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  1. 정회원 · 서울과학기술대학교 철도전문대학원 철도경영정책학과 박사과정 (Seoul National University of Science and Technology · smnhk77@naver.com)
  2. 종신회원 · 교신저자 · 서울과학기술대학교 철도전문대학원 철도경영정책학과 교수 (Corresponding Author · Seoul National University of Science and Technology · sigonkim@seoultech.ac.kr)



철도업무종사자, 교육훈련, 통합모의훈련시스템, 사고 예방, 학습 효과
Railway workers, Education and training, Integrated simulation training system, Accident prevention, Learning effect

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 필요성

오늘날의 철도는 대량 수송 및 친환경적인 특성으로 인해 여객 및 화물 운송의 중추적인 역할을 수행하고 있다. 또한 고속철도 및 도시철도 이용객 증가로 그 중요성이 더욱 증대되고 있다. 철도의 안전하고 효율적인 운영은 국민 생활과 국가 경제 발전에 직결되는 핵심 요소임에 틀림이 없다. 그러나 철도는 복잡하고 다양한 변수가 존재하며, 특히 이례적인 상황이나 비상 상황 발생 시 신속하고 정확한 업무 처리가 요구된다. 현재 철도업무종사자(기관사, 관제사, 차량 정비원, 역무원 등)에 대한 교육은 이론 교육, 현장 실습, 개별 모의훈련 시스템 활용 등 다양한 방식으로 이루어지고 있다. 하지만 기존의 교육 방식은 다음과 같은 한계를 가지고 있다.

첫째, 실제와 동일한 위험 상황을 안전하게 반복 훈련하는 데 어려움이 있다. 특히 사고, 고장, 자연재해 등 치명적인 결과를 초래할 수 있는 비상 상황에 대한 실질적인 훈련 기회가 제한적이다. 둘째, 각 직무별로 분리된 교육 및 훈련으로 인해 업무 연계성 및 통합적인 상황 판단 능력 배양이 미흡할 수 있다. 실제로 철도운영기관에서는 여러 직무 간의 유기적인 협력이 필수적임에도 불구하고, 개별 훈련으로는 이러한 협업 능력을 충분히 함양하기 어렵다. 셋째, 고가의 실제 장비를 이용한 현장 실습은 시간과 비용 측면에서 비효율적이며, 장비의 마모나 손상 위험도 존재한다. 넷째, 기존의 개별 모의훈련 시스템은 시스템 간의 데이터 연동이나 통합적인 시나리오 구현에 제약이 있어 실질적인 훈련 효과를 극대화하는 데 한계가 있다.

그러므로 철도업무종사자의 비상 상황 대처 능력을 혁신적으로 향상시키기 위한 새로운 교육 시스템의 도입이 절실하다. 특히, 다양한 직무 종사자들이 실제 운영 환경과 유사한 가상 공간에서 상호 연계하여 훈련할 수 있는 통합 모의훈련 시스템의 필요성이 점점 더 강조되고 있다. 통합 모의훈련 시스템은 개별 훈련 시스템의 장점을 통합하고 시스템 간의 상호작용 및 데이터 공유를 통해 보다 현실적이고 복합적인 훈련 시나리오를 구현함으로써, 철도 안전 및 운영 효율성을 획기적으로 개선하는 데 기여할 수 있다.

1.2 연구의 목적 및 내용

본 연구는 철도업무종사자의 효율적인 교육을 위한 통합 모의훈련 시스템 구축 방안을 제시하는 것을 주요 목적으로 한다. 이를 위해 다음과 같은 세부 연구 목표를 설정하고 연구를 수행하고자 한다.

첫째, 현재 국내 철도업무종사자 교육 시스템 및 모의훈련 활용의 현황과 문제점을 심층적으로 분석한다. 기존 교육 방식의 한계를 명확히 파악하고, 통합 모의훈련 시스템 도입의 당위성을 구체화한다. 둘째, 통합 모의훈련 시스템의 개념을 정립하고, 시스템이 갖추어야 할 핵심 기능 및 요구사항을 도출한다. 다양한 직무 종사자의 훈련 요구를 충족시키고 시스템 간의 유기적인 연동을 가능하게 하는 통합 시스템의 비전을 제시한다. 셋째, 통합 모의훈련 시스템의 효과적인 구축을 위한 구체적인 방안을 제시한다. 시스템 아키텍처 설계, 데이터 통합 및 관리 방안, 핵심 기술 요소 활용 방안, 훈련 시나리오 개발 및 관리 방안 등을 포함하는 상세 구축 계획을 수립한다. 넷째, 제시된 통합 모의훈련 시스템 구축 방안을 통해 기대할 수 있는 효과를 분석한다. 교육 효율성 증대, 철도 안전성 향상, 비용 절감 등 다양한 측면에서의 긍정적인 영향을 예측하고 분석한다. 다섯째, 성공적인 통합 모의훈련 시스템 구축 및 운영을 위한 고려 사항과 정책적, 기술적 제언을 제시한다. 시스템 도입 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 미리 파악하고 해결 방안을 모색하며, 관련 정책 및 제도 개선 방향을 제안한다.

본 연구는 이러한 목표를 바탕으로 국내 철도 교육 시스템의 고도화를 도모하고, 나아가 철도 안전성과 운영 효율성 향상에 실질적으로 기여할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

1.3 연구 수행체계

1) 연구범위

① 현행 철도 교육 시스템 및 모의훈련 활용 현황 분석: 국내 주요 철도 운영 기관들의 현재 교육 방식, 모의훈련 시스템 보유 현황, 활용 실태 및 한계점에 대한 조사 및 분석을 포함한다.

② 통합 모의훈련 시스템 요구사항 도출: 현황 분석 및 이해관계자(현장 종사자, 교육 담당자, 안전 전문가 등)의 의견 수렴을 바탕으로 시스템이 충족해야 할 기능적, 비기능적 요구사항을 정의한다.

