2014 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2014S038

고속철도 전기분야 실시간 이상데이터 전송시스템 개발에 관한 연구

A study on development electric real-time defect data transmitting system

서보필*, 이기우*†, 박상현*, 이병곤**, 조철희**

Bo-pil Seo*, Ki-woo Lee*†, Sang-hyun Park*, Byeong-gon Lee* *, Chul-hee Cho* *

Abstract Currently, Electric-facility measuring works depend on foreign-made equipment and train. So, through the R&D subject ‘Development of Automatic Diagnosis for in-cab Electric Inspection Systems of High Speed Railway’, we are developing about domestically technologies of Catenary, Signals and Telecommunications in order to replace it. In this paper, describe about development and field test of part subject ‘Electric Real-time Defect data

Transmitting System’. We introduce management system which is transmit defect data to the relevant departments in real-time under the high speed train using commercial wireless communication. Keywords : Inspection data, Real-time transmitting, Wireless communication 초 록 현재 고속철도 전기시설물 검측은 외산 검측차량 및 검측장비에 크게 의존하고 있다. 이에 따른 여러 단점을 보완하기 위해 국가 R&D 과제 ‘고속철도 차상 전기검측시스템 자동화진단 기술개발’을 통해 전차선, 신호, 무선통신 분야에 대한 국산화 기술 개발이 진행 중이다. 본 논문은 현재 진행중인 연구과제 내용 중 하나인 ‘고속철도 전기분야 실시간 이상데이터 전송시스템’개발 및 현장시험에 관한 내용을 다루고 있다. 고속이동 환경에서 상용 무선통신망을 이용하여 검측데이터를 전송하는 시스템에 대하여 소개한다.

주요어 : 검측데이터, 실시간 전송, 무선통신

1. 서 론

한국철도공사에서는 전기시설물 관리를 위해 영업용 고속차량인 KTX-36호 차량에 전차선,

신호, 무선통신 분야의 검측장비를 탑재해 운영하고 있다. 반면 이러한 검측 장비의 주요

핵심 부품 및 장비는 여전히 외산장비를 이용하고 있는 실정이며 초기 도입 이후 데이터 분

석기능의 유연성 부족 및 사용자의 요구사항 대응이 어려운 실정이다. 이러한 문제점을 보

완하기 위해 한국 철도공사에서는 국가 R&D 과제인 ‘고속철도 차상 전기검측시스템 자동

화진단 기술개발’과제를 통해 전차선, 신호, 무선통신 분야에 대한 검측장비 개발을 진행

중이며 현재 4차년도 진행단계인 ‘현차 테스트 및 적용’단계를 진행 중에 있다.

† 교신저자: (주)휴니드테크놀러지스 연구소(kwlee@huneed.com)

* (주)휴니드테크놀러지스 연구소

** 한국철도공사 기술연구처

본 논문에서는 ‘고속철도 차상 전기검측시스템 자동화진단 기술개발’연구내용 중 하나

인‘실시간 이상데이터 전송시스템’개발에 관한 내용을 소개한다.

2. 본 론

2.1 시스템 개념

본 연구의 목표는 고속으로 이동 중인 차상에서 지상으로 검측된 이상데이터를 실시간으

로 지상의 관리서버로 전송하고 이를 유관부서에 전달하는 ‘고속철도 전기분야 실시간 이

상데이터 전송시스템’(이하 ‘실시간 이상데이터 전송시스템’)개발이다. ‘Fig. 1’은 본

연구에서 연구개발 중인 ‘실시간 이상데이터 전송시스템’의 전체 개념도이다. 전기, 신호,

무선통신 분야의 검측데이터 측정과정에서 이상데이터가 발견되면 이를 차상의 실시간 전송

모듈에 전달한다. 실시간 전송모듈에서는 이상데이터를 상용 무선통신망을 이용하여 지상의

데이터 수신서버로 전송하여 즉각적으로 유관 부서에 이상데이터 내용을 통보한다.

Fig. 1 Conceptual diagram of Electric Real-time Defect data Transmitting System

2.2 연구 내용

‘실시간 이상데이터 전송시스템’은 검측장비로부터 이상 검측데이터를 전달받아 관리자

에게 전달하는 것이 주 기능이다. 총 4차년도 연구기간 중에서 3차년도에 걸쳐 시작품과 개

발품 제작을 진행하였고, 본 차년도인 4차년도에서는 개발된 시스템에 대한 보완 및 현차

테스트 수행이 주요 연구내용이다.

