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과제기본정보

열차 안전운행을 위한 인공지능 선로 검측 시스템 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 20TBIP-C155866-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 열차 안전운행을 위한 인공지능 선로 검측 시스템 개발
주관연구기관 (주)테크윈시스템
총괄연구 책임자 성명 서삼문
소속 (주)테크윈시스템 직위 연구소장
전화번호 031-777-1110 FAX 031-777-1105
총 연구기간 2020-04-27 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2020-04-27 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 360,000,000 28,168,000 228,499,000 256,667,000 616,667,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 철도 선로주변에는 많은 종류에 구조물, 부착물, 지장물, 까치집 등이 있고 이러한 선로순회 점검 대상물은 잠재적으로 열차 안전운행을 위협하는 요소입니다. 이러한 대상물들을 감시하고 사고를 미리 예방할 수 있도록 예지 진단 및 예지 점검이 필요합니다. 이를 위해 공동연구기관인 한국철도공사에서 특허기술을 기술 이전 받고 독창적인 기술을 더하여 신제품을 개발하고 사업화합니다.
특히, 기존 기술은 미리 정형화된 단일종류만 검출할 수 있는 장치인데 비해 본 기술은 여러 종류의 불특성 대상물(즉, 위치, 크기, 종류가 다른 대상물)을 검출합니다. 또한 기존 장치는 단순히 대상물 검출만 하였지만 본 장치는 검출뿐만 아니라 예지진단 및 예지 점검이 가능합니다. 이를 통해 기존의 상태기반 유지보수체계에서 예지진단 유지보수체계로 안전점검에 대한 변화가 일어납니다.
이를 위해 검출대상물의 자동검지장치 구축 및 단계별 알고리즘의 고도화를 하여, 수요처의 의견을 반영하고 하드웨어 및 소프트웨어, 알고리즘, 어플리케이션을 개발하고, 선로순회 점검 대상물의 인공지능형 검출장치를 연구개발하고, 예지점검 체계 구축을 상용화 적용합니다.
최종목표 검출대상물의 자동검지장치 구축 및 단계별 알고리즘의 고도화를 하여, 수요처의 의견을 반영하고 하드웨어 및 소프트웨어, 알고리즘, 어플리케이션을 개발하고, 선로순회 점검 대상물의 인공지능형 검출장치를 연구개발하고, 예지점검 체계 구축을 상용화 적용하는 것을 목표로 함.
- 선로순회 점검 대상물의 선정 및 검출 분석방식 체계 구축
- AI형 영상 검출 장치 도입으로 인력투입 점검방식 한계 극복
- 다양한 안전점검 대상물의 위험원으로 인한 사고 예방 목적의 검출장치 개발
연구내용 및 범위 ○ 검출 대상물의 선정 및 검출 분석방식 체계 구축
검출대상물 선정 및 특징 설계 (3 ~ 4개 수요처 선정)
- 선로외측 3M의 좌우측 - 지장물
(공사개소, 지장수목등)
- 울타리 변형 및 출입문 탈락
- 터널內 구조물(부착물 등)
- 방음벽 / 옹벽 변형
- 횡단구조물의 부착물 변형 및 변이
- Rail위 지장물 감시
검출 대상물 별 검지 방식 체계 구축.
- Over-fitting과 Under-fitting을 고려한 대상물 검출 판단 및 변형 상태의 검출 규격 정의

○ 대상물 학습 및 BigData 분석
- 대상별 학습용 BigData 수집 및 구축
- 2차 검출 방식 구현 알고리즘 설계
- 학습된 특성화 DATA AI 알고리즘 적용 설계

○ 차량용 검출장치 개발 및 전송장치 개발
- 대상물의 영상검지장치 개발
- 검지 영상의 유지보수정보 OSD 및 자동 전송장치 개발
- 3D 이미지 데이터 취득 장치 구축 및 분석용 DATA 연계프로그램
- 동영상 취득 장치 구축 및 분석용 DATA 연계프로그램

○ 1차 검출용 AI 딥러닝 알고리즘 개발
- 학습에 의한 대상물 별 검출 딥러닝 인공지능 알고리즘 개발 (선정된 대상물 별 1차 검지 알고리즘 개발)
- 중복 회피 알고리즘 개발
- 고속주행의 속도에 따른 단계별 검출 판정 알고리즘
- 다중검지 알고리즘

○ 검출 영상의 실시간 MMS전송 S/W 개발
유지보수 위치정보 + 검출 이미지
- 검출이미지 + GPS + 운행Km + 전주번호 + 시간 + etc => OSD
- 실시간 담당자 휴대폰 전송
- 검출 이미지 표시 (Mark)

