상태기반 유지보수(CBM) 주목…실시간 결함 확인해 정비 효율 높여
철도시설물 검측 시스템 국산화 성공…영업 열차에 검측장비 탑재
매일 수집된 데이터 빅데이터화 예측…기존 대비 구축·운영비 절감
경부·호남·전라선서 매일 검측…수도권 광역철도 3편성 추가 투입

투아이시스 직원들이 실시간으로 검측 데이터를 확인하고 있다. [사진=박윤 기자]

최근 철도산업 분야에서는 상태기반 유지보수(CBM;Condition Based Maintenance) 기술이 주목받고 있다. 

상태기반 유지보수는 궤도나 전차선, 신호, 통신 등의 시설물 상태를 실시간으로 모니터링하고 결함을 발견하면 즉시 유지보수자에게 통보해 시설물을 정상 유지함으로써 열차 사고를 미연에 방지하는 것을 말한다. 

이는 수집된 결함 데이터를 종합분석하고 유지보수 정책에 반영해 유지보수의 효율성을 높이고 운영 비용을 절감, 철도 디지털화의 핵심 기술로 주목받고 있다. 


전차선 가동브래킷 변형 검사 화면. [사진=박윤 기자]
투아이시스(대표 박종국)는 개발된 광학검측 모듈에 AI시스템을 결합해 실시간 검측이 가능한 ‘철도시설물 AI검측 시스템’을 개발하면서 이 분야를 선도하고 있다. 

외국산 검측차의 경제성과 운용 효율이 높지 않고 우리나라 철도 환경에 맞지 않는 현실이 개발에 착수한 배경이다. 

국토교통부 산하 국토교통과학기술진흥원(KAIA)은 국가 연구개발(R&D) 국산화 과제로 관련 연구를 시작했고, 주관연구기관인 코레일과 투아이시스 등 8개 업체가 10여 년에 걸처 555억원(정부 438억원, 기업 117억원)을 투자해 총 28개 검측 모듈을 국산 검측시스템으로 개발했다. 


침목 및 체결구 검사 화면. [사진=투아이시스]

팬터그래프 동적감시 검사 화면. [사진=투아이시스]
그동안 철도시설물(궤도, 전차선, 신호, 통신 등)의 점검은 선로순회, 전차선순회 등을 통해 인력에 의존하거나 검측차량으로 3개월, 6개월, 1년 단위로 시설물을 검측하다 보니 상태기반 유지보수 구축에는 어려움이 많았다.

이와 관련, 영업열차에 검측시스템을 장착해 시설물의 상태를 매일 실시간으로 검측할 수 있는 시스템이 필요하다는 코레일의 요구에 투아이시스는 ‘철도시설물 영업열차 차상검측 시스템’을 개발했다.

이에 따라 코레일에서는 선로순회와 전차선 순회의 횟수를 대폭 축소해 유지보수에 집중할 수 있게 됐다. 상태기반 유지보수를 할 수 있는 시스템도 구축해 열차 안전 운행에 크게 기여하고 있다.

차상검측 시스템은 영업열차에 검측용 카메라와 센서, 레이저 등을 장착해 점검 시간의 시·공간적 제약 없이 선로 시설에 대한 실시간 검측·분석이 가능하다. 

지난 2021년 KTX를 시작으로 현재 서울 지하철 2·4·5·9호선, GTX-A, 코레일 수도권 광역철도(3편성) 등에 구축됐다. 선로시설물 24시간 점검환경 구축은 도시철도 운영기관 가운데 세계 최초 사례다. 


ITX-새마을 영업열차 차상검측 시스템. [사진=투아이시스]
현재 ITX-새마을 열차에 검측 시스템을 설치해 경부선, 호남선, 전라선을 매일 검측하고 있다. 전차선·통신·신호·궤도 등 분야별 철도시설물의 점검상태를 실시간으로 확인할 수 있는 것이 특징이다. 

특히 전차선의 경우 ▲전차선 높이·편위·마모·습동면 검측(4호차) ▲전차선 동적 감시(2·5호차) ▲가동 브래킷 변형검사(3호차) ▲전차선로 열화상(3호차) 등으로 변형 여부를 확인한다. 2D·3D 카메라와  전주인식 장치 및 가동 브래킷 촬영 카메라, 팬터그래프 전후에 설치된 고속카메라, 강제냉각식 열화상 카메라 등을 열차 상부에 각각 설치했다. 

궤도 분야에서는 ▲궤도선형 검측(3호차) ▲선로 변형 검측(3호차) ▲침목결함 및 체결구 탈락 검사(3호차) 등을 진행한다. 궤도 결함을 검측하기 위해 3호차 하부에 관성항법장치와 레이저 스캐너, 2D·3D 카메라 등을 설치했다.

아울러 ITX-새마을 선두차(1·6호차) 차탑에 설치된 카메라로 주행선로 전후방을 촬영해 선로변 킬로정 표지판을 인식하고 분기부에서 열차 진행 방향을 식별할 수도 있다. 

신호 분야에서는 ▲선로전환기 상태검사 ▲지상자·발리스·잠바선 부착상태 ▲신호레벨·발리스레벨 검측, 통신 분야에서는 무선 통신 품질 검측이 가능하다. 


박종국 투아이시스 대표. [사진=투아이시스]
박종국 투아이시스 대표는 “결함개소를 알려주는 ‘알람데이터’는 현재 약 95%까지 정확도를 유지하며, AI를 통한 딥러닝(Deep-Learning)으로 정확도를 높여가고 있다”고 말했다. 

다만 “철도시설물 영업열차 차상검측 시스템으로 서울~부산 간 1회 왕복 시 10TB, 한 달이면 300TB에 달하는 방대한 데이터가 누적되는데 이를 분석하는 시스템이 아직 구축되지 않아 유지보수에 유용한 정보를 제공하지 못하는 것이 아쉽다”며 “정부의 추가 투자로 빅데이터 분석센터(유지보수센터) 구축이 이뤄지기를 희망한다”고 덧붙였다.

출처 : 전기신문(https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=349183)