KR20180015786A - 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법 - Google Patents

열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법에 관한 것으로; 선행열차와 후행열차간 direct-path 형태의 직접적인 제어경로를 통해 열차의 안전한 간격을 제어하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템에서의 선행 열차의 탐색 및 선행 열차의 위치 정보 무결성 검증을 통해 열차 스스로 주변의 열차 운행 상황을 인지하고 안전 운행을 할 수 있도록 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법을 제공한다.
본 발명은 운행열차의 차상 ATP로 지상 ATS의 임무시작 명령이 수신되면 사전에 저장된 영업 노선의 멀티캐스트 주소를 이용하여 해당 영업 노선에 존재하는 모든 주행열차 및 관제용 ATS에게 통신그룹 등록을 요청하는 GS(Group Solicitation)메시지를 멀티캐스트로 전송하는 제1단계; 상기 운행열차의 차상 ATP는 상기 주행열차로부터 통신그룹 등록을 수락하는 GA(Group Advertisement)메시지가 유니캐스트로 수신되면 통신그룹 완료 상태로 전환하는 제2단계; 상기 운행열차의 차상ATP는 자신의 위치를 상기 주행열차로 전송하고, 상기 주행열차가 전송한 PR 메시지가 수신되면 주행열차의 위치와 진행방향, 진행경로를 포함하는 운행정보를 수집하여 자신의 차상ATP의 운행DB에 갱신하는 제3단계; 상기 운행열차의 차상ATP는 상기 운행DB를 갱신시 자신의 지도에 상기 주행열차의 위치를 매핑하고 자신과 지리적으로 가까운 선행열차를 탐색 및 결정하는 제4단계; 및 상기 운행열차의 차상 ATP는 D2D(Device to Device)를 이용하여 자신의 위치로부터 일정 전파범위(Radio Coverage)(RC) 안에 열차가 존재하는지 확인하여 자신의 운행DB 중 선행열차와 주변열차 정보의 무결성을 확인하는 제5단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법 {Train-to-train communication based preceding train discovery and the integrity checking method}
본 발명은 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 선행열차와 후행열차간의 직접적인 제어경로를 통해 열차의 안전한 간격을 제어하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템에서 열차 스스로 주변의 열차 운행 상황을 인지하고 안전운행을 할 수 있도록 선행 열차의 탐색 및 선행 열차의 위치 정보 무결성 검증을 확인하는 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, 무선통신기반 열차 제어 시스템에서 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 개입없이 자동으로 이루어지도록 하는 구성이 제안된다.
이와 같은 종래 무선통신기반의 열차 간격을 제어하는 시스템 중 기존의 CBTC(Communication Based Train Control)와 같은 무선통신기반 열차제어시스템은 차상시스템과 지상시스템 간에 이루어지는 제어정보를 바탕으로 열차의 안전한 간격제어를 수행한다. 즉, 열차의 실시간 위치보고를 기반으로 지상에서 차상으로 열차의 이동권한과 속도프로파일을 제공하는 triangular-path 형태의 제어경로를 가진다.
반면, 열차간 연결기반 열차제어시스템은 지상 제어시스템 없이 선행 열차의 위치보고를 기반으로 열차 스스로 자신의 이동권한과 속도프로파일을 결정하는 direct-path 형태의 제어경로를 가진다. 열차간 연결기반 열차제어시스템에서 지리적으로 가까운 선행 열차를 탐색하고 등록하는 기능은 안전기능으로 관리되어야 한다.
만약, 도 1에 도시된 바와 같이 열차 T3가 선행 열차 T2를 인지하지 못하고 열차 T1을 선행열차로 인지하는 경우 추돌 사고가 발생 우려가 있다.
또한, 열차간 연결기반 열차제어시스템은 열차의 분기 및 고장 등으로 인해 열차연결이 변경되어야 하는 상황이 발생될 경우를 대비하여 연결에 대한 무결성을 지속적으로 유지하여야 한다.
