KTCS 열차제어시스템 기술 해설(개정판)

제1부 KTCS 열차제어시스템의 이해
제 1장 열차제어시스템(KTCS-2) 개발 배경
1.1 개발 배경 및 필요성 : 간선과 도시철도 신호시스템 표준화 12
1.2 철도신호 열차제어 시스템의 개요 12
1.3 ERTMS/ETCS와 CBTC 개요 14
1.4 ERTMS와 KTCS-2의 개요 및 차이점 18
제 2장 한국형 열차제어시스템(KTCS)의 발전 : 1, 2, 3단계
2.1 KTCS-1 (ETCS Level 1) 31
2.2 KTCS-2 (ETCS Level 2) 32
2.3 KTCS-3 (ETCS Level 3) 33
제 3장 KTCS-2와 KTCS-M : 핵심 특징과 차이점 비교
3.1. KTCS-2의 핵심 특징과 시스템 구조 35
3.2. KTCS-M의 핵심 특징과 시스템 구조 36
3.3. KTCS-2와 KTCS-M의 기술적 공통점 및 차이점 심층 분석 38

제2부 간선/고속철도 표준 － KTCS-2
제 4장 KTCS-2 시스템 구성 및 기능
4.1 지상 설비(Wayside Equipment) 44
4.2 차상 설비(Onboard Equipment) 81
제 5장 핵심 기술요소 분석
5.1. 위치 검지 기술 91
5.2. 이동권한(MA) 방식 91
5.3. KTCS 제동 특성 요약 92
5.4. DMI(Driver Machine Interface) 설계 및 운전 패턴 96
5.5. ETCS-2 LEVEL 전환: 원리와 절차 100
제 6장 KTCS-2의 신경망, LTE-R
6.1. 철도 전용 통신 기술, LTE-R 102
6.2. 음성, 영상, 데이터가 함께 전송되는 통신 103
6.3. 3단계 검증 안전 확보 103
6.4. 철도무선통신망(LTE-R)의 중앙센터설비 104
6.5. LTE-R 특징 및 주파수 내역 104
제 7장 KTCS-2의 운영 논리
7.1. KTCS-2 RBC의 역할과 논리 알고리즘 106
7.2. KTCS-2의 열차 간 간격 유지 기술 122
7.3. KTCS-2 진로설정 및 열차 진로처리 133
7.4. KTCS-2 비정상 상황 대처 로직 136
7.5. KTCS － 동작 모드 138
제 8장 KTCS-2 도입 효과 및 과제
8.1. 수송용량 증대 및 유지보수 비용 절감 분석[정량적 효과] 145
8.2. 기술 종속 탈피와 K-철도 브랜드 강화[정성적 효과] 146
8.3. 기관사와 관제사의 업무 변화[인적 효과] 146
8.4. 신호장치 간소화, 설비 유지보수 비용 절감 148
8.5. 운전 자동화 수준 향상 149
8.6. 통신 장애/EMI 문제 및 대응 방안 150
제 9장 KTCS-2 안전성 증명 및 인증
9.1. Fail-Safe 원칙과 다층적 구현 152
9.2. 개발 생명주기와 안전성 활동(V&V) 155
9.3. 안전무결성등급(SIL)의 이해와 적용 160
9.4. 안전기능평가(GA & SA) 161
9.5. 시스템 승인 및 인증절차 164
9.6. 안전성 증명(Safety Case) 사례 166
제 10장 성능 검증 및 적용 사례
10.1. KTCS-2 RAMS 요구사항 169
10.2. 최초의 시험대, 전라선 시범사업의 성공 173
10.3. 비수도권 최초 광역철도, 대경선 적용 사례 173
10.4. 전국 고속철도망으로의 확대 : 경부고속선, 호남고속선 적용 계획 174
제 11장 ETCS-2 시스템 시험 인증 절차 종합 분석(Multitel 사례 중심)
11.1. 실험실 검증의 필요성과 목적 175
11.2. ETCS Level 2 시스템의 이해 176
11.3. 시험 인증기관의 역할 및 절차 177
11.4. 시뮬레이션 시험 시나리오의 유형 178
11.5. 인터페이스 및 성능 검증 시험 절차 182
11.6. 운영 시나리오 기반 통합 성능 검증 185
11.7. 검증과 안전성 보장 187
제 12장 KTCS-2 도입에 따른 유지보수자, 기관사, 관제사 교육
12.1. 유지보수자 188
12.2. 기관사 191
12.3. 관제사 196

