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자동 열차 운전 장치

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목차

1. 개요

자동 열차 운전 장치(ATO)는 열차의 운행을 자동화하는 시스템으로, 국제대중교통협회(UITP)와 국제 표준 IEC 62290-1에 따라 GoA0부터 GoA4까지 5가지 등급으로 분류된다. GoA0은 자동화가 없는 수동 운전, GoA1은 운전사가 제어하는 수동 운전, GoA2는 운전사가 객실에 탑승하여 운전하고, GoA3는 열차 승무원이 문을 조작하고 비상 시 운전하며, GoA4는 모든 과정이 자동화된 무인 운전 방식이다. ATO는 인적 오류 감소, 수송력 증대, 운영 비용 절감, 서비스 신뢰도 향상 등의 장점이 있지만, 사고 사례도 존재한다. 세계 여러 도시에서 ATO 시스템이 사용되고 있으며, 일본에서는 1960년대부터 ATO 연구가 시작되어 1970년대에 상용화되었다. 한국에서는 서울, 인천, 부산 등 대부분의 도시 철도에서 ATO 시스템이 사용되고 있다.

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자동 열차 운전 장치
자동 열차 운전 장치
자동 열차 운전 장치 로고
개요
정의IEC 60050 표준에 따르면, 자동 열차 운전(Automatic train operation, ATO)은 열차의 운전과 관련된 기능들 중 일부 또는 전체를 자동화하는 시스템이다.
관련 시스템자동 안내 궤도 교통
자동화된 사람 수송기
개인 고속 수송
CBTC
ETCS
관련 기술자율 주행 자동차
무인 수상정
자동화 수준
GoA (자동화 등급)GoA 0: 수동 운전
GoA 1: 수동 운전 + 운전자 지원
GoA 2: 반자동 운전
GoA 3: 무인 운전
GoA 4: 완전 자동 운전
설명GoA 0에서 GoA 1은 운전자가 모든 기능을 담당하지만, GoA 2부터는 시스템이 일부 기능을 제어한다.
GoA 3과 GoA 4는 무인 운전 단계이며, GoA 4는 완전히 자동화된 시스템을 의미한다.
역사
초기 단계1960년대 초부터 자동 열차 운전 기술이 개발되기 시작했다.
발전자동화 시스템은 도시 철도 노선에서 먼저 도입되었고, 그 후 화물 및 간선 철도로 확장되었다.
현재유럽 열차 제어 시스템(ETCS)과 같은 기술 발전은 ATO의 더 폭넓은 채택을 가능하게 한다.
기술
시스템 구성열차 자동 보호 장치 (ATP): 안전한 운행을 보장.
열차 자동 운전 장치 (ATO): 속도 조절, 정차 등 운전 기능 자동화.
열차 자동 감시 장치 (ATS): 전체 시스템 모니터링.
핵심 기술무선 통신: 열차와 중앙 제어 시스템 간 정보 교환.
정밀 위치 확인: 정확한 열차 위치 파악.
고정밀 센서: 열차 상태 및 주변 환경 감지.
적용
도시 철도자동화된 사람 수송기 (APM): 공항, 도시 내 단거리 이동 시스템.
지하철: 노선 자동화 증가 추세.
간선 철도화물 철도: 효율성과 안전성 증대 목표.
고속철도: 속도 및 안전성 향상.
다른 응용 분야광산 철도: 위험 지역에서의 효율적인 운송.
산업 철도: 공장 내부 운송 시스템.
장점
안전성운전자 과실 감소로 인한 안전성 향상.
효율성에너지 효율성 향상 (최적의 속도 및 가감속 제어).
정확한 스케줄링 및 배차.
수송량 증가 및 운행 비용 절감.
편의성운전자 부담 감소 및 단순화된 작업 환경.
실시간 모니터링을 통한 빠른 문제 해결.
과제
초기 비용시스템 구축 비용이 높음.
기술 복잡성시스템의 복잡성으로 인한 유지보수 및 문제 해결 어려움.
표준화다양한 시스템 간 상호 운용성 확보 필요.
미래 전망
발전 방향인공지능 및 머신러닝 기술 도입 증가.
더 높은 수준의 자동화 달성.
협력기술 공급업체와 철도 운영업체 간 협력 강화.
연구 개발새로운 센서 및 통신 기술 개발.
참고 자료
참고 자료IEC 60050 - 국제 전기 기술 용어집
IEEE 통신 기반 열차 제어 (CBTC) 성능 및 기능 요구 사항 표준
탈레스와 크노르 브렘제, 화물 열차용 자동 열차 운전 장치 공동 개발
유럽 ERTMS의 새로운 시대
Hui Liu, 무인 스마트 열차 운전 시스템, 2021.

2. 자동화 등급

철도에서 가능한 다양한 수준의 자동화를 나타내는 다이어그램


GoA2의 예시로서 ETCS 레벨 3의 작동 방식


국제대중교통협회(UITP)와 국제 표준 IEC 62290-1에 따르면, 열차의 자동화 등급(GoA)은 다섯 가지가 있다.[6][7][8] 이러한 등급은 자동차의 SAE J3016 분류와 일치한다.[9][10]

GoA는 자동 열차 운전 장치(ATO)의 자동화 수준을 나타내는 등급으로, GoA0부터 GoA4까지 5단계로 구분된다. 각 등급별 특징은 다음과 같다.

자동화 등급열차 운행설명SAE 레벨
GoA0현장 운전자동화 없음0
GoA1수동열차 운전사가 모든 것을 제어1
GoA2반자동(STO)출발과 정지는 자동화, 운전사는 문 조작 및 비상 상황 처리2
GoA3무인 운전(DTO)출발과 정지는 자동화, 열차 승무원은 문 조작 및 비상시 열차 운전3과 4
GoA4무인 운전(UTO)완전 자동화5


2. 1. GoA0

자동화 등급열차 운행설명 및 예시SAE 레벨
GoA0현장 운전자동화 없음0


2. 2. GoA1

열차 운전사가 출발과 정지, 문 조작, 비상 상황 또는 갑작스러운 우회 조치를 제어한다. 인적 오류로 인한 신호 오류는 ETCS L1과 같은 열차 보호 시스템에 의해 안전하게 보호된다.[11]

2. 3. GoA2

1968년 영국 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO의 초기 형태라고 볼 수 있는 시스템이 사용되기 시작했다. 이 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행했다. 운전자가 출발 시 버튼 2개를 누르면, 선로에 장애물이 없을 때 열차는 자동으로 다음 역까지 주행한다. 대부분의 최신 시스템은 컴퓨터로 제어되며, 많은 ATO 시스템이 GoA2에 해당한다.

GoA2는 ETCS L2 또는 ETCS L3과 같은 고급 열차 보호 시스템을 사용하여 출발과 정지가 자동화되지만,[11][12] 운전사는 문을 조작하고 필요한 경우 열차를 운전하며 비상 상황을 처리한다. 이 시스템에서 열차는 역에서 역으로 자동으로 운행되지만, 운전사는 객실에 탑승하여 문 닫힘, 열차 앞쪽 선로의 장애물 감지 및 비상 상황 처리에 대한 책임을 진다. GoA2 열차는 차내 직원 없이는 안전하게 운행할 수 없다. 런던 지하철 빅토리아 선과 뉴욕 지하철 7호선이 이에 해당한다.

