KR20200036748A - 스마트 지하철 운행 관제 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미 운행중인 노선에도 저비용으로 고속운행이 가능하도록 빅데이터 등을 이용한 스마트한 지하철 운행 관제 시스템에 관한 것으로서, 지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버; 상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,
상기 관제 서버는 역사별 이용객의 축적된 빅데이터 등을 기반으로하여 일별 계절별 시간대별 교통 상황에 대응하여 주기적 또는 비주기적으로 정차역을 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 지하철 운행 관제 시스템 {THE SMART CONTROLLING SYSTEM OF OPERATION OF SUBWAY}

본 발명은 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관제서버가 지하철이 모든역을 정차할 필요없이 교통 상황에 맞게 스마트하게 정차하도록 함으로써, 지하철의 운행시간을 단축시킬 수 있도록 빅데이터 등을 이용하며, 이미 운행중인 노선에도 저비용으로 고속운행이 가능하게 하는 스마트한 지하철 운행 관제 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지하철은 지하에 강제 궤도를 설치하고 그 위에 차량을 운행하여 여객을 운송하는 설비 및 수송체제를 말한다. 이러한 지하철에 있어서 고속화를 위해서는 별도로 신설하거나, 기존의 철로를 이용하는 경우에도 안전성과 효율성을 고려하여 지하철의 운행방법을 모색하게 되는데 통상적으로는 정차역을 지정한 후에 해당 역에만 정차하도록 하여 지하철을 고속화하고 있다.

따라서, 일반적인 지하철의 경우에도 고속화할 수 있는 방안이 필요하다.

종래의 지하철의 고속화를 위한 방안을 살펴보면, 공개특허공보 제10-2015-0106284호는 지하철 시스템에 관한 것으로서, 동시에 양쪽 문을 사용하여 정차시 혼잡도를 줄여 정차시간을 줄여 배차를 늘리는 지하철 시스템에 관한 것이다. 상기 기술은 지하철 양방향에서 내리는 것이 가능하도록 하고, 양방향에서 내릴 수 있는 플랫폼을 만들어 내리는 시간과 타는 시간을 단축시켜 지하철 배차 간격을 줄여 전체적으로 지하철의 운행시간을 단축시키는 방법을 제시하고 있다.

또한, 지하철 9호선의 경우 고속 지하철을 운행하고 있는데, 고속 지하철을 운행하기 위해서는 저속 차량과의 배차에 따른 간섭을 방지하기 위해 대피차로(복복선로)를 형성할 수밖에 없다. 지하철 9호선과 같이 대피차로를 형성하는 경우, 대피차로를 형성하기 위해 상당히 넓은 면적의 부지를 사용하여야 하고, 또한 건설비용도 상당히 커질 수밖에 없는 문제가 있었다.

또한, 종래 기술인 양방향 플랫폼 형태의 지하철 시스템은 역사를 새로 만들어야 하므로 비용이 많이들고, 종래의 역사를 그대로 이용하여서는 해결할 수 없다는 문제점이 있었다.

공개특허공보 10-2011-0041290(2011.04.21. 공개) 공개특허공보 10-2012-0126374(2012.11.21. 공개) 공개특허공보 10-2013-0095000(2013.08.27. 공개) 공개특허공보 10-2015-0106284(2015.06.21. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 관제서버가 지하철이 모든역을 정차할 필요없이 교통 상황에 맞게 스마트하게 정차하도록 함으로써, 지하철의 운행시간을 단축시킬 수 있는 스마트 지하철 운행 관제 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 지하철 시스템을 그대로 이용하면서도 운행시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 스마트 지하철 운행 관제 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 운행시간의 단축과 더불어 운행되는 지하철의 운행정보를 확인할 수 있는 스마트 지하철 운행 관제 시스템을 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은,

지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;

상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,

상기 관제 서버는 교통 상황에 대응하여 정차역을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,

해당역의 이용인원을 반영하여 정차여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 관제 서버로부터 지하철의 위치 정보를 받아, 정차되어야 할 지하철인지 여부를 파악하여 게시판에 정보를 제공하는 역사 서버를 더 포함하고,

상기 지하철 서버는, 지하철에 장착된 스피커를 통해 상기 지하철에 승차한 사용자에게 정차여부를 알려주고, 지하철에 승차한 사용자의 모바일과 통신하여, 상기 모바일을 통해 사용자가 승차한 지하철의 정차 역에 대한 정보를 알려주며,

