KR20200051880A - 가상열차를 이용한 열차제어시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

가상열차를 이용한 열차제어 시스템을 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템으로서, 운행열차 상에 구비된 차상 제어장치로서, 운행열차의 상태정보를 생성하도록 구성된 차상 제어장치; 적어도 하나의 가상열차를 생성하고 가상열차의 상태정보를 생성하도록 구성된 가상열차 관리부; 및 운행열차 및 가상열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보를 저장하도록 구성된 공유자원 관리부로서, 각 열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보를 차상 제어장치 및 가상열차 관리부와 공유하도록 구성된 공유자원 관리부를 포함하되, 운행열차 및 가상열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보는 운행열차의 상태정보 및 가상열차의 상태정보를 기초로 하여 생성되고, 차상 제어장치는 가상열차의 점유정보를 기초로 하여 운행열차의 이동권한을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템을 제공한다.

Description

가상열차를 이용한 열차제어시스템 및 그 방법{Train Control System Using Virtual Train and Method thereof}

본 개시는 가상열차를 이용한 열차제어시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근 컴퓨터 및 통신 기술 등이 발전함에 따라, 열차제어 시스템이 제공하는 기능의 범위 또한 점차 확대되고 있다.

예를 들어, 최신의 무선통신 기반의 열차제어 시스템은, 열차의 기동과 안전한 역 출발, 선행열차와의 간격제어를 비롯한 가·감속 제어, 역 도착 및 정위치 정차, 안전한 출입문 개폐, 영업운전의 종료 및 열차의 주박에 이르기까지 광범위한 기능을 제공하고 있다.

열차제어 시스템의 여러 기능 중에서도, 특정 구간에서 임시적으로 속도를 제한하는 임시속도제한 구간의 설정, 특정 구간에 열차진입을 차단하는 방호구간의 설정, 사고발생 열차의 점유구간을 삭제하는 열차삭제, 및 열차의 비상정지를 위한 비상제동 취급 등은 열차제어 시스템의 대표적인 안전기능에 해당한다.

여기서, 열차삭제란, 사고발생 열차가 대피선으로 이동한 이후에도 해당 선로구간에 다른 열차가 진입하지 못하는 문제를 방지하기 위해, 열차제어 시스템 상에 남아있는 열차의 점유구간을 지우는 것을 의미한다.

이러한 열차삭제는 특히나 중점적으로 관리해야 하는 매우 중요한 기능이다. 따라서, 열차삭제 기능을 수행하기 위해서는, 점유구간에 사고발생 열차가 존재하는지 여부를 확인하는 것이 무결하게 선행될 필요가 있다.

종래의 열차제어 시스템은, 임시속도제한 구간의 설정, 방호구간의 설정, 및 열차삭제 등의 안전 기능을 무결하게 수행하기 위해, 단계별 안전성 활동, 즉, 위험원 식별 및 분석, 위험원의 저감을 위한 또 다른 기능이 추가되어 왔다.

이에 따라, 종래의 열차제어 시스템은 시스템의 복잡도가 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 또 다른 위험원이 발생하게 될 경우, 이를 대처하기 위해, 많은 양의 시간과 개발비용이 소요된다는 문제점이 있었다.

이에, 본 개시는 운행열차와 가상열차 사이의 간격제어 기능을 통해 다양한 안전기능을 구현할 수 있는 열차제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

또한, 본 개시는 다양한 안전기능을 관측수단과 가상열차를 통해 구현함으로써, 안전기능을 무결하게 수행할 수 있는 열차제어 시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

