호남테스트베드 최종보고서 1장.hwp

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제 출 문

국토교통부장관(국토교통과학기술진흥원장) 귀하

‘호남고속철도 테스트베드를 활용한 인프라 통합모니터링 시스템 구축 및 소음저감장치 고도

화’(연구개발 기간：2016.02.24 ~ 2018.05.23) 과제의 최종보고서 10부를 제출합니다.

2018. 08 .29.

주관연구기관명 : 한국철도기술연구원 (연구책임자) 최 찬 용 (인)

참여연구원 : 최찬용 외 8명

공동연구기관명 : 유니슨테크놀러지

참여연구원 : 장강석 외 8명

공동연구기관명 : 지구환경전문가그룹

참여연구원 : 한상재 외 7명

공동연구기관명 : GET-PC

참여연구원 : 손동기 외 5명

위탁연구기관명 : 한국철도공사

참여연구원 김영철 외 12명

위탁연구기관명 : JBT

참여연구원 김한곤 외 2명

국토교통부소관 연구개발사업 운영규정 제38조에 따라 최종보고서 열람에

동의합니다.

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보고서 요약서

과제 고유 번호 17RTRP-C114169-02해당 단계

연구 기간

2016.05.22.~

2018.05.23.단계구분 2/2단계

연구사업명중사업명

세부사업명

연구과제명

대과제명

세부과제명호남고속철도 테스트베드를 활용한 인프라 통합모니터링 시스템 구

축 및 소음 저감장치 고도화

연구책임자 최 찬 용

해당단계

참여

연구원 수

총: 46명

내부: 9명

외부: 37명

해당단계

연구개발비

정부:1,895,000천원

기업:631,667천원

계:2,526,667천원

총 연구기간

참여

연구원 수

총: 46명

내부: 9명

외부: 37명

총 연구개발비

정부: 2,475,000천원

기업:825,002천원

계:3,300,002천원

연구기관명 및

소속 부서명한국철도기술연구원 첨단궤도토목연구본부 첨단인프라연구팀

참여기관

기관명 책임자

성명

직급(직위) 전화번호 전자우편 과학기술인

등록번호

지구환경

전문가그룹

한상재 대표이사 031-478-4105 10076161

지이티-피씨 손동기 연구소장 10843016

유니슨

테크놀러지

장강석 전무이사 10412606

위탁기관

제이비티 김한곤 이사(팀장) 11262815

한국철도공사 김영철 과장 11447203

요약

본 보고서는 호남고속철도 테스트베드 구간의 지상 및 차상모니

터링시스템을 운영할 수 있는 GIS기반 통합모니터링 시스템을 구

축하였으며, 지상모니터링 개소에는 연약지반 측량DB를 활용하여

연약지반 설계정확도를 향상시켰다. 또한 해당구간에서 고속철도

소음저감을 위한 방음벽상단장치와 흡음블럭을 설치하여 성능평

가를 실시하여 성능을 검증확인하였다.

보고서 면수

p. 419

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〈 요약문 〉

연구의목적 및 내용

목적 - 호남 고속철도 400km/h급 고속철도 인프라 테스트베드 통합모니터링 시스템을 활용한 인프라 장기 성능평가 및 DB활용기술 개발 - 소음 저감장치 성능향상 및 실용화 기술개발

내용 - 통합 DB 및 안정화 ·GIS기반 기본 및 상세설계 ·GIS기반 통합 DB, UI 시스템구축 및 운영 ·모니터링 데이터 분류 및 체계 확립 ·통합 모니터링 활용계획서 수립 ·차상모니터링 시스템 구축 및 차량-궤도 상호해석 고도화 - 노반 모니터링 안정화 및 잔류침하 예측정확도 향상 ·현장모니터링 점검 및 설치 ·침하측정 DB 확보 및 잔류침하 예측정확도 향상기술 - 방음벽 상단장치 고도화 및 실용화 ·장기성능검증 및 개선(안) 시제품 제작 ·개선 시제품 현장검증 및 상용화 - 흡음 블럭 고도화 및 실용화 ·흡음 블럭의 장기 소음점감 성능평가 ·개선모델 도출 ·개선 시제품 현장검증 및 상용화

연구개발성과

- 테스트베드 모니터링 및 통합 DB 시스템 활용계획 수립 ·GIS 기반의 통합 UI 및 DB시스템 구축 - 선로구축물 거동평가 모니터링시스템 및 잔류침하량 예측정확도 20% 이상 향상 ·3차원 차량-궤도 상호작용해석기법 및 잔류침하 예측정확도 향상기술 - 환경소음 저감 장치의 고도화 기술 ·방음벽 상단장치 : 소음 저감량 3dB 이상, 10% 경량화, 20% 단가절감 ·흡음 블럭 : 소음 저감량 3.0dB이상, 15% 경량화, 15% 단가절감

연구개발성과의활용계획(기대효과)

- GIS기반 통합모니터링 시스템 구축 및 고도화 ·모니터링과 지반정보 및 궤도틀림 등 유지보수의 이력의 종합관리는 중요한 연구자산으로 활용 ·차량 주행안정성 평가를 수행하여 특이개소 주행특성과 궤도틀림과의 상관성을 통해 향후 운영속도 향상 대비 궤도설계하중 및 구조물 기준수립에 활용 ·설계 침하 오차율을 20%p 저감시킴으로써 노반/궤도 보수 공사 및 부대비용 절감 가능 ·고속철도의 잔류침하 정확도 향상을 위한 설계 가이드라인(안) 제시 - 소음저감 장치 고도화 및 실용화 ·주파수 튜닝기법의 원천기술을 통해 전 고속영역에 대응하는 상단장치를 개선하고 시공성과 가격 경쟁력을 확보 ·소음저감 성능의 우수성과 국내 고속선 교통량증가로 인한 환경소음 민원해결 뿐만 아니라 가격경쟁력을 확보하여 해외시장 진출에 활용

핵심어(5개이내)

통합DB 모니터링시스템 잔류침하량 방음벽상단장치 흡음블럭

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〈 SUMMARY 〉

Purpose &Contents

※Purpose - Development of integrated monitoring system for infrastucture and database application technology applying test-bed of Honam high speed railway - Improvement and commercialization of noise-reduction device ※Contents - Development of integrated database and system stabilization ·Base and specific design of database on GIS ·Construction of integrated database system and UI system based GIS ·Establishment of classification system for monitoring data ·Establishment of integrated monitoring system application planning ·Construction of train monitoring system and improvement of train-rail interaction analysis - Stabilization of ground monitoring system and improvement of settlement prediction method ·Installation of measurement instrumentation for monitoring system ·Gathering Measurement of time-dependent settlement and database contruction - Improvement and commercialization of sound absorption block ·Conduction of long-term qualification and production of improved trial goods ·Verification and commercialization of improved trial goods

Results

- Monitoring of test-bed and establishment of integrated monitoring system and integrated database application planning ·Construction of integrated database system and UI system based GIS - Improvement of residual settlement prediction method and railway structure behavior evaluation monitoring system ·Improvement of train-rail interaction analysis and residual settlement prediction method - Improvement of noise-reduction device ·Upper section of soundproof walls: noise reduction 3dB, 10% weight lightening,20% reducing price ·Sound absorption block: noise reduction 3dB, 15% weight lightening, 15% reducing price

ExpectedContribution

- Construction and improvement of integrated monitoring system based on GIS technique ·Integrated management system based on monitoring, geotechnical information and disorder of track can be used as important research asset ·Improvement of residual time-dependant settlement prediction method and reduction of roadbed / track maintenance cost ·Reduction of error between actual settlement and predicted settlement(44%→22%) and contribution to economical

design - Improvement and commercialization of noise-reduction device ·Improvement of upper section of soundproof using original technology of frequency tuning method and contribution to economical design ·Making solution for civil complaint to noise and utilization to overseas business

Keywords Integrated DB Monitoring system Residual settlement Upper section of soundproof

Sound absorption block

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〈 목 차 〉

제1장. 연구개발과제의 개요 ·······························································1

1절. 연구개발 목적 및 필요성 ···································································1

2절. 연구개발의 필요성 ·············································································5

3절. 연구개발 범위 ····················································································8

제2장. 국내외 기술 개발 현황 ·························································12

제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ·······················································36

1절. 연구수행 전략 및 방법 ····································································36

2절. 호남고속철도 테스트베드 운영 및 모니터링 시스템 구축 ··············48

3절. 통합모니터링 시스템 및 DB 구축 ····················································71

4절. 지상/차상모니터링 시스템 구축 및 장기거동 평가 ························120

5절. 설계 잔류침하량의 정확도 향상 기술 ············································242

6절. 방음벽 상단장치 고도화 기술 ························································265

7절. 흡음블럭 고도화 기술 ····································································313

제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ··································356

1절. 목표 달성도 ····················································································356

2절. 관련 분야 기여도 ···········································································367

제5장. 연구개발성과의 활용계획 ··················································373

제6장. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ····················387

제7장. 연구개발성과의 보안 등급 ················································388

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제8장. 국가과학기술정보시스템에 등록한 연구시설·장비현황 ····388

제9장. 연구개발과제수행에따른연구실등의안전조치이행실적··· 389

제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ································392

제11장. 기타사항 ··············································································394

제12장. 참고문헌 ··············································································395

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〈 그 림 목 차 〉

그림 1-1-1 호남고속철도 테스트베드 구축현황 ····································································································2

그림 2-1-1 홍콩 유지관리 계측 사례 ····················································································································12

그림 2-1-2 JR 동일본 방재정보시스템 구성도 ····································································································12

그림 2-1-3 호주 철도교량 모니터링 시스템 사례 ······························································································13

그림 2-1-4 스웨덴 철도교량 모니터링 시스템사례 ····························································································13

그림 2-1-5 스웨덴 모니터링 시스템 계측정보 스마트APP 제공 사례 ···························································13

그림 2-1-6 ARTC의 RailBAM 시스템 ·····················································································································14

그림 2-1-7 고속철도 안전설비 종류 ······················································································································14

그림 2-1-8 철도안전설비 운영 개념도 ··················································································································17

그림 2-1-9 모니터링화면 및 열차안전관리기준과 설치 사진 ········································································18

그림 2-1-10 도시철도 하부시설 및 지반이상구간 감시시스템 설치 및 모니터링 화면 ····························19

그림 2-1-11 도시철도 선로 및 역사 구조물 광역확인 감시를 위한 통합관리시스템 ································19

그림 2-1-12 IoT기반 철도재난 대응 다목적 센서시스템 설치도 ····································································20

그림 2-1-13 지진 및 구조 건전도 모니터링 데이터 연계 구조 ······································································20

그림 2-1-14 한강교량 온라인 시스템 ····················································································································21

그림 2-1-15 KTMSYS 개요도(철도시설 이력관리 종합정보시스템 구축 기본계획 수립 보고서) ·············21

그림 2-1-16 상태정보 처리절차 및 ISO 13374 : 상태모니터링과 진단 ·························································22

그림 2-1-17 The TIMON 운영 및 자료분석 예시 ·······························································································24

그림 2-1-18 고속철도 소음저감용 상단장치의 성능평가 결과(일본) ······························································32

그림 2-1-19 중국의 흡음성능 테스트 위치 ··········································································································33

그림 2-1-20 열차 속도에 따른 흡음성능 추이 변화 ··························································································33

그림 2-1-21 EU 선로에 설치된 프리캐스트 흡음 패널 ·····················································································33

그림 2-1-22 아일랜드 경선로에 설치된 고무소재의 흡음매트 ········································································34

그림 2-1-23 고속철도용 흡음블럭 설치 모습(경부2단계구간) ··········································································34

그림 2-1-24 도시철도용 흡음블럭의 흡음성능 ····································································································35

그림 2-1-25 도시철도용 흡음블럭 설치 모습 (서울메트로, 부산교통공사) ··················································35

그림 2-1-26 초고속철도용 흡음블럭 설치모습(호남고속철도 김제구간) ························································35

그림 3-1-1 연구분야별 추진기관 및 개요 ············································································································36

그림 3-1-2 분야별 참여기관 현황 ··························································································································37

그림 3-1-3 연구단계별 기술로드맵 ························································································································37

그림 3-1-4 월간 공정회의 개최 ······························································································································38

그림 3-1-5 연구현장 점검 ········································································································································40

그림 3-1-6 과제간 정보 공유 ··································································································································42

그림 3-1-7 연구성과 홍보 ········································································································································44

그림 3-1-8 실차 운행 시험 ······································································································································46

그림 3-2-1 호남테스트베드의 선로일람약도 ········································································································49

그림 3-2-2 호남고속철도 콘크리트 궤도구조 ······································································································51

그림 3-2-3 호남 고속철도 테스트베드 구축현황(2단계) ····················································································52

그림 3-2-4 지상부 모니터링 계측기 설치도 ········································································································53

그림 3-2-5 KP위치별 각 침하 DB 및 장기거동 ··································································································55

그림 3-2-6 DATABASE 구축 트리구조 ··················································································································56

그림 3-2-7 지상모니터링 복구 전경 ······················································································································61

그림 3-2-8 계측기 설치 작업계획서 예시 ············································································································62

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그림 3-2-9 궤도검측차 첨승 차수별 업무협조 사항 ··························································································62

그림 3-2-10 궤도유지보수의사결정지원시스템 현장방문 및 사항점검 ··························································65

그림 3-2-11 KTMSYS 운영환경 및 환경 ···············································································································65

그림 3-2-12 궤도유지보수 체계 ······························································································································68

그림 3-2-13 궤도보수 점검 ······································································································································69

그림 3-2-14 궤도보수 체계 ······································································································································69

그림 3-3-1 하드웨어 및 네트워크 구성도 ············································································································72

그림 3-3-2 S/W 환경 구성 ·······································································································································75

그림 3-3-3 전체 데이터 흐름도 ······························································································································76

그림 3-3-4 MongoDB의 이중화 복제 정책 ···········································································································78

그림 3-3-5 테스트베드 DB ERD ·····························································································································78

그림 3-3-6 roadbed_event_cal의 실제 데이터 구조 ···························································································81

그림 3-3-7 시설물 / 항공영상 GIS 데이터 처리 ·································································································82

그림 3-3-8 좌표변환 매핑테이블 생성 과정 ········································································································83

그림 3-3-9 geoWorks GIS 엔진 레이어 화면 ·······································································································84

그림 3-3-10 geoWorks 서비스 개념도 ···················································································································84

그림 3-3-11 WMS파라미터 사용예시 ·····················································································································84

그림 3-3-12 WFS 파라미터 사용예시 ····················································································································84

그림 3-3-13 geoWorks GIS 엔진 API 지원 화면 ·································································································85

그림 3-3-14 설계 도면을 GIS에 적용한 화면 ······································································································86

그림 3-3-15 점과 선의 매핑 ····································································································································87

그림 3-3-16 임의점에서 KP값 추출 과정 ·············································································································87

그림 3-3-17 노반계측 수집 화면 ····························································································································88

그림 3-3-18 BulkWrite의 Batch Size별 처리시간 ································································································88

그림 3-3-19 Document의 최적화 ····························································································································88

그림 3-3-20 KTX36호 상행선 계측시 NMEA 계측값 일부 ···············································································89

그림 3-3-21 서버시스템의 요청 프로세스 ············································································································92

그림 3-3-22 API요청시 데이터 전달 과정 ············································································································93

그림 3-3-23 호남고속철도 테스트베드 통합DB 모니터링 시스템 구조도 ·····················································96

그림 3-3-24 UI System 메인화면 구성 ··················································································································96

그림 3-3-25 누적통과톤수 및 1단계 통합 모니터링 시스템 메인화면 ··························································97

그림 3-3-26 통합모니터링 정보 – 지상모니터링 노반(표준성토노반) 화면구성 및 예시 ··························98

그림 3-3-27 통합모니터링 정보 – 지상모니터링 측량 화면구성 ····································································99

그림 3-3-28 통합모니터링 정보-차상모니터링 운행차량 화면구성 ······························································100

그림 3-3-29 통합 모니터링 정보-차상모니터링 고속검측차 화면구성 ························································101

그림 3-3-30 통합 모니터링 정보-지상/차상모니터링 화면구성 ·····································································102

그림 3-3-31 코드 설계 순서와 정보의 흐름도 ································································································103

그림 3-3-32 코드기반 데이터 검색-노반 화면구성 ··························································································105

그림 3-3-33 코드기반 데이터 검색-차상 및 측량 화면구성 ··········································································105

그림 3-3-34 코드기반 데이터 검색 환경소음 화면구성 ··················································································106

그림 3-3-35 노반 계측기 및 분석 데이터별 대푯값 도출 방안 ····································································108

그림 3-3-36 상태분석-노반 화면구성 ··················································································································108

그림 3-3-37 상태분석 – 측량 화면구성 ··············································································································109

그림 3-3-38 상태분석 – 궤도 화면구성 ··············································································································110

그림 3-3-39 통합DB 현황-계측데이터 분야 화면구성 ·····················································································111

그림 3-3-40 통합DB현황-차량운행 이력 분야 화면구성 ·················································································112

그림 3-3-41 부트스트랩을 통한 화면구성 ··········································································································113

그림 3-3-42 저해상도(노트북) 화면에서 본 화면구성 ······················································································114

그림 3-3-43 모바일 기기(안드로이드)에서 본 화면구성 ··················································································114

- ix -

그림 3-3-44 HTML5와 Javascript를 사용한 Openlayers 웹맵 라이브러리 ··················································115

그림 3-3-45 통합모니터링 시스템 지도 표출 예 ······························································································115

그림 3-3-46 AmChart 시리얼 차트 ······················································································································116

그림 3-3-47 AmChart XY 차트 ·····························································································································116

그림 3-3-48 AmChart Gantt 차트 ·························································································································116

그림 3-3-49 GridStackJS를 사용한 화면 ··············································································································117

그림 3-3-50 API요청을 통한 그래프 출력 프로세스 ························································································117

그림 3-3-51 selectRoadEventData API 프로세스 ·······························································································118

그림 3-3-52 selectForRoadbedExport API 프로세스 ·························································································119

그림 3-4-1 표준성토노반(109k231) 계측기 설치도 ···························································································121

그림 3-4-2 연약지반 노반 계측기 설치도 ··········································································································122

그림 3-4-3 접속부노반(120k650) 계측기 설치도 ·······························································································123

그림 3-4-5 전기사용신청서 및 계량기 ················································································································125

그림 3-4-6 데이터로거 측정 슬롯 상태 ··············································································································125

그림 3-4-8 대푯값 유효성 평가 순서도그림 ······································································································134

그림 3-4-9 측정데이터의 유효성 검증 방안(윤중) ····························································································134

그림 3-4-10 윤중·횡압 센서 설치 및 검증 ······································································································135

그림 3-4-11 누적통과톤수 자동화 시스템 산정 흐름도 ··················································································136

그림 3-4-12 호남고속철도 테스트베드 연간통과톤수 모니터링 시스템 초기화면 ····································136

그림 3-4-13 일별, 월별, 년도별 누적통과톤수 그래프 ····················································································137

그림 3-4-14 표준시 시각동기화 및 GPS 시각동기화 ·······················································································138

그림 3-4-15 고속검측차(Roger1000K) 운행에서의 위치동기화 자동조정 예시(통합모니터링시스템) ····138

그림 3-4-16 차축 진동가속도계 설치위치 ························································································140

그림 3-4-17 대차 진동가속도계 설치위치 ········································································································140

그림 3-4-18 차체 진동가속도계 설치위치 ··········································································································140

그림 3-4-19 GPS 및 타코메터 부착위치 ·············································································································140

그림 3-4-20 센서 및 데이터로거 설치광경 ········································································································140

그림 3-4-21 진동가속도 분석결과 그래프 일례 ································································································142

그림 3-4-22 EN12299 규정 승차감 분석결과 ·····································································································143

그림 3-4-23 선로유지관리지침 기준 횡가속도 분석결과 ················································································144

그림 3-4-24 차세대고속열차 계측시스템 구성도 ······························································································145

그림 3-4-25 계측 시스템 추가 개념도 ················································································································146

그림 3-4-26 동기화 모듈 사진 ······························································································································147

그림 3-4-27 동기화 모듈 설치 (M2차량 계측시스템 내부) ············································································147

그림 3-4-28 M2 차량 내부 구성도 (GPS-KP 추가) ··························································································147

그림 3-4-29 중앙제어 장치 프로그램 수정 화면 ······························································································148

그림 3-4-30 GPS-KP 메인 계측화면 ····················································································································149

그림 3-4-31 TQI지수와 FRA TGI 지수 비교 ······································································································151

그림 3-4-32 FFT 및 Wavelet 변환 ······················································································································152

그림 3-4-33 FFT 처리 및 Wavelet 변환 순서도 ····························································································153

그림 3-4-35 열차별 궤도․노반 응답 특성 ···········································································································156

그림 3-4-36 지상 모니터링 지점에서의 윤중 측정값의 확률분포(표준성토 구간) ····································157

그림 3-4-37 지상 모니터링 지점에서의 윤중 측정값의 확률분포(연약지반 구간) ····································158

그림 3-4-38 지상 모니터링 지점에서의 윤중 측정값의 확률분포(교대 접속부 구간) ······························158

그림 3-4-39 표준성토노반 윤하중 ······················································································································160

그림 3-4-40 연약지반 윤하중 ······························································································································160

그림 3-4-41 접속부 노반 윤하중 ··························································································································161

그림 3-4-42 표준성토노반 횡하중 ······················································································································161

그림 3-4-43 연약지반노반 횡하중 ······················································································································162

- x -

그림 3-4-44 접속부 횡하중 ··································································································································162

그림 3-4-45 표준성토노반 노반압력 ··················································································································163

그림 3-4-46 표준성토노반 노반압력(심도별) ······································································································163

그림 3-4-47 연약지반 노반압력 ··························································································································163

그림 3-4-48 연약지반노반 노반압력(심도별) ······································································································164

그림 3-4-49 접속부노반 노반압력 ························································································································164

그림 3-4-50 접속부노반 노반압력(심도별) ··········································································································164

그림 3-4-51 표준성토노반 진동가속도 ················································································································165

그림 3-4-52 표준성토노반 진동가속도(심도별) ··································································································165

그림 3-4-53 연약지반노반 진동가속도 ················································································································166

그림 3-4-54 연약노반 진동가속도(심도별) ··········································································································166

그림 3-4-55 접속부노반 진동가속도 ····················································································································166

그림 3-4-56 접속부노반 진동가속도 (심도별) ····································································································167

그림 3-4-57 연약지반노반 탄성변위 ····················································································································167

그림 3-4-58 연약지반노반 탄성변위(심도별) ······································································································167

그림 3-4-59 접속부노반 탄성변위 ························································································································168

그림 3-4-60 접속부노반 탄성변위(심도별) ··········································································································168

그림 3-4-63 연약지반노반 침하량(시계열) ··········································································································169

그림 3-4-64 연약지반노반 잔류침하량(심도별) ··································································································170

그림 3-4-65 접속부노반 잔류침하량(시계열) ······································································································170

그림 3-4-66 접속부노반 침하량(심도별) ··············································································································170

그림 3-4-67 DIN4019를 이용한 침하산정시트 ···································································································172

그림 3-4-68 연약지반노반 측방변위(심도별) ······································································································172

그림 3-4-69 장기침하에 따른 탄성변위 변화량 ································································································173

그림 3-4-70 장기침하에 따른 노반진동가속도 변화량 ····················································································173

그림 3-4-71 장기침하에 따른 윤중 변화량 ········································································································174

그림 3-4-72 장기침하에 따른 윤중 변화량 ········································································································174

그림 3-4-73 함수비 변화에 따른 장기침하 영향 ······························································································175

그림 3-4-74 표준성토노반 강우-함수비(시계열) ································································································176

그림 3-4-75 접속부노반 강우-함수비(시계열) ····································································································176

그림 3-4-76 지하수위저하에 따른 장기침하 영향 ····························································································177

그림 3-4-77 열차별 궤도․노반 응답 특성 ···········································································································178

그림 3-4-78 중앙 종거법(최일윤,2010) ················································································································181

그림 3-4-79 편심 종거법(최일윤,2010) ················································································································181

그림 3-4-80 관성법 (Takeshita, K., 1992) ···········································································································182

그림 3-4-81 궤도 길이기반 TQI 접근법 ··············································································································182

그림 3-4-84 고저틀림의 검측월별 TQI분석(T1_10m현방식) ············································································187

그림 3-4-85 고저틀림의 검측위치별 TQI분석(T1_10m 현방식) ······································································188

그림 3-4-86 고저틀림의 검측월별 TQI분석(T1_20m 현방식) ··········································································188

그림 3-4-87 고저틀림의 검측위치별 TQI분석(T1_20m 현방식) ······································································189

그림 3-4-88 고저틀림의 검측월별 TQI분석(T2_10m 현방식) ··········································································189

그림 3-4-89 고저틀림의 검측위치별 TQI분석(T2_10m 현방식) ······································································190

그림 3-4-90 고저틀림의 검측월별 TQI분석(T2_20m 현방식) ··········································································190

그림 3-4-91 고저틀림의 검측위치별 TQI분석(T2_20m 현방식) ······································································191

그림 3-4-92 고저틀림의 검측월별 TQI분석(T1) ·································································································191

그림 3-4-93 고저틀림의 검측월별 TQI분석(T2) ·································································································191

그림 3-4-94 EM-140K : ROGER1000K의 TQI값 비교(T1) ················································································192

그림 3-4-95 EM-140K : ROGER1000K의 TQI값 비교(T2) ················································································192

그림 3-4-96 10m현방식 : 20m현방식 TQI값 비교(T1) ·····················································································193

- xi -

그림 3-4-97 10m현방식 : 20m현방식 TQI값 비교(T2) ·····················································································193

그림 3-4-98 통합모니터링 시스템을 이용한 TQI 분석 화면 ··········································································194

그림 3-4-99 TQI 이상개소에 대한 상세 이력을 통한 상태평가 ····································································194

그림 3-4-100 이상개소별 TQI 진전도 상태평가 ································································································195

그림 3-4-101 차상가속도 비교 분석 ····················································································································197

그림 3-4-102 차상가속도 위치별 TQI 상세 분석 ······························································································197

그림 3-4-103 분지모양의 잔류침하 ····················································································································198

그림 3-4-104 테스트베드 전 구간의 도상침하 패턴(T2) 및 침하보수 ·······················································200

그림 3-4-105 노반 침하 한계값의 비교 ··············································································································201

그림 3-4-106 선로일람약도 및 노반침하(TCL) 그래프 ····················································································202

그림 3-4-107 선형경합개소에서의 차량진동가속도와 궤도틀림 비교 ··························································203

그림 3-4-108 설계속도에 따른 접속부 궤도지지계수 변화 ············································································203

그림 3-4-109 통합 DB 자료의 구조물 접속부 거동 ·························································································204

그림 3-4-110 구조물 접속부 구간에서의 차상 및 궤도틀림 분석 ································································205

그림 3-4-111 테스트베드구간에서의 방향틀림 TQI 기준 초과개소 ······························································205

그림 3-4-112 KP위치별 차상가속도 이력곡선 ···································································································206

그림 3-4-113 TQI 초과 개소 부근에서의 TCL 노반침하 ················································································206

그림 3-4-114 GIS기반 통합모니터링 시스템 ····································································································206

그림 3-4-115 교량접속부 구간에서의 궤도틀림 자료를 이용한 Wavelet 변환 ··········································207

그림 3-4-116 교량접속부에서의 진동가속도로 추출한 Wavelet변환 ····························································207

그림 3-4-117 표준성토노반 구간 고저틀림 결과 ······························································································208

그림 3-4-118 표준성토노반 구간 축 수직가속도 결과 ····················································································209

그림 3-4-119 연약지반 구간에서의 궤도틀림 ····································································································210