상기 역사 서버는, 상기 관제 서버로부터 상기 지하철의 정차 여부에 대한 정보를 받아, 상기 지하철의 위치 정보에 따라 역사에 설치된 게시판을 통해 지하철의 정차여부를 표시하여 주는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 지하철에는 컨트롤러와 브레이커가 더 설치되고, 상기 컨트롤러는 상기 지하철 서버로부터 정지신호를 받아 상기 브레이커의 작동을 제어하여, 상기 지하철을 정차시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 지하철의 전방 또는 후방에는 정차여부를 표시하는 정차 여부 알림등이 장착되어, 상기 지하철 서버로부터 정차 여부에 대한 신호를 받아 정차 여부 알림등의 색상이나 문자를 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 역사 서버는, 지하철의 정차여부를 상기 관제 서버로 부터 받아서, 역사의 역명 주위에 설치된 LED의 점멸을 조절하고, 상기 지하철이 정차하는 경우에는 녹색이 점멸되고 정차하지 않는 경우에는 적색이 점멸되거나 또는 그 역으로 LED의 색상이 점멸되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 지하철은 표식에 따라 순차적으로 운행되되, 먼저 운행한 지하철과 그 다음에 배차되는 지하철은 정차할 역을 서로 교차하여 정차 및 운행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 지하철은 표식에 따라 3대가 순차적으로 운행되되, 첫번째 차량, 두번째 차량 및 세번째 차량은 환승역과 주요역을 제외하고 정차역이 서로 겹치지 않도록 교차하여 정차 및 운행되도록 할 수도 있고, 지하철역 현황에 따라 복수개의 지하철이 정차할 수도 있다.

여기서 주요역은 이용객이 많은 역으로로 평균 이용인원의 n배가 이용하는 경우로 정의하되, n은 3배인 것이 바람직하나 역 이용상황에 따라 다양하게 변형할 수 있다.

본 발명에서 역명은, 역명의 측면에 가(A) 또는 나(B)의 표식이 더 포함되고, 상기 지하철은 지하철의 운행방향을 표시하는 전방 전광판에 가(A) 또는 나(B)라는 표식이 더 포함되어, 가(A)가 기재된 역에는 가(A)가 기재된 지하철이 정차하고, 나(B)가 기재된 역에는 나(B)가 기재된 지하철이 정차하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 역명은, 역명의 측면에 가(A), 나(B) 또는 다(C)의 표식이 더 포함되고, 상기 지하철은 지하철의 운행방향을 표시하는 전방 전광판에 가(A), 나(B) 또는 다(C)의 표식이 더 포함되어, 가(A)가 기재된 역에는 가(A)가 기재된 지하철이 정차하고, 나(B)가 기재된 역에는 나(B)가 기재된 지하철이 정차하며, 다(C)가 기재된 역에는 다(C)가 기재된 지하철이 정차하는 것을 특징으로 한다. 또한, 가(A), 나(B)가 기재된역은 가(A), 나(B) 지하철이 정차한다. 그리고, 나(B), 다(C)가 기재된 역은 나(B) 및 다(C) 지하철이 정차하게 된다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은,

지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;

상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,

상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,

n대의 지하철을 1개군으로 묶고,

각 역별 이용인원에 대응하여 n개중 몇 개의 지하철이 정차할지 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은,

지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;

상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,

상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,

n대의 지하철을 1개군으로 묶고,

각 역별 이용인원, 이용인원별 승하차시간, 각 역간 지하철의 이동시간을 이용하여 각역에 모든 지하철이 정차하는 경우부터 각 역에 1대의 지하철만 정차하는 경우까지 모든 경우의 수를 연산하여 가장 소요시간이 적게 되는 경우를 시뮬레이션 하고, 그 결과에 대응하여 각 지하철의 정차역을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 관제서버가 지하철이 모든역을 정차할 필요없이 교통 상황에 맞게 스마트하게 정차하도록 함으로써, 지하철의 운행시간을 단축시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은 지하철 역사의 구조를 변경하지 않고 종래의 시설물을 그대로 이용하면서 지하철의 운행시간을 단축시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 지하철을 여러대가 간헐적으로 정차하도록 함으로써 정차하는 역이 줄어들기 때문에 소모되는 전력량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 지하철의 운행시간을 단축시킬 수 있기 때문에 탄소 저감에도 유용한 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 기존 운행방식 대비 대략 15 ~ 20% 빠른 왕복운행으로 인해 지하철의 배차에 여유가 생기게 되며, 그에 따라 객차의 추가 투입(구매)없이도 운행간격을 단축할 수 있어서 지하철의 효율적인 차량 운행이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지하철 운행 관제 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템의 역사의 구성도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템의 지하철 운행 노선도.
도 5는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철의 전면 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철 내부의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철 노선도.
도 8은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 전광판 표시도.
도 9는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 열차 시간표가 기재된 게시판 도면.
도 10은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 역사 내부 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 열차 정차 여부 기재된 게시판 도면.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템의 역사의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템의 지하철 운행 노선도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철의 전면 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철 내부의 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 지하철 노선도이고, 도 8은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 전광판 표시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 열차 시간표가 기재된 게시판 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템에 있어서 역사 내부 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은, 중앙 관제 센터는 관제서버(10)에 의해 관리되며, 관제서버(10)와, 지하철(20)과, 역사(30) 및 사용자(40)가 네트워크(50)로 서로 연결된다. 관제서버(10)는 모든 지하철(20)의 운행을 제어하며, 배차시간, 배차간격 및 운행자 등에 대한 정보를 관리한다. 또한, 중앙 관제 센터(10)에는 운행되고 있는 지하철(20)의 모든 위치정보가 관리되며, 지하철(20)의 위치에 따른 정보를 일괄적으로 통제할 수 있다. 또한, 운행되는 지하철(20)에 직접 통신을 통하여 각 지하철(20)이 정차할 역을 지정하여 전송할 수 있는 통신부(미도시)를 구비하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 지하철(20)은, 지하철 서버(21)와, 지하철 서버(21)에서 전송되는 정보에 따라 지하철(20)을 제어하는 컨트롤러(22)와, 컨트롤러(22)의 제어에 따라 작동하는 브레이커(23)가 구비되며, 컨트롤러(22)는 또한 사용자인 승객들에게 정차할 역에 대한 정보를 스피커(24)를 통해 전달한다. 또한, 지하철(20)에는 GPS가 장착되어 있으며, GPS에 의해 파악되는 위치 정보를 관제서버(10)와 역사서버(31)에 전송한다.

