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연구개발목표 및 내용
최종 목표
무인 로봇이 강구조물 표면에 부착 이동하며 계측한 열화상 및 비전 영상을 인공지능 기반 자동 분석을 통해 (1) 도막 열화 (부식, 박리, 체킹, 초킹) 영역과 종류를 1 cm² 정확도 및 95% 신뢰도로 분류하고, (2) 도막 두께 분포를 20 μm 정확도로 시각화하여, (3) 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태 평가가 가능한 로봇 시제품 개발 및 상용화 (TRL 8, 세계 최초/최고 기술)
전체 내용
· 열화상 및 비전 기반 이중 영상계측시스템 개발 (세

연구개발목표 및 내용
최종 목표
무인 로봇이 강구조물 표면에 부착 이동하며 계측한 열화상 및 비전 영상을 인공지능 기반 자동 분석을 통해 (1) 도막 열화 (부식, 박리, 체킹, 초킹) 영역과 종류를 1 cm² 정확도 및 95% 신뢰도로 분류하고, (2) 도막 두께 분포를 20 μm 정확도로 시각화하여, (3) 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태 평가가 가능한 로봇 시제품 개발 및 상용화 (TRL 8, 세계 최초/최고 기술)
전체 내용
· 열화상 및 비전 기반 이중 영상계측시스템 개발 (세계 최초/최고)
- 레이저를 열원으로 사용하는 능동형 열화상 시스템 개발 (레이저 파워 30 W 급)
- 열화상/비전 영상 동기화, 왜곡 보정, 정합 가능한 이중 영상계측시스템 개발
(무게 2.61 kg, 부피 240x215x110 mm³)
- 고해상도(HD급) 및 고속(60Hz) 열화상 및 비전 영상 실시간 처리기술 개발
(열화상 및 비전 영상 실시간 재구축 알고리즘 처리 속도 6.04 sec)
· 강구조물 부착이동 및 특수임무 수행용 무인 로봇 플랫폼 개발
- 강구조물 검사를 위한 영구자석기반 부착형 무인 주행 로봇 플랫폼 개발
(최대 이동속도 1.5 m/min, 2축 이동, 무게 6.67 kg, 부피 275x145x150 mm³)
- 특수 임무 수행을 위한 이중 영상계측시스템 탑재부 개발 (탑재 무게 10 kg 이상)
- 원거리 전력 및 영상 송수신 방안 마련 (전력 및 데이터 최대 송수신 거리 30 m)
· 인공지능 기반 자동 도막 상태평가 기법 개발 (세계 최초/최고)
- 인공지능 기반 도막 열화 분류 (부식, 박리, 체킹, 초킹 대상 95% 이상 분류 신뢰도) 및 넓이 정량화 (1 cm² 정확도) 알고리즘 개발
- 인공지능 기반 도막 두께분포 시각화 및 정량화 (20 μm 정확도) 알고리즘 개발
- 산업별 강구조물 내구성능 평가 기준에 따른 도막 상태 자동 평가 알고리즘 개발
· 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태평가 로봇 시제품 개발 (세계 최초/최고)
- 이중 영상계측시스템, 무인 로봇 플랫폼, 도막 상태평가기법 통합 및 시제품 개발
(시제품 무게: 15.47 kg, 부피: 530x380x400 mm³, 1시간 이상 연속 구동 가능)
- 열화상 및 비전 영상계측 안정성 확보를 위한 진동 감소
- 장비 제어 및 도막 상태평가 결과 실시간 확인을 위한 포터블 컨트롤러 구축
· 개발 시제품 현장 강구조물 성능검증
