KR20060003246A - 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의인터페이스 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의인터페이스 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신을 사용하는 최근의 열차제어 기술을 현장에 적용함에 있어, 기존의 연동장치를 활용할 수 있도록 하는 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 선로를 궤도구간별로 나누고 상기 각 궤도구간마다 해당 궤도구간에 열차가 점유/비점유시 낙하/단락되는 궤도계전기와 상기 궤도계전기의 접속상태에 의거 검지한 열차의 위치에 따라 열차진로제어장비를 상호연동 제어하는 연동장치를 포함하는 열차제어장치에 있어서, 열차에 설치되어 위치정보를 무선신호로 송신하고 지상무선송수신기의 열차제어신호를 수신하는 차상무선송수신기, 선로변에 설치되어 상기 차상무선송수신기의 위치정보를 수신하고 차상무선송수신기에 열차제어신호를 송신하는 지상무선송수신기, 선로를 사전에 임의 거리로 구획하여 설정한 궤도구간정보를 저장하고 상기 지상무선송수신기로부터 수신하는 상기 위치정보에 의거 열차위치를 검출한 후 검출된 열차위치에 해당하는 궤도구간의 궤도계전기를 구동하여 상기 연동장치로 열차위치신호를 입력시키는 궤도계전기 제어부를 포함하여 이루어진 발명임.
열차위치정보, 이동폐색, 연동장치, 궤도계전기

Description

무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스 장치 및 그 제어방법{Device for interfacing between communication based train control system and interlocking system of fixed block system and its control method}
도 1은 일반적인 궤도회로 방식의 열차위치검지를 이용한 기존의 열차진로제어시스템에 대한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 차상제어장치와 지상 이동폐색 열차위치와 고정폐색 연동장치 인터페이스 장치의 정보 송수신 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 이동폐색/고정폐색 인터페이스부의 내부구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 인터페이스 장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 -- 궤도회로, 14 -- 절연개소,
18 -- 궤도회로 계전기, 20 -- 연동장치,
30 -- 차상제어장치, 31 -- 무선송수신기(차상),
40 -- 지상제어장치, 42 -- 궤도계전기 제어부,
421 -- 무선송수신기(지상), 422 -- 제어부,
423 -- 디코더 및 출력포트, 424 -- 스위칭소자부,
425 -- 궤도회로 계전기부.
본 발명은 열차가 궤도회로에 진입시 그 궤도회로의 일단에 연결되어 있는 궤도 계전기를 낙하시켜 열차가 진입한 궤도회로 즉 열차의 위치를 검지하는 열차위치검지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 궤도회로를 이용한 고정폐색방식의 열차위치검지를 통한 연동 기능을, 무선통신을 사용한 이동폐색방식의 열차위치검지를 사용하여 제어할 수 있도록 인터페이스 시키는 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스 장치에 관한 것이다.
열차위치 검지는 역과 역 사이에서는 열차의 간격을 제어하기 위해, 그리고 역내에서는 열차의 진로를 제어하기 위해 요구되는 가장 중요한 정보이다. 이러한 열차의 위치정보는 일정한 구간에 직류 또는 교류를 인가하여 열차의 차륜에 의한 폐회로의 구성으로 구간내에 열차의 위치를 검출하는 궤도회로를 사용하여 수집하였다.
도 1은 일반적인 궤도회로 방식의 열차위치검지를 이용한 기존의 열차진로제 어시스템에 대한 구성도이다.
궤도회로(10)는 선로(12)를 적정 길이당 절연개소(14)로 분할하여 열차(16)의 차륜과 함께 폐루프를 형성하도록 하고, 궤도회로(10)에서는 특정주파수를 갖는 신호를 레일(12)로 송신하여 되돌아오는 신호의 상태에 따라 열차의 선로 점유여부를 검지하여 그 결과를 궤도회로(10)의 출력단에 연결되는 궤도계전기(18)의 접점을 전환시켜 연동장치(20)로 전송하며, 그에 따라 연동장치(20)에서는 궤도계전기(18)의 스위칭상태에 따라 열차의 선로 점유여부를 검지할 수 있도록 되어 있다.