본 개시의 일 실시예에 의하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템으로서, 운행열차 상에 구비된 차상 제어장치로서, 운행열차의 상태정보를 생성하도록 구성된 차상 제어장치; 적어도 하나의 가상열차를 생성하고 가상열차의 상태정보를 생성하도록 구성된 가상열차 관리부; 및 운행열차 및 가상열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보를 저장하도록 구성된 공유자원 관리부로서, 각 열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보를 차상 제어장치 및 가상열차 관리부와 공유하도록 구성된 공유자원 관리부를 포함하되, 운행열차 및 가상열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보는 운행열차의 상태정보 및 가상열차의 상태정보를 기초로 하여 생성되고, 차상 제어장치는 가상열차의 점유정보를 기초로 하여 운행열차의 이동권한을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템을 제공한다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 의하면, 가상열차를 이용한 열차제어 방법으로서, 운행열차 상에 구비된 차상 제어장치를 통해 운행열차의 상태정보를 생성하는 단계; 적어도 하나의 가상열차를 생성하고 가상열차의 상태정보를 생성하는 단계; 운행열차의 상태정보 및 가상열차의 상태정보를 기초로 하여 공유자원에 대한 각 열차의 배타적 점유정보를 생성하는 단계; 점유정보를 각 열차와 공유하는 단계; 및 차상 제어장치를 통해 가상열차의 점유정보를 기초로 하여 운행열차의 이동권한을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템 및 방법은 다양한 안전기능을 운행열차와 가상열차 사이의 간격제어 기능을 통해 구현할 수 있고, 이를 통해, 위험원 발생빈도를 저감시키고 개발비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 다양한 안전 기능을 관측수단과 가상열차를 통해 구현함으로써, 인적 오류에 의한 2차사고 예방을 할 수 있고, 안전 기능을 수행하는데 필요한 작업시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차 관리부가 가상열차를 생성하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템의 블록도이다.
도 4는 종래의 임시속도제한 구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 임시속도제한 구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다.
도 6은 종래의 방호구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 방호구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1관측수단을 이용하여 선로의 상태를 관측하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 제1관측수단을 이용하여 방호구간 설정하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 열차삭제 방식을 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 제2관측수단이 관리수단측 리더기를 이용하여 지상자의 ID를 인식하는 것을 나타낸 예시도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)은 차상 제어장치(110), 가상열차 관리부, 관제ATS(130), 지상 통신부(140), 전환기측 통신부(160), 전환기측 제어부(170), 관측수단(180), 및 지상자(190)를 포함할 수 있다.

차상 제어장치(110)는 운행열차(1) 상에 구비되고, 운행열차(1)의 상태정보를 생성하도록 구성된다. 운행열차(1)의 상태정보에는 운행열차(1)의 위치, 속도, 출입문 개폐상태, 운전모드, 및 고장정보 등에 대한 정보가 포함될 수 있다.

구체적으로, 운행열차(1) 상에 구비된 회전속도계(112)를 통해 계측된 차륜의 회전수로부터 운행열차(1)의 주행거리를 산출할 수 있으며, 선로 상에 이격되어 배치되는 지상자(190)의 ID를, 운행열차(1) 상에 구비된 차상 리더기(114)를 통해, 식별함으로써 운행열차(1)의 현재 위치에 대한 오차를 보정할 수 있다.

차상 제어장치(110)는, 열차간 간격제어, 선로전환기(3)의 분기제어 등 열차의 제어와 관련된 전반적인 기능을 수행할 수 있다.

구체적으로, 차상 제어장치(110)는 열차 간 통신을 통해 선행열차와 간격제어를 수행할 수 있다. 이를 위해, 차상 제어장치(110)는 공유자원 관리부(도 3의 150)로부터 공유자원에 대한 점유정보를 제공받고, 이를 기초로 하여, 운행열차(1)의 이동권한을 생성할 수 있다.

또한, 차상제어장치(110)는, 차상 통신부(116)와 선로전환기(3)의 전환기측 통신부(160) 간의 무선통신을 통해, 선로전환기(3)에 대한 정위/반위 등의 분기 제어명령을 전환기측 제어부(170)로 전송할 수 있다.

가상열차 관리부(120)는 적어도 하나의 가상열차(2)를 생성하고 가상열차(2)의 상태정보를 생성하도록 구성된다. 가상열차(2)의 상태정보에는 가상열차(2)의 가상열차(2)의 생성위치, 길이, 움직임, 속도 등에 대한 정보가 포함될 수 있다.

본 명세서에서, 가상열차(2, virtual train)는, 실제로는 선로 상에 존재하지 않으나, 운행열차(1)의 차상 제어장치(110) 및 공유자원 관리부(도 3의 150) 등에 의해, 선로 상에 존재하는 것으로 간주되는 가상의 열차를 의미한다. 즉, 가상열차(2)는 실제로 선로 상에서 운행되는 운행열차(1)와 반대되는 개념일 수 있다.

관제ATS(130)는 전체 노선의 열차운영을 감시할 수 있으며, 이례상황 발생시 열차운행을 통제하고 제어할 수 있다. 이를 위해, 관제ATS(130)는, 지상 통신부(140)를 통해, 운행열차(1)의 차상 제어장치(110), 관측수단(180)과 무선으로 통신할 수 있다.

여기서, 이례상황이란, 열차간 간격제어, 선로전환기의 분기제어 등과 같이 차상 제어장치(110)를 통해 이루어지는 통상적인 제어영역에서 벗어난 상황을 의미한다. 예를 들면, 이례상황에는 열차의 사고 및 고장상황, 선로 사고 및 고장상황, 기타 재난상황 등이 있을 수 있다.

관측수단(180)은, 열차의 삭제와 같이 해당 현장에 대한 확인이 추가로 필요한 경우, 원격의 관제 운영자를 대신하여 현장을 확인하는 역할을 한다.

