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우주 행성 자원 탐사 및 국제 기술 동향 우주 행성 자원 탐사 및 국제 기술 동향 ▲ 유병현 미래스마트건설연구본부 전임연구원 들어가며 1960년대 우주시대가 열린 후 달 탐사가 60번 이루어졌는데 그중 여덟 번은 유인 우주탐사였다. 1969년 아폴로 11호 달 탐사는 인류 최초의 달 탐사였다. 아폴로 15호는 달 표면의 바위 샘플을 가지고와, 달이 지구와의 거대 충돌로 생겼다는 가설에 무게를 실어 주었다. 달 탐사를 통하여 지구 외 우주에 대한 이해의 폭을 넓혔고 그 이후 인류는 화성에 더 많은 관심을 가지게 되었다. 1997년 마크 패스파인더는 최초로 화성 표면에 이동식 로버를 내려놓았고 탐사선으로부터 보내온 사진은 대중의 관심을 불러 일으켜고 화성 탐사에 더욱 열중하게 만들었다. 그러나 화성탐사가 어려워지면서 인류는 다시 달 탐사에 관심을 보이기 시작했다. 우주 개발 경쟁에서 각국의 정부와 기업들이 달 탐사에 적극적인 것은 달이 단지 신비의 대상이 아니라 인류의 미래에 많은 연관이 있기 때문이다. 지구상의 자원은 한정되어 있어서, 그 씀씀이의 속도에 따라 차이는 있겠지만 점차 줄어들고 있는 것이 당연한 이치이다. 인류가 영원히 지구상의 자원만을 가지고 살 수 있을 것이라는 예측은 이미 사라진 지 오래다. 인류는 한편으로는 자원을 절약하는 방안을 강구하거나, 대체에너지, 대체물질 개발 등 다양한 해결책을 내놓고 있으며, 다른 한편으로는 지구 밖의 자원을 끌어들이는 방법도 고민하고 있다. 우주에 있는 천체들은 거리가 천문학적으로 떨어져있고, 운송수단도 일부 몇몇 국가들만 갖고 있을 뿐 아니라, 비용도 천문학적이어서 이를 활용한다는 것은 전에는 상상에 불과했다. 하지만 최근 들어서 우주에 있는 무한한 자원을 이용하려는 아이디어들이 나오고 있다. 행성 자원의 발견 행성 자원의 발견은 아폴로 귀환시료를 측정한 때부터라고 할 수있다. 지구로 가져온 암석들에서 헬륨-3를 발견하고 또 암석내의 헬륨-3 양을 조사하고, 달 착륙지별 자원을 산정한 것은 바로 이때부터 시작되었다. 미국의 경우 아폴로 프로그램에 따른 귀환시료 382kg은 달의 바다 및 고산지역에서 수집했으며(Lucey et al. 2006) , 러시아의 경우도 170.1g의 귀환시료를 분석하고(Wikipedia, 2017b) 달 표면의 토양과 암석에 대하여 이해할 수 있었다. 아폴로시대에 이루어졌던 자원의 발견 및 산정은 바로 헬륨-3의 분석과 달 표면에서의 분포도를 귀환시료를 대상으로 예상치를 산정하는 것이었으며, 이후 클레멘타인 미션에서는 달의 광물지도인 철, 티타늄을 얻는 것이 새로운 발견이었다. 또한 영구동토의 존재를 확인함으로써 물의 존재 가능성도 처음으로 제시할 수 있었다. 1998년에 발사된 루나 프로스펙터는 열외중성자에 의한 물 지도 및 자연방사성 원소인 토륨과 칼륨 지도를 작성하였다. 이러한 과거 미션들은 대부분 원격탐사에 의한 결과로 얻은 것이며, 달 표면에서의 자원의 이해를 얻는 지도를 작성해 내는 데 큰 역할을 하였다. 루나 프로스펙터와 가구야 미션의 감마선 분광기는 여러 주요 원소 지도를 제시할 수 있었고 가구야 미션의 감마선 분광기에서 처음으로 우라늄 지도를 생산하였다. 이러한 궤도선 원격탐사 이후 창어-3는 엑스선 분광기를 사용해 달 표면에서의 원소 분석을 할 수 있었지만 지속적인 측정은 로버생존이 어려워 불가능하였다. 이러한 인류의 달 자원 발견 및 분포를 산정하는 단계는 앞으로 달 표면 현지에서 확인하고 또 활용하기 위한 추출 실험으로 진화해 가고있다. 인류는 약 10년 후에는 달에서 생존할 영역에 정착하여 자원을 현지에서 활용하고 또 지구에서 필요한 헬륨-3와 같은 에너지 자원을 제공할 자원 채취 활동을 개시할 꿈을 꾸고 있는 현실에와 있다. 달 극지 자원 함량 미국의 LCROSS(Lunar Crater Observation andSensing Satellite)와 LRO(Lunar ReconnaissanceOrbiter)의 달 탐사는 2009년 6월에 발사되었으며, LCROSS의 남극분지 캐비우스(Cabeus)에 충돌한 결과로 얻어진 새로운 결과에 따라 향후 인류가 달 극지방의 자원 활용가능성을 새롭게 제시하였다. LCROSS는 달 표면에서 인류가 달 기지를 건설할때 필요한 물을 남극지역에서 발견했다고 발표했으며, LRO는 달 궤도를 고도 50km에서 돌며 달의 물을 포함한 자원탐사 및 달의 방사환경을 초점으로 인류의 달 기지 건설 초석을 다지게 되었다. LRO에 탑재된 Diviner 분광기의 결과는 달 표면의 영구동토에는 달 생성 후 수십억 년간 혜성이나 소행성에 의해 유입된 물을 포함한 휘발성 물질이나 희귀금속 등은 달 표면에 계속 충적된 것으로 추정되었고, 이러한 물질들이 달 표면에서 침식되는 정도는 1mm/10억년 정도인 것으로 밝혀져(Paige et al. 2010) 영구동토의 자원 활용 중요성을 제시하였다(Colaprete et al. 2010; Gladston et al. 2010). 이러한 새로운 결과는 미국 등 세계 주요 국가들이 화성 등 보다 먼 태양계 내의 행성으로 향한 인류의 장기적인 행성 탐사를 계획함에 있어서 중간기지로서의 달 기지 건설 및 자원 활용에 대한 계획도 중요하게 다루는 계기를 가지게 하였다. LRO/LCROSS 달 탐사 결과, 달의 영구 동토 지역인 남극 지역에는 여러 휘발성 물질들의 함유량을 확인하였고, 금, 은, 수은 등 희귀 금속의 함량이 높음을 확인하였으며 이는 달 외부에서 유입된 것으로 추정하고 있다(Gladstone, et al. 2010). 행성 자원 발굴을 위한 시추 최근 달 등 우주 행성에서 물이 얼음 형태로 존재한다는 사실이 밝혀지며, NASA와 중국우주기술연구원(CAST, The China Academy of Space Technology)을 중심으로 우주 자원 탐사 프로젝트가 활발히 진행되고 있다. 나아가 유럽우주국(ESA, European Space Agency)은 달 기지(Moon Village) 건설을 공표하고 핵심기술 개발에 필요한 국제협력을 선도하고 있다. 2018년 하와이대학교팀은 달의 남북극 ‘영구 음영 지역’에서 얼음흔적을 발견한 바 있다. 오래전부터 달에 물이나 얼음이 존재했을것으로 추측됐지만 결정적 증거를 제시한 것은 하와이대학교팀이 처음이다. 이전에는 물 성분의 존재를 확인했지만 물의 분자(H2O) 형태가 확인된 것은 처음이다. 달 탐사 과정에서 활용 가능한 물의 존재 여부가 확실해지면서 각국이 준비 중인 달 탐사 또한 탄력을 받을 수 있었다. 달 표면에서는 얼음이나 액체 상태의 물이 존재할 수 없다. 햇볕에 노출되면 온도가 130℃ 이상으로 상승하여 수증기로 증발하기 때문이다. 달 남극의 표면 충돌구에 햇빛이 전혀 들지 않는 영구음영지역은 온도가 항상 영하 180℃ 이하로 유지되어 얼음이 존재할 것으로 추정되었다. 때문에 과학자들은 이 지역에 물이 존재할 것으로 추정해 왔다. NASA는 2009년 엘크로스(LCROSS) 탐사선을 달 남극에 충돌시켜 물 성분이 존재하는 것을 확인하였다. 하지만 이것이 실제 물인지, 아니면 다른 물질인지는 명확하지 않다( Li S, Lucey PG, Milliken RE et al. 2018). 물은 적외선을 이용해 검출할 수 있는데 지금까지는 3㎛ 파장대만 써 왔다. 이 파장에서는 물 분자와 광물에 결합한 하이드록시기(-OH)를 명확히 구분할수 없었다. 수소와 산소가 존재하지만, 물이 아니라 광물에 붙어있는 성분이라면, 이를 이용하기 위해 다른 추가적인 작업이 필요하게 된다. 현재까지 달 남극 지역에는 물 분자 형태의 물이 약 100~400PPM 농도로 존재한다고 추정되고 있다. 물 존재 여부는 주변 지형에 따라 달라지며 전 지역에 나타나는 현상은 아니라고 분석했다. 이러한 물은 유리화된 토양이나 자갈들 사이에 존재해 달의 척박한 환경에서도 남아있는 것으로 추정됐다. 또한, 달의 북극과 남극에는 물이 얼음 형태로 남아있을 수 있는 장소도 다수인 것으로 분석됐다. 폴 하이네 미국 콜로라도대 대기 및 우주물리학연구소 교수팀은 달의 북극과 남극에 얼음 저수지 역할을 할 수 있는 ‘영구음영지대’가 축구장 면적의 6배 정도인 약 4만m2라고 같은 날 네이처 천문학에 발표했다(P. Hayne, O. Aharonson, N. Schörghofer. 2020). 달 남극에 물이 있다는 것이 명확해지면서 각국의 달 남극 탐사도 경쟁적으로 추진되고 있다. 달의 남극은 적도에 비해 표면이 고르지 못하고 통신이 어려워 탐사가 어렵다. 하지만 생명체에 필요하고 탐사에도 활용할 수 있는 물의 존재 때문에 각국은 달 남극을 탐사 목표로 지정해 왔다. 미국은 2024년까지 달에 유인 우주선을 보내는 ‘아르테미스 계획’을 발표하고 달의 남극을 착륙점으로 지정했다. 중국도 2024년 달 탐사선 ‘창어 7호’를 계획하고 있다. NASA와 CAST는 우주 자원 탐사 프로젝트를 통해 외계 행성의 토양샘플을 지구에 가져올 예정이다. 이를 위해서는 극한의 우주환경에서 안정적으로 운용되는 시추장비 개발이 필요하다. 시추장비는 행성 지표 시료뿐만 아니라 시추 과정에서 지중 시료 채취가 가능한 장비로 우주의 극한환경에서 저전력 및 고효율로 무인 구동이 가능하고 지구에서 우주 행성으로 운송을 고려한 초경량, 소형형태로 개발되어야 한다. 카지노 게임 사이트에서는 이러한 국제 우주미션 동향을 반영하여 우주 자원 탐사 시추장비를 개발 중이며, 시추장비의 시추정보를이용하여 파괴에 저항하는 지반의 일축압축강도를 직접 추정할 수 있는 평가 기법을 개발하고자 한다. 따라서, 기초 연구의 성격으로 실내실험을 통해 시추장비의 성능 검증, 비트 개발, 평가 기법 도출로 이어지는 일련의 과정을 소개하고자 한다. 행성 지반 조사 기술 동향 NASA는 1971년 아폴로 15호를 통해 유인 달 착륙을 하고, 최초로 달표면 시추 작업에 성공하였다. 이때 사용된 시추장비는 ALSD(The Apollo Lunar Surface Drill)로 명명되었는데, 아폴로 15호 승무원들에 의해 시추작업이 수행된 배터리 구동 형태의 휴대용 드릴 공구였다.이후 40여 년간 시추장비 연구개발을 통해 NASA의 시추장비는 비약적으로 발전하게 되는데, 대표적인 시추장비로는 허니비 로보틱스社(Honeybee Robotics, Ltd)를 통해 개발된 아이스브레이커 드릴(The Icebreaker Drill)을 들 수 있다. 이 시추장비는 화성의 얼음이 풍부한 지역에서 생명체 징후를 찾기 위한 목적으로 개발된 장비이다. 해당 장비는 화성의 극한 환경 및 열악한 시추작업 조건인 지구 중력대비 낮은 중력, 낮은 대기압력, 유한한 전기에너지, 절삭유 사용이 힘든 환경 등을 고려하여, 100W동력 및 100N 이하의 추진력으로 1시간 내 1m 깊이 시추를 달성해야 한다는 성능 목표를 설정하고 화성 유사 환경의 진공챔버실험을 통해 성능 목표를 달성하였다. 