교량 케이블에서 발생하는 이상 신호를 자동으로 감지하고 케이블 상태를 스스로 분석해 문제를 예측할 수 있다. 

22일 한국건설기술연구원(원장 박선규, 이하 건설연)에 근거하면, ‘사물인터넷(Internet of Things, IoT) 기반 자율형 케이블 모니터링 시스템’을 개발했다.

대표적인 케이블 지지 구조물인 사장교는 구조적인 효율성과 미관이 뛰어나 꾸준히 건설되는 추세다. 대부분의 사장교는 가속도, 변형률, 온도, 풍속 등을 상시 수집해 관리하는데, 특히 케이블 장력의 정밀 모니터링이 안전관리의 핵심 요소이다. 

기존 유선 기반 계측시스템은 센서와 로거(수집장치) 연결 후 케이블 보호를 위해 관을 설치해야 하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 사물인터넷 센서들을 사용하고 있으나, 대부분 센서는 단순 데이터 전송과 장비 제어 기능에 국한돼 있다. 이 때문에 대량의 데이터를 중앙 처리 방식으로 운영하게 되고, 결국 사물인터넷의 핵심인 분산 처리의 장점을 살리지 못하는 한계가 있다. 또한 케이블의 움직임을 센서로 측정하더라도 이를 장력 값으로 추정하는 데에는 기술적 제약이 따른다.

이러한 문제를 해결하기 위해 건설연 구조연구본부 연구팀(팀장 박영수)은 센서와 알고리즘을 통합해 교량 케이블에서 발생하는 이상 신호를 자동으로 감지하고, 케이블 상태를 스스로 분석해 문제점을 예측할 수 있는 ‘사물인터넷 기반 자율형 케이블 모니터링 시스템’을 개발했다. 

이 시스템은 센서가 수집한 데이터를 자체적으로 분석해 유의미한 정보만 무선(LTE)으로 전송해 전력 소모를 최소화하며, 별도 무선 인프라 없이 통신할 수 있다. 시스템 내부에는 256GB의 저장공간을 확보해 통신 장애 발생 시에도 데이터의 안정적인 저장과 재전송이 가능하다.

연구팀이 신규 개발한 시스템을 서울시에서 관리 중인 올림픽대교 케이블 2개소에 2024년 시범 적용한 결과, 기존 유선 계측 시스템의 장력 측정값 대비 평균 오차율 0.5%로 높은 정확도를 입증했다. 현재는 동남아 시장으로의 진출을 위해 필리핀 팡길만 교량(Panguil Bay Bridge)에 설치해 현지 적용 가능성을 검증 중이다.

더욱이 다른 시설물로의 확장성 검증을 위해 기상청 국립기상과학원에서 운영 중인 보성 기상관측탑(높이 307m, 전라남도 보성군 소재)에 개발 기술을 2024년 6월 적용했다. 그 결과 개발 센서에서 측정한 데이터를 서버로 전송 시 수집된 데이터의 수신율은 99%, 장력 탐지율은 98.5%로 우수한 성능임을 확인했다는 것이다. 

박선규 원장은 "금번 기술은 실시간 대용량 데이터 처리가 요구되는 환경에서도 효과적으로 활용할 수 있는 경제적이면서도 효율적인 시설물의 안전관리 방법이다"며, "다양한 사회기반시설에 신뢰성 높은 안전관리가 이뤄질 수 있도록 지속적인 연구개발을 이어가겠다"고 밝혔다.

본 성과는 과학기술정보통신부 지원으로 건설연 중소·중견기업 지원사업(주요사업 대과제 5) 'Edge computing을 활용한 도메인 지식 기반 자율 케이블 모니터링 시스템 구현 연구(2024~2024)' 과제를 통해 개발됐으며, 해당 기술은 ㈜이노온에 기술이전 했다. 건설연은 과학기술정보통신부 산하 국가과학기술연구회(NST) 소속의 정부출연연구기관이다.