도 3은 역사(30)에 대한 구성을 도시하고 있다. 역사(30)는 관제서버(10)로부터 운행되는 지하철(20)의 정보를 받으며, 지하철(20)로부터는 지하철의 위치정보를 받는다. 또한 지하철(20)이 역사에 진입하기 일정 거리 전에 지하철의 진입을 파악하기 위한 센서(36)가 장착되고, 지하철(20)의 진입을 센서(36)가 파악하여 전송하면 역사의 사용자들에게 주의를 환기시키기 위한 경보 등이 작동되도록 한다. 따라서, 역사(30)는 역사서버(31)와, 역사서버(31)로부터 지하철의 진입 정보를 받아 역사의 각 구성들을 제어하는 컨트롤러(32)와, 컨트롤러(32)의 지시를 받아 차량의 진입 정보 및 정차 정보를 표시하는 전광판(33)과, 차량 진입 여부를 알려주는 스피커(34)와, 역사의 역명 근처 또는 특정의 위치에 설치되어 지하철(20)이 통과 또는 정차하는지 여부를 색상으로 알려주는 LED 모듈(35) 및 지하철의 도달을 검출하기 위한 움직임 센서(36)로 구성된다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템의 지하철 운행 노선도.

도 4를 참조하여 본 발명에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템을 설명하기로 한다.

본 발명에 따라 운행되는 지하철(20)은 일정한 배차간격(ex. 1분~6분)을 가지고 운행되며, 순차적으로 운행되는 지하철(20)이 서로 다른 역에서 교차하여 정차하도록 배차된다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 가(A) 지하철은 신창에서 출발하여 온양온천, 아산, 봉명, 천안, 직산, 평택, 지제, 송탄, 오산, 오산대, 병점을 거쳐 수원에 도착한다.

여기서, '○' 표시는 정차를 의미하고, 'ㅧ'표시는 무정차를 의미한다.

여기서, 천안, 지제, 오산은 이용인원이 n배인 주요역으로 가정하였다. 즉, 가(A) 지하철은 하나씩 역을 건너 뛰어서 정차를 하게 되며, 그 다음 배차되는 나(B) 지하철은 가(A) 지하철과 반대로 하나씩 역을 건너 뛰어서 정차를 하도록 운행된다. 즉, 나(B) 지하철은 신창에서 출발하여 배방, 쌍용, 천안, 두정, 성환, 지제, 서정리, 진위, 오산, 세미, 세류 및 수원에 정차하도록 운행된다.

상기와 같이 정차역이 서로 다름을 표시하기 위해 지하철의 표시를 가(A) 또는 나(B)로 표시한다.

따라서, 사용자인 승객들은 지하철에 기재된 가(A) 또는 나(B)의 표시로 자신이 원하는 정차역을 가는지 확인할 수 있다.

또한, 도 4(b)는 가(A) 지하철, 나(B) 지하철 및 다(C) 지하철의 세 개의 지하철로 운행되는 경우를 도시한 것이다.

상기의 경우는, 각 지하철이 서로 다른 역에서 정차하도록 하되, 세번 째 역마다 정차를 하도록 한 경우인데, 이를 살펴보면 가(A) 지하철은 신창을 출발하여, 온양온천, 쌍용, 천안, 직산, 지제, 서정리, 오산대, 세류 및 수원에 정차한다.

또한, 나(B) 지하철의 경우는 신창을 출발하여, 배방, 봉명, 천안, 성환, 지제, 송탄, 오산, 세마 및 수원에 정차한다.

