4차산업혁명을 맞아 철도에 ICT기술을 접목해 안전을 보장하고 스마트하게 운영관리·서비스를 하기 위한 움직임이 본격화되고 있다. 이러한 시기에 스마트 기술의 수요처인 철도운영기관의 스마트 기술에 대한 이해를 넓히면서, 공급처인 민간기업이 보유한 스마트 기술이 현장에 확대 적용될 수 있는 계기를 마련하기 위한 ‘스마트 철도 안전관리 컨퍼런스’가 18일 판교테크노밸리에서 열렸다. 전문가들은 철도 현장과 장비에 대한 이해에 기반한 ICT 기술·서비스 접목 및 빅데이터 분석 전문가의 부재가 아쉽다며 입을 모았다.

2017년 철도-ICT 접목 본격화

컨퍼런스를 주최한 국토교통부의 강희업 철도안전정책관은 “스마트 철도 시장 확대를 위해서 공급자 위주 시각이 아닌 수요처와 시장이 무엇을 원하는지를 들을 수 있는 플랫폼 마련이 시급했다”며 “보유한 기술을 정부부처에 계속 건의해주시기 바라고, 공사와 공단에서도 어떤 기술이 필요한지 업계에 요청할 수 있는 논의의 장으로서 컨퍼런스를 앞으로도 이어나갈 것”이라고 말했다.

철도 운영에 스마트 기술은 접목한 것은 2007년부터이지만, 정부의 4차산업혁명 투자 기조에 따라 본격화된 것은 2017년부터다.

철도공사는 2004년 고속검측차, 종합검측차를 도입하고 2007년 전기 기술지원시스템 도입을 시작으로 스마트 기술을 받아들였다.

전기 기술지원시스템은 신호 및 변전 분야의 실시간 데이터값을 자동 감시하고, 문제 발생 시 사용자에게 공지하는 시스템이다.

장광훈 한국철도공사 전기계획처장은 “전기 기술지원시스템은 어느 정도 정착된 상태”라며 “신호 분야 현장 및 시스템, 장치를 잘 아는 기술진들이 들어가서 개발했기 때문에 계속 발전할 수 있었던 것”이라고 분석했다.

반면 송변전 분야는 소규모업체들의 폐업 등에 의한 기술 사장 등으로 답보 상태인 것으로 나타났다. 장 처장은 “ICT업계의 관심을 통해 확대돼야 할 부분”이라고 말했다.

현재 한국철도공사는 원격감시 및 자동검침을 고속철도부터 추진, 단계적으로 확대하고 있다. 향후 일반철도를 포함해 60%까지 확대할 계획이다.

 

시간 기반에서 상태 기반 관리 ‘목표’

장 처장에 따르면, 스마트 철도관리 시스템 구축의 주요한 목표는 유지보수 체계를 시간 기반(TBN)에서 상태 기반(CBM)으로 전환, 잔존 수명 및 고장예측이 가능하도록 하는 것이다.

TBN이 장비·시설의 현상태와 무관하게 인력에 의한 정기적인 검침을 전제한다면, CBM은 데이터 분석을 기반으로 장비 상태를 분석해 그에 따른 맞춤 정비를 시행하는 방식을 말한다.

 

올해부터 스마트건널목 본격 구축

올해부터 스마트 철도건널목 구축이 본격화된다. 장 처장은 “지장물 감지 시스템의 경우 선(線) 기반 레이더는 지장물을 감지하지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로, 면(面) 기반 레이더로 전환한다”고 말했다.

스마트 건널목에서 가장 중요한 것은 건널목 주변에서 자동차 운전자가 열차 이동 위치 및 도착 시간을 파악할 수 있는 지능형 안내표지 시스템이다. 947개 철도건널목 중 사고 다발 및 교통량이 많은 200개소에 구축된다.

철도공사는 2023년까지 스마트 차량 유지보수 체계를 확대 구축한다.

또한 인력에 의한 차량 세척, 도장, 운반이 아닌 로봇에 의한 세척 및 도장, 계측이 자동화된다.

철도공사는 CBM 유지보수에 대한 연구결과를 공사 기준으로 명시하는 표준화 작업을 2021년까지 완료하고 고속차량에는 2021년, 전동차에는 2023년부터 적용할 방침이다.

 

사후 데이터 분석에서 실시간 분석·전송까지

더불어 2022년까지 스마트 자동검측체계를 최적화한다.

IoT 기반 자동검측체계 구축을 위해 국가 R&D 개발 등 검증이 완료된 정밀 검측 설비를 개량·신규 도입해 ‘무인검측→실시간 분석→LTE-R을 통한 분석결과 전송’ 체계를 완료한다.

