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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

손상현 (한국공학대학교, 한국공학대학교 지에대학원)

지도교수
김영곤
발행연도
2023
저작권
한국공학대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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최근 정보통신기술의 발전에 따라 철도 분야에서도 다양한 IT 기술을 접목하려는 시도가 많아졌다.
현재 철도 안전 관제 시스템은 각종 철도 안전 설비의 데이터를 인터페이스 장치에서 수합, DDS(Data Distribution Service)라는 공통의 프로토콜로 변환 후 안전 관제 통합 콘솔 및 위험/사고 예측 서버로 전달하여 철도 사고를 감시하고 예방하는 시스템이다. 하지만, 현재까지 안전관제 시스템이 현장에 설치되어 실제 데이터를 이용해 운영 중이지만 실제 상황에 사고가 발생하지 않는다는 점에서 철도 안전 관제 시스템의 기능 확인이 어렵다는 문제점이 있다.
본 논문에서는 임의로 사고 데이터를 발생시켜 안전관제 시스템이 정상적으로 동작하는지 확인하고, 이를 위해 사고 데이터를 발생시킬 시뮬레이터를 개발하며, 사고 시나리오 및 시나리오에 따른 시뮬레이션 데이터를 작성하여 철도 안전 통합 감시제어 시스템의 신뢰성 검증 방안을 연구하였다.
성능검증을 위해 테스트베드 구간에 설치된 안전 검지 장치의 성능시험 평가는 지장물 검지 장치, 선로 상태 상시 감시장치, 끌림물체 검지 장치, 터널 경보장치의 고장 이력 자료를 기반으로 수행하였다. 신뢰성의 경우 시험 기간이 충분하지 않아 신뢰수준을 높게 할 수 없었지만 한정된 신뢰수준에서 검증기준을 만족하였다. 유지보수성의 경우, 고장이 발생 건수가 작아 통계적인 분석을 수행할 수 없었지만, 현장 시험 데이터를 이용하여 가용성을 분석했을 때 모두 99.994 이상이 되고, MTBF도 만족하므로 유지보수성도 만족하는 것으로 유추할 수 있다. 가용성의 경우 모든 장치가 검증기준을 만족하였다.