아이스브레이커 드릴은 기구적으로 암(Deployment Arm), Z축 직선 이송 스테이지(Z-stage), 회전 타격식 드릴 구동부(Rotarypercussive Drill Head), 오거(Auger), 드릴 비트(Drill Bit), 샘플 추출 장치(Sampling System)로 구성되어 있다. 암은 Z축 직선 이송 스테이지를 시추 지점으로 이동시켜주는 3자유도 외팔보 형태이며, Z축 직선이송 스테이지는 직선 이송레일, 직선 이송 테이블 및 풀리(Pulleys), 케이블로 구성되어 있으며 오거와 드릴 비트를 시추 방향으로 직선이송하는 장치이다. 회전 타격식 드릴 구동부는 오거 드릴 비트를 회전 타격하여 시추작업에 필요한 토크, 추진력을 제공하는 기능을 하며, 오거는 절삭물 수송 및 샘플채취 기능을 구현한다. 드릴 비트는 오거 끝단에 설치된 커터(Cutter)인데, 아이스브레이커 드릴 비트에는 온도센서 및 전기 전도율 센서가 내장되어 있어서 시추 작업 시 드릴 비트 주변의 시추 환경 온도와 절삭물의 물리적 상태를 실시간으로 모니터링 한다. 샘플 추출 장치는 오거 홈에 부착된 절삭물을 추출하는 장치로 구성되어 있다. 중국우주기술연구원(CAST)은 2013년 달탐사 위성 창어 3호를 통해 세계 세 번째로 달 착륙에 성공한 이후, 2020년 달에서 샘플을 채취해 귀환하는 무인 탐사선 창어(嫦娥) 5호를 발사하였다. 창어 5호는 중국 하이난성 원창(文昌) 우주발사장에서 발사됐으며, 달 북서부 평원지대인 ‘폭풍우의 바다’에 착륙해 토양·암석 샘플 약 2kg을 채취했다. 달 표면에서 재이륙해 귀환길에 올랐고, 중국국가항천국(CNSA)은 2020년 12월 무인 달 탐사선 창어(嫦娥) 5호가 달에서 채취한 토양을 담은 캡슐이 내몽골에 착륙했다고 밝혔다. 이로써 중국은 미국과 소련에 이어 달 토양을 지구로 가져온 세번째 국가가 됐다. 창어 5호는 지난 1976년 소련의 무인 달 탐사선 루나 24호 이후 44년 만에 달 토양을 지구로 보내는 데 성공했다. 중국의 달 시추 연구는 Zhang Tao et al., (2016)에 의하여 2016년부터 시추 테스트베드(Drilling Test-bed)를 제작하여 달 자원 탐사에 적용할 시추장비 실험을 진행하였다. 기구적으로 크게 보디 프레임(Body Frame), 회전장치(Rotary Mechanism), 시추장치(Penetrating Mechanism), 엔코더(Encoders) 등으로 구성되어 있다. 보디 프레임은 회전장치 및 시추장치를 지지하는 구조물이며, 회전장치는 드릴툴(Drill Tool)을 회전하는 장치이고, 시추장치는 드릴 툴을 달 표면에서 시추와 월면토를 샘플링하는 장치이다. 엔코더는 2개로 구성되어 있으며 각각 회전 장치의 회전속도와 시추 장치의 시추 속도를 측정하는 기능을 한다. KICT 우주 행성 시추 장비 개발 현황 세계 우주 강국들은 우주 환경에서 가용할 시추장비를 개발하여 자원탐사에 열띤 경쟁을 하고 있다. 이에 카지노 게임 사이트에서는 2016년부터 후발 주자로 우주 자원탐사 시추장비 개발을 시작하였다. 현재 시추장비 시작품을 제작하여 다양한 극한 환경 성능 테스트를 수행하고 있다. 본 장비는 기구적으로 크게 보디프레임(Body Frame), 구동체, 회전체로 구성되어 있다. 보디프레임은 드릴의 수직도 유지 및 구동체와 회전체를 지지한다. 구동체는 수직 이송이 가능한 수직모터와 속도 조절용 기어박스로 구성되며, 회전체는 비트-오거 회전 모터, 비트-오거 연결부, 회전속도 제어용 기어박스로 구성되어 있다. 오거는 절삭물 수송 및 샘플채취 기능을 구현하고 비트는 오거 끝단에 설치된 커터(Cutter)를 의미한다. 본 시추장비의 특징은 반력과 토크를 동시에 측정 가능한 통합형 로드셀을 적용하였으며, 시추속도는 드릴링 장비의 수직이송 및 수직도를 유지하기 위해 부착된 Timing Belt를 따라 움직이기 때문에 수직모터의 회전수로 추정이 가능하다. 오거의 회전을 위한 48.6W 출력의 정밀제어가 가능한 엔코더 결합형 유성감속 DC 인덕션 모터(induction motor)가 장착되어 있으며, 감속기어비는 1:230이다. 모터의 출력축은 감속기어, 구동 샤프트(shaft), 토크 미터(torque meter), 드릴비트 클램프, 드릴 비트의 순으로 연결되어지며, 모터의 구동력은 최하단의 드릴 비트를 회전시켜 공시체의 중심부를 절삭 파괴하는데 이용된다. 모터는 24V의 전원, 2,850A(ampere)의 정격 전류, 3,550RPM의 정격 회전수로 구동되어지며, 정격 부하에서 일정한 속도로 회전하며 시추 작업을 수행한다. 미래스마트건설연구본부 게시일2021-12-30 조회수 1340
지능형 가상 지반데이터 및 다짐 관리 기술을 적용한 스마트 토공 플랫폼 개발 지능형 가상 지반데이터 및 다짐 관리 기술을 적용한 스마트 토공 플랫폼 개발 ▲ 최창호 미래융합연구본부 연구위원 들어가며 도로, 철도, 지하라이프라인 등의 시설물의 설계, 시공, 유지관리 단계에서 구조물의 상태 정보를 수집·분석하여 인프라가 지능화되고 건설공정이 자동화되는 4차 산업혁명이 건설산업에서도 진행되고 있다. 4차 산업혁명은 「초연결·지능화 혁명」으로 정의될 수 있으며, ICBM(IoT, Cloud, Big Data, Mobile)은 이를 뒷받침하는 핵심 요소기술이다. 특히, 국내 이동통신사를 중심으로 기술 상용화가 이루어진 5G 통신 기술은 교통·주거·도시 인프라의 초연결·지능화를 가능케 하고 있다. 건설산업 분야도 「초연결·지능화 혁명」이라는 기술 패러다임 변화에 발맞추어 기술 혁신을 수행하고자 정부는 ‘Smart Construction 2025’를 비전으로 설정하였고, ‘스마트 건설기술 로드맵(2018)’을 발표하여 첨단기술을 기반으로 건설산업의 새로운 도약기회를 마련하고자 하는 정책을 추진하고 있다. 본 연구는 이러한 건설산업에 불어오는 스마트기술 도입 및 개발의 일환으로 다양한 인프라 구조물 중에서 도로건설에 초점을 맞추어 수행하였다. 도로구조물 건설공사에서 토공사 비중은 20~30%로 높은 비율이며, 토공사 과정 중에 시공 품질 확인을 위한 불필요한 반복 작업으로 인해 생산성이 저하되고 있다. 스마트 기술을 활용하여 토공사의 생산성을 향상시키기 위한 가상의 지층·지반 정보 예측과 실시간으로 공사의 품질을 관리할 수 있는 스마트 토공시스템 프로토타입을 개발하였다(카지노 게임 사이트 2020). 스마트 토공 시스템 개발의 핵심 기술 도로 토공 공사의 경우 반복적인 공정으로 수행되므로 대표적으로 스마트 건설기술이 적용될 수 있는 분야이다. 이와 연계되는 기술적 과제는 측량·설계·시공·검사의 건설 단계에서 인력 측량에 의한 3차원 공사 현장과 2차원 설계도면의 정보 괴리를 해결하고, 반복되는 시공 및 검측 과정의 비효율성 문제를 해결하며, 인력에 의한 품질 확인 등으로 인하여 과도한 작업 시간 및 장비 소요의 급증 문제를 해결하는 것이다. 이를 위해서는 토공 구조물의 기하구조와 공사중에 발생하는 건설정보를 종합적으로 관리하기 위한 디지털 플랫폼과 지반의 속성정보를 보다 정확히 예측하고, 공정별 품질을 자동화된 방법으로 모니터링할 수 있는 기술개발이 필요하다. 본 연구에서는 토공 프로젝트에서 지층 조건 분석, BIM, Big Data, 스마트 센싱 기술 등을 융합하는 기술을 개발하였다. 토공 자동화 관리를 위하여 스마트 토공 플랫폼의 요구사항 정의, 아키텍쳐 설계, 플랫폼 prototype 개발, 지층 층상정보 예측기술, 토공 품질관리 기술등 스마트 토공 플랫폼을 단계적으로 개발하였다. 그림 1은 본 연구의 목표를 달성하기 위한 핵심기술들을 요약하여 보여주며, 토공 작업 전주기 동안의 지능화를 달성하기 위하여 아래의 3개 핵심요소 기술을 개발하였고 3개 기술별 정의는 표 1에 제시되었다. 그림 2는 전주기 관리 플랫폼이 부재하는 경험적 설계/시공 프로세스와 지능형 플랫폼 기반 설계·시공 프로세스에 해당하는 토공분야의 핵심 구성 기술을 상호 비교한다. 각각 측량설계, 지반속성, 성토다짐 관리에 대한 항목으로서, 본 연구를 통해 첨단 ICT 기술을 이용하여 토공의 측량-설계-시공-검사 전주기에 걸친 자동화의 핵심기술을 개발하였다. 신경망 센서로 많은 위치에서 구조물의 변형률을 계측하기 위해서는 광섬유 기반 분포형 계측 기술이 필요하다. 그동안 개발된 분포형 계측 기술은 계측 간격, 계측 정확도, 계측 시간 등에서 콘크리트 구조물의 모니터링 용으로 적합하지 않다. 본 연구에서는 전문 기관과의 협업을 통해 이러한 문제점들을 해결하는 분포형 계측기를 개발하였고, 다양한 실험을 통해 성능을 검증하였다. 그러나 개발된 분포형 계측기는 동적 계측이 쉽지 않은 문제점이 있어 이를 해결하기 위해 준분포형 동적 계측기에 대해서도 연구하였으며, 개발된 시제품에 대한 다양한 검증을 통해 적용 가능성을 확인하였다(그림 2) BIM 기반의 스마트 토공 플랫폼 스마트 건설기술을 활용한 토공 전주기(조사/설계/시공/검사)를 관리할 수 있는 스마트 토공 플랫폼을 개발하였다. 그림 3은 플랫폼 아키텍쳐의 기본 개념을 보여주고 있다. 스마트 토공 플랫폼은 크게 ‘지형 및 지반 BIM 생성 시스템’, ‘지반 속성 예측 시스템’, ‘다짐 시공 가시화 시스템’ 으로 구성되며, 각 프로그램에 입출력되는 데이터 및 결과물이 프로세스 전 단계에서 통합되도록 플랫폼을 개발하였다. 다짐 관리 프로그램에서는 도로 토공 현장을 대상으로 다짐 시공 및 관리정보를 입력받아 날짜와 지반 층별로 장비의 이동경로, 다짐 횟수, 다짐 속도, CMV(Compaction Meter Value, 다짐품질 정보) 등을 가시화하고 각 결과를 그래프로 도식화하여, 사용자가 손쉽게 정보를 확인하고 관리할 수 있는 기능을 가지고 있다. 3개 주요 서브 모듈의 기능은 아래와 같다. 지반 속성정보 예측 정확도 향상 기술 지형 및 지반 정보를 정확히 예측하는 것은 토공사를 설계하고 수행하는데 있어 가장 기초적인 작업이다. 본 연구에서는 토공사 현장에서 보다 정확한 토공량 예측 및 관리를 수행하기 위해, 3차원 영상,빅 데이터 및 인공지능을 활용해 지형 및 지반정보를 신뢰성 있게 예측하는 기법을 개발했다. 우선, UAV(Unmanned Aerial Vehicle)를 통해 취득된 영상을 정합해 고정밀 건설지형도를 제작하고, 표준화 된 시추조사 자료를 인공지능 학습 DB로 활용해 미시추 구간의 지반정보 예측을 위한 인공신경망 모델을 제시하였다. 개발된 지형 및 지반정보 예측기술을 통해 토공사 현장에서 보다 정확한 토공량 예측 및 관리가 가능하며, 예측된 정보는 스마트 토공 플랫폼의 3차원 기본맵을 구성하는 데 활용될 수 있다. 본 연구의 인공신경망 기반 지반 속성정보 예측 모델 개발 및 적용 과정은 그림 4와 같다. 우선 국토지반정보 통합 DB센터의 시추공 정보를 표준화해 인공지능 학습 DB를 생성했다. 이후 시추공의 x, y, z좌표 및 층상정보(매립토층, 퇴적층, 풍화토층. 풍화암층, 암층)를 각각 독립변수 및 종속변수로 설정하고 다중 계층 신경망 모델을 학습시켜 지반 속성정보 예측 모델을 개발했다. 