TVM (철도 신호)
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목차
1. 개요
TVM(Train à Grande Vitesse, 철도 신호)은 프랑스 CSEE(현재 히타치 레일 STS의 일부)가 개발한 열차 자동 제어 시스템이다. TVM은 고속선과 채널 터널에서 사용되며, 열차의 속도를 제어하고 운행 안전성을 높인다. TVM430은 TVM-300보다 더 많은 정보를 제공하며, 비상 제동 시에도 안전한 속도 제어가 가능하다. TVM은 궤도 회로와 지상자를 통해 정보를 주고받으며, 속도, 구배, 폐색 길이 등의 정보를 열차에 전달한다. TVM은 열차 조종석의 표시등을 통해 운전자에게 정보를 제공하며, 다양한 안전 및 감시 시스템과 연동되어 작동한다.
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| TVM (철도 신호) | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 열차 자동 보호 (ATP) 시스템 |
| 개발 국가 | 프랑스 |
| 적용 노선 | 고속철도 (LGV) |
| 이전 명칭 | KVB (Contrôle de Vitesse par Balise) |
| 제작사 | 알스톰 탈레스 그룹 |
| 기술 사양 | |
| 통신 방식 | 궤도 회로 및 유도 루프 |
| 정보 전송 | 연속식 및 불연속식 |
| 제어 방식 | 속도 감시, 비상 제동 |
| 역사 | |
| 개발 배경 | 기존 신호 시스템의 한계 극복 및 고속 열차 안전 확보 |
| 최초 개발 | 1970년대 |
| 최초 적용 | LGV 쉬드-에스트 |
| 시스템 종류 | |
| TVM-300 | 초기 버전 LGV 쉬드-에스트에 사용 제한적인 기능 제공 |
| TVM-430 | 개선된 버전 LGV 노르, 채널 터널, LGV 지중해 등에 사용 더 많은 안전 기능 제공 |
| 작동 원리 | |
| 궤도 회로 | 열차 위치 및 선로 상태 감지 |
| 유도 루프 | 속도 정보 및 기타 명령 전송 |
| 차상 장치 | 궤도 회로 및 유도 루프에서 정보 수신 열차 속도 및 제동 거리 계산 필요시 자동 제동 |
| 특징 | |
| 고속 운행 지원 | 최고 속도 300km/h 이상 지원 |
| 안전성 향상 | 자동 제동 기능 인적 오류 감소 |
| 운행 효율 증대 | 열차 간 간격 단축 |
| 실시간 정보 제공 | 기관사에게 지속적인 운행 정보 제공 |
| 적용 사례 | |
| 프랑스 | LGV 쉬드-에스트 LGV 노르 LGV 지중해 기타 고속철도 노선 |
| 영국 | 채널 터널 |
| 대한민국 | KTX (일부 구간) |
| 관련 기술 | |
| ERTMS | 유럽 열차 제어 시스템 |
| ETCS | 유럽 열차 제어 시스템 |
| ATP | 열차 자동 보호 장치 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 고속 운행에 적합 높은 안전성 운행 효율 증대 |
| 단점 | 초기 투자 비용 높음 유지 보수 복잡 |
| 미래 전망 | |
| 기술 발전 | 무선 통신 기반 시스템 개발 인공지능 기반 제어 시스템 도입 |
| 적용 확대 | 전 세계 고속철도 노선 확대 도시 철도 시스템 적용 |
2. 역사적 배경
TVM 시스템은 현재 히타치 레일 STS의 일부인 프랑스 그룹 CSEE에 의해 개발되었다.[1]
