열차도 스스로 생각해 주행한다? “자율주행 열차 머지않았다"
열차도 스스로 생각해 주행한다? “자율주행 열차 머지않았다"
  • 김하영 기자
  • 승인 2020.09.29 14:32
  • 댓글 0
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[공학저널 김하영 기자] 4차 산업혁명 기술들이 집약된 자율주행은 자동차뿐 아니라 철도, 선박, 물류로봇 등과 결합해 발전 속도를 높이고 있다. 특히 인류에게 새로운 미래를 제시하고 있는 철도가 첨단 기술력을 바탕으로 발전을 거듭하고 있다. 최근 도시의 거대화와 인구 과밀화는 철도 수송 수요를 빠르게 증가시키는 기폭제 역할을 하고 있다. 그리고 이러한 철도 수송량 증대는 기존 하드웨어 기반 신규 노선 확충과 소프트웨어 기반 선로용량 향상이 해결 방안이었다. 하지만 신규노선 확충과 같은 해결책으로 막대한 예산, 민원해소 등의 문제가 발생해 어려움이 따랐다. 이러한 어려움을 해결하기 위한 방안으로 ‘열차자율주행기술’이 떠오르고 있다. 열차자율주행기술을 적용하면 신규 노선확충에서뿐만 아니라 기존선로 용량 향상 방안에서도 동일노선에서 30%의 열차를 더 투입하는 효과가 나타날 것으로 예상됨에 따라 차상 중심의 간격제어, 분산형 분기제어를 실현하는 등의 방안이 모색되고 있다. 이에 공학저널은 한국철도기술연구원 열차자율주행연구팀 정락교 팀장(사진)을 만나 국내 열차자율주행 기술에 대한 현황과 전망에 대해 이야기를 나눴다.

interview. 한국철도기술연구원 열차자율주행연구팀 정락교 팀장

열차자율주행연구팀 설립 배경과 간략한 소개 바란다

최근 철도의 수송량 증대와 노선 확장 등의 이슈 해결을 위해 열차를 보다 조밀하고 유연하게 자율적으로 운영하기 위한 새로운 패러다임의 열차자율주행기술에 대한 연구가 프랑스, 영국 등의 철도 선진국을 중심으로 시도되고 있습니다. 이와 함께 국가과학기술연구회에서 각 출연연의 고유 미션에 부합하면서 미래를 선도할 수 있는 기술을 공모해 열차자율주행 핵심기술개발 사업이 선정돼 연구 성과를 극대화하기 위한 방안으로 전담팀이 요구됐습니다. 이에 ICT 융합기술인 열차자율주행기술에 집중해 심도 깊은 연구를 진행하고 있던 전자/기계/통신/컴퓨터 분야의 신진연구자들을 주축에 추가로 전기자동차 플랫폼기반의 무인 미니트램 등의 연구에서 경험을 쌓은 연구진이 융합한 열차자율주행연구팀이 구성됐습니다.

그간 연구팀의 주요 성과는 무엇인지

현재 지상기반의 중앙집중식 이동폐색 제어방식에서 탈피해, 열차 간 협업(통신) 토대에서 열차에 탑재된 차상 컴퓨터에 의한 간격 및 분산형 분기제어 열차자율주행 알고리즘을 개발했습니다. 이와 연계해 제작된 시뮬레이터를 통해 열차 간 간격제어, 차상 분기제어, 주행 중 분리·결합의 기능·성능 검증을 실험실 수준의 차원에서 수행했습니다. 나아가 실제 주행노선에서의 실증 시험을 수행하기 위해 필요한 열차자율주행 제어모듈을 탑재한 축소시험 차량 2량 제작과 차량운행을 모니터링하기 위한 관제, 열차에서 직접 분기기를 제어하기 위해 필요한 Object Controller 등을 구축했습니다.

현재 개발 중인 열차자율주행 기술에 대한 자세한 설명 바란다

우선 정형기법 개발도구인 SCADE를 기반으로 열차 간 통신(T2T)의 열차자율주행제어 로직을 개발하고 실시간 열차의 동적 주행 특성(위치, 속도, 가속도, 제동거리 등) 전송 정보를 토대로 열차 간 정밀한 간격 제어를 수행하는 제어알고리즘을 개발하고 시뮬레이션을 통해 검증했습니다. 또한 기존 궤도회로(고정폐색) 기반의 연동로직의 성능을 뛰어넘는 완전한 이동폐색 적용이 가능한 차상 분산형 연동로직 개발에 성공했고 궁극적으로 열차의 운전시격을 30% 단축하는 성과를 얻기도 했습니다.

이와 함께 철도 노선의 유연한 운영서비스를 위해 분기·합류하는 열차 편성을 주행 중에 신속하게 분리·결합시킬 수 있는 가상결합 제어알고리즘을 개발해 시뮬레이터를 통해 검증했습니다. 현재까지는 사람에 의해 수동으로 물리적으로 체결하는 방법으로 수행하고 있던 절차를 열차 간 실시간 정보 교환·정밀 제어를 통해 열차를 가상으로 결합시키어 운영효율성을 향상시킬 수 있는 새로운 기술입니다.

마지막으로 열차 운행 중 이례적으로 발생할 수 있는 상황을 자율적으로 인지하고 열차의 경로를 동적으로 제어하는 알고리즘을 적용해 열차의 연쇄적인 지연을 최소화하고 사람의 개입에 따라 발생 가능한 오류를 제거하는 연구를 진행하고 있습니다. 아울러 상기 모든 기능을 구현하기 위해서 5G 통신을 이용한 열차 간 통신(T2T)을 기반으로 초저지연, 고신뢰성을 확보하기 위한 응용 연구를 수행하고 있습니다.

이밖에도 네트워크에 연결된 열차제어시스템의 사이버 보완을 위해 열차관련 정보를 보호(인증, 암호, 방화벽, 침입탐지 등)하는 기술로 국제기준에 부합하고 해킹·사이버 보안공격에 강인하도록 개발했습니다.

현재 연구를 진행하며 겪는 가장 큰 어려움은 무엇인지

대외적으로는 철도환경과 기술을 보수적으로 바라보는 관점을 넘어서 기술의 낙후로 오인하고 있는 점이 있으며, 내부적으로는 융합기술로서 요소·시스템단위의 기술과 기능이 통합되어 열차의 안전운행을 보장하는 시스템으로 이를 실현되기 위해서는 기술간 혹은 연구자간 협업이 요구되는데 조정 즉 인터페이스가 잘 이뤄질 필요가 있습니다.

올해 열차자율주행연구팀의 계획과 향후 비전은

지금까지 개발된 성과물을 실제 노선에 운행이 가능한 축소시험 차량에 탑재해 기능과 성능을 구현하고 시험노선에서 시험 중에 있으며, 그 성과를 공개하는 기술시연을 계획하고 있고, 그 이후에는 시스템의 고도화·개선 및 가상결합 구현을 추진할 계획입니다.


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