철도 검측을 담당하는 고속검측차·종합검측차는 현재 높이, 마모, 전차선로 변형, 통신 무선전계 등만을 검측하지만, 향후에는 열화상 검측, 까치집 등 둥지 검출, 2차원(2D) 및 3차원 이미지 검측 기능 등이 추가될 방침이다.

또한 현재는 수집된 데이터를 사무실에 와서 따로 분석해야 한다면, 앞으로는 실시간 수집된 데이터가 바로 분석돼 데이터 집중장치에서 빅데이터센터로 가서 사용자에게 전달되는 시스템이 완성된다.

이와 함께 2022년까지는 열차의 안전 운행과 밀접한 관련이 있는 변전설비·전력설비·통신설비 등의 원격감시시스템이 구축된다.

변전설비의 경우 회사마다 통신 기반 및 알고리즘이 다 달라 사용자의 1:1 감시가 불가피했으나, 앞으로는 표준화된 프로토콜로 통합, 국제표준(IEC61850)에 맞는 설비를 구축해 이를 해소한다.

장 처장은 끝으로 “사업을 추진해 보니 철도 기술을 모르는 상태에서 IT 기술만으로는 절대 철도에 접목호환이 안 된다”며 “철도 기술 각각의 특성을 관심 있게 보고 거기에 맞는 기술을 제안해주시면 저희가 얼마든지 수용·활용할 수 있고, 예산 지원도 충분히 받을 수 있을 것”이라고 당부했다.

 

열차 취득에서 폐기까지 원스톱 관리

2018년부터 올해 말까지는 철도시설 종합정보시스템(RAFIS)이 구축되고 있다.

기존 데이터 분석은 이력데이터가 활용되지 않고 분석데이터의 관리가 되지 않아 관리 중심, 현상유지에 급급했다.

RAFIS는 운영·정비·고장·자재사용 실적을 제공하고 취득에서 폐기까지 이력을 관리한다.

또한 데이터 추출을 통해 위험도, 노후도, 시설물 상태, 수명 등을 측정하고 추세 및 범주화, 패턴을 분석해 잠재 고장 발생시점을 예측해 정비를 요청한다.

동시에 고장 원인 분류 및 영향을 평가하며, 예방 유지보수정책 수립이 지원되고, 계량 대상 선정 및 시점, 대안 등이 도출된다. 이는 여러 분석 기법 및 엔진 솔루션에 의해 자동화돼 이뤄지며, 결과는 유지보수 분석자에게 전달된다.

 

스마트 피난유도 시스템 올해 시범 도입

한국철도시설공단은 올해 6월까지 철도 IoT 분야에서 ‘원격감시시스템 시범구축을 위한 기본설계 용역’을 추진한다. 계측시스템을 운영하는 경강선(서원주~횡성)의 교량 및 터널, 궤도, 비탈면, 전차선에 시범 구축하는 사업이다.

또한 올해 역사에서 화재 등 재난 발생 시 최적 노선으로 대피하기 위한 ‘스마트 피난유도 시스템’이 시범적으로 도입되고, LTE-R 기반 IoT 플랫폼 및 시범서비스 도입, 기술기준 표준화 및 안전시스템 개발 등이 추진된다. 올해 관련 예산은 440억원으로 책정돼 있고, 총 예산은 2500억원이다.

빅데이터 분야에서는 내년까지 철도시설 이력관리시스템 구축이 완료되고 운영이 개시된다. 2022~2023년에는 시스템의 정보화 서비스 고도화 및 시스템 안정화가 추진된다. 주요 내용은 모바일 시스템 도입, GIS 확대 구축, 3D 기반 지하시설물 관리 방안, 모니터링 강화 등이다.

한편, 철도시설공단에서는 고출력전자기파(EMP) 위험에서 안전을 보장하기 위한 연구도 진행 중인 것으로 알려졌다. 전만경 한국철도시설공단 부이사장은 이날 “고속열차 운행 중 열차에 EMP 장애가 있을 때 열차와 승객 안전 효과적 도모 위한 스마트 기술을 고민하고 있다”고 말했다.

 

2021년 개방형 지하철역 플랫폼 확대

서울교통공사 역시 2017년부터 정보통신 인프라 고도화 사업을 추진 중이다. 유선 네트워크는 2018~2019년까지 1~8호선 전체 5G급 이상 코어망 구축을 완료했고, 무선 분야는 2~5호선에 LTE-R을 구축하고 있으며, 4호선과 7호선 구축을 올해 추가로 추진한다.

또한 서울교통공사는 실시간 대응 및 직관적 판단이 가능한 운영 기반 구축을 위해 스마트 역사 관리·서비스 플랫폼인 ‘메티오티(MetioT)’를 구축한다.

