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최근 수정 시각 : 2024-11-06 07:52:57

열차자동방호장치

ertms에서 넘어옴
<rowcolor=#ffffff> 철도 보안장비
통표폐색 - 타자식 ATS - AWS - ATS - ATP - ATC/ TVM/ LZB - CBTC/ ATACS
번외: ATO[주의], TASC
[주의] ATO는 '신호보안장비'가 아님.
위 장비들은 개발시기 순이 아닌, 도입시기 순으로 정렬됨.

1. 개요2. ERTMS/ETCS
2.1. 레벨2.2. 모드2.3. 구성 요소
3. 한국철도공사의 ATP
3.1. 운용레벨과 운전모드3.2. 차상장치 기능3.3. ATS구간과 ATP구간의 운전모드 전환3.4. 지상장치 설치 구간3.5. 차상장치 설치 차량3.6. 문제점 및 반론
4. 기타5. 관련 문서

1. 개요

철도신호설비 및 그에 수반하는 체계를 통틀어 말하는 넓은 의미의 용어다. 영어로는 Automatic Train Protection이다.

ATP의 원조인 유럽에서는 ATS, ATC 등을 가리지 않고 모두 ATP라고 칭하기 때문에 한국에서 사용하는 ATP라는 용어와는 차이가 있다. 그리고 일본의 ATS-P와 헷갈릴 수도 있는데 일본에서 ATS를 개량하여 만든 것을 ATS-P라 하고, 유럽에서 EU 전역의 호환을 위해 개발된 신호체계인 유럽열차제어시스템(ETCS)을 한국철도공사에서는 ATP라 한다.[1]

ATC와 유사한 메커니즘으로 작동하는데, 앞차와의 거리, 선로 상태 정보 등을 수신받아 내장된 컴퓨터가 제동 곡선을 자동으로 계산해 가장 적합한 운행 속도를 제공하여 기관사가 안전하게 열차를 운행할 수 있도록 해 준다. 궤도회로를 사용하는 ATC나 무선통신을 사용하는 CBTC의 부속 열차제어 기능으로 ATP의 개념이 부속되어 있거나 ATS처럼 지상자(발리스)를 사용해 일정 거리마다 앞차와의 거리나 선로 정보 등을 갱신받는 공항철도나 한국철도공사 기존선(ETCS)과 같은 경우가 있기 때문에 ATP는 ATS에 대해서는 상위호환, ATC에 있어서는 부속 기능에 가깝다. ERTMS Level 2 부터는 신호기가 필요없기 때문에 이 경우에는 ATC처럼 동작한다.

한국에서 간선철도를 제외한 도시철도의 제어장치는 무인운전으로 운영되는 CBTC및 그에 기반하는 ATO나 구형 ATC를 사용하는 몇몇 노선을 제외하면, 나머지 노선들 중 ATP/ATO로 표기된 제어장치는 모두 유럽식 ATP를 말한다. 도시철도에서 사용되는 ATP는 여러 면에서 ATC와 비슷하게 동작하기 때문에, ATC 문서도 참조해 보는것도 나쁘지 않다. 대표적으로 서울교통공사의 경우 2호선에 LZB 시스템을 도입하였는데, LZB를 ATP라고 칭한다.

일본에서는 이와 비슷한 시스템을 ATS-P 나 ATACS등으로 구현했다. 일본식인 ATS-P와 한국에 들여온 ATP와의 차이점은 ATS-P는 지상자 4개(JR 기준)[2], ATP는 지상자 2개로[3] 관리한다.

2. ERTMS/ETCS



참고 자료 1 참고 자료 2(가장 최신 정보)

ERTMS(European Rail Traffic Management System)는 유럽 열차 제어 시스템(ETCS), 즉 자동 열차 방호 기능을 통합한 차내 신호 시스템, GSM-R(Global System for Mobile Communications for Railway) 및 철도 운영 규칙을 포괄한다.

2.1. 레벨

SUBSET-026-2 참조.

ETCS(European Train Control System)은 총 4개의 레벨[4]로 이루어져 있다.

