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ETRI가 한국철도기술연구원과 공동으로 국가과학기술연구회 융합연구사업을 통해 고속 열차의 주행시 안전성 확보를 위해 차량 주행부의 상태를 실시간으로 감시하고, 측정된 데이터를 무선 방식으로 열차 관리센터에 전송하는 사물인터넷(IoT) 융합기술 개발에 성공했다.

연구진은 열차의 주요 탈선 원인이 바퀴의 베어링 부분이 축에 달라붙어 열이 발생하거나 심한 진동 때문이라고 설명했다. 지금까지는 선로 주변 40km마다 베어링의 온도 측정을 통해 유선으로 위험을 알려주는데, 모니터링을 지속적으로 하기 어려웠다.

하지만, 신기술은 별도의 전원공급 없이도 열차가 움직이면 발생하는 진동 에너지원을 이용해 전력을 생성해 무선통신에 이용했다. 이는 『자가발전형 일체형 통신센싱 모듈』이다.

또한, 철도시스템 고속화에 따른 신뢰성 및 안전성 확보, 유지 보수 비용 절감을 위해 외부서 전원공급이 어려운 차량의 대차에 사물인터넷(IoT)기술을 적용해 무선센서를 이용하는 방식이다.

ETRI는 고속철도 환경 같은 열악한 무선통신 환경에서도 강인한 저전력 무선센싱 기술을 개발했고, 한국철도기술연구원은 버려지는 에너지를 수확하는 개념의 에너지 '하베스터(Energy harvester)' 기술을 개발했다.

특히 연구진은 열차처럼 금속으로 차폐되어 있고, 고속 주행하는 환경에서 통신 품질을 확보하기 위해 기존 저전력 무선통신기술인 국제전기전자학회(IEEE) 규격을 개선하고, 철도환경 맞춤형 고주파 회로 집적칩(RFIC)을 제작·탑재해 기술개발에 성공했다.

연구진은 원활한 열차의 감시를 위해 자가 발전한 70mW(밀리와트)의 저전력으로 구동되는 통신 모듈을 만들고 RF장치를 칩화 시켰다. 연구진은 이를 통해 8cm x 10cm 크기의 사물인터넷(IoT) 기반 일체형 센서를 만들어 차세대 고속 열차인 해무 열차에 적용하고 시연에 성공했다. 향후 센서 크기는 30%이상 줄일 계획이다.

또 연구진은 열차 이상 감지의 데이터를 중계하기 위해 게이트웨이를 개발해 무선센싱망과 외부망을 연동시켰다. 실제 문제가 발생하면 스마트폰이나 모니터링 PC에 경고음을 통해 알려준다.

본 기술을 열차에 적용하면 현재 연간 약 6천억 원의 열차 유지 보수비를 약 10%정도 줄일 수 있다, 따라서 6백억 원 이상의 비용 절감이 예상된다.

ETRI 모바일미디어융합연구실의 김영일 박사는 “현재 관련 기술은 몽골과기대 등과 함께 몽골 철도에 기술이전 할 계획이다. 향후 신기술 상용화를 위해 많은 연구가 추가적으로 필요하고, 안전하고 편리한 열차 이용에 큰 도움이 예상된다.”고 말했다.