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과제기본정보

IP 기반 철도 전자연동장치 실용화2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 철도기술연구사업 과제번호 18RTRP-C136746-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 철도신호통신기술 적용분야 제조업(전기 및 기계장비)
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 IP 기반 철도 전자연동장치 실용화
주관연구기관 대아티아이(주)
총괄연구 책임자 성명 김태권
소속 대아티아이(주) 직위 팀장
전화번호 031 FAX 032-680-0855
총 연구기간 2017-09-29 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2018-01-31 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 737,400,000 32,000,000 288,000,000 320,000,000 1,057,400,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○본 연구는 일반 철도, 도시철도, 고속철도등 다양한 형태의 열차 운용환경 및 서로 다른 사용 환경에서 열차를 직접 제어하는 장치인 전자연동장치를 중심으로한 신호시스템 인터페이스를 규격화, 표준화 및 IP기반 네트워크화 시스템으로 개발하여 안전성 및 신뢰성을 검증하여 실용화하는데 그 목적을 둔다.

■ 전자연동장치는 궤도회로 장치에 의해 발생된 열차 궤도점유 정보를 이용하여 신호기, 선로전환기, ATC/ATO제어 및 차내신호 전송 등 열차운행과 관계된 각종 제어기능을 Fail-Safe하게 처리하는 장치로서 기관사의 실수를 최대한 방호하기 위해 전기(전자) 또는 기계적인 방법으로 신호기기 상호간에 쇄정을 맺어주는 장치로 연동장치의 기본 목적은 열차의 탈선 및 충돌 방지를 위한 열차의 안전 운행에 대한 책임을 수행한다.

■ 국내 전자연동장치는 본연의 운용인 역구내 열차 제어를 주로 제어하나 현재 복잡하고 다양한 형태의 외부 열차 제어장치와 연결되어 열차 안전운행을 책임지고 있다. 예로 일반 국철에서는 ATP시스템,CTC사령설비,원격제어 설비,집중화 제어 설비,전기지원시스템,TLDS,열차 번호 인식기등 다양한 형태의 설비와 인터페이스를 하고 지하철인 경우 ATC,ATO,CBTC등 일반 철도와 상이한 시스템으로 운용되고 있다.또한 국내에서 운영 중인 고속철도 신호시스템은 크게 연동장치(IXL)와 열차자동제어장치(ATC)로 구성되어 있으나 모두 해외기술에 의존을 하고 있으며 국내로의 기술이전은 전혀 이루어지지 않고 있는 실정이다 .

■ 이로 인해 복잡하고 다양한 형태의 외부 장치와의 인터페이스를 수행하며 열차 안전 운행을 제어하는 상황에서 다양한 형태의 외부 설비가 각각의 규칙과 각각의 업체별 인터페이스 방식이 존재하는 현실에서 전자연동장치의 본연의 업무인 열차 안전 제어가 아닌 외부 설비와의 인터페이스에 기능을 주로 하는 관계로 이에 대한 표준화 및 분산 처리 방식으로 구성하여 열차 운용의 안전성을 향상시키고 유연한 형태의 구성으로 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다.

■ 유럽에서는 Euro Interlocking(1999~2008) 및 INESS(Integrated European Signaling System, 2008~2012.3) 프로젝트를 거처 EULYNX 프로젝트(2014 ~ )를 기반으로 IP 기술을 이용한 전자연동장치 인터페이스 표준 제정 및 실용화 프로젝트를 철도운영자 중심으로 진행중이며 Baseline 1 표준사양서가 2017년 7월 발행되었다.

