KR20090091396A - 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법 - Google Patents

지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법에 관한 것으로; 도시철도차량의 상태감시 및 운전을 제어하기 위한 지상제어수단과; 상기 도시철도차량에 설치되어 상기 지상제어수단으로부터 제어 신호를 무선 수신하여 도시철도차량의 상태정보 및 운전을 제어하는 차량제어장치에 제어신호를 인가하고, 상기 차량제어장치로부터 도시철도차량의 상태정보를 입력받아 상기 지상제어수단으로 전송하는 차상제어수단;으로 구성되어 도시철도차량의 제어 및 상태 감시를 원격으로 하게 된다.
본 발명에 따르면 도시철도차량을 지상에서 원격으로 제어하고 감시하도록 함으로써, 운전하는 기관사가 필요 없고, 승강장에서 승객의 안전성을 확보할 수 있으며, 비상시 신속한 조치를 통하여 사고의 확대를 방지할 수 있는 장점이 있다.
Figure P1020080016631
도시철도차량, 지상, 제어, 감시

Description

지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법 {automatic control system and the method of electric railway based ground control}
도 1은 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템의 전체 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 지상제어수단의 상세 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 무선단말기의 상세 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 관제센터 제어반의 상세 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 차상제어수단의 상세 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템의 제어신호 및 상태정보 흐름도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
10: 도시철도차량 20: 차량제어장치
30: 방송장치 100: 지상제어수단
110: 지상단말기 110a: 무선제어단말기
110b: 제어반 120: 지상정보처리기
130: 지상무선송수신기 200: 차상제어수단
210: 차상무선송수신기 220: 차상정보처리기
230: 차상인터페이스모듈
본 발명은 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 도시철도차량의 운행시에 출발기능, 비상정지기능, 출입문기능, 방송기능 등의 주요기능을 승강장 또는 역무실에서 운영자가 직접 수행할 수 있도록 함으로써 승강장에서의 승객에 대한 안전사고와 비상시 신속한 대처가 가능하도록 하여 기관사가 없이도 도시철도차량의 자동운전이 가능한 지상(地上)제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도시철도차량은 전차 선로 위를 이동하며 대량으로 여객과 화물을 수송하는 교통수단으로, 도시철도 차량의 운전 방법은 크게 수동운전과 자동운전으로 나눌 수 있다.
이때, 수동운전은 차량의 역 출발, 역간 주행, 역 정밀정지에 이르는 모든 과정에 사람의 개입에 의하여 이루어지는 운전방법이며, 자동운전은 이러한 과정 중에 일부 과정 또는 전 과정에 대하여 통신 및 컴퓨터 기술을 이용하여 사람의 개 입 없이 자동으로 이루어지도록 하는 운전방법이다.
실제적으로 이러한 운전 방법은 세부적으로 여러 가지 모드로 분류하여 사용할 수 있으며, 현재 국내에서는 비상모드, 기지모드, 수동모드, 자동모드, 무인운전모드의 5 가지 모드를 사용하고 있다.
먼저, 비상모드는 비상시에만 운영하는 모드로 신호에 무관하게 차량을 운전할 수 있는 모드이며, 기지모드는 주로 기지에서 일정속도 이하로 운행할 수 있는 모드이다.
한편, 수동모드는 일반적으로 본선에서 기관사에 의하여 차량의 출발, 가감속, 정지 등에 대한 운행이 이루어지는 모드이다.
그리고, 자동모드는 도시철도차량의 출발은 기관사에 의하여 이루어지며, 역간 주행 및 역 정밀정지 기능 등은 자동으로 이루어지는 모드이다.
또한, 무인운전모드는 도시철도차량의 회차, 역 출발, 역간 주행, 역 정밀정지 등에 대한 모든 과정 뿐만 아니라 승객출입문의 열고 닫는 기능 등을 기관사의 개입 없이 자동으로 이루어지는 모드이다.
한편, 현재 국내에 설치운영중인 도시철도차량은 서울시 지하철 1-4호선은 수동모드로 운영되고 있으며, 서울시 지하철 5-8호선 및 대구, 대전, 부산, 광주, 인천 등 대부분의 대도시 운영기관에서는 자동모드로 운영되고 있으며, 특별한 경우 수동운전모드로 운영되기도 한다.
이때, 현재 국내에 설치운영중인 도시철도차량은 대부분 시스템적으로 무인(無人) 운전이 가능하도록 설계된 시스템이 운영되고 있다.
그러나, 이러한 무인운전이 가능한 시스템임에도 불구하고 여러 가지 안전상의 문제로 1인 승무에 의한 자동운전을 기본으로 운행되고 있으며, 경우에 따라서는 수동운전을 함께 수행하기도 한다.