참고문헌 1 : 등록특허 제10-1449742호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 선행열차와 후행열차간 제어경로를 통해 열차의 안전한 간격 제어를 수행할 수 있도록 선행 열차의 탐색 및 선행 열차의 위치 정보 무결성 검증을 수행하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 선행열차와 후행열차간 direct-path 형태의 직접적인 제어경로를 통해 열차의 안전한 간격을 제어하는 열차간 연결기반 열차자율주행제어시스템에서의 선행 열차의 탐색 및 선행 열차의 위치 정보 무결성 검증을 통해 열차 스스로 주변의 열차 운행 상황을 인지하고 안전 운행을 할 수 있도록 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
운행열차의 차상 ATP로 지상 ATS의 임무시작 명령이 수신되면 사전에 저장된 영업 노선의 멀티캐스트 주소를 이용하여 해당 영업 노선에 존재하는 모든 주행열차 및 관제용 ATS에게 통신그룹 등록을 요청하는 GS(Group Solicitation)메시지를 멀티캐스트로 전송하는 제1단계; 상기 운행열차의 차상 ATP는 상기 주행열차로부터 통신그룹 등록을 수락하는 GA(Group Advertisement)메시지가 유니캐스트로 수신되면 통신그룹 완료 상태로 전환하는 제2단계; 상기 운행열차의 차상ATP는 자신의 위치를 상기 주행열차로 전송하고, 상기 주행열차가 전송한 PR 메시지가 수신되면 주행열차의 위치와 진행방향, 진행경로를 포함하는 운행정보를 수집하여 자신의 차상ATP의 운행DB에 갱신하는 제3단계; 상기 운행열차의 차상ATP는 상기 운행DB를 갱신시 자신의 지도에 상기 주행열차의 위치를 매핑하고 자신과 지리적으로 가까운 선행열차를 탐색 및 결정하는 제4단계; 및 상기 운행열차의 차상 ATP는 D2D(Device to Device)를 이용하여 자신의 위치로부터 일정 전파범위(Radio Coverage)(RC) 안에 열차가 존재하는지 확인하여 자신의 운행DB 중 선행열차와 주변열차 정보의 무결성을 확인하는 제5단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법을 제공한다.
이때, 상기 제2단계는 수신한 GA메시지의 운행DB 데이터를 비교하여, 현재 노선을 주행중인 주행열차들로부터 수신한 모든 운행DB 데이터의 열차ID와 등록된 주행열차의 수가 동일한지 비교하고, 수신한 운행DB 데이터의 열차ID, 열차IP, 열차 MAC Address를 기준으로 모든 열차의 GA메시지의 송신여부를 검사하여, 모든 주행열차의 운행DB 데이터가 같으며 운행 DB 상에 존재하는 모든 주행열차의 GA 메시지가 수신된 것으로 판단되면, 자신의 운행DB에 열차정보를 저장한 후 통신그룹 완료 상태로 전환하는 단계인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제3단계에서 상기 운행열차가 신규로 투입되는 경우 자신의 위치를 garbage값으로 노선을 주행중인 모든 주행열차로 전송하여 위치를 초기화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4단계에서 상기 운행열차의 차상 ATP는 운행DB를 탐색하여 자신의 운행경로와 동일한 운행경로를 가지며 진행방향으로 바로 앞의 선두에 존재하는 주행열차를 선행 열차로 결정하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제5단계에서 상기 주행열차의 차상 ATP는 정의된 짧은 시간마다 주기적으로 자신의 통신장치를 이용하여 D2D 방식의 Discovery기능을 수행하여 자신의 전파범위(Radio Coverage) 안에 존재하는 주변 주행열차의 통신장치를 탐색하여 MAC Address 정보를 수집하여 자신의 운행DB 데이터와 비교하여 상기 선행열차 및 주변열차들의 정보와 D2D로 탐색한 선행열차 및 주변 열차정보와 동일한지 검사하여 선행열차와 주변열차 정보의 무결성을 확인하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제5단계 이후에, 상기 주행열차의 차상 ATP는 분기구역의 분기기를 제어할 수 있는 제어권한을 획득하고 주행열차가 분기구역에 진입하면서 주행열차의 PR메시지를 수신하여 경로와 이동권한을 확인하여 새로운 선행열차임을 확인하는 제6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제5단계 이후에, 상기 주행열차의 차상 ATP에 열차 삭제를 알리는 ATD(ATS-Train Deletion) 메시지가 수신되면 고장 열차 ID를 취득하여 자신의 운행DB에서 고장열차정보를 삭제하고, ATD메시지에 대한 응답으로 열차 삭제 완료를 알리는 RATD(Response ATS-Train Deletion) 메시지를 관제용 ATS로 유니캐스트 전송하는 제7단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제5단계 이후에, 상기 주행열차의 차상ATP는 차상ATP를 완전히 종료시 등록된 통신그룹에 등록해제를 알리는 FTD(Finish Train Deletion) 메시지를 다른 운행열차들에게 멀티캐스트 송신하고, 운행열차들로부터 주행열차의 등록해제가 완료되었음을 알리는 RFTD(Response Finish Train Deletion) 메세지를 유니캐스트로 수신하고 운행을 종료하는 제8단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제8단계에서 상기 주행열차의 차상ATP는 노선의 모든 운행열차들에게서 RFTD 메시지를 수신하면 정상적으로 차상ATP를 종료하고, 만약 다른 운행열차 중에 응답을 하지 않은 열차가 있다면 다시 FTD 메시지를 전송하는 과정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열차간 연결기반 열차제어시스템에서 선행 열차의 탐색과 열차간 통신의 무결성 관리를 통해 열차의 안전한 간격 제어를 수행할 수 있다.
