선로변 제어설비 최소화 등 열차 간 운행 간격 90초까지 단축
무선통신기반 열차제어시스템 표준체계 구축 성능평가 기술
시험선 12km 구축 단계별 시험 통해 무인자동운전 성공

세계 최초로 국내의 세계적인 LTE 이동통신 기술을 철도에 응용한 LTE 기반 철도전용 통합무선망(LTE-R) 구축기술이 개발돼 앞으로 국내 철도전용 무선망 기술이 세계 철도자동제어시스템시장을 선도할 것으로 보인다.

한국철도기술연구원 김용규 박사팀은 철도의 무인 자동운전이 가능한 한국형 무선통신기반 열차제어시스템(KRTCS)과 세계 최초로 국내의 세계적인 LTE 이동통신 기술을 철도에 응용한 LTE 기반 철도전용 통합무선망(LTE-R) 구축기술 개발에 성공했다.

이미 지난 2012년 8월부터 목포 대불선 일로역에서 대불역 12km 구간에 시험선을 구축하고 단계별 시험을 통해 2013년 4월 무인자동운전에 성공한 바 있다.

KRTCS 기술은 기관사 없이 자동으로 열차를 제어하는 핵심 원천기술로 2.4GHz 무선 랜 망을 이용, 열차의 위치를 실시간으로 검지하고 열차속도를 제어하는 기술이다.

무선통신, 컴퓨터, 소프트웨어, 안전성 평가, 고도의 철도 운영 기술 등 첨단 기술이 적용된 이 기술은 기존의 열차운행방식에 비해 열차 간 운행 간격을 90초까지 단축할 수 있는 동시에 선로변 제어설비를 최소화함으로서 운영 유지보수 비용을 대폭 절감할 수 있는 것으로 평가받고 있다.

특히, 국토교통부의 열차제어시스템 표준화 방안에 따라 우선적으로 도시철도의 개량과 신선노선에 적용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 현재 도시철도법에서 정한 성능시험을 통과, 공인성능인증기관의 성능시험 성적서를 확보한 상태다.

이와 함께 개발된 철도노선마다 서로 다르게 주어진 통신망을 하나로 통합하고 기존의 유선통신망 체계를 무선통신망 체계로 전환하는 최첨단 철도 통신기술로 평가받고 있는 LTE-R 기술은 철도연과 삼성전자, 삼성 SDS가 함께 세계최초로 개발에 성공했다.

특히, 이 기술은 2세대 이동통신 GSM 기술로 철도 통합망을 구축한 철도교통의 선진국 유럽을 훨씬 앞서는 신기술로 영상정보와 대용량 데이터를 실시간으로 전송할 수 없는 유럽의 GSM 방식의 단점을 모두 해결할 수 있다.

또한, 차량 내부에서 발생 가능한 열차와 승객의 안전사고를 포함해 차량과 선로주변의 진단, 감시, 제어를 통해 열차운행에 필요한 모든 정보를 실시간으로 얻을 수 있는 장점을 갖는다.

이미 지난 2013년 4월 LTE-R을 이용한 재난과 안전대응성 시험에 성공했으며, 이 기술 역시 공인성능인증기관을 통해 성능시험성적서가 발부됐다.

LTE-R 기술이 안전행정부에서 추진 중인 재난안전무선망의 요구사항을 만족하는 것으로 확인됨에 따라 향후 재난 무선망에서도 LTE-R을 활용할 수 있을 뿐만 아니라 여러 공공무선망을 LTE-R로 통합할 경우 관련 시설구축과 유지보수 비용은 획기적으로 낮추고 운영 효율성은 높일 것으로 판단된다. 

이 연구는 국내 최초의 한국형 무선통신기반 열차제어시스템 개발과 함께 세계최초의 LTE 기반 철도전용 통합무선망 구축 기술 개발을 목표로 지난 2010년 말부터 오는 2014년 7월까지 진행되고 있다.

한국형 무선통신기반 열차제어시스템 기술 개발 분야에서는 국내 최초로 한국형 무선통신기반 무인자동운전 열차제어시스템과 무인운전 열차제어시스템의 종합시험 인프라 구축 연구가 진행됐으며, 그 결과 국내 최초로 도시철도법을 적용한 공인인증기관의 종합성능시험성적서 획득하는 쾌거를 거뒀고 현재 세계 최초로 상호 운영성과 상호 호환성 시험이 진행되고 있다.

