KR20180014290A

KR20180014290A - 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20180014290A
Application number: KR1020160096257A
Authority: KR
Inventors: 오세찬; 김주욱; 김경희; 김민수
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-08
Also published as: EP3299250B1; EP3299250A4; CN108430852A; CN108430852B; WO2018021606A1; KR101834854B1; EP3299250A1

Abstract

본 발명은 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법에 관한 것으로; 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위해 지상의 EIS 설비를 구비하지 않고 차상 차상 EIS 기반으로 시스템을 간소화하여 시스템의 설치 및 유지보수 비용의 절감할 수 있고, 기존 지상중심 무선통신기반 열차주행안전시스템의 지상설비를 차상으로 흡수함에 따라 제어경로가 단순화되고 운영변화에 유동적으로 대응할 수 있는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법 {train-centric electronic interlocking system for connected train based autonomous train control system and the method thereof}

본 발명은 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 선행열차와 후행열차 간 direct-path 형태의 직접적인 제어경로를 통해 열차의 안전한 간격을 제어하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템에서의 차상기반 연동시스템 및 그 방법에 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 있는데, 이중 열차의 안전 운행을 위해 선후행 열차간의 안전거리 및 안전속도의 확보는 매우 중요하며, 이를 위한 일 예가 등록특허 제10-1449742호에 제안된 바 있다. 이는 열차 간격 제어 장치에 관한 것으로, 종래의 지상중심의 무선통신기반 열차 제어 시스템에서 후행열차와 선행열차와의 직접적인 제어정보 송수신이 불가능하기 때문에 선행열차와의 근접주행이 불가능하다.

따라서, 차상에 선행 열차의 위치와 속도를 실시간으로 측정할 수 있는 장치를 부착하고, 차상시스템은 지상시스템으로부터 수신된 이동권한과 차상에서 측정된 선행 열차 속도 위치값을 사용하여 안전간격을 계산하도록 구성함으로써 선행 열차와 후행 열차 사이의 열차 간격 제어를 근접 주행이 가능한 범위에서 사람의 개입 없이 자동으로 이루어지도록 하는 구성이 제안된다.

이와 같은 종래 무선통신기반 열차 제어 시스템 중에 CBTC(Communication Based Train Control)와 같은 지상 중심의 무선통신기반 열차제어시스템은 차상시스템과 지상시스템 간 이루어지는 제어정보를 기반으로 지상중심(wayside-centric)의 간격제어를 수행한다.

그런데, 이상의 지상 ATP(Automatic Train Protection), 연동시스템(EIS: Electronic Interlocking System) 등의 집중화된 제어시스템에 의존하여 지상에서 관할 영역의 모든 열차를 관리하게 되므로 일정 투입열차 이상에서는 처리용량에 한계가 발생된다. 따라서, 일정구간 또는 처리용량에 따라 설비의 증설이 필요하다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 지상 ATP, EIS 등의 지상설비 없이 열차간 제어정보 교환을 통해 안전한 열차운행이 가능한 새로운 열차 간 통신연결 기반의 열차자율주행제어시스템이 요구된다.

참고문헌 1 : 등록특허 제10-1449742호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 지상의 EIS 설비를 단축하여 시스템 설치 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 차상 EIS 기반으로 시스템의 유연성 및 확장성을 향상시켜 제어경로를 단순화할 수 있는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

열차 고유의 스케줄에 따라 진로에 대한 명령을 수행하는 관제 ATS(Automatic Train Supervision)와, 상기 관제 ATS의 명령에 따라 열차의 진로를 제어하고 제어의 무결성을 확인하는 차상 EIS와, 분기구간의 선로를 전환하는 PM(Point Machine)과, 상기 차상 EIS의 명령에 따라 상기 PM의 제어를 수행하고 상기 PM의 상태정보를 상기 차상 EIS에 제공하는 OC로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템을 제공한다.

이때, 상기 OC는 상기 PM의 정위 또는 반위, 쇄정(lock) 또는 해정(unlock), 고장 또는 정상을 포함하는 PM 상태정보를 확인하여 차상 EIS에 제공하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 PM은 차량의 접촉한계를 반영한 분기영역(switching area)을 가지며, 상기 차상 EIS는 OC로부터 해당 PM의 동작상태를 수신하여 확인하고 확보된 PM의 분기영역 만큼의 진로를 차상 ATP에 제공하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 차상 EIS에서 관리하는 PM의 상태정보는 PM의 고유한 ID와 해당 PM의 분기영역, 정위 또는 반위 상태, 쇄정 또는 해정 상태, PM의 접근에 필요한 키(Key)값으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은;

