제1부 KTCS 열차제어시스템의 이해
제 1장 열차제어시스템(KTCS-2) 개발 배경
1.1 개발 배경 및 필요성 : 간선과 도시철도 신호시스템 표준화 12
1.2 철도신호 열차제어 시스템의 개요 12
1.3 ERTMS/ETCS와 CBTC 개요 14
1.4 ERTMS와 KTCS-2의 개요 및 차이점 18
제 2장 한국형 열차제어시스템(KTCS)의 발전 : 1, 2, 3단계
2.1 KTCS-1 (ETCS Level 1) 31
2.2 KTCS-2 (ETCS Level 2) 32
2.3 KTCS-3 (ETCS Level 3) 33
제 3장 KTCS-2와 KTCS-M : 핵심 특징과 차이점 비교
3.1. KTCS-2의 핵심 특징과 시스템 구조 35
3.2. KTCS-M의 핵심 특징과 시스템 구조 36
3.3. KTCS-2와 KTCS-M의 기술적 공통점 및 차이점 심층 분석 38

제2부 간선/고속철도 표준 － KTCS-2
제 4장 KTCS-2 시스템 구성 및 기능
4.1 지상 설비(Wayside Equipment) 44
4.2 차상 설비(Onboard Equipment) 81
제 5장 핵심 기술요소 분석
5.1.
위치 검지 기술 91
5.2.
이동권한(MA) 방식 91
5.3. KTCS 제동 특성 요약 92
5.4. DMI(Driver Machine Interface) 설계 및 운전 패턴 96
5.5. ETCS-2 LEVEL 전환: 원리와 절차 100
제 6장 KTCS-2의 신경망, LTE-R
6.1.
철도 전용 통신 기술, LTE-R 102
6.2.
음성, 영상, 데이터가 함께 전송되는 통신 103
6.3.
3단계 검증 안전 확보 103
6.4.
철도무선통신망(LTE-R)의 중앙센터설비 104
6.5. LTE-R 특징 및 주파수 내역 104
제 7장 KTCS-2의 운영 논리
7.1. KTCS-2 RBC의 역할과 논리 알고리즘 106
7.2. KTCS-2의 열차 간 간격 유지 기술 122
7.3. KTCS-2 진로설정 및 열차 진로처리 133
7.4. KTCS-2 비정상 상황 대처 로직 136
7.5. KTCS － 동작 모드 138
제 8장 KTCS-2 도입 효과 및 과제
8.1.
수송용량 증대 및 유지보수 비용 절감 분석[정량적 효과] 145
8.2.
기술 종속 탈피와 K-철도 브랜드 강화[정성적 효과] 146
8.3.
기관사와 관제사의 업무 변화[인적 효과] 146
8.4.
신호장치 간소화, 설비 유지보수 비용 절감 148
8.5.
운전 자동화 수준 향상 149
8.6.
통신 장애/EMI 문제 및 대응 방안 150
제 9장 KTCS-2 안전성 증명 및 인증
9.1.
Fail-Safe 원칙과 다층적 구현 152
9.2.
개발 생명주기와 안전성 활동(V&V) 155
9.3.
안전무결성등급(SIL)의 이해와 적용 160
9.4.
안전기능평가(GA & SA) 161
9.5.
시스템 승인 및 인증절차 164
9.6.
안전성 증명(Safety Case) 사례 166
제 10장 성능 검증 및 적용 사례
10.1. KTCS-2 RAMS 요구사항 169
10.2.
최초의 시험대, 전라선 시범사업의 성공 173
10.3.
비수도권 최초 광역철도, 대경선 적용 사례 173
10.4.
전국 고속철도망으로의 확대 : 경부고속선, 호남고속선 적용 계획 174
제 11장 ETCS-2 시스템 시험 인증 절차 종합 분석(Multitel 사례 중심)
11.1.
실험실 검증의 필요성과 목적 175
11.2. ETCS Level 2 시스템의 이해 176
11.3.
시험 인증기관의 역할 및 절차 177
11.4.
시뮬레이션 시험 시나리오의 유형 178
11.5.
인터페이스 및 성능 검증 시험 절차 182
11.6.
운영 시나리오 기반 통합 성능 검증 185
11.7.
검증과 안전성 보장 187
제 12장 KTCS-2 도입에 따른 유지보수자, 기관사, 관제사 교육
12.1.
유지보수자 188
12.2.
기관사 191
12.3.
관제사 196