예측 과정을 자동화하고 실무자가 쉽게 활용할 수 있도록 예측 기법을 자동화한 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램에 토공사 현장에서 취득한 실제 시추공 자료를 입력하면, 입력된 현장의 정보들이 인공신경망을 통해 학습되고, 미시추구간의 정보를 예측해 3차원 지반 층상정보를 제공한다. 지능형 성토-다짐관리 기술 도로 건설 공정 중 성토 작업 시에 지반이 일정 크기 이상의 강도를 가지기 위한 다짐 작업이 진행되며, 다짐 작업 후에 품질검사를 하는 것이 필수적이다. 현재 롤러 이동에 따른 대상 성토체의 다짐 횟수는 롤러 작업자의 기억력에 의존하므로 정량적인 다짐 장비의 이동 횟수를 파악하기 어려운 실정이다. 또한 일정한 규격으로 다짐 작업이 이뤄지지 않아 과다짐과 과소다짐이 발생하여 도로 품질저하 현상이 발생하고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 위치기반의 정확한 다짐 장비 패턴분석 및 지반 응답 특성 분석을 통한 지능형 품질관리 시스템 연구를 수행하였다. 연구 내용으로는 GPS 기반 다짐 장비의 위치 정보를 실시간으로 활용하여 장비 이동패턴을 분석하고, 롤러의 진동원에 의한 가속도를 측정하여 FFT 변환을 통한 진폭과 주파수를 산정하고, CMV분석을 거처 지반 다짐도를 간접적으로 분석하였다. 분석한 결과를 활용하여 다짐도를 가시화할 수 있는 시스템을 개발하고, 이를 고속도로 건설 토공사 현장에 시험 적용하였으며, 계측된 위치 및 다짐도 품질 데이터를 실시간으로 토공 플랫폼에 제공하였다. 그림 5는 다짐 관리 데이터와 장비 라이브러리를 다짐 관리 시뮬레이션 모듈에서 연동 및 계산하는 프로세스를 보여준다. GPS 데이터에 따라 장비의 이동에 따른 다짐 경로 및 지역, 횟수 등을 확인하여 가상시뮬레이션을 수행할 수 있고, 시간, 장비 속도, 위치, CMV 값을 통한 다짐도 등의 데이터를 분석하고 다짐 관리 데이터의 통계 자료를 파악할 수 있도록 구성되어 있다. 현장 시험 적용 사례 본 연구에서 개발한 스마트 토공 플랫폼을 고속도로 건설 토공사 현장에 시험 적용하였다. 그림 6은 지형 및 지반 BIM 구축 모듈을 적용하여 생성된 해당 현장의 BIM 모델을 보여준다. Drone으로 측정된 데이터를 바탕으로 지형 모델을 생성하고, 지반 정보가 담긴 지반 시추공 데이터를 바탕으로 지반 모델을 생성하였다. 플랫폼 내에서 선택버튼을 통해 지형뿐만 아니라 지반을 구성하고 있는 토사, 풍화암, 기반암을 3차원 정보로 각각 확인할 수 있다. 그림 7은 실제 고속도로 건설 현장에 적용한 지능형 가상 지반데이터 및 다짐 관리 기술을 적용한 스마트 토공 시스템을 보여준다. 롤러의 이동 및 지반반력 계측 정보를 바탕으로 해당 성토층에서의 다짐도 품질관리 결과를 확인할 수 있으며, 모델위에 표기된 컨투어는 롤러 장비의 이동에 따라 계측된 CMV 다짐도 값의 예를 보여주고 있다. 맺음말 본 연구에서는 스마트 기술을 융합하여 토공 공정 단계별 지능화로 토공 생산성을 향상할 수 있는 방안 및 기술을 개발하였다. 건설 공사의 일반적인 절차인 측량⇒설계·계획⇒시공⇒품질검사 등의 전주기적인 스마트 토공 프로세스 구현을 위한 기술수요를 바탕으로, ①BIM 기반의 스마트 토공 플랫폼, ② 지반 속성정보 예측 정확도 향상 기술, ③ 지능형 성토-다짐관리 기술에 초점을 맞추어 요소기술을 개발하였다. 연구를 통해 스마트 토공 플랫폼 설계, 데이터 기반의 지반 층상정보 예측을 위한 지반조사 자료 분석 및 체계 구축, 지능형 성토-다짐관리 프로세스 설계와 토공 플랫폼의 프로토타입 개발 연구를 완료하였다. 또한 실제 고속도로 건설 현장을 플랫폼 내에서 지형·지층 모델로 구현하고 실시간으로 성토 다짐품질을 관리하는 기술을 시험 적용하였다. 본 연구를 통해 도로건설 토공사현장에서 품질 데이터 및 데이터 플랫폼의 활용방안을 제시하였고, 성토체의 다짐 품질 분석을 위해 위치정보 및 지반 응답 분석 결과를 분석하고 가시화하는 절차를 제시하였다. 미래스마트건설연구본부 게시일2021-05-27 조회수 2673
VR/AR 기반 스마트건설 시뮬레이션 기술 VR/AR 기반 스마트건설 시뮬레이션 기술 ▲ 서명배 미래융합연구본부 수석연구원 건설과 가상현실 기술 만남 국토교통부는 ’18년에 건설분야 경쟁력 향상과 안전성 제고를 위해 4차 산업혁명에서 취급하고 있는 최신 ICT 기술을 건설분야에 접목해서 생산성을 높일 수 있는 「스마트건설기술로드맵」을 발표하였다. 이는 최근 건설현장의 고령화, 근로시간 단축, 숙련 인력의 급격한 감소 등에 따른 대응전략 마련이 절실함에 따라 첨단 ICT 기술을 건설분야에 접목하여 건설 혁신 성장에 투자하면서 미래시장을 선점하고자 하는 정부의 의지가 포함되어 있다. 스마트 건설기술이란 건설에 3D 모델링 기술인 BIM(Building Information Modeling), 드론, 로봇 , IoT, 빅데이터, AI, VR/AR, Mobile 등을 융합하는 기술로 건설 전 단계에 걸쳐 스마트 건설기술을 적용하는 것을 말한다(그림1). 설계 패러다임 변화 2D설계 단계별 분절 3D설계 전단계 융합 적용기술 Lidar, Camera활용 건설부지 정보 수집 Big Data활용 시설물 계획 VR 기반 대안검토 BIM기반 설계자동화 시공 패러다임 변화 현장생산 인력의존 모듈화,제조업화 자동차,현장관제 적용기술 Drone을 활용한 현장 모니터링 Big Data활용 시설물 계획 장비자동화 및 로봇 시공 3D 프린터를 활용한 급속시공 유지관리 패러다임 변화 정보단절 현장방문 주관적 정보피드백 원격제어 과학적 적용기술 센서활용 예방적 유지관리 Drone을 활용한 시설물 모니터링 AI기반 시설물 운영 이와 관련하여 약 20년 전부터 건설분야에서는 고성능 재료 개발 및 적용이 증가하고 있으며 최근에는 탄소섬유가 철근 또는 철근망을 대체하는 소재로 활용되고 있다. 탄소섬유는 굵기는 머리카락의 약 1/10 정도이나 철보다 인장강도가 10배 이상 강한 소재이다. 건설재료로 탄소섬유의 가장 큰 장점은 녹슬지 않는다는 것이다. 이러한 탄소섬유 필라멘트를 1만 개에서 5만 개까지 모아서 직경이 2~5mm가 되는 다발로 만들고 이 다발로 간격이 2~4cm의 격자모양을 갖는 텍스타일 그리드 보강재를 제작할 수 있다. 텍스타일 그리드는 콘크리트나 모르타르의 보강재로 사용할 수 있고 모르타르를 결합재로 사용하는 경우 텍스타일 보강 모르타르(Textile Reinforced Mortar, TRM)라고 한다(그림 1). TRM 설계 및 시공 시 텍스타일 그리드의 비부식성으로 인하여 내구성 확보를 위한 피복두께가 필요 없기 때문에 구조물을 아주 얇게 시공할 수 있는 장점이 있다. 건설분야의 경우 3차원 정보모델인 BIM(Building Information Modeling) 활용이 의무화 되는 추세이며 이를 기반으로 VR/AR/MR 기술 및 첨단 센싱장비 등이 결합된 새로운 시장의 요구가 증가하고 있다. GS건설의 경우 2016년에 BIM 기반의 현장 장비 시뮬레이션을 활용한 최적의 공법을 제시해 전 세계 선진 건설사를 제치고 1조 7천역 규모의‘싱가포르 차량기지 프로젝트’를 단독 수주하는 성과를 거둔 바 있다. 가상건설 시뮬레이션 기술은 발주자, 시공사, 설계사, 민원인 등 다수의 이해당사자간 설계 성과품 검토, 시공성 검토, 유지관리에 활용 가능하여 기존 건설 프로세스 혁신 가능성이 높으며, 스마트시티와 연계하여 디지털 트윈(Digital Twin) 기반기술로 활용이 가능하다. 또한 가상현실 기술을 단순히 시각적으로 활용하는 것이 아닌 사용자 경험 및 체험기반의 기술로 발전시키고 이를 근간으로 법률검토, 안전검토, 설계인증, 가상건설 등에 활용 가능성이 매우 높다. 가상건설 기술의 궁극적인 목적은 프로세스 혁신을 기반으로 건설산업의 생산성 및 품질향상을 가능하게 하고 다양한 시뮬레이션 및 의사결정을 통해 건설산업의 기반기술을 지원하는 것이다. 국내외에서는 어떻게 활용되고 있으며 기술의 현 주소는 실제로 가상현실(VR, Virtual Reality) 기술은 설계단계, 증강현실(AR, Augmented Reality)과 혼합현실(MR, Mixed Reality) 기술은 시공 및 유지관리 단계에서 활용가능성이 높다. 미국 AECOM, 미국 Marquette 대학 등에서는 건축물설계, 도시설계, 도로설계 등에서 VR 기술을 활용한 의사결정에 활용하고 있으며, 핀란드 VTT, 미국의 Bently 등에서는 시공/유지관리 분야에서 AR 기술을 주로 활용하고 있으며 그 외에도 일본을 중심으로 VR 기반 재난/재해 시뮬레이션, 민간기업을 중심으로 AR, MR을 활용한 교육 및 협업분야에 활용되고 있는 것으로 조사되었다(그림2). 기획/설계 도시설계(핀란드, VTT) 설계 검토(미국, AECOM) 극지 시공성 검토(미국, Maquette Univ.) 시공/유지관리 현장공정관리(핀란드, VTT) 지하상수도 고나리(한국, (주)태후) 가상건설 시공 시뮬레이션(한국, (주)태성에스엔아이) 재난/재해 쓰나미 시뮬레이션(일본, 도쿄중앙대) 화산재 시뮬레이션(일본, 고베대) 지진 시뮬레이션(일본, 고베대) 교육 및 협업 원격 프로젝트 협업기술(미국, CDM Smith) 현장 교육 기술(미국, GE) 사전시공 교육(영국, Baibur Beaty) 가상현실 기술, 건설 분야 활용이 더딘 이유와 해결 방법은? 국내의 경우 가상현실 기술을 건설분야에 접목하기 위한 다양한 사례가 있으나 발주처 의사결정 지원, 프로젝트 수주, 대형 건설사들이 홍보 및 분양을 위해 사이버 모델하우스에서 주로 활용하는 등 업무에 제대로 적용되는 사례는 많지 않다. 최근 BIM이 활성화 되면서 BIM 모델링 저작도구와 호환되는 VR도구를 활용해 단순한 설계검토를 하는 사례는 증가하고 있으나 이마저도 프로토타입 수준이다. 본 연구진은 2016년 국내 최초로 카지노 게임 사이트에 구축된 3면기반 대형 가상실증실험실을 활용하여 다양한 가상건설 시뮬레이션 실험을 진행하던 중 실제로 건설분야에서 사용되는 3D 도면인 BIM도면을 가상현실 환경 투사시 다양한 시뮬레이션을 위한 추가 작업에 많은 시간이 소요되고 도면의 재활용도 어렵다는 사실을 알게 되었다. 결국 가상현실 기술을 건설에 접목시 큰 효과가 있음에도 좋은 품질의 가상현실 콘텐츠를 제작하기 위해서는 많은 인력과 시간이 소요되고 이에 따른 경제성이 확보되지 못해 시장이 활성화되고 있지 못하고 있는 것이다. 이에 본 연구진은 건설 분야 3D 모델인 BIM을 근간으로 가상현실 시뮬레이션 변환시 동일한 품질을 유지하되 기존보다 시뮬레이션 만드는 시간을 단축하여 비용을 절감하고 단순히 설계검토, 간섭체크, 시공검토가 아닌 건설분야에 가상현실 기술을 활용시 최적의 효과가 있는 최적의 활용사례(Best Practice) 시뮬레이션을 개발하고 현장 적용을 통해 효과를 검증할 경우 새로운 시장개척이 가능하다는 판단을 하게 되었으며 이러한 부분을 해결하기 위해 관련 연구를 진행하였다(그림3). 