2. 4. GoA3

출발과 정지는 자동화되지만, 열차 승무원이 문을 조작하고 비상시 열차를 운전한다. 이 시스템에서 열차는 역에서 역으로 자동으로 운행되지만, 비상 상황 처리에 대한 책임을 지는 직원이 항상 열차에 탑승한다. GoA3 시스템에서는 차내 직원 없이는 열차가 안전하게 운행될 수 없다. 도크랜즈 경전철이 이에 해당한다.[6][7][8]

2. 5. GoA4

출발, 정지, 문 조작 모두 차내 직원 없이 완전히 자동화된다. 승강장 스크린도어가 설치되어 있는 것이 좋다. 이 시스템에서 열차는 문 닫힘, 장애물 감지 및 비상 상황을 포함하여 항상 자동으로 운행할 수 있다. 고객 서비스와 같은 다른 목적으로 차내 직원이 제공될 수 있지만, 안전한 운행에는 필요하지 않다. 컴퓨터 고장 시 열차를 수동으로 운전할 수 있는 제어 장치가 종종 제공된다. CBTC는 GoA4를 위한 기본적인 가능 기술로 간주된다.[11] 예로는 싱가포르 MRT, 밀라노 지하철 5호선, 밀라노 지하철 4호선, 로마 지하철 C선, 토리노 지하철, 브레시아 지하철, 파리 메트로 1, 4, 14호선, 바르셀로나 지하철 9호선, 시드니 지하철, 뉘른베르크 지하철 2호선과 3호선, 코펜하겐 지하철, 호놀룰루 스카이라인, 델리 지하철 마젠타/핑크/그레이 노선, 쑤저우 철도 교통 11호선이 있다.

2. 6. 추가 유형

국제대중교통협회(UITP)와 국제 표준 IEC 62290-1에 따르면, 열차의 자동화 등급(GoA)은 다섯 가지가 있으며,[6][7][8] 자동차의 SAE J3016 분류와 일치한다.[9][10]

자동화 등급설명 및 예시
GoA1+GoA1에 더하여, ETCS를 통한 차상 연결 열차 에너지 최적화(C-DAS)가 추가된다.[13]
GoA2+암스테르담 지하철의 경우, GoA2는 종착역에서 GoA4로 역주행할 수 있다.[14] 이는 +로 표시된다. GoA2+는 암스테르담과 같은 URBALIS 400 CBTC를 사용하는 부쿠레슈티 지하철 M5호선에도 있다.
GoA2(+)협궤 철도와 관련된 추가 기능이 있는 GoA2이다.[15]
GoA2.5숙련된 기관사 대신, 장애물 감지 및 승객 대피 외에는 할 일이 없는 열차 승무원이 운전실에 앉아 있다.[16] 규슈 여객철도는 2020년 12월 24일 가시이 선(니시토자키역과 가시이역 사이)에서 ATS-DK를 사용한 자동 열차 운전 시범 운행을 시작했다. 목표는 "승무원이 있는 무인 운전"의 한 형태인 GoA3를 달성하는 것이다.[17]
GoA3+GoA3와 GoA4를 포괄하는 용어로, 열차 기관사의 인간에 의한 운전을 대체하는 것을 의미한다.[18] GoA3/4, GoA3,4 및 자율 주행 열차라는 용어는 동의어로 사용된다.[19][16]


3. ATO의 작동 원리

자동 열차 운전 장치(ATO)는 자동열차보호시스템(ATP), 자동열차제어시스템(ATC)과 연결되어 작동한다. ATC는 경로 설정 및 열차 규제와 같은 신호기 운영을 담당하며, ATP는 열차 간 안전 간격 유지와 정지 시 경고를 제공하는 안전 시스템이다. ATO는 역 정지 및 출발과 같은 "비안전" 부분을 담당하며, ATP가 선로가 비어 있음을 확인한 후 열차의 정지 위치를 표시한다.[20]

열차가 역에 접근하면, 첫 번째 비컨(beacon)에서 역 제동 명령을 받는다. 차내 컴퓨터는 정확한 정지 위치를 계산하기 위해 제동 곡선을 계산하고, 열차가 승강장에 진입하면서 곡선은 여러 번 업데이트된다. 열차가 정지하면 제동 작동 여부와 도어 작동 루프 내 정지 여부를 확인한다. 이 루프는 승강장에서 열차의 위치와 문을 열어야 하는 쪽을 확인한다. 모든 과정이 완료되면 ATO는 문을 열고, 설정된 시간이 지나면 문을 닫고 열차를 자동으로 다시 시작한다. 일부 시스템에는 스크린도어가 있으며, ATO는 차내 확인 절차 후 스크린도어를 열도록 신호를 보낸다.

ATO 시스템은 크게 차상 패턴 방식, 지상 패턴 방식, 전지상 방식으로 나뉜다.[61][62] 차상 패턴 방식은 차량에 탑재된 장치로 연산 제어를 하고, 지상 패턴 방식은 지상 장치로 차량 연산 제어를 한다. 전지상 방식은 지상 장치가 모든 연산 제어를 담당한다. 일본 최초의 ATO는 나고야 시 교통국(나고야 시영 지하철)에서 사용된 지상 패턴 방식이다.[63][64]

ATO는 승무원이 탑승하는 유형과 무인 운전 유형으로 나눌 수 있다. 승무원 탑승 유형은 ATO를 운전 지원 장치로 간주하여 운전사의 조작을 우선시하는 설계와, ATO 운전 모드에서 긴급 정지 외 운전 조작이 불가능한 무인 운전에 가까운 설계가 있다. 일반적으로 도어 닫힘 후 출발 버튼을 누르면 자동 운전이 시작되며, 오조작 방지를 위해 두 개의 버튼을 동시에 누르도록 되어 있다. 무인 운전에 가까운 설계에서는 출발 버튼 대신 "도어 닫힘 저지" 버튼이 사용되기도 한다.

ATO는 역 정차 제어 기능만 사용하여 정지 위치 정지 장치(TASC)로도 활용될 수 있다. 예를 들어, 도쿄 메트로 난보쿠 선 및 도에이 지하철 미타 선 차량은 도큐 메구로 선 내에서 TASC 모드로 전환되어 운전사가 역 출발 시 노력 조작과 역간 속도 제어를 하고, ATO 장치가 역 정차 시 정지 조작을 담당한다.

3. 1. 상세한 설명

1968년 영국 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO의 초기 형태 시스템이 사용되기 시작했다. 이 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행했다. 운전자는 출발 시 버튼 두 개만 누르면, 선로에 장애물이 없을 때 열차가 자동으로 다음 역까지 주행했다. 대부분의 최신 시스템은 컴퓨터로 제어되며, 런던의 도크랜드 경전철과 센트럴 선, 파리 메트로 14호선, 바르셀로나 지하철 2호선 및 5호선, 워싱턴 D.C 메트로, 홍콩 지하철의 동철 선, 서철 선, 마오샨 선, 마닐라 경전철, 싱가포르 MRT의 North East Line 및 Circle Line, 도쿄 지하철 난보쿠 선, 도쿄 지하철 후쿠토신 선, 서울특별시 도시철도, 인천 도시철도, 부산 도시철도, 대전 도시철도, 대구 도시철도, 광주 도시철도 전 차량 등 ART- 및 VAL-을 기본으로 한 많은 시스템 등에서 사용되고 있다. 서울 지하철 2호선 VVVF 전 차량(2011년 3월 13일 운행 개시), 서울시 메트로 9호선, 공항철도 등 전 차량은 현재 ATO시스템으로 운행중이다.[20]

많은 현대식 시스템은 자동열차보호시스템(ATP)과 연결되며, 자동열차제어시스템(ATC)과 연결되어 경로 설정 및 열차 규제와 같은 일반적인 신호기 운영이 시스템에 의해 수행된다. ATC 및 ATP 시스템은 열차가 정해진 시간표의 허용 오차 내에 유지되도록 함께 작동한다. 결합된 시스템은 이동 시 동력 대 주행 비율 및 역 정차 시간과 같은 작동 매개변수를 미세 조정하여 정해진 시간표를 준수한다.

ATP는 열차 간의 안전한 간격을 유지하고 정지해야 할 때 충분한 경고를 제공하는 안전 시스템인 반면, ATO는 역 정지 및 출발과 관련된 열차 운영의 "비안전" 부분이며, ATP가 선로가 비어 있음을 확인한 후 열차의 정지 위치를 표시한다.

