서울기술연구원(고인석 원장)은 지금까지의 열수송관 파열사고를 혁신적으로 예방할 첨단 손상감지 시스템을 개발하고 실용화했다고 밝혔다.

서울기술연구원 도시인프라연구실(김정환 실장, 박민철 수석연구원)에서 개발한 `기술 1호`가 된 이 시스템은 첨단 센싱과 무선센서 네트워크 기술로 구성되어 있으며, 첨단 센싱 기술은 땅속에 매설되는 분포형 센서(계측선)과 TDR계측기기*로 이루어져 있다. 무선센서 네트워크 기술의 경우, IoT 센싱망을 구성하는 네트워크 기기(노드, 중계기, 베이스)와 네트워크 토폴로지 기술**로 구성되어 있다.
 

TDR 계측기기*: 전선에 전기펄스(Step pulse)를 주사한 후 반사된 값을 측정하여 끊어진 위치를 찾는 시간 반사 영역법(Time Domain Reflectometry)을 이용한 장비
 

네트워크 토폴로지 기술**: 네트워크 기기를 공간적으로 배치하여 IoT 센싱망을 구성하는 것으로써 선(Line), 트리(Tree), 메쉬(Mesh) 등의 형태가 있다.
 

최근 노후 열수송관의 파열사고가 증가하고 있지만, 열화상 카메라를 이용한 점검 외에는 다른 대안이 없었다. 이 시스템은 매설된 지하관로의 손상을 실시간으로 감지하여 사전에 사고를 예방할 수 있어, 서울시의 지하를 보다 안전하게 관리할 수 있게 되었다.

새로 개발된 첨단 손상감지 시스템은 손상정보와 위치를 즉시 파악하고, IoT 센싱망을 통해 관리자에게 전송된다. 이 기술은 기존의 육안 점검을 첨단 기술을 활용한 선제적 유지관리로 전환시키고, 파열사고를 사전에 예방하는 방식이다.

첨단 손상감지 시스템의 구성도.

분포형 센서(계측선)은 롤(길이 100m) 형태로 제작되어 현장 설치와 연결이 쉽고 내구성이 높다. 이 센서가 장착된 TDR계측기기는 전기회로 개선 및 디지털화로 성능을 개선하고 IoT센싱망과 연동했다.

개발된 분포형 계측선과 TDR 계측기기의 개선사항 및 장점.

네트워크 기기들 또한 전력량과 운영 상태까지 제어관리하는 저비용‧저전력‧고효율 장비들이다. 네트워크 토폴로지를 메쉬(Mesh)로 구성해 데이터의 전송 효율까지 개선했다.

 
무선센서 네트워크 기술의 개선사항 및 장점.

무선센서 네트워크 기술(WSN)을 이용한 IoT 센싱망은 정보통신 분야의 저명한 국제학술지인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ‘20년 1월호에 ‘산사태 모니터링을 위한 무선센서 네트워크 기술의 효율성(The Effectiveness of a Wireless Sensor Network System for Landslide Monitoring, 김정환 등, 2020)’이라는 논문으로 게재되었으며, 도시인프라 시설물 모니터링 분야에서 국제적으로 선도하고 있는 기술로 검증되었다.

서울기술연구원 고인석 원장은 “첨단 손상감지 시스템의 설계부터 세부적인 요소기술, 전자기기까지 모두 자체 개발하여 열수송관의 파열사고 예방과 선제적인 유지관리가 가능해졌다”며 “앞으로도 서울기술연구원이 지하시설물의 통합적 안전관리를 위한 컨트롤 타워가 되도록 적극 지원하고, 개발한 기술이 세계 표준이 되도록 지속적으로 노력하겠다”고 말했다.