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철도 역사, 기차 궤도, 열차 전망

4차 산업혁명과 기차 철도의 전망과 신기술

4차 산업혁명과 기차 철도의 전망과 신기술

4차 산업혁명과 기차 철도의 전망과 신기술
4차 산업혁명과 기차 철도의 전망과 신기술

미래의 운송 기술을 살펴보기 전에 철도산업이 4차 산업 혁명 시대에 어떤 영향을 받는지 신속하게 살펴봅시다 네 가지 산업혁명을 도식적으로 볼 수 있다. 첫 번째 산업 혁명은 손(hand)에서 기계(machine)로 생산방법이 바뀌었습니다. 이것은 생산을 증가시키고 효율성을 향상했죠. 2차 산업혁명은 산업 대량생산 시대의 시작이라는 특징이 있습니다. 해당 기간 동안 석유, 화학, 자동차 산업이 호황을 누렸습니다. 3차 산업혁명은 전자·정보기술(IT)을 활용한 제품의 디지털 자동화가 대표적이었습니다. 4차 산업혁명은 이른바 사이버-물리 시스템이 특징입니다. 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터와 인공지능, 스마트 로봇, 자율주행차, 3D 프린팅 등의 융합이 4차 산업혁명으로 이어지고 있습니다.

데이터와 4차 산업혁명

데이터가 4차 산업혁명을 주도하고 있습니다. 최근엔 마이크로프로세서로 센서를 구현하는 것이 트렌드입니다. 가상의 모든 물체를 통해 지속적으로 서로 통신할 수 있습니다. 이를 통해 실시간 데이터 분석이 가능해졌습니다. 센서, 마이크로프로세서 및 실시간 데이터 분석 기능을 갖춘 장치는 최소한의 사용자 개입이 필요하며 장치를 스마트하게 만듭니다. 또한, 스마트 헬스케어, 스마트시티, 스마트 교통 시스템, 스마트 보안, 스마트 거버넌스 등의 스마트 서비스를 제공함으로써 스마트 기기를 통해 전반적인 삶의 질을 향상했습니다. 스마트 기기는 또한 스마트 서비스를 제공하는 산업과 비즈니스에 새로운 기회를 창출했습니다. 이 모든 것을 갖추면서, 4차 산업 혁명은 데이터와 지능을 기반으로 의사 결정을 자율적이고 견고하게 만들 것입니다. 데이터와 시스템의 핵심은 통합된 로컬 통신 채널과 데이터 습득 시스템을 이용해 축적할 수 있습니다. 센서는 소리, 진동, 터치, 온도, 압력, 근접성, 흐름, 힘, 변위, 속도, 가속, 습기, 연기 등을 감지할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 데이터를 클라우드로 전송하고 어떤 구성 요소 또는 시스템의 오류가 발생하면 즉시 이를 감지합니다. 전체 시스템의 구성 요소가 서로 네트워크로 연결되어 있기 때문에 의사 결정 프로세스가 훨씬 강력하고 정확하며 신뢰할 수 있습니다. 향후 세계 인구의 75%가 도시에 거주할 것으로 예상됩니다. 즉, 인구 밀도가 높은 도시일수록 효율적인 녹색 교통수단을 제공받아야 한다는 것을 의미합니다. 국제교통포럼의 최근 연구에 따르면, 2050년까지 승객의 유동성은 200~300% 증가하고 자유 활동은 150~250% 증가할 것으로 예측합니다. 이에 대처하기 위해서는 증가하는 물품 양과 사람들을 수용할 수 있는 적절한 운송 서비스가 필요하며 이를 제공하기 위해서는 스마트 설루션이 필요할 것입니다.