■ 이러한 국내외 현황을 감안하여 KRTCS-1,2 실용화 적용 시기에 맞춰 국내에서 이미 준비된 IP(Internet Protocol) 기술을 활용하여 기존 고속철도에 운영 중인 외국 시스템을 대체할 수 있고 향후 국내신호시스템의 기반인 KRTCS-1,2 인터페이스가 가능한 “IP 기반 철도 전자연동장치 실용화”를 추진하고자 한다.
최종목표 ○ 도시철도, 일반철도 및 고속철도용(400km/h급) IP 기반 전자연동장치의 인터페이스를 표준화하여 시험역을 구축하고 성능시험을 통하여 신뢰성 및 안전성 입증

○ 일반철도와 고속철도를 통합하는 인터페이스 표준사양 및 도시철도용 표준사양 개발

○ 일반 및 고속철도용 IP 기반 전자연동장치의 표준 사양 개발 및 안전성 입증
- 1개역에서 다수역 제어(기존 원격제어, 집중화 설비 대체) 가능토록 기능 개발
- SIL인증 안전성 검증보드를 사용한 모듈화 구조

○ 다양한 인터페이스 표준화
- EULYNX 표준사양에 의한 개방형 네트워크(EN50159), 폐쇄형 네트워크(EN50159) 구조의 ETCS 인터페이스 표준화
-개방형 네트워크(EN50159)와 연결된 장치와의 인터페이스 표준화
: CTC, RBC, 원격유지보수부, 전자연동장치(인접역), 계전연동장치(인접역) 등과 전자연동장치와의 인터페이스
- 폐쇠형 네트워크(EN50159)와 연결된 장치와의 인터페이스 표준화
: 유지보수요원 안전장치, 건널목 장치, 선로전환기, 궤도회로/엑셀카운터, TLDS, LEU 등과 전자연동장치와의 인터페이스

○ 3개역에 시험장치 구축 및 성능시험을 통한 신뢰성 및 안전성 입증
연구내용 및 범위 연구목표
일반 및 고속철도용(400km/h급) IP 기반 전자연동장치의 인터페이스를 표준화하여 시험역을 구축하고 성능시험을 통하여 신뢰성 및 안전성 입증
- 현차시험을 통한 IP 기반 전자연동장치의 고속철도(400km/h 급) 실용화 적용
- KRTCS_1,2 및 신호시스템 인터페이스 표준 실용화
□ 최종성과물
인터페이스 표준사양서 : SCI/SDI의 요구사항(Requirement)도출, 인터페이스 정의(Interface Definition) 및 인터페이스 사양서(Interface Specification)
IP기반 전자연동장치 : 연동논리부(S/W 개수), 유지보수 및 데이터 관리부, IP제어부(신호기/궤도회로/선로전환기/기타장비)

□ 기존 제품과의 차별성

수요처의 요구사항을 반영하여 본 과제에서 실용화하려는 제품
□ 연구개발 필요성
IP기술을 적용한 신호시스템의 고속철도(400km/h 급) 실용화 검증
사회전반에 걸쳐 상용화된 IP(Internet Protocol)기술을 이용해 중소ㆍ중견기업에서 개발중인 IP기반 전자연동장치의 성능개선 및 신뢰성 검증을 통한 실용화가 시급함.

KRTCS-1,2 상용화의 전제조건
KRTCS 상용화를 위해서는 전자연동장치를 중심으로 한 신호시스템 표준화가 최우선 해결 사항임.
신호시스템은 ETCS FRS, SRS를 적용한 인터페이스 표준화가 필요함.
* FRS : Functional Requirement Specification
SRS : System Requirement Specification

전자연동장치를 중심으로한 신호시스템 인터페이스 표준 실용화 검증
기존에 고속철도용 전자연동장치의 국산화를 추진하였으나 KRTCS-2와 인터페이스 안되는 상황임.
SIL4기반 전자연동장치의 인증 이후 비 표준화된 별도 인터페이스 시 소프트웨어, 하드웨어 변경에 따른 기존 SIL인증 사용 불가 등 문제점 발생

