차세대도시철도시스템의 무인운영 시뮬레이터 적용을 위한 시나리오 개발
오세찬* 김길동** 박성혁** 이한민**
Recently, advancements in railway system and IT have enabled automatic or driverless train. Futhermore, developed countries have been tried to develope unmaned operation system for railway system. To apply manless operation in railway system, development of simulator for manless operation is required. The advantage of the simulator is in that it makes it possible to analyze the systems behavior. In this paper, we define system requirements and functionalities, and establish the system scenarios to handle the various accidents/faults in manless operation environment. We expects the proposed system requirements and system scenarios will play a key role to establish the manless operation in advanced urban transit system.
서 론 1.
현재 철도분야에서 운용되고 있는 대표적인 시뮬레이터는 모의운전 연습기(Driver 이다 모의운전 연습기는 전동차의 특성을 논리적으로 모델링하여 실 training simulator) .
제 전동차를 대신하여 운전자를 교육시키고 평가하는 교육장비로 정의할 수 있다 하지만. , 최근 철도시스템 기술 및, IT 기술발전에 힘입어 도시철도 차량의 자동 무인 운전이 가능/ 하게 되었다 더 나아가 해외 철도선진국에서는 안전성과 신뢰성의 향상을 위해 철도시스. 템 운영의 무인화가 시도하고 있다 따라서 이러한 차세대 도시철도시스템 운영의 무인화. 를 위한 사고 고장 대응 시나리오 체계의 수립이 필요하며 이를 바탕으로 모의 실험을/ , 위한 무인운영 시뮬레이터의 개발이 필요하다.
본 논문에서는 이러한 무인 운영을 위한 시뮬레이터 개발에 필요한 시뮬레이터 기능의 정의와 함께 무인운영 환경에서의 여러 사고 고장 신호 대응 시나리오 체계를 수립하여/ / 향후 무인운영 시뮬레이터의 구축 및 차세대 도시철도시스템의 무인운전 운영을 위한 토/ 대로 사용하고자 한다.
---
책임저자 한국철도기술연구원 도시철도기술사업단 정회원
* : , ,
한국철도기술연구원 도시철도기술사업단
** ,
해외 무인운전 운영 사례
2. /
현재 해외 주요 도시의 무인운전 운영 시스템 구축현황은 도표/ 1과 같다 무인화 시스. 템 구축을 위해서는 무인운전을 위한 안전시스템의 구축이 무엇보다 중요한 사항이다 몇. 가지 사례를 들어 일반적인 현황 및 안전시스템의 특징을 알아본다.
도표 1. 해외 무인운전 시스템 현황
기타: Kobe, Osaka, Tokyo, Toronto, Miami, Detroit, Newyork, Jacksonville, Chicago, Dockland, Ankara, Lausanne
2006 24,000 Moving
Alstom Metopois
Alstom Alstom
16 10 Mansa Line
Singapor Singapore e
2005 9,240 Fixed
Matra VAL206
Siemens Matra
20 9.9 Line B
France Toulouse
2005 16,300 Fixed
Matra VAL206
Siemens Matra
16 5.6 Line 1
Italy Torino
2002 12,000 Fixed
Ansald Metro o
Ansaldo Ansaldo
11 6.8 Orested Line Denmark
Copenhagen
2002 42,000 Moving
Alstom Metopois
Alstom N/A
16 12.4 North East Line Singapor
Singapore e
2002 6,160 Fixed
Matra VAL206
Siemens Matra
15 5.8 Line 1
France Rennes
2001 26,000 Moving
Alcatel ART MK 3 Bombardier
Bombardie 13 r
12.6 Millenium Line Canada
Vancouver
1998 10,000 Moving
Alcatel ART MK 2 Bombardier
Bombardie 24 r
18 LRT System 2 Malaysia
Kuala Lumpur
1998 31,500 Moving
Matra MP80
Alstom N/A
7 4.7 Line 14
France Paris
1996 13,600 Fixed
Matra VAL256
Alstom Matra
12 6.8 Mucha Line
Taiwan Taipei
1993 9,240 Fixed
Matra VAL206-
VAL208 Alstom and Siemens Matra
15 7.8 Line A
France Toulouse
1992 11,200 Moving
Matra MPL85
Alstom N/A
13 8.4 Line D
France Lyon
1989 9,240 Fixed
Matra VAL206-
VAL208 Alstom and Siemens Matra
43 19.8 Line 2
France Lille
1989 7,500 Fixed
