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KRISS, 배관 누출 사고 막는 ‘지하매설 파손 예방 기술’ 개발한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)이 무단 굴착 등으로 발생하는 배관 누출 사고를 사전에 예방할 수 있는 지하 매설 배관 파손 예방 및 조기 탐지 시스템을 개발했다. 이번 기술의 보급으로 국민 안전과 사회적 비용 절감 실현에 더욱 가까워질 전망이다. 무단 굴착공사는 물, 석유, 가스 등을 수송하는 지하 매설 배관의 주요 파손 원인 중 하나로, 배관 관리주체에서 사전에 파악하기 어렵다. 파손으로 누출사고 발생 시 환경오염은 물론 폭발, 화재, 싱크홀 등의 위험이 따르지만 예방적 관리가 힘든 것은 이런 이유에서다. KRISS 구조안전모니터링팀이 개발한 이번 기술은 지하 매설 배관이 파손되기 전에 외부 손상 요인을 실시간 탐지해 사고를 방지하는 시스템이다. 무단 굴착공사 등으로 배관에 충격이 가해지면 이를 파손 위험 징후로 포착해 조기 경보한다. 기술의 핵심은 배관 충격 시 배관을 통해 전파되는 탄성파의 정밀측정 센서와 분석 알고리즘이다. 배관에 수백 미터 간격으로 한 쌍의 센서를 부착하면 두 센서 사이에서 발생하는 충격 신호를 실시간 모니터링해 충격이 발생한 시각과 위치 정보를 즉각 산출할 수 있다. 지진 관측센터에서 진동을 감지한 후 지진파의 도달 속도를 이용해 지진의 발생 시각과 위치를 계산하는 것과 같은 원리다. 해당 센서는 별도의 굴착공사 없이 밸브실이나 맨홀 등 기존 매설 배관의 외부 노출 부분에 간단히 부착해 설치할 수 있다. 주위 교통환경으로 인한 소음 등 불필요한 신호를 저감하고 배관에서 발생한 신호만 판별하는 정확한 분석 알고리즘도 갖췄다. 연구진은 청주, 전주, 오송 등 세 곳의 테스트베드를 운영해 수 km에 이르는 실사용 매설 배관에서 이번 시스템의 현장 적용성을 검증했다. 실험 결과 해당 시스템은 배관에 가해지는 약 20 kN(킬로뉴턴) 이상의 충격을 95% 이상의 정확도로 감지해냈다. 배관 파손을 일으키는 충격의 강도는 통상 약 수백 kN 이상으로, 이번 성과가 배관 파손사고 예방 및 조기 경보에 적합함이 확인됐다. 기존의 매설 배관 건전성 모니터링 기술은 대부분 배관 파손으로 인한 누출 탐지에 초점을 맞췄다. 장거리 배관의 파손 위험을 사전 감지하는 시스템이 개발된 것은 이번이 세계 최초다. 해당 성과는 올해 국내 기업에 기술이전을 마쳤으며 미국, 유럽에도 특허 출원됐다. 이번 성과는 상수도뿐 아니라 송유, 가스, 열공급 등 다양한 분야의 배관에 적용 가능하다. 매설 배관의 이상 상태를 온라인으로 사전 감지·조치하기 위한 스마트 감시시스템에 활용될 수 있다. 환경부 물관리연구사업과 KRISS 기본사업, 과학기술정보통신부 연구개발특구육성사업의 지원을 받은 이번 연구의 성과는 올해 8월 스트럭처럴 헬스 모니터링(Structural Health Monitoring, IF: 6.6) 게재를 포함해 지금까지 4건의 국제학술지에 게재됐다.