③ 통합 모의훈련 시스템 개념 및 아키텍처 설계: 요구사항을 기반으로 시스템의 전체적인 개념을 정립하고, 중앙 통합 플랫폼 및 각 모듈 간의 연동을 핵심으로 하는 기술적 아키텍처를 설계한다.

④ 상세 설계 및 시나리오 개발 방안 제시: 설계된 아키텍처를 바탕으로 주요 구성 요소의 상세 기능 및 인터페이스를 정의하고, 다직무 협업 및 복합 비상 상황 기반의 훈련 시나리오 개발 및 관리 방안을 구체화한다.

⑤ 구축 방안의 기대 효과 및 고려 사항 분석: 제안된 구축 방안이 가져올 것으로 예상되는 교육적, 운영적, 안전적 효과를 분석하고, 실제 구축 및 운영 과정에서 발생할 수 있는 기술적, 경제적, 제도적, 조직적 고려 사항 및 잠재적 한계를 도출한다.

2) 적용대상

① 국내 철도 운영 기관: 한국철도공사(코레일), 수도권 및 각 광역시의 도시철도 운영 기관, 신분당선, 공항철도 등 민간 철도 운영 기관 등 대한민국 내 철도 노선을 운영하는 모든 기관을 잠재적인 시스템 적용 대상으로 한다.

② 철도업무 종사자: 시스템을 통해 교육 훈련을 받을 주요 대상은 철도 안전 및 운영에 직접적으로 관여하는 핵심 인력, 특히 기관사, 관제사, 차량 정비사 등이며, 필요에 따라 역무원, 승무원, 시설/전기 유지보수 인력 등 관련 직무 종사자까지 확장 적용할 수 있다.

③ 교육 훈련 내용: 시스템은 특히 복합적인 이례 상황 및 비상 상황 대응 훈련, 그리고 다직무 간의 유기적인 소통 및 협업 훈련에 중점을 둡니다. 정상 운행 관련 숙달 훈련도 가능하다.

2. 선행연구 고찰 및 시사점

2.1 선행연구 고찰

철도 분야에서의 시뮬레이션 훈련은 주로 기관사 훈련을 중심으로 발전해 왔다. 기관사 훈련 시뮬레이터는 교육훈련을 통한 전문성 강화 및 비상상황 대응 훈련을 위한 효율적인 모의운전연습기 활용방안을 모색했다(Lee et al., 2018). VR을 교육훈련시스템을 통해 기관사들의 고장처치향상 능력향상과 교육에 대한 호감도 및 집중도를 높였다고 하였지만 한계를 나타냈다(Ha, 2019). 전력관제시스템에 연동 가능한 운영자 훈련용 시뮬레이터 구축을 위한 사전 설계에 대해 소개하였다(Cho, 2015). 그러나 기관사 외의 다른 철도업무종사자, 예를 들어 관제사, 차량 정비사, 역무원 등을 위한 개별적인 시뮬레이션 시스템에 대한 연구나 개발 사례는 상대적으로 제한적이다. 관제사 훈련 시뮬레이터는 실제 관제 상황과 동일한 시스템을 이용하기 때문에 효과적이고 안전하게 실제상황을 모사한다고 언급했다(Lim, 2024). 차량분야는 열차 정비의 교육효과를 위해 교육공학이론 중 내용요소전시 이론, 상황학습 이론, 문제 중심 학습이론을 고찰하는 선행연구를 통해 열차 정비 교육 시뮬레이션을 설계하였다(Jeong and Song, 2016). 기존 선행 연구 및 실제 운영 사례를 살펴보면, 현재 국내 철도 운영 기관들은 각 직무별로 특화된 개별적인 모의훈련 시스템을 구축하여 운영하고 있음을 알 수 있다. 이러한 개별 시스템은 해당 직무의 전문성 향상에는 기여하지만, 서로 다른 시스템 간의 연계 부족으로 인해 실제 운영 환경에서 발생하는 다직무 간의 상호작용 및 협업 훈련에는 한계를 보인다.

2.2 선행 연구의 한계점 및 본 연구의 차별성

기존 연구들은 대부분 특정 직무의 시뮬레이터 개발이나 활용에 초점을 맞추고 있으며, 철도 운영의 핵심인 다직무 간의 유기적인 상호작용 및 비상 상황 발생 시 통합적 대응 능력 향상을 위한 포괄적인 통합 모의훈련 시스템 구축 방안에 대한 심층적인 연구는 부족하다. 특히 국내 철도 운영 환경의 특수성을 반영하여, 각기 다른 운영 기관에서 사용 중인 다양한 시스템을 통합하고, 실제 운영 데이터와 연계하여 현실적인 훈련 시나리오를 개발하며, 다직무 합동 훈련을 효과적으로 지원할 수 있는 구체적인 통합 모의훈련 시스템 구축 방안에 대한 연구는 미진한 실정이다. 따라서 본 연구는 기존 선행 연구의 한계점을 극복하고, 국내 철도 운영 환경에 최적화된 철도업무종사자 통합 모의훈련 시스템 구축 방안을 제시함으로써 학술적, 실무적 측면에서 다음과 같은 차별성을 갖는다. 첫째, 개별 직무 시뮬레이터가 아닌 다양한 직무의 모의훈련 시스템을 통합하는 플랫폼 개념에 기반한 구축 방안을 제시한다. 둘째, 실제 철도 운영 환경에서 발생 가능한 복합적인 비상 상황 시나리오를 기반으로 하는 다직무 협업 훈련의 중요성을 강조하고 이를 지원하는 시스템 구축 방안을 모색한다. 셋째, 시스템 아키텍처, 핵심 기술 요소, 데이터 연계 방안 등 구체적이고 실질적인 시스템 구현 방안을 제시한다. 이러한 연구의 차별성을 통해 본 연구는 국내 철도 안전 및 운영 효율성 향상에 기여할 수 있는 실질적인 정책 및 기술적 함의를 제공할 것으로 기대된다.