열차제어시스템(ETCS) : 표준화 및 실용화 추진 중
KRTCS1(도시철도용)은 IEEE1474를 적용 개발했고, KRTCS2 (일반?고속철도) 는 국제표준방식인 ETCS L2 호환기술로 국산화 기술 개발 진행 중으로 해외 수출을 위해 국제표준을 만족하는 연동장치와의 인터페이스 표준화 필요

LTE-R(통신): 표준화 및 실용화 추진중
KRTCS2(일반ㆍ고속철도)과제를 통해 국산화 기술 개발 및 국제표준화 추진 진행 중
국내 철도 신호시스템은 아래 그림과 같이 CCC&S 네 부분으로 나누어 구성되며, 전자연동장치를 중심으로 한 IP기반 신호시스템 인터페이스는 표준화 개발이 되어 있지 않아 제품 신설 및 유지보수 시 어려움이 많이 있음.
■ 개방형 네트워크 및 폐쇄형 네트워크와의 표준화된 인터페이스 기능을 갖춘 IP기반 전자연동장치 개발

■ 개방형 네트워크(EN50159)와 연결된 장치와의 인터페이스 표준화
: CTC, RBC, 원격유지보수부, 전자연동장치(인접역), 계전연동장치(인접역) 등과 전자연동장치와의 인터페이스

■ 폐쇠형 네트워크(EN50159)와 연결된 장치와의 인터페이스 표준화
: 유지보수요원 안전장치, 건널목 장치, 선로전환기, 궤도회로/엑셀카운터, TLDS, LEU 등과 전자연동장치와의 인터페이스

■ 안전성 인증된 H/W 및 S/W Tool 사용 : 유지보수용이
? H/W : SIL4인증된 CPU보드
? S/W : DOORS(문서관리), SYSML(데이터 모델링)

■ 인터페이스 통신기반 : TCP/IP
? SCI : Standard communication Interface(표준 통신 인터페이스)
? Encryption Box: 정보 보안장치
? 정보통신 : 개방형 네트워크, 폐쇠형 네트워크
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ■ 해외 실용화 사례 조사/분석
?Euro-Interlocking, INESS & EULYNX

■ Fail-Safe 네트워크 설계
?IP기반 전자연동장치를 구성하기 위해 안전성 검증된 Host용 네트워크 제어기 2중화 시스템으로 설계 제작하고 이에 대한 안전성 분석 및 검증을 통해 가용성과 신뢰성이 높은 네트워크를 구성한다.
?철도 신호 설비는 외부 제어 및 표시정보는 국가 교통 기간망의 외부 노출이므로 철도 신호 폐색망으로 구성하며 내부 보안 시스템을 구축하여 외부 제어나 구성을 방지하도록 구성한다.
?철도 신호 시스템은 365일 24시간 계속 가동하는 시스템으로 운용자의 가용성이 중요함으로 리던던시 시스템으로 구축한다. 이에 금번 연구 2중계 링 네트워크 설계 개발한다.
?운용중인 네트워크의 동작상태를 승인된 사용자가 접근하고 운용 상태를 사용자에게 표출하는 네트워크 관리 프로그램 개발
?실 운용 네트워크 시험 설비 구축
?네트워크 설정 매뉴얼과 네트워크 이상동작시 안전측 동작 및 계속 운용 상태 유지를 위한 네트워크 관리 안전측 동작 시험 및 검증

