KR20240093250A - 상대제동 모델 기반의 이동폐색 열차제어시스템을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

상대제동 모델 기반의 이동폐색 열차제어시스템을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20240093250A
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김영주
윤용기
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 개시는 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템을 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어를 수행하는 방법으로서, 선행열차 및 후행열차가 위치, 속도 및 성능정보를 지상의 지역제어기(zone controller)에 각각 전송하는 제1 과정; 상기 지역제어기가 상기 후행열차의 제1 이동권한을 생성하는 제2 과정; 상기 지역제어기가 상기 제1 이동권한, 상기 선행열차의 속도 및 상기 선행열차의 성능정보를 상기 후행열차에 전송하는 제3 과정; 상기 후행열차가 상기 선행열차의 보정속도를 계산하는 제4 과정; 상기 후행열차가 상기 보정속도 및 상기 제1 이동권한에 기초하여 제2 이동권한을 생성하는 제5 과정; 및 상기 후행열차가 상기 제2 이동권한에 기초하여 간격 제어를 수행하는 제6 과정을 포함하는 방법을 제공한다.

Description

상대제동 모델 기반의 이동폐색 열차제어시스템을 위한 방법 및 장치{Method And Apparatus for Moving Block Train Control System Based on Relative Braking Model}
본 개시는 상대제동 모델 기반의 이동폐색 열차제어시스템을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 개시의 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
열차제어시스템의 궁극적인 목표는 노선에 가능한 많은 열차를 투입함으로써 수송 효율을 높이는 데 있다.
현재 가장 진보된 열차제어시스템인 이동폐색 열차제어시스템(Moving Block Train Control System)은 차상(onboard)과 지상(wayside) 간 무선통신을 이용하여 실시간 위치 추적이 가능하여 높은 수송 효율을 가진다. 그러나, 현재의 도시철도용, 일반/고속철도용 이동폐색 열차제어시스템은 주행 중인 열차가 항상 정지해 있다는 가정하에 위치정보만을 이용한다. 따라서, 수송력 향상을 위해 더 이상의 간격을 단축하는 데는 구조상 한계가 존재한다.
종래의 이동폐색 열차제어시스템은 지상의 지역제어기(Zone Controller, 이하 'ZC')와 전자연동장치(Electronic Interlocking, 이하 'EI')에 의존하여 열차를 제어한다. 도 1은 대표적인 이동폐색 열차제어시스템인 CBTC(Communication Based Train Control) 시스템에서의 간격 제어 원리(interval control principle)를 보여준다. 도 1을 참조하면, 선행열차 Tp의 위치정보는 관할영역을 담당하는 ZC에 보고된다. ZC는 진로정보(route)를 수신하기 위해 EI에 선행열차 Tp의 위치정보(position)를 전송한다. EI는 응답으로 진로정보를 ZC에 전송한다. ZC는 수신한 진로정보를 토대로 이동권한(MA, Movement Authority), 제한속도, 및 MRSP(Most Restricted Speed Profile)를 생성하여 후행열차 Tf에 전송한다.
선행열차 Tp의 상태정보는 제어 흐름에 따른 경유시간 tTT를 거쳐 후행열차 Tf에 전달된다. 이때, 경유시간 tTT는 수학식 1과 같다.
여기서, tPR는 선행열차의 위치보고에 소요되는 통신시간이고, tMA는 ZC의 이동권한(MA) 전송에 소요되는 통신시간이고, tZC는 ZC의 응답시간이고, tEI는 EI의 응답시간이고, tP와 tR은 ZC와 EI 간의 통신시간을 의미한다.
후행열차 Tf는 수신된 이동권한과 MRSP를 토대로 이동권한을 초과하지 않도록 절대제동(absolute braking) 모델에 의해 자동열차방호(ATP, Automatic Train Protection) 프로파일을 생성한다. 열차의 절대제동 모델은 열차의 장치가 반응하기까지의 시간 tA 동안의 최대가속 구간인 A 구간, 열차가 추진을 중단하고 열차의 비상제동(EB, Emergency Braking)을 체결하기까지의 시간 tB 동안의 최대가속 구간인 B 구간, 보증비상제동률(GEBR, Guaranteed Emergency Braking Rate)이 출력되기까지의 시간 tC 동안의 최대가속 구간인 C 구간 및 보증비상제동률로 열차가 정지하기까지의 시간 tD 동안의 감속구간인 D 구간으로 구성된다.