Nippon Signal New Transit Mitsubishi
Mitsubishi 14
6.6 Seaside Line Japan
Yokohama
1986 25,000 Moving
Alcatel ART MK 1 Bombardier
Bombardie 20 r
18 Sky train
Canada Vancouver
1983 9,240 Fixed
Matra VAL206
Alstom Matra
18 8.2 Line 1
France Lille
기술 공급자 모델
공급자 피크용량 개통일
(pphpd) ATC
시스템 차량 역수 공급자 노선 시스템 (마일)
국가 도시
기타: Kobe, Osaka, Tokyo, Toronto, Miami, Detroit, Newyork, Jacksonville, Chicago, Dockland, Ankara, Lausanne
2006 24,000 Moving
Alstom Metopois
Alstom Alstom
16 10 Mansa Line
Singapor Singapore e
2005 9,240 Fixed
Matra VAL206
Siemens Matra
20 9.9 Line B
France Toulouse
2005 16,300 Fixed
Matra VAL206
Siemens Matra
16 5.6 Line 1
Italy Torino
2002 12,000 Fixed
Ansald Metro o
Ansaldo Ansaldo
11 6.8 Orested Line Denmark
Copenhagen
2002 42,000 Moving
Alstom Metopois
Alstom N/A
16 12.4 North East Line Singapor
Singapore e
2002 6,160 Fixed
Matra VAL206
Siemens Matra
15 5.8 Line 1
France Rennes
2001 26,000 Moving
Alcatel ART MK 3 Bombardier
Bombardie 13 r
12.6 Millenium Line Canada
Vancouver
1998 10,000 Moving
Alcatel ART MK 2 Bombardier
Bombardie 24 r
18 LRT System 2 Malaysia
Kuala Lumpur
1998 31,500 Moving
Matra MP80
Alstom N/A
7 4.7 Line 14
France Paris
1996 13,600 Fixed
Matra VAL256
Alstom Matra
12 6.8 Mucha Line
Taiwan Taipei
1993 9,240 Fixed
Matra VAL206-
VAL208 Alstom and Siemens Matra
15 7.8 Line A
France Toulouse
1992 11,200 Moving
Matra MPL85
Alstom N/A
13 8.4 Line D
France Lyon
1989 9,240 Fixed
Matra VAL206-
VAL208 Alstom and Siemens Matra
43 19.8 Line 2
France Lille
1989 7,500 Fixed
Nippon Signal New Transit Mitsubishi
Mitsubishi 14
6.6 Seaside Line Japan
Yokohama
1986 25,000 Moving
Alcatel ART MK 1 Bombardier
Bombardie 20 r
18 Sky train
Canada Vancouver
1983 9,240 Fixed
Matra VAL206
Alstom Matra
18 8.2 Line 1
France Lille
기술 공급자 모델
공급자 피크용량 개통일
(pphpd) ATC
시스템 차량 역수 공급자 노선 시스템 (마일)
국가 도시
2.1 VAL Driverless System 일반 현황
2.1.1
시격을 1분 이하로 줄이고 운영비 절감을 위해 무인 자동 운전시스템을 구축하였다, . 총 연장 18.8마일 복선, 36 개역(2/3 지하구간), 일부만 제외하고 지상구간은 고가 선로 로 구성되어 있다 차량은. VAL 206 2량 1편성으로 86개의 편성이 운행되고 있다 승객. 의 편의를 위해서 혼잡시 1분 간격 비혼잡시, 5분 간격으로 운행되고 있다.
무인운전을 위한 안전시스템 특징 2.1.2
스크린 도어 설비로 승객선로 추락을 방지하고 있으며 이를 위해서 정위치 정차가 주, 요 성능으로 약 6인치의 정밀도를 유지하고 있다 또한 무인 운전을 위한 중앙 제어실에. , 서는 3만개가 넘는 최신의 정보를 매 2초 간격으로 제공 받으며 제어실의 운전자는 사고, 발생시 원격으로 제어할 수 있는 5천개의 제어수단을 유용가능하다 또한 승객은 항상. , 차량 또는 역사에서 제어실과 양방향 통신시스템을 통해 통화가 가능하다.
2.2 Copenhagen Metro 일반 현황 2.2.1
년 월 개통 이후 무인 운전 중에 있다 안전 승인 절차는
2002 10 . EN5026, 50128,
를 적용하였으며 특수 안전기능
50129 , (platform edge detection, obstacle detection, 등 을 채용하였다 적용규정 및 표준은 독일의 derailment detection, tunnel ventilation ) .
경전철 규정인 BOStrab 1987 및 FOF 1979이다. 무인운전을 위한 안전시스템 특징
2.2.2
및 의 무인 운전에 대한 규정에 따라 플랫폼에는 두 가지의 BOStrab 1987 FOF 1979
안전장치가 있다 지상구간의 플랫폼은 스크린 도어를 설치하고 지상구은. , ODS(Obstacle 을 설치하였다 또한 열차 전후 마지막 축에는 장애물을 감지하고 탈 Detection System) .