상기 연동장치(20)는 선로가 분기되는 역이나 건넘선 등에서 안전한 열차운행을 확보토록 신호기, 선로전환기, 궤도회로 등을 상호연동시켜 사고를 미연에 예방하고 취급자의 실수시에도 열차를 안전하게 운행할 수 있도록 해 주는 장치이다.
그런데, 열차위치정보의 분실이나 오류는 열차의 탈선이나 충돌과 같은 매우 심각한 결과를 초래하므로, 그 상업운전구간 전구간에 걸친 궤도회로에 대한 유지보수에도 막대한 시간과 비용이 소용되고 있다. 따라서 최근에는 무선통신을 이용하여 차상과 지상, 그리고 차상과 차상간의 열차위치정보를 교환하여 열차의 간격 및 위치를 제어하는 방법이 제안되었으며, 꾸준한 연구와 시험으로 안전성과 신뢰성도 상업운전에 적용 가능한 수준으로 향상되었다.
앞서 설명된 바와 같이, 열차의 진로제어와 관련하여 가장 중요하게 다루어지는 장치가 연동장치(20)인데, 연동장치(20)는 열차의 위치정보를 이용하여 열차의 진행방향을 제어하는 선로전환기를 제어함에 따라 높은 안전성과 신뢰성이 요구된다. 현재 무선통신에 의한 이동폐색 개념의 전자연동장치가 개발되고는 있으나, 이동폐색 개념의 연동논리에 대한 안전성 입증을 위해서는 상당한 시간이 소요된다.
즉, 무선통신을 이용한 열차위치검출에서 이동폐색 개념의 연동장치 개발을 위해서는 기존 연동논리의 쇄정에 대한 새로운 연구가 수행되어야 하므로, 상당한 시간동안 열차의 진로제어는 불가능해 진다. 쇄정은 열차의 충돌과 탈선을 방지하기 위한 논리(이러한 논리를 연쇄라고 함)로써 논리의 기본 바탕이 고정폐색 중심으로 구성되어 있다. 따라서 이동폐색 개념의 연동기능을 위해서는 새로운 개념의 연쇄가 요구되며, 연쇄의 오류가 열차의 충돌과 탈선으로 직결되는 만큼, 개발 결과물에 대한 안전성 검증에 엄청난 시간이 소요된다.
따라서 무선통신을 이용하여 열차의 위치를 검출한 신호로서 기존의 연동장치를 제어할 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 무선통신을 이용한 열차제어기술에서 기존의 고정폐색 방식의 연동장치를 사용하기 위한 인터페이스 방법을 제안하여, 이동폐색 개념의 연동장치의 상용화 이전에 무선통신을 이용한 열차제어기술을 상용화하는 경우와 기존의 신호방식을 이동폐색 방식으로 전환하는 경우에 적용하여 궤도회로에 대한 유지보수 비용의 절감과 운용의 효율화를 도모할 수 있도록 된 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스 장치를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 선로를 궤도구간별로 나누고 상기 각 궤도구간마다 해당 궤도구간에 열차가 점유/비점유시 낙하/단락되는 궤도계전기와 상기 궤도계전기의 접속상태에 의거 검지한 열차의 위치에 따라 열차진로제어장비를 상호연동 제어하는 연동장치를 포함하는 열차제어장치에 있어서,
열차에 설치되어 위치정보를 무선신호로 송신하고 지상무선송수신기의 열차제어신호를 수신하는 차상무선송수신기, 선로변에 설치되어 상기 차상무선송수신기의 위치정보를 수신하고 차상무선송수신기에 열차제어신호를 송신하는 지상무선송수신기, 선로를 사전에 임의 거리로 구획하여 설정한 궤도구간정보를 저장하고 상기 지상무선송수신기로부터 수신하는 상기 위치정보에 의거 열차위치를 검출한 후 검출된 열차위치에 해당하는 궤도구간의 궤도계전기를 구동하여 상기 연동장치로 열차위치신호를 입력시키는 궤도계전기 제어부를 포함하여 이루어져 있다.
상기 궤도계전기 제어부는 선로를 사전에 임의 거리로 구획하여 설정한 궤도구간정보를 저장하고 상기 지상무선송수신기로부터 수신하는 상기 위치정보에 의거 열차가 점유하고 있는 궤도구간신호를 출력하는 제어부, 상기 제어부의 궤도구간신호를 디코딩하여 궤도회로 계전기 제어신호를 출력하는 디코더 및 출력포트, 상기 디코더 및 출력포트의 각 출력포트마다 연결되어 궤도회로 계전기 구동신호를 출력하는 스위칭소자로 이루어진 것을 특징으로 한다.