2.2.1 시스템 구성

‘실시간 이상데이터 전송시스템’은 그 특성에 따라 차상의 실시간 송신모듈, 지상의 실

시간 수신모듈, 그리고 실시간 클라이언트모듈 형태로 구성된다.

차상의 실시간 송신모듈에서 지상의 실시간 수신모듈로 데이터를 전송하기 위한 통신망은

철도 전용망이 아닌 상용 무선통신망을 이용하는데 현재 대중화된 4G(LTE) 통신방식을 사

용하며 LTE/3G 듀얼 통신모뎀을 채택하여 LTE 음영구간 내에서의 데이터 전송 안정성을

확보하였다.

Table 1 Modules of Real-time transmitting

모듈이름 주요기능 운영장소

실시간 송신모듈 (RTA) 이상데이터 수집

이상데이터 전송 차상 PC

실시간 수신모듈 (RTASVR) 이상데이터 수신

데이터베이스 저장 지상 Server

실시간 클라이언트 (RTACL) 이상데이터 모니터링

이상데이터 통보 관리자 PC

(1) 실시간 송신모듈

실시간 송신모듈은 차상에서 각 분야별 검측장비로부터 실시간 이상데이터를 전달받아 지

상의 실시간 수신모듈로 전달하는 기능을 담당하는 모듈이며 차상의 검측장비로부터 전달받

은 이상데이터와 지상의 실시간 수신모듈로 전송한 데이터 현황 및 기타 각종 시스템 상태

를 표시한다.

Fig. 2 Real-time Transmission module (RTA)

(2) 실시간 수신모듈

실시간 수신모듈은 실시간 송신모듈로부터 실시간 이상데이터를 수신하여 통합 데이터 관

리 서버에 저장하는 기능을 담당하는 모듈이며 수신된 이상데이터 현황과 기타 각종 시스템

상태를 표시한다.

Fig. 3 Real-time Reception module (RTASVR)

(3) 실시간 클라이언트 모듈

차상에 전달된 실시간 이상데이터는 최종적으로 통합 데이터 관리 서버에 저장되는데, 실

시간 클라이언트 모듈에서는 이를 모니터링 하다가 이상데이터가 발견되면 해당 내용을 사

용자에게 통보한다.

Fig. 4 Real-time Client module (RTACL)

2.2.2 이상데이터 항목

각 검측 분야에 대한 이상데이터 전송항목을 ‘Table 2’와 같이 분류하였다. 검측된 이상데이

터는 테스트 기반으로 실시간 전송 시스템으로 전달된다.

Table 2 List of Inspection data for Real-time transmitting

구분 이상데이터 전송 대상 검측 항목

검측 항목 검측 내용

전차선

전차선 동적 높이/편위 높이, 편위

전차선 아크 영상 아크 지속시간, 전류

전차선 과하중 지점 접촉력

전차선로 열화상 전차선 온도, 조가선 온도

신호

연속정보 연속정보

불연속정보 불연속정보

보상콘덴서정보 보상콘덴서정보

ETCS 발리스정보 ETCS 발리스정보

무선통신

ATSTRO Voice 전계강도, 주파수 편차, 측정 주파수

ASTRO Data 전계강도, BER

TETRA Voice 전계강도, 주파수 편차, 측정 주파수

TETRA Data 전계강도, BER

불요파 측정 주파수

2.2.3 이상데이터 차상 인터페이스

차상의 각 분야별 검측장비로부터 이상데이터를 전달받기 위한 차상 인터페이스 작업을

수행하였다. 데이터 통신 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 방식 중 하나인 Ethernet 기반

TCP/IP 통신 방식을 이용하였으며, 각 분야별 검측장비를 Client, 실시간 송신모듈을 Server로

구성하였다.

Table 3 Data Interface method

구분 상세 정보

전송방식 Full Duplex

통신속도 10/100Mbps

통신방식 TCP/IP

접속방식 Server : 실시간 송신모듈 / Client : 각 분야 검측장비

Socket Type Socket Stream

오류검사 CRC-16(2Byte)

2.2.4 이상데이터 지상 인터페이스

이상데이터 차상 인터페이스와 같이 지상의 실시간 수신서버로 이상데이터를 전송하기 위

해서 인터페이스 작업 수행이 필요하다. 차상의 실시간 송신서버와 지상의 실시간 수신서버

사이의 인터페이스 역시 차상 인터페이스와 동일한 방식을 이용하여 데이터를 송수신한다.

단, 상용 무선통신망을 이용하기 때문에 Advanced Encryption Standard(AES) 방식을 사용하

여 전송데이터를 암호화하여 보안성을 강화하였다.