선을 감지하는 장치가 부착되어 있다.
화재 비상시 역사를 구난 장소로 이용한다 따라서 화재 차량에 비상제동을 체결하지. 않고 다음 역으로 이동 후 승객을 대피 시킨다 또한. BOStrab과 NFPA규정을 만족시키는 반자동 환기시스템을 설치하였다.
2.3 Nuremberg Metro 일반 현황 2.3.1
세계 최초의 중전철 무인 자동운전 시스템을 구축하였다 시스템이 최적의 운전 프로파. 일을 계산하여 적용하기 때문에 에너지를 절감할 수 있다 열차제어 시스템은 고정폐색이. 지만 이동폐색처럼 운영되어 최소 열차 시격 200초를 100로 단축 할 수 있으며 자동 운, 전이 수동 운전에 비해 보다 신뢰성이 높다.
무인운전을 위한 안전시스템 특징 2.3.2
화재가 감지되면 신호를 중앙제어실에 보내고 열차는 다음 역에 정차된다 이를 위해. 중앙제어실과 연결 가능한 비상 인터콤 및 열차내부에 연기 및 온도 감지센서를 설치하 며 객실마다, 2개의 CCTV 카메라를 설치하여 객실상황을 중앙 제어실에 보낸다 또한. , 대차에는 탈선감지장치가 각 축마다 설치되었으며 장애물 검지장치가 대차마다 설치되고, , 개의 안테나가 설치되어 하나는 신호를 발생하고 하나는 수신하는 역할을 한다 선
2 ATC .
로 감지장치로 선로변 승객안전을 제고 시키고 있다.
사고 고장 대응 시나리오 설계 3. /
국내 도시철도 재앙 및 장애 발생시 조치요령 3.1
도표 2에서는 서울지하철공사와 서울도시철도공사에서 발생빈도가 높은 재난 및 장애에 대해 각각 여객 운수 검수 전력 신호 통신 시설 사령 등의 항목에 대해 조치가 이루, , , , , , 어지는 항목을 표시하여 도식화하였다.
도표 2. 국내 재난 및 장애발생시 조치요령
구분 조치요령 서울지하철공사(SMSC) 서울도시철도공사(SMRT) 여객 운전 검수 전력 신호 통신 시설 사령 역무 승무 차량 설비 통신 시설
1 화재발생시 ○ ○ ○ ○ ○ ○
1.1 전동차 화재시 ○ ○ ○
1.2 역사화재 발생시 ○ ○ ○
2 운전장애시 ○ ○ ○ ○ ○
3 사상사고 발생시 ○ ○
4 정잔사고 발생시 ○ ○ 5 폭탄테러 발생시 ○ ○
6 독가스 발생시 ○ ○ ○ ○
8 침수대비 침수시/ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
9 탈선 및 충돌시 ○ ○ ○
10 불시 단전시 ○ ○
11 전동차운전불능시 ○ ○
12 비상제동해방불능 ○ ○
13 연락송수신장애시 ○
14 구원 합병시 ○ ○
15 전력계통 장애시 ○
16 컴퓨터 설비 장애 ○ ○
17 단말장치 장애시 ○
18 신호사령설비장애 ○
19 열차무선장애시 ○
20 집중전화장치장애 ○
21 열차지연 고장 시( ) ○
22 출입문고장시 ○
23 승객 폭주시 ○
24 추입문점등고장시 ○
25 차량연결기분리시 ○
26 본선열차고장시 ○
27 차량기지창고화재 ○
28 판토그래프 및
전차선 결빙시 ○
무인운영을 위한 시뮬레이터 기능정의 3.2
시나리오 체계 수립에 앞서 시뮬레이터 구축을 위해 필요한 기능의 정의가 필요하다.
또한 발생가능한 수천가지의 모든 사고 고장의 종류를 열거하기란 사실상 불가능하므로, / 승강장 승객추락시 및 화재 발생시 중앙제어실 대응에 필요한 기능 정의를 살펴본다 도. 표 3과 도표 4, 도표 5는 각각 승강장 안전과 화재 발생 및 정전사고 발생시 필요한 기, 능분석 메트릭스를 나태낸다 예를 들어 도표. , 3에서 이상감지 신호전송을 위해서는 역사 에 새로운 신호 통신 설비의 구축이 필요함을 보여준다/ .