특히, 본 발명은 안전기능인 열차간 통신연결의 관리를 차상 ATP에서 수행함으로써 타 장치의 안전성 레벨에 영향을 주지 않음은 물론, 기존의 무선통신기반 열차제어시스템의 지상설비를 차상으로 흡수함으로써 지상설비를 단순화할 수 있어, 노선의 확장 또는 투입 열차의 증대 등 운영의 변화에 유동적 대응이 가능하고, 지상설비의 단순화로 설치 및 유지보수 비용의 절감 효과도 있다.
도 1은 열차간 선형연결 오류로 인한 열차 추돌상황을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 열차간 통신연결을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 신규 투입 열차가 해당 열차 노선의 통신그룹에 등록하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 신규 투입되는 운행열차의 해당 노선의 통신그룹 등록프로세스 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 운행열차(Train N)의 지도데이터의 시각화 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 운행열차(Train N)의 선행 열차 탐색 및 결정 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 운행열차(Train N)의 D2D방식의 선행열차 및 주변열차정보 무결성 확인을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 운행열차(Train N)의 분기 및 합류 상황에서의 선행열차 탐색 및 결정과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 복구불가 고장 열차에 대한 해당 열차 노선의 통신그룹 해제 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 복구된 고장 열차에 대한 해당 열차 노선의 통신그룹 재등록 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 차상ATP 종료 시 통신그룹 등록 해제 메시지 전송 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법을 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.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인을 위해 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 운행 중인 노선과 동일한 노선에서 운행 중인 모든 다른 주행열차(Train N-1, N-2 등)에게 정의된 일정주기에 따라 주기적으로 자신의 운행정보(열차ID, 열차IP, 위치, 진행방향, 속도, 운행노선, 운행경로)를 담은 PR(Position Report) 메시지를 전송한다.
그리고, 다른 주행열차(Train N-1, N-2 등)의 차상 ATP(10')는 수신한 PR 메시지를 이용하여 자신이 운행하는 노선에 존재하는 모든 열차의 운행 상황을 인식하며, 지리적으로 가까운 선행 열차 탐색(Discovery) 및 선행 열차의 위치 정보 무결성 검증을 통해 열차 스스로 주변의 열차 운행 상황을 인지하고 안전운행 할 수 있는 방안을 제시한다.
이때, 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 열차 스스로 열차의 위치와 경로를 기반으로 지리적으로 가까운 선행 열차를 탐색하고 등록하며 연결된 선행 열차의 분기 및 고장 등으로 인한 연결의 변경상황 발생시 열차간 감시 및 제어를 위해 지상에는 선로를 따라 운행하는 복수의 열차로부터 수신되는 열차정보를 감시하는 지상시스템으로 관제용 ATS(Automatic Train Supervision)(1)가 설치되며, 열차간 통신을 위해 열차(Train N, N-1 등)에는 차상시스템으로 열차의 가감속 제어를 수행하는 차상 ATO(20)와, 상기 관제용 ATS(1) 및 노선을 운행중인 열차와의 통신을 수행하는 차상 ATP(10)와, 선로를 따라 구비되어 위치정보를 제공하기 위한 태그 또는 표지 등의 지상자(Tag/balise)(2)를 인식하기 위한 리더(Reader)(30) 등이 구비된다.
이하, 도 2 내지 도 11을 참고로 본 발명에 따른 열차간 통신기반 열차제어시스템에서 선행열차 탐색 및 무결성 확인 과정을 열차의 데이터 처리과정을 중심으로 설명한다.
이때, 열차들(Train N, N-1, N-2...)의 차상 ATP는 멀티캐스트(multicast)와 유니캐스트(unicast) 통신을 모두 수행한다.
그리고, 통신그룹이란 영업 노선(예:1호선)에 존재하는 모든 열차간의 통신정보관리를 위한 논리적인 집합이며, 각각의 열차(Train N, N-1, N-2...)의 차상ATP(10,10')는 해당 영업 노선에 운행 중인 열차(Train N, N-1, N-2...)의 통신정보 및 운행정보를 DB화하여 운행DB에 관리한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참고로 열차의 임무의 시작에 따른 등록과정(S1)을 설명한다.
운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 전원 인가 후 관제용 ATS(1)에게서 임무시작 명령을 받고 운행을 시작한다. 이때, 차상ATP(10)는 운행 시작 시 자신이 투입될 노선의 통신그룹(해당 노선에 운행 중인 모든 열차가 등록된 통신그룹)에 등록절차를 진행하는 ‘통신그룹 등록대기’상태로 설정되어 '통신그룹 등록완료' 상태로 전환될 때까지 운행을 시작하지 않는다.
