최근 수정 시각 : 2024-12-13 10:26:46

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[2] 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)[3], ATP는 지상자 2개로[4] 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[5]로 이루어져 있다.
  • Level 0
    ERTMS/ETCS 설비가 없는 구간을 ERTMS 대응이 되어있는 열차로 운행할 때의 레벨을 말한다.[6] 이때 MMI에는 선로의 최고속도만을 지시한다. 신호 호환이 되지 않기 때문에 탑승자가 맨눈으로 신호를 확인하는 절차가 필요하다.
  • Level NTC(National Train Control)
    Level NTC는 ERTMS/ETCS 기반의 열차가 국가별 열차 제어 및 속도 감시 시스템을 사용하는 노선에서 사용하는 단계이다. 기대할 수 있는 감시의 수준은 당연히 국가별 시스템에 달려 있으며, ETCS 표준에서 다루지 않는다. 여러 개의 시스템을 합쳐서 하나의 NTC 레벨로 취급할 수 있다. 국가별 시스템에 따라 작동 과정에서 ERTMS/ETCS의 구성 요소에 변화를 줄 필요가 있을 수 있다. (DMI에 특정 항목 표시 등) 이때는 특수 장치인 STM(Specific Transmission Module)[7]을 사용하면 표준화된 인터페이스를 통해 ERTMS/ETCS 신호로 전환할 수 있다. ETCS Baseline 2까지는 모드 자체가 STM으로 불렸으며 2010년대 초반 Baseline 3가 발표되며 NTC로 개칭했다.
  • Level 1
    파일:external/upload.wikimedia.org/640px-ETCS_L1_en.svg.png

    저작권자: ⓒ Sansculotte,Mickdermack,Lonaowna CCA-3.0

    기존의 NTC(STM)모드에서 지상장치를 모두 ETCS용 지상자로 교체한 것을 말한다. 완전 모드를 기준으로 구성요소는 유로캡[8]과 유로발리스[9]이다. 모든 상황 판단은 열차에 있는 장치인 유로캡과 지상자(유로발리스) 간의 데이터 교환으로 이뤄진다. 앞쪽에 있는 지상자의 정보를 바탕으로 신호의 현시가 이뤄지며 유로캡이 유로발리스를 지나며 갱신된 정보가 다른 발리스로 전송이 되고 발리스의 통제를 받아 신호기가 작동한다. 지상자가 모든 상황을 통제하기 때문에 모든 차량이 규격화된 동차 구간에서 효율이 극대화된다. 이때 신호의 현시는 신호기의 현시와 차상 신호의 현시를 선택할 수 있다. 지상 신호기의 현시를 이용할 경우 ATS의 개량방식, 차상 신호의 현시를 이용할 경우 ATC와 유사한 방식이 된다. ETCS를 도입하지 않고 독자 개발한 일본은 ATS를 개량한 방식으로 이런 형태의 장치를 실현했는데 그것이 ATS-P다.

    레벨 1에서는 정차역에서 출발 시 정지정위[10]가 기본이기 때문에 출발 시 25km/h의 제한을 받는다. 이것을 해결하기 위해선 차량의 정차 위치를 통일하거나 출발신호기와 연동된 추가적인 지상자가 필요하다.

    이때 설비를 간략화하여 모든 폐색이 아닌 일부 거점의 중요한 폐색에만 ETCS lv.1의 장치를 완비하고 나머지 폐색은 기존의 NTC(STM)의 설비를 사용하거나, 설비자체는 전체노선에 완비가 됐으나 기능중 일부[11]만을 사용한다면[12], lv.1 제한모드(Limited Supervision)라고 하고 설비가 완비되어 모든 폐색에서 상황을 받을 수 있으면 lv.1 완전모드(Full Supervision)라고 한다. lv.2이상의 설비는 모두 완전모드이다. 제한모드에서는 차내신호의 운영이 불가능하기 때문에 실질적으로 STM모드와 별다른 차이가 없다.
  • Level 2
    파일:external/upload.wikimedia.org/640px-ETCS_L2_en.svg.png