제3부 도시철도 표준 － KTCS-M
제 13장 KTCS-M의 이해
13.1. KTCS-M(CBTC 기반) - 도시철도 표준 202
13.2.
도시철도신호시스템(KTCS-M) 적용 204
13.3. CBTC 기반 이동폐색과 완전 무인운전(GoA 4) 208
13.4. KTCS-M 시스템 아키텍처 및 특징 209
제 14장 KTCS-M 도입 효과 및 전망
14.1. KTCS-M 도입에 따른 도시철도 운영 효율 극대화 및 비용 절감 효과 214
14.2.
기관사 및 관제사 업무 변화 215
14.3. KTCS-M과 국가 철도망 통합 신호체계 연계 과제 218
제 15장 KTCS-M 적용 사례 분석
15.1.
기술 검증의 초석 - 일산선 시범사업 상세 분석 226
15.2.
최초 상용화의 이정표 - 신림선 완전 무인운전(GoA 4) 구현 228
15.3.
표준의 확산 - 광역철도로의 확장과 미래 전망 229

제4부 차세대 기술과 미래 발전 방향 및 기술 표준
제 16장 다음 세대의 기술 : KTCS-3와 가상결합
16.1.
궤도회로가 필요 없는 진정한 무선통신 기반 제어 234
16.2. KTCS-3 시스템 특징 234
제 17장 미래 철도 기술 : 가상결합(Virtual Coupling) 및 Hybrid Level 3
17.1.
열차가 스스로 소통하는 ‘가상결합(Virtual Coupling)’ 기술 244
17.2.
Hybrid Level 3 244
제 18장 K-열차제어시스템의 과제와 발전 방향
18.1.
세계시장으로의 도전과 경쟁력 강화 250
18.2.
우리가 풀어야 할 과제 251
18.3.
인공지능(AI) 기반 예지정비 시스템 연계 방안 252
18.4.
사이버보안, 레질리언스 강화 및 디지털 트윈 적용 254
18.5.
종합 발전 방향 256
제 19장 기술 기준 및 표준 : KRS와 국제 표준
19.1.
국가 철도신호 규격 (KRS) 258
19.2. ERTMS/ETCS Level 2 기술문서 참조 259
19.3. ISO/IEC/ITU 관련 표준 적용 260

제5부 신호 엔지니어를 위한 기술 강의
제 20장 KTCS-2 열차제어시스템의 이해
20.1. KTCS-2의 등장과 기술적 배경 268
20.2. KTCS-2 고정폐색 시스템 운용 분석 277
20.3. KTCS(ETCS) 제동 모델 기술 해설 285
20.4.
철도 신호 시스템 통신 프로토콜 기술 설명 296
20.5.
열차제어시스템(KTCS-2) 성능지표 표준화 및 RAMS 공학 314
20.6. KTCS-2 사이버보안 설명 321
20.7.
열차제어시스템(KTCS-2)의 시험·인증 절차 337
20.8.
열차제어시스템(KTCS-2)의 장애·열화 운전 대응 설명서 346
20.9. KTCS-2 신호 엔지니어를 위한 통신 공학 353
20.10.
한국형 CBTC(KTCS-M)의 핵심 원리 및 아키텍처 분석 373
20.11.
철도 선로용량에 대한 이론, 적용 및 증대 방안 389
20.12. KTCS 신호 엔지니어를 위한 RAMS 기초 이론 400

