KR20020060892A - 무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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KR20020060892A
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Abstract

본 발명은 선로를 따라 설치되어 무선통신 네트워크를 이루는 무선통신시스템과 열차에 설치된 열차제어시스템 사이의 전파전송시간을 이용하여 열차의 위치를 검출하여 그 운행을 제어하고, 상황보고, 이력관리 등을 수행하는 무선통신을 이용한 열차 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 첫째, 선로를 따라 설치되어 설치위치와 선로정보를 나타내는 위치정보표시기와, 열차에 설치되어 상기 위치정보표시기에서 전송되는 위치정보수신기로 구성된 위치정보표시장치를 통해 열차의 위치를 확인할 수 있도록 함으로써 열차 위치에 대한 신뢰성을 향상시키고, 선로조건에 따른 제한최고속도를 규정하여 이를 초과하는 목표운행속도가 지령되었을 경우에는 이를 상기 선로조건에 의한 제한최고속도 이하로 정정하여 운행토록 함으로써 안전성을 향상시키며, 둘째, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동거리 및 이동방향을 산출하여 그 이동거리와 이동방향으로부터 열차의 위치를 재 산출하여 열차 위치 검출에 대한 검증을 재차 실시하고, 셋째, CBTC와는 별개로 GPS를 이용하여 열차의 위치를 검출하여 열차의 운행을 제어함으로써 열차 위치에 대한 신뢰성을 향상시킴은 물론, CBTC의 이동통신시스템이 설치되어 있지 않은 구간에서도 열차제어시스템에 의한 운행을 할 수 있도록 한 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법"이다.
이러한 본 발명은, CBTC의 기본 제어논리와는 별도로 위치정보표시장치와GPS수신기 및 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 위치를 검출하여 열차의 운행을 제어함으로써 위치검출 오류로 인한 사고를 방지할 수 있게 되는 효과가 있음은 물론, 제1무선통신시스템을 통해 부가적인 열차검출방법으로 검출한 열차의 위치를 관리국으로 전송하여 열차의 운행을 제어하도록 함으로써 기지국 및 제어국이 설치되어 있지 않은 구간이나, 기지국이 고장난 구간에 대해서도 CBTC의 열차제어시스템을 이용하여 열차를 자동 운행할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법{COMMUNICATION BASED AUTOMATIC TRAIN CONTROL SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 선로를 따라 설치되어 무선통신 네트워크를 이루는 무선통신시스템과 열차에 설치된 열차제어시스템 사이의 전파전송시간을 이용하여 열차의 위치를 검출하여 그 운행을 제어하고, 상황보고, 이력관리 등을 수행하는 무선통신을 이용한 열차 제어 시스템(COMMUNICATION BASED TRAIN CONTROL SYSTEM: 이하 CBTC라한다.) 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 첫째, 설치위치와 선로정보를 나타내는 위치정보표시장치(BEACON)를 선로를 따라 설치하여 열차의 위치에 대한 검증 및 안전운행에 대한 제어를 수행하고, 둘째, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동거리 및 이동방향을 산출하여 그 위치를 재 산출하여 위치에 대한 검증을 재차 실시하고, 셋째, 전세계측위시스템(GLOBAL POSITIONING SYSTEM: 이하 GPS라 한다) 및 별도의 무선통신시스템을 통해 CBTC의 무선통신시스템(CBTC의 기지국 및 제어국)이 설치되어 있지 않은 선로구간에 존재하는 열차의 위치를 검출하여 열차의 운행을 제어함은 물론, 그 위치에 대한 검증을 수행하도록 함으로써, 열차 위치 검출에 대한 신뢰를 향상시키고, CBTC의 무선통신시스템이 설치되어 있지 않거나, 또는 CBTC의 무선통신시스템이 정상 동작하지 않는 구간에서의 열차 운행이 가능하도록 하기 위한 것이다.
이는, 본인의 선출원 발명인 대한민국 특허출원 제2000-61242호 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법"(이하 "선출원 발명1"이라 한다)과, 본인의 선출원 발명인 대한민국 특허출원 제1996-80852호 "GPS를 이용한 이동물체위치 식별 및 추적방법과 그 장치"(이하 "선출원 발명2"라 한다) 및, 본인의 선등록 특허인 대한민국 특허 제201156호 "GPS를 이용한 조난신호 발생장치 및 그 제어방법"을 이용, 개량한 개량발명에 관한 것이다.
본인의 선출원 발명1은, 도3과 도4에서 도시되는 바와 같이, 선로를 따라 설치되어, 열차의 위치를 검출하기 위한 무선 통신을 수행하며, 열차의 목표운행속도및 운행에 관한 정보를 무선 전송하는 다수개의 기지국(31)과; 두 개 이상의 기지국(31)을 그룹화 하여 그 동작을 관리, 제어하며, 기지국(31)과 열차와의 전파전송시간을 이용하여 현행하는 열차의 위치를 검출하고, 목표운행속도를 산출하여 전송하며, 해당 제어국 내에 있는 열차의 운행 속도와 선로 점유 상태에 대한 정보 및 열차 운행에 관한 정보를 전송하는 하나 이상의 제어국(32)과; 하나 이상의 제어국(32)의 데이터를 집중시켜 열차 운행 전반에 대한 상황보고, 열차추적, 관리 및, 제어기능을 수행하는 관리국(33)을 포함하여 이루어진 무선통신시스템(30)과,
기지국(31)에서 전송되는 위치검출을 위한 신호를 수신하여 재전송하며, 열차의 목표운행속도, 열차 운행 정보 등을 수신하는 이동국(41)과; 열차의 차륜 측에 부착되어 열차의 실제 운행 속도(현재속도)를 검출하는 속도검출기(48)와; 열차 각 구성요소의 동작에 이상이 발생하거나, 또는 일정한 시간이 경과하도록 열차의 속도가 목표운행속도에 도달되지 않거나, 또는 신호 전송 상태가 불량함을 나타내는 신호가 입력될 경우 이를 나타내는 경보신호를 발생하는 경보신호발생부(44)와; 소정의 제어신호에 의해 동작되어 열차를 가속하거나 또는 감속하는 속도제어부(47)와; 열차 운행 기록에 대한 정보, 선로 상태에 대한 정보 등을 저장하는 데이터베이스부(49)와; 선행하는 열차와의 거리, 현재운행속도, 목표운행속도 및 열차의 각 구성요소에 대한 상태를 표시하는 운행상태표시부(45)와; 운전자의 조작명령을 입력하는 조작스위치부(46)와; 상기 데이터베이스부(49)와, 속도검출기 48)와, 경보신호발생부(44)와, 표시부(45)와, 속도제어부(47)와, 조작스위치부(46)사이에 접속되어, 첫째, 상기 이동국(41)을 통해 수신되는 열차의 목표운행속도와 속도검출기(48)를 통해 검출되는 열차의 실제속도를 비교하여 속도제어부(47)를 통해 열차의 운행속도를 제어하고, 둘째, 선행하는 열차와의 거리, 현재운행속도, 목표운행 속도, 열차의 각 구성요소에 대한 상태를 운행상태표시부(45)를 통해 나타내고, 셋째, 열차 각 구성요소의 동작에 이상이 발생하거나 또는 일정 시간이 경과하도록 열차의 실제 속도가 목표운행속도에 도달되지 않았을 경우 경보신호 생부(44)를 통해 이를 나타내는 신호를 출력하도록 제어하고, 넷째, 조작스 치부(46)를 통해 입력되는 운전자의 조작명령을 수행하고, 다섯째, 열차의 운행 기록에 대한 제어를 수행하는 마이컴(43)과; 상기 마이컴(43)과 이동국(41) 사이에 접속되어, 이동국(41)을 마이컴(43)에 인터페이스 시키는 인터페이스부(42)를 포함하여 이루어져 열차에 설치되는 열차제어시스템(40)으로 구성되었다.