열차의 차상 EIS에서 관제 ATS의 진로 명령을 바탕으로 진로를 구성하는 복수의 PM에 관한 PM 리스트의 상태정보를 PM의 OC로부터 수신하여 확인하는 제1단계; 상기 차상 EIS는 해정 또는 쇄정상태인지를 확인하여 특정 PM의 해정상태로 판단되면 특정 PM과 연결된 OC에 PM을 쇄정상태로 변경을 요청하는 제2단계; 상기 차상 EIS는 상기 OC로부터 PM의 상태를 쇄정상태 변경과 동시에 생성된 PM의 접근에 필요한 고유 키(Key) 값을 수신하는 제3단계; 및 상기 차상 EIS는 상기 OC로부터 받은 키(Key) 값을 이용하여 해정 명령을 특정 PM과 연결된 OC로 전송하여 PM을 해정하는 제4단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법도 제공한다.

이때, 상기 제1단계는, 열차의 차상 EIS에서 특정 PM의 상태정보를 요청하는 상태요청 메시지를 노선의 모든 OC에 전달하는 제1_1단계; 및 차상 EIS에 특정 PM의 OC로부터 PM의 상태정보를 수신하는 제1_2단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1단계는, 열차의 차상 EIS에서 모든 OC로부터 개별 연결되는 PM의 감시된 상태정보를 수신하는 단계;인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제1단계 이전에 상기 차상 EIS는 관제 ATS로부터 열차 고유의 스케줄에 따라 진로에 대한 명령을 수신하여 노선의 모든 PM의 ID와 해당 PM의 분기영역을 저장하는 제5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차상 EIS에서 관리하는 PM의 상태정보는 PM의 고유한 ID와 해당 PM의 분기영역, 정위 또는 반위 상태, 쇄정 또는 해정 상태, PM의 접근에 필요한 키(Key)값으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제2단계는 상기 차상 EIS에서 요청한 PM 리스트에 존재하는 모든 PM이 해정상태가 될때까지 해당 열차의 진로를 보류하는 단계인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제4단계는, 차상 EIS에서 차상 ATP로부터 열차의 위치와 선로의 점유구간을 지속적으로 수신하여 열차의 후미부가 PM 영역을 빠져나오면 해당 PM의 OC에게 해정을 명령하는 제4_1단계; 및 상기 해당 PM의 해정 명령을 받은 OC로부터 해당 PM을 해정상태로 바꾼 이후의 상태정보를 수신하는 제4_2단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제4단계에서 상기 차상 EIS는 분기구간에 열차가 존재하는 상태에서 쇄정상태인 PM의 OC 또는 관제센터로부터 쇄정된 PM의 강제 해정명령이 수신되면 관제센터 또는 OC로 해정불가 정보를 전송하는 단계인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제4단계에서 상기 차상 EIS는 ATP로부터 수신한 열차의 현재 제동거리가 특정 PM의 비분기영역에 있으면서 관제센터로부터 특정 PM의 강제해정 명령을 해당 PM과 연결된 OC와 차상 EIS로 전송하는 단계; 및 상기 해당 PM의 키(Key)를 소유한 차상 EIS가 PM 해정가능한 상태여부를 확인하고 키(Key)를 PM의 OC에 반환함으로써 해당 PM을 해정시키는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위해 지상의 EIS 설비를 구비하지 않고 차상 EIS 기반으로 시스템을 간소화하여 시스템의 설치 및 유지보수 비용의 절감 효과가 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 차상 EIS 기반으로 시스템의 유연성 및 확장성 향상이 가능하다. 즉 본 발명은 기존 지상중심 무선통신기반 열차주행안전시스템의 지상설비를 차상으로 흡수함에 따라 제어경로가 단순화되고 운영변화에 유동적으로 대응할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 OC와 PM의 분기영역의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 차상기반 연동시스템의 구성장치간 정보 송수신 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 차상 EIS의 PM 상태정보 요청 및 응답 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 차상 EIS에 주기적인 PM 상태정보의 보고 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 PM의 분기영역을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 OC를 통한 PM의 쇄정 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 OC를 통한 PM의 해정 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 차상 EIS에서 관리하는 선로구간의 구분 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 열차 진로 구성 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 차상 EIS에 접근(보류)쇄정 여부의 판단 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 운영자 강제 해정으로 인해 진로가 축소됨으로써 MA(이동권한) 단축상황을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템 및 그 방법을 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.

우선 도 1을 참고하면, 열차간 연결기반 열차제어시스템은 크게 지상설비와 차상장치로 구성된다.

