기계/재료

푸싱호, 세계 최초 시속 350km 자율주행 고속열차

발행일 : 2019 / 01 / 04

2018년 1월 2일, 중국철도총공사에 의하면 중국은 현재 세계 최초로 시속이 300~350km인 고속철 자율주행 기술을 개발 중이며 머지않아 베이징-장자커우(張家口) 고속철에 우선 응용할 예정이다.

(1) ATO 설비로 운전사 대체

현재 운영 중인 고속열차는 전부 중국열차운행제어시스템(CTCS) 통제 조건에서 운전사에 의해 조종되고 있다. 운전사는 운행명령에 기반하고 전방신호 및 선로상황 등 정보에 따라 열차의 시동, 가속, 감속, 정차를 인공적으로 조종한다. 이외 고속열차 운행 안전은 ATP에 의해 보장된다. ATP는 고속열차 과속방지 설비로서 실시간 운행속도를 감시한다. 또한 열차 운행 제한 조건에 근거하여 자동으로 열차의 브레이크 시스템을 제어함으로써 열차의 과속방지를 달성한다.

기술이 발전하면서 현재 ATO(고속열차 자율주행) 설비로 운전사를 대체하는 방안이 현실화 되고 있다. 이미 적지 않은 지하철 열차에 ATO 시스템이 도입되었다. 중국철도총공사는 주장삼각주 둥관(東莞)-후이저우(惠州), 포산(佛山)-자오칭(肇慶)의 두 개 200km/h 도시 간 철도노선에 ATO을 도입하였는데 이는 세계에서 최초로 시속 200km로 운영하는 철도노선에 ATO 설비를 도입한 사례이다.

(2) 버튼 하나만으로 전과정 운행 달성

ATO는 기차역 지상 설비와 고속열차 탑재 설비 그리고 상기 설비 간 정보전송 통신시스템을 망라한 대규모 시스템이다. ATO 도입시 운전사가 시동버튼 하나만 누르면 열차의 자동발차, 기차역 간 자동운행, 스케줄에 따른 운행시간 자동조절, 역내 정위치 정차, 정차 후 자동문열기 등 기능을 수행한다.

지상관제센터에서 운행계획을 세우면 해당 계획은 지상의 데이터 전송망을 통해 ATO 지상 설비에 전송된다. ATO 지상 설비는 수신한 운행계획을 다시 철도 모바일통신망을 통해 고속열차 탑재 ATO 설비에 전송한다. 열차탑재 ATO 설비는 해당 계획을 수신한 후 고속열차의 현 위치에 근거하여 열차운행 통제용 제어속도곡선을 계산한다. 나아가 운전사를 대신해 고속열차의 가속, 운행, 감속, 정차, 문 열기/닫기 등 절차를 자동으로 완성한다.

ATO 모든 동작은 ATP 시스템의 감시 하에서 이루어지기에 주행안전은 ATP에 의해 충분히 보장된다. ATO 설비로 조종 작업의 일치성을 확보할 수 있기에 운전사 능력 차이에 의해 발생되는 문제를 해소할 수 있다. 또한 운행계획에 따라 정확하게 주행하므로 수송능력을 효과적으로 높일 수 있다.

(3) 푸싱호에 도입될 중국산 CTCS3+ATO 열차제어 시스템

시속 350km로 주행하는 고속열차는 운행속도가 빠르고 역 사이 거리가 멀기에 ATO가 확보해야할 정보 내용 종류, 정보 커버 범위, 정보 처리 논리는 시속 80km로 수km 떨어진 역 사이를 달리는 지하철에 비해 훨씬 다양하고 복잡하다. 따라서 보다 완성된 시스템 방안, 보다 신뢰성 있는 응용 기술, 보다 심층적인 연구 및 시험을 필요로 한다.

중국철도과학연구원은 CTCS3+ATO 열차제어 시스템 개발 과정에 고속열차 운행 특성에 근거하고 지능철도 구축의 수요로부터 출발해 가용성(availability) 및 지능화 측면의 업그레이드를 달성하였다.

2018년 6월에서 9월 사이, 중국철도총공사는 베이징-선양(沈陽) 종합 시험구간에서 CTCS3+ATO 시스템을 테스트하였다. 94일간 총 186,397km 주행시험에서 중국철도과학연구원이 개발한 자율주행 설비는 안정적으로 작동하였고 열차를 정밀하게 제어하였다. 모든 시험항목을 순조롭게 통과한 해당 설비는 곧 고속철 노선 시운영에 투입될 예정이다.

고속열차의 ATO 도입은 고속철 지능화의 중요한 상징일 뿐만 아니라 중국 고속열차 제어 기술의 국제 선도 지위 유지에 중요한 의미가 있다. 머지않아 푸싱(复兴)호는 세계 최초로 350km/h 자동주행 기능을 보유한 고속열차가 될 것인 바 이 또한 중국 고속철 분야 자체적 혁신의 대표적 성과이다.