열차가 신호가 명확한 상태에서 역에 접근하면 정상적인 진입을 할 수 있다. 최초의 비컨(원래는 루프 케이블이었지만 현재는 일반적으로 고정 트랜스폰더임)에 도달하면 열차는 역 제동 명령을 수신한다. 차내 컴퓨터는 정확한 지점에 정지할 수 있도록 제동 곡선을 계산하고, 열차가 승강장으로 진입하면 정확도를 보장하기 위해 곡선이 여러 번(시스템마다 다름) 업데이트된다.

열차가 정지하면 제동이 작동되었는지 확인하고 도어 작동 루프 내에 정지했는지 확인한다. 이러한 루프는 승강장에 대한 열차의 위치와 문을 열어야 하는 쪽을 확인한다. 이 모든 과정이 완료되면 ATO는 문을 연다. 제어 센터에서 필요에 따라 미리 설정되거나 변경된 설정 시간 후에 ATO는 문을 닫고 도어 닫힘 증명 회로가 완료되면 열차를 자동으로 다시 시작한다. 일부 시스템에는 스크린도어도 있다. ATO는 차내 확인 절차를 완료하면 이러한 도어를 열도록 신호를 제공한다. 역에서의 도어 작동은 종종 "중요" 시스템으로 간주되고 ATP와 동일한 안전 검증 프로세스가 필요하기 때문에 ATP 장비의 일부로 통합된다.

도어 작동이 완료되면 ATO는 열차를 순항 속도로 가속하고 다음 역 제동 명령 비컨까지 주행한 다음 ATP 시스템의 개입이 없다고 가정하고 다음 역으로 제동한다.

시스템은 크게 차량에 탑재된 차상 장치로 연산 제어를 하는 차상 패턴 방식 및 지상 패턴 방식과, 지상 장치로 차량의 연산 제어를 모두 하는 전지상 방식이 있다.[61][62] 차상 패턴 방식과 전지상 방식의 중간이 되는 반지상 방식도 있다.[61]

일본 국내에서 처음으로 사용된 나고야 시 교통국(나고야 시영 지하철)의 자동 열차 운전 장치(ATO)는 차상 장치에 의한 지상 패턴 방식(지상 프로그램 방식)이 사용되었다.[63][64]

승무원(노선에 따라 호칭이 다름)이 승무하는 유형과 무인 운전 유형으로 크게 나눌 수 있다. 출발 조건이 성립된 후, 자동으로 목표 속도까지 가속한 후 정속 운전 또는 惰行을 하고, 정차역에 접근하면 자동으로 정지 위치에 정지시키는 기본 기능은 변하지 않는다. ATO는 ATC에 자동 운전 장치로서의 기능이 추가된 것이어야 하므로, 목표 속도 설정 및 보안 확보를 위해[65], 폐색에 ATC를 사용하는 경우가 대부분이다.

승무원이 승무하는 유형에는, ATO를 운전 지원 장치로 간주하고 ATO 운전 중이라도 운전사의 운전 조작이 우선하도록 설계된 것과, ATO 운전 모드에서는 긴급 정지 이외의 운전 조작이 불가능한 무인 운전에 가까운 설계의 것이 존재한다. 어느 경우든, 일반적으로 도어 닫힘 후 메인 핸들 근처에 설치된 출발 버튼을 누르면 다음 역까지의 자동 운전이 시작된다. 출발 버튼은, 대부분 오조작 방지를 위해, 두 개를 동시에 누르는 것으로 작동하도록 되어 있다.

무인 운전에 가까운 설계의 차량에는, 출발 버튼이 없고, 대신 "도어 닫힘 저지" 버튼이 있는 것도 있다. 이러한 열차의 경우, 역에 도착하면 도어가 자동으로 열리지만, 이 버튼을 누르지 않은 채로 두면, 출발 시간이 되면 자동으로 도어가 닫히고, 저절로 출발해 버린다. 그러나, 이 버튼을 누른 채로 두면, 역에 도착하여 자동으로 도어가 열린 후에는, 이 버튼을 다시 눌러 해제하지 않으면, 출발 시간이 되어도 도어는 닫히지 않고, 출발하지 않는다. 다시 눌러 해제함으로써, 도어가 닫히고, 도어가 정상적으로 닫힌 경우(스크린도어가 설치되어 있는 노선에서는 홈도어도) 자동으로 출발하게 된다. 이러한 열차의 경우, 도어 닫힘 저지를 해제하고 일단 도어가 닫힌 후에, 다시 도어를 여는 것은 불가능하기 때문에, 문에 끼임으로부터의 복귀나 뛰어타기를 한 승객을 태우는 경우, 또는 내리지 못할 뻔한 승객으로부터의 재개폐 요청 등으로, 출발하지 않고 도어를 재개폐할 필요가 있는 경우에는, 일단 ATO를 해제한 후 마스콘 키를 돌려 수동 운전으로 전환한 후, 수동으로 도어를 재개폐한 후, 다시 자동 운전으로 돌아갈 필요가 있다. 이 방식은 후쿠오카 시 지하철 나나쿠마 선 등에서 채택되고 있다.

자동 열차 운전 장치(ATO)는 역 정차 제어 기능만을 사용함으로써, 정지 위치 정지 장치(TASC)로서 사용할 수도 있다. 도쿄 메트로 난보쿠 선 및 도에이 지하철 미타 선 각 차량의 ATO는 도큐 메구로 선 내에서는 TASC 모드로 전환되고, 역 출발 시의 노력 조작과 역간의 속도 제어는 운전사가 하고, 역 정차 시의 정지 조작은 ATO 장치의 역 정차 제어 기능(TASC 기능)을 사용하고 있다.

자동열차운전장치(ATO)는 지상 측에서 위치 정보를 발신하는 지상자, 지상자로부터 위치 정보를 수신하는 차상자, 차량 측에서 주행(力行)·유지·제동의 제어를 수행하는 차상장치라는 3종의 장치로 구성되어 있다. 지상자는, 전원이 있는 트랜스폰더인 정지위치 정지 지상자(P4 지상자)와 3개의 무전원 지상자(P1-P3 지상자)의 2종류로 나뉜다. 정지위치 정지 지상자는 각 역의 정차 위치에 설치되어 있으며, 열차가 정지 위치에 정차했는지 확인하기 위해, 또 정차 후 여러 기기를 작동시키기 위해 필요하다. P4 지상자가 차상 측 ATO 차상자의 위치를 일정 범위[66] 내에서 검지하면, 차상자와의 사이에서 홈도어 개폐 지령이나 홈도어 개폐 상태의 정보, 운행 관리 정보가 주고받아진다. 그 앞에 설치되어 있는 것이 무전원 지상자로, 역에서 정해진 위치에 정차하기 위해 필요한 것이다. 열차가 무전원 지상자를 통과하면, 지상자에 내장된 고정 위치 정보가 차량 측 ATO 차상자를 경유하여 차상장치에 송신된다. 이 정보를 바탕으로 열차는 정차 위치까지의 거리를 파악하게 된다. P1 지상자는 열차 측에 제동 제어용 패턴을 생성시키는 지점에 설치된다. P2·P3 지상자는 P4 지상자와 P1 지상자 사이[67]에 설치되어, 차상장치에 정차 위치까지의 거리를 전달한다. 차량 측에 설치된 차상장치는 열차가 정지 위치에 멈추기 위해 필요한 제동 출력을 결정하여 지령하는 역할을 담당하고 있다. 차상장치에는 각 역간의 거리 정보와 운전 패턴이 미리 기록되어 있으며, 지상 측의 위치 보정용 지상자로부터 수신된 위치 정보와 열차로부터의 속도 정보를 대조하여 적절한 제동 출력을 연산함으로써, 운전사의 조작을 필요로 하지 않는 정지 위치로의 정차를 가능하게 하고 있다.

