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과제기본정보

ICT기반 라이다 기술을 활용한 인간중심의 중장비 안전관리 시스템2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 19TBIP-C144017-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건설안전 관리기술 적용분야 건설업
2순위 기계 | 산업 일반기계 | 건설/광산기계 실용화대상여부 실용화
3순위 기계 | 산업 일반기계 | 산업 일반기계 관련 S W 과제유형 개발
과제명 ICT기반 라이다 기술을 활용한 인간중심의 중장비 안전관리 시스템
주관연구기관 (주)영신
총괄연구 책임자 성명 김도근
소속 (주)영신 직위 스마트기획개발실장 / 이사
기관 대표번호 031-8027-9700 FAX 031-624-4696
총 연구기간 2018-04-01 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2019-01-01 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 630,000,000 42,000,000 378,000,000 420,000,000 1,050,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 · IoT기반으로, 고출력 펄스레이저를(Lidar Technology) 활용 중장비 주변에 접근하는 사람과 사물을 구분하여
작업자의 안전을 확보할 수 있는 인간중심의(Human-Centric) 중장비 안전관리 시스템 개발

· 장비주변 경고구역과 위험구역을 설정하여 1차 경고, 2차 제어를 통해 인간의 실수를 예방 할 수 있는
자동안전장치(Fool Proof) 기술이 적용된 기계적 방호시스템(IoT Solution) 개발