지상무선송수신기가 접근열차의 차상무선송수신기와 송수신을 대기하는 단계, 지상무선송수신기가 접근열차의 위치정보를 수신하는 단계, 제어부는 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 들어왔는지 여부를 판단하는 단계, 상기 단계에서 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 들어와 있는 것으로 판단하는 경우 열차위치에 해당하는 궤도회로 계전기를 낙하하는 단계, 상기 궤도회로 계전기 낙하이후 또는 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 있지 않은 것으로 판단되는 경우 열차가 점유된 구간에서 진출하였는지 여부를 판단하는 단계, 상기 열차의 점유구간 진출여부 판단단계에서 열차가 점유구간을 진출한 경우에는 진출열차에 해당하는 궤도회로 계전기를 단락시킨 후 다음 접근열차와의 송수신을 대기하고 점유된 구간에서 열차의 진출이 감지되지 않으면 곧바로 초기상태로 돌아가 다음 접근열차와의 송수신을 대기하도록 하는 단계를 포함하여 이루어져 있다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 차상제어장치와 지상 이동폐색 열차위치와 고정폐색 연동장치 인터페이스 장치의 정보 송수신 구성도를 나타낸다.
열차의 차상제어장치(30)와 선로변에 설치되는 지상제어장치(40)는 각각의 무선송수신기(31)(421)를 통해 특정 주파수의 신호를 주고받음으로써 열차의 위치를 검출할 있도록 하고 아울러 그에 따른 열차운행에 관련된 정보를 무선으로 송수 신하도록 이루어져 있다. 또한 지상제어장치(40)에서는 무선송수신기(421)에 의해 수신된 차량 위치정보에 따라 궤도계전기 제어부(42)에서 궤도회로 계전기 출력신호를 발생시켜 기존의 연동장치(20)로 입력하도록 이루어져 있다.
따라서 본 실시예에서는 종래와 같이 열차의 위치를 검출하기 위한 수단인 모든 선로를 구간별로 나누고 또한 그 궤도구간에 궤도회로를 설치할 필요성이 없기 때문에 열차의 위치검지에 의한 연동장치(20)의 진로제어가 간소화됨을 보이고 있다.
도 3은 도 2에 도시된 이동폐색/고정폐색 인터페이스부의 내부구성을 나타내는 도면으로써, 안테나(41)로부터 입력된 열차위치 정보를 통해 연동장치(20)와 인터페이스 하는 궤도계전기 제어부(42)를 블록으로 보인 것이다.
열차의 차상제어장치(30)에서 송신되는 열차의 위치정보는 안테나(41)를 통해 지상제어장치(40)의 무선송수신기(421)로 입력된다. 차상제어장치(30)와 지상제어장치(40)간 열차의 위치추적방법으로는 차상제어장치(30)와 지상제어장치(40)간 전파지연시간을 이용하는 TOA(Time Of Arrival), 차상제어장치(30)에서 송신한 전파가 각 지상제어장치(40)에 도착하는 시간차를 이용하는 TDOA(Time Difference Of Arrival), 차상제어장치(30)에서 송신한 전파가 각 지상제어장치(40)에 도착하는 각도를 이용하는 AOA(Angle Of Arrival) 그리고 차상제어장치(30)에서 송신한 전파의 강도를 이용하는 방법 등이 있다.
지상제어장치(40)의 궤도계전기 제어부(42)에 설치되어 있는 제어부(422)에 는 선로를 사전에 임의 거리로 구획하여 설정한 궤도구간정보를 저장하고 있다. 이러한 궤도구간정보는 기존과 같이 선로를 일정구간 절연개소(14)로 분리한 것이 아니라, 기존의 궤도구간과 대응되게 단지 무형으로 구획하여 설정한 것이다. 또한 제어부(422)는 무선송수신기(421)로부터 열차의 위치정보를 수신하게 되면 수신된 정보에 따른 위치가 상기 궤도구간중 어느 궤도구간에 위치하고 있는지를 분석하는 작용을 하며, 그 결과에 따라 열차가 점유하고 있는 궤도구간에 대응되는 궤도계전기를 구동할 수 있는 제어신호를 출력하게 된다.