- 강교량 바닥판 및 측면부 도막 상태평가 (성산대교)
- 플랜트 및 배관 시설물 도막 상태평가 (SK인천석유화학)
- 선박 외판 및 평형수 탱크 도막 상태평가 (현대중공업, 삼성중공업)
· 개발 시제품 실용화 및 상용화
- 핵심원천기술 기술이전 및 개발 시제품 국가 공인인증 획득 (KOLAS 인증 1건)
- 건설시장 판로 개척을 위한 건설 신기술인증 신청 (건설신기술 인증 신청 1건)
- 시제품 홍보, 기술 시연, 전시회 참여로 국내외 판로확보 (시제품 홍보 5건)

연구개발성과
· 열화상/비전 이중 영상계측시스템을 이용한 강구조물 도막 상태평가 검사 시스템
- 검사 전면적에 대해 도막 두께 및 열화 동시 검사 가능
- 도막 두께 정량화 및 시각화 가능 (정량화 정확도 20 μm 수준)
- 도막 열화 탐지 및 분류 가능 (분류 신뢰도 95 % 이상, 넓이 정량화 1 cm²급)
- 검사 시스템 무게: 15.47 kg (1시간 구동 배터리 포함), 부피: 530x380x400 mm³
· 인공지능 기반 열화상 및 비전 정합 영상을 이용한 도막 열화 검사 알고리즘
- 4차원 (열화상+비전) 영상을 이용한 도막 열화 탐지 및 분류
- 이미지 처리기법을 통해 탐지된 열화 영역 이미지 이진화 및 면적 정량화
- 이미지 처리 관련 알고리즘인 YOLO 알고리즘을 이용하여 실시간 검사 가능
· 강구조물 부착이동이 가능한 무인 로봇 플랫폼
- 영구자석을 이용하여 강구조물 부착 이동 가능한 이동 로봇 개발 (부착력 20 kgf)
- 최대 이동속도 1.5 m/min, 2축 이동(전후좌우), 수직 및 도현 상태 이동 가능
- 디자인 업체를 통해 미래 지향적인 외부 케이스 제작
· 정량적 연구성과
- SCI논문 1건 개제, 1건 제출
- 특허 출원 1건, 등록 1건, 해외 특허 출원 2건
- 소프트웨어 등록 2건
- 기술이전 2건 (기술이전료 150,000 천원, 부가세 미포함, 통상 실시권)
- 현장적용 5건 (광안대교, 성산대교, SK인천석유화학, 현대중공업, 삼성중공업)
- 성과 홍보 및 학술발표 8건 (토목학회 부스 참가(2019), 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표회(2020, 2021), 대한토목학회 컨벤션(2020, 2021), EMI/PMC 국제학술대회(2021), 한국비파괴검사학회 학술발표회(2021) 대우건설 기술 미팅(2021))
- 사업화 실적 9건 (총 2,523,816 천원, KNOC QHR(2020), 여수지사 입출하부두(2020), 울산대교(2020), 영종대교(2020), 신대구부산고속도로(2020), 광주제2순환도로(2020), 당진화력 제1연료하역부두(2020), 성산대교(2021), 삼성중공업(2021))

연구개발성과 활용방안 및 기대효과
· 기술적 기대 효과
- 실시간 및 자동 강구조물 도막 상태평가 원천기술 확보 (세계 최고/최초)
- 기존 국부영역 표본 검사 대체가 가능한 비접촉 대면적 전수검사기술 개발로 대형 사회기반시설물 도막 상태평가 신뢰도 향상 및 안전사회 도약 (세계 최고/최초)
- 최근 연구가 진행되고 있는 테라헤르츠 장비 대비 검사속도 (기존 0.04 cm²/sec→제안 31.2 cm²/sec), 성능 (도막 열화 분류 가능), 취약 부위 접근성이 뛰어남.