이때, 무인운전이 가능한 도시철도차량의 자동모드 또는 무인모드는 출발버튼에 대한 사용자의 개입여부에 의하여 결정될 수 있으나, 실제적으로 기관사는 도시철도차량에 탑승하여 현재 도시철도차량의 상태, 승강장 상태, 출입문의 상태 등을 지속적으로 감시하고 비상시 적절한 대응을 하는 역할을 수행하고 있으므로, 이와 같은 종합적인 감시 및 대응을 대신 수행할 수 있는 별도의 시스템이 필요하며, 현재 승강장의 승객 안전을 확보하기 위하여 무선영상전송장치, 승강장 스크린 도어, 화상감시설비, 차량내 CCTV설비 등에 대한 시스템을 도입하였거나 지속적으로 도입할 예정에 있다.
특히 도시철도차량을 무인운전 모드로 운행하는 경우 승강장에서의 승객에 대한 안전성을 확보하기 어렵고, 중량전철의 경우 적어도 6량에서 10량을 1편성으로 운행하게 되므로, 승강장의 길이가 길어 승강장의 상태를 파악하기가 곤란하다.
또한 도시철도차량의 출입문 상태를 파악하기 힘들어 승강장에서의 안전사고가 발생할 우려가 있다.
물론, 승강장에 별도의 스크린 도어를 설치함으로써 이러한 승객의 안전사고에 대한 많은 부분을 감소시킬 수 있지만 승객이 승강장 스크린 도어 또는 차량의 출입문에 끼인 경우나, 승객이 고의로 출입문의 닫힘을 방해하는 경우 등 승강장에서 일어나는 다양한 변수에 대응하기에는 곤란한 문제점들이 여전히 많이 존재한 다.
일 예로 도시철도차량을 무인운전 모드로 운행하는 경우 각 역에서의 출입문 열림시간은 일정한 시간으로 고정되어 있어 승객의 많고 적음에 따라 유연하게 시스템을 구축하는데 한계를 가지고 있다.
또한, 비상시에는 현재 상황을 파악하고 대응하는데 일정한 시간이 필요하며, 도시철도차량의 정밀정지제어 기능, 승강장 스크린 도어 작동 등 시스템의 기능 중 사소한 이상만 발생되더라도 신속한 대응이 이루어지지 못해 운행 지연 등의 문제점을 유발하게 된다.
그리고, 출입문 닫힘 경고 방송 등 승객의 안전에 관련된 방송 또한 할 수 없거나 지극히 형식적이고 정형적인 방송만 가능한 실정이다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 도시철도차량의 자동운전에 필요한 도시철도 차량의 출발기능, 비상정지기능, 출입문기능, 방송기능 등의 주요기능을 지상(地上)의 승강장 또는 역무실에서 직접 수행할 수 있도록 함으로써 승강장에서의 승객에 대한 안전사고가 발생되거나 비상시 신속한 대처가 가능하도록 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 도시철도차량을 운전하는 기관사가 필요 없이 무인으로 운영하여 인력의 효율적인 운영이 가능하고, 승강장에서 승객의 안전성을 확보할 수 있으며, 비 상시 신속한 조치를 통하여 사고의 확대를 방지할 수 있으며, 시스템의 조그만 오류에 대해서도 신속한 대응이 가능하여, 안전에 필요한 설비를 줄일 수 있으므로 기존 차량 설비의 커다란 변경없이 연계하여 구현 가능하여 설치 비용 및 유지보수 비용을 대폭 절감할 수 있는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템에 관한 것으로;
도시철도차량의 상태감시 및 운전을 제어하기 위한 지상제어수단과; 상기 도시철도차량에 설치되어 상기 지상제어수단으로부터 제어 신호를 무선 수신하여 도시철도차량의 상태정보 및 운전을 제어하는 차량제어장치에 제어신호를 인가하고, 상기 차량제어장치로부터 도시철도차량의 상태정보를 입력받아 상기 지상제어수단으로 전송하는 차상제어수단;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지상제어수단은 상기 도시철도차량의 운행 제어를 위한 신호를 출력하는 지상단말기와, 상기 지상단말기로부터 출력되는 운행 제어 신호를 무선 또는 유선망을 통해 수집하여 신호처리하는 지상정보처리기와, 상기 지상정보처리기로부터 수신된 운행 제어신호를 상기 차상제어수단으로 무선송출하는 지상무선송수신기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지상무선송수신기는 상기 차상제어수단으로부터 도시철도차량 의 상태정보를 무선으로 수신받아 상기 지상단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상단말기는 휴대가능한 무선제어단말기인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무선제어단말기는 도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태정보 확인 등을 위해 조작가능한 제1조작부와, 도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태 정보 등을 표시하는 제1디스플레이부와, 음성을 입력받는 제1마이크로폰과, 상기 제1조작부의 운행 제어 및 상태정보의 확인을 요구하는 신호에 대한 처리를 하는 제1신호처리부와, 상기 제1신호처리부의 운행 제어신호를 지상정보처리수단으로 전송하고 상기 지상정보처리수단으로부터 도시철도차량의 상태정보를 송수신하는 단말용 무선송수신부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제1조작부는 도시철도차량의 출입문을 개방하기 위한 제1출입문열기버튼과, 도시철도차량의 출입문을 닫기 위한 제1출입문닫기버튼과, 도시철도차량의 출입문을 재개폐하기 위한 제1출입문재개폐버튼과, 도시철도차량의 출발을 위한 제1출발버튼과, 긴급한 비상상황이 발생되는 경우 운행중인 도시철도차량을 비상정지시키기 위한 제1비상정지버튼과, 도시철도차량의 차내/외 방송을 할 수 있는 제1마이크로폰을 제어하기 위한 제1방송선택스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지상단말기는 관제센터의 제어반인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어반은 도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태정보 확인 등을 위해 조작가능한 제2조작부와, 도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태 정보 등을 표시하는 제2디스플레이부와, 