[서울=뉴스핌] 정영희 기자 = 스마트폰으로 철도 차량의 진동가속도와 승차감을 실시간 측정하고 선로 상태까지 분석할 수 있는 기술이 개발됐다.

3일 한국철도기술연구원(이하 '철도연')은 스마트폰을 활용해 철도 차량의 진동가속도와 승차감을 실시간으로 측정·분석하는 애플리케이션(앱)을 개발했다고 밝혔다.

이번 기술은 별도의 고가 계측장비 없이 일반 스마트폰만으로 차량 진동과 승차감 정보를 수집할 수 있도록 개발됐다. 철도 선로 상태를 보다 쉽고 경제적으로 점검할 수 있는 기반을 마련했다는 게 철도연의 설명이다.

기존 철도 승차감 평가는 전문 검측차량이나 고가의 진동가속도계가 필요해 측정 비용이 높았다. 다양한 노선과 운행 차량에 수시로 적용하기도 어려웠다.

새로 개발된 앱은 일반 운행 차량에서도 간편하게 승차감을 측정할 수 있어 현장 점검의 접근성과 활용성을 높였다. 스마트폰에 내장된 관성측정장치(IMU) 센서와 위성항법시스템(GNSS) 수신기를 이용해 차량의 진동가속도를 측정한다.

IMU 센서는 물체의 3축 가속도와 3축 자이로스코프를 이용해 움직임과 자세 변화를 측정한다. GNSS 수신기는 위성 신호를 받아 위치와 속도, 시간을 계산한다. 앱은 측정한 진동가속도를 바탕으로 국제표준인 'BS EN 12299:2009'에 따라 승차감지수를 실시간으로 산출한다.

선로 정합 알고리즘을 적용해 측정 위치를 실제 철도 노선과 일치시키고 결과를 지도 위에 실시간으로 표시하는 기능도 갖췄다. 측정 결과는 지리정보시스템(GIS)과 연계가 가능하다. 이를 통해 노선별 승차감 분포와 선로 상태를 공간정보를 기반으로 분석할 수 있다.

이번 기술을 활용하면 스마트폰 하나만으로 철도 선로 상태를 지속해서 모니터링할 수 있다. 다수의 일반 운행 차량에서 데이터를 계속 수집하면 노선별 승차감 변화를 분석해 선로 이상 구간을 조기에 발견할 수 있다.

유지보수 전후의 승차감 변화도 객관적으로 비교가 가능하다. 유지보수 효과를 정량적으로 평가하고 축적된 데이터를 활용한 예방 유지보수 기반도 구축할 수 있다.

철도연은 앱의 성능을 검증하기 위해 지난달 31일 운행 중인 KTX 서울~대전 구간 열차에 스마트폰과 산업용 데이터로거를 동시에 설치해 현장시험을 진행했다.

시험 결과 스마트폰으로 측정한 승차감지수는 산업용 계측장비로 측정한 값과 유사한 수준으로 나타났다.

이번 기술은 국가과학기술연구회 소관 철도연의 기본사업인 '철도시설물 지능형 유지관리 기술 개발' 과제로 개발됐다. 연구기간은 2022년 1월부터 2025년 12월까지다.

철도연은 해당 기술을 도시철도와 일반철도, 고속철도 등 다양한 노선에 적용해 디지털 기반의 스마트 유지관리 플랫폼으로 확대할 계획이다. 터널 등 위성 신호를 받기 어려운 음영구간에서도 안정적으로 위치를 추정할 수 있도록 관성항법 기반 기술도 추가로 개발할 예정이다.

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 지속해서 추진해 세계적인 디지털 철도기술 경쟁력을 확보해 나가겠다"고 말했다.

Q. 철도연이 개발한 앱은 어떤 기능을 하나요?

A. 일반 스마트폰을 활용해 철도 차량의 진동가속도와 승차감을 실시간으로 측정·분석합니다. 별도의 고가 계측장비 없이도 철도 선로 상태를 쉽고 경제적으로 점검할 수 있습니다.

Q. 스마트폰으로 철도 승차감을 어떻게 측정하나요?

A. 스마트폰에 내장된 관성측정장치(IMU) 센서로 차량의 움직임과 진동가속도를 측정하고 위성항법시스템(GNSS) 수신기로 위치와 속도, 시간을 파악합니다. 측정값을 국제표준인 'BS EN 12299:2009'에 적용해 승차감지수를 산출합니다.

Q. 측정 결과는 어떤 방식으로 확인할 수 있나요?

A. 선로 정합 알고리즘을 활용해 측정 위치를 실제 철도 노선과 일치시킨 뒤 결과를 지도 위에 실시간으로 표시합니다. 지리정보시스템(GIS)과 연계해 노선별 승차감 분포와 선로 상태도 공간정보 기반으로 분석할 수 있습니다.

Q. 이 앱을 철도 유지보수에 어떻게 활용할 수 있나요?

A. 다수의 운행 차량에서 데이터를 지속해서 수집하면 승차감 변화를 분석해 선로 이상 구간을 조기에 발견할 수 있습니다. 유지보수 전후의 승차감도 비교해 정비 효과를 정량적으로 평가하고 예방 유지보수 체계를 구축할 수 있습니다.

Q. 스마트폰 측정값의 정확성은 검증됐나요?

A. 철도연은 지난달 31일 KTX 서울~대전 구간 열차에 스마트폰과 산업용 데이터로거를 함께 설치해 현장시험을 진행했습니다. 시험 결과 스마트폰으로 측정한 승차감지수가 산업용 계측장비의 측정값과 유사한 수준으로 나타났습니다.

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