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전차선로[터널] 시설물 변형 자동 검사시스템, 투아이시스(주) 박종국 대표

철도유지보수 위한 검측/결함검사 자동화시스템 및 소프트웨어 개발

박찬호 | 입력 : 2019/02/26 [16:20]

투아이시스(주)는 최근 고도화된 머신비전 기술과 ICT 기술을 적용하여, 열차 주행 중에 도시철도 선로(터널) 시설물 상태 정보를 자동으로 검측 및 분석하여, 도시철도 운영기관의 유지보수 안전관리 체계를 개선할 수 있는 “도시철도 선로(터널) 시설물 자동 검사시스템” 개발로 우리나라의 철도산업 발전과 시민의 안전에 기여하고 있다.

 

또한, 투아이시스(주)는 철도시설물 검측 및 결함검사시스템 개발업체로서, 철도 유지보수를 위한 검측 자동화시스템 및 소프트웨어를 개발 공급하고 있다.

구체적으로는 철도산업용 검측 및 결함검사 장비 전문 개발기업이다.

 

철도의 전차선로, 궤도, 신호, 차량, 토목/시설 분야의 정밀 측정 및 이미지 프로세싱, 데이터 관리 시스템 개술 개발에 주력하는 기업이다. 철도 시설물의 안전관리를 위하여 한국철도공사, 한국철도시설공단과 서울교통공사의 시설물 변형을 자동으로 검사하여 장애 발생 전 유지보수가 가능하도록 첨단 과학화하여 업무효율을 증진하는데 역할을 다하고 있는 투아이시스(주) 박종국 대표를 만났다.

 

박종국 대표는 LS산전 연구소에서 15년 근무한 경력이 철도 사업에 뛰어든 계기가 되었다.

그는 재직 중에도 철도 사업 중에도 철도의 안전 및 사고의 사전 예방 및 예측과 관련하여  지속적으로 관심을 갖게 되었다고 한다. 2003년 투아이시스(주) 설립과 함께 첫 번째로 전차선 높이/편위 측정 관리 시스템을 개발했다.

 



전차선로 시설물 자동 결함검사 시스템

 

전차선 측정 시스템은 머신비전 기반기술을 이용하여 전차선의 높이, 편위, 마모를 측정하는 장치이며, 전차선 습동면(운행 시 열차의 팬터그래프가 전차선에 맞닿는 전차선의 접촉면) 결함검사 장치는 전차선의 파상마모, 부분마모 등의 결함을 분석할 수 있는 장치이다.

 

전차선 접촉력 측정시스템은 전차선의 접촉력과 충격력을 측정하는 측정시스템과 분석시스템으로 구성되며, 측정 시스템은 고속열차의 차탑과 차상에 설치되어 고속주행중인 열차의 팬터그래프와 전차선 간의 집전 성능을 측정하며, 측정된 데이터는 분석실로 옮겨져 분석 시스템에 의해 분석되어진다.

또한 전차선의 아크발생 모니터링시스템과도 연동하여 집전 성능분석을 정밀하게 수행한다.

 

전차선로 시설물 자동 결함검사 시스템은 전차선로 시설물(전차선 가동브래키트 및 조가선, 균압선 등)을 머신비전 기반기술을 이용하여 열차나 외부의 요인에 의해 전차선로 시설물의 변형 및 파손을 검지하기 위한 시스템으로 드로퍼(행거이어) 변형 또는 단선, 가동브래키트 너트 풀림/탈락, 파이프 각도 변형 등의 결함을 자동으로 판별하는 장치이다. 이 장비는 운행하는 열차에 장착해 각종 시설물의 안전 여부를 초고속 카메라로 촬영하고 알람데이터를 실시간으로 정비 담당반에게 전송하도록 하는 것이 목적이다. 

 

이 장비가 만들어 진 것은 열악한 철도 시설물 보수 환경에서 출발했다. 박종국 대표는 “심야에 시설물 정비 시간은 하루 2~3시간에 불과하다” 면서 짧은 점검시간으로는 방대한 철도시설물을 관리하는데 어려움이 있을거라고 판단되어 “좀 더 과학적이고, 효율적인 점검방법을 고민했고, 그 결과 나온 것이 열차에 장착하는 선로시설 검측시스템” 이라고 설명했다. 