신규 운행을 시작할 운행열차(Train N)는 사전에 저장된 영업 노선의 멀티캐스트 주소를 이용하여 해당 영업 노선에 존재하는 모든 주행열차(Train N-1, N-2...) 및 관제용 ATS(1)에게 자신이 ‘운행을 시작하는 신규 투입 열차로 통신그룹 등록요청’인 GS(Group Solicitation)메시지를 멀티캐스트로 해당 멀티캐스트 주소그룹 내 주행열차(Train N-1, N-2...)에게 전송한다.
이에 따라 멀티캐스트를 통해 GS메시지를 수신 받은 주행열차(Train N-1, N-2...)는 자신이 소유한 통신그룹 정보인 운행DB에 해당 운행열차(Train N)의 정보를 추가하고, 자신의 운행DB 데이터를 GS메시지의 송신자주소로 ‘통신그룹 등록수락’인 응답메시지로 GA(Group Advertisement)메시지를 유니캐스트로 전송한다.
그리고, 상기 신규로 투입된 운행열차(Train N)는 상기 주행열차(Train N-1, N-2...)의 GA메시지가 수신되면 상기 GA메시지의 운행DB를 비교검사한다. 이 경우 비교검사 조건은, 수신한 GA메시지의 운행DB 데이터를 비교하여, 현재 노선을 주행중인 주행열차(Train N-1, N-2...)로부터 수신한 모든 운행DB 데이터의 열차ID와 등록된 주행열차(Train N-1, N-2...)의 수가 동일한지 비교하는 것과, 수신한 운행DB 데이터의 열차ID, 열차IP, 열차 MAC Address를 기준으로 모든 열차의 GA메시지의 송신여부를 검사하는 것이다.
이와 같이 상기 신규로 투입된 운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 이상의 조건 검사를 수행하여 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)의 운행DB 데이터가 같으며, 그 운행 DB 상에 존재하는 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)의 GA 메시지가 수신된 것으로 판단되면, 자신의 운행DB에 열차정보를 저장한 후 통신그룹 완료로 상태가 전환되고 운행을 시작하게 된다.
이때, 상기 신규로 투입된 운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 만약 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)의 GA메시지 수신이 이루어지지 않은 상태 즉 GA 메시지를 송신하지 않은 주행열차(Train N-1, N-2...)가 존재하거나 또는 GA메시지를 하나도 수신 받지 못하였다면 미리 설정된 횟수(예를 들어 3회)만큼 GA(Group Advertisement)메시지의 수신 및 검사 과정을 반복한다.
이와 같이 신규로 투입된 운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 미리 설정된 횟수만큼 GA(Group Advertisement)메시지의 수신 및 검사 과정을 반복 후에도 동일하게 GA 메시지를 송신하지 않은 주행열차(Train N-1, N-2...)가 존재하거나 또는 GA메시지를 하나도 수신 받지 못하는 상황이 발생하면 상기 관제용 ATS(1)에 해당 내용을 통보하고, 관제센터의 관제사의 책임하에 수동제어로 열차정보를 설정하여 운행열차(Train N-1, N-2...)의 운행을 결정한다.
이상과 같이 운행열차(Train N)가 신규로 노선에 투입되기 위해 통신그룹으로 등록(S1)한 이후 열차간 정보 송수신과정(S2)이 이루어지며 이는 도 5를 참고로 설명한다.
먼저, 해당 영업노선(예: 1호선)의 통신그룹에 등록되어 운행 중인 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)는 미리 정의된 일정 주기 마다 자신의 운행정보를 담은 PR(Position Report)메시지를 운행열차(Train N) 및 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)에게 멀티캐스트로 전송한다.
이에 따라 신규로 투입하는 운행열차(Train N)의 경우 '위치 초기화 구간'을 통과하지 않아 자신의 위치가 초기화 되지 않은 상태이므로, 신규로 투입된 운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 자신의 위치를 garbage값으로 노선을 주행중인 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)로 전송한다.
그리고, 신규로 투입하는 운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 노선의 각각 주행열차(Train N-1, N-2...)가 전송한 PR 메시지를 수신하면 송신한 주행열차(Train N-1, N-2...)의 위치와 진행방향, 진행경로 등의 운행정보를 PR메시지로부터 수집하여 자신의 차상ATP(10)의 운행DB(12)에 갱신한다. 운행DB(12)를 갱신할 때마다 갱신된 데이터를 이용하여 해당 열차(Train N-1, N-2...)의 위치를 자신의 운행지도에 매핑(Mapping)하는 과정을 수행한다.
