최근 들어 활발하게 연구되고 있는 스마트 철도 시스템은 통신기술과 정보기술 등 ICT(: Information & Communication Technology) 기반으로 자동화 단계를 넘어 지능화 단계로 진입하고 있다. 스마트 철도에 사용되고 있는 ICT 기술은 일반적으로 정보침해에 취약한 특성을 보여 다양한 정보보호 기술의 지원을 받고 있다. 고속/대량 운송 수단으로서 철도 시스템의 스마트화에는 그 기반을 이루는 ICT 기술을 위한 정보보호 방안의 강구가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 스마트 철도 통신기반의 잠재적 위험 요인을 살펴보고 이에 대응할 수 있는 정보보호 요소를 고찰하여 스마트 철도 통신을 위한 단계별 정보보호 방안의 필요성을 제시한다.
고속철도의 출현과 함께 철도는 국내외에서 자주 사용하는 교통수단 중 하나이다. 또한, 환경적인 측면에서도 다른 교통수단에 비해 이산화탄소 배출량도 적은 편이며 에너지 효율성은 높다. 철도에 관한 관심이 높아질 수록 철도의 안전과 관련된 문제는 중요한 관심사 중 하나이다. 그 중 시각적 이상현상은 철도 앞에 동물이나 사람 등 다양한 장애물이 갑자기 나타나 사고가 발생한다. 이러한 사고들을 예방하기 위해 철도 레일을 탐지하는 것은 기본적으로 탐지해야하는 영역 중 하나이다. 철도에 설치된 카메라를 통해 영상을 수집할 수 있으며 철도 레일 탐지 방법은 전통적인 방식과 딥러닝 알고리즘을 이용한 방식이 있다. 전통적인 방식은 레일 주변의 다양한 노이즈로 인해 정확한 탐지가 어려우며 딥러닝 알고리즘을 이용하면 정확도 높게 탐지할 수 있으며 두 알고리즘을 융합하여 정확한 철도 레일을 탐지한다. 제안하는 알고리즘은 수집한 데이터를 기반으로 철도 레일 탐지에 대한 정확도를 판단한다.
본 논문에서는 철도 전동 소음의 주요 소음원인 레일 소음의 방사 특성을 이론적으로 해석하고 배열 마이크로폰을 이용한 레일 소음 측정 시 발생하는 현상들에 관해 이론적으로 고찰하였다. 철도 궤도는 국내 고속철도 콘크리트 도상 궤도를 대상으로 하였으며, 레일에 고속의 이동 하중이 작용하는 경우에 대한 진동 및 소음 방사 특성을 해석하였다. 본 연구를 통해 이동 하중이 작용할 때 발생하는 레일의 소음 방사 특성을 파악하였으며, 배열 마이크로폰을 이용한 레일 소음 측정시 빔 각도가 배열 마이크로폰 출력 음압에 중요하게 작용함을 확인하였다. 따라서 배열 마이크로폰을 이용해 레일 소음을 규명하기 위해서는 레일의 방사 특성을 반영한 배열 마이크로폰 빔 각도 설정이 필요함을 이해하였다.
인터넷을 기반으로 하는 IT 눈부신 발전과 더불어 언제, 어디서나, 시간과 장소에 구애받지 않고 인터넷을 사용할 수 있도록 하는 사회적 요구가 구체화 되고 있다. 이러한 요구에 부응하고자 국내에서는 시속 200km이상의 빠른 속도로 이동 중에 있더라도 초고속인터넷이나 방송 서비스를 제공할 수 있는 위성광대역 인터넷 시스템기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 위와 같이 개발된 시스템을 국내 고속철도(KTX)에 적용하여 서비스를 제공할 때, 관련 시설투자에 대한 경제적 타당성을 검토하고i라 한다. 경제성 분석을 위해 현재 유럽에서 이미 제공되고 있는 고속철도 인터넷서비스를 조사하였고, 국내 고속철의 특성을 감안하여 필요시설과 장비를 구성하여 항목별 비용분석을 수행하였다. 해외 사례와 비행기 등의 다른 운송수단에서 예상하고 있는 수요 및 요금 수준에 근거하여 고속철도 인터넷서비스 매출을 시나리오별로 전망하였으며, 각 시나리오에서 계산된 비용과 매출로부터 순현재가와 수익률을 산정 하였다. 본 연구의 결과는 관련 기술 개발에 대한 경제적 타당성 여부를 판단하는데 활용될 수 있으며, 비용효과적인 서비스 설계 및 구현에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