그림3 기존 기술 한계 및 가상건설 기술 활성화 전략 기존사례의 경제성, 시장성 분석 건설+VR 접목에 대한 사례는 많으나 특정 수요자 기반이며 퀄리티가 낮음 3D 콘텐츠를 제작하고 VR/AR환경에 접목하기 위한 경제성, 시장성 기대불만 건설+가상현실 적용분야 검토 가상현실 기술을 활용하여 건설 시공상의 불확실성이나 리스크 사전 예방 및 제거 기획/설계 분야는 VR기술, 시공/유지관리/교육분야는 AR기술이 활용가능성 높음 BM 데이터와 연계하여 VR/AR 시뮬레이션시 콘텐츠 제작에 필요한 인력 및 비용을 줄일 수 있다면 경제성, 시장성이 높을것으로 기대 가상건설 기술을 활성화하기 위한 최고의 전략은? BM to VR/AR 생산성 및 경제성 향상을 위한 핵심 기술 및 플랫폼 개발 기존 기술 단순 모사가 아닌 VR/AR 기술을 활용했을 때 효과가 극대화 될 수 있는 분야 발굴 및 실효성 검증을 통한 신시장 개척(Uhreel ↔ Real 상호보완 : Digital Twin기반 기술) BM to VR/AR을 위한 제작 가이드, 발주 가이드 및 활용가이드 제작 그림 4 Auto Material 기능 적용 전과 후 (a) 재질 매핑 전 (a) 재질 자동화 매핑 후 가상건설 활성화 첫 단추, 가상현실 콘텐츠 제작 생산성 향상 BIM 모델을 활용하여 가상현실 콘텐츠를 제작함에 있어 고품질이 아닌 단순히 모니터에서 평면 기반 VR 기술로 사용하고자 하면 지금도 간단한 도구를 쓰면 활용 가능하다. 하지만 기술의 발전으로 사용자의 눈높이가 높아지고 머리에 착용하는 VR 안경(HMD, Head Mounted Display)을 활용해 몰입감이 높은 실제와 같은 시뮬레이션 구현을 위해서는 많은 인력과 시간 투입이 필요하다. 실제로 200메가 규모의 플랜트 시설을 기반으로 어지러움을 느끼지 않는 최소의 기준 120FPS(Frame Per Rate)를 충족하는 컨텐츠를 제작하기 위해서 초벌데이터 분석, 데이터 경량화, 오브젝트 최적화까지 약 3개월의 시간이 필요함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 고품질의 BIM 데이터를 가상현실 환경에서 구현하는데 있어서 시간과 비용을 줄이기 위해 기존의 BIM 데이터를 VR로 변환하는 시간(BIM to VR)을 줄이기 위해 물리적인 데이터 양을 줄이는 경량화와 불필요한 BIM 속성을 자동으로 제거하는 속성 경량화 알고리즘을 개발하였으며, 아무것도 입혀지지 않은 빈 3D 모델을 근간으로 고품질의 콘텐츠 제작을 위해 BIM 모델 속성을 추출해서 건설분야에 가장 많이 활용되는 텍스쳐(재질)를 자동으로 매핑시켜 수작업을 줄여줄 수 있는 Auto Material 기술을 개발하였다. 관련된 핵심기술은 민간기업 기술이전 되었으며 H건설 가상현실 컨텐츠 제작에 실제로 활용되었다. 또한 본 기술을 검증하기 위해 200메가 규모의 10개의 파일을 근간으로 테스트를 진행하였으며 재질매핑 분야의 경우 기존보다 50% 시간이 단축되었으며 ’20년 3월에 한국정보통신기술협회(TTA)에서 성능에 대한 인증을 획득하였다. 가상건설 시뮬레이션 플랫폼, 최적의 활용사례 개발 및 현장적용 가상건설을 활성화하기 위해서는 발주처, 설계사, 시공사 등 다양한 이해당사자가 효과를 체감할 수 있는 최적의 콘텐츠를 제작하고 현장적용을 통해 효과를 검증해 내는 작업이 매우 중요하다. 이에 연구 초기에 다양한 이해당사자 등을 대상으로 최적의 시뮬레이션 콘텐츠를 고민하였으며 카지노 게임 사이트이라는 공공기관의 특수성상 공공성, 시급성, 파급성을 고려하여 시뮬레이션을 개발하였다. VR 기술은 3D 모델을 기반으로 한 사전검토에 강점이있어 화재 및 소음 시뮬레이션 콘텐츠를 개발하였다. 화재 시뮬레이션의 경우 화재발화위치, 화재크기 등을 임의로 조정할 수 있으며 3D 모델 속성 정보가 연동되어 불길이 번져나가는 속도를 시뮬레이션 할 수 있다. 이 기술은 향후 사용자 경험기반 소방설계에도 활용이 가능하다. 또한 시각적인 효과가 가미된 소음 시뮬레이션을 개발하여 향후 민원 대응 등이 가능한 콘텐츠를 개발하였다(그림 5). AR 및 MR 기술은 현장에서 시설물 유지관리 및 성능평가 등에 활용 가능하다. 본 연구에서는 AR 기반 철도 시설물 성능평가, AR기반 터널 시설물 유지보수, MR 기반 화재 현장교육, 경관검토, 장비 원격제어 기술을 개발하였으며 지자체 및 현장 등에 실제 적용함으로서 가능성을 검증하였다(그림 6, 7). 이러한 시뮬레이션을 위해서는 BIM 도면이 필요하나 현재 BIM을 제작하는 저작도구들이 다양한 점을 고려하여 3D 중립파일 포맷인 FBX를 활용하여 시뮬레이션 플랫폼을 개발하였다. FBX 파일을 불러와 데이터 경량화, Auto Material을 수행하고 각각의 시뮬레이션을 Add-In 형태의 플러그인을 재작하여 기본 속성(화재 및 소음 크기, 체험자의 위치 등)만을 셋팅 후 도면에 탑재할 경우 다양한 환경에서 시뮬레이션이 가능하도록 플랫폼 형태로 제작하였다(그림8, 9). 본 과제에서 개발된 핵심 시뮬레이션 기술의 검증을 위해 고양시, 서울교통공사, 대곡-소사 4공구 복합터널 현장 등에 적용하여 기술의 효과를 검증하였다. 또한 핵심기술 해외진출 노력의 일환으로 BIM to VR 핵심기술을 사우디 신도시 개발 프로젝트(Neon City)에 적용하기 위해 ’20년 2월 사우디 왕자 소유의 기업인 Tanal Group과 MOU를 체결하였으며 현지 연구소 설립, 공동연구, 핵심기술이전 등을 위한 논의가 진행중이다. 맺음말 본 연구를 통해 가상건설 시장 활성화를 위한 가상현실 시뮬레이션 콘텐츠 제작에 필요한 생산성 향상기술, 7개의 최적의 활용사례 개발 및 현장적용, 핵심기술 민간기업 기술 이전 등을 진행하였다. 건설 분야의 AR/VR/MR 융합기술은 코로나19에 대응가능한 언텍트 핵심기술이며 향후 폭발적 성장이 예상되기 때문에 기술경쟁력을 갖추어 미래 건설시장을 선점하고 추가적인 성공사례 개발, 응용분야 연구, 비즈니스 모델 발굴, 관련 산업 활성화를 위한 제도적인 지원 등 다각도의 추가 연구 진행이 필요할 것으로 예상된다. 더불어 스마트 건설 가상화 시뮬레이션 연구는 기존 건설산업의 시간적, 공간적 제약을 극복하고 경제성, 다양성, 실용성을 확보할 수 있기 때문에 향후 신규시장 개척을 위한 기초기술로 활용할 수 있을 것이라 판단된다. 미래스마트건설연구본부 게시일2021-04-19 조회수 2997
[공간의 과학] 지구에 내려온 달, 지반열진공챔버 지구에 내려온 달, 지반열진공챔버 더 깊은 우주로 나아가기 위해 인류는 달에 우주기지를 건설하겠다는 계획을 세웠다. 달은 미지의 공간 우주를 향해 나아가는 전초기지가 되는 셈이다. 카지노 게임 사이트은 달 표면의 환경을 재현하는 ‘지반열진공챔버’ 개발에 성공했다. 기존 진공챔버가 불순물이 없는 순수의 진공상태에서만 구동이 가능했던 것과 달리 이번에 개발된 지반열진공챔버는 달 표면의 미세한 월면토가 내장된 상태에서 영하 190도~영상 150도의 진공상태를 구현해 내 전 세계의 주목을 끌고 있다. ▲ 미래융합연구본부 전임연구위원 정태일 세계 유일의 달 지상 환경 모사 시설 지반열진공챔버는 가로, 세로, 높이 각각 4m인메일박스(mailbox) 형태의 진공챔버로 최대 20t의흙을 포함하여 압력 10-4mbar이하의 진공환경, 영하 190도~영상 150도의 온도환경 모사가 가능한 세계 최대 규모의 달 지상환경모사 시설이다. 기존에 없던 시설이기 때문에 NASA를 비롯한 외국의 우주 기구에서 많은 관심을 보이고 있다. 정태일 연구원은 연구자들의 필요를 파악해 지반열진공챔버를 개발했다고 이야기한다. “지반열진공챔버는 국내외 관련 연구자들과 교류와 협력 속에 만들어지고 있습니다. 카지노 게임 사이트의 생각만 가지고 만들지 않았습니다. 초기 디자인부터 철저히 관련 연구 그룹과 교류하면서 필요한 부분을 확인하였고, 많은 학회와 교류를 통해 연구 개발 과정 및 제작 과정을 발표하고 있습니다. 수요자 중심으로, 관련 연구자들의 필요에 의해 만들어진 시설이기 때문에 국내외에서 많은 관심을 받고 있습니다. 현재 지반열 진공챔버는 달의 지반 조건, 온도 조건, 진공 조건에서 검증을 위한 전용 장비로 개발된 세계 유일의 시설입니다.” 정태일 연구원은 ‘지반열진공챔버와 기존 열진공챔버와의 가장 큰 차이점은 챔버 안에 다량의 흙을 포함하고 있다는 점’이라고 말한다.지반열진공챔버에 흙을 넣고 진공펌프를 작동하게 되면 흙이 보글보글 끓는 보일링(soil boiling)현상이 발생하게 되는데, 이러한 과정에서 비산된 흙이 진공펌프를 망가뜨리고, 테스트 시편을 오염시키거나 테스트 조건을 엉망으로 만드는 문제가 발생한다고 한다. 진공펌프의 펌핑 속도 제어를 통해 흙의 비산을 억제할 수 있는데, 이러한 기반 제어 기술이 지반열진공챔버의 핵심 기술이라고 한다. 지반열진공챔버가 세계 유일의 시설인 만큼 개발하는 단계에서 많은 어려움이 있었지만, 그중에서도 가장 어려웠던 점은 지반열진공챔버가 설치되는 실험동 건설이 늦어졌던 것이라고 한다. “기존에 수립되었던 일정이 여러 가지 이유로 수정되고, 지연되면서 많은 어려움을 겪었습니다. 실험동은 작년 10월에 완공되어 11월에 개관했는데, 건립이 완료되어 매우 다행으로 생각하고 있습니다.” ▲ 그림 1. 진공펌프의 펌핑 속도 제어를 통해 흙의 비산을 억제할 수 있는데, 이러한 기반 제어 기술이 지반열진공챔버의 핵심기술이다 협력으로 여는 우주시대 예전의 우주 개발은 철저한 보안 속에 각 나라가 단독으로 진행 하는 경우가 많았지만, 최근 우주 개발 동향을 살펴보면 국가 간 협력이 많이 나타나고 있다고 한다 예를 들면 A라는 국가가 달 남극에 탐사선을 보낼 때, 탐사선은 A에서개발하고 탐사 로봇은 B에서개발하는 것이다. 또 다른 형태로는 A에서달착륙선을 보낼 떄, 여분의 공간에 다른 나라의 탑재체를 실어주고 비용이나 기술을 지원받는 형태이다. 이러한 협력은 한 나라가 부담해야 하는 우주 개발 비용을 줄여주고, 다른 나라에는 적은 비용으로 우주에 자신의 장비를 보낼 기회를 얻을 수 있으므로 활발히 논의되고 있다. 현재 우리나라가 달에 착륙할 계획이 없더라도 다양한 형태로 우주개발사업에 참여할 수 있는 이유다. 반대로 우리가 달에 착륙선을 보낼 떄 일정한 비용을 받거나 기술 협력을 통해 다른 나라의 탑재체를 실어줄 수도 있다. ‘2000년 이후에 중국은 달에 2차례 궤도선을 보냈고, 2차례 착륙선을 보냈습다. 또한, 인도, 이스라엘도 비록 실패했지만 달 탐사선을 쏘았고, 일본도 달 탐사에 많은 관심이 있습니다. 달 탐사에 대한 이러한 각국의 높은 관심 아래에서 카지노 게임 사이트 역시 우주 협력의 한 형태로 검증 서비스를 제공하는 부분을 기대하고 있습니다.” 월면토를 이용한 달 건설기술 한국건설연구원에서는 달 표면에 있는 월면토를 이용한 건설재료 생산에 관한 연구도 진행하고 있다. 지구와 매우 다르 환경을 지닌 달에서는 지구에서의 건설재료와 기술들을 활용하는데 제약이 따르다.그렇다고 지구에 있는 재료들을 달로 옮겨가는 것 역시 쉬운일은 아니기 때문이다 물이 없는 달의 환경을 반영해 마이크로웨이브로 온도를 높여 월면토를 녹여 딱딱한 형태의 건설재료로 만드는 기술을 개발했고, 작은 형태의 시편 제작에 성공했다. 