따라서, 절대제동 모델에 의한 열차의 제동거리 Dabd는 선행열차 Tp의 속도와 관계없이 정차하기까지의 제동거리를 의미하며 수학식 2와 같다.
여기서, 여기서 는 후행열차 Tf의 최대 가속도이고, 는 후행열차 Tf의 보증비상제동률이고, Dpu는 열차의 위치 불확실성(position uncertainty)이고, 는 후행열차 Tf의 보정된 속도를 의미한다. 는 수학식 3과 같다.
여기서, 는 후행열차 Tf의 속도이고, VE는 속도오차이고, VA는 ATP의 허용된 속도초과를 의미한다.
종래의 절대제동 모델 기반의 이동폐색 열차제어시스템은 선행열차의 주행 속도를 항상 0(zero)으로 가정하여 간격 제어를 수행함으로써, 수송 효율을 높이기 위한 열차들 간의 최소 안전거리를 단축시키는데 한계가 존재하는 문제점이 있다.
따라서, 주행 중인 선행열차의 속도 정보를 활용한 무선통신기반 열차제어시스템의 간격 제어 성능을 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어 성능 향상을 위해 상대제동(relative braking) 모델을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 상대제동이 가능하도록 이동폐색 열차제어시스템의 위치보고 및 이동권한 구조를 새롭게 제시하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어를 수행하는 방법으로서, 선행열차 및 후행열차가 위치, 속도 및 성능정보를 지상의 지역제어기(zone controller)에 각각 전송하는 제1 과정; 상기 지역제어기가 상기 후행열차의 제1 이동권한을 생성하는 제2 과정; 상기 지역제어기가 상기 제1 이동권한, 상기 선행열차의 속도 및 상기 선행열차의 성능정보를 상기 후행열차에 전송하는 제3 과정; 상기 후행열차가 상기 선행열차의 보정속도를 계산하는 제4 과정; 상기 후행열차가 상기 보정속도 및 상기 제1 이동권한에 기초하여 제2 이동권한을 생성하는 제5 과정; 및 상기 후행열차가 상기 제2 이동권한에 기초하여 간격 제어를 수행하는 제6 과정을 포함하는 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템에서 간격 제어를 수행하기 위한 열차에 구비된 차상장치로서, 지역제어기와 통신을 수행하는 통신부; 열차가 주행 중인 선로에 설치된 태그 또는 발리스에 관한 정보를 획득하는 태그 리더기; 상기 열차의 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 감지하는 타코미터; 및 상기 열차의 위치, 속도 및 성능정보를 주기적으로 획득하여 상기 지역제어기에 전송하고, 상기 지역제어기로부터 수신한 제1 이동권한, 선행열차의 속도 및 성능정보에 기초하여 제2 이동권한을 생성하고, 상기 제2 이동권한에 기초하여 간격 제어를 수행하는 차상ATP를 포함하는 장치를 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 무선통신기반 열차제어시스템에서 주행 중인 열차들 간의 최소 안전거리를 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 무선통신기반 열차제어시스템의 근본적인 구조 변경 없이도 간격 제어 성능을 개선시키는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 선로용량 증대를 통한 혼잡도 및 병목현상 완화에 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 CBTC 시스템에서의 간격 제어 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 열차에서 이동권한을 결정하기 위해 수정된 기능 블록도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 구성도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 구성도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템을 위한 차상장치의 예시적인 구성도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템에서 간격 제어를 수행하는 방법의 순서도이다.
도 8은 절대제동 기반 및 상대제동 기반 열차제어시스템의 최소 안전제동거리를 시뮬레이션하여 성능을 비교 분석한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 9는 절대제동 기반 및 상대제동 기반 열차제어시스템의 노선 속도 변화에 따른 최소 운전시격을 시뮬레이션하여 성능을 비교 분석한 결과를 나타내는 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 개시가 실시될 수 있는 유일한 실시 형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
본 개시는 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어 성능 향상을 위해 상대제동(relative braking) 모델과 새로운 이동권한 구조를 제시한다. 열차의 상대제동 모델은 선행열차의 속도를 후행열차의 제동거리 계산에 반영함으로써 절대적인 제동거리 이하로 간격을 단축한다. 상대제동 모델을 위한 새로운 이동권한은 이동권한의 거리와 속도로 구성되며, 지상의 존 컨트롤러(zone controller)에서 제공되는 이동권한을 토대로 열차에서 생성한다. 즉, 상대제동이 가능하도록 이동폐색 열차제어시스템의 위치보고 및 이동권한 구조를 새롭게 제시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어를 설명하기 위한 예시도이다.