2023년 하반기에 발표된 ETCS Baseline 4에서부터는 레벨 3이 통삭 및 레벨 2로 통폐합되었으며, 레벨 2에서 고정폐색이 선택 사항으로 변경되었다.
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||파일:external/upload.wikimedia.org/640px-ETCS_L3_en.svg.png ||
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완전한 무선통신을 이용한 이동폐색이 실시된다. 따라서 더 이상의 가변발리스와 궤도회로도 필수구성요소에서 사라지고 GPS와 지령소와의 실시간 무선통신이 전방상황에 대한 보고를 대신하게 된다. 이동폐색과 완전한 연속제어의 실용화로 고속철도에서도 열차의 통제를 도시철도만큼 촘촘하게 할 수 있다. 구현방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

첫 번째는 기존에 설비된 레벨1이나 레벨2에서 3으로 업그레이드를 하는 경우이다. 구현방식은 레벨2의 동작에서 열차의 무선보고 기능과 CCTV 등을 통한 광학 보고, GPS 추적을 이용한 열차의 위치탐색이 추가된다. 레벨1이나 레벨2에서 장비를 추가하여 레벨3으로 업그레이드 하는 경우에는 하이브리드 레벨3이라고 통칭한다.

두 번째는 ETCS의 기반이 없는 노선에 레벨3을 바로 적용하는 경우이다. 구현방식은 GPS와 지상자로 열차의 위치를 보정하고 광학 보고와 무선보고로 열차와 노선의 상황을 보고한다. 아예 지상자 자체를 생략하고 GPS나 CCTV 자체의 위치 확인 및 보정만으로 가상의 지상자를 구현하는 방식도 연구되고 있다.

참고로 레벨 3의 목표는 고속선이나 고속화된 주요간선보다는 지방 로컬 간선이 주요 타깃이다. 필수구성요소가 하위 레벨보다 생략되는 것이 많기 때문에 설비가 간단하지만, 긴급상황에서의 실시간 대응이 떨어질 수 있고, 고속철도나 주요간선에는 이미 시설물이 충분하기 때문에 열악한 환경의 로컬 선에서의 상용화를 먼저 실시하여 하위레벨의 안전장치를 점차 업데이트 하는 방식이 편하기 때문이다.

도시철도의 이동폐색식 CBTC 방식을 간선에 적용한 방식으로 이해하면 편하다. 일본에서도 비슷한 방식의 ATACS라는 시스템을 개발해서 JR 동일본의 센세키선, 사이쿄선에 상용화하였다.

2.2. 모드

SUBSET-026-4 참조. 영문 표준을 번역했기 때문에 한국어 이름은 정식 명칭이 아니다.

2.3. 구성 요소

3. 한국철도공사의 ATP

위 문단에서 ERTMS/ETCS라는 시스템 전반에 관해 설명했다면 여기서는 한국철도공사에서 말하는 ATP에 대해서 다뤄보고자 한다. 유럽의 최신 ERTMS/ETCS와 한국의 체계는 통신 방식이나 버전 등에서 차이가 있어 별도로 설명할 필요가 있다.

한국철도공사의 ATP는 ERTMS와 KTCS를 통틀어 부르는 넓은 의미의 용어이다. ATP의 최초 도입 논의는 2003년부터 시작되었고, 2008년 8200대 전기기관차로 시운전 후 2010년 호남선, 광주선에서 사용하기 시작했다.

일부 노후화된 노선을 제외하고 대부분의 주요 간선이나 새로 신설되는 노선에 ATS 지상자 대신 설치되어 운영되고 있다. 대부분 Level 1으로 설치되어 있으며 경강선과 중앙선 서원주-단촌 구간의 경우 Level 1에 통신장치로 LTE-R을 사용하여, 고정폐색을 사용하는 Level 1에서는 담지 못하는 실시간 상황 등을 통신하여 간이로 Level 2를 구현하고 있다. Level 2로 완전하게 이행하기 위해서는 LTE-R을 단순한 통신장비가 아니라 신호보안장비의 일부로 포함시키는 작업이 필요하다.

3.1. 운용레벨과 운전모드

국내에 적용된 차상 ATP 시스템은 3개의 운용 레벨을 가지고 있다.

그리고 각 운용레벨 내에서 운전모드가 나뉘게 된다.
ATP 운용중 차상장치 오작동 등 고장 발생시 관제사의 승인을 받아 운전명령 'ATP STM모드' 또는 'ATP차단'을 시행한다. 통상적으로 STM모드로 우선 전환하여 운행하고, 재차 장애 발생시 다시 ATP차단 승인을 받아 분전함에서 ATP 전원을 차단하고 운전하는 것으로 알려져 있다.