    저작권자:ⓒ Bukk,Mickdermack,Oskar.birkne CC0-1.0

    기본적인 설비는 레벨1과 같다. 하지만 메커니즘에서 차이가 있는데 유로캡은 고정발리스의 데이터만 수신하고, 가변발리스의 데이터는 열차 통제 지령소(그림의 RBC : Radio Block Center)로 보내게 되며 디지털 라디오 통신(유럽의 경우 GSM-R)으로 수신하여 열차를 제어한다. 이 단계부터 더는 지상신호기는 존재하지 않으며, 차상 신호로 속도에 대한 연속제어가 가능하여 고정폐색의 중요도가 내려가기 때문에 열차 통제가 한결 수월해진다. 고정폐색식 CBTC를 구현한다. 완전한 이동폐색과의 차이점은 전방의 가변발리스에서 신호를 전송해주지 않으면, 실시간으로 열차의 상황을 알 수가 없고, 역내 폐색은 여전히 유효하다. 따라서 출발은 고정폐색 정지는 이동폐색과 비슷하게 된다.[13] 일본에선 위 레벨2와 비슷한 효과를 내면서, 무선이 아닌 궤도회로를 이용한 디지털 유선통신을 사용한 것을 D-ATC, 신칸센에서는 DS-ATC라고 한다.

2023년 하반기에 발표된 ETCS Baseline 4에서부터는 레벨 3이 통삭 및 레벨 2로 통폐합되었으며, 레벨 2에서 고정폐색이 선택 사항으로 변경되었다.
  • Level 3(삭제됨)
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||<nopad>파일:external/upload.wikimedia.org/640px-ETCS_L3_en.svg.png ||
저작권자:ⓒ Bukk,Mickdermack,Lonaowna CCA-2.5
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.
  • FS(Full Supervision): 완전 감시
  • AD(Automatic Driving): 자동 운전
  • LS(Limited Supervision): 제한적 감시
  • OS(On Sight):
  • SR(Staff Responsible): 기관사 책임
  • SM(Supervised Manoeuvre)
  • SH(Shunting): 입환
  • UN(Unfitted): 비장착
  • PS(Passive Shunting)
  • SL(Sleeping)
  • SB(Stand By): 대기
  • TR(Trip): 트립
  • PT(Post Trip): 트립 후
  • SF(System Failure): 시스템 장애
  • IS(Isolation)
  • NP(No Power)
  • NL(Non Leading)
  • RV(Reversing)

2.3. 구성 요소

  • 지상장치
    • 발리스
      발리스(Balise)는 궤도상에 설치되는 ATP 시스템의 지상자로, 가변정보 또는 선로속도나 구배와 같은 고정정보를 차내로 전송하는 장치를 말한다. 가변발리스(CBC)와 고정발리스(CBF)로 구분되며 주로 2개의 발리스가 한 조로 묶여 설치된다.[14] 선로변제어유니트(LEU)는 신호설비의 상태를 검지하여 조건에 맞는 텔레그램을 발리스로 전송하고, 발리스는 이 텔레그램을 차량에 설치된 안테나(CAU)와 발리스전송모듈(BTM)을 통해 차내장치로 전달한다.

      텔레그램은 지상장치에서 차상장치로 전달되는 정보를 말한다. 텔레그램은 패킷 형태로 전송되며 이를 정의함으로써 차상장치에 전달할 메시지를 구성할 수 있다. 중요한 정보로는 이동권한, 구배정보, 레벨전이 명령 등이 있다.

