위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템 및 방법 { hybrid operating system for moving block and fixed block and method thereof}
본 발명은 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 ATP시스템과 CBTC시스템을 혼용시 안정적인 신호교환이 이루어질 수 있도록 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용하는 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 CBTC(Communication Based Train Control: 통신기반 열차 제어시스템) 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 무선통신을 사용하여 이동 폐색을 실현하기 위해 무선통신에 의한 선행열차(열차 A)의 위치 검지에 따라 후행열차(열차 B)의 속도 및 선행열차로의 접근 거리 등을 무선으로 제어한다. 반면에 ATP(Automatic Train Protection: 열차자동방호시스템)(또는 ATS 또는 ATC) 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 고정 폐색에 사용되는 궤도회로를 통해 선행열차(열차 A)의 위치를 검지한 후, 관련 열차 위치에 따라 후행열차(열차 B)의 속도 및 선행열차(열차 A)로의 접근 거리를 발리스(또는 ATS의 경우에는 비콘, 또는 ATC의 경우에는 궤도회로)를 통해 제어하게 된다. 그런데, 기존선 개량을 통해 초기의 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템을 CBTC 시스템으로 변경하는 경우에는 지상의 CBTC 장치와 동일 노선에서 운행되는 모든 차량에 CBTC 장치가 장착되기까지 현재의 열차 운행 방식과 개량하려는 CBTC 방식이 함께 혼용 운행되어야 한다. 이러한 경우, CBTC 시스템과 ATP 시스템 두 개의 서로 다른 시스템이 장착된 열차가 동일 노선에서 운행될 경우 운행 방안에 대해 CBTC가 장착되지 않은 차량의 경우 CBTC가 장착된 열차로부터 선행열차의 정확한 위치 정보를 수신할 수 없다. 따라서, 종래에는 ATP 시스템에서 CBTC 시스템으로 전환시 두 시스템을 혼용하여야 하는 경우 서로 다른 두 시스템 간에 신호교환이 용이하지 않아 열차의 안정적인 제어에 어려움이 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 ATP시스템과 CBTC시스템을 혼용시 위치정보 전송용 전파 송출기를 CBTC시스템이 장착되지 않은 열차에 설치하여 열차간에 안정적인 신호교환이 이루어질 수 있도록 하는 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; ATP 시스템이 구비된 선행열차에 장착되어 위치정보를 무선 송출하는 위치정보전송용 전파 송출기와; 상기 위치정보전송용 전파 송출기로부터 송출되는 위치정보를 수신하는 후행열차의 CBTC 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템을 제공한다. 이때, 상기 CBTC 시스템은 후행열차에 설치되는 차상 CBTC 장치와, 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 CBTC 시스템은 후행열차에 설치되는 차상 CBTC 장치와, 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치로 구성되며, 상기 차상 CBTC 장치는 상기 선행열차의 위치정보전송용 전파 송출기로부터 무선 송출되는 위치정보를 수신하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 후행열차에는 상기 선행열차의 위치정보전송용 전파 송출기로부터 무선 송출되는 위치정보를 수신하는 위치정보수신용 전파 수신기가 구비되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 CBTC 시스템은 후행열차에 설치되는 차상 CBTC 장치와, 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치로 구성되며, 상기 선행열차의 위치정보전송용 전파 송출기로부터 무선 송출되는 위치정보는 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치를 거쳐 차상 CBTC 장치로 수신되는 것을 특징으로 한다. 이때, 지상에는 상기 선행열차의 위치정보전송용 전파 송출기로부터 무선 송출되는 위치정보를 수신하여 상기 지상 CBTC 장치로 선행열차의 위치정보를 제공하는 위치정보수신용 전파 수신기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은; ATP 시스템이 구비된 선행열차에 장착된 위치정보전송용 전파 송출기를 통해 선행열차의 위치정보를 무선 송출하는 제1단계; CBTC 시스템이 구비되는 후행열차에서 상기 선행열차의 위치정보를 무선수신하여 후행열차의 운행을 제어하는 제2단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 방법도 제공한다. 이때, 상기 CBTC 시스템은 열차에 설치되는 차상 CBTC 장치와, 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치로 구성되어, 상기 선행열차의 위치정보전송용 전파 송출기로부터 무선 송출되는 위치정보는 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치를 거쳐 상기 차상 CBTC 장치로 수신되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템이 장착된 선로 및 차량을 CBTC 시스템과 혼용하더라도 개량시 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템이 장착된 열차에 위치정보 전송용 전파 송출기를 설치하여 그 위치정보를 CBTC 시스템이 장착된 열차로 제공하더라도 서로 안정적으로 제어신호를 전달하고, 운전시격을 단축시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 CBTC 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 ATP 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 선행열차와 후행열차가 모두 ATP 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 선행열차가 ATP 시스템을 장착하고 후행열차가 CBTC 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템의 구성도이다.