상대제동 모델은 선행열차 Tp의 주행속도 를 참조한다. 도 2와 같이 지상 ZC에서 생성하는 이동권한 MAZC를 기반으로 후행열차 Tf는 새로운 이동권한 MAOC을 정의한다. 상대제동 모델에 의한 열차의 최악의 경우(worst-case)에 해당하는 제동거리 Drbd는 선행열차 Tp의 주행속도 에 의존하며 수학식 4와 같다.
여기서, 는 후행열차 Tf에 의해 인지되는 선행열차 Tp의 보정된 속도이고, 는 선행열차 Tp의 비상제동률을 의미한다.
후행열차 Tf가 수신하는 선행열차 Tp의 속도 정보는 tTT 시간 동안 지상 ZC와 EI를 경유하여 도달된다. 따라서, 후행열차 Tf의 안전측 제동거리는 선행열차 Tp가 상태정보를 전송하는 즉시 tTT 시간 동안 최대 감속한다는 가정으로 계산한다. 즉, 선행열차 Tp의 다음 상태 보고 전까지는 선행열차 Tp의 상태를 알 수 없으므로 최악의 경우에 해당하는 선행열차 Tp의 보정된 속도 는 수학식 5와 같다.
여기서, 는 선행열차 Tp의 속도이고, VE는 속도오차이고, VA는 ATP의 허용된 속도초과이고, 는 선행열차 Tp의 비상제동률을 의미한다. tTT는 수학식 1과 같이 계산된 최악의 경우를 가정한 시간이거나 각 메시지 별 타임스탬프를 통해 계산된 실제 소요 시간을 의미한다.
본 개시는 상대제동이 가능하도록 이동권한 구조를 새롭게 정의한다. 절대제동 기반 이동폐색시스템에서 이동권한 MAZC은 단순히 거리의 한계이며 ZC에서 생성한다. 반면, 상대제동 기반 이동폐색시스템의 이동권한 MAOC은 각 열차에서 생성하며 이동권한의 거리 DMA와 이동권한의 속도 VMA로 구성된다. 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색시스템에서 후행열차 Tf가 생성하는 이동권한 MAOC은 수학식 6과 같다.
여기서, DMA는 이동권한의 거리이고, VMA는 이동권한의 속도이고, Drbd는 수학식 4의 제동거리이고, 는 선행열차 Tp의 보정된 속도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 열차에서 이동권한 MAOC을 결정하기 위해 수정된 기능 블록도이다.
도 3을 참조하면, ZC가 생성하는 이동권한 MAZC은 관할영역 내에 속한 열차의 위치와 EI로부터 수신한 각 열차가 가지는 진로의 한계, 및 선로에 내려진 방호구간을 토대로 결정된다. 열차는 ATP onboard message를 통해 관할영역 ZC에 자신의 위치를 보고한다. 이때, 열차는 이동권한 MAOC의 생성을 위해서 ATP onboard message에 포함된 열차의 위치 보고(position report) 패킷에 열차의 속도 정보와 함께 보정속도 를 계산하기 위한 열차 성능 정보를 함께 반영한다.
수정된 위치 보고 패킷은 표 1과 같이 구성될 수 있다. 기존 절대제동 기반 이동폐색시스템에 추가되어야 할 필드를 정의하며, 새롭게 추가된 필드는 'newly added'로 표기한다. 수정된 위치 보고 패킷은 표 1에서 제시된 구성예에 국한되지 않고 다양한 방법으로 구성될 수 있다.
열차의 위치 보고를 통해 관할영역 내의 모든 열차는 ZC에 자신의 위치와 함께 상대제동에 필요한 열차의 속도 및 성능 정보를 전송한다. ZC는 관할영역 내의 모든 열차로부터 수신받은 정보를 토대로 이동권한 MAZC와 MRSP를 계산하여 열차에 ATP wayside message를 통해 전송한다. 열차가 이동권한 MAOC을 계산하기 위해 필요한 선행열차의 속도 및 성능 정보는 ATP wayside message 내에 limit of movement protection에 포함된다.
수정된 limit of movement protection 패킷은 표 2와 같이 구성될 수 있다. 새롭게 추가된 정보는 열차의 이동권한 MAOC 계산에 필요한 선행열차의 상태 정보, 선행열차의 성능 정보, ZC와 차상장치 간의 정보 전송주기, ZC와 EI 간의 정보 전송주기 및 시스템 응답시간이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, Inter-Speed Calculator가 후행열차의 차상에 배치된 시스템 구성을 도시한다. Inter-Speed Calculator는 수신한 ATP wayside message에 포함된 수정된 limit of movement protection 정보 즉, 선행열차의 속도 등을 이용하여 수학식 5에 따라 선행열차의 보정된 속도 를 연산하고, 연산결과를 onboard ATP에 제공한다.