이때, 상기 지상설비는 관제 ATS(Automatic Train Supervision)(1)와, 지상의 데이터 통신망 그리고 PSM(Precision Stop Marker)(2)과 TAG/Balise와 같은 선로변 지상자(3)로 구성되고, 차상설비는 차상 무선통신장치(4), PSM sensor(5), 지상자 리더기 및 안테나(6), 그리고 차상 ATP/ATO(Automatic Train Operation)/EIS 등의 차상장치(7), 서브시스템으로 열차의 추진/제동시스템(8)으로 구성된다.

한편, 본 발명에서는 지상의 어떠한 제어설비도 존재하지 않으므로 PSD(Platform Screen Door)(9)와 PM(Point Machine)(10) 그리고 인접 열차의 차상 ATP와는 무선통신망을 통해서 제어정보를 주고 받는다. 차상의 ATP/ATO 등의 차상장치(7)는 열차의 추진/제동시스템(8)과 인터페이스 되어 안전간격을 확보하기 위한 열차의 가·감속을 제어한다.

이와 같은 열차간 연결기반 열차제어시스템은 차상장치(7) 스스로 열차의 선로 점유구간과 열차의 이동권한을 계산하여 인접열차(후행열차)에 제공한다. 이외에도 열차의 특성을 비롯한 가·감속 제어정보 등 실시간 정보제공이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템의 구성을 설명한다.

이때, 열차간 연결기반 열차제어시스템에서의 연동시스템은 도 2와 같이 OC(Object controller)(20)가 무선으로 관제 ATS(1)와 차상 EIS(30)와 통신을 수행하거나 도 3에 도시된 바와 같이 PM(Point Machine;선로전환기)(10)이 선로변 무선통신망 기지국(15)에 연결이 용이한 경우에는 유선으로 OC(20)를 선로변 무선통신망 기지국(15)을 통해 관제 ATS(1)와 차상 EIS(30)와 통신을 수행한다.

좀 더 구체적으로 설명하면 도 2의 경우 OC(20)는 자체적으로 무선설비가 갖추어져 있어 관제 ATS(1) 및 차상 EIS(30)와 무선통신으로 제어정보를 송수신한다. 반면 도 3의 경우 OC(20)는 선로변 무선통신설비와 유선으로 연결되어 있어 차상 EIS(30)와 선로변 무선통신 기지국(15) 사이 무선통신으로 제어정보를 송수신한다.

이와 같은 연동시스템은 열차 고유의 스케줄에 따라 진로에 대한 명령을 수행하는 관제 ATS(1)와, 상기 관제 ATS(1)의 명령에 따라 열차의 진로를 제어하고 제어의 무결성을 확인하는 차상 EIS(30)와, 선로를 전환하는 PM(10)과 상기 차상 EIS(30)의 명령에 따라 상기 PM(10)의 제어를 수행하고 상기 PM(10)의 상태정보를 상기 차상 EIS(30)에 제공하는 OC(20)로 구성된다.

이때, 상기 OC(20)는 하나 이상의 PM(10)과 연결되며 PM의 정위 또는 반위, 쇄정(lock) 또는 해정(unlock), 고장 또는 정상 등의 PM 상태정보를 확인하여 차상 EIS(30) 또는 관제 ATS(1)에 제공한다.

상기 쇄정 또는 해정은 Mutex의 개념으로 차상 EIS(30)가 OC(20)를 통해 특정 PM(10)을 제어하기 위해서는 해당 PM(10)이 타 열차의 차상 EIS(30)에 의해서 중복제어가 되지 않도록 해당 리소스(여기서는 PM)에 대한 반위(lock) 또는 쇄정(unlock)을 수행하는 것을 의미한다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이 선로변의 모든 PM(10)은 차량의 접촉한계를 반영한 분기영역(switching area)(10a)을 가진다. 이 경우 예를 들어 21A와 21B PM과 같이 쌍동인 경우 반위인 경우에만 분기영역이 의미를 가진다. 이를 통해 열차의 차상 EIS(30)는 OC(20)에 해당 PM(10)을 쇄정하고 동작하도록 명령한다. 그리고 상기 차상 EIS(30)는 OC(20)로부터 해당 PM(10)의 동작상태를 수신하여 확인하고 확보된 PM(10)의 분기영역(10a) 만큼의 진로를 차상 ATP(32)에 제공한다.

이와 같은 차상기반 연동시스템의 각부 구성장치간 정보 송수신 흐름은 도 5에 도시된 바와 같다. 이에 의하면 차상 EIS(30)는 차상 ATP(32)로부터 열차(T)의 위치와 방향, 그리고 열차의 노선구간 점유정보와 이동권한을 수신하고, 또한 쇄정조건을 판단하기 위해 열차의 현재위치와 현재속도에서의 제동거리를 수신한다. 그리고 상기 차상 EIS(30)는 차상 ATP(32)로 안전한 진로의 끝을 제공한다. 또한 상기 차상 EIS(30)는 OC(20)를 통해 PM(10)의 상태를 확인하여 해당 PM(10)의 제어를 명령한다. 아울러 상기 OC(20)는 PM(10)의 실시간 상태정보를 수신하여 차상 EIS(30)에 제공한다.