음성을 입력받는 제2마이크로폰과, 상기 제2조작부의 운행 제어 및 상태정보의 확인을 요구하는 신호에 대한 처리를 하는 제2신호처리부와, 상기 제2신호처리부의 운행 제어신호를 지상정보처리수단으로 전송하고 상기 지상정보처리수단으로부터 도시철도차량의 상태정보를 송수신하는 신호송수신부와, 승강장 내에 설치되는 영상 카메라로부터 획득된 승강장 내의 영상을 디스플레이하는 모니터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지상정보처리기는 상기 지상단말기로부터 제어신호를 수신하고 지상무선송수신기를 통해 수신받은 도시철도차량의 상태정보를 상기 지상단말기로 전송하기 위한 단말신호송수신부와, 상기 단말신호송수신부를 통해 입출되는 신호의 복호화 및 암호화처리를 하는 지상신호처리부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상신호처리부는 상기 단말신호송수신부를 통해 제어신호가 수신되면 이를 암호화 및 부호화하여 지상무선송수신기로 출력하는 제1암호화/부호화처리모듈과, 지상무선송수신기를 통해 수신되는 도시철도차량의 상태정보를 복호화하여 단말신호송수신부로 출력하는 제1복호화처리모듈과, 상기 단말신호송수신부를 통해 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 수신되면 이를 암호화 및 부호화하여 단말신호송수신부로 출력하는 방송암호화/부호화처리모듈로 구성되고, 상기 지상무선송수신기는 상기 제1암호화/부호화처리모듈을 통해 출력되는 도시철도차량 제어신호와 방송신호 암호화/부호화처리모듈을 통해 출력되는 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 무선 송출하는 제1무선송신모듈과, 차상무선송수신기로부터 무선 송출되는 신호를 수신하여 상기 제1복호화처리모듈로 전송하는 제1무선수신모듈로 구 성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차상제어수단은 상기 지상제어수단의 제어신호를 수신하는 차상무선송수신기와, 상기 차상무선송수신기를 통해 수신되는 도시철도차량의 제어신호를 수집하여 신호처리하는 차상정보처리기와, 상기 차상정보처리기로부터 수집된 운행 제어신호를 도시철도차량의 차량제어장치로 전송하는 차상인터페이스모듈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 차상무선송수신기는 상기 지상무선송수신기로부터 도시철도차량 제어신호와 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 무선 수신하는 제2무선송신모듈과, 상기 차상정보처리기로부터 출력되는 도시철도차량의 상태정보를 상기 지상무선송수신기로 무선 송출하는 제2무선송신모듈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 차상정보처리기는 상기 차상무선송수신기로부터 도시철도차량의 제어신호가 수신되면 제어신호를 복호화하는 제2복호화처리모듈과, 상기 차상인터페이스모듈을 통해 수신되는 도시철도차량의 상태정보를 암호화 및 부호화하여 차상무선송수신기로 출력하는 제2암호화/부호화처리모듈과, 상기 차상무선송수신기로부터 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 수신되면 도시철도차량에 설치되는 방송장치로 출력하기 위해 복호화하는 방송신호 복호화처리모듈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전 방법에 관한 것으로; 도시철도차량의 상태감시 및 운전을 제어하기 위한 지상제어수단과; 상기 도시 철도차량에 설치되어 상기 지상제어수단으로부터 제어 신호를 무선 수신하여 도시철도차량의 상태정보 및 운전을 제어하는 차량제어장치에 제어신호를 인가하고, 상기 차량제어장치로부터 도시철도차량의 상태정보를 입력받아 상기 지상제어수단으로 전송하는 차상제어수단;에 의해 이루어지는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전방법에 있어서;
상기 차량제어장치에서 발생되는 출발가능신호가 상기 차상제어수단으로 수신되면 상기 지상제어수단으로 무선 전송받는 제1단계;
상기 제1단계 후, 지상제어수단에서 출발 제어신호가 상기 차상제어수단으로 수신되면 도시철도차량을 출발하도록 차량제어장치를 제어하는 제2단계;
상기 제2단계 후, 출발된 도시철도차량이 차량제어장치의 제어에 따라 다음 역에 도착하여 출입문이 열리고, 지상제어수단으로부터 출입문을 닫기 위한 제어신호가 차상제어수단으로 입력되면 상기 차량제어장치로 제어신호를 인가하는 제3단계;
상기 제3단계 후, 도시철도차량의 상태정보가 차량제어장치에서 차상제어수단으로 수신되면 상기 지상제어수단으로 전송하는 제4단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제3단계는 상기 도시철도차량의 출입문이 열린 후, 상기 지상제어수단으로부터 출입문을 닫기 위한 제어신호가 차상제어수단으로 입력되기 전에 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 상기 지상제어수단으로부터 입력되면 상기 차상제어수단은 도시철도차량에 설치되는 방송장치에 방송관련 제어신호 및 안내방 송 정보를 인가하여 음성 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이때, 도 1은 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템의 전체 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지상제어수단의 상세 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 무선단말기의 상세 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 관제센터 제어반의 상세 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차상제어수단의 상세 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템의 제어신호 및 상태정보 흐름도이다.
