21세기는 한국 철도의 르네상스시대라고 부르고 있다. 이는 자동차와 비행기 등 다른 교통수단에 의해 낙후되어있던 철도가 다시 안전하면서도 정확한 운송시간 등으로 그 경쟁력을 확보해가고 있으며 때를 같이하여 고속철도의 개통을 앞두고 있기 때문이다. 이러한 철도의 경쟁력을 강화하는데 크게 기여한 부분 중 하나가 신호 보안장치 즉 열차제어장치의 발전에 있다고 하겠다. 하지만 열차를 제어하기 위해선 실시간격으로 열차의 절대 위치를 알아야만 하는 문제점이 있다. 이를 비교적 쉽게 극복할 수 있는 방법 중 하나가 인공위성을 이용한 통신기술을 이용하는 것이다. 이는 이미 다른 분야에서는 상용화되어 서비스가 이루어지고 있는 GPS(Global Positioning System)이다. 본 논문에서는 열차의 절대 위치를 GPS(Global position system)를 이용하여 구해 보고자 한다. 이를 위해 GPS 신호 추적을 확장형 칼만 필터를 적용하여 열차의 속도 변화에 대한 GPS 신호 추적 루프를 예측 제어함으로써 보다 정확하고 빠른 GPS 위치 정보를 도출하였다.
국내의 철도작업자의 안전사고는 열차 운행 기관사의 부주의, 선로변 작업자의 감각차단 현상 및 신호수의 실수 등으로 인해 추돌사고가 주요 원인으로 매년 꾸준히 발생하고 있으며 이러한 안전사고를 예방할 수 있는 대책 마련이 시급하다. 따라서 철도 작업 시, 선로변 작업자가 청각과 시각적으로 열차접근을 검지하여 열차 접근으로부터 대피할수 있는열차접근경보시스템을 개발하였다. 이 시스템은 철도 작업장에서 1.5km 이상 전후방 선로에 열차자동겸지장치를 설치하여 자동으로 열차 진입을 검지하도록 하고 작업장에 설치된 실시간 경보장치에 유무선으로 검지 신호를 전달하도록 하며, 검지신호를 수신한 실시간 경보장치는 LED 경보등 및 사이렌 등으로 작업자에게 경보신호를 주는 방식으로 작동된다. 이전의 시스템에 비해 원거리에 있는 열차접근의 검지가 가능하고 주로 무선통신방식을 채택하여 통신배선작업이 불필요하며 충전식 배터리와 태양광 충전장치를 통해 외부 전원 공급이 어려운 현장의 상황에 적합한 이점이 있다. 시스템의 현장검증을 통하여 열차자동검지장치와 실시간 경보장치의 성능평가를 실시하였고 100%구동을 확인하여 신뢰성을 검증하였다.
레일을 궤도회로로 이용하는 신호 설비의 경우, 레일 주변에 쌓이는 쇠가루는 궤도회로 상에 이상 신호유발의 원인이 되기도 한다. 차량의 곡선 주행 구간에서는 레일과 차륜의 마찰이 심하여 차륜의 마모에 의한 쇠가루가 발생하게 되고, 이렇게 발생한 레일 상의 쇠가루로 인해 이상 신호가 종종 발생하기 때문에 지하철 운영사의 쇠가루 제거를 위한 방안 마련이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 콘크리트 궤도 상 레일 주변의 쇠가루를 포집하기 위한 영구자석 적용 마그넷 포집장치를 소개하였다. 또한 기본 설계 및 수치 해석적 기법을 이용하여 마그넷 포집장치의 다양한 특성 분석을 수행하였으며, 이를 통하여 콘크리트 궤도상의 쇠가루 포집을 위한 마그넷 포집장치의 실제 상용노선 차량에의 적용 가능성을 검토하였다.
ARM CORE용 칩으로 철도 종합 제어 부분에 이용될 수 있는 main processor 부분을 설계하고, JTAG 기술을 이용하여 그 안정성과 틸팅 기술에 이용될 수 있는 process를 사전 단계에서 bebugging 해보고, 이에 따른 신호 및 성능을 JTAG(Boundary Scan)을 이용하여 시스템의 신호와 파형을 시험 평가한다. 또한 예비 단계로의 JTAG 검증 가능성 여부를 알아보고자 한다. 철도 종합 제어 시스템의 신호 및 정확성을 측정해 보기 위한 선행 연구라 할 수 있다.
철도신호시스템은 열차의 운행을 책임지는 바이탈한 제어장치로서, 실제 사용 전에 충분한 시험을 통해 그 기능 안전성이 검증되어야 한다. 지금까지는 대부분 실험실에서 시뮬레이터에 의한 개발한 철도신호시스템의 검증을 수행 후 철도현장에 설치하여 다른 장치와 운용성 테스팅 단계를 거치게 된다. 이러한 접근방법은 일부 제한된 범위에서 상호운용성이 검증되고 있어, 보다 체계적인 상호 운용성 검증이 요구되고 있다. 본 논문에서는 철도신호시스템의 상호운용성 검증을 위한 단계를 3단계로 제시하고, 각 단계별 검증 방법을 설명한다. 또한 최종단계인 3단계에 적용을 위한 시험방법 및 테스팅 도구를 제안하였다.