그림 3-4-120 연약지반 구간 축 수직가속도 결과 ····························································································210

그림 3-4-121 좌표시스템들의 정의 ······················································································································212

그림 3-4-122 물체좌표시스템과 접촉점 좌표시스템들의 관계 ······································································212

그림 3-4-123 차륜.레일 접촉점과 관련된 차륜 및 레일의 자유도 ·····························································217

그림 3-4-124 KTX차륜 답면형상 ··························································································································222

그림 3-4-125 차륜/레일 접촉 기하학 ···················································································································223

그림 3-4-126 다(Multi) 원곡선 접촉시 등가 원곡선 산정방법 ·······································································224

그림 3-4-127 3차원 차량/궤도 상호작용 해석모델 ·························································································225

그림 3-4-128 해석 대상 차량의 제원 ··················································································································227

그림 3-4-129 해석대상 궤도모델 ··························································································································229

그림 3-4-130 해석에서 고려된 궤도틀림(줄틀림) ······························································································229

그림 3-4-131 첫번째 차축에서의 윤중 해석결과 ····························································································230

그림 3-4-132 첫번째 차축에서의 횡압 해석결과 ······························································································230

그림 3-4-133 차량 각부에서 발생하는 횡방향 변위 ························································································230

그림 3-4-134 곡선부 윤중 및 횡압 변화 ··········································································································231

그림 3-4-135 곡선전향횡압 발생 메커니즘 ········································································································232

그림 3-4-136 안쪽 레일측 횡압윤중비 설정 모델 ····························································································232

그림 3-4-137 차량/궤도의 수직방향 동적상호작용 해석모형 ·········································································233

그림 3-4-138 관성법 검측 원리 ····························································································································235

그림 3-4-139 궤도검측시스템과 종합계측시스템의 동기화 ············································································235

그림 3-4-140 콘크리트궤도구간에서 검측한 궤도틀림(고저틀림) ··································································236

그림 3-4-141 고속철도 콘크리트궤도구간 궤도틀림(고저틀림) PSD ····························································237

그림 3-4-142 고속철도 콘크리트궤도 PSD의 회귀분석결과 ···········································································238

그림 3-4-143 콘크리트궤도구간에서 측정 및 시뮬레이션에 의하여 얻은 속도에 따른 윤중의 표준편차 ······239

그림 3-4-144 3차원 차량-궤도 상호해석을 통해 산출된 속도에 따른 윤중의 표준편차 ························240

그림 3-4-145 3차원 차량-궤도 상호해석을 통해 산출된 속도에 따른 횡압의 표준편차 ························241

- xii -

그림 3-5-1 테스트베드구간의 잔류침하량 측정결과 ························································································242

그림 3-5-2 설계 잔류침하량의 오차 및 오차율 ································································································243

그림 3-5-3 N치에 따른 잔류침하량 특성 ···········································································································244

그림 3-5-4 장기지하수위 측정결과 ······················································································································245

그림 3-5-5 성토고에 따른 잔류침하량 특성 ······································································································246

그림 3-5-6 성토고에 따른 침하량 ························································································································247

그림 3-5-7 원지반 층두께에 따른 잔류침하량 특성 ························································································248

그림 3-5-8 토공구간의 침하 원인 ························································································································249

그림 3-5-9 침하핀 설치 전경 ································································································································250

그림 3-5-10 호남고속철도 콘크리트궤도의 침하 특성 ····················································································250

그림 3-5-11 대상 단면의 침하 특성 ····················································································································251

그림 3-5-12 지반조사 위치도 ································································································································251

그림 3-5-13 치환재의 변형 특성 ··························································································································255

그림 3-5-14 원지반 침하량의 고려 여부에 따른 침하 특성 ··········································································255

그림 3-5-15 장기 지하수위 측정결과 ··················································································································256

그림 3-5-16 지하수위 변화의 고려 여부에 따른 침하 특성 ··········································································256

그림 3-5-17 대표단면에서의 침하 특성 ··············································································································257

그림 3-5-18 해석 결과 ············································································································································258

그림 3-5-19 대표단면에서의 침하 특성 ··············································································································260

그림 3-5-20 해석 결과 ············································································································································261

그림 3-5-21 설계 가이드라인(안) ··························································································································263

그림 3-5-22 잔류침하량 설계 흐름도 ··················································································································264

그림 3-6-1 1단계 상단장치 테스트베드 현장부설 구간 ··················································································265

그림 3-6-2 1단계 상단장치 성능평가 및 모니터링 지점 ··············································································265

그림 3-6-2 1단계 상단장치 성능평가 및 모니터링 지점 (계속) ····································································266

그림 3-6-3 B&K PULSE Labshop의 시간이력선도 예시 ··················································································267

그림 3-6-4 열차의 통과소음 시간이력선도에서 등가소음도 계산을 위한 시간 설정 예시 ····················268

그림 3-6-5 시기 별 장기운영에 따른 상단장치의 소음저감성능 평가결과 ················································271

그림 3-6-6 차량 종류별 주행 시 시간이력에 따른 소음레벨선도 ································································271

그림 3-6-7 상단장치 장기모니터링 평가결과 ····································································································273

그림 3-6-8 1단계 테스트베드 구간 전경 ············································································································274

그림 3-6-9 상단장치 장기내구성 체크리스트 ····································································································275

그림 3-6-10 상단장치 장기내구성 평가결과 ······································································································276

그림 3-6-11 공인시험성적기관 소음측정 현장 전경 ······················································································277

그림 3-6-12 1단계 테스트베드 상단장치 소음저감성능 시험성적서 ··························································277

그림 3-6-13 2016년 대한민국지식대전 장관상 ··································································································278

그림 3-6-14 2017년 태국 발명가의 날 전시회 ··································································································278

그림 3-6-15 교통신기술 지정증 ····························································································································278

그림 3-6-16 1단계 연구성과품 105Hz 대역 저감 격자 공간 ·········································································279

그림 3-6-17 내부 격자 변경 방안 ························································································································279

그림 3-6-18 외판 변경안 도면 및 모델링 형상 ································································································280

그림 3-6-19 무향실 실내 시험 Case ····················································································································281

그림 3-6-20 무향실 실내시험 시험체 구성 형상 ······························································································281

그림 3-6-21 무향실 실내시험 측정현장 전경 ····································································································282

그림 3-6-22 시험 케이스별 측정 단면도 ············································································································283

그림 3-6-23 무향실 실내 소음저감성능 시험 결과 ··························································································286

그림 3-6-24 상단장치 내 흡음재 배치 ················································································································289

그림 3-6-25 자중 및 빗물에 의한 처짐 ··············································································································290

그림 3-6-26 외판 구조해석 경계조건 ··················································································································290

- xiii -

그림 3-6-27 외판 구조해석 결과 ··························································································································291

그림 3-6-28 내하중 시험 배치도 ··························································································································293

그림 3-6-29 내하중 시험 지지대 상세 형상 ······································································································293

그림 3-6-30 상단장치 내하중 시험 준비 현황 전경 ························································································294

그림 3-6-31 상단장치 내하중 시험 전경 ············································································································295

그림 3-6-32 도로교통연구원 시험 전경 ··············································································································295

그림 3-6-33 도로교통연구원 내하중시험 시험성적서 ····················································································296

그림 3-6-34 내부격자 양산시스템 구축 ··············································································································297

그림 3-6-35 내부격자 양산시스템 구축 ··············································································································298

그림 3-6-36 외판 부품 제작 및 조립 ··················································································································299

그림 3-6-37 테스트베드 후보지 전경 ··················································································································300

그림 3-6-38 상단장치 외부 형상 ··························································································································302

그림 3-6-39 상단장치 내부 형상 ··························································································································302

그림 3-6-40 상단장치 도막 품질시험 시험성적서 ····························································································305

그림 3-6-41 상단장치고도화 성과품 현장부설 위치 ························································································306

그림 3-6-42 상단장치 시공 개략도 ····················································································································307

그림 3-6-43 상단장치 고도화 성과품 현장부설 전경 ······················································································308

그림 3-6-44 소음저감성능 평가를 위한 소음측정 단면 ··················································································309

그림 3-6-45 상단장치 공인시험기관 성능평가를 위한 현장시험 전경 ······················································310

그림 3-6-46 상단장치 설치 전/후 시간이력선도 평가결과 ·············································································310

그림 3-6-47 상단장치 설치 전/후 주파수 특성 평가결과 ···············································································310

그림 3-6-48 상단장치 고도화 제품 성능평가 시험 전경 ················································································311

그림 3-6-49 상단장치 고도화 제품 성능평가 시험결과 ··················································································311

그림 3-6-50 상단장치 고도화 시험성적서 ··········································································································312

그림 3-7-1 1차 현장검증 ········································································································································314

그림 3-7-2 2차 현장검증 ······································································································································315

그림 3-7-3 호남고속선 흡음블럭 설치 및 미설치 구간 측정 지역 ······························································317

그림 3-7-4 측정 시스템 ··········································································································································317

그림 3-7-5 1차 장기소음저감성능 검증 시 마이크로폰 설치 사진 ······························································318

그림 3-7-6 3차 장기소음저감성능 검증 시 마이크로폰 설치 사진 ······························································319

그림 3-7-7 시간별 소음저감량 비교 ····················································································································321

그림 3-7-8 계절별 소음저감량 비교 ····················································································································321

그림 3-7-9 열차 종류별 소음저감량 비교 ··········································································································321

그림 3-7-10 고속열차 운행시의 발생소음 피크주파수 대역 검토 ································································322

그림 3-7-11 흡음블럭의 잔향실 흡음계수 그래프 ····························································································323

그림 3-7-12 EPS 콘크리트 ·····································································································································325

그림 3-7-13 경량 기포 콘크리트 ··························································································································325

그림 3-7-14 경량 골재의 종류 ······························································································································326

그림 3-7-15 경량골재 2종의 배합비별 관내법 흡음률 시험 결과 ································································327

그림 3-7-16 시작품제작 및 강도시험 ··················································································································329

그림 3-7-17 도상의 균열 발생 양상 ····················································································································330

그림 3-7-18 블록하부 공간 형성 및 내시경 카메라 투입 예시 ····································································330

그림 3-7-19 최종 개선 제품의 도면 및 형상 ····································································································331

그림 3-7-20 개선품의 상부 금형 ··························································································································333

그림 3-7-21 개선품의 생산 및 개선품 ················································································································333

그림 3-7-22 내구성능 시험성적서 ························································································································334

그림 3-7-23 잔향실 흡음률 시험 모습 ················································································································335

그림 3-7-24 잔향실 흡음률 시험성적서(NRC 0.90) ··························································································335

그림 3-7-25 STA.104 부근 후보지 전경 ··············································································································336

- xiv -

그림 3-7-26 STA.107K 부근 후보지 전경 ···········································································································336

그림 3-7-27 STA.116K 부근 후보지 전경 ···········································································································337

그림 3-7-28 달성터널 시점부 현장 모습 ············································································································338

그림 3-7-29 와룡터널 시점부 현장 모습 ············································································································338

그림 3-7-30 흡음블럭 시공위치 ····························································································································340

그림 3-7-31 KTX-산천 및 터널 모델링 ··············································································································342

그림 3-7-32 압력측정 위치별 시간에 따른 상대압력변화 ··············································································342

그림 3-7-33 설치용 자재 적재 모습 ····················································································································345

그림 3-7-34 자재 및 장비 출입구 ························································································································345

그림 3-7-35 설치공사 투입 장비 ··························································································································345

그림 3-7-36 달성터널 합동점검 모습 ··················································································································346

그림 3-7-37 선로내 자재 수송 ······························································································································346

그림 3-7-38 접착제 도포 ········································································································································347

그림 3-7-39 흡음블럭 제품 설치 ··························································································································347

그림 3-7-40 흡음블럭 설치 완료 전경 ················································································································347

그림 3-7-41 흡음블럭 상세 설치 형태 ················································································································348

그림 3-7-42 자문 위원 의견서 ······························································································································349

그림 3-7-43 HEMU 열차내 마이크로폰 설치사진 ·····························································································350

그림 3-7-44 HEMU 운행시 측정 회차별 열차실내소음의 시간-음압 그래프 ·············································351

그림 3-7-45 HEMU 운행시 마이크 위치별 열차실내소음의 1/3-octave band 그래프 ······························352

그림 3-7-46 KTX-산천 열차내 마이크로폰 설치사진 ······················································································353

그림 3-7-47 KTX-산천 운행시 열차실내소음의 1/3-octave band 그래프 ···················································353

그림 3-7-48 흡음블럭 원가조사연구보고서 ········································································································355

그림 5-1-1 실시간 철도안전 의사결정지원시스템 연구흐름도 ······································································375

그림 5-1-2 통합모니터링 시스템 및 DB 실용화 로드맵 ·················································································380

그림 5-1-3 지상 장기모니터링 및 연약지반 설계정확도 향상기술 실용화 로드맵 ··································381

그림 5-1-4 미사리 경정경기장 상단장치 시공 예시 및 납품실적증명서 ····················································383

그림 5-1-5 방음벽상단장치 고도화 및 상용화 ··································································································384

그림 5-1-6 흡음블럭 고도화 및 상용화 ··············································································································385

그림 9-1-1 철도안전법 제45조 철도보호지구의 범위 및 행위신고 절차 ····················································389

그림 9-1-2 안전교육 교육자료 및 배포자료 ······································································································389

그림 9-1-3 안전교육 실시 및 현장사진 ··············································································································389

그림 9-1-4 안전관련 절차서 및 양식 ··················································································································390

그림 9-1-5 현장부설 사진 ······································································································································390

그림 9-1-6 보수작업 및 합동점검 ························································································································391

- xv -

〈 표 목 차 〉

표 1-1-1 연구개발 목표 ··············································································································································1

표 1-1-2 기술목표 달성 전/후 비교 1 ·····················································································································2

표 1-1-3 기술목표 달성 전/후 비교 2 ·····················································································································3

표 1-1-4 상단장치 기술목표 달성 전/후 비교 ·······································································································3

표 1-1-5 흡음블럭 달성 전/후 비교 ·······················································································································4

표 1-1-6 연구성과품의 주요 연구성과 ····················································································································4

표 1-3-1 연구분야별 연구범위 ··································································································································8

표 1-3-2 연구분야별 연구범위(지상모니터링 및 연약지반 잔류침하 정확도 향상기술) ······························9

표 1-3-3 상단장치 고도화 연구범위 ······················································································································10

표 1-3-4 흡음블럭 고도화 연구범위 ······················································································································11

표 2-1-1 철도 안전감시설비별 주요 특징 1 ········································································································15

표 2-1-2 철도 안전감시설비별 주요 특징 2 ········································································································15

표 2-1-3 철도 안전감시설비별 주요 특징 3 ········································································································16

표 2-1-4 철도유지보수 분야별 특허 수 ················································································································18

표 2-1-5 UIC 714 선로등급 체계 (=환산 통과톤수) ···························································································23

표 2-1-6 국내외 침하 관련 문헌 및 주요내용 ····································································································27

표 2-1-7 지상모니터링의 선행 유사연구와의 차별성 ······················································································29

표 2-1-8 국내 상단장치의 종류 ······························································································································30

표 2-1-9 방음벽 상단장치에 대한 개발실적 ········································································································30

표 2-1-10 국내 방음벽 연구개발 현황 ··················································································································31

표 2-1-11 국외(일본) 방음벽 상단장치 설치현황 ································································································32

표 3-1-1 월간공정회의 주요 내용 ··························································································································39

표 3-1-2 연구현장 점검 주요 내용 ························································································································41

표 3-1-3 과제간 정보공유 주요 내용 ····················································································································42

표 3-1-4 연구성과 홍보 주요 내용 ························································································································44

표 3-1-5 실차 운행 시험 주요 내용 ······················································································································46

표 3-2-1 테스트베드 구간의 평면선형 ··················································································································49

표 3-2-2 종곡선 구배 및 평면곡선과 경합개소 ··································································································50

표 3-2-3 테스트베드 구간의 교량현황 ··················································································································51

표 3-2-4 터널현황 ······················································································································································51

표 3-2-5 방음벽 현황 ················································································································································51

표 3-2-6 테스트베드와 전후구간의 구조물 접속부 설치 현황 ········································································51

표 3-2-7 지상부 측정시스템 설치위치 및 성능평가 ··························································································53

표 3-2-8 2단계 모니터링 현황 ································································································································54

표 3-2-9 환경소음 분야 측정시스템 설치위치 및 성능평가 ············································································55

표 3-2-10 통합모니터링 시스템의 개발 목표 및 요구사항 ··············································································58

표 3-2-11 단면 위치별 기존 시설물 점검 결과 ··································································································61

표 3-2-12 검토의견 및 조치사항 ····························································································································63

표 3-2-13 방음벽상단장치 검토 의견 및 조치결과 ····························································································64

표 3-2-14 흡음블럭 검토 의견 및 조치결과 ········································································································64

표 3-2-15 차상검측장비 현황 ··································································································································66

표 3-2-16 차상검측장비 점검주기 ··························································································································66

표 3-2-17 검측차 특성 비교 ····································································································································67

표 3-2-18 궤도점검 종류 및 시행기준 ··················································································································68

- xvi -

표 3-3-1 하드웨어의 구성 및 운영 상태 ··············································································································72

표 3-3-2 IP 구성 및 방화벽 설정 ···························································································································73

표 3-3-3 통합DB 스토리지 사용 및 옵션 ·············································································································73

표 3-3-4 계측서버 사양 및 옵션 ····························································································································74

표 3-3-5 통합DB서버 사양 및 옵션 ·······················································································································74

표 3-3-6 roadbed_info Collection(노반 계측기 정보) 정의 ···············································································79

표 3-3-7 roadbed_static Collection(노반 static 데이터) 정의 ············································································79

표 3-3-8 roadbed_event_list Collection(노반 계측기 이벤트 목록) 정의 ·······················································79

표 3-3-9 roadbed_event_cal Collection(노반 이벤트 데이터) 정의 ·································································79

표 3-3-10 onboard_list Collection(차상 측정 목록) 정의 ···················································································80

표 3-3-11 onboard_stats Collection(차상 평균 데이터) 정의 ············································································80

표 3-3-12 onboard Collection(차상 상세 데이터) 정의 ······················································································80

표 3-3-13 settle Collection(측량 상세 데이터) 정의 ···························································································81

표 3-3-14 settle_info Collection(측량 계측기 목록) 정의 ··················································································81

표 3-3-15 DB 적재 현황 (2018.01.25. 기준) ·········································································································82

표 3-3-16 매핑테이블의 예 ······································································································································83

표 3-3-17 geoWorks 특징 및 기능 ·························································································································85

표 3-3-18 수집프로그램 개발 환경 ························································································································86

표 3-3-19 전자정보 프레임워크 구성요소 ············································································································91

표 3-3-20 시스템 구성 요소별 기능 및 역할 ······································································································91

표 3-3-21 클래스별 기능 및 역할 ··························································································································92

표 3-3-22 API별 기능 목록 ····································································································································93

표 3-3-23 API 기능별 파라미터 상세목록 ············································································································94

표 3-3-24 호남고속철도 테스트베드 통합DB 모니터링 시스템 메뉴 구성표 ···············································95

표 3-3-25 통합DB 코드 정의서 ·····························································································································103

표 3-3-26 노반분야 대푯값 선정을 위한 단계별 분석자료 ············································································107

표 3-3-27 궤도 및 노반 대푯값 산정 근거 ········································································································107

표 3-3-28 통합DB 현황-작업보수이력 분야 작업보수 내역 구성 ·································································112

표 3-4-1 기존 토공노반 모니터링 시스템 현황 ································································································120

표 3-4-2 표준성토노반(109k231) 센서 설치 수량 ·····························································································121

표 3-4-3 연약지반 노반 센서 설치 수량 ············································································································122

표 3-4-4 접속부노반(120k650) 모니터링 센서 수량 ·························································································123

표 3-4-5 노반/궤도 현장측정내용과 설계기준 평가항목 ·················································································123

표 3-4-6 노반/궤도 측정 기간 및 위치 ···············································································································124

표 3-4-7 노반/궤도 측정 시험 조건 ·····················································································································124

표 3-4-8 토공노반 모니터링 시스템 전원‧통신 복구 결과 ·············································································125

표 3-4-9 센서점검 결과표 ······································································································································126

표 3-4-10 센서 교정 및 시험결과 ························································································································126

표 3-4-11 고속철도 센서 및 계측기기 요구사양 ······························································································127

표 3-4-12 센서 사양 및 주요특성 ························································································································129

표 3-4-13 모니터링 위치 선정시 고려사항 ········································································································130

표 3-4-14 계측기기별 장애 및 조치 이력 ··········································································································131

표 3-4-15 센서별 측정항목 및 분석항목표 ········································································································133

표 3-4-16 계측시스템 구성 및 센서 ····················································································································139

표 3-3-17 UIC518에 규정된 신호처리 방법 ········································································································141

표 3-3-18 Continuous Comfort 평가기준(EN12299) ························································································141

표 3-3-19 선로유지관리지침 횡가속도 허용기준 ······························································································142

표 3-4-20 현장계측 항목 및 시험일자 ················································································································143

표 3-4-21 EN12299 규정 승차감 분석결과 ·········································································································143

- xvii -

표 3-4-22 선로유지관리지침 기준 횡가속도 분석결과 ····················································································144

표 3-4-23 차량 진동가속도 분석결과 ··················································································································144

표 3-4-24 차상 계측 시스템 동기화 모듈 사양 ································································································146

표 3-4-25 정읍-익산구간 본선 시운전 현황 ······································································································149

표 3-4-26 표준성토노반 궤도/노반 분석결과 ·····································································································154

표 3-4-27 연약지반노반 분석결과 ························································································································155

표 3-4-28 접속부노반 분석결과 ····························································································································155

표 3-4-29 설계기준 항목 및 기준치 ····················································································································159

표 3-4-30 층별 침하량 분석 ··································································································································171

표 3-4-31 모니터링 위치별 잔류침하량(궤도부설 후) 비교 ············································································171

표 3-4-32 차량별 궤도/노반 분석결과 ·················································································································177

표 3-4-33 궤도․노반의 장기 성능평가 결과 ·······································································································179

표 3-4-34 장기침하에 따른 궤도․노반 성능영향 ·······························································································180

표 3-4-35 장기침하의 외부영향인자 ····················································································································180

표 3-4-36 국내 고속철도 궤도틀림 관리기준 ····································································································183

표 3-4-37 TQI 관리기준(선로유지관리지침) ·······································································································186

표 3-4-38 TQI 관리기준(선로유지관리지침) ·······································································································187

표-3-4-39 TQI 상태평가(고저_T1_10m현방식) ····································································································187

표 3-4-40 TQI 상태평가(고저_T1_20m현방식) ····································································································188

표 3-4-41 TQI 상태평가(고저_T2_10m현방식) ····································································································189

표 3-4-42 TQI 상태평가(고저_T2_20m현방식) ····································································································190

표 3-4-43 TQI 상태평가(고저_T1_검측차종별) ···································································································192

표 3-4-44 TQI 상태평가(고저_T2_검측차종별) ···································································································192

표 3-4-45 TQI 상태평가(고저_T1_검측방식별) ···································································································193

표 3-4-46 TQI 상태평가(고저_T2_검측방식별) ···································································································193

표 3-4-47 TQI 상태평가(고저_T2_검측차종별) ···································································································196

표 3-4-48 분지모양의 궤도 침하에 따른 침하량과 가능속도(km/h) ·····························································199

표 3-4-49 분지모양의 궤도 침하에 따른 침하량과 가능속도(km/h) ·····························································199

표 3-4-50 접속부의 설계 및 관리기준 ··············································································································203

표 3-4-51 이론식에 의한 접속부 강성변화 ········································································································204

표 3-4-52 궤도지지계수 변화율 ····························································································································204

표 3-4-53 접촉기하학 계산 식 ······························································································································223

표 3-4-54 해석대상 차량의 제원 및 물성 ········································································································227

표 3-4-55 해석대상 궤도 파라메타 ······················································································································229

표 3-4-56 파장별 고저 궤도틀림 측정범위, 반복정확도 및 감도 ·································································236

표 3-4-57 고속철도 콘크리트궤도 회귀식에서 상수 에 따른 파장별 표준편차 ········································238

표 3-4-58 고속철도 차량의 제원 및 물성치(레일당, 즉 차량편측당) ························································238

표 3-4-59 고속철도 콘크리트궤도 제원 및 물성치 ··························································································239

표 3-5-1 연약지반 판정기준(국토해양부, 2008) ································································································244

표 3-5-2 연약지반 판정기준(KR G-01010-T, 임시규정) ··················································································244

표 3-5-3 흙의 종류에 따른 침하율(미국 개척국(USBR)) ·················································································247

표 3-5-4 콘크리트 궤도의 허용 침하 기준 ········································································································249

표 3-5-5 침하측정 DB 현황 ···································································································································250

표 3-5-6 조사항목 및 수량 ····································································································································252

표 3-5-7 수동식 지하수위계 제원 ························································································································252

표 3-5-8 성토재의 압축재하시험 사례 ················································································································252

표 3-5-9 성토재 압축재하시험 방법 ····················································································································253

표 3-5-10 하부노반 품질시험 확인결과(콘크리트 궤도 기준) ········································································253

표 3-5-11 성토재와 치환재의 설계지반정수 ······································································································253

- xviii -

표 3-5-12 국내․외 하부노반의 품질기준 ·············································································································254

표 3-5-13 해석 조건 ················································································································································258

표 3-5-14 정확도 향상 효과 분석 결과 ··············································································································259

표 3-5-15 기여도 평가 결과 ··································································································································259

표 3-5-16 정확도 향상 방안 ··································································································································260

표 3-5-17 해석 조건 ················································································································································261

표 3-5-18 정확도 향상 효과 분석 결과 ··············································································································262

표 3-5-19 기여도 평가 결과 ··································································································································262

표 3-5-20 정확도 향상 방안 ··································································································································262

표 3-6-1 소음진동관리법 상 교통소음진동의 관리기준(철도소음) ································································266

표 3-6-2 측정위치 및 측정관련 기준 ··················································································································267

표 3-6-3 상단장치 소음저감성능 평가 결과 ······································································································272

표 3-6-4 장기운영에 따른 상단장치의 장기내구성 평가결과 ······································································274

표 3-6-5 무향실 실내 시험 Case ··························································································································280

표 3-6-6 일반 칼라방음판 투과손실 ····················································································································281

표 3-6-7 1.0m 이격위치의 음압레벨 ····················································································································284

표 3-6-8 2.0m 이격위치의 음압레벨 ····················································································································284

표 3-6-9 3.0m 이격위치의 음압레벨 ····················································································································284

표 3-6-10 방음벽 대비 1.0m 이격 위치 삽입손실 ····························································································284

표 3-6-11 방음벽 대비 2.0m 이격 위치 삽입손실 ····························································································284

표 3-6-12 방음벽 대비 3.0m 이격 위치 삽입손실 ····························································································285

표 3-6-13 1단계 성과물 대비 1.0m 이격 위치 삽입손실 ················································································285

표 3-6-14 1단계 성과물 대비 2.0m 이격 위치 삽입손실 ················································································285

표 3-6-16 해석 조건 ················································································································································289

표 3-6-19 고도화 성과품 테스트베드 후보지 검토결과 ··················································································301

표 3-6-20 상단장치 각 부품별 사양 ····················································································································302

표 3-6-21 아연도강판 물성표 ································································································································303

표 3-6-22 PVC 물성표 ············································································································································303

표 3-6-23 성능에 대한 시방 ··································································································································304

표 3-6-24 상단장치 설치 후 확인사항 ················································································································305

표 3-6-25 상단장치 현장부설 전 도막 품질시험 항목 ····················································································305

표 3-6-26 상단장치 고도화 성과품 소음저감성능 평가 결과 ········································································309