관측수단(180)은 드론, 감시카메라, 및 무인로봇 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원격의 관제 운영자를 대신하여 현장을 확인할 수 있다면 관측수단(180)에는 상술한 수단 이외의 수단도 포함될 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차 관리부(120)가 가상열차(2)를 생성하는 것을 나타낸 예시도이다.

도 2를 참조하면, 가상열차 관리부(120)는 가상열차(2)의 길이와 차량의 특성 등을 자유롭게 설정할 수 있다.

가상열차 관리부(120)는 가상열차(2)를 특정 구간에 생성하고, 반대로, 생성된 가상열차(2)를 삭제할 수도 있다. 예를 들어, 가상열차 관리부(120)는 가상열차인 T1(2A), T2(2B), 및 T3(2C)등을 생성할 수 있다.

T1(2A)은 일반적인 열차의 1량보다 작은 길이를 가지는 가상열차이며, 극단적으로 cm 단위의 길이를 가질 수 있다. 또한, T2(2B)는 열차 1량 길이의 가상열차이며, T3(2C)는 여러 편성을 연결한 2량 이상의 가상열차이다.

가상열차 관리부(120)는 각각의 가상열차(2A, 2B, 및 2C)의 가감속, 최대속도 등의 추진제동에 관한 특성 또한 자유롭게 설정할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)의 블록도이다.

도 3을 참조하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)은 공유자원 관리부(150), 임속구간 생성부(310), 및 방호구간 생성부(320)를 포함할 수 있다.

공유자원 관리부(150)는 운행열차(1)의 상태정보 및 가상열차(2)의 상태정보를 기초로 하여 생성된 공유자원에 대한 각 열차의 배타적 점유정보를 저장하도록 구성된다. 또한, 공유자원 관리부(150)는 각 열차의 점유정보를 운행열차(1) 및 가상열차(2)와 공유하도록 구성된다.

공유자원 관리부(150)에 의해 공유되는 공유자원으로는 선로구간, 선로전환기, 및 PSD 중 하나 이상이 포함될 수 있다.

본 명세서에서, 공유자원은 각 열차가 계획된 진로를 주행하기 위해 필요한 자원으로서, 선행열차와의 간격을 유지하기 위한 이동권한 및 후속열차와의 간격을 유지하기 위한 방호영역을 포함할 수 있다.

각 열차는 계획된 진로를 주행하기 위해, 공유자원에 대한 각 열차의 점유현황을 공유자원 관리부(150)로부터 전달받을 수 있으며, 공유자원의 점유현황을 기초로 하여, 계획된 진로를 주행하기 위해 필요한 자원을 선점 내지 점유할 수 있다.

각 열차는, 공유자원을 선점 내지 점유하기 위해, 공유자원 관리부(150)에 공유자원에 대한 점유요청을 할 수 있으며, 공유자원 관리부(150)는 요청된 공유자원이 다른 열차에 의해 점유되지 않은 경우, 점유요청을 한 열차에게 해당 공유자원에 대한 점유를 허락할 수 있다.

반대로, 공유자원 관리부(150)는, 요청된 공유자원이 다른 열차에 의해 점유된 경우, 점유요청을 거절하거나, 점유 중인 다른 열차에 대해 해당 공유자원의 점유를 해제하도록 요청할 수 있다.

또한, 공유자원 관리부(150)는, 하나의 공유자원에 대해 두 대 이상의 열차가 경쟁하는 경우, 해당 공유자원에 대해 더 높은 권한을 가지는 열차에게 해당 공유자원에 대한 점유를 허락할 수 있다.

열차 간 추돌을 피하기 위해서는, 하나의 공유자원에 대해 복수의 열차의 중복된 점유를 허용해서는 안되며, 따라서, 각각의 공유자원은 하나의 열차에 의해 배타적으로 점유될 필요가 있다. 이를 위해, 공유자원에 대한 점유정보는 세마포어(semaphore) 개념이 사용될 수 있다.

공유자원 관리부(150)는, 차상 제어장치(110)로부터 운행열차(1)의 상태정보를 전달받고, 가상열차 관리부(120)로부터 가상열차(2)의 상태정보를 전달받을 수 있다.

가상열차 관리부(120)는, 공유자원 관리부(150)로부터 공유자원에 대한 각 열차의 점유정보를 전달 받을 수 있다.

가상열차 관리부(120)는, 전달받은 공유자원에 대한 점유정보를 기초로 하여, 적정한 길이와 성능을 가지는 가상열차(2)를 적정한 지점에 생성할 수 있다.

가상열차 관리부(120)는, 열차를 생성하고자 하는 구간에 대한 공유자원이 다른 열차가 점유하고 있는 경우, 해당 공유자원에 대한 점유권한을 가상열차(2)가 우선하도록 구성할 수 있다.