도 6은 선행열차가 CBTC 시스템을 장착하고 후행열차가 ATP 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 선행열차와 후행열차가 모두 CBTC 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이때, 도 3은 선행열차와 후행열차가 모두 ATP 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 선행열차가 ATP 시스템을 장착하고 후행열차가 CBTC 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 위치정보 전송용 전파 송출기를 이용한 이동 폐색과 고정 폐색의 혼합 운행 시스템의 구성도이고, 도 6은 선행열차가 CBTC 시스템을 장착하고 후행열차가 ATP 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 7은 선행열차와 후행열차가 모두 CBTC 시스템을 장착한 경우의 통신 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 7에 의하면, 기존선 개량을 통해 초기의 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템을 CBTC 시스템으로 변경하는 경우에는 지상 CBTC 장치(220)와 동일 노선에서 운행되는 모든 열차에 차상 CBTC 장치(210)가 장착되기까지 현재의 열차 운행 방식과 개량하려는 CBTC 방식이 함께 혼용 운행되어야 한다. 이러한 경우 두 개의 서로 다른 시스템이 장착된 열차(10,20)가 동일 노선에서 운행될 경우의 운행 방안에 대해 차상 CBTC 장치(210)가 장착되지 않은 열차에 위치정보 전송용 전파 송출기(110)를 장착함으로써 차상 CBTC 장치(210)가 장착된 열차에서의 선행열차 위치검지 방안으로 사용할 수 있다. 이때, 개량을 필요로 하는 기존선 구간의 신호시스템은 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100) 등으로 구성되며, 이는 열차검지를 위해 반드시 궤도회로를 사용해야 한다. 따라서, CBTC 시스템(200)은 궤도회로 대신 무선통신을 사용하여 열차의 위치를 검지함으로써 열차 검지 및 열차 운행 방식이 상이하게 주어지며, 이는 선행열차(10)와 후행열차(20)의 신호시스템의 조합에 따라 다음과 같은 4가지 형태의 운행이 실행된다. 즉, 선행열차(10)와 후행열차(20) 모두 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100,100')을 장착한 경우, 선행열차(10)는 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)을 장착하고 후행열차(20)는 CBTC 시스템을 장착한 경우, 선행열차(10)는 CBTC 시스템(200)을 장착하고 후행열차(20)는 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)을 장착한 경우, 선행열차(10)와 후행열차(20) 모두 CBTC 시스템(200,200')을 장착한 경우로 나누어진다. 이때, CBTC(Communication Based Train Control: 통신기반 열차 제어시스템)는 KRTCS, CBTC, MBS 등 무인운전 또는 자동운전이 가능한 무선 기반 열차제어시스템을 모두 포함하고, ATP(Automatic Train Protection: 열차자동방호시스템)는 현재 국내에 설치된 ETCS Level 1은 물론 ZUB, Ebicab, KVB 등과 같이 Balise 또는 Loop 등을 사용하는 열차제어시스템을 모두 포함하고, ATS(Automatic Train Stop: 열차자동정지장치)는 국내의 ATS는 물론 국외의 AWS(Automatic Warning System) 기능을 갖는 유형으로 주어지는 열차제어시스템을 모두 포함하며, ATC(Automatic Train Control: 열차자동제어장치)는 국내에서 사용하는 도시철도의 ATC/ATO 또는 ATP/ATO 기능을 갖는 유형으로 주어지는 열차제어시스템을 모두 포함한다. 그리고, ATP는 ATS 또는 ATC로 대체될 수 있으며, 모두 균등한 개념에 해당된다.
이하, 선행열차(10)와 후행열차(20)의 신호시스템의 조합에 따른 4가지 운행 형태를 설명한다. 먼저, 도 3은 선행열차(10)와 후행열차(20) 모두 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템을 장착한 열차인 경우로서, ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100,100')이 장착된 선행열차(10) 및 후행열차(20)는 모두 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100,100')에 의해 기존 방식 그대로 열차 운행을 실행한다. 이때 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100')이 장착된 후행열차(20)의 이동권한, 안전 거리 및 이동 속도는 선행열차(10)가 점유한 궤도회로의 위치에 따라 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100,100')의 원리를 활용하여 기존의 열차 운행 방식 그대로 열차 운행을 실행한다.