표 3-6-27 상단장치 고도화 성과품 공인시험성적 결과 ··················································································311

표 3-7-1 유지관리 시방서의 주요 점검항목 ······································································································313

표 3-7-2 기 구축된 흡음블럭의 계절별 시기별 현장점검 결과 ····································································315

표 3-7-3 2014~2015년 현장 점검 체크리스트 ····································································································316

표 3-7-4 2016~2017년 현장 점검 체크리스트 ····································································································316

표 3-7-5 KTX-산천, 설치/미설치 통과 소음도 측정치(TEL) 비교-2016.10.11. ···········································318

표 3-7-6 KTX, 설치/미설치 통과 소음도 측정치(TEL) 비교-2016.10.11. ·····················································319

표 3-7-7 KTX, 설치/미설치 통과 소음도 측정치(TEL) 비교-2017.02.05 ······················································320

표 3-7-8 KTX-산천, 설치/미설치 통과 소음도 측정치(TEL) 비교-2017.02.05 ············································320

표 3-7-9 SRT, 설치/미설치 통과 소음도 측정치(TEL) 비교-2017.02.05 ·······················································320

표 3-7-10 흡음블럭의 개선모델 ····························································································································323

표 3-7-11 콘크리트 종류별 기존대비 경량화(%) ······························································································326

표 3-7-12 경량골재 2종의 배합비별 압축강도 시험 결과 ··············································································327

표 3-7-13 경량골재 2종의 배합비별 주파수 흡음특성 시험 결과 ································································328

표 3-7-14 EPS볼 2종의 배합 시험결과 ···············································································································328

표 3-7-15 기존제품과 개선제품 형상 비교 ········································································································331

표 3-7-16 두 흡음블럭의 표면형상 변화에 따른 옥타브별 흡음성능 해석 ················································332

- xix -

표 3-7-17 토공부 현장부설 후보지 검토 결과 ··································································································336

표 3-7-18 터널부 현장부설 후보지 검토 결과 ··································································································337

표 3-7-19 철도공사 협의시 검토의견 조치사항 ································································································339

표 3-7-20 세부 작업 일정 ······································································································································340

표 3-7-21 시공 일정 계획 ······································································································································341

표 3-7-22 일일세부작업 계획표 ····························································································································341

표 3-7-23 압력측정 위치별 최대 압력값 ············································································································343

표 3-7-24 달성터널내 열차운행시 흡음블럭에 가해지는 최대가진력 ··························································343

표 3-7-25 접착재의 부착강도 시험결과 ··············································································································344

표 3-7-26 소음측정 관련 자문회의 ······················································································································348

표 3-7-27 달성터널 상세 ········································································································································349

표 3-7-28 HEMU 실내소음 측정 장비 목록 ·······································································································350

표 3-7-29 HEMU 운행시 열차실내소음 저감량 ·································································································350

표 3-7-30 KTX-산천 운행시 열차실내소음 저감량 ··························································································353

표 3-7-31 흡음블럭의 개선모델 달성도 ··············································································································355

표 4-1-1 1차년도 성과점검표에 따른 달성도 ····································································································356

표 4-1-2 2차년도 성과점검기준표에 따른 달성도 ····························································································358

표 4-1-3 정성적 연구실적 ······································································································································360

표 4-1-4 최종목표대비 달성도 평가표 ················································································································362

표 4-1-5 상단장치 고도화 연구 성과품 경제성 개선사항 ··············································································362

표 4-1-6 상단장치 고도화 연구 성과품 중량 개선사항 ··················································································363

표 4-1-7 상단장치 고도화 성과품 단품 개선사항 ····························································································363

표 4-1-8 상단장치 고도화 성과품 조립 개선사항 ····························································································364

표 4-1-9 흡음블럭 고도화 성과품 개선사항 ······································································································365

표 4-1-10 정량적 연구성과(논문 실적) ················································································································365

표 4-1-11 정량적 연구성과(특허 실적) ················································································································366

표 4-1-12 정량적 연구성과(특허 실적) ················································································································366

표 4-2-1 주요기술에 따른 관련분야 기여도 ······································································································367

표 4-2-2 연약지반 잔류침하 정확도 향상을 통한 관련분야 기여도 ····························································368

표 4-2-3 기존 기술 대비 상단장치 우수성 ········································································································368

표 4-2-4 기존 기술 대비 상단장치 우수성 ········································································································369

표 4-2-5 흡음블럭 주요성능 비교표 ····················································································································370

표 4-2-6 흡음블럭의 관련분야 기여도 ················································································································370

표 4-2-7 연구개발과제 직접편익(억원) ················································································································371

표 4-2-8 편익 관련 경제적 가치 ··························································································································372

표 5-1-1 CBM 절차 비교(신종호 등, 2014) ········································································································377

표 5-1-2 단계별 주요 기술(신종호 등, 2014) ····································································································377

표 5-1-3 CBM 정의 ················································································································································379

표 5-1-4 고속철도 궤도/노반 장기모니터링 기술의 관련분야 기여도 ·························································380

표 5-1-5 설계 잔류침하량의 정확도 향상 기술 개발 분야 기여도 ······························································381

표 5-1-6 방음벽 대비 상단장치 경제성 ··············································································································382

표 5-1-7 속도 증속에 따른 고속철도 구간별 방음벽 건설비용(상단장치 미적용) ····································382

표 5-1-8 상단장치 적용에 따른 고속철도 구간별 방음벽 건설비용 ····························································382

표 5-1-9신규 및 건설중인 고속철도 사업구간 ··································································································383

표 5-1-10 고속철도 증속에 따른 구간별 방음벽 추가 설치 현황 ································································384

표 5-1-11 KTX열차 운영에 따른 예상 매출액 ··································································································385

표 6-1-1 해외 과학기술 정보 ································································································································387

- 1 -

제1장. 연구개발과제의 개요

1절. 연구개발 목적 및 필요성

1. 연구개발의 목적

본 과제는 2010년 12월부터 2015년 3월 까지 수행된 “400km/h급 고속철도 인프라 시범적용

기술개발” 연구단 과제의 후속 연구과제로서 2016년 5월부터 2018년 5월까지 수행되었으며,

연구과제명은“호남고속철도 테스트베드를 활용한 인프라 통합모니터링 시스템 구축 및 소음

저감장치 고도화”이다. 본 과제는 3개의 공동연구과제와 2개의 위탁연구과제로 구성되어 있

으며 1단계에서 구축된 통합모니터링시스템을 확장하고 안정화시키며, 운영 중에 발생되는 다

양한 데이터 정보와 궤도노반 장기거동 및 현장 침하 DB를 통해 연약지반 설계정확도 향상을

위한 연구내용을 포함하고 있다. 또한 1단계에 개발된 소음저감 장치인 방음벽상단장치와 흡

음블럭을 고도화시켜 상용화 및 실용화시키는 것이 본 연구개발의 목표이다. 표 1-1-1은 각

분야별 연구개발 목표는 다음과 같다. 표에서와 같이 연구개발의 최종목표는 통합모니터링 시

스템을 구축하여 인프라의 장기성능을 평가하고 DB를 활용성이 높은 시스템으로 개발하는 것

이다. 이를 위해 확장성과 활용성을 높이기 위하여 GIS기반의 통합모니터링 시스템을 구축하

였으며, 코드기반으로 데이터를 추출 및 분류 가능한 시스템으로 전환시켰다. 또한 궤도노반

장기거동을 평가하여 고속철도 궤도노반 시스템에 대한 장기거동을 공학적으로 평가하여 검

증하였다. 현장 침하 DB를 이용하여 현행 연약지반 설계 정확도를 향상시킬 수 있는 개선방

향을 제시하여 콘크리트 궤도의 사용성 확보를 높일 수 있는 방안을 수립하였다. 고속화에 대

응하기 위한 소음저감장치에 대하여 상용화 및 실용화를 위하여 제품 고도화를 통해 해외시

장 진출과 국내 소음분야의 친환경적인 철도노선의 건설을 할 수 있도록 연구 개발하였다.

표 1-1-1 연구개발 목표

구분 내용

최종

목표

- 통합모니터링 시스템을 활용한 인프라 장기성능평가 및 DB 활용기술 개발

․ GIS 기반의 통합 UI 및 DB시스템 구축

- 소음저감장치 성능향상 및 실용화 기술개발

․ 방음벽 상단장치: 소음저감량 3dB(A)이상, 10% 경량화, 20% 단가절감

․ 흡음블럭: 소음저감량 3.0dB(A)이상, 15% 경량화, 15% 단가절감

세부

목표

- GIS기반 통합 DB 구축 및 활용계획 수립

․ GIS 기반 통합 DB 시스템 구축, 운영, 활용계획 수립

- 모니터링 시스템 고도화 및 잔류침하 예측정확도 향상

․ 장기 모니터링 DB 확보 및 성능평가

․ 설계 잔류침하량의 정확도 향상기술 개발

- 방음벽상당잔치 고도화 및 실용화

․ 1단계 성과품의 장기적 성능검증 및 개선모델 도출

(부품소재시험, 구조안정성시험, 옥외음향성능공인시험 포함)

․ Mesh 형 현장소음측정결과 확보로 예측을 위한 설계 데이터망 구축

- 흡음블럭 고도화 및 실용화

․ 1단계 성과품의 장기적 성능검증 및 개선모델 도출

․ 흡음블럭의 최적화를 통한 신뢰성확보 및 상용화를 위한 전략 수립

- 2 -

그림 1-1-1은 호남고속철도 테스트베드 구간에 설치된 지상 및 차상모니터링과 소음저감장

치 현장부설 구간에 대한 테스트베드 구축현황이다. 그림에서와 같이 지상부 궤도노반 측정개

소는 3개소이며, 측량 측점개소는 약 3,000개소의 침하데이터를 확보하였다. 차상모니터링는

테스트베드 구간내 운행되는 KTX36호, 궤도검측차(Roger1000k)와 해무차량을 통해 궤도틀림

정보, 차량의 진동가속도 등의 자료를 획득하였다. 소음저감장치는 기존 1단계 소음저감장치

2개소와 개선제품 2개소로 총 4개소를 운영하였다.

그림 1-1-1 호남고속철도 테스트베드 구축현황

표 1-1-2 기술목표 달성 전/후 비교 1

AS Is (기존 기술) To Be (개발기술)

통합모니터링 시스템

- 400km/h 설계기준 검증 목적을 위한 인프라 모니터

링

DB확보

- 속도대역별(350∼400km/h) 해무운행에 따른 선로구축

물, 전차선, 소음예측기술 및 소음저감시설의 성능

DB

GIS기반 통합모니터링 시스템

- GIS기반의 위치정보와 다양한 속성정보를 전산

화된 플랫폼으로 쉽고 빠르게 데이터 접근할

수 있도록 시스템 개발

DB확보

- 선로구축물의 장기거동평가 및 침하데이터를 활

용한 연약지반 설계개선

- 운영구간의 차상가속도 및 궤도틀림의 DB를 확

보하여 상태평가

- 3 -

표 1-1-3 기술목표 달성 전/후 비교 2

표 1-1-4 상단장치 기술목표 달성 전/후 비교

상단장치

구분국외제품(일본)

1단계 성과품

상단장치

구분 개선제품

소음원 철도소음 철도소음 소음원 철도소음속도대역 240km/h 400km/h 속도대역 300~400km/h저감주파수 대역

N.A2 0 0 ~ 3 1 5 H z , 1.6~2.5kHz

저감주파수 대역

200~315Hz, 1.6~2.5kHz

풍하중토공150kgm교량300kgm 356kgm 풍하중 356

소음저감성능

1.5dB 3.0dB 이상소음저감성능

3.0dB 이상

소 음 저 감 원리

폴리에스터 흡음재를 이용한 회절음 흡음

- 저주파는 공명기 타입 간섭형, 고주파는 상단장치 외형- 공명기 길이 조정을 통한 저감 및 주파수 대역 조절 가능

중량 및 가격

- 1단계 성과품과 동일성능- 상단장치 + 구조부자재 216kg- 일체형(t=1.2tonf 부재) 90kg- 가격 40만원/m

연약지반 판정기준에 따라 검토

- 판정기준(N≤10)에 의거 연약지반으로 정의하고 설계

- 잔류침하기준(25mm 매우 엄격함)을 만족시킬 수

있는 성능기반 설계 부재

현재 설계로 구축된 노선에 대한 잔류침하 오차

율을 분석하여 설계방안 개선

- 연약지반 판정기준 상향 조정(N≤15)

- 성토체, 치환체, 원지반 침하 및 지하수위에 의

한 침하량을 고려하여 잔류침하량 산정방법 개

선

- 4 -

표 1-1-5 흡음블럭 달성 전/후 비교

표 1-1-6 연구성과품의 주요 연구성과

주요 연구성과품

주요 연구성과

통합모니터링 및 DB

GIS기반 통합모니터링 시스템 및 DB 구축 - GIS 공간정보를 활용하여 데이터 관리 및 분석의 효율성 확대성 제고- DB 데이터의 추출 및 분리가 가능한 시스템으로 사용자 편의성 제고 다양한 속도대역에서의 열차 주행 데이터 확보- 400km/h(1단계 해무차량), 350km/h(2단계 해무차량), 300km/h(현 운영차량)

차상 및 지상 모니터링 시스템

지상시스템 복구 및 운영지상 모니터링 시스템의 복구(3개소 측정)시계열 분석을 위한 시스템 안정화 차상시스템 설치 및 운영누적통과톤수 자동화 시스템 구축위치동기화를 위한 시스템 구축(GPS- 표준시-윤중신호)휴대형 차상 주행안정성 계측시스템 구축Wavelet 방식을 이용한 궤도틀림 이상개소 추출 프로그램 3차원 차량-궤도 상호작용 해석기법 개발상용프로그램과의 해석검증 완료차량궤도 상호작용해석 기법을 국내 최고 수준확립 및 기술독립

연약지반 잔류침하 설계개선

침하데이터 DB 확보 및 연약지반 잔류침하 설계개선운영선 지반 시추조사를 통한 침하 요인 및 원인분석침하 DB를 활용한 연약지반 잔류침하 설계개선설계정확도 향상을 위한 설계 가이드라인(안) 제시

방음벽 상단장치

개선제품의 성능 고도화 및 상용화1단계 성과품의 장기 평가를 통해 교통신기술 고시 확정개선제품의 고속 운영선 구간 현장부설 및 성능검증 완료대한민국 특허대전(산업통상자원부장관상) 및 태국 국제발명대회 은상수상

흡음블럭

개선제품의 성능 고도화 및 상용화1단계 성과품의 장기 평가를 통해 성능검증 완료개선제품의 터널 현장부설 및 흡음성능 검증완료교량/터널/토공 모든 구간에 대한 흡음성능을 통해 기술자립 및 해외시장 공략

흡음블럭

구분국외 기술(독일 BB사)

1단계 성과품

흡음블럭

구분 개선제품

적용속도저속, 중고속(300km/h 이하)

초고속(400km/h급)

소음저감성능

- 1단계 동일성능(3dB이상 저감)(열차소음의 지배주파수 검토 결과 800~3150Hz으로 확인)

내구성능

압축강도

5 MPa 12 MPa

휨강도

0.89 MPa 1.5 MPa

인장강도

- 1.2 MPa제품중량

- 1m당 476kg(소재개선 4~5% + 형상개선 10~12% = 총 15%경량화)

흡음성능

실내0.8 이상(600Hz 주변은 0.6 이상 허용)

NRC 0.85 이상

제품가격

- 30만원/m 이하(형상개선 10~12% +생산공정개선 5%이상 =총 15% 단가 절감)

실외-2~3dB(미공개)

-3dB 이상(5m거리, 1.2m 높이)

유지보수성

형상 및 시공방법 개선을 통해 도상점검이 가능하게, 또한 원활히 진행될 수 있도록 개선

- 5 -

2절. 연구개발의 필요성

1. 기술적 측면

고속철도 차량기술에 발전에 비해 궤도노반, 교량, 전차선, 신호 등의 인프라에 대한 기술은

상대적으로 부족한 측면이 있다. 특히 차세대고속철도 해무차량의 개발로 인해 새로운 속도대

역인 400km/h 고속철도 시대에 부합되는 인프라의 기반 연구 필요성이 언급되어 2010년 12월

부터 2015년 3월까지 호남고속철도 구간에 호남고속건설공정에 따라 400킬로급 인프라 기반

설비를 구축하여 테스트베드를 구축하여 “400킬로급 고속철도 인프라 시범적용기술개발”을

연구단 과제로 진행하여 환경소음저감기술개발, 선로구축물 모니터링 및 최적 설계기준 연구,

400km/h급 전차선로 시스템 개발, ETCS-2 열차제어 핵심기술 개발 등 인프라를 구성하고 있

는 다양한 분야의 과제로 구성하여 연구를 수행하였다.

선행 연구단 과제에서는 호남고속철도 1단계 개통이전까지 400킬로 운행에 따른 성능을 검

증하는 연구로서 최종성과품을 제시하였으나, 호남테스트베드는 국내 유일한 400킬로 운행이

가능한 기반시설을 갖춘 시설로서 향후 고속선 고속화와 운영속도 400킬로의 성능을 검증 및

확인하는 테스트베드로서의 연구가치가 있기 때문에 이를 장기적으로 운영하고 관리할 수 있

는 연구의 필요성이 언급되었다.

특히, 제3차 철도산업발전기본계획 2016∼2020(17.2)에 따라 기술부문에서는 제 4차 산업혁명

의 키워드 “인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 증강현실 등 기존 기술 간의 경계를 허무는 융

합기술이 발전되고 빅데이터를 활용한 지능형 교통체계의 변화를 예고하고 있다. 또한 전통적

인 교통수단과 인공지능이 융합하여 자율주행이 가능하고 스스로 유지보수와 운영관리하는

스마트 교통수단으로 진화할 것으로 예상하였다. 철도건설 분야는 국민의 기대요구를 충족시

킬 수 있는 철도망 확충을 추진하고 고속화철도 사업을 지속적으로 추진하고 저비용 고효율

의 효율적인 기존선 고속화 사업도 추진하여 속도경쟁력을 향상시키는 것을 주요 골자로 계

획하고 있다.

본 과제는 이러한 제4차 산업혁명의 기술 핵심키워드인 데이터를 축적하고 고속화를 위한

궤도노반의 장기거동 분석 및 소음저감을 위한 연구로서 국가 철도 상위계획과 부합되는 연

구기술이라고 할 수 있다.

본 과제에서 추진하고자 하는 GIS 기반의 통합모니터링 시스템은 GIS의 공간정보를 활용하

는 기술로서 최근 들어 지질자료, 전력관리, 사면관리 등 GIS를 활용한 사례가 증가하고 있다.

도로분야의 경우 90년대 후반부터 도입하여 15년부터 공간정보 기반 도로관리체계로 전환하

고 있으며, 하천분야에서도 도면, 조서 등 대장 전산화 및 GIS 도입으로 시설관리 효율성과

편리성을 확보하고 있는 실정이다. 그러나 철도의 경우 공간정보관리 부재로 설계, 시공자료

를 전자도면, 종이도면 등 파일체계로 관리하여 정보의 변경과 특히 철도와 같이 유지보수 이

력관리 등에 어려움이 있는 실정이다. 또한 공간정보체제를 기반으로 수집된 정보가 4차 산업

혁명의 기반 정보로 활용될 수 있기 때문에 정보를 보관할 정보체계 등 시스템 구축이 필요

하다고 할 수 있다.

철도 분야에서는 아직 생소한 GIS 기반의 공간정보를 활용하여 호남테스트베드 구간에서 측

정되는 차상과 지상모니터링 시스템을 속성정보로 관리하고 이를 기반으로 데이터 추출 및

분류할 수 있도록 시스템을 개발하여 예방적 유지관리 할 수 있는 모델을 제시하였다.

지상분야의 모니터링은 선행과제에서 매설된 계측기를 바탕으로 열차하중에 의한 윤중, 횡압

- 6 -

등 동적거동과 진동가속도, 변위 등 물리적인 변화를 계측하였으며, 온도 및 지하수위, 사면경

사계 등을 통해 장기적인 거동을 분석하여 현재 설계 적용하고 있는 인프라 시스템의 성능을

시계열 및 통계적인 방법으로 분석하였다. 또한 호남테스트베드 구간 내 궤도 부설이전 및 이

후의 건설초기의 침하데이터와 영업이후의 침하 데이터를 통합모니터링 시스템에 입력하여

침하 데이터를 분석하여 연약지반의 설계정확도 향상을 위한 지반조사 및 대표단면의 역해석

분석 등 다양한 방법을 통해 실측값과 설계값의 오차율을 향상시킬 수 있는 설계가이드 라인

을 제시하였다.

고속선 고속화가 되면 열차운행하는 이용객 측면에서는 보다 빠르게 원하는 곳에 이동하기

때문에 철도서비스를 만족시킬 수 있으나, 선로 연변의 주민은 증가된 소음량으로 인해 환경

적 피해을 받을 수 있다. 일반적으로 속도가 증가되면 소음량은 3∼8dB 증가하며 방음벽 상

단장치 등으로 환경소음 피해를 억제하고 있다. 그러나 방음벽 상단장치는 여객승객 입장에서

는 조망권 훼손과 방음벽 높이가 증가됨에 따라 방음벽 기초가 변경되기 때문에 구조적 설계

변경 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 환경소음을 최소한의 방음벽을 설치하고 소

음을 줄일 수 있는 방안이 방음벽상단장치와 흡음블럭이다. 1단계에 개발된 제품을 보다 고도

화시키고 가격 경쟁력을 확보하여 상용화 및 실용화를 목표로 연구가 진행되었다. 특히 흡음

블럭은 터널내에 부설되어 승객 입장에서 터널내부에 진입할 경우 소음이 커짐으로 인해 승

차감이 불쾌하였으나, 차내 실내소음을 허용기준 이내로 서비스함으로써 쾌적한 여객 서비를

제공할 수 있을 것으로 판단된다.

2. 경제․산업적 측면

현재 선진국에서는 고속철도는 거대지역권 중심으로 대도시를 유기적으로 연계하여 집적에

따른 규모의 경제를 추구하고 있다. 또한 거대지역내 산업간 유기적인 연계, 시너지 효과 창

출을 통한 경쟁력 강화를 위해 고속교통망 연결에 집중투자하고 있다. 세계 철도기술 시장은

매년 증가하고 있며 2009년 기준으로 197조원 규모로 이중 철도차량 시장규모가 115조

(58.4%), 인프라 구조물 시장이 62조(31.5%), 시스템 기술시장 21조(10.7%) 규모이다(고속철도

해외진출보고서). 고속철도는 원자력, 차세대 이동통신 등과 함께 우리나라 해외사업 진출의

유망분야로 꼽히고 있으며 철도는 기계, 전자, 전기, 토목건축 등 다양한 산업과 연계된 종합

산업으로 국가 경제에 미치는 파급효과가 커서 글로벌 시대 신성장동력으로 발전을 기대되고

있다.

특히 우리보다 늦게 고속철도 기술을 가진 중국은 2014년 고속철도 운영거리 1만6,000km에

달하는 세계 최장 고속철도망 구축으로 여기서 축적된 기술력을 바탕으로 경쟁력을 확보하여

고속철도 해외수출을 본격화하고 있다. 2011년 터키에 처음으로 고속철을 수출한 이후 지금까

지 20개가 넘는 국가와 3조 위안(약 523조) 규모의 철도차량과 고속철 수출 계약을 체결하고

있다.

국내에서는 철도분야 해외진출을 위한 다양한 시도가 있으며, 해외철도 진출시 토목, 시공

등 한 분야별 진출하기 보다는 종합적이며 포괄적인 접근이 필요하며, 철도차량의 국제규격과

정부, 민간 등을 종합적으로 연계할 수 있는 컨트롤 타워 마련과 정부의 적극적인 지원책과

철도 R&D 통해 원천기술 확보 등 해외진출에 대한 다각적인 노력이 필요하다고 할 수 있다.

고속철도 인프라 기술은 철도시장에서 경쟁력을 확보와 해외 진출에 있어서도 필수적인 기

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술요소라고 할 수 있다. 선행과제에서 추진된 400킬로 고속철도 인프라 시스템을 통해 개발된

기술의 성숙도 및 데이터 관리기술 등은 인프라 핵심기술로 발전시킬 수 있는 기초적인 자산

이며, 고속철도의 운영의 안정성 및 신뢰성은 경제적으로 환산할 수 없는 가치를 내포하고 있

다.

철도 시설물이 노후화에 따라 소요예산은 증가하고 있으며, 제한된 예산으로 대상시설물의 보

수보강 및 개량사업의 적기수행이 어려워 철도시스템의 전반적인 위험도는 증가하고 있다. 철

도시설개량 소요예산은 약 9조4천억으로 ‘16년 2조2천억원이 투자되어 개량율 23.3%(최근 5

년간 연 평균 3675억원) 수준으로 매우 저조한 실정이다. 노후시설에 대한 개량계획을 수립하

기 위한 예방적 철도시설관리 체계가 미흡하고 해외에서 추진하고 있는 보수보강 의사결정지

원 등을 위한 상태기반유지관리와 신뢰도 기반 유지관리를 지원하는 시설물 상태정보 체계가

미흡한 실정이다. 국내 철도 유지보수를 예방적 유지관리 체계로 완벽한 전환의 목소리는 높

아지고 있으나 현실적으로 인력, 시스템 등이 종합적으로 구축되지 않고 있기 때문에 이에 대

한 지속적 투자가 필요하다고 할 수 있다.

고속철도가 300km/h 에서 400km/h 로 증속 될 때 7dB 내외의 환경소음이 증가하는 것으로

현장실험을 통해 평가되었다. 철도에서 발생되는 주요 소음원은 차륜과 레일사이에서 발생하

는 전동소음과 차체에서 발생되는 구동장치소음, 높은 운행속도로 인한 차체와 집전장치의 공

력소음 및 구조물과 지반을 통하여 전달되는 저주파소음이 있다. 이 밖에도 판토그래프와 전

차선사이의 집전소음이 있으나, 국내 운행환경에서는 다른 소음원에 비해 환경소음에 미치는

영향이 크지 않은 것으로 평가되고 있다. 1 단계 성과품이 갖는 단점은 중량이 크게 제작되어

경제성이 떨어지고 단위 셀로 되어 있어 시공이 불편하다는데 있다. 따라서 회절되는 소음을

줄여주는 상단장치의 내부격자 배치 및 두께에 대해서도 시뮬레이션 및 무향실 시험 등을 통

해 기존 성과품 보다 성능개선 과 하부 구조체를 일체화 시키는 방법 등 시공성 향상과 자재

의 경쟁력을 확보하여 상용화 및 실용화가 필요하다고 할 수 있다. 또한 흡음블럭의 경우 1

단계 성과품의 가장 큰 단점이 흡음블럭이 시공된 후에는 흡음블럭이 시공된 곳의 콘크리트

슬라브의 균열을 확인 할 수 없다는데 있었다. 균열을 확인하면서도 성능을 유지할 수 있는

흡음블럭 형상이 필요하였으며, 형상고도화에 따라 저감되는 성능을 기존 성과품과 동등하게

유지하기 위해 적용소재에 대한 연구를 수행하여 무게를 낮추면서도 1 단계 성과품에 비해

동일한 성능 및 기능을 유지하는 흡음블럭 개발이 필요하다고 할 수 있다.