이하, 도 6 내지 도 15를 참고로 본 발명에 따른 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템의 동작 과정을 설명한다.

먼저, 도 6 및 도 7을 참고로 차상 EIS(30)와 OC(20) 간 통신 방법을 설명한다.

노선을 운행하는 모든 열차(T)의 차상 EIS(30)와 지상의 OC(20)들은 각각 단일 및 멀티캐스트 주소에 등록되어 있다. 차상 EIS(30)는 해당 통신주소를 통해 OC(20)와 제어정보를 송수신한다.

이때, 차상 EIS(30)가 PM(10)의 상태를 확인하는 방법은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 첫째 차상 EIS(30)의 요청에 의해서 OC(20)로부터 PM(10)의 상태정보를 수신하는 방법과 둘째 각 OC(20)가 주기적으로 자신이 감시하고 있는 PM(10)의 상태정보를 차상 EIS(30)로 보고하는 방법, 즉 두 가지가 가능하다.

먼저, 도 6은 차상 EIS(30)의 요청 및 응답을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이에 의하면 만약 노선에 K 대의 열차(T)가 존재하고 N개의 PM(10)이 존재한다고 가정할 때, 예를 들어 도 6의 (a)에서와 같이 특정 열차인 열차 #1의 차상 EIS(30)가 특정 PM(10)의 상태정보를 요청한 경우 상태요청 메시지는 모든 OC(20)에 전달된다.

한편, 차상 EIS(30)는 상태요청 메시지에 대하여 도 6의 (b)에서와 같이 그 중에서 특정 PM(10)과 연결되는 특정 OC(20)로부터 상태정보를 수신한다. 이때, 비록 노선에서 운행중인 모든 열차에서 특정 PM(10)의 상태정보를 수신할 수 있지만, 복수의 차상 EIS(30)들 중에 특정 PM(10)의 상태를 요청하지 않은 차상 EIS(30)는 비록 PM의 상태정보를 수신하더라도 무시하게 된다.

즉, 특정 열차의 차상 EIS(30)가 특정 PM(10)의 상태정보를 요청한 경우 상태요청 메시지는 모든 OC(20)에 전달되며 모든 그 중에서 특정 PM(10)과 연결되는 특정 OC(20)로부터 상태정보를 수신한다.

그리고, 도 7은 노선상의 모든 PM이 주기적으로 모든 차량을 대상으로 자신의 상태정보를 제공하는 경우이다. 이에 의하면 만약 노선에 K 대의 열차(T)가 존재하고 N개의 PM(10)이 존재한다고 가정할 때, 특정 열차의 차상 EIS(30)가 특정 PM(10)의 상태정보를 요청하지 않는 경우로, 주기적으로 모든 OC(20)는 개별 연결되는 PM(10)의 감시된 상태정보를 노선에서 운행중인 모든 열차의 차상 EIS(30)로 전송한다.

이하, 도 8을 참고로 차상 EI에서 PM의 상태정보를 저장하는 과정을 설명한다.

차상 EIS(30)는 노선의 모든 PM(10)의 ID와 해당 PM(10)의 분기영역(10a)을 저장하고 있다. 또는 PM에 대응하는 OC가 해당 PM의 분기영역을 제공하도록 구성이 가능하다.

이때, 상기 PM(10)의 분기영역(10a)은 선로변 TAG/Balise와 같은 선로변 지상자(3)로부터의 거리로 표현한다. 즉 도 8에서와 같이 분기영역(10a)은 임의의 기준 TAG로부터의 거리 x와 y로 표현이 가능하다. 따라서 분기영역의 시점은 기준 TAG의 ID인 TG_K에 y 만큼 떨어진 점이며 종점은 TG_K로부터 x 만큼 떨어진 점으로 표현이 가능하다.

한편, 상기 차상 EIS(30)에서 관리하는 PM(10)의 상태정보는 다음과 같이 구성할 수 있다. PM(10)의 고유한 ID와 해당 PM(10)의 분기영역, 정위 또는 반위 상태, 쇄정 또는 해정 상태, PM의 접근에 필요한 키(Key)값, 그리고 쌍동인 경우 해당 PM(10)의 ID로 구성된다.