제3부 도시철도 표준 － KTCS-M
제 13장 KTCS-M의 이해
13.1. KTCS-M(CBTC 기반) - 도시철도 표준 202
13.2. 도시철도신호시스템(KTCS-M) 적용 204
13.3. CBTC 기반 이동폐색과 완전 무인운전(GoA 4) 208
13.4. KTCS-M 시스템 아키텍처 및 특징 209
제 14장 KTCS-M 도입 효과 및 전망
14.1. KTCS-M 도입에 따른 도시철도 운영 효율 극대화 및 비용 절감 효과 214
14.2. 기관사 및 관제사 업무 변화 215
14.3. KTCS-M과 국가 철도망 통합 신호체계 연계 과제 218
제 15장 KTCS-M 적용 사례 분석
15.1. 기술 검증의 초석 - 일산선 시범사업 상세 분석 226
15.2. 최초 상용화의 이정표 - 신림선 완전 무인운전(GoA 4) 구현 228
15.3. 표준의 확산 - 광역철도로의 확장과 미래 전망 229

제4부 차세대 기술과 미래 발전 방향 및 기술 표준
제 16장 다음 세대의 기술 : KTCS-3와 가상결합
16.1. 궤도회로가 필요 없는 진정한 무선통신 기반 제어 234
16.2. KTCS-3 시스템 특징 234
제 17장 미래 철도 기술 : 가상결합(Virtual Coupling) 및 Hybrid Level 3
17.1. 열차가 스스로 소통하는 '가상결합(Virtual Coupling)' 기술 244
17.2. Hybrid Level 3 244
제 18장 K-열차제어시스템의 과제와 발전 방향
18.1. 세계시장으로의 도전과 경쟁력 강화 250
18.2. 우리가 풀어야 할 과제 251
18.3. 인공지능(AI) 기반 예지정비 시스템 연계 방안 252
18.4. 사이버보안, 레질리언스 강화 및 디지털 트윈 적용 254
18.5. 종합 발전 방향 256
제 19장 기술 기준 및 표준 : KRS와 국제 표준
19.1. 국가 철도신호 규격 (KRS) 258
19.2. ERTMS/ETCS Level 2 기술문서 참조 259
19.3. ISO/IEC/ITU 관련 표준 적용 260

제5부 신호 엔지니어를 위한 기술 강의
제 20장 KTCS-2 열차제어시스템의 이해
20.1. KTCS-2의 등장과 기술적 배경 268
20.2. KTCS-2 고정폐색 시스템 운용 분석 277
20.3. KTCS(ETCS) 제동 모델 기술 해설 285
20.4. 철도 신호 시스템 통신 프로토콜 기술 설명 296
20.5. 열차제어시스템(KTCS-2) 성능지표 표준화 및 RAMS 공학 314
20.6. KTCS-2 사이버보안 설명 321
20.7. 열차제어시스템(KTCS-2)의 시험·인증 절차 337
20.8. 열차제어시스템(KTCS-2)의 장애·열화 운전 대응 설명서 346
20.9. KTCS-2 신호 엔지니어를 위한 통신 공학 353
20.10. 한국형 CBTC(KTCS-M)의 핵심 원리 및 아키텍처 분석 373
20.11. 철도 선로용량에 대한 이론, 적용 및 증대 방안 389
20.12. KTCS 신호 엔지니어를 위한 RAMS 기초 이론 400

부록

1. 신호 약어 416
2. 신호 용어 420
3. KTCS-2 통신 시스템 용어 및 약어집 435
4. EULYNX : 유럽 철도 신호 시스템의 혁신을 이끄는 표준화 이니셔티브 443
5. 통신관련 Data 445
참고자료 449

맺음말

서석철 ■ 학력
ㆍ서울과학기술대 철도전문대학원
■ 자격
ㆍ공학박사, 철도신호기술사
■ 경력
ㆍ철도청/서울메트로
ㆍ서울특별시도시철도공사 기술연구소장
ㆍ(주)대림산업 기술고문
ㆍ현 ㈜경인기술 상임고문
ㆍK2 전라선 시범사업구간 감리 활동
■ 위원참여
ㆍ서울특별시 설계기술 심의위원
ㆍ인천/광주/대구광역시 기술자문위원
ㆍ한국철도공사 기술자문위원
ㆍ국가철도시설공단 기술자문위원