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트램 시험선 구축을 위한 LTE-R 통신망 활용 방안 연구
김유호*, 황현철**, 이부현*, 임무열*, 최경선*
*(주)에이알텍, **한국철도기술연구원
A study on LTE-R network utilization for test line tram building
You-Ho Kim*, Hyeon-Chyeol Hwang**, Boo-Hyun Lee*, Mu-yeol Lim*, Kyoung-Sun Choi*
*Asia Railway Technology Co.,Ltd, **Korea Railroad Research Institute
요약
본 논문은 국내 최초로 개발되고 있는 한국형 무가선 트램의 상용화 계획에 따라 트램의 효율적인 운행제어장치의 성능검증
및 시험을 위하여 고속철도 오송기지내에 설치될 트램 시험선의 제어시스템을 현재 국내외에서 활발하게 연구 및 추진되고 있
는 LTE-R 통신망을 활용한 현장 구축하는 방안에 대하여 연구 하였다.
Ⅰ. 서 론
무가선 트램의 안전한 운행을 위해서 신호 및 도로교통 시스템의 연계가
필요하며, 철도 및 도로의 통합연계 신호시스템에 대한 구축과 성능평가
가 이루어져야 한다. 따라서 현재 국가 표준화 구축사업에서 진행되고 있
는 LTE-R을 이용한 철도 전용 통합무선망의 현황과 오송시험선 적용방
안과 구성 방법에 대하여 서술하고자 한다.
Ⅱ. 본론
1. 철도신호시스템의개발동향
국내에서는 최근에 해외시장의 기술변화 속도에 맞추기 위하여, 속도 및
환경에 무관한 국산화 무선통신기반 열차제어시스템을 개발하고 있다. 현
재 개발 중인 무선통신기반 열차제어시스템은 일반철도 및 고속철도에서
열차자동운전 기능을 가능하게 하고, 도시철도에서는 기관사가 없는 무인
자동운전까지 구현할 수 있다. 국내에서는 열차제어용 무선통신기술로서
4세대 이동통신 LTE 기술을 활용하는 연구가 활발하게 진행 중이다. 유
럽에서는 2세대 통신기술 GSM-R 기술을 사용하여 영업운전을 하고 있
으며, 해외 선진국에서도 최근에는 4세대 기술인 LTE 기술을 열차제어에
활용하고자 하는 연구가 시작되고 있다.
한국형무선기반열차제어시스템(KRTCS ; Korea Radio Train Control
System) 사업은 2010년부터 ‘도시철도용 무선통신가반 열차제어시스템
표준체계구축 및 성능평가’ 사업으로 시작되었다. 이 사업은 4개의 세부과
제로 이루어졌는데, 1세부과제에서는 열차제어시스템 표준체계를 구축하
고 안전성을 평가한다. 2세부과제에서는 열차제어시스템의 성능을 평가한
다. 3세부과제에서는 철도전용 무선통신체계를 연구하여 시험평가용 무선
통신망을 구축하고 평가한다. 4세부과제는 철도전용 퉁합무선망 구축을
연구한다. 특히 4세부과제에서는 세계 최초로 LTE 기술을 철도에 적용한
통합무선망을 구축하는 연구를 진행하였다.
KRTCS 사업은 기존의 철도 무선망의 기능인 데이터 및 음성 전송에 영
상 전송 기능을 추가함으로써 Digital 철도시스템을 구현하고자 한다. 또
한 LTE-R 이동통신 기술을 열차제어에 활용하여 최고속도 450km/h에서
이동폐색이 가능하도록 지원함으로써, 도시철도와 일반철도, 고속철도 등
의 철도 종류에 관계없이 무인운전 및 자동운전이 가능하도록 지원하는
것을 목표로 한다.
(그림 2) KRTCS 개발 개념도
(그림 1) LTE-R 망 구조도
2. KRTCS 사업의 철도전용 무선통신체계 구축
3. 철도전용 통합무선망 구축 연구
당초에 KRTCS 사업에서는 무인자동운전을 위한 열차제어시스템의 국
산화 및 살용화를 위해서 주파수 확보 활동이 원활하지 않아 2.4GHz ISM
Band를 이용하였다. 3세부과제에서 무선통신을 위한 주파수 연구를 진행
하였고 주파수 확보 활동도 수행하였다. 하지만, 주파수 확보활동을 위하
여 방송통신위원회와 협의하는 과정에서 기존에 국내철도에서 사용하는
3가지 통신기술 (VHF, TRS-Astro, TRS-Tetra)를 단일망으로 통합하여
경제성을 확보하자는 목적에서 철도통합무선망을 구축하는 개발 사업이
시급하다는 논의가 발전하였다. 그리하여, 2012년부터 새롭게 4세부과제
를 KRTCS사업에 추가하여 LTE방식의 철도통합무선망 개발을 KRTCS
에서 병행 추진하기로 하였다.
