| 2차년도 |
2차년도 최종목표철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술 개발을 위한 요소기술개발- 철도 배전선로 고자기장·고전압 환경 저전력 무선통신 시뮬레이터 개발- 철도 배전선로 저전력 장거리 전송용 센싱데이터 연계 기능 개발- 철도 배전선로 안전관리 저전력, 중장거리 무선통신 송신모듈 설계- 철도 배전선로 데이터 보안 시스템 개발- 철도 배전선로 부분방전 센서 모듈 (HFCT, UHF, 환경) 설계 및 제작- 철도 배전선로 부분방전 데이터 수집 보드 설계 및 제작- 철도 배전선로 데이터 연동 규격 정의 및 구현- 철도 배전선로 부분방전 센서 신호처리 알고리즘 개발- 철도 배전선로 주요 접속 개소 환경 측정(계속)- 자가발전 코어 개발 및 제작 연구- 자가발전 코어-에너지관리유닛 모듈간 정합 연구- 안전감시 센서 아키텍쳐 연구- 자가발전 고효율 에너지 관리 유닛 연구- 시스템운용을 위한 자가발전 에너지저장 유닛 연구- 철도 배전선로 케이블 접속개소 안전 감시 센서·시스템의 규격 요구사항 분석 및 정의- 안전감시 센서·시스템 철도 실용화를 위한 체계 분석연구- 안전감시 센서 기계적 내구성(열화/충격/진동) 시험 프로세스 프로토콜 설계- 안전감시 센서 기계적 내구성(열화/충격/진동) 평가시험 시스템 구축- 철도 배전선로 게이트웨이 모듈 기능 설계- 철도 배전선로 무선통신 운영관리 기술 설계- 철도 배전선로 안전관리 연계용 무선통신 중계모듈 설계- 철도 배전선로 무선통신 안테나모듈 설계- 배전케이블 환경 모사장치에서의 안전감시 센서 성능 검증 연구- 철도 배전선로 케이블 안전감시시스템 테스트베드 설계 연구- 철도 배전선로 AI 기반 실시간 상태진단·평가 알고리즘 개발- 철도 배전선로 위험도 분석, 수명예측, 수명주기비용 알고리즘 개발- 철도 배전선로 유지보수 일정 최적화 알고리즘 개발- 철도 배전선로 AI기반의 상태진단 시스템(S/W) 구현- 철도 배전선로 현장 유지보수 지원 시스템(S/W) 구현- 철도 배전선로 위험도/LCC 분석 시스템(S/W) 구현- 운영/유지보수 현황 및 데이터 분석- 운영/유지보수 현황 국내외 관련법 실태 분석- 현장 유지보수 공단 지원시스템 요구사항 분석 및 지원체계 마련- 철도 배전선로 부하 패턴 추가 조사 및 안전감지센서 적합성 검토- 철도 배전선로 데이터 취득 추가 지원(계속)- 철도 배전선로 현장 모듈별 테스트베드(운행선) 구축 지원
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- 철도 배전선로 고자기장·고전압 환경 저전력 무선통신 시뮬레이터 개발 및 모의실험- 배전선로 안전감시 센싱데이터 프로토콜 연계 모듈 개발- 안전감시 센싱데이터 트래픽 분석 모듈 개발- 철도 배전선로 환경 내 센싱데이터 수집 인터페이스 개발- 자가발전전원 연계 무선통신 송신모듈 설계- 네트워크 대역폭 기준 철도 센싱데이터 전송 기능 개발- 송신모듈 및 중계모듈 간 연계 인터페이스 설계- 무선통신 송신모듈 네트워크 구성·장애 기능 설계- 철도 배전선로 데이터 보안 시스템 설계 및 구현-안전감시 부분방전 센서 모듈 회로 설계 및 시제품 제작 - 부분방전 데이터 수집 보드 설계- 부분방전 데이터 수집 보드 시제품 제작 - 회로 상세설계 및 F/W 구현, 시제품 조립- 기능 및 단위 시험 -통합관리시스템 연동 데이터 규격 정의 및 구현- 송신모듈 연동 프로토콜 규격 정의- 내부 위치추정, 신호처리, 데이터전송, 통신프로토콜, 트래픽, 홉핑 알고리즘 구현- 접속개소,부스바 PD 검출 데이터 취득- 접속개소 전력(부하변동량), 환경(온도,습도,전류) 측정- 발전 성능 고도화를 위한 코어 최적화- 자가발전 코어 소음 저감 구조 연구- 코어 제작 공정 안정화 및 모듈화 연구- 케이블 부하 변동량에 따른 자가발전 코어 평가- 자가발전 코어-에너지 관리 유닛 모듈간 인터페이스 