한편, 시스템 구성에 따라 Inter-Speed Calculator를 ZC에 배치할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 구성도이다.
도 5를 참조하면, ZC에 배치된 Inter-Speed Calculator는 수신한 ATP onboard message에 포함된 수정된 위치 보고 정보 즉, 선행열차의 속도 등을 이용하여 수학식 5에 따라 선행열차의 보정된 속도 를 연산하고, 연산결과를 ATP wayside message를 통해 후행열차에 제공한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템을 위한 차상장치의 예시적인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 열차의 차상장치(onboard equipment, 100)는 통신부(communication unit, 110), 차상ATP(onboard ATP, 120), 태그 리더기(TAG reader, 130) 및 타코미터(tachometer, 140)의 전부 또는 일부를 포함한다. 차상장치(100)는 타코미터(140)를 이용하여 차륜의 회전수를 측정함으로써 열차가 얼마나 이동했는지 계산할 수 있다. 차상장치(100)는 태그 리더기(130)를 이용하여 획득한 태그(TAG) 또는 발리스(Balise)의 위치 등의 정보에 기초하여 열차의 위치를 보정할 수 있다.
통신부(110)는 차상ATP(120)와 연결되어, 외부 네트워크에 대한 액세스를 제공한다. 차상장치(100)는 통신부(110)를 통해 지상 ZC로부터 이동권한과 선행열차의 속도 및 성능 정보을 수신하거나, 지상 ZC로 수정된 위치 보고를 송신할 수 있다. 이외에도 차상장치(100)는 통신부(110)를 통해 ATS(Automatic Train Supervision) 등의 다른 장치들과 제어신호, 데이터 등을 송수신할 수 있다.
차상ATP(120)는 열차의 위치, 속도 및 성능 정보를 포함하는 수정된 위치 보고 메시지를 주기적으로 생성하여 지상 ZC에 제공한다.
차상ATP(120)는 지상 ZC로부터 수신한 ATP wayside message에 기초하여 상대제동 기반의 ATP 프로파일을 생성하고 간격 제어를 수행한다. 여기서, ATP wayside message는 지상 ZC가 생성한 이동권한과 선행열차의 속도 및 성능 정보를 포함한다. 차상ATP(120)는 선행열차의 보정된 속도를 계산할 수 있다. 차상ATP(120)는 이동권한의 거리와 속도로 구성된 새로운 이동권한 MAOC을 생성할 수 있다. 차상ATP(120)는 선행열차의 보정된 속도를 이용하여 제동거리를 계산하여 간격 제어를 수행할 수 있다. 차상ATP(120)는 ATP의 일반적인 기능을 수행할 수 있다.
태그 리더기(130)는 열차의 위치를 보정하기 위해 열차가 지나가는 선로에 설치된 태그 또는 발리스를 인식한다.
타코미터(140)는 열차의 속도, 가속도 등을 감지한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템에서 간격 제어를 수행하는 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 선행열차(preceding train) 및 후행열차(following train) 각각은 위치, 속도 및 성능 정보를 지상 ZC에 전송한다(S700). 예를 들어, 선행열차(preceding train) 및 후행열차(following train) 각각은 ATP onboard message로서 표 1과 같이 수정된 위치 보고(position report) 메시지를 전송할 수 있다.
지상 ZC는 수신한 각 열차의 위치 정보, EI로부터 수신한 각 열차의 진로 정보 및 선로에 내려진 방호구간에 기초하여 후행열차의 이동권한을 생성한다(S710). 지상 ZC는 생성한 후행열차의 이동권한과 S700 과정에서 수신한 선행열차의 속도 및 성능 정보를 함께 후행열차에 전송한다(S720). 예를 들어, 지상 ZC는 표 2와 같이 선행열차의 속도 및 성능 정보를 ATP wayside message 내에 limit of movement protection에 포함하여 전송할 수 있다.
후행열차는 수신한 선행열차의 속도 및 성능 정보에 기초하여 선행열차의 보정속도를 계산한다(S730). 예를 들어, 선행열차의 보정속도를 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
후행열차는 계산된 선행열차의 보정속도 및 지상 ZC가 생성한 이동권한에 기초하여 새로운 이동권한을 생성한다(S740). 구체적으로, 선행열차의 보정속도와 후행열차의 속도, 가속도 및 성능 정보에 기초하여 이동권한의 거리의 한계인 제동거리 Drbd를 생성할 수 있다.
