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기획특집/연재

국토교통부, 현장에 적용되는 R&D로 철도산업 도약의 발판 마련

철도 R&D 투자·사업화 결실…작년대비 70% 상승 2330억 달성
차세대 신호·유지보수 시스템으로 전환 등… 철도 산업의 혁신 가속화

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국토교통부(장관 김현미)21일 철도 R&D에 대한 지속적인 투자와 상용화 촉진 노력 등으로 올해는 작년 1400억 대비 약 70% 증가한 2330억원 규모의 실용화 성과가 있었다고 밝혔다.

 

우리나라 철도산업의 경쟁력을 키우기 위해서는 세계적인 경쟁무대에서 기술력확보를 위한 연구개발뿐만 아니라 실제 현장에의 적용이 매우 중요하나 신기술 안전성에 대한 우려, 연구개발 성과물 홍보 부족 등으로 실용화까지 이어지기에 많은 어려움이 있었다.

 

이에 국토부는 실용화 방안을 논의하고 연구기관이 개발한 철도 분야 우수성과를 철도 수요기관과 공유하는 철도 건설·운영기관 협의체*’’199월부터 발족하여 운영 중에 있다.

 

* (구성) 국토부, 국토교통진흥원, 한국철도공사, 국가철도공단, 각 지자체 도시철도기관

 

또한, 성능검증·인증 등을 지원하여 R&D 성과물의 실용화를 지원하는 철도 실용화 문턱과제(‘17~‘20)’ 프로그램을 운영하는 등 연구개발이 현장 적용으로까지 이어질 수 있도록 추진해왔다.

 

이러한 노력의 결과 올해 국가 R&D로 개발된 총 15종류의 철도 신기술이 현장에 적용되어 빛을 보게 되었으며, 주요 신기술의 상세 내용은 다음과 같다.

 

철도통합무선통신서비스*(LTE-R)’ 관련 통신 설비 구축과 LTE-R 기반 한국형 열차제어시스템**(KTCS-2)’의 지상장치 설치에만 올해 국가철도공단에서 약 2000 억 원 정도 규모의 계약을 체결하여 차세대 철도 신호·통신시스템으로의 전환에 박차를 가하고 있다.

 

* LTE 기술을 철도에 적용해 개발한 무선통신시스템(’14’18, 국토부 R&D)

** LTE-R을 활용하여 열차를 실시간으로 제어하는 시스템(동일 R&D 진행)

 

국산화된 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)가 본격적으로 운영된다면 LTE-R 무선통신을 기반으로 운행정보를 열차에 수시로 전달하여 위험상황에 신속하게 대응이 가능하며 운행에 있어 승객의 안전성을 획기적으로 높일 것으로 기대된다.

 

철도 시설물 검측을 자동화한 영업열차 시설물 자동검측시스템과 선로의 세부결함을 검측하는 위상배열 초음파 레일탐상장비관련 물품도 한국철도공사 등에서 115억 원 규모의 계약을 체결하여 철도 유지보수체계의 혁신도 앞당길 것으로 예상된다.

 

영업열차 시설물 자동검측시스템은 운행 중인 열차 외부에 검측장치를 설치하여 실시간으로 철도 시설물의 이상 상태를 감지하는 기술로 현장에 인력이 없이도 상시 검측이 가능하기 때문에 현장 근로자의 사고 위험을 현저히 줄일 수 있다.

 

위상배열 초음파 레일탐상장비는 의료분야에서 쓰이는 초음파 기술을 활용하여 철도 레일내부의 세부결함까지 정밀하게 계측하는 장비로 기존 외국산 장비에 비해 검측정확도를 50%까지 향상시켜 선로장애 등을 사전에 방지하는데 기여할 것으로 기대된다.


그동안 주로 연구개발 대상이 되어왔던 철도 부품·장비와 같은 하드웨어부문 뿐만 아니라 철도분야 소프트웨어부문에 대해서도 R&D 성과물이 기관·업계 등에 약 25억 원 규모로 활용되었다.

