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무선통신으로 안전성 UP! 세계 최초의 한국형 열차신호시스템

자동차로 가득 찬 도로의 교통질서를 원활하게 유지하기 위해서는 신호등이 필수죠. 이와 마찬가지로 철도차량의 운행에도 신호등이 필요한데요. 철도차량과 관제센터가 소통하며 다양한 상황에 대응하는 열차신호시스템이 바로 그것입니다.

열차신호시스템은 승객의 안전을 지키는 중요한 기술 중 하나로, 최근 한국형 열차신호시스템이 개발되며 주목을 받고 있습니다. 오늘 현대로템 공식 블로그에서는 열차신호시스템이 왜 중요한지, 그리고 '한국형' 열차신호시스템은 무엇이 다른지 알아봅니다.


철도차량의 두뇌, 신호시스템

열차신호시스템을 쉽게 풀어 설명하면 열차를 '달리고', '멈추게' 판단을 내리는 두뇌입니다. 앞서가는 열차와 후속 열차의 안전거리를 유지하고 열차운행의 안전을 보장하는 시스템이죠. 안전한 상황에서만 열차를 이동시키고 사고 위험이 있는 상황에서는 멈추게 하는 핵심 설비입니다.


현재 국내 철도환경에는 대부분 궤도회로 방식의 신호시스템이 사용되고 있습니다. 궤도회로는 레일을 전기회로로 구성해 바퀴가 선로에 접촉할 때 열차의 위치를 검지하는 방식입니다. 하나의 궤도회로에 한 대의 열차가 들어가도록 해 열차의 간격을 조정 가능하지만, 19세기에 개발된 이 방식에는 여러 단점이 존재합니다.

우선, 레일을 통해 일방적으로 신호를 전달하기 때문에 열차에서 관제센터에 상황을 알리기까지 많은 시간이 소요됩니다. 예상치 못한 비상상황이 발생한 경우 차내에서 신속하게 대처하기 어려웠죠. 지상에 신호장치가 다수 설치되어 유지보수가 어려운 데다, 표준화된 시스템 없이 해외 신호시스템을 복합적으로 설치해 효율성이 떨어졌습니다.


▲2014년 현대로템이 개발한 도시철도용 한국형 무선기반 열차제어시스템(KRTCS-1)

이 때문에 국내 철도 환경에 맞는 표준화된 열차신호시스템의 필요성이 대두되었고, 이에 현대로템은 무선통신을 활용한 열차제어 신호시스템 개발에 돌입했습니다. 2014년에는 무선기반 열차제어시스템 KRTCS-1을 개발해 서울 동북선 경전철 등에 적용 예정입니다. 이후 한국형 열차제어시스템의 명칭 통일을 위해 KTCS(Korean Train Control System)라는 용어를 사용하였고 적용되는 노선 특징에 따라 도시철도용은 KTCS-M(Metro), 일반/고속철도용은 KTCS-2 로 정의하고 있습니다.


‘한국형’ 열차신호시스템, 뭐가 다를까?

▲현대로템이 개발한 한국형 열차신호시스템

한편, 현대로템은 정부 주도의 국책과제에 참여해 철도통합무선망인 LTE-R 기술에 바탕을 둔 독자적인 한국형 열차신호시스템 개발에도 성공했습니다. 지금까지는 수입 제품이나 해외 시스템에 기반을 둔 신호시스템을 사용해 왔지만, 이제 본격적으로 국내 철도 환경에 맞는 국산화 열차신호시스템을 적용할 수 있게 된 것입니다.

한국형 열차신호시스템(KTCS-2)의 가장 큰 장점은 LTE-R을 활용한 무선통신 통합과 양방향 무선통신, 이를 이용한 실시간 열차 위치 확인과 제어가 가능한 점입니다. 실시간 양방향 통신이 가능해지면 실제 열차 위치를 검지해 궤도회로 방식보다 열차 간격을 정밀하게 구성하고, 비상상황에서도 신속하게 대응할 수 있게 됩니다.

이뿐만이 아닙니다. 기존에는 KTX에만 3가지 해외 신호시스템이 설치되는 등 노선별로 송수신 방법과 데이터 양식이 달라 상호운영이 어려웠는데요. 표준화된 한국형 열차신호시스템을 적용하게 되면 전국 어디든 제약 없이 호환되는 철도 시스템 구축이 가능해집니다. 철도차량을 다양한 노선에 투입할 때에도 차상신호장치 교체 없이 운영이 가능해 효율적이죠.


▲한국형 열차신호시스템이 적용되는 KTX 고속열차

철도환경에 최적화된 LTE-R 무선망 역시 한국형 열차신호시스템에서 주목해야 할 부분입니다. 기존 무선망은 음성 및 단문 메시지만 전송이 가능한 데다 주요 장비를 해외에 의존해 유지보수에 제약이 있었습니다. 하지만 LTE-R 철도통합무선통신망을 구축하면 국가 재난 안전망 및 기관과의 연동 운영이 가능하고, 음성과 데이터, 영상까지 통합 전송할 수 있습니다. 국내 기술로 수입 장비를 대체하고 IoT(사물인터넷)를 활용해 사전 유지보수가 가능한 것도 장점입니다.

LTE-R을 기반으로 국산화에 성공한 한국형 열차신호시스템(KTCS-2)은 2020년부터 2022년까지 전라선 약 180km 구간에서 시범 적용됩니다. 시범사업 동안 실제 운영에서 발생할 수 있는 모든 조건을 고려하고, 테스트 시나리오를 통해 시스템의 안전성을 검증할 계획입니다.


국산화를 넘어 ‘세계 표준’ 목표로

이처럼 다양한 장점을 지닌 한국형 열차신호시스템은 국제안전평가기관인 독일 TUV-SUD의 안전무결성 기준 최고 등급인 SIL 4 인증을 획득하는 등 세계에서도 인정받고 있습니다. 열차신호시스템의 가장 중요한 조건이 ‘안전’인 만큼 외부 안전성 독립기관으로부터 여러 차례 컨설팅과 감사를 수행하며 안전성을 입증한 것이죠. 또한, 기술적 측면에서도 국내뿐만 아니라 유럽 및 기타 지역 노선에 상호 운용성을 제공해 신호시스템이 노후화된 지역에의 수출도 기대됩니다.

한국형 열차신호시스템(KTCS-2)은 향후 철도 시스템 기술 발전의 시작점이 될 전망입니다. 대용량의 정보를 실시간으로 주고받으며 무선으로 열차를 제어한다는 것은 곧 관제실에서 원격 무인운전이 가능해진다는 의미이고 다양한 기술 개발에 응용할 수 있기 때문이죠.


지금까지 신호시스템 기술 개발의 목표는 국산화였지만, 앞으로는 독자 기술을 바탕으로 한 해외시장 진출도 기대됩니다. 자율주행과 인공지능 등 4차 산업 기술을 철도분야에 적극 활용해 세계 시장을 리드하게 될 현대로템의 활약에 많은 관심 부탁드립니다!