도 5는 모든 주행열차(Train N-1, N-2...)의 PR 메시지를 수신 받은 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 운행DB(12)를 갱신하면서 자신의 운행지도에 Mapping한 데이터를 시각화하여 나타내었다. 이에 의하면 운행 중인 총 4대의 열차(Train N-1 ~ N-4)가 PR 메시지를 운행열차(Train N)로 송신하고, 그에 따라 운행열차(Train N)는 각각의 주행열차(Train N-1 ~ N-4)의 위치를 운행지도에 매핑(Mapping)하고 진행 방향과 진행 경로를 시각화한다.
이후, 운행열차(Train N)의 차상ATP(10)는 다른 주행열차(Train N-1 ~ N-4)와 PR메시지를 주기적으로 송/수신하는데 자신의 운행DB(12)에 존재하는 열차 목록 중 정의된 주기 안에 PR 메시지를 수신하지 못하면 해당 열차의 PR 메시지 수신을 미리 정의된 대기 시간만큼 대기한다.
만일, 대기 시간을 초과하면 관제용 ATS(1)에 알리고, 해당 열차는 마지막으로 수신한 PR 메시지의 위치정보에 따라 해당 구간을 방호구간으로 지정하여 해당 구간으로 진입하지 않도록 한다.
이와 같은 열차간 정보 송수신 과정(S2)을 거친 이후 선행열차 탐색 과정(S3)이 이루어지며 이는 도 6을 참고로 설명한다.
우선 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 해당 노선의 통신그룹에 등록한 후 다른 주행열차(Train N-1 ~ N-4)와 PR메시지를 주기적으로 송/수신하여 운행DB(12)를 갱신할 때마다 자신의 지도에 열차의 위치를 매핑(mapping)하고, 자신과 지리적으로 가까운 선행 열차(Train N-1)를 탐색 및 결정한다.
도 6에 도시한 바와 같이 선행 열차(Train N-1)는 자신의 운행경로와 동일한 운행경로를 가지며 진행방향으로 선두에 존재하는 선로 내 주행열차를 의미한다.
따라서, 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 운행DB(12)를 탐색하여 자신의 운행경로와 동일한 운행경로를 가지며 진행방향으로 바로 앞의 선두에 존재하는 주행열차를 선행 열차(Train N-1)로 결정한다.
이와 같은 선행열차 탐색 과정(S3)을 거친 이후 선행열차 탐색 결과에 대한 무결성 확인 과정(S4)이 이루어지며 이는 도 7을 참고로 설명한다.
먼저, 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 정의된 짧은 시간마다 주기적으로 자신의 통신장치를 이용하여 D2D(Device to Device) 방식의 Discovery기능을 수행한다. 상기 D2D 통신방식은 Infra 통신방식과는 달리 통신장치를 직접 통신하는 방법으로 자신의 전파범위(Radio Coverage)(RC) 안에 존재하는 주변 주행열차(Train N-1, N-2...)의 통신장치를 탐색하여 MAC Address 정보를 수집한다.
이때, 상기 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 수집한 주변 열차 통신장치의 MAC Address를 자신의 운행DB 데이터와 비교하여 해당 통신장치를 탑재한 열차를 찾고 앞 상기 선행열차 탐색 과정(S3)에서 탐색 및 결정한 선행열차(Train N-1)와 주변열차(예를 들어 Train N-3)들의 정보와 D2D로 탐색한 선행열차(Train N-1) 및 주변 열차정보와 동일한지 검사한다.
즉, D2D를 이용하여 자신의 위치로부터 일정 전파범위(Radio Coverage)(RC) 안에 열차가 존재하는지 확인하여 자신의 운행DB 중 선행열차(예를 들어 Train N-1)와 주변열차(예를 들어 Train N-3) 정보의 무결성을 확인한다.
이하에서는 선행열차 탐색 결과에 대한 무결성 확인 과정(S4) 이후, 이례적인 상황에 대한 대응 과정(S5)을 도 8 내지 도 10을 참고로 설명한다.
먼저, 도 8을 참고로 열차의 분기 및 합류 상황에 대한 대응 과정(S5-1)을 설명한다.
운행열차(Train N)의 분기상황에도 운행열차(Train N)의 차상 ATP(10)는 주기적으로 PR 메시지를 송/수신하고 있으며, 다른 선로로 분기시에는 분기구역(BA)에 구비되는 분기기(3)를 이용하여 선로를 변경한다.
이에 운행열차(Train N)가 분기시에는 분기구역(BA)의 분기기(3)를 제어할 수 있는 권한을 획득한 후 분기기(3)를 작동시켜 선로를 변경하고 변경된 선로를 통해 기존 선로(A)에서 다른 선로(B)로 이동한다.