이러한 본인의 선출원 발명1은, 도5에서 도시되는 바와 같이, 기지국(31)과 이동국(41) 사이의 전파전송시간을 이용하여 현행열차와 선행열차 사이의 거리를 산출하여 제어국(32)과 관리국(33)으로 전송하고, 상기 산출 결과에 따른 현행열차의 목표운행속도를 산출하여 이동국(41)으로 전송하는 목표운행속도산출전송단계 (S11)와; 열차 운행 정보가 존재하는지의 여부를 지속적으로 검출하여 열차 운행 정보가 존재할 경우에는 기지국(31)을 통해 이동국(41)으로 전송하는 열차운행정보전송단계(S12)와; 각 제어국(32)을 통해 전송되는 열차들의 운행상태에 대한 상황보고, 열차추적, 제어, 관리 기능을 수행하며, 열차 운행 정보를 제어국(32)과 기지국(31)을 경유하여 이동국(41)으로 전송하는 관리국제어단계(S13)로 이루어진 무선통신시스템제어단계(S10)와,
속도검출기(48)를 통해 검출한 열차의 실제속도가 이동국(41)을 통해 수신한 목표운행속도가 되도록 열차의 속도를 가감속(加減速)시키는 속도제어기능을 수행하고, 소정의 시간이 경과되도록 열차의 실제속도가 목표운행속도가 되지 않거나, 또는, 열차 각 구성요소의 동작이 정상적이지 않거나, 또는, 기지국(31)과의 신호전송상태가 정상적이지 않을 경우 이를 경보하는 경보기능을 수행하며, 열차의 운행상태를 운행상태표시부(45)를 통해 표시하고, 데이터베이스부(49)에 저장하는 열차제어시스템제어단계(S20)를 수행하여 열차의 운행을 제어하였다.
즉, 선로변에 설치된 무선통신시스템(30)과 열차에 설치된 열차제어시스템 (40) 사이의 전파전송시간으로부터 현행 열차의 위치를 산출하고, 상기 산출된 현행 열차의 위치와 선행 열차의 위치로부터 양 열차 사이의 거리 및 현행 열차의 목표운행속도를 산출한 후, 상기 산출된 열차의 목표운행속도를 열차제어시스템에 전송하여 열차의 운행을 제어하였다.
그러나, 상기와 같은 본인의 선출원 발명1의 경우에는, 선로에 설치된 기지국(11)의 동작이 정상적이 않거나, 또는 제어국(32)이 정상적이지 않을 경우에는 열차의 위치 검출을 할 수 없다는 문제점 및, 무선통신시스템(30)이 설치되어 있지 않은 구간에서는 이에 따른 운행을 할 수 없다는 문제점이 있었다.
즉, 이동국(41)과의 전파전송시간을 이용하여 열차의 위치를 검출하는 해당기지국(31)의 동작이 정상적이지 않거나, 또는 열차의 위치를 산출하는 동작을 수행하는 제어국(32)이 정상 동작하지 않을 경우에는, 열차의 위치를 정확하게 검출할 수 없어 열차의 안전운행을 저해한다는 문제점이 있었다. 이를 위해 본인의 선출원 발명1의 경우에는 2개 이상의 기지국(31)을 통해 열차의 위치를 중복 검출하도록 되어 있으나 폭우 등과 같은 악천후나, 선로지반 침하, 지진 등과 같은 천재지변이 발생할 경우에는 연속하는 2개 이상의 기지국이 그 기능을 상실할 가능성이 높아 열차 운행에 대한 신뢰성 및 안전성이 저하된다는 문제점이 있었다.
또한, 본인의 선출원 발명1의 경우에는 무선통신시스템과 열차제어시스템과의 전파전송시간을 이용하여 열차의 위치를 파악하고, 여기에 따른 운행 제어를 수행함으로 인해, 무선통신시스템이 설치되어 있지 않은 구간에서는 열차에 열차제어시스템이 설치되어 있다하더라도 이에 따른 운행을 할 수 없다는 문제점이 있었다.
예를 들어, 중국, 호주, 미국 등과 같이 선로 구간이 매우 길어 전 선로 구간에 대한 무선통신시스템의 설치가 비효율적(경제적 측면)일 경우에는 그 일부, 또는 중요 선로 구간에만 무선통신시스템을 설치하게 되는 데, 이럴 경우 무선통신시스템이 설치되어 있지 않은 구간에서는 CBTC에 의한 열차 운행을 할 수 없다는 문제점 및, 무선통신시스템이 설치되어 있지 않은 구간에는 열차의 안전 운행을 위한 별도의 제어시스템을 설치 운영하여야 한다는 문제점이 있었다. 실질적으로 CBTC에 의한 열차 운행은 그 설치비용의 과다로 인하여 지하철, 도심지 연결 철도 등과 같이 그 선로 구간이 짧은 곳에서 주로 사용된다.
한편, 본인의 선출원 발명2는, 도1과 도2에서 도시되는 바와 같이, 다수의 GPS위성으로부터 발생되는 GPS신호를 GPS수신기(1)를 통해 수신하여 자동차, 열차, 선박이나 항공기 등과 같은 이동물체의 현재속도 및 위치에 관한 정보를 무선통신망을 통해 송출하도록 한 GPS를 이용한 이동물체위치식별장치에 있어서;
상기 인공위성에서 송신되는 GPS 신호를 수신할 수 없을 경우 상기 GPS 수신기(1)를 통해 검출한 현재위치로부터 다음 GPS 신호를 수신할 때까지의 위치 및 경로를 추적 보정하기 위해 이동방위와 이동거리를 검출하는 위치보정수단(2)과;
상기 위치보정수단(2)에 의해 감지된 이동물체의 현재 위치정보를 기억장치 (3)에 순차적으로 기억하고, 기억된 정보를 외부로 송신하도록 하는 처리장치(4)와;
상기 처리장치(4)의 제어 하에 동작하여 상기 정보를 외부로 송신하기 위한 무선통신수단(5)으로 구성되어 음성 또는 데이터의 양방향통신이 가능하도록 함을 특징으로 하는 GPS를 이용한 이동물체 위치식별장치이다.
이러한 본 발명은, GPS신호를 이용하여 열차나 자동차와 같은 육상이동차량이나, 선박이나 항공기와 같은 이동물체의 위치를 자동적으로 식별할 수 있을 뿐만 아니라, 인공위성을 통하여 지상에서 운행하거나 해상을 항해하거나 공중을 비행하는 각각의 이동물체들의 현재 이동경로와 위치 속도를 알 수 있으며, GPS신호를 수신할 수 없거나 조난 등과 같은 사고의 발생 시에는 GPS수신기를 통해 검출한 현재위치로부터 다음 GPS신호에 대한 수신이 이루어질 때까지의 위치 및 경로를 추적보정하기 위해 이동방위와 이동거리를 검출하여 감지된 이동물체의 이동경로를 용이하게 식별할 수 있도록 장치의 핵심적인 부분을 블랙박스 화하고, 패스워드의 입력으로 이를 신속하게 판독할 수 있으며, 조난 발생 시에는 조난위치를 발생토록 하여 사고의 원인을 신속하게 규명할 수 있으며, 메인스테이션간의 양방향 통신이 가능하여 이동물체를 효율적으로 추적할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본인의 선등록 발명인 대한민국 특허 제201156호 "GPS를 이용한 조난신호 발생장치 및 그 제어방법"은, GPS 수신기를 이용하여 이동체의 위치를 지속적으로 검출 관리하다가, 조난신호를 발생할 시 그 검출된 위치를 함께 송출하여 조난 당한 위치를 정확히 알리기 위한 것으로, 이로 인해 조난에 대한 구조가 신속히 이루어지도록 하기 위한 것이다.
그러나, 상기와 같은 본인의 선출원 발명2와 선등록 발명의 경우에는 이동체의 위치를 지속적으로 검출하여 전송함으로써, 물체 추적, 조난신호 발생 등에는 사용할 수 있으나, 이를 열차 운행 제어에 사용할 수는 없었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 첫째, 선로를 따라 설치되어 설치위치와 선로정보를 나타내는 위치정보표시기와, 열차에 설치되어 상기 위치정보표시기에서 전송되는 위치정보수신기로 구성된 위치정보표시장치를 통해 열차의 위치를 확인할 수 있도록 함으로써 열차 위치에 대한 신뢰성을 향상시키고, 선로조건에 따른 제한최고속도를 규정하여 이를 초과하는 목표운행속도가 지령되었을 경우에는 이를 상기 선로조건에 의한 제한최고속도 이하로 정정하여 운행토록 함으로써 안전성을 향상시키며, 둘째, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동거리 및 이동방향을 산출하여 그 이동거리와 이동방향으로부터 열차의 위치를 재 산출하여 열차 위치 검출에 대한 검증을 재차 실시하고, 셋째, CBTC와는 별개로 GPS를 이용하여 열차의 위치를 검출하여 열차의 운행을 제어함으로써 열차 위치에 대한 신뢰성을 향상시킴은 물론, CBTC의 이동통신시스템이 설치되어 있지 않은 구간에서도 열차제어시스템에 의한 운행을 할 수 있도록 한 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법"을 제공하는 데 있다.
