철도망 사업은 노선별, 구간별, 지역별 또는 재원 분담 방식에 따라 사업 추진 시기와 운행 시기가 각각 다르고, 철도시스템들이 공급 회사별로 각각 다르기 때문에 철도 노선별로 열차운영에 있어서 호환성에 문제가 있었다. 이로 인해 결국 추가 개량사업으로 이어져 예산이 낭비되는 문제가 있었다. 철도시스템 중 열차제어시스템은 이러한 문제에 가장 핵심적인 이슈로 부각되어 상호운영성에 대한 실용성 있는 연구가 필요하였다. 특히, 수도권 지역의 신도시 확충으로 광역철도와 도시철도망의 역할이 점차 증대됨에 따라 앞으로 상호운영성 문제는 더욱더 중요한 과제로 대두될 전망이어서 본 연구를 시작하게 되었다.
열차제어시스템은 각각의 철도에 공급사가 개발한 고유의 기술을 적용하여 철도 노선을 확장하거나, 개량할 경우 대부분 동일한 공급사가 공급하는 독점 기술에 의존하는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 유럽의 ETCS는 상호운영성의 개념을 도입하였고, 이에 대한 연구는 현재 Baseline 3까지 확대되어 다양한 검토가 진행되고 있다. 국내에서 개발된 도시철도용 무인자동화 KRTCS에서도 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구개발 시작부터 공급사 간의 상호운영성을 고려한 열차제어시스템 프로토콜의 표준화를 추진\하였다.
본 논문은 도시철도 무인 자동화 열차제어시스템의 상호운영성 성능 적합성 검증에 대해 연구하였다. 이는 무인 자동화 열차제어시스템의 가장 대표적인 사례로 주어지는 CBTC의 다양한 운영사례 조사를 통해 무인 자동화 열차제어시스템의 운영 지표로 사용하는 접근성, 신뢰성, 정시성, 승객 안전성, 청결성 및 부정승차율 등의 전반적인 특성을 검토한 후, 상호운영성에 대해 분석하였다. CBTC 상호운영성에 대한 검토는 미국 뉴욕 NYCT, 프랑스 파리 RATP, 국내의 무인 자동화 KRTCS을 사례로 제시하였다.
상호운영성 성능 적합성 검증에 대한 연구는 무인 자동화 KRTCS에 적용된 상호운영성 성능적합성을 위한 규격과 함께 열차운행 관련 정보전송 및 동작 기능 확인시험을 의미하는 용품시험, 정적시험인 철도 신호기와의 연동시험, 동적 시험인 열차 이동시의 ATP 기능시험, ATS 운영 및 지상-차상간 연계 동작 확인시험, 그리고 무선통신 기능의 지속성 시험으로 실행되는 신호 보안시험을 성능시험 시나리오에 따라 검토하였다.
그 결과 상호운영성 성능적합성 검증은 철도 운행선에서 예측된 절차에 따라 다양한 형태의 지상-차상간 인터페이스를 구현하는 시험을 시행하였으나, 검증 기간을 초과하는 경우가 수시로 발생하였음을 본 논문의 성능검증 절차 및 검증 결과 분석을 통해 확인하였다. 특히 Lab 시험을 통해 각각의 공급사 간의 성능검증이 완료된 경우에도 철도 운행선 성능검증 시험에서는 대부분 기준값을 초과하는 오차가 수시로 발생하였으며, 본 논문은 이러한 사항을 고려하여 향후 운행선 운영의 안전을 위해 상호운영성은 엄격한 기준과 원칙에 따른 성능검증이 필요함을 제시하였다. 제시된 결과는 열차제어시스템의 상호운영성 성능 적합성 검증을 위한 규격화된 표준 검증 절차 및 검증 기준 등으로 활용이 가능할 것으로 전망된다.