본 우리나라 철도 영업 구간중 철도교량은 2012년 기준 약 25%를 차지한다. 이러한 교량 구조들은 시공 직후부터 열차의 충격하중, 태풍, 선박 및 차량 충돌 등 다양한 하중을 받게 된다. 특히 고속 철도 교량의 경우, 열차의 속도로부터 전가되는 매우 큰 충격하중을 받게 되며, 이러한 교량에 가해지는 충격 응답을 분석하는 것은 교량의 안전성 평가에 매우 중요하다. 최근 무선 센서를 이용해 교량의 건전성을 평가하는 연구들이 주목받고 있다. 무선 센서는 가격 및 설치의 용이성으로 인해 교량의 응답계측에 유용하게 적용되고 있다. 하지만 고속철도 교량에서 발생하는 충격 하중은 그 지속시간이 10초 내외로 매우 짧게 발생하므로, 기존 무선 센서의 시스템의 자체 실행 후 시간 지연으로 인해, 이러한 충격하중의 계측은 매우 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 철도 교량의 충격하중에 의한 구조물의 응답을 계측하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 프레임워크를 제안한다. 구체적으로 1) 초저전력 가속도계를 이용한 구조물의 과도응답 감지 및 평가, 2) 무선 센서 네트워크의 트리거링 후 계측이 시작되는 지연 시간의 단축, 그리고 네트워크의 시간 및 데이터 동기화 기법을 개발하였다. 최종적으로 제안된 프레임 워크에서 소수의 진동 감지 센서 노드들이 상시진동을 계측하며, 열차의 진입으로 인한 진동이 감지될 시, 전체 센서 네트워크의 계측을 시작한다. 시간 지연을 최소화하기 위해 모든 센서는 다른 시작시간을 가지며, 이를 제어하기 위해 후처리 기반 시간 동기화를 한다. 제안된 프레임워크는 실내실험 및 수치해석을 통해 그 효용성을 입증하였다.
열차운행주파수가 철도교의 고유진동수와 일치하면, 철도교의 공진은 피할 수 없다. 또한, 열차가 교량을 매우 빠르게 통과하면, 계측 가능한 시간응답의 샘플 수는 매우 적다. 본 논문은 그러한 경우에 대하여 철도 교량의 동특성을 매우 효과적으로 추출할 수 있는 TDD기법과 SI기법을 소개한다. 열차통과 직후에 교량의 자유진동 시간응답구간의 상호상관을 이용하여 모드형상은 TDD기법으로 추출하고, 고유진동수 및 감쇠비 등의 시간변수들은 SI기법으로 추출한다. 경부고속철도 시스템에 위치한 2경간 강합성교량의 동특성 추출실험을 통하여 TDD기법과 SI기법의 현장 적용성이 검토되었다. 동특성 추정결과는 기존의 ERADC기법의 결과와 비교 검토되었다. 추정결과는 기존의 방법을 이용하여 획득된 결과와 매우 잘 일치한다.
본 논문에서는 상용 유한 요소 해석 프로그램인 SAMCEF 를 이용하여 고속 철도 차량의 집전성능을 예측할 수 있는 해석 모델을 개발하였다. 3 자유도 스프링-댐퍼-질량의 판토그래프 모델을 생성하였고, 실제 시스템과의 리셉턴스를 비교함으로써 신뢰성을 검증하였다. UIC 799 OR 기준에서 제시한 가선계의 이론적 파동전파 속도와 가선계 유한 요소 해석 모델에서 측정한 파동 전파 속도를 비교 하였다. 드로퍼의 길이를 조절하여 전차선의 중력에 의한 초기 처짐 현상을 구현하였다. 가선계와 판토그래프를 접촉 요소를 이용하여 연성하였으며, 판토그래프가 300 km/h 및 370 km/h 로 주행할 때의 접촉력 변화를 도출하였다. 접촉력의 평균, 표준편차, 최대 및 최소값 등을 분석함으로써 본 논문에서 제시한 해석모델의 유효성을 검증하였다.
국내외 철도사업에서 철도의 신규 건설과 더불어 기존선의 개량을 통한 증속, 고속화 사업도 큰 비중을 차지고 있다. 특히 해외의 개발도상국은 경제수준을 고려할 때 고속철도의 건설은 막대한 규모의 예산소요와 수요를 고려할 때 한계가 있어, 기존 철도의 선형개량을 통한 증속사업이 실현가능성이 높은 것으로 판단하고 있다. 본 연구에서는 선형개량을 통향 기존선의 증속사업의 효율적 기획과 분석을 위하여, 기존에 신규 철도 건설사업 분석에 활용되고 있는 지능형 철도선형계획 프로그램(ei-Rail)에 선형개량사업 분석 기능을 추가할 수 있는 방법론을 개발하였다. 수치지도 또는 기존의 위성사진 자료를 기반의 베이스 맵에 기존의 철도선형을 입력하고, 목표속도등 선형개량사업의 목표를 입력하면, 사업의 비용과 도면, 증속효과 분석 결과 등을 자동적으로 제시함으로써, 철도선형개량 사업의 기획과 분석을 효율적으로 수행할 수 있는 도구로 활용될 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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