목차

표 목 차 ⅰ
그림목차 iii
국문요약 ⅳ
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 관련 연구 2
제 1 절 안전 감시제어 2
1. 안전 감시제어 2
1.1. 실시간 철도안전 관제를 위한 데이터 처리 방안 연구 2
1.1.1. 철도안전 관제를 위한 신규 아키텍처 제안 3
1.1.2. 하이브리드 데이터베이스 구조 설계 4
1.2. 실시간 철도안전 통합 감시제어시스템을 위한 데이터 전송 규격 개발
및 검증 방안 6
1.2.1. 철도 안전 데이터 규격(안) 7
1.2.2. 철도 안전 데이터 규격(안) 구성요소 7
1.3. 열차간 통신기반 열차자율주행제어시스템의 주행안전기능 8
1.3.1. 철도 안전 데이터 규격(안) 9
1.3.2. 철도 안전 데이터 규격(안) 구성요소 10
제 2 절 안전사고 시나리오 12
2. 안전사고 시나리오 12
2.1. 실시간 철도 안전 데이터 전송을 위한 철도 안전 공동 데이터 모델 및
DDS 토픽 12
2.1.1. 철도안전 데이터 모델 요구사항 13
2.1.2. 철도안전공통데이터 모델 14
2.2. 영상 및 인체 감지 센서를 활용한 어린이 통학 차량 안전사고
방지 시스템 15
2.2.1. 라즈베리 파이 CCTV 16
2.2.2. 차량 내 어린이 하차 확인 시스템 17
2.3. 자율주행자동차의 추돌 회피를 위한 교통사고 분석 및 기게 학습 기반
위험 시나리오 생성 18
2.3.1. 교통사고 기반 위험 시나리오 19
2.3.2. 위험 시나리오 탐색 19
제 3 절 안정성 확보 20
3. 안정성 확보 20
3.1. 건설 단계별 안전보건대장을 활용한 중소규모건설현장의 안정성
확보 방안 20
3.1.1. 중소규모 건설현장을 위한 안전관리 업무 절차 20
3.1.2. 통합안전정보 21
3.1.3. 정보모델 22
3.2. 실시간 철도안전관제 플랫폼에서의 수집 데이터 성능 개선 방안 23
3.2.1. 분산 데이터 서비스 (DDS) 23
3.2.2. 스트리밍 전송방식 24
3.2.3. 공통 데이터 모델 25
제 4 절 시나리오 26
4. 시나리오 자동 생성 26
4.1. 소프트웨어 품질향상을 위한 소스코드 기반의 테스트 케이스
자동 생성 26
4.1.1. Doxygen 오픈소스 툴을 이용한 소스코드분석 26
4.1.2. 분석된 결과를 이용한 API 사양 정의 27
4.1.3. 테스트 디자인 생성 28
4.2. 시나리오의 자동 생성을 통한 GUI 테스트 케이스 생성 방법 28
4.2.1. 윈도우즈 기반 GUI 컴포넌트 이벤트 생성 29
4.2.2. 테스트 시나리오 생성 29
4.3. 안드로이드 인텐트 기반 컴포넌트 상호작용 다이어그램 생성 및 테스트
시나리오 설계 30
4.3.1. 상호작용 테스팅을 위한 테스트 시나리오 생성 31
Ⅲ. 본론 33
제 1 절 철도 안전 관리 시스템 33
1. 시스템 구성 33
제 2 절 안전사고 시뮬레이터 34
1. 안전사고 시뮬레이터 34
2. 안전사고 시뮬레이터 데이터 셋 34
3. 시뮬레이터 IDL 디렉토리 및 IDL 파일 35
4. 시뮬레이터 실행 흐름도 및 동작 화면 36
제 3 절 안전사고 시나리오 38
1. 안전사고 시나리오 수립 38
1.1. 단일 장치 고장 시나리오 39
1.2. 복수 장치 고장 시나리오 41
2. 안전사고 시뮬레이터 구현 43
2.1. 시뮬레이션 데이터 정의 43
2.2. 시뮬레이션 데이터 작성 예시 44
2.3. 실제 데이터 셋 45
Ⅳ. 시나리오 통합 성능검증 47
제 1 절 시험 개요 47
1. 시험 대상 및 구간 47
2. 성능검증 시스템 구성 48
2.1. 성능검증 시스템 구성도 48
2.2. 성능검증 시험환경 구성 51
3. 시험 절차 및 방법 53
4. 시험 항목 54
제 2 절 시험 내용 56
1. 단일 Topic 별 모의 시나리오 발생 시나리오 57
1.1. 선로 교환기(Urgent_SwitchPoint) 57
1.2. 출발, 장내 신호기(Urgent_StartingEnteringSignal) 59
1.3. 입환 신호기(Urgent ShuntingSignalIndicator) 60
1.4. 폐색 신호기(Urgent_BlockSignal) 61
1.5. 가상 건널목(Urgent_LevelCrossingEventData) 62
1.6. 전자 연동장치(Urgent_EISStatus) 63
1.7. 역정보전송장치(Urgent_LDTSStatus) 64
1.8. 전원장치(Urgent_PowerMachine) 65
1.9. 열차접근확인 보조장치((Status_TAIStatusData) 66
1.10. 선로상태감시장치(Urgent_RSCPEventData) 67
1.11. 기상검지장치(Urgent_WeatherEventData) 68
1.12. 지진감시장치(Status_MMASStatusData) 70
1.13. 터널경보장치(Status_TACBStatusData) 71
1.14. 지장물검지장치(Urgent_OIDEventData) 72
1.15. 끌림검지장치(Urgent_DDEventData) 73
1.16. 열차상태 실시간 전송장치(TSMDStatusData) 74
2. 복수 Topic 별 모의 시나리오 발생 시나리오 75
2.1. 선로 전환기 중심 시나리오 75
2.2. 출발 신호기 중심 시나리오 77
2.3. 입환 신호기 중심 시나리오 78
2.4. 폐색 신호기 중심 시나리오 79
2.5. 선로 상태 감시장치 중심 시나리오 80
2.6. 터널 경보장치 중심 시나리오 81
2.7. 끌림 경보장치 중심 시나리오 82
2.8. 지장물 검지장치 중심 시나리오 83
2.9. 지진 감지장치 중심 시나리오 84
2.10. 열차정보상태 실시간 전송장치 중심 시나리오 85
3. 단일 Topic 별 DDS alc 위험 예측 시나리오 시험 결과 86
3.1. 선로 전환기(Urgent_SwitchPoint) 86
3.2. 출발, 장내 신호기(Urgent_StartingEnteringSignal) 88
3.3. 입환 신호기(Urgent ShuntingSignalIndicator) 89
3.4. 폐색 신호기(Urgent_BlockSignal) 90
3.5. 가상 건널목(Urgent_LevelCrossingEventData) 91
3.6. 전자 연동장치(Urgent_EISStatus) 92
3.7. 역정보전송장치(Urgent_LDTSStatus) 93
3.8. 전원장치(Urgent_PowerMachine) 94
3.9. 선로상태 감시장치(Urgent_RSCPEventData) 95
3.10. 기상 검지장치(Urgent_WeatherEventData) 96
3.11. 지진 감시장치(Status_MMASStatusData) 97
3.12. 끌림 검지장치(Urgent_DDEventData) 99
3.13. 열차상태 실시간 전송장치(TSMDStatusData) 100
4. 복수별 DDS 및 위험도 시나리오 시험 결과 101
4.1. 선로전환기 중심 시나리오 101
4.2. 출발 신호기 중심 시나리오 103
4.3. 입환 신호기 중심 시나리오 104
4.4. 폐색 신호기 중심 시나리오 105
4.5. 선로 상태 감시장치 중심 시나리오 106
4.6. 끌림 경보장치 중심 시나리오 107
4.7. 지진감지장치 중심 시나리오 108
4.8. 열차 상태정보 실시간 전송장치 중심 시나리오 110
제 3 절 종합성능 검증 시험결과 검증 111
1. RAM 성능검증 항목 및 검증 기준 111
2. 성능 시험 결과 평가 방법 111
2.1. 송수신 정보의 비트 오류율 검증 방법 111
2.2. 신뢰성 검증 방법 112
2.3. 유지보수성 검증 방 113
2.4. 가용성 검증 방법 113
3. 성능 시험 평가 결과 114
3.1. 지장물 검지장치 114
3.2. 선로 상태 상시 감시 장치 115
3.3. 끌림물체 검지 장치 116
3.4. 터널 경보장치 117
3.5. 열차접근 확인 보조장치 118
3.6. 열차 상태정보 실시간 전송장치 119
Ⅴ. 재난 네트워크 상황에서 DDS 성능 분석 123
제 1 절 시스템 구조 123
제 2 절 시네트워크 환경 124
제 3 절 시스템 환경 125
제 4 절 시험 결과 130
1. 예상 트래픽 발생 시 초당 메시지 수신 130
2. 최대 트래픽 발생 시 초당 메시지 수신 133
제 5 절 시험 결과 138
ⅤI. 결론 및 향후 연구과제 138
참고문헌 140
Abstract 147

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