가상열차 관리부(120)는 가상열차(2)의 공유자원에 대한 점유정보를, 공유자원 관리부(150)를 통해, 운행열차(1)의 차상 제어장치(110)와 공유할 수 있다.

차상 제어장치(110)는, 공유자원 관리부(150)로부터 전달받은 가상열차의 점유정보를 기초로 하여 운행열차(1)의 이동권한을 생성 내지 갱신할 수 있다.

임속구간 생성부(310)는 운행열차(1)의 속도를 임시제한속도로 제한하는 임시속도제한 구간을 선로 상에 설정하도록 구성된다. 또한, 방호구간 생성부(320)는 방호구간을 생성하도록 구성된다.

가상열차 관리부(120)는, 임속구간 생성부(310)로부터 임시속도제한 구간의 생성 또는 해지에 대한 정보를 전달 받고, 방호구간 생성부(320)로부터 방호구간 생성 또는 해지에 대한 정보를 전달 받을 수 있다.

가상열차 관리부(120)는, 임속구간 생성부(310) 또는 방호구간 생성부(320)로부터 전달받은 정보를 기초로 하여, 각 상황에 맞게 가상열차(2)를 생성하거나 가상열차(2)를 삭제할 수 있다.

도 4는 종래의 임시속도제한 구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다. 여기서, 임시속도제한 구간은, 선로 주변의 유지보수 작업, 악천후 등의 악 조건으로 인해, 주행 중인 운행열차(1)가 당초 설정된 선로제한속도(PSL, permanent speed limit) 보다 더 낮은 속도, 일명, 임시제한속도(TSL, temporary speed limit)로 주행하도록 설정해놓은 구간을 의미한다.

도 4를 참조하면, 관제 운영자는, 임시속도제한 구간을 설정하기 위해, 지상의 관할영역 제어부(zone controller)에 제한속도 설정 기능을 실행하도록 명령을 내린다.

관할영역 제어부는, 제한속도 설정 기능을 통해, 임시속도제한 구간 내에서 운행열차(1)의 운행속도를 임시제한속도 이하로 제한하게 되며, 이러한 운행열차(1)의 운행속도 제한을 계단식 정적 속도프로파일(MRSP, most restrictive speed profile)의 생성에 반영하게 된다.

운행열차(1)는 MRSP를 토대로 자신의 제동곡선을 계산하고, 이를 통해, 임시제한속도를 넘지 않도록 운행열차(1)의 주행속도를 제어한다.

종래에는, 열차의 속도를 임시제한속도로 제한하기 위해, 별도의 제어 기능을 설계할 필요가 있었고, 이에 따라, 시스템 설계 내지 구현이 복잡해지는 문제점이 있었다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 임시속도제한 구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다. 구체적으로, 도 5(a)는 운행열차(1)가 임시속도제한 구간에 진입하는 것을 예시한 것이고, 도 5(b)는 운행열차(1)가 임시속도제한 구간을 빠져 나오는 것을 예시한 것이다.

도 5(a)를 참조하면, 임속구간 생성부(310)가 임시속도제한 구간을 설정할 때, 가상열차 관리부(120)는 운행열차(1)의 전방에서 임시제한속도로 주행하는 제1가상열차(21)를 임시속도제한 구간 내에 생성하도록 구성된다.

구체적으로, 운행열차(1)의 이동권한의 한계가 임시속도제한 구간의 시점(SP1)에 도달하였을 때 제1가상열차(21)를 생성하고, 제1가상열차(21)의 후미부가 임시속도제한 구간의 시점(SP1)에 위치하도록 제1가상열차(21)를 배치한다.

임시속도제한 구간으로 진입하는 운행열차(1)는 임시속도제한 구간에 존재하는 제1가상열차(21)로 인해 감속을 수행하게 된다.

구체적으로, 운행열차(1)의 이동권한의 한계가 임시속도제한 구간에 진입하는 경우, 운행열차(1)는 임시제한속도에 운행열차(1)의 속도오차를 감안한 값으로 주행속도를 감속하게 되고, 이때, 제1가상열차(21)는 임시제한속도의 주행속도로 운행을 개시하게 된다.

운행열차(1)의 차상 제어장치(110)는 운행열차(1)의 전방에서 주행 중인 제1가상열차(21)의 점유정보를 기초로 하여 운행열차(1)의 이동권한을 갱신하게 된다.

운행열차(1)가 임시속도제한 구간 내에서 운행 중일 때, 운행열차(1)와 제1가상열차(21) 사이의 간격은 제1가상열차(21)의 주행속도, 즉, 임시제한속도에서의 제동거리를 반영하여 조정될 수 있다. 또한, 제1가상열차(21)의 주행속도는 임시제한속도로서 일정한 값을 가지므로, 운행열차(1)의 주행속도는 임시제한속도보다 낮은 값을 가지게 된다.