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3절. 연구개발 범위

1. 호남고속철도 테스트베드를 활용한 통합 모니터링시스템 구축 및 DB

본 과제는 호남고속철도 테스트베드 구간에서 GIS의 공간정보를 활용하여 이 구간에서 측

정된 차상모니터링과 지상모니터링 그리고 침하 데이터를 보다 효율적으로 운영될 수 있도록

시스템을 구축하는 것이다. 1차년도(2016.5∼2017.2)에는 선행 연구과제가 종료된 시점(2015.3)

으로부터 1년간 방치된 시스템을 운영될 수 있도록 기반 시설물을 복구하였으며, 이를 바탕

으로 2차년도에는 지상모니터링, 차상모니터링 등을 수행하여 테스트베드 구간의 다양한 계

측자료를 확보하였다. 확보된 데이터를 통해 장기 성능을 시계열 및 통계분석을 통해 인프라

의 성능을 검증하였으며, 데이터를 연구목적과 활용성 제고를 위하여 구조물, 침하개소 등 선

로일람약도를 기반으로 하는 각 데이터를 추출 분리할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 이러

한 데이터를 통해 본 구간의 방대한 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 기반을 마련하여

향후 신뢰도 기반의 유지보수 관리체계에 필요한 데이터 처리 기술 등을 확보할 수 있을 것

으로 판단된다. 표 1-3-1은 연구사업 총괄 및 인터페이스, 연구성과 및 홍보 확산, 테스트베

드 운영 및 시스템 구축을 성과목표로 설정하고 아래와 같은 연구를 수행하였다.

표 1-3-1 연구분야별 연구범위

연구범위 연구수행방법(이론적․실험적 접근 방법)

연구사업 총괄 및 인터페이스

공동연구과제 진도관리 및 인터페이스 체계 구축- 공정회의를 통한 공동과제별 연구개발 점검- 호남테스트베드 현장부설 및 안전관리 지원 연구성과 홍보 및 확산- 과제간 정보공유 및 타사업과의 효율적 과제운영(해무주행 및 고속검측 개발)- 연구성과물 전시(대한민국특허대전, 서울발명대전 등 참가)- 국토교통 홍보 전시- 방음벽상단장치 교통신기술 - 태국 국제발명대회 및 대한민국특허대전 수상 등

호남테스트베드 통합 모니터링 및 DB

설계

통합모니터링 운영 및 환경개선- 통합모니터링 시스템 운영환경 분석- 통합DB 운영환경 분석 통합모니터링 시스템 설계 및 활용방안 수립- 통합모니터링 및 DB 기본계획 설계안 수립- 통합모니터링 DB 요구사항 도출- DB의 GIS 연계 방안 수립- 차상모니터링 시스템 구축

지상 및 차상 모니터닝 시스템

구축

지상모니터링 시스템 구축 및 운영- 시스템 복구 및 누적통과톤수자동화 시스템 - 침하데이터 확보 및 DB 차상모니터링 시스템 구축 및 운영- 해무, KTX36 차량진동가속도 획득- 궤도검측차(Roger1000k) 궤도틀림정보 획득

GIS 기반 통합모니터링 시스템 구축

통합모니터링 시스템 설계 및 활용방안 수립- 통합모니터링 시스템 기본 및 상세설계를 통해 시스템 안정성 제고 - 운영기관 및 유지보수 관련 기관 활용방안 제시 호남고속철도 테스트베드 안전관리 및 운영자 요구사양 도출- 운행선 안전관리 및 테스트 베드 지원- DB활용방안 사용자 요구사항 도출

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2. 지상모니터링 및 연약지반 잔류침하 정확도 향상기술

지상모니터링은 2단계 과정으로 진행되었다. 1단계는 호남고속철도 건설초기부터 개통기간

동안(~2015년) 매설된 센서․전원․통신에 대하여 점검 및 복구하고 궤도 센서를 신규 설치하였

다. 2단계는 센서 및 측량으로 수집된 데이터를 데이터베이스화 하고 통합 시스템에 연계하였

다. 또한 수집된 데이터를 바탕으로 노반 단기 및 장기 거동에 대하여 분석하였다. 호남고속

선 개통전 약 2년동안의 측정 데이터와 본 연구를 통하여 운영선로에 대하여 약 1.5년의 데이

터를 수집하였고 장기거동을 분석하였다.

연약지반 잔류침하 정확도 향상 기술은 테스트베드 구간 중 실측 침하량이 크고 실측 대비

설계 침하량의 오차가 큰 구간에 대하여 오차 원인을 분석하였다. 또한, 오차가 큰 구간에 대

하여 지반조사를 실시하여 현장 및 실내시험 결과를 토대로 설계 잔류침하량을 재산정하였다.

설계 잔류침하량을 실측 잔류침하량과 비교 분석하여 정확도 향상 방안을 도출하였으며, 도출

된 결과에 대하여 “고속철도 잔류침하량 설계 가이드라인(안)”으로 제안하였다.

표 1-3-2 연구분야별 연구범위(지상모니터링 및 연약지반 잔류침하 정확도 향상기술)

연구범위 연구수행방법(이론적․실험적 접근 방법)

지상모니터링 장기거동평가

현장 모니터링 시스템 고도화 구축- 노반(3개소), 궤도(2개소) 등 센서 점검 및 교정- 지상 측정 시스템 복구‧보완- 지상 궤도(윤중‧횡압) 측정 시스템 현장 구축- 지상 모니터링 시스템 구축 및 측정 - 통합모니터링시스템과의 연동 인터페이스 개발

침하 DB 관리 프로그램

노반·궤도 장기 측정 DB 확보 및 성능평가- 지상 측정 시스템 보완․보수 및 측정 DB 확보- 통합모니터링시스템과의 연동- 토공노반‧궤도의 장기 거동 성능평가 및 설계기준검토(침하, 변위, 압력, 진동, 함수비, 강성 등)- 측정 DB의 활용 컨텐츠 개발- 지반조사 및 침하 자료 DB 관리

연약지반 잔류침하 정확도 향상기술

설계 잔류침하량의 정확도 향상 기술 개발- 집중관리구간의 잔류 침하 분석 - 설계‧실측 잔류침하량의 오차 원인 검토- 설계 잔류침하량의 정확도 향상 방안 연구- 고속철도의 잔류침하량 설계 가이드라인 개발

3. 방음벽 상단장치 고도화

1단계 과제를 통해 개발된 철도소음저감용 방음벽 상단장치는 400km/h급 고속선에 대한 소

음저감성능이 3.0dB(A)로 검증된바 있다. 그러나 장기간 옥외 현장에 설치된 상태에서 그 성

능의 유지 여부를 확인할 필요성이 대두되었으며, 400km/h급 고속선 뿐만 아니라 현재 운행

중인 KTX, KTX-산천, KTX-호남, SRT 등 다양한 고속선에 대한 소음저감성능 검증의 필요성

이 요구되었다. 따라서 장기 모니터링 관점에서 2년간 총 5회에 걸쳐 소음저감성능 평가를

진행하였으며, 장기 모니터링을 통해 획득한 다양한 고속선 음원 스펙트럼을 이용하여 보다

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최적화된 주파수 튜닝으로 소음저감성능을 향상시킬 수 있도록 상단장치 고도화 제품 개발에

활용하였다. 또한, 내부격자 변경을 통한 주파수 튜닝과 함께 1단계 테스트베드 시공을 통해

얻어진 시공 방법의 개선, 중복된 기능의 부품을 축소하고 구조안정성을 유지하는 방안, 제품

생산 공정 간소화를 통한 생산성 개선 등을 반영한 개선품 개발을 수행하여 소음저감성능 유

지향상과 경제성 향상을 도모하였다.

표 1-3-3 상단장치 고도화 연구범위

4. 흡음블럭 고도화

고속철도 운행시 발생되는 소음을 저감하기 위해 개발이 진행된 흡음블럭의 상용화를 위해

연구를 진행하였다. 기존 1단계 개발품의 장기적인 소음저감성능 및 현장 안전성, 내구성을

점검하여, 개발품의 개선항목을 도출하고, 이를 개선하기 위한 방안을 수립하였다. 개선품의

개발을 위해 추가적인 흡음소재 및 첨가소재를 검토하고, 최적배합비를 새롭게 하였으며, 이

에 대한 실험실 성능시험을 진행하였다. 또한 유지보수를 원활하게 진행할 수 있도록 하기위

해 하부에 내시경카메라로 도상 상태를 확인할 수 있는 홀을 가진 새로운 형상을 도출 하였

다. 개발된 제품의 현장 성능평가를 위해 현장부설 구간을 검토하여 토공구간 및 터널구간 중

최종적으로 달성터널구간을 선정하였다. 이에대해 호남고속철도 관리주체와 현장부설 공사 협

의 및 안전성 검증을 진행하였으며, 최종적으로 2018년 1월 현장부설을 진행하였다. 개발품의

소음저감성능은 열차 내부에의 소음저감 성능 측정으로 진행되었다.

연구범위 연구수행방법(이론적․실험적 접근 방법)

1단계 연구과제 Test-bed 설치구간 모니터링

- 반복적인 측정을 통해 환경조건 및 운행조건에 따른 DB 확보- 장기운영에 따른 성능검증- 2년간 총 5회 이상 설치구간에 대한 현장실측수행

경제성을 고려한 상단장치 개선안 도출

- 부품생산공정, 조립공정, 포장 및 운송, 현장부설 등 제작 전 공정에 대한 재검토- 1단계 Test bed 모니터링 및 현장방문을 통해 운행상태에서의 문제점 파악 및 개선안 도출

목업 및 시작품 제작- 개선안이 반영된 기본설계- 목업 및 시작품 제작 후 제작 -조립 공정체계 검토- 검토과정에서 도출된 문제점 수정

양산화시스템 구축- 시작품을 통해 검토된 제작-조립 공정체계를 관계 업체와 협의- 양산화시스템 구축 후 일반방음벽 및 경쟁 제품 대비 경제성 검토

신규 Test-bed 구간 시제품 부설

- 개선안이 반영된 시제품 시방 및 설계도서 작성- 신규 Test-bed 현장 답사 및 상세시공 방법 수립- 시제품 제작 및 Test-bed 현장부설

신규 시제품 성능검증- 기존 상단장치 대비 경제성분석 및 시방작성- 열차 운행에 따른 소음저감 성능평가

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표 1-3-4 흡음블럭 고도화 연구범위

연구범위 연구수행방법(이론적․실험적 접근 방법)

기 구축된 성과품의 장기적 성능평가

- 기존 흡음블럭 구축 구간에 대한 소음저감성능 모니터링을 통한 장기성능 평가- 기존 흡음블럭 구축 구간에 대한 현장점검을 통한 안전성 및 내구성 점검

실용화를 위한 개선모델 도출

- 400km/h 고속운행시 발생소음의 지배주파수대역에 대한 흡음성능 개선 필요성 검토- 실용화를 전제로 개발품의 성능 및 규격 개선 모델 도출- 개선 모델 달성을 위한 추진 방안 설정

소재 물성 검토- 흡음소재 및 첨가소재에 대한 물성 검토 - 개선 모델 달성을 위한 최적 배합비 선정

시제품 제작 및 성능 검토- 1단계 연구에 사용된 금형 몰드를 사용하여 선정된 배합을 적용한 시제품 제작 - 흡음률 및 내구성능 실험 (한국철도표준규격 KRS TR 0015-15에 의거 진행)

Test-bed 현장부설 구간 선정- 개발품의 신뢰성 확보 및 적용성 확대를 고려한 현장부설 구간 검토- 후보구간에 대한 현장점검 및 선정

생산 효율성 증대- 생산 공정 개선방안 검토- 생산 설비 개선

시제품 제작 - 현장 설치용 시제품 생산

현장부설- 호남고속철도 관리주체와 현장설치관련 협의- 선정된 부설 구간에 개발품 설치

소음저감 성능 측정- 차량 내 소음저감 성능 측정- 측정결과 검토를 통한 소음저감성능 검증

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제2장. 국내외 기술 개발 현황

1. 호남고속철도 테스트베드를 활용한 통합 모니터링시스템 구축 및 DB

가. 시설물 모니터링 분야

(1) 국외

선진국의 모니터링 기술은 동적 특성, 안전성 평가, 외부 환경과 거동의 상관관계를 이용한

손상 탐지, 유한요소 모델 업데이트, 관리기준 정립에 활용하고 있다. 홍콩의 경우에는 차량,

바람, 지진, 온도 등 외부 하중에 대한 거동을 분석하고 이를 토대로 정적, 동적, 내구성, 피

로 해석 등을 수행하여 최적의 유지·보수 방안을 도출하는데 활용하고 있다. 그림 2-1-1은

홍콩 유지관리 계측 사례이다.

그림 2-1-1 홍콩 유지관리 계측 사례

일본의 경우 계측모니터링 시스템은 내풍, 내진, 열차, 차량하중에 의한 거동 분석을 위하여

설치 운영 중이며, 계측 데이터를 토대로 공용 중 발생 가능한 성능저하를 예측하기 위한 기

초자료로 활용하고 있다. 일본철도의 방재대책유형은 점검 및 검사, 취약성 평가, 보수/보강/

교체, 재해시 대응 복구 및 대책공법 시공 등이다. 방재와 센싱연계로는 기상재난 대응, 구조

물건전성모니터링 확장, 철도구조물로의 구조물건전성모니터링 적용을 하고 있다. 그림 2-1-2

는 JR 동일본 방재정보시스템 구성도이다.

그림 2-1-2 JR 동일본 방재정보시스템 구성도

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중국의 모니터링시스템 기술현황은 초음파센서로 응력을 측정하는 기술, 레일 균열 검지기

술을 개발하고 레이저를 이용해 궤도 변형(처짐)등 모니터링 및 유지관리기술 개발하였다. 또

FBG(광섬유)센서로 분기기와 신축이음기를 모니터링하는 기술을 개발하고 외산 광섬유센서가

아닌 자체 생산된 국산품을 사용하였다. 또 시속 60km로 이동 중인 열차(검측차)의 재하 하중

에 의한 궤도 변위 측정기술을 개발(오차 0.2mm이내)하였고, 검측차(열차주행에 따른 변위측

정 가능)를 이용하여 지반침하 또는 체결구의 이상을 탐지 또는 모니터링 하는 기술을 개발하

였다. 철도 시설물 점검기술은 레일과 궤도에 3~5마일 단위로 RFID를 설치하여 변위 처짐 등

을 검지하는 시스템을 개발하였다. 철도안전운용시스템은 차량관리, 화물운송관리, 안전관리,

등급관리의 4가지 형태로 수행한다. 중국은 전역에 검측기가 설치되어 관리되고 있으며 모니

터링 시스템은 지역별로 관리하지만 모니터링 결과는 CARS에서 통합 관리한다. 철도통합관

리시스템 도입은 약 10년 이상 되었고, 이후 지속적인 연구개발을 통해 업그레이드 하고 있

다. 그림 2-1-3~6은 호주와 스웨덴의 모니터링 시스템 사례이다.

그림 2-1-3 호주 철도교량 모니터링 시스템 사례

그림 2-1-4 스웨덴 철도교량 모니터링 시스템사례

그림 2-1-5 스웨덴 모니터링 시스템 계측정보 스마트APP 제공 사례

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호주의 철도 궤도시설물을 관리하는 ARTC(Australian Rail Track Corporation)는 차축 베어

링 이상상태의 추적관리 및 예방보수를 통해 차축 베어링 발열 및 고착을 모니터링 하기위해

HBD와는 다르게 차축베어링의 음파데이터를 측정/분석하여 차축베어링의 이상상태를 지속적

으로 감지하는 RailBAM 모니터링 시스템을 시범적으로 운용 중에 있다. ARTC에서 도입한

RailBAM은 일반철도 차량 속도범위에서 통과 시 발생하는 음파 특성을 식별하여 차축베어링

및 차륜상태를 검지하여 상태이력을 DB로 구축하고 지속적으로 관리하는 베어링상태 모니터

링 시스템이다. 해외의 철도 모니터링은 철도의 안전성, 효율성, 신뢰성 증대를 위한 연구를

중점적으로 추진하고 있으며 철도운영 효율화를 위한 기술개발에 대한 투자를 지속적으로 하

고 있다. 미국을 중심으로는 사고를 저감할 수 있도록 관련 검측기술의 정확성, 신뢰성을 향

상시키도록 연구를 추진하고 있으며, 유럽에서는 열차 운행의 안정성 향상을 위한 통신기술개

발 등을 통한 모니터링 활동을 강화해나가고 있다.

그림 2-1-6 ARTC의 RailBAM 시스템

(2) 국내

(가) 철도 안전관리설비

국내의 경우 고속열차의 안전을 확보하기 위하여 다양한 설비가 구축되어 운영중이며, 독립

시스템으로 구성되어 운영되는 현실을 개선하기 위하여 국토부에서 ‘실시간 철도안전 통합

감시제어시스템 개발’을 수행하였다. 현재 경부고속선(1단계, 2단계), 호남고속선에 설치운영

되고 있으며, 신설 일반철도 일부구간에도 운영중이다. 철도사고·재해 등 철도안전 위협요인

에 대한 효과적 대응을 위한 시스템으로 철도안전 감시 시스템을 운영하고 있으며 종류는 지

장물검지장치, 끌림검지장치, 지진감시시스템, 기상설비, 융설장치, 열차접근확인장치, 차축온

도검지장치, 레일온도검지장치, 보수자횡단장치, 터널경보장치, 원격감시장치, 분기부 히터장

치 등이다.

지장물검지장치 끌림검지장치

지진감시시스템 기상설비

융설장치 열차접근확인장치

그림 2-1-7 고속철도 안전설비 종류

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표 2-1-1 철도 안전감시설비별 주요 특징 1

표 2-1-2 철도 안전감시설비별 주요 특징 2

안전설비 및 감시설비

감시대상 감시목적 감시범위 감시주기

열차제어장치열차간격제어 지상 및 차상제어장치

열차간격제어장치 위험측고장으로 인한

열차충돌 또는 탈선 방지

지상 전구간 및 차상 전차량

지상 : 연속감시차상 : 불연속감시

(기지인입 및 정보거점 역)

연동장치열차진로제어 연동장치

열차진로제어장치 위험측 고장으로 인한 열차충돌 또는

탈선 방지지상 전구간 지상 : 연속감시

폐색장치열차간격제어 지상장치

열차간격제어장치 위험측 고장으로 인한 열차충돌 방지

지상 전구간 지상 : 연속감시

궤도회로장치 열차위치검지장치열차위치검지장치

위험측고장으로 인한 열차충돌 방지

지상 전구간 지상 : 연속감시

신호설비집중감시장치

지상 신호설비지상 신호설비

위험측고장으로 인한 열차충돌 또는 탈선 방지

지상 전구간 지상 : 연속감시

영상감시설비 선로변 침입선로변 침입자와 열차의

충돌방지지상 위험개소 지상 : 연속감시

SCADA 시스템전력공급장치 지상장치

전력공급장치 고장으로 인한 열차지연 방지

지상 전구간 지상 : 연속감시

전기설비기술지원시스템

지상 전기 및 신호설비

지상 신호설비 위험측고장으로 인한

열차충돌 또는 탈선 방지지상 전구간 지상 : 연속감시

안전설비 및 감시설비

감시대상 감시목적 감시범위 감시주기

통합유지보수지원시스템

지상 전기 및 신호설비

유지보수정보 후처리를 통한 위험측고장관련 열차충돌

또는 탈선 방지지상 전구간 지상 : 연속감시

신호기열차간격제어 신호기장치

열차간격제어장치 위험측 고장으로 인한 열차충돌 방지

지상 전구간 지상 : 연속감시

전기선로전환기열차진로제어 선로전환기장치

열차진로제어장치 위험측고장으로 인한

열차충돌 또는 탈선 방지지상 전구간 지상 : 연속감시

TLDS열차진로제어를

위한 중앙과 지역의 연동장치

진로제어 정보의 위험측고장으로 인한

열차충돌 또는 탈선 방지지상 전구간 지상 : 연속감시

실시간열차상태감시

열차의 주요장치급전, 추진, 신호 등의

주요장치 위험측 고장으로 인한 열차충돌 또는 탈선 방지

차상 전차량차상 : 불연속감시

(기지인입 및 정보거점 역)

승강장 안전설비 선로변 침입선로변 침입자와 열차의

충돌방지지상 위험개소 지상 : 연속감시

악셀카운터 열차위치검지장치열차위치검지장치

위험측고장으로 인한 열차충돌 방지

지상 전구간 지상 : 연속감시

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철도 종류별 현장설치 기존 안전검지장치와 운영데이터를 활용하는 대상으로는 고속철도 노

선의 경부고속선, 호남고속선이고 일반철도 노선의 경부선, 호남선 전라선, 경춘선이고, 도시

철도 노선의 신분당선, 도시철도 8호선 대상이다.

표 2-1-3 철도 안전감시설비별 주요 특징 3

안전설비 및 감시설비

고속철도 일반철도 도시철도

경부선 호남선 경부선 호남선 전라선 경춘선신분당선(무인)

서울 8호선

열차제어장치

연동장치

폐색장치

궤도회로장치

신호설비집중감시장치

영상감시설비

SCADA 시스템

전기설비기술지원시스템

통합유지보수지원시스템

신호기

전기선로전환기

TLDS

실시간열차상태감시

승강장 안전설비

악셀카운터

열차무선AP

차내화상무선AP

열차무선AP열차간격제어 지상 및 차상제어장치

열차간격제어장치 위험측고장으로 인한

열차충돌 또는 탈선 방지

지상 전구간 및 차상 전차량

지상 : 연속감시차상 : 불연속감시

(기지인입 및 정보거점 역)

차내화상무선AP열차간격제어 지상 및 차상제어장치

열차간격제어장치 위험측고장으로 인한

열차충돌 또는 탈선 방지

지상 전구간 및 차상 전차량

지상 : 연속감시차상 : 불연속감시

(기지인입 및 정보거점 역)

차축온도검지장치 열차대차장치열차대차장치

위험측고장으로 인한 탈선방지

지상 전구간(주요개소)

지상 : 연속감시

지장물검지장치선로변 침입

(사면 및 수목 포함)선로변 침입으로 인한

열차충돌 방지지상 위험개소 지상 : 연속감시

끌림검지장치 열차하부 탈락물열차하부 장치탈락 및

물체끌림으로 인한 탈선방지지상 전구간(주요개소)

지상 : 연속감시

지진감시시스템 지진발생 지진발생으로 인한 탈선방지 지상 전구간 지상 : 연속감시

기상설비 폭우, 폭설, 강풍발생자연재해 발생으로 인한

탈선방지지상 전구간 지상 : 연속감시

융설장치 분기부결빙에 의한 분기부 밀착불량

등의 탈선방지분기구간(취약개소)

지상 : 연속감시

열차접근확인장치

선로변 유지보수선로변 유지보수자에 대한

운행열차 충돌방지지상 위험개소 지상 : 연속감시

터널경보장치 선로변 유지보수터널작업자와 운행열차와의

충돌방지지상 위험개소(터널 진출입부)

지상 : 연속감시

레일온도검지장치

폭염발생폭염에 의한 선로변형으로

열차의 탈선방지지상 전구간(취약개소)

지상 : 연속감시

건널목보안장치 건널목 제어장치건널목 제어장치

위험측동작으로 인명 또는 차량의 충돌방지

건널목구간 지상 : 연속감시

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안전설비현재속도

허용속도

불연속정보전송

Np

인접기계실CTC장치

적설검지장치 강풍검지장치

강우검지장치

신호기계실

계전기 랙케이블 랙 정보송수신장치 논리장치

궤도회로 및 불연속정보 전송장치

현장설비 ~ 실내설비간,연동장치간 인터페이스

Ø 고속선/기존선 진,출입Ø 중간 건넘선Ø 터널 입,출구Ø 차축온도검지Ø 절대정지표지Ø 전차선 사구간

루프케이블

차축온도검지장치

재해대책설비

Ø 지상정보를 수신하여허용속도 표시

Ø 운전제어곡선 생성Ø 허용속도 초과 시

제동장치 작동

차상장치

열차위치 및 레일절손 검지차량에 연속정보 전송

IXL장치

지장물검지장치

끌림검지장치

열차유무 검지속도정보를 차상으로 전송인접궤도회로와 신호정보 교환연동장치와 인터페이스안전설비와 인터페이스속도제한설정

ATC장치

표지

운전제어곡선 생성실제운행속도 비교

논리장치

연속정보 생성불연속정보 생성

궤도회로

폐색경계 표시

수신안테나레일로부터 신호정보를수신하여 차상의 논리장치로 전달

270 280 290 300 310 3

3 0 0

그림 2-1-8 철도안전설비 운영 개념도

(나) 철도 모니터링 시스템

철도모니터링 시스템의 경우 건설계측에서 유지관리계측으로 전환하여 실행되고 있으며 공

구별 분리발주(호남고속철도는 통합운영)에 의해 통합운영이 어려운 점이 있다. 또 계측기기

사양, 설치방법, DB, 관리기준 등 표준화와 통합운영에 애로사항이 있다. 따라서 표준화, 정보

화, 확장성 등의 확보가 필요하다. 지상모니터링 시스템 현재 재해나 극단적인 상황 발생한

직후 안전성 평가를 위한 실시간 정보제공, 재해 사전예방과 구조물 공용중 이상하중, 이상응

답, 결함 초기 감지도모를 하고 있다. 변형, 거동 등의 측정자료는 정기적으로 수집중이지만,

손상 및 결함 평가를 위한 데이터분석(정보로의 전환)은 미진한 상태이다.

최근 철도 모니터링 시스템은 승객과 열차의 신뢰성 및 안전성에 대한 향상을 요구하고 있

으며, 이에 따른 시스템 유지보수 비용의 증가도 문제점으로 나타나고 있다. 시스템 향상에

따른 신뢰성 및 안전성 향상과 유지보수 비용절감을 위해 기술개발이 이루어지고 있다. 안전

성 확보를 위해 설치 및 관리가 편리한 무선센서 기술, 자체전원 센서, 원활한 네트워크 기술,

모니터링 정보 분석기술 등의 기술수요가 증가하고 있다.

현재 철도시설에 대해 안전 모니터링을 실시는 하고 있으나, 대부분 한정된 장소와 범위에

서 실시되는 실정이며, 철도 차상 실시간 모니터링 연구가 필요한 시점이다. 국내에서는 통합

모니터링으로 실시간 데이터를 이용하여 분석하는 시도가 많지 않으며, 대부분 구조물 일부분

의 이상상태만을 모니터링하기 위한 연구가 이루어지고 있었다. 표 2-1-4는 철도유지보수 분

야별 특허수이다. 철도 차상에 대한 모니터링 분야에서는 상태 측정 특허만이 대다수이고 이

차축온도검지장치

지장물검지장치

끌림검지장치

지진감시시스템

기상설비

융설장치

열차접근확인장치

터널경보장치

레일온도검지장치

건널목보안장치

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를 보수유지 주기 및 수명예측과 연계한 특허는 거의 없다.

표 2-1-4 철도유지보수 분야별 특허 수

구분철도차량 차상상태 진단/예측

철도차량 모니터링센싱

철도차량 유지보수

철도차량 무선통신

선로구축물 유지관리

전기/신호 유지관리

특허수 106 62 60 68 102 110

일반적으로 모니터링 시스템은 이상발생 후 위험상황을 예측하는데 사전에 예방 및 대응조

치를 취할 수 있도록 지속적인 기술개발이 필요하다. 세계 4번째 고속철도 개발 국가로서 해

외 진출 시 중요한 기술이전과 철도 유지보수의 신뢰성과 운영의 안전성 확보가 필요하며, IT

기술을 이용한 유지보수 관리와 실시간 관리가 세계적인 추세이며 필수사항이다.

① 철도 강우 자동모니터링시스템

철도 강우 자동모니터링시스템은 전국 207지점 강우설량계를 설치하여 공사내부 TCP/IP망

을 이용하여 구축한 실시간 모니터링 시스템이다. 시간강우량과 누적강우량에 따라 주의 운

전, 서행운전, 열차정지 등 경보를 발생하고 사고사례와 강우데이터를 통계 분석하여 역사별

안전규제기준을 업데이트하는데 이용 된다. 주기적으로 측정결과를 분석하여 지역여건을 고려

한 열차안전 규제기준을 업데이트하여 활용성을 증대시키는 특징이 있다. 그림 2-1-9은 모니

터링화면과 설치사진 및 열차안전관리기준이다.