2.2.5 상용 무선통신망 안정성 현차 테스트

고속 이동중인 차상에서 상용 무선통신망을 이용하여 데이터를 안정적으로 전달하기 위해서

는 무선통신망의 안정성 확보는 매우 중요한 요소이다. 하지만 본 시스템에서는 상용 무선통

신망을 이용하는 제한적 요인으로 인하여 제공되는 통신망 품질을 따를 수 밖에 없다.

따라서 무선 통신망이 불안정한 상황에서도 이상데이터를 안정적으로 전달하기 위한 별도의

데이터 처리 알고리즘을 적용하였으며 여러 차수에 걸친 현차 테스트를 통하여 데이터 전송성

능 테스트를 수행하였다.

테스트 결과 무선 통신망 품질환경에 따른 데이터 재전송 비율에 차이는 발생하지만, 전송

한 모든 데이터는 정상적으로 전달되는 것을 확인할 수 있었다.

Table 4 Comparison experiments of Wireless communication on HEMU-430X

차수 테스트 차량 통신망 테스트 구간 최고속도 전송 완료율 재전송율

1

HEMU-430X

LTE 울산 고모 410km/h 100% 6.46%

2 LTE 고모 울산 300km/h 100% 10.34%

3 3G 울산 고모 412km/h 100% 30.38%

4 3G 고모 울산 300km/h 100% 26.11%

Table 5 Comparison experiments of Wireless communication on KTX-36

차수 테스트 차량 통신망 테스트 구간 최고속도 전송 완료율 재전송율

1 KTX-36호

LTE 광명 부산 300km/h 100% 2.14%

2 LTE 부산 광명 300km/h 100% 1.19%

2.2.6 실시간 이상데이터 전송시스템 통합 현차 테스트

개발된 시스템에 대한 검증 및 완성도를 높이기 위한 작업으로 현차테스트는 매우 중요한

의미를 갖는다. 본 연구에서도 이를 위하여 현재 전기분야 검측 시 운영하고 있는 KTX-36호

차량을 이용한 현차 테스트를 계획하였으며, 현재 각 검측 분야별로 개발된 검측장치를 설치

하여 기능테스트를 수행하고 있다. 검측 분야별로 검측시스템 기능 테스트가 완료되면 검측작

업부터 이상데이터 차상 인터페이스, 지상 전송, 관련부서 통보에 이르기까지의 실시간 전송

시스템 전체 통합 연동시험을 수행할 계획이다.

Fig. 5 System network connection of Electric Real-time Defect data Transmitting System for Field test

3. 결 론

본 논문에서는 ‘고속철도 차상 전기검측시스템 자동화진단 기술개발’ 과제 내용 중 하나

인 ‘실시간 이상데이터 전송시스템’에 관한 시스템 소개 및 현차 테스트 내용에 대해 기술

하고 현장시험을 통하여 안정적인 시스템 운용이 가능하다는 것을 검증하였다.

현재의 무선통신 기술은 본 논문에서 기술한 검측데이터 관리분야 외에 차량상태 감시, 객

실감시, 열차제어, 빅데이터 관리 등 다양한 분야에 걸쳐 확대적용이 가능하다. 현재 대부분

의 국가에서 철도 무선통신망(LTE-R) 적용을 검토하고 있으며 최근에는 국내 철도 전용 실험

용 무선주파수(1.8Ghz)가 확보되는 등 고속 무선통신망에 대한 활용성이 점차 확대되어가는 만

큼 관리시스템 분야에서도 이를 활용할 수 있는 다양한 연구도 지속되어야 할 것이다.

ACKNOWLEDGMENT

This research was financially supported by the "Development of Automatic Diagnosis for in-cab

Electric Inspection Systems of High Speed Railway(13PRTD-C056172-04)" funded by Korea Agency for

Infrastructure Technology Advancement (KAIA) of Ministry of Land, Infrastructure and Transport,

Republic of Korea.

참고문헌

[1] Seungho Lee (2013) A Study of Wireless Communication Network Constructing Policy Plan for an

Efficient Railroad System Infrastructure, Conference of the Korean Society for Railway. [2] Sang-hyun Park (2013) Development of Electric Inspection data Management System, Conference of

the Korean Society for Railway.

[3] Bo-pil Seo (2013) Development of Electric Real-time Defect data Transmitting System, Conference of the Korean Society for Railway.

[4] YAN-SUN (2011) Study on the Effectiveness of High-Speed Railway Communication and Signaling

System Based on 4G LTE Technology, Conference of the Korean Society for Railway. [5] 한국철도공사 (2011) 고속철도 궤도회로 차상검측시스템 기술개발, 건설교통기술평가원,

연구개발계획서.