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ETRI, ‘자기장 지중 통신 원천기술’ 개발 성공국내 연구진이 그동안 주로 하던 지상통신에서 벗어나 지중에서도 무선통신이 가능함을 처음으로 확인했다. 이에 광산 등 지하매설물 붕괴 등 사고로 인한 구조작업 시 매몰된 사람의 생존 여부 가능성을 확인 가능해졌다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 1m 직경의 송신 안테나와 수 cm급 수신 안테나를 이용해 광산 지중 40m 거리에서 음성신호를 송·수신할 수 있는 ‘자기장 지중 통신 원천기술’ 개발에 세계 최초로 성공했다고 8월 31일 밝혔다. 광산은 복잡한 지하 환경 등 신호 감쇠로 무선통신이 불가능한 것으로 알려져 있다. ETRI는 매질에 대한 자기장의 고유한 경계조건 특성을 이용해 새로운 통신 시스템을 개발했다. 기존 안정적인 통신이 불가능한 광산에서 음성데이터를 성공적으로 전송한 셈이다. 연구진이 개발한 자기장 지중 통신 시스템은 기존 해외 연구진의 수십 미터(m)급 송신 안테나를 1m의 안테나로 극소형화 했다. 더불어 센티미터(cm)급 자기유도 기반 소형 수신 센서로 구성되는 특징이 있다. 연구진은 이번 개발한 송·수신 안테나가 마치 통신 중계기(AP)와 같은 역할을 해 지상과 지중을 연결하는 기지국 역할을 한다고 설명했다. 따라서 앞으로 지상의 송신기와 지중의 수신기가 설치된다면 구조를 받는 사람은 개인소유 단말기(핸드폰)로 송수신 안테나를 연결해 통신이 가능할 전망이다. 연구진이 수행한 이번 통신 시험은 석회암 암반으로 구성된 광산 내 40m 거리에서 수행됐다. 연구진은 20kHz 대역 반송파를 이용해 음성신호 전송수준인 4kbps급 데이터를 전송했다고 설명했다. 특히 지하 광산은 캄캄한 미로와 같은 구조로 마치 개미집처럼 복잡하다. 여러 개의 층으로도 나뉘어져 있는데 연구진은 층간에서 40미터 직접 데이터 전송을 증명했다. 자기장 통신의 성공적인 시연은 향후 지중 광산 산업에 큰 변화를 가져다줄 수 있다. 특히 광산 붕괴는 물론 지하공동구와 같은 지하매설물에 화재나 재난 등 통신 불가 비상사태에서 본 기술은 신뢰할 수 있는 통신 수단을 제공할 것으로 예상된다. ETRI는 자기장 통신 시스템을 통해 사고 시에 광부와 구조 팀 간 연결 상태를 유지하고 구조작업을 원활하게 조율 가능하다고 설명했다. 또한 사고자와의 응답 시간을 줄이고 안전 조치를 강화할 수 있을 것으로 내다보고 있다. 연구진은 아울러 이번 지중 통신뿐만 아니라 지난해에는 하천, 강 등 민물 지역에서도 수중 40미터 통신에 성공했다고 밝혔다. ETRI는 이번 핵심기술이 그동안 10년 넘게 연구개발을 통해 얻은 무선전력전송 원천기술이 있었기에 구현할 수 있었다고 설명했다. 아울러 핵심 특허로는 송수신기와 관련 안테나, 모뎀, 대역폭확장전송 기술, 소형 자기장센서 등에 대해 특허출원을 완료했다. 조인귀 ETRI 전파원천연구실장은 “자기장 통신 시스템으로 생활 무전기로 통신이 불가능한 광산의 지중 상1단과 상2단 사이인 지점에서 성공적인 통신 시험이 이뤄졌다”며 “지하 광산 붕괴 사고로 인한 통신망의 중단 가능성을 크게 줄일 수 있을 것”이라고 설명했다. 박승근 ETRI 전파연구본부장은 “광산 산업을 넘어 자기장 통신은 다양한 분야에 광범위한 영향을 미친다”며 “지하 건설, 터널링, 해양 굴착 등 복잡하고 예측할 수 없는 환경에서 신뢰할 수 있는 통신 수단으로 혁신적인 기술로 활용이 예상된다”고 말했다. 이번 연구성과는 과학기술정보통신부 ETRI연구개발지원사업 ‘10pT급 미소자계기반 중장거리 자기장통신기술’ 과제의 결과물로 애드모텍㈜, ㈜두잇 등과 협력해 개발 시험을 수행했다. 연구진은 본 기술과 관련, SCI 논문 10건 및 국제특허출원 12건 실적을 확보했고, 통신 분야 우수 국제학술대회인 '20th IEEE SECON'에서 논문을 발표한다. ETRI 전파연구본부에서는 지중, 수중 등과 같은 통신의 극한 환경에서 전파매질 한계극복 기술 개발에 집중하고 있다. 향후 요구사항이 까다로운 산업환경에 적용하기 위해 산업체 협력 및 추가 연구를 통해 100m급 이상의 장거리화 및 소형화 시스템 개발에 집중할 예정이다. 연구진은 본 기술이 향후 지하의 가스관, 송유관, 지하매설물 등 지하공동구의 재난 등에도 효과적인 통신 대응이 가능할 것으로 보고 있다.