3. 철도종사자 교육훈련을 위한 모의 훈련시스템 개선방안 연구모형

3.1 모의훈련시스템 이론적 배경

모의훈련 시스템(Simulation Training System)은 실제 시스템이나 환경의 작동 방식을 모방하여 만든 가상 환경에서 사용자가 현실과 유사한 경험을 통해 학습하고 훈련할 수 있도록 설계된 시스템을 의미한다. 이는 실제 상황에서 발생할 수 있는 다양한 조건, 절차, 비상 상황 등을 안전하고 통제된 환경에서 반복적으로 경험하고 연습함으로써, 관련 지식, 기술, 태도 및 문제 해결 능력을 효과적으로 습득하도록 지원한다. 모의훈련 시스템의 핵심은 현실성(Fidelity)과 상호작용성(Interactivity)에 있다. 현실성은 실제 환경을 얼마나 정확하고 실감나게 모방하는지를 의미하며, 이는 시스템의 시각적, 청각적, 촉각적 요소뿐만 아니라 시스템의 동적 반응(Dynamic Response)의 정확성을 포함한다. 상호작용성은 학습자가 시스템과 얼마나 능동적으로 상호작용하고 시스템이 그에 대해 얼마나 현실적으로 반응하는지를 나타낸다. 이 두 가지 요소의 균형은 훈련 목표와 학습자의 수준에 따라 중요하게 고려된다. 모의훈련 시스템은 단순히 실제 장비의 외형을 모방하는 것을 넘어, 실제 시스템의 내부 작동 원리, 물리적 법칙, 환경적 요인, 그리고 다른 시스템과의 상호작용까지도 시뮬레이션하여 복합적인 훈련 경험을 제공하는 것을 목표로 한다.

1) 통합 모의훈련 시스템(Integrated Simulation Training System)이란 철도 운영 환경의 다양한 요소와 복합적인 상황을 가상으로 정밀하게 모사하고, 기관사, 관제사, 차량 정비사 등 서로 다른 직무의 모의훈련 모듈들을 하나의 중앙 플랫폼 하에서 실시간으로 연동하여, 다직무 간의 유기적인 상호작용 및 협업을 기반으로 하는 훈련을 안전하고 효과적으로 수행할 수 있도록 설계된 첨단 교육 시스템을 말한다.

2) 기존 개별모의훈련 시스템과의 차별성 : 기존 개별시스템은 각 직무만을 위한 독립적인 시스템인데 반해 통합 모의훈련 시스템은 여러직무를 유기적으로 연결하여 데이터 정보를 실시간 공유한다. 또한 단일/단순 시나리오을 이용하는 개별시스템에 비해 복합/통합 시나리오를 이용할 수 있는 큰 장점이 있다. 더불어 통합관리 및 운영의 효율성이 높아 교육훈련 효과가 높다.

Fig. 1. A Study Model on the Improvement of the Integrated Simulation Training Machine

../../Resources/KSCE/Ksce.2025.45.3.0421/fig1.png

3.2 철도 운영기관 모의훈련시스템 현황

철도운영기관 모의훈련시스템 현황은 Table 1과 같다.

Table 1. Current Status of the Railway Management Agency's Simulation Training Machine

a railway operating institution

a practice machine

engineer training

controller training

vehicle maintenance training

Other training

Korea Railroad Corporation

SR Co., Ltd

Seoul Transportation Corporation

Busan Transportation Corporation

Daegu Transportation Corporation

Incheon Transportation Corporation

Gwangju Transportation Corporation

X

X

Daejeon Transportation Corporation

X

X

Busan-Kimhae Light Railway Co., Ltd

X

X

Uijeongbu Light Railway Co., Ltd

X

X

Yongin Light Railway Co., Ltd

X

X

Wu Yi New Light Railway Co., Ltd

X

X

Nam Seoul Light Railway Co., Ltd

X

X

X

Shinbundang Line Co., Ltd

Airport Railroad Co., Ltd

X

3.3 통합 모의훈련연습기 개선방안 연구모형 개발

제 1단계 (현황 분석 및 요구사항 도출): 현재의 교육 시스템과 모의훈련 현황을 분석하고, 이해관계자들의 요구사항을 수렴하여 통합 시스템이 무엇을 해야 하는지 정의한다.

제 2단계 (개념 설계 및 아키텍처 정의): 1단계 결과를 바탕으로 통합 모의훈련 시스템의 전체적인 그림을 그린다. 시스템의 기본 개념, 주요 구성 요소, 각 요소 간의 관계 및 기술적인 큰 틀(아키텍처)을 설계한다.

제 3단계 (상세 설계 및 시나리오 개발 방안): 2단계에서 정의된 아키텍처를 기반으로 각 구성 요소의 상세 기능, 데이터 흐름, 인터페이스 등을 구체적으로 설계한다. 또한, 통합 훈련을 위한 시나리오 개발 및 관리 방안을 구체화한다.

제 4단계 (프로토타입 개발 및 평가 - 선택 사항): 연구의 실현 가능성을 검증하기 위해 핵심적인 기능만을 구현한 소규모 프로토타입을 개발하고, 이를 전문가 및 사용자에게 평가받아 초기 설계의 문제점을 파악하고 개선한다.

제 5단계 (기대 효과 분석 및 구축 시 고려 사항 도출): 설계된 통합 시스템이 가져올 것으로 예상되는 효과를 분석하고, 실제 시스템을 구축하고 운영할 때 발생할 수 있는 기술적, 경제적, 제도적, 조직적 문제점들을 파악하고 이에 대한 해결 방안 및 제언을 도출한다.

