[건설이코노미뉴스] 한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 한석윤)은 4일 드론과 인공지능(AI) 기술로 교량, 송전철탑 등 사람이 점검하기 어려운 철도시설물의 상태를 자동 점검하는 ‘철도시설물 안전점검 무인자동화 시스템’을 공개했다. 

그동안 일부 사용되고 있던 드론도 조종은 사람이 직접 하고 있는데, 개발된 시스템은 드론 비행까지 무인 자동화한 자율주행 드론이다.

정부, 철도운영기관, 관련 학회 및 연구진 등 100여 명이 참석하여 개발 시스템의 철도현장 적용성과 효과를 확인했다. 

충북 청주시에 있는 철도교량 미호천교를 대상으로 2대의 철도 드론이 교량 상판의 하부, 교각 등의 상태를 점검했다. 미호천교는 현재 안전등급 보통단계인 C등급으로, 하천을 통과하고 있어 육안으로 점검하기 어려운 교량 중 하나이다. 

그동안 사람이 직접 진행해 오던 교량 등의 철도시설물을 드론을 이용한 무인 자동화 점검이 가능해져 안전사고 예방, 유지보수 시간 및 비용 절감, 빅데이터를 통한 교량 안전상태 체계적 관리 등의 효과가 기대된다. 

개발된 시스템은 드론, 드론을 운용하는 이동형 지상관제국, 드론으로 촬영된 영상 분석을 통한 균열과 같은 손상을 자동감지하는 손상감지 소프트웨어로 구성된다.

철도 운영환경에 맞게 개발된 드론은 선로에서 발생하는 강한 바람에도 견딜 수 있도록 6개의 프로펠러가 있는 헥사콥터 형식을 적용했고, 철도전차선에서 발생하는 전자기파에도 영향을 받지 않는다.

또한, 3D 자율비행기술을 기반으로 여러 대의 드론이 연속적으로 철도시설물을 점검할 수 있고, 교량 하부 같은 GPS 신호가 없는 구역도 운용가능하다. 위치제어 정밀도는 18cm이다.

이동형 지상관제국은 드론과 통신을 통해 드론에 점검시나리오를 전달하며, 드론에서 촬영된 영상으로 시설물의 안전상태를 분석한다.

손상감지 소프트웨어는 드론에서 촬영된 영상을 기반으로 인공지능 알고리즘을 적용하여 정밀도를 높였다. 점검 대상 철도시설물의 부위별 점검 영상 분류, 손상을 2차원 및 3차원으로 표현할 수 있어 점검자가 쉽게 손상의 위치와 정도를 파악할 수 있다. 

이동형 관제국에서 각 철도시설물에 특화된 점검시나리오를 드론에 전송하면 드론은 이륙, 점검 및 착륙의 전과정을 자동으로 수행한다. 드론을 통해서 획득된 철도시설물의 영상은 후처리 과정을 통해서 외관 손상을 진단하고 디지털 외관 조사망도를 자동을 생성한다. 

개발된 드론은 철도연이 국내 최초로 구축한 철도시설물 자동화 점검용 드론 성능평가 설비에서 성능평가를 완료해 강한 바람과 전자기파 발생 등 철도환경에서 적용성을 확인했다. 

측풍, 상승풍, 돌풍 및 전차선에 의한 전자기파 내성 평가 시험에서 개발된 드론은 최대 10m/s의 측풍과 8m/s의 돌풍에서도 50cm이내의 위치 정밀도를 유지하는 등 가혹한 기후조건에서 운영 및 안전확보가 가능하다.

윤혁진 철도연 ICT대중교통연구실장은 “철도시설물 유지보수 비용절감 및 시간단축, 안전사고를 획기적으로 예방하는 기술”로, ”향후 철도시설물은 물론이고 다양한 분야의 무인자동화 점검에 확대 적용될 수 있도록 기술개발을 이어가겠다”고 말했다.

한석윤 철도연 원장은 “4차 산업혁명 기술의 대표주자인 드론, 인공지능(AI) 기술과 철도기술을 융합한 명품 K-철도기술”이라며, “시설물 상태 점검뿐 아니라 안전현황 빅데이터 등을 활용한 철도시설물 유지관리 체계를 기술로 완성하겠다”고 전했다.