· 첨단IT와 결합한 新개념의 안전관리기법을 산업현장에 적용함으로써 중장비로 인해
발생하는 충돌 및 협착 사고 예방에 획기적으로 기여할 것으로 기대
최종목표 ○ 본 연구는 산업현장의 근로자 재해 감소에 기여할 수 있도록 IoT기반으로,
고출력 펄스레이저를(LiDAR Technology) 활용 중장비 주변에 접근하는 사람과 사물을 구분하여
작업자의 안전을 확보할 수 있는 인간중심의(Human-Centric) 중장비 안전관리 시스템 개발을 목표로 한다.
○ 본 연구에서 제안한『ICT기반 라이다 기술을 활용한 인간중심의 중장비 안전관리 시스템』은
LiDAR 센서를 활용하여 중장비 주변으로 접근하는 작업자 안전을 확보하기 위한 것으로,
①LiDAR를 이용한 3차원 장애물 인지 기술
②전방위 작업환경 실시간 탐지 알고리즘
③충돌방지를 위한 자동장비제어 기술
④충돌 위험도 판별 알고리즘
⑤다기능 통신 모듈을 포함한 ICT기반 하이브리드 통신 기술 개발이 주요 목표에 포함된다.
연구내용 및 범위 ○ LiDAR를 이용한 3차원 장애물 인지 기술 개발
- 건설현장에서 중장비와 협착 및 충돌로 인한 안전사고 발생이 예상되는 작업자 간의 거리 측정을 기반으로 LiDAR 기술을 융복합한 시스템 구성 및 세부 항목의 구성에 대한 기능 정의 및 개념설계
- 굴삭기 작업 주변 환경의 위험요소 인지에 따른 접촉예보 시스템을 구성하기 위해 2개의 탐지용 센서(다층 레이저 스캐너)를 사용하여, 사각지대를 포함하는 작업 주변 환경과 굴삭기 작업장치의 기구 수치를 고려한 센서 사양 및 범위 선정
- 장애물 인지 LiDAR 모듈
? 사물과 움직이는 동체를 구분하여 불특정 다수의 작업자 인식
? LiDAR 센서 인식을 통한 거리 측정 및 단계별 거리 설정 기능
- 전방위 작업환경 실시간 탐지 알고리즘
? 전방위 작업 환경을 실시간으로 탐지
- 운전원 보조 인터페이스
? 장비 내부의 장애물 인지 모니터를 통해 감지거리를 설정을 하고 근접하는 거리를 시각적으로 식별이 가능하도록 점군 데이터 발생 기능(시각적)
? 전자 제어 모듈이 작동하지 않도록 하는 기능(Bypass)
○ 충돌방지를 위한 자동장비제어 기술 개발
- 장애물 인지 LiDAR 모듈에서 설정한 반경 내로 작업자가 접근을 할 경우 1차적으로 경고알람을 발생하고 위험구역으로 설정한 반경 내로 접근할 시 전자 제어 모듈에 의해 2차적으로 장비의 작동을 기계적으로 제어할 수 있는 자동장비제어 기술 개발
- 중장비와 작업자와의 협업이 필요한 공정에 한해 경고알람과 작동 제어를 조정하기 위하여 별도로 제어를 해제할 수 있는 기능(Bypass)을 구현하기 위한 시스템 구조 및 제어방식 개발
- 전자 제어 모듈
? 중장비 주변으로 접근하는 위험물(중장비 또는 근로자)을 인지하여 경고알람 뿐만 아니라 장비의 작동(선회 또는 주행)을 기계적으로 제어하여 근로자를 방호하는 기능
- 충돌 위험도 판별 알고리즘
? 중장비의 작업 상태를 안전상태, 알람상태, 긴급정지 상태로 구분하여 각 상태에 따른 필요한 조치 정의
? 충돌예측 시간과 위험도 지수를 도출하여 위험도 평가
○ ICT기반 하이브리드 통신 기술 개발
- 다기능 통신 모듈
? GPS와 비콘 센서를 탑재하여 실내외 중장비의 위치정보를 송수신(LoRa, 3G/Wifi)
? 다기능 통신 모듈을 통하여 위험지역과 중장비 위치정보를 송수신하고 필요에 따라 관제 센터로부터 무선으로 거리설정 기능
- 통합 관제 시스템
? 중장비의 경보를 발생시킨 작업자의 위험상황과 접근빈도, 위치에 대해 실시간 모니터링 및 Database 관리하는 기능
? 장비의 작업 종류에 따른 작업자 위험지역 원격 가변 설정 기능
? 장비의 운전 작동에 따른 장비의 가동시간에 대한 정보 모니터링 기능
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ? 충돌방지를 위한 자동장비제어 기술 개발
? 장비접근제어시스템 적용성 조사 및 검토
? 테스트 계획 수립
? LiDAR를 이용한 3차원 장애물 인지 기술 개발
? 충돌방지를 위한 자동 장비제어 기술 개발
? 테스트 계획 수립
- 자동장비제어 기술 요구사항 정의
- 전자 제어를 통한 장비제어 알고리즘 개발
- 전자 제어 모듈 개발 및 설계
- 전자 제어 모듈 시제품 제작
- 현장 수요조사
- 현장 테스트 적용성 분석
- 현장 요구사항 조사
- 현장 테스트 지원 계획 수립
- 장애물 인지 기술 요구사항 정의
- 다채널 LiDAR를 이용한 장애물 검출 알고리즘 개발
- 전방위 작업환경 실시간 탐지 알고리즘 개발
- 운전원 보조 인터페이스 개발 및 설계
- 접근 장애물의 위험도 판별 알고리즘 개발
- 현장 요구사항 조사
- 현장 테스트 지원 계획 수립
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
- 불특정 다수의 작업자 위험을 인지할 수 있으므로 보다 적극적인 사고예방이 가능
- 중장비의 2차 사고 방지를 위한 단계적 가감속 제어 기술을 통한 Fool Proof 안전장치 시스템이 적용
- 충돌방지를 위한 자동장비제어 기술로 무인 자동화 시스템 요소 기술로 발전 가능
- 위치측위 기술 개발로 근로자 인력관리와 동시에 안전관리 시스템으로 발전
- 건설 분야뿐만 아니라 더 나아가 산업, 안전, 보안 분야로의 관련 기술을 확장
? 환경에 따른 인식거리 조절 가능
? Bypass 기능을 통한 전자제어 시스템 해제 가능
- ICT기술과 AI 기술을 융합하여 인식된 정보를 바탕으로 안전사고 예측 예방에
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 전 세계적 안전시장 확산에 따른 핵심기술 연계 산업의 성장
- ICT 기술을 활용, 안전사고 발생 횟수를 줄이고 사회적 손실비용 절감
- 국내 건설기계 시장 및 근로자 안전관리 디바이스 시장(추정 : 전체 시장의 약 10%, 8,722억원)의 신사업 창출 (※p42. 국내시장규모 참조)
- 산업 현장별 안전사고 사전점검과 조치강화로 공정 내 생산성 향상 및 예산절감
① 산업현장 조건
? 중장비 20대, 작업자 500명