 

실제로 도시철도를 관리하는 운영기관은 유럽처럼 한 달에 한 번 정도 ‘시설물 점검’의 날을 지정하고, 운행 중단을 고려한 적도 있었다고 한다. 하지만 시민들의 편익과 반발을 고려해 포기했다. 결국 영업 종료 후 하루 2~3시간의 짧은 시간 동안은 시설물 이상개소에 대한 보수를 하고, 실시간 취약개소 이상여부 점검은 전동차 운행 중에 점검하는 것이 효율적이라고 판단되어 장비 개발을 하게 됐다.

 

투아이시스(주)측은 “각 호선별로 영업차량에 검측장비를 설치하여 운행하면 충분히 이상개소를 사전에 발견, 심야에 보수가 가능하여 안전을 확보할 수 있다”며 희망을 드러냈다. 

그는 이 시스템을 개발한 배경에 대해 “철도나 도시철도구간은 영업운행이 종료된 후에 시설물 점검 및 보수를 하여야 되는데, 노후한 각종 시설물 교체공사도 병행해야 함으로써 선로에 투입된 제한된 인원과 시간으로는 방대한 철도 시설물관리에 어려움이 있다고 판단되어 이를 해결하기 위해 좀 더 발전된 장비 도입이 필요하다”고 말했다. 

 

궤도 시설물 결함 검사 시스템 

레일표면 검사장치는 열차 운행 회수 증가와 철도 고속화로 인한 레일두부 표면의 손상여부를 진단하기 위한 비전 검측 시스템으로 레일두부 표면의 파상마모, 자갈충격, 요철 등의 결함부위를 검사한다. 레일마모 측정장치는 레이저와 카메라를 이용하여 레일 마모를 정밀하게 측정하는 장치이며, 레일 체결구 결함검사 장치는 체결구의 이탈 등을 검사하며, 침목 균열 검사장치는 0.5mm 이상의 침목의 균열을 분석할 수 있다.

 

차량 결함검사 시스템  

차량 결함검사 시스템은 차량 운행 노선의 레일하부에 설치하여 운행하는 차량 하부의 부품 이탈 및 자갈충격에 의한 변형 등을 자동으로 분석하는 장치이다.

 

터널 결함검사 시스템  

터널결함검사 시스템은 고속영상처리 및 변형검사 알고리즘을 이용한 장치를 운행차량에 설치하여 T-Bar 볼트 너트 이탈검사, 애자 파손, 지지금구 부품 이탈, 터널벽면 균열, 누수, 부착시설물 변형 등을 자동 검사하는 시스템이다.

 

실시간 알람 처리 

실시간 알람 처리 장치는 운행에 장애를 줄 수 있는 시설물의 변형은 실시간으로 변형을 인지하여 무선통신으로 즉시 관제센터 및 유지보수센터에 변형내용, 위치 등을 알람으로 전송한다.

 

위치정보 시스템 

위치정보 시스템은 고속 운행 중에 전철주를 인지하여 전철주번호를 고속 영상 분석하여 인지하고, 열차의 타코미터, GPS등의 정보를 조합하여 정밀한 위치정보를 실시간 생성한다. 


투아이시스(주) 기술의 우수성 및 독창성 

영업열차를 이용한 도시철도 시설물(터널시설, 전차선로 및 궤도)의 상태정보 취득 및 분석, 실시간 알람 보고 기능을 갖춘 도시철도 선로(터널) 시설물 자율점검 솔루션을 개발했다.

 

영업열차를 이용하여 열차 운행 안전설비(강체 전차선로, 터널시설, 궤도, 신호)를 주간에 자율점검(Auto Scanning)하고, 화상 및 검측데이터 분석 결과를 바탕으로 야간에 포인트 유지보수 정비 등 집중적 보수를 수행함으로써, 자율점검 시스템에 도시철도 운영기관의 유지보수 안전관리 체계를 개선할 수 있다. 운행속도는 300km까지 시험검증으로 안전을 입증했다.

 

전차선로[터널] 시설물 변형 자동 검사시스템 

투아이시스(주)에서 개발한 전차선로의 시설물 변형 자동 검사시스템이다. 서울 지하철이 도입된지 40년이 지난만큼 누수 등 도입당시엔 생각하지 못한 각종 문제점이 발견되고 있다는 점에 착안해 각종 시설물을 자동 검사하는 시스템이다. 

 

전차선로의 시설물 위험요소가 증가하고 유지보수 방식도 과거와 달라야 하는 과제를 맞은 만큼 새로운 해결책을 들고 나와 선보였다. 차량이 운행하며 전차선로 및 궤도 시설물의 영상을 취득하고, 그 결과물을 검측데이터가 수집하고 실시간 전송해 지상 분석서버에 전달하는 시스템이다. 