열차가 정차역에 접근하면, 차상자가 P1 지상자로부터 정지 위치까지의 거리 정보를 수신한다. 그것을 바탕으로 차상장치가 정지 목표 위치까지의 정지 제어용 패턴을 생성한다. 열차 측이 P2·P3 지상자로부터 남은 거리 정보를 수신하면, 열차가 기록하고 있는 남은 거리 정보의 차이를 보정하고, 열차 속도와 정확한 잔여 거리에 맞춰 피드백에 의한 제동 제어를 실시하여, 정차 목표 위치까지 열차를 자동적으로 감속시킨다. 열차가 정차 목표 위치에 있는 P4 지상자의 위치에 정차한 후에는, 열차의 정차 위치가 쇼트(정지 위치 이전)인지 저스트(정지 위치 정지)인지 오버(정지 위치 초과)인지를 판단하는 정차 위치 측정을 실시하고, 허용 범위 이상으로 위치가 어긋난 경우에는, 인칭에 의해 열차 위치의 수정을 실시한다. 목표 위치에 정차한 것이 확인되면, 차량 측에서 전동 방지 브레이크를 건다. 또한, 차상 측으로부터 지상 측에 열차의 운행 번호·목적지 등의 정보가 송신되고, 지상 측의 운행 관리 시스템이 송신된 이러한 정보를 기반으로 열차의 운행 관리를 실시한다. 그 후, 차상 측으로부터의 지령으로 지상 측의 홈도어가 열리면, 차상 측에 차량 도어 개방 정보가 송신되어, 차량 측의 도어가 열린다. 정차 중에는 운행 관리 시스템이 정차 시간을 관리하고, 출발 시에는 운행 관리 시스템으로부터의 출발 지시 정보·홈도어 폐쇄·차량 측의 도어 폐쇄 등의 조건이 갖춰지면, 열차는 역으로부터 출발할 수 있도록 되어 있다. 또한, 홈도어 또는 차량의 도어의 개폐는 차량 측의 운전석에 있는 도어 개폐 버튼을 조작함으로써 실시한다.[68]

지상자는 철륜식 리니어 모터카 방식의 지하철(예 : 도에이 지하철 오에도 선)에서는 궤도 사이에 반작용 플레이트가 있어, 일반적인 지상자의 설치가 불가능하기 때문에 루프 코일 방식을 채용하고 있다. 이것은 2개의 궤도의 외측에 "8자형"의 루프 코일을 설치하고, 연가점을 설치함으로써 지상자로서의 기능을 갖게 하고 있지만,[69] 최근에는 반작용 플레이트의 옆에 지상자를 설치하는 방식도 있다.

도쿄 메트로 치요다 선 북아야세 지선(구식의 5000계·6000계 하이픈차)에서는 지상자를 사용하지 않는 방식을 채용하고 있다. 이것은 2역간의 회차 운전이라는 성격상, 양역에 설치하고 있는 ATC 장치의 과주 방호 신호(ORP)를 기반으로, 지상자 대신 잔여 거리의 보정을 실시하고 있다.[70] 단, 2014년도부터 동선에 도입된 05계 개조차에서는 지상자·차상자 방식이 되고 있다.

지하철에서의 영업 열차에 대한 ATO의 전면 채용은 1976년 6월 10일 개업한 삿포로 시영 지하철 도자이 선(차장도 승무)에서 처음 이루어졌으며[98], 니시28초메 역과 니시 차량기지 사이에서는 무인 자동 회송 운전도 실시되었다. 1982년 3월 21일 시로이시 역 - 신삿포로 역 구간(7.4km) 연장 개업에 따라 히바리가오카 역과 히가시 차량기지 사이도 처음부터 무인 자동 회송 운전에 대응하고 있다. 1990년경, 동 선에서 당시 주류였던 6000형 영업 차량에 한해 ATO에 의한 자동 운전을 종료하였고, 2008년 9월 1일에 현재 주류인 8000형으로 ATO에 의한 자동 운전을 재개하기까지 약 18년간은 영업 열차는 수동 운전(ATC)으로, 히바리가오카 역과 히가시 차량기지의 입출고선만 무인 자동 회송 운전이었다. 다음으로 고베 시영 지하철 니시신 선에서 1977년부터 채용하고 있다.

그 후에는 1981년에 개업한 후쿠오카 시영 지하철 공항선[99]을 시작으로, 원맨 운전을 실시하는 노선에서 승무원의 부담 경감을 위해 ATO를 채용하는 사례가 증가했다. 스크린도어(혹은 홈 게이트)가 설치되는 사례가 잇따르면서, 이들을 채용한 노선에서는 역 정차 시 스크린도어(홈 게이트)와 차량의 문 위치를 정확하게 맞출 필요가 있기 때문에 ATO를 채용하는 사례가 증가하고 있다.

참고로, ATO를 채용한 노선에서도, 지하철 등 재래식 철도에서는 긴급시 운전사의 기술 저하를 방지하기 위해 하루 몇 회, 또는 일정 시간에 한해 수동 운전을 실시하는 노선이 많다.

1981년에 개업한 고베 신교통 포트 아일랜드 선(포트라이너)을 비롯한 신교통 시스템은 일부 예외를 제외하고 무인 운전을 전제로 설계되어 있으며, 감시 요원이 승무하는 노선·구간은 있지만, 수동 운전 훈련이나 자동 운전을 계속할 수 없게 된 경우를 제외하고는 수동 운전이 실시되지 않는다.

기타큐슈 고속철도 고쿠라 선처럼 ATO를 채용하면서, 나중에 없애고 모두 수동 운전(ATC)으로 전환한 사례도 존재한다.

2010년대 후반부터 저출산 고령화와 경영 효율화를 목적으로 각 철도회사에서 자율주행을 위한 시험이 실시되고 있다.

동일본여객철도(JR 동일본)에서는 야마노테 선에서 무인 운전을 위한 ATO를 이용한 자율주행 실증 실험을 진행하고 있다.[100][101]

규슈여객철도(JR 규슈)에서는 JR 재래선에서 일반적인 자동열차정지장치(ATS)를 이용한 자율주행 연구를 시작했으며, 2019년 12월 하순 - 2020년 2월 중순에 가시이 선 니시토자키 역 - 가시이 역 구간에서 ATS-DK형을 기반으로 한 고기능 ATO(FS-ATO) 주행 시험을 실시했다.[102](일본신호와 공동 개발[103]). 이 실증 실험은 좋은 결과를 얻었기에 2022년 3월에는 가시이선 전 구간(우미 역까지)으로 확대했다.[104][105] 2023년 3월부터는 가시이선에서의 시험 결과를 바탕으로 개발한 “자동열차운전지원장치”의 주행 시험을 가고시마 본선 아카마 역 - 구루메 역에서 시작했다.[106][107] 2024년 3월 16일부터 가시이선 전 열차에서 GOA2.5(승무원 탑승 자율주행) 자율주행을 시작했다.[108][109] 같은 날, 2025년도 말 도입을 목표로 가고시마 본선 오리오 역 - 후타카이치 역 구간 일부 열차에서 자동열차운전지원장치의 실증 운전을 시작했다.[109]

도부 철도에서는 도부다이시 선에서 향후 승무원 탑승 자율주행의 실용화를 위한 검증을 진행하고 있다.[110] JR 동일본과 공동으로 무인 운전을 위한 협력을 해나갈 것이라고 발표했다.[111]

3. 2. 시스템 구성 (예시: 서울 지하철 9호선)

자동열차운전장치(ATO)는 지상에서 위치 정보를 보내는 지상자, 지상자로부터 위치 정보를 받는 차상자, 차량에서 주행·유지·제동을 제어하는 차상 장치로 구성된다.[68] 지상자는 전원이 있는 정지 위치 정지 지상자(P4 지상자)와 3개의 무전원 지상자(P1-P3 지상자)로 나뉜다.[68]

  • 정지 위치 정지 지상자 (P4 지상자): 각 역의 정차 위치에 설치되어 열차가 정확한 위치에 멈췄는지 확인하고, 정차 후 여러 기기를 작동시킨다. 차상자와 정보를 주고받으며, 홈도어 개폐 지령 및 상태, 운행 관리 정보를 처리한다.[66]
  • 무전원 지상자 (P1-P3 지상자): 역에서 정해진 위치에 정차하기 위해 필요하다. 열차가 통과하면 내장된 고정 위치 정보가 차상 장치를 통해 전송된다.[67]
  • P1 지상자: 열차에 제동 제어용 패턴을 생성시키는 지점에 설치된다.
  • P2, P3 지상자: P4 지상자와 P1 지상자 사이에 설치되어 차상 장치에 정차 위치까지의 거리를 전달한다.


