노후화된 물인프라 시설물들을 보다 안전하게 관리하기 위해 드론을 비롯한 무인수상선, 수중 로봇 등의 로보틱스 기술과 멀티센서, AI 기술 등을 융합한 패키지 기술 개발 연구가 진행되고 있어 이목을 집중시키고 있다.
이번 연구는 기존 인력 중심의 사후 대응 방식에서 데이터 기반의 선제적 예방 관리로의 패러다임 전환을 위한 견인차 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.
드론 무인수상선 수중 로봇 등 로보틱스 포함
멀티센서 AI 기술 융합 패키지 기술개발 추진
데이터 기반 ‘선제적 예방 관리’ 전환 기대감
최근 기후변화의 영향으로 가뭄, 홍수와 같은 수재해 빈도와 강도가 점점 심화되고 있는 가운데 특히, 설계홍수량을 초과하는 상황이 빈번하게 발생하고 있다.
이 같은 이상기후는 기존 수자원 인프라 설계 기준의 유효성 약화로 이어져 구조물의 위험도를 급격히 증가시키는 만큼 설계·운영 기준의 전면적 재검토가 요구되고 있는 상황이다.
또한, 국내 주요 SOC 시설 중 준공 후 30년 이상 경과한 댐의 비중이 오는 2030년에는 75.2%에 이를 것으로 예상되고 있다.
SOC 시설물들은 시간 경과에 따라 재료 열화, 균열, 누수 등 구조적 성능 저하가 발생할 수 있다. 이는 재난 위험성의 실질적인 증가로 이어질 수 있다.
따라서 장기 내구연한 관리 및 정량 진단 체계 확립 등 선제적인 점검 기술 도입이 필수적으로 받아들여지고 있다.
하지만, 아직 현장에서는 숙련자의 경험에 크게 의존하고 있는 현실이다.
인력에 의한 기존 점검의 경우 점검자의 주관에 따라 결과 편차가 발생해 동일한 구조물을 대상으로도 상이한 진단 결과가 발생할 수 있다.
이 경우 점검의 신뢰성과 일관성이 떨어지는 것은 물론 결과에 대한 디지털 전환 시 어려움으로 작용하고 있는 것으로 파악되고 있다.
또한, 기존 점검의 경우 고지대, 수중, 밀폐 공간 등 위험 지역에 인력이 직접 접근해야 하는 구조적 한계가 존재하고, 낙상, 익사, 질식 등 인명사고의 잠재 위험이 항상 내재돼 있다.
더 큰 문제는 고령화로 인한 숙련 기술 인력 확보가 점점 어려워지고 있는 점이다. 이 같은 현실은 정밀 점검의 지속성과 품질 확보에 큰 장애 요인이 되고 있다.
실제로 아날로그 방식의 기록은 AI 분석이나 디지털 플랫폼과의 연계가 어렵고, 장기적인 이력 추적이나 열화 진행의 패턴 분석에 한계를 갖는다.
따라서 디지털 전환을 통한 시계열 기반의 시설물 관리로 나가기 위한 기반 데이터 구축이 시급히 요청되고 있다.
한편, 드론을 비롯한 ROV, USV 등 로봇 플랫폼과 센서, AI 기술을 융합한 로보틱스 기술은 비접촉 방식의 안전한 점검 수행이 가능해 정량화된 데이터 확보와 디지털 기록 자동화가 가능해 전통적 방식이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 기술로 평가받고 있다.
실제로 점검의 신뢰성 확보와 효율성 제고는 물론 미래 예측형 유지관리 체계로의 전환을 위한 기반이 될 것으로 예상되고 있다.
특히, 로보틱스 기술은 위험 회피, 자율성, 반복 가능성, 객관성 측면에서 기존 인력 기반 점검방식 대비 우수하고, 유지관리의 패러다임을 기술 중심으로 전환하는 데 핵심 역할을 수행할 수 있다는 평가다.
이에 K-water연구원 물인프라안전연구소는 기후변화와 시설물 노후화에 선제적으로 대응할 수 있는 ‘복합 센싱 및 점검기술 융합을 통한 수자원시설 안전성 평가 기술 패키지’ 개발 연구에 구슬땀을 흘리고 있다.
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▲ 로보틱스 기반 물인프라 안전관리 기술 패키지
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연구내용
이번 연구는 기존 육안 점검의 한계를 넘어 로봇과 AI를 활용해 물인프라의 안전을 정량적으로 평가하는 기술 개발 연구로, 드론·USV·ROV 등 로보틱스 기술의 통합 운용, 광학·초분광·LiDAR 등의 첨단 센서 융합, AI 기반 정량적 안전성 평가 지수(Safety Factor) 개발 등을 목표로 하고 있다.
초분광(Hyperspectral) 카메라는 사람의 눈이 보는 가시광선 영역(RGB)을 넘어 수백 개의 파장 대역을 촬영해 물질의 성분이나 상태까지 분석하는 특수 카메라다.
현재 연구진은 ‘AI 통합 분석 및 판단 기능 고도화’ 연구 분야에서 점검 결과의 주관적인 편차를 최소화하고, 시설물의 열화 패턴을 조기에 감지해 유지보수 시기를 정량적으로 결정하기 위해 수집된 점검 데이터를 실시간으로 분석, 이상 징후를 자동 판단할 수 있는 ‘AI 알고리즘의 정밀도 향상 연구’를 수행하고 있다.
‘통합운용 기반 플랫폼 기술 확보’ 분야에서는 공공기관의 점검 의무 이행과 시설물 이력 관리 자동화를 목표로 디지털 트윈과 연동된 점검, 분석, 예측, 보고 체계 구축에 나서고 있다.
이를 위해 로보틱스 장비와 센서, AI 분석 시스템이 유기적으로 연계된 통합 플랫폼 구축 연구에 집중하고 있다.