      열차의 운행효율을 증대하기 위해 주신호기가 설치되지 않은 지점에서 지상에서 열차로 정보를 제공할 수도 있다. 이를 인필 정보(Infill Information)이라 하며 이 정보를 송신하는 장치는 크게 3가지 종류로 나눠진다. 첫째는 인필발리스라는 추가적인 지상자이다. 두번째는 인필라디오로 신호기의 신호를 중계하는 전파탑이다. 세번째는 유로루프로 궤도회로에 추가적인 장치를 설치하여 신호를 중계하는 방식이다. 이 중 대한민국에서는 인필발리스를 설치하여 운용하고 있으며, 인필발리스는 다음과 같은 경우에 설치한다.
      • 장내신호기
        • 구내폐색이 있는 경우 장내신호기 절연으로 부터 300m 이내 지점
        • 구내폐색이 없는 경우 폐색신호기 1호주의 안쪽 50m 이내 지점
      • 출발신호기(가변발리스로부터 30m 이상 떨어진 지점에 설치)
        • 열차정지위치표지가 없고, 승강장이 있는 경우 승강장 끝부분
        • 열차정지위치표지가 있는 경우 표지 바깥쪽 5m 이내 지점
        • 고속열차 운행구간에서 열차정지위치표지간 거리가 30m 이상인 경우 → 2개까지 설치할 수 있음
        • 고속열차 운행구간에서 하나의 홈에 고상홈과 저상홈이 설치된 경우 → 2개까지 설치할 수 있음
    • 열차 통제 지령소(RBC)
      RBC는 외부 지상 시스템에서 수신한 정보와 차상 서브시스템과 교환한 정보를 기반으로 열차에 보낼 메시지를 정교화하는 컴퓨터 기반 시스템이다.
    • 무선 통신 네트워크(FRMCS 및/또는 GSM-R)
      차상 서브시스템들과 RBC 또는 라디오 인필 유닛들 사이의 메시지들의 양방향 교환을 위해 사용된다.
      FRMCS는 차세대 철도 이동통신 시스템(Future Railway Mobile Communication System)을 말한다. ETCS가 장기적으로 개선되는 데 반해 현 표준에서는 아직도 GSM-R에 매달려 있는지라, 5G 기반의 새로운 통신 체제를 개발하고 있다. 아직은 미완성이다. 한국에서도 도저히 2G는 못 써먹겠어서 LTE-R을 기반으로 후술할 KTCS를 개발한 바 있다.
  • 차상장치
    • ERTMS/ETCS 차상장치
      ERTMS/ETCS 차상장치는 지상 서브시스템과 교환된 정보를 기반으로 열차의 이동을 감독하는 컴퓨터 기반 시스템이다.
      • 발리스 전송 모듈(Balise Transmission Module, BTM)
        궤도와 열차간의 불연속정보 전송을 위한 장치이다.
      • 안테나(ACU)
      • 도플러 레이더(Doppler Radar)
        차축·차륜 따위의 회전속도를 검측하는 레이더로 타코메타와는 이중 체계로 구성되어 있다.
      • 차상컴퓨터
      • 운전자현시장치(Man Machine Interface, MMI)
        기관사가 데이터를 입력하거나, 기관사에게 열차운행 관련 정보를 제공하는 기관사와 시스템 간의 인터페이스 화면을 말하며 DMI(Driver Machine Interface)라고도 한다.
    • FRMCS 또는 GSM-R용 차상장치
      GSM-R 또는 FRMCS 차상 라디오 시스템은 온보드 서브시스템과 RBC 또는 라디오 인필 유닛 간의 양방향 메시지 교환을 위해 사용된다.
    • ERTMS/ATO 차상장치
      ERTMS/ETCS 차상장치, ERTMS/ATO 지상 서브시스템과 교환한 정보에 기초하여 열차의 견인/제동에 대한 운전자의 행동을 대체할 수 있는 컴퓨터 기반 시스템이다(자세한 내용은 SUBSET-125 참조).

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.
  • Level 1~2: 지상 ATP가 설치된 구간을 운전
    열차의 주행을 계속 감시하면서 주기적인 업데이트 기능을 이용하여 궤도에 설치된 발리스로부터 차량의 이동권한(MA) 및 각종 운전정보를 받아 기관사가 열차를 안전하고 효율적으로 운전할 수 있도록 한다.
  • Level STM: 지상 ATP 시스템이 설치되지 않았고, ATS지상자만 설치된 구간 운전(기존 ATS 운전속도 감시를 ATP 시스템에서 제공) 또는 ATC 구간 운전
    신호기에 현시된 신호에 따라 제한속도 초과 시 단순하게 경고음을 발생하여 기관사에게 경고해주는 기능이 제공되며, 속도 초과 또는 정지신호 통과 시 비상제동에 의한 비상 정차 등 제동기능만이 사용된다.
    MMI를 통해 기존에 설치된 ATS 차상제어장치를 대체한다.
  • Level 0: 지상 ATP 시스템 미설치구간, ATS지상자도 없는 구간 운전