이 시점에는 다른 운행열차(예를 들어 Train N-1, N-3)가 해당 분기지점에 접속할 수 없으므로 A선로의 후행열차(Train N-1)는 현재 선로 변경 중인 주행열차가 해당 분기기에 제어권한을 반환하기 전까지 분기구역(BA)에 진입할 수 없으며, B선로의 후행열차(Train N-3) 또한 현재 열차가 제어권한을 반환하기 전까지 분기구역(BA)을 진입할 수 없다.
즉, 분기하는 열차(Train N)는 분기기(3)의 제어권한을 획득하면 A선로와 B선로의 후행열차(예를 들어 Train N-1, N-3)는 해당 분기기(3)의 권한을 획득하지 못하여 분기구역(BA)을 진입할 수 없으며, 분기를 하고 있는 운행열차(Train N)가 B선로로 완전히 이동한 후 분기구역(BA)을 완전히 빠져나오면 분기기(3)의 제어권한을 반환한다.
이 경우 A선로의 후행열차(Train N-1)는 운행열차(Train N)가 분기구역(BA)에 진입하면서 운행열차(Train N)의 PR메시지로부터 경로와 이동권한을 수신함으로써 분기열차(Train N)가 더 이상 자신의 선행열차가 아님을 파악하고 자신의 선행열차를 다시 탐색하여 결정한다. 마찬가지로 B선로의 후행열차(Train N-3)는 운행열차(Train N)가 분기구역(BA)에 진입하면서 운행열차(Train N)의 PR메시지를 수신하게 되며 그로부터 경로와 이동권한을 확인하여 분기하는 운행열차(Train N)가 자신의 경로상에 존재하는 새로운 선행열차임을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10을 참고로 열차의 고장 상황에 대한 대응 과정(S5-2 및 S5-3)을 설명한다.
특정 열차의 고장 발생 시 해당 열차는 PR메시지를 전송할 수 없는 상태일 것이며, 정상 운행 중인 주행열차(Train N-1, N-2...)는 고장 열차의 PR메시지를 수신하지 못 한다.
따라서, 운행 중인 주행열차(Train N-1, N-2...)는 해당 고장 열차가 전송한 마지막 PR메시지의 위치정보를 기준으로 방호구간을 지정하는 방법은 고장복구불가 상황과 고장복구가능 상황 모두 공통으로 적용되며, 고장에서 복구하였을지라도 고장에서 복구된 열차가 위치초기화 과정을 수행하지 못하여 PR메시지의 위치정보 값이 Garbage값으로 전송되면 해당 PR메시지를 받은 모든 열차는 기존에 설정한 방호구역을 해제하지 않는다.
우선 도 9를 참고로 고장복구불가 상황 및 대피선으로 고장난 열차를 견인 후 운행재개하는 경우(S5-2)를 설명한다.
열차(예를 들어, Train N-1)의 고장이 발생하고 그 고장을 복구할 수 없는 경우, 다른 열차들(Train N, N-2...)은 고장열차(Train N-1)의 PR메세지 미수신에 따른 이전 위치를 방호구간으로 지정한다.
따라서, 고장열차(Train N-1)의 후행 열차인 주행열차(Train N)의 경우 자신의 경로 앞에 방호구간이 있으므로 해당 구역을 진입할 수 있는 이동권한을 얻지 못하여 해당 구역 전에 멈추어 대기한다.
이후 고장열차(Train N-1)의 복구 불능 상황으로 관제센터에서 대피선으로 안전하게 이동시킨 후, 관제사의 책임하에 열차 삭제를 알리는 ATD(ATS-Train Deletion) 메시지를 해당 영업 노선에 운행 중인 모든 열차에게 멀티캐스트로 전송한다.
이 경우 메시지는 관제용 ATS(1)로부터 송출됨이 바람직하다. 이에 따라 ATD 메시지를 수신 받은 열차들은 ATD 메시지에서 고장 열차 ID를 취득하여 자신의 운행DB에서 고장열차정보를 삭제하고, ATD메시지의 응답으로 열차 삭제 완료를 알리는 RATD(Response ATS-Train Deletion) 메시지를 관제용 ATS(1)로 유니캐스트 전송한다.
즉, 주행열차(Train N)의 차상 ATP(10)에 열차 삭제를 알리는 ATD(ATS-Train Deletion) 메시지가 수신되면 고장 열차 ID를 취득하여 자신의 운행DB에서 고장열차정보를 삭제하고, ATD메시지에 대한 응답으로 열차 삭제 완료를 알리는 RATD(Response ATS-Train Deletion) 메시지를 관제용 ATS(1)로 유니캐스트 전송한다.