연구- 자가발전 코어의 코일 특성-회로 매칭 연구- 안전감시 센서 기능 모듈별 성능 영향 인자 특성 분석- 안전감시 센서 외부 인터페이스 정의- 안전감시 센서 Layout 설계- 부하 변동 대응을 위한 고효율 에너지관리 유닛 연구- 자가발전 성능 대응 에너지저장 유닛 설계 및 분석- 자가발전 구조 및 설치 안전성 연구-철도 배전선로 안전감시 센서 용품시험 요구사항 분석- 안전감시 센서·시스템 철도환경 적용 규격 사항 분석- 안전감시 센서 기계적 내구성(열화/충격/진동) 평가방법 설계- 안전감시 센서 기계적 내구성 (열화/충격/진동) 시험 프로세스 프로토콜 설계- 안전감시 센서 기계적 내구성(열화/충격/진동) 평가 시스템 구축- 중거리/장거리 무선통신 연계 기반 게이트웨이 모듈 설계- 중계모듈 및 게이트웨이 모듈 간 링크 기능 설계- 송신모듈/게이트웨이모듈 간 전송효율 향상을 위한 통신 기능 설계- 네트워크 계층구조 토폴로지 및 전송 맵 설계- 무선통신 보안 알고리즘 적용 네트워크 관리 모듈 설계- 센싱데이터 연계기반 송신모듈/게이트웨이모듈 통합 운영관리 설계- 중거리/장거리 무선통신 연계 기반 중계모듈 설계 - 송신모듈 및 중계모듈 단말 간 링크 기능 설계- 무선통신 망 연계를 위한 라우팅 기능 설계- 무선전송방식과 네트워크 구성 방식 적용의 안테나 특성 분석- 무선 주파수 및 채널 특성에 따른 안테나 기능 설계- 안전감시 센서 성능 검증용 배전케이블 환경 모사장치 구축 연구- 케이블 손상평가 모델 분류- 안전감시시스템 테스트베드 요구사항 도출- 안전감시시스템 테스트베드 설계 연구- 철도 배전선로 AI 기반 상태진단·평가 알고리즘 개발- 철도 배전선로 AI 기반 상태진단·평가 알고리즘 학습(1차) 및 검증- 철도 배전선로 위험원 평가 및 알고리즘 개발- 철도 배전선로 경제적 수명산출 알고리즘 설계 및 구현(코드)- 철도 배전선로 유지보수 측면에서의 LCC 산출 알고리즘 설계 및 구현(코딩)- (혼합) 정수계획 모형 실험 및 검증- 메타 휴리스틱 알고리즘 개발- 철도 배전선로 선형자산관리 현황·기술 조사 및 분석- 철도 배전선로 장애개소 확률 산출 알고리즘 개발- 철도 배전선로 장애개소 탐색 효율화 알고리즘 개발- 철도 배전선로 AI기반의 상태진단 시스템(S/W) 구현 및 테스트- 철도 배전선로 현장 유지보수 지원 시스템(S/W) 구현 및 테스트- 철도 배전선로 위험도/LCC 분석 시스템(S/W) 구현 및 테스트- 운영/유지보수 사례별 현황 데이터 분석 - 철도운영 국가별 운영/유지보수 현황 자료 검토 및 분석- 운영/유지보수 현황 국내？외 논문 및 관련법 검토 및 분석- RAFIS 요구사항 사례별 분석- RAFIS 신속한 지원체계 마련- 철도 배전선로 부하 패턴 추가 조사 및 분석- 철도 배전선로 안전감지센서 적합성 검토 및 분석- PD감지용 레퍼런스 데이터 취득 지원- 배전선로 주요 접속개소 전력환경 측정 지원- 철도 배전선로 현장 모듈별 테스트베드(운행선) 구축 지원
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
기술적 기대성과- 국가철도공단 철도산업정보센터, 코레일 KOVIS (철도시설물 유지보수 이력관리 시스템, 사고이력 시스템 등) 연계 안전정보를 지속적으로 수집, 분석 및 관리하는 모듈 기반 기술로 확대- 국민생활 및 산업에 직접 영향을 주는 서비스가 많아 시설관리체계에 IoT을 활용한 첨단기술 도입으로 기술 개발 선도, 성과 가시화 기대- IoT와 빅데이터, 인공지능, 4차 산업혁명 등이 최근 이슈와 함께 센서 시장은 급속한 성장세에 있으며, 새롭게 개발된 무전원·무선 센서의 활용 기대- 철도시설물 전력설비 배전선로의 지능형 통합 안전 및 유지보수 시스템 개발을 통한 선제적 유지보수 등 정확한 예지정비 기반 마련- 국내외 철도 및 전력분야의 이상감지 기술 확보를 통해 선진국 기술 종속화 탈피 및 관련 기술분야 선도 가능
