K-water 차세대 지능형 ‘댐 안전관리 플랫폼
K-water연구원, 디지털 혁신 기반 차세대 지능형 ‘댐 안전관리 플랫폼 구축’ 시동 걸었다
최근 4차 산업기술 기반의 디지털 전환기술을 댐 시설물에 접목하기 위한 마중물 연구가 진행되고 있어 이목을 집중시키고 있다.
특히, 이 연구에는 한국판 뉴딜 사업의 일환으로 진행되는 ‘스마트 댐 안전관리 체계 구축 사업’의 핵심기술인 드론과 ROV, 디지털 트윈 기술 등이 포함돼 있어 더욱 눈길을 끌고 있다.
드론 수중로봇 AI 손상 계측 분석 등 디지털 전환 요소기술 통합
접목방법 방향성 등 구체적 활용분야 ‘모색’ 연구 추진전략도 기획
물리적 인프라 ‘디지털화’ 동일하게 만든 가상 모델 구축기술 ‘눈길’
현재 국내 전체 SOC 인프라 중 댐과 저수지의 노후화율은 매우 높은 실정이다. 특히, 최근 들어 극한홍수와 같은 기후변화와 대규모의 지진 발생 등 댐을 위협하는 요인들도 증가하고 있어 댐의 안전성 확보에 비상등이 켜진 상태다.
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따라서 댐 사고로 인한 막대한 사회·경제적 피해 예방을 위해 4차 산업기술 기반의 디지털 전환 기술 접목을 통한 댐 안전성 확보가 매우 중요한 현안으로 제기되고 있다.
이 같은 현안 해결을 위해 K-water연구원에서는 드론을 비롯한 수중 ROV 로봇, AI 손상분석, AI 계측 분석 지능화, 디지털 트윈, 증강현실, 혼합현실 등 다양한 디지털 전환 요소기술들을 통합한 ‘차세대 지능형 댐 안전관리를 위한 플랫폼’ 구축 연구에 박차를 가하고 있다.
이 중 드론과 ROV, 디지털 트윈 기술 등은 한국판 뉴딜 사업의 스마트 댐 안전관리 체계 구축 사업에 포함, 시행될 예정이다.
연구내용
이 연구에서는 드론, 수중 ROV 로봇, AI 손상분석, AI 계측 분석 지능화, 디지털 트윈, AR·MR 등 6가지 종류의 디지털 전환 요소기술들에 대한 접목 방법과 방향성, 구체적인 활용 분야를 모색하고 있다.
또한, 이 같은 4차 산업 요소기술들을 기반으로 구현이 가능한 차세대 지능형 댐 안전관리 플랫폼과 연구 추진전략을 기획하는 기초 연구도 병행하고 있다.
이 같은 연구 중 ‘드론 사진측량 기술’은 인력 중심의 댐 안전점검과 진단 업무 생산성을 근본적으로 혁신할 수 있는 기술로 평가받고 있다. 이 기술은 댐 시설 안전은 물론 유역의 환경 관리, 재난 안전, 디지털 3D 수치 모델링 등에 광범위하게 활용될 수 있다.
현재 K-water에서는 이 기술의 확산, 보급에 나서고 있으며, 드론 디지털 매핑과 분석 기술 축적과 실증 연구를 수행하고 있다.
향후 이 기술은 인명사고 등 안전사고 예방은 물론 댐 시설관리 업무 생산성을 비약적으로 혁신하는 한편, 각종 점검·진단 비용 절감에도 기여할 전망이다.
이 연구에서는 물과 접해 있는 댐 시설물의 특성상 수중부에 대한 점검을 위해 기존 잠수부 인력조사를 대체할 수 있는 ‘수중 ROV 기술’ 접목을 위한 시도도 이뤄지고 있다.
현재 K-water에서는 ROV를 활용, 주암 장대도수터널 유출부의 수중 장애물 확인 등 다양한 환경에서의 실증 연구를 진행하고 있다.
최근에는 고해상도 소나 탑재와 수중영상정보 시각화 소프트웨어 개발에도 나서고 있다.
이 연구에서는 기존 기술 대비 생산성을 30% 이상 혁신을 목표로 AI 학습을 통한 손상부 자동 검출과 이미지 프로세싱을 활용한 물량 산출 기술도 개발하고 있다.