그리고 각 운용레벨 내에서 운전모드가 나뉘게 된다.
  • 3개 레벨 공통
    • 대기 모드(Stand by): ATP에 전원이 들어오고 운전실이 활성화되면 MMI는 대기모드로 전환된다. 기관사가 열차 운전을 시작하기 전에 기본적인 정보(기관사 ID, 열차번호, 제동시험, 운용레벨 선택, 열차DB번호 입력)를 입력하는 중에 현시된다.
    • 시스템 장애 모드(System Failure): 시스템에 치명적인 고장이 발생된 경우 현시되는 모드로, 제동이 체결된다. 이 모드에서는 재부팅이 필요하다.
  • Level 0
    • 비장착 모드(Unfitted): 지상 ATP 시스템 미설치구간, ATS지상자도 없는 구간 운전을 위한 모드이다. MMI에는 선로의 최고속도만이 현시되며 정상적인 영업 운행에는 사용되지 않는다. 구원운전 및 반대선 운전(ATP 구간에 한함) 등 특수한 경우에도 취급한다.[15]
      Level 0의 제한속도는 기존 40km/h에서 소프트웨어 개량으로 70km/h로 상향조정되었다.
    • 입환 모드(Shunting): 입환시 사용하는 모드로, 25km/h의 속도 제한을 가지고 앞과 뒤 모두 운행이 가능하고 정지신호를 무시한다. 만약 폐색의 경계에서 설치된 발리스에서 입환정지 명령 수신시 비상제동이 체결된다. 발리스 LEU 고장시 상용제동이 체결된다.
    • 트립 모드(Trip): 이동권한 종결 지점(EoA)을 통과한 경우(통상 정지신호 통과) 동작하는 모드로 즉시 비상제동이 체결된다.
    • 트립 후 모드(Post Trip): 트립 모드 진입 후 '트립 확인' 취급 시 변경되는 모드다. 15km/h 이하 10m 이내로 주행할 수 있으며, MMI에서 운전 모드를 다시 선택하여 책임모드 또는 STM으로 진입하여야 한다.
  • Level 1~2
    • 책임 모드(Staff Responsible): Level 1, 2의 첫 번째 운전모드로서 열차가 지상 ATP 설치구간에서 운행시 MMI는 항상 책임모드에서 시작한다. 아직 열차운전에 필요한 데이터를 수신받지 못한 상태이기 때문에 차상장치는 부분감시만 하므로 기관사의 책임으로 운전하게 된다. 따라서 발리스로부터 데이터를 수신받기 전까지 운전속도가 45km/h로 제한되며, 첫번째 발리스 그룹에서 텔레그램을 수신받으면 "완전 모드"로 진입한다.
      안살도 MMI에서는 'SR모드[16]'로 표기되며, 봄바르디어 MMI는 이전에 '기관사 책임 모드' 등으로도 표기되었다.
    • 완전 모드(Full Supervision): 책임모드에 정상 진입한 상태에서 열차감시에 필요한 데이터를 발리스로부터 수신받았을 때 현시되는 모드다. 발리스로부터 제공받은 텔레그램을 차상컴퓨터가 정의하여 MMI에 표시함으로써 기관사는 선로의 지리적 정보, 이동권한, 허용속도 등을 확인할 수 있다. 차상장치가 열차를 완전감시하므로 보다 효율적인 열차운전이 가능하다.
      봄바르디어 MMI는 이전에 '완전감시 모드', '완전자동 모드' 등으로도 표기되었다.
