▣ 도시철도 시설물 자율점검 분석시스템

 

[국토경제신문 최지희 기자] 도시철도의 선로·터널 시설물은 열차의 정시운행을 보장하고 열차 운행의 안전을 확보하는 핵심요소다. 
이에 따라 선로·터널 시설물의 점검과 유지보수는 무엇보다 중요하다. 
그러나 도시철도는 유효공간이 없는 지하 터널 구조로 설계된데다 하루 약 20시간 정도 열차를 운행하면서 점검·유지보수시간이 부족한 실정이다. 

이로 인해 점검·유지보수에 많은 인력이 필요하다.
작업공간도 협소해 인력의 이동이 불편하고 불안정한 점검·측정자세로 안전사고가 발생할 우려가 커 양질의 정밀 측정데이터를 확보하기가 쉽지 않다. 
또 점검·측정과정에서 불량요소가 발견될 경우 곧바로 정비가 이뤄지는데 시간이 없어 영업열차 운행 개시 전까지 임시로 정비하고 다음날 재정비해야 해 비효율적이라는 지적이 많다. 


투아이시스가 ‘도시철도 선로·터널 시설물 자율점검 분석시스템’이 이 같은 상황을 개선하는데 도움이 될 것으로 전망된다.     
최근 고도화된 머신비전기술과 정보통신기술(ICT)을 적용해 열차 주행 중에 도시철도 선로·터널 내 안전설비의 상태정보를 자동으로 계측하고 분석해 유지보수업무를 과학화하고 철도 운영기관의 유지보수 안전관리체계를 개선하는 기술이다. 


도시철도 선로·터널 시설물 자율점검 분석시스템에는 △지하부 강체 전차선로 변형 △지하부 제형 강체전차선 마모 △STEDEF 궤도 시설물 △궤도 분기기 △동적 판토자세 등 도시철도 차상 시설물 검측모듈 기술이 적용됐다. 

 

지하부 강체 전차선로 변형 검사 장치는 열차 주행 상태에서 지하부 강체 전차선로 시설물을 카메라를 이용해 스캔한 후 선로·시설물의 변형·탈락 유무를 자동으로 검지하는 영상처리 알고리즘을 활용한다.  
이미지 프로세싱을 통해 선로·시설물을 인식, 변형 검사를 수행한다. 
시설물 인식률은 95% 이상, 변형 검출률은 90% 이상이다. 


전차선 교체주기를 파악하는데 사용되는 지하부 제형 강체 전차선 마모 검측장치는 고속카메라, 라인레이저, 태양광 차단필터 등으로 구성된다. 
영업차량 차탑에 설치해 비접촉식으로 강체 전차선 및 전차선 마모도·높이 등을 검측한다. 
카메라와 레이저를 이용, 전차선의 단면 형상정보를 분석해 전차선의 잔존직경을 검측하는 방식이다. 
STEDEF 궤도 시설물 검사장치는 영업차량 하부에 설치해 STEDEF 방진 궤도 시설물 상태를 검사한다. 
고해상도 카메라로 영상을 스캔하고 STEDEF 궤도의 이음매(체결상태), 체결구(나사, 크립), 패드의 절손여부와 균열 및 파손을 검사하는 등 궤도 시설물의 변형을 진단한다.  


궤도 분기부 검측장치는 영업차량 하부에 설치해 열차 주행 상태에서 궤도 분기부의 백게이지 및 플랜지웨이 폭을 측정하고 상태 정보를 지속적으로 관리, 분기기 사고를 미연에 방지하는 역할을 한다. 
카메라와 라인레이저를 이용해 레일 단면형상을 분석, 궤도 분기부 상태를 검측하는 것이다.  

 

동적 판토자세 검측장치는 열차 주행 시 발생하는 팬터그래프(집전장치)와 전차선 간 접촉 시 작용하는 기계적인 충격지점을 검측한다. 
카메라를 이용해 팬터그래프 습판체의 상·하 거동을 측정하고 판토 및 집전 설비별 이상 온도을 측정해 전차선로 상에 충격 발생 지점을 검지한다.


이번에 개발된 기술은 전용 검측차를 이용, 운행이 가능한 시간대에 검측하는 기존 방식과 달리 영업열차를 활용해 강체 전차선로, 터널시설, 궤도, 신호 등의 터널설비를 검측할 수 있다. 
검측 데이터를 분석한 결과를 바탕으로 야간에 포인트 정비 등 집중 보수가 가능하다. 

 

또 선로·터널 시설물에 대한 변형검사를 위해 영상처리 및 딥러닝, 3D 형상검측을 위한 머신비전기술을 적용해 시설물 결함을 자동으로 진단한다. 
모니터링 동영상에서 사용자 육안검사를 통해 시설물 변형을 판단하는 종전의 방식보다는 정확한 검측을 할 수 있다. 


3D 형상 검측을 위한 머신비전기술을 적용해 시설물 결함을 자동으로 진단하는 이 시스템은 최근 고도화 추세에 있는 영상처리기술과 딥러닝 기술을 융합, 유지보수를 위한 자동화 및 무인화 검측 기술을 선점할 수 있을 것으로 기대된다. 


도시철도에 맞는 다양한 패턴의 검측 데이터 분류 및 분석과정을 통해 결함 설비에 대한 원인을 규명하고 결함의 위치를 정확히 판단, 도시철도 시설물 유지관리 시스템의 효율성과 안전성을 개선시킬 수 있다
특히 주관적 판단이 작용하는 육안점검 대신 자동검측장치에 의한 객관적 점검은 시설물 점검의 정확도를 95%까지 끌어올린다. 