즉, 위치정보표시장치를 통한 열차 위치검출방법과, 이동방위검출기와 속도검출기를 통한 위치검출방법과, GPS를 통한 위치검출방법 및, CBTC를 통한 위치검출방법을 사용하여 열차의 위치를 검출하고, 상기 검출결과에 따라 열차 운행을 제어함으로써, CBTC의 무선통신장치가 설치된 구간 및 그렇지 않은 구간에 대한 열차제어가 가능하도록 함은 물론, 열차 위치 검출에 대한 다중(多重) 확인 및 보정을 실시함으로써 열차 운행의 안전성을 향상시키기 위한 것이다.
도 1 은 선출원 발명 "GPS를 이용한 이동물체위치 식별 및 추적장치"의 구성을 나타낸 블록도,
도 2 는 선출원 발명 "GPS를 이용한 이동물체위치 식별 및 추적장치" 중 메인스테이션의 구성을 나타낸 블럭도,
도 3 은 선출원 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템" 중 무선통신시스템의 구성을 나타낸 구성도,
도 4 는 선출원 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템" 중 열차제어시스템의 구성을 나타낸 구성도,
도 5 는 선출원 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템의 제어방법"을 나타낸 제어흐름도,
도 6 은 본 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템"의 구성을 나타낸 구성도,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템의 제어방법"을 나타낸 제어흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110: 제1무선통신시스템111: 관리국무선통신장치
112: 열차무선통신장치120: 제2무선통신시스템
121: 기지국122: 제어국
123: 관리국131: GPS수신기
140: 열차제어시스템141: 이동국
142: 인터페이스부143: 마이컴
144: 경보신호발생부145: 운행상태표시부
146: 조작스위치부147: 속도제어부
148: 속도검출기149: 데이터베이스부
151: 이동방위검출기160: 위치정보표시장치
161: 위치정보수신기161: 위치정보표시기
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템"은, 선로를 따라 설치되어, 설치 위치에 대한 정보, 또는 선로에 대한 정보를 무선 전송하는 다수개의 위치정보표시기와; 열차에 설치되어, 상기 위치정보표시기에서 전송되는 위치정보표시기의 설치위치에 대한 정보와, 선로에 대한 정보를 수신하는 위치정보수신기로 이루어진 위치정보표시장치와,
열차에 설치되어, GPS 위성에서 전송되는 GPS신호를 수신하여 열차의 위치에 대한 정보를 출력하는 GPS수신기와,
열차에 설치되어, 열차의 이동방향을 검출하는 이동방위검출기와,
열차에 설치되어, 열차의 위치에 대한 정보를 무선 전송하고, 열차의 목표운행속도, 열차운행정보 등을 수신하는 열차무선통신장치와; 상기 열차무선통신장치에서 전송되는 열차의 위치에 대한 정보를 수신하여 출력하고, 입력되는 열차의 목표운행속도, 열차운행정보 등을 무선 전송하는 관리국무선통신장치로 이루어진 제1무선통신시스템과,
선로를 따라 설치되어 열차와의 무선통신을 수행하는 다수개의 기지국과; 두 개 이상의 기지국을 그룹화 하여 무선통신을 통해 그 동작을 관리, 제어하는 제어국과; 각 제어국의 데이터를 집중시켜 열차 운행 전반에 관한 관리, 제어를 수행하며, 관리국무선통신장치와의 유선통신, 또는 무선통신을 수행하는 관리국을 포함하여 이루어지며 이를 통해 무선통신 네트워크를 구축하여, 첫째, 기지국과 열차와의 전파전송시간을 이용하여 현행하는 열차의 위치를 검출하고, 둘째, 제어국에서 열차의 목표운행속도를 산출하여 전송하고, 셋째, 열차 운행 전반에 관한 상황보고, 열차 추적, 관리 및 제어기능을 수행하고, 넷째, 기지국과 열차와의 무선통신을 통해 검출한 열차의 위치와는 별도로, 관리국무선통신장치를 통해 수신되는 열차 위치에 대한 신호를 수신하여 그 위치를 나타내주다가, 다섯째, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국의 동작이 정상적이지 않은 것으로 판단될 경우에는, 관리국무선통신장치를 통해 수신한 열차 위치에 대한 정보로부터 관리국에서 열차의 목표운행속도를 산출하여 상기 관리국무선통신장치를 통해 열차무선통신장치로 무선 전송하는 제2무선통신시스템과,
기지국과의 무선통신을 수행하는 이동국과; 열차의 속도를 검출하는 속도검출기와; 경보신호를 발생하는 경보신호발생부와; 열차의 속도를 가속 또는 감속시키는 속도제어부와; 열차 운행 기록에 대한 정보, 선로 상태에 대한 정보 등을 저장하는 데이터베이스부와; 운전자의 조작명령을 입력하는 조작스위치부와; 열차의 운행상태에 대한 정보를 표시하는 운행상태표시부와; 상기 이동국과 GPS수신기와 열차무선통신장치 사이에 접속되어, 이동국과, GPS수신기와, 열차무선통신장치를 인터페이스(INTERFACE)시키는 인터페이스부와; 상기 경보신호발생부와, 운행상태표시부와, 조작스위치부와, 속도제어부와, 속도검출기와, 위치정보수신기와, 데이터베이스부와, 이동방위검출기와, 인터페이스부 사이에 접속되어, 상기 각부의 동작을 관리, 제어하는 마이컴을 포함하여 이루어져, 첫째, 이동국을 통해 수신되는 열차의 목표운행속도와 속도검출기를 통해 검출되는 열차의 실제속도를 비교하여 속도제어부를 통해 열차의 운행속도를 제어하고, 둘째, 선행하는 열차와의 거리, 현재운행속도, 목표운행속도, 열차의 각 구성요소에 대한 상태를 운행상태표시부를 통해 나타내고, 셋째, 열차 각 구성요소의 동작에 이상이 발생하거나 또는 일정 시간이 경과하도록 열차의 실제 속도가 목표운행속도에 도달되지 않거나, 또는 신호전송 상태가 불량함을 나타내는 신호가 입력되었을 경우 경보신호발생부를 통해 이를 나타내는 신호를 출력하도록 제어하고, 넷째, 조작스위치부를 통해 입력되는 운전자의 조작명령을 수행하고, 다섯째, 열차의 운행 기록에 대한 제어를 수행하고, 여섯째, 상기 GPS수신기를 통해 수신되는 열차위치에 대한 정보를 열차무선통신장치를 통해 전송하도록 제어하며, 상기 GPS수신기를 통해 수신한 열차위치에 대한 정보와, 이동국을 통해 전송된 열차위치에 대한 정보를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 경우에는 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내고, 일곱째, 상기 위치정보수신기에 위치정보표시기에서 전송된 신호가 수신되는지의 여부를 지속적으로 검출하여 위치정보표시기에서 전송된 신호가 수신될 경우에는, 위치정보표시기의 설치위치에 대한 정보(즉, 열차의 현재 위치에 대한 정보)와 이동국을 통해 전송된 열차의 위치에 대한 정보를 비교하여, 그 편차가 소정의 값 이상이면 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내주도록 제어하고, 위치정보표시기에서 전송되는 신호 중에 열차의 속도 제한에 대한 신호가 존재하면 이를 이동국을 통해 전송된 목표운행속도와 비교하여, 목표운행속도가 상기 위치정보표시기에서 전송된 제한최고속도 이상일 경우에는 이를 제한최고속도 이하로 정정하고, 여덟째, 상기 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동 방위와 이동거리를 계산하여 열차의 현재위치를 산출한 후, 상기 산출된 열차의 위치와 이동국을 통해 전송된 열차의 위치에 대한 정보를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 경우에는 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내주도록 제어하다가,아홉째, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국의 동작이 정상적이지 않은 것으로 판단될 경우에는, 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보, 또는 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 산출한 열차의 위치에 대한 정보, 또는 위치정보수신기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보 중 하나 이상을 상기 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하고, 상기 관리국무선통신장치를 통해 전송된 목표운행속도와 열차 운행 정보에 대한 신호를 수신하여 열차의 운행을 제어하는 열차제어시스템을 포함하여 구성됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서 상기 위치정보표시장치는, ATS(AUTOMATIC TRAIN STOPPER : 열차 자동 정지 장치)의 지상자와 차상자, ATC(AUTOMATIC TRAIN CONTROL : 열차 자동 제어 장치)의 궤도회로와 픽업코일(PICK UP COIL), ATO(AUTOMATIC TRAIN OPERATION : 열차 자동 운전 장치)의 PSM(PRECISION STOP MARKER : 정지위치선행표시장치), TWC (TRAIN TO WAYSIDECOMMUNICATION : 차상장치와 지상장치간의 통신장치), 발리스 (BALISE), 마크센서(MARK SENSOR)와 같은 공지의 위치 정보표시장치(BEACON)로 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 이동방위검출기는, 지자기 센서를 이용하거나 또는 관성에 의해 방위를 검출하는 공지의 자이로(GYRO)(예: 광학식 자이로, 진동 자이로, 자이로스코프 등) 센서(SENSOR)를 이용하여 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 무선통신장치의 관리국무선통신장치와 열차무선통신장치는 통신위성을 사용하여 무선통신을 수행함을 특징으로 한다.
