LTE-R(: Long Term Evolution-Railway)은 고속열차시스템 운영을 위한 필수 기술로서 LTE를 기반으로 한다. 고속열차 이동속도는 상용인 400[㎞/h] 급을 넘어 최근에는 600[km/h] 급으로 향하고 있다. 고속열차 시스템 통신기술로서 LTE-R은 열차의 이동속도에 적합한 끊김없는 통신을 제공해야 한다. 본 논문에서는 이를 위한 LTE-R 핸드오버 기술로서 예측기반 핸드오버를 제시하고 그 성능을 분석한다. 본 논문은 NS(:Network SImulator)-3에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 수행한다.
철도는 친환경 요소를 두루 갖춘 최첨단 교통수단으로 주목받고 있을 뿐만 아니라 더 나아가 다른 교통수단과의 경쟁에서 우위를 차지하기 위해 여객수송의 품질 향상과 운행에너지 절감을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 도시철도에서는 불특정 다수의 승객에게 서비스하는 업종 특성상 운송효율과 에너지절감을 위한 연구가 대부분이고 여객수송의 품질 향상에 대한 연구는 미비하다. 따라서 본 연구에서는 여객 수송의 품질향상 측면으로 접근하여 도시철도 노선에서 일반열차와 급행열차의 자 수동 운전방식의 3차원 진동 횡가속도를 다양한 환경에서 측정하고, 이 측정된 3차원 진동 횡가속도와 국제철도협회에서 제시한 UIC513R의 통계적인 기법을 기반으로 승차감을 도출하고 비교 분석하였다.
최근 각국 정부에서는 사물인터넷 (IoT) 에 대한 산업 육성에 힘을 쓰고 있으며, 이런 정책적 흐름와는 병렬적으로 각 산업계에서는 IoT 개념을 활용하여 기존의 서비스를 업그레이드 하거나 새로운 서비스를 제공할 수 있는 시스템 개발에 박차를 가하고 있다. 철도에서도 마찬가지로 이런 접근이 한국철도시설공단을 비롯하여 많은 기관에서 시도를 하고 있으며, 이런 개념이 잘 정립이 되고 철도에 적용되었을 때 기대효과가 상당히 클 것으로 기대하고 있다. 이에 따라, 본 논문에서는 IoT 실현의 핵심 기술인 IoT 플랫폼 기술에 대한 개념을 파악하고, 이를 통해 철도에 IoT 플랫폼 기술이 적용되기 위한 기술적 요구사항을 도출해보도록 한다.
국내 철도의 관제는 신호, 전철전력, 통신, 설비 등 분야별로 고유한 시스템으로 구축되어 있다. 각 분야의 관제시스템은 현장 설비의 센싱 데이터를 중앙관제로 전송하는 매체와 프로토콜이 서로 상이하다. 안전관제시스템은 각 분야의 안전에 관련된 데이터를 모두 수집하여 철도 사고를 예측하고 예방하는 것을 목적으로 하며 표준 프로토콜을 사용한다. 안전관련 데이터는 기존 관제시스템의 현장 데이터 전송장치에서 데이터 수집이 필요하다. 이때 중요한 점은 기존 관제시스템 통신에 영향 없이 데이터를 수집하는 방법이다. 본 논문에서는 데이터를 수집하는 방법으로 네트워크 트래픽 감시나 보안용으로 사용되는 스니핑을 이용한다. 스니핑 장치를 사용할 때 야기되는 문제점을 설명하고 해결 방법으로 패킷 변환 노드를 제안하였다. 추가적으로 프로토타입을 개발하여 기능과 성능 테스트를 수행하여 S/W아키텍처와 패킷 변환 과정에 대해 검증하였다.
도시철도인 지하철은 대중교통 수단 중의 핵심이라고 할 수 있다. 도시 철도는 항상 많은 승객들이 이용하다 보니 도난, 범죄, 테러 등의 심각한 문제에 늘 노출되어 있다. 특히 도시철도 환경 특성상 감시 범위가 넓게 분산되어 있고 감시 대상 범위가 급증하고 있어 기존 CCTV와 같은 수동적인 감시만으로는 종합적인 관리가 어려운 상황이다. 본 논문에서는 도시철도내 지능형 객체인식 시스템을 구성, 설계 방법 및 객체 인식 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안하고자 하는 객체 인식시스템은 역사내 카메라 영상을 분석하여 승강장 및 대합실에서 제한구역내 접근이나, 방치 혹은 일정 시간 이상 움직이지 않는 물체가 있는 경우를 위험 상황으로 인지하고 신속하게 대응 할 수 있도록 하고자 하였다. 제안된 알고리즘은 기존 Kalman 필터를 이용한 객체 인식율 84.62%에 비해 지정지역 감지에 대해서는 100%, 방치된 물체 감지는 최소 82% 이상, 움직임이 없는 물체 감지에서는 94% 이상의 감지율을 나타내어 실효성을 입증하였다.