그림 2-1-9 모니터링화면 및 열차안전관리기준과 설치 사진

② 도시철도 하부시설 및 지반이상구간 감시시스템

한국전자통신연구원과 한국철도기술연구원에서는 도시철도 하부시설 및 지반 이상구간 감

시 시스템을 대전 및 서울 도시철도의 Testbed구간에 설치하여 운영한바가 있다. 이 시스템은

궤도의 가속도 및 기울기를 고속으로 측정하여 무선으로 서버에 전송하는 것이 특징이다. IoT

기반 센서를 탐재한 측정시스템이며 측정빈도는 1khz이다. 무선 목표거리는 1km이며 RTU를

이용하여 거리를 확장할 수 있다. 그림 2-1-10는 현장 설치 및 모니터링 화면이다.

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그림 2-1-10 도시철도 하부시설 및 지반이상구간 감시시스템 설치 및 모니터링 화면

③ 도시철도 선로 및 역사 구조물 광역확인 감시를 위한 통합관리시스템

한국전자통신연구원과 한국철도기술연구원에서 도시철도 선로 및 역사 구조물 광역확인 감

시를 위한 통합관리시스템을 서울 및 대전에 Testbed구간에 설치하고 운영하였다. 이 시스템

은 계측, 탐사, 조사 등의 자료를 D/B화하고 시스템내에 내장된 위험도 분석프로그램을 이용

하여 위험도를 도출하고 평가결과를 표출하는 것이 특징이다. 위험도 분석 프로그램은 실시간

처리가 가능한 분석 알고리즘을 이용하여 경보 및 전파, 처리되도록 기능을 구현한다. 그림

2-1-11는 도시철도 선로 및 역사 구조물 광역확인 감시를 위한 통합관리시스템 모니터링 화

면이다.

그림 2-1-11 도시철도 선로 및 역사 구조물 광역확인 감시를 위한 통합관리시스템

④ IoT기반 철도재난 대응 다목적 센서시스템

한국철도기술연구원에서는 IoT기반 철도재난 대응 다목적 센서시스템을 대전 판암차량기지

에 Testbed구간에 설치하고 운영하였다. 센서는 다목적 일체형센서를 비롯하여 지표변위센서,

침수센서, 철도레일온도센서, 강우센서 등 강우재해대응 모니터링을 위해 개발된 대다수의 센

서가 설치되었다. 이 시스템은 옹벽 및 철탑 등 다양한 철도환경에 시험이 가능하도록 하는

시스템으로 무선통신환경은 1시간 계측주기를 기준으로 운용을 하고, 강우강도에 따라 측정주

기가 변경되도록 구성되었다. 재난대응과 연계하여 붕괴발생 및 활동면 추정, 미세진동, 열차

안전운행기준, 레일침수 등에 이용한다. 그림 2-1-12는 IoT기반 철도재난 대응 다목적 센서시

스템 설치도이다.

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그림 2-1-12 IoT기반 철도재난 대응 다목적 센서시스템 설치도

⑤ 특수교 통합관리계측시스템

한국시설안전공단에서 특수교 통합관리계측시스템을 구축하였다. 이 시스템은 일반국도 교

량 14개소의 구조 거동 데이터를 통합 관리할 수 있도록 구성되어 있다. 계측시스템은 일반

국도의 사장교와 현수교 10개소에 대한 작동상태, 데이터 취득현황, 국민안전처 연계상태 등

을 관리할 수 있도록 구성되어 있어 태풍과 같은 재난 상황시 초동대응 근거자료 확보, 계측

시스템 검증재하시험을 통한 계측데이터의 신뢰성 확보 등의 기능을 가진다.

그림 2-1-13 지진 및 구조 건전도 모니터링 데이터 연계 구조

⑥ 한강교량 온라인 시스템

한강교량 11개소에 통합모니터링을 수행하고 있다. 이 시스템은 안전감시시스템과 지진감시

시스템의 안정적이고 원활한 운영과 계측결과 분석을 수행한다. 교량의 국부 부재에 대해 관

리기준을 적용하고, 실시간으로 관계자에게 SMS경보 알림을 수행한다. 관리항목은 장력, 신축

변위, 처짐, 주형진동, 풍향풍속, 지진, 주탑경사, 균열계이다. 대상교량은 행주대교, 가양대교,

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올림픽대교, 양화대교 등 총 11개소이다.

그림 2-1-14 한강교량 온라인 시스템

나. 모니터링 시스템을 이용한 유지관리 최적화 기법

KTMSYS(고속선 궤도관리 의사결정지원 시스템)는 2006년 10월부터 2010년 7월까지 국토해

양부의 미래철도기술개발사업의 일환으로 진행된 국가 R&D 연구과제의 결과물로 산출된 시

스템이다. KTMSYS는 검측차량에서 검측한 검측데이터를 기반으로 궤도의 상태를 평가하고

이를 토대로 궤도의 틀림진행사항을 분석해 예측한다. 궤도의 현 상태와 틀림진행 예측결과를

기반으로 유지보수 조직이 보유하고 있는 유지보수 수행 자원과 작업조건에 따른 유지보수일

정 최적화를 진행한다. 이를 통해 궤도 유지보수 개념을 사후 보수에서 선도적 예방보수 개념

의 고속선 궤도관리로 전환하기 위한 목적을 가진다.

현재는 연구과제 종료 후 경부고속선 1단계 (광명~동대구)에 대해 오송시설 사무소가 주축

이 되어 5개의 시설사업소와 2개의 장비시설사업소에서 유지보수 업무에 활용하고 있으며

2014년도부터 현재까지 약 3차에 걸친 시스템 업그레이드를 통해 꾸준히 현장 업무에 활용하

고 있다.

그림 2-1-15 KTMSYS 개요도(철도시설 이력관리 종합정보시스템 구축 기본계획 수립 보고서)

영국의 철도산업은 1994년 이후 영국 국철(BR)을 기반시설과 여객, 화물 등 사업별로 분할

한 후 주식회사로 전환하여 민간매각 또는 운영권을 위탁하였다. 그 결과, 철도시설 관리자인

Network Rail(NR)과 복수의 여객 및 화물철도 운영자와 규제기관인 ORR(Office of Railway

Regulation)로 구성되어 있으며 이중 NR은 철도시설 관리자로서 시설물 유지보수, 개량 및 관

제업무를 담당하고 있다. NR이 담당하는 선로연장은 약 15,800km이며 약 2,500개의 역사를

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운영하고 있다. NR의 2014~2019년 기간 (CP5) 중 관련 예산은 개량부분 121억 파운드, 유지보

수 53억 파운드 및 성능개선 124파운드 등이며 총 34조원 규모(환율 1,700원 기준)이다.

(Kirwan, 2015) NR의 전체 직원은 약 35,000명이며 이 중 운영 및 유지보수 인원은 약 26,000

명인 것으로 파악되고 있다.

(1) 시설물 원격모니터링 시스템 (RCM : Remote Condition Monitoring) 운영

NR은 철도시설물의 유지보수 관련 정책의 결정, 기준의 정립 등을 위하여 고속 및 저속 검

측차를 이용한 시설물 상태평가를 주기적으로 시행하고 있으며, 그 결과 레일마모, 궤도트림,

노반상태, 구조물 및 전차선의 상태 등에 관한 정보를 수집하고 있다. 이 정보는 정부의 철도

규제기관인 ORR 뿐만 아니라, 시설물관리자, 운영기관 (TOC : Train Operation Company, Foc

: Freight Operating Company), 표준기관 (RSSB : Rail Safety and Standards Board) 등과 공유

한다. 영국 NR의 시설물 및 차량의 상태 모니터링 시스템 구성은 크게 4가지 영역으로 구분

된다.

1) 차상 검측모듈에 의한 차량 상태 모니터링 :　차상 모니터링 장치를 이용한 차량의 운행

중 상태정보 수집을 목적으로 하고 있으며,

가속도, 윤중 등이 측정대상이다

2) 차상 검측모듈에 의한 시설물 상태 모니터링 : 주로 검측차를 이용한 시설물 상태모니터링

을 수행하고 있으나, 매일 운행하는 영업차

량에도 센서를 부착하여 시설물의 상태정보

를 실시간으로 수집하고 있다.

3) 지상모듈에 의한 시설물 상태 모니터링 : 지상에서 시설물 상태평가를 위한 모니터링으로

인력 및 전용 측정장치를 이용하여 상태정보를

수집한다.

4) 지상모듈에 의한 차량의 상태 모니터링 : 지상에 모니터링 장치를 설치하여 차량의 건전성

을 평가한 후 운영기관에 결과를 통보한다.

시설물의 상태정보처리 절차는 상태 모니터링과 진단에 대한 국제규격인 ISO 13374를 따른

다. 상태평가 데이터는 원시 데이터 (RCM Data)의 형태에서 분석 철차를 통하여 시설물의 상

태변화에 대한 인과관계를 파악할 수 있는 가공 데이터로 변환된다.

그림 2-1-16 상태정보 처리절차 및 ISO 13374 : 상태모니터링과 진단

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NR에서는 당초 유지관리 공종별 DB를 구축하여 운영하였으나, 최근 이를 기반으로 선로

구조물 통합 DB를 구축하여 운영하였으나, 최근 이를 기반으로 선로구조물 통합 DB를 운영

하고 있다. 인프라 시설과 관련한 ORBIS(Offering Rail Better Information Service)라는 DB를

따로 구축하여 예방 유지보수(PM, Preventive Maintenance) 및 예지 유지보수(PdM, Predictive

Maintenance)가 가능하도록 빅데이터 기반의 의사결정 지원체계를 운영하고 있다(NR, 2008,

2014). 이와는 별개로 ADS(Asset Data Store) 라고 하는 데이터 센터를 운영하여 철도 시설물

의 유지보수와 관련한 계측데이터, GIS 및 이력데이터 등을 관리한다.

(2) 프랑스 SNCF의 유지보수 전략

2015년 프랑스의 철도조직 번경 전에는 철도운영자인 SNCF와 시설관리자인 RFF로 구성되

어 철도시설물의 유지보수 주체가 모호한 면이 있었으나, 조직통합 후 SNCF는 다음과 같이

재편되었다.

1) SNCF Immobilier : SNCF 그룹 자산관리, 부동산 사업

2) SNCF Mobilites

- SNCF Voyageurs : 도시철도(파리), 일반/고속철도, 역사 시설 관리담당

- KEOLIS : 경전철, 트램, 버스, 공공 자전거 관리담당

- SNCF Logistics : 화물 및 물류 운송

3) SNCF Reseau : 선로사용료 책정 및 징수, 시설물 관리, 유지보수 및 개량, 관제 업무

선로의 유지보수는 UIC 714 기준에 따라 1~9등급의 선로등급 체계로 구분하여 관리하고 있

으며 여기서 선로등급은 통과톤수 및 열차의 운행속도와 밀접한 관련이 있으며, SNCF가 담

당하는 철도시설물은 노후도가 빠르게 진행되고 있으며 따라서 유지보수와 대별되는 개량 업

무와 관련한 의사결정체계가 개발되어 사용되고 있다.

표 2-1-5 UIC 714 선로등급 체계 (=환산 통과톤수)

Classification of Lines Daily traffic(Gross tonne)

Group 1 120,000 ton/day <

Group 2 85,000 ton/day < ≤ 120,000 ton/day

Group 3 50,000 ton/day < ≤ 85,000 ton/day

Group 4 28,000 ton/day < ≤ 50,000 ton/day

Group 5 14,000 ton/day < ≤ 28,000 ton/day

Group 6 7,000 ton/day < ≤ 14,000 ton/day

Group 7 3,500 ton/day < ≤ 70,000 ton/day

Group 8 1,500 ton/day < ≤ 3,500 ton/day

Group 9 ≤ 1,500 ton/day

SNCF는 1990년대 후반 고속선 검측차량을 이용한 궤도틀림 관리용 의사결정지원시스템

(TIMON, Traitement Information du Mauzin et des Operations de Nivellement, Computer

Processing of the Mauzin data & levelling maintenance)를 개발하여 현재까지 현장에 적용하

고 있다. KP별, 기간별 고저틀림 정도 및 유지보수 양을 수식화하여 향후 유지보수 시기를 예

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측하는 한편, 개량과 관련한 의사결정도 함께 수행하고 있다.

한편, 유지보수 및 개량으로 인한 비용을 최소화하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으

며, 열화모형을 이용한 도상자갈, 레일 용접부, 분기부 및 선로전환기의 잔존수명 예측결과를

기초로 유지보수/개량 시나리오를 적용하고 있다. (최종적으로 시나리오 작성을 통한 LCC 비

용의 약 30% 절감). 프랑스의 LCC 적용사례 및 TIMON 활용방안 등은 향후 RAFIS 개발시 중

요한 정책결정 요소가 될 것으로 예상된다.

그림 2-1-17 The TIMON 운영 및 자료분석 예시

유럽 연합을 중심으로 신뢰성 중심유지보수에 대한 연구를 수행하고 있으며, 신뢰성 및 최

적화 이론을 유지보수주기 및 예비품 소요량 산정에 적용하는 연구를 지속적으로 연구개발하

고 있다. 또한 이탈리아의 Circumviana Railway는 유지보수 전산통합관리체계를 도입하여 전

동차 전주기 비용의 60%에 해당하는 유지보수 비용을 10% 절감하고 전동차의 신뢰성 및 가

용도를 향상시킨 바 있다. 스위스의 ABB사는 RE0517을 개발하여 전차선, 조가선 및 전력설비

의 보호 및 모니터링 기능을 포함하는 시설분야 모니터링 시스템을 개발하고, 네트워크 기반

모니터링 시스템 기술개발을 추진하여 운영중에 있다. 영국 런던에서는 차륜의 상태를 모니터

링하는 시스템을 구축하여 운용 중에 있으며, 적외선 센서를 철도차량 하부에 설치하여 온도

를 측정하고 온도 임계치가 넘어가면 베어링의 마모를 인식하여 철도차량의 탈선사고를 예방

하고 있다.

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2. 연약지반 잔류침하 정확도 향상기술

가. 연약지반 관련 연구동향

국내의 경우 일반철도 궤도에 관한 연구는 많이 수행되었으나 상대적으로 고속철도에 관

한 연구는 적게 수행되었으며, 해외 연구 및 설계기준을 참고하여 설계 및 성능평가가 이루어

지고 있는 실정이다. 과거 철도 노반에 대한 성능평가 연구를 살펴보면 대부분 실내시험 및

시험시공을 통해 얻어진 노반응답(노반압력, 노반침하, 노반가속도 등)과 수치해석을 비교 검

토하여 간접적으로 평가하고 있는 경우가 많았다. 그러나 “400km/h급 선로구축물(호남고속철

도) 설계기준 연구”를 통하여 현장 실측 데이터가 축척되었다. 다만 측정 기간이 영업전이기

때문에 시설물 상태가 비교적 양호하여 측정 결과는 모두 기준치 이내로 평가 되었다. 고속철

도 선로구축물은 60년 이상 내구년한을 가지기 때문에 장기 안전성이 중요하므로 장기 모니

터링를 통하여 거동을 설계기준과 대조하여 평가 할 필요가 있다.

수치해석을 통한 연구로 이강재(1997)는 동역학 해석프로그램인 VAMPIRE를 사용하여 선로

개량으로써 속도향상 가능여부를 검토하였고, 속도향상이 가능한 조건에 대하여 연구하였다.

원용환(2008)은 기존선에서 속도향상에 따른 궤도 부재에 미치는 영향과 관련하여 주로 궤도

의 정적/동적 거동을 포함하여 부재의 진동 속도 등에 대한 이론적인 방법을 규명하였다. 김

영호 등(2007)은 고속철도의 침하량 분석을 위해 기존 경부고속철도에 사용된 노반 특성치를

활용하여 고속철도 궤도 종류에 따른 수치해석을 실시하여 지반조건별 허용 침하기준을 만족

할 수 있는 설계 방법을 제안하였다. 그러나 해석결과는 실측결과와 비교하여 검증할 필요가

있다. 열차-궤도-토공노반의 상호 해석 결과를 실측 결과와 비교하기 위해서는 현장 측정 데

이터를 필요로 한다. 동일 지점 및 동일 시각에서 차상측정자료와 지상측정자료를 정확하게

얻기 위해서는 시각 동기화된 측정을 필요로 하며 본 연구에서는 GPS 시각 동기화를 통해 정

확한 시각의 지상 측정데이터를 취득할 예정이다. 이러한 측정데이터는 해석데이터의 검증에

유용하게 활용 될 것으로 기대된다.

토공 노반의 침하에 대한 기존 연구는 주로 연약한 원지반에 대한 잔류침하 예측이 주를

이루어왔으며, 그 방법론으로써 유동학적 모델(Gibson과 Lo, 1961; Edil 등, 1990) 및 경험적

침하 예측모델(쌍곡선법, Hoe 등, 1998; Bjarngard와 Edgars, 2000), 압축상수를 이용한 침하추

정 등이 주로 적용되어 왔다.

Sato(1972)는 노반침하구간에서 차량/궤도 상호작용 해석을 최초로 체계화하였으며, 노반면

에 단차, 평행이동, 그리고 굴절이 발생하였을 때 궤도가 노반형상에 따라 변형된다고 가정함

으로써 궤도틀림구간을 차량이 주행할 때의 차량/궤도 상호작용 해석을 수행하여 노반변형 기

준을 도출하였다.

기존 침하 예측 모델 및 방법들이 원지반(연약지반)의 장기 잔류침하를 예측하는데 적용된

반면, Justo와 Durand(2000)는 암성토체에 대한 크리프 침하에 대한 연구를 수행하였다.

Gordon(1989)는 암버력과 흙의 혼합성토체 시공 후 암성토체의 침하 거동에 대한 연구를 수

행하였다. 계측 결과에 따르면 암성토 침하는 시공 후 9~18개월 사이에 대부분 발생하며 이

때, 70개월 간 발생한 침하량의 60%에 해당하는 침하가 9개월 이내에, 80%에 해당하는 침하

가 18개월 이내에 발생되는 것으로 나타났다.

伊勢田(1972)와 石井(1976)는 재하시간과 침하량과의 관계로 성토체의 압축침하량을 산정하

는 식을 제안하였으며 益村 등(2002)은 원위치 시험 및 계측결과에 의한 성토체내의 강도 변

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형 특성 및 그 압축 침하 거동을 분석하여 노반의 압축 침하 거동에 미치는 요인의 분석을

시도하는 것과 동시에 사양 규정에 의해 구축된 성토의 압축 침하 성능을 평가하였다.

일반적으로 열차 운행 하중에 의해 발생되는 침하량은 원지반 침하 및 성토체 침하에 비해

상대적으로 작은 편으로 고려되고 있으나 이에 대한 충분한 검토가 수행되지 않을 경우 과도

한 침하가 유발되는 원인이 될 수 있다. Baksdale(1972)은 일정 하중비 이상의 반복재하하중이

노반에 작용하면, 변형이 수렴하지 않고 계속 증가하여 큰 변형이 발생할 수 있음을 제시하였

다. 또한, 일반적으로 지반 재료의 강도 및 변형특성에 영향을 미치는 주요 반복하중의 특성

을 분석하였다.

Thiers와 Seed(1968)는 반복재하 후 지반재료의 강도 감소는 기본적으로 반복재하 중 점성

토가 겪은 반복변형률의 크기에 따라 결정된다고 제안하였고 단순 재하시 파괴 변형률에 대

한 반복변형률 비가 0.5이하일 경우 전단강도의 감소는 거의 없음을 확인하였고, 반복변형률

이 매우 크더라도 전단강도의 감소는 10~20% (Koutsoftas, 1979) 또는 25%(Andersen, 1975) 이

상으로는 유발되지 않음을 확인하였다.

Mais와 Meier(1968)에 의하면 열차하중의 작용에 따라 나타나는 철도노반의 응력은 하나의

내구성 문제라 하였으며, Sekine(1995)는 열차 하중으로 인한 노반응답의 크기를 좌우하는 것

은 지지력과 밀접한 관계가 있다고 설명하였다. Frederick(1978)은 하중조건을 달리하면서 수

치해석을 실시하여 궤도의 수직변위를 예측하여 이를 실측치와 검증하였다.

Eurocode의 철도교량 진동 사용성 허용 처짐 기준으로 진동 사용성 연직가속도 기준중

‘very good(1.0)’을 승객이 느끼는 진동 사용성 연직 가속도 기준으로 하여 구조적인

안정성을 함께 고려하여 경간 길이에 대한 처짐비로 제시하였다. Eurocode에서 승객의 진동

사용성을 결정하는 것은 열차가 교량구조물 위를 주행할 때의 차체연직가속도이며 진동 사용

성 연직가속도 기준들과 비교하여 철도교량의 진동 사용성을 판단하도록 권장하고 있다. 이를

위해 교량 경간길이(L), 열차의 주행속도(V) 그리고 교량의 연직변위(u)의 함수로 구성하여 교

량의 연직 처짐으로서 철도교량의 진동사용성을 평가할 수 있도록 하였다. 단, 열차의 주행안

정성과 연계하여 L/600을 허용 처짐의 하한값으로 설정하고 있으며 열차의 최대 주행속도는

350km/h로 설정하고 있다.

나. 기준 및 설계방법 동향

현재 연약지반 구간을 통과하는 고속도로나 철도가 지속적으로 건설되고 있으며, 서해와 남

해연안에서는 바다를 매립하여 부지를 조성해서 항만이나 공항 또는 공업단지를 건설하는 대

규모 프로젝트들이 진행되어 왔다. 연약지반 구간 건설공사시 원지반 상부에 성토 시공이 수

반되는데, 이 경우 장기간 압밀에 의한 다량의 침하와 함께 전단변형의 결과로 많은 지중 변

위가 발생하게 된다. 지중 변위가 심할 경우 지반의 전단파괴로 상부구조물이 붕괴될 수도 있

으며, 이를 방지하기 위해 급격한 전단변형을 방지하기 위한 단계 쌓기로 성토속도를 완속 재

하하거나, 간극수의 원활한 배수와 지반보강을 위해 성토체 하단에 샌드매트와 섬유보강재를

포설하는 경우가 많다. 또한 배수속도 향상을 위한 연직배수공법을 적용하여 침하속도를 빠르

게 하여 지반강도 증가로 인한 성토체의 안정성을 증가시키기도 한다.

국내 연약지반은 서‧남해안 지역과 내륙의 하천 인근 지역에는 밀집되어 있으며, 공학적 특

성으로 대부분 과압밀비(OCR)이 2이하로 정규압밀 또는 약간의 과압밀 상태에 있다. 또한 자

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연함수비가 30~70%, 비배수전단강도가 10~30kPa 정도인 점성토지반이 광범위하게 분포하고

있는데, 이들 지반은 압축성이 크고 전단강도가 작아 공학적으로 매우 취약한 특성을 보인다.

연약지반을 판정하는 기준은 일반적으로 상부 구조물과의 상대적인 관계에 의하여 정의하

며, 통상적으로는 표준관입시험값(N)을 기준으로 결정하고 사질토의 경우에는 10 이하, 점성

토는 4 이하인 지반을 연약지반이라 정의한다. 따라서 느슨한 사질토지반과 전단강도가 작고

압축성이 큰 점성토 지반이 이에 해당한다.

한편, 연약지반 여부를 평가 때에는 강도 외에도 과압밀비(OCR)가 유효한 기준이 될 수 있

다(Parry and Wroth, 1981). 일반적으로 연약한 점토지반은 연성(ductile) 거동을 보이는데 반

하여 굳은 점토지반은 취성(brittle) 거동을 보이게 되는데, 이러한 거동 차이는 과압밀 정도에

따라 달라지기 때문이다. 최근의 관련 연구추세도 지반의 강도보다는 변형특성에 주안점을 두

고 있다. 본 절에서는 표 2-1-77과 같은 국내외 연약지반 관련자료를 검토하여 최신 설계기준

을 재정립하여 국내 철도 시공시 연약지반 설계기준을 개정하기 위한 기초자료로 활용한다.

표 2-1-6 국내외 침하 관련 문헌 및 주요내용

구 분 저 자 주요내용 연도

British Standards Institution, BS6031:1981 code of practice for earth works

BSI 영국의연약지반의분류방법소개

1981

Naval Facilities Engineering Command, Soil Mechanics Design Manual 7.1

Department of the Naval Facilities Engineering Command.

미국 NAFAC의 토질공학적 설계메뉴얼

1983

軟弱地盤對策工法- 調査·設計から施工まで(現場技術者のための土と基礎シリーズ(16))

土質工學會일( ) 연약지반 조사, 설계기법 1988

새로운 연약지반 처리공법 우기형 연약지반의 정의 및 적용공법의 상세설명

1994

지반공학 시리즈 6 연약지반 한국지반공학회 연약지반 처리 1995

Soft Ground Improvement in Lowland and other Environment, ASCE Press

D.T. Bergado, L.R. Anderson, N. Miura, A.S. Balasubramaniam

연약지반 판정기준 소개 1996

SPECIFICATIONS FOR SURVEY & DESIGN HIGHWAY EMBANKMENT ON SOFT SOIL DESIGN SPECIFICATION

베트남교통성 베트남의 고속도로 특별시방서 (22TCN 262 - 2000)

2007

Ground improvement for the second phaseconstruction of Kansai International Airport

Y. Morikawa, T. Tabata, T. Emura

간시이공항의지반개량소개

Federal lands Highway Proect Development and Design Manual

U.S. Department of Transportation

고속도로설계매뉴얼

2008

연약지반 판정기준에 대한 고찰(I) 백원진, 김주현 연약지반 판정기준 정리

Integrated analysis of InSAR and geologicaldata for investigating local differential settlement of New Hong Kong International Airport

L. iang, Q. Zhao, S. Cheng, and H. Lin

홍콩공항과 관련 부등침하에 대한 해석방법

British Standards Institution, BS6031:2009 Code of practice for earthworks(Chapter 7)

BSI 영국 연약지반의 설계표준을 소개

2009

하노이-하이퐁 고속도로 Package EX-3 - 연약지반 처리 계산보고서

Ground Improvement - A Green Technology towards a Sustainable Housing, Infrastructure and Utilities Developments in Malaysia

K. Yee, T. A. Ooi 지반개량의 향후 녹색기술 및 건설기술에 대한 실증적인 내용

2010

Design and Long-Term Monitoring of Tokyo International Airport Extension Proect Constructed

K. Morohoshi, K. Yoshinaga,

도쿄 공항건설에 대한 장기계측 결과 및

- 28 -

관련 문헌에서 정의하는 연약지반은 연약한 점성토를 함유하거나 실트와 같은 세립분이 대

다수인 지반, 함수비가 매우 높은 점성토 지반, 이탄질 기초지반, 지하수위 근처 또는 아래의

모래질 충적층 등을 통칭한다(Bergado et al. 1996). 일반적으로 연약지반은 점토광물로부터

유래하거나 베트남의 메콩델타와 같이 지역에 따라 유기물에 의해 유래(Ministry of

Transport of Vietnam 2000) 하기도 한다. 그러나 공학적 관점에서의 연약지반은 단순하게

기초지반의 특성만으로 규정하는 것이 아니라 지반위에 설치될 구조물과의 상대적인 관계를

고려하여 결정하는 것이 합리적이다.