제 6단계 (연구 결과 종합 및 결론 도출): 앞선 모든 단계의 연구 결과를 종합하고, 연구의 핵심적인 결론을 제시합니다. 연구의 의의, 한계, 그리고 향후 연구 방향을 제언하며 연구를 마무리한다.

3.4 통합모의 훈련연습기 개선방안 연구모형 효과검증

3.4.1 AHP (Analytic Hierarchy Process) 분석 개요

AHP는 다수의 평가 기준과 대안이 있는 복잡한 의사결정 문제를 계층 구조로 분해하고, 각 계층의 요소들에 대해 쌍대 비교를 수행하여 상대적 중요도(가중치) 또는 선호도(우선순위)를 도출하는 의사결정 방법론이다. 전문가들의 주관적인 판단을 정량적으로 분석하고, 평가 과정의 일관성(Consistency)을 검증할 수 있다는 장점이 있다.

철도운영기관의 10명의 전문가를 기준으로 설문을 실시하였다.

AHP 분석 결과, 전문가들은 ‘교육 효과성’을 통합 모의훈련 시스템 구축 시 가장 중요하게 고려해야 할 기준으로 평가했다 (가중치 0.35). 다음으로는 ‘시스템 실현 가능성’(0.25)과 ‘비용 효율성’(0.18)이 중요하다고 응답했으며, ‘기술적 완성도’와 ‘운영 및 관리 용이성’은 상대적으로 낮은 중요도를 가졌다. 이는 통합 시스템이 무엇보다 교육의 질을 높이고, 현실적으로 구현 및 운영이 가능해야 한다는 전문가들의 의견을 반영한다.

교육 효과성 측면에서는 ‘비상 상황 대처 능력 향상’(0.40)과 ‘다직무 협업 능력 향상’(0.30)이 가장 중요한 세부 기준으로 도출되었다. 이는 전문가들이 통합 시스템의 핵심적인 기여를 위험 상황에서의 대응력 강화와 팀워크 증진에 두고 있음을 나타낸다.

AHP 분석 결과는 철도업무종사자 통합 모의훈련 시스템 구축 방안의 성공적인 구현을 위해서는 ‘교육 효과성’, 특히 ‘비상 상황 대처 능력 향상’ 및 ‘다직무 협업 능력 향상’이 최우선적으로 고려되어야 함을 시사한다. 또한, 제안된 방안이 현실적으로 ‘실현 가능’하고 ‘비용 효율적’인지를 지속적으로 검토하고 개선하는 노력이 필요하다. 기술적인 측면의 중요도도 있지만, 궁극적으로는 시스템이 교육의 목적을 얼마나 효과적으로 달성할 수 있는지가 가장 중요한 평가 기준이 됨을 전문가 평가 결과는 명확히 보여준다.

Table 2. Importance Weight by Key Assessment Criteria

Evaluation criteria

Weight

Ranking

Educational effectiveness

0.35

1

System feasibility

0.25

2

Cost efficiency

0.18

3

Technical perfection

0.12

4

Ease of operation and management

0.10

5

Table 3. Weight of Importance by Detailed Evaluation Criteria of Educational Effectiveness

Evaluation criteria

Weight

Ranking

Improved emergency response capabilities

0.40

1

Improved multi-job collaboration skills

0.30

2

Attainment of training objectives

0.20

3

Improve your work skills

0.10

4

4. 연구모형에 의한 통합 모의 훈련시스템 구축 방안

4.1 현행 모의 훈련 시스템의 한계

현재 국내 철도 운영 기관들이 운영하고 있는 모의훈련 시스템은 철도업무종사자의 개별적인 직무 역량 강화에는 일정 부분 기여하고 있으나, 다음과 같은 명확한 한계점을 가지고 있다. 이러한 한계는 통합 모의훈련 시스템 구축의 주요 동기가 되었다.

1) 모의훈련연습기 시스템 간 연동 부족

현재 모의훈련 시스템은 대부분 기관사, 관제사, 또는 특정 차량 정비 등 각 직무에 특화되어 독립적으로 운영하고 있다. 서로 다른 직무의 시뮬레이터 간에 실시간으로 데이터를 주고받거나 상호작용하는 기능이 미흡하다. 이는 실제 철도 운영 환경에서 필수적인 다직무 간의 유기적인 소통 및 협력 과정을 훈련하는 데 제약이 있다.

2) 복합적이고 현실적인 비상 상황 훈련의 어려움

개별 시스템은 해당 직무와 관련된 단일 고장이나 단순 상황 시나리오 훈련에는 효과적일 수 있다. 하지만 열차 고장, 신호 시스템 오류, 외부 요인(자연재해, 시설물 손상 등)이 복합적으로 발생하고, 여러 직무가 동시에 정보를 공유하고 협력하여 문제를 해결해야 하는 실제와 같은 복합적인 비상 상황 시나리오를 구현하고 훈련하는 데 한계가 있다.

3) 데이터 관리 및 활용의 비효율성

각 모의훈련 시스템에서 생성되는 훈련 데이터(학습자 조작 기록, 시스템 반응, 이벤트 발생 기록 등)가 개별 시스템 내에 분산되어 관리된다. 이는 전체적인 훈련 성과를 통합적으로 분석하거나, 여러 직무의 훈련 데이터를 연계하여 상호작용 과정에서의 문제점이나 협업 효율성을 분석하는 데 어려움을 초래한다. 데이터 기반의 객관적인 교육 효과 측정 및 교육 과정 개선에 제약이 있다.