도 5(b)를 참조하면, 가상열차 관리부(120)는, 제1가상열차(21)의 후미부가 임시속도제한 구간의 종점(EP1)을 지날 때, 제1가상열차(21)의 후미부가 임시속도제한 구간의 시점(SP1)에 위치하도록 제1가상열차(21)를 순간 이동시키도록 구성된다.

순간 이동된 제1가상열차(21)는 임시속도제한 구간으로 진입하는 다음 열차를 위해 대기할 수 있으며, 다음 열차가 임시속도제한 구간으로 진입하는 경우, 전술한 과정을 반복할 수 있다.

가상열차 관리부(120)는, 임속구간 생성부(310)가 임시속도제한 구간을 해제할 때, 제1가상열차(21)를 삭제하거나 제1가상열차(21)를 임시속도제한 구간이 설정되었던 선로와 다른 선로로 순간 이동시키도록 구성될 수 있다.

도 6은 종래의 방호구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다. 여기서, 방호구간은, 선로의 결함 또는 사고발생 등을 원인으로 하여, 선로의 특정 구간에 운행열차(1)의 진입을 차단하도록 구성된 구간을 의미한다.

도 6을 참조하면, 종래의 열차제어 시스템은, 운행열차(1)의 이동권한을 갱신할 때, 이동권한에서 방호구간으로 정의된 선로구간을 제외한다.

만약, 해당 방호구간의 적어도 일부의 영역이 운행열차(1)의 이동권한에 반영된 경우, 이를 즉시 회수하여야 한다. 이동권한을 회수할 때, 운행열차(1)가 점유하고 있는 공유자원도 함께 회수되어야 한다.

예를 들어, 운행열차(1)의 이동권한이 이동권한 A로 설정되어, 이미 방호구간의 일부 영역이 반영된 경우, 방호구간 내에 운행열차(1)가 점유하고 있는 공유자원을 회수함으로써, 운행열차(1)의 이동권한을 이동권한 B로 단축할 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 방호구간 설정 방식을 나타낸 예시도이다.

도 7을 참조하면, 방호구간 생성부(320)가 방호구간을 설정할 때, 가상열차 관리부(120)는 방호구간 내에 제2가상열차(22)를 생성하도록 구성된다.

방호구간에 생성된 제2가상열차(22)는 방호구간에 해당하는 공유자원을 점유하게 된다. 이를 위해, 제2가상열차(22)는 방호구간의 전 구간을 점거하도록 방호구간의 길이와 동일한 길이를 가질 수 있다.

공유자원 관리부(150)는, 방호구간 내에 운행열차(1)의 이동권한이 위치할 때, 관제ATS(130)로부터 부여 받은 높은 우선순위의 자원권한(resource authority)을 이용하여, 차상 제어장치(110)가 점유하고 있는 방호구간 내의 공유자원을 차상 제어장치(110)로부터 양도받은 후, 이를 가상열차 관리부(120)에 부여할 수 있다.

차상 제어장치(110)는 제2가상열차(22)의 점유정보를 기초로 하여 운행열차(1)의 이동권한을 갱신하도록 구성된다.

구체적으로, 방호구간에 진입하는 운행열차(1)의 차상 제어장치(110)는, 제2가상열차(22)와의 추돌을 피하기 위해, 방호구간 내로 진입하기 전에 정차하도록 운행열차(1)의 이동권한을 축소할 수 있으며, 방호구간 내로 진입하기 전에 운행열차(1)의 정지가 불가능하다고 판단되는 경우, 비상제동을 수행할 수 있다.

가상열차 관리부(120)는, 방호구간 생성부(320)가 방호구간을 해제할 때, 제2가상열차(22)를 삭제하거나 제2가상열차(22)를 가상의 주박영역(parking area)으로 순간 이동시킬 수 있다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1관측수단을 이용하여 선로의 상태를 관측하는 것을 나타낸 예시도이다.

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 제1관측수단을 이용하여 방호구간 설정하는 것을 나타낸 예시도이다.

도 9를 참조하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)은 제1관측수단(182)을 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, 제1관측수단(182)은 선로 상에 배치되어 선로의 상태를 관측할 수 있다. 제1관측수단(182)은 원격의 관제 운영자를 대신하여 선로의 상태를 관측하고, 관측된 정보를 관제 운영자에게 전달할 수 있다.

제1관측수단(182)은 폐쇄회로 텔레비전(CCTV)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1관측수단(182)의 관측 범위는, 제1관측수단(182)과 인접하여 배치되는 지상자(190)의 ID 및 이에 대한 오프셋 값을 통해, 맵핑(mapping)되어 데이터 베이스화 될 수 있다.

