Ⅰ.서 론
발리스는 ATP차상장치로 텔레그램을 전송하는 전송장치이며, 정보 저장형태에 따라 고정발리스 (CBF)와 가변발리스(CBC)로 구분한다. 고정발리스 는 항상 발리스 자체에 저장되어 있는 텔레그램을 송신하고, 가변발리스는 LEU와 연결되어 지상신호 기의 신호기 현시정보를 수신 받아 텔레그램을 송 신한다[1].
이는 열차가 제한 속도를 초과하지 않는 것과 목 표지점 앞에 정지할 수 있는 목표 속도를 감시하고, 기관사에게 운행정보 통보 및 감시, 위험 상황 경고 의 임무를 갖고 있지만, 이러한 사항은 고가의 ATP 차상장치가 달려있는 열차에만 적용이 된다[2, 3].
그러므로 차상장치가 없는 유지보수 차량, 건널 목 및 트램 노선을 운행하는 일반차량의 안전을 보 장하지 못하며, 기존의 발리스 방식은 센터에서 발 리스가 설치된 위치에 차량의 통과 유무를 알 수 있는 수단을 구비하고 있지 않고 있다[3].
본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 서 발리스와 미소전력 무선 루프검지기를 일체화하 여 차상장치 유무와 관계없이 차량검지가 가능한 미소전력 무선 루프검지기 일체형 발리스 시스템을 설계하고, 차량과 열차의 안전사고에 선제적으로 대응하여 안전성을 향상시키고자 하는 목적이 있다 [4, 5].
Ⅱ.본 론
1.무급전 무선통신 주차장 운영 사례 분석
1)철도 및 트램에서의 무선 루프검지기 기술 적용 을 위한 일반주차장 운영 안정화 실험
기존 철도 시스템의 여건은 구간이 매우 광범위 하며, 산간지역과 같이 전원 / 통신선 공사에 과다 한 설치 및 유지 비용이 발생하는 지역이 존재한다. 이런 여건에서 활용하기 위해서는 무급전 / 무선통 신을 전재로 하는 접근방법이 필요하다.
그러한 이유로, 미소전력 무선 루프검지기 일체 형 발리스를 철도 및 트램 운영 구간에 무급전 / 무선통신으로 적용 시 열차 및 차량의 통과 횟수 에 따라 운영 가능여부를 검토하기 위하여 원초적 인 무선 루프검지기 기술이 적용된 사례를 분석하 였다.
현재 자체 개발 한 미소전력 무선 루프검지기 기 술로 주차정보시스템용으로 <Fig. 1> 과 같은 방식 으로 개발 및 운영되고 있으며, 이를 설치 운영하는 서울지역 12개소 주차장의 차량 검지정보를 센터까 지 수집하는 용도로 별도의 전원 및 통신 공사가 필요 없는 3G통신 및 무급전(태양광) 현장수집장치 와 중계기가 설치 운영되고 있다. 더불어 웹서버를 운영하여 실시간 모니터링이 가능하도록 구축되어 있다.
철도 및 트램에서의 미소전력 무선 루프검지기 일체형 발리스의 운영은 이동하는 차량과 정지한 차량의 차이를 제외하고 대동소이한 것으로 볼 수 있다.
분석 대상인 서울지역 주차장의 무급전형 무선 현장수집장치는 주차장의 무급전 운영에 필요한 배 터리 설계를 위하여, 현장수집장치의 대기전력과 차량이 1회 검지되었을 때 센터에 접속하여 데이터 교환이 종료되는 최단 시간에 필요한 소비전력을 <Table 1>과 같이 측정하였다. 주차면 회전율을 각 면당 20회/일로 계산하고 기상 변화를 고려하여 1차 및 2차 전지의 용량을 설계 적용하였다.
상기 소비전력 측정 결과에 따라, 최초 태양광 발전 전력을 충전할 용도의 2차 전지(LiFePO4)와 1차 전지(리튬이온)를 각각 설계하였는바, 태양광 발전 충전용 2차 전지 LiFePO4(5000mAH) 2개와 기상 여건 의 악화로 인하여 2차 전지를 모두 소비하였을 때 를 위한 백업용 1차 전지 리튬이온(16,000mAH) 4개로 설계 적용하였다. 하지만 12월 2일~10일 <Table 2> 의 기간 동안에 1차 및 2차 전지의 온도에 따른 방 전특성이 현장수집장치에서 요구하는 순간 소비전 류를 안정적으로 공급 하지 못하는 문제가 발생하 였고, 이로 인해, 정상적인 운영을 할 수 없음을 발 견하였다. 이를 개선하기 위하여 <Fig. 2>와 같이 Chamber(제이오텍 TH-G) 테스트를(영하 -20도 ~ 영 상 60도) 통해 2차 전지(LiFePO4)와 1차 전지(리튬 이온)의 온도에 따른 특성을 세부적으로 분석 후, 2 차 전지(LiFePO4)는 3개, 1차 전지(리튬이온)는 7개 로 적용 시 온도에 따른 특성에서도 안정으로 동작 하는 것을 확인하였다.
1차 및 2차 전지의 개별오차를 고려하여 현장 운 영 시 보다 안정적인 방전특성을 확보하기 위해 <Fig. 3>과 같이 1차 및 2차 전지를 각각 1개씩 추 가 적용 후 현재까지 11개소에서 정상적으로 운영 되고 있다. 그러나 1개소의 현장수집장치의 경우 1 차 및 2차 전지 증설 후 수 개월 동안 정상 운영되 는 것으로 보였으나, 하루 최대회전율(입/출차 각 1 회 발생)이 평균 350회 내외이고 최대 약400회로 매우 높게 발생하였다. 태양광 발전량과 소비량의 불균형으로 시간이 경과 후 1차 및 2차 전지에 방 전이 발생하였다. 데이터 분석결과 현재 최종 운영 에 적용한 1차 및 2차 전지의 용량은 1일 최대 회 전율 200회 내외에서 안정적으로 동작한다는 것을 알 수 있었다.