4) 구축 및 유지보수 비용의 비효율성

각 기관 및 직무별로 별도의 시스템을 구축하고 유지보수하는 것은 중복 투자 및 비효율적인 자원 활용으로 이어질 수 있다. 특히 소규모 운영 기관의 경우, 최신 기술이 적용된 고품질의 시뮬레이터 전체 세트를 갖추는 데 경제적인 부담이 클 수 있다.

4.2 효율적 교육 훈련을 위한 기술적 개선 방향

철도업무종사자의 효율적인 교육 훈련을 위한 통합 모의훈련 시스템을 구축하고 그 효과를 극대화하기 위해서는 다음과 같은 기술적인 개선 및 발전 방향을 고려해야 한다.

1) 고도화된 시뮬레이션 현실성(Enhanced Simulation Fidelity)

① 시각 및 청각 현실성 강화: 실제 철도 환경(선로, 주변 경관, 역사, 날씨, 시간대 등), 차량 내부 및 외부 모습, 설비 등을 고품질 3D 그래픽으로 정밀하게 모델링하고, 실제와 같은 엔진음, 경적음, 제동음, 환경음, 통신음 등을 구현하여 몰입도를 극대화한다.

② 물리 모델링 정밀도 향상: 차량의 동역학, 제동 성능, 견인력, 선로 조건(경사, 곡선, 마찰 계수)에 따른 움직임, 충돌 및 탈선 상황 등을 실제와 거의 동일하게 시뮬레이션하는 물리 엔진 기술을 고도화한다.

③ 촉각/운동 감각 구현(Haptic/Motion Feedback): 운전실 시뮬레이터의 경우, 실제 운전 시 발생하는 진동, 가감속 충격, 제동 시의 반력 등을 정밀하게 재현하는 모션 플랫폼 및 햅틱 장치 기술을 적용하여 현실감을 증가시킨다.

2) 시스템 통합 및 상호 운용성 기술(Integration and Interoperability Technologies)

① 표준 기반 인터페이스 구축: 서로 다른 기술 스택이나 제조사에서 개발된 모의훈련 모듈들이 중앙 통합 플랫폼과 원활하게 통신하고 데이터를 교환할 수 있도록 표준화된 인터페이스(API) 및 프로토콜을 정의하고 적용해야한다. DIS(Distributed Interactive Simulation) 또는 HLA(High Level Architecture)와 같은 분산 시뮬레이션 표준 도입을 검토할 수 있다.

② 고성능 데이터 버스/미들웨어: 대규모의 실시간 훈련 데이터(각 모듈의 상태, 학습자 조작, 이벤트 발생 등)를 지연 없이 안정적으로 전송하고 관리할 수 있는 고성능 데이터 버스 또는 미들웨어 기술을 적용하여 시스템 간의 원활한 상호작용을 보장해야 한다.

③ 클라우드 기반 플랫폼 활용: 중앙 통합 플랫폼 또는 일부 모의훈련 모듈을 클라우드 환경에 구축하여, 여러 운영 기관이 물리적인 제약 없이 시스템에 접근하고 자원을 공유하며, 시스템의 확장성과 유연성을 확보하는 방안을 검토한다.

3) 첨단 시나리오 생성 및 관리 기술 (Advanced Scenario Generation and Management)

① AI 기반 자동 시나리오 생성: 실제 운영 데이터, 사고 사례, 위험 분석 결과 등을 학습한 인공지능(AI)이 자동으로 다양한 복합 비상 상황 시나리오를 생성하거나, 교관의 설정에 따라 시나리오를 동적으로 변화시키는 기술을 도입한다.

② 적응형 훈련 시스템: 학습자의 훈련 성과나 수준에 따라 시나리오의 난이도, 이벤트 발생 빈도, 시스템 반응 등을 실시간으로 조절하여 최적화된 맞춤형 훈련을 제공하는 기술을 개발한다.

③ 직관적인 시나리오 저작 도구: 교관이 코딩 능력 없이도 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 통해 복잡한 통합 시나리오를 쉽게 생성, 편집, 관리할 수 있는 사용자 친화적인 저작 도구 기술을 개발해야 한다.

4) 데이터 분석 및 AI 기반 평가/피드백 (Data Analytics and AI for Evaluation and Feedback)

① 빅데이터 기반 훈련 데이터 분석: 통합 시스템에서 수집되는 대규모 훈련 데이터를 분석하여 개인별/팀별 훈련 성과, 오류 패턴, 비상 상황 대처 특성 등을 심층적으로 분석한다.

② AI 기반 자동 평가 및 맞춤형 피드백: AI가 학습자의 행동 데이터를 분석하여 객관적인 평가 결과를 도출하고, 개인별 강점과 약점을 파악하여 구체적이고 맞춤화된 개선 피드백을 자동으로 생성하는 기술을 적용한다.

③ 예측 분석: 훈련 데이터를 기반으로 잠재적인 안전 취약점을 예측하거나, 특정 종사자의 추가 교육 필요성을 사전에 판단하는 예측 분석 기술 도입을 검토해야 한다.

5) 실감형 기술 활용 (VR/AR Technologies)

① VR 기반 몰입형 훈련: 가상현실(VR) 기술을 활용하여 실제와 동일한 가상 환경에서 차량 정비, 역사 내 비상 대피 유도, 사고 현장 초동 조치 등 특정 직무의 전문 기술 훈련이나 비상 상황 훈련에 대한 몰입도와 현실감을 극대화한다.

② AR 기반 현장 증강 훈련: 증강현실(AR) 기술을 활용하여 실제 또는 시뮬레이션된 환경에 훈련 절차, 장비 정보, 안전 수칙 등을 오버레이(Overlay)하여 직관적인 현장 실습 및 문제 해결 훈련을 지원한다.