예를 들어, 제1관측수단(182)이 도 8에 도시된 화재발생 영역을 관측한다고 가정하였을 때, 제1관측수단(182)의 관측 범위는 화재발생 영역과 가장 인접하게 배치되는 #00024의 ID를 가지는 지상자(190)를 기준으로 맵핑될 수 있다.

이 경우, 제1관측수단(182)의 관측 범위의 시점(SP2)은 #00024 + 오프셋 A로 표현될 수 있으며, 관측 범위의 종점(EP2)은 #00024 + 오프셋B로 표현될 수 있다.

도 9를 참조하면, 가상열차 관리부(120)는, 제1관측수단(182)의 관측 영역 내에 화재가 발생한 경우, 화재발생 영역에 제2가상열차(22)를 생성 및 투입함으로써, 운행열차(1)가 화재발생 영역으로 진입하는 것을 차단할 수 있다.

도 8 및 도 9에서는 선로 상에 화재가 발생한 것으로 예시되어 설명되었으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 선로 구간 내의 장애물 낙하사고, 주요설비의 고장 발생 등의 상황이 발생된 경우에도, 전술한 바와 같이, 제2가상열차(22)를 활용하여 방호구간을 설정할 수 있었다.

한편, 종래의 열차제어 시스템의 경우, 임시속도제한 구간으로 설정된 선로 구간을 방호구간으로 변경할 때, 임시속도제한 구간을 삭제한 후, 방호구간으로 다시 변경하거나, 임시속도제한 구간에 중첩하여 방호구간을 설정해야 하는 불편함이 있다. 특히, 임시속도제한 구간에 방호구간을 중복하여 설정하는 경우에는, 임시속도제한 구간 및 방호구간의 해제시, 각각의 구간에 대하여 별도로 해제해야 하는 불편함이 있었다.

본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)은, 가상열차의 길이를 방호구간 영역만큼 변경한 후에 가상열차를 정차하도록 설정함으로써, 임시속도제한 구간을 방호구간으로 용이하게 변경할 수 있는 장점이 있다.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 열차삭제 방식을 나타낸 예시도이다.

운행 중인 열차가 고장 또는 사고 등을 원인으로, 더 이상의 운행이 불가능한 경우, 다른 열차의 영업운영에 지장을 주지 않도록 사고발생 열차(4)를 대피선으로 옮기게 된다. 이때, 사고발생 열차(4)가 점유하고 있던 공유자원을 다른 열차가 이용할 수 있도록 공유자원 관리부에 환원해야 하는데, 이를, 열차 삭제라고 지칭한다.

도 10을 참조하면, 가상열차를 이용한 열차제어 시스템(10)은 제2관측수단(184)을 포함할 수 있다.

제2관측수단(184)은 선로를 따라 이동할 수 있으며, 선로의 상태, 예를 들어, 선로 상에 사고발생 열차(4)가 존재하는지 여부를 관측할 수 있다. 제2관측수단(184)은 원격의 관제 운영자를 대신하여 선로에 파견될 수 있으며, 관측된 정보를 이미지, 영상 등의 방식으로 관제 운영자에게 전달할 수 있다.

제2관측수단(184)은 드론(drone) 또는 무인 로봇일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

가상열차 관리부(120)는, 제2관측수단(184)이 선로에 파견될 때, 제2관측수단(184)을 따라 선로 상을 주행하도록 구성된 제3가상열차(23)를 선로 상에 생성할 수 있다. 예를 들어, 제3가상열차(23)는 제2관측수단(184)과 동일한 속도를 가지며, 제2관측수단(184)과 함께 선로 상을 주행할 수 있다.

제3가상열차(23)는 사고발생 열차가 위치하고 있던 선로 구간을 파견된 제2관측수단(184)을 따라 이동할 수 있으며, 이때, 사고발생 열차가 점유하고 있던 공유자원을 제3가상열차(23)가 양도받음으로써 점유하게 된다.

제2관측수단(184)을 통해 선로 상에 사고발생 열차가 존재하지 않음을 확인하였을 때, 제3가상열차(23)가 사고발생 열차가 위치하고 있던 선로 구간을 완전히 빠져 나올 수 있다. 이때, 가상열차 관리부(120)는 제3가상열차(23)를 삭제할 수 있고, 공유자원 관리부(150)는 제3가상열차(23)가 점유하고 있던 공유자원을 가상열차 관리부(120)로부터 회수할 수 있다.

도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 제2관측수단(184)이 리더기를 이용하여 지상자의 ID를 인식하는 것을 나타낸 예시도이다.

도 11을 참조하면, 제2관측수단(184)는 관측수단측 리더기(미도시)를 포함할 수 있다.

관측수단측 리더기는 선로 상에 이격되어 배치되는 지상자(190)의 ID를 식별할 수 있다. 이를 위해, 제2관측수단(184)은 지상자(190)를 중심으로 형성된 선로의 데이터 베이스 정보를 공유하도록 구성될 수 있다.