물론, 상기 관제용 ATS(1)는 자신이 알고 있는 모든 열차(Train N, N-1, N-2...)에게서 RATS메시지 응답이 오지 않으면, 다시 모든 열차에게 다시 ATD메시지를 전송하며, 모든 열차의 RATD 메시지를 수신하면 견인이 완료되어 운행가능 상태로 판단하여 정상 운행을 진행한다.
다음으로, 도 10을 참고로 열차의 고장복구 후 운행재개하는 경우(S5-3)를 설명한다.
열차가 운행중에 고장이 발생하고 그 고장을 복구할 수 있는 경우는 열차의 등록과정(S1)부터 다시 수행한다.
즉, 도 9에 도시된 바를 참고하면 열차(Train N-1)의 고장이 복구 된 후 열차(Train N-1) 차상ATP의 전원이 인가되면 차상ATP는 통신그룹에 등록되었던 정보와 운행DB가 모두 초기화된 상태이다.
따라서, 열차(Train N-1)의 전원 인가 후 차상ATP는 GS메시지를 해당 영업 노선에서 운행 중인 다른 모든 열차열차(Train N, Train N-2...)에게 전송하고, GS메시지를 수신한 다른 모든 열차열차(Train N, Train N-2...)는 자신의 운행DB 내용을 담은 GA메시지를 고장복구된 열차(Train N-1)에게 응답으로 전송한다. 운행DB 내용을 수신한 고장복구된 열차(Train N-1)는 등록과정(S1)을 수행하여 운행DB 내용을 비교하고, 모든 열차의 GA메시지를 수신한지 체크하는 등록절차를 수행한다.
이와 같이 통신그룹 등록완료 후 ATS 관제사의 책임 하에 열차를 수동으로 운행함으로써 위치초기화를 수행하여 PR메시지의 위치정보 값을 정상적인 위치값으로 입력하여 PR메시지를 전송한다.
또한, 통신그룹에 등록된 후 고장복구된 열차(Train N-1)는 PR메시지를 주기적으로 송신하는데 이 상황에서 PR메시지의 위치정보 값은 garbage 값으로 송신된다. 운행 중인 다른 모든 열차열차(Train N, Train N-2...)의 차상ATP는 고장으로 판단한 열차(Train N-1)가 송신한 PR메시지의 위치정보값이 garbage값이면 설정해두었던 방호구간을 풀지 않으며, 정상적인 위치 정보값으로 PR메시지가 수신되면 방호구간을 해제한다.
그리고, 도 11을 참고로 열차의 운행종료에 따른 등록해제 과정(S6)을 설명한다.
주행열차(Train N)가 주박(영업운영 종료)하는 경우 차상ATP(10)는 스탭바이(stand-by) 상태로 전환되지만 차상ATP(10)의 전원이 켜져 있으므로 열차간 주기적인 PR메세지 전송을 동일하게 수행해야하고 통신그룹 또한 등록해제를 하지 않는다.
이에 주행열차(Train N)가 수리나 세차 등으로 차상ATP(10)를 완전히 종료하는 경우 등록된 통신그룹에 등록해제를 알리는 FTD(Finish Train Deletion) 메시지를 다른 운행열차(Train N-1 ~ N-2 등)에게 멀티캐스트 송신한다. FTD메시지를 수신한 운행열차(Train N-1 ~ N-2 등)는 자신의 운행DB에서 해당 주행열차(Train N)를 삭제한 후 등록해제완료(RFTD: Response Finish Train Deletion)메세지를 FTD메시지의 응답으로 주행열차(Train N)에 유니캐스트 전송한다.
그리고, FTD 메시지를 전송한 주행열차(Train N)는 자신의 운행DB에 존재하는 모든 다른 운행열차(Train N-1 ~ N-2 등)에게서 RFTD 메시지를 수신하면 정상적으로 차상ATP(10)를 종료하고, 만약, 다른 운행열차(Train N-1 ~ N-2 등) 중에 응답을 하지 않은 열차가 있다면 다시 FTD 메시지를 전송하는 과정을 반복적으로 수행한다.
