철도 신호 인프라의 Iot 장치의 통합

- 연혁

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철도 신호의 IoT 이해

IoT는 철도 신호의 배포를 의미한다. 상호 연결 장치 센서, 카메라, 프로세서, 통신 모듈은 철도 인프라를 건너. 이 장치는 중앙 제어 시스템 또는 가장자리 컴퓨팅 노드와 보안 네트워크를 통해 데이터를 수집하고 교환합니다. 데이터는 그 후 로컬 또는 클라우드에서 분석되며 신호 상태, 속도 제한 및 라우팅에 대한 자동화 된 결정을 내릴 수 있습니다.

주요 기술로는 저전력 넓이의 네트워크(LPWAN), 5G 및 고급 암호화 프로토콜이 포함되어 있습니다. 소비자 IoT와 달리, 철도 IoT는 엄격한 대기 시간, 신뢰성 및 안전 표준(예: SIL 4)을 충족해야 합니다. 이는 기술 업그레이드 뿐만 아니라 엔지니어링 철학의 변화가 아니라, 독점 시스템에서 개방, 상호 운용 가능한 플랫폼으로 통합됩니다.

철도의 IoT 역할에 대한 더 넓은 관점을 위해 ]UIC의 통신 및 신호 개요]를 참조하십시오.

IoT ‐Enabled Signaling 뒤에 핵심 기술

센서 및 액추에이터

모든 IoT 신호 시스템의 기초는 센서 네트워크입니다. 트랙 마운트 센서는 철도 무결성, 휠 충격 및 주변 온도를 측정합니다. 차축 카운터는 한 번 순수 전기 기계, 이제 원격 진단을위한 무선 모듈을 통합합니다. 기계 비전이있는 웨이사이드 카메라는 트랙, 신호 측면 검증 및 승객 수를 역으로 감지합니다. 전기 포인트 기계 및 신호 헤드와 같은 액추에이터는 이제 보고서 상태를보고 원격 조정을 허용하는 IoT 컨트롤러가 장착되어 있습니다.

통신 프로토콜

신뢰할 수 있고 낮은 턴시 통신은 신호에 중요합니다. Legacy 시스템은 트랙 회로 및 케이블 루프에 의존합니다. 현대 IoT 배포 사용 :

LTE‐R (긴테템 진화 철도) – 기차로 지상 통신을 위한 전용 셀룰러 표준.
5G –]는 이동 구획 신호에 적합한 초 신뢰성 통신 (URLLC)를 제안합니다.
Wi-Fi 6 및 메쉬 네트워크 역 및 저장소 영역.
LoRaWAN 저전력, 장거리 센서 데이터(예: 환경 모니터링)

각 프로토콜은 전자기 간섭 및 사이버 공격에 대해 경화해야합니다. ] 철도의 ESI 기술위원회 이 구현을 안내하는 표준을 게시합니다.

Data Analytics 및 Edge 컴퓨팅

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기계 학습 모델, 역사적 실패 패턴에 훈련, 포인트 모터가 실패 할 때 예측할 수 있습니다, 오프 ‐peak 시간 동안 교체 할 수 있습니다. 이 수준의 자동화는 강력한 데이터 파이프라인과 사이버 보안 조치가 필요, 나중에 논의.

주요 용도 및 혜택

실시간 트래킹 및 충돌 방지

IoT 기반 기차 추적은 GPS를 넘어 간다. balise 리더와 무한 측정 장치와 결합 된 내장 센서는 연속, 탬퍼 방지 위치 데이터를 제공합니다. 이 이동 블록 신호가 활성화되어 각 열차는 "실상 블록"을 이동하여 그와 함께 이동할 수 있습니다. 신호 시스템은 지속적으로 속도, 기온 및 날씨에 따라 안전한 제동 거리를 계산하여 안전과 관련된 안전과 함께 훈련을 할 수 있습니다. 결과는 15-30 %의 새로운 용량을 놓지 않고 15-30 %의 새로운 트랙을 확장 할 수 있습니다.

트랙 및 신호의 예측 유지

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철도의 예측 유지 보수에 대한 자세한 내용은 ]IoT 유지 보수에 대한 Railway Technology 기능 참조.

향상된 용량 및 트래픽 관리

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에너지 효율

신호 시스템은 특히 백열 램프 또는 레거시 릴레이 논리를 사용할 때 에너지 소비를 스스로 소비합니다. 네트워크 컨트롤러가있는 IoT ‐ ENABLED LED 신호는 열차가 접근 및 보고 전력 소비에 영향을 미칠 때 디엠 할 수 있습니다. 또한, 트래픽 흐름을 매끄럽고 가속 / 감속주기를 감소시켜 IoT 신호는 전체 견인 에너지를 감소시킵니다. Scandinavia의 한 파일럿은 IoT 기반 속도 자문을 구현 한 후 에너지 사용에서 12% 감소를 보였습니다.