즉 일본토질공학회(1988)에서 제시하였듯이 연약지반의 판정은 기초 지반의 강도와 기초

지반에 설치될 구조물 종류와 크기를 함께 고려하여 판단하여야 하는 상대적인 문제라고 할

수 있다. 국외에서도 기본적으로 점성토 지반의 연약한 정도를 비배수전단강도(Su) 또는 일

축압축강도(qu)로 평가하고 있으며, SPT N치는 지반의 컨시스텐시나 상대밀도를 간접적으로

유추하는데 이용하고 있다. 또한 기타 자연함수비 w, 간극비 e, 사질토의 배수마찰각 Φ 등이

연약지반의 판정기준 및 평가에 사용되고 있다. FHWA (2008)에서는 N치가 0~1을 초연약

지반으로 N치가2~4인 지반을 연약지반으로 규정하고 있으며, NAFAC(1983) 또는 일본토질

공학회(1988) 등과 같이 대체로 가장 손쉬운 지반특성 조사방법인 SPT N치를 기준으로 4

이하를 연약지반으로 판단하는 경우가 많다. 참고로 일본 토질공학회에서는 ≤～･

의

지반을 연약지반으로 정의하고 있기도 하다.

현재 호남고속철도 테스트베드에서는 열차속도 420km/h까지 인프라 거동특성 검토가 이루어

졌으며, 주행안전성 및 승차감 평가를 위한 연직변위 관련 기준은 350km/h에 준하는 한계기

준이 정해진 바 있다. 이러한 성능평가를 바탕으로 8개의 설계기준을 개정하는“400km/h급

고속철도(KR G-01010-T)”가 제정되었다. 이 설계지침은 400km/h급 고속철도 선로의 건설 및

개량사업에 검증기간동안 설계 및 공사에 적용할 수 있다. 설계편람 및 지침의 구성목차는

건설계획, 철도선형, 노반, 궤도, 교량, 터널 미기압파, 전차선로, 철도소음으로 구성되어 있다.

표 2-1-8은 기존 연구와의 차별성을 나타낸 표이다. 기존 연구와 주요하게 다른 점은 노반/궤

도의 장기 안정성 성능평가, 현장 실측 침하량을 피드백 하여 잔류침하량 설계 정확도 향상

등이다.

on Super-Soft Ground

M. Miyata, I. Sasaki, H. Saitoh, M. Tokoro, N. Fukuda, T. Fuii, K. Yamada, and M. Ishikawa

설계방법

메콩 델타지역 수리 및 지반특성 방윤경 외메콩델타지역 수리 및 지반특성 조사/분석

베트남 지역에서의 연약지반개량 설계․시공 사례 윤동덕, 조성한, 서원석베트남의 연약지반 설계 및 시공사례소개

400km/h급 고속철도 설계기준 한국철도시설공단콘크리트 궤도 허용잔류침하량을 만족하기 위한 연약지반 판정기준 강화

2016

- 29 -

표 2-1-7 지상모니터링의 선행 유사연구와의 차별성

구분400km/h급

선로구축물(호남고속철도) 설계기준 연구(철도시설공단)

호남고속철도 토공노반의 신뢰성 확보를 위한

침하안정평가(한국철도기술연구원)

본 연구

연구목표· 현행 350km/h급에 대하여 실측을 통하여 400km/h급 설계기준 제시(검증포함)

·토공구간의 침하 현황 분석 ·기준초과 개소 보수보강 방안 제시

·잔류침하 특성 파악 및 설계법 정확도 개선

주요성과·400km/h급 설계기준 제시·현장 측정 D/B 구축 및 확보 (개통전)

·중점관리개소의 보수보강 방안·건설 및 유지보수 기준 분석·제시

·통합 D/B 구축(궤도, 노반, 차량)·설계시 잔류 침하 예측 정확도 향상(실측과 설계 리뷰)

정성적차별성

·400km/h급 노반의 설계기준 검증 및 제시(개통전 기준)·현장 측정 D/B 확보

·기준 초과개소에 대한 원인 분석·중점관리개소 선정·보수보강 방안 제시

·통합 D/B 확보(궤도, 노반, 차량)·노반 설계 기술 최적화 (연약지반 판정, 침하량 예측기술)

정량적 차별성

대상시기

·고속철도 건설 후 1년 이내 ·고속철도 개통후 1년이내·고속철도 개통후 3년이내

한계침하속도

· 10mm/10년 - ·검증

허용침하량

·현행유지(30mm) · 50mm ·검증 및 최적화

연약지반

판정기준

· N>15 (테스트베드 구간 대상 도출)

· N>20 (전구간 대상 도출) ·검증 및 최적화

방치기간

- ·6개월 이상으로 통일 -

침하대책공법

- ·지지말뚝공법 제시 ·검증 및 최적화

치환공법설계

-·다짐, 재료, 지하수 변동 기준 신설

-

침하 설계기법

-·유한요소, 이론식 등 1개소 예시 (지하수위 영향 고려)

·침하 예측 정확도가 개선된 설계 방법 (테스브베드 구간 리뷰)

측정 DB 자료

· 궤도 : 윤중, 횡압, 변위, 가속도, 응력, 진동· 노반 : 탄성변위, 침하, 접속부 단차, 노반응력, 강우, 함수비, 진동

·지표, 원지반 침하량

· 궤도 : 윤중, 횡압 ·노반 : 탄성변위, 침하, 노반응력, 강우, 함수비, 진동

기타· 설계기준에 대하여 242항목 검토 (실측, 해석 등)

·조사, 암성토, 근접접속부 기준 제시

·장기 측정을 통한 설계기준 검증 및 최적화

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3. 소음저감장치 기술동향

가. 방음벽 상단장치 고도화

(1) 국내 기술 개발 현황

기존 재래선 철도소음 및 도로교통소음 등을 저감시키기 위해 개발된 제품으로 음의 간섭

원리를 이용하여 소음을 저감시키는 장치와 음이 회절되는 방음벽 끝단에 집중되는 음에너지

를 줄이기 위해 흡음재를 내장하여 방음벽 상단에 설치하는 상단장치들이 아래의 표 2-1-8과

같이 상품화 되어있다. 그러나, 국내 방음벽 시뮬레이션 및 설계기술은 대부분 지면의 위치에

서 입사하는 낮은 위치의 소음원만을 고려하여 개발되었다(표 2-1-9 참조).

표 2-1-8 국내 상단장치의 종류

흡음형

간섭형 혼합형(흡음+간섭) 공명형

표 2-1-9 방음벽 상단장치에 대한 개발실적

핵심기술 연구개발 현황

방음벽상단장치개발

- 방음시설 성능비교, 방음벽 성능평가, 철도방음벽 표준규격(안) 도출(철 도소음 진동의 효율적 저감방안 연구(2000))- 철도소음저감용 방음벽 상단 간섭장치의 성능평가 연구(2001)- 고속철도 구간 개활지 및 방음벽 구간 환경소음 특성 분석, 음장시뮬레 이션(차량 성능향상 핵심기술 개발(2005))- 철도연변 방음벽 음향설계(정부출연기관과 엔지니어링 사업체(1999))- 음의 간섭을 이용한 간섭형 방음벽 상단장치 개발 및 성능평가: 무궁화, 새마을 열차 연변 적용시험 (유니슨(2000-2001))- 방음벽 상단의 소음감소기 성능 평가(국립환경과학원(2007))

현재 대부분의 상단장치는 도로용으로 제작된 상태이며, 철도분야는 도로분야에 비해서 방

음벽 상단기술이나 투과손실 향상 면에서 많이 적용되지 않았으며, 상단의 회절효과 감소를

위한 설계는 프랑스와 일본에서, 그 외 독일에서는 태양광에너지를 생성하여 인근의 주거지역

에 전기를 공급하는 등 에너지 효율적 활용을 접목한 방음벽을 철도변에 개발, 적용하고 있

다. 최근 국내에서도 철도소음용 상단장치에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 일부 제품에 대

한 특허도 존재하나 모두가 일반철도용에 사용되는 목적이며, 400km/h급을 포함한 고속선에

개발 내용은 본 과제의 1단계 과제를 제외하면 전무하다.

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표 2-1-10 국내 방음벽 연구개발 현황

기술유형 수행기관 저감대상 적용현황 그림

철도연변 방음벽 음향설계

정부출연기관과 엔지니어링 사업체(1999)

기존선과 경부고속철도 구간

수직형과 말단절곡형으로 제한

일반흡음형 소음감소기, Calm Zone, 공명형)

한국철도기술연구원(2000)

기존선 고속화 현장평가시험

음의 간섭을 이용한 간섭형 방음벽 상단장치 개발 및 성능평가

유니슨(2000-2001), 철도연구원(2001)

무궁화, 새마을 열차 (1-4 dB 효과상승)

도로 및 철도

방음벽 형상 및 상단장치 축적모형실험 및 해석적 연구

한국철도연구원(2000), 한국표준과학연구원(2001)

고속철도 소음(2-5 dB 효과상승)

모형현장시험

고속철도 구간 방음벽 향상 연구

한국철도기술연구원(2004)고속철도 (2-15 dB 효과상승)

해석연구

방음벽 상단의 소음감소기 성능 평가

국립환경과학원 (2007)

국내소음감소기(noise reducer) 7종 평가(주로 도로대상)

현장성능평가

(2) 국외 기술 개발 현황

방음벽 상단장치를 음의 소음저감원리에 따라 구분하면 크게 간섭형 및 흡음형으로 구분할

수 있다. 우선 간섭형의 경우 음의 위상차를 이용하여 간섭영역을 만들기 위한 방법으로는 여

러 가지가 있으며, 방음시설물 상단부의 형상만을 T-type, O-type, Y-type 등으로 변화시키는

방법과 상단부에 음을 지연시키기 위한 특별한 간섭장치를 설치하는 방법에 관한 연구가 이

루어지고 있다. 상단부의 형상만을 변형시키는 대표적인 방법은 아래의 그림과 같이 상단부를

T-type, Y-type 등의 형상으로 만들고 격자모양의 칸막이를 설치하여 이 칸막이의 깊이를 통

과하는 음과 그 위를 바로 통과하는 음의 위상차를 이용하여 소음을 제어하는 방법인데 깊이

에 따라 간섭주파수영역을 변경할 수 있다. 한편 방음시설물 상단부를 음이 입사되는 부분과

방사되는 부분을 따로 두어 입구단에서 입사되는 음이 간섭장치 내부를 통과하여 출구 단으

로 방사되고 이 음과 간섭장치 상단을 회절하는 음과의 상호 간섭효과를 이용 소음을 저감하

는 장치가 국내에서 개발된 바 있다.

또한, 흡음형의 경우 국외에서 개발된 상단장치로는 흡음형 상단형상물 중 대표적인 예는

일본 Fujiwara에 의해 연구되어 개발된 소음감소기(Noise Reducer) 들이 있으며, 이 소음감소

기는 방음시설물 끝단 회절부위에서 음향에너지가 최대로 집중되는 이론에 기초하여 개발되

었다. 소음감소기의 형상을 원형으로 만들어 집중적인 에너지 축척을 방지하고 소음감소기 내

부를 흡음물질로 구성하여 방음벽 끝단에서 회절되는 음향에너지를 최대한 줄이는 방법을 이

용한 소음저감기술이다.

그러나, 철도분야는 도로분야에 비해서 방음벽 상단기술이나 투과손실 향상 면에서 많이 적

용되지 않았으며, 상단의 회절효과 감소를 위한 설계는 프랑스와 일본에서, 그 외 독일에서는

태양광에너지를 생성하여 인근의 주거지역에 전기를 공급하는 등 에너지 효율적 활용을 접목

한 방음벽을 철도변에 개발, 적용하고 있다.

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표 2-1-11 국외(일본) 방음벽 상단장치 설치현황

다음은 일본에서 수행한 신칸센 고속철도 소음저감용 상단장치에 대한 성능평가 결과를 나

타낸 것이다. 상단장치는 RC교량에 200m 길이로 설치되었으며, 성능평가는 25m 이격위치에

서 수행되었다. 성능시험결과 약 2dB 정도의 저감량을 갖는 것으로 평가되었다.

(a) 철도용 간섭형 상단장치 설치 예 – 일본 (b) 25m 이격위치에서의 소음측정결과

그림 2-1-18 고속철도 소음저감용 상단장치의 성능평가 결과(일본)

나. 흡음블럭 고도화

(1) 국외 기술 개발 현황

일본의 飛島建設(주)에서 생산되는 철도 슬래브궤도면용 흡음패널은 FRP 격자와 인공경량골

재에 시멘트와 기포액을 혼합, 성형한 다공질 흡음재와 지지부재로 구성, 소음감소계수

(NRC)=0.9 정도이고, 고가철도 주변의 고층빌딩의 소음저감, 철도연변에 입지한 병원, 학교 등

정숙환 환경을 필요로 하는 시설물의 소음대책으로 사용하고 있다. Bridge-Stone사의 상품명

Molbland는 시멘트, 우레탄칩, 섬유기포재를 혼입 고형화한 몰탈계 무기물, 비중 0.7g/, 소음

감소계수(NRC)=0.5의 제품으로 개발되었다.

독일의 Vossloh사에서 제품명 Noise Abosorber로 규산칼슘계 Wood Chip Concrete로 제조,

다공질 재료로서 약 40%의 기공도를 가지며 콘크리트 도상의 중앙과 측면에 3Piece의 흡음판

을 설치하여 3dB의 소음저감 효과, Berlin City Line(약 27Km)외 다수 시공사례가 있다.

Bausteine-Briest사 상품명 LIAKUSTIK은 경량골재를 코팅한 후 시멘트 결합시켜 성형한 제품

으로 압축강도 125Kgf/, 궤도 중앙부와 측면에 3Piece의 흡음판을 설치하여 3dB의 소음저감

효과가 알려져 있다.

2014년 중국에서 흡음블록 설치에 따른 소음도 측정이 수행되었다. 철로에 적용된 흡음블록

은 시멘트, 골재, 섬유, 첨가제를 주성분으로 제작되었고, 테스트 구간에 설치된 후 선로에서

각각 7.5m, 30m 떨어진 곳에서 소음을 측정하였다. 테스트 구간은 아래의 그림과 같다. 시험

결과, 열차의 속도가 증가함에 따라 흡음 성능이 향상되었고, 선로에서 30m 떨어진 지점보다

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7.5m 떨어진 지점에서의 흡음 성능이 더 높게 측정되었다. 결과는 아래의 그래프와 같다.

즉, 이 사례에서는 열차의 속도에 따라 흡음 성능이 증가함과 동시에 열차의 속도가 약

200km/h일 때 최대 약 4 dB(A) 정도의 소음을 저감시킬 수 있다는 결과를 도출하였다.

그림 2-1-19 중국의 흡음성능 테스트 위치

그림 2-1-20 열차 속도에 따른 흡음성능 추이 변화

EU에서 수행했던 ‘저소음 철로 프로젝트 (Quiet-track Project)’의 일환으로서 철도에서 발

생하는 소음저감에 대한 연구사례가 있다. 이 연구는 일차적으로 궤도에 프리캐스트 흡음 패

널을 설치한 후 선로에서 7.5m, 25m에서 떨어진 곳에서 각각 소음을 측정하고, 방음벽을 추

가적으로 설치하여 최종적인 흡음 성능을 분석하였지만 위에서 언급한 바와 같이 방음벽에

대한 내용은 고려하지 않았다. 측정 결과 선로에서 7.5m 떨어진 지점에서는 약 2.1±1.4

dB(A), 25m 떨어진 지점에서는 약 3.0±1.8 dB(A)의 소음저감 성능이 기록되었다. 이 연구 사

례는 첫 번째 사례와는 반대로 선로에서 가까운 거리보다, 먼 거리에서 소음저감도가 높다는

결과를 도출하였다.

그림 2-1-21 EU 선로에 설치된 프리캐스트 흡음 패널

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아일랜드에서 수행된 경선로 시스템(Light rail system)에서 발생하는 소음저감에 대한 연구사

례가 있다. 이 연구는 경선로에 고무소재의 흡음매트를 설치하여 어느 정도의 소음 저감이 가

능한지에 대해서 중점을 두었다. 측정 결과, 250Hz – 2,500Hz의 주파수 범위에서 약 2.5-4.0

dB(A) 범위를 가진 소음을 저감할 수 있다는 결과를 도출하였다.

그림 2-1-22 아일랜드 경선로에 설치된 고무소재의 흡음매트

(2) 국내 기술 개발 현황

흡음블럭과 관련하여 각 속도별 소음특성을 고려한 흡음블록에 대한 연구로 국외 제품을 대

신할 수 있는 여러 흡음블록이 국내 R&D를 통해 개발되어 여러 현장에 적용되고 있다.

2006년 구매조건부 신제품 개발 사업으로 최초의 국산 흡음블럭 기술개발이 시작되었으며,

2010년에 개발 완료된 국산 흡음블럭이 경부고속철도 2단계 구간에 8km 납품 및 설치되었다.

이 제품은 토공구간에 적용되어 선로 중심에서 3m 높이 0.5m 위치에서 부설 전/후 소음측정

을 시행한 결과 3~5 dB(A) 정도의 실외소음 저감효과를 나타내었다. 2010년 경부 2단계 구간

에 설치된 위의 제품은 7년 이상의 추이 관측결과 차량 운행에 대한 지장 및 특이사항은 발

생 된 바 없다.

그림 2-1-23 고속철도용 흡음블럭 설치 모습(경부2단계구간)

2008년에는 도시철도용 저속도 운행구간용 흡음블럭에 대한 개발 사업이 시작되어 도시철

도 운행 시 발생하는 구간별 소음특성을 파악하고 도시철도에 발생하는 소음이 중 저주파 대

역에서 탁월 주파수 구간임을 확인하고 흡음 주파수 대역을 중저주파 특성에 맞춘 제품이 개

발되었다.

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그림 2-1-24 도시철도용 흡음블럭의 흡음성능

2011년에 서울메트로 구간에 시험부설이 완료되었으며, 개발품이 이후 서울메트로 구간 및

부산교통공사 구간에 추가 납품이 진행되고 있다. 이 제품은 주로 실외구간 및 터널구간 모두

에 설치되고 있으며, 각 설치 위치에 따른 설치환경, 차량 속도에 따른 차이는 있으나, 개략적

으로 실외 및 실내소음측정 결과 3dB(A) 이상의 소음저감 효과를 나타내었다.

그림 2-1-25 도시철도용 흡음블럭 설치 모습 (서울메트로, 부산교통공사)

2011년에는 초고속철도 운행 시에도 내구성과 소음저감성능을 가지는 흡음블럭을 개발하기

시작하였으며, 2014년에 호남고속철도 김제구간의 콘크리트 도상에 설치하여 초고속철도 운행

시 발생하는 외부 소음을 3.0dB 이상 저감할 수 있는 흡음블럭의 성능검증을 완료하였다. 이

개발품은 이후 2016년에 호남고속철도 정읍고가 구간에 납품 및 설치가 진행되었다.

그림 2-1-26 초고속철도용 흡음블럭

설치모습(호남고속철도 김제구간)

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제3장. 연구 수행 내용 및 성과

1절 연구수행 전략 및 방법

1. 연구수행 전략 및 방법론

가. 연구개발 추진체계

호남 테스트베드 구간은 건설초기부터 설계정보 및 모니터링 데이터를 보유하고 있는 국

내 최고속도 400km/h 인프라 기반시설이 건설된 구간이다. 이 구간에서 측정된 다양한 정보

를 바탕으로 향후 고속철도의 고속화 사업 등 많은 연구가 진행될 수 있을 것으로 판단된다.

테스트베드의 안정성과 향후 운영속도 향상을 연구할 수 있는 공간이라고 할 수 있다. 본 연

구는 이러한 테스트베드 구간에서 운영선구에서 발생되는 노반침하, 궤도틀림 및 작업보수 이

력 등에 대하여 DB를 구축함으로서 사장될 수 있는 각종 데이터를 관리할 수 있는 시스템을

구축하는데 목적이 있다.

본 연구는 지상부에서 측정되고 있는 모니터링 계측데이터와 침하데이터, 그리고 1단계에서

개발된 소음저감장치 방음벽상단장치와 흡음블럭에 대한 장기성능검증과 다양한 계측결과를

포함시킬 수 있는 통합모니터링 시스템과 DB를 구축하였다. 본 연구의 최종목표를 달성하고

연구효율성과 연구성과물을 실용화를 촉진하기 위하여 산학연의 효과적인 역할 분담이 매우

중요하다고 할 수 있다.

환경소음, 고속철도 토공노반/궤도 장기 모니터링에 대한 기술이전과 상용화를 위하여 1단

계 참여기업을 공동기관으로 참여하였으며, 통합 모니터링 구현과 상세설계, 소음저감장치 안

전관리 지원 및 운영처의 요구사항 분석을 위하여 철도공사 등 연구기관이 참여하였다. 각 분

야별로 연구기관, 운영기관, 산업체 등 다양한 전문기관에서 약 50명의 연구진이 참여하여 연

구를 수행하였다. 1개 주관연구기관, 3개의 공동연구기관, 2개의 위탁연구기관으로 구성하였

으며, 각 기관별 추진체계는 다음과 같다.

그림 3-1-1 연구분야별 추진기관 및 개요

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그림 3-1-2 분야별 참여기관 현황

나. 연구수행과정 및 내용

본 과제는 과제 진행과 효율적인 공동기관의 연구목표를 달성하기 위하여 총괄 및 인터페이

스, 통합모니터링구축 및 테스트베드 활용방안, 테스트베드 안정화 및 잔류침하 정확도 향상,

상단장치 고도화 및 상용화, 흠음블럭 고도화 및 상용화 등의 항목으로 진행되었다. 연구단계

별 로드맵은 아래 그림과 같다.

그림 3-1-3 연구단계별 기술로드맵

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2. 연구과제 총괄 및 인터페이스

가. 연구수행 결과

(1) 연구사업 총괄 및 인터페이스

(가) 세부과제별 진도관리 및 인터페이스 체계 구축

➀ 월간 공정회의

본 연구과제는 환경소음, 토반노반/궤도, 모니터링시스템 등 다양한 분야를 포함하고 있어

과제의 성공적 추진을 위하여 기술 분야간 인터페이스 체계 구축이 매우 중요하다. 이를 위하

여 본 과제에서는 매월1회, 총 18회의 공정회의를 개최하였다. 여기서는 당해연도의 주요한

성과목표 달성현황 및 차월 연구계획에 대한 점검이 이루어졌으며, 모니터링시스템 구축 및

상세설계, 소음저감장치 부설 일정에 차질이 없도록 연구개발 진척사항 및 공동과제간 인터페

이스 사항 등을 점검하였다.

그림 3-1-4 월간 공정회의 개최

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표 3-1-1 월간공정회의 주요 내용

횟수 개최 일자 장소 주요 내용

1 ‘16.07.26KTX 익산역 3층 국화실

각 기관별 연구과제 방향 및 내용 발표호남테스트베드 모니터링 계획 검토호남고속철도 400km/h 테스트베드 현황 검토통합DB관련 협의 실시 - 1단계 모니터링 시스템의 문제점을 분석 - 향후 진행방향에 관하여 논의1차년도 세부 추진일정 검토

2 ‘16.08.23유니슨테크놀러지 2층 회의실

테스트베드 모니터링 검토장기모니터링 시험/평가 계획검토소음저감 흡음블럭 고도화 및 상용화 검토고속선 출입 관련 안전교육 실시 누적통과톤수 자동화 시스템 관련 논의

3 ‘16.09.20철도연 5동1층 회의실

테스트베드 재개통을 위한 협의 당월 연구실적 및 차월 연구계획 점검 주요 성과목표 달성현황 및 계획 점검

4 ‘16.10.20제주 휘닉스아일랜드 세미나실

테스트베드 구간 지상부 노이즈 현장 제거 GIS 기반 플랫폼 설계 검토 DB분석 관련 주관/월간 공정표 작성 요청 당월 연구실적 및 차월 연구계획점검

5 ‘16.11.22철도연 5동 3층 중회의실

테스트베드 내 누적통과톤수 계측기 설치현황 검토 테스트베드내 센서 활용 계획 및 현황 점검 당월 연구실적 및 차월 연구계획점검

6 ‘16.12.20철도연 5동 3층 중회의실

HEMU-430x 시운전계획 검토 KTX산천 및 궤도검측차량 GPS측정 점검 당월 연구실적 및 차월 연구계획점검

7 ‘17.04.25한국철도공사정읍시설사무소회의실

5월 해무운행계획 및 각 기관별 측정계획 협의 통합모니터링 구축에 필요한 DB 리스트업 실시 소음저감장치(흡음블럭, 상단장치) 개선제품 현장부설 계획 확인

8 ‘17.05.18부산 컨벤션센터회의실

철도학회 특별세션 참가 및 발표 호남정읍시설사무소 계측자료 분석 및 사무소와 협의 당월 연구실적 및 차월 연구계획점검

9 ‘17.06.27 유니슨 회사 회의실

지상 측정 시스템 보수용 장비 입고 및 망실 센서 보수 방음벽 상단장치 및 흡음블럭 현장부설 계측 모니터링 시스템 점검 및 센서 설치 소음저감 심내 3dB(A) 성능검증 관련 철도연과 진흥원 협의

10 ‘17.07.28 GET-PC 회의실 호남테스트베드 구간 모니터링 협의 모니터링시스템 현장보수(120k650(접속부노반) 상단장치, 흡음블럭 안정성검증 예정

11 ‘17.08.10철도연 5동 3층 중회의실

세종지오텍 착수보고회 실시 궤도검측 위치동기화 오차 발생 최소화 관련 협의 통합DB 프로그램의 안정화 및 활용도에 대한 검토

12 ‘17.09.26지구환경전문가그룹 회사 회의실

통합DB 관련 협의 1단계 소음저감 상단장치의 시제품 실내 성능검증 17년 8월, 9월 연구실적 및 10월 연구계획 점검

13 ‘17.10.31JBT 회의실(공간 4567)

차량-궤도 상호동적작용 프로그램 운영 방음벽 상단장치 공인기관 평가 교통 신기술 현장실사

14 ‘17.12.21철도연 5동2층 소회의실

각 기관별 정량적 평가지표 달성 여부확인 통합DB 시스템 시연 및 요구사양 검토 연구성과품의 기술 및 가치평가 용역

15 ‘18.01.30정읍 수성동 주민센터2층 회의실

각 기관별 최종평가 대비 연구성과 발표 실시 KSPP 정량적 기술평가

16 ‘18.02.20철도연 5동3층 중회의실

사전평가대비 보고서 관련 협의 향후일정 협의(특별섹션 참가 등)

17 ‘18.04.19 제주 메종글래드 호텔 과제 성과 점검 과제 성과물 합동점검 계획 협의

18 ‘18.05.15철도연 5동3층 중회의실

과제 최종보고서 작성 협의 과제 최종 평가 대비 전략 수립

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➁ 연구현장 점검

테스트베드 구간은 현재 운영선구로서 안전관리를 최우선적으로 고려하였으며, 소음저감장

치의 경우 개선제품을 현장에 설치하기 때문에 한국철도시설공단(호남본부)과 업무협의를 수

행하여 현장설치를 승인 받았으며, 테스트베드 구간의 유지관리 주체인 한국철도공사 정읍고

속사무소와 업무협의를 통해 최종적으로 방음벽상단장치와 흡음블럭을 설치하였다. 또한 연약

지반의 잔류침하 정확도를 향상시키기 위하여 인접 선로구간에 보링시추하여 현장토를 채취

하여 분석하였다. 일반적으로 고속선 구간에 현장부설, 시추조사 등 상당히 어려운 작업임에

도 불구하고 국토교통부, 한국철도시설공단, 한국철도공사 등 유관기관의 적극적인 협조가 없

이는 설치가 불가능할 수 있었다. 그러나 약 10회 이상의 사전 현장조사와 안전점검 및 교육

등을 통해 연구성과품을 현장에 부설하여 성능평가를 완료시켰다.