그리고, 다(C) 지하철은 신창을 출발하여, 아산, 천안, 두정, 평택, 지제, 진위, 오산, 병점 및 수원에 정차한다. 이렇게 주요역과 환승역을 제외하고는 차량을 서로 어긋나게 정차하게 하는 경우 지하철의 운행시간이 획기적으로 단축되고, 또한 정차하고 다시 출발하는데 소용되는 부하는 크게 줄어들 수 있다. 그에 따라 정차하는 역의 수가 줄어들기 때문에 소요되는 전력량을 줄일 수 있으며, 또한, 전략량의 감소에 따라 탄소 배출량도 저감할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 또한, 기존 운행대비 대략 15 ~ 20% 정도의 빠른 왕복운행으로 인해 지하철의 배차에 여유가 생기게 되고, 그에 따라 객차의 추가 투입(구매)없이도 운행간격을 단축할 수 있어서 더 효율적인 지하철의 운행이 가능한 장점이 있다. 구체적으로 계산을 해보면 다음과 같다.

- 역과 역 사이의 운행 시간 : 3분( 또는 2분)

- 역사에 감속정차하고 다시 출발 가속하는 시간 : 1.5분(또는 1분)

일반적인 지하철의 종래 운행시간을 구해보면, 운행구간 20구간, 정차역 19곳 이므로,

20 * 3 + 19 * 1.5 = 88.5분(일정속도로 달리는 것으로 가정한 경우임)

역에 정차한 후 다시 출발할 때 일정속도까지 들어가는 전력량을 1KW로 가정하면, 19KW의 전력량이 소모된다.

본 발명에 따른 가(A) 지하철의 운행시간을 구해보면, 운행구간 20구간, 정차역 10곳 이므로

20 * 3 + 10 * 1.5 = 75분

따라서, 가(A) 지하철의 경우 13.5분의 시간을 단축시킬 수 있게 된다. 일일 운행되는 차량이 100대라면 줄일 수 있는 시간은 1350분의 시간을 단축시킬 수 있으며, 1년으로 잡으면 492,750분(8,212.5 시간)을 줄일 수 있다. 또한, 더 나아가 정차하는 곳이 10곳이므로 정차에서 일정속도까지 들어가는 전력량은 10KW가 되어 9KW의 전력량을 줄일 수 있다. 1OO대의 경우는 900KW가 절약되고, 1년이면 328.5MW의 전력량을 줄일 수 있다. 비용으로 따지면 1KW가 1000원이라면 3억2천8백5십만원을 절약할 수 있게 된다. 또한 그에 따른 탄소 배출량도 저감할 수 있다.

또한, 나(B) 지하철의 운행시간을 계산해 보면,

20 * 3 + 1.5 * 9 = 73.5분

따라서, 나(B) 지하철의 경우 15분의 시간을 단축시킬 수 있게 된다. 일일 운행되는 차량이 100대라면 줄일 수 있는 시간은 1500분의 시간을 단축시킬 수 있으며, 1년으로 잡으면 547,500분(9,125 시간)을 줄일 수 있다. 또한, 더 나아가 정차하는 곳이 9곳이므로 정차에서 일정속도까지 들어가는 전력량은 9KW가 되어 10KW의 전력량을 줄일 수 있다. 1OO대의 경우는 1000KW가 절약되고, 1년이면 365MW의 전력량을 줄일 수 있다. 비용으로 따지면 1KW가 1000원이라면 3억6천5백만원을 절약할 수 있게 된다. 또한 그에 따른 탄소 배출량도 저감할 수 있다.

또한, 도 4b의 경우는 가(A) 지하철은 운행구간은 20구간이고 정차역은 7곳이고, 나(B)와 다(C) 지하철은 운행구간은 20구간이고 정차역은 6곳이므로,

가(A) 지하철 : 20 * 3 + 7 * 1.5 = 70.5분

나(B), 다(C) 지하철 : 20 * 3 + 6 * 1.5 = 69분

따라서, 가(A) 지하철의 경우 18분의 시간을 단축시킬 수 있게 된다. 일일 운행되는 차량이 100대라면 줄일 수 있는 시간은 1800분의 시간을 단축시킬 수 있으며, 1년으로 잡으면 657,000분(10,950 시간)을 줄일 수 있다. 또한, 더 나아가 정차하는 곳이 7곳이므로 정차에서 일정속도까지 들어가는 전력량은 7KW가 되어 12KW의 전력량을 줄일 수 있다. 1OO대의 경우는 1200KW가 절약되고, 1년이면 438MW의 전력량을 줄일 수 있다. 비용으로 따지면 1KW가 1000원이라면 4억3천8백만원을 절약할 수 있게 된다. 따라서, 그에 따른 탄소 배출량도 저감할 수 있다.