6) 실제 운영 데이터 연계 및 활용 (Integration with Real Operating Data)

① 운영 데이터 기반 시나리오 현실화: 실제 열차 운행 스케줄, 교통량 데이터, 기상 정보, 과거 사고 및 장애 기록 등을 시나리오 생성 및 시뮬레이션에 반영하여 훈련의 현실성과 유효성을 높인다.

② (보안 고려) 실제 시스템 연계: 엄격한 보안 통제 하에, 실제 관제 시스템이나 차량 정보 시스템의 일부 데이터를 시뮬레이터로 미러링(Mirroring)하여 훈련에 활용하는 방안을 연구할 수 있으나, 이는 보안 및 안전 측면에서 매우 신중한 접근이 필요하다.

7) 사이버 보안 강화(Enhanced Cybersecurity)

시스템 통합 및 네트워크 연결이 확대됨에 따라 사이버 공격의 위험도 증가한다. 시스템 전반에 걸쳐 데이터 무결성, 기밀성, 가용성을 보장하기 위한 강력한 사이버 보안 기술 및 정책 수립이 필수적이다.

이러한 기술적 개선 방향들은 상호 유기적으로 연결되어 통합 모의훈련 시스템의 성능과 교육 효과를 종합적으로 향상시킬 수 있다. 이러한 첨단 기술들을 적극적으로 도입하고 융합함으로써, 철도업무종사자들이 실제 운영 환경과 유사한 복합적이고 예측 불가능한 상황에 대한 대응 역량을 효과적으로 함양하고, 궁극적으로 철도 안전 및 운영 효율성을 높이는 데 기여할 수 있다.

4.3 통합 모의훈련 시스템 구축 방안

4.3.1 구축 기본 방향 및 전략

통합 모의훈련 시스템 구축은 단순한 장비 도입을 넘어 철도 교육 시스템의 패러다임을 전환하는 작업이다. 따라서 다음과 같은 기본 방향과 전략하에 구축을 추진해야 한다.

1) 플랫폼 기반의 모듈형 구축: 각 직무별 모의훈련 모듈은 독립적인 기능을 수행하되, 중앙 통합 플랫폼에 연결되는 모듈형 구조로 구축한다. 이를 통해 시스템의 유연성, 확장성, 유지보수 용이성을 확보하고 향후 신규 모듈 추가나 기술 업데이트에 용이하게 한다.

2) 단계적 구축 및 파일럿 운영: 전체 시스템을 한 번에 구축하기보다는 핵심 기능 및 주요 직무 모듈을 중심으로 단계적으로 구축하고, 일부 운영 기관을 대상으로 파일럿(Pilot) 운영을 통해 시스템의 안정성과 효과를 검증한 후 점진적으로 확대 적용한다.

3) 표준화 및 상호 운용성 확보: 시스템 구성 요소, 데이터 형식, 통신 프로토콜 등에 대한 표준을 수립하고 준수하여, 다양한 제조사의 시스템이나 기존 시스템과의 연동 가능성을 확보한다. 이는 장기적인 시스템 관리 및 확장에 필수적이다.

4) 최신 기술 적극 활용: 고도화된 시뮬레이션 기술, AI, VR/AR, 빅데이터 분석 등 최신 기술을 적극적으로 도입하여 훈련의 현실성, 효과성, 운영 효율성을 극대화한다.

5) 운영 기관 간 협력 체계 구축: 여러 철도 운영 기관이 시스템을 공동으로 사용하거나 훈련 데이터 및 시나리오를 공유할 수 있도록 기관 간 협력 체계를 구축하고 운영 방안에 대한 합의를 도출한다. (예: 공동 운영 위원회 구성, 공동 투자 방안 마련 등)

4.3.2 시스템 아키텍처 및 기술 구현 방안

앞에서 제시된 개념 아키텍처를 바탕으로 상세 설계 내용을 반영한 기술 구현 방안을 수립한다.

1) 중앙 통합 플랫폼 구축

고성능 서버 및 네트워크 인프라를 구축하여 대규모 데이터 처리 및 실시간 통신을 지원해야한다. 데이터 버스 또는 메시지 기반 미들웨어 기술을 적용하여 각 모듈 간의 안정적이고 효율적인 데이터 교환 체계를 마련하고 표준화된 인터페이스를 관리하고 외부 시스템과의 연동을 통제한다.

2) 모의훈련 모듈 개발 또는 통합

필요한 직무(기관사, 관제사, 정비 등)별 모의훈련 모듈을 신규 개발하거나, 기존에 보유한 시스템 중 표준 인터페이스 적용이 가능한 모듈은 통합 플랫폼에 연동해야 하고 각 모듈은 해당 직무의 특성에 맞는 고품질 시뮬레이션 엔진, 3D 환경 모델링, 물리 모델링 등을 포함해야 한다.

3) 시나리오 관리 모듈 구축:

직관적인 GUI 기반의 시나리오 저작 도구를 개발하여 교관이 통합 시나리오를 쉽게 생성, 편집, 관리할 수 있도록 한다. 다양한 복합 비상 상황 및 다직무 협업 시나리오를 포함하는 시나리오 라이브러리를 구축하고, 시나리오 검색 및 공유 기능을 구현해야 한다. 시나리오 실행 엔진은 중앙 플랫폼과 연동하여 시나리오 흐름에 따라 각 모의훈련 모듈의 상태 및 이벤트를 제어한다.

4) 데이터 관리 및 분석 모듈 구축:

훈련 데이터를 저장하기 위한 대용량 및 고성능 데이터베이스 시스템을 구축한다. 수집된 훈련 데이터를 분석하여 개인별/팀별 성과 지표, 오류 패턴, 시나리오 효과 등을 도출하는 분석 알고리즘 및 소프트웨어를 개발한다. 분석 결과를 시각화된 형태로 제공하고 보고서를 생성하는 기능을 구현해야 한다.