제2관측수단(184)은, 관측수단측 리더기를 이용하여 각 지상자(190)의 ID를 식별 가능하도록 구성됨으로써, 특정 선로 구간에 정확하게 파견될 수 있다.

제2관측수단(184)은, 관측수단측 리더기의 지상자(190)의 ID 식별을 용이하게 하기 위해, 선로 상에서 저공 비행하도록 구성될 수 있다.

도 11에서는 제2관측수단(184)이 관측수단측 리더기를 통해 지상자(190)의 ID를 식별하는 것으로 예시되어 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 선로변 상에는 각 지상자(190)의 ID를 표시하는 표지판이 구비될 수 있으며, 제2관측수단(184)은 제2관측수단(184)에 배치된 카메라를 통해, 표지판을 관측함으로써 지상자(190)의 ID를 인식할 수도 있다.

종래의 열차제어 시스템에서는, 운영자의 현장 확인을 통해, 사고발생 열차가 안전하게 대피선으로 옮겨졌는지 여부를 육안으로 직접 확인한 후, 원격의 관제 운영자의 엄격한 운영절차에 의해 수동으로 열차를 삭제하게 된다.

이에 따라, 인적 오류에 의한 위험부담이 있었으며, 동시에, 복잡한 절차 및 수작업 등으로 인해 상당한 작업시간이 소요된다는 문제점이 있었다.

본 개시의 일 실시예에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템은, 열차의 삭제를 제2관측수단(184) 및 가상열차 관리부(120)를 통해 수행하도록 구성함으로써, 인적 오류에 의한 2차사고을 예방하고, 작업시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

본 개시에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템은, 지상의 제어시스템(지상 ATP, 지상 EI)이 없는 차세대 무선통신기반 열차제어 시스템인 열차자율주행 제어시스템(ATCS, 국내 등록특허 10-1700814 참조)에 적용되는 것이 바람직할 것이나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 개시에 따른 가상열차를 이용한 열차제어 시스템은, CBTC 또는 ETCS Level 3와 같은, 종래의 무선통신기반 열차제어 시스템에서도 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 차상 제어장치 120: 가상열차 관리부 150: 공유자원 관리부
180: 관측수단 182: 제1관측수단 184: 제2관측수단
310: 임속구간 생성부 320: 방호구간 생성부

Claims (20)