또한, 나(B)와 다(C) 지하철의 경우 19.5분의 시간을 단축시킬 수 있게 된다. 일일 운행되는 차량이 100대라면 줄일 수 있는 시간은 1950분의 시간을 단축시킬 수 있으며, 1년으로 잡으면 711,750분(11,862.5 시간)을 줄일 수 있다. 또한, 더 나아가 정차하는 곳이 6곳이므로 정차에서 일정속도까지 들어가는 전력량은 6KW가 되어 13KW의 전력량을 줄일 수 있다. 1OO대의 경우는 1300KW가 절약되고, 1년이면 474.5MW의 전력량을 줄일 수 있다. 비용으로 따지면 1KW가 1000원이라면 4억7천4백5십만원을 절약할 수 있게 된다. 따라서, 그에 따른 탄소 배출량도 저감할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 역을 하나씩 교차로 정차하게 하거나, 세 곳의 역을 서로 다르게 정차하게 함으로써 정차시간과 더불어 소요되는 비용까지 절감할 수 있는 효과가 있으며, 전력량에 따라 절감할 수 있는 비용은 엄청나다고 할 수 있다. 또한 그에 따른 탄소배출량의 저감도 이룩할 수 있기 때문에 매우 효율적인 지하철 운행시스템이 될 수 있다고 할 수 있다. 또한, 기존 운행대비 대략 15 ~ 20% 정도의 빠른 왕복운행으로 인해 지하철의 배차에 여유가 생기게 되고, 그에 따라 객차의 추가 투입(구매)없이도 운행간격을 단축할 수 있어서 더 효율적인 지하철의 운행이 가능한 장점이 있다.

상기 도 4a 및 도 4b에서는 지하철이 교번하여 정자하지만 필요에 따라서는 n개의 지하철을 한개의 군으로 하여 지하철 운행을 제어할 수 있다. 이때, 1구간은 모든 지하철이 서는 환승역, 출발역, 및 종착역간의 정차역들의 집합으로 1개, 2개, 3개,……n개의 정차차역의 집합이 될 수 있다.

도 4 c, 도 4d, 도 4e에서는 2구간을 예시하였다.

그리고, 1구간내의 모든 정차역을 적어도 하나의 지하철이 정차해야 한다.

그리고 도 4c에서는 3개의 열차를 1개군의 지하철로 예시하여 설명하며, 1개군의 지하철의 개수는 2개 내지 5개일 수 있고, 더 많은 수의 지하철일 수도 있다.

관제 서버는 1구간이

1개역일 경우, 3개중 제일 뒤의 지하철을 정차하도록 하고,

2개역일 경우, 3개중 제일 뒤의 2개 지하철이 정차하도록 하고,

3개역일 경우, 각역에 1대의 지차헐이 정차하도록 하는 방식 즉, 순차적으로 교번하여 정차하도록 제어했다.

그리고 다음 2구간부터는, 앞의 구간에서의 순서를 이어받아 지하철이 정차하도록 한다.

그런데, 지하철역마다 이용인원이 다르므로 이용인원을 좀 더 많은 지하철이 정차하도록 해야 쾌적한 운행이 가능하다.

따라서 각역별 시간대별 이용인원수가 평균보다 1.5배 (변경가능)이하인 경우, 1개역으로 간주하고,

이용인원수가 평균보다 1.5배 초과 3배 (변경가능)이하인 경우, 하나의 지하철역을 2개역으로 간주하고,

이용인원수가 평균보다 3배 (변경가능) 초과인 경우, 하나의 지하철역을 3개역으로 간주한다.

도 4c를 참조하면, 본 발명의 다른 특징에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은,

지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;

상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,

상기 관제 서버는 교통 상황에 대응하여 정차역을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,

해당역의 이용인원을 반영하여 정차여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 관제 서버로부터 지하철의 위치 정보를 받아, 정차되어야 할 지하철인지 여부를 파악하여 게시판에 정보를 제공하는 역사 서버를 더 포함하고,

상기 지하철 서버는, 지하철에 장착된 스피커를 통해 상기 지하철에 승차한 사용자에게 정차여부를 알려주고, 지하철에 승차한 사용자의 모바일과 통신하여, 상기 모바일을 통해 사용자가 승차한 지하철의 정차 역에 대한 정보를 알려주며,

상기 역사 서버는, 상기 관제 서버로부터 상기 지하철의 정차 여부에 대한 정보를 받아, 상기 지하철의 위치 정보에 따라 역사에 설치된 게시판을 통해 지하철의 정차여부를 표시하여 주는 것을 특징으로 한다.

도 4c를 참조하면, 동암역의 경우, 이용인원수가 평균보다 1.5배 초과이고 3배 이하인 1.6배로 가정하여 2개역으로 간주하고,

부천역의 경우, 이용인원수가 평균보다 3배 초과인 3.1배로 가정하여, 하나의 지하철역을 3개역으로 간주하였다.

도 4c에서는 관제 서버가 이용인원을 반영하여 정차역을 결정하므로 좀 더 쾌적한 지하철 운행이 가능하다.

그리고 1개군을 4개의 지하철로 간주하여 운행하는 예는 도 4d에 도시하였다.

도 4d를 참조하면, 본 발명의 다른 특징에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은,

지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;

상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,

상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,

n대의 지하철을 1개군으로 묶고,

각 역별 이용인원에 대응하여 n개중 몇 개의 지하철이 정차할지 결정하는 것을 특징으로 한다.