메티오티는 사물인터넷(IoT) 표준인 원엠투엠(One M2M)을 적용해 데이터를 수집, 분석하고 이를 시설물 관리와 안전·보안 관리, 열차 운행 지원 및 서비스에 활용한다. 소프트웨어개발키트(SDK)와 API를 일반에 공개해 개방형 플랫폼으로 운영할 계획이라고 밝혔다.

2018년 군자역에 시범사업을 완료했으며, 올해까지 2호선 전체 역사에 구축, 1곳에서 50개 역사별 이벤트를 관리·통제하게 된다. 현재 1, 4호선이 설계 중으로 상반기 발주를 앞두고 있으며, 2021년부터는 전체 역사로 확대된다.

 

40㎞마다 광센서 설치해 모든 데이터 수집

이날 KT 등 ICT 기업들은 스마트 기술 최신 동향과 철도 분야 활용 방안을 제시했다.

KT는 자사의 광케이블망을 활용한 철도·역사 관리를 제안했다. 시설물 대부분이 오지에 있기 때문에 오지에서의 계측을 위한 유무선 통신을 위해서는 광케이블망이 많아야 하고, 실시간 계측에는 유선(광통신)이 유리하다는 것.

또한 KT 클라우드를 통해 전국 어디서나 관제가 가능한 KT 기가 세이프 플랫폼을 소개했다. 센서 계측에서 데이터 저장, 수집, 실시간 관제까지 KT에서 담당하고, 실시간 분석을 통한 대응 등은 전문가 분석그룹의 도움을 받는 방식이다. KT에서 통계·상관 분석까지는 제공할 수 있다.

KT는 기가 세이프 플랫폼에 쓰이는 광섬유 센서는 전원 공급이 필요 없고, 광케이블 1코어로 다양한 종류의 센서를 수용할 수 있다고 설명했다. 또한 한쪽 케이블이 끊어져도 다른 쪽으로 센서 측정이 가능한 센서 이중화 기능을 통해 끊김 없는 계측이 가능하다. 측정 거리가 100m에 지나지 않는 일반 전기식 계측 센서에 비해 광섬유 센서는 손실이 적어 최대 40㎞까지 전송이 가능해 센서 설치 대수를 획기적으로 줄일 수 있다.

KT는 이어 IoT 기반 철도 시설물 원격감시시스템 구축 사례로 △광섬유센서 기반 선로 계측 △스마트 강연선 기반 강현콘크리트(PSC) 교량 계측 △3축 가속도 기반 3축 헨 변위 계측 △디지털트윈을 이용한 스마트 역사 구축 등을 소개했다.

SK텔레콤은 한국정보통신기술협회(TTA)와 함께 LTE-R 기반 스마트 철도 플랫폼 표준·보고서를 진행하고 있는 것으로 나타났다.

SK텔레콤이 개발하고 있는 스마트 통합 원격관제 시스템은 5가지 핵심 요소로 구성된다. △LTE-R 기반 IoT 센서·모뎀 △통합 인터페이스 장비 △서비스 플랫폼 △3차원 맵 기반 관제 △모바일앱이 그것이다.

또한 공공 데이터화, 표준화를 통해 누구나 쉽게 운용할 수 있고, 사업자마다 프로토콜과 데이터 포맷만 맞추면 얼마든지 IoT 서비스를 쉽게 개발할 수 있는 환경을 제공할 방침이다.

 

1회성 아닌 장기적 관점 투자 시급

또한 전문가들은 데이터 수집은 현재 되고 있으나, 이를 유의미하게 분석할 분석 전문가가 없어 양성이 시급하며, 구축 기반이 아닌 장기적인 투자를 통한 긴 안목이 중요하다고 말했다.

삼성SDS 관계자는 “사내에도 데이터 분석 전문가가 현재 없다”며 “모아진 데이터를 분석해서 유의미한 서비스를 만들 수 있는 인재가 없다면 시스템을 구축해 봤자 의미가 없다”고 말했다.

장광훈 한국철도공사 전기계획처장은 “중국의 경우 프로젝트가 실패하더라도, 거기에서 획득한 원천기술을 기반으로 재투자해, 10년 전에는 우리보다 수준이 낮았으나 지금은 비교할 수 없는 수준으로 올라섰다”고 말했다.

SK텔레콤 관계자 역시 “IoT, 빅데이터 등이 접목되며 구축보다 유지보수의 중요성이 더 커졌다”며 “1개 서비스를 런칭할 때 구축 중심, 1회성이 아닌 적어도 4~5년의 장기적 관점을 가지고 접근하는 비즈니스 모델 정립이 필요하다”고 강조했다.