연선 무선기에 의하여 2 경로로 취득하고, 열차 위치 검지부(5a)에서 열차 위치를 검지한다. 또한, 검지한 열차 위치에 기초하여, CBTC 제어부(5b)에서 열차 제어 정보를 생성하고, 전술한 2개의 경로를 통하여 2대의 연선 무선기로부터 각 차상 무선기(8-1, 8-2)에 무선 송신한다. 이들 2 경로로 송신되는 전문은 기본적으로는 동일한 것으로, 통신 경로에 용장성(redundancy)이 있게 한다. 차상 장치(6, 7)는 차상 무선기(8-1, 8-2)로 수신한 열차 제어 정보에 기초하여 열차(1)를 제어한다.
다음으로, 상기와 같은 CBTC 시스템에 있어서, 열차 편성의 분할을 실시하는 경우의 동작에 대하여, 도 2 및 도 3에 의하여 자세하게 설명한다. 설명을 간단히 하기 위하여, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 4량 편성의 열차(1)를 2량 편성씩 분할하는 경우를 예로 든다.
도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 열차 편성의 분할 직후부터, 분할된 쌍방의 열차 (선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)) 사이에 각각, 각각의 열차 (1-1, 1-2)가 화살표로 나타내는 자신의 안전 영역(A1, A2)을 서로 중복되지 않도록 설정한다. 이 안전 영역(A1, A2)은 열차의 접근을 감지하기 위한 접근 감지 존으로서 이용하는 것으로, 열차 (1-1, 1-2)의 위치 오차와 속도에 따라 결정된다. 안전 영역(A1, A2)의 설정은 다음과 같은 수순으 실시한다. 먼저, 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)가 각각 가장 가까운 연선 무선기로부터의 주행거리를 계측하여 무선통신에 의하여 지상장치(5)로 보내고, 지상장치(5)의 열차 위치 검지부(5a)에서 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)의 위치를 검지한다.
또한, 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)는 분할 직후부터 상호 열차방향의 안전 영역(A1, A2) 내로의 열차의 접근을 검지하고, 안전이 담보되지 않을 때에 비상 정지시킨다. 안전이 담보되지 않는다는 것은, 예를 들면 선행 열차 (1-1)의 안전 영역(A1) 내에 후속 열차 (1-2)가 존재할 때, 후속 열차 (1-2)의 안전 영역(A2) 내에 선행 열차 (1-1)가 존재할 때, 상호 안전 영역(A1, A2)이 중복되었을 때(이 경우에는 다른 열차가 존재한다고 간주한다) 등이다. 각 열차 (1-1, 1-2)는 이들 정보를 차상 무선기(8-1, 8-2)로부터 연선 무선기(4-1, 4-2, ...4-n)를 거쳐 ATP 장치(5c)로 송신하고, ATP 장치(5c)에서 안전이 보장되는지 여부를 판단한다. ATP 장치(5c)에서 안전이 담보되지 않는다고 판단하면, 그 상황에 따라 선행 열차 (1-1) 및/또는 후속 열차 (1-2)를 비상 정지시킨다.
또한, 분할한 한쪽 열차가 선행 열차 (1-1)로서 주행할 때, 분할 직후부터 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)에 대하여 통상적인 ATP 패턴에 의한 주행 제어를 실시한다. 즉, 선행 열차 (1-1)는 전방 방향(본래의 진행 방향)에 통상적인 수순으로 안전 버퍼(B1)을 설정함으로써, 분할 직후부터 진행 방향의 재선 범위에 다른 열차가 있는지 여부를 검지하는 등, 통상적인 ATP 패턴에 의한 주행을 실시하여 진로의 안전을 확인한다.
한편, 후속 열차 (1-2)는 후방에 통상적인 안전 버퍼(B2)를 설정하고, 분할 직후부터 후방 재선 범위에 대한 재선의 유무를 확인한다. 이와 같이, 통상적인 ATP 패턴에 의한 주행 제어를 실시함으로써 EB(Emergency Brake) 제어를 개시한다.