도표 3. 승강장 안전에 필요한 기능 메트릭스
구분 차량 신호 통신/ CTC 역 터널 분류
플랫폼 스크린도어 장치 ○ N1
장애물 침입 감지 장치 ○ N1
감시 CCTV ○ N1
이상감지 신호/DATA 전송 ○ ○ N1
대응 시나리오 자동화 ○ ○ ○ N1
전체 시스템엔지니어링 ○ N1
전체 시스템 감시 비상조치/ ○ N1
도표 4. 화재 안전에 필요한 기능 메트릭스
구분 차량 신호 통신/ CTC 역 터널 분류
화재 감지장치 ○ ○ N1
화재 감시 CCTV ○ ○ ○ N1
화재 신호전송 ○ ○ ○ ○ ○ N1
환기장치 ○ ○ N1
대피 안내 장치 설비, / ○ ○ N1
대응 시나리오의 자동화 ○ ○ ○ ○ ○ N1
전체 시스템 엔지니어링 ○ N1
전체 시스템 감시 비상조치/ ○ N1
도표 5. 정전사고 안전에 필요한 기능 메트릭스
구분 차량 신호 통신/ CTC 역 터널 분류
정전 감지 장치 ○ ○ ○ E2
감시 CCTV ○ ○ ○ N2
정전 신호전송 ○ ○ ○ ○ ○ N2
대응 시나리오의 자동화 ○ ○ ○ N2
전체 시스템 엔지니어링 ○ N2
전체 시스템 감시 비상조치/ ○ N2
새로 구축해야 하는 시스템 N:
기 구축된 시스템
E: upgrade
위험정도가 인명 및 재산에 막대한 피해가능 1:
위험정도가 운영 지연에 영향을 미치는 정도 2:
사고 고장 신호 대응 시나리오 설계 3.2 / /
구축된 여러 안전에 필요한 기능 메트릭스를 기반으로 재난대응 시나리오를 설계한다.
본 절에서는 역사 및 화재안전을 위한 사고 고장 대응 시나리오를 소개한다/ . 역사 장애물 검지 시 중앙제어실 대응 시나리오
3.2.1
승객이 승강장 선로에 떨어졌을 경우, CCTV로 진위를 파악하고 진입열차의 비상제동 을 체결한 후 해당 역 감시원에 통보하며 차량 객실 및 역사 승강장에 비상 방송조치가, 필요하다 승강장 장애물 검지 시 중앙제어실 대응 시나리오에 대한. flow chart는 그림 1 과 같다.
차량 객실 및 역사 Platform에 비상 방송 조치
Platform Edge Detection signal 접수
진입 열차 비상 제동 정차 후 정상 운행 명령 CCTV 진위 확인
ATC를 통한 진입열차 비상제동 체결 진입열차 비상 제동
체결 여부 확인
해당 역 Platform 감시원에 통보 Yes
No
No
Yes
그림1. 승강장 장애물 검지시 중앙제어실 대응 시나리오
화재 발생시 중앙제어실 대응 시나리오 3.2.2
화재발생의 진위가 확인되면 우선 화재진화 가능여부 및 열차운행 가능여부를 판단하여 만약 불가능하다면 화재 차량을 인접역에 정차 시킨 후에 승객을 안전하게 하차시키고, 안전한 탈출 통로를 안내한다 화재 발생시 대응 시나리오는 그림. 2와 같다.
화재 발생 signal 접수
정상 운행 명령 CCTV/화재 검지장치 진위 확인
운전 정리(운전 휴지, 폐색 방식 변경) 인접열차 방호 조치 각 사령 분야별 조치 119,112 신고 관련부서 통보
CCTV로 차량 상태 확인
객실 탈출 안내 방송 출입문 조작 안내
탈출 통로 안내
승객 유도 안내 방송/유도등 점등 화재 차량 타행으로 인접 역까지 진행 화재진화가능여부
열차운행가능여부
신속한 조치로 정상 운행
운전 정리
상황 결과 보고
상황 종료 Yes
No
No Yes
그림2. 화재 발생시 중앙제어실 대응 시나리오
결론 4.
본 논문에서는 차세대 도시철도시스템의 무인운영을 위한 시뮬레이터 개발에 필요한 시뮬레이터 기능의 정의와 함께 무인운영 환경에서의 여러 사고 고장 대응 시나리오를 제/ 안하였다 제안된 시스템 요구사항 및 시나리오는 앞으로 차세대도시철도시스템의 무인운. 영 시뮬레이터 구축을 위한 토대가 될 것으로 기대된다.
참고문헌
박성호 이지선 최종묵 년 철도차량 운전자교육을 위한 훈련용 시뮬레이터의 설계 한
1. , , (2005 ), “ ”,
국철도학회 춘계학술대회, pp.1-6.
최성 김봉택 년 철도차량 시뮬레이션의 디지털 영상제어 시스템 연구 한국철도학회
2. , (1999 ), “ ”,
추계학술대회, pp.259-266.
이승재 이성혁 이안호 정상기 조홍식 년 객체지향방법을 응용한 도시철도 종합시뮬레 3. , , , , (2003 ), "
이터의 설계”, 한국철도학회 논문지 제, 6권 4호, pp.221-231.