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: 관제용 ATS 2: 지상자
3: 분기기 10,10': 차상 ATP
20: 차상 ATO 30: 리더
BA: 분기구역 RC: 전파범위(Radio Coverage)
Train N: 주행열차 Train N-1: 운행열차
Train N-2: 운행열차 Train N-3: 운행열차
Train N-4: 운행열차

Claims (9)

  1. 운행열차의 차상 ATP로 지상 ATS의 임무시작 명령이 수신되면 사전에 저장된 영업 노선의 멀티캐스트 주소를 이용하여 해당 영업 노선에 존재하는 모든 주행열차 및 관제용 ATS에게 통신그룹 등록을 요청하는 GS(Group Solicitation)메시지를 멀티캐스트로 전송하는 제1단계;
    상기 운행열차의 차상 ATP는 상기 주행열차로부터 통신그룹 등록을 수락하는 GA(Group Advertisement)메시지가 유니캐스트로 수신되면 통신그룹 완료 상태로 전환하는 제2단계;
    상기 운행열차의 차상ATP는 자신의 위치를 상기 주행열차로 전송하고, 상기 주행열차가 전송한 PR 메시지가 수신되면 주행열차의 위치와 진행방향, 진행경로를 포함하는 운행정보를 수집하여 자신의 차상ATP의 운행DB에 갱신하는 제3단계;
    상기 운행열차의 차상ATP는 상기 운행DB를 갱신시 자신의 지도에 상기 주행열차의 위치를 매핑하고 자신과 지리적으로 가까운 선행열차를 탐색 및 결정하는 제4단계; 및
    상기 운행열차의 차상 ATP는 D2D(Device to Device)를 이용하여 자신의 위치로부터 일정 전파범위(Radio Coverage) 안에 열차가 존재하는지 확인하여 자신의 운행DB 중 선행열차와 주변열차 정보의 무결성을 확인하는 제5단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2단계는 수신한 GA메시지의 운행DB 데이터를 비교하여, 현재 노선을 주행중인 주행열차들로부터 수신한 모든 운행DB 데이터의 열차ID와 등록된 주행열차의 수가 동일한지 비교하고, 수신한 운행DB 데이터의 열차ID, 열차IP, 열차 MAC Address를 기준으로 모든 열차의 GA메시지의 송신여부를 검사하여, 모든 주행열차의 운행DB 데이터가 같으며 운행 DB 상에 존재하는 모든 주행열차의 GA 메시지가 수신된 것으로 판단되면, 자신의 운행DB에 열차정보를 저장한 후 통신그룹 완료 상태로 전환하는 단계인 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제3단계에서 상기 운행열차가 신규로 투입되는 경우 자신의 위치를 garbage값으로 노선을 주행중인 모든 주행열차로 전송하여 위치를 초기화하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 운행열차의 차상 ATP는 운행DB를 탐색하여 자신의 운행경로와 동일한 운행경로를 가지며 진행방향으로 바로 앞의 선두에 존재하는 주행열차를 선행 열차로 결정하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제5단계에서 상기 주행열차의 차상 ATP는 정의된 짧은 시간마다 주기적으로 자신의 통신장치를 이용하여 D2D 방식의 Discovery기능을 수행하여 자신의 전파범위(Radio Coverage) 안에 존재하는 주변 주행열차의 통신장치를 탐색하여 MAC Address 정보를 수집하여 자신의 운행DB 데이터와 비교하여 상기 선행열차 및 주변열차들의 정보와 D2D로 탐색한 선행열차 및 주변 열차정보와 동일한지 검사하여 선행열차와 주변열차 정보의 무결성을 확인하는 단계인 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제5단계 이후에, 상기 주행열차의 차상 ATP는 분기구역의 분기기를 제어할 수 있는 제어권한을 획득하고 주행열차가 분기구역에 진입하면서 주행열차의 PR메시지를 수신하여 경로와 이동권한을 확인하여 새로운 선행열차임을 확인하는 제6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제5단계 이후에, 상기 주행열차의 차상 ATP에 열차 삭제를 알리는 ATD(ATS-Train Deletion) 메시지가 수신되면 고장 열차 ID를 취득하여 자신의 운행DB에서 고장열차정보를 삭제하고, ATD메시지에 대한 응답으로 열차 삭제 완료를 알리는 RATD(Response ATS-Train Deletion) 메시지를 관제용 ATS로 유니캐스트 전송하는 제7단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제5단계 이후에, 상기 주행열차의 차상ATP는 차상ATP를 완전히 종료시 등록된 통신그룹에 등록해제를 알리는 FTD(Finish Train Deletion) 메시지를 다른 운행열차들에게 멀티캐스트 송신하고, 운행열차들로부터 주행열차의 등록해제가 완료되었음을 알리는 RFTD(Response Finish Train Deletion) 메세지를 유니캐스트로 수신하고 운행을 종료하는 제8단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제8단계에서 상기 주행열차의 차상ATP는 노선의 모든 운행열차들에게서 RFTD 메시지를 수신하면 정상적으로 차상ATP를 종료하고, 만약 다른 운행열차 중에 응답을 하지 않은 열차가 있다면 다시 FTD 메시지를 전송하는 과정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 열차간 통신기반 열차제어시스템의 선행열차 탐색 및 무결성 확인방법.
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