| 연구개발개요 |
○ 안전하고 편리한 철도 시스템의 운영에는 궤도 레일 프로파일에 대한 고정밀 검측이 기초 핵심기술 - 선로 유지보수 비용 절감 및 철도 사고의 선제적 예방을 위해서는 정확한 레일 프로파일의 주기적이고 지속적인 측정이 중요 - 운행선로의 레일 프로파일 검측은 지속적인 레일 변형에 의한 기준점의 상시 변동으로 인하여 고정밀 검측이 매우 어려움 ○ 고정밀 레일 프로파일 검측은 선로 유지의 필수 기술이나 고가의 해외 검측기술에 의존 - 레일 검측의 기초 기술임에도 불구하고 전량 국외 검측 기술의 수입에 의존 - 고정밀 레일 검측과 검측 기술을 바탕으로 한 레일의 마모/변형/결함 관련 예측 및 해석기술 개발이 시급함 ○ 효율적 레일 검측, 마모상태 진단, 수명 예측을 위한 고정밀 레일 프로파일 검측의 한국형 기술 개발 - 기존 해외에서 수입되어 사용되는 레일 검측의 기초 기술인 고정밀 레일 프로파일 검측기술 개발을 위하여 국내 독자적으로 Single Point Scan 방식의 레일 마모 검측 기술 개발 - 인공지능의 기계학습을 통한 검측된 레일 프로파일의 형상 합성과 마모량 예측, 결함 및 상태진단 등의 디지털 뉴딜과 관련된 핵심 기술 개발 - 검측 메커니즘은 접촉/비접촉의 상호 장단점을 고려하여 경쟁력있는 독자 기술로 개발*주요 연구개발의 필요성 ○ 국내 궤도 레일 유지보수 시장의 지속적인 확대에 대응 가능한 고정밀 프로파일 검측 기초 기술 확보 필요 - 프로파일 측정 관련 원천기술 미확보로, 궤도 레일 유지보수는 수입에 의존한 국외의 고가 장비를 사용 - 국내 기술의 미비로 인해 외산 장비 고장 발생 시, 자체 보수 불가로 보수 시의 기간이 장기간 소요(약 6개월 이상)되어 유지관리 공백이 발생 되는 등 원제작사 기술 의존도가 매우 높은 실정임 - 향후 교체 및 신규 구매 시에도 지속적인 수입 의존이 불가피하여 이를 극복하기 위해 최근의 소재·부품·장비 관련 국산화 정부 정책에 따른 지원과 육성이 필요 ○ 철도사고 예방을 위한 레일 관리의 중요성 - 철도에서 일반적으로 사용되고 있는 레일은 대량의 여객 및 화물을 수송하기 위한 수단으로 철도에서 매우 가치가 높은 궤도구성품 중 하나이며, 열차의 주행안정성 및 탈선방지를 위해 레일 프로파일의 정확한 검측 관련 기술확보가 요구됨 - 1999∼2000년까지 영국(Railtrack)에서는 연간 300∼600건의 레일 파단사례가 있었으며, 이 중 횡방향 파단이 39.5%, 테르밋용접부 파단이 22.4%를 차지하였고, 프랑스(SNCF) 의 경우 전체 레일교체수량의 35.5%가 테르밋용접부 파단에 의한 것이었음[Sawley and Reiff, 2000] - 이러한 레일의 갑작스런 피로파단을 예방하고 주행안전에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 각국에서는 누적통과톤수에 의한 레일교체주기를 설정하고 있으며, 레일교체기준에 의한 레일교체비용은 전체 궤도유지보수비용의 50%이상을 차지하고 있어 정확한 레일 프로파일 측정·분석·예측이 필수임 ○ 궤도 레일 유지보수의 과학적 근거 마련 - 국내 일반철도 레일 교체 기준(50kg/m레일: 5억톤, 60kg/m레일: 6억톤)에 도래한 장기 사용 레일의 프로파일 형상 대비 안전성 평가 필요 - 유럽의 경우 UIC60 레일에 대하여 곡선부 레일 마모한계치를 열차속도별로 제시하고 있으며, 일본의 경우에는 기준치와 정비목표치로 구분하여 관리함 - 국내 곡선부 레일은 선로유지관리지침 제22조에 따라 직마모 및 편마모 한계치 도달 전, 레일 교환을 하고 있음(50kgN: 직마모 12mm/ 편마모 13mm, 60kg: 직마모 13mm/ 편마모 15mm). 