이때, 상기 차상 EIS(30)에서 관리하는 PM(10)의 상태정보 중에 PM(10)의 정위 또는 반위 상태, 쇄정 또는 해정 상태는 OC(20)를 통해서 수신하는 경우에만 값이 설정될 수 있다.

이와 같은 PM(10)의 상태정보는 "<PM_ID, [TG_K + y, TG_K + x], Nominal/Reverse, Lock/Unlock, Key, Twin PM_ID>" 와 같은 구성으로 이루어진다.

다음으로 도 9 및 도 10을 참고로 단일 PM의 쇄정 및 해정 과정을 설명한다.

먼저 열차의 차상 EIS(30)가 OC(20)를 통해 해정된 PM(10)을 자신의 리소스로 확보하기 위해 쇄정하는 방법은 다음과 같다.

우선 도 9를 참고하면 차상 EIS(30)는 해정상태인지를 확인하여 특정 PM(10)의 해정상태로 판단되면 특정 PM(10)과 연결된 OC(20)에 해당 PM(10)의 상태를 쇄정상태로 변경을 요청한다. 이에 OC(20)는 PM(10)의 상태를 쇄정상태로 변경함과 동시에 고유 키(Key) 값을 생성하여 차상 EIS(30)에 제공한다.

물론, 상기 OC(20)는 상태정보를 PM(10)으로부터 수신하여 쇄정상태여부를 확인하고 고유 키(Key) 값을 생성하여 차상 EIS(30)에 제공한다.

이때, 상기 OC(20)는 해당 PM(10)이 해정상태인 경우 차상 EIS(30)가 PM(10)에 대한 쇄정요청이 있을 때마다 매번 새로운 키(Key) 값을 생성하여 요청한 차상 EIS(30)에 제공한다.

그리고, 상기 OC(20)가 생성하는 키(Key) 값은 차상 EIS(30)에서 기존에 가지고 있던 값에 의해서 동작되지 않고 여러 OC(20)가 중복해서 값을 생성할 수 없도록 충분히 긴 값이어야 한다.

만약 진로내에 단일 PM이 아닌 여러 PM이 존재하는 경우 열차의 차상 EIS(30)은 ATS(1)로부터 수신된 진로 내에 존재하는 모든 PM을 확보할 때까지 진로의 구성을 보류한다. 즉, 모든 PM이 확보가능 한 경우에만 키(Key) 값을 가져온다.

한편, 도 10을 참고하면 상기 차상 EIS(30)는 자신이 확보한 PM(10)을 해정시키기 위해 해당 OC(20)로부터 받은 키(Key) 값을 이용하여 해정 명령을 해당 OC(20)로 전송한다. 이에 따라 해당 OC(20)는 해당 PM(10)을 쇄정시킨 차상 EIS(30)의 명령에 의해서만 PM(10)의 해정이 가능하도록 한다.

PM의 쇄정단계에서 ATS 진로명령으로부터 수신된 모든 PM을 확보할 때 까지 진로를 보류한 것과 달리 해정상태인 경우 열차가 PM 영역을 빠져 나올 때마다 순차적으로 개별 PM을 해정한다.

이와 같은 PM(10)의 쇄정과 해정은 차상 EIS(30) 이외에도 관제센터 운영자의 수동 취급에 의해서도 가능하다. 이는 운영자가 운영화면을 통해 취급하고자 하는 PM(10)의 상태를 확인 할 수 있고, 이는 해당 PM(10)이 타 열차에 의한 해정상태인 경우 차상 EIS(30)의 경우와 마찬가지로 쇄정 또는 해정 절차를 수행한다.

그리고, 도 11을 참고로 선로구간의 구분에 관해 설명한다.

본 발명에 따른 차상기반 연동시스템에서 선로구간은 분기영역과 분기영역이 아닌 구간(비분기구간)으로 구분된다. 차상 EIS(30)가 차상 ATP(32)에 제공하는 진로정보는 PM(10)의 분기영역만을 담당한다. 즉 도 11에 도시된 바와 같이 분기영역(10a)을 제외한 모든 선로구간(비분기구간)의 경우 차상 EIS(30)는 어떠한 조건 없이 차상 ATP(32)에 진로를 제공한다.

다음으로 도 12를 참고로 열차의 진로 구성, 제공 및 해정에 관해 설명한다.

차상 EIS(30)가 차상 ATP(32)에 제공하는 진로는 관제 ATS(1)의 스케줄 명령에 따라 이루어진다. 이때, 차상 EIS(30)는 만약 앞으로 제공해야 할 진로가 분기영역(10a)을 포함하는 경우 진로를 구성하는 PM(10)의 리스트와 각 PM(10)의 조건을 확인하여야 한다.