현재는 내불을 균일하게 녹이면서 시편의 크기를 키우는 방법에 대해 연구가 진행 중이다. “아직 달에서 건설할 수 있는 확실한 기술이 개발된 것은 없습니다.기초적인 단계로 진행되고 있습니다. 현재 제안되고 있는 시설은 달 착륙지(landingpad),도로, 운석으로부터 시설을 보호할 수 있는 블라스트월(blastwell)등입니다. 달의 흙을 현실적으로 고형화할 방법이 제안되면 이 기술이 로봇에 탑재되는 형태로 해서 건설이 이루어지지 않을까 생각합니다.” ▲ 그림 2. 카지노 게임 사이트에서는 달 표면에 있는 월면토를 이용한 건설재료 생산에 관한 연구를 진행하고 있다. 우주로 나아가는 전초기지 지반열진공챔버를 활용해 연구 중인 또 다른 분야는 바로 달 표면에서 사용할 시추 장비의 개발이다. 달 표면 위에서 동작하는 장비들은 달 표면의 지반과 상호작용하는 부분이 많기 때문에 이러한 장비의 검증을 위한 시설로 활용될 것으로 예상한다. “달 표면은 전기적 중성 상태가 아니라 정전기로 충전된 상태입니다. 낮에는 전위차가 수십 볼트 정도이며, 밤에는 마이너스 수백볼트정도입니다. 이러한 정전기 충전 환경 모사가 가능해지면 달 표면에서 움직이는 시스템의 보다 정확한 검증이 가능해 질 것으로 생각하고 있습니다. 이러한 달 표면의 정전기 충전 기술을 개발하고 있으며, 기술이 완성되면 지반열진공챔버에도 적용할 계획을 가지고 있습니다.” 정태일 연구원은 지반열진공챔버가 보다 실제적으로 활용도를 높일 수 있도록 최선을 다하겠다고 한다. 지반열진공챔버의 개발은 미지의 공간이었던 우주를 향해 한 걸음 더 나아가게 하는 전초기지가 되어줄 것이다. 지반열진공챔버의 제작이 완료되었지만, 안정화와 시험 메뉴얼 개발이 필요한 단계라고 한다. 수차례 반복 실험을 통해 운영 조건을 확정하고, 시험체의 시험 매뉴얼 개발을 완료해야 한다. 정태일 연구원은 향후 검증시험 요청에 대해 충분히 대비할 생각이며, 그 이후에는 지반 대전환경 모사에 대한 연구를 진행할 계획이라고 한다. 미래스마트건설연구본부 게시일2020-06-15 조회수 1873
[같이의 가치를 짓다] 기술을 넘어 3차원 디지털로 새로운 세계를 열다 기술을 넘어 3차원 디지털로 새로운 세계를 열다 길에서나 물속에서나 특이한 동물을 발견하면 알쏭달쏭 도무지 알 방법이 없어 답답한 적이 있는가? 겉으로 보기엔 멀쩡한 물건인데 내부를 들여다보고 실망했던 적이 있는가? 이 궁금증을 해결하는 기술이 X-ray CT다. 비단 이뿐만 아니라 산업용 소재 분석에도 활용되어 보다 신뢰할 수 있는 제품을 만들도록 내부 분석 데이터를 제공한다. 재료 내부구조 기반 성능 평가 기술을 세계최초로 상용화한 곳이 바로 ㈜에크미다. ▲ ㈜에크미 김광염 대표염선 주임주무원 모든 사물의 내부구조를 3차원으로 보여준다 “우리는 지구가 핵, 맨틀, 지각 등으로 구성되어 있다는 것을 잘 알고 있습니다. 하지만 인간이 실제로 땅속을 직접 관찰한 깊이는 10㎞ 정도에 불과하고, 이것은 지구의 반경 약 6,400㎞와 비교할 때 양파 껍질 한겹 정도 수준입니다.” 미래융합연구본부 김광염 연구위원은 국내 지반 분야의 권위자로, 오랜 연구를 통해 지하 깊은 곳의 비밀을 밝혀 온 사람이다. 땅속을 대상으로 20여 년 동안 연구를 수행하면서 눈으로 볼 수 없는 내부 모습에 큰 호기심을 가지게 된 그는 X-ray 단층장비를 이용해 여러 재료의 내부구조를 분석할 수 있게 되면서 ㈜에크미를 창업, 본격적인 기술개발에 나서게 됐다. 연구 중에 주로 다뤄왔던 암석, 흙 등은 금속, 유리 등과는 달리 균질성이 거의 없는 매우 복잡한 구조로 구성되어 있습니다. 암석을 수없이 부수고 여러 성질을 측정하는 실험을 수행하면서 내부구조를 정확히 볼 수 있다면 얼마나 좋을까라는 고민을 하던 중에, 의료용으로 활용되는 X-ray CT(Computed Tomography)를 산업용으로도 활용할 수 있겠다는 것을 알게 되었죠. X-ray CT로 재료의 내부구조를 확인하게 되면서 연구는 새로운 전환점을 맞이하게 됐고, 덕분에 많은 논문과 지적재산권을 확보할 수 있었습니다.” 그가 이 장비와 핵심 기술을 많은 사람들이 활용할 수 있도록 해야겠다고 마음먹은 것은 어쩌면 당연한 일이었다. 1. X-ray CT 촬영 모습 2. X-ray CT 이미지를 기반으로 한 재료 내부 분석 산업소재 분야에서 해마다 많은 기술료와 로열티를 해외 업체에 지불하는 현실에서, 이 기술을 통해 불필요한 지출을 줄이고 국가에 기여하고 싶은 꿈을 꾸게 된 것이다. 그 결과로 탄생한 것이 지금의 ㈜에크미(E㎝E)다. 염선 주임주무원은 “아직은 기술 활용 초기 단계로, 기술 인지도가 낮아 널리 활용되고 있지는 않다”면서, “내부구조를 3차원 디지털 라이브러리로 구현한다는 발상이 아직은 낯설다”고 말한다. 땅속 깊이 있는 재료를 디지털화한다는 것은 아직까지 국내 사례가 많지 않습니다. 최근에 문화재청과 국립낙동강생물자원관에서 문화재와 생물의 표본을 디지털화하는 작업을 진행해왔는데, 산업 분야에서는 활용도가 높지 않아요.” 염선 주임주무원은 기술 활용도가 낮은 이유를 ‘고가 비용’일 것이라는 염려에서 찾는다. 사실상 해외 분석 업체에 비해 저렴한 비용임에도 불구하고 제대로 분석 기술을 제공해주는 곳이 많지 않을 뿐 아니라 기술 자체가 생소한 것이 현실이다. 이것이 ㈜에크미가 더욱 사업화에 매진해야 하는 까닭이다. “X-ray CT를 통한 3차원 가상 디지털 라이브러리 구축 기술은 재료를 훼손하지 않으면서 고해상도의 이미지와 내부 분석 데이터를 얻을 수 있고, 비교적 큰 크기의 재료도 분석할 수 있습니다. 재료나 표본이 극히 적을 때, 오래 보존해야 하는 것일수록 분석 실험 횟수를 줄이는 것이 필수인데, 이를 위해서도 X-ray CT 기술이 정답이라 생각해요.” 산업적 활용도 높은 X-ray CT 기술에 대한 관심 필요 ㈜에크미는 X-ray CT 기술을 기반으로 재료 내부구조를 X-ray 투시기법을 이용해 3차원으로 그대로 재현할 수 있는 기술, 재현된 3차원 구조를 이용하여 재료의 다양한 성질을 평가하는 분석 기술, 재료기반의 고급 분석과 해석을 위한 기초자료 제공 서비스 등을 핵심 서비스로 제공하고 있다. 최근에는 자동차에 들어가는 기계 부품을 제조하는 회사, 임플란트 제작회사, 전자제품 제조회사 등의 의뢰를 받아 역설계 및 제품의 프로토타입 제작을 위한 제품의 3차원 설계자료를 제공하였다. 또 3D 프린팅 제품을 위한 3차원 도면 파일 제공 관련된 서비스도 진행하고 있다. “X-ray CT 장비는 대학연구실 등에 소규모로 갖춘 곳이 있고, 정부출연연구기관의 경우 세 곳에서 보유하고 있습니다. X-ray 자체는 최초로 뢴트겐이 발견(1895년)한 전자기파의 한 종류입니다. 자외선보다 파장이 짧고 투과 능력이 강하기 때문에 재료의 내부를 투시해 보기 위한 목적으로 의료용으로 많이 활용되고 있죠. X-ray의 투과 정도가 재료 내부의 밀도와 원자번호 등에 따라 달라지는 성질을 이용해 내부구조를 3차원으로 보여줄 수 있고, 내부의 특정 밀도를 갖는 구성물질을 따로 분리할 수도 있어요.” 그는 카지노 게임 사이트에서 활발히 진행되는 연구 중 하나인 고성능 콘크리트 구조체, 경량 콘크리트 재료 등의 핵심 요소인 내부 골재의 분포, 기공의 양·크기 분포 등을 X-ray CT를 이용하면 쉽게 분석할 수 있다고 말한다. “하지만 상업적으로 활용하고 있는 곳은 거의 없죠. 제품의 결함을 조기에 발견하여 신뢰성을 확보하기 위해서 기업들이 X-ray CT 기술에 관심을 갖고 적극 활용해줬으면 좋겠어요.” 우리 제품 경쟁력 확보에 큰 도움이 될 것 창업 이래 지금까지 ㈜에크미의 주요 고객은 학교와 연구소에서 근무하는 연구자들이었다. 근래에 들어 기업들이 조금씩 X-ray CT에 관심을 갖고 조심스레 노크를 하고 있는 중이다. “아직까지는 의료 목적 외에도 활용될 수 있다는 것을 잘 모르고 있기 때문에 논문이나 해외 학술활동을 통해 우리 기술을 접한 연구자들이 서비스를 의뢰하였습니다. 이러한 연구자들은 재료의 내부를 단순히 3차원으로 확인하는 목적 이외에 다양한 분석에 활용을 고려하게 됩니다. 저희는 그동안 축적한 경험과 기술력을 이용해 연구자들의 연구 컨설팅도 무료로 서비스하고 있고, 다양한 분석 방안을 추가로 제안하고 있습니다.” 의료용이라는 인식을 넘어 산업적으로 X-ray CT 기술을 도입하는 초기 단계는 달성한 것 같다는 김광염 연구위원과 염선 주임주무원. 이제는 홍보를 통해 인지도를 높이는 단계에 진입하였다. 국가적인 사업에도 ㈜에크미의 X-ray CT 기술이 톡톡히 활용되고 있다. “국립낙동강생물자원관에 우리나라에서 주요 서식하는 표본 어종과 생물의 3차원 디지털 라이브러리 구축 사업을 야심차게 진행하고 있습니다. 이를 통해 관람객들이 다양한 물고기와 곤충들의 외형, 내부 구조를 가상 현실과 증강현실 등의 기술을 이용하여 관찰할 수 있게 될 겁니다. 또 문화재를 발굴할 때 비파괴 방법으로 분석하는 작업도 추진하고 있어요. 전세계적으로 문화재와 같은 보존가치가 높은 재료들을 X-ray CT를 통해 가상 박물관에 디지털로 전시하기 위한 노력을 진행하고 있는데, ㈜에크미도 이 사업을 중점적으로 진행할 계획입니다.” 향후 국제적인 사업에도 진출해 ㈜에크미가 보유한 기술을 선보이고 싶다는 김광염 연구위원. 미국과 중국 등에 진출해 기술력을 인정받았고, 조만간 스웨덴과도 사업을 진행할 예정이다. 아직은 관련 기술 업체가 많지 않은 상황으로, 기존 업체의 견제를 뚫고 ㈜에크미라는 이름을 각인시키겠다는 것이 최종적인 목표다. ▲ X-ray CT 스캔을 통해 3차원 영상이 탄생하는 과정 미래스마트건설연구본부 게시일2020-06-07 조회수 1858