○ 차량서버용 Image디지털싱크 검출 알고리즘 개발(검출이미지 + 동영상)
- 차량용 면진기능의 분석서버 장치구축
- 사물 인식 고도화를 위한 2차 알고리즘 (AI + Image 디지털싱크)
- 검지 영상의 유지보수정보 OSD 및 자동 전송장치 개발
- 3단계 검출 알고리즘 구현 - 초 경량 알고리즘 구현
- 다중, 다종, 불특정 특성을 같는 대상물 검출 2차 알고리즘 구현
- 검출 대상물의 위치 및 특징 조합 분석에 따른 검출 방식 개발

○ 정밀 분석용 프로그램 개발 (검지영상 + 동영상 + 3D 데이터)
- 검지영상 + 동영상 + 3D 데이터 분석용 HMI 프로그램 개발
- 3D 데이터를 활용한 3차 변이분석 알고리즘
- 예지진단 알고리즘에 의한 예지점검 체계 구축
- 다양한 분석을 제공하는 그래픽 현시 기능 (변이 추이분석, 3D)
- 변이의 지능형 예지 진단 알고리즘
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○ 1차년도 총괄
○ 검출 대상물의 선정 및 검출 분석방식 체계
○ 검출대상물 선정 및 특징 설계 (3 ~ 4개 선정)
○ 차량용검출 장치 개발 / 차량 분석 시스템설계
○ 실시간 전송장치 개발
○ AI 딥러닝 1차 검출 알고리즘 개발
○ 2차, 3차 검지 알고리즘 분석용 DATA 연계프로그램
○ 대상물 학습 및 BigData 분석 		○ 1차년도 총괄
- 연구 총괄
- 착수보고회, 공청회, 공정회의 주관
- 시스템 개발 계획 수립 및 관리
○ 검출 대상물의 선정 및 검출 분석방식 체계 구축
- 검출대상물의 선정기초 자료 수집 (사업 운영부서 의견 수렴)
- 대상물의 특징화 학습자료 수집
- 선정 대상물의 검지 방식 분석
○ 검출대상물 선정 및 특징 설계 (3 ~ 4개 선정)
- 선정 대상물의 검출 판단 및 변이특성에 따른 검출 규격 연구
- 상용화 후 추가 검출 대상물의 분석
○ 차량용검출 장치 개발, 차량 분석 시스템설계
- 차량용검출장치 설치장소 고려 설계
- 차량용 서버 설치 및 구축 설계
- 분석용 서버 운영 고려 시스템 설계
○ 실시간 전송장치 개발
- 제품 설계 / 제작
- Proto Type 제작 및 기능 검증
- 단위 부품의 성능 시험
○ AI 딥러닝 1차 검출 알고리즘 개발
- 선정 대상물 별 1차 검출 알고리즘 개발
○ 2차, 3차 검지 알고리즘 분석용 DATA 연계프로그램
- 실시간 영상 통합의 연계 요구사항 분석
- 검지장치의 인터페이스 기술 분석
○ 대상물 학습 및 BigData 분석
- 대상별 학습용 BigData 수집 및 구축
- 2차 검출 방식 구현 알고리즘 설계
- 학습된 특성화 DATA AI 알고리즘 적용 설계
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
검출대상 특징 및 검출 방식 체계 구축
차량용 검출장치 개발
1차 검출용 AI 딥러닝 알고리즘 개발
검출 영상의 실시간 MMS전송 S/W 개발
차량 분석 시스템 구축 및 2차 알고리즘 개발
정밀분석용 서버의 구축 및 예지점검 s/w 개발
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적 측면
주1회 (2인1조) 인력운영을 연간작업량의 16%투입
<효과> 10% 이내로 감소 목표(예상)
까치집등 시설물등 안전점검 사고로 열차 정지/중단, 사고후 시설물보수등 연간 수백억상당 직,간접 손해발생,
<효과> 연간 수백억상당 직,간접 절감 목표(예상)
○ 사회적 측면
인력 중심의 점검 한계상황등 열차와 직무사고
<효과> 예지 진단 및 점검의 선로순회 자동검출 장치 개발로 시설물 종합점검 지능화 및 사고 최소화
활용방안 ■ 주1회(2인1조)등 인력운영으로 연간 작업량의 16%투입 : 5 ~ 10% 감소예정
■ 안전시설물 점검미비에 의한 열차 전력공급 중단, 사고시 연간 수백억상당 직.간접 손해발생 : 예방 점검으로 안전 확보.
■ 인력투입 점검 한계상황 [시설물 : 주1회(2인1조), 까치집 : 일2회(1명)]
■ 열차운행 안전 및 직무사고 예방
■ 불특정 대상물 검출 가능
철도, 도로등 국내ㆍ외 불특정 대상검출이 요구되는 공공기관, 기업
■ 낙석 감시장치, 눈사태 검지장치, 지장물 검지장치, 울타리감시 장치등 기존 시스템 대체 가능.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 예지진단 딥러닝 선로순회 자동화 영상검출
영문 Predictive diagnosis Deep learning Track patrol automation Image detection
최종보고서
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