한편, 본 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템의 제어방법"은, 제2무선통신시스템의 기지국에서 이동국으로 목표운행속도와 열차운행정보가 전송되는지의 여부를 판단하여, 기지국에서 목표운행속도와 열차운행정보가 전송될 경우에는 이동국을 통해 이를 수신하는 CBTC신호수신단계와;
상기 CBTC신호수신단계를 수행한 결과 제2무선통신시스템에서 목표운행속도와 열차운행정보가 전송되어 이를 수신하였을 경우에는, 위치정보수신기에 수신되는 신호가 존재하는지의 여부를 판단하여, 첫째, 위치정보표시기의 설치위치를 나타내는 신호가 수신된 것으로 판단되면, 이동국을 통해 수신한 열차의 위치와 상기 위치정보수신기를 통해 수신한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상이면 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내고, 둘째, 위치정보표시기가 설치된 선로구간의 운행 속도를 제한하는 신호(제한최고속도)가 수신된 것으로 판단되면, 상기 이동국을 통해 수신한 목표운행속도와 해당 선로구간의 제한최고속도를 비교하여 목표운행속도가 제한최고속도를 초과하지 않도록 목표운행속도를 제한최고속도 이하로 정정하는 위치정보처리단계와;
상기 위치정보처리단계를 수행한 결과 상기 위치정보수신기에 수신되는 신호가 존재하지 않는 것으로 판단되거나, 또는 위치정보수신기에 수신되는 신호가 존재하더라도 상기 위치정보처리단계의 첫 번째 과정과 두 번째 과정을 완료한 것으로 판단될 경우에는, 이동국을 통해 수신된 목표운행속도, 또는 상기 위치정보처리단계를 수행하여 정정한 목표운행속도로 열차의 운행을 제어하는 운행제어단계와;
상기 운행제어단계를 수행한 후, GPS수신기에 GPS신호가 수신되는 지의 여부를 검출하여 GPS신호가 수신된 것으로 판단될 경우에는, 첫째, 이동국을 통해 수신한 열차의 위치와 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상이면 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내고, 둘째, 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 GPS신호처리단계와;
상기 GPS신호처리단계를 수행한 후, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동방향과 이동거리를 검출하여 열차의 위치를 산출하고, 상기 산출된 열차의 위치와 이동국을 통해 수신한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상이면 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내는 이동거리처리단계와;
상기 CBTC신호수신단계를 수행한 결과, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않는 선로구간으로 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국이 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판단되어 이동국을 통해 목표운행속도와 열차운행정보를 수신할 수 없을 경우에는, 첫째, 위치정보수신기, GPS수신기, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보로부터 열차의 현재위치를 산출하고, 둘째, 상기 산출된 열차의 현재위치를 제1무선통신시스템의 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하면, 셋째, 제2무선통신시스템의 관리국에서 관리국무선통신장치를 통해 수신한 열차의 현재위치와 타 열차의 위치 정보(선로 점유 정보)를 사용하여 열차의 목표운행속도를 산출한 후, 넷째, 상기 산출된 목표운행속도를 관리국무선통신장치를 통해 열차무선통신장치로 전송하면, 다섯째, 열차제어시스템의 마이컴에서 열차무선통신장치를 통해 수신한 목표운행속도로 열차의 운행을 제어하는 부가운행제어단계를 포함하여 구성됨을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.
또한, 상기 위치정보처리단계는, 위치정보수신기를 통해 수신한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 제1위치정보전송단계를 더 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동거리처리단계는, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 제2위치정보전송단계를 더 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
또한, 상기 부가운행제어단계에서 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간으로 진입하였는지의 여부를 판단하는 방법은, 관리국에서 모니터링하는 열차의 위치를 판단하여 기지국이 설치되어 있지 않은 구간으로의 진입여부를 판단함을 특징으로 한다.
즉, 관리국에서 열차 위치 추적 기능을 이용하여 열차의 위치를 지속적으로 모니터링 하다가 열차 위치가 기지국이 설치되어 있지 않은 구간으로 진입하는 순간을 검출하여 판단하며, 상기 판단과 동시에 부가운행제어단계에 의한 운행 제어를 하게 되는 것이다.
또한, 상기 부가운행제어단계에서 위치정보수신기, GPS수신기, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보로부터 열차의 현재위치를 산출하는 방법은, 위치정보수신기를 통해 검출한 열차의 위치를 최우선적인 열차의 위치로 하고, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치를 그 다음번째 중요도를 가진 열차의 위치로 하여 열차의 현재위치를 산출함을 특징으로 한다.
이는, 상기 3가지의 부가적인 위치검출방법 중 가장 정확한 것은 위치정보표시기와 위치정보수신기를 이용한 검출 방법이고, 그 다음 번째가 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 방법, 또 그 다음 번째가 GPS수신기를 이용한 방법이기 때문이다.
즉, 선로상에 고정 설치되어 그 설치위치를 무선 전송하는 위치정보표시기와, 상기 위치정보표시기에서 전송되는 설치위치에 대한 정보를 수신하는 위치정보수신기에 의해 검출한 열차의 위치가 가장 정확하기 때문에 최우선적인 열차위치로 인식하며, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출하는 방법은 속도검출기 상의 오차가 존재하기 때문에 그 다음번째의 열차위치로, GPS수신기는 전송 경로 등에 의한 오차에 의해 그 다음번째의 열차위치로 인식하는 것이다.
여기서, 상기 3가지의 부가적인 위치검출방법을 사용하여 열차의 현재위치를 검출하는 이유는 상기 각 방법이 가지고 있는 구조적인 문제 때문이다.
즉, 위치정보표시기와 위치정보수신기를 이용하는 방법의 경우에는 위치정보표시기가 선로 상에 일정 거리를 두고 설치되어 연속적인 정보 전송이 어렵기 때문이고, 이동방위검출기와 속도검출기를 이용하는 방법은 열차 차륜의 마모 등으로 인해 오차가 발생하며, GPS수신기를 이용하는 방법은 상업용으로 일반에게 공개된 GPS신호의 경우 그 오차가 30m에서 많게는 100m에 달하며, 그 신호 역시 일정 시간을 주기로하여 수신되기 때문이다. 참고로, 정확도가 높은 군사용의 GPS신호를 이용할 경우에는 현재위치로 인식하는 신호의 순위를 바꿀 수 있다.
한편, 상기 위치정보수신기, GPS수신기, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치 각각이 상기 각 검출방법이 허용하는 오차 범위를 벗어날 경우에는 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내도록 함을 특징으로 한다.
즉, 상기 3가지의 부가적인 위치검출방법을 사용하여 검출한 각각의 열차위치가 각 방법에서 발생할 수 있는 오차의 범위를 벗어날 경우에는, 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타냄으로써 운전자나 전체 관리자에게 이 사실을 통보하여 적절한 조치를 취하도록 할 수 있다.