도 4d에서도 동암역의 경우, 이용인원수가 평균보다 1.5배 초과이고 3배 이하인 1.6배로 가정하여 2개역으로 간주하고,

부천역의 경우, 이용인원수가 평균보다 3배 초과인 3.1배로 가정하여, 하나의 지하철역을 3개역으로 간주하였다.

도 4d에서도 관제 서버가 이용인원을 반영하여 정차역을 결정하므로 좀 더 쾌적한 지하철 운행이 가능하다.

도 4e를 참조하면, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 스마트 지하철 운행 관제 시스템은,

지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;

상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,

상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,

n대의 지하철을 1개군으로 묶고,

각 역별 이용인원, 이용인원별 승하차시간, 각 역간 지하철의 이동시간을 이용하여 각역에 모든 지하철이 정차하는 경우부터 각 역에 1대의 지하철만 정차하는 경우까지 모든 경우의 수를 연산하여 가장 소요시간이 적게 되는 경우를 시뮬레이션 하고, 그 결과에 대응하여 각 지하철의 정차역을 결정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 관제서버는 필요에 따라 지하철 역사로부터 실시간 또는 주기적으로 각역별평균 승차인원 및 인원수에 대응하는 정차시간을 수신하여 내부에 저장한다. 그리고 각역별 이동시간도 내부에 저장해둔다.

그리고 시뮬레이션에서 시간대별로 n개의 지하철, 예를 들면 3개의 열차의 구간별 이동시간을 시뮬레이션하여 계산한다.

출발역에서 정차역까지 주요역 및 환승역은 모두 서게 하고, 나머지 역에 대해 1군의 지하철이 적어도 하나의 역을 모두 정차하도록 모든 경우의 수의 이동시간을 시뮬레이션한다.

여기서 관제서버는 시뮬레이션시에 모든 구간의 각 역에 대해, 3개의 지하철중 한대가 모든역을 서고 나머지 지하철은 무정차 통과하는 경우부터 3개의 지하철이 모든역을 서도록 하는 경우까지의 모든 경우의 수를 시뮬레이션 하여 기장 이동시간이 적게 소요되는 경우를 찾아낸다.

시뮬레이션 결과, 가장 이동시간이 적게 소요되는 1개군의 운행 스케쥴을 도 4e와 같이 결정할 수 있다.

이때, 이동시간은= 역간 이동시간+역별 정차시간이며, 1개군의 열차가 모두 종착역까지 이동하는 시간을 계산하여 결정한다.

이러한 도 4e의 예는 시간상으로 가장 빠른 운행이 가능하나 쾌적성은 도 4d의 예시보다 좋지 않을 수 있다.

필요에 따라 상기 관제 서버는 빅데이터를 이용하여 요일별 계절별 시간대별 교통 상황에 대응하여 정차역을 결정할 수 있다.

그리고, 편의상 매일 운행시간표가 바뀌는 것이 아니라 일정기간 동안 각 역사별 이용객 빅데이터 축적하고 분석하여 일정기간마다 운행시간표를 업데이트하고 일정기간 지하철 앱, 역사 게시물 등을 통해 사전공지 할 수 있다.

또한, 도 4f는 가(A) 지하철, 나(B) 지하철 및 다(C) 지하철의 세 개의 지하철로 운행되는 경우를 다른 노선에 적용해보았다.

상기의 경우는, 환승역인 기흥과 주요역인 수원시청, 망포, 영통, 죽전에서는 모두 서게 한다.

그리고, 각 지하철이 서로 다른 역에서 정차하도록 하되, 세번 째 역마다 정차를 하도록 한 경우인데, 이를 살펴보면 가(A) 지하철은 수원을 출발하여, 매교, 수원시청, 망포, 영통, 상갈, 기흥, 보정 죽전 및 미금에 정차한다.

또한, 나(B) 지하철의 경우는 수원을 출발하여, 수원시청, 매탄권선, 망포, 영통, 기흥, 신갈, 죽전 오리 및 미금에 정차한다.

그리고, 다(C) 지하철은 수원을 출발하여, 수원시청, 망포, 영통, 청명, 기흥, 구성, 죽전 및 미금에 정차한다.

이렇게 주요역과 환승역을 제외하고는 차량을 서로 어긋나게 정차하게 하는 경우 지하철의 운행시간이 획기적으로 단축되고, 또한 정차하고 다시 출발하는데 소용되는 부하는 크게 줄어들 수 있다.

그에 따라 정차하는 역의 수가 줄어들기 때문에 소요되는 전력량을 줄일 수 있으며, 또한, 전략량의 감소에 따라 탄소 배출량도 저감할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 또한, 기존 운행대비 대략 15 ~ 20% 정도의 빠른 왕복운행으로 인해 지하철의 배차에 여유가 생기게 되고, 그에 따라 객차의 추가 투입(구매)없이도 운행간격을 단축할 수 있어서 더 효율적인 지하철의 운행이 가능한 장점이 있다.