[사업화유망기술] 태양광발전시설 유지관리의 실마리, 드론에서 찾다 태양광발전시설 유지관리의 실마리, 드론에서 찾다 - 태양광발전 최적효율화 기술 드론이 4차 산업혁명의 첨병이 되었다. 정부는 오는 2026년까지 드론 시장을 4조 원 규모로 끌어올리겠다고 선언하였다. 인공지능과 IoT 기술을 접목한 드론은 군사, 산업, 예술 등 분야를 막론하고 종횡무진이다. 바야흐로 드론의 전성시대다. 미래융합연구본부 윤준희 연구위원은 드론을 활용한 태양광발전 최적효율화 기술을 개발하였다. ▲ 미래융합연구본부 연구위원 윤준희 태양광발전시설 유지관리의 과제 지구 온난화에 맞서 온실가스를 저감하기 위한 친환경 에너지의 중요성이 커지는 가운데, 국내에서 대규모 태양광 발전시설이 본격적으로 만들어지기 시작한 지 20여 년이 넘어가면서 수명을 다한 패널에 대한 유지관리의 필요성이 점차 커지고 있다. 여기서 유지관리란 어떤 패널을 교체할 것인지에 대한 점검과 재고관리 등을 포함한다. 이에 윤준희 연구위원은 대규모 태양광발전시설의 오작동 패널 점검 시 드론을 활용하면 수월하지 않을까 하는 생각에 착안한다. “항공기를 이용하여 도로, 빌딩 등의 인공구조물에 대한 정보를 추출하는 연구를 계속해왔습니다. 드론이 등장하면서부터는 근거리의 인공구조물을 주로 연구하였는데, 태양광발전시설을 점검하는 데 드론을 활용하면 좋겠다 싶었습니다.” ▲ 드론에 장착하기 위하여 개발한 신호동기화 모듈과 각종 센서 더욱이 최근 도로 나들목의 빈 공간 등 도로 유휴지에 대규모 태양광발전시설을 지으려는 움직임이 일어나면서 사람이 접근하기 어려운 지역이나 공간을 모니터링하는데 드론이 제격이라고 판단한 것이다. 카메라, 센서, 통신시스템이 탑재된 드론은 본래 군사용 무인항공기로 개발된 만큼 정찰에 최적화된 장비다. 기술이 발달하면서 산악지대, 비탈길, 계곡 등 일반 인력으로 수색하기 어려운 곳을 대신 정찰하며 인간의 시야를 넓히는 하늘 위의 눈이 되었다. 윤준희 연구위원은 여기에 열화상센서로 패널의 오작동을 감지하는 기능을 더했다. “태양광발전시설의 효율이 떨어지는 주요 원인은 셀의 단락 때문인데, 육안으로 셀의 단락 때문에 발생하는 발열을 찾아낼 수 없어요. 그래서 기존에는 사람이 핸드헬드 형의 열화상센서를 들고 다니며 일일이 모니터링을 하였습니다. 그런데 이러한 방식은 당연히 비효율적이고 한계가 있을 수밖에 없죠.” 기존의 핸드헬드 형 열화상센서를 이용하여 오작동 패널을 인식하는 방법은 대규모 시설인 경우 시간이 오래 걸려 비효율적일 뿐만 아니라 높은 건물 옥상이나 벽에 설치된 패널의 경우 점검이 불가능하다는 한계가 있다. 윤준희 연구위원은 자신의 전문분야를 살려 드론에 열화상센서와 GPS 수신기 등을 부착하는 아이디어를 생각해낸다. ▲ 실제 드론을 띄워 오작동 패널을 테스트하는 모습 자동검출 기술의 정확도 높이기 위한 노력 “지금은 DJI 같은 기업에서 열화상센서를 장착한 드론을 많이 만들고 있지만 연구할 당시에는 장비가 없었어요. 직접 만들어야 했는데 만만치 않은 작업이었습니다. 사업비가 한정적이기 때문에 드론을 구매하지 못하고 대여해서 사용하였고, 미국에서 구입해야 하는 열화상센서의 경우 군사 목적의 장비라 일련번호로 관리받고 있어 수입하는데 오래 걸리기도 하였습니다.” ▲ 열화상센서를 장착한 드론을 통하여 오작동 패널을 추출하는 원리 윤준희 연구위원 연구팀은 이러한 제약 속에서 1년 반의 개발 기간을 거쳐 열화상센서와 GPS 수신기, INS(관성항법장치), RGB센서, 짐벌 등을 장착한 드론을 개발한다. 열화상센서가 패널의 오작동을 잡아내고 GPS 수신기와 INS, RGB센서가 대상물의 정확한 위치를 파악하는 원리다. 각 신호에 대한 동기화/입출력 모듈도 개발하였다. 열화상센서를 비롯한 각 센서에서 나오는 신호를 시간 동기화해야 정확한 위치결정을 할 수 있기 때문이다. 이렇게 수집한 정보는 컴퓨터로 전송, 윤준희 연구위원이 개발한 기술을 통해 후처리되어 자동으로 패널영역과 오작동 패널을 추출하게 된다. “드론으로 촬영한 열적외선 영상을 분석할 때 주변 지면과 온도가 비슷하여 패널 영역을 정확히 구분할 수 없거나렌즈의 왜곡으로 코너에 있는 패널을 검출하기 어려운 경우가 있습니다. 저희가 개발한 기술은 이러한 문제를 컴퓨터 비전 기술을 이용하여 원본 이미지를 그레이스케일로 변환, 명도 차이로 배경영역과 프레임영역을 따로 추출합니다. 그리고 다시 합쳐서 최종적으로 패널영역을 추출하는 방식이죠. 패널영역과 오작동 패널 자동추출에서 각각 약 92%, 97%라는 높은 정확도를 선보이고 있습니다.” 해당 알고리즘 개발로 2개의 특허 취득이라는 성과도 올렸다. - 열화상 카메라에 담긴 오작동 패널의 발열 - 오작동 패널 자동추출 해당 기술 상용화를 위한 향후 계획 “앞서 얘기했다시피 대규모 도로 유휴지나 호수, 바다 등에 태양광발전시설을 건립하려는 움직임이 있는데 사람이 일일이 오작동 패널을 검사하는 기존의 방식으로는 유지관리에 어려움이 따를 것입니다. 저희가 개발한 태양광발전 효율화기술을 활용하는 것이 필수적일 것입니다. 기존에 0.1MW급 시설을 점검하는데 2주가 소요되었다면 해당 기술로는 1MW급을 1시간에 점검할 수 있습니다. 또 사람의 접근이 어려운 어느 장소에서도 활용할 수 있습니다.” 현재 윤준희 연구위원은 시판되는 저가 열화상 드론을 활용한 오작동 패널감지 연구를 계획 중이다. 기존에 개발한 장비가 태양광발전시설 유지관리 업체에서 사용하기에는 부담스럽기 때문이다. 저사양의 저가 드론으로 비슷한 효과를 내는 기술을 개발하는 것에 초점을 두고 연구를 진행할 생각이다. 또한 머신러닝 기법을 통하여 오작동 패널교체를 위한 재고 관리 등에 활용하기 위한 연구도 산학협동으로 계획 중이다. “비단 태양광발전시설뿐만이 아닙니다. 영국에서는 오래된 집의 열효율이 떨어질 경우 지붕을 교체하고 있는데, 그때 열화상 드론 촬영을 통하여 발열이 많이 되는(열효율이 떨어지는) 집을 찾아내고 있어요. 재난재해 현장에서도 탁월한 능력을 보입니다. 사람이 진입할 수 없는 건물 붕괴 현장에서 생존자의 위치를 찾는 데도 사용되고 있습니다. 건설현장에서도 자재의 이동이라든가 진척상황을 파악하는 데도 활용할 수 있을 겁니다. 또 최근 정책적으로 건설기술형 입찰에서 4차 산업혁명과 관련된 기술을 사용하면 부가점이 반영되기 때문에, 해당 기술을 이용하여 대규모 태양광발전시설 시공 및 유지관리를 제안할 경우 유리할 것이라고 기대하고 있습니다.” 바야흐로 드론의 전성시대다. 열화상센서까지 더해진 드론은 산업 전방위에 걸쳐 그 가능성이 무궁무진하다. 윤준희 연구위원의 향후 연구가 더 기대되는 이유다. 미래스마트건설연구본부 게시일2019-03-15 조회수 1356
[같이의 가치를 짓다] 도로 위 또 하나의 교통장치, 레이더 도로 위 또 하나의 교통장치, 레이더 도로 밖 설치 다차선 검지 가능 레이더 검지기를 활용한 이동식 장비 개발 우리 삶에서 레이더는 많은 역할을 한다. 비행기의 안전한 이착륙을 돕기도 하고, 기상위성의 레이더로 태풍도 감지한다. 군사용으로 개발된 원 목적과 달리 항공, 통신, 우주선 등 활용분야가 다양해진 레이더 장치. 얼마 전 국내기술로는 최초로 레이더 기술을 활용한 교통량 조사 장치가 개발됐다. 해외에서는 이미 차량용 레이더 장착이 의무화되었을 정도로 보편화된 기술이지만, 국내 기술로 레이더를 교통장치에 접목시킨 것은 이번이 처음이다. ▲ 변상철 미래융합연구본부 연구위원 ▲ 김병성 ㈜바이다 대표 교통과 레이더의 만남 갑작스레 꽉 막힌 정체구간과 맞닥뜨리면 늘 드는 생각이 있다. ‘아, 한 개 차로만 더 있었으면…’ 하지만 도로가 바로 확장되지 않는 데에는 이유가 있다. 교통량과 그에 따른 우선순위에 따라 결정되기 때문이다. 지금 도로의 차로수는 철저히 카지노 게임 사이트의 교통량 조사에 근거한다. 상시조사와 수시조사, 두 가지 방법으로 교통량을 파악하고 통계자료를 만드는 건설연. 이들의 통계자료에 의해 교통량이 증가했다거나 도로 건설의 필요성이 생기면 그 때 공사는 결정된다. 도로 건설에 막대한 비용이 드는 만큼 철저한 통계자료는 예산 집행의 효율성을 높인다. 하지만 현재 조사 방법에는 여러 한계점이 있다. 고정식 장비를 사용하는 상시조사와 달리 특히 수시조사는 무엇보다 위험했다. 100% 인력에 의존한 매설식 장비를 사용하기 때문이다. 조사원이 차로에 들어가 직접 차도에 센서를 부착하고 수거하다 보니 사고의 위험에서 자유로울 수 없었다. 늘 새로운 조사방법에 대한 수요가 있었고, 매설식이 아닌 교량이나 가로등 등에 부착할 수 있다면 더욱 좋았다. “그동안 BH거더는 도로교에만 시공 실적을 가지고 있었습니다. 그런데 최근 국내 건설업계가 발주물량 감소로 시장이 축소되어 상당히 힘들어졌어요. 치열하게 펼쳐지는 수주 경쟁에서 생존하기 위해서는 첨단 교량 거더전문업체로 도약하는 한편, 시장을 확대하는 노력이 필요했죠. 이 시점에서 내린 해결 방안은 시장 확대를 위해 도로교에서 철도교로 눈을 돌리는 것이었습니다. 토웅이앤씨와 저는 바로 이 지점에 중점을 두고 2016년부터 연구를 시작했습니다.”(윤혜진 박사) 그러던 중 워크숍에서 우연히 만나게 된 변상철 박사와 중소기업 바이다의 김병성 대표. 변상철 박사는 바이다의 차량용 레이더 기술을 접한 뒤 교통량 조사 장치 개발을 제안했고, 김병성 대표는 이를 받아들였다. “원래는 차량용 레이더를 만드는 회사 엔지니어였어요. 원천 기술을 보유하고 있었죠. 차량용 레이더 기술을 가지고 적용할 다른 곳을 찾던 중에 박사님을 만나 과제를 수행하게 되었습니다(김병성 대표).” 바이다가 보유한 레이더 검수 장비 어디서든 편리하고 빠르게 두 사람의 만남 이후 교통량 조사장치 개발은 순조로웠다. 목표가 명확했기 때문이다. 기존 장비가 가지는 사고의 위험성과 잦은 파손문제 해결을 목적으로 이들은 장치 개발에 착수했다. 바이다의 원천기술과 변상철 박사의 전문지식이 더해져 놀라운 시너지를 일으키는 순간이었다. “가장 먼저 이동성을 염두에 두었어요. 지주, 가로등 등 어디든 설치할 수 있고 4차로까지도 검지할 수 있어야 했죠. 교통 정보 수집을 위해 오랜 시간 구동이 가능한 배터리도 확보해야 했습니다(변상철 박사).” 이들은 이동성을 확보하기 위해 먼저 방수, 방열이 가능한 틀을 만들었다. 레이더 센서와 배터리를 보호할 수 있으면서도 어디든 설치가 가능한 작고 가벼운 틀이었다. 3일 이상 구동이 가능한 배터리도 개발했다. 구동하는 동안 외부 전력이 전혀 필요 없기 때문에 이동성에 최적의 조건을 갖춘 셈이었다. 문제는 높이였다. 어디든 쉽게 설치하려면 높이를 낮춰야 했다. 사다리 하나를 놓고도 간편히 설치할 수 있는 높이는 약 4m 이내. 그러나 이 정도로 낮은 높이에서는 시야 확보가 어려웠다. 차량이 서로 겹쳐 서 있거나 대형차에 가려지는 경우 등 검지하지 못하는 경우가 발생하는 것. “미 검지 문제는 다중 루프 설정으로 해결했습니다. 30~100m 사이에 방향별로 5개씩 검지선을 설치했죠. 덕분에 미 검지 문제를 해결할 수 있었습니다(김병성 대표).” 교통조사 장치의 경우 높이가 높아질수록 검지력은 좋아진다. 낮아질수록 시야 확보가 어렵지만 그럼에도 이번 장치는 97%의 신뢰도를 갖는다. 손쉽게 어디든 설치 및 회수가 빠르면서도 정확도가 높은 것이 이번 장치의 강점인 것이다. 그밖에도 실시간 모니터링, 와이파이를 이용한 정보 수집, 애플리케이션을 이용한 제어까지 그야말로 이동식 교통정보 수집에 최적화된 장비 개발에 성공했다. 변상철 박사와 김병성 대표는 다음 과제로 레이더를 활용한 지능형 신호 제어 시스템 개발을 목표로 한다. 보다 안전한 세상의 도래 이 장비는 이미 1차적인 시제품 제작을 완료한 상태다. 시제품을 통해 현장 테스트까지 마쳤기에 이제는 상용화만 남겨두고 있다. 하지만 레이더 기술은 사람, 차량, 일반 물체 등 다양한 형태의 검지가 가능하기 때문에 앞으로 해야 할 일이 많다. “현재는 도로상 교통량과 속도에 중점을 두어 개발되어 있지만, 앞으로는 교차로 및 주변의 다양한 교통상황을 검지할 수 있도록 개선할 예정입니다(변상철 박사).” 변상철 박사와 바이다는 다음 과제로 레이더를 활용한 지능형 신호 제어 시스템을 개발하려는 계획에 있다. 레이더로 도로상의 차량 정보를 수집해 신호 운영방식을 바꾸는 방식이다. 스마트 시티의 핵심기술이기도 한 이 시스템은 상용화될 경우 교통 체증 분산, 연료 소비 단축, 사고율 개선 등의 효과를 기대할 수 있다. 이번 기술은 국내뿐만 아니라 해외에서도 러브콜을 받고 있다. 앞으로 레이더 센서와 제어기능이 접목된다면 더욱 다양한 곳에 활용할 수 있기 때문이다. 스마트 신호등, 돌발상황 감지, 주차단속, 보행 검지까지 보행자의 안전을 위해 더욱 많은 기능이 향상될 레이더 기술. 기존 교통장비와 함께 또 따로 설치한다면 각각의 장비가 가진 단점을 완벽히 보완할 수 있을 것으로 기대된다. “현재 중국과 일본에서 바이다 기술력을 활용한 제품 수출을 이야기 중입니다. 중국에서는 단속 장비로, 일본에서는 교통 정보 시스템의 상용화를 진행 중이죠. 국내에서도 레이더 기술을 활용한 다양한 장비를 도입할 수 있도록 노력할 예정입니다(김병성 대표)”. 신뢰도를 높인 교통 장치로 사고율과 교통 체증을 동시에 해결해줄 미래의 기술, 레이더. 기술의 발전은 늘 사람을 향해 있기에 이번 기술이 만들어갈 안전한 미래가 더욱 기대된다. 매일 사람의 발을 대신해 원하는 곳으로 데려다주는 교통수단이 이번 기술을 만나 보다 안전하고 효율적인 하루하루를 만들어주길 기대해본다. 기술은 이미 시제품 제작을 완료한 상태다. 현장 테스트까지 완료한 상태이기에 이제는 상용화만 남겨두고 있다. 미래스마트건설연구본부 게시일2018-07-11 조회수 2348
