AI와 휴머노이드 로봇 기반 무인운전, 한국 철도운영의 미래 전략 [AI와 미래철도]

관리자
2025-04-11
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인간 오류로 발생하는 철도 사고
AI 휴머노이드 도입으로 다각적 측면 효과 기대
예상 문제점 해결 위한 체계적인 접근 필요


인류가 탄생한 이후 산업이 발전하고 산업 발전과 더불어 선박, 철도, 자동차, 비행기 등 다양한 교통수단이 발전하였다. 철도는 증기기관차가 시속 8㎞로 달리던 것을 시작으로 이제는 시속 500㎞ 이상으로 운행이 가능한 수준으로 발전하였는데, 앞으로 어디까지 발전할 것일까? 

4차 산업혁명 시대를 맞이하고 있는 현시점에서 우리나라 미래철도가 어떤 방향으로 나아가야 할지 고민해 보고, 기술적으로 그리고 경제적으로도 경쟁력이 있는 미래철도 산업 육성 전략을 수립할 필요가 있다.  본 칼럼은 이러한 필요성에 부응하여 국내 전문가들이 전문가 시각으로 보는 우리나라 철도의 미래발전 방향을 아래와 같은 내용으로 연속 게재하고자 한다. <편집자 주>

철도 운전 분야에서 운영 효율성을 향상하고, 승객의 안전과 편의를 증대시킬 목적으로 AI를 어떻게 활용하는가 주요한 이슈가 될 수 있다.

AI는 열차에서 효율성, 안전, 편리성을 대폭 향상할 수 있는 기능성을 가지고 있어, 철도 운영기관들은 더 나은 서비스와 더욱 안전하고 효율적인 이동을 할 수 있게 된다. AI의 도입은 철도 운영의 미래 지향적인 발전에 중요한 역할을 할 것이다.


현재까지 국내 철도 운전 분야에서 발생하는 사고의 유형을 살펴보면, 크게 시스템 에러, 인간 오류, 기관사 휴대폰 무단 사용 등 세 가지로 분류할 수 있다.

첫째, 한국철도 시스템 에러로 인한 열차 사고는 주로 신호 시스템 고장, 기계적 결함, 통신 오류 등으로 발생하고 있다. 이러한 시스템 오류는 열차의 운행에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 인명 피해와 막대한 경제적 손실을 초래한다. 

- 2023년 5월, 서울역 신호 시스템 오류 열차 운행 지연되고, 신호가 제대로 전달되지 않아 열차가 서로 충돌할 상황에 직면했으며, 일부 열차는 지연되거나 중단됐다.

- 2023년 9월, 대전역에서 발생한 통신 장애로 인해 고속철도와 일반 열차 간의 운행에 차질이 빚어진 사고가 발생했다. 이로 인해 일부 열차는 잘못된 신호를 받고 운행을 계속하게 되어, 열차들이 서로 충돌할 위험에 처할 수 있었다.

- 2024년 6월 17일, 대구 지하철에서 발생한 통신 장애로 인해 열차 간의 운행 조정에 큰 문제가 생긴 사고가 있었다. 이로 인해 운행 신호 및 정보의 정확성이 부족한 상태에서 열차가 운행되었다.

둘째, 한국철도 휴먼 에러로 인한 열차 사고는 주로 과속, 의사소통 오류, 신호 인식 오류 등으로 발생하고 있다. 이러한 오류는 열차의 운행에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 인명 피해와 막대한 경제적 손실을 초래한다. 

- 1993년 3월 28일 경부선 구포역 열차 전복 사고는 기관사의 과속 및 제동 실패로 사망 78명, 부상 198명이 발생하였다. 운영기관은 열차속도 제한 강화하고 신호 시스템을 개선하여 유사 사고에 대비하였다.

- 2003년 4월 13일 용산역에서 승객들이 승차하고 있을 때 직원의 실수로 신호를 잘못 전달받고 열차가 출발하면서 타 열차와 충돌한 사고이다. 192명이 부상하고 13명이 사망하였다. 신호와 소통 절차에서의 세심한 주의가 필요함을 인식하게 된 사건이다.

- 2018년 11월 경부선에서 기관사의 실수로 급제동을 하였고 열차가 탈선했다. 기관사의 부주의와 신호 시스템의 점검 및 관리 부족이 원인으로 지적되고 있다.

셋째, 한국철도에서 기관사의 휴대폰 사용으로 인한 사고 사례는 여러 차례 발생했으며, 이는 안전사고로 이어지기도 했다. 

- 2014년, KTX 기관사가 운행 중 휴대폰을 사용하면서 발생한 사고가 있었다. 열차 운행 중에 휴대폰을 사용하면서 집중력이 떨어졌고, 속도나 신호 등을 제대로 확인하지 못한 채 운행을 계속했다. 