LGV에서는 TVM-430과 TVM-300, 두 가지 버전의 TVM 신호 시스템이 사용되고 있다.[2] TVM-430은 LGV 노르에서 채널 터널 및 벨기에로 가는 노선에 처음 설치되었으며, 비상 제동 시 열차의 컴퓨터 시스템이 연속적인 속도 제어 곡선을 생성하여, 운전자가 브레이크를 해제하지 않고도 안전하게 속도를 줄일 수 있도록 한다.[2]
2. 1. 초기 역사
TVM 시스템은 현재 히타치 레일 STS의 일부인 프랑스 그룹 CSEE에 의해 개발되었다.[1]LGV에서는 TVM-430과 TVM-300, 두 가지 버전의 TVM 신호 시스템이 사용되고 있다.[2] 이 중 TVM-430은 LGV 노르에서 채널 터널 및 벨기에로 가는 노선에 처음 설치되었으며, TVM-300보다 더 많은 정보를 열차에 제공한다.[2] 특히 TVM-430은 비상 제동 시 열차의 컴퓨터 시스템이 연속적인 속도 제어 곡선을 생성하여, 운전자가 브레이크를 해제하지 않고도 안전하게 속도를 줄일 수 있도록 한다.[2] TVM-430은 한국의 KTX 네트워크에서도 활용되어 고속철도 운영을 향상시키고 있다.[2]
2. 2. 발전과 도입 (TVM430)
TVM은 프랑스 CSEE(현 안살도 STS)에서 개발한 고속철도 신호 시스템이다. 릴레이와 같은 구형 부품이 일부 사용되지만, 고속 주행을 지원하며 ATC와 유사한 차상신호시스템의 일종이다.[1]TVM-430은 TVM-300의 개선형으로, LGV 노르에서 채널 터널, 벨기에 HSL 1 구간에 처음 설치되었다. TVM-430은 열차에 더 많은 정보를 제공하며, 비상 제동 시 브레이크 해제 없이 안전하게 속도를 줄일 수 있는 연속적인 제동 곡선을 생성한다.[5] 또한, TVM400-TVM440(추가 자동 열차 제어), TVM450(무인 운전) 계열에 속하는 모듈식 시스템이다.[2]
TVM-430은 한국 KTX 네트워크에도 활용되어 고속철도 운영을 향상시키고 있으며,[5] 경부고속선, 호남고속선, 수서평택고속선에 설치되어 있다.[2]
3. 작동 방식
TVM은 프랑스 CSEE(현 안살도 STS)에서 개발한 차상 신호 시스템으로, ATC와 유사하다. 고속 주행을 지원하며, 일부 구형 부품(릴레이 등)을 사용한다. TVM에는 TVM300과 TVM430 두 종류가 있으며, TVM430은 LGV 노르 이후 개통된 프랑스 고속선, 채널 터널, 벨기에 HSL 1, 영국 하이 스피드 1, 대한민국 경부고속선, 호남고속선, 수서평택고속선 등에 설치되어 더 많은 정보를 제공한다.[1] TVM430은 연속적인 제동 곡선을 계산하여 안전하게 속도를 줄일 수 있으며, 모듈화된 기능(TVM400-TVM440, TVM450)을 갖춘 계열에 속한다.[1]
TVM 시스템은 궤도 회로를 통해 신호를 전송하며, 열차는 선로에 흐르는 신호 전류를 안테나로 감지한다. TVM은 지상 장치와 차상 장치로 구성되며, 두 장치 모두 모토롤라 68020 프로세서를 사용하고 에이다 프로그래밍 언어로 작성되어 안전성을 높였다.[1]
선로는 약 1,500m마다 폐색 구간으로 나뉘며, 경계에는 파란색 바탕에 노란색 삼각형 표지가 설치된다. 운전석에는 현재 구간의 허용 최고 속도와 전방 선형에 따라 계산된 목표 속도가 표시된다. 허용 최고 속도는 전방 열차와의 거리, 분기점 위치, 속도 제한, 열차 최고 속도, 고속선 종점까지의 거리 등에 따라 결정된다. 열차는 한 폐색 구간 내에 정지할 수 없으므로, 여러 폐색 구간에 걸쳐 제동이 이루어진다.[1]