차상 장치는 열차가 정지 위치에 멈추기 위한 제동 출력을 결정하고 지령한다. 각 역간 거리 정보와 운전 패턴이 미리 기록되어 있으며, 지상자의 위치 정보와 열차 속도 정보를 비교하여 적절한 제동 출력을 계산한다.[68]
열차 정차 과정:1. 열차가 정차역에 접근하면 차상자가 P1 지상자로부터 정지 위치까지의 거리 정보를 받는다.

2. 차상 장치는 정지 목표 위치까지의 정지 제어용 패턴을 생성한다.

3. P2, P3 지상자로부터 남은 거리 정보를 받아 기록된 정보의 차이를 보정하고, 열차 속도와 정확한 잔여 거리에 맞춰 피드백 제어를 통해 자동 감속한다.

4. P4 지상자 위치에서 정차 위치 측정(쇼트, 저스트, 오버)을 실시하고, 허용 범위를 벗어나면 위치를 수정한다.

5. 목표 위치에 정차하면 전동 방지 브레이크를 작동시킨다.

6. 차상에서 지상으로 열차 운행 번호, 목적지 등의 정보를 보내고, 지상의 운행 관리 시스템이 열차 운행을 관리한다.

7. 차상 지령으로 홈도어가 열리면 차상에 차량 도어 개방 정보가 전송되어 차량 도어가 열린다.

8. 정차 중 운행 관리 시스템이 정차 시간을 관리하고, 출발 조건(출발 지시 정보, 홈도어 폐쇄, 차량 도어 폐쇄 등)이 충족되면 열차가 출발한다.[68]
기타:

  • 철륜식 리니어 모터카 방식 지하철: 궤도 사이 반작용 플레이트 때문에 일반 지상자 설치가 불가능하여 루프 코일 방식을 사용하기도 한다. 최근에는 반작용 플레이트 옆에 지상자를 설치하기도 한다.[69]
  • 지상자 미사용 방식: 도쿄 메트로 지요다선 북아야세 지선은 지상자 없이 ATC 장치의 과주 방호 신호를 이용해 잔여 거리를 보정하는 방식을 사용했으나, 2014년부터 지상자·차상자 방식을 도입했다.[70]

3. 3. 실제 ATO 운전의 차량 제어 (예시: 오사카 메트로 센니치마에 선)

자동열차운전장치(ATO)는 지상에서 위치 정보를 보내는 지상자, 지상자로부터 위치 정보를 받는 차상자, 차량에서 주행(力行)·유지·제동을 제어하는 차상 장치, 이 세 가지 장치로 구성된다. 지상자는 전원이 있는 트랜스폰더인 정지 위치 정지 지상자(P4 지상자)와 3개의 무전원 지상자(P1-P3 지상자) 두 종류로 나뉜다. 정지 위치 정지 지상자는 각 역의 정차 위치에 설치되어 열차가 정지 위치에 멈췄는지 확인하고, 정차 후 여러 기기를 작동시킨다. P4 지상자가 차상 측 ATO 차상자의 위치를 일정 범위[66] 내에서 감지하면, 차상자와 홈도어 개폐 명령, 홈도어 개폐 상태 정보, 운행 관리 정보를 주고받는다. 그 앞에 설치된 무전원 지상자는 역에서 정해진 위치에 정차하기 위해 필요하다. 열차가 무전원 지상자를 통과하면 지상자에 내장된 고정 위치 정보가 차량 측 ATO 차상자를 거쳐 차상 장치로 전달된다. 이 정보를 바탕으로 열차는 정차 위치까지의 거리를 파악한다. P1 지상자는 열차 측에 제동 제어용 패턴을 생성시키는 지점에 설치된다. P2·P3 지상자는 P4 지상자와 P1 지상자 사이[67]에 설치되어, 차상 장치에 정차 위치까지의 거리를 전달한다. 차량에 설치된 차상 장치는 열차가 정지 위치에 멈추기 위해 필요한 제동 출력을 결정하여 명령하는 역할을 한다. 차상 장치에는 각 역간의 거리 정보와 운전 패턴이 미리 기록되어 있으며, 지상 측의 위치 보정용 지상자로부터 받은 위치 정보와 열차의 속도 정보를 비교하여 적절한 제동 출력을 계산함으로써, 운전사의 조작 없이 정지 위치에 정차할 수 있게 한다.

열차가 정차역에 접근하면, 차상자가 P1 지상자로부터 정지 위치까지의 거리 정보를 받는다. 이를 바탕으로 차상 장치가 정지 목표 위치까지의 정지 제어용 패턴을 생성한다. 열차 측이 P2·P3 지상자로부터 남은 거리 정보를 받으면, 열차가 기록하고 있는 남은 거리 정보의 차이를 보정하고, 열차 속도와 정확한 잔여 거리에 맞춰 피드백(フィードバック)에 의한 제동 제어를 실시하여, 정차 목표 위치까지 열차를 자동으로 감속시킨다. 열차가 정차 목표 위치에 있는 P4 지상자의 위치에 정차한 후에는, 열차의 정차 위치가 쇼트(정지 위치 이전)인지 저스트(정지 위치 정지)인지 오버(정지 위치 초과)인지를 판단하는 정차 위치 측정을 실시하고, 허용 범위 이상으로 위치가 어긋난 경우에는 인칭에 의해 열차 위치를 수정한다. 목표 위치에 정차한 것이 확인되면, 차량 측에서 전동 방지 브레이크를 건다. 또한, 차상 측에서 지상 측에 열차의 운행 번호·목적지 등의 정보가 전달되고, 지상 측의 운행 관리 시스템이 전달된 이 정보를 기반으로 열차 운행을 관리한다. 그 후, 차상 측의 명령으로 지상 측의 홈도어가 열리면, 차상 측에 차량 도어 개방 정보가 전달되어, 차량 측의 도어가 열린다. 정차 중에는 운행 관리 시스템이 정차 시간을 관리하고, 출발 시에는 운행 관리 시스템의 출발 지시 정보·홈도어 폐쇄·차량 측의 도어 폐쇄 등의 조건이 갖춰지면, 열차는 역에서 출발할 수 있다. 또한, 홈도어 또는 차량 도어 개폐는 차량 측 운전석에 있는 도어 개폐 버튼을 조작하여 실시한다.[68]

지상자는 철륜식(鉄輪式) 리니어 모터카 방식의 지하철(예 : 도영 지하철 오에도선)에서는 궤도 사이에 반작용 플레이트가 있어, 일반적인 지상자 설치가 불가능하여 루프 코일 방식을 채택한다. 이것은 2개의 궤도 바깥쪽에 "8자형" 루프 코일을 설치하고, 연가점(撚架点)을 설치하여 지상자 기능을 갖게 하지만,[69] 최근에는 반작용 플레이트 옆에 지상자를 설치하는 방식도 있다.

4. ATO의 장점

플로리다 교통부는 2021년에 플로리다 주립대학교, 탈카 대학교, 홍콩 이공대학교의 과학자들이 수행한 연구를 지원했다.[21] 연구 결과에 따르면, 무인 열차는 다음과 같은 장점을 갖는다.


  • 인적 오류를 없앨 수 있다.
  • 기존 철로를 효율적으로 활용하여 수송 능력을 높일 수 있다.
  • 운영 비용을 줄일 수 있다. 파리 지하철의 경우 GoA 4 시스템을 도입하여 운영 비용이 30% 감소했다.[22]
  • 전반적인 서비스 신뢰도가 향상된다.
  • 차량 관리 및 서비스 유연성이 높아진다.
  • 에너지 효율이 향상된다.

5. ATO 관련 사고 및 사건

자동 열차 운전 장치(ATO)와 관련된 몇 가지 주목할 만한 사건 및 사고는 다음과 같다.

