CBTC

Communication-Based Train Control

철도 신호 시스템의 일종으로, 말 그대로 중앙관제센터에서 통신을 기반으로 열차를 중앙집중 원격제어한다는 뜻이다. '통신기반열차제어' 정도로 번역할 수 있다. 기존 신호시스템과 달리 VOBC[1]라는 완전한 컴퓨터 형태를 갖춘 차상자를 사용한다. 때문에 차상자 크기가 서버로 꽉 찬 10개들이 랙마운트와 맞먹으며, 비용도 매우 비싸다.

한국에서는 분당선에서의 시범 설치 계획이 있었으나 무산되어 부산김해경전철이 최초의 CBTC 기반 노선이 되었다.

원격제어라고 해서 자동운전도 CBTC의 범주로 넣고 승차감이 다르다 등등을 CBTC의 특성으로 생각하는 경우가 많지만 실제로는 상관 없다. CBTC는 신호보안장치이고 일본식 분류에 따르면 ATC에 해당하는 열차보안기능을 실시간 통신으로 중앙에서 제어하는 것을 말하는 것이다. 즉 'CBTC=자동운전'이라는 공식은 틀린 것이다.

따라서 승차감에 관한 얘기를 하자면 그냥 신호 공급사가 기존에 가진 ATO의 특성에 의존할 뿐이다. 승차감이라는 것은 결국 열차의 가감속도를 조종하는 노치 제어에 기인하는 부분인데, 수동운전과 자동운전은 이 노치 제어를 인간이 하느냐 기계가 하느냐의 차이에서 나오는 것이다. 이걸 기계가 하는게 ATO인데 ATO입장에서는 자동운행을 위해 지상측에서 보내오는 정보는 ATC가 됐던 CBTC가 됐던 현재로써는 그게 그거다. 이 정보를 처리하는 방식이 신호 공급사에 따라 다르기 때문에 승차감이 다를 뿐인 것이다.

쉽게 말해서 자동운전이 아닌 수동운전으로 바꿔서 생각해보자. 열차를 운전하는 사람 입장에서 신호등이 1킬로 간격으로 박혀 있는 선로와, 눈앞에 모니터에서 실시간으로 앞차와의 간격과 진입할수 있는 폐색이 업데이트되는 모니터가 놓여져있어서 그게 신호기 대응으로 쓰는 선로가 있다고 가정해 보자. 후자가 물론 정보가 많으니 좀더 과감하게 앞 차량과의 거리를 좁힐 수는 있겠지만 결국 운전 하는 사람은 노치 땡기고 밀어서 속도를 높히거나 줄이거나 한다. 그렇다면 두 선로에 있어서 승차감의 차이가 있을까? 이걸 자동운전으로 다시 바꿔보면 전자가 ATC, 후자가 CBTC에 빗대본 것이지만 운전자(ATO)는 바뀐것이 없다.

CBTC에도 IL-CBTC와 RF-CBTC가 있는데 이 중 IL 방식은 인천 도시철도 1호선의 LZB처럼 리니어 지상자를 통해서 통신하는 방식이고, RF-CBTC는 기존에 있던 발리스 혹은 리니어 형태의 지상자가 아닌 RFID 태그 형태의 지상자와 노선 곳곳에 일정한 간격으로 설치된 RF Beacon과 차상 안테나를 통해서 무선으로 통신하는 방식이다. 2016년 현재, 대한민국에 IL-CBTC 노선은 없으며, 전 세계적으로도 IL-CBTC를 사용하는 노선은 많지 않고 대부분 RF-CBTC를 사용하고 있다. 다양한 철도 신호시스템 업체가 CBTC 시스템을 공급하고 있으며, 한국에서는 Thales SelTrac[2]과 Bombardier CITYFLO 650, Siemens Trainguard MT[3], Nippon Signal SPARCS[4], KRTCS[5][6]가 사용되고 있다.

ETCS(유럽열차제어시스템)이 추구하는 최종 단계인 ETCS level-3이 CTBC와 같은 이동폐색 형태다. 일종의 간선형 CBTC다. 일본에서 개발한 ETCS level-3에 해당하는 열차 제어 방식이 ATACS고, 국내에서 개발하는 KRTCS-3역시 ETCS level3에 해당되는 이동폐색 기반의 시스템이다.