다른 열차가 점유한 폐색에도 진입할 수 있지만, 속도는 시속 30km로 제한되며, 시속 35km를 초과하면 비상 제동이 작동한다. Np 표시가 있는 폐색은 관제실 허가를 받아야 진입할 수 있으며, 허가 시 폐색 표시기가 점등된다.[1]
열차가 고속선에 진입·진출할 때, 재래선과의 접속 지점에 설치된 루프 회선을 통과하여 운전대 표시를 해당 신호 시스템으로 전환한다. 예를 들어, 고속선에서 재래선으로 나올 때는 TVM 시스템을 종료하고 재래선용 KVB(Contrôle Vitesse par Balise)를 가동한다.[1]
3. 1. 정보 전달 방식
TVM은 연속 정보와 불연속 정보를 주고받는다. 불연속 정보는 궤도에 설치된 지상자를 통해, 연속 정보는 궤도 회로를 통해 전송된다. 이러한 정보는 각각 다른 안테나를 통해 수집되어 차상 컴퓨터에서 해석된다. 조종석에는 현재 속도, 목표 속도, 진행 여부 등의 정보가 표시된다.[1]TVM 시스템은 차상 장치와 지상 장치로 구성되며, 두 장치 모두 모토롤라 68020 프로세서로 작동하고 에이다 프로그래밍 언어를 사용한다.[1]
불연속 정보 지상자는 궤도변 상자에 위치하며, 약 15km(10여 개의 폐색)를 제어한다. 모든 지상자는 중앙 교통 제어 센터와 연결된다. 연속 정보는 궤도에 교류 전류 형태로 전달된다.[1]
TVM430은 4가지 반송 주파수를 사용하며, 고속선 복선 구간에서 서로 다른 두 쌍으로 사용된다. 한쪽 선로에서는 1700/2300Hz, 다른 쪽 선로에서는 2000/2600Hz를 사용한다. 이 대역으로 변조된 27개의 가청 주파수를 임의로 조합하여 전송한다. 과거 TVM300은 18개의 주파수를 사용했으며, 조합은 불가능했다. 각 폐색은 지상자와 통신하며, 궤도 회로가 끊기면 해당 폐색이 점유된 것으로 간주한다.[1]
고속 열차는 앞부분 아래쪽에 설치된 안테나를 사용하여 궤도 신호를 감지한다. 이 안테나는 전방 차축 1m 앞에 위치하며, 궤도와 전방 차축 사이를 흐르는 교류 신호와 자기적으로 결합하여 신호를 감지한다. 열차의 맨 앞과 맨 뒤에 2개씩, 총 4개의 안테나가 있으며, 진행 방향에 따라 2개의 안테나만 활성화된다. 궤도 회로에서 온 신호는 두 개의 디지털 신호 프로세서로 처리된다.[1]
해석된 신호는 27비트 길이로, 각 비트는 27개 주파수 중 하나의 신호에 해당한다. 신호에는 다음과 같은 정보가 포함된다.[1]
- '''속도 코드''': 현재 폐색의 안전 최고 속도, 현재 폐색 끝에서의 목표 속도, 다음 폐색 끝에서의 목표 속도 (Vc, Ve, Va)를 포함한다. 보통 300, 270, 230, 170, 80, 0km/h를 나타내며, 일반적인 가감속 곡선을 따른다.
- '''구배 정보''': 폐색 구간의 평균 구배 정보로, 속도 계산에 사용된다.
- '''폐색 길이''': 속도 계산에 사용되며, 평탄한 고속선에서는 최대 1500m, 채널 터널 끝에서는 150m까지 짧아질 수 있다.
- '''네트워크 코드''': 열차의 최고 속도를 포함한다. 대부분의 고속선에서는 시속 300km/h까지 가능하며, 채널 터널에서는 160km/h로 제한된다. 유로스타 열차는 이 정보가 필요하다.
- '''오류 검증 코드''': 27비트 워드의 오류를 검사하고 수정하는 6비트 순환 중복 검사 (CRC) 코드이다.