② 손실적 요소(B) 산출 근거
? 증가되는 비용(설비투자)
- LiDAR 모듈 : 1,000,000원 x 20대 / 5년 사용 기준 = 4,000,000원
- 전자 제어 모듈 : 1,000,000원 x 20대 / 5년 사용 기준 = 4,000,000원
- 다기능 통신 모듈 : 500,000원 x 20대 / 5년 사용 기준 = 2,000,000원
- 관제 시스템 : 5,000,000원 x 1대 / 5년 사용 기준 = 1,000,000원

③ 이익적 요소(A) 산출 근거
? 감소되는 비용(감가상각)
- 2016년 산업재해 90,656명, 손실 214,002억원
⇒ 재해당 236,000,000원
- 2016년 재해율 0.49%, 충돌·협착에 의한 재해 33%
⇒ 500명 산업현장에서 1년간 평균 충돌·협착에 의한 재해건수
500 x 0.0049 x 0.33 = 0.809건
- 500명 산업현장에서 1년간 평균 재해 손실비용
⇒ 236,000,000원 x 0.809 ≒ 190,924,000원
- 충돌 및 협착에 의한 재해건수 30% 개선 시 감소 비용
⇒ 190,924,000원 x 0.3 = 57,277,200원
○ 사회적 측면
- 작업장의 안전관리 시스템 개발은 사회적으로 작업자의 상해와 관련한 재해를 감소시켜 노사관계를 향상시키고 또한 기업이미지를 향상시키는 효과
- 위험상황 알림기능으로 과학적이고 체계적인 현장관리와 관계자간 신속한 의사소통으로 안전한 현장 구현 및 근로자 안전사고 예방
- 발주기관, 관리기관, 안전관리 담당이 중장비 작업 반경 내 건설현장 근로자들의 위치를 파악 및 관리함으로써 안전한 건설현장 실현
- 건설 현장에서의 안전사고 발생 시 정확한 위치확인과 대응으로 신속한 구조작업 실시
- 안전한 작업환경을 조성하고 효율적인 작업관리를 통해 노사관계 향상 및 근로환경 개선
- 건설현장에서의 안전성 향상을 통한 근로자 삶의 질 향상
활용방안 ○ 대상기술 특성
- 본 연구과제의 개발 대상 제품과 같은 산업 진보 기술의 시장규모를 간접적으로 예측해보면, 본 대상 제품이 적용될 건설기계시장의 전체 규모를 분석하고 본 연구과제 개발 대상 제품의 시장점유율을 예측하여 국내 시장 규모를 예측할 수 있음
- 현재 국내의 건설기계 시장 규모는 건설기계산업협회에 따르면 2017년 기준 생산 7조 5,100억원, 내수 2조 1060억원, 수출 4조 7,020억원으로 추정되고 있으며, 주요 전방산업인 건설산업의 기복이 심하고 생산능력에 비해 내수시장이 협소하여 수출에 대한 의존도가 ‘17년 기준 약 70%로 수출 지향적 산업임
○ 시장규모
- ‘17.06.30 기준 국토해양부 건설 기계등록현황을 살펴보면 전체 건설기계는 478,243대(자가용228,615 / 영업용 246,319 / 관용 3,309)가 국내에 등록되어 있음
- 이중 굴삭기, 지게차, 덤프트럭이 전체 건설기계의 약 80%를 차지

○ 국민소득 3만달러 수준에 도달하면서 안전사회에 대한 사회적 니즈 확산
- 국토부는 건설현장 사망만인율 50% 이하로 줄이기 운동
(사망만인율) ‘16년 1.76 → ’18년 1.50 → ‘22년 0.7
- 사고 발생 시 원인과 책임규명을 요구하는 현상이 급속히 확산
(목표관리제 도입) 100대 건설사 매년 20%이상 사망사고 감축
- 그 필요성이 점차 증대되고 있으며 점차적으로 법제화가 진행되고 있음
(법제와 추진) IoT 기술 접목 안전장비 법제화
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 라이다 접근경고 안전관리 인간중심 자동안전장치
영문 LiDAR Proximity alert Safety Management Human Centric Fool Proof System
최종보고서
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최종보고서 01. 최종 보고서(2020.02.20) 최종.pdf   다운로드
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