시험운전은 무선랜 성능시험을 비롯해 열차 등록, 열차위치 실시간 추적, 열차이동권한, 열차운행속도 제한, 열차 출입문제어, 자동운전, 무인운전 순으로 진행됐으며, 시험이 진행되는 동안 장애 없이 열차운행 스케줄에 맞춰 정확하게 운영기관에서 요구하는 사양을 모두 만족시켜 기술적으로 성공했다.

현재 3개 컨소시엄이 모두 도시철도법에서 정한 성능시험을 통과, 공인성능 인증기관의 성능시험 성적서를 확보한 상태로 올해 2월까지 상호호환성과 열차 간 간격 시험이 추진되고 있다.

이와 함께 세계 최초로 진행되고 있는 LTE 기반 철도전용 통합무선망 구축 기술 개발 분야에서는 주제어시스템, 안테나, 기지국 등 철도전용 통합무선망 제어시스템 개발과 더불어 철도재난안전기능 서비스 개발, 2.6GHz, LTE 방식의 대불선 12km 구간 도시철도용 시범망 구축이 이뤄졌다.

또한, 철도전용 통합무선망(LTE-R) 사양서와 호남선 54km 구간 일반철도용 시범망(700MHz, LTE방식)도 구축됐다. 

기술적 부문에서는 핵심장치 개발로 인한 해외기술로부터의 종속에서 탈피와 실용화 기술 확보 효과를 거둘 것으로 보이며, 철도 전 분야에 대한 무선통신 기술 접목과 급속한 무인 자동화 기술 확보도 가능할 전망이다.

사회적으로도 디지털 철도교통 체계의 지능화 조기 구현은 물론 철도교통 서비스의 질적 향상을 통한 광범위한 사회시스템의 질적 향상 도모, 철도사고 사망자수 84% 감소 등의 효과도 기대된다.

경제적 측면도 눈여겨 볼만하다. 우선 열차사고 예방과 신속대응으로 인해 연간 78억 원의 편익이 발생할 것으로 예상되며, 철도수송 용량 증대로 인한 연 1,492억 원, 대기오염과 탄소배출절감 연 1,052억 원, 에너지 연 1,100억 원 등의 절감 효과도 거둘 것으로 전망된다.

특히, 노후화된 지하철, 일반철도, 고속철도 개량과 수입대체 효과는 연 463억 원, 무선기반 해외철도사업 수주 연 1,078억 원, 인력효율화와 선로변 설비감소 효과 연 1,188억 원에 이를 것으로 기대를 모으고 있다.

이외에도 철도 무선통신망 단일화시스템으로 인한 국가 자립형 기술 개발과 수출, 철도산업을 정보통신기술 기반 고부가가치 산업으로의 육성 등의 효과도 예상된다.

한국철도기술연구원 김용규 책임연구원은  “이 연구는 크게 한국형 무선통신기반 열차제어시스템 기술 개발과 LTE 기반 철도전용 통합무선망 기술 개발로 구분된다”고 말하며, “한국형 무선통신기반 열차제어시스템 기술은 무선통신을 이용한 열차의 무인 자동운전 기술 국산화와 상용화를 목적으로, 지난 2012년 기술 개발을 완료하고 현재 목포의 일로역~대불역 12km 구간에 시험선 구축 후, 성능시험을 진행 중에 있다”고 밝혔다.

이어 그는 “현재 유럽의 6개 메이저 기업이 유럽 표준 열차제어시스템을 통해 국제 시장을 독점하고 있으며, 중국도 유럽 표준을 바탕으로 중국의 열차제어시스템을 개발, 해외시장의 진출을 시도하고 있는 시점에 개발된 이 기술이 일반철도와 고속철도까지 확장, 적용될 경우 국내시장의 수입 대체와 해외 시장 진출도 가능하다”고 전망했다.

LTE 기반 철도전용 통합무선망 구축 기술과 관련해 김 박사는 “세계적으로 정평이 나있는  국내의 LTE 이동통신 기술을 활용, 철도환경에 최적화한 철도전용 통합무선망 기술 개발을 주목적으로 진행한 연구”라고 밝히며, “아직까지 국내에는 철도전용 주파수가 없어 VHF와 TRS 통신방식을 이용, 음성통화만 사용하고 있어 운영, 유지보수, 안전의 문제점이 제기되고 있지만, 세계 최초로 LTE-R 개발에 성공함으로서 음성, 영상, 고용량 데이터를 고속으로 전송할 수 있는 기반을 마련했다”고 설명했다.

 

송여산 기자  soc@cenews.co.kr

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