도 5 내지 도 9는 지하철에 대한 정차역을 표시하는 범용례를 도시하고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 지하철(20)은 전면에 형성된 전광판(26)에 목적지와 정차역에 대한 정보로 수원행 나(B)로 기재된다. 즉, 도착역은 수원이고 정차역은 나(B)에 해당하는 정차역에서만 정차하는 것을 의미한다. 도 4(a)를 참조하면, 배방, 쌍용, 천안, 직산 등에서만 정차하는 것을 의미한다. 지하철(20)의 하부에는 철로(60)로 형성되어 있다. 도 5의 지하철(20)의 전광판(26)은 정차여부에 따라 적색 또는 녹색의 LED가 점등될 수도 있다. 즉, 해당 역이 가(A)에 해당하는 경우에는 적색으로 표시하고 나(B)에 해당하는 역인 경우에는 녹색으로 표시하여 지하철이 정차하는지 여부를 표시할 수도 있다. 도 6은 지하철(20)의 내부를 도시하고 있다. 지하철(20)의 내부 노선도가 명기된 곳에 정차할 역을 표시하기 위해 가(A)로 기재된다. 즉, 해당 지하철(20)은 가(A)에 해당하는 역에 정차하게 되며, 이러한 표시는 다수의 개소에 표시가 되어 홍보가 이루어지도록 한다. 도 7은 노선도를 도시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이 노선도에는 역명과 가(A) 또는 나(B)가 표시된다. 또한, 정차하지 않는 역에는 무정차라고 기재된다. 도면에 도시된 바와 같이, 가(A) 지하철이 정차하는 역인 '온양온천 가(A)'로 기재되고, 정차하지 않는 배방역은 무정차로 기재되며, 이와 반대로 나(B) 지하철이 정차하는 역인 배방역은 '배방 나(B)'로 표기되고, 정차하지 않는 역인 온양온천은 무정차로 표시된다. 다른 역도 동일하게 표시된다. 도 8은 지하철 역사 또는 지하철 내부에 설치되는 전광판에 표시되는 것인데, 전광판에는 도착하는 역의 역명과 가(A) 또는 나(B)가 표기된다. 도면에 도시된 바와 같이, 정차역은 '매탄권선 가(A)'로 표시되며, 따라서 지하철을 타고 있는 사용자들은 정차역이 가(A)에 해당하는지 나(B)에 해당하는지를 알 수 있다.

특히, 사용자들은 역내에 설치된 스크린등을 통해 이번열차가 내가 가고자하는 목적지에 정차하는 지 아니면 주요역 또는 환승역에서 환승해야 하는지 미리 알고 타야 한다. 이때 스크린은 이번열차의 전체정차역노선 또는 현재역 기준으로 소정개수의 정차역만을 표시해줄수도 있다.

그리고 필요에 따라서는 스마트폰앱을 통해 이번열차가 정차하는 정차역에 대해 정보를 제공받을 수도 있다. 이를 위해 관제 서버에서 앱에 정보를 제공해줄 수 있다.

도 9는 지하철 역사 내에 설치되는 전동 열차 시간표이다. 전동열차 시간표에도 해당 역명과 가(A) 또는 나(B)가 표시되어 정차역에 대한 정보를 기재한다. 도9를 참조하면, 망포 가(A),나(B)'로 표기되어 망포역이 가(A),나(B)의 지하철이 동시에 정차하는 역사라는 정보를 표시하고 있다.

도 2, 도 3, 도 5 및 도 10을 참조하여 설명하면, 수원행 나(B) 지하철이 운행될 때, 수원행 나(B) 지하철은 나(B)에 해당하는 지하철 역에 정차한다. 따라서 가(A) 지하철이 정차하는 곳이라면 나(B) 지하철은 통과하게 되고, 나(B) 지하철이 정차하는 곳에서는 가(A)지하철은 통과하게 된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 역명이 직산 나(B)이므로 수원행 나(B) 지하철(20)이 역사로 진입하게 되면 전방 전광판(26)에는 정차 또는 정차를 한다는 녹색 또는 적색의 LED가 점등된다. 또한, 지하철(20) 내부의 승객에게는 정차여부에 대한 방송이 스피커(24)를 통해서 방송된다. 또한, 역사(30)는 지하철(20)이 진입하는 경우 정차 또는 통과 여부가 전광판(33)을 통해서 표시되며, 더 나아가 역명 주위에 형성되는 LED 모듈(35)이 녹색 또는 적색이나 다른 색상의 변화로 정차 또는 통과여부를 표시해준다. 다만, 환승역은 모든 기차가 정차하는 것으로 함이 바람직하다.

또한, 관제서버(10) 또는 지하철 서버(31)는 사용자의 단말기(40)를 통해서 지하철(20)의 운행정보를 제공해 줄 수 있으며, 사용자 단말기(40)를 통해서 자신이 가고자 하는 정차역을 입력하는 경우 A형 지하철 또는 B형 지하철 중 어느 지하철을 타야하는지에 대한 정보를 줄 수도 있다.

