□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ⦁ 무인이동체를 활용하여 철도교량, 송전철탑 등 접근취약 고속 및 일반철도 시설물의 정기 점검을 자동화하고, 취득한 영상데이터를 기반으로 손상진단 및 상태분석을 자동화할 수 있는 시스템 개발 (TRL 7단계) * 운영기관의 인당 정기점검 개소 579개소로 체계적인 유지관리가 어려움 ** 열차운행 1억km당 작업자 사망자수는 3.1명으로 유럽 0.1명 대비 높은 수준
◼ 전체 내용 ⦁ 연구개발 개요도 ⦁ 연구개발 세부목표 ○ 무인이동체기반 철도
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ⦁ 무인이동체를 활용하여 철도교량, 송전철탑 등 접근취약 고속 및 일반철도 시설물의 정기 점검을 자동화하고, 취득한 영상데이터를 기반으로 손상진단 및 상태분석을 자동화할 수 있는 시스템 개발 (TRL 7단계) * 운영기관의 인당 정기점검 개소 579개소로 체계적인 유지관리가 어려움 ** 열차운행 1억km당 작업자 사망자수는 3.1명으로 유럽 0.1명 대비 높은 수준
◼ 전체 내용 ⦁ 연구개발 개요도 ⦁ 연구개발 세부목표 ○ 무인이동체기반 철도시설물 점검 자동화 시스템 개발 - 수요기관 요구도를 반영한 무인비행체 개발 - 철도 운용환경에 강인한 무인이동체 제어시스템 개발 - 원격제어 점검 및 운용 자동화 시스템(이동형 지상국 및 SW) 개발 ○ 철도시설물 근접운용 안전 시험평가 기술 개발 - 근접운용 안전 확보를 위한 시험규격 개발 - 근접운용을 위한 시험평가 장치 개발 - 철도운용 환경에 대한 시험평가를 위한 Test Bed 구축 ○ 무인이동체 취득영상 분석 및 상태진단 자동화 시스템 개발 - 무인이동체 취득영상 통합관리 및 상태분석 시스템(서버 및 SW) 개발 - 취득영상기반 손상 진단 자동화 SW 개발 - 기술 검증을 위한 현장 Test Bed(철도교량 및 송전철탑 각 1개소) 구축 ⦁ 본 연구의 차별점 ○ 무인이동체기반 철도시설물 점검 및 손상진단/상태분석 자동화 시스템은 아직까지 개발이 시도되지 않았음 - 철도 운영환경(전차선 고전압, 고자기장, 열차풍 등)에 강인한 무인이동체 제어기술 개발 - 무인이동체 탑재장비와 점검환경 조건에 특화된 손상진단, 상태분석 자동화 기술 개발 - 무인이동체의 철도시설물 근접 운용 안전 확보 지침 및 시험장치 개발 - 무인이동체 시험평가를 위한 TB(시험선) 및 현장 TB(철도교량 및 송전철탑 각 1개소) 최초 구축
◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 무인이동체 철도운용 환경 분석 및 시스템 기본설계 ❏ 내용 - 무인이동체의 철도시설물 근접을 위한 운영환경 분석 - 철도시설물 자동화 점검을 위한 무인이동체 시스템 설계 - 위성불용 및 자기장 외란 환경에 강인한 융합항법 알고리즘 개발 - 철도시설물 정기점검용 무인이동체 시험평가를 위한 TB선정 - 무인이동체 취득영상 통합관리 및 상태분석 자동화 시스템 설계 - 시설물별 무인이동체 취득영상 품질 분석 및 손상진단 자동화 알고리즘 설계 - 철도시설물 유지관리 체계내 자동화 점검시스템 적용 방안 수립
◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 상세설계 및 세부 모듈 제작 ❏ 내용 - 철도시설물 자동화 점검을 위한 무인이동체 시스템 제작 - 철도환경 고신뢰성 융합항법 알고리즘 개발 및 구현 - 철도운영환경에 대한 무인이동체 시험기준, 평가항목 도출 - 무인이동체의 철도운영환경 적합성 시험평가를 위한 TB 구축 - 무인이동체 취득영상 통합관리 및 GIS기반 현시기술 개발 - 시설물별 무인이동체 취득영상 품질 분석 및 손상진단 데이터 학습 DB 구축 - 무인이동체기반 자동화점검 시스템 운영 기술 개발
◼ 3단계 ❏ 목표 ○ 시작품 제작 및 단위 성과별 시험검증 ❏ 내용 - 무인이동체 제어 및 자동화 운용 성능 시험 - 무인이동체 운용환경에 최적화된 융합항법 알고리즘 구현 및 성능 분석 - 철도운영환경 적합성 시험을 위한 무인이동체 시험장치 개발 - 무인이동체기반 철도시설물 정기점검을 위한 지침 개발 - 철도시설물 외관 조사망도 생성 및 변상추적 기술 개발 - 손상항목별 데이터 확보를 통한 손상진단 시스템 고도화 - 운영기관 유지보수 체계 인터페이스 기술 개발