먼저, 도 1에 의하면 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템은 도시철도차량(10)의 감시 및 운전을 제어하기 위한 지상제어수단(100)과, 도시철도차량(10)에 설치되어 지상제어수단(100)의 제어신호 및 도시철도차량의 상태정보를 송수신하고 기존 도시철도차량의 차량제어장치(20) 및 방송장치(30)와 연계하여 도시철도차량(10)을 제어하는 차상제어수단(200)으로 구성된다.
상기 구성에 의해 도시철도차량(10)을 기관사가 없이도 지상에서 원격으로 제어 및 감시하면서 도시철도차량을 자동으로 운전할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템의 구성 요소들을 좀더 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템은 크게 지상제어수단(100)과 차상제어수단(200)으로 구분되며, 상기 지상제어수단(100)은 지상의 운영자가 조작함에 따라 도시철도차량(10)의 운행 제어를 위한 신호를 출력하는 지상단말기(110)와, 상기 지상단말기(110)로부터 출력되는 운행 제어 신호를 무선 또는 유선망을 통해 수집하여 신호처리하는 지상정보처리기(120)와, 상기 지상정보처리기(120)로부터 수집된 운행 제어신호를 무선송출하는 지상무선송수신기(130)로 이루어진다.
물론, 상기 지상무선송수신기(130)는 상기 도시철도차량(10)으로부터 송출되는 도시철도차량(10)의 상태정보를 무선으로 수신받으며, 수신된 도시철도차량(10)의 상태정보는 지상정보처리기(120)에서 수집처리되어 지상단말기(110)로 전송되어 확인할 수 있게 된다.
이때, 상기 지상단말기(110)는 휴대 및 이동이 가능한 무선제어단말기(110a) 또는 역무실 등의 관제실 제어반(110b)이 될 수 있다.
먼저, 상기 지상단말기(110)가 무선제어단말기(110a)로 구성되는 경우 운영자가 이동하면서 간편하게 도시철도차량(10)의 제어 및 감시가 가능하도록 하기 위해 도 3에 도시한 바와 같이 도시철도차량(10)의 출입문과 운행 제어 및 상태정보 확인 등을 위해 조작가능한 제1조작부(111a)와, 도시철도차량(10)의 출입문과 운행 제어 및 상태 정보 등을 표시하는 제1디스플레이부(112a)와, 음성을 입력받는 제1 마이크로폰(113a)과, 상기 제1조작부(111a)의 운행 제어 및 상태정보의 확인을 요구하는 신호에 대한 처리를 하는 제1신호처리부(114a)와, 상기 제1신호처리부(114a)의 운행 제어신호를 지상정보처리기(120)로 전송하고 상기 지상정보처리기(120)로부터 도시철도차량(10)의 상태정보를 송수신하는 단말용 무선송수신부(115a)로 이루어진다.
좀 더 구체적으로는 상기 제1조작부(111a)는 도시철도차량(10)의 출입문을 개방하기 위한 제1출입문열기버튼(111_1a)과, 도시철도차량(10)의 출입문을 닫기 위한 제1출입문닫기버튼(111_2a)과, 도시철도차량(10)의 출입문을 재개폐하기 위한 제1출입문재개폐버튼(111_3a)과, 도시철도차량(10)의 출발을 위한 제1출발버튼(111_4a)과, 긴급한 비상상황이 발생되는 경우 운행중인 도시철도차량(10)을 비상정지시키기 위한 제1비상정지버튼(111_5a)과, 도시철도차량(10)의 차내/외 방송을 할 수 있는 제1마이크로폰(113a)을 적절하게 제어하기 위한 제1방송선택스위치(111_6a)로 이루어진다.
그리고, 상기 제1디스플레이부(112a)는 현재 정차 또는 운행중인 도시철도차량(10)의 주요 상태를 표시하기 위한 것으로, 각각의 해당기능을 표시하기 위한 다수의 램프나 LED, 또는 LCD로 구성된다.
한편, 상기 지상단말기(110)가 역무실 관제센터의 제어반(110b)으로 구성되는 경우 도 4에 도시한 바와 같이 상기 무선제어단말기(110a) 형태의 지상제어시스템에서 가지고 있는 장치 외에 승강장의 영상 카메라(114)의 영상정보를 디스플레이하는 모니터(116b)가 별도로 필요하다.