상기 부가운행제어단계에서 기지국이 정상적으로 동작하는지의 여부를 판단하는 방법은, 관리국에서 모니터링하는 열차의 위치가 기지국이 설치되어 있는 구간임에도 불구하고 이동국에 기지국의 신호가 일정 시간 이상 전송되지 않거나, 또는 일정시간 이상 열차의 위치가 검출되지 않을 경우를 이를 동작불량으로 판단함을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명은, 위치정보표시장치와 GPS수신기 및 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 위치를 다중으로 검출하여 열차의 운행을 제어함으로써 위치검출 오류로 인한 사고를 방지할 수 있음은 물론, 제1무선통신시스템을 통해 상기 3가지의 부가적인 방법으로 검출한 열차의 위치를 관리국으로 전송하여 열차의 운행을 제어하도록 함으로써 기지국 및 제어국이 설치되어 있지 않은 구간이나, 기지국이 고장난 구간에 대해서도 CBTC의 열차제어시스템을 이용하여 열차를 자동 운행할 수 있게 되는 것이다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법"의 기술적 사상을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
<실시예>
본 실시예에 있어서는, 제1무선통신시스템을 이루는 열차무선통신장치와 관리국무선통신장치의 무선신호 전송시 통신위성을 이용하여 상호간의 정보를 교환하는 것을 예로하여 설명한다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 설명의 편의상 상기 위치정보처리단계와 이동거리처리단계를 수행한 후 상기 각각의 단계에서 검출한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 제1위치정보전송단계와 제2위치정보전송단계가 존재하지 않은 것으로 하여 설명한다. 이는, GPS신호처리단계에서 GPS수신기를 이용하여 검출한 열차의 위치를 관리국무선통신장치를 통해 관리국으로 전송하여 관리국의 표시장치를 통해 나타내는 방법과 동일하기 때문이다.
또한, 본 실시예에서는, 위치정보표시장치를 이용하여 열차의 위치를 검출하는 방법과, 이동방위검출기 및 속도검출기를 이용하여 열차의 위치를 검출하는 방법과, GPS수신기를 이용하여 열차의 위치를 이용하는 방법 중, 상기 위치정보표시장치를 이용하여 검출한 열차의 위치가 가장 정확한 것으로 하고, 이동방위검출기 와 속도검출기를 이용하여 검출한 열차의 위치를 그 다음번째의 정확한 것으로 한다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 상기 관리국무선통신장치와 관리국을 유선통신 (예: 광통신)을 통해 접속된 것으로 하여 설명한다.
즉, 상기 관리국과 관리국무선통신장치를 광케이블로 연결한 후, 통신장치를 통해 상호간의 데이터를 교류하도록 한다.
또한, 본 실시예에 있어서 상기 이동방위검출기는, 공지의 자이로센서로 구성한 것으로 하여 설명한다.
또한, 본 실시예에 있어서 위치정보수신기와 위치정보표시기는, 설치위치에 대한 정보와 선로에 대한 정보를 전송할 수 있는 것으로 한다. 이와 같은 기능을 하는 위치정보수신기 및 위치정보표시장치로는 발리스를 예로 들 수 있다.
이하, 본 실시예의 구성을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도6에서 도시되는 바와 같이, 열차제어시스템(140)의 마이컴(143)에 이동방위검출기(151)의 출력단자를 접속한 후, 상기 이동방위검출기(151)에서 입력되는 방위에 대한 신호와 속도검출기(148)에서 입력되는 이동거리에 대한 신호를통해 열차의 이동거리와 방향을 계산하여 열차가 이동한 위치를 산출하도록 프로그램하고, 위치정보수신기(161)의 출력단자를 마이컴(143)의 입력단자에 접속하여, 위치정보표시기(162)에서 전송된 신호가 수신되어 입력되면 이를 이동국(141)을 통해 수신한 열차 위치에 대한 정보와 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 때 이를 경보신호발생부(144)와 운행상태표시부(145)를 통해 나타내도록 프로그램 한다.
또한, GPS수신기(131)와 열차무선통신장치(112)를 인터페이스부(142)에 접속하여, 상기 GPS수신기(131)에서 좌표에 대한 신호가 입력되면 이를 마이컴(143)에서 수신하여 이동국(141)을 통해 수신한 열차위치와 비교하여 그 위치 편차가 소정의 값 이상이면 이를 경보신호발생부(144)와 운행상태표시부(145)에 나타내도록 하고, 상기 GPS수신기(131)를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 신호를 열차무선통신장치(112)를 통해 관리국무선통신장치(111)로 전송하도록 프로그램 한다.
또한, 상기 마이컴(143)에는, 열차가 기지국(121) 및 제어국(122)이 설치되어 있지 않은 선로구간이나, 또는 기지국(121)의 동작이 정상적이지 않은 구간에 진입한 것으로 판단되었을 경우, 상기 위치정보수신기(161)를 통해 검출한 열차의 위치와, 이동방위검출기(151) 및 속도검출기(148)를 통해 산출한 열차의 위치와, GPS수신기(131)를 통해 검출한 열차의 위치 중에서 최적의 열차위치를 산출한 후, 상기 산출된 열차의 현재 위치를 열차무선통신장치(112)를 통해 관리국무선통신장치(111)로 전송하도록 프로그램 한다.
또한, 상기 위치정보수신기(161)를 통해 수신한 열차의 위치와, 이동국(141)을 통해 수신한 열차의 위치를 비교할 시 경보신호를 발생하는 기준이 되는 편차 값과, 이동방위검출기(151)와 속도검출기(148)를 통해 수신한 열차의 위치와, 이동국(141)을 통해 수신한 열차의 위치를 비교할 시 경보신호를 발생하는 기준이 되는 편차 값 및, GPS수신기(131)를 통해 수신한 열차의 위치와, 이동국(141)을 통해 수신한 열차의 위치를 비교할 시 경보신호를 발생하는 기준이 되는 편차 값을 데이터베이스부(149)에 저장한다.
도면중 미설명 부호 (146)은 조작스위치부를, (143)은 속도제어부를 각각 나타낸다.
한편, 상기 관리국(123)에는 관리국무선통신장치(111)를 접속하여 열차가 기지국(121)과 제어국(122) 및 관리국(123)으로 이루어진 제2무선통신시스템(120)의 제어를 통해 움직일 경우(즉, 기지국이 설치된 선로구간을 운행할 경우)에는 상기 관리국무선통신장치(111)를 통해 입력되는 열차의 위치를 제2무선통신시스템(120)을 통해 검출한 열차의 위치와 병행하여 표시하여주다가, 열차가 기지국(제어국 포함)이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입하거나, 또는 기지국(121)이 정상동작하지 않은 것으로 판단되었을 경우, 상기 관리국무선통신시스템(111)을 통해 수신되는 열차위치를 이용하여 열차의 목표운행속도를 산출하고, 상기 산출된 목표운행속도를 관리국무선통신장치(111)를 통해 열차무선통신장치(112)로 전송하도록 프로그램 한다.
도면 중 미설명부호 (A)는 통신위성을, (B)는 GPS위성을 각각 나타낸다.
또한, 도면 중에서 관리국무선통신장치(111)와 열차무선통신장치(112)를 합하여 제1무선통신시스템이라 하고, 기지국(121)과, 제어국(122)과 관리국(123)을 합하여 제2무선시스템이라 하며, 위치정보표시기(162)와 위치정보수신기(161)를 합하여 위치정보표시장치라 한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 도7a와 도7b 및 도7c를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 열차제어시스템의 마이컴(143)은 CBTC수신단계(S110)를 수행하여 제2무선통신시스템(120)에서 기지국(121)을 통해 이동국(141)으로 전송되는 목표운행속도와 열차운행정보가 존재하는지의 여부를 판단하여 상기 기지국(121)을 통해 상기 전송되는 신호가 존재하면 이를 이동국(141)을 통해 수신하게 된다.
또한, CBTC신호수신단계(S110)를 수행한 결과 기지국(121)에서 목표운행속도와 열차운행정보가 전송되어 이를 수신하였을 경우에는, 위치정보처리단계(S120)를 수행하여 상기 위치정보수신기(161)에 수신되는 신호가 존재하는지의 여부를 판단하게 된다.