또한, 도 7에 표시된 바와 같이, 관제센터의 관제서버(10)에 의해 지하철(20)의 정차여부에 대한 노선도가 관제센터에 설치된 전광판(미도시)에 표시될 수도 있다.

또한, 도 10은 역사(30)에 설치되는 역명(ex. 직산 나(B))과 함께 가(A)형인지 나(B)형인지를 표시하고, 역사로 들어오는 지하철의 유형과 지하철의 전광판(26)에 표시되는 LED의 색상에 따라 승객들이 대기하거나 안전한 곳으로 대피하도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한 전광판(26)은 문자가 아닌 순수한 색상으로 표현될 수도 있으며, 이러한 변경은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 불과하다고 하겠다.

또한, 도 11을 참조하면, 이번열차가 직산에서 정차하는지 통과하는지를 알려줄 수 있다.

예를 들어 이번열차 나(B)가 당역을 정차하고, 이번열차 가(A)가 당역을 통과하는 등의 안내를 해줄 수 있다.

이러한 표시방법은 다양하게 변형이 가능하다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트한 지하철 운행 관제 시스템은, 지하철(20)의 정차역을 줄이는 것만으로도 획기적인 경제적 효과와 더불어 탄소 배출량의 저감 및 운행시간의 단축에도 기여할 수 있는 등 유리한 효과가 많음을 알 수 있다.

위에서 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 관제서버
20 : 지하철 21 : 지하철 서버
22 : 컨트롤러 23 : 브레이커
24 : 스피커 25 : GPS
26 : 전광판
30 : 역사 31 : 역사서버
32 : 컨틀롤러 33 : 전광판
34 : 스피커 35 : LED 모듈
36 : 센서
40 : 사용자 단말기 60 : 지하철 선로

Claims (7)

1. 지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;
   상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,
   상기 관제 서버는 교통 상황에 대응하여 정차역을 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 지하철 운행 관제 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 주요역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,
   해당역의 이용인원을 반영하여 정차여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 지하철 운행 관제 시스템.
   
3. 지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;
   상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,
   상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,
   n대의 지하철을 1개군으로 묶고,
   각 역별 이용인원에 대응하여 n개중 몇 개의 지하철이 정차할지 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 지하철 운행 관제 시스템.
   
4. 지하철의 위치 정보를 받고, 지하철의 표식에 따라 지하철이 정차해야 하는 역을 결정하여 전송하는 관제 서버;
   상기 관제서버로 지하철의 위치 정보를 송신하고, 상기 관제 서버로 부터 정차해야 할 역사 정보를 받아 일정한 간격으로 정차하도록 지하철의 운행을 제어하는 지하철 서버를 포함하고,
   상기 관제서버는 지하철이 출발역, 종착역, 주요역 및 환승역은 모두 정차하도록 하고,
   n대의 지하철을 1개군으로 묶고,
   각 역별 이용인원, 이용인원별 승하차시간, 각 역간 지하철의 이동시간을 이용하여 각역에 모든 지하철이 정차하는 경우부터 각 역에 1대의 지하철만 정차하는 경우까지 모든 경우의 수를 연산하여 가장 소요시간이 적게 되는 경우를 시뮬레이션 하고, 그 결과에 대응하여 각 지하철의 정차역을 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 지하철 운행 관제 시스템.
5. 제2항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서,
   상기 관제 서버로부터 지하철의 위치 정보를 받아, 정차되어야 할 지하철인지 여부를 파악하여 게시판에 정보를 제공하는 역사 서버를 더 포함하고,
   상기 지하철 서버는, 지하철에 장착된 스피커를 통해 상기 지하철에 승차한 사용자에게 정차여부를 알려주고, 지하철에 승차한 사용자의 모바일과 통신하여, 상기 모바일을 통해 사용자가 승차한 지하철의 정차 역에 대한 정보를 알려주며,
   상기 역사 서버는, 상기 관제 서버로부터 상기 지하철의 정차 여부에 대한 정보를 받아, 상기 지하철의 위치 정보에 따라 역사에 설치된 게시판을 통해 지하철의 정차여부를 표시하여 주는 것을 특징으로 하는 스마트 지하철 운행 관제 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 지하철에는 컨트롤러와 브레이커가 더 설치되고, 상기 컨트롤러는 상기 지하철 서버로부터 정지신호를 받아 상기 브레이커의 작동을 제어하여, 상기 지하철을 정차시키는 것을 특징으로 하는 스마트 지하철 운행 관제 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 지하철의 전방 또는 후방에는 정차여부를 표시하는 정차 여부 알림등이 장착되어, 상기 지하철 서버로부터 정차 여부에 대한 신호를 받아 정차 여부 알림등의 색상이나 문자 또는 알람신호을 표시하는 것을 특징으로 하는 스마트한 지하철 운행 관제 시스템.

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