◼ 4단계 ❏ 목표 ○ 시스템 통합 시험 및 Test Bed 실증 ○ 장기 운용 계획 및 확장방안 수립 ❏ 내용 - 자동화 점검시스템 기술 검증을 위한 현장 Test Bed 구축 - 무인이동체기반 철도시설물 자동화 점검시스템 Test Bed 실증 - 무인이동체의 철도운영환경 적합성 시험평가 수행 및 안전확보 지침 개발 - 무인이동체 취득영상 통합관리 및 상태분석 시스템 현장 구축 - 현장 성능시험을 통한 자동 손상진단 S/W 고도화 - 무인이동체 시스템 장기 운용을 위한 매뉴얼 작성 및 관리계획 수립 - 무인이동체기반 자동화점검 시스템 장기 운용 계획 수립
□ 연구개발성과 ○ 수요기관 요구도 대비 목표치 ○ 주요 최종성과물
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ⦁ 기술개발에 따른 미래상 - 현재는 철도시설물의 정기점검을 위하여, 점검자의 현장점검 계획 수립, 고소 작업차등에 의한 현장점검, 영상획득 및 계측, 도면상 위치표시, 점검결과 정리, 유지보수 결정의 6단계를 수행하고 있음 - 미래에는 무인이동체를 이용한 점검 시나리오 수립, 운용 및 원격제어, 자동화된 손상분석, 이력정보 통합관리, 유지보수 결정 과정이 자동화되어, 점검자의 현장접근이 최소화 될 것으로 예상됨 - 무인이동체 취득영상 분석 및 상태진단은 자동분석이 가능한 SW를 이용하여 수행하며, 해당 철도시설물의 이력관리 및 유지보수 지원에 활용 ⦁ 활용계획 - 무인이동체를 활용한 정기 검측개소의 자동점검 및 빅데이터 분석 기술을 통한 점검결과의 자동 해석 등을 통해 철도시설 유지관리에 소요되는 시간, 비용 절감 가능 - 제4차 국가철도망 구축계획에 따라 철도 연장은 약 5,340km까지 확충될 예정으로, 본 과제의 연구성과물을 통해 연장된 철도 노선의 효율적 유지보수 가능 - 철도 연장이 '30년까지 '19년 대비 25.5% 연장(4,274→5,340km)될 계획인 바, 자동화시스템 등이 지원되지 않는 인력 중심의 현 체계로는 원활한 유지보수가 어려울 것으로 예상됨 - 과제 종료 시점에 국내 철도운영기관(철도공사, 국가철도공단 등) 수요가 예상됨에 따라, 무인이동체기반 철도시설물 자동화 점검시스템을 보급하여 접근성 취약 시설물의 순회점검에 활용하게 할 계획임 - 공동연구기관(한국철도공사, 국가철도공단)의 실무자들에게 주기적인 사용방법의 사전교육과 피드백을 통하여 과제가 종료되는 즉시 실용화하여 활용될 수 있도록 함 - 철도운영기관 각 지역본부로 개발 시스템 구축을 확대하고 기존 시스템 및 데이터와 연계하여 활용 - 국내 철도 운영기관을 대상으로 상품화가 이루어질 경우, 저개발 국가의 철도유지관리 주체에 대한 해외 판매를 추진하고 유럽 등으로 확대할 계획임 ⦁ 기대효과 ○ 기술적 측면 - 개발될 기술은 해외 철도운영기관(프랑스 SNCF, 미국 BNSF)들에서도 도입하는 최신 기술로서, 신뢰성 검증 등을 통해 기술 확보에 조기 성공할 경우 경쟁업체 등이 적어 해외진출에 유리할 것으로 예상 - 철도시설물 유지관리를 위한 무인이동체, 영상분석 기술에 대한 독자기술을 확보하여 철도시설물 유지관리를 위한 검측 기술 확립 - 기술개발, 고급인력 양성, 접근이 취약한 철도시설물 손상점검 자동화를 통해 유지관리 효율성과 철도운영 안전성 향상에 기여 - 객관적이고 지속적인 손상점검과 이력관리(시설물 도면, 무인이동체 영상 등 점검 자료)를 통해 철도시설물 이상개소의 조기 파악으로 선제적 장애 예방 - 정기점검 이력 데이터와 타 데이터(유지보수, 기상기후 등)를 연계한 빅데이터 기술의 활용 기반 마련 ○ 경제, 산업, 사회적 측면 - 유럽은 철도시설 관련 프로젝트로 3,410억 유로의 예산을 지출하고 있으며, 이중 약 1,942억 유로가 2015년~2022년까지의 시장 규모임. 시설물 유지보수의 예산이 1,517억 유로로 가장 크며, 1,068억 유로의 시장 형성 - 글로벌 철도 유지보수 장비 시장은 2016년 3조 4천억원에서 2021년 5조 8천억원 크기로 성장함 - 철도시설물의 유지보수 및 점검의 효율화를 위한 기술, 장비의 수요가 기하급수적으로 증가하고 있어, 해외 철도 유지보수 장비 시장 진출 가능 - 송전철탑 및 전차선과 같은 강한 외란이 존재하는 환경에서의 점검용 무인이동체로 활용 가능하며, 무인이동체 시장에 경쟁력을 가지고 진출하는 강소기업 육성 - 본 과제를 통해 국내 머신비전(이미지프로세싱/비주얼 인스펙션)기술을 개발하여 커져가는 머신비전 시장의 수요를 충족할 것으로 예상됨 - 연간 현장 검측 인력이 감소하고 철도 운행 안전에 기여함으로써 작업자의 현장 작업 빈도를 감소시켜 작업자 사망사고 저감
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