이때, 위치정보표시기(162)의 설치위치를 나타내는 신호가 수신된 것으로 판단되면, 이동국(141)을 통해 수신한 열차의 위치와 상기 위치정보수신기(161)를 통해 수신한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 데이터베이스부(149)에 저장된 편차값 이상이면 경보신호발생부(144)와 운행상태표시부(145)를 통해 이를 나타내고, 위치정보표시기(162)가 설치된 선로구간의 운행 속도를 제한하는 신호(제한최고속도)가 수신된 것으로 판단되면, 이를 상기 이동국(141)을 통해 수신한 목표운행속도와 해당 선로구간의 제한최고속도를 비교하여 목표운행속도가 제한최고속도를 초과하지 않도록 목표운행속도를 제한최고속도 이하로 정정하게 된다.
또한, 상기 위치정보처리단계(S120)를 수행한 결과 상기 위치정보수신기 (161)에 수신되는 신호가 존재하지 않는 것으로 판단되거나, 또는 위치정보수신기 (161)에 수신되는 신호가 존재하더라도 상기 위치정보처리단계(120)의 각 과정을 완료한 것으로 판단될 경우에는, 이동국(141)을 통해 수신된 목표운행속도, 또는 상기 위치정보처리단계(S120)를 수행하여 정정한 목표운행속도로 열차의 운행을 제어하는 운행제어단계(S130)를 수행하게 된다.
즉, 기지국(121)을 통해 전송되는 목표운행속도, 또는 위치정보처리단계 (S120)를 수행하여 정정한 목표운행속도로 CBTC 고유의 동작 논리에 의해 열차의 운행을 제어하게 된다.
한편, 상기 운행제어단계(S130)를 수행한 후에는 GPS신호처리단계(S140)를 수행하여, GPS수신기(131)에 GPS위성에서 전송된 GPS신호(좌표와 시각에 대한 신호)가 수신되는 지의 여부를 검출하게 된다. 이때, 상기 GPS수신기(131)에 GPS신호가 수신된 것으로 판단될 경우에는, 상기 이동국(141)을 통해 수신한 열차의 위치와 상기 GPS수신기(131)를 통해 검출한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 데이터베이스부(149)에 저장된 기준 편차 값 이상이면 경보신호발생부(144)와 운행상태표시부(145)를 통해 이를 나타낸 후, 상기 GPS수신기(131)를 통해 검출한 열차의 위치를 열차무선통신장치(112)를 통해 관리국무선통신장치(111)로 위성통신을 통해 전송하게 된다.
또한, 상기 GPS신호처리단계(S140)를 수행한 후에는, 이동방위검출기(151)와 속도검출기(148)를 통해 열차의 이동방향과 이동거리를 검출하여 열차의 위치를 산출하고, 상기 산출된 열차의 위치와 이동국을 통해 수신한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 데이터베이스부(149)에 저장한 기준 편차 값 이상이면 경보신호 발생부(144)와 운행상태표시부(145)를 통해 이를 나타내는 이동거리처리단계(S150)을 수행하게 된다.
한편, 상기 CBTC신호수신단계(S110)를 수행한 결과, 열차가 기지국(121)이 설치되어 있지 않는 선로구간으로 진입된 것으로 판단되거나, 또는 기지국(121)이 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판단되어 이동국(141)을 통해 목표운행속도와 열차운행정보를 수신할 수 없을 경우에는, 첫째, 위치정보수신기(161), GPS수신기 (141), 이동방위검출기(151)와 속도검출기(148)를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보로부터 열차의 현재위치를 산출하고, 둘째, 상기 산출된 열차의 현재위치를 제1무선통신시스템(110)의 열차무선통신장치(112)를 통해 관리국무선통신장치(111)로 전송하면, 셋째, 제2무선통신시스템(120)의 관리국(123)에서 관리국무선통신장치(111)를 통해 수신한 열차의 현재위치와 타 열차의 위치 정보(선로 점유 정보)를 사용하여 열차의 목표운행속도를 산출한 후, 넷째, 상기 산출된 목표운행속도를 관리국무선통신장치(111)를 통해 열차무선통신장치(112)로 전송하면, 다섯째, 열차제어시스템의 마이컴(143)에서 열차무선통신장치(112)를 통해 수신한 목표운행속도로 열차의 운행을 제어하는 부가운행제어단계(S160)를 수행하게 된다.
즉, 관리국(123)에서 열차의 위치를 지속적으로 모니터링 하다가 열차가 기지국(제어국 포함)이 설치되어 있지 않은 선로구간으로 진입하거나, 또는 기지국 설치구간 내에 존재하지만 기지국(121)이 정상동작하지 않는 것으로 판단될 경우에는, 위치정보수신기(161)와, GPS수신기(141) 및, 이동방위검출기(151)와 속도검출기(148)를 통해 각각 검출한 열차의 위치 중에서 가장 정확도가 높은 열차의 위치를 선택, 또는 산출하여 열차무선통신장치(112)와 관리국무선통신장치(111)를 통해 관리국(123)으로 전송하면, 상기 관리국(123)에서 상기 전송된 열차의 위치와 타 열차의 선로점유 상태로부터 현행 열차의 목표운행속도를 산출한 후 이를 관리국무선통신장치(111)와 열차무선통신장치(112)를 통해 열차제어시스템으로 전송하여 상기 관리국(123)에서 산출된 목표운행속도에 따라 운행이 이루어지도록 제어하는 것이다.
이때, 3가지의 부가적인 열차검출방법에 의한 열차 위치 중 가장 정확도가 높은 열차위치를 선택하거나, 또는 산출하는 방법은, 먼저, 위치정보수신기(161)를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보가 있을 때에는 이를 우선적으로 선택하고, 그렇지 않을 경우에는 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치를 그 다음으로 선택하게 된다.
또한 이때, 상기 선택된 값들에 대한 보증은 다른 방법에 의해 검출한 열차의 위치에 대한 허용 오차 내에 상기 선택된 값들이 포함되는지의 여부를 판단하여 상기 선택된 값이 정확한지의 여부를 확인하게 된다.
즉, 위치정보수신기(161)를 이용하여 검출한 열차위치가 있을 경우, 나머지 방법들에 의해 검출한 열차의 위치가 상기 위치정보수신기(161)를 이용하여 검출한 허용 오차 범위내에 존재하는지의 여부를 판단하여 결정하게 된다.
예를 들어, 이동방위검출기(151)와 속도검출기(148)를 사용하여 열차의 위치를 검출할때의 오차가 10m라하고, GPS수신기(131)를 사용하여 열차의 위치를 검출할때의 오차가 30m라 할 때, 상기 이동방위검출기(151)와 속도검출기(148)를 사용하여 검출한 열차의 위치는 이동방위검출기(151)를 사용하여 검출한 열차의 위치에서 10m 내의 오차를 가져야 하며, GPS수신기(131)를 사용하여 검출한 열차의 위치는 30m 내의 오차를 가져야 한다. 이는 다른 방법에 의해 검출한 열차의 위치를 최적의 열차위치로 판단하여 선택할 때 역시 마찬가지이며, 이로 인해 열차 위치에 대한 보증을 3중으로 실시할 수 있게 되는 것이며, 그 만큼의 안전성을 증가시키게 되는 것이다. 또한, 상기와 같은 방법에 의해 열차의 운행을 제어함으로써 제2무선통신시스템(120)의 기지국(121) 및 제어국(122)이 설치되어 있지 않은 구간에서의 열차운행이 가능하게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 위치정보표시장치와, GPS수신기 및, 이동방위검출기와 속도검출기를 부가적인 위치검출방법으로 하여 열차의 위치를 4중으로 검출하여 열차의 운행을 제어함으로써 위치검출 오류로 인한 사고를 방지할수 있음은 물론, 제1무선통신시스템을 통해 상기 3가지의 부가적인 방법으로 검출한 열차의 위치를 관리국으로 전송하여 열차의 운행을 제어하도록 함으로써 기지국 및 제어국이 설치되어 있지 않은 구간이나, 기지국이 고장난 구간에 대해서도 CBTC의 열차제어시스템을 이용하여 열차를 자동 운행할 수 있게 되는 것이다.