후행열차는 새로운 이동권한을 초과하지 않도록 간격 제어를 수행한다(S750). 예를 들어, 새로운 이동권한에 기초하여 ATP 프로파일을 생성하고 간격 제어를 수행할 수 있다.
이하, 종래의 절대제동 기반의 열차제어시스템과 본 개시의 일 실시예에 따른 상대제동 기반의 열차제어시스템의 최소 안전제동거리 및 최소 운전시격 시뮬레이션을 통해 성능을 비교 분석한 결과를 설명한다.
본 개시의 효과 분석을 위한 시뮬레이션은 Matlab을 이용하여 수행하였다. 시뮬레이션 파라미터는 표 3과 같다. 열차제어시스템 및 통신 지연은 일반적인 CBTC 파라미터를 적용하였고, 열차 성능은 일반적으로 적용되고 있는 도시철도 환경의 전동차 사양을 적용하였다.
도 8은 절대제동 기반 및 상대제동 기반 열차제어시스템의 최소 안전제동거리를 시뮬레이션하여 성능을 비교 분석한 결과를 나타내는 예시도이다.
최소 안전제동거리(minimum safe braking distance)는 두 열차가 노선 속도(line speed)로 주행하면서 감속없이 최대한 가까이 근접하여 주행할 때의 최소 안전간격을 의미한다.
도 8을 참조하면, 절대제동 기반의 이동폐색 열차제어시스템(이하 'ABD-based MBS') 및 상대제동 기반의 이동폐색 열차제어시스템(이하 'RBD-based MBS') 각각의 최소 안정제동거리를 비교한 결과를 도시한다. 노선 속도를 최대 150 km/h까지 증가하면서 두 시스템의 최소 안전제동거리를 비교하였다. 노선 속도가 80 km/h, 100 km/h, 120 km/h, 150 km/h로 변화할 때 ABD-based MBS의 최소 안전제동거리는 528.6 m, 754.6 m, 1021.7 m, 1499.6 m인 반면, RBD-based MBS의 최소 안전제동거리는 449.9 m, 601.2 m, 768.9 m, 1051.4 m로 단축된다. 노선 속도가 80 km/h일 때 RBD-based MBS의 최소 안전제동거리는 ABD-based MBS의 최소 안전제동거리 대비 약 15 % 단축되는 반면 노선 속도가 150 km/h일 때 약 30 %까지 단축됨을 확인할 수 있다. 즉, 노선 속도가 증가할수록 두 시스템 간 최소 안전제동거리의 차이는 더 크게 발생함을 확인할 수 있다.
도 9는 절대제동 기반 및 상대제동 기반 열차제어시스템의 노선 속도 변화에 따른 최소 운전시격을 시뮬레이션하여 성능을 비교 분석한 결과를 나타내는 예시도이다.
최소 운전시격(minimum headway)은 선행열차의 특정 위치를 기준으로 후행열차가 같은 위치에 도달할 때까지 소요되는 시간을 의미한다. ABD-based MBS의 최소 운전시격 HWabd와 RBD-based MBS의 최소 운전시격 HWrbd은 각각 수학식 7과 수학식 8과 같이 정의할 수 있다.
여기서, DTL은 열차의 길이이고, VLS은 노선 속도를 의미한다.
도 9를 참조하면, ABD-based MBS의 최소 운전시격 HWabd은 노선 속도 69 km/h에서 약 32.4초이며, RBD-based MBS의 최소 운전시격 HWrbd은 노선 속도 102 km/h에서 약 28.8초이다. 최소 안전제동거리와 마찬가지로 동일한 노선 속도에서 비교하면 속도가 증가할수록 두 시스템의 최소 운전시격 차이는 더 크게 발생한다. 노선 속도가 80 km/h, 100 km/h 120 km/h, 150 km/h인 경우 운전시격은 약 11%, 16%, 21%, 26%로 단축됨을 확인할 수 있다.