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| 사회 경제적 파급효과 |
사회적 파급효과- 기존 철도시설에 대한 개량 수준의 안전성 확보* ’17년 철도 4700억원 예산 투입한 전기설비의 경우 개량화 실적이 노후와 속도를 따라 가지 못하는 것으로 나타남 (철도시설공단, 인천일보, 「4,700억 투입했지만 철도시설 노후화는 '계속' 진행형」 2017.10.22.)- 철도시설물 전력설비 장애 30% 저감을 통한 철도교통 안전 확보- 첨단기술과 연계된 철도시설 안전관리 기술을 통하여 국민이 안전한 사회를 구축- 철도 시설 안전 대비기술 확보로 피해 저감* 장애·사고 예방 및 신속한 대응이 가능해지고, 신속한 철도 인프라에 대한 통제와 해제로 시설물 피해 경감경제적 파급효과- 2017년 기준으로 철도 및 전력분야의 이상감지 시스템 구축비용을 검토해 보면, 약 200억원/년의 시장이 예상- 매년 470억원 시장 형성 및 기술개발 선점 효과 기대* 17년 기준 전기설비 개선을 위한 투입비용은 4700억원 (국정감사, 약 10% 예산 안전 자동화 감시구축비용 예측시)- 유지보수비용 600억원/년 기술개발 효과 기대 (한국철도공사, 2020, 인건비 포함)* 한국철도공사 유지보수 비용 약 6,000억원년 지출, 개발 기술 적용을 통해 10% 유지보수비용 절감- 해외 자가발전 무전원·무선 센서 모니터링 시장은 3.5조 시장으로 예측되며, 10% 시장 선점시 350억원 기술개발 효과 ((KT경영연구소, 2010, IDTechEX 2016)
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| 활용방안 |
- 철도시설에 시범 구축하여 시스템의 실용화 및 철도시설공단 개량사업을 통한 조기 사업화 : - 국가철도공단, 코레일 등 유관기관의 참여 및 시스템을 연계하여 기술개발 및 실용화에 적극적인 참여 활용계획 마련- 국가철도공단 “배전선로 단일화 22.9kV 승압 개량화 사업(‘24년 완료예정),” - 코레일 “철도전기설비 고도화 실행계획” 등 기술 반영 등 구체적 실용화 방안 마련- (’20년 케이블 자동화 감시 추진계획 기반영)- 첨단기술과 연계된 철도시설 안전관리 기술을 통하여 국민이 안전한 사회를 구축- 안전사고에 대한 철도시설물 및 이용자에 대한 조기경보 확대- 국가 자산순위(선진국, 후진국 등)와 상관없이 적용 가능한 철도시설 안전 대비기술 확보로 인명피해 저감- 안전사고 발생시 신속한 대응이 가능해지고, 신속한 철도 인프라에 대한 통제와 해제로 시설물 피해 및 인명 피해 경감- 기존 철도시설에 대한 개량 수준의 안전성 확보- 철도안전관리를 위하여 도입을 계획하고 있는 IoT 기반 지능형 철도시설관리체계 구축- 국가철도공단 승압 개량 사업에 시범 구축 적용을 통한 실용화 및 활용성 확대 (과업기간 3년 예상)- IoT와 빅데이터, 인공지능, 4차 산업혁명 등이 최근 이슈와 함께 센서시장은 급속한 성장세- 유관기관의 참여 및 시스템 연계하여 실용화 추진- 국가철도공단, 한국철도공사 “철도시설물 유지보수 이력관리시스템, 사고이력시스템”등 연계 안전정보를 지속적으로 수집·분석 및 관리하는 시스템 모듈 기반 기술로 확대 구현 추진- 국토교통부 `18~`22「중장기 철도시설 개량화투자계획」철도시설 안전·성능 고도화 대응 기술로 활용 추진- 국토교토부 IoT 등 최신기술 도입하여 철도시설의 성능을 고도화에 5년간 1조 4,554억원 투입 예정- 철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술 개발을 통한 고속선, 간선철도, 전국 지하철 등 도시철도까지 적용·활용 기대- 범부처 안전·재난협업모델로 정의하여 국민 안전대응체계 선진화 도모
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