또한, AI를 댐 안전 업무에 활용하기 위한 계측 데이터 분석 지능화 기술 개발 연구도 진행하고 있다.
이 기술은 댐체에 설치돼 있는 수많은 계측 센서로부터 수집된 데이터를 분석하고, 안전관리 기준 정립에 도움을 줄 수 있는 AI를 활용한 데이터 패턴 분석 기술로, 한 차원 높은 지능화 분석에 도움을 줄 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, AI 계측 데이터 분석 지능화가 이뤄질 경우 댐 시설물의 실시간 안전성 평가시스템 개발도 추진이 가능해 질 것으로 예상된다.
이 같은 4차 산업 요소기술 중 가장 눈여겨 볼 기술은 디지털 트윈(Digital Twin) 기술이다. 이 기술은 물리적 인프라를 디지털화해 디지털 세상에서 동일하게 만든 가상 모델이다.
댐 분야에서 디지털 트윈 기반의 안전관리는 정보의 디지털화를 통한 통합 관제는 물론 계측 데이터와 수문 정보 등 실시간으로 동기화된 데이터 기반의 업무 효율성 증대, 다양한 조건과 이벤트 환경 하에서의 댐 안전성에 대한 시뮬레이션과 신속, 정확한 의사결정에 도움을 준다.
이에 이 연구에서는 중대형 방재시설인 댐의 안전관리를 위해 실제 물리적인 자산 대신 디지털 트윈을 생성, 향후 안정성 평가와 현실 모델링, 유지관리, 교육훈련, 공정관리 등 포괄적 업무에 활용할 계획이다.
특히, 디지털 트윈 플랫폼 상에서 정기적인 드론 매핑과 영상 분석을 통한 시설물 변형 모니터링이 가능토록 구성할 예정이다. 다양한 환경의 이벤트 발생 시 시설물의 거동 예측과 안정성 평가 기능도 탑재할 계획이다.
한국수자원공사 관계자들이 전북 진안 용담댐에서 드론을 이용해 댐을 점검하고 있다. =사진=한국수자원공사
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한편, 이 같은 디지털 트윈 플랫폼은 AR·MR 기술을 통해 실감형으로 시각화되고, 협업과 브리핑 체계의 근본적인 혁신과 원격 지원 서비스를 통한 보다 신속한 의사결정 체계를 지원을 가능케 할 것으로 예측된다.
K-water연구원에서는 향후 선도 실증을 거쳐 기술의 유효성을 확인한 후 디지털 트윈 스탠다드 플랫폼을 확장, 물순환 전 과정을 아우르는 유역 물관리 디지털 전환에 나설 예정이다.
인프라안전연구팀은...
K-water 인프라안전연구팀은 물 인프라 안전 분야 연구개발 업무는 물론 댐과 하천 제방, 수도 등 물 인프라와 관련된 사고가 발생하거나 중대 이슈가 발생할 경우 가장 먼저 투입되는 특수부대와 같은 역할을 담당하고 있다.
현재 이 팀은 지반공학과 구조공학, 지진공학을 전공한 고도의 전문가들을 바탕으로 4차 산업 기반의 물 인프라 관리의 디지털 전환 연구를 비롯해 기반시설물 안전과 유지관리 기술 개발, 노후 물인프라 장수명화와 재난안전 기술 연구에 구슬땀을 흘리고 있다.
또한, 댐과 보, 수도, 단지의 안전성 조사와 평가, 성능개선 연구와 함께 계측 데이터 기술 분석과 스마트 센싱 연구도 한 축을 이루고 있다.
특히, 국내 최상위의 댐·수도 내진 안전성 검토 기술을 보유하고 있는 전문가 집단이다.
이 같은 연구개발과 함께 다양한 현업지원과 국가적으로 중요한 시설 안전 관련 활동도 수행하고 있다. 최근에는 드론 매핑 등 한국판 뉴딜 스마트 댐 안전관리 지원에 나서는 한편, 해외사업의 핵심적인 기술 이슈 경감과 지진, 사면안정, 연약지반 처리, 토목시공 등 기술지원, 특수 토질과 구조실험도 병행하고 있다.