3.2. 차상장치 기능

ATP 차상장치의 운전감시는 설정한 운전모드에 따라 범위가 다르다.
봄바르디어 장치와 안살도 장치의 소프트웨어 동작 알고리즘이 달라 차종별·장치별로 취급법에 다소 차이가 있다. 알스톰 장치는 안살도 장치의 소프트웨어 동작 알고리즘이 같아 차종별·장치별로 취급법은 같다.
차상장치는 허용속도와 차량속도(타코메타, 도플러 검지 속도)를 비교 분석하여 열차가 속도제한에 접근시 청각(경보음)과 시각(목표속도 및 목표거리 표시 등)을 이용하여 기관사에게 통보한다.

3.3. ATS구간과 ATP구간의 운전모드 전환

ATS구간과 ATP구간의 경계에서는 예고발리스와 경계발리스를 통해 운전모드를 전환한다. 이때 예고발리스와 경계발리스는 선로최고속도를 기준으로 하여 열차가 최소 5초 동안 주행거리 이상 이격하여야 한다.
선로최고속도(km/h) 1초간 이동거리(m) 최소이격거리(m)
300 이하 83.33 418
230 이하 63.89 320
200 이하 55.56 278
180 이하 50.00 250
150 이하 41.67 210

일반적인 운전모드 변경은 다음과 같다. 정거장 운전조건이나 현장설비 여건 등 상황을 고려하여 경계지점을 다르게 적용할 수 있다.

3.4. 지상장치 설치 구간

다음은 국내 ATP 설치 구간이다.

3.5. 차상장치 설치 차량

앞서 언급한 바와 같이 제조사 및 소프트웨어에 따른 동작 알고리즘의 차이로 차량별로 차상장치를 구분하고 있다.

3.6. 문제점 및 반론


다만 기존선에서는 장점이 주는 최적의 환경 제공보다 위에 적힌 문제점으로 인한 운행시간 증가가 더 큰 문제로 작용해서 열차 운행 시간이 늘어나는 부작용이 있다.

4. 기타

한국형 ATP인 KRTCS-2(Korea Radio-based Train Control System)이 ETCS-L2를 지향하는 방식으로 개발됐다. KRTCS-1의 경우 CBTC를 지향하는 방식으로 개발되었으나, 국가재난통합망과의 비호환성이 발목을 잡아, 1단계(도시철도) 사업 종료 후 2단계(간선 열차), 3단계(고속철도)로 확장하는 연구를 중단하고 ATP-Lv2를 지향하고 기존의 ETCS와 호환되는 반 무선 반 유선 방식으로 국가재난통합망과 호환되도록 개발했다. 무선제어연구단 홍보 동영상[22]

2018년 4월부터 KRTCS-3의 개발이 시작됐다. 3은 ETCS-3에 대응되는 기술로, 본래 목적의 2, 3단계의 목표와 같은 기술이다. 관련 기사