이때, 상기 차상 EIS(30)는 해당 PM 리스트를 확보하기 위해 OC(20)에 멀티캐스트 주소를 이용하여 해당 상태를 수신한다. 도 12에서 열차의 차상 EIS(30)는 PM 21A, 21B에 해당하는 분기영역 전까지 진로를 차상 ATP(32)에 제공한 상태이므로 열차의 이동권한은 최대 X 지점까지 확장이 가능하다.

예를 들어 열차 A는 관제 ATS(1)의 스케줄 명령을 받아 붉은색 화살표 방향으로 역에 진입하고자 한다. 관제 ATS(1)는 열차 A의 차상 EIS(30)로 붉은색 화살표에 해당하는 진로를 명령한다. 열차 A의 차상 EIS(30)는 관제 ATS(1)의 진로 명령을 바탕으로 진로를 구성하는 PM 리스트<21A, 21B, 23, 25>의 상태정보 요청에 의하거나 또는 주기적으로 OC(20)로부터 PM의 상태보고를 통해 확인한다.

이때, 예를 들어 열차 A의 차상 EIS(30)는 만약 PM 리스트에 존재하는 모든 PM(10)이 즉 <21A, 21B, 23, 25>의 상태가 모두 해정상태인 경우(타 열차로부터 점유되지 않은 리소스인 경우) 우선 해당 PM리스트를 쇄정시킨 다음(열차 A가 해정하기 전까지 타 열차로부터 점유되지 않도록 lock을 수행) 각각의 PM으로부터 수신된 제어 키(Key) 값을 이용하여 PM 제어명령을 멀티캐스트 통신주소를 이용하여 각 OC(20)로 전송한다.

즉, <21A-정위, 21B-정위, 23-반위, 25-정위> 명령을 전송한다. 21A와 21B는 쌍동이므로 21B가 정위이면 21도 정위상태를 유지하여야 한다. 해당 PM(10)의 OC(20)는 차상 EIS(30)의 명령대로 PM(10)을 제어한다. 열차 A의 차상 EIS(30)는 OC(20)로부터 제어명령에 대한 PM의 상태정보를 수신하여 해당 PM의 제어가 무결하게 수행되어 있음을 확인한다.

이때, 상기 열차 A의 차상 EIS(30)는 요청한 PM 리스트 중에서 어느 하나라도 해정상태가 아닌 경우에는 리스트에 존재하는 모든 PM이 해정상태가 될때 까지 해당 열차의 진로를 보류한다. 즉 열차 A는 X 지점 이후의 진로를 수신하지 못한다.

한편, 열차 진로 제공의 경우, 차상 EIS(30)는 해당 PM(10)의 제어가 무결하게 수행되어 있음을 확인 후 PM 리스트의 분기영역들을 포함한 진로를 열차의 차상 ATP에 제공한다. 만약 도 12에서 열차 A에게 제공되어야 할 진로의 끝이 Y라면 차상 EIS(30)는 X지점에서 Y지점으로 가기 위해 필요한 분기영역 즉, PM 21A & 21B, PM 23, PM 25의 분기영역 모두를 확보하였기 때문에 Y 지점까지의 안전한 진로의 끝을 차상 ATP에 제공할 수 있다. 따라서 차상 ATP는 차상 ATO(또는 운전자)에게 Y 지점까지 열차의 이동을 허가 한다.

그리고, 열차 진로 해정의 경우, 차상 EIS(30)는 차상 ATP(32)로부터 열차의 위치와 선로의 점유구간을 지속적으로 수신하고 있으므로 열차가 Y 지점까지 이동하면서 열차의 후미부가 PM 영역을 빠져나올 때 마다 차례대로 해당 PM(10)의 OC(20)에게 해정을 명령한다. 이에 따라 상기 해당 PM(10)의 해정 명령을 받은 OC(20)는 해당 PM(10)을 해정상태로 바꾼 후에 해당 상태정보를 차상 EIS(30)에 전송한다.

이하, 도 13 내지 도 15를 참고로 쇄정논리 수행 과정을 설명한다.

우선 철사 쇄정은 선로의 분기영역에 열차가 존재하는 경우 즉, 분기영역 내에 열차의 점유구간이 존재하는 경우 해당 PM(10)을 임의로 전환하지 못하도록 쇄정하는 것을 의미한다. 정상적인 상황에서 OC(20)는 타 열차의 접근을 허용하지 않기 때문에 열차(T)가 PM(10)의 분기영역(10a) 내에 존재하는 경우 해정이 이루어질 수 없다.