인 터 뷰
3D 시각화 정보로 구조물 중심 ‘객관적 유지관리’ 기대
내년 이후 실증 요소기술 결합 플랫폼 구축 연구 박차
박동순 팀장
K-water연구원 인프라안전연구팀 박동순 팀장은 “최근 노후화된 댐의 보다 철저한 안전관리를 위해 디지털화 기술 접목이 시급한 과제로 떠오르고 있다”며, “이를 위해 이 연구에서는 드론을 비롯한 수중 ROV 로봇, AI 기능화, AR 증강현실, 디지털 트윈을 접목한 지능형 인프라 관리 플랫폼 개발에 나서고 있다”고 소개했다.
이어 “이 같은 댐 안전관리를 위한 디지털 전환은 수자원시설 유지와 안전관리 영역에서 선도적으로 시행될 예정”이라고 밝혔다.
이번 연구는 데이터 중심 미래기술로의 도약과 기술 융·복합을 통한 통합 물관리와 부가가치 향상, 업무 생산성의 획기적 개선 등의 효과를 거둘 것으로 기대를 모으고 있다.
박 팀장은 “이번 연구를 통해 댐과 관련된 정보의 공유와 동기화, 시각화는 물론 데이터 기반의 객관적, 정량적인 관리가 이뤄질 것”이라며, “또한, 다학제적인 기술 융합과 전 생애주기에 걸친 유역통합 관리, 디지털화를 통한 고부가가치 업무 집중 등의 효과를 거둘 것으로 예상된다”고 말했다.
이어 “이외에도 순환·신입직원들의 신속한 업무 습득과 3D 시각화 정보를 통한 직관적 이해, 구조물 중심의 객관적 유지관리에도 기여할 것으로 기대된다”고 설명했다.
박 박사는 현재 진행 중인 2차년도 연구를 마치고, 내년 이후에는 각각의 실증 요소기술들을 결합하는 플랫폼 구축 연구에 나설 계획이다.
박 박사는 “댐 안전관리 분야에서 K-water가 추구하는 R&D와 사업의 큰 방향성은 ‘디지털 트윈 지능형 댐 안전 플랫폼’으로 네이밍될 수 있다”며, “플랫폼의 구현 가치는 데이터 분석 결과를 쉽게 이해할 수 있는 시각화, 복잡한 추론 과정 없이 정보 또는 지식을 습득할 수 있는 직관화, 각기 다른 툴에서 연관 정보를 실시간으로 제공해 생산성을 향상시킬 수 있는 동기화”라고 소개했다.
이어 “또한, 공학적 가치를 갖는 정보를 제공해 신속한 의사결정에 기여할 수 있는 정보의 가치화, 실무자가 댐 안전관리 업무에 지속적으로 편리하게 사용할 수 있는 지속가능한 활용성도 포함된다”고 밝혔다.
한편, 박 박사는 “K-water의 댐 안전관리 디지털 전환은 단편적 기술개발 수준에서 더 나아가 자원 간 초연결 시대에 대응하는 지속가능한 물인프라 안전관리 기술혁신으로 지속 추진할 예정”이라며, “또한, 댐 안전 분야에서 확장시켜 지속가능한 수도, 친수도시, 신재생에너지 분야의 디지털화를 단계적으로 추진할 계획”이라고 말했다.
이어 “특히, 강소기업들과 함께 기술의 시장 출현과 성숙도를 고려한 리딩 기술 개발과 실증에 나서는 한편, 실용적, 도전적인 활용성 높은 기술을 연계한 확장 기술 개발에도 나설 것”이라고 설명했다.
그는 보다 큰 그림으로 물순환 전 과정에 대한 유역 단위 물관리 디지털 전환에 앞장설 계획을 세우고 있다.
끝으로 박 박사는 “디지털 트윈 기반 지능형 물 인프라 관리 ‘월드 탑’ 구현을 목표로 오는 2022년 디지털 트윈 기반 구축·실증과 2025년 자율 점검·진단·관리 기술 개발에 나설 계획”이라고 덧붙였다.
오성덕 기자 건설기술
http://www.ctman.kr/news/20464
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