[사업화유망기술] 도로 위 정보 취합 안전을 예측하는 길 도로 위 정보 취합 안전을 예측하는 길 - 빅데이터 분산처리 소형플랫폼 기술 매일 수많은 자동차가 다니는 도로는 현대사회에서 중요한 정보수집원이자, 정보제공처이다. 미래 도로는 첨단 IT기술을 접목해 정보수집원을 다양화하고, 이용자에게 더욱 신속하고 정확한 정보를 제공해야 한다. 그런 가운데 카지노 게임 사이트 정규수 박사는 차량센싱, 공공..민간 등 도로 위에서 생성되는 각종 빅데이터를 수집 · 분석할 수 있는 ‘빅데이터 분산처리 소형 플랫폼 기술’을 개발해 주목 받고 있다. ▲ 미래융합연구본부 연구위원 정규수 도로, 빅데이터를 활용하다 최근 IT기술이 발달하면서 도로 위 정보수집 체계가 변화하고 있다. 기존에는 특정 지점·구간에 설치된 고정형 수집장치로부터 정보를 얻는 일명 ‘고정형 정보수집 체계’를 주로 사용했다면 최근에는 차량센서·스마트폰 등 각종 모바일 장치로부터 정보를 얻는 ‘이동형 정보수집 체계’가 많이 활용된다. 이는 첨단 IT기술의 발달과 함께 보다 더 정확하고 미시적인 정보를 요구하는 이용자가 많아졌기 때문이라고 볼 수 있다. 하지만 기존 ‘고정형 정보수집 체계’는 고정식 수집장치가 설치된 특정 지점·구간의 정보만 수집할 수 있어, 그 외 미설치된 지점·구간에 대한 정보는 알 수 없다는 단점이 있었다. 그렇다고 해서 고정형 수집장치를 전국 모든 장소에 설치하기에는 막대한 예산이 소요되므로 ‘이동형 정보수집 체계’를 효율적으로 활용하는 방안이 필요하다. 이동형 수집정보는 고정형과 비교해 데이터를 시·공간적으로 수집되는 데이터의 양과 질이 크게 달라지기 때문에 기존 시스템으로 데이터를 처리하기에는 한계가 있다. 따라서 빅데이터 처리를 위한 새로운 시스템이 필요하다. 수집되는 데이터는 정형 데이터, 반정형 그리고 비정형 데이터로 구분한다. 먼저 정형 데이터는 데이터의 형태가 있고 연산 가능한 검지기·차량센서·사물인터넷·디지털 운행기록계 등 수집 시스템에서 생성되는 데이터를 말한다. 반정형데이터는 형태가 있으나 연산을 할 수 없는 로그 등의 데이터를 말한다. 마지막으로 비정형 데이터는 형태가 없고 연산을 할 수 없는 소셜 네트워크의 텍스트·영상·음성 등의 데이터를 말한다. 이 중 정형 데이터는 특정한 목적으로 정보를 만들어 정확성을 담보하고, 반정형과 비정형 데이터는 확률적인 목적을 가진 매크로한 정보를 만들어내 대중성을 담보한다. 이처럼 데이터는 성격에 따라 장·단점을 보유하고 있다. 반정형 및 비정형 데이터는 정형 데이터와 비교하여 신뢰도와 정확성이 높지 않을 뿐만 아니라, 정확한 위치와 시간 즉, 시공간 정보를 확보하기 어렵다. 따라서 이용자가 원하는 정보를 제공하기 위해서는 정확한 데이터가 필요하므로 자동차 센서에서 발생되는 데이터 등 도로 위에서 생성되는 다양한 정형 데이터의 활용 및 분석이 필요하다. “기존 고정형 정보수집 체계의 보완과 도로 이용자의 니즈를 충족시키기 위해 이동형 수집장치 즉, 개별 차량에 탑재된 각종 센서로부터 수집되는 센싱데이터와 도로 위에서 생성되는 각종 공공정보 등을 활용하여 다양한 도로 주행환경을 분석·예측하는 빅데이터 분산처리 플랫폼 기술을 개발하고 있습니다. 해당 기술을 통해 도로 이용자에게 보다 더 미시적이고 정확한 주행환경 정보를 제공하는 것이 목표입니다.” 정규수 박사는 빅데이터 기반 개별차량 센서 정보기반의 주행환경 데이터 플랫 폼을 개발하는 연구를 수행하고 있다. 도로 위 노면온도, 강수량뿐만 아니라 운전자의 안전도 예측할 수 있어… 맥킨지 보고서에 따르면 당시 도로 위 상황에 대한 정보는 하루에만 약 10제타바이트(ZB) 이상 발생했다. 당시 이토록 많은 정보를 버리지 않고 어떻게 사용할 수 있을지가 이슈가 되면서 해당 연구에 대한 필요성이 제기됐고, 데이터를 처리할 수 있는 도로교통 분야에 특화된 플랫폼이 필요하다는 데 의견이 모아졌다. 정규수 박사가 처음 해당 연구를 진행할 때는 도로 위 일정구간의 미래 교통상황 변화를 예측하는 데 주안을 뒀다. 그러다 연구와 논의가 활발하게 지속되면서 자동차 센서를 이용한 기상·노면온도·강수량 등 ‘주행환경’을 관측 및 분석하는 연구팀과 공동 연구를 수행하게 됐다. 이때부터 관계형 데이터와 분산처리를 연계한 실시간 주행환경 분석에 초점을 맞추기 시작했다. “많은 사람이 기상예보를 통해 날씨를 예측하고 도로 상황까지 예상하지만, 사실 도로 위 기상상황은 일반 기상상황과 다소 다릅니다. 무엇보다 도로는 자동차 마찰이 많이 발생하기 때문에 노면 온도가 달라요. 또한 일반적인 기상정보는 도로 노면 위의 실제 강우량과 차이가 있어요. 따라서 저희는 최대한 도로 위의 강우량과 온도를 측정하는 데 필요한 데이터를 수집·분산처리 그리고 데이터 간 누락 없는 시공간 매칭을 위한 정확한 주행환경 분석 플랫폼을 개발하는 데 목표를 두고 있습니다. 달리는 차량으로부터 실시간으로 데이터를 받는 방식으로요. 생각해보세요. 국내 도로의 모든 자동차로부터 1~5초 간격을 두고 지속적으로 데이터를 받으면 얼마나 정확하겠어요. 물론 관건은 어마어마하게 발생하는 데이터를 신속·정확하게 처리하는 일이겠죠.” 정규수 박사 연구팀은 이동형 데이터를 수집하기 위해 자동차의 차량센서를 활용했다. 차량에는 엔진·변속, 조향·속도, 예방·안전, 실내환경 등을 제어하는 수많은 차량센서가 장착돼 있는데, 이 중 GPS, 온·습도, 레이더, 카메라 등에서 수집되는 센싱데이터를 활용해 정보를 수집했다. “개별 차량센서로부터 수집된 정보, 즉 ‘차량센싱데이터’는 개발 플랫폼 내 정보생성 모듈을 통해 도로 주행환경 정보로 생성됩니다. 여기서 말하는 도로 주행환경 정보는 노면온도, 강수량, 교통밀도 등입니다. 생성된 정보는 도로 지점 또는 구간별로 노면결빙여부, 집중강우 및 집중강설 정보, 돌발상황 정보 등을 제공하는 데 활용될 수 있어요. 따라서 차량센싱데이터를 수집·처리·분석할 수 있는 소프트웨어뿐만 아니라, 데이터를 처리하고 소프트웨어를 운영할 수 있는 하드웨어도 중요해요. 앞으로는 좁은 공간에 적은 비용으로 구축할 수 있는 물리적 분산 처리 서버를 개발하고자 합니다. 이는 관련 분야 중소기업에서도 활용될 수 있을 것으로 생각됩니다.” 빅데이터 분산 처리용 소형 서버 플랫폼. 플랫폼은 서버 노드, 미들웨어 보드, 파워 공급장치 등으로 구성되어 있다 기존 데이터로 새로운 가치 창출하는 길 해당 기술은 현재 노면온도·강수량 등을 정확하게 분석하는 것을 넘어, 노면온도·강수량 등까지도 예측할 수 있도록 하는 데 목표를 두고 있다. 최종적으로는 정부 관리자가 겨울철 제설·제빙 등 도로 관리를 보다 효과적으로 하는 데 도움을 주는 기술을 개발하고자 한다. “국내외 어디에서도 이러한 서비스는 찾아볼 수 없습니다. 해당 기술이 더욱 발전된다면 일반 기업에서도 효과적인 콘텐츠를 가공하는데 활용할 수 있을 거예요. 이와 함께 관리자들을 위한 시스템 및 애플리케이션 개발 등을 할 수도 있겠죠. 현재는 실험차량을 대상으로 플랫폼을 시범적으로 구축·운영하고 있습니다. 향후 다수의 프로브차량과 일반차량을 대상으로 기술적용 및 사업화를 위해 플랫폼 하드웨어와 소프트웨어를 고도화할 필요가 있어요. 또한 다양한 서비스 정보 콘텐츠의 개발, 인터넷 웹·모바일 웹·HUD(Head Up Display) 등 각종 정보매체를 통해 제공받은 정보를 어떻게 시각화할 것인지에 관한 관련 연구도 지속적으로 해야겠죠.” 해당 기술은 4차 산업혁명 시대를 대비해 미래 자율주행차량 기술지원을 위한 원천기술 개발에도 노력을 경주하고 있다. “향후 고속도로를 대상으로 테스트 베드 구축·운영, 활용방안과 관련해 관련기관과 긴밀한 협조를 이어나갈 예정입니다. 또한 지방도·시도 등에 해당 플랫폼을 확대·적용할 예정이며, 중소기업 기술이전도 활발히 전개해 나갈 예정입니다.” 차량센서로부터 수집된 정보가 도로 위의 안전을 책임질 날이 머지않아 보인다. 4차 산업혁명 시대에 대비해 미래 자율 주행차량의 기술지원을 위한 원천기술도 개발하려는 목표도 가지고 있다. 미래스마트건설연구본부 게시일2018-07-11 조회수 2123
[사업화유망기술] 드론, 재난 현장 누비며 인명 구조한다 드론, 재난 현장 누비며 인명 구조한다 - 무선신호 기반 매몰자 위치 탐지 기술 수능이 얼마 남지 않았던 2017년 11월 어느 날. 경상북도 포항시에서 지금껏 우리나라에서 유례를 찾기 힘들 정도로 큰 지진이 일어났다. 포항 지진은 수능을 일주일이나 연기시켜야 할 만큼 막대한 인명 및 재산 피해를 불러왔다. 특히 지진으로 인해 너무도 쉽게, 그리고 처참하게 무너진 건물의 모습을 목격한 국민들은 우리나라가 더는 지진으로부터 안전한 곳이 아니라는 걸 생생하게 깨달았다. 이처럼 언제 발생할지 모르는 붕괴 및 매몰사고에 속수무책으로 당해야만 하는 걸까? 만약 사고가 나더라도 빠르고 안전하게 매몰자를 구할 방법은 없을까? 이우식 박사 연구팀의 ‘무선신호 기반 매몰자 탐지 기술’은 이러한 고민에서부터 시작됐다. ▲ ICT융합연구소 연구위원 이우식 증가하는 매몰사고의 위험, 골든아워를 잡아라 우리나라 지진 발생 빈도는 갈수록 확연하게 증가하는 추세를 보인다. 특히 규모 3.0 이상의 지진 발생횟수가 2000년대 들어 2배 이상 증가하면서 지진으로 인한 피해 역시 점차 커지고 있다. 이에 따라 내진 설계에 대한 중요성이 부각되고 있지만, 우리나라 건축물의 내진 설계 비율은 아직도 35%에 미치지 못하는 실정이다. 포항 지진과 같은 큰 규모의 지진이 또다시 발생하면 많은 건물이 붕괴 위험에 처하게 된다. 지진뿐만 아니라 최근 사회적으로 이슈가 되고 있는 싱크홀을 비롯해 화재, 테러 등으로 인해 건축물 또는 지하시설물이 붕괴하는 경우가 종종 발생하곤 한다. 특히 많은 사람이 몰려 있는 도심지에서 건물이 붕괴된다면 불특정 다수의 매몰자가 발생할 수 있다. 