5. 관련 문서


[1] 유럽철도교통관리시스템(ERTMS: European Rail Traffic Management System)은 유럽열차제어시스템(ETCS: European Train Control System)과 상위레벨에서 사용하는 전파신호, 유럽교통관리단계(ETML: European Traffic Management Layer)로 구성된다. 유럽열차제어시스템의 경우 그 메커니즘은 파생된 시스템인 중국열차제어시스템(CTCS) 등과도 매우 유사하지만, 전파신호의 경우 GSM이나 LTE 등으로 나라마다 적용상황이 다르기 때문에 이 문서는 ETCS를 위주로 작성하였다. 유럽교통관리단계의 경우 시간표를 능동적으로 해석하여 열차의 운용을 최적하는 프로그램을 말한다. 이 또한 국가마다 상황이 다르기 때문에 이 문서에서는 생략한다. [2] 패턴 발생 장치 1개와 업데이트 장치 3개로 구성된다. [3] 선로 조건, 터널이나 교량 같은 고정정보를 담당하는 '고정발리스'와 열차 위치, 지리 정보, 속도 등을 담당하는 '가변발리스'로 이루어진다. 두 발리스는 겉모습도 차이가 있는데, 가변 발리스는 고정 발리스와 달리 선로 외부로 이어진 전선이 따로 있다. 필수 구성요소는 아니지만 지상자의 신호를 중계하는 '인필발리스'와 '유로루프'라는 것도 있다. [4] 2023년 이전에는 5개 [5] 보통 이런 노선은 지상신호시스템 자체가 설치되어있지 않은 노선인 경우가 많다. 지상신호시스템이 설치되어 있는 경우에는 보통 Level STM 단계가 설정되어있기 때문이다. [6] 이 장치는 차상 장치를 사용할 수도 있고, 지상 장치를 사용할 수도 있다. 보통 차상 장치를 많이 사용하는데, 지상 장치를 추가로 설치하는 것보다 lv.1 제한 모드로 이행하는 것이 저렴하기 때문이다. 거기다 ETCS의 개발목적을 봐도 유럽 각 국가 간의 개별 제어시스템을 하나로 통합하는 것이기 때문에 차상 장치를 달아서 국가를 넘어 다니는 것이 더욱 유리하다. [7] 열차의 제어를 담당하는 가장 핵심적인 장치로, 지상자에서의 데이터 수신과 해석 화면 표시등을 나타내는 컴퓨터로 일종의 VOBC이다. [8] 발리스에 대한 자세한 설명은 아래에 있다. [9] 출발신호기가 진행신호를 현시하더라도 출발신호기에 연동된 지상자를 지나지 않는 이상 정지신호에 맞춰 이동한다. 반대로 진행정위는 지상자 통과 여부와 관계없이 가속이 가능하다. [10] 신호현시같은 기본적인 정보 [11] 이때도 중요 거점의 폐색은 기능을 모두 사용한다. [12] 상술했다시피 이동 중에도 완전한 이동폐색과는 거리가 있다. [13] 발리스그룹(BG, Balise Group), 궤도상에서 동일한 지점에 설치되는 한 조 혹은 그 이상의 발리스를 말한다. [14] 기존에는 Level STM(ATS) 공사운전 모드로 전환하였으나, ATS 공사운전 모드는 속도감시를 일체 지원하지 않기 때문에 사고 발생 위험이 매우 높고, 실제로 발생하였다. 따라서 관련 규정을 개정하여 Level 0를 사용하는 것으로 바뀌었다. [15] Staff Responsible 모드, 단순 표기 차이이며 의미는 같다. [16] 도담~망호간 ATP 미개시, 2024년 하반기 개시 예정 [17] 기존에 차상장치를 제작하던 안살도를 히타치가 인수하면서 사명을 히타치 레일 STS로 바꾸었다. 따라서 제작사가 히타치로 나온다. [18] 기존에 차상장치를 제작하던 봄바르디어를 알스톰이 인수하면서 사명을 알스톰으로 통합하고, 봄바르디어 브라질 공장도 알스톰에 넘어갔다. 따라서 제작사가 알스톰으로 나온다. [19] 한국철도공사 361000호대 전동차도 정차열차에 대하여 출발신호기 정지 현시, 출발신호기 발리스까지 25km/h 제한이 발생되면 승차감이 좋아지고, 개선된다. [20] 만약 정차열차에 대해 출발신호기가 진행이 현시되어 있으면 이동권한 종결지점은 다음 정지신호까지 늘어나므로 기관사가 MMI에 표시된 이동권한 데이터를 잘못 인지하여 정차역을 통과할 수 있다(인적 오류). 이러한 인적 오류를 최대한 방지하려는 것도 정지 정위의 목적 중 하나이다. [21] 완해속도를 45km/h로 상향조정하는 방안이 검토되었으나 인필발리스를 보급하는 것으로 결정되었다. 구조상 인필발리스의 설치가 힘들거나 설치되지 않는 정거장을 제외하고 여러 정거장에 설치되었다. [22] 용어 명칭이 제각각이다. 원래 개발명칭은 KRTCS였으나 프로젝트를 한 번 갈아엎으면서 KRTCS의 명칭을 KTCS로 바꿨다. 이때 KRTCS-1은 KTCS-M으로 변경되고 KRTCS-2는 KTCS-2로 바뀌었다. KRTCS-1은 ETCS-1을 뜻하는 것으로 변경되었지만, 국가철도공단에서 내부적으로 아직 KTCS와 KRTCS의 용어를 혼재하는듯 혼란이 있어 보인다.


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