또한, 기술 확산을 위해 법적·제도적 수용성과 함께 점검 방법론에 대한 기술 표준 제정이 선행돼야 하는 만큼 AI 분석 결과의 법적 효력 인정, 로보틱스 점검 결과의 기록 및 증빙 체계에 대한 명확한 기준도 마련해 나가고 있다.
이 같은 연구를 통해 선보일 기술이 상용화 될 경우 기존 인력 중심의 사후 대응 방식이 데이터 기반의 선제적 예방 관리로 전환될 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 위험한 수중·고소 작업에 로봇을 투입해 작업자의 안전 확보는 물론, 점검 비용을 절감하고 진단의 신뢰도를 획기적으로 높일 수 있을 것으로 전망된다.
연구진은 향후 기술 패키지를 표준화해 국내 시설물 점검과 함께 노후 인프라 관리가 시급한 해외 시장 진출 모델로도 활용할 계획이다.
한편, 물인프라안전연구소는 이번 연구 이전에 다양한 연구를 통해 육상을 비롯한 수상, 수중을 아우르는 로봇 기반 복합 센싱 기술 패키지화에 성공했다.
육상의 경우 드론에 초분광 카메라와 LiDAR를 탑재해 댐 사면의 이상징후를 탐지하고, 수면에서는 무인수상선(USV)이 수심과 하상을 정밀하게 측량하는 기술을 선보였다.
수중에서는 수중 구조물을 근접 촬영하며 이상징후를 포착하는 수중로봇(ROV)을 개발했다.
연구진은 개발 기술을 공주보, 세종보, 보령댐 등을 대상으로 기술 실증을 진행했다.
특히, 초분광 영상 분석을 통해 수심과 지형을 AI(머신러닝)로 분석하는 기술을 고도화하고, 드론이 접근하기 힘든 여수로 우안 사면 등 사각지대에 지상 이동 로봇을 투입, 3D 모델링을 구축하는 데 성공했다.
댐 내부의 상태를 진단하기 위한 전기비저항 모니터링 기술 검증도 완료 단계에 있다.
인 / 터 / 뷰
인력 접근 사각지대 로봇으로 정밀 진단
현장에서 즉시 활용 ‘기술 패키지화’ 집중
K-water연구원 유호준 선임연구원은 “이번 연구는 노후화된 물인프라의 안전관리를 기존 인력 중심·사후 대응 방식에서 로봇·AI 기반의 선제적 예방 방식으로 전환하는 패러다임의 변환을 위한 마중물 연구”라고 소개했다.
이어 “특히, 사람이 접근하기 어렵거나 위험한 수중, 관로, 터널 등의 사각지대를 로봇으로 정밀 진단함으로써 국민의 안전을 확보하고 사회적 비용을 획기적으로 줄이는 데 큰 의미가 있다”고 강조했다.
연구진은 단순히 로봇 하드웨어 도입과 운용 기술을 개발하는 것을 넘어, 현장에서 즉시 활용 가능한 기술의 패키지화에 집중하고 있다.
유 박사는 “‘다중 로봇 통합 운용 기술 개발’ 분야에서는 육상을 비롯한 수상, 수중, 관로 등 다양한 환경에 최적화된 로봇 라인업 구축 연구를 수행하고 있다”며, “‘지능형 분석 시스템 개발’ 분야에서는 로봇이 수집한 데이터를 AI가 분석한 후 구조물의 손상 또는 취약지를 탐지할 수 있는 기술 개발을 추진하고 있다”고 밝혔다.
이어 “‘표준화’ 분야에서는 실제 현장 작업자가 쉽게 사용할 수 있도록 운용 매뉴얼과 유지관리 프로토콜 표준화 연구에 집중하고 있다”고 설명했다.
하지만, 물인프라 현장의 경우 접근이 어렵고, 통신이 단절되는 등 다양한 환경 변수가 많은 것으로 알려져 있다.
유 박사는 “실험실 환경이 아닌 예상치 못한 상황이 발생할 수 있는 현장에서 로봇의 주행 안정성과 데이터 전송 품질을 확보하는 과정에서 많은 시행착오를 겪었다”고 밝혔다.
이어 “하지만, 테스트베드 적용을 통해 기존에 육안 점검으로는 해결하기 힘든 부분을 개발 기술을 활용해 해결하고, 위험한 지역의 작업을 로봇이 대체함으로써 작업자의 안전을 보장할 수 있다는 점을 확인하는 등 큰 성과를 도출하는 데 성공했다”고 말했다.
정밀 튜닝 과정거쳐 자체 안전점검에 우선 도입
이번 연구는 현장 작업자의 안전 확보, 경제성 및 기술 경쟁력 확보 등의 효과를 거둘 것으로 기대를 모으고 있다.
연구진은 이번 연구를 통해 선보일 기술 패키지를 보다 정밀한 튜닝 과정을 거쳐 수자원공사의 자체 안전점검에 우선적으로 도입할 예정이다.
또한, 기술 이전을 통해 민간 안전진단 전문 기업들이 활용할 수 있도록 지원하고, 향후에는 노후 인프라 문제가 심각한 해외 시장으로의 기술 수출 모델 확장에도 나설 예정이다.
끝으로 유 박사는 수자원 분야의 발전에 대해 “전통적인 토목·건설 기술과 로봇, AI, 빅데이터 등 첨단 ICT 기술과 과감한 융합이 필요하다”고 말했다.
이어 “이를 위해서는 기술 개발은 물론 신기술을 빠르게 도입할 수 있도록 법·제도의 규제 완화와 실패를 두려워하지 않는 지속적인 R&D 투자와 전문가 육성이 뒷받침돼야 한다”고 제언했다.