이러한 이유로 높은 회전율을 보이는 1개소에 대 해서 현장수집장치를 1개에서 2개로 분리하는 작업 을 실시하였고 현재까지 2개월 이상 안정적으로 동 작하고 있다.
이는 무급전으로 운영하고 있는 주차장의 지리 적 여건에 따라 태양광 발전량이 부족하기 때문에 발생된 것으로 확인되었고, <Fig. 4>와 같이 현장수 집장치를 1개에서 2개로 분할 후 안정적으로 동작 하는 것을 확인하였다.
2)사례를 통한 설치 환경에 따른 고려 사항
본 연구에서 분석한 주차장은 <Table 3>과 <Table 4>와 같이 일조량에 의한 내부 온도 상승 및 강수량 등에 의해 비정상적인 수집 결과를 보 이고 있다. 이러한 문제점 중 하나인 <Fig. 5>와 같 이 고층 빌딩 및 가로수 등으로 시간대별 일조량 변화가 급격하기 때문이다. 서울지역 주차장 12개 소 시험환경보다 일반적인 철도 구간은 태양광 발 전에 보다 좋은 환경으로 판단되며, 도시 부를 운 행하는 트램의 경우는 주차장과 유사한 환경으로 판단된다. 따라서, 상세 설계 시 지역별 특성과 우 기, 적설량 등을 감안하여 태양광 발전 판넬 발전 용량(크기)과 1차 및 2차 전지 용량에 대한 조정이 필요하다.
Ⅲ.토의사항 및 향후 연구내용
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1. 현재 데이터 수집장치에서 센터로의 통신은 3G 망을 통하여 TCP/IP통신을 하고 있지만 IoT기술이 발전함에 따라 개발되는 모듈 등을 센터와 데이터 교환을 위한 통신 수단으로 적용하게 된다면 보다 더 저전력화 할 수 있을 것으로 기대된다.
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2. 트램이 운영되는 도시부의 경우, 교차로 및 건널 목 간의 거리가 비교적 짧은 구간이 다수 존재하며, 본 연구에서 활용한 ISM Band(447MHz)대역은 누구 나 사용할 수 있는 주파수 대역으로 전파 간섭에 취약하여 ISM Band를 사용하기보다 철도용 전용 주파수를 할당 받아 전파 간섭을 회피하는 것이 바 람직하다.
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3. 철도 및 트램 구간에 현장 적용 시, 설치되는 위 치의 발전가능 조도(20,000Lux이상)가 최소 3시간을 만족해야 하루 운영할 전력을 태양광으로부터 공급 받으므로 설치 위치의 지리적 환경적 여건에 따라 솔라 및 배터리 용량에 대한 증설 등을 고려하여야 한다.
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4. 향후 고려사항으로 본 연구에서 사용된 이벤트 접속 방식의 3G TCP/IP는 1회 통신에 40초 내외의 시간이 소요되므로 데이터의 지연시간이 발생하며, 철도 시스템에서는 이를 해소하기 위하여 상시 온 라인으로 운영 가능한 매체 또는 데이터 교환을 위 한 빠른 접속이 가능한 매체를 활용하는 것이 바람 직하다.
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5. 철도(트램)와 도로가 교차하는 구간에서의 제어 를 위한 장치이므로 안전에 직결되는 바, 안정적인 운영이 필수 이며, 주기적인 신호인 Heartbeat 신호 를 짧게 가져가 이상 징후를 빠르게 판단 할 수 있 게 하고, 비상모드로 전환하여 운영되어야 한다. 비 상모드는 현재 일반적인 도로에서 운영되는 신호 체계를 따라 자동 운영되는 것이 바람직하다.
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6. 본 논문은 시스템 적용에 대한 가설과 그것을 실 증하는 측면에서 접근하였기 때문에, 향후 수치해 석과 같은 이론적 검증이 필요할 것으로 보인다.
Ⅳ.결 론
본 연구에서는 발리스와 미소전력 무선 루프검 지기를 일체화함으로써 차상장치가 있는 열차와 차 상장치가 없는 열차 및 트램 과 일반차량의 검지정 보를 통해 차량의 종류 및 위치를 미소전력 무선 루프검지기의 중계기 및 현장수집장치를 통해 센터 와 실시간 통신하여, 무급전(태양광) 무선통신으로 운영이 가능한 시스템에 대한 연구를 실시한 바, 유사 사례인 12개 주차장 운영 데이터를 분석한 결 과, 1일 동안의 주차 차량이 주차장 최대 회전율 200회 내외인 경우 시험에 적용한 태양광 판넬과 1차 및 2차 전지 용량으로도 약 6개월(2015년 12월 ~ 2016년 05월) 동안 운영이 지속됨을 확인 하였다. 따라서, 태양광 발전과 무선통신으로 운영되는 현 장수집장치로 수집되는 통과차량(열차, 트램 및 일 반차량 등) 대수가 200회/일 내외인 경우 미소전력 무선 루프검지기 일체형 발리스를 활용한 차량검지 시스템의 운영이 무급전 무선통신으로 가능함을 알 수 있다.