이러한 상황에서 매몰자를 구조하기 위해서는 골든아워(Golden Hour) 내에 매몰자의 위치를 신속하게 파악하는 것이 가장 중요하다. 일반적으로 매몰자 탐지에는 내시경 카메라를 이용한 ‘영상탐지’, 진동과 음향을 이용하는 ‘음향탐지’, 손가락이나 흉부(호흡) 등의 움직임을 감지하는 ‘전파탐지’, 구조견을 이용한 ‘후각탐지’가 있다. 문제는 이와 같은 방식들이 붕괴지 상부를 직접 이동하면서 이뤄진다는 것이다. 이렇게 하면 탐지 범위가 매우 협소할 뿐만 아니라 매몰자 탐지에 많은 시간이 소요된다. 가장 큰 문제는 잔해물이 추가로 붕괴하게 되면 구조자의 안전 또한 담보할 수 없다는 점이다. 무선신호 기반 매몰자 위치 탐지 기술’은 이러한 탐지 방식이 지닌 문제점을 극복하기 위한 기술로, 드론(Drone)과 스마트폰을 활용한다. 드론과 스마트폰으로 매몰된 사람의 위치 정보를 취득하고, 이를 가시화해 인명을 구조하는 기술이다. 더는 잔해물 위를 위험하게 돌아다닐 필요 없이 신속하고 안전하게 구조하는 방법인 셈이다. 실제 시연 장면. 이번 기술은 매몰자 탐지 기술 대비 탐지 시간을 50% 이상 단축한다는 장점이 있다. 매몰자 위치 가시화를 통한 신속한 구조 우리나라는 전 세계에서 가장 높은 91%의 스마트폰 보급률을 지닌다(2016년 기준). 만약 지진 등의 사고로 인해 매몰자가 발생한다면 이들 열에 아홉은 스마트폰을 가지고 있을 확률이 높을 것이다. 이러한 사실에 착안한 이우식 박사 연구팀(이하 연구팀)은 스마트폰에 기본적으로 내장된 와이파이 신호와 기압 센서를 활용해 매몰자의 위치를 파악할 수 있는 ‘매몰자 탐지 모듈’을 개발했다. 이렇게 개발된 인명탐지 모듈은 드론에 장착되어 붕괴지역 위를 비행하며 매몰자의 위치를 파악한다. 매몰자 탐지 모듈의 외형만을 놓고 봤을 때는 꽤 단순해 보이지만, 다양하고 정교한 알고리즘으로 구성되어 있다. 우선 스마트폰의 무선신호를 감지하기 위한 무선신호 스캐닝 기술(Scanning)이 적용됐다. 이를 통해 드론은 와이파이 AP(Access Point, 무선접속장치) 역할을 한다. 즉, 수집된 맥 어드레스(Mac Address) 값을 통해 어느 스마트폰에서 신호가 송출되었는지 확인할 수 있으며, 송출되는 와이파이 신호강도를 감지함과 동시에 기압 센서로부터 매몰된 깊이 값 정보를 취득함으로써 매몰자의 현재 위치를 더욱 정확하게 파악할 수 있다. 와이파이가 꺼져 있는 경우를 대비해 특정 코드가 삽입된 문자를 수신하게 되면 와이파이 신호를 강제로 활성화할 수도 있다. 또한 기압센서로부터 기압정보를 획득할 수 있도록 백그라운드 어플리케이션(Background Application)도 개발했다. 이와 같이 수집된 정보들은 4G LTE망을 통해 지상부에 있는 데이터 수집 서버로 자동으로 전송된다. 이후 수집된 데이터는 정밀한 위치 정보로 변환되고, 웹서버를 통해 해당 위치 정보가 시각적 정보로 가공되어 구글 맵스나 네이버 지도와 같은 오픈 맵(Open Map) 위에 표출된다. 이를 바탕으로 구조자와 재난컨트롤타워에서는 빠르고 정확한 구조 계획을 수립할 수 있다. 매몰자 탐지 모듈의 외형은 단순해 보이지만, 꽤 복잡한 알고리즘으로 구성되어 있다. 단 한 사람의 생명이라도 더 구하기 위한 노력 이번 기술은 기존 매몰자 탐지 기술 대비 탐지 시간을 50% 이상 단축할 수 있다. 구호 인력의 부상 위험 감소는 물론 인명 피해를 30% 이상 줄이고 구호 비용 역시 20% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 매몰자 수색 외에도 다양한 분야에 활용될 수 있다. 예를 들어 매몰자뿐만 아니라 구조자의 구조 활동을 지원할 수 있으며, 산을 포함한 넓은 지역에서도 활용될 수 있다. 실종자·범죄자 수색과 같은 치안 및 방범, 건설현장의 노무자 안전관리 분야 등에 폭넓게 적용될 수 있다. 연구팀은 후속 연구를 통해 GPS의 정확도를 향상하고자 한다. 오차를 줄이고 좀 더 오랫동안 사용할 수 있도록 배터리 효율 연장에 힘쓸 계획이다. 또한 붕괴 형태에 따라 최적화된 알고리즘이 지능적으로 적용될 수 있도록 머신 러닝(Machine Learning) 기법 등을 적용할 계획이다. 단 한 명의 생명이라도 신속하고 안전하게 구조하고자 하는 끊임없는 고민과 노력이 만들어낸 ‘무선신호 매몰자 위치 탐지 기술’. 머지않아 이 기술을 통해 좀 더 많은 국민들이 혹시 모를 사고로부터 더욱 안전하게 구조될 수 있기를 기대해본다. 미래스마트건설연구본부 게시일2018-03-07 조회수 2279
[2016 사업화유망기술] 도로표지 속성정보의 자동추출기술 개발 ICT융합연구소 정규수 연구위원 도로표지는 운전자 등 도로이용자가 도로시설을 쉽게 이용하고 원하는 목적지까지 쉽게 도착할 수 있도록 도로의 방향, 노선, 시설물 및 도로명 정보를 안내하는 도로 부속물이다. 이러한 도로표지의 안내를 오류 없이 체계적이며 효율적으로 운영하기 위해서는 전산관리가 필수적이다. 하지만 전국적으로 약 16만 개에 이르는 많은 양의 도로표지를 관리하고 지속적으로 변경되는 도로표지 정보의 실시간 갱신하는 것에는 많은 어려움과 한계가 존재할 수밖에 없다. 더욱 효율적인 도로표지 조사 및 분석 도로표지의 경우 안내지명의 변경, 신도시 및 대규모 시설물의 입지, 새로운 도로 및 IC의 신설 등으로 인해 수정사항이 지속적으로 발생한다. 반면, 현재의 갱신과정은 인력에 의한 수동으로 진행되고 있어 정보의 신속한 업데이트에 한계가 있다. 또한, 수집 및 입력 과정이 인력에 의존한다는 점에서 오류발생 가능성이 항상 내포되어 있으므로 첨단기술을 활용한 도로표지 정보의 조사 및 분석장비에 대한 개발이 필요하다. 현재 도로표지와 같은 도로시설물, 도시 공간정보의 취득, 재난 환경에의 피해상황 파악 및 복구 등을 위한 시스템으로 MMS*(Mobile Mapping System) 기술이 개발 및 활용되고 있다. 국내외의 MMS 기술은 초기의 영상수집 기술에 비추어 볼 때 비약적으로 발전했고, 이러한 기술은 일반적으로 도로의 구조, 시설물 등의 공간정보나 단순정보를 취득하여 활용하는 연구로 발전하고 있다. 하지만, 단순정보와 형태로 이루어진 공간정보나 교통표지판과는 달리 도로표지가 가진 다양한 정보를 수집하고 그 중 중요한 속성정보(문자, 화살표 그림, 상징그림 등)의 정보만을 판별해 취득하는 기술의 개발은 아직 이루어지지 않고 있다. 이번 연구는 이러한 도로표지 관리 및 조사를 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 RRAP(Road Sign Recognition and Analysis Vehicle Platform)를 개발하는 것으로 도로표지 정보 수집 자동화를 통한 현지조사 업무에 효율적으로 사용할 수 있도록 개발됐다. 또한, 도로표지대장 작성 업무의 간소화, 도로표지의 일치성·적합성·연계성 분석 자동화 기술 개발, 분석 정보의 실시간 처리기술 개발을 통해 도로표지 관리의 효율성을 높이고 국민이 좀 더 효과적으로 도로표지 서비스를 이용할 수 있도록 하는 것이 목적이다. * 모바일맵핑시스템(MMS: Mobile Mapping System) : 국가지형정보와 국가시설물정보 데이터베이스를 구축, 유지, 관리하기 위해 요구되는 기존 측량 방법과 대비하여 비용 및 시간 면에서 효율성을 높이고 향후 활용성을 높이기 위한 첨단정보 시스템 ▲ RRAP 기술을 협의하고 있는 정규수 연구위원(왼쪽) 다양한 센서로 도로표지를 검출하는 기술 RRAP 기술 개발은 한마디로 도로표지 정보 자동수집 차량의 비전·점군·측위센서를 통해 수집되는 정보를 기반으로 도로표지를 자동으로 검출하는 기술이다. 촬영된 영상정보를 기반으로 도로표지와 도로표지 지주를 자동으로 검출하여 영상 내 도로표지 영역을 1차 추출하고, 이를 기반으로 점군정보와 측위정보를 동시 활용하여 2차 부가정보를 추출하게 된다. 2차로 추출된 부가정보는 도로표지의 종류, 정사영상, 관리기관, 노선정보, 방면정보 등이며 도로표지 종류와 정사영상은 속성정보 추출 부문으로 입력되어 문자 인식을 통해 세부정보를 재추출한다. 재추출된 세부정보와 각종 부가정보는 도로표지 분석 부문으로 입력되어 검출된 도로표지 및 이미 데이터베이스화된 도로표지에 대한 적합성, 일치성, 연계성 분석을 수행한다. 특히 기술의 대표적인 구성요소인 도로표지 조사차량의 경우 멀티센서 기반의 MMS이다. 그동안 MMS는 비용 및 기술, 제도 등의 제약으로 측량 분야 및 포털 사이트의 위치기반 영상서비스용 영상정보 수집분야에만 활용되어 왔다. 하지만 이번 연구를 통해 도로표지를 포함한 각종 도로시설물에 대한 유효정보를 추출하고 이를 데이터베이스화하는 분야에까지 폭넓게 활용할 수 있다는 가능성을 보여줬다. 또한, 도로표지 조사차량을 통해 수집된 영상공간정보로부터 도로표지를 자동 검출할 수 있는 기술을 개발하고 도로표지 검출 S/W에 이를 구현함으로써 그동안 교통표지에 국한되어 오던 도로시설물의 검출 및 인식기술 개발 분야를 도로표지 부문까지 확대하고 해당 부문을 선점할 수 있는 기술적 기반을 마련했다는 것에 의의가 있다. ◀ RRAP 기술은 차량에 설치된 다양한 센서를 통해 도로표지를 자동으로 추출하는 기술이다 ▲도로표지 검출 S/W ▲ 이번 연구는 도로표지를 포함한 각종 도로시설물에 대한 유효정보를 추출하고 이를 데이터베이스화하는 분야에까지 폭넓게 활용할 수 있다는 가능성을 보여줬다. 예산절감을 넘어 국민 안전에 기여 이번 연구는 두 곳의 테스트베드를 통해 실제 적용했다. 인천광역시 서구에서는 도로표지 조사차량 프로토타입(2차년도 성과, 목표 정확도는 1.75m)과 시제품의 위치정확도 비교 및 검증을 수행했다. 서울특별시 강남구에서는 도로표지 검출 SW 시제품을 사용하여 도로표지 자동검출률의 측정을 수행했다. 그 결과 정확도 및 검출률 실험에서 평균 0.461m의 정확도(목표치: 0.7m 이내)와 검출률 100%에 성공함으로써, 연구목표를 달성했다. 이는 도로표지 DB의 신속하고 효율적인 구축 및 갱신을 위한 상용화가 가능한 수준으로 언제든지 현장적용이 가능한 실용화 단계에 와 있다. 도로표지 자동분석 차량 플랫폼(RRAP) 개발은 정부정책과도 부합되는 기술로서 향후 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 자율주행 시대를 대비해 도로표지, 교통표지, 노면표시, 신호등 등의 정보를 가지는 도로 인프라 인식 관련 연구개발을 추진해 확대 적용할 예정이다. 아울러 개발된 기술을 이용해 도로표지 데이터베이스 구축을 전국 기반으로 준비하고 있다. 무엇보다 도로표지의 효율적인 조사와 관리는 단순히 업무효율 향상과 예산절감 차원을 넘어 국민의 안전에 기여한다는 점에서 매우 중요하다. 앞으로 이번 기술을 통해 더욱 편리하고 안전한 교통환경이 조성되기를 기대해본다 미래스마트건설연구본부 게시일2016-06-27 조회수 3989

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