부록

1.
신호 약어 416
2.
신호 용어 420
3. KTCS-2 통신 시스템 용어 및 약어집 435
4. EULYNX : 유럽 철도 신호 시스템의 혁신을 이끄는 표준화 이니셔티브 443
5.
통신관련 Data 445
참고자료 449

맺음말

머리말

시속 300km로 황금물결이 넘실대는 가을 평야를 가로지르는 KTX의 매끈한 차체를 떠올려 보십시오.
그 거대한 쇳덩이가 빼곡한 시간표에 맞춰, 보이지 않는 신호를 읽으며 한 치의 오차도 없이 스스로를 제어하는 모습은 이제 우리에게 익숙한 풍경입니다.

하지만 그 익숙함 뒤에는, 대한민국 철도 기술의 독립을 향한 수십 년간의 끈질긴 도전과 마침내 우리가 쟁취한 눈부신 성과가 숨 쉬고 있습니다.
바로 간선과 고속철도를 위한 KTCS-2와 도시철도를 위한 KTCS-M으로 대표되는 한국형 열차제어시스템(KTCS)입니다.

오랫동안 현장에서 우리 철도의 발전을 지켜보며, 한 가지 아쉬움이 있었습니다.
프랑스, 독일 등 해외 기술에 의존해야 했던 과거를 넘어 우리 손으로 세계 최고 수준의 열차제어시스템을 만들었음에도, 그 위대한 성과가 소수의 전문가들에게만 알려져 있다는 사실이었습니다.
이 경이로운 기술의 작동 원리와 그 안에 담긴 치열한 노력의 이야기를 더 많은 분과 나누고 싶었습니다.

이 책은 바로 그 갈증에서 시작되었습니다.
특히 이 기술해설은 저자가 KTCS-2 전라선 시범구간에서 3년 동안 기술사양과 현장 건설 감리(사양서 검토, LAB 시뮬레이션 시험, FAT, SA, 종합시험운행 등)를 수행한 경험을 바탕으로 집필하였습니다.
현업에서 전문성을 키워나가는 신호 엔지니어분들이 기술의 핵심을 꿰뚫고 실무에 적용할 수 있는 깊이 있는 지침서가 되기를 바랍니다.
또한, 미래의 철도 전문가를 꿈꾸는 학생들과 우리 기술의 현재와 미래에 관심이 많은 독자들까지, 누구나 KTCS의 세계를 쉽고 깊이 있게 탐험할 수 있도록 길을 안내하고자 합니다.

이 책은 단순한 지식의 나열이 아닌, 하나의 완성된 여정으로 구성되어 있습니다.
열차제어의 기초 원리에서 출발하여, 간선/고속철도의 표준이 된 KTCS-2와 도시철도 환경에 최적화된 KTCS-M의 핵심 기술과 시스템 구조를 체계적으로 살펴볼 것입니다.
나아가 대한민국 철도 현장을 바꾸고 있는 생생한 적용 사례를 확인하고, 열차들이 무선으로 하나처럼 움직이는 ‘가상연결’과 같은 미래 철도의 모습까지 함께 그려보게 될 것입니다.

무엇보다, 현장의 엔지니어들을 위해 별도의 ‘기술 강의’ 장(제5부)을 마련하여 RAMS 공학, 사이버보안, 제동 모델 등 실무에서 반드시 마주하게 될 핵심 주제들을 심도 있게 다루었습니다.

또한, 이 책의 집필과 편찬에 도움을 주신 ㈜경인기술의 정회장님과 관계자 여러분의 성원에 감사의 말씀을 드립니다.

부디 이 책이 K-철도의 새로운 심장, KTCS의 힘찬 박동을 느끼고 그 미래를 함께 설계해나가는 즐겁고 유익한 지적탐험이 되기를 바랍니다.

저자 서석철 드림