■ 해외 실용화 사례 조사/분석
?Euro-Interlocking, INESS & EULYNX

■ IP제어부 설계
?IP제어부 각 장치별(신호기, 선로전환기, 궤도장치, 안전설비 등) 프로토콜 조사/분석

■ 표준사양서
?해외 사례 조사 및 분석
?IP기반 전자연동장치 요구사항 정의

■ IP제어부 상호운영성 확보
?IP제어부 각 장치별(신호기, 선로전환기, 차량검지, 안전설비 등) 제조사 선정

■ 표준사양서
?IP기반 전자연동장치 요구사항 조사



■ 해외 실용화 사례 조사/분석
- 현재 국내에서는 유럽의 ETCS(European Train Control System)방식을 철도신호에 적용하여 열차운행을 하고 있으며(ETCS L1) 또한 연구개발을 추진(ETCS L2) 하고 있다.
- 유럽에서는 최근에 국가간 상호운영성 및 안전성 향상을 위해 IP기반 전자연동장치 표준화 및 실용화 필요성을 절실히 느끼고 EURO Interlocking 프로젝트 및 INESS 프로젝트를 유럽연합차원에서 철도 운영회사 중심으로 EULYNX 프로젝트를 추진하고 있다. 국내에서도 해외시장 진출을 위해 국내 환경에 맞는 연동장치의 표준화작업을 EULYNX규격을 중심으로 국내 상황에 적합한 적용 방안을 검구축하기위해 조사/분석이 필요하다.

■ Fail-Safe 네트워크 설계
? 네트워크 설계
- Safety 네트워크 설계
- Non-Safety 네트워크 설계
- 접근 보안 구조 설계
- 가용성 증대 및 고장 회피 설계
- IP할당 및 라우팅 구조 설계
- 네트워크간 분리 및 신뢰성/가용성 설계
? 하드웨어 구축
- SIL인증 완료된 안전성 검증품을 사용한 IP 제어부 설계
- L3,L2네트워크 구성
- 이중 링네트워크 구성 및 시험
- 단말 네트워크 제어기 구성
? 네트워크 감시 프로그램 구축
- 네트워크 감시를 위한 프로그램 제작
- 네트워크 접근 권한 부여 및 보안 구현 프로그램 제작

■ 해외 실용화 사례 조사/분석 (주관연구기관과 공동 수행)

■ IP제어부 설계
? IP제어부 각 장치별(신호기, 선로전환기, 궤도장치, 안전설비 등) 프로토콜 조사/분석
- 기술적인 상호운영성(Technical Interoperability)를 확보하기 위해서 철도운영기관 및 관련 제조업체의 요구사항 조사를 통해 실용화 제품을 사용할 개발 요구사항을 조사/분석하고 표준 프로토콜을 구축하는 것으로 한다.

■ 표준사양서
? 해외사례 조사 및 분석
- 우리나라에서는 유럽의 ERTMS/ETCS(European Rail Traffic Management System/ European Train Control System)방식을 철도신호에 적용하여 열차운행제어를 수행(ETCS L1) 및 연구개발을 추진(ETCS L2) 하고 있다.
- 유럽에서는 1990년대 후반 ERTMS/ETCS 레벨 1,2,3 적용이 가시화 되는 시점에서 국가간 상호운영성 및 안전성 향상을 위해 IP기반 전자연동장치 표준화 및 실용화 필요성을 절실히 느끼고 EURO Interlocking 프로젝트 및 INESS 프로젝트를 유럽연합차원에서 수행해 왔으며 최근에는 철도 운영회사 중심으로 EULYNX 프로젝트를 추진하고 있다.
- 유럽사례를 중심으로 해외 적용 사례를 분석하여 국내 상황에 적합한 적용 방안을 검토한다.

? IP기반 전자연동장치 요구사항 정의
- 철도운영기관 및 국내 전자연동장치 공급업체와 협의 및 조사를 통해 IP기반 전자연동장치 기능 요구사항(Functional Requirements)을 정의하는 단계로, 이는 일반적인 방법론과 도구(Tool)들을 기반으로 하여 규격화된 철도 요구사항은 물론, 규격화된 인터페이스 요구사항을 포함한다. 이 두 요구사항은 철도 운영기관이 전자연동장치를 신호 제조업체로부터 조달하는 것을 더욱 용이하게 할 것이다.
- 이는 철도에 제품의 선택권을 더욱 넓힐 수 있으며, 공급에 대한 경쟁을 통해 실용화 비용을 감축하게 될 것이다. 더불어, 명백하고 모호하지 않은 철도 요구사항과 공개적인 인터페이스 규격이 통일된 언어로 공급업체로 전달됨에 따라, 제조업체의 개발 및 적용 비용이 크게 감축될 것이다.
■ IP제어부 상호운영성 확보
? 제조업체 선정을 위한 선정 기준 및 절자 수립
? IP제어부 각 장치별(신호기, 선로전환기, 차량검지, 안전설비 등) 제조사 선정