덧붙여, 전술한 안전 버퍼의 설정 및 안전 버퍼 내의 타열차의 재부 검지는, 각 열차가 필요한 정보를 ATP 장치(5c)에 전송하여, ATP 장치(5c)가 판단하여 결정하는 것을 전제로 한다. 이 ATP 장치(5c)는 지상장치(5) 내에 설치되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였는데, 차상 장치(6, 7) 내에 설치되어 있어도 좋다.
여기서, 'ATP 패턴'이란, ATP 시스템에서 열차가 정지하여야 하는 위치까지의 남은 거리 정보를 기초로, 그 열차의 브레이크 성능으로 실현 가능한 것으로 계산된 운전 곡선(브레이크 패턴)이다.
또한, 안전 버퍼라는 용어는 각각의 열차가 가진 개념적인 범위를 의미하고 있다. 즉, 시스템이 감지한 열차의 위치와 실제 열차가 존재하는 위치의 오차이며, 주행 거리의 오차와 데이터 전송 지연의 오차가 있다. 본 예에서는 지상에 배치한 위치 보정 지상자의 차상에서의 위치 검지 오차나 주행거리의 오차는 차상 장치(6, 7)측에서 산출한다. 이 산출 결과를 지상장치(5)에 무선통신으로 보내, 지상장치(5)측에서 데이터 전송의 지연에 의한 오차를 보정하고, 안전 버퍼를 설정하게 되어 있다. 또한, 이 범위 내에 다른 열차가 존재할 경우에는, 근접 열차가 존재한다고 인식하여, 지상 장치(5)로부터 근접 열차를 검지한 차상 장치(6 또는 7)에 비상 정지를 지령하는, 처리가 실행된다.
도 2의 (c)와 같이 선행 열차 (1-1)의 주행에 따라 후속 열차 (1-2)와의 거리가 멀어지면, 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)의 안전 영역(A1, A2)은 선행 열차 (1-1)의 주행에 따라 서로 중복되지 않도록 신장 (A1', A2'로 나타낸다)한다. 따라서 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)의 서로의 거리가 멀수록, 안전 영역(A1, A2)은 단조 증가한다. 이 안전 영역(A1, A2)의 신장은 다음 2가지 경우를 생각할 수 있다.
<케이스 1>
선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)의 이격 거리를 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)로 안분하여 안전 영역(A1, A2)을 신장한다. 단, 이 경우 후속 열차 (1-2)가 선행 열차 (1-1)를 잘못 추종 주행하였을 때에는 열차 간격이 담보되지 않는다.
<케이스 2>
선행 열차 (1-1) 및/또는 후속 열차 (1-2)의 주행거리 합산분을, 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)의 안전 영역(A1, A2)에 안분하여 신장한다. 이 경우에는 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)가 멀어져가는 상태를 포함한다.
이어서, 도3의 (a)와 같이, 선행 열차 (1-1)의 주행에 따라, 후속 열차 (1-2)와의 거리가 소정의 거리ΔD (예를 들어 선행 열차 (1-1)의 안전 버퍼(B1)와 후속 열차 (1-2)의 안전 버퍼(B2)가 통상적으로 있어야 할 거리의 최소치의 합)까지 벌어지면, 안전 영역(A1, A2)의 설정을, 안전 버퍼(C1, C2)의 설정으로 전환한다. 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)의 각 안전 버퍼(C1, C2)는 안전 버퍼(B1, B2)와 같은 통상적인 수순으로 설정한다. 안전 버퍼(C1, C2)의 통상 있어야 할 길이는 지상에 배치한 위치 보정 지상자의 차상에서의 위치 검지 오차나 열차 주행에 따른 주행 거리 오차 등에 의하여 정해진다. 상기 소정거리 ΔD는, 예를 들어 차에 탑재된 주행 검지 센서(차축 회전수 검지기)에 의하여, 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2) 각각의 주행거리를 검지하고, 검지한 주행거리에 따라 산출한다.
또한, 소정거리 ΔD 이상 멀어지면, 도3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 안전 버퍼(B1, B2)와 (C1, C2)의 설정을 유지하면서 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)를 주행시킨다.
