스마트폰으로 철도 승차감, 선로상태를 쉽게 측정하는 앱 개발
-고가 계측장비 없이 선로 상태 실시간 진단, 스마트 유지보수 가능 -

■한국철도기술연구원(원장 사공명, 이하 철도연)은 스마트폰을 활용해 철도 차량의 진동가속도와 승차감을 실시간으로 측정·분석하는 안드로이드 애플리케이션 앱을 개발했다. 이번 기술은 별도의 고가 계측장비 없이 일반 스마트폰만으로 차량 진동과 승차감 정보를 수집할 수 있어, 철도 선로 상태를 보다 쉽고 경제적으로 점검할 수 있는 기반을 마련했다.

ㅇ기존 철도 승차감 평가는 전문 검측차량이나 고가의 진동가속도계가 필요해 측정 비용이 높고, 다양한 노선과 운행 차량에 수시로 적용하기 어려웠다. 이번에 개발한 앱은 일반 운행 차량에서도 간편하게 측정할 수 있어 현장 점검의 접근성과 활용성을 크게 높였다.

■이번에 개발한 앱은 스마트폰 내장된 센서*와 수신기**를 이용하여 차량의 진동가속도를 측정하고, 국제표준***에 따라 승차감지수를 실시간으로 산출한다.
* 스마트폰 내장 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성측정장치) 센서 : 물체의 움직임(3축 가속도)과 자세 변화(3축 자이로스코프)를 측정하는 센서 모듈
** GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기 : 위성으로부터 신호를 수신하여 위치, 속도, 시간(PVT: Position, Velocity, Time)을 계산하는 장치. GNSS는 전 세계의 위성항법시스템을 통칭하는 명칭임
*** BS EN 12299:2009 Railway applications - Ride comfort for passengers - Measurement and evaluation

ㅇ또한 선로 정합 알고리즘을 적용하여 측정 위치를 실제 철도 노선과 일치시키고, 측정 결과를 지도 위에 실시간으로 표시한다. 측정결과는 지리정보시스템(GIS)과 연계할 수 있으며, 노선별 승차감 분포와 선로 상태를 공간정보 기반으로 분석할 수 있다.

■이번 기술은 스마트폰 하나만으로도 철도 선로의 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있어 유지관리 방식의 디지털 전환을 앞당길 것으로 기대된다.

ㅇ다수의 일반 운행 차량에서 데이터를 지속적으로 수집하면 노선별 승차감 변화를 분석하여 선로 이상 구간을 조기에 발견할 수 있다.

ㅇ또한 유지보수 전·후 승차감 변화를 객관적으로 비교하여 유지보수 효과를 정량적으로 평가할 수 있으며, 축적된 데이터를 활용한 예방 유지보수 기반 구축도 가능하다.

■철도연은 개발한 앱의 성능을 검증하기 위해 운행 중인 KTX 열차(서울~대전)에서 스마트폰과 산업용 데이터로거를 동시에 설치하여 현장시험을 7월 31일 수행했다.

ㅇ시험 결과 스마트폰으로 측정한 승차감지수는 산업용 계측장비로 측정한 값과 유사한 수준으로 높은 신뢰성을 확인했다.

■ 이 기술은 국가과학기술연구회(이사장 김영식, 이하 NST) 소관 철도연의 기본사업으로 개발되었다.

※관련 연구과제
- 과제명: 철도시설물 지능형 유지관리 기술 개발(철도연 기본사업)
- 연구기간: 2022.1. ~ 2025.12.

ㅇ철도연은 이번 기술을 도시철도, 일반철도, 고속철도 등 다양한 노선에 적용하여 디지털 기반 스마트 유지관리 플랫폼으로 확대해 나갈 계획이다. 또한 향후 터널 등 위성수신 음영구간에서도 안정적인 위치 추정이 가능한 관성항법 기반 기술을 추가 개발할 예정이다.

■김만철 철도연 수석연구원은 “이번에 개발한 스마트폰 기반 승차감 측정 기술은 별도의 고가 계측장비 없이도 철도 선로의 상태를 쉽고 경제적으로 진단할 수 있는 기술”이라며 “앞으로 빅데이터와 AI를 활용한 예방 유지보수 체계를 구축하여 철도 안전성과 유지관리 효율성을 더욱 높여 나가겠다.”고 말했다.

■사공명 철도연 원장은 “디지털 기술을 활용한 철도시설 유지관리 혁신은 국민이 안전하고 쾌적한 철도를 이용하기 위한 중요한 기반”이라며 “철도 현장에서 바로 활용할 수 있는 스마트 유지관리 기술 개발을 지속적으로 추진해 세계적인 디지털 철도기술 경쟁력을 확보해 나가겠다.”고 밝혔다.