- 철도운영기관의 요구사항 조사
기술적인 상호운영성(Technical Interoperability)를 확보하기 위해서 실용화 제품을 사용할 한국철도시설공단과 한국철도공사의 개발 요구사항을 조사/분석한다.

- 상호운영성 확보를 위한 국내 제조업체 선정
? 상호운영성 확보를 위해 공고를 통한 제3자 국내 제조업체 선정

■ 표준사양서 작성
- 현장 운용중 문제점 분석 보고서 작성.
- 운용 요구사항 정리.
연구성과 기술적 기대성과 “IP 기반 철도 전자연동장치 실용화”에 의한 기술개발 및 완성과정에서 기술적 파급효과가 매우 다양한 분야에 직/간접적으로 발생할 것으로 사료된다. 우선 해외에 의존하던 핵심장치개발로 해외기술의 종속에서 탈피함과 동시에 철도산업의 기술경쟁력 재고 및 개발품에 대한 응용기술 확대를 기대할 수 있다. 고속철도에서 최상위 안전등급을 얻음으로써 철도신호기술의 국내 적용이 활발하게 될 것이고, 해외 진출에도 청신호가 켜질 것이다. 또한 표준화 기준 제정으로 제작 시 표준사양, 법적시험인 성능시험 등이 활용될 수 있으며 이를 계기로 국내 철도의 안전성 및 신뢰성이 확보된다. 따라서 신호시스템 표준화 개발 및 실용화를 통해 향후 신규노선 및 기존성의 신호시스템 개량 시 적용할 수 있으며 기존 외국에 의존하던 신호시스템 분야 핵심기술이 확보됨으로써 외국기술의 종속에서 탈피하여 기술 자립 및 유지관리 측면에서의 비용절감 등 상당한 효과가 기대된다.
? 현재 고속철도에 설치되어 있는 외국시스템(SSI:Alstom)을 본 실용화 문턱 과제 제품으로 개량
? 경부고속철도 1단계(광명~동대구간) 개량 비용 절감 : 3년 1,000억원
? 해외시장에서의 유연하고 다양한 인터페이스에 의한 기존 설비와 연결 사업 수행 가능
? SIL4인증 제품 사용으로 해외 시장 장벽 진입 가능 : 아시아, 유럽 등
사회 경제적 파급효과 파급효과를 기능별로 나누어 직접효과를 먼저 살펴보면, 기존 기술에는 집중제어/실선제어/유지보수 등에 영향을 미치게 되며, 간접적으로도 IP 제어기술/철도관제기술/유지보수통합기술에 파급효과가 발생하게 될 것으로 추정된다.
또한 종합적인 신호시스템 설계기술과 핵심부품 생산 및 시험·평가기술을 향상시켜 컴퓨터 및 통신산업, 국방산업 분야의 설계기술 발전에도 파급효과가 예상된다.
활용방안 현재 고속철도 신호시스템 개량 사업을 추진하고 있으나, 해외기술에 100% 의존하고 있으며 철도신호시스템의 중추적인 역할을 수행하는 전자연동장치를 중심으로한 신호시스템 인터페이스의 표준화 개발 및 실용화를 확보하지 못하고 있어 사업추진, 운영 및 유지보수에 어려움을 겪고 있다. 따라서 정부의 철도중심정책과 연계하여 국내의 발전된 IP 기술을 접목하여 철도신호시스템을 상용화하는데 필요한 여건을 구축하는데 활용한다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 철도신호 연동장치 - - -
영문 railway signal Interlocking - - -
최종보고서
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