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[기고] 미래 자율주행 기반 열차제어시스템 기술 전망

한국철도기술연구원 백종현 박사

장병극 기자 | 기사입력 2019/05/29 [19:46]

[기고] 미래 자율주행 기반 열차제어시스템 기술 전망

한국철도기술연구원 백종현 박사

장병극 기자 | 입력 : 2019/05/29 [19:46]

 

▲ 한국철도기술연구원 백종현 박사    

[국토매일] 열차제어는 정해진 노선에 가능한 많은 열차를 투입하는 수송량 향상을 목표로 한다. 이를 달성하기 위해 과거 세계 각국의 연구기관들은 전기 및 하드웨어기술을 중심으로 열차제어기술을 발전시켰다.

 

최근 이 연구기관들은 통신과 소프트웨어, 인공지능기술의 발전을 토대로 중앙집중형 지상장치와 차량 간 열차운행상태정보 및 운행명령 교환에 기반한 열차제어시스템을 개발하였다. 하지만 이러한 중앙집중형 열차제어시스템은 지상제어시스템의 중개로 인해 열차간격제어에 필요한 설비투자 및 유지보수 효율성 측면에서 근본적인 한계를 가진다.

 

이러한 한계를 극복하기 위해 열차 간 직접적인 합의에 기반한 지능형 열차자율주행기술을 개발해야 할 필요성이 꾸준히 제기되고 있다. 자율주행기반 열차제어시스템에서는 지상제어시스템의 제어명령에 대한 의존성을 제거하기 위해서 각 차상장치들이 각자의 운행정보를 다른 열차들과 공유하고 이를 기반으로 노선 내 전체 운행상황을 파악해 열차가 스스로 가속, 감속, 정지 등 각종 운행판단을 실시간으로 내릴 수 있어야 한다.

 

철도선진국을 중심으로 관련 연구는 태동기 단계에 접어들고 있다. 2017년 수송량 증대를 목표로 하는 영국 RSSB(Rail Safety and Standards Board)의 ‘Closer Running’프로젝트에서 열차자율주행제어 기술을 포함시켰다, EU차원에서 디지털분야 해외기관 연구협력 및 정보 공유 목적으로 구성한 ‘Horizon 2020(H2020)’의 철도 분야 연구프로젝트인 ‘저탄소 철도산업 혁신프로젝트(Shift2Rail)’에서도 열차 간 가상연결에 대한 연구를 착수했다.

 

‘Shift2Rail’프로젝트에서 추진하고 있는 가상연결기술은 두 개 이상 열차가 입환 과정 없이 하나의 편성에 속하여 초 근접거리 내에서 동시에 이동하게 하는 것을 목표로 한다. 이러한 기술을 통해 입환에 필요한 시간과 인력을 대폭 절감하여 수송량을 증대하고, 효율적인 열차운행을 가능하게 할 것으로 보인다.

 

일본 철도종합기술연구소(RTRI)에서도 차상 장치간 협업 및 자율적 판단에 의한 간격제어, 동적 스케줄링뿐만 아니라 기상상황과 차상 및 역 내 대기 승객 수까지 고려한 실시간 운행 제어기법 등의 연구를 시작했다. 최근에는 딥러닝(Deep Learnin)기술을 기반으로 선로상 지장물 식별시스템을 개발했다.

 

프랑스 알스톰(Alstom)사는 기존 지상 중심의 CBTC(Communication Based Train Control)시스템을 개량해, 차상 중심의 CBTC시스템인 ‘UrbalisTM Fluence’를 개발하고 있다. 이 시스템은 차상제어장치와 관제설비 및 분기기 등 각 선로변 자원을 관리하는 시설제어기로 구성된다. 차상제어장치는 설정된 경로 상에서 근거리 내 선로자원을 관리하는 시설제어기와 실시간으로 협의하여 각 구간을 통과하기 위한 자원을 점유한다. 열차가 해당 구간을 이동한 뒤에는 자원점유를 해제하여 다른 차량이 해당 선로자원을 활용할 수 있게 한다.

 

중국 철로통신신호그룹(CRSC)는 세계 최대 규모의 열차운행 연구시설을 구축하고 열차운행을 담당하는 차상장치로 ‘CTCS(Chinese Train Control System) Level3 + ATO(Automatic Train Operation)’를 개발하여 초기단계의 실험을 수행했다. ‘CTCS Level 3 + ATO’는 IoT기술, 인공지능, 빅데이터 등의 최신 기술과 베이더우(BeiDou)사의 위성항법시스템을 활용하여 시속 350km/h대의 고속열차운행을 목표로 하고 있다.

 

독일의 지멘스(Siemens)사는 자율주행트램을 개발하여 포츠담 시내 6km구간에서 시험운행을 수행했다. 이 자율주행트램은 각종 전자센서 및 카메라를 활용해 선로상황을 실시간으로 파악한다. 이 실험을 통해 지멘스사는 자율주행트램의 기술적 제약조건을 파악하고 실질적인 제품화를 위한 발전방향을 모색했다.

 

유럽연방철도청(ERA, European Railway Agency)은 열차제어의 발전 역사와 현재의 연구동향을 바탕으로 열차제어의 발전을 열차의 수동운전에 해당하는 1단계부터 완전자동화에 해당하는 4단계까지 4개 단계로 구분 지었다. 이 발전단계 구분에 따르면 향후 열차제어는 무선통신을 기반으로 열차 간 운행상태 정보를 실시간으로 공유하고, 자율적으로 운행과 관련된 판단을 내리는 방향으로 발전할 것으로 보인다.

 

위에서 소개한 바와 같이 세계 각국은 자율주행기반의 열차제어시스템을 개발하기 위해 활발한 연구개발을 진행하고 있다. 이에 발맞추어 한국철도기술연구원에서도 열차 간 직접적인 합의를 통해 제어 흐름을 단순화함으로써 수송력과 경제성 향상이 가능한 미래 열차자율주행기술을 개발하고 있으며, 향후 실용화 단계까지 이루기 위해 예타급 기획과제를 수행하고 있다. 이 기술은 도시철도와 일반철도 뿐만 아니라 향후에는 고속철도에도 적용함으로서 열차운행의 신속성과 효율성을 크게 증대시킬 것으로 예상된다.

 

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