운행속도와 열차 편성, 차량의 성능이 동일한 단일 종류의 열차가 낮은 속도로 운행되는 도시철도와 경량전철을 중심으로 운전자없이 자동으로 열차를 운행하는 열차 자동운전(ATO) 기술은 이미 개발되어 적용되고 있다. 그러나 열차의 편성량 및 운행속도가 다르고 제동거리, 차량의 가·감속도, 운행패턴이 다른 일반철도와 고속철도 혼용 운행구간에서의 자동운전 기술은 아직까지 실험실에서 시험하는 수준의 단계에 있고, 전 세계적으로 자동운전을 적용한 사례는 없는 실정이다.
2000년대 초부터 유럽의 철도회사와 기관이 중심이 되어 기존의 일반(화물)철도와 고속철도에도 자동운전을 도입하기위한 연구가 본격화되기 시작하였으며, 우리나라에서도 2018년 한국형 무선기반 열차제어시스템(KTCS-2)의 개발이 성공적으로 마무리 되면서 국가철도망에 자동운전 기술의 도입 필요성이 대두되기 시작하였다.
본 논문에서는 국내 열차제어시스템의 종류 및 구축 현황과 해외 열차제어시스템 현황에 대해 조사하였고 저속 및 고속철도가 혼용 운행하는 노선의 열차자동운전 사례 연구와 해외의 철도 정책현황에 대한 조사 결과를 분석하였다. 현황 분석결과를 토대로 하여 국내 철도환경과 운용여건을 고려하여 현재 운용되고 있는 국내외 열차 제어시스템 구성과 적용기준을 제시하였고, 각 시스템의 특성에 맞는 시스템 구성 방안을 제시하였다.
저속 및 고속철도 혼용 운행구간의 열차제어시스템 자동화 수준을 GoA(자동화등급) 단계별로 GoA 2(반자동운전), GoA 3(자동운전), GoA 4(완전자동운전)에 따른 기준을 제시하였고, 일반철도와 고속철도의 승강장 구조, 역 구조에 따른 적합한 정위치 정차 기술을 분석하여 열차 종류별 제동거리, 가·감속 성능, 편성 수가 다른 혼용 운행구간의 정위치 정차기술을 제시하였다.
이러한 연구 결과를 토대로 KTX 고속열차, 여객열차, 화물열차 등 다양한 속도, 가·감속 능력, 열차의 편성 수 등에 따른 지상장치간 인터페이스 구성 방안을 제시하고, 실제 노선에 적용하기 위해 적용성에 대한 검증시험을 열차운행성능 시스템 시뮬레이션(TPS) 툴을 이용하여 선로 구조별로 단선, 복선, 고속철도 전용선 등 선로 형태별로 실험하여 142%에서 최대 167%까지 선로용량의 증대가 가능함을 증명하였다.
자동운전을 도입하기 위해서는 기술적인 여건 조성과 함께 행정적 제도적인 뒷받침이 우선적으로 따라야하며 선로변 안전설비, 승강장 안전설비 등 부가적인 설비의 도입이 요구되고, 휴먼에러를 방지하고 초기 설치비 절감과 신뢰성 향상, 유지보수 효율성을 향상 시킬 것으로 판단된다.