| 연구개발개요 |
1) 도시철도 열차 운행에 필요한 기능실별 장치는 각 역마다 분산되어 설치 운용중이며, 현장 설비 점검은 물리적 한계로 1~7일의 주기로 정상 여부를 현장 육안 순회·점검하는 체계이다.2) 유지보수자에게 실시간 설비별 정보를 전송(스마트폰, 휴대단말기 등)할 수 있는 IOT 기반 사전 비상대응 및 유지관리 체계 정착이 필요하다. 3) 설비별 과부하, 저전압, 온도, 진동 상태, 연기감지 등 실시간 모니터링 및 조치를 통한 안전사고의 사전 예방이 필요한 시점이다. 4) 축적된 융합데이터를 활용한 노후화, 성능저하 요인, 미래예측 등 설비의 가용성/신뢰성/안전성 확보 마련이 필요하다. 5) 현 체계는 설비별 과부하, 온도 급상승 등의 사전 발견이 미흡하여 비상 상황 및 대형 안전 사고로 이어지고 있다. 6) 이에 서울교통공사는 각 현장 기능실에 있는 전력, 신호, 통신설비의 동작상태, 과부하, 저전압, 온도 등의 다양한 정보를 사고예방 및 비상대응을 위한 데이터로 활용하고 시설물의 안전성 확보, 노후관리, 수명관리에 필요한 시스템을 개발하자는 요구사항을 제안하였고,7) 수요처의 요구사항에 부합하는 광무선모듈 기술을 기존의 철도신호 분야에만 국한되지 않고 비접촉 센싱 기술과 융합하여 전력설비, 통신설비 등 다양한 현장 설비의 상태정보를 전송, 모니터링할 수 있는 “SFM 시스템” 을 연구 개발하기로 하였다.
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| 최종목표 |
○ 도시철도 현장 기능실의 전력, 신호, 통신 설비의 상태 정보를 주관연구기관 특허기술인 광통신 모듈과 Sensing 기술을 이용, 융합데이터 수집 및 분석, 예측할 수 있는 데이터 마이닝 기법 모니터링 시스템을 개발하고 시험역을 구축하여 성능시험을 통한 신뢰성, 유지보수성 입증○서울교통공사에서 주관연구기관으로 국가 R&D과제 수행 중인 “도시철도 RAMS 통합시스템 구축”과 연계, 현장 유지보수와 기능실 장치를 모니터링할 수 있는 현장 통합관리시스템 구축으로 중장기적인 안전경영 활동에 활용
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| 연구내용 및 범위 |
1. 전력+신호+통신 설비의 상태 모니터링 센싱 개발 가. 무선 Sensing Module 개발 ○ 특징 - 비접촉 센싱 개발 (2년간 무전원 센싱) - 다수 노드의 무선 네트워크 구성(노드 제한 없음) ○ 개발목적 - 현 운행 중인 설비에 접촉 센서 설치 시 기존 설비 장애로 인한 안전사고 우려 - 케이블 설치 불필요에 의한 단순 시공 ○ 비접촉 센싱 구성도 - 무선센싱 모듈의 크기 : 스마트폰 사이즈(소형 부착용 방식) 나. 광통신 모듈을 개량한 광무선 모듈 개발 ○ 특허 광통신 모듈에 무선 기능을 추가하여 설비별 무선센싱 모듈로부터 수신하고 융합 데이터를 역 서버로 실시간 송신 및 정합, 보정 처리 - 광무선 모듈은 CPU, DSP, RTOS, LCD, R.F, Serial, Ethernet, Optical Transmission 으로 구성 - 광무선 모듈과 Sensing 모듈간은 무선 네트워크 방식으로 통신 - 광무선 모듈과 역 서버간은 무선 네트워크 또는 광케이블(장거리) 통신2. 전력+신호+통신 설비의 상태 데이터 마이닝 기법 융합 모니터링 시스템 개발 ○ 융합 데이터 전송 프로세스 개발 - 설비상태 및 기능실의 실시간 모니터링 데이터와 축적된 데이터를 여러 가지 기법으로 분석하여 설비의 상태, 결함, 수리시기, 교환시기 등을 예측하고 이상원인 분석 및 대책 방안 도출 ○ 융합 데이터 알고리즘 개발 - 데이터 전처리(Data Preprocessing) : 무선센싱 모듈로부터 수집된 기능실별, 설비별 상태 정보를 마이닝 목적에 맞는 데이터(Target Data)를 선별(Selection) 선별된 데이터에서 부분적으로 빠져 있거나(Missing Value) 엉뚱한 값(Noisy Data)이 섞여 있는지를 정제(Cleaning) 정제된 데이터에서 통합(Integration)과 변환(Transformation)을 거쳐 데이터 마이닝을 위한 전처리 과정이 이루어짐 - 데이터 마이닝 분석 기법 : 분류 분석, 예측 분석, 연관성 분석을 활용한 규칙과 패턴 도출 - 데이터 시각화 기술 : 데이터 분석 결과를 쉽게 이해할 수 있도록 시각적인 수단으로 정보 전달(시간 시각화, 분포 시각화, 관계 시각화, 공간 시각화, 비교 시각화) ○ 역 서버 시스템 및 SFM 서버 시스템 설계/제작 - 각각의 역 서버에서 수집된 기능실 설비별 정보들을 SFM 서버로 전송하여 SFM 서버에서 데이터 마이닝 기반 모니터링 S/W를 활용, 데이터 융합 및 분석 - 관제 데이터 수집 : 관제 정보를 SFM 서버에서 수신받아 역 서버 데이터와 함께 데이터 융합 및 분석 - 관련 시스템, 사업소, 유지보수자에게 정보 전송: 빅데이터 융합 및 분석 결과를 실시간으로 해당 관리소로 전송하며, 설비별 허용 오차범위를 벗어난 이상 데이터(온도상승, 과부하, 연기 감지, 고장 사항 등) 발생시 추적, 관찰하여 유지보수자에게 SMS, Alarm으로 전달 3. SFM 시스템과 RAMS 통합시스템 연계 ○본 연구개발과제인 “SFM 시스템” 구축을 통한 현장 기능실 설비별 융합 데이터를 수집, 분석, 예측하여 현재 서울교통공사에서 주관연구기관으로 국가 R&D과제 수행 중인 “도시철도 RAMS 통합시스템 구축”과 연계, 현장 유지보수와 기능실 장치를 모니터링할 수 있는 현장 통합관리시스템 구축으로 중장기적인 안전경영 활동에 활용4. Test-Bed 구축 및 성능시험 - 서울교통공사 8호선 3개역 18개소
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