만약, 운영자가 OC(20)를 통해 이미 특정 열차(T)의 차상 EIS(30)로부터 쇄정된 PM(10)을 강제로 해정시키려 하는 경우 해당 명령에 대한 정보는 노선상의 모든 OC(20) 뿐만 아니라 모든 열차의 차상 EIS(30)로 전달한다.

즉, 운영자가 해정을 요구하는 PM(10)의 ID와 해정 명령은 멀티캐스트 통신주소를 통해 모든 차상 EIS(30)로 전달된다. 해당 PM(10)을 점유하고 있는 차상 EIS(30)는 차상 ATP(32)로부터 열차의 위치와 선로의 점유구간을 지속적으로 수신하고 있으며 해당 PM(10)의 분기영역(10a)에 자신이 존재하고 있기 때문에 운영자가 인지할 수 있도록 관제센터 또는 OC(20)로 해정불가 정보를 전송한다. 그렇지 않은 경우, 즉 열차가 해당 PM의 분기영역에 존재하지 않으면서 현재 열차가 정차하는 경우에도 분기영역에 진입하지 않을 정도로 거리상 여유가 있는 경우는 해당 PM의 제어 키(Key)를 OC(20)에 반환하여 해당 PM이 해정상태로 변경된다. 이 후 ATS 관제는 OC(20)에 반환된 키(Key)를 획득함으로써 해당 PM의 제어권을 가지게 된다.

다음으로 접근(보류) 쇄정은 열차(T)가 분기영역(10a)에 진입하는 경우 해당 분기영역(10a)을 담당하는 PM을 임의로 전환하지 못하도록 쇄정하는 것을 의미한다. 차상 기반의 연동시스템의 경우 차상 EIS(30)가 ATP(32)로부터 열차의 실시간 위치 및 점유정보, 현재 제동거리, 이동권한을 수신할 수 있으며 열차(T)가 허가받지 않은 PM(10) 앞에서 반드시 정차되도록 ATP(32)의 이동권한과 제한속도를 설정할 수 있다.

만약, 열차(T)가 분기영역에 정상 접근 중 운영자가 강제로 해정시키려 하는 경우 해당 정보를 노선상의 모든 OC(20)와 열차의 차상 EIS(30)로 전달한다. 해당 PM(10)의 ID를 바탕으로 키(Key)를 가지고 있는 열차의 차상 EIS(30)는 열차의 현재 제동거리가 분기영역(10a)에 닿는지(즉, 열차가 현재 제동을 수행하면 탈선의 위험이 있는지)를 확인하여 명령의 적용여부를 판단한다.

도 13은 접근(보류)쇄정 여부 판단시 운영자 강제 해정이 불가능한 경우를 도시한 도면으로, 열차가 분기영역에 접근하고 있으며 운영자가 OC(20)를 통해 해당 PM(10)을 해정하려 할 경우 운영자의 요청은 PM(10)을 점유하고 있는 차상 EIS(30)로 전달된다. 하지만 열차(T)의 현재 제동거리가 분기영역(10a)에 들어오기 때문에 차상 EIS(30)는 운영자의 명령을 거부할 수 있다.

도 14는 접근(보류)쇄정 여부 판단시 운영자 강제 해정이 가능한 경우를 도시한 도면으로, 차상 EIS(30)는 ATP(32)로부터 수신한 열차의 현재 제동거리가 분기영역(10a) 밖에 있는 경우 차상 EIS(30)는 운영자의 요청을 받아들여 해당 PM(10)을 해정시킨다. 해정에 따라 열차의 이동권한은 도 15와 같이 단축되고 열차(T)는 분기영역(10a) 밖에 정차하게 된다.

다음으로 차상기반 연동시스템에서 열차(T)의 진로는 연속된 PM 리스트를 의미한다. 진로 쇄정이란 열차가 진로를 구성하는 시작과 종료의 PM이 열차가 지나가면서 해정요청하기 전까지 해정되지 않아야 함을 의미한다. 이는 도 11에사와 같이 PM 리스트 사이에는 분기구간이 아닌 일반 궤도구간(비분기구간)이 존재할 수 있다.

열차(T)에 대한 진로가 구성이 된 이후에 특정 PM(10)을 대상으로 운영자에 의해 강제 해정을 시도할 경우 운영자의 요청은 해당 PM(10)의 리소스를 점유하고 있는 차상 EIS(30)에 전달된다. 마찬가지로 해정요청의 판단은 전술한 접근(보류) 쇄정의 경우와 동일하다.