철도차량에 탑재된 전장품 중 가장 큰 하중을 차지하는 것은 주변압기로 낮은 운전 주파수(60Hz)로 인해 전력밀도가 0.2~0.4 MVA/ton 정도로 낮아 경량화에 중요한 요소로 작용하고 있다. 따라서 철도차량용 주변압기를 개선하기 위해 몰드 변압기, 반도체 변압기 등에 관한 연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 한편 국내외 철도차량에 대부분 적용되는 견인전동기로 최근에는 유도전동기를 대체하여 영구자석 동기전동기(PMSM)를 적용하려는 시도가 이루어지고 있다. 영구자석 동기전동기(PMSM)는 유도전동기에 비해 높은 출력밀도와 효율 확보가 가능하지만 제작에 필요한 재료의 가격이 비싸고 설계가 유도전동기 대비 다소 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 고려하여 본 논문에서는 소형 경량화가 가능한 반도체 변압기를 적용하고, 철도차량의 경량화, 고효율화 등의 요구사항에 맞춰 구조가 간단하면서 회전수가 높고 고토크, 저비용인 SRM을 적용할 수 있는 연구내용을 제안하고자 한다.
고속화 및 자동화 추세에 따라 열차제어시스템(TCS: Train Control System)은 유선으로 정보를 주고받는 기술에서 무선을 이용한 제어방식으로 기술이 발전되고 있으며, 무선방식도 2세대의 GSM-R에서 4세대 통신인 LTE를 적용한 LTE-R 무선통신 기술이 적용되고 있다. 따라서 무선통신(LTE-R)을 적용한 일반(250km/h이하) 고속철도(350km/h)용 열차제어시스템(KRTCS-2: Korea Radio based Train Control System-2, 이하 KRTCS-2라 함)에 적합한 표준사양(안)을 작성하고, 표준사양(안)을 기반으로 제작한 시작품을 일반열차 및 고속열차에 설치하고, 호남 고속선(정읍~익산) 및 원주-강릉선에 시험선을 구축하여 다양한 성능시험을 통해 표준사양(안)의 신뢰성 및 안전성을 확보하고자 한다. 이후 표준사양(안)은 국가 철도규격으로 제정하여 일반(광역) 고속철도 노선에 열차제어시스템을 적용함으로써 표준사양(안)이 실용화될 수 있도록 할 예정이다.
연구는 무선통신기반 열차제어시스템의 상호운영성(interoperability)을 확보하기 위하여 열차제어와 관련된 위험원 분석, 열차제어시스템의 기능요구사항 설정 및 차상과 지상ATP(Automatic Train Protection)장치의 기능배치를 포함하고 있다. 개방형 무선통신기술을 활용하고, 지상과 차상에서 수행되는 열차제어시스템의 기능배치를 표준화화여 상호운영성을 확보할 수 있으며, 이를 통하여 철도망의 통합운영체계를 구축할 수 있다. 상호운영성을 지원하는 열차제어시스템의 기능을 지상과 차상에 배치하기 위해서는 위험원 분석과 시스템 요구사항 정의를 필요로 한다. 열차제어시스템의 위험원으로 열차안전간격제어와 열차제한속도초과를 설정하여 위험원 요인을 확인하였다. 또한 위험원 요인이 열차제어시스템에 미치는 영향을 확인하고 열차제어시스템의 하부장치의 기능요구사항과 ATP의 지상기능과 차상기능 배치를 정의하였다.
전기철도 급전선에 흐르는 기유도전류를 계산하는 방법은 ITU-T의 지침서에 다도체 계산법으로 제시되어 있고 급전선 특성에 의한 전파상수 및 전차선 전류의 계산에 관하여는 이도체 해석 방법으로 계산하도록 되어 있다. 본 논문에서는 특히 급전 구간내에서도 전차 및 통신선의 상대적 위치 관계에 따른 기유도전류의 변화를 ITU에서 제시한 방식에 의하여 국내 전차선 전파상수 특성 파라미터를 부여하고 전차의 이동에 따라 어떠한 변화를 나타내는지 시뮬레이션을 통하여 분석하여 보았다. 급전구간내에서 변화하는 기유도전류는 급전소 간에 대칭적 쌍곡선 함수 특성으로 나타남을 알수 있고 이러한 해석 결과는 급전소간의 유도 영향 관계에서 통신선 장애에 대응하는 데에 기초적 영향 변수로 활용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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