그러나, 상기의 실시예에 있어서는 제2무선통신시스템에 의한 열차 제어 시(즉, CBTC 고유의 동작에 의한 열차 제어 시) GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치만 제1무선통신시스템을 통해 관리국으로 전송하여 열차의 위치를 함께 표시하여 주도록 하였으나, 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치가 아니라 다른 방법에 의해 검출한 열차의 위치를 대신 전송하여 열차의 위치를 표시할 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기의 실시예에 있어서는 제2무선통신시스템에 의한 열차 제어 시(즉, CBTC 고유의 동작에 의한 열차 제어 시) 부가적인 방법에 의한 검출한 열차 위치에 대한 신호를 한 가지만 전송하여 관리국에 표시하도록 하였으나, 나머지 방법에 의해 검출한 열차의 위치를 같이 전송하여 표시하여 줄 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기의 실시예에 있어서는 제2무선통신시스템에 의한 열차 제어 시에는 다른 부가적인 방법의 의해 검출한 열차의 위치는 보조적인 수단으로만 한정하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 부가적인 방법에 의해 검출한 열차의 위치를 기지국 및 제어국으로 전송하여 목표운행속도 산출시 사용할 수 있음을 밝혀둔다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템 및 그 제어방법"은, 특히, CBTC의 기본 제어논리와는 별도로 위치정보표시장치와 GPS수신기 및 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 위치를 검출하여 열차의 운행을 제어함으로써 위치검출 오류로 인한 사고를 방지할 수 있게 되는 효과가 있음은 물론, 제1무선통신시스템을 통해 부가적인 열차검출방법으로 검출한 열차의 위치를 관리국으로 전송하여 열차의 운행을 제어하도록 함으로써 기지국 및 제어국이 설치되어 있지 않은 구간이나, 기지국이 고장난 구간에 대해서도 CBTC의 열차제어시스템을 이용하여 열차를 자동 운행할 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

  1. 선로를 따라 설치되어, 설치 위치에 대한 정보, 또는 선로에 대한 정보를 무선 전송하는 다수개의 위치정보표시기와; 열차에 설치되어, 상기 위치정보표시기에서 전송되는 위치정보표시기의 설치위치에 대한 정보와, 선로에 대한 정보를 수신하는 위치정보수신기로 이루어진 위치정보표시장치와,
    열차에 설치되어, GPS 위성에서 전송되는 GPS신호를 수신하여 열차의 위치에 대한 정보를 출력하는 GPS수신기와,
    열차에 설치되어, 열차의 이동방향을 검출하는 이동방위검출기와,
    열차에 설치되어, 열차의 위치에 대한 정보를 무선 전송하고, 열차의 목표운행속도, 열차운행정보 등을 수신하는 열차무선통신장치와; 상기 열차무선통신장치에서 전송되는 열차의 위치에 대한 정보를 수신하여 출력하고, 입력되는 열차의 목표운행속도, 열차운행정보 등을 무선 전송하는 관리국무선통신장치로 이루어진 제1무선통신시스템과,
    선로를 따라 설치되어 열차와의 무선통신을 수행하는 다수개의 기지국과; 두 개 이상의 기지국을 그룹화 하여 무선통신을 통해 그 동작을 관리, 제어하는 제어국과; 각 제어국의 데이터를 집중시켜 열차 운행 전반에 관한 관리, 제어를 수행하며, 관리국무선통신장치와의 유선통신, 또는 무선통신을 수행하는 관리국을 포함하여 이루어지며 이를 통해 무선통신 네트워크를 구축하여, 첫째, 기지국과 열차와의전파전송시간을 이용하여 현행하는 열차의 위치를 검출하고, 둘째, 제어국에서 열차의 목표운행속도를 산출하여 전송하고, 셋째, 열차 운행 전반에 관한 상황보고, 열차 추적, 관리 및 제어기능을 수행하고, 넷째, 기지국과 열차와의 무선통신을 통해 검출한 열차의 위치와는 별도로, 관리국무선통신장치를 통해 수신되는 열차 위치에 대한 신호를 수신하여 그 위치를 나타내주다가, 다섯째, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국의 동작이 정상적이지 않은 것으로 판단될 경우에는, 관리국무선통신장치를 통해 수신한 열차 위치에 대한 정보로부터 관리국에서 열차의 목표운행속도를 산출하여 상기 관리국무선통신장치를 통해 열차무선통신장치로 무선 전송하는 제2무선통신시스템과,
    기지국과의 무선통신을 수행하는 이동국과; 열차의 속도를 검출하는 속도검출기와; 경보신호를 발생하는 경보신호발생부와; 열차의 속도를 가속 또는 감속시키는 속도제어부와; 열차 운행 기록에 대한 정보, 선로 상태에 대한 정보 등을 저장하는 데이터베이스부와; 운전자의 조작명령을 입력하는 조작스위치부와; 열차의 운행상태에 대한 정보를 표시하는 운행상태표시부와; 상기 이동국과 GPS수신기와 열차무선통신장치 사이에 접속되어, 이동국과, GPS수신기와, 열차무선통신장치를 인터페이스 시키는 인터페이스부와; 상기 경보신호발생부와, 운행상태표시부와, 조작스위치부와, 속도제어부와, 속도검출기와, 위치정보수신기와, 데이터베이스부와, 이동방위검출기와, 인터페이스부 사이에 접속되어, 상기 각부의 동작을 관리, 제어하는 마이컴을 포함하여 이루어져, 첫째, 이동국을 통해 수신되는 열차의 목표운행속도와 속도검출기를 통해 검출되는 열차의 실제속도를 비교하여 속도제어부를 통해 열차의 운행속도를 제어하고, 둘째, 선행하는 열차와의 거리, 현재운행속도, 목표운행속도, 열차의 각 구성요소에 대한 상태를 운행상태표시부를 통해 나타내고, 셋째, 열차 각 구성요소의 동작에 이상이 발생하거나 또는 일정 시간이 경과하도록 열차의 실제 속도가 목표운행속도에 도달되지 않거나, 또는 신호 전송 상태가 불량함을 나타내는 신호가 입력되었을 경우 경보신호발생부를 통해 이를 나타내는 신호를 출력하도록 제어하고, 넷째, 조작스위치부를 통해 입력되는 운전자의 조작명령을 수행하고, 다섯째, 열차의 운행 기록에 대한 제어를 수행하고, 여섯째, 상기 GPS수신기를 통해 수신되는 열차위치에 대한 정보를 열차무선통신장치를 통해 전송하도록 제어하며, 상기 GPS수신기를 통해 수신한 열차위치에 대한 정보와, 이동국을 통해 전송된 열차위치에 대한 정보를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 경우에는 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내고, 일곱째, 상기 위치정보수신기에 위치정보표시기에서 전송된 신호가 수신되는지의 여부를 지속적으로 검출하여 위치정보표시기에서 전송된 신호가 수신될 경우에는, 위치정보표시기의 설치위치에 대한 정보(즉, 열차의 현재 위치에 대한 정보)와 이동국을 통해 전송된 열차의 위치에 대한 정보를 비교하여, 그 편차가 소정의 값 이상이면 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내주도록 제어하고, 위치정보표시기에서 전송되는 신호 중에 열차의 속도 제한에 대한 신호가 존재하면 이를 이동국을 통해 전송된 목표운행속도와 비교하여, 목표운행속도가 상기 위치정보표시기에서전송된 제한최고속도 이상일 경우에는 이를 제한최고속도 이하로 정정하고, 여덟째, 상기 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동 방위와 이동거리를 계산하여 열차의 현재위치를 산출한 후, 상기 산출된 열차의 위치와 이동국을 통해 전송된 열차의 위치에 대한 정보를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 경우에는 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내주도록 제어하다가, 아홉째, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국의 동작이 정상적이지 않은 것으로 판단될 경우에는, 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보, 또는 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 산출한 열차의 위치에 대한 정보, 또는 위치정보수신기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보 중 하나 이상을 상기 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하고, 상기 관리국무선통신장치를 통해 전송된 목표운행속도와 열차 운행 정보에 대한 신호를 수신하여 열차의 운행을 제어하는 열차제어시스템을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템.