따라서 열차의 주행 안전성을 확보하기 위해 일반철도 선로조건을 고려한 곡선부 레일 마모한계치에 대한 과학적인 분석 및 근거가 필요함 ○ 유지보수 시장의 경제적 파급 효과를 고려한 국외 궤도 레일 유지보수 기준 마련 - 국내에도 한국철도공사, 한국철도공단과 같은 기관들이 검측 차량을 이탈리아 MERMEC (Roger 1000K), 오스트리아 PLASSER&THEURER 등에서 수입하여 운행 중이며, 레일 단면 검측을 시행하고 있음 - 고정밀 소형 검측 장비의 수입 규모는 알려지지 않았으나, 고가의 검측 차량은 400억 이상의 수입비용 및 추가적인 유지보수 비용이 발생함 - 궤도 검측 차량 및 소형 검측 장비에 있어서 고정밀 레일 프로파일 탐지 기술 개발은 관련 장비 및 궤도 유지보수 시장에 경제적 파급 효과를 초래할 것으로 전망됨 ○ 레일 교환 주기의 보다 정확한 예측과 점검 필요 - 소형 고정밀 레일 프로파일 측정을 통해 편리하고 정확한 레일의 형상진단으로 레일교환 및 유지보수 주기의 예측 가능 - 주기적인 레일 점검을 위한 편리하고 정확한 측정 시스템 필요
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| 연구내용 및 범위 |
효율적 레일 유지보수를 위한 AI기반 ±0.05mm이하 고정밀 레일 프로파일 탐지 핵심기술 개발을 위하여, 소형 고정밀 프로파일 측정이 가능한 실험실 초도품을 제작하고 실험실 시험과 측정 로직 개발을 통하여, 국외 의존 측정기술을 독자적으로 개발함. 상세 연구내용은 아래와 같음○ 1년차 연구개발 내용 ■ 고정밀 레일 프로파일 탐지 핵심기술 개발 - 운행선 궤도 레일의 직마모 및 편마모 변형량의 형상 분석 - 고정밀 레일 프로파일 탐지 기술의 국내·외 기술 분석 - KR60레일 대상으로 주요 마모 상태 조사 (그외 표준 레일도 동일 기준 적용) - 고정밀 레일 프로파일 검측 메커니즘 개발(1차년 설계 목표 ±0,1mm): 편마모 측정 메커니즘 설계를 포함한 직마모 측정 메커니즘 설계 - 접촉식 측정 메커니즘과 비접촉식(점측정 방식)을 동시 고려한 설계 - 현장 검측을 고려한 측정기술의 레퍼런스 설정 및 설계 ■ 궤도 레일 프로파일 기반 마모 분석 및 예측 기술 개발 - 레일 프로파일의 직마모 및 편마모 검출 기준 및 기초 로직 검토 - 레일 형상 합성을 위한 기초 로직 검토 - 프로파일 기반 측정 오차 도출 시험※ 레일 상태 검지를 위해 해외에서 사용되고 있는 다수의 2D 레이져 스캔너를 사용한 레일의 프로파일 검지를 위한 국외 시스템은 하나의 레일에 대해서 2개 이상의 2D-Line scanner 방식을 사용하고 있는 것이 특징이며 다수의 레이져 스캐너를 사용함으로써 측정 정밀도가 상대적으로 낮고 장비 가격 및 유지보수 비용 또한 높음※ 제안된 Single Point Scan의 메커니즘을 적용한 방식으로 측정 장치의 현장 적용성을 높이고 정밀도를 향상시킬 수 있는 방법임.(접촉식 스캔 방식을 추가로 고려하여 메커니즘을 개발)○ 2년차 연구개발 내용 ■ 고정밀 레일 프로파일 탐지 핵심기술 개발 - 운행선 궤도 레일의 직마모 및 편마모 변형량의 형상 분석 (현장 궤도 지속 분석) - UIC60 레일 대상으로 주요 마모 상태 조사 (그외 표준 레일도 동일 기준 적용) - 고정밀 레일 프로파일 검측 메커니즘 개발 (2차년 설계 목표 ±0,05mm) - 프로파일 검측 메커니즘을 적용한 시험용 탐지 장치 초도품 제작 - 레일 프로파일 검측 핵심기술의 시험실 성능 검증 (시험실 초도품 활용) ■ 궤도 레일 프로파일 기반 마모 분석 및 예측 기술 개발 - 레일 프로파일의 직마모 및 편마모 검출 핵심로직 개발 - AI를 이용한 레일 프로파일 학습 구조 개발 - 기계학습을 통한 상태 프로파일 형성 및 마모량 예측 시스템 개발 ※ 기계학습을 이용하여 Single Point Scan 방식의 메커니즘을 적용, 최종 레일 프로파일을 합성하여 측정 정확도 향상
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