철도통합무선망 시범 구축에 사용되는 적용주파수 대역은 여러 논의를 거
쳐 현재는 700MHz로 개발하고 있으며, 소요량은 10MHz로 산정되었다.
철도전용 통합무선망 연구는 처음에 전남 영암에 있는 대불선 12km 구간
에서 LTE Feasibility test를 시행하였다. 당시에는 LTE 2.6GHz를 적용
하였다. 이후에 호남선 54km 구간에서 LTE-R 상용화 성능시험을 2014
년 7월까지를 기한으로 시행하고 있다. 여기서는 LTE 700MHz 주파수를
이용한다.
: 정류장 안내기
- 유선기반 실시간 영상전송을 위한 광 자가망(영상)
: 교차로 및 정류장 영상전송
- 현장 시스템간 무선기반 실시간 정보연계를 위한 ITS 무선 통신망
: 트램과 트램신호제어장치 연계
: UTIS/WAVE/Wifi
- 차상과 센터시스템 정보연계를 위한 LTE 무선통신망
: 데이터 통신용 LTE : 차상운행지원장치 와 센터
: 영상전송용 LTE : 차상영상서버와 센터
- 웹정보 제공을 위한 인터넷 전용선
4. 오송 시험선 우선신호제어 시스템 구성
: 웹서버용
전통적인 철도신호제어에서는 궤도회로를 이용한 열차위치검지장치 및 유선기반의 통신망은 영상과 데이터 통신라인을 구분하여 광 자가망으로
폐색장치 등을 사용하고 있다. 그러나 트램용 신호제어시스템은 교차로로 구축하고 무선기반은 LTE 와 ITS 무선통신을 각각 구분한다.
접근하는 트램을 실시간으로 검지하여 트램의 정시성 확보와 주행안전성
을 확보하고 교차로 신호제어기와 연계하여 우선 통과 할 수 있도록 신호
제어를 수행하는 것이 목적이다.
(그림 5) 오송 시험선 통신망 구성안
(그림 3) 트램 신호제어시스템 개념도
5. 관제시스템 구성
트램관제시스템은 시험선을 대상으로 트램의 실시간 운영관제와 교차로
신호제어기능을 시험하기 위한 시스템이다. 트램관제시스템은 연계장치
(차상운행지원장치, 트램신호장치, 진로제어장치, 도로교통관제)로부터 정
보를 수집하여 가공처리하고 각 장치에 정보를 제공하며, 외부장치(정류
소안내기, 웹서비스, 모바일서비스)에 정보 제공 및 운영자로 하여금 트램
의 실시간 운영, 관제를 편리하게 하기 위한 시스템으로 구성되어 있다.
Ⅲ 결론
트램은 승객의 안전 및 보행자의 안전측면에서 유인운전으로 운영되지
만, 기존 도로교통 신호시스템과의 연계가 필수적이다. 트램의 신호시스
템은 도시철도 신호시스템과 유사하지만 트램차량과 일반차량이 병행을
하게 되므로 교차로에서의 안전한 진로설정과 제어가 무엇보다 중요하다.
LTE-R을 이용한 트램차량의 제어 기능은 아래와 같은 기본기능을 갖되,
향후 보완되어야 할 것이다.
- 운전자의 조작없이 트램위치 검지
- 트램 위치를 관제실에 전송
- 트램 선로의 진로생성, 운영 모니터링
- 트램 차상신호장치 및 관제실로부터 선로전환기 제어 및 명령
- 트램의 교차로 진입시 안전한 권한 생성
ACKNOWLEDGMENT
이 논문은 국토해양부에서 지원한 “무가선 저상트램 실용화” 과제에 의
해 수행되었습니다.
참고문헌
[1] Selectde Vehicle Priority in the UTMC Environment(Urban Traffic
Management and Control, 1998)
[2] 철도종합시험운행 시행지침, 국토해양부고시 제2010-508호, 2010. 7.
(그림 4) 관제시스템 기능 구성
23, 일부개정
[3] 철도설계지침 및 편람(KR S-05010) 폐색 일반사항, 한국철도시설공
6. 오송 시험선 통신망 구성안
오송 시험선 통신망의 구성은 크게 유선을 기반으로 Network 통신을 위 단, 해설 pp7
한 광 자가망과 영상전송을 위한 광 자가망, UTIS/WAVE/Wifi를 이용한 [4] 경량전철기술(Light Rail Transit) 21세기 신교통수단 경량전철(2005)
실시간 정보연계 ITS 망, 차상과 센터시스템 정보연계를 위한 LTE 무선 [5] Preemption Versus Priority Service for Light Rail Transit
통신망으로 분류할 수 있다.
Vehicles(John R. Black, 9th National Light Rail Transit Conference)
- 유선기반 Network 통신을 위한 광 자가망 (데이터)
: 교통신호제어기, 트램신호제어장치, 진로제어기