즉, 상기 제어반(110b)은 도시철도차량(10)의 출입문과 운행 제어 및 상태정보 확인 등을 위해 조작가능한 제2조작부(111b)와, 도시철도차량(10)의 출입문과 운행 제어 및 상태 정보 등을 표시하는 제2디스플레이부(112b)와, 음성을 입력받는 제2마이크로폰(113b)과, 상기 제2조작부(111b)의 운행 제어 및 상태정보의 확인을 요구하는 신호에 대한 처리를 하는 제2신호처리부(114b)와, 상기 제2신호처리부(114b)의 운행 제어신호를 지상정보처리기(120)로 전송하고 상기 지상정보처리기(120)로부터 도시철도차량(10)의 상태정보를 송수신하는 신호송수신부(115b)와, 승강장 내에 설치되는 영상 카메라(114)로부터 획득된 승강장 내의 영상을 디스플레이하는 모니터(116b)로 이루어진다.
좀 더 구체적으로는 상기 제2조작부(111b)는 도시철도차량(10)의 출입문을 개방하기 위한 제2출입문열기버튼(111_1b)과, 도시철도차량(10)의 출입문을 닫기 위한 제2출입문닫기버튼(111_2b)과, 도시철도차량(10)의 출입문을 재개폐하기 위한 제2출입문재개폐버튼(111_3b)과, 도시철도차량(10)의 출발을 위한 제2출발버튼(111_4b)과, 긴급한 비상상황이 발생되는 경우 운행중인 도시철도차량(10)을 비상정지시키기 위한 제2비상정지버튼(111_5b)과, 도시철도차량(10)의 차내/외 방송을 할 수 있는 제2마이크로폰(113b)을 적절하게 제어하기 위한 제2방송선택스위치(111_6b)로 이루어진다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템은 지상단말기(110)의 제1 또는 제2조작부(111a,111b)의 출입문 관련 버튼을 누르는 경우 예를 들어 출입문 닫기, 출입문 열기, 출입문 재개폐의 3가 지 버튼을 각각 누르는 경우 해당되는 신호를 차상제어수단(200)으로 전송한다.
이때, 상기 제1 및 제2출발버튼(111_4a,111_4b)은 도시철도차량(10)이 정차해 있고 출발 준비가 끝난 경우 도시철도차량(10)이 출발할 수 있도록 출발신호를 차상제어수단(200)으로 전송한다.
그리고, 상기 제1 및 제2비상정지버튼(111_5a,111_5b)은 도시철도차량(10)이 역을 출발하여 승강장을 빠져 나가는 동안 만약 도시철도차량(10)를 정지시켜야 하는 비상상황이 발생하는 경우 사용되는 것으로, 상기 제1 및 제2비상정지버튼(111_5a,111_5b)을 누름으로서 해당 제어신호가 차상제어수단(200)으로 전송되어 도시철도차량(10)을 즉시 정지시킬 수 있다.
다음으로 상기 지상정보처리기(120)는 상기 지상단말기(110)로부터 제어신호를 수신하고 지상무선송수신기(130)를 통해 수신받은 도시철도차량(10)의 상태정보를 상기 지상단말기(110)로 전송하기 위한 단말신호송수신부(122)와, 상기 단말신호송수신부(122)를 통해 입출되는 신호의 복호화 및 암호화처리를 하는 지상신호처리부(124)로 구성된다.
좀더 구체적으로는 상기 단말신호송수신부(122)는 공지(公知)의 유무선통신 모듈로 구성되며, 상기 지상신호처리부(124)는 상기 단말신호송수신부(122)를 통해 제어신호가 수신되면 이를 암호화 및 부호화하여 지상무선송수신기(130)로 출력하는 제1암호화/부호화처리모듈(124a)과, 지상무선송수신기(130)를 통해 수신되는 도시철도차량(10)의 상태정보를 복호화하여 단말신호송수신부(122)로 출력하는 제1복호화처리모듈(124b)과, 상기 단말신호송수신부(122)를 통해 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 수신되면 이를 암호화 및 부호화하여 지상무선송수신기(130)로 출력하는 방송암호화/부호화처리모듈(124c)로 이루어진다.
그리고, 상기 지상무선송수신기(120)는 상기 제1암호화/부호화처리모듈(124a)의 도시철도차량 제어신호와 방송신호 암호화/부호화처리모듈(124c)의 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 무선 송출하는 제1무선송신모듈(130a)과, 차상제어수단(200)으로부터 무선 송출되는 신호를 수신하여 상기 제1복호화처리모듈(124b)로 전송하는 제1무선수신모듈(130b)로 구성된다.
다음으로, 상기 차상제어수단(200)은 도 5에 도시한 바와 같이 지상의 운영자가 지상단말기(110)를 조작함에 따라 도시철도차량(10)의 운행 제어를 위한 제어신호를 수신하는 차상무선송수신기(210)와, 상기 차상무선송수신기(210)를 통해 수신되는 도시철도차량(10)의 제어신호를 수집하여 신호처리하는 차상정보처리기(220)와, 상기 차상정보처리기(220)로부터 수집된 운행 제어신호를 도시철도차량(10)의 차량제어장치(20)로 전송하기 위한 차상인터페이스모듈(230)로 이루어진다.