Real-World의 구현

유럽 열차 제어 시스템 (ETCS) 및 IoT

유럽 철도 교통 관리 시스템 (ERTMS)의 핵심인 ETCS는 이미 디지털 신호 시스템입니다. 그러나, 초기 ETCS 레벨은 트랙사이드 balises 및 라디오 블록 센터에 의존합니다. IoT 센서를 발라이즈, 스위치 및 신호의 원격 상태 모니터링과 같은 ETCS 인프라에 추가하면 그 기능을 확장합니다. EU의 Shift2Rail 이니셔티브는 IoT 오버레이를 통해 실시간 자산 건강 데이터를 수집합니다. 스웨덴의[LT][LT][LT]]에 위치한 Digital Signals는 Digital Administration[F]에 배포되어 있습니다.

Smart Railway Projects 아시아 최고의 철도 프로젝트

일본 신칸센 네트워크는 수십 년 동안 IoT와 같은 시스템을 사용하며, 트랙과 열차에 광범위한 센서 네트워크가 있습니다. 최근 중국 고속 철도는 1,000km의 트랙당 100,000 IoT 센서를 배포하고 철도 온도에서 신호 전력으로 모든 것을 모니터링합니다. 인도의 “Dedicated Freight Corridor”는 IoT ‐enabled 신호를 통합하여 최소 정지로 110km/h의화물 속도를 달성합니다. 이 프로젝트는 IoT 통합이 미래 개념이 아니라 현재 작업의 개념이 아니라 미래적인 개념이 아닙니다.

Overcome에 도전

사이버 보안 취약점

IP 네트워크에 신호 장치를 연결하면 공격 표면이 열립니다. 손상된 센서는 잘못된 데이터를 보내 수 있으며, 부정확한 신호 측면에 이어질 수 있습니다. 2022년에는 유럽 철도가 파괴 된 열차 일정을 경험했으며, 자체가 실패 ‐ 안전 기계 백업으로 인해 안전하지 못했습니다. 그럼에도 불구하고, 업계는 Zero‐trust 아키텍처, 보안 부팅, 암호화 통신 및 일반 침투 테스트를 채택해야합니다. IEC 62443과 같은 표준은 산업 프레임 워크를 위해 산업 프레임 워크를 제공합니다.

상호 운용성 및 표준화

철도는 독자적인 시스템과 함께 작동합니다. IoT 통합은 표준 데이터 형식과 API를 사용하여 다른 공급업체로부터 함께 일할 수 있도록 합니다. ]] 유럽 연합국과 같은 단체는 철도은 개방형 인터페이스를 위해 밀어 넣지만, 소유권과 긴 업그레이드 주기가 느립니다. 상호 운용성 없이 IoT 채택은 조각을 유지하고 네트워크의 혜택을 전달할 수 없습니다.

인프라 및 투자

수천 개의 센서, 업그레이드 통신 타워를 배포하고 가장자리 컴퓨팅 유닛을 설치하는 것은 상당한 자본을 필요로합니다. 많은 철도는 단단한 예산과 긴 자산 수명주기 (30 + 년 신호)에 작동합니다. 전방 비용으로 인해 파일럿 프로젝트 및 단계 롤아웃을 사용하여 명확한 반품 ‐에 대한 간략한 분석이 필요합니다. 정부 및 개발 은행은 지속 가능한 운송 이니셔티브의 일환으로 IoT 기반 신호를 자금을 점점 자금을 지원합니다.

철도 신호의 IoT의 미래

인공지능과 디지털 트윈을 통해 IoT의 융합은 자기 실현 신호망을 만들 것입니다. 열차는 인간 개입 없이 트랙 슬롯을 위한 의도와 협상을 의사 소통합니다. Edge AI는 실시간 결함 감지를 허용하며, 블록체인은 감사 트레일에 대한 데이터 무결성을 확보할 수 있습니다. 장기적인 비전은 완전히 자동화된 열차 작동(GoA 4)를 포함합니다. 신호는 차량 ‐Infrastructure continuum의 원활한 부분이 됩니다.

]IEEE의 Transactions on Intelligent Transportation Systems]은 IoT 구동 철도 제어에서 정기적으로 전진합니다. 5G 성숙자와 6G가 등장함에 따라 대기, 대기 및 용량 제약은 녹아서 더욱 정교한 신호 시나리오를 가능하게 합니다.