연도지역사고 내용
1993일본일본어1993년 10월 5일, 자동 운전 시스템이 적용된 난코항타운선 열차가 스미노에코엔역 종착역을 지나쳐 충돌 방지턱과 충돌하여 217명이 부상을 입었다. 원인은 제동 명령 신호를 전송하는 ATO 장비의 릴레이 일부 오작동으로 추정된다.[23]
2011중국중국어2011년 9월 27일 상하이 지하철 10호선에서 두 대의 열차가 유원역과 라오시먼역 사이에서 충돌하여 284~300명이 부상을 입었다. 초기 조사 결과, 정전으로 ATO 및 신호 시스템이 고장난 후 열차 운전자가 수동으로 열차를 운전하면서 규정을 위반한 것으로 나타났다. 사망자는 없었다.[25]
2015멕시코es2015년 5월 4일 멕시코시티 지하철 5호선의 오세아니아역에서 두 대의 열차가 폴리테크니코역 방향으로 운행 중 충돌했다. 두 번째 열차는 운전자가 수동으로 운전하라는 지시를 받았음에도 불구하고 ATO 시스템을 켜고 운행하여, 앞서 정차해 있던 열차와 충돌해 12명이 부상을 입었다.[30]
2017싱가포르영어주쿤 열차 사고 – 2017년 11월 15일 SMRT 동서선 열차 한 대가 주쿤역에서 다른 열차를 추돌하여 38명이 부상을 입었다. 당시 동서선은 신호 시스템을 교체하는 과정에 있었는데, 이 과정에서 발생한 소프트웨어 버그로 인해 충돌이 발생했다.[33]
2017인도hi칼린디 쿤지 차량기지에서 ATO 시험 운행 중이던 열차가 완충기에 충돌하여 탈선하고 앞쪽 벽에 부딪혔다. 이 사고로 인해 완전 자동 운전(UTO) 운영이 7년이나 지연되었다.[34]
2019홍콩중국어2019년 3월 18일 홍콩 MTR 취엔완선에서 신호 시스템을 테스트하던 중 두 대의 열차가 충돌하여 운전원이 부상을 입었다. 이 사고로 인해 셀트랙 신호 시스템의 프로그래밍 오류로 ATP 시스템이 오작동하여 충돌이 발생했다는 조사 결과가 발표되었다.[37]
2019일본일본어가나자와 시사이드 라인 신스기다 역 역주행 사고가 발생하였다. 원인은 케이블 단선이었다.[122]
2021말레이시아ms2021 켈라나 자야 LRT 충돌 사고로 213명이 부상을 입었다.[38]
2022중국중국어2022년 1월 22일, 상하이 지하철 15호선 치안루역에서 노인 승객이 열차문과 스크린도어 사이에 끼이는 사고가 발생했다. 직원의 잘못된 조작으로 인해 승객이 사망하였다.[39]
2023대만중국어타이중 捷運 타워 크레인 충돌 사고가 발생하였다. 열차가 낙하물과 충돌하였다.[124]


6. ATO 연구 프로젝트

자동 열차 운전 장치(ATO) 연구 프로젝트
이름시작 년도종료 년도설명국가예산
SMARAGT|SMARAGTde1999뉘른베르크 지하철 자동화[40]독일
RUBIN|RUBINde2001뉘른베르크 지하철 자동화[41]독일
KOMPAS I2001본선 철도의 무인 운전[42]독일4850000EUR[43]
AutoBAHN20102014기존 지역 철도 노선의 자율 주행 열차[44]오스트리아2500000EUR[44]
RCAS2010영구 설비 없이 충돌 회피[45]독일
KI-Lok20212024철도를 위한 안전한 AI[46]독일2470000EUR[43]
SMART 220192022철도 운송의 스마트 자동화를 위한 고급 통합 장애물 및 선로 침입 감지 시스템[47]EU1700000EUR[47]
safe.trAIn2022AI 기반 자동 열차 개발[48]독일2400만유로
AutomatedTrain2023열차의 완전 자동 정차 및 주차[49]EU42600000EUR[50]
R2DATO2023최대 자율 주행 열차 운행까지 디지털화된 철도[51]EU160800000EUR


7. ATO의 역사

1968년 영국의 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO의 초기 형태 시스템이 사용되기 시작하면서 역사가 시작되었다. 이 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행했다. 운전자는 출발 시 버튼 두 개만 누르면, 선로에 장애물이 없을 때 열차는 자동으로 다음 역까지 주행했다.[52][53]

대부분의 최신 ATO 시스템은 컴퓨터로 제어된다. ATO는 승무원이 탑승하는 유형과 무인 운전 유형으로 나눌 수 있다. 출발 조건이 성립된 후 자동으로 목표 속도까지 가속하고, 정속 운전 또는 惰行을 하며, 정차역에 접근하면 자동으로 정지 위치에 정지하는 기능은 동일하다. ATO는 ATC에 자동 운전 기능이 추가된 것이므로, 목표 속도 설정 및 보안 확보를 위해[65] 폐색에 ATC를 사용하는 경우가 많다.

승무원이 탑승하는 유형은 ATO 운전 중에도 운전자의 운전 조작을 우선하는 설계와, ATO 운전 모드에서는 긴급 정지 외의 운전 조작이 불가능한 무인 운전에 가까운 설계가 있다. 일반적으로 도어 닫힘 후 메인 핸들 근처에 설치된 출발 버튼을 누르면 다음 역까지 자동 운전이 시작된다. 출발 버튼은 오조작 방지를 위해 두 개를 동시에 눌러야 작동하는 경우가 많다.

무인 운전에 가까운 설계의 차량에는 출발 버튼 대신 "도어 닫힘 저지" 버튼이 있기도 하다. 이 경우, 역에 도착하면 도어가 자동으로 열리지만, 이 버튼을 누르지 않으면 출발 시간에 자동으로 도어가 닫히고 출발한다. 버튼을 누르고 있으면 도어가 열린 상태로 유지되며, 버튼을 다시 눌러 해제해야 도어가 닫히고 출발한다. 이러한 열차는 도어 재개폐 시 ATO를 해제하고 수동 운전으로 전환해야 한다. 후쿠오카 시 지하철 나나쿠마 선 등에서 이 방식을 채택하고 있다.

ATO는 역 정차 제어 기능만을 사용하여 정지 위치 정지 장치(TASC)로 사용할 수도 있다. 예를 들어, 도쿄 메트로 난보쿠선 및 도영 지하철 미타선 차량의 ATO는 도큐 메구로선 내에서는 TASC 모드로 전환되어, 역 출발 시의 노력 조작과 역간 속도 제어는 운전사가 하고, 역 정차 시 정지 조작은 ATO 장치의 역 정차 제어 기능(TASC 기능)을 사용한다.

7. 1. 세계

1968년 영국의 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO의 초기 형태라고 볼 수 있는 시스템이 사용되기 시작했다. 이 ATO 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행하였다. 운전자가 출발 시 버튼 2개만 누르면, 선로에 장애물이 없을 때 열차는 자동으로 다음 역까지 주행했다. 대부분의 최신 시스템은 컴퓨터로 제어되며, 런던의 도크랜드 경전철과 센트럴 선, 파리 메트로 14호선, 바르셀로나 지하철 2호선 및 5호선, 워싱턴 D.C 메트로, 홍콩 지하철의 동철 선, 서철 선, 마오샨 선, 마닐라 경전철, 싱가포르 MRT의 North East Line 및 Circle Line, 도쿄 지하철 난보쿠 선, 도쿄 지하철 후쿠토신 선, 서울 도시철도, 인천 도시철도, 부산 도시철도, 대전 도시철도, 대구 도시철도, 광주 도시철도 전 차량 등 ART- 및 VAL을 기본으로 한 많은 시스템이 있다. 추가로 서울 지하철 2호선 VVVF 전 차량(2011년 3월 13일 운행 개시), 서울시 메트로 9호선, 공항철도 등 전 차량은 현재 ATO시스템으로 운행중이다.[52][53]

2021년 10월, 독일 함부르크에서 다른 철도 교통과 공유하는 일반 선로에서 "세계 최초의 자동 무인 열차" 시범 사업이 시작되었다. 보도에 따르면 기존의 표준 선로를 사용하는 비지하철 열차 기술은 이론적으로 전 세계 철도 운송에 적용될 수 있으며, 에너지 효율도 훨씬 더 높다.