물론, 상기 차상정보처리기(220)는 상기 도시철도차량(10)의 차량제어장치(20)로부터 차상인터페이스모듈(230)을 통해 감지되는 상태정보를 수신받으며, 수신된 도시철도차량(10)의 상태정보는 상기 차상무선송수신기(210)를 통해 지상무선송수신기(130)로 무선 송출하게 된다.
이때, 상기 차상무선송수신기(210)는 상기 지상무선송수신기(130)로부터 도 시철도차량(10) 제어신호와 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 무선 수신하는 제2무선수신모듈(210a)과, 상기 차상정보처리기(220)로부터 출력되는 도시철도차량(10)의 상태정보를 상기 지상무선송수신기(130)로 무선 송출하는 제2무선송신모듈(210b)로 구성된다.
다음으로, 상기 차상정보처리기(220)는 상기 차상무선송수신기(210)로부터 도시철도차량(10)의 제어신호가 수신되면 제어신호를 복호화하는 제2복호화처리모듈(220a)과, 상기 차상인터페이스모듈(230)을 통해 수신되는 도시철도차량(10)의 상태정보를 암호화 및 부호화하여 차상무선송수신기(210)로 출력하는 제2암호화/부호화처리모듈(220b)과, 상기 차상무선송수신기(210)로부터 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 수신되면 이를 복호화하는 방송신호 복호화처리모듈(220c)로 이루어진다.
한편, 상기 차상인터페이스모듈(230)은 상기 차상정보처리기(220)로부터 수신되는 출발신호와, 비상정지신호와, 출입문 닫기 신호, 출입문 열기 신호, 출입문 재개폐 신호 등의 도시철도차량 제어신호를 차량제어장치(20)로 전송하고, 상기 차량제어장치(20)로부터 수신되는 출입문 닫힘, 출발 준비 완료, 추진제어장치의 고장 정보, 제동제어장치의 고장정보, 방송장치의 고장정보 등과 같은 각종 도시철도차량(10)의 상태정보를 수신하여 차상정보처리기(220)로 전송하게 된다.
또한, 상기 차상인터페이스모듈(230)은 상기 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 도시철도차량(10)에 설치되는 방송장치(30)로 출력한다.
이때, 상기 차량제어장치(20)는 공지(公知)의 도시철도차량의 제어장치로서, 상기 차상인터페이스모듈(230)을 통해 제어신호 등을 수신하기 위한 디지털입력부(22)와, 차량의 상태정보를 출력하기 위한 디지털출력부(24)가 더 구비된다.
또한, 상기 방송장치(30)는 방송 제어신호가 입력되는 경우 차내/외 방송장치를 선택적으로 스위칭하는 차내/외 방송스위칭부(32)와, 상기 차내/외 방송스위칭부(32)의 선택에 따라 안내방송정보를 증폭하는 증폭부(34)가 구비되며, 이와 같은 방송장치(30) 역시 공지(公知)의 기술적 구성이다.
한편, 도시철도차량(10)의 내외부에는 승객에게 방송할 수 있는 음성출력수단(40)인 스피커가 설치되어 상기 증폭부(34)를 통해 증폭된 안내방송을 출력하며, 특히 도시철도차량(10)의 출입문을 닫기 전 경고방송을 포함한 승객 안전을 위한 방송을 상기 스피커를 통하여 음성출력하게 된다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참고로 본 발명에 따른 본 발명에 따른 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템의 동작과정을 상세히 설명한다.
먼저 역에 정차해 있는 도시철도차량(10)의 출입문 상태 및 모든 상태가 정상적인 경우 차량제어장치(20)는 출발가능신호를 발생하여 차상제어수단(200)의 차상인터페이스모듈(230)을 통해 수신되며 이는 차상정보처리기(220)에서 암호화 및 부호화되어 차상무선송수신기(210)를 통해 무선송신된다.(S100)
상기 출발가능신호는 지상제어수단(100)의 지상무선송수신기(130)를 거쳐 지상단말기(110)인 무선제어단말기(110a)의 제1디스플레이부(112a) 또는 관제센터 제어반(110b)의 제2디스플레이부(112b)를 구성하는 출발가능램프를 점등시킨다 .(S102)
이와 같은 상태에서 운영자가 지상단말기(110)의 제1 또는 제2출발버튼(111_4a 또는 111_4b)을 누르게 되면 출발 제어신호를 발생시키며(S104), 그 출발 제어신호는 차상제어수단(200)으로 전송되고 이는 차량제어장치(20)에 전송되어 도시철도차량(10)을 출발시킨다.(S106)
상기 출발된 도시철도차량(10)은 차량제어장치(20)에 의하여 역간 운행을 자동으로 수행하고(S108), 역정밀정지 기능을 수행하여 다음 역에 도착하게 되며(S110), 출입문을 자동으로 열게 된다.(S112)
이와 같이 역에 도착하는 경우 해당 역의 운영자는 승객의 하차 및 승차를 확인한 후 무선제어단말기(110a)의 제1방송선택스위치(111_6a) 또는 관제센터 제어반(110b)의 제2방송선택스위치(111_6b)를 조작한 후, 제1마이크로폰(113a) 또는 제2마이크로폰(113b)을 이용하여 출입문 닫힘 경고방송을 하게 된다.(S114)
이와 같은 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보는 차상제어수단(200)으로 전송되고, 이는 도시철도차량(10)에 설치된 방송장치(30)를 통하여 차량의 내외부 스피커를 통하여 출력하여 줌으로써 해당 내용을 승객이 들을 수 있도록 한다.(S116)