제어부(422)의 궤도계전기구동 제어신호 출력단에는 디코더 및 출력포트(423)가 연결되어 있으며, 이는 제어부(422)에서 출력되는 궤도계전기구동 제어신호를 디코딩하여 해당 궤도계전기를 동작시킬 수 있는 디지털신호를 출력한다.
상기 디코더 및 출력포트(423)의 각 출력포트에는 스위칭소자부(424)를 통해 궤도회로 계전기부(425)가 연결되어 있다. 궤도회로 계전기부(425)는 열차가 위치하고 있는 위치 즉 열차가 점유하고 있는 궤도구간을 표시하기 위하여 각 궤도구간에 대응되어 설치되는 궤도회로 계전기(RY1∼RYn)들로 이루어진 것이며, 스위칭소자부(424)는 디코더 및 출력포트(423)의 각 출력포트에 스위칭소자(SW1∼SWn)들이 궤도회로 계전기(RY1∼RYn) 사이에 각각 연결되어 궤도회로 계전기(RY1∼RYn)들의 제어를 담당하도록 이루어져 있다.
그리고 상기 궤도회로 계전기부(425)의 출력단에는 기존 연동장치(20)의 궤도입력단자가 연결되어 있다.
그리하여 제어부(422)에서 무선송수신기(421)로부터 수신한 열차의 위치정보 를 분석하여 열차의 위치 즉 열차가 점유하고 있는 궤도구간을 검출하고 그에 대응되는 궤도회로 계전기를 구동할 수 있는 제어신호를 출력하게 되며, 이러한 제어신호를 디코더 및 출력포트(423)가 디코딩하여 출력하게 되면 스위칭소자부(424)의 해당 스위칭소자가 동작되어 그에 연결되어 있는 궤도회로 계전기를 구동하게 됨으로써 이로부터 연동장치(20)는 열차가 점유하고 있는 궤도구간에 대한 열차진로제어장비를 제어하게 된다. 열차진로제어장비는 선로가 분기되는 역이나 건넘선 등에서 안전한 열차운행을 확보토록 하는 장비로서 신호기, 선로전환기 등이 있다.
이와같이 궤도계전기 제어부(42)는 무선통신 기반으로 열차위치를 검지한 후 기존 고정폐색의 궤도계전기 및 연동장치(20)를 제어할 수 있도록 함으로써 이동폐색 방식을 채용하고 있는 신설역 뿐만 아니라 고정폐색 방식의 기존역에 대하여도 사용가능하여 기존역에서는 궤도회로의 기능유지를 위한 유지보수 작업만큼의 업무효율화를 얻을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 인터페이스 장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
먼저, 제어부(422)는 지상무선송수신기(421)를 초기화시킨 후 접근열차의 차상무선송수신기(31)와 송수신을 할 수 있도록 대기하는 단계를 수행한다.
이후, 지상무선송수신기(421)가 접근열차의 차상무선송수신기(31)와 무선통신이 이루어지면 그로부터 열차의 위치정보를 수신하는 단계를 수행한다.
이에 따라 제어부(422)는 열차의 위치정보를 사전에 저장되어 있는 궤도구간 정보와 대비하여 열차가 현재 점유하고 있는 궤도구간을 분석한 후 현재 점유하고 있는 궤도구간에 대응된 열차진로제어장비를 제어하기 위한 범위 내에 들어왔는지 여부를 판단한다.
이때, 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 들어와 있는 것으로 판단하는 경우 열차가 점유하고 있는 위치를 알리기 위해 열차위치의 궤도구간에 해당하는 궤도회로 계전기를 낙하한다.
궤도회로 계전기 낙하이후에는 열차가 점유된 구간에서 진출하였는지 여부를 다시 판단하게 되며, 이때 열차가 점유구간을 진출한 경우에는 진출열차에 해당하는 궤도회로 계전기를 단락시킨 후 다음 접근열차와의 송수신을 대기하도록 하는 단계를 수행한다. 그러나 점유된 구간에서 열차의 진출이 감지되지 않으면 곧바로 초기상태로 돌아가 다음 접근열차와의 송수신을 대기하도록 하는 단계를 수행한다.