 

기존에는 열차주행시뮬레이션*(TPS : Train Performance Simulation)’과 이를 기반으로 열차 운행시간표와 열차 승무원 근무시간표 등을 계획하는 프로그램을 각 기관별로 운영하였으나, 범용성을 확대하여 기관 특성에 맞게 사용할 수 있도록 한 열차운행계획 통합시스템‘18년부터 R&D로 연구개발 되었고 ‘19년부터 국가철도공단 용역 등에 직·간접적으로 활용되고 있다.

 

* 시뮬레이션을 통해 속도·지형조건 등에 따라 거점별 열차운행 시간을 계산하는 프로그램으로 열차 운행시간표, 승무원 근무시간표 등에 사용

 

특히, 철도 R&D 성과는 해외수출로도 이어졌다. 승강장 스크린도어의 안전성을 강화한 승강장안전문(PSD : Platform Screen Door) 제어시스템의 경우 ’19년에 이어 올해에도 브라질 상파울루 1, 2, 3호선 4개역에 시스템을 설치하는 계약을 약 30억원가량 체결하여 해외진출의 가능성을 보여주었다.

 

이외에도 전압 변환 과정에서의 손실 에너지를 감소시켜 발열량을 줄이고 무게를 경량화한 공진형 보조전원장치’, 전동차의 정지과정에서 소실되는 전기에너지를 재활용하는 양방향 전력변환장치(더블컨버터)’ 등 다수의 신제품들이 실용화에 성공하였다.

 

국토교통부 김선태 철도국장은 그동안 지속적으로 투자해온 철도부문 R&D 성과물들이 본격적으로 산업현장에 적용되기 시작하여 빛을 보게 된 한 해라며, 앞으로도 현장이 필요로 하는 수요를 발굴하고 연구개발 이후에도 성과물들의 사업화가 이루어질 수 있도록 적극 지원하여 철도산업이 도약할 수 있는 발판 마련에 최선을 다하겠다고 밝혔다.

        



참고 1

 

2020년 철도 R&D 성과물 실용화 실적 세부 내역(전체)

 

 

계약 성과물

국가 R&D

금액

판매

구매

1

KTCS-2 지상장치

일반 및 고속철도용 무선통신 및 제어시스템

실용화 개발(’14~’18)

310

대아티아이

국가철도

공단

KTCS-2 차상장치

현대로템 테크빌

한국철도

공사

2

LTE-R 통신망

1740

KT

LGU+ SKT

국가철도

공단

3

위상배열 초음파

레일탐상장비

선제적 장애예방 및 유지보수 효율화를 위한 궤도 상태평가

시스템 및 유지보수 기술개발(’16~’20)

115

샬롬

엔지니어링

한국철도

공사

서울교통

공사

4

영업열차 시설물 자동검측시스템

철도 인프라의 유지보수를 위한 고속 종합검측 시스템 기술개발(5R&D 통합)

투아이시스

3

한국철도

공사

5

열차운행계획 통합시스템

첨단 IT기술에 의한 열차운행계획의 상용화 시스템 개발(’18~’20)

25

(활용실적)

지오엔티

KRTC

국가철도

공단

국가철도

공단

6

PSD 제어시스템

노후화 스크린도어 개량화 기술에 대한 안전무결성 인증 및 현장 검증(’17~’20)

30

우리기술

상파울루 메트로

7

공진형 보조전원 장치

공진형 보조전원장치

실용화 사업(’17~’21)

6

브이씨텍

현대

로템

8

양방향 전력변환장치 (더블컨버터)

철도운영 및 유지보수 효율화 기술개발(’14~’20)

35

다원시스

전라북도 정읍시

9

철도차량 출입문 상태모니터링 시스템

3천만

글로비즈

현대

로템

10

전동차 제동시스템

(주공기압축기 포함)

철도차량 부품호환 및 표준모듈 개발(’15~’20)

20

유진기공

산업

현대

로템

11

전동차 제동 마찰재

상신

브레이크

유진기공

산업

12

가변 전원형

보조전원장치

전기기관차(8200호대) 보조전원장치 실용화 기술개발(’16~’18)

3

이경산전

한국철도

공사

13

공기질 개선장치

도시철도 터널 및 차량의 공기질 개선 기술개발(’09~’14)

15

애니텍

부산교통

공사

14

철도 차축베어링

모니터링 시스템

철도 핵심부품 및 장치 기술개발 2단계(’14~’18)