ATC까지의 기존 시스템과의 차이점이자 장점으로는, 지상자(발리스)를 통한 고정 폐색식 점제어를 사용하기 때문에 통표 시절부터 해결되지 못했던 한 폐색 안에는 한 편성밖에 들어올 수 없다는 점을, 편성 자체가 폐색으로 취급되며 폐색의 전후 안전거리만 존재하는 방식인 이동폐색식을 사용하는 연속제어로 개선하여 조금 더 정밀한 열차위치 추적과, 폐색이 사실상 사라지고 안전거리의 개념만 존재하기 때문에 더욱 조밀한 초 단위 급의 배차간격을 제공할 수 있게 되었다. 이동폐색식 구현에는 가상폐색을 구현하는 Logic Block 방식과 폐색 자체가 이동하는 것으로 취급되는 Moving Block 방식이 있다.

또한 설비의 단순화 및 소량화를 들 수 있다. ATP 방식의 차량 검지 및 속도 제어의 경우에는 차량 검지를 위해 굉장히 많은 장비를 요구한다. 지상자 뿐만 아니라 궤도마다 회로를 이용하여 단락 검지를 하는 방식도 있고, 차상에 신호 조사를 위하여 몇백미터마다 정보교환용 발리스가 추가로 설치되는데, 이를 제어하기 위한 장치가 많이 필요하므로 지상 설비가 굉장히 많고 이는 초기 설치비 및 유지보수비용이 그대로 들어가게 된다.

이에 비해 CBTC가 되면 구현방식에 따라 다소 차이는 있지만 극단적으로 말하면 차량 제어를 위한 컴퓨터형 차상자와 여기다 전파를 쏴서 현재 상황을 알려주는 지상 통신장치와 제어장치, 그리고 전파를 쏘기위한 기지국만 있으면 땡이다. 위의 ATP 방식은 이런것들을 거추장스러운 전자회로로 들어찬 랙마운트형 제어장치를 주렁주렁 달고 있어야 하고, 선로측에 궤도회로같은 보조적인 장치를 매설해야 하는 등 들어가는 장비가 매우 많고 번잡한데, 요새같이 컴퓨터 성능이 올라간 현재에는 이런 것들을 서버형 컴퓨터 몇대와 통신설비로 갈음할수 있는 점이 굉장이 큰 메리트다.

그런데도 아직 CBTC가 유행하지 못하는데는 두가지 단점이 가장 크게 작용한다. 첫째는 통신 불안정성, 둘째는 보안 취약성이다.

통신 불안정은 굉장히 큰 문제다. 위의 구조를 보면 알겠지만 CBTC는 폐색 검지를 통신으로 받는 정보에 의존하게된다. 이를 뒤집어 말하면, 통신에 어떤 문제가 생겨서 열차에서 오는 통신이 오랫동안 응답이 없게 되면, 통신이 두절되기 시작한 지점부터의 폐색은 쓸수 없게 된다. 이는 꽤 치명적인 문제인데 CBTC의 장점이 이동폐색식으로 열차 위치를 검지하기 때문에 고밀도 배차가 가능하다는 점인데, 통신이 끊어진 순간 고밀도 배차들은 다 막혀버리게 된다. 통신 불량 차량이 점유한 폐색은 그 위치에 열차가 없더라도 후속 차량은 더 진행할 수 없기 때문이다.

물론 CBTC용 통신 회선은 전용망을 이용하고 높은 신뢰성을 자랑하긴 하지만 열차가 운행되는 동안에 계속해서 안정적 로밍을 제공하는 것은 결코 쉬운일이 아니다. 또한 현재 사회의 무선에 대한 의존도를 생각해보면 알겠지만, 열차 근처에도 수도 없이 많은 무선파가 날아다니고 있다. 즉 아주아주 재수없으면 무선 혼선등도 발생할 수 있다.

보안취약성도 문제이다. 열차제어의 모든 기능을 무선 통신정보에 집중시켜놨기 때문에, 외부에서 해킹했을 경우 열차 제어권 전체를 공격 받을 수 있다는 점이다. 이는 운행 안전성에 큰 위협이 될 수 있다.

이러한 문제 때문에 CBTC 시스템에는 보조열차검지를 설치하는 방법으로 해결하려는 움직임이 있지만, 이것도 근본적인 해결책이 아닌게 보조열차검지와 무선으로 받는 열차 정보가 불일치 하면 당연하지만 안전을 생각하면 불일치 한 순간 열차를 세워야 한다. 그럼 오히려 이 보조열차검지가 정상운행을 방해하는 장애물이 되므로 본말전도다.