사물인터넷 기술로 열차탈선 막는다

[김국배기자] 열차의 온도가 비정상적으로 상승하거나 진동에 문제가 생기면 이를 감지해 탈선 사고 방지를 돕는 사물인터넷(IoT) 융합 기술이 개발됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)과 한국철도기술연구원이 국가과학기술연구회 융합연구사업을 통해 공동 개발한 이 기술은 고속열차 주행시 안전성 확보를 위해 차량 주행부의 상태를 실시간으로 감시, 측정된 데이터를 무선방식으로 열차 관리센터로 전송한다.

열차의 주요 탈선 원인은 바퀴 베어링 부분이 축에 달라붙어 열이 발생하거나 심한 진동이 일기 때문인데 이 기술은 열차마다 붙어 있는 센서들이 각각 인터넷 통신을 통해 특정 부분의 이상을 바로 알려주는 것이다.

이에 따라 기관사는 향후 열차 운전시 온도가 상승하거나 진동이 감지되면 바로 속도를 줄이고 세워 이상 유무를 확인할 수 있게 된다. 더불어 열차의 유지보수 기간까지 미리 예측할 수 있을 전망이다. 현재는 선로 주변 40km마다 베어링의 온도를 측정해 유선으로 위험을 알려주고 있어 지속적인 모니터링이 어려웠다.

하지만 이 기술은 별도의 전원공급 없이 열차가 움직이면 발생하는 진동에너지원을 이용해 전력을 생성해 무선통신에 이용, 일명 '자가발전형 일체형 통신센싱 모듈'을 만들었다.

연구진은 각 열차의 차량마다 센서를 달아 무선 센서노드 및 중계노드를 통해 측정데이터를 통합했고 센싱한 데이터를 전송하기 위해 패킷형태로 만들어 통신케 했다.

또한 무선통신 방식의 IP패킷 중계기를 이용해 기관사가 있는 기관차까지 중계해 상용 LTE 이동통신망으로 열차통합센터까지 전송하게 했다.

특히 연구진은 열차처럼 금속으로 차폐돼 있고 고속 주행하는 환경에서 통신품질을 확보하기 위해 기존 저전력 무선통신기술인 국제전기전자학회(IEEE) 규격을 개선하고 철도환경 맞춤형 고주파회로 집적칩(RFIC)을 탑재해 기술개발에 성공했다.

연구진은 원활한 열차의 감시를 위해 자가 발전한 70밀리와트(mW)의 저전력으로 구동되는 통신모듈을 만들고 RF장치를 칩화시켰다. 이를 통해 8cm x 10cm 크기의 IoT 기반 일체형 센서를 만들어 차세대 고속열차인 해무열차에 적용했다. 향후 센서 크기는 30%이상 줄일 계획이다.

연구진은 "현재는 열차 바퀴에 열이 발생한다 정도만 알게 되는데 반해 이 기술을 적용하면 3번 객차 6번 장치에 온도가 비정상적으로 상승하거나 진동에 문제가 있는지를 바로 알게 된다"고 설명했다.

이어 "연간 약 6천억원의 열차유지보수비를 약 10% 정도 줄이고 600억원 이상의 비용절감이 예상된다"고 덧붙였다.

연구책임자인 ETRI 모바일미디어융합연구실 김영일 박사는 "현재 관련기술은 몽골과기대 등과 함께 몽골 철도에 기술이전할 계획"이라며 "향후 본 기술 상용화를 위해선 많은 연구가 추가적으로 필요하며 안전하고 편리한 열차이용에 큰 도움이 예상된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 철도차량 주행상태를 실시간으로 감시해 측정 데이터를 철도차량 유지센터로 전송하고 신속한 유지보수를 수행하는 시스템에 우선 활용될 예정이다. 또한 조선 및 플랜트 분야의 유지보수 분야에도 적용이 가능해 다양한 IoT 사업 모델을 창출할 것으로 예측된다.