    • 입환 모드(Shunting): 입환시 사용하는 모드로, 25km/h의 속도 제한을 가지고 앞과 뒤 모두 운행이 가능하고 정지신호를 무시한다. 만약 폐색의 경계에서 설치된 발리스에서 입환정지 명렁 수신시 비상제동이 체결된다. 발리스 LEU 고장시 상용제동이 체결된다.
    • 트립 모드(Trip): 이동권한 종결 지점(EoA)을 통과한 경우(통상 정지신호 통과) 동작하는 모드로 즉시 비상제동이 체결된다.
    • 트립 후 모드(Post Trip): 트립 모드 진입 후 '트립 확인' 취급 시 변경되는 모드다. 15km/h 이하 10m 이내로 주행할 수 있으며, MMI에서 운전 모드를 다시 선택하여 책임모드 또는 STM으로 진입하여야 한다.
    • 특수운전 모드(Special): 정지신호 현시 구간을 통과해야 할 필요가 있는 경우 사용하는 모드이다. 제한속도는 25km/h이고 이동 거리와 시간은 80m, 60초로 제한된다.
  • Level STM ATS
    • STM ATS모드는 지상 ATP가 없는 구간을 운행하거나 ATP 지상·차상장치 고장 등의 이유로 ATS로 운전하기 위해 사용된다. ATS 운전시 최고응동속도는 일반차량 150km/h, 고속차량은 160km/h 이다.
    • 5현시 정상운전(ATS 5 Aspect Normal): G-YG-Y-YY-R 신호 모두 수신 가능하며 3현시 구간에서 5현시 운행 선택시 감지가 불가능하다.
    • 3현시 정상운전(ATS 3 Aspect Normal): 3현시 구간에서는 지상으로부터 R 또는 G 등 2개의 각기 다른 지상자 신호만이 수신된다. 5현시 구간에서 3현시 선택시 진행 신호 외에는 모두 정지신호로 인식한다.
    • 특수운전(Special): 정지신호 현시구간을 통과하기 위한 운전 모드로 제한 속도는 25km/h로 고정된다. 특수운전 모드로 운행중에는 가시 가청 경보가 계속해서 표시된다.
    • 입환(Shunting): 입환 시 사용하는 모드다.
    • 공사운전(Construction): 차량 최고속도 감시 이외에 속도 감시를 일체 하지 않는다.
  • Level STM ATC
    • STM ATC모드는 KTX-산천(SRT 포함), KTX-이음이 ATC 신호시스템이 설치된 고속선에서 열차를 운전하기 위해 사용된다. 차상 ATP/ATC/ATS 장치는 ATC모드로 전환되고 MMI는 ATC모드임을 화면에 현시한다.
  • Level STM (ATS/ATC 모드)
    • KTX에 한해 존재하는 운전모드다. KTX는 운전실에 ATS 차상제어장치와 ATC 채널(현시장치)이 별도로 설치되어있기 때문에, ATP→ATS/ATC 전이 또는 대기모드에서 운전모드 Level STM을 선택시 'ATS/ATC 모드' 문구만이 MMI에 출력된다. 이후 다시 ATP 사용이 개시되기 전까지 속도계 현시, 운전속도 감시 등의 기능을 일체 지원하지 않는다.
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.
  • 완전한 감시: 완전모드
  • 부분적 감시: 책임모드, 입환모드, 비장착모드, 트립 후 모드
  • 정지상태만 감시: 트립 모드, 시스템 장애 모드, 대기모드
  • 감시 없음: 무전원, ATP 차단상태, Level STM