철도분야 혁신의 원동력

승객 경험은 철도분야 혁신의 중요한 원동력이 될 것입니다. 그리고 주요 서비스에서는 평균적으로 선호도를 말하는 것이 가장 좋습니다. 미래의 승객들은 편리함, 안락함, 속도, 안전성 때문에 철도 서비스를 선택할 것입니다. 또한, 미래의 승객들은 철도 서비스를 선택할 것입니다. 왜냐하면 교통수단 중에서 가장 친환경적이고 지속 가능한 옵션이라고 생각하기 때문입니다. 미래 승객의 첫 번째 선택인 철도를 만들기 위해서는 무인열차와 같은 선진화된 교통 시스템의 발전이 필요합니다. 스마트 발권, 일관된 열차시간, 그리고 개인 보안. 철도 회사는 또한 지연, 플랫폼까지의 최단 거리, 대기시간, 기타 문제 등 승객의 스마트 장치에 실시간으로 정보를 제공해야 합니다. 또한 철도차량, 기타 인프라, 예측 유지보수 계획 등의 실시간 모니터링을 위해 주의를 기울여야 합니다. 마찬가지로 화물 열차의 경우 환승 시간이 단축되어야 합니다. 물품의 상태, 날씨, 대략적인 배송 시간 등 물품의 실시간 정보를 언제든지 이용할 수 있어야 합니다. 철도업계는 A지점에서 B지점까지 승객을 데려와야 하는 책임을 다 할 뿐만 아니라 나아가 승객에게 통합 여행정보 및 철도와 연결된 모든 교통수단 정보를 제공함으로써 번거로움 없는 여행 체험을 할 수 있도록 해야 합니다. 미래에, 지하철과 다른 철도 서비스들은 운전자가 없을 수도 있습니다. 많은 기술 선진국에서 철도는 점점 더 자동화되거나 심지어 운전자가 없어지고 있습니다. 2018년에, 국제대중교통협회에 따르면 42개 도시가 자동화된 지하철 노선을 운영하고 있습니다. 세계 최초의 정말 자동화된 철도망은 호주 광산 회사인 리오 틴토가 2019년 6월에 운영하였습니다. 하지만 무인열차는 아직 도로 횡단과 선로 개방이 가능한 일반 노선에서 운영하기엔 힘듧니다.

철도 열차의 자동화 단계

자동화에는 네 가지 단계가 있습니다. 첫 번째 단계에서, 모든 것은 수동으로 이루어집니다. 기차는 기차 운전사에 의해 운영되고, 규칙은 기내 직원에 의해 운영됩니다. 두 번째 레벨에서는 열차 운전이 부분적으로 자동화되어 객실에 기차 운전사가 있습니다. 세 번째 레벨에서는 운전자는 운전석에 있지 않지만 기차 내에는 승무원이 있습니다. 그리고 네 번째 레벨은 완전히 자동화되어 있습니다. 기차에 배정된 직원이 없다. 지하철과 경량전철이 완전히 자동화되어 운행되고 있지만, 현재 일반철도 같은 경우 자동화 2등급입니다. 자동화된 운행 열차로 발전하기 위해서 다양한 안전 강화 시스템이 있습니다. 안전과 효율성을 위해 기차에서 사용되는 세 가지 유형의 제어 시스템을 보겠습니다. 열차 자동제어장치(ATC: Automatic Train Control)는 외부 입력에 반응하여 열차의 속도를 자동으로 제어하는 열차 보호 시스템입니다. 예를 들어 운전자가 위험 신호에 반응하지 않을 경우 비상 브레이크를 적용할 수 있습니다. 고속열차에서는 열차 운전자가 선로 측 신호를 볼 수 있습니다. ATC는 열차의 현재 속도와 선로 구간의 제한 속도를 비교할 수 있습니다. 열차가 제한속도보다 빠르게 운행하면 자동으로 브레이크가 적용됩니다. 열차가 제한속도 이하로 속도를 줄이자마자 브레이크가 해제됩니다. 열차 자동운행장치(ATO: Automatic Train Operation)는 열차의 운행을 자동화하는 데 사용되는 운영 안전 향상 장치입니다. 자동화의 정도는 자동화의 등급으로 표시됩니다. 자동화 4등급에서는 기관사나 직원이 탑승하지 않아도 열차가 자동으로 제어됩니다. 열차 자동운행장치는 열차의 자동 보호 장치와 함께 작동합니다. 열차 자동 정지 장치(ATS: Automatic Train Stop)는 열차에서 사고를 예방하기 위해 자동으로 열차를 멈추게 하는 시스템입니다. 열차 자동 정지 장치는 지진이나 반응이 없는 열차 운전사, 정지 신호를 무시하는 등의 상황에서 열차를 멈추게 합니다. 향후 10년 동안, 더 빠르고 신뢰할 수 있는 자율 열차를 위한 철도 기술의 발전이 있을 것입니다. 혁신은 승객의 편안함과 만족도, 안전성을 높이는 데 초점을 맞출 것입니다. 마찬가지로 열차를 친환경적이고 지속 가능한 운송수단으로 만들기 위해 태양광과 수소에너지 기반의 열차가 운행될 예정입니다.

