드론ㆍAI로 철도시설물 안전 무인 점검한다…철도연, 세계 첫 개발

▲드론과 AI기술을 활용한 철도시설물 자동화 점검시스템. 한국철도기술연구원 홍보 동영상 캡쳐. (사진제공=한국철도기술연구원)

한국철도기술연구원(이하 철도연)은 4일 정부, 철도운영기관, 관련 학회와 연구진 등 100여 명이 참석한 가운데 충북 청주시에 있는 철도 교량 미호천교를 대상으로 2대의 철도 드론이 교량 상판의 하부, 교각 등의 상태를 점검하는 기술 시연회를 통해 철도현장 적용성과 효과를 확인했다.

이날 시연회를 연 미호천교는 현재 안전등급 보통단계인 C등급으로, 하천을 통과하고 있어 맨눈으로 점검하기 어려운 교량 중 하나다.

그동안 드론 조종은 사람이 직접 했지만 개발된 시스템은 드론 비행까지 무인 자동화한 자율주행 드론이다. 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.

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

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

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

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

손상감지 소프트웨어는 드론에서 촬영된 영상을 기반으로 AI 알고리즘을 적용해 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 전 과정을 자동으로 수행한다. 드론을 통해서 획득된 철도시설물의 영상은 후처리 과정을 통해서 외관 손상을 진단하고 디지털 외관 조사망도를 자동을 생성한다.

이번 시스템은 관련 국토교통부 국가연구개발사업 '무인이동체기반 접근취약 철도시설물 자동화 점검시스템 개발'의 일환으로 철도연과 한국철도공사, 국가철도공단, 소프트그래피, 승화기술, 세종대학교, 유콘시스템이 공동 연구했다.

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