다음으로, 도 4는 선행열차(10)에 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)을 장착하고 후행열차(20)에 CBTC 시스템(200)을 장착한 경우로서, ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 선행열차(10)는 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)에 의해 기존 방식 그대로 열차 운행을 실행한다. 그러나, CBTC 시스템(200)이 장착된 후행열차(20)는 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 선행열차(10)로부터 관련 위치 정보를 제공받지 못함으로써 실제로 이동해야 할 안전 거리 및 이동 속도를 판별할 수 없으며, 이는 열차 추돌 등의 안전 사고 발생 가능성을 갖게 된다. 이를 방지하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 CBTC 시스템(200)이 장착된 후행열차(20)에 선행열차(10)의 위치정보를 제공하기 위한 방안으로 선행열차(10)에 위치정보전송용 전파 송출기(110)를 장착한다. 즉, ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 선행열차(10)에 위치정보전송용 전파 송출기(110)를 장착하여 CBTC 시스템(200)이 장착된 후행열차(20)에 위치정보를 제공한다. 이때, 상기 CBTC 시스템(200)은 열차에 설치되는 차상 CBTC 장치(210)와, 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치(220)로 구성되어, 선행열차(10)의 위치정보전송용 전파 송출기(110)로부터 무선 송출되는 위치정보는 후행열차(20)는 열차에 설치되는 차상 CBTC 장치(210)로 직접 수신되거나, 또는 지상에 설치되는 지상 CBTC 장치(220)를 거쳐 차상 CBTC 장치(210)로 수신됨으로서 후행열차의 운행을 제어한다. 또한, 차상 CBTC 장치(210)가 설치되는 후행열차(20)에는 상기 선행열차(10)의 위치정보전송용 전파 송출기(110)로부터 무선 송출되는 위치정보를 수신하는 위치정보수신용 전파 수신기(212)가 설치되며, 지상에는 선행열차(10)의 위치정보전송용 전파 송출기(110)로부터 무선 송출되는 위치정보를 수신하는 위치정보수신용 전파 수신기(222)가 설치되어 지상 CBTC 장치(220)로 선행열차(10)의 위치정보를 제공한다.
이와 같은 구성은 다음과 같은 절차에 의해 후행열차(20)에서 필요로 하는 열차의 이동권한, 안전 거리 및 이동 속도를 제어한다. 즉, 선행열차(10)의 위치정보를 전송하는 위치정보전송용 전파 송출기(110)를 선행열차(10)에 설치함으로써 관련 정보는 CBTC 시스템(200)이 장착된 후행열차(20)으로 전송된다. 선행열차(10)의 위치정보전송용 전파 송출기(110)에서 전송된 선행열차 위치정보는 CBTC 시스템(200)의 지상 CBTC 장치(220)에 실시간 입력하여 CBTC 시스템(200)이 장착된 후행열차(20)의 이동 권한, 안전 거리 및 이동 속도를 제어함으로써 열차의 안전 운행을 보장한다. 이러한 정보는 실제로 열차의 무인 운전을 모니터링하기 위해 설치된 CBTC 시스템의 ATS에 현시된다. ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템이 장착된 선행열차(10)는 단지 기존의 시스템에 적용된 고정폐색의 개념에 의해 열차의 이동 권한이 주어지는 반면, CBTC 시스템(200)이 장착된 후행열차(20)는 이동폐색의 기능을 사용하여 운전시격을 단축할 수 있다.
그리고, 도 6은 선행열차에 CBTC 시스템을 장착하고 후행열차에 ATP 시스템을 장착한 경우로서, CBTC 시스템(200)이 장착된 선행열차(10)는 CBTC 시스템(200)에 의해 정상적인 운전을 실행하며, ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 후행열차(20)는 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)에 의해 기존 방식 그대로 열차 운행을 실행한다. 이때 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 후행열차(20)의 이동권한, 안전 거리 및 이동 속도는 선행열차(10)가 점유한 궤도회로의 위치에 따라 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)의 원리를 활용하여 기존의 열차운행 방식 그대로 열차 운행을 실행한다. 이러한 경우에는 이동폐색의 기능은 사용되지 않으며, 단지 기존의 시스템에 적용된 고정폐색의 개념에 의해 열차의 이동 권한이 주어진다.
그리고, 도 7은 선행열차와 후행열차가 모두 CBTC 시스템을 장착한 경우로서, CBTC 시스템(200,200')이 장착된 선행열차(10) 및 후행열차(20)는 모두 CBTC 시스템(200,200')에 의해 정상적인 운전을 실행한다. 이러한 경우에는 모든 열차(10,20)가 CBTC 시스템(200,200')을 통한 이동폐색의 기능을 구현함으로써 가장 이상적인 이동폐색 운행을 실행할 수 있다.
이상의 4가지 형태의 운행 조건에 의하면 선행열차(10)와 후행열차(20) 모두 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100,100')을 장착한 경우와, 선행열차(10)는 CBTC 시스템(200) 장착하고 후행열차(20)는 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)을 장착한 경우 및 선행열차(10)와 후행열차(20) 모두 CBTC 시스템(200,200')을 장착한 경우에는 열차의 이동폐색 또는 고정폐색 운행을 그대로 실행할 수 있다. 하지만 기존의 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 선로 및 차량을 CBTC 시스템으로 개량하는 경우에는 본 발명에서 제시한 선행열차 위치정보 전송용 전파 송출기(110)를 활용한 선행열차(10)의 위치검지 방법을 통해 CBTC 시스템에서 필요로 하는 선행열차(10)의 위치 검지를 실행함으로써 ATP(또는 ATS 또는 ATC) 시스템(100)이 장착된 열차와 CBTC 시스템(200)이 장착된 열차의 안전한 혼합 운행 방안이 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
10: 선행열차 20: 후행열차
100,100': ATP 시스템 200,200': CBTC 시스템
110: 위치정보 전송용 전파 송출기 210: 차상 CBTC 장치
220: 지상 CBTC 장치 212,222: 위치정보수신용 전파 수신기 |