 

그 동안 도시철도에서 시설물 사고는 팬터그래프 파손을 비롯해서 터널 벽면 환풍기 탈락과 배수동판 탈락 등 유지보수에 이어 사전 인지의 문제로 번지기 시작했다.

 

따라서 투아이시스(주)는 문제 해결을 위해 영업운행 전동차량에 검측장비를 설치하여 도시철도 선로 시설물의 변형을 자동으로 검사하는 시스템을 개발했다. 비접촉식 광학장비를 이용한 시설물 이미지 취득 및 이미지 프로세싱을 위한 자동 결함 검사가 진행된다.

 

대표적 적용 사례는 서울교통공사 2호선 전동차 1편성에 설치하여 전차선로 시설물 T-Bar검사, 지지금구 시설물 검사, 지하부 터널 천장면 부착 시설물 등의 자동 결함 검사를 진행한다.

 

강체 전차선로 시설물 검사로 각종 금구류 볼트 및 너트 변형 및 탈락, 애자파손 등을 실시간 이상여부를 알람 처리할 수 있다. 또한 터널 천장면 검사로는 터널 천장면 콘크리트 표면의 유도배수동판 탈락 여부 검사와 누수, 균열 발생 여부 등을 검사할 수 있고, 팬터그래프 상태도 모니터링이 가능하다.

 

전동차량이 운행하며 발생한 충격 위치를 검측하여 변화 상태를 유지보수자에게 알려주고 유지보수를 완료하는 구조로 사전 검지까지 가능하도록 만들었다. 따라서 이 시스템으로 예방보수, 예측보수가 가능하여, 안전한 열차 운행을 진행할 수 있도록 했다. 

 

투아이시스(주)의 안전에 대해 

최근에는 국가적 재난의 상황(대구지하철참사. 세월호 등 해난사고)에 대한 국가가 국민의 생명과 재산에 대한 보호의무가 강조되고 있는데, 이는 항공, 해운, 철도 등에도 국가의 지속적 관심과 안전에 대한 체계적인 방재시스템의 구축이 시급하고도 필수적이라는 것이다.

 

특히 안전관련 연구기관과의 유기적인 협력의 틀을 만들고 해외 모범사례를 참고하고 원용하여 가장 효율적인  재난대비 컨트롤 타워, 특히 철도와 관련 사업에 종사하고 있는 본인의 입장에서 빠른 시간 내에 사후적이 아닌 예방적 안전시스템의 구축이 필요하다고 보며, 특히 IT강국인 우리나라는 ICT 기술을 접목하면 가장 효과적인 예방적 유지보수 시스템을 세계 최고 수준으로 만들 수 있다고 확신한다고 말한다.

 

투아이시스(주)는 현재 국내 사업인 한국철도공사 KTX 고속열차와 한국철도시설공단 선로점검차, 서울교통공사 2호선, 5호선, 7호선 그리고 민자 9호선 외 대만에 관련 사업을 진행하고 있고, 향후에는 홍콩, 싱가포르, 중국 진출계획도 있다. 특히 중국은 철도안전을 위해 매년 120조를 투자하고 있다고 한다. 

 

앞으로는 검측장비의 운용에 따라 빅 데이터를 이용한 정확한 시설물 결함검사 기능을 향상시키는 것도 하나의 과제다.

 

투아이시스(주) 검측 장비의 도입 후 인공지능을 이용한 정책적/과학적 결함분석, ICT 기술 접목으로 실시간 결함정보 알람 서비스 등 예방적 유지보수를 할 수 있다고 한다. 박종국 대표와 투아이시스(주)의 궁극적 목표는 철도의 예방적 유지보수를 통해 시설물의 결함과 정확한 측정을 통해 국민의 안전을 최우선으로 하고 있다. 

 

그는 마지막으로 “철도나 도시철도는 열차 운행이 중지된 심야시간대에 각종 유지보수 및 공사를 하고 관제센터에 완료 통보를 하면 관제센터는 승객을 태운 후 첫 영업 열차를 운행하고 있는데, 각종 공사 시 작은 실수가 첫 열차 운행 시 장애 및 사고로 발생될 확률이 매우 크고, 2차 사고로 이어질 수 있다며 첫 열차는 선로시설물 검측시스템이 탑재된 열차가 영업구간을 운행 후 이상이 없을 경우 영업열차 투입이 바람직하다” 고 자신의 의견을 간단히 이야기 했다.

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