- 인공지능 및 기계학습 기법 활용으로 기존 노동집약적, 주관적 검사에서 데이터 기반 객관적 자동 검사 방법으로 전환 및 도막 상태평가 효율 극대화
- 무인 이동 로봇 활용으로 강구조물 안전진단 수행을 위한 접근성 향상 및 기존 검사가 어려웠던 강구조물 취약 부위 검사 수행 가능
- 다양한 산업 강구조물별 지속적인 도막 상태평가 수행을 바탕으로 빅데이터를 구축하여 구조물 장기 도막 열화 경향 파악 및 예측에 활용
- 데이터 기반 강구조물 도막 상태평가로 노후 사회기반시설물 유지관리 기술 확보
· 경제적 기대 효과
- 제안기술은 영상기반 다지점 (640X512 지점) 계측 기반 도막 상태평가로 기존 단일 지점 (1지점) 계측 평가 방법 대비 검사 시간 단축 및 효율 극대화 가능
- 2019년 1월 개정된 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(교량) 내 허용 도막 두께 감소 비율, 부식 면적 등 도막 상태 평가 기준 개정으로 관련 국내 시장 규모 및 기술 수요 증가 예상
- 전 세계적 강구조 시설물 노후화 가속화로 강구조물 도막 상태평가 분야 시장 형성시 과제 종료 3년 후 연 매출 국내 1,300 백만 원, 해외 289 백만 달러 예상
- 건설, 석유화학, 조선 등 주시장 내 도막 상태평가 시장 연간 성장률은 7.83%로 2023년에는 국내외 전체 약 3억 달러 규모 시장 형성 예정
- 세계 최초/최고 원천기술 개발을 통한 신사업 창출 및 글로벌 시장 선점
- 제안 기술 상용화를 통한 국내 중소 구조물 안전진단 업체 수익개선, 수주 경쟁력 향상 및 해외시장 개척 지원
· 사회적 기대 효과
- “국토교통과학기술 연구개발 종합계획(’18.6)” 내 세계 선도기술 개발, 노후화 시설물 관리를 통한 SOC 전 주기에 걸친 기술 개발, 사회문제 해결형 기술 개발로 새로운 부가가치 창출 및 사람 중심의 국토교통 기술 개발 요구 충족 가능
- 객관적 도막 상태평가로 효과적인 강구조물 안전 규정 및 법령 개정 가능
- 노동집약적, 저부가가치 국내 시설물 안전진단 산업을 기술집약적, 고부가가치 4차 산업으로 전환, 관련 인력양성, 및 고용 증대
- 비정규직 안전진단 관련 근로자 안전성 확보를 통한 안전사고 방지 및 전문성 증대
- 전 세계적으로 전무한 무인 실시간 강구조물 도막 상태 평가기술 및 장비 개발로 구조물 안전진단 분야 기술 혁신, 신산업 분야 개척 및 국가 기술 경쟁력 강화
- 신속한 강구조물 도막 상태평가로 구조물 손상 조기진단이 가능하며, 국가 주요 강구조물 안전성을 향상시켜 대형사고 방지, 국가 이미지 쇄신, 국민 신뢰확보 가능

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발 필요성 ... 7
• 1.1. 연구개발 개요 ... 7
• 1.2. 연구개발 대상 국내외 현황 ... 10
• 2. 연구개발 목표 및 내용 ... 18
• 2.1. 연구개발 목표 ... 18
• 2.2. 연구개발 핵심성과물 및 연차별 연구내용 ... 19
• 3. 연구개발 결과 ... 26
• 3.1. 최종 연구개발 결과 ... 26
• 3.2. 연도별 개발 결과 ... 27
• 3.3. 연도별 개발 내용 ... 28
• 3.4. 연도별 정량적 연구성과 목표 및 달성도 ... 48
• 3.5. 연도별 성과 목표 및 자체 평가 ... 49
• 3.6. 목표 미달 시 원인분석 ... 52
• 4. 연구 성과 ... 53
• 5. 연구개발성과의 관련 분야 효과 분석 ... 57
• 5.1. 기술적 효과 분석 ... 57
• 5.2. 경제적 효과 분석 ... 57
• 5.3. 사회적 효과 분석 ... 57
• 6. 연구개발성과 활용 및 추가연구 필요성 ... 58
• 6.1. 연구성과 향후 활용방안 ... 58
• 6.2. 향후 연구방향 ... 58
• 7. 참고 문헌 ... 59
• 끝페이지 ... 61