R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515RTRP-B067297-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 철도기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 고정밀 철도교통 위치검지 기술개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2013-05-07 ~ 2017-05-06 | |||||
| 연구책임자 | 이재호 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
8명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
28명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 4,300,000,000 원 기업 : 1,450,336,000 원 계 : 5,750,336,000 원 |
총연구비 | 정부 : 11,470,000,000 원 기업 : 3,867,928,000 원 계 : 15,337,928,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국철도기술연구원 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001860-01 | |||||
| ISBN | 979-11-88058-22-8 | |||||
| 주요 내용 |
1세부 ○ 철도시스템은 도로교통이나 항공교통에 비해서 높은 수송능력을 가지고 있으며, CO2를 포함한 온실가스 발생량이 적은 대표적인 저탄소 녹색성장 산업으로 이러한 장점을 극대화하기 위해 정부에서는 도로교통 대비 철도교통에 대한 투자비율을 높이는 방향으로 정책을 전환하였음. ○ 현재 국내에서 운영 중인 철도노선에 설치된 열차제어시스템은 궤도회로를 이용한 기존선의 자동열차정지장치(ATS: Automatic Train Stop), 고속선의 자동열차제어장치(ATC: Automatic Train Control)와 기존선 개량을 위해 도입, 설치된 유럽표준형 자동열차방호장치(ATP: Automatic Train Protection)가 있으며, 현재 도시철도 분야를 중심으로 열차의 운행효율성 개선이 가능한 무선통신기반 열차제어시스템의 도입과 연구개발이 추진 중에 있음. ○ 철도교통의 운행효율성 개선을 위해서는 열차의 이동위치를 정확하고, 신뢰성이 있도록 확보하여야 하며, 기존 철도에서는 궤도회로 및 차륜센서를 이용하기 때문에 확보된 열차위치의 정확성확보에 문제가 있으며, 이를 개선해야할 필요가 있는 상황으로, 해외에서는 타 교통분야에 적용중인 위성항법시스템, 관성센서, 도플러레이더센서 등 열차에 직접적인 탑재가 가능한 다양한 위치 및 속도검지센서를 융복합하여 열차위치의 정확성, 신뢰성, 실시간성 확보연구를 진행하고 있음. ○ 정확하고, 신뢰성있는 열차의 위치정보는 열차제어분야 뿐만 아니라, 화물운송, 열차운행감시, 승객서비스 등 다양한 철도교통 분야에 활용 가능한 기초정보로서 시스템적인 열차위치정보의 파악, 확인, 관리가 필요함. ○ 따라서 본 국가연구사업에서는 철도 위치정보의 정확성 개선 및 활용성 증대가 가능하도록 차상중심 위치검지 통합시스템과 철도 위치검지기술 구현시 핵심센서인 트랜스폰더 시스템을 개발하고 성능평가를 통해 실용화 핵심기술을 구현하여 철도교통 전반의 비용절감 및 운영효율성 개선을 목표로 함. 2세부 ㅁ 철도시설물 운영관리 현황 및 문제점 - 1차원 형태의 거리표지(KP, 킬로정) 정보기반 시설물 정보 구축 관리 - 유지보수 활용 도면 : 선호일람 약도, 신호관구도, 금전계통도 등 - 도면과 시설물의 위치가 상이하여 실제 시설물 유지보수 업무 어려움이 있음 - 관련기관 설문조사 결과 기존 DB의 3차원 정보화 필요성에 대해 대부분 공감하였으며, 