이 정보는 차상자로 전송되어 열차 속도 계산에 사용된다. 과거 TVM 시스템은 폐색 끝에서만 대상 속도가 갱신되어 급가속 및 급감속이 필요했지만, 폐색 길이와 구배 정보가 추가되면서 차상 장치에서 더 부드러운 속도 곡선을 계산할 수 있게 되었다.[1]
궤도 회로를 통한 신호 외에, 궤도 회로를 통해 전송된 신호는 열차 하부의 센서를 통해 감지된다. 궤도 회로를 통해 전송된 신호를 통해 다음과 같은 추가 정보를 얻을 수 있다.[1]
- 고속선 진출입
- TVM 시스템 활성화/비활성화
- 터널 진입 전 공기 조절 장치 폐쇄
- 팬토그래프 상승/하강
- 절연 구간 안내
전체 열차 운행 상황은 블랙 박스에 기록된다. TVM430 장착 차량은 디지털 기록 시스템을 사용하며, 제동, 가속, 팬토그래프 조작 등 운전자의 모든 동작과 신호 상황은 자기 테이프에 기록되어 나중에 분석할 수 있다.[1]
3. 2. 지상 장치와 차상 장치
TVM 시스템은 지상 장치와 차상 장치로 구성된다. 두 장치 모두 모토롤라 68020 프로세서를 사용하며, 에이다 프로그래밍 언어로 작성되어 안전성을 높였다. 또한, 시스템에 중복성을 확보하여 고장 발생 확률을 줄였다.[1]지상 장치는 궤도변 상자에 설치되어 있으며, 약 15km 구간(10여 개의 폐색 구간)을 제어한다. 각 지상 장치는 중앙 교통 제어 센터와 연결되어 있다. 연속 정보는 궤도 회로를 통해 교류 전류 형태로 전송된다.[1]
TVM430은 4종류의 반송 주파수를 사용하며, 고속선 복선 구간에서 두 쌍으로 나누어 사용한다. 한쪽 선로에서는 1700/2300Hz, 다른 쪽 선로에서는 2000/2600Hz를 사용한다. 이 주파수에 27개의 음성 주파수를 변조하여 정보를 전송한다. 과거 TVM300은 18개의 주파수를 사용했으며, 조합은 불가능했다.[1]
차상 장치는 열차 앞부분 아래쪽에 설치된 안테나를 통해 궤도 회로 신호를 감지한다. 이 안테나는 전방 차축 1m 앞에 설치되어 있으며, 궤도와 자기적으로 결합하여 신호를 감지한다. 열차에는 앞뒤로 2개씩, 총 4개의 안테나가 있으며, 진행 방향의 안테나 2개만 활성화된다. 궤도 회로 신호는 두 개의 DSP(디지털 신호 프로세서)로 처리된다.[1]
해석된 신호는 27비트 길이이며, 다음 정보를 포함한다.[1]
- 속도 코드: 현재 폐색의 안전 최고 속도, 현재 폐색 끝에서의 목표 속도, 다음 폐색 끝에서의 목표 속도 (Vc, Ve, Va). 보통 300, 270, 230, 170, 80, 0km/h를 나타낸다.
- 구배 정보: 폐색 구간의 평균 구배 정보.
- 폐색 길이: 폐색 구간의 길이. 평탄한 고속선에서는 최대 1500m, 채널 터널 끝에서는 150m까지 짧아진다.
- 네트워크 코드: 열차의 최고 속도를 포함한다. 대부분의 고속선에서는 시속 300km, 채널 터널에서는 시속 160km로 제한된다.
- 오류 검증 코드: 6비트 CRC 코드로, 신호 오류를 검사하고 수정한다.
이 정보는 차상 장치로 전송되어 열차 속도 계산에 사용된다. 과거 TVM 시스템은 폐색 끝에서만 대상 속도가 갱신되어 급가속 및 급감속이 필요했지만, 폐색 길이와 구배 정보가 추가되면서 차상 장치에서 더 부드러운 속도 곡선을 계산할 수 있게 되었다.[1]
궤도 회로를 통한 신호 외에, 궤도 회로를 통해 전송된 신호는 열차 하부 센서를 통해 추가 정보를 제공한다.[1]
- 고속선 진출입
- TVM 시스템 활성/비활성화
- 터널 진입 전 공조 장치 폐쇄
- 팬토그래프 상승/하강
- 절연 구간 안내
전체 열차 운행 상황은 블랙박스에 기록된다. TVM430 장착 차량은 디지털 기록 시스템을 사용하며, 운전자 조작, 신호 상황 등을 자기 테이프에 기록하여 분석에 활용한다.[1]
3. 3. 신호 인코딩 및 정보 내용
TVM430에서 사용되는 정보는 궤도 회로를 통해 전송되는 연속 정보와 지상자를 통해 전송되는 불연속 정보로 나뉜다. 이 정보들은 열차 앞부분 아래쪽에 설치된 안테나를 통해 수신되어 차상 컴퓨터에서 해석된다.[1]TVM430은 4종류의 반송 주파수를 사용하며, 고속선 복선에서 서로 다른 두 쌍(1700/2300Hz, 2000/2600Hz)으로 사용된다. 이 주파수에 27개의 음성 주파수를 변조하여 정보를 전송한다. 과거 TVM300은 18개의 주파수를 사용했고, 조합이 불가능했다.[1]
해석된 신호는 27비트 길이이며, 다음 정보를 포함한다.[1]
- '''속도 코드''': 현재 폐색의 안전 최고 속도, 현재 폐색 끝과 다음 폐색 끝에서의 목표 속도를 포함한다. (Vc, Ve, Va)
- '''구배 정보''': 폐색의 평균 구배 정보로, 속도 계산에 사용된다.