- 2018년, 수도권 전철 기관사의 휴대폰 사용으로 인한 사고는 기관사가 운행 중에 휴대폰을 사용하면서, 열차가 정차 지점에서 지나치게 되어 승객들이 안전하게 하차할 수 없게 된 사건이었다.


휴머노이드 기반 무인운전 / 출처=GettyImages휴머노이드 기반 무인운전 / 출처=GettyImages


철도에서 기관사 오류나 시스템 에러로 인한 사고 방지 대책으로 휴머노이드 로봇을 도입하는 것은 기술적, 사회적, 경제적 측면에서 매우 중요한 의미가 있다.

특히 휴머노이드 로봇을 기관사의 역할에 적용하는 것은 사고 예방, 효율성 증가, 안전성 강화 등을 실현하는 방법으로 당위성을 가진다.

첫째, 기관사는 다양한 외부 요인에 의해 실수를 할 수 있으며, 이는 운전 중 피로, 주의 산만, 감정적 상태 등에서 기인한다. 고속 운행, 복잡한 상황에서 실수할 가능성이 존재다. 이러한 인간의 한계를 극복하려면 휴머노이드 로봇의 도입이 필요하다. 로봇은 피로, 감정, 스트레스, 장시간 근무 등 인간적 요인에 영향을 받지 않으며, 모든 상황에서 일관된 성능을 유지할 수 있다. 실시간 모니터링과 자동화된 판단 시스템을 통해 로봇은 기관사의 실수로 발생할 수 있는 인간 에러 사고를 예방할 수 있다.

둘째, 한국철도의 시스템 에러 또한 사고를 유발할 수 있는 중요한 요소이다. 신호 시스템 고장이나 기계 장치 오작동은 가끔 사고를 초래한다. 휴머노이드 로봇은 자동화된 감지 시스템을 통해 시스템의 이상을 실시간으로 감지하고, 즉각적으로 대처할 수 있다. 로봇은 다양한 센서를 통해 선로 상태, 열차 위치, 속도, 신호 상태 등을 정확히 모니터링하며, 이상이 발생하면 즉시 경고를 보내고, 상황에 맞게 운행을 조정할 수 있다. 이는 시스템 에러로 인한 사고를 예방하는 데 중요한 역할을 한다.

셋째, 휴머노이드 로봇은 고급 데이터 처리 능력을 갖추고 있으며, 운행 중에 발생하는 다양한 데이터를 실시간으로 분석하여 최적의 운행 방침을 결정할 수 있다. 로봇은 다양한 기상 조건이나 선로 상태 변화에 따라 속도를 자동으로 조절하고, 사고 발생 가능성을 예측할 수 있다. 이러한 데이터 분석 능력은 인간 기관사가 처리하기 어려운 복잡한 상황에서도 정확하고 빠른 결정을 내릴 수 있다.

휴머노이드 로봇은 비상 상황에서 즉각적인 판단과 조처를 할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 장애물 감지, 신호 위반, 급정거 필요 상황 등에서는 로봇이 사람보다 훨씬 빠르고 정확하게 반응할 수 있다.

휴머노이드 로봇을 도입하는 것은 큰 혁신이 될 수 있지만, 이에 따른 문제점을 해결하기 위한 체계적인 접근이 필요하다.

휴머노이드 로봇을 기관사의 대체 역할로 적용할 때 발생할 수 있는 여러 기술적, 사회적, 법적 문제에 해결 방안을 검토하는 것이 중요하다.

첫째, 기술 신뢰성 확보 및 오작동 최소화

휴머노이드 로봇의 기술 신뢰성 문제를 해결하기 위해, 다중 안전 시스템을 구축하는 것이 중요하다. 하나의 시스템 고장으로 전체 운행이 멈추지 않도록 해야 한다. 센서가 고장 나면 다른 백업 시스템이 즉시 작동하거나, 로봇이 문제를 인식하고 경고를 할 수 있는 다중의 자동화된 시스템을 배치하는 방식이다.

AI의 판단이 인간의 직관이나 경험에 비해 부족할 수 있다는 문제를 해결하기 위해, 휴먼 인-더-루프(Human-in-the-loop) 시스템을 적용할 수 있다. 이 시스템은 로봇이 실시간으로 판단을 내릴 때 중요한 결정을 사람과 공유하고, 최종 결정을 인간 관제사가 내리도록 하는 방식이다. 이는 로봇의 판단 오류를 최소화하고, 사람의 직관을 보완하는 형태로 사고를 예방할 수 있다.