5) 교관/관리자 모듈 구축:

훈련 상황 모니터링, 훈련 제어, 학습자 개입(메시지 전송, 음성 통신 등), 평가 및 피드백 제공 기능을 포함하는 교관 인터페이스를 개발한다. 사용자 관리, 시스템 설정, 데이터 조회 및 보고서 생성 등 시스템 관리 기능을 구현해야 한다.

6) 평가 및 피드백 모듈 구축:

정의된 평가 기준에 따라 훈련 성과를 자동 평가하는 로직을 구현하고, 분석 결과를 기반으로 학습자 및 교관에게 맞춤형 피드백을 제공하는 기능을 개발한다.

Fig. 2. System Architecture of Integrated Simulation Training Machine

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4.3.3 운영 및 관리 방안

구축된 통합 모의훈련 시스템을 효율적으로 운영하고 관리하기 위한 방안을 마련한다.

1) 시스템 운영 조직 및 인력: 시스템 운영, 유지보수, 시나리오 관리, 훈련 지원 등을 담당할 전문 조직을 구성하고 필요한 인력을 확보한다.

2) 시스템 설치 및 배치: 접근성, 공간 활용, 장비 특성 등을 고려하여 시스템(특히 하드웨어 시뮬레이터)의 설치 장소를 결정하고 배치한다. (예: 철도 교육 기관, 주요 차량기지, 공동 훈련 센터 등)

3) 시스템 활용 계획: 정규 교육 과정 내 시뮬레이션 훈련 비중 확대, 정기적인 보수 훈련 시행, 비상 대응 훈련 시뮬레이션 활용 등 시스템의 구체적인 활용 계획을 수립한다.

4) 유지보수 및 장애 대응: 시스템의 안정적인 운영을 위한 정기 점검, 성능 모니터링, 장애 발생 시 신속한 대응 및 복구 체계를 구축한다.

5) 교육 과정 연계: 통합 모의훈련 시스템을 기존의 이론 교육, 현장 실습 등과 유기적으로 연계하여 교육 효과를 극대화하는 방안을 마련한다.

4.4 통합 모의훈련 시스템 기대효과

4.4.1 철도 안전성 향상 효과

통합 모의훈련 시스템 도입을 통해 가장 크게 기대되는 효과는 바로 철도 안전성의 근본적인 강화이다.

1) 비상 상황 대응 능력 극대화: 실제 발생하기 어렵거나 위험한 복합 비상 상황 시나리오(열차 고장, 외부 침입, 자연재해 등)를 안전한 가상 환경에서 반복 훈련함으로써, 철도업무 종사자들의 상황 판단, 의사 결정, 초기 대응 및 문제 해결 능력을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 특히, 여러 요인이 동시에 발생하는 예측 불가능한 상황에 대한 대처 능력을 키울 수 있다.

2) 다직무 간 협업 및 소통 강화: 기관사, 관제사, 차량 정비사 등 여러 직무 종사자들이 동일한 비상 시나리오 하에서 실시간으로 정보를 공유하고, 명확한 절차에 따라 소통하며, 각자의 역할을 수행하는 합동 훈련을 통해 팀워크와 협업 능력을 강화할 수 있다. 이는 실제 비상 상황 발생 시 혼란을 줄이고 신속하고 효과적인 공동 대응을 가능하게 하여 피해를 최소화하는 데 결정적인 역할을 한다.

3) 인적 오류 감소: 실제와 유사한 환경에서의 반복 훈련은 업무 절차 숙달도를 높이고, 긴급 상황에서의 당황을 줄여 인적 오류 발생 가능성을 감소시킨다. 특히 시스템의 객관적인 데이터 분석 기반 피드백은 개인의 취약점을 정확히 파악하고 개선하는 데 도움을 준다.

4) 잠재적 위험 요인 식별 및 예방: 훈련 데이터를 분석하여 특정 시나리오나 상황에서 공통적으로 발생하는 오류 패턴을 파악하고, 이를 통해 운영 절차나 교육 프로그램의 개선점을 도출하여 잠재적인 안전 위험 요인을 사전에 예방할 수 있다.

4.4.2 교육 효율성 및 효과성 증대 효과

통합 모의훈련 시스템은 기존 교육 방식의 비효율성을 개선하고 교육 효과를 극대화한다.

1) 훈련 시간 단축 및 비용 절감: 고가의 실제 장비나 운행 선로를 사용하지 않고도 현실적인 훈련이 가능하므로, 훈련에 소요되는 시간과 비용(연료비, 선로 사용료, 인건비 등)을 크게 절감할 수 있다. 특히 위험하거나 자주 발생하지 않는 상황 훈련 시 효율성이 높다.

2) 학습 효과 극대화: 몰입감 높은 실감형 훈련 환경은 학습자의 집중도와 참여도를 높여 학습 내용을 효과적으로 습득하고 장기적으로 기억하도록 돕는다. 다양한 시나리오와 난이도 조절을 통해 학습자 수준에 맞는 맞춤형 훈련이 가능하다.

3) 반복 훈련의 용이성: 위험 부담 없이 동일한 시나리오를 원하는 만큼 반복하여 연습할 수 있으므로, 어려운 기술이나 비상 대응 절차를 완벽하게 숙달할 수 있다.

4) 객관적인 평가 및 피드백: 훈련 과정에서 수집되는 정량적인 데이터를 기반으로 학습자 개인 및 팀의 성과를 객관적으로 평가하고, 구체적인 수치와 함께 개선 필요한 부분을 명확히 제시하는 맞춤형 피드백을 제공하여 학습 효과를 높인다.

5) 표준화된 교육 제공: 모든 학습자에게 동일한 고품질의 훈련 환경과 시나리오를 제공함으로써 교육 내용 및 평가의 표준화를 확보하고, 균일한 수준의 역량을 갖춘 철도 업무 종사자를 양성할 수 있다.