한편, 접근열차의 위치정보를 수신하였을 때 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 있지 않은 것으로 판단되는 경우에는 앞서 설명된 바와 같은 점유된 구간에서 열차가 진출하였는지 여부를 판단하는 단계부터 동일한 절차를수행하도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 인터페이스장치는 차상제어장치(30)로부터 수신하는 열차 위치정보를 분석하여, 사전에 입력된 궤도구간에 열차가 존재하면 해당 궤도계전기를 점유시키고, 존재하던 열차가 그 구간을 빠져나가면 해당 궤도계전기를 다시 원래상태로 단락시키도록 제어함으로써 이동폐색 방식에 의한 열차위치검지수단과 고정폐색 방식에 의한 연동장치를 인터페이스시키는 작용을 한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 무선통신을 사용하여 차상제어장치와 지상의 인터페이스 장치가 송수신을 하여 열차위치정보를 연속적으로 수신하면, 기존의 궤도회로의 사용이 불필요하게 됨에 따라 궤도회로 유지보수를 위해 소요되는 많은 비용과 시간이 절약되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 인터페이스 방법을 통해, 이동폐색 개념의 연동장치의 상업화 이전에 무선통신을 사용한 열차의 간격 및 진로제어 기술의 상용화가 가능한 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 선로를 궤도구간별로 나누고 상기 각 궤도구간마다 해당 궤도구간에 열차가 점유/비점유시 낙하/단락되는 궤도계전기와 상기 궤도계전기의 접속상태에 의거 검지한 열차의 위치에 따라 열차진로제어장비를 상호연동 제어하는 연동장치를 포함하는 열차제어장치에 있어서,
    열차에 설치되어 위치정보를 무선신호로 송신하고 지상무선송수신기의 열차제어신호를 수신하는 차상무선송수신기, 선로변에 설치되어 상기 차상무선송수신기의 위치정보를 수신하고 차상무선송수신기에 열차제어신호를 송신하는 지상무선송수신기, 선로를 사전에 임의 거리로 구획하여 설정한 궤도구간정보를 저장하고 상기 지상무선송수신기로부터 수신하는 상기 위치정보에 의거 열차위치를 검출한 후 검출된 열차위치에 해당하는 궤도구간의 궤도계전기를 구동하여 상기 연동장치로 열차위치신호를 입력시키는 궤도계전기 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 궤도계전기 제어부는 선로를 사전에 임의 거리로 구획하여 설정한 궤도구간정보를 저장하고 상기 지상무선송수신기로부터 수신하는 상기 위치정보에 의거 열차가 점유하고 있는 궤도구간신호를 출력하는 제어부, 상기 제어부의 궤도구간신호를 디코딩하여 궤도회로 계전기 제어신호를 출력하는 디코더 및 출력포트, 상기 디코더 및 출력포트의 각 출력포트마다 연결되어 궤도회로 계전기 구동신호를 출력하는 스위칭소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스 장치.
  3. 지상무선송수신기가 접근열차의 차상무선송수신기와 송수신을 대기하는 단계, 지상무선송수신기가 접근열차의 위치정보를 수신하는 단계, 제어부는 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 들어왔는지 여부를 판단하는 단계, 상기 단계에서 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 들어와 있는 것으로 판단하는 경우 열차위치에 해당하는 궤도회로 계전기를 낙하하는 단계, 상기 궤도회로 계전기 낙하이후 또는 열차의 위치정보가 열차진로제어장비의 제어범위 내에 있지 않은 것으로 판단되는 경우 열차가 점유된 구간에서 진출하였는지 여부를 판단하는 단계, 상기 열차의 점유구간 진출여부 판단단계에서 열차가 점유구간을 진출한 경우에는 진출열차에 해당하는 궤도회로 계전기를 단락시킨 후 다음 접근열차와의 송수신을 대기하고 점유된 구간에서 열차의 진출이 감지되지 않으면 곧바로 초기상태로 돌아가 다음 접근열차와의 송수신을 대기하도록 하는 단계를 포함하여 이루어진 무선을 이용한 열차제어시스템과 고정폐색 연동시스템의 인터페이스장치 제어방법.
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