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.
  • 속도감시
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.
  • 최고속도 감시
    최고속도는 열차가 현재 위치해있는 선로에서 최대로 허용된 속도를 말하며, 차상장치는 3단계로 구분하여 조치한다.
    • 봄바르디어
      • 과속경고표시(5km/h 미만 초과): MMI의 속도계 바늘이 주황색으로 바뀌고 경보음이 동작한다. 제동은 개입하지 않으므로 기관사가 직접 제동을 체결하여 감속하여야 한다. 허용속도 내로 감속하면 경보음이 해제된다.
      • 상용제동인가(5km/h 이상 10km/h 미만 초과): MMI의 속도계 바늘이 적색으로 바뀌고 경보음이 발생하며 상용제동이 체결된다. 허용속도 이내로 감속되면 MMI에 "상용제동 해제!" 메시지와 함께 확인 버튼이 표시되며, 확인 버튼을 눌러야만 상용제동이 해제된다.
      • 비상제동인가(10km/h 이상 초과): MMI의 속도계 바늘이 적색으로 바뀌고 경보음이 발생하며 비상제동이 체결된다. 열차가 완전히 정지하면 MMI에 "비상제동 해제!" 메시지와 함께 확인 버튼("Yes")이 표시되며, 확인 버튼을 눌러야만 비상제동이 해제된다.
    • 안살도
      • 과속경고표시(5km/h 미만 초과): 경보음이 발생하며 제동 개입은 하지 않는다. 기관사의 제동취급으로 허용속도 이내로 감속되면 경보음이 해제된다.
      • 상용제동인가(5km/h 이상 10km/h 미만 초과): 경보음이 발생하며 상용제동이 체결된다. 허용속도의 5km/h 이하까지 감속되면 자동으로 상용제동이 해제된다.(예: 허용속도 100km/h인 경우 95km/h에서 상용제동 해제)
      • 비상제동인가(10km/h 이상 초과):
  • 목표속도 감시
    목표속도는 전방 제한지점에서의 속도 한계를 말하며, 원형 속도게이지에서 연한 회색과 짙은 회색의 경계로 표시된다. 이동권한(MA) 내에 속도감소가 있을 때 기관사는 원형 속도게이지에서 다음 목표속도를 확인할 수 있다.
  • 완해속도 감시
    목표속도가 0km/h 일때, 열차가 이동권한 종료(EoA) 부근까지 운행하는 것이 허용된 속도를 말하며 25km/h로 지정되어 있다. 다만 호남선 등 일부 노선은 15km/h로 제한되어 있다. 원형 속도표시계 옆 좌측 하단에 디지털 속도 표시로 표시된다. 운전속도가 완해속도를 초과하는 경우 경보음이 발생하며(안살도 15km/h), 해제속도인 30km/h를 초과하면 비상제동이 인가된다. 안살도는 완해속도를 초과하는 즉시 비상제동이 체결된다.
  • 이동감시
  • 정지상태 감시
    차상장치는 대기모드에서 열차가 정지상태에 있는 것을 감시하며, 정지상태 감시 중 방향에 상관없이 열차가 이동하는 것을 검지하는 경우 차상장치는 자동으로 상용제동을 인가한다. MMI에는 "열차진행 미승인에 따른 제동" 메시지가 현시된다.
  • 후진 이동 감시
    현재 점유상태인 운전실을 기준으로 뒤쪽으로 운행하는 것을 감시한다.
    • 후진 이동 허용
      • 비장착모드: 제한 없음
      • 입환모드: 한계속도 25km/h
      • 트립 후 모드: 한계속도 15km/h, 한계거리 10m
    • 허용되지 않은 후진 이동
      3m 이상 이동하면 차상장치는 상용제동을 인가하고, MMI에는 "열차진행 미승인에 따른 제동" 메시지가 현시된다.
  • 열차 구름방지 보호
    운전실의 역전간 핸들이 중립(N) 또는 준비(S) 위치인 상태에서 열차의 이동이 검지되면 차상장치가 자동으로 상용제동을 체결하는 기능으로, 열차의 속도가 3km/h 이상 검지된 경우에 개입한다. 따라서 열차가 완전히 정지되지 않은 상태에서 역전간 핸들을 전환하여서는 안된다.
  • 제동 취급
  • 제동해제
    차상장치는 상용제동과 비상제동 모두를 제어한다. 차상장치 개입에 따른 제동을 해제할 때, MMI에 "상용제동 해제!" 또는 "비상제동 해제!" 메시지가 표시된다. MMI의 확인 버튼을 누르기 전까지 차상장치는 제동상태를 유지한다(봄바르디어).
  • 견인 차단
    차상장치는 상용제동 또는 비상제동을 지시할 때마다 열차의 견인력을 차단한다. 기관사가 ATP의 제동 지시 해제를 확인 시 주제어간이 "0" 위치로 놓일 때까지 견인력을 계속 차단하며, 이는 제동 해제시 견인력이 갑자기 커지는 것을 방지하기 위함이다.
  • 운전실 교환
    점유된 운전실을 변경 시 열차는 정지상태에 있어야 한다. 운전실 변경 시 MMI는 대기모드로 진입하고 제동이 해제되며, 이전에 수신한 선로 데이터는 삭제된다.