본 명세서에 설명되는 장치 및 방법의 다양한 구현예들은, 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현예들은 프로그래밍가능 시스템상에서 실행 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 것을 포함할 수 있다. 프로그래밍가능 시스템은, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 그리고 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령들을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령들을 전송하도록 결합되는 적어도 하나의 프로그래밍가능 프로세서(이것은 특수 목적 프로세서일 수 있거나 혹은 범용 프로세서일 수 있음)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램들(이것은 또한 프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션들 혹은 코드로서 알려져 있음)은 프로그래밍가능 프로세서에 대한 명령어들을 포함하며 "컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체"에 저장된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는 ROM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등의 비휘발성(non-volatile) 또는 비 일시적인(non-transitory) 매체 또는 데이터 전송 매체(data transmission medium)와 같은 일시적인(transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 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.
100: 열차의 차상장치
110: 통신부
120: 차상ATP
130: 태그 리더기
140: 타코미터

Claims (11)

  1. 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템의 간격 제어를 수행하는 방법으로서,
    선행열차 및 후행열차가 위치, 속도 및 성능정보를 지상의 지역제어기(zone controller)에 각각 전송하는 제1 과정;
    상기 지역제어기가 상기 후행열차의 제1 이동권한을 생성하는 제2 과정;
    상기 지역제어기가 상기 제1 이동권한, 상기 선행열차의 속도 및 상기 선행열차의 성능정보를 상기 후행열차에 전송하는 제3 과정;
    상기 후행열차가 상기 선행열차의 보정속도를 계산하는 제4 과정;
    상기 후행열차가 상기 보정속도 및 상기 제1 이동권한에 기초하여 제2 이동권한을 생성하는 제5 과정; 및
    상기 후행열차가 상기 제2 이동권한에 기초하여 간격 제어를 수행하는 제6 과정
    을 포함하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 성능정보는,
    열차의 속도오차, 허용되는 초과속도 및 비상제동률 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 과정은,
    상기 지역제어기가 수신한 각 열차의 위치 정보를 연동장치(interlocking)에 전송하고, 응답으로 상기 각 열차의 진로정보를 수신하는 과정; 및
    상기 각 열차의 진로정보를 이용하여 상기 후행열차의 제1 이동권한을 생성하는 과정을 포함하는, 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 과정은,
    상기 선행열차의 속도 및 상기 선행열차의 성능정보에 기초하여 상기 선행열차의 보정속도를 계산하는 과정; 및
    상기 보정속도를 상기 후행열차에 전송하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 과정은,
    상기 후행열차가 상기 선행열차의 속도 및 상기 선행열차의 성능정보에 기초하여 상기 선행열차의 보정속도를 계산하는, 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제5 과정은,
    상기 후행열차가 상기 보정속도, 상기 제1 이동권한, 상기 후행열차의 속도, 상기 후행열차의 가속도 및 상기 후행열차의 성능정보에 기초하여 최소 안전제동거리를 계산하여 상기 제2 이동권한을 생성하는, 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제6 과정은,
    상기 제2 이동권한에 기초하여 ATP 프로파일을 생성하고, 상기 ATP 프로파일에 기초하여 간격 제어를 수행하는, 방법.
  8. 상대제동 기반 이동폐색 열차제어시스템에서 간격 제어를 수행하기 위한 열차에 구비된 차상장치로서,
    지역제어기와 통신을 수행하는 통신부;
    열차가 주행 중인 선로에 설치된 태그 또는 발리스에 관한 정보를 획득하는 태그 리더기;
    상기 열차의 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 감지하는 타코미터; 및
    상기 열차의 위치, 속도 및 성능정보를 주기적으로 획득하여 상기 지역제어기에 전송하고, 상기 지역제어기로부터 수신한 제1 이동권한, 선행열차의 속도 및 성능정보에 기초하여 제2 이동권한을 생성하고, 상기 제2 이동권한에 기초하여 간격 제어를 수행하는 차상ATP
    를 포함하는 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 위치는,
    상기 태그 리더기에 의해 획득된 정보 및 상기 타코미터에 의해 감지된 속도에 기초하여 계산되며,
    상기 성능정보는,
    상기 열차의 속도오차, 허용되는 초과속도 및 비상제동률 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 차상ATP는,
    상기 선행열차의 속도 및 상기 선행열차의 성능정보에 기초하여 상기 선행열차의 보정속도를 계산하고, 상기 제1 이동권한 및 상기 보정속도에 기초하여 상기 제2 이동권한을 생성하는, 장치
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 차상ATP는,
    상기 제2 이동권한에 기초하여 ATP 프로파일을 생성하고, 상기 ATP 프로파일에 기초하여 간격 제어를 수행하는, 장치.
KR1020220176345A 2022-12-15 상대제동 모델 기반의 이동폐색 열차제어시스템을 위한 방법 및 장치 KR20240093250A (ko)

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