5. 결론 및 향후과제

본 연구는 철도 안전 및 운영 효율성 증대를 위해 철도업무종사자의 교육 시스템을 혁신할 필요성에 주목하고, 특히 현행 개별 모의훈련 시스템의 한계를 극복하기 위한 통합 모의훈련 시스템 구축 방안을 모색하였다.

연구의 첫 단계에서는 국내 철도 운영 기관들의 교육 현황 및 모의훈련 시스템 활용 실태를 분석하고, 직무별 분절된 시스템 운영, 다직무 협업 훈련의 어려움, 데이터 활용의 제약 등 주요 문제점을 도출하였다. 또한, 현장 실무자 및 교육 담당자와의 인터뷰 및 설문을 통해 통합 시스템에 대한 구체적인 요구사항을 수렴하였다.

이러한 분석 결과를 바탕으로, 두 번째 단계에서는 통합 모의훈련 시스템의 개념을 플랫폼 기반의 모듈형 시스템으로 정의하고, 중앙 통합 플랫폼과 직무별 모듈 간의 유기적인 연동을 핵심으로 하는 시스템 아키텍처를 설계하였다.

세 번째 단계에서는 설계된 아키텍처를 바탕으로 각 모듈 및 플랫폼의 상세 기능을 구체적으로 명세화하고, 통합 시스템 운영의 핵심인 복합 비상 상황 기반의 다직무 협업 시나리오 개발 방안을 체계적으로 제시하였다. 시나리오 개발 방법론, 구조, 유형 분류 및 관리 프로세스를 구체화하였다.

제안된 통합 모의훈련 시스템 구축 방안에 대한 전문가 평가 결과, 시스템 도입의 필요성뿐 아니라 비상 상황 대응 능력과 다직무 협업 역량 강화 측면에서도 높은 기대 효과가 있다는 점에 공감이 형성되었다. 동시에 기술적 통합의 난이성, 운영 기관 간 협력 및 표준화 문제, 구축 및 운영 비용 등의 현실적인 고려사항들도 도출되어, 성공적인 구현을 위해서는 이러한 과제들에 대한 면밀한 준비와 대응이 필요함을 확인하였다.

결론적으로, 본 연구는 철도 안전 확보 및 운영 효율성 향상을 위해 현행의 분절된 모의훈련 시스템을 통합하고, 실제 운영 환경과 유사한 복합 비상 상황 기반의 다직무 협업 훈련을 가능하게 하는 통합 모의훈련 시스템 구축이 필수적임을 확인하였다. 또한, 본 연구에서 제시된 플랫폼 기반의 모듈형 아키텍처 설계 및 시나리오 개발 방안은 이러한 통합 시스템 구축을 위한 실현 가능하고 효과적인 로드맵을 제공하며, 철도 분야 교육 시스템의 미래 발전 방향을 제시한다는 점에서 중요한 학술적, 실무적 의의를 갖는다.

본 연구는 통합 모의훈련 시스템 구축 방안에 대한 개념 설계 및 상세 설계 수준의 연구로서, 다음과 같은 한계를 가진다.

연구에서 제시된 구축 방안은 이론적 설계 및 전문가 평가를 기반으로 한 것이며, 실제 시스템을 개발하거나 도입하여 현장에서 실증적인 훈련 효과를 검증하지는 못하였다. 시스템의 실제 성능, 사용성, 교육 효과 등은 실제 구현 및 운영 단계에서 추가적인 검증이 필요하다. 또한 시스템 구축 및 운영에 소요되는 구체적인 예산 및 비용 효율성에 대한 심층적인 분석은 연구 범위의 제약으로 인해 상세히 다루지 못하였다. 실제 구축 시에는 정밀한 비용 분석 및 경제성 평가가 필수적이다.

본 연구의 한계를 극복하고 통합 모의훈련 시스템의 성공적인 구현 및 확산을 위해서는 다음과 같은 향후 과제에 대한 연구 및 실무적인 노력이 필요하다.

본 연구에서 제시된 상세 설계를 바탕으로 핵심 기능(예: 기관사-관제사 연동, 복합 시나리오 실행)을 중심으로 시스템을 개발하고, 실제 철도 업무 종사자를 대상으로 파일럿 훈련을 실시하여 시스템의 기술적 타당성, 사용성, 초기 교육 효과 등을 실증적으로 검증하는 연구가 필요하다. 또한 통합 시스템 구축 및 장기적인 운영에 소요되는 총괄 비용을 정밀하게 산정하고, 시스템 도입으로 인한 안전성 향상(사고 감소), 교육 효율성 증대(비용 절감), 운영 효율성 향상 등 정량적/정성적 효과를 분석하는 연구가 필요하다. 그리고 통합 모의훈련 시스템을 활용한 교육 프로그램의 효과를 극대화하기 위해, 직무 간 연계 및 협업 능력 향상에 초점을 맞춘 새로운 훈련 커리큘럼 개발과 함께, 팀 기반 훈련 성과를 객관적으로 평가할 수 있는 신뢰성 있는 지표 개발 연구가 필요하다. 더불어 AI 기반 동적 시나리오 생성 기술, 인적 오류 예측 및 분석 기술, 고정밀 VR/AR 상호작용 기술 등 최신 기술을 통합 시스템에 효과적으로 융합하고 고도화하기 위한 지속적인 연구 개발이 필요하다.

이러한 향후 과제들에 대한 지속적인 연구와 각 철도 운영 기관 및 관련 당국의 협력적인 노력이 뒷받침된다면, 본 연구에서 제시된 통합 모의훈련 시스템 구축 방안은 실제 성공적인 구현으로 이어져 국내 철도 안전 및 교육 시스템 발전에 크게 기여할 수 있을 것이다.

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