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.
  • ATS에서 ATP로 변경: 장내와 출발 사이에서 전이
  • ATP에서 ATS로 변경: 폐색과 장내 사이에서 전이, Level 전이 확인취급

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.
  • 일반동력차량
    • 4400호대: 봄바르디어(일부 차량에 한함)
    • 7000호대: 봄바르디어(일부 차량에 한함)
    • 7300호대: 봄바르디어
    • 7400호대: 봄바르디어
    • 7500호대: 봄바르디어
    • 7600호대: 안살도
    • 8100호대: 봄바르디어
    • 8200호대: 봄바르디어(8201~8255), 안살도(8256~8283)
    • 8500호대: 안살도
  • 그 외 철도장비차량 및 검측차량 일부

3.6. 문제점 및 반론

  • "급곡선 등으로 인해 감속해야 하는 구간은 속도제한이 필요한 지점의 수백 미터 앞부터 미리 속도제한을 걸어놓음"
    일부 사실이다. 허용속도는 열차의 길이와 하중(열차DB), 앞열차와의 거리, 지리 데이터 등을 고려하여 속도제한 시점까지 천천히 줄어들며(목표속도) 자연스러운 감속을 유도한다. 저 속도제한 시점의 위치가 곡선 시작 지점이 아닌 곡선 시작 지점에서 수백미터 떨어진 지점에 위치해 있다. 이 속도제한 시점과 실제 곡선과의 거리는 국가설정값에 의한 안전 확보 거리와 공주거리의 합으로 여객열차 기준 280~430m의 거리 차이가 발생한다.
  • "정차역 통과 방지를 이유로 정차열차에 대하여 출발신호기 정지 현시, 출발신호기 발리스까지 25km/h 제한이 발생한다."[21]
    정차열차에 대한 출발신호기 정위가 정지로 설정된 것과 완해속도는 ATP 시스템이 기본적으로 제공하는 기능이다. 이는 열차의 이동권한(EoA)이 종결됨을 의미하며, 완해속도는 이동권한 종결지점까지 운행하는 것이 허용된 속도이다.[22]
    정거장 진입중 마지막 발리스로부터 수신받은 이동권한 데이터가 출발신호기-정지이므로 출발신호기까지 완해속도가 발생하는 것으로, 이는 인필발리스를 열차정지위치 앞에 설치하여 인필정보 "출발신호기-진행"임을 중계하도록 함으로서 충분히 해소할 수 있는 문제이다.
    하지만 인필발리스는 ATP 시스템의 필수 구성요소가 아니므로 ATP 초기 개량사업 구간인 경부선, 호남선 등은 이를 설치하지 않았기 때문에 출발신호기 전방까지 완해속도가 발생하는 것이다. 현재 주요 정거장에 대하여 인필발리스 설치 개량사업을 통해 완해속도 해제 시점을 앞당기고 있다.[23] 경춘선, 원주강릉선 등 비교적 최근에 신설된 철도노선은 인필발리스가 정지위치 앞에 설치되어 있어 상당히 빨리 해소된다.
    단, 위의 문제와 별개로 25km/h로 설정되어 있던 완해속도를 15km/h로 하향조정 하였다. 국가철도공단이 철도건설지침상 규정속도를 낮춘 것으로 ATP 개량 이후 호남선, 경부선 동대구 이남, 서대구역, 서해선 등 여러 곳의 제약이 심해졌는데, 그에 비해 인필발리스가 잘 보급되어 있지는 않다.
  • "속도제한 등의 이유로 운행시간이 더 늘어나 ATS보다 비효율적이다."
    이는 ATP 시스템을 정확히 이해하지 못하여 발생하는 오해다. ATP는 선로의 지리적 정보(구배, 곡선반경 등), 열차의 길이 등의 모든 정보를 종합하여 열차가 최적의 환경에서 운행할 수 있도록 하는 장치이다. ATS의 운전속도 및 신호에 따른 속도제한보다 훨씬 효율적으로 열차를 운전할 수 있으며, 특히 ATP 운전의 경우 열차는 이동권한 종결지점(통상 정지 현시 신호기까지) 전방에 정차할 수 있도록 감속도가 유동적으로 조절된다.
    또한 ATS는 신호별 최고응동속도가 정해져있어 고속운전에서는 ATP보다 불리하다.
    • 일반열차: G 신호에서 최고 150km/h 까지 응동
    • 고속열차: G 신호에서 최고 160km/h 까지 응동