둘째, 사회적 및 법적 문제점 해결 방안

휴머노이드 로봇의 도입으로 기관사의 일자리가 위협받을 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해, 기관사를 대상으로 하는 재교육 프로그램을 운영하여 철도 산업 내 다른 직무로의 전환을 지원할 수 있다. 예를 들어, 기관사가 로봇 시스템의 유지관리, 관제사업무 등의 새로운 업무를 맡을 수 있도록 훈련을 제공하는 방식이다.

셋째, 법적 규제 및 제도적 문제 해결

휴머노이드 로봇을 철도 운행에 도입하기 위한 법적 규제를 해결하기 위해, 기존의 법률과 규정을 개정하거나 새로운 법적 틀을 마련해야 한다. 이를 위해 철도법 및 관련 안전 규정을 철저히 검토하고, 로봇 운행에 대한 기준을 새롭게 설정하는 작업이 필요하다.

세계적으로 열차의 무인운전은 철도 산업에서 큰 혁신을 일으키고 있으며, 효율성, 안전성, 운영비 절감 등을 개선하는 중요한 기술로 자리 매김하고 있다.

 

첫째, 스웨덴은 2018년 세계에서 최초로 무인 화물 열차를 상용화한 국가이다.

이 화물 열차 시스템은 자동화된 제어 기술, AI 기반 안전 시스템 등을 활용하여 운송의 효율성과 안전성을 크게 향상하게 시키고 있다. 이 열차는 자동화된 운전 시스템을 통해 다양한 환경에서 테스트하며, 기관사의 개입 없이 실제 성능을 검증했다.

무인 열차는 CBTC와 ATO ATP 시스템을 활용하여 운행된다. 현대 기술인 AI 시스템을 보강하여 실시간으로 열차의 상태와 주변 환경을 분석하여 위험 요소를 사전에 차단하고, 자동 제어를 통해 열차 운행을 최적화한다.

둘째, 프랑스는 2020년부터 파리와 로렌 지역을 연결하는 무인 여객 열차 시험을 시작했다.

자율주행 기술을 통해 출발, 정차, 경로 변경, 속도 조정 등 모든 운전 과정을 자동화했다. 또한, AI 시스템을 사용하여 열차의 운행 상태를 실시간으로 모니터링하고, 통합제어는 CBTC 시스템을 활용하여 안전을 보장한다.

무인 여객 열차는 비상 제동 시스템, 속도 제한 기능, 자동 차고 점검 등 안전 기능을 자동으로 관리하여 사고를 예방하고 있다. 또한, AI 기반의 모니터링 시스템은 열차의 상태와 주변 환경을 실시간으로 분석하여 문제를 예방할 수 있도록 했다.

셋째, 한국에서는 2011.10 신분당선이 무인운전 시스템으로 개통되었으며, 시스템은 ATO, ATP, CBTC 시스템 등의 자동화 기술을 기반으로 운행되며, 관제센터를 통해 무인 열차 운행의 안전성을 강화하고 있다. 이 시스템은 운행 효율성과 비용 절감, 환경친화적인 교통수단으로, 한국철도 운영 모델로서 장점이 크다.

 

스웨덴과 프랑스의 무인 철도 시스템은 안전성, 효율성, 비용 절감을 중심으로 한 중요한 사례로, 철도차량의 무인운전이 실제 상용화 단계에 접어들고 있음을 보여준다. 추가로 일본 JR의 무인화 시범 프로젝트, 싱가포르 MRT의 완전 무인 시스템 등 해외 여러 국가가 첨단 기술을 활용한 자동화 시스템과 AI 기반 안전 관리 시스템을 통해 무인운전의 실행 가능성과 효율성을 입증하였으며, 철도 산업에 대한 혁신적인 변화를 이끌고 있다. 향후 글로벌 철도 운송망에 확대 적용될 가능성이 크다.

한국의 경우 신분당선, 경전철에서 무인운전을 시행하고 있으나, 완전 무인화를 위한 전환에 노력해야 하나, 각종 철도 운영기관의 사고 영향으로, 안전요원의 승차 문제는 철도 선진화의 대승적 측면에서 직접 인력 투입이 아닌 AI 등 신기술로 발전된 시스템 업그레이드로 승객의 신뢰도를 확보하기 위한 노력이 필요할 것 같다.

 

결론으로 휴머노이드 로봇의 도입은 철도 시스템의 안전성, 효율성, 경제성을 동시에 증대시키는 방안으로, 한국철도에서 필수적인 대책이 될 수 있다. 이를 통해 승객에게 더 안전하고 신뢰성 있는 서비스를 제공할 수 있으며, 사회적 비용을 절감하고 경제적 효율성을 높일 수 있겠다. 그날을 기대해 본다.

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