지능화에 기반한 철도건널목 제어방식에 관한 연구

Abstract

열차사고의 대부분을 차지하는 철도건널목 사고는 대형 인명사상자가 발생하고 열차의 운행지연과 운행중단 등으로 경제적인 손실을 초래하고 있다. 또한, 늘어나는 도로 교통량으로 인해 건널목에서 자동차 사고의 발생 빈도가 높아지고 있다. 이에 대비하는 현재의 건널목 지장물 검지장치는 보행자를 검지하지 못하는 사각지대가 존재하고 지장경고등에 의한 운전방식은 기관사의 가시거리에 따라 제약이 있어 효율적인 건널목제어에 한계가 있는 실정이다. 따라서, 기존의 건널목보안시스템의 문제점을 해결하고 도로 교통량 증가 등으로 인한 건널목 환경변화를 고려한 새로운 건널목보안시스템이 요구되고 있다. 본 연구에서는 철도건널목에서의 사고예방과 피해저감을 위한 지능화에 기반한 철도건널목 제어방식을 제안한다. 제안한 방식은 3가지 측면을 고려하였다. 첫 번째는 지장물 검지의 사각지역을 해소하기 위해 영상처리기술을 활용하여 건널목 지장물을 검지하고 가시거리의 제약을 해결하기 위해 무선통신기술을 적용하여 정보를 지속적으로 열차에 제공한다. 두 번째는 건널목에서의 자동차 정체를 해결하기 위해 도로교통신호제어기와의 연계를 구축하고, 마지막으로 다각적으로 정보를 제공하기 위해 도로측 운전자들에게 접근열차의 정보를 제공하며 열차로 건널목 실시간 영상정보를 제공하여 기관사가 지장물을 정확하게 파악할 수 있도록 한다. 이와 같은 기능을 수행하는 지능화 기반의 건널목 제어시스템은 건널목설비, 도로설비 및 차상설비로 구성한다. 먼저 건널목설비의 세부구성은 건널목 영상을 수집하고 지장물을 검지하는 CCTV카메라와 영상검지서버, 열차위치정보를 연산하는 건널목 통합서버 및 연속 정보를 열차로 전송하기 위한 지상무선기로 구성한다. 그리고 도로설비는 도로측 운전자들에게 건널목 정보를 제공하는 건널목 VMS장치와 건널목에서 도로교통정체를 해소하기 위한 우선 신호제어기로 구성한다. 마지막으로 차상설비는 기관사에게 건널목 상황정보(영상정보, 이벤트)를 제공하고 열차제동거리를 연산하는 열차내 모니터링장치와 열차위치를 검지하는 GPS 수신기 및 지상무선기와 통신을 위한 차상 무선기로 구성한다. 제안 시스템은 열차가 건널목으로 접근하면 양방향 무선링크를 구성하고 열차의 GPS 정보를 건널목 통합서버로 전송한다. 건널목통합서버는 열차가 건널목에 도착할 때까지 주기적으로 열차의 건널목 도착시간과 속도 및 남은 거리를 연산하여 열차내 모니터링장치와 VMS장치 및 우선신호제어기로 제공한다. CCTV카메라에서 수집한 건널목 영상은 열차내 모니터링장치로 전송하며 이때 건널목에서 지장물이 발생하면 영상검지서버가 이를 검지하여 경고메시지를 같이 보낸다. 열차내 모니터링장치는 건널목 영상과 지장물 경고메시지 및 건널목까지 남은거리와 도착시간을 운전실내의 모니터링 화면에 표시한다. 건널목 VMS장치는 접근열차의 방향, 속도, 남은 거리정보를 도로교통 운전자들에게 제공하며 우선 신호제어기는 교통신호를 제어한다. 제안 시스템의 기능 및 동작을 확인하기 위해, 영동선 비행장건널목 및 바다열차에 테스트베드를 구축하고 바다열차의 접근에 따른 연동시험을 수행하였다. 연동시험은 4개월 동안 275회 수행되었으며 이를 통해 열차내 모니터링장치, VMS 장치, 우선 신호제어기가 바다 열차의 접근 및 통과에 대해 정상적으로 동작하는 것을 확인하였다. 지장물 검지 인식률은 테스트 베드의 영상검지서버에 저장된 로그데이터를 분석하여 100%임을 확인하였다. 우선 신호제어의 효과는 HILS(Hardware In the Loop Simulation)시스템을 실험실에 구축하여 검증하였고 도로교통량을 증가시켰을 때 교통의 정체 해소측면에서 효과가 있었다. 건널목에서 열차제어의 효과는 열차제어거리에 대한 시뮬레이션으로 검증하였고 지장경고등 방식과 비교하여 안전측면과 열차지연측면에서 탁월한 효과가 있음을 확인하였다.