국내 운용환경을 고려해 신규로 추가되는 체결장치는 딥러닝을 통해 지속적으로 인식률 향상이 가능하다. 
영업차량을 이용한 검측시스템이 도입되면 주·야간 구분 없이 검측업무가 가능하며 고속검측차, 영업열차, 작업차량 종류 상관없이 검측장치를 설치하고 운용할 수 있다. 

 

기존 인력에 의한 순회점검 등 일상적인 유지보수업무를 대체할 수 있고 국내 환경에 적합한 기술 확보로, 비용을 외산 대비 50% 절감할 수 있을 전망이다. 
해외 검측장비를 사용하면 고장이 발생할 경우 조치 전까지 검측을 중단해야 하고 과도한 수리비용 지출이 발생할 수 있기 때문이다.  

 

업계 관계자는 “이번에 개발된 도시철도 선로·터널 시설물 자율점검 분석시스템은 새로운 도시철도 시설물 유지보수체계 기틀을 마련하고 독자적인 기술로 국내외 도시철도시스템 시장 진출 확대의 기반이 될 것으로 기대된다”고 말했다. 

 

 

 ▣ 식생패널을 활용한 비철거식 노후 옹벽 보수·보강 기술

 

최근 노후화된 옹벽이나 석축이 붕괴되는 사고가 종종 발생하면서 대책 마련이 시급한 가운데 노후 옹벽이나 석축을 철거하지 않고 보수·보강할 수 있을 기술이 개발돼 주목을 받고 있다. 


이 기술은 대한지오이엔씨가 개발한 노후 옹벽 및 석축 유지관리를 위한 ‘식생옹벽용 비철거식 시공기술’과 ‘LPWA기술 LoRa기반의 유지관리기술’이다. 
노후화된 옹벽 또는 석축을 철거하지 않고 보수 또는 보강할 수 있는 노후 옹벽·석축 전용 대책공법이다.


공장에서 제작된 경량의 자재를 사용하기 때문에 시공성이 높아 급속 시공을 할 수 있다는 장점이 있다. 
또한 식생패널을 활용해 대상 시설물에 대한 녹화가 가능한 공법이다. 


시공된 지 오래된 옹벽이나 석축 등이 점차 많아지고 기후변화에 따른 강우 양상이 변화하면서 지반 재해가 증가할 것으로 예상되고 있으나 옹벽 및 석축 보강기술이 부족한 실정이다. 


기존 비탈면 보강공법은 노후 옹벽·석축의 특성을 반영하지 않아 안전성에 대한 우려가 있다. 
노후 옹벽이나 석축을 철거할 경우 시공 중 안전문제가 발생할 수 있고 인접 구조물에 영향을 줄 수 있다.
또 별도의 시설물 유지관리시스템을 구축해야 돼 이에 따른 비용 증가도 단점으로 꼽히고 있다. 


이번에 개발된 노후 옹벽 및 석축 유지관리를 위한 식생옹벽용 비철거식 시공기술과  LPWA기술 LoRa기반의 유지관리기술’은 비철거식 친환경 방식으로 우선 보강공을 시공한 후 와이어메쉬와 숏크리트를 시공한다. 
와이어메쉬는 속이 빈 시멘트 블록을 쌓을 때 수평 줄눈에 묻어 쌓아 벽면의 신축균열 교차부나 횡력에 견딜 수 있도록 대는 철선으로 된 좁은 그물 모양의 철물을 말한다. 
숏크리트는 압축 공기를 이용해 시공면에 분사하는 모르타르나 콘크리트다. 


보강공 시공 이후 식생패널을 설치하고 식생기반재를 포설하면 시공이 완료된다. 
철거 과정이 없기 때문에 시공 안전성을 확보할 수 있다. 
미세먼지가 발생하고 경관이 불량한 노후 옹벽·석축에 대한 녹화로 친환경적 경관을 향상시킨다.   
기존 콘크리트 앵커지압판 대비 자중 5% 수준의 복합소재 앵커지압판(설계하중 400kN기준)을 이용하며 저전력 장거리 통신기술을 활용해 노후 옹벽·석축 모니터링 시스템을 구축하는 것도 장점이다.  


노후 옹벽·석축 철거 대책공법 대비 공사비를 5% 이상 절감 가능하고 공사 기간을 10% 이상 단축할 수 있다.  
또 노후 옹벽·석축에 설치된 경사계, 지표변위계, 하중계 등을 계측정보를 저전력 장거리 통신기술로 모니터링함으로써 기존 현장계측을 통한 모니터링 대비 50% 이상 비용을 줄일 수 있을 것으로 전망된다. 


식생옹벽용 비철거식 시공기술 및 LPWA기술 LoRa 기반 유지관리기술은 오산세교2 서부우회도로 가장~두곡 구간과 대로 3-12호선 317지방도 연결공사 현장 내 시범으로 설치, 그 성능을 인정받은 바 있다.   
최근 20년 이상 된 노후 옹벽·석축의 붕괴 사례가 증가하고 있는 가운데 안전에 대한 사회적 인식이 개선되고 국민의 요구가 높아짐에 따라 이 기술에 대한 수요가 늘어날 것으로 전망된다. 


업계 관계자는 “이번에 개발된 기술은 LoRa기술을 활용해 저전력으로 장거리 통신이 가능, 유지관리가 용이하고 효율적인 재해 예·경보 시스템 구축이 가능하기 때문에 세계 신규 시장 선점과 관련 표준 기술 주도가 가능할 것으로 전망된다”고 말했다. 

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