- '''폐색 길이''': 폐색 길이는 속도 계산에 사용되며, 평탄한 고속선에서는 최대 1500m, 채널 터널 끝에서는 150m까지 짧아진다.
- '''네트워크 코드''': 열차의 최고 속도를 포함하며, 채널 터널을 다니는 유로스타 열차에 필요하다.
- '''오류 검증 코드''': 6비트 CRC 코드로, 신호 오류 검증 및 수정에 사용된다.
과거 TVM 시스템에서는 대상 속도가 폐색 끝에서만 갱신되었으나, 이후 폐색 길이와 구배 정보가 추가되어 차상자 내에서 더 매끄러운 속도 곡선을 계산할 수 있게 되었다.[1]
TVM-430은 히타치 레일 STS(Hitachi Rail STS)의 일부인 프랑스 그룹 CSEE(Compagnie de Signaux et d'Entreprises Electriques)에 의해 개발되었다. 한국의 KTX 네트워크에서도 활용되고 있다.[1]
3. 4. 추가 정보
궤도 회로를 통해 전달되는 신호는 열차 하부의 센서를 통해 감지되며, 다음과 같은 추가 정보를 제공한다.전체 열차 운행 상황은 블랙박스에 기록된다. TVM430 장착 차량은 디지털 기록 시스템을 사용하며, 제동, 가속, 팬터그래프 조작 등 운전자의 모든 동작 외에 각종 신호기 상황이 자기 테이프에 기록되어 나중에 분석할 수 있다.[1]
3. 5. 안전 및 감시 시스템
항공기의 비행 기록 장치와 유사한 "블랙 박스"는 전체 과정을 수동적으로 감시하며 다양한 매개변수를 모니터링하고 이벤트를 기록한다.[1] TVM-430 장착 열차에서는 기존의 종이 기록 장치가 ATESS 디지털 기록 시스템으로 대체되었다.[1] 기관사가 수행하는 모든 조작(스로틀, 브레이크, 팬터그래프)뿐만 아니라 신호 정보(TVM-430, KVB 및 기존 신호)가 자기 테이프에 기록되어 데스크톱 컴퓨터를 사용하여 나중에 분석한다.[1]VACMA라고 하는 또 다른 시스템은 기관사의 주의력을 감독한다.[1] 이 시스템은 기관사가 TGV를 움직이기 위해 계속 밟아야 하는 발 페달 제어로 구성된다.[1] 이 페달은 다른 활동이 없을 경우 60초마다 한 번씩 떼었다가 다시 밟아야 한다.[1] 부저가 울리기 전과 자동 비상 브레이크가 작동하기 전까지 매우 짧은 시간이 주어진다.[1]
열차의 비상 제동이 작동되기 전에 약간의 과속 허용량이 주어진다.[1] 시속 80km 미만의 속도에서는 허용량이 시속 5km이며, 공칭 속도 80~160km/h에서는 허용 오차가 시속 10km, 시속 160km를 초과하는 속도에서는 시속 15km이다.[1]
4. 차상 정보
TVM은 고속철도에서 사용되는 차상 신호 시스템으로, 운전석에 설치된 장치를 통해 열차의 속도 정보를 제공한다. 이 시스템은 레일을 통해 전기 신호 형태로 정보를 전송하며, 차상 컴퓨터가 이를 처리하여 운전자에게 목표 속도 및 진행/정지 지시를 전달한다.