미래 철도 기술

미래 철도 기술을 몇 가지 살펴보겠습니다. 초고속 진공열차는 이동하는 저기압의 강철 튜브입니다. 튜브 내부의 진공은 항력과 마찰을 거의 0으로 줄여줍니다. 자기 부상기술로 튜브를 발전시키면, 승객과 화물을 최대 1,220km/h의 속도로 이동할 수 있어 더욱 빠르고 저렴한 연중 여행이 가능해질 겁니다. 하이퍼루프는 기상 조건으로부터 영향을 받지 않으며 배기가스를 배출하지 않습니다. 앨런 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 구상한 것처럼 하이퍼루프는 선박, 기차, 자동차, 항공기에 이어 다섯 번째 모터 운송이 될 것입니다. 모든 미래의 기술, 태양열 열차를 봅시다. 현재 전 세계를 뜨겁게 달구고 있는 환경문제 때문에, 정부는 모든 분야에서 배기가스 배출량을 줄일 것을 요청하였습니다. 철도 산업은 배기가스 배출량에 작은 부분을 차지합니다. 기차는 가장 지속 가능한 운송 수단 중 하나입니다. 그럼에도 불구하고, 철도 산업은 배기가스 배출량을 줄이기 위해 더 노력하고 있습니다. 배출량을 줄이기 위한 계획 중 일부는 수소 열차 사용, 철도 전기화, 경유 열차를 전기열차 또는 태양열 열차로 대체하는 것입니다. 세계 최초의 태양열 철도 선로가 2019년 8월 영국 햄프셔에서 도입됐습니다. 인도, 호주, 아르헨티나 등에서도 비슷한 기술이 채택되고 있습니다. 전 세계의 더 많은 국가들이 미래의 철도 운영을 위해 재생 에너지를 사용하려고 노력하고 있습니다. 수소에너지 기반의 철도 운송수단은 수소 내연기관에서 수소를 태우는 비율에 비례해 수소를 사용하거나 연료전지에서 이를 이용해 전기모터를 구동하는 방식이다. 수소기반 기술이 화물기관차와 고속철도에 잘 맞지 않을 수 있다는 연구결과가 있습니다. 그러나 여러 대의 기관차와 같이 저전력으로 적용할 경우 매력적인 대안이 될 수 있습니다. 수소의 일부를 발전시킬 수 있는 것은 2019년 6월부터 서비스가 중단된 하이드로플렉스입니다. 미래 철도 산업에서의 경력을 계획하고 있다면, 여러분은 어떤 종류를 참고할지 궁금해할 것입니다. 아니면 쉬운 취업을 위해 어떤 직업을 선택해야 할 지도 생각할 수 있습니다. 그러한 질문들에 답하기 위해, 미래 철도 산업에서의 커리어를 살펴보도록 합시다. 자동화는 열차 교통량이 많은 지역에서 선호됩니다. 그리고 자동화된 열차 시스템은 많은 승객들을 수용하기 위해 열차 간격을 서로 더 가까이하여 운전할 수 있습니다. 이렇게 하면 열차가 효율적으로 운행될 수 있겠지만 열차 운전기사들의 업무가 일부 없어질 수도 있습니다.