다만 기존선에서는 장점이 주는 최적의 환경 제공보다 위에 적힌 문제점으로 인한 운행시간 증가가 더 큰 문제로 작용해서 열차 운행 시간이 늘어나는 부작용이 있다.
  • MMI의 프로그램 및 UI가 제조사마다 달라 사용방식에 약간의 차이가 있어 오취급 등 혼선이 종종 발생한다. 안살도 장치의 경우 기동이 비교적 오래 걸린다. 또한 최고속도 변경이 불가능해 기관사에게 혼동을 주기도 한다.

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[24]

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] LZB 700M [3] 패턴 발생 장치 1개와 업데이트 장치 3개로 구성된다. [4] 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. [5] 2023년 이전에는 5개 [6] 보통 이런 노선은 지상신호시스템 자체가 설치되어있지 않은 노선인 경우가 많다. 지상신호시스템이 설치되어 있는 경우에는 보통 Level STM 단계가 설정되어있기 때문이다. [7] 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. [8] 열차의 제어를 담당하는 가장 핵심적인 장치로, 지상자에서의 데이터 수신과 해석 화면 표시등을 나타내는 컴퓨터로 일종의 VOBC이다. [9] 발리스에 대한 자세한 설명은 아래에 있다. [10] 출발신호기가 진행신호를 현시하더라도 출발신호기에 연동된 지상자를 지나지 않는 이상 정지신호에 맞춰 이동한다. 반대로 진행정위는 지상자 통과 여부와 관계없이 가속이 가능하다. [11] 신호현시같은 기본적인 정보 [12] 이때도 중요 거점의 폐색은 기능을 모두 사용한다. [13] 상술했다시피 이동 중에도 완전한 이동폐색과는 거리가 있다. [14] 발리스그룹(BG, Balise Group), 궤도상에서 동일한 지점에 설치되는 한 조 혹은 그 이상의 발리스를 말한다. [15] 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. [16] Staff Responsible 모드, 단순 표기 차이이며 의미는 같다. [17] 경부1선에 한해서만 설치되있다. [18] 도담~망호간 ATP 미개시, 2024년 하반기 개시 예정 [19] 기존에 차상장치를 제작하던 안살도를 히타치가 인수하면서 사명을 히타치 레일 STS로 바꾸었다. 따라서 제작사가 히타치로 나온다. [20] 기존에 차상장치를 제작하던 봄바르디어를 알스톰이 인수하면서 사명을 알스톰으로 통합하고, 봄바르디어 브라질 공장도 알스톰에 넘어갔다. 따라서 제작사가 알스톰으로 나온다. [21] 한국철도공사 361000호대 전동차도 정차열차에 대하여 출발신호기 정지 현시, 출발신호기 발리스까지 25km/h 제한이 발생되면 승차감이 좋아지고, 개선된다. [22] 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. [23] 완해속도를 45km/h로 상향조정하는 방안이 검토되었으나 인필발리스를 보급하는 것으로 결정되었다. 구조상 인필발리스의 설치가 힘들거나 설치되지 않는 정거장을 제외하고 여러 정거장에 설치되었다. [24] 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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