- 소형 카메라로 레일 마모 위치·상태 자동 진단

현장 성능검증을 위해 인천2호선 전동차에 장착한 모습.[한국철도기술연구원 제공]
현장 성능검증을 위해 인천2호선 전동차에 장착한 모습.[한국철도기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 달리는 지하철에서 레일의 마모 상태를 자동으로 확인할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국철도기술연구원은 도시철도 운행 중 레일 표면의 마모 상태를 고속으로 촬영하고 자동 분석하는 ‘차량 탑재형 레일 이미지 검측장치 및 진단기술’을 개발했다고 16일 밝혔다.

도시철도 소음과 진동을 유발하는 대표적인 원인 중 하나는 ‘레일 파상마모’다. 열차가 반복적으로 운행하면서 레일 표면에 일정한 간격으로 울퉁불퉁한 요철이 생기는 현상이다. 바퀴와 레일 사이의 충격을 키워 승차감을 떨어뜨리고, 특히 주거지역 인접 구간이나 급커브 구간에서는 소음 민원의 원인이 된다.

기존에는 레일 마모 상태를 확인하기 위해 고가의 전용 검측차량이나 정밀 계측장비를 사용해야 했다. 장비 운용에 많은 비용이 들고 급곡선·급구배 구간이 많은 도시철도에서는 반복적인 점검에도 어려움이 있었다.

철도연이 개발한 장치는 초고속 라인스캔카메라를 활용해 열차가 달리는 동안 레일 상단 전체를 고해상도 이미지로 연속 촬영한다. 차량이 한 번 주행하는 것만으로 레일의 마모 여부와 발생 위치, 마모가 반복되는 간격인 ‘파장’까지 자동으로 분석한다.

특히 작업자가 분석 결과와 실제 레일 표면 이미지를 함께 확인할 수 있어 손상 상태를 직관적으로 파악하고 유지보수 여부를 판단할 수 있다.

장치는 운용 환경에 따라 PC 일체형과 분리형으로 개발됐다. PC 분리형은 각각 약 8㎏과 5㎏ 수준의 장비로 구성돼 기존 전동차나 유지보수 차량에 간편하게 장착할 수 있다.

현장 실증에서도 성능을 확인했다. 철도연은 인천교통공사, 새영테크놀로지와 함께 인천도시철도 2호선 전 구간에서 실제 운행속도로 시험을 진행했다.

철도연이 개발한 차량 탑재형 레일 이미지 검측장치.[한국철도기술연구원 제공]
철도연이 개발한 차량 탑재형 레일 이미지 검측장치.[한국철도기술연구원 제공]

그 결과 도시철도 최고 운영속도 수준인 시속 80㎞에서도 레일 표면의 고해상도 영상을 안정적으로 확보했다. 파상마모 진단 성능은 종합 검출 성능지표인 F1-score 기준 97% 이상을 기록했다.

이번 기술은 레일 상태를 정기적으로 점검하는 기존 방식에서 벗어나 운행차량을 활용해 반복적으로 확인할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 같은 구간의 레일 이미지를 지속적으로 축적하면 마모가 발생하고 진행되는 과정을 추적해 적절한 보수 시점도 판단할 수 있다.

철도연은 향후 인공지능(AI) 영상분석 기술을 접목해 파상마모뿐 아니라 레일 표면의 균열과 손상, 연마 상태까지 통합 진단하는 기술로 고도화할 계획이다.

홍지영 철도연 책임연구원은 “레일 파상마모의 발생 위치와 파장까지 간편하게 찾아낼 수 있게 됐다”며 “향후 마모 발생과 성장 과정을 예측하고 유지보수 의사결정까지 지원하는 지능형 레일 상태관리 기술로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

사공명 철도연 원장은 “고가의 전용 검측장비 중심이었던 철도 인프라 관리를 소형·경량·상시검측 방식으로 확장한 기술”이라며 “도시철도 소음 저감과 유지관리 효율화를 통해 보다 조용하고 안전한 철도환경 조성에 기여하겠다”고 밝혔다.


nbgkoo@heraldcorp.com