상기 안내방송을 한 후, 운영자는 지상제어수단(100)의 제1 또는 제2출입문 닫기버튼(111_2a 또는 111_2b)을 누름으로서 출입문을 닫기 위한 제어신호를 발생하고(S118), 상기 출입문을 닫기 위한 제어신호는 차상제어수단(200)으로 전달되며 전달된 신호는 도시철도차량(10)의 차량제어장치(20)로 전달되어 도시철도차량(10)의 출입문을 닫을 수 있도록 제어하게 된다.(S120)
상기 과정이 완료되어 출입문이 닫히게 되면 출입문 닫힘과 주요기기의 상태와 같은 도시철도차량(10)의 주요 상태정보가 차량제어장치(20)에서 차상제어수단(200)으로 입력되며(S122), 이는 차상무선송수신기(210)를 통해 무선송신되어 지상제어수단(100)의 지상무선송수신기(130)를 거쳐 지상단말기(110)인 무선제어단말기(110a)의 제1디스플레이부(112a) 또는 관제센터 제어반(110b)의 제2디스플레이부(112b)로 표시된다.(S126)
상기 단계(S126)를 거친 후, 차량제어장치(20)는 출발가능신호를 발생하여 최초 단계(100)를 반복하여 다음 역까지 자동운전의 기능을 반복 수행하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 도시철도차량을 지상에서 원격으로 제어하고 감시하도록 함으로써, 운전하는 기관사가 필요 없고, 승강장에서 승객의 안전성을 확보할 수 있으며, 비상시 신속한 조치를 통하여 사고의 확대를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 시스템의 조그만 오류에 대해서도 신속한 대응이 가능하여, 인력의 효율적인 운영이 가능하고, 안전에 필요한 설비를 줄일 수 있으므로 이러한 설비에 필요한 설치 비용 및 유지보수 비용을 대폭 절감 또는 삭제할 수 있다.
아울러, 기존 차량 설비의 커다란 변경없이 연계하여 구현이 가능한 장점도 있다.

Claims (15)

  1. 도시철도차량의 상태감시 및 운전을 제어하기 위한 지상제어수단과;
    상기 도시철도차량에 설치되어 상기 지상제어수단으로부터 제어 신호를 무선 수신하여 도시철도차량의 상태정보 및 운전을 제어하는 차량제어장치에 제어신호를 인가하고, 상기 차량제어장치로부터 도시철도차량의 상태정보를 입력받아 상기 지상제어수단으로 전송하는 차상제어수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지상제어수단은;
    상기 도시철도차량의 운행 제어를 위한 신호를 출력하는 지상단말기와,
    상기 지상단말기로부터 출력되는 운행 제어 신호를 무선 또는 유선망을 통해 수집하여 신호처리하는 지상정보처리기와,
    상기 지상정보처리기로부터 수신된 운행 제어신호를 상기 차상제어수단으로 무선송출하는 지상무선송수신기로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 지상무선송수신기는 상기 차상제어수단으로부터 도시철도차량의 상태정보를 무선으로 수신받아 상기 지상단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 지상단말기는 휴대가능한 무선제어단말기인 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 무선제어단말기는;
    도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태정보 확인 등을 위해 조작가능한 제1조작부와, 도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태 정보 등을 표시하는 제1디스플레이부와, 음성을 입력받는 제1마이크로폰과, 상기 제1조작부의 운행 제어 및 상태정보의 확인을 요구하는 신호에 대한 처리를 하는 제1신호처리부와, 상기 제1신호처리부의 운행 제어신호를 지상정보처리수단으로 전송하고 상기 지상정보처리수단으로부터 도시철도차량의 상태정보를 송수신하는 단말용 무선송수신부로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1조작부는;
    도시철도차량의 출입문을 개방하기 위한 제1출입문열기버튼과, 도시철도차량의 출입문을 닫기 위한 제1출입문닫기버튼과, 도시철도차량의 출입문을 재개폐하기 위한 제1출입문재개폐버튼과, 도시철도차량의 출발을 위한 제1출발버튼과, 긴급한 비상상황이 발생되는 경우 운행중인 도시철도차량을 비상정지시키기 위한 제1비상정지버튼과, 도시철도차량의 차내/외 방송을 할 수 있는 제1마이크로폰을 제어하기 위한 제1방송선택스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 지상단말기는 관제센터의 제어반인 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어반은;
    도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태정보 확인 등을 위해 조작가능한 제2조작부와, 도시철도차량의 출입문과 운행 제어 및 상태 정보 등을 표시하는 제2디스플레이부와, 음성을 입력받는 제2마이크로폰과, 상기 제2조작부의 운행 제어 및 상태정보의 확인을 요구하는 신호에 대한 처리를 하는 제2신호처리부와, 상기 제2신호처리부의 운행 제어신호를 지상정보처리수단으로 전송하고 상기 지상정보처리수단으로부터 도시철도차량의 상태정보를 송수신하는 신호송수신부와, 승강장 내에 설치되는 영상 카메라로부터 획득된 승강장 내의 영상을 디스플레이하는 모니터로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 지상정보처리기는;