2022년까지 런던 지하철의 서클선, 디스트릭트선, 해머스미스 & 시티선, 메트로폴리탄선에 ATO가 도입되었다. 크로스레일 일부 구간에서도 ATO가 사용된다. 템즈링크의 런던 중심부 구간 열차는 ETCS(European Train Control System) 레벨 2를 사용하는 영국 본선 철도(National Rail) 네트워크에서 ATO를 최초로 사용한 열차였다.[54]

2022년 4월, 서일본 여객철도(JR West)는 2022년에 호쿠리쿠 신칸센에서 사용되는 12량의 W7계 신칸센 열차를 하쿠산 종합 차량기지에서 ATO를 시험할 것이라고 발표했다.[55]

빈의 U-Bahn은 2023년 새로운 U5 노선에 ATO를 설치할 예정이었다.

새로운 시드니 메트로를 위해 건설된 모든 노선은 승무원 없이 무인 운전으로 운영된다.

2012년부터 토론토 지하철은 향후 10년 동안 ATO와 ATC를 사용하기 위해 신호 시스템 업그레이드를 진행했다.[56] 융-유니버시티선 구간의 작업은 완료되었다.[57] 5호선 에글린턴선 지하 구간에는 2022년에 ATC와 ATO가 설치되었다. 지하 구간은 GoA2 시스템을 사용하고, 에글린턴 정비 및 보관 시설은 GoA4 시스템을 사용하여 차량 기지 주변을 무인으로 운행한다.[58] 온타리오선은 GoA4 무인 시스템을 도입할 예정이며, 2030년에 개통될 예정이다.[59]

2021년 3월부터 SNCF와 오드프랑스 지역은 프랑스 레지오 2N급 열차Regio 2N#ATO프랑스어를 이용한 실험을 시작했다.

2025년, AŽD Praha는 코피들노에서 돌니 보우소프까지의 노선에서 무인 승객 서비스를 정기적으로 재개할 예정이다.[60]

  • 도자이 선(매우 드물게 조작 훈련을 위해 수동 운전, 1976년 6월 - 1990년경, 2008년 9월 -)
  • 난보쿠 선(매우 드물게 조작 훈련을 위해 수동 운전, 2012년 6월 -)
  • 토호 선(매우 드물게 조작 훈련을 위해 수동 운전, 2016년 7월 -)
  • 난보쿠 선(매일 각 운전사 1회만 수동 운전을 실시)
  • 도자이 선(매월 각 운전사 1회 이상 수동 운전을 실시[117])

7. 2. 일본

나고야 시 교통국(나고야 시영 지하철)에서 처음으로 자동 열차 운전 장치(ATO)가 사용되었는데, 이는 차상 장치에 의한 지상 패턴 방식(지상 프로그램 방식)이었다.[63][64]

2022년 4월, 서일본 여객철도(JR West)는 호쿠리쿠 신칸센에서 사용되는 12량의 W7계 신칸센 열차를 하쿠산 종합 차량기지에서 ATO로 시험할 것이라고 발표했다.[55]

7. 3. 한국

1968년 영국 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO 시스템이 처음 사용되었는데, 이 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행하였다. 이후 대부분의 최신 시스템은 컴퓨터로 제어되며, 대한민국에서는 서울 도시철도, 인천 도시철도, 부산 도시철도, 대전 도시철도, 대구 도시철도, 광주 도시철도 전 차량과 서울 지하철 2호선 VVVF 전 차량(2011년 3월 13일 운행 개시), 서울시 메트로 9호선, 공항철도 등에서 ATO 시스템으로 운행 중이다.[52][53]

ATO 시스템을 사용하거나 사용할 예정인 한국 노선은 다음과 같다.

노선설명
도자이 선매우 드물게 조작 훈련을 위해 수동 운전 (1976년 6월 ~ 1990년경, 2008년 9월 ~)
난보쿠 선매우 드물게 조작 훈련을 위해 수동 운전 (2012년 6월 ~)
토호 선매우 드물게 조작 훈련을 위해 수동 운전 (2016년 7월 ~)
서울 지하철 3호선매우 드물게 장치 운전 훈련을 위해 수동 운전
오에도선매우 드물게 장치 운전 훈련을 위해 수동 운전


8. 한국의 주요 ATO 채용 노선

1968년 영국의 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO의 초기 형태라고 볼 수 있는 시스템이 사용되기 시작했다. 이 ATO 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행하였다. 운전자는 출발 시 버튼 2개만 누르면, 선로에 장애물이 없을 때 열차는 자동으로 다음 역까지 주행하게 된다. 대부분의 최신 시스템은 컴퓨터로 제어되며 도크랜드 경전철, 센트럴 선, 파리 메트로 14호선, 바르셀로나 지하철 2호선 및 5호선, 워싱턴 D.C 메트로, 홍콩 지하철의 동철 선, 서철 선, 마오샨 선, 마닐라 경전철, 싱가포르 MRT의 North East Line 및 Circle Line, 도쿄 지하철 난보쿠 선, 도쿄 지하철 후쿠토신 선 등에서 사용되고 있다.

대한민국에서는 서울 도시철도, 인천 도시철도, 부산 도시철도, 대전 도시철도, 대구 도시철도, 광주 도시철도 전 차량과 서울 지하철 2호선 VVVF 전 차량(2011년 3월 13일 운행 개시), 서울시 메트로 9호선, 공항철도, 그리고 3호선 (매우 드물게 장치 운전 훈련을 위해 수동 운전)에서 ATO 시스템으로 운행 중이다.

8. 1. 무인 운전

자동 열차 운전 장치(ATO)는 승무원이 탑승하는 유형과 무인 운전 유형으로 크게 나눌 수 있다.[61][62] 출발 조건이 성립된 후, 자동으로 목표 속도까지 가속하고 정속 운전 또는 타행(惰行)을 하며, 정차역에 접근하면 자동으로 정지 위치에 정지시키는 기본 기능은 동일하다. ATO는 ATC에 자동 운전 장치로서의 기능이 추가된 것이어야 하므로, 목표 속도 설정 및 보안 확보를 위해[65], 폐색에 ATC를 사용하는 경우가 대부분이다.

승무원이 승무하는 유형에는 ATO를 운전 지원 장치로 간주하여 ATO 운전 중이라도 운전사의 운전 조작이 우선하도록 설계된 것과, ATO 운전 모드에서는 긴급 정지 이외의 운전 조작이 불가능한 무인 운전에 가까운 설계가 있다. 일반적으로 도어 닫힘 후 주 핸들 근처에 설치된 출발 버튼을 누르면 다음 역까지 자동 운전이 시작된다. 출발 버튼은 오조작 방지를 위해 두 개를 동시에 누르는 것으로 작동하도록 되어 있다.

무인 운전에 가까운 설계의 차량에는 출발 버튼이 없고, 대신 "도어 닫힘 저지" 버튼이 있는 경우도 있다. 이러한 열차는 역에 도착하면 도어가 자동으로 열리지만, 이 버튼을 누르지 않은 채로 두면 출발 시간에 자동으로 도어가 닫히고 출발한다. 그러나 이 버튼을 누른 채로 두면 역에 도착하여 자동으로 도어가 열린 후에는 이 버튼을 다시 눌러 해제하지 않으면 출발 시간이 되어도 도어가 닫히지 않고 출발하지 않는다. 다시 눌러 해제하면 도어가 닫히고, 도어가 정상적으로 닫힌 경우(홈도어가 설치된 노선에서는 홈도어도) 자동으로 출발하게 된다. 이러한 열차는 도어 닫힘 저지를 해제하고 일단 도어가 닫힌 후에는 다시 도어를 여는 것이 불가능하기 때문에, 문에 끼임으로부터 복귀나 뛰어타기를 한 승객을 태우는 경우 등에는 일단 ATO를 해제한 후 마스콘 키를 돌려 수동 운전으로 전환한 후, 수동으로 도어를 재개폐하고 다시 자동 운전으로 돌아가야 한다. 이 방식은 후쿠오카 시 지하철 나나쿠마 선 등에서 채택되고 있다.