그림 3-1-5 연구현장 점검

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표 3-1-2 연구현장 점검 주요 내용

회 점검일자 장소 점검내용

1 ‘16.07.07 정읍역 호남 테스트베드 전기공사 협의

2 ‘16.07.11~12 정읍역 호남테스트베드 현장이동 및 조사 호남 테스트베드 조사 및 협의

3 ‘16.07.26~27 익산역 7월 공정회의 참여 테스트베드 현장조사(익산-정읍)

4 ‘16.09.01시설공단호남본부

테스트베드 현장시험

5 ‘16.09.27철도공사대전

테스트 베드 센서 설치 등 협의

6 ‘16.10.05~06 정읍역 호남테스트베드 현장 안정협의 호남테스트베드 현장 설치 지원 -120K 구간 센서 설치 지원

7 ‘16.10.10~12 정읍역 호남고속철도 테스트베드 모니터링 설치 -109~120k 모니터링 설치

8 ‘16.12.14 광주송정역 KTX 열차 시간동기화 테스트 -차량 시승테스트

9 ‘16.12.27~28 정읍역 궤도검측차량 위치동기화 계측

10 ‘17.01.06 정읍역 테스트 베드 구간내 현장 실험 -109k 계측 장비 정비 및 점검

11 ‘17.01.11 광주송정역 KTX 산천 위치 동기화 계측 -광주송정역-정읍역-익산역 차체 가속도 측정

12 ‘17.01.14~16 정읍역 테스트베드 구간 내 소음측정기 설치 테스트베드 구간 내 소음측정기 철거

13 ‘17.02.10 대전역 궤도검측차량 진동가속도 설치협의(철도공사,대전)

14 ‘17.04.25 정읍역 과제공정회의 참여(철도공사 정읍시설사무소)

15 ‘17.04.28 광주송정역 호남테스트베드 차량진동가속도 측정(광주송정-익산)

16 ‘17.06.20~21 광주송정역 종합궤도시험차량 탑승 및 위치동기화 시험(광주송정-오송)

17 ‘17.07.14 정읍역 호남테스트베드 모니터링개소 센서검증 등 협의(정읍사무소, 정 읍)

18 ‘17.07.25 호남 test-bed

호남테스트베드 구간 현장점검 - 국토부(이원돈서기관), 한국철도기술연구원(최찬용, 이경수), 지구환경전문가그룹(정재현), 한국철도공사(양존희 소장 외 2명) 호남테스트베드 구간 현장점검 실시

19 ‘17.08.29.~31 정읍역 궤도검측차량 탑승 및 GPS위치동기화 시험 안전교육 및 호남테스트베드 모니터링센서 사전작업

20 ‘17.11.30. 정읍역 흡음블럭 터널 내 선로영향 협의(정읍고속사무소, 정읍)

21 ‘18.01.10~11 서대전,정읍 차상가속도 협의(서대전,배재대) 흡음블럭 현장부설 안전관리(달성터널)

22 ‘18.01.19~20 정읍 흡음블럭 현장부설 안전점검(달성터널)

23 ‘18.01.30~31 정읍역 1월 공정회의 참여 유니슨 소음저감 상단장치 현장 안전지원 실시

24 ‘18.05.03~05.04 정읍역 방음벽 상단장치 시공 완료 후 안전성 검증을 위한 합동점검 상단장치 선로측 도장보수작업

25 ‘18.05.03~05.11 정읍역 흡음블럭 시공 완료 후 안전성 검증을 위한 합동점검 터널내부 콘크리트 작업 보수 및 상단장치 도색 보수

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➂ 과제간 정보 공유

연구성과물의 극대화를 위하여 내외부 전문가의 세미나 및 자문회의등을 개최하였으며, 과

제간 정보공유를 위하여 학회 논문발표 및 특별섹션(2회)을 통해 정보공유를 활발히 진행하였

다. 또한 호남테스트베드 현장점검 및 정읍사무소 협의 등 과제간 정보 공유를 실시하였다.

그림 3-1-6 과제간 정보 공유

표 3-1-3 과제간 정보공유 주요 내용

횟수 개최 일자 장소 주요 내용

1 ‘16.12.20철도연 5동 중회의실

외부 전문가 기술세미나 - 제목: IT기술을 활용한 지반공학적 융합기술의 개발 및 활용(실시간 지반 자연재해 예측 및 공간정보화)외부전문가: 한국지질자원연구원 김한샘 박사

2 ‘16.12.23한국산학기술

학회

산학기술학회 추계학술대회 논문 4편 - GIS 기반 철도 시설물 모니터링 시스템 구축을 위한 Mapping 기법 방안 - GIS 기반 호남고속철도 테스트베드 모니터링을 위한 DB 구축방안 기본설계 - 호남고속철도테스트베드의 현황 및 장기모니터링 구축 - 400km/h급 고속철도 운행 시 소음저감용 방음벽 상단장치의 소음저감성능 모니터링에 관한 연구

3 ‘17.02.03철도연 2동 2층 교육장

1차년도 평가대비 외부전문가 자문회의자문위원: 임유진교수(배재대), 강상혁교수(인천대), 강태구단장(한국철도공사), 임정빈박사(대우건설기술연구소), 김봉기박사(한국기계연구원), 홍기권박사(대한건설ENG)

4 ‘17.05.18부산 국제여객터미널5층 회의실

철도학회 특별세션 논문 발표 - 주제: 호남고속철도 테스트베드를 활용한 통합모니터링 시스템 구축 및 소음저감장치 고도화 - 통합 모니터링 시스템 및 연약지반 잔류침하 정확도 향상기술, 소음저감장치 고도화 성능평가 등 3편의 논문발표

5 ‘17.06.27유니슨테크놀러

지(주)회의실

외부 전문가 세미나 개최세미나 전문가: 한국 철도공사 강인석, 심광섭성공적인 연구과제 운영을 위한 계획 및 공조체계 구축

6 ‘17.07.14정읍

고속사무소호남테스트베드 모니터링 센서 검증 및 교체 운영기관 협의

7 ‘18.01.23한국철도기술연구원 5동3층 중회의실

GIS기반 통합모니터링 및 DB시스템 상세설계 용역 자문회의 - 자문위원: 철도연 이지하 책임연구원, 한국철도공사 원용한 처장, 교통대학교 오정호 교수, 동양대학교 정혁상 교수

8 ‘18.01.23.지구환경전문가

그룹

연약지반 설계정확도 향상 및 모니터링 개발 자문자문위원: 동양대학교 정혁상교수, 한국철도시설공단 최원일처장, 한국철도공사 권세돈박사, 평화엔지니어링 최충락이사, 서현기술단 박성혁상무

9 ‘18.03.09유니슨테크놀러

지

소음저감장치 고도화 연구성과품 자문회의- 자문위원: 조준호교수(우송대), 임정빈박사(대우건설기술연구소), 이성현박사(한국기계연구원)

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➃ 연구성과 홍보

국토교통 기술대전 참가 및 국제 심포지엄 발표, 특허대회 수상 등 여러 방면으로 연구성과

를 홍보하였으며, 언론홍보를 통해 연구성과품을 적극적으로 홍보하였다.

10 ‘18.04.20 메종글래드 제주

한국구조물진단유지관리공학회 특별세션 - 호남 테스트베드를 활용한 GIS 기반 통합모니터링 시스템 개발 - 철도 궤도, 토공노반 장기 측정 및 성능평가 - 방음벽 상단장치의 내부격자 변경 시 모니터링 및 성능 검증에 대한 연구 - 콘크리트 궤도 유지보수를 고려한 도상흡음블럭 설계 및 제작 - 콘크리트 궤도 통합모니터링 시스템을 활용한 TQI 분석

11 ‘18.05.15한국철도기술연구원 5동 3층 중회의실

최종평가대비 종합 자문회의 - 자문위원: 임유진교수(배재대), 임정빈 박사(대우건설기술연구소), 최충락 이사(평화엔지니어링), 이종일 부장(한국철도시설공단), 김상수 이사(위세아이텍)

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그림 3-1-7 연구성과 홍보

표 3-1-4 연구성과 홍보 주요 내용

횟수 구 분 연구성과 발표실적

1 국토교통기술대전

국토교통기술대전 - 일시 : 2016년 5월 25일 ~ 26일 - 장소 : 서울 코엑스 - 주요내용 : 400km/h급 고속철도 인프라 핵심기술(방음벽 상단장치, 흡음블럭)

2 한국철도시설공단 미래철도 미래철도기술 세미나

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➄ 실차운행시험

테스트베드 구간은 현재 개통이후 3년이 경과되고 있으며, 영차기준으로 약 2백만톤 운행되

고 있는 영업노선이다. 이 구간은 콘크리트궤도로 건설되어 보수 작업이 자갈궤도보다는 많지

않지만, 열차의 반복하중과 고속운행에 따른 충격하중이 반복적으로 작용하기 때문에 궤도틀

림이나 레일의 변형 등이 발생할 수 있다. 본 구간의 열차의 주행특성과 궤도틀림의 이력 등

을 평가하기 위하여 실차운행을 첨승하여 시험하였다. 월 1회 KTX36호 차량진동가속도를 측

정하여 UIC518 기준에 의거하여 주행안전성 및 승차감을 평가하였으며, 고속검측차를 통해

궤도틀림 등의 정보를 받아 위치를 동기화하여 통합모니터링 시스템에 포함하였다. 또한 해무

주행시 해당구간에서의 측정된 진동가속도를 분석하여 서로 다른 속도대역에서 거동을 비교

분석하였다. 총 39회 실차운행시험을 수행하였으며 이를 통합모니터링시스템에 위치를 동기화

시켜 상호비교할 수 있도록 시스템을 구축하였다.

발표 - 일시 : 2016년 11월 9일 - 장소 : 철도시설공단 3층 대회의실 - 주요내용 : 400km/h 급 철도건설을 위한 기준

3 인천 미래도시 심포지엄 발표

미래도시 국제 심포지엄 - 일시 : 2016년 10월 28일 - 장소 : 인천대학교 교수회관 - 주요내용 : construction & Technology of korea high speed railway

4 대한민국 특허대전 수상

대한민국 특허대전 출품 및 입상 - 일시 : 2016년 12월 1일 ~ 2016년 12월 4일 - 장소 : 서울 코엑스 - 주요내용 : 내부구조변경이 가능한 방음벽 상단장치 은상 수상

5 태국 국제발명대회 수상

태국 국제발명대회 특허대전 출품 및 입상 - 일시 : 2017년 2월 2일 ~ 2017년 02월 6일 - 장소 : 태국 방콕 - 주요내용 : 소음 장벽 상부에 설치된 소음 저감 장치 금메달 수상

6 KAIA인사이트 게재국토교통과학기술진흥원 소식지 KAIA 과제 소개 - 일시 : 2017년 6월 - 주요내용 : KAIA에 과제 소개 및 홍보 실시

7 건설경제 신문 게재건설경제 신문 게재 - 일시 : 2018년 02월 19일 - 주요내용 : 국토부,‘고속철도 교통소음 저감기술’ 교통신기술 지정

8 홍보 팜플렛 제작소음저감장치(상단장치, 흡음블럭) 홍보 팜플렛 - 일시 : 2018년 05월 15일 - 주요내용 : 소음저감장치 및 연구기관 소개

9 연합뉴스 외 15건흡음블럭, 방음벽상단장치.. 고속철도 소음줄인다. - 일시 : 2018년 06월 15일 - 주요내용: 소음저감장치 기술개발 홍보

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그림 3-1-8 실차 운행 시험

표 3-1-5 실차 운행 시험 주요 내용

횟수 운행차량 날짜 측정 내용 비고

1 KTX산천 16.08.09 -GPS차상측정테스트

2 KTX산천 16.12.14 -GPS차상모니터링

3 궤도검측차 16.12.28 -궤도검측차 위치동기시스템 테스트

4 KTX산천 17.01.11 -GPS차상모니터링, 차체진동가속도

5 KTX산천 17.01.13 -GPS차상모니터링, 차체가속도주행시험

6 해무주행 17.01.15 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도테스트베드 2회왕복(4회측정)

7 KTX 17.01.16 -GPS차상모니터링, 차체진동가속도

8 해무주행 17.02.06 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

9 해무주행 17.02.27 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

10 KTX 17.03.16 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

11 KTX 17.03.28 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

12 KTX 17.04.03 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

13 KTX 17.05.08 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

14 KTX 17.05.22 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

15종합궤도검측차량

17.06.21-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

16 KTX 17.07.02 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

17 종합궤도 17.07.19 -궤도검측차 위치동기화 실험

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검측차량 -궤도틀림, TQI

18 KTX 17.07.26 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

19 KTX 17.08.25 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

20 해무주행 17.08.27 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

21종합궤도검측차량

17.08.30-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

22 해무주행 17.09.18 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

23종합궤도검측차량

17.09.22-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

24종합궤도검측차량

17.10.13-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

25 KTX 17.10.14 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

26 해무주행 17.10.14 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

27 KTX 17.10.27 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

28종합궤도검측차량

17.11.09-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

29 KTX 17.11.10 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

30 KTX 17.11.24 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

31 해무주행 17.11.28 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

32 해무주행 17.12.04 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

33 KTX 17.12.08 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

34종합궤도검측차량

17.12.15-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

35 KTX 17.01.05 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

36종합궤도검측차량

18.01.12-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

37 KTX 18.01.12 -GPS차상모니터링, 차량진동가속도

38종합궤도검측차량

18.02.07-궤도검측차 위치동기화 실험-궤도틀림, TQI

39종합궤도검측차량

18.04.13-궤도검측차 위치동기화 시험-궤도틀림, TQI

- 48 -

2절. 호남고속철도 테스트베드 운영 및 모니터링 시스템 구축

1. 호남고속철도 테스트베드 선로선형 및 선로구축물 현황

가. 테스트베드 구간의 선형

호남 테스트베드의 선로일람약도는 아래와 같다. 본 구간에는 교량구조물, 터널, 토공 및 연

약지반이 분포되어 있으며 해당구간에 대한 정보를 GIS기반 통합모니터링 시스템에 구현시켰

다.

- 49 -

그림 3-2-1 호남테스트베드의 선로일람약도

호남 고속철도 테스트베드구간의 선형 현황은 표 3-2-1과 표 3-2-2와 같다. 테스트베드 구간

의 곡선구간은 총 3개소가 있으며, 최대곡선반경은 15,000m이다. 표 2는 종곡선 반경과 평면

곡선과의 경합개소이다. 테스트베드구간내의 경합개소는 3개소이며 곡선부의 취약개소로 선정

하여 궤도틀림변화와 차상가속도의 변화를 측정하였다.

표 3-2-1 테스트베드 구간의 평면선형

구분 No 곡선반경(m) SP PC CP PS 완화곡선 길이(m)원곡선 길이(m) 캔트(mm)

시점

27 13,000 149k461 149k739 150k956 151k233 278 1,217 90

26 13,000 147k034 147k311 147k986 148k264 297 655 90

25 7,000 142k292 142k742 143k790 144k241 450 1,048 150

24 7,000 133k124 133k574 134k437 134k887 450 863 120

23 10,000 128k884 129k247 130k261 130k624 363 834 90

T/B구간

22 10,000 118k739 119k101 121k227 121k589 362 2,126 120

21 15,000 111k196 111k436 112k447 112k687 240 1,011 80

20 10,000 106k828 107k190 108k233 108k596 362 1,043 120

종점

19 7,000 98k126 98k576 98k923 99k373 450 347 150

18 5,000 91k933 92k093 92k960 93k120 160 867 70

17 7.500 90k716 90k820 104 30

- 50 -

표 3-2-2 종곡선 구배 및 평면곡선과 경합개소

구간

기울기 종곡선 평면곡선 경합

변곡점위치 기울기(‰) 길이(m) 반경(m) 길이(m) 형상 경합검토

T/B구간

100.434 L 400 - - 凹- - 凹1 1,175101.309

25,000 250 凹11 1,325102.63425,000 700 凸-17 1,120103.75425,000 525 凹4 1,100104.85440,000 160 凸L 1,020105.87425,000 250 凹10 680

106.55425,000 150 凸4 1,33

107.883 25,000 凸 -8 1,190109.073 25,000 凹-1 1,249110.323 25,000 175 凹0 400110.723 - -1 910111.633 30,000 150 凸 -4 1,462113.095 25,000 275 凹7 1,238114.333 40,000 200 凸2 1,160115.793 25,000 200 凸-6 940116.733 25,000 300 凹6 900117.633 25,000 275 凸-5 940118.573 25,000 175 凹2 1,070119.643 40,000 160 凸 -2 1,090120.733 25,000 275 凹9 1,480122.212 25,000 350 凸-5 1,460123.672 25,000 175 凹2 830124.502 25,000 200 凸-6 1,430125.932 25,000 450 凹12 2,480

나. 테스트베드 구간의 구조물 현황

테스트베드 구간의 구조물 교량과 터널, 방음벽 설치구간은 표 3-2-3~5와 같으며 구조물과

토공구간의 접속부 현황은 표 3-2-3∼표 3-3-6과 같다. 궤도를 지지하는 노반의 강성이 급격

하게 변화할 경우 열차 주행 시 궤도틀림이 빠르게 진행되거나, 승차감이 악화될 수 있으므로

노반강성이 변화할 때는 완화구간을 설치하고 있으며, 접속부 처리는 깎기와 돋기의 접속, 구

조물과 토공의 접속으로 구분할 수 있으나, 이 가운데 특히 문제가 되는 구간은 구조물과 토

공의 접속부이다. 테스트베드구간과 같이 고속의 콘크리트 궤도는 접속부 처리가 매우 중요하

며, 접속부의 문제점을 보완하기 위하여 설계기준에 따라 콘크리트 궤도용 접속부를 반영하였

다.

- 51 -

표 3-2-3 테스트베드 구간의 교량현황

구간 위치일반교 라멘 및 B(함) 계

비고개소 연장(m) 개소 연장(m) 개소 연장(m)

시점 96k.5~100k.0 1 2,415.0 0 0 1 2,415.0

T/B 100k.0~128k.0 8 13,410.0 31 242.6 39 13,652.6

종점 128k.0~151k.5 9 7,185.9 28 394.0 37 7,579.9

표 3-2-4 터널현황

구분 시점 T/B 종점 계 비고

상선

위 치 96k.5~100k.0 100k.0~128k.0 128k.0~151k.5 L=55k.0

개 소 0 3 2 5

연장(m) 0 1,098 5,660 6,758

표 3-2-5 방음벽 현황

구분 시점 T/B 종점 계 비고

상선

위 치 96k.5~100k.0 100k.0~128k.0 128k.0~151k.5 L=55k.0

개 소 3 34 11 48

연장(m) 207 6,833.5 3,295.6 10,336.1

구분 위치구조물 (개소)

비 고토피 있는 교량 교량 터널

하

시점 20.0~54.0 20 10

T/B구간 54.0~82.0 13 34 1

종점

소계 13 54 11

상

시점 91.0~100.0 5 11

T/B구간 100.0~128.0 25 6 3

종점 128.0~150.0 30 7 2

소계 60 24 5

표 3-2-6 테스트베드와 전후구간의 구조물 접속부 설치 현황

테스트베드구간 및 전후구간의 궤도구조는 Rheda 2000 궤도(Bi-Block 침목+Vossloh System

300-1)가 선정되었으며, 레일절연성 및 유지보수성을 증대시키고 고속에서 안정성이 확보될

수 있는 구조로 검토되었다.

그림 3-2-2 호남고속철도 콘크리트 궤도구조

- 52 -

2. 호남고속철도 테스트베드 모니터링 현황

가. 테스트베드 모니터링 현황

선행 사업에서 차세대고속철도 차량(HEMU430) 열차의 성능과 인프라 기반 시설의 성능을

검토하기 위한 테스트베드는 곡선반경, 종단기울기 등 선로의 선형조건과 운행열차의 정거장

통과 여부 등 운전조건을 반영하여 TPS분석 결과 바탕으로 결정되었으며, 1단계 사업에서 추

진한 테스트베드 구간은 상선(100k∼128k)와 하선(오송기점 54k∼82k)로 아래와 그림과 같이

구축하였다. 호남고속철도의 설계속도는 350km/h로 계획되었으므로 궤도 및 노반, 시스템 등

은 열차속도 350km/h에 적합한 시설로 시공되었으나, 소음 방지를 위한 방음벽 시설은

300km/h 속도의 KTX열차 기준으로 시공되어 운영되고 있다.

본 과제에서는 호남고속철도 개통(15년 4월)에 따라 고속 운영선 구간으로 최우선적으로 안

전을 확보하여 테스트베드를 선정하였으며, 운영선구이기 때문에 이에 부합되도록 모니터링을

재 설계 및 계측을 실시하였다. 또한 선행사업과 후속사업이 연속적으로 진행이 되지 않아 약

1년간 테스트베드가 방치되어 시스템을 복구하고 재 운영하는데 많은 어려움이 있었으며, 현

장부설의 경우 고속운영선 구간에 부설되기 때문에 야간작업 등 새로운 시스템을 설치하는데

운영사 및 연구진의 많은 노력이 소요되었다.

2단계 테스트베드에서 지상 모니터링 개소는 기 매설된 계측기 위치로 표준성토구간, 연약

지반구간, 교대접속부 구간 3개소로 장기 모니터링을 실시하였으며, 추가로 테스트베드 구간

내 운영선구의 누적통과톤수 측정을 위한 궤도(윤중 및 횡압) 측정과 지상과 차상의 위치를

동기화를 위한 GPS수신 장치를 설치하였다. 고도화된 소음저감장치인 상단장치와 흡음블럭을

현장설치 여건과 안전을 고려하여 선정하여 야간 차단작업 시간대에 설치하였다. 운행선로 구

간에 현장 부설에 안전성 검증을 위한 국토교통부, 한국철도시설공단, 한국철도공사 등 유관

기관과 업무협의를 통해 안전성을 검증받은 후 현장부설을 완료하였다.

그림 3-2-3 호남 고속철도 테스트베드 구축현황(2단계)

테스트베드 구간의 초기값을 보유하고 있기 때문에 개통이후 운영 선구의 궤도구성품 등의

변화 등을 장기 관찰하기 위해서는 먼저 모니터링 방법을 개선할 필요가 있다. 따라서 현재

유지관리를 위한 방안으로 고속검측차량 운행결과와 차상가속도 등의 자료를 바탕으로 테스

- 53 -

트베드 구간의 궤도의 상태를 평가하였다. 이를 침하데이터와 연계하여 분석하였으며, 개통이

후 약 3년간의 변화정도를 확인할 수 있었다. 현장 침하 DB 자료를 바탕으로 테스트베드 구

간의 잔류침하량의 초과개소와 침하특성을 분석하였다. 실측값과 설계값을 통해 오차율을 계

산하였으며, 오차가 발생된 개소와 연약지반 처리공법 등을 검토하였다. 본 자료를 토대로 연

약지반 잔류침하량 정확도 향상 기법과 설계가이드 라인을 제시하여 향후 콘크리트궤도의 사

용성 증대를 위한 연약지반 설계 개선 사항을 제안하였다. 지상모니터링은 매설된 노반부에

궤도측정을 위한 윤중, 횡압센서를 설치하였으며, 추가로 누적통과톤수산정을 위한 윤중과 위

치동기화를 위한 GPS수신기를 설치하였으며, 설치위치와 계측항목은 표 3-2-7과 같다.

항 목 설치위치 성능평가 비 고

노반

표준토공 STA.109k231궤도작용력, 탄성, 잔류침하,

노반압력, 가속도, 누적통과톤수, GPS수신기

연약지반 STA.110k000 잔류침하, 소성침하 검증 프리로딩공법 구간

접속부 STA.120k650궤도작용력, GPS수신기, 강성

차이에 따른 하중변화, 접속슬래브 변형 검증

침하측정테스트베드

구간잔류침하량(원지반, 지표, T1,

T2도상 노반침하)

유지보수이력테스트베드

구간유지보수 작업이력

표 3-2-7 지상부 측정시스템 설치위치 및 성능평가

(a) 표준노반 (b) 연약지반 표준단면(Preloading)

(c) 구조물 접속부 표준단면

그림 3-2-4 지상부 모니터링 계측기 설치도

- 54 -

모니터링 위치

구간관련센서

계측항목 관련 설계기준 및 설계지침주센서 보조센서

차상모니터링

테스트베드구간

해무 진동가속도 차체/대차/윤축 주행 안정성평가(UIC518)

KTX36 진동가속도 차체/대차/윤축주행안정성평가 및 승차감

(UIC518/EN)

고속검측차(Roger1000k)

궤도틀림줄, 면, 수평틀림

및 TQI철도안전법 및 선로유지관리지침

109k231

표준성토노반

토압계 - 노반압력 KR C-14030 해설 4. 노반의 허용압력

변위계함수량계강우량계

탄성변위철도설계기준 4.3.4 쌓기 구간의 원지반

층별침하계 - 잔류침하

진동가속도계

- 진동

직선구간궤도

윤중, 횡압 - 윤중, 횡압

110k000연약지반노반

토압계 - 노반 압력 KR C-14030 해설 4. 노반의 허용압력

변위계 - 탄성변위철도설계기준 4.3.4 쌓기 구간의

원지반

층별침하계측방변위계 간극수압계지하수위계

잔류침하

진동가속도계

- 진동철도설계기준 8.6.3 주행안전성 및

승차감

120k650

접속부노반

토압계 - 노반 압력 KR C-14030 해설 4. 노반의 허용압력

변위계함수량계, 강우량계

탄성변위철도설계기준 4.3.4 쌓기 구간의

원지반

층별침하계 - 잔류침하

진동가속도계

- 진동철도설계기준 8.6.3 주행안전성 및

승차감

변형률계 온도계 콘크리트응력KR C-14040 콘크리트궤도 구조

해설5.궤도자재의 허용응력

곡선구간궤도

윤중·횡압 - 윤중·횡압KR C-14040 콘크리트궤도 구조

해설5.궤도자재의 허용응력

116k560 토공구간 마이크로폰 - 열차소음KS I ISO 10847, ISO 3095

Directiv 2001/16/EC

116k780 토공구간 마이크로푼 - 열차소음

109K200 토공구간 소음측정기 - 소음도

109K700 토공구간 소음측정기 - 소음도

표 3-2-8 2단계 모니터링 현황

- 55 -

그림 3-2-5 KP위치별 각 침하 DB 및 장기거동

테스트베드에는 소음 저감장치(방음벽 상단장치, 흡음블록)의 장기적 성능을 검증하기 위하

여 아래와 같이 설치하였다.

항 목 테스트베드 위치 성능평가항목

방음벽 상단장치

소음측정(1단계 제품)

STA.113k620 (설치 전)STA.116k620 (설치 후)

소음저감성능, 육안조사

소음측정(2단계 제품)

STA 132k990~113k340 (설치 전)STA 132k990~113k340 (설치 후)

소음저감성능

흡음블록

개활지 구간STA.109k200 (미부설)STA.109k700 (부설)

소음저감성능, 육안조사

터널구간STA 149k~150k (설치 전)STA 149k~150k (설치 후)

소음저감성능

표 3-2-9 환경소음 분야 측정시스템 설치위치 및 성능평가

- 56 -

그림 3-2-6 DATABASE 구축 트리구조

- 57 -

3. GIS 기반 통합모니터링 시스템 환경 요구사양

가. GIS 기반 통합모니터링 시스템 및 DB 환경

(1) 구축목표 및 요구사양

호남테스트베드는 국내 최초 400km/h급 인프라 기반시설로 건설된 구간으로서 개통이전에

는 차세대고속철도 차량을 대상으로 400km/h 인프라 성능을 검증하였으며, 개통이후에는 고

속선으로 운영되고 있다. 현재 철도시설물에 대한 유지관리가 건설과 개량 및 유지보수 단계

등이 개별적으로 이루어지고 있어 생애주기 측면을 고려한 과학적이며 효율적인 관리가 미흡

한 실정이다. 본 구간은 건설시점부터 모니터링 이력관리가 되어온 구간으로서 운영구간에서

발생되는 데이터와 연계하여 연속적으로 데이터를 보유하고 있으며, 이러한 데이터를 현재 시

설물의 상태를 평가하고 이상개소를 선별할 수 있도록 하여 효율적으로 활용할 수 있도록 구

축하는 것이 본 시스템의 목표이다. 본 시스템은 위치정보와 각종 데이터를 보다 쉽고 빠르게

추출 분리 기능을 할 수 있는 시스템으로 확장시키고 운영선구에서 발생되는 검측자료를 통

해 인프라 시설물의 안정성을 검증할 수 있도록 하였다. 또한 축적된 데이터를 설계기술과 연

계되어 활용할 수 있도록 구축목표를 설정하였다.

