[1부]산업 디지털 전환 <11>디지털로 진화하는 스마트 철도
#지난 4월 19일, 익산과 여수엑스포역을 오가는 전라선에 국산 철도신호기술이 처음 적용됐다. 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)은 해외에 의존했던 신호 기술의 국산화를 넘어 세계 최초로 철도 전용 무선통신망(LTE-R)을 적용해 수송력과 안전성을 대폭 향상시킨 기술이다. 국토교통부는 “2004년 경부고속철도는 대한민국을 1일 생활권으로 만든 명실상부한 교통혁명이었다”면서 “이제 독자기술로 한국형 열차제어시스템 개발에 이르렀다”며 의미를 부여했다.
데이터·네트워크·인공지능(D·N·A)을 기반으로 대한민국 철도 기술이 진화하고 있다. 철도는 이산화탄소 배출량이 승용차의 9분의 1, 에너지 소비량은 6분의 1에 불과한 친환경 교통수단이다. 정부가 적극적으로 철도를 확장하고 화물을 도로운송에서 철도 운송으로 전환하는 사업자·화주에게 보조금까지 주면서 전환을 유도하는 이유다. 태생부터 자동차보다 탄소중립 실현에 유리한 철도가 디지털 대전환을 통해 더욱 빠르고 안전하게 발전하는 중이다. 건설부터 관제는 물론 피난 대응에 이르기까지 전방위적으로 철도의 디지털 대전환이 가속화되고 있다.
◇철도, 데이터로 판단한다…전력 계통 완전 디지털로 전환
디지털 대전환에 발맞춰 철도 분야에서도 건설부터 유지보수에 이르는 디지털 전환 작업이 이뤄지고 있다. 건설에서는 건설정보모델링(BIM)을 활용하고 시설물 관련 빅데이터 구축을 통해 유지보수에서도 디지털 기반 관리가 이뤄지고 있다.
그 중에서도 전력 계통 디지털화는 철도 디지털 전환에 있어 기본이 되는 작업이다. 감시, 보호, 제어 관련 정보가 광케이블을 통해 관제센터에 전송되고 실시간 관리되는 기초가 된다. 아날로그 신호를 전달했던 동케이블은 광케이블로, 신호처리를 위한 장치는 상호호환이 가능한 지능형 전자장치로 대체된다. 전력설비가 상호호환되면서 사고를 분석하고 예방할 수 있는 빅데이터 구축도 가능해진다. 국가철도공단은 2030년까지 61개 전철변전소에 2798억원을 투입해 완전디지털화를 완료할 계획이다. 지난해 기준 마련에 이어 올해부터 내년까지는 지능형 전자장치와 전력계통 데이터 네트워크 시스템을 개발할 예정이다. 데이터 통합장치와 시간 동기화 기술도 개발해 적용한다. 2024년부터 2025년까지는 실증시험장치를 개발해 실증 프로세스를 추진한다. 안전규정 인증을 거쳐 2025년부터 각종 사업에 적용한다. 각종 구조물을 사물인터넷(IoT)으로 원격 감시하고 모니터링하는 시스템도 구축 중이다. 강릉선 서원주부터 횡성에 이르는 11㎞구간에 연말까지 시범으로 구축하고 실시간 모니터링한다.
철도 교통 급증에 대비한 선제 작업도 추진되고 있다. 정부는 신설 예정 노선의 선로상태와 차량정보 등을 데이터화하고 열차 운행 시뮬레이션을 통해 속도와 시간, 에너지 소비량 등을 분석하는 시스템을 마련했다. 철도 혼잡도를 기반으로 노선별 조건과 열차 운행계획을 고려해 최대 열차수용능력을 분석하는 열차스케줄링 시뮬레이션 기술도 개발했다.
◇안전까지 책임지는 디지털 철도
한국교통안전공단에 따르면 2016년 철도 사고는 124건에서 2020년 57건으로, 사망자는 62명에서 21명으로 숫자는 감소했지만 여전히 적은 숫자는 아니다. 철도 확대와 교통량 증가와 함께 대두되는 것이 철도교통 관제 시스템 고도화다. 현재 철도 전체 열차 운행 상황을 관제하는 제 1관제센터(구로)는 하루 약 3500대 열차를 관제하고 있다. 철도노선 증가로 용량 포화 상태에 도달했다. 관제센터에 문제가 발생할때 작동하는 예비관제실(대전)까지도 용량 부족인 상황이다. 장애가 발생할때 비상대응이 어려울 수도 있는 환경이 됐다. 공단은 2028년까지 3413억원을 투입해 제1관제센터를 개량하고 제2관제센터를 신설할 계획이다. 2026년까지 오송에 제2관제센터를 건설하고 2028년까지 제1관제센터를 개량해 2029년부터는 두 관제센터를 이중화해 운영할 예정이다. 관제센터에는 향후 D·N·A 기술을 적용해 AI가 관제사를 대신해 자동으로 열차 운행을 관리하고 최적의 운행패턴을 계산해 안전성과 효율성을 모두 확보한다는 전략이다.
사고를 최소화하기 위한 대응 시스템도 달라진다. 예방만큼 중요한 것이 사고의 신속한 대응이다. 특히 대심도 장대터널에서는 사고 후 대응을 어떻게 하느냐에 따라 인명피해 정도가 달라질 수 있다. 수도권 GTX나 수서고속철도와 같은 대심도 장대터널이 늘어남에 따라 터널 사고시 피난을 신속하게 유도하기 위한 기술 역시 관심을 받고 있다. 터널 피난유도시스템이 대표적이다. 터널 내 화재가 발생하면 연기 확산방향을 자동으로 파악해 무선으로 피난 유도등에 유도방향을 지시해준다. 유독성 연기 확산 방향과 반대 방향으로 점등함으로써 승객들이 열차에서 나와 터널 밖으로 안전하게 대피할 수 있도록 유도한다.
철도역사 스마트 피난유도 시스템도 있다. 철도역사에서 화재 등 재난이 발생할때 철도 이용객이 최단시간 대피할 수 있도록 도와준다. 빅데이터와 IoT를 활용해 어두운 환경속에서도 신속하게 피난 경로를 안내해준다.
이인희 국가철도공단 기술본부장은 “국가철도는 드론택시의 버티포트, 도심교통 녹색에너지 허브화, 수소차량 도입에 따른 거점별 수소 충전소 등 여러가지 방향으로 변화가 예상된다”면서 “기술과 환경의 역사적 대전환기에 철도 기술 발전을 통해 철도 교통만의 한계가 아닌 교통허브로서 성장 한계를 극복해 나갈 것”이라고 말했다.
문보경기자 okmun@etnews.com