상기와 같은 구성에 따르면, 열차 편성을 분할할 경우 선행 열차 (1-1)와 후속 열차(1-2) 간의 이격 거리에 대응하여 신장하고, 또한 서로 중복되지 않는 분할용 안전 영역(A1, A2)을 분할 후의 선행 열차 (1-1)와 후속 열차 (1-2)에 설정하였으므로, 자열차의 안전 영역(A1 또는 A2)에 타열차가 진입하였을 때 및 자열차의 안전 영역(A1 또는 A2)과 중복되었을 때, 지상장치(5)로부터 정지 지령을 송신하여 자열차를 비상 정지시킬 수 있다. 따라서 열차 편성의 분할을 실시할 경우에 열차가 접근한 상태에서도 안전한 열차 제어가 가능해져서, 분할한 상대 열차와의 충돌을 억제할 수 있다.
이상의 실시형태에서 설명된 회로 구성이나 동작 수순 등에 대하여는 본 발명을 이해하고 실시할 수 있을 정도로 개략적으로 나타낸 것에 지나지 않는다. 따라서 본 발명은 설명된 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 제시된 기술적 사상의 범위를 일탈하지 아니하는 한 다양한 형태로 변경할 수 있다.
1... 열차, 1-1... 선행 열차, 1-2... 후속 열차, 2 ... 궤도, 4-1, 4-2, 4-n... 연선 무선기, 5... 지상장치, 5a... 열차 위치 검지부, 5b... CBTC 제어부, 5c... ATP 장치, 6, 7... 차상장치, 8-1, 8-2... 차상 무선기, 5d, 9-1, 9-2... 데이터베이스, A1, A2... 안전 영역 (접근 검지 존), A2... 신장된 안전 버퍼, A2... 선행 열차 거리

Claims (8)

  1. 열차와 지상설비와의 사이에 통신을 하여 열차의 운행과 제어를 하는 열차 제어 시스템으로서,
    열차 편성을 분할할 경우에, 선행 열차와 후속 열차 간의 이격 거리에 대응하여 신장하고, 또한 서로 중복되지 않는 분할용 안전 영역을 선행 열차와 후속 열차에 설정하고, 상기 선행 열차와 상기 후속 열차의 이격 거리가 소정치보다 커졌을 때에, 상기 선행 열차와 상기 후속 열차에 각각 열차가 주행하였을 때에 발생하는 위치 오차를 고려하기 위한 안전 버퍼를 설정하며,
    상기 안전 영역에서 안전이 담보되지 않을 때 비상 정지시키도록 하여 이루어지고,
    상기 소정치는, 상기 선행 열차와 상기 후속 열차의 각각의 속도에 대응하는 상기 안전 버퍼의 최소치보다 크고, 상기 안전 영역은 상기 선행 열차와 상기 후속 열차의 이격 거리를, 상기 선행 열차와 상기 후속 열차에 안분하여 이격 거리에 대응하여 신장하는 것이거나, 또는 상기 안전 영역은 상기 선행 열차와 상기 후속 열차의 주행거리 합산분을 상기 선행 열차와 상기 후속 열차에 안분하여 신장하는 것임을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비상 정지는 상기 선행 열차와 후속 열차 중, 상기 안전 영역으로의 열차 진입을 검지한 열차를 비상 정지시키는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비상 정지는, 상기 선행 열차와 후속 열차의 상기 안전 영역이 중복되는 것을 검지하면 비상 정지시키는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 소정의 궤도를 주행하는 상기 열차에 탑재된 차상 장치와, 상기 차상 장치의 정보를 송수신하는 차상 무선기와, 지상의 소정 위치에 설치된 복수의 연선 무선기와, 상기 궤도에 설정된 관리 구역마다 설치되고, 상기 관리 구역에 속하는 상기 연선 무선기에 송수신 가능하게 접속되는 동시에, 서로 정보의 송수신이 가능한 복수의 지상 장치를 추가로 구비하며, 상기 열차와 상기 지상 장치 사이에 무선 통신을 실시하여 열차 운행과 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 열차 제어 시스템.
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