    상기 지상단말기로부터 제어신호를 수신하고 지상무선송수신기를 통해 수신받은 도시철도차량의 상태정보를 상기 지상단말기로 전송하기 위한 단말신호송수신부와, 상기 단말신호송수신부를 통해 입출되는 신호의 복호화 및 암호화처리를 하는 지상신호처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 지상신호처리부는;
    상기 단말신호송수신부를 통해 제어신호가 수신되면 이를 암호화 및 부호화하여 지상무선송수신기로 출력하는 제1암호화/부호화처리모듈과, 지상무선송수신기를 통해 수신되는 도시철도차량의 상태정보를 복호화하여 단말신호송수신부로 출력하는 제1복호화처리모듈과, 상기 단말신호송수신부를 통해 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 수신되면 이를 암호화 및 부호화하여 단말신호송수신부로 출력하 는 방송암호화/부호화처리모듈로 구성되고;
    상기 지상무선송수신기는 상기 제1암호화/부호화처리모듈을 통해 출력되는 도시철도차량 제어신호와 방송신호 암호화/부호화처리모듈을 통해 출력되는 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 무선 송출하는 제1무선송신모듈과, 차상무선송수신기로부터 무선 송출되는 신호를 수신하여 상기 제1복호화처리모듈로 전송하는 제1무선수신모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 차상제어수단은;
    상기 지상제어수단의 제어신호를 수신하는 차상무선송수신기와,
    상기 차상무선송수신기를 통해 수신되는 도시철도차량의 제어신호를 수집하여 신호처리하는 차상정보처리기와,
    상기 차상정보처리기로부터 수집된 운행 제어신호를 도시철도차량의 차량제어장치로 전송하는 차상인터페이스모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 차상무선송수신기는;
    상기 지상무선송수신기로부터 도시철도차량 제어신호와 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 무선 수신하는 제2무선송신모듈과, 상기 차상정보처리기로부터 출력되는 도시철도차량의 상태정보를 상기 지상무선송수신기로 무선 송출하는 제2무선송신모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 차상정보처리기는;
    상기 차상무선송수신기로부터 도시철도차량의 제어신호가 수신되면 제어신호를 복호화하는 제2복호화처리모듈과, 상기 차상인터페이스모듈을 통해 수신되는 도시철도차량의 상태정보를 암호화 및 부호화하여 차상무선송수신기로 출력하는 제2암호화/부호화처리모듈과, 상기 차상무선송수신기로부터 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 수신되면 도시철도차량에 설치되는 방송장치로 출력하기 위해 복호화하는 방송신호 복호화처리모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템.
  14. 도시철도차량의 상태감시 및 운전을 제어하기 위한 지상제어수단과; 상기 도시철도차량에 설치되어 상기 지상제어수단으로부터 제어 신호를 무선 수신하여 도시철도차량의 상태정보 및 운전을 제어하는 차량제어장치에 제어신호를 인가하고, 상기 차량제어장치로부터 도시철도차량의 상태정보를 입력받아 상기 지상제어수단 으로 전송하는 차상제어수단;에 의해 이루어지는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전방법에 있어서,
    상기 차량제어장치에서 발생되는 출발가능신호가 상기 차상제어수단으로 수신되면 상기 지상제어수단으로 무선 전송받는 제1단계;
    상기 제1단계 후, 지상제어수단에서 출발 제어신호가 상기 차상제어수단으로 수신되면 도시철도차량을 출발하도록 차량제어장치를 제어하는 제2단계;
    상기 제2단계 후, 출발된 도시철도차량이 차량제어장치의 제어에 따라 다음 역에 도착하여 출입문이 열리고, 지상제어수단으로부터 출입문을 닫기 위한 제어신호가 차상제어수단으로 입력되면 상기 차량제어장치로 제어신호를 인가하는 제3단계;
    상기 제3단계 후, 도시철도차량의 상태정보가 차량제어장치에서 차상제어수단으로 수신되면 상기 지상제어수단으로 전송하는 제4단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전 방법.
  15. 상기 제3단계는;
    상기 도시철도차량의 출입문이 열린 후, 상기 지상제어수단으로부터 출입문을 닫기 위한 제어신호가 차상제어수단으로 입력되기 전에 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보가 상기 지상제어수단으로부터 입력되면 상기 차상제어수단은 도시철도차량에 설치되는 방송장치에 방송관련 제어신호 및 안내방송 정보를 인가하여 음 성 출력하는 것을 특징으로 하는 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전 방법.
KR1020080016631A 2008-02-25 2008-02-25 지상제어 기반의 도시철도차량 자동운전시스템 KR100991407B1 (ko)

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