자동 열차 운전 장치(ATO)는 역 정차 제어 기능만을 사용하여 정지 위치 정지 장치(TASC)로 사용할 수도 있다.

다음은 무인 운전이 시행되는 노선의 예시이다.

구분노선
중량
궤도
시스템
(철륜식 철도)
신교통시스템
공항 내 궤도


8. 2. 운전사 승무

1968년 영국의 런던 지하철 빅토리아 선에서 ATO의 초기 형태라고 볼 수 있는 시스템이 사용되기 시작했다. 이 ATO 시스템은 출입문 개폐를 제외한 운전자의 모든 기능을 수행했다. 운전자는 출발 시 버튼 두 개만 누르면, 선로에 장애물이 없을 때 열차는 자동으로 다음 역까지 주행했다.




대부분의 최신 시스템은 컴퓨터로 제어되며, 도크랜드 경전철과 센트럴 선, 파리 메트로 14호선, 바르셀로나 지하철 2호선 및 5호선, 워싱턴 D.C 메트로, 홍콩 지하철의 동철 선, 서철 선, 마오샨 선, 마닐라 경전철, 싱가포르 MRT의 North East Line 및 Circle Line, 도쿄 지하철 난보쿠 선, 도쿄 지하철 후쿠토신 선, 서울 도시철도, 인천 도시철도, 부산 도시철도, 대전 도시철도, 대구 도시철도, 광주 도시철도 전 차량 등 ART- 및 VAL을 기본으로 한 많은 시스템 등에서 사용되고 있다. 서울 지하철 2호선 VVVF 전 차량(2011년 3월 13일 운행 개시), 서울시 메트로 9호선, 공항철도 등 전 차량은 현재 ATO시스템으로 운행중이다.[61][62]




승무원이 승무하는 유형은 ATO를 운전 지원 장치로 간주하여 ATO 운전 중에도 운전사의 운전 조작이 우선하도록 설계된 것과, ATO 운전 모드에서는 긴급 정지 이외의 운전 조작이 불가능한 무인 운전에 가까운 설계가 있다. 어느 경우든, 일반적으로 도어 닫힘 후 메인 핸들 근처에 설치된 출발 버튼을 누르면 다음 역까지 자동 운전이 시작된다. 출발 버튼은 대부분 오조작 방지를 위해 두 개를 동시에 누르는 것으로 작동한다.




무인 운전에 가까운 설계의 차량에는 출발 버튼이 없고, 대신 "도어 닫힘 저지" 버튼이 있는 것도 있다. 이러한 열차는 역에 도착하면 도어가 자동으로 열리지만, 이 버튼을 누르지 않은 채로 두면 출발 시간이 되면 자동으로 도어가 닫히고, 저절로 출발한다. 그러나 이 버튼을 누른 채로 두면 역에 도착하여 자동으로 도어가 열린 후에는 이 버튼을 다시 눌러 해제하지 않으면 출발 시간이 되어도 도어는 닫히지 않고 출발하지 않는다. 다시 눌러 해제함으로써 도어가 닫히고, 도어가 정상적으로 닫힌 경우(홈도어가 설치되어 있는 노선에서는 홈도어도) 자동으로 출발하게 된다. 이러한 열차는 도어 닫힘 저지를 해제하고 일단 도어가 닫힌 후에 다시 도어를 여는 것은 불가능하기 때문에, 문에 끼임이나 뛰어타기를 한 승객을 태우는 경우 등에는 일단 ATO를 해제한 후 마스콘 키를 돌려 수동 운전으로 전환한 후, 수동으로 도어를 재개폐하고 다시 자동 운전으로 돌아가야 한다. 이 방식은 후쿠오카 시 지하철 나나쿠마 선 등에서 채택되고 있다.




자동 열차 운전 장치(ATO)는 역 정차 제어 기능만을 사용하여 정지 위치 정지 장치(TASC)로 사용될 수 있다. 도쿄 메트로 난보쿠 선 및 도영 지하철 미타 선 각 차량의 ATO는 도큐 메구로 선 내에서는 TASC 모드로 전환되고, 역 출발 시의 노력 조작과 역간의 속도 제어는 운전사가 하고, 역 정차 시의 정지 조작은 ATO 장치의 역 정차 제어 기능(TASC 기능)을 사용하고 있다.




다음은 승무원이 탑승하여 ATO로 운영되는 노선의 예시이다.

9. 전망

많은 철도에서 향후 자동 열차 운전 장치(ATO)를 이용할 계획을 가지고 있다. ATO는 2011년에 런던 지하철 노던 선에서, 2009년에는 주빌리 선에서 사용될 예정이다. ATO는 향후 런던 Crossrail에서도 사용될 예정이다. ATO는 아직 영국 주요 철도에서는 채택되지 않고 있다.

2021년 10월, 독일 함부르크(Hamburg)에서 다른 철도 교통과 공유하는 일반 선로에서 "세계 최초의 자동 무인 열차" 시범 사업이 시작되었다. 보도에 따르면 기존의 표준 선로(별도의 철로가 아닌, 모노레일이 아닌)를 사용하는 비지하철 열차 기술은 이론적으로 전 세계 철도 운송에 적용될 수 있으며, 에너지 효율도 훨씬 더 높다.[52][53]

2022년까지 런던 지하철(London Underground)의 서클선, 디스트릭트선, 해머스미스&시티선, 메트로폴리탄선에 ATO가 도입되었다. 크로스레일(Crossrail) 일부 구간에서도 ATO가 사용된다. 템즈링크(Thameslink (route))의 런던 중심부 구간 열차는 ETCS(European Train Control System) 레벨 2를 사용하는 영국 본선 철도(National Rail) 네트워크에서 ATO를 최초로 사용한 열차였다.[54]

2022년 4월, 서일본 여객철도(West Japan Railway Company, JR West)는 호쿠리쿠 신칸센(Hokuriku Shinkansen)에서 사용되는 12량의 W7계 신칸센 열차를 하쿠산 종합 차량기지에서 ATO를 시험할 것이라고 발표했다.[55]

빈(Vienna)의 U-Bahn은 2023년 새로운 U5 노선에 ATO를 설치할 예정이었다.

새로운 시드니 메트로(Sydney Metro)를 위해 건설된 모든 노선은 승무원 없이 무인 운전으로 운영된다.

2012년부터 토론토 지하철(Toronto subway)은 향후 10년 동안 ATO와 ATC를 사용하기 위해 신호 시스템 업그레이드를 진행했다.[56] 융-유니버시티선(Line 1 Yonge–University) 구간의 작업은 완료되었다.[57] 5호선 에글린턴선(Line 5 Eglinton) 지하 구간에는 2022년에 ATC와 ATO가 설치되었다. 지하 구간은 GoA2 시스템을 사용하고, 에글린턴 정비 및 보관 시설(Eglinton Maintenance and Storage Facility)은 GoA4 시스템을 사용하여 차량 기지 주변을 무인으로 운행한다.[58] 온타리오선(Ontario Line)은 GoA4 무인 시스템을 도입할 예정이며, 2030년에 개통될 예정이다.[59]

2021년 3월부터 SNCF와 오드프랑스(Hauts-de-France) 지역은 프랑스 레지오 2N급 열차Regio 2N|equipped with sensors and software프랑스어를 이용한 실험을 시작했다.

2025년, AŽD Praha는 코피들노(Kopidlno)에서 돌니 보우소프(Dolní Bousov)까지의 노선에서 무인 승객 서비스를 정기적으로 재개할 예정이다.[60]

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