20

KTM

엔지니어링

피렌티

15

레일표면 연마장치

기존선 무도상 교량 장대레일화 기술개발

2

천경기업

국가철도

공단

* 계약금액은 관련기업 정보보호를 위해 개략적으로 표시


참고2

 

철도통합무선통신시스템(LTE-R), 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)

 

철도통합무선망(LTE-R)

 

(개요) 기존에는 단순히 음성통화 문자만 이용 가능했으나 LTE 철도 무선통신에 사용할 수 있도록 특화하여 적용한 시스템

 

(우수성) 성통화 품질 개선, 다양한 멀티미디어 전송 등 기능이 향상되었고 철도차량에 철도 안전 등에 대한 정보를 전송 가능

 

’20년 계약 실적

 

- 경부선(금천구청~부산, 424.4km), 동해선(강릉~모량분기점, 258.8km)서해선(원시~홍성, 89.2km), 포승평택선(안중~평택, 23.8km)일산선(지축~대화, 19.2km), 과천·안산선(남태령~오이도, 40.5km)

 

한국형 열차제어시스템(KTCS-2)

 

(개요) LTE-R을 기반으로 열차의 안전거리, 운행 가능속도 등 정보를 철도차량에 보내어 감속·정지하도록 하는 안전시스템*

 

* 유럽의 신호체계 ETCS-2를 국산화한 한국형 차세대 신호시스템

 

(우수성) 경되는 운행정보를 수시로 전송 가능하여 운행 중의 돌발상황 등에 신속하게 대처할 수 있어 승객 안전성을 향상

 

(적용) ’21년 하반기까지 전라선(익산~여수EXPO, 180km) 시범구축 예정


 

                <LTE-R 기반 KTCS-2 차상/지상장치간 정보전송 개념도>



참고 3

 

영업열차 시설물 자동검측시스템, 초음파 레일탐상장비

 

영업열차 시설물 자동검측시스템

 

(개요) 운행 중인 철도차량에 국가·기관 R&D로 개발한 검측 모듈 탑재하여 철도시설물을 자동으로 검측**하는 시스템

 

* 차량 주변 선로, 궤도, 전차선, 통신·신호설비 등을 주행하는 중에 검측

 

(우수성) 자동화 무인 검측 시스템으로 작업자 사고율을 낮추고, 점검주기 단축 자동검측 항목 확대*로 열차 운행 안전성 강화

 

* 자동검측 항목 확대(2846항목), 점검주기 단축(··분기·반기일일·주 점검)

 

(적용) ITX-새마을호 1편성(한국철도공사)에 모듈을 부착하여 시범 운영(’21~)

 

위상배열 초음파 레일탐상장비

 

(개요) 철도레일의 균열 크기, 위치, 방향 등 위상배열 초음파를 이용해 정밀 검측하는 장비로 레일위에서 인력이 밀면서 계측

 

(우수성) 해외 유사장비와 비교하여 검측정확도를 50%이상 향상시켰고 검측이 어려웠던 수직균열도 발견할 수 있게 됨

 

(적용) 한국철도공사’183, ’194, ’203 도입되어왔으며, 올해 ’20 서울교통공사에는 1 장비가 최초로 도입

 

  

 

 

참고 4

 

열차운행계획 통합시스템

 

TPS 기반 열차운행계획 통합시스템

 

(개요) TPS* 기반으로 열차 운행시간표, 승무원 근무시간표 등을 구성하는 SW각 기관 특성에 맞게 적용 가능하도록 범용성을 높임

 

* 열차주행시뮬레이션(TPS) : 속도·지형조건 등에 따라 거점별 열차운행 시간을 계산하는 프로그램으로 열차 운행시간표, 승무원 근무시간표 등에 활용

 

(우수성) 열차주행시뮬레이션을 통해 열차 및 승무운용계획을 하는 프로세스를 구축하여 패키지화하였고 요시간 50%이상 단축

 

’20 활용성과

 

- 국가철도망 건설지원·선로배분시스템 통합 및 고도화용역(국가철도공단)

- ’2020년도 국가철도망 선로배분시스템 유지보수 용역(국가철도공단)

- 열차성능시뮬레이션, 열차다이아 시스템 납품(KRTC)

   

  


                                               <열차운행계획 통합시스템 개요>


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