전기전자/정보통신

미쓰비시전기 기보_2018.7 권두언(p1)

[특집] 교통 시스템
IoT를 활용하여 일본에서 열차제어이노베이션 발신
나카무라 히데오(中村英夫) / 도쿄대학 대학원 신영역창성과학연구과 객원공동연구원

독일 정부가 주도하는 ‘인더스트리 4.0(제4차산업혁명)’은 IoT를 이용하여 제조업의 생산 형태를 크게 바꾸는 것이라고 알려졌다. 그러나 오늘날에는 단순한 생산 형태의 진화에 그치는 것이 아니라 IoT를 통해 수집∙축적되는 빅데이터를 인공지능(AI)으로 분석하여 새로운 상품이나 서비스를 창출하는 등 개념도 점점 발전하고 있다. 경제산업성의 2017년 제조백서에서는 산업 유형(최종제품, 부품∙부재, 소재, 설비) 별로 다양한 제4차산업혁명 대책을 소개하고 있다. 그 가운데 ‘설비’는 고객에게 제공하는 원격 보수 및 예지보전(Predictive Maintenance) 서비스를 중심으로, 법인 고객이 설비 조달 및 이용 시에 필요한 노무 비용 삭감을 위한 대응 사례를 많이 다루고 있다.

각 산업계가 IoT를 중심으로 새로운 대책 및 이노베이션에 도전하고 있다. 철도업계에서도 빅데이터나 AI를 이용한 업무 개선이나 예지보전 향상을 위한 도전을 정력적으로 추진하고 있다. 단, 기존의 업무 개선이나 개량에 그쳐서는 안 된다. 경제학자 이와세(岩瀬) 씨는 ‘제4차산업혁명’을 과학기술 이노베이션의 관점에서 논하고 있다. 이노베이션의 중요한 핵심으로 “기업가가 기존의 가치를 파괴하고 새로운 가치를 창조해 나가는 것을 경제 발전의 원천으로 삼은 것이다”라는 조지프 슘페터의 이노베이션론을 소개하고 있다.

슘페터처럼 기존의 가치를 파괴한 철도시스템의 이노베이션을 생각할 때 가장 중요한 것은 안전한 구조의 재구축일 것이다. 철도의 안전에 있어서 가장 기본 개념으로 폐색장치를 들 수 있다. 열차의 안전을 확보하기 위해서는 운전방향제어와 열차간격제어가 필요하며 그 임무를 폐색장치가 담당했었다. 그러나 실제로는 폐색장치가 있어도 사고는 빈발하였고 ATS(자동열차정지장치)나 ATC(자동열차제어장치)의 도움을 받아 안전을 확보하고 있는 것이 실정이다.

열차에는 주행 가능한 지점(주행허가지점)에 대한 정보를 부여하고 그 후의 보안은 열차에 맡긴다. 그렇게 하면 ATS나 ATC 등의 장치는 필요 없게 된다. 이 방식을 역 중간이나 역 구내의 구별 없이 공통으로 적용한다. 차세대열차제어시스템으로서 철도총연이 개발하고 있던 CARAT의 기본 구상이다. 이 연구개발에서는 연동장치도 포인트제어라는 이름으로 바뀌어 기술 개발이 이루어졌다. 연동장치에는 과거에 발생한 사고를 교훈 삼아 다양한 쇄정(Locking) 논리나 안전 논리를 반영해 왔다. 관점을 달리하면 연동장치는 인간의 실수에 기인하는 사고방지 장치이기도 하며 오늘날 철도 안전에 반드시 필요한 장치로 인식되고 있다. 그러나 인간이 조작하는 것이 아니라 처리장치가 차상장치와 협조하여 일원적으로 진로를 다루게 되면, 진로 상호간 배타제어나 여러가지 쇄정도 필요 없게 된다. 연동장치는 열차의 주행로 확보를 위해 전철기(포인트)를 전환시키는 단순한 기능으로 퇴보할 수 있다. CARAT개발 시에 ‘포인트제어’라는 이름이 부여된 이유이기도 하다.

마찬가지로 건널목도 열차 주행로를 확보하는 장치가 된다. 이러한 장치들의 상태가 주행허가지점 정보에 반영되면, 지상에서 열차를 제어하는 것은 주행허가지점으로서 블록번호와 블록 내의 위치정보가 차상장치에 부여되는 형태로 일원화할 수 있다. 실은 CARAT뿐 아니라 JR동일본이 실용화한 무선식 열차제어시스템 ATACS도 역 중간이나 역 구내의 구별 없이 주행허가지점정보를 부여하는 구조로 되어 있다. 궁극의 무선식 열차제어시스템 모습은 전철기 제어, 건널목 제어는 모두 주행로 확보를 위한 장치가 된다.

이 차세대 열차제어를 목표한 이노베이션은 센터처리장치, 차상장치, 전철기, 건널목 장치를 각각 IoT로 연결하여 실현한다. 제4차산업혁명의 철도판이다. 현장에 논리장치를 배치하지 않는 이 열차제어시스템은 신뢰성, 안전성, 보전성에서 유리하고 또한 속도 향상 등 철도시스템의 기능 향상을 저비용으로 실현한다. 그리고 궤도를 보수 관리하기 위한 데이터 계측도 주행 시의 차량동요계측 등의 본질적인 것으로 치환된다.

고정 폐색(Block System)에서 벗어나면서 속도 향상은 물론 수송 혼란에도 강한, 저비용의 강인한 철도시스템으로 재탄생하는 것을 기대할 수 있다. 교통시스템으로서 철도의 지위를 향상시키는 철도재생의 처방전이기도 하다. 유럽이 UNIFE의 지원 하에서 나라별 설비의 다양성을 통합하기 위한 개량 정책을 Shift2Rail로서 전력 투구하고 있는 오늘날, IoT에 의한 철도의 제4차산업혁명 이노베이션을 일본에서 창출하는 것은 매력적인 과제라고 생각한다.

▶ 목차
특집: 교통시스템
1. [권두언] IoT를 활용하여 일본에서 열차제어이노베이션 발신
2. [권두논문] 교통시스템의 장래 전망
열차 제어 솔루션
3. 차량제어시스템 기술의 진화와 전망
4. 최신 열차제어시스템
5. 내(耐)환경형 고기능 ERP스위치
메인터넌스 솔루션
6. 철도차량용 보수지원시스템의 최신 동향
7. 동일본여객철도㈜용 E235계 차량용 공조장치의 특징과 메인터넌스성 향상
8. 3차원 모델 AR을 이용한 보수 점검 작업 지원 기술
여객서비스솔루션
9. 장래의 역(驛)∙차량의 원활하고 쾌적한 교통시스템의 컨셉트 제안
10. 철도챠량용 디지털사이너지의 최신 동향
에너지∙환경솔루션
11. 철도차량용 추진제어시스템의 최신 동향
12. 역사(驛舍)의 보조전원장치 ‘S-EIV’의 라인업 충실과 운용 실적
13. 관련 거점 소개
14. 특허와 새로운 제안

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