선로 유지보수 분야 0.5m, 기타시설물 1~5m 등 각 시설물 분야별로 요구되는 시설물의 위치정확도를 가진 공간정보기반의 시설물DB구축이 필요한 것으로 나타남 ㅁ 타분야 사례 - 국내에서는 주요 국가기관 및 지자체 등에서 이미 지하시설물, 도로시설물 등의 주요 시설물 관리를 위해 GIS시스템을 도입하여 활용 중임 - 서울시의 경우 2012년부터 교통시설관리시스템(T-GIS)을 도입하여 서울시내 모든 교통 관련 시설물에 대한 공간정보를 구축하고 이를 지도기반으로 관리할 수 있는 체계를 구축하여 활용중 ㅁ 연구개발 목표 및 주요 추진 내용 - 본 연구는 3차원 좌표체계 기준의 고정밀 좌표체계 기반의 철도시설물 DB를 구축하고 이를 효율적으로 관리 및 활용할 수 있는 철도선로 및 시설물 기반정보 구축 플랫폼 기술개발을 목표로 함 - 이를 위해 MMS기반의 고정밀 철도시설물 좌표정보 취득체계 개발, 취득된 MMS데이터 기반 철도시설물 정보 추출 및 DB구축 기술 개발, GIS기반의 철도시설물 정보 운영관리시스템 개발 등 3가지 주제로 나누어 개발을 진행함 [최종목표] 1세부 철도교통 위치정보의 정확성과 활용성 증대가 가능하도록 차상중심 위치검지시스템 및 성능평가를 통한 실용화 핵심기술 구현 - 차상중심 열차위치검지시스템 개발(정확성: ±1m이하@400km/h) * 열차위치정보의 정확성과 활용성 증대가 가능하도록 차상중심 위치검지시스템을 개발하여 실용화 핵심기술 구현 * 열차위치검지의 정밀도를 400km/h 이동환경에서 ±1m급으로 구현하여 선로 및 시설물 유지보수 지점의 정확한 탐지를 통한 유지보수 및 철도시스템 운영효율성 개선 * 차상중심 열차위치검지 실용화 핵심기술의 구현을 통해 유지보수 외 열차운행상태감시, 열차제어 등 철도 교통분야에서의 활용기반 마련 - 400km/h급 철도교통 트랜스폰더 시스템 개발 (정확성:±1m이하, 안전성:SIL4) * 철도적용환경 특성에 강건한 트랜스폰더 요소기술 개발 * 고속응동, 내환경성, 태그의 소형, 저비용화 및 현장설치의 용이성 추구 * 철도 핵심부품의 국산화기술 확보로 국외기술 의존성 개선 및 기술경쟁력 확보를 통한 신규철도시장 진출 2세부 철도선로 및 시설물 정보 취득시스템, 자동화 기반 철도시설물 정보구축 소프트웨어, 철도시설물 운용관리시스템 등으로 구성되는 철도시설물 정보화 플랫폼 구축 - 철도차량 탑재형 철도선로 및 시설물 정보 취득시스템 개발 * 철도환경에서의 MMS(Mobile Mapping System)측량 방식의 최적 적용 방안 도출 및 이를 활용한 시범구간 DB구축 - 철도선로 및 시설물 정보구축 S/W 개발 * MMS에서 취득된 데이터를 기반으로 철도 선로 및 주요시설물 정보를 추출할 수 있는 소프트웨어 개발 - 철도선로 및 시설물 기반정보 운영관리시스템 개발 * 구축된 철도시설물 DB를 효율적으로 관리 및 운영할 수 있는 GIS기반 철도시설물 운영관리시스템 개발 * 철도시설물 운영관리시스템의 활용 방안 도출 [연구내용 및 범위] 1세부 ○ 400km/h급 열차위치 검지 기술개발 - 고정밀 열차위치 기술 분석 및 사양도출 - 위치검지센서 선정 분석용 계측시스템 개발 - 위치검지정보 융합처리장치 구조설계 - 위치검지 최적알고리즘 및 map정합기술 개념설계 - 고속종합검측차 검측장치 인터페이스기술 분석 - 위치검지센서 차량탑재 특성시험 및 분석 - 위치검지센서 오차저감기술개발 - 위치검지정보 융합처리장치 설계 및 구현 - 위치검지 최적알고리즘 구현 및 선로맵 연계 - 위치검지시스템 통합 및 운영관리S/W 개발 - 고속종합검측차 인터페이스장치 상세설계 - 센서 오차저감기술 및 알고리즘 성능보완 - 위치검지시스템 차량탑재시험 및 성능 안정화 - 위치검지시스템 환경시험 및 성능평가 - 위치검지시스템 구조 최적화 - 적용분야별 최적 연계방안마련 - 고속종합검측차 인터페이스 연계 및 성능보완 ○ 열차위치검지시스템 성능평가 기술개발 - 위치검지시스템 