TVM은 안전을 위해 설계되었으며, 운전자가 오류를 범했을 때 열차를 안전하게 정지시키는 기능을 한다. 또한, 운전자의 스트레스를 줄이기 위해 여러 폐색 구간 앞의 속도 정보를 제공하며, 속도 제한 변경 시에는 경고음과 함께 표시등이 깜빡여 운전자가 미리 대응할 수 있도록 돕는다.
TVM은 예상치 못한 상황에 대한 적응성이 부족하기 때문에, 사람이 제어를 유지하는 것이 바람직하다고 판단되어 TGV의 운전은 완전히 수동으로 이루어지며, 안전 장치는 그것을 감시하는 역할만 한다.
4. 1. 표시 장치
TVM이 장착된 열차의 운전석에는 두세 줄의 사각형 표시등이 있다. 이 표시등은 제한 속도를 색깔이 있는 배경 위에 숫자로 나타낸다. 최고 속도는 녹색 바탕에 검은색 숫자로, 낮은 속도 예고는 검은색 바탕에 흰색 숫자로, 완전 정지는 붉은색 바탕에 "000"으로 표시된다. 이 표시등 아래에는 속도계가 있어 현재 속도를 보여준다. 열차의 현재 속도에 따라 비상 제동이 걸리는 속도가 달라진다. 예를 들어 시속 300km로 달릴 때, 시속 320km를 넘으면 비상 제동이 걸린다. 속도가 낮아질수록 이 간격은 넓어진다.고속선에서 차상 신호는 안전과 직결되므로, 신호가 표시되면 컴퓨터에 피드백을 보낸다. 차상 신호 표시기에 이상이 생기면 열차는 정지한다. 열차를 급격하게 제어하는 것을 막기 위해 폐색에 들어가기 전 미리 제한 속도를 알려준다. 다음 폐색에서 속도를 낮춰야 한다면 속도 표시기가 깜빡여서 제동을 돕는다.
다음은 TVM 차상 신호기에 나타나는 숫자와 그 의미를 나타낸 표이다.
| 이름 | 신호 | 속도 제한 | ||
|---|---|---|---|---|
| 현재 | 페널티 브레이크 시작 | 예상 | ||
| Rouge (정지, 선로 구간 점유 또는 노선 종점) |  | Nf 마커: 0 km/h | 0 km/h 또는 30 km/h (Nf 또는 F 마커) | |
| F 마커: 30 km/h | 35 km/h | |||
| Zéro (Avertissement 0; 다음 신호에서 정지) |  | 이전 신호 = 160A: 160 km/h | 170 km/h | |
| 이전 신호 = 80A: 80 km/h | 90 km/h | |||
| 080E (Exécution 80; 80 km/h 초과 금지) |  | 80 km/h | 80 km/h | |
| 080A (Avertissement 80, 80 km/h로 속도 변경 예정) |  | 160 km/h | 170 km/h | |
| 160E (Exécution 160, 160 km/h 초과 금지) |  | 160 km/h | ||
| 160A (Avertissement 160; 160 km/h로 속도 변경 예정) |  | 220 km/h | 235 km/h | |
| 220E (Exécution 220; 220 km/h 초과 금지) |  | 220 km/h | ||
| 220A (Avertissement 220; 220 km/h로 속도 변경 예정) |  | 270 km/h | 285 km/h | |
| '270V' |  | 270 km/h | ||
| 270VL (Voie Libre 270 km/h; 270 km/h로 진행) |  | |||
| 270A (Avertissement 270; 270 km/h로 속도 변경 예정) |  | 300 km/h | 315 km/h | |
| '300V' |  | 300 km/h | ||
| 300VL (Voie Libre 300 km/h; 300 km/h로 진행) |  | |||
대한민국 경부고속선, 호남고속선에서는 프랑스의 F와 Nf 대신 P와 Np를 사용한다.[1]