"열차 탈선 IoT로 막는다"...진동과 열 감지로 위험 차단

ETRI, 온도·진동 감지 무선센싱 개발

국내 연구진이 열차의 진동과 열을 감지할 수 있는 센서를 개발했다. 향후 열차 탈선으로 인한 사고를 미연에 방지하는 것은 물론, 고속열차의 안전운행 확보와 유지보수 비용의 획기적인 절감이 기대된다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 한국철도기술연구원과 공동으로 고속열차의 주행시 안전성 확보를 위해 차량 주행부의 상태를 실시간으로 감시, 측정된 데이터를 무선방식으로 열차 관리센터로 전송하는 사물인터넷(IoT) 융합기술 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

연구진은 열차의 주요 탈선 원인이 바퀴의 베어링 부분이 축에 달라붙어 열이 발생하거나 심한 진동 때문이라고 설명했다. 현재는 선로주변 40km마다 베어링의 온도측정을 통해 유선으로 위험을 알려주는데 지속적으로 모니터링을 하기 어려운 문제가 있었다.

그러나 이 기술은 별도의 전원공급 없이도 열차가 움직이면 발생하는 진동에너지원을 이용해 전력을 생성해 무선통신에 이용했다. 일명, '자가발전형 일체형 통신센싱 모듈'을 만든 것이다.

또한, 철도시스템 고속화에 따른 신뢰성 및 안전성 확보, 유지보수 비용 절감을 위해 외부서 전원공급이 어려운 차량의 대차에 사물인터넷(IoT)기술을 적용, 무선센서를 이용하는 방식이다.

한국철도기술연구원은 버려지는 에너지를 수확한다는 개념의 에너지 하베스터(Energy harvester) 기술을 개발했고, ETRI는 고속철도 환경과 같이 열악한 무선통신 환경에서도 강인한 저전력 무선센싱 기술을 개발해 융합시켰다.

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

또한 연구진은 열차이상 감지의 데이터를 중계하기 위해 게이트웨이를 개발, 무선 센싱망과 외부 망을 연동시켰다. 실제 문제가 발생하면 스마트폰이나 모니터링 PC에 경고음을 통해 알려준다.

ETRI 임선화 박사가 열차 주행부 상태를 스마트폰을 통해 점검하고 있는 모습

따라서 이 기술을 적용하면 현재는 열차의 바퀴에 열이 발생한다 정도만 알게 되는데 비해, 3번객차 6번장치에 온도가 비정상적으로 상승하거나 진동에 문제가 있는지를 바로 알게 된다.

연구진은 이 기술을 열차에 적용하면 현재 연간 약 6천억원의 열차유지 보수비중 약 10%인 6백억원 이상의 비용절감이 예상된다고 설명했다.

ETRI 모바일미디어융합연구실 김영일 박사는 “현재 관련기술은 몽골과기대 등과 함께 몽골 철도에 기술이전 할 계획이다. 향후 본 기술 상용화를 위해선 많은 연구가 추가적으로 필요하며 안전하고 편리한 열차이용에 큰 도움이 예상된다”고 말했다.

연구진은 국내외 특허출원 34건을 비롯, 국제표준 기고서 채택, SCI저널 논문기고, 무선통신분야 업체에 기술이전도 시행했다.