1. 가상열차를 이용한 열차제어 시스템으로서,
   운행열차 상에 구비된 차상 제어장치로서, 상기 운행열차의 상태정보를 생성하도록 구성된 차상 제어장치;
   적어도 하나의 가상열차를 생성하고 상기 가상열차의 상태정보를 생성하도록 구성된 가상열차 관리부; 및
   상기 운행열차 및 상기 가상열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보를 저장하도록 구성된 공유자원 관리부로서, 각 열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보를 상기 차상 제어장치 및 상기 가상열차 관리부와 공유하도록 구성된 공유자원 관리부를 포함하되,
   상기 운행열차 및 상기 가상열차의 공유자원에 대한 배타적 점유정보는 상기 운행열차의 상태정보 및 상기 가상열차의 상태정보를 기초로 하여 생성되고,
   상기 차상 제어장치는 상기 가상열차의 점유정보를 기초로 하여 상기 운행열차의 이동권한을 생성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 운행열차의 속도를 임시제한속도로 제한하는 임시속도제한 구간을 선로 상에 설정하도록 구성된 임속구간 생성부를 더 포함하되,
   상기 임속구간 생성부가 상기 임시속도제한 구간을 설정할 때, 상기 가상열차 관리부는 상기 운행열차의 전방에서 상기 임시제한속도로 주행하는 제1가상열차를 상기 임시속도제한 구간 내에 생성하도록 구성되고, 상기 차상 제어장치는 상기 제1가상열차의 점유정보를 기초로 하여 상기 운행열차의 이동권한을 갱신하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가상열차 관리부는,
   상기 운행열차의 이동권한의 한계가 상기 임시속도제한 구간의 시점에 도달하였을 때 상기 제1가상열차를 생성하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 가상열차 관리부는, 상기 제1가상열차의 후미부가 상기 임시속도제한 구간의 종점을 지날 때, 상기 제1가상열차의 후미부가 상기 임시속도제한 구간의 시점에 위치하도록 상기 제1가상열차를 이동시키도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 가상열차 관리부는, 상기 임속구간 생성부가 상기 임시속도제한 구간을 해제할 때, 상기 제1가상열차를 삭제하거나 상기 제1가상열차를 상기 임시속도제한 구간이 설정되었던 선로와 다른 선로로 이동시키도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   방호구간을 생성하도록 구성된 방호구간 생성부를 더 포함하되,
   상기 방호구간 생성부가 상기 방호구간을 설정할 때, 상기 가상열차 관리부는 상기 방호구간 내에 제2가상열차를 생성하도록 구성되고, 상기 차상 제어장치는 상기 제2가상열차의 점유정보를 기초로 하여 상기 운행열차의 이동권한을 갱신하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2가상열차는 상기 방호구간의 전 구간을 점거하도록 상기 방호구간의 길이와 동일한 길이를 가지는 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
8. 제6항에 있어서,
   상기 공유자원 관리부는, 상기 방호구간 내에 상기 운행열차의 이동권한이 위치할 때, 상기 차상 제어장치가 점유하고 있는 상기 방호구간 내의 공유자원을 상기 차상 제어장치로부터 양도받아 상기 가상열차 관리부에 부여하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
9. 제6항에 있어서,
   상기 가상열차 관리부는, 상기 방호구간 생성부가 상기 방호구간을 해제할 때, 상기 제2가상열차를 삭제하거나 상기 제2가상열차를 가상의 주박영역으로 이동시키도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
10. 제6항에 있어서,
    선로를 관측할 수 있는 제1관측수단을 더 포함하되,
    상기 방호구간 생성부는 상기 제1관측수단으로부터 관측된 상기 선로의 상태를 기초로 하여 상기 선로 상에 상기 방호구간을 생성하도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    선로를 따라 이동하면서 상기 선로를 관측할 수 있는 제2관측수단을 더 포함하되,
    상기 가상열차 관리부는 상기 제2관측수단을 따라 상기 선로 상을 주행하도록 구성된 제3가상열차를 상기 선로 상에 생성하도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2관측수단을 통해 상기 선로 상에 사고발생 열차가 존재하지 않음을 확인하였을 때, 상기 가상열차 관리부는 상기 제3가상열차를 삭제하도록 구성되고, 상기 공유자원 관리부는 상기 사고발생 열차가 상기 선로 상에서 점유하고 있던 공유자원을 회수하도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 선로 상에 이격되어 배치되는 복수의 지상자를 더 포함하되,
    상기 제2관측수단은 상기 지상자의 ID를 식별 가능할 수 있는 관측수단측 리더기를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 운행열차의 상태정보는 열차의 위치, 속도, 출입문 개폐상태, 운전모드, 및 고장정보 중 하나 이상에 대한 정보를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
15. 제1항에 있어서,
    상기 공유자원은 선로구간, 선로전환기, 및 PSD 중 하나 이상을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
16. 제1항에 있어서,
    상기 점유정보는 세마포어(semaphore) 값인 것
    을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 시스템.
17. 가상열차를 이용한 열차제어 방법으로서,
    운행열차 상에 구비된 차상 제어장치를 통해 상기 운행열차의 상태정보를 생성하는 단계;
    적어도 하나의 가상열차를 생성하고 상기 가상열차의 상태정보를 생성하는 단계;
    상기 운행열차의 상태정보 및 상기 가상열차의 상태정보를 기초로 하여 공유자원에 대한 각 열차의 배타적 점유정보를 생성하는 단계;
    상기 점유정보를 각 열차와 공유하는 단계; 및
    상기 차상 제어장치를 통해 상기 가상열차의 점유정보를 기초로 하여 상기 운행열차의 이동권한을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 운행열차의 속도를 임시제한속도로 제한하는 임시속도제한 구간을 설정하는 단계;
    상기 운행열차의 전방에서 상기 임시제한속도로 주행하는 제1가상열차를 상기 임시속도제한 구간 내에 생성하는 단계; 및
    상기 차상 제어장치를 통해 상기 제1가상열차의 점유정보를 기초로 하여 상기 운행열차의 이동권한을 갱신하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 방법.
19. 제17항에 있어서,
    방호구간을 설정하는 단계;
    상기 방호구간 내에 제2가상열차를 생성하는 단계; 및
    상기 차상 제어장치를 통해 상기 제2가상열차의 점유정보를 기초로 하여 상기 운행열차의 이동권한을 갱신하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 방법.
20. 제17항에 있어서,
    선로를 따라 이동 가능한 제2관측수단을 통해 선로의 상태를 관측하는 단계;
    상기 제2관측수단을 따라 상기 선로 상을 주행하도록 구성된 제3가상열차를 상기 선로 상에 생성하는 단계;
    상기 제2관측수단으로부터 상기 선로 상에 사고발생 열차가 존재하지 않음을 확인하였을 때, 상기 제3가상열차를 삭제하는 단계; 및
    상기 사고발생 열차가 상기 선로 상에서 점유하고 있던 공유자원을 상기 사고발생 열차의 차상 제어장치로부터 회수하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상열차를 이용한 열차제어 방법.

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