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재난안전·4차 산업 관련 제품 등 55개 우수조달물품 지정조달청(청장 이종욱)은 12일 서울지방조달청에서 제2회 우수조달물품 지정서 수여식을 개최하고 55개 제품을 우수조달물품으로 신규 지정했다고 밝혔다. 올해 두 번째로 진행된 심사에서는 293개 제품 중 55개가 통과되어 현재 우수조달물품 지정제품은 총 1,367개가 되었다. 또한, 신규 기업의 진입 비중이 증가 추세로 처음 우수조달물품으로 지정된 기업의 제품은 26개로 47.3%를 차지한 것으로 나타났다. 조달청은 국민생활 안전과 밀접한 재난안전 대비 기술개발제품, 4차 산업혁명 관련 산업분야의 기술개발제품, 공공서비스 개선을 위한 혁신시제품 등을 대상으로 우수조달물품을 적극 발굴하고 있다. 이번에 우수조달물품으로 지정된 제품을 살펴보면, 재난 등의 상황에서 야외에서도 진단에 활용할 수 있는 ‘휴대용 엑스레이’, 통신·가스 등 지하매설물 정보를 3D로 구현해 화재 등 사고에 효율적으로 대응할 수 있는 ‘스마트 지하시설물 통합관리시스템’ 등이 눈길을 끌었다. 4차 산업 관련 기술개발제품으로는 레이더 기술을 적용하여 차량 인식율을 향상시킨 ‘주차제어장치’, 도로 역주행 방지기능 구현이 가능한 ‘주차관제시스템’ 등이 지정됐다. 혁신제품 중에서는 출입구에 설치되어 이물질의 실내 유입을 막고 주변 공기를 정화시키는 ‘초미세먼지 유입방지 흡입매트’, 해상에서 일정 반경 안 레이더 전파를 반사하는 물체를 표시하여 시계 불량 상황에서 사고를 방지하는 ‘레이더 비콘’이 우수조달물품으로 지정됐다. 우수조달물품으로 지정되면 국가계약법 등 관련 법령에 따라 수의계약을 통해 공공조달시장에 우선적으로 납품이 가능하며, 이를 통한 납품규모는 연간 4조원에 달한다. 우수조달물품 지정기간은 기본 3년이며, 기술개발투자, 고용창출, 수출 등의 실적이 뛰어난 기업에 대해 최대 3년까지 지정기간을 연장해 주고 있다. 이종욱 조달청장은 “우수조달물품 생산기업들이 안정적인 공공조달시장에 안주하지 않고 새로운 기술과 제품 개발 노력을 배가한다면 민간이 끄는 역동적 경제 실현에 큰 도움이 될 것”이라며, “조달청도 기업들의 불편과 부담을 초래하는 제도와 관행을 신속하게 개선하고, 공공판로 지원도 더욱 강화해서 기업들의 혁신 노력을 뒷받침하겠다”고 말했다.