  2. 선로를 따라 설치되어, 설치 위치에 대한 정보, 또는 선로에 대한 정보를 무선 전송하는 다수개의 위치정보표시기와; 열차에 설치되어, 상기 위치정보표시기에서 전송되는 위치정보표시기의 설치위치에 대한 정보와, 선로에 대한 정보를 수신하는 위치정보수신기로 이루어진 위치정보표시장치와,
    GPS수신기와,
    이동방위검출기와,
    열차무선통신장치와; 관리국무선통신장치로 이루어진 제1무선통신시스템과,
    다수개의 기지국과; 제어국과; 관리국을 포함하여 이루어지며 이를 통해 무선통신 네트워크를 구축하여, 첫째, 기지국과 열차와의 전파전송시간을 이용하여 현행하는 열차의 위치를 검출하고, 둘째, 제어국에서 열차의 목표운행속도를 산출하여 전송하고, 셋째, 열차 운행 전반에 관한 상황보고, 열차 추적, 관리 및 제어기능을 수행하고, 넷째, 기지국과 열차와의 무선통신을 통해 검출한 열차의 위치와는 별도로, 관리국무선통신장치를 통해 수신되는 열차 위치에 대한 신호를 수신하여 그 위치를 나타내주다가, 다섯째, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국의 동작이 정상적이지 않은 것으로 판단될 경우에는, 관리국무선통신장치를 통해 수신한 열차 위치에 대한 정보로부터 관리국에서 열차의 목표운행속도를 산출하여 상기 관리국무선통신장치를 통해 열차무선통신장치로 무선 전송하는 제2무선통신시스템과,
    이동국과; 속도검출기와; 경보신호발생부와; 속도제어부와; 데이터베이스부와; 조작스위치부와; 운행상태표시부와; 인터페이스부와; 마이컴을 포함하여 이루어져, 첫째, 이동국을 통해 수신되는 열차의 목표운행속도와 속도검출기를 통해 검출되는 열차의 실제속도를 비교하여 속도제어부를 통해 열차의 운행속도를 제어하고, 둘째, 선행하는 열차와의 거리, 현재운행속도, 목표운행속도, 열차의 각 구성요소에 대한 상태를 운행상태표시부를 통해 나타내고, 셋째, 열차 각 구성요소의동작에 이상이 발생하거나 또는 일정 시간이 경과하도록 열차의 실제 속도가 목표운행속도에 도달되지 않거나, 또는 신호 전송 상태가 불량함을 나타내는 신호가 입력되었을 경우 경보신호발생부를 통해 이를 나타내는 신호를 출력하도록 제어하고, 넷째, 조작스위치부를 통해 입력되는 운전자의 조작명령을 수행하고, 다섯째, 열차의 운행 기록에 대한 제어를 수행하고, 여섯째, 상기 GPS수신기를 통해 수신되는 열차위치에 대한 정보를 열차무선통신장치를 통해 전송하도록 제어하며, 상기 GPS수신기를 통해 수신한 열차위치에 대한 정보와, 이동국을 통해 전송된 열차위치에 대한 정보를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 경우에는 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내고, 일곱째, 상기 위치정보수신기에 위치정보표시기에서 전송된 신호가 수신되는지의 여부를 지속적으로 검출하여 위치정보표시기에서 전송된 신호가 수신될 경우에는, 위치정보표시기의 설치위치에 대한 정보(즉, 열차의 현재 위치에 대한 정보)와 이동국을 통해 전송된 열차의 위치에 대한 정보를 비교하여, 그 편차가 소정의 값 이상이면 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내주도록 제어하고, 위치정보표시기에서 전송되는 신호 중에 열차의 속도 제한에 대한 신호가 존재하면 이를 이동국을 통해 전송된 목표운행속도와 비교하여, 목표운행속도가 상기 위치정보표시기에서 전송된 제한최고속도 이상일 경우에는 이를 제한최고속도 이하로 정정하고, 여덟째, 상기 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동 방위와 이동거리를 계산하여 열차의 현재위치를 산출한 후, 상기 산출된 열차의 위치와 이동국을 통해 전송된 열차의 위치에 대한 정보를비교하여 그 편차가 소정의 값 이상일 경우에는 이를 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 나타내주도록 제어하다가, 아홉째, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않은 선로구간에 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국의 동작이 정상적이지 않은 것으로 판단될 경우에는, 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보, 또는 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 산출한 열차의 위치에 대한 정보, 또는 위치정보수신기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보 중 하나 이상을 상기 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하고, 상기 관리국무선통신장치를 통해 전송된 목표운행속도와 열차 운행 정보에 대한 신호를 수신하여 열차의 운행을 제어하는 열차제어시스템을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 "무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템"의 제어방법에 있어서,
    상기 제어방법은, 제2무선통신시스템의 기지국에서 이동국으로 목표운행속도와 열차운행정보가 전송되는지의 여부를 판단하여, 기지국에서 목표운행속도와 열차운행정보가 전송될 경우에는 이동국을 통해 이를 수신하는 CBTC신호수신단계와;
    상기 CBTC신호수신단계를 수행한 결과 제2무선통신시스템에서 목표운행속도와 열차운행정보가 전송되어 이를 수신하였을 경우에는, 위치정보수신기에 수신되는 신호가 존재하는지의 여부를 판단하여, 첫째, 위치정보표시기의 설치위치를 나타내는 신호가 수신된 것으로 판단되면, 이동국을 통해 수신한 열차의 위치와 상기 위치정보수신기를 통해 수신한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상이면 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내고, 둘째, 위치정보표시기가 설치된 선로구간의 운행 속도를 제한하는 신호(제한최고속도)가 수신된 것으로 판단되면, 상기 이동국을 통해 수신한 목표운행속도와 해당 선로구간의 제한최고속도를 비교하여 목표운행속도가 제한최고속도를 초과하지 않도록 목표운행속도를 제한최고속도 이하로 정정하는 위치정보처리단계와;
    상기 위치정보처리단계를 수행한 결과 상기 위치정보수신기에 수신되는 신호가 존재하지 않는 것으로 판단되거나, 또는 위치정보수신기에 수신되는 신호가 존재하더라도 상기 위치정보처리단계의 첫 번째 과정과 두 번째 과정을 완료한 것으로 판단될 경우에는, 이동국을 통해 수신된 목표운행속도, 또는 상기 위치정보처리단계를 수행하여 정정한 목표운행속도로 열차의 운행을 제어하는 운행제어단계와;
    상기 운행제어단계를 수행한 후, GPS수신기에 GPS신호가 수신되는 지의 여부를 검출하여 GPS신호가 수신된 것으로 판단될 경우에는, 첫째, 이동국을 통해 수신한 열차의 위치와 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상이면 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내고, 둘째, 상기 GPS수신기를 통해 검출한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 GPS신호처리단계와;
    상기 GPS신호처리단계를 수행한 후, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 열차의 이동방향과 이동거리를 검출하여 열차의 위치를 산출하고, 상기 산출된 열차의 위치와 이동국을 통해 수신한 열차의 위치를 비교하여 그 편차가 소정의 값 이상이면 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내는 이동거리처리단계와;
    상기 CBTC신호수신단계를 수행한 결과, 열차가 기지국이 설치되어 있지 않는 선로구간으로 진입한 것으로 판단되거나, 또는 기지국이 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판단되어 이동국을 통해 목표운행속도와 열차운행정보를 수신할 수 없을 경우에는, 첫째, 위치정보수신기, GPS수신기, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보로부터 열차의 현재위치를 산출하고, 둘째, 상기 산출된 열차의 현재위치를 제1무선통신시스템의 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하면, 셋째, 제2무선통신시스템의 관리국에서 관리국무선통신장치를 통해 수신한 열차의 현재위치와 타 열차의 위치 정보(선로 점유 정보)를 사용하여 열차의 목표운행속도를 산출한 후, 넷째, 상기 산출된 목표운행속도를 관리국무선통신장치를 통해 열차무선통신장치로 전송하면, 다섯째, 열차제어시스템의 마이컴에서 열차무선통신장치를 통해 수신한 목표운행속도로 열차의 운행을 제어하는 부가운행제어단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 열차 자동제어시스템의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 위치정보처리단계는, 위치정보수신기를 통해 수신한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 제1위치정보전송단계를 더 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 이동거리처리단계는, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치를 열차무선통신장치를 통해 관리국무선통신장치로 전송하는 제2위치정보전송단계를 더 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 부가운행제어단계에서 위치정보수신기, GPS수신기, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치에 대한 정보로부터 열차의 현재위치를 산출하는 방법은, 위치정보수신기를 통해 검출한 열차의 위치를 최우선적인 열차의 위치로 하고, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치를 그 다음번째 중요도를 가진 열차의 위치로 하여 열차의 현재위치를 산출함을 특징으로 한다.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 위치정보수신기, GPS수신기, 이동방위검출기와 속도검출기를 통해 검출한 열차의 위치 각각이 상기 각 검출방법이 허용하는 오차 범위를 벗어날 경우에는 경보신호발생부와 운행상태표시부를 통해 이를 나타내도록 함을 특징으로 한다.
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