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: 관제 ATS 2: PSM
3: 선로변 지상자 4: 차상 무선통신장치
5: PSM sensor 6: 지상자 리더기 및 안테나
7: 차상장치 8: 추진/제동시스템
9: PSD 10: PM
15: 선로변 무선통신 기지국 20: OC
30: 차상 EIS

Claims

열차 고유의 스케줄에 따라 진로에 대한 명령을 수행하는 관제 ATS와, 상기 관제 ATS의 명령에 따라 열차의 진로를 제어하고 제어의 무결성을 확인하는 차상 EIS와, 분기구간의 선로를 전환하는 PM과, 상기 차상 EIS의 명령에 따라 상기 PM의 제어를 수행하고 상기 PM의 상태정보를 상기 차상 EIS에 제공하는 OC로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템.
제 1항에 있어서,
상기 OC는 상기 PM의 정위 또는 반위, 쇄정(lock) 또는 해정(unlock), 고장 또는 정상을 포함하는 PM 상태정보를 확인하여 차상 EIS에 제공하는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템.
제 1항에 있어서,
상기 PM은 차량의 접촉한계를 반영한 분기영역(switching area)을 가지며, 상기 차상 EIS는 OC로부터 해당 PM의 동작상태를 수신하여 확인하고 확보된 PM의 분기영역 만큼의 진로를 차상 ATP에 제공하는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템.
제 1항에 있어서,
상기 차상 EIS에서 관리하는 PM의 상태정보는 PM의 고유한 ID와 해당 PM의 분기영역, 정위 또는 반위 상태, 쇄정 또는 해정 상태, PM의 접근에 필요한 키(Key)값으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동시스템.
열차의 차상 EIS에서 관제 ATS의 진로 명령을 바탕으로 진로를 구성하는 복수의 PM에 관한 PM 리스트의 상태정보를 PM의 OC로부터 수신하여 확인하는 제1단계;
상기 차상 EIS는 해정 또는 쇄정상태인지를 확인하여 특정 PM의 해정상태로 판단되면 특정 PM과 연결된 OC에 PM을 쇄정상태로 변경을 요청하는 제2단계;
상기 차상 EIS는 상기 OC로부터 PM의 상태를 쇄정상태 변경과 동시에 생성된 PM의 접근에 필요한 고유 키(Key) 값을 수신하는 제3단계; 및
상기 차상 EIS는 상기 OC로부터 받은 키(Key) 값을 이용하여 해정 명령을 특정 PM과 연결된 OC로 전송하여 PM을 해정하는 제4단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서, 상기 제1단계는,
열차의 차상 EIS에서 특정 PM의 상태정보를 요청하는 상태요청 메시지를 노선의 모든 OC에 전달하는 제1_1단계; 및
차상 EIS에 특정 PM의 OC로부터 PM의 상태정보를 수신하는 제1_2단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서, 상기 제1단계는,
열차의 차상 EIS에서 모든 OC로부터 개별 연결되는 PM의 감시된 상태정보를 수신하는 단계;인 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제1단계 이전에 상기 차상 EIS는 관제 ATS로부터 열차 고유의 스케줄에 따라 진로에 대한 명령을 수신하여 노선의 모든 PM의 ID와 해당 PM의 분기영역을 저장하는 제5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서,
상기 차상 EIS에서 관리하는 PM의 상태정보는 PM의 고유한 ID와 해당 PM의 분기영역, 정위 또는 반위 상태, 쇄정 또는 해정 상태, PM의 접근에 필요한 키(Key)값으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제2단계는 상기 차상 EIS에서 요청한 PM 리스트에 존재하는 모든 PM이 해정상태가 될때까지 해당 열차의 진로를 보류하는 단계인 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제4단계는, 차상 EIS에서 차상 ATP로부터 열차의 위치와 선로의 점유구간을 지속적으로 수신하여 열차의 후미부가 PM 영역을 빠져나오면 해당 PM의 OC에게 해정을 명령하는 제4_1단계; 및
상기 해당 PM의 해정 명령을 받은 OC로부터 해당 PM을 해정상태로 바꾼 이후의 상태정보를 수신하는 제4_2단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제4단계에서 상기 차상 EIS는 분기구간에 열차가 존재하는 상태에서 쇄정상태인 PM의 OC 또는 관제센터로부터 쇄정된 PM의 강제 해정명령이 수신되면 관제센터 또는 OC로 해정불가 정보를 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제4단계에서 상기 차상 EIS는 ATP로부터 수신한 열차의 현재 제동거리가 특정 PM의 비분기영역에 있으면서 관제센터로부터 특정 PM의 강제해정 명령을 해당 PM과 연결된 OC와 차상 EIS로 전송하는 단계; 및
상기 해당 PM의 키(Key)를 소유한 차상 EIS가 PM 해정가능한 상태여부를 확인하고 키(Key)를 PM의 OC에 반환함으로써 해당 PM을 해정시키는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템을 위한 차상기반 연동 방법.