성능평가기술 조사, 분석 - 시험차량, 운영노선검토 - 시험차량과 위치검지시스템 간 인터페이스 검토 - 시험차량 운영에 따른 시험방안 - 성능시험 인프라 설계 - 성능평가 인프라 시험절차개발 및 인프라구축 - 시험차량 운영 및 성능평가 인프라 최적화 - 성능평가 인프라 운영 및 시험결과 분석 - 개발품의 호환성 및 동적환경 성능검증 ○ 400km/h급 철도교통 트랜스폰더 기술개발 - 트랜스폰더 요구사항 및 기술사양 분석 - 저전력, 고속인식 신호처리 기술개발 - 태그-리더간 인터페이스 프로토콜 개발 - 트랜스폰더 설계 및 프로토타입 구현 - 태그-프로그래머 선행기술 분석 및 요구사항 분석 - 태그-프로그래머 암복호 알고리즘 분석 및 인터페이스 설계 - 1차 시작품 분석 및 수정보완 - 2차 시작품 설계, 제작 및 시험 - 선로환경대응 내환경성 강화 신호처리 기술개발(1) - 트랜스폰더간 간섭저감 및 신뢰성향상 기술개발(1) - 시작품 및 운영소프트웨어 개발(1) - 선로환경대응 내환경성 강화 신호처리 기술개발(2) - 트랜스폰더간 간섭저감 및 신뢰성향상 기술개발(2) - 시작품 및 운영소프트웨어 개발(2) - 내환경성 강화 하우징 제작 - 시작품 통합 성능시험 및 인식강화방안검토 - 인증용 트랜스폰더 시작품개발 및 시험평가 - 차량탑재 및 동적환경 테스트베드 시험 ○ 400km/h급 철도 트랜스폰더 품질안전 기술개발 - 트랜스폰더 적용분야 규제요건 도출 - 위험원 도출 및 분석 - 정량적 품질 및 안전목표 수립 - 트랜스폰더 RAMS기반 품질안전 활동 전략수립 - 트랜스폰더 품질강화 설계기술개발 - 트랜스폰더 RAMS기반 품질안전 활동(1) - 트랜스폰더 위험도 제어설계기술 개발 - 정량적 품질입증 시험절차개발 및 검증 - 국제규격기반 제3자 평가 및 인증서 획득 2세부 ◎ 철도차량 탑재형 철도선로 및 시설물 정보 취득시스템 개발 - 철도선로 및 시설물 정보취득기술 분석 - 기 보유장비 활용 시험작업 및 결과분석 - 목표시스템 요구 사양 정의 및 장비 선정/도입 - 철도차량 탑재형 신규 장비 테스트 및 정확도 평가 - GPS음영구간(터널 등) MMS데이터 정확도 확보방안 도출 - 시범구간(호남고속선) 장비 운영테스트 및 데이터 취득 ◎ 철도선로 및 시설물 정보구축 S/W 개발 - 선행연구 사례조사 및 기존기술 분석 - 시설물 대상항목 선정 및 목표성능 설정 - 대용량 레이저스캐닝 자료처리 모듈 개발 - 정보구축 통합소프트웨어 설계 - MMS데이터(라이다/영상) 기반 시설물 추출 가능성/방법 분석 - 추출 가능 대상 시설물 객체의 정보구축 프로세스 설계 및 추출 방법 정의 - 철도선로 자동추출 알고리즘 개발 - 철도선로 자동 추출 및 객체 모델링 최적화 모듈 설계/구현 - 철도선로 및 시설물 객체 수정/편집 모듈 개발 - 철도시설물 자동추출 알고리즘 개발(전철/전력분야) - 철도시설물 자동추출 및 객체 모델링 최적화 모듈 설계/구현 - 철도시설물 정보구축 통합 S/W 개발 ◎ 철도선로 및 시설물 기반정보 운영관리시스템 개발 - 철도 분야별 시설물 분류체계 정리 및 운영관리시스템용 DB구축 대상 시설물 선정 - 운영관리시스템 개발을 위한 전문가 요구사항 조사(철도 유관기관 5개 이상 기관 대상) - 운영관리시스템 요구사항 상세화 및 기능 구현 - 철도기반정보 운영관리시스템 데이터베이스 설계 - 시범구간(호남고속선) 철도시설물 DB구축 - 시스템 관리 및 운용을 위한 |
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| 색인어 | 한글 | 철도 | 위치검지 | 트랜스폰더 | 모바일맵핑시스템 | 라이다 |
| 영문 | Railroad | Localization | Transponder | MMS(Mobile Mapping System) | LiDAR | |
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