전기철도는 전차선을 통해 차량을 구동할 수 있는 전력을 공급하며, 공급된 전류는 선로 및 접지망을 통해 변전소로 귀환한다. 전기철도 구간에서 철도차량의 운행에 따라 사용된 부하전류는 귀환회로인 궤도를 통해 변전소로 유입한다. 철도차량에서 사용되고 있는 전력변환장치 때문에 부하전류에는 고조파가 함유되고 이러한 고조파 전류가 열차제어시스템에 영향을 주지 않아야 한다. 본 논문에서는 신규로 건설된 전기철도 구간에서 철도차량 운행에 따라 발생되는 고조파가 연동장치에 영향을 주는 지 확인하기 위하여 시험한 결과를 제시하고 있다. 신호기계실에 설치되는 연동장치에 철도차량 운행에 따라 고조파 영향이 있는 지 확인하기 위하여 본 논문에서의 시험은 철도차량이 운행되는 선로변 설비에서 연동장치로 연결되는 부분에서 수행되었다.
철도에서는 열차가 출발할 때 착력을 향상시키기 위해 레일과 차륜사이에 모래를 살사하게 되는데 이때 ATC(Automatic Train Control : 열차자동제어장치) 신호파형에 영향을 줄 수 있다는 판단에 따라 시험운행하면서 ATC 차상장치인 TVM 430의 CRNB 보드 내에서 살사동작 후 신호파형을 측정하고 분석하였다. 이로 인해 다중화 되어 있는 차상장치 시스템의 동작상태와 살사재료별 ATC 신호파형에 미치는 영향성을 파악할 수 있었으며 향후 살사로 인해 발생되는 문제점 등의 연구에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
기존선 속도 향상 및 병목현상 해소와 안전운행을 위해 국내 철도 현황의 주요 분야를 검토한 후, 국내 17년동안 사용으로 안전성이 검증된 신호기술을 바탕으로 국내 실정에 적합하며, 기존의 ATS 장치를 개선한 정보형 ATS(ATPS)를 개발하여 이를 제시하였다. 본 시스템은 운행 중인 열차의 제동특성을 고려하여 구간별 제한속도를 상향 조정하여 운행 효율을 증가 시킬 수 있다. 또, 안전성과 신뢰성 보장을 위해 Fail-Safe 및 이중계(redundancy)로 제작 하였고, 기존의 차상자와 발진기를 통합함으로써 Q factor를 개선하여 무응동 방지 및 기준 응동시간 비교방식을 통해 오동작을 개선하였다. 그리고, 정보기록 장치를 추가함으로써 이미 기록되어있는 차량정보데이터와 지상정보데이터를 연산하여 운전정보를 제공하고 기록한다. 또한, 이 운전정보는 정보 분석용 PC 및 프로그램에 의해 쉽게 분석, 관리가 가능하다. 무엇보다도 기존 ATS 구간과의 겸용사용으로 영업 운전시 안전한 연속 운행 보장 및 지상설비 개량 없이 안전을 확보할 수 있다. 다양한 종류의 동력차에 설치, 인터페이스 및 지상설비 개량이 용이하다. 향후 틸팅 시스템과 연계하여 틸팅 제어/감시 신호를 제공하는 기능을 갖는다.
정적분석방식은 소프트웨어 코드분석방식중의 하나이다. 국제철도신호시스템 소프트웨어 관련규격 IEC 62279에서는 소프트웨어 안전성 레벨에 따라 총 9가지 분석방법을 조합하여 사용할 것을 권고하고 있다. 본 논문에서는 도시철도 차 지상간 열차운행 정보 통신장치 연구개발에서 소프트웨어 품질을 향상하기 위하여 세 가지 정적분석방식에 대하여 연구하고, LDRA 툴을 이용하여 사례 연구를 진행하였다. 따라서 철도신호시스템 소프트웨어개발주기에 필요한 시간을 단축하여 안전성 관련 소프트웨어의 효율적인 개발에 도움을 주고자 한다.
본 연구는 철도신호 장치간 인터페이스를 위한 데이터 링크제어의 성능분석을 위하여 Matlab/simulink을 이용한 시뮬레이션과 시뮬레이터 개발을 목표로 하였다. 이를 위해 Simulink 윈도우상의 데이터 링크제어 시스템 화면에서 사용자 인터페이스 블록을 통해 통신 파라미터들을 선택하여 시뮬레이션을 행할 수 있는 시뮬레이션 툴과, Matlab이 제공하는 RS232통신용 API 기능을 이용하여 철도 신호장치간의 통신 프로토콜을 PC상에서 모사할 수 있는 프로토타입 시뮬레이터를 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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