시스템은 각 분야별 현장 데이터 수집시스템과 연동하여 계측 데이터를 수집, 분석 및 DB

와 스토리지에 저장하고, 테스트베드 구간의 상황을 모니터링 하여 필요시 상세한 원인 분석

을 위해 Trace Back이 가능하며, 이를 위해 필요한 데이터를 일정기간 안전하게 저장할 수

있도록 구축하며 아래와 같은 요구사양을 만족되도록 설계하였다.

각 현장데이터 수집 시스템은 인터넷으로 연동하여 표준화된 프로토콜에 의해 이루어지며,

정보의 수집 및 범위에서 데이터를 인터넷을 통하여 수집하도록 구성하여야 한다. 또한 외

부의 비인가 접속자 및 해킹 등에 대해 안전하도록 인증된 보안 시스템을 가져야 하며, 향

후 연구 기간에 따른 시스템 확장성을 고려하여 계획되어야 한다.

- 요구사양: 현장데이터 수집시스템과 통합 모니터링 시스템은 대량의 동적/정적 센서 데이터

를 수집 하여 저장하고 이를 분석한 후 이벤트 발생 및 처리 등을 효과적으로 처리하기 위

해 계층화 되고 모듈화 된 공통 구조를 채택한다. 각 시스템의 요구사항은 다음과 같다.

모니터링 하는 대상 구조물에 대한 기반정보와 통합시스템 상에서 중앙 집중 모니터링이

되어야 하며, 장애 발생 시 조기 확인이 가능한 구조를 제공한다.

독립적 운용 및 확장 가능한 플랫폼으로 기능, 인터페이스, 데이터/이벤트/서비스 처리

Rule의 확장이 가능하게 한다.

통합 모니터링을 위해 다수의 네트워크 간 연동이 용이한 구조로 한다.

통합모니터링 시스템의 개발 목표와 요구사항은 표 3-2-10과 같다.

- 58 -

표 3-2-10 통합모니터링 시스템의 개발 목표 및 요구사항

1) 시스템 구성 요구사항

2) 기능요구사항

요구사항 분류 기능 요구사항

요구사항 고유번호 FUR-001

요구사항 명칭 통합 모니터링 시스템을 위한 계측데이터 모니터링 기능

요구사항상세설명

세부내용

지상 / 차상 계측데이터에 대한 모니터링 기능 제공 - Online 또는 Offline으로 입력된 계측데이터에 대한 계측 결과를 분류 체계에 의해 확인할 수 있어야함. - 계측결과는 Chart를 통해 확인이 가능해야하고, Chart를 구성하는 데이터는 별도로 다운로드가 가능해야함. (CSV, 이미지) - 지상 고정 계측데이터와 차상 이동 계측데이터의 연계 방안을 제시하고 이를 구현해야함. * 표출 정보 유형 및 범위는 주관기관과 협의 후 결정 - 침하 측량데이터의 동일위치 변화량 조회 기능 제공

요구사항 분류 시스템 구성 요구사항 고유번호 ECR-001요구사항 명칭 공통사항

요구사항상세설명

세부내용

시스템 구성 요건 공통사항 - 용역사업자는 본 제안서에 명시된 상용 S/W 일체를 일괄공급방식으로 납품과 설치를 완료하여야 하며, 납품하는 물품은 입찰등록 마감일 기준으로 제조사가 단종하는 물품을 남품할 수 없음 - 설치 중 손상될 우려가 있을 때에는 필요한 방지책을 강구하여야 하며, 피해발생 시 응급조치를 취하고 납품업체의 부담 및 책임하에 원상복구 시켜야 함. - 납품 솔루션의 파손이나 시험운영 중 장애발생 시 A/S는 불허하며 동일 사양 이상의 신규 제품으로 즉시 교체 - 검수 완료 후, 본 납품 품목 구입에 있어 납품업체의 책임으로 발생하는 모든 사고와 그로 인한 손해는 납품업체가 변상 조치 - 도입 시스템 설치 후 서비스 정상가동 등의 여부를 확인

요구사항 분류 시스템 구성

요구사항 고유번호 ECR-002

요구사항 명칭 하드웨어 구성

요구사항상세설명

세부내용

하드웨어 구성은 아래 사항을 고려하여 구성 - 용역 사업자는 기 운영중인 모니터링 시스템의 H/W 인프라를 분석하고, 통합모니터링 시스템의 운영에 차질이 없도록 H/W를 활용해야함. - 기 운영 서버의 상태를 점검하고, 문제점이 발생되면 즉시 보고하여 조치가 가능하도록 모니터링을 해야함.

요구사항 분류 시스템 구성

요구사항 고유번호 ECR-003

요구사항 명칭 소프트웨어 구성

요구사항상세설명

세부내용

소프트웨어 구성은 아래 사항을 고려하여 구성 - 용역 사업자는 기 운영 시스템과의 충돌 없이 독립적으로 운영 가능하도록 소프트웨어를 구성해야함. - 통합 모니터링 시스템의 원활한 운영을 위한 S/W를 적절하게 선정하고, 운영해야함. - 별도의 라이선스비용 없이 운영 가능한 검증된 소프트웨어 사용 - 통합DB의 경우 대용량 데이터의 저장을 염두하여 데이터베이스를 선정하고, 5년 이상 운영이 가능하도록 용량에 대한 검토를 해야함. - 서버보안을 위해 FTP, Telnet, Finger 등 불필요한 서비스포트 제거 등 보안 취약점 제거를 실시

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요구사항 분류 기능 요구사항

요구사항 고유번호 FUR-002

요구사항 명칭 통합 모니터링 시스템을 위한 데이터 추출 기능

요구사항상세설명

세부내용

데이터 추출 - 모니터링에서 확인할 수 있는 모든 데이터는 조건에 의해 일괄 다운로드 할 수 있는 기능 제공 - 계측시각과 위치에 대한 조건 선택이 가능해야함 - 데이터 추출에 대한 조건을 선택 시 사용자 편의성을 고려해야함 - 다운로드시 CSV파일로 저장하고 Excel에서 바로 읽기가 가능하도록 EUC-KR로 인코딩하여야 함.

요구사항 분류 기능 요구사항

요구사항 고유번호 FUR-003

요구사항 명칭 통합 모니터링 시스템을 위한 데이터 현황 기능

요구사항상세설명

세부내용

계측 데이터 연계 기능 - 모니터링 구간의 구조물 현황을 파악하기 위한 도식도를 제공해야함 - 누적통과톤수 시스템과 1단계 시스템으로의 접속이 용이하도록 구성해야함. - 지상과 차상데이터의 연관성을 인지할 수 있는 UI 제공 (모니터링 및 데이터 추출시 연관된 계측 데이터를 제공) 계측 데이터 누적 현황 정보 제공 - 통합DB에 적재된 데이터의 건수를 조회할 수 있는 기능 제공

요구사항 분류 기능 요구사항

요구사항 고유번호 FUR-004

요구사항 명칭 GIS 기반의 데이터 구축 및 지도 서비스

요구사항상세설명

세부내용

계측데이터에 공간정보에 대한 매핑하여 저장 - KP속성에 대한 공간속성을 부여할 수 있는 방안을 제공 ( 설계 도면, GPS 측정 등 활용) 위치를 시각화 하기 위해 지도 서비스 제공 - 배경 지도 및 항공영상을 표출할 수 있는 기능 제공 - 확대, 축소, 지도 이동을 위한 지도 조작 기능 제공 - 지도 화면에 맞추어 선로일람약도 상 위치 표시 기능 제공 - 도면 및 계측 위치를 중첩하여 볼수 있는 기능 제공 - 지도서비스는 OGC표준에 의한 인터페이스를 사용하고, 별도의 플러그인 설치 없이 가시화가 되어야 함. 표준화된 기술 사용 - 서버 시스템 개발에는 전자정부 표준프레임워크를 적용하여 개발 - 서비스에 사용되는 기술은 개방형 웹 플랫폼을 기반으로 시스템 호환성을 확보하여야 하며 HTML5 기술을 활용하여 표준화, 확장성, 재사용성을 고려한 시스템을 구축하여야 함

요구사항 분류 기능 요구사항

요구사항 고유번호 FUR-005

요구사항 명칭 통합 모니터링 시스템 운영을 위한 관리 기능 지원

요구사항상세설명

세부내용

사용자 인증을 통한 시스템 접근권한 제어 제공 - 관리자 등록 기능 제공 - 관리자 권한 부여 기능 제공 차상 계측데이터 입력 기능 제공 구조물 현황 편집 및 유지보수 이력 입력 기능 제공

3) 인터페이스 요구사항

요구사항 분류 인터페이스 요구사항

요구사항 고유번호 SIR-001

요구사항 명칭 사용자 인터페이스

요구사항상세설명

세부내용

사용자의 경험을 고려한 UX를 설계하여 정확한 내용 전달이 가능한 시스템 구성 - 정보의 접근성, 가독성, 편리성을 최대한 고려한 메뉴 체계 수립 - 필요한 정보를 쉽게 찾을 수 있도록 사용자 중심의 메뉴 구성도 제시 - 전체 시스템 간의 통일성을 부여하여 UI를 구성하여야 한다 - 화면 UI 기획 및 디자인에 관련된 제반사항을 발주기관과 협의를 통하여 시행토록 함

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요구사항 분류 인터페이스 요구사항

요구사항 고유번호 SIR-002

요구사항 명칭 데이터 연계

요구사항상세설명

세부내용 계측 데이터 연계 - 노반 계측데이터의 수집 및 적재 방안 제시 - 차상 계측데이터의 수집 및 적재 방안 제시

4) 성능 요구사항

요구사항 분류 성능 요구사항

요구사항 고유번호 PER-001

요구사항 명칭 성능 일반사항

요구사항상세설명

세부내용

서비스 연속성 보장 - 서비스가 중단되지 않도록 사전계획 수립 - 시스템 장애 발생 시 신속한 복구가 가능하도록 이중화 도입 시스템 구성 요건 - 기존 시스템과 호환성을 고려하고, 시스템이 요구하는 요건에 맞게 시스템 도입/설치

요구사항 분류 성능 요구사항

요구사항 고유번호 PER-002

요구사항 명칭 성능 일반사항

요구사항상세설명

세부내용

HTML5를 지원하는 브라우저에서 원활하게 구동되어야 한다. (Chrome, Firefox, Safari 등) - 대용량 계측데이터에 대해 5분안에 차트를 구성해야함. 데이터 적재 성능 - 지속 계측이 이루어지는 노반 계측이 원할이 적재될 수 있도록 DB 선정 및 기능이 개발되어야 함

5) 보안 요구사항

요구사항 분류 보안 요구사항요구사항 고유번호 SER-001요구사항 명칭 공통 보안 요구사항

요구사항상세설명

세부내용

과업수행 중 취득한 주관기관 관련 정보나 자료를 외부로 유출시 주관기관의 허락을 득해야 함

【외부유출 금지 정보】

① 기관 소유 전산시스템의 내․외부 IP주소 현황

② 세부 전산시스템 구성 현황 및 전산망구성도

③ 사용자계정 및 패스워드 등 시스템 접근권한 정보

④ 용역사업 결과물 및 프로그램 소스코드

⑤ 방화벽․IPS 등 정보보호 제품 및 라우터․스위치 등 네트워크 장비 설정 정보

⑥ 주관기관이 공개가 불가하다고 지정한 자료

요구사항 분류 보안 요구사항요구사항 고유번호 SER-002요구사항 명칭 기술적 보안

요구사항상세설명

세부내용

공유자원에 대한 접근제어가 사용자 권한에 따라 이루어져야함 네트워크 관리자 접속용 계정의 패스워드는 기본 패스워드가 아닌 복잡도가 높은 패스워드로 변경하여 사용 불의의 사고로 인하여 시스템이나 파일이 피해를 입더라도 최근에 백업한 시점의 내용으로 복구할 수 있는 백업정책 수립 및 실행 서버보안을 위해 FTP, Telnet, Finger 등 불필요한 서비스포트 제거 등 보안 취약점 제거를 실시

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4. 호남테스트베드 안전관리 및 운영기관 요구사양분석

가. 테스트베드 구간 안전관리 지원

호남고속철도 테스트베드(익산-정읍간 100k000~128k000부근) 구간은 현재 고속열차 운행구간

으로 전기 인입 및 계측기 점검/설치 등 통합모니터링 시스템 구축을 위한 차단공사가 필요하

였다. 따라서 유지관리 부서와의 인터페이스와 안전시공 협조사항, 차단협의 등 안전관리를

지원하였다.

전기인입 지원→

계측기설치 지원→

검측차 첨승 지원→

소음저감장치 시공 지원

‘16.8.31~9.10 ‘16.10.05~10.13 ‘17년 6월~, 월 1회 ‘17.12∼18.2

(1) 전기 인입 지원

우선 테스트베드 구간 전기 인입에 따른 케이블 유도 및 배관, 계측 시스템 점검을 위한 차단

협의 및 안전관리를 지원하였다. 전기 인입에 따른 유지보수부서와의 의견 수렴 결과 연악지

반 구간 전원케이블 설치 시 제초작업 등 유지보수에 지장이 없도록 기존 울타리 상면에 설

치하며, 케이블 보호를 위해 사용재료는 충분한 내구성과 강도를 확보 할 수 있도록 하였다.

표 3-2-11 단면 위치별 기존 시설물 점검 결과

단면 위치 STA 기존 시설물 점검 결과

표준노반 단면 109k231 기존 계량기 철거됨 기존 전원케이블 및 배관 활용 가능

연약지반 단면 110k000 기존 계량기, 전신주 철거됨 신규 전원케이블 및 배관(약 300m) 설치 필요

접속부 단면 120k650 기존 계량기, 전신주 철거됨 신규 전원케이블 및 배관(약 100m) 설치 필요

연약지반 단면 : 110k000 접속부 단면 : 120k650

그림 3-2-7 지상모니터링 복구 전경

(2) 계측기 설치 지원

호남고속철도 테스트베드 구간 계측기 설치, 측정 및 시스템 점검을 위한 차단협의 및 안전

관리를 지원하였다. 계측기 설치를 위한 안전관리계획 작성 지원 및 차단승인, 안전교육 등

작업자 및 열차 안전 확보를 위한 협의절차 정립과 작업일정 조정 등 안전 확보방안을 지원

하였다.

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그림 3-2-8 계측기 설치 작업계획서 예시

(3) 검측차 탑승 지원

호남고속철도를 월 1회 검측하고 있는 궤도검측차(Roger-1000k)에 첨승하여 테스트베드 구

간 내 설치한 지상모니터링 계측정보와 차상 계측정보와의 시간동기화를 시험하고, 테스트베

드 구간의 궤도검측 결과를 통합 DB에 업데이트 될 수 있도록 지원하고자 2017년 6월부터 현

재까지 월 1회 검측차 탑승을 지원하였다.

· (운행일정) 익산역(00:20)→광주송정역(01:30)→익산역(02:40)

· (첨 승 자) 철도과학기술연구원 김영철과장, 한국철도기술연구원 최찬용 박사 외 2명

· (시험장비) 휴대용 GPS수신기 및 노트북

· (시험방법) 호남고속선 테스트베드 구간(익산-정읍 간 100k000~128k000, T2) 통과 시 검측차에서 GPS수신

기를 이용하여 차상 위치정보(위도, 경도) 및 시간측정

그림 3-2-9 궤도검측차 첨승 차수별 업무협조 사항

(4) 소음저감장치 현장시공 지원

개선된 소음저감장치(방음벽상단장치 및 흡음블럭)의 성능

검증을 위해 현장 시공에 따른 안전관리 및 사용자 요구사

항을 도출을 지원 하였다.

ㅇ 사용자 요구사항 분석

현장 시공에 따른 안전관리 및 사용자 요구사항을 도출하고자 2017년 11월 08일 유지

관리 담당자를 대상으로 소음저감장치(방음벽상단장치 및 흡음블럭) 현장 시공에 따른 안

전관리 위험요인 및 보완사항 도출을 위한 회의를 시행하여 총 10건의 검토의견이 도출

되었다.(표 3-2-12)

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표 3-2-12 검토의견 및 조치사항

구분 검토 의견 조치사항

방음벽상단장치

- 상단장치 시공 시 방음벽 결속장치(클립, 와이어) 등에 하자가 있는지 확인 필요.- 하자 확인 없이 상단장치 설치할 경우 방음벽에 과도한 부하가 발생하여 안전상의 문제 발생 가능.

- 상단장치 시공 전 사전작업 시 개별 방음벽에 대한 육안검사를 실시하고 문제가 있는 것으로 의심되는 사항에 대해 관계기관에 즉시 보고.- 방음벽 결속장치 외 방음벽 지주 등에 대한 검사완료

- 안전성검증자료로 구조해석 결과가 제시되었으나, 구조해석 결과가 만족하더라도 실제현장에 시공된 후 문제가 다수 발생.

- 구조해석과 함께 내하중 시험을 통한 구조안전성 평가 수행.- 공인성적기관 한국도로교통연구원을 통해 11월 9일 내하중 시험을 완료.- 성적서 발급 완료

- 내하중 시험 외 압력/변위 등 테스트베드 현장에서 측정된 측정결과 포함 필요

- 1단계 테스트베드 현장에서 측정된 변위 데이터를 이용해 DIN 4150 - Part 3 Short-term Vibration 기준과 비교 평가.(안전성 검증자료 참조)

- 1단계 테스테베드에 이어 2단계 테스트베드도 토공구간에 설치됨.- 실제 문제가 발생하는 구간은 교량구간가 다수이므로 교량구간에 대한 시공 및 성능검토 필요.

- 현재 자문회의를 통해 도출된 상단장치 소음저감 성능 검증방법은 ISO 3095를 기본으로 수립되었으며, 교량 하부구조물 진동으로부터 파생되는 방사소음의 영향을 받는 교량구간에서 성능을 검증하기 어려움.- 다만 향후 상용화 과정에서 교량구간 시공이 다수 발생할 것으로 예측되며 시공 후 소음저감성능 평가를 통해 검증완료.

흡음블럭

- 열차 차내소음에는 저주파가 지배적인 영향을 미치는 걸로 알고 있는데, 실내소음저감에 효과가 있을지?

- HEMU 운행시 발생되는 소음의 피크주파수는 800~2500Hz에서 나타나며, KTX-호남은 88~3150Hz에서 피크주파수가 나타남.- 흡음블럭의 주파수별 흡음계수 200Hz 이상의 모든 영역에서 높은 흡음성능을 나타냄.

- 도상에 설치하는 제품으로 도상점검시 들어내면서 점검이 불가능한데, 설치 후 도상 점검 가능여부?

- 도상 균열 양상을 파악하여, 주로 균열이 시작되는 부분이 오픈되도록 하였으며, 제품 하부에 관통홀을 두어, 이 홀내부로 내시경카메라를 삽입하여 균열 양상을 확인할 수 있도록 하였음.

- 공사시 트로리 적재량을 감안하여 진행할 것

- 공사시 자재는 파렛트 단위로 트로리에 적재하여, 백호(0.3)에 연결하여 이동하였으며, 백호의 견인력 및 트로리 적재톤수를 감안하여 운반하였음. - 해당구간에 대한 보수완료

- 고속 운행구간에서 설치제품의 비산 우려는 없는지?

- 고속열차 운행에 의한 열차하부의 풍압에 대해 검토하였으며, 이 풍압에 따른 양력을 검토한 결과, 제품의 자중만으로도 양력을 이겨낼 수 있음.- 또한 열차 운행시 발생되는 진동에 의한 제품의 점진적 이동 예방을 위해 실시하는 접착재 도포에 의해서도 일정부분 양력을 이겨내는데 도움을 줌.

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ㅇ 안전성검증

철도공사에서 시행하는 “안전성 검증”이란 관련부서가 시행한 안전성 평가결과를 검증부

서의 장이 안전성 평가 및 안전조치가 적절한지를 확인하는 것을 말하며, 소음저감장치(방음

벽상단장치 및 흡음블럭)의 성능검증은 호남고속철도 운행선 상에 설치하는 공사로써 철도안

전관리 시행세칙 제92조에 의거 “열차운행 및 고객의 안전에 위해를 줄 우려가 있는 사업 또

는 용역”에 해당한다. 따라서 철도공사 안전본부에 안전성검증을 요청하였으며, 아래 표와

같이 검토 의견에 따른 조치사항을 도출하여 사용자 입장에서의 요구사항을 반영하여 안전성

검증을 완료하였다.

표 3-2-13 방음벽상단장치 검토 의견 및 조치결과

방음벽상단장치 검토 의견 조치사항

- 상단장치 시공 시 방음벽 결속장치(클립, 와이어) 등에 하자가 있는지 확인 필요.- 하자 확인 없이 상단장치 설치할 경우 방음벽에 과도한 부하가 발생하여 안전상의 문제 발생 가능.

- 상단장치 시공 전 사전작업 시 개별 방음벽에 대한 육안검사를 실시하고 문제가 있는 것으로 의심되는 사항에 대해 관계기관에 즉시 보고할 수 있는 방안을 수립하였음.- 방음벽 결속장치 외 방음벽 지주 등에 대한 검사완료

- 안전성검증자료로 구조해석 결과가 제시되었으나, 구조해석 결과가 만족하더라도 실제현장에 시공된 후 문제가 다수 발생.

- 구조해석과 함께 내하중 시험을 통한 구조안전성 평가 수행.- 공인성적기관 한국도로교통연구원을 통해 내하중 시험 완료.- 성적서 발급완료

- 내하중 시험 외 압력/변위 등 테스트베드 현장에서 측정된 측정결과 포함 필요

- 1단계 테스트베드 현장에서 측정된 변위 데이터를 이용해 DIN 4150 - Part 3 Short-term Vibration 기준과 비교 평가.(안전성 검증자료 참조)

- 1단계 테스테베드에 이어 2단계 테스트베드도 토공구간에 설치됨.- 실제 문제가 발생하는 구간은 교량구간가 다수이므로 교량구간에 대한 시공 및 성능검토 필요.

- 현재 자문회의를 통해 도출된 상단장치 소음저감 성능 검증방법은 ISO 3095를 기본으로 수립되었으며, 교량 하부구조물 진동으로부터 파생되는 방사소음의 영향을 받는 교량구간에서 성능을 검증하기 어려움.- 다만 향후 상용화 과정에서 교량구간 시공이 다수 발생할 것으로 예측되며 시공 후 소음저감성능 평가를 통해 검증 완료

표 3-2-14 흡음블럭 검토 의견 및 조치결과

흡음블럭 검토 의견 조치사항

- 열차 차내소음에는 저주파가 지배적인 영향을 미치는 걸로 알고 있는데, 실내소음저감에 효과가 있을지?

- HEMU 운행시 발생되는 소음의 피크주파수는 800~2500Hz에서 나타나며, KTX-호남은 88~3150Hz에서 피크주파수가 나타남.- 흡음블럭의주파수별 흡음계수 200Hz 이상의 모든 영역에서 높은 흡음성능을 나타냄.

- 도상에 설치하는 제품으로 도상점검시 들어내면서 점검이 불가능한데, 설치 후 도상 점검 가능여부?

- 도상 균열 양상을 파악하여, 주로 균열이 시작되는 부분이 오픈되도록 하였으며, 제품 하부에 관통홀을 두어, 이 홀내부로 내시경카메라를 삽입하여 균열 양상을 확인할 수 있도록 하였음.

- 공사시 트로리 적재량을 감안하여 진행할 것- 공사시 자재는 파렛트 단위로 트로리에 적재하여, 백호(0.3)에 연결하여 이동할 예정이며, 백호의 견인력 및 트로리 적재톤수를 감안하여 운반 예정임.

- 고속 운행구간에서 설치제품의 비산 우려는 없는지?

- 고속열차 운행에 의한 열차하부의 풍압에 대해 검토하였으며, 이 풍압에 따른 양력을 검토한 결과, 제품의 자중만으로도 양력을 이겨낼 수 있음.- 또한 열차 운행시 발생되는 진동에 의한 제품의 점진적 이동 예방을 위해 실시하는 접착재 도포에 의해서도 일정부분 양력을 이겨내는데 도움을 줌.

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나. 사용자 요구사항 분석

호남고속철도 테스트베드를 활용한 통합모니터링 시스템 구축 관련 운영자 입장에서의 사용자

요구사항 분석을 위해 현재 운영중인 유사 시스템 현황, 차상검측장비 현황, 유지보수 체계 등을

분석하여 사용자 입장에서의 통합DB가 구축될 수 있도록 지원하였다.

KTMSYS 운영현황

조사 →

궤도검측 현황

조사 →

유지보수 체계

분석 →통합DB 활용방안

‘16.11월~12월 ‘17.1월~6월 ‘17.6월~12월 ‘18.1월∼과제종료

(1) KTMSYS 운영현황 조사

현재 고속선 1단계구간 유지보수는 궤도검측, 레일탐상, 진동가속도, 궤도모니터링 등의 검측

및 유지보수 데이터를 수집, 종합분석하고, 누적 관리하여 궤도 상태를 평가 할 수 있는 유지보수

의사결정지원시스템(KTMSYS)을 구축하여 운영중이며, KTMSYS는 자갈도상구간에 최적화된 유지

관리시스템으로 관련 시스템을 참조하여 호남고속철도 테스트베드 구간 통합DB구축에 사용자요

구사항 반영 등 사용자 입장을 고려한 시스템이 구축 될 수 있도록 지원하였다.

그림 3-2-10 궤도유지보수의사결정지원시스템 현장방문 및 사항점검

그림 3-2-11 KTMSYS 운영환경 및 환경

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KTMSYS(궤도관리시스템)은 국가연구개발사업으로 2010년에 개발되어 경부고속철도 1단계

구간(광명～동대구)궤도유지보수에 활용 중이며, 기준정보관리, 궤도검측데이터관리, 궤도틀림

진전예측, 궤도유지 보수일정최적화, 궤도종합작업관리, 통계/분석/보고서 등 총 5개의 주요

모듈로 구성되어 있다. 호남고속철도는 콘크리트궤도로 건설되어 KTMSYS와 유사한 관리시스

템 구축이 필요한 실정으로 관련 DB구축 시 KTMSYS에서 적용하고 있는 기준정보관리, 각종

검측 데이터관리, 상태평가 등 DB 구축과 빅데이터화를 통한 상태평가를 지원 할 수 있는 시

스템 구축이 필요하다.

(2) 차상검측장비 현황 분석

ㅇ 장비현황 및 주기

호남고속철도 테스트 베드 구간을 운영중인 차장검측장비는 아래 표와 같으며, 궤도틀림,

전차선, 신호, 통신 등을 종합검측하는 ROGER 1000K와 선로순회, 도상자갈, 체결구 등을 점

검하는 선로점검차가 월 1회 운행중이며, 초음파 레일탐상장비는 분기 1회 점검 중으로 레일

균열 및 내부결함을 검사하고 있다.

표 3-2-15 차상검측장비 현황

장비명 제작사 검측내용 검측속도 사 진

궤도검측차(EM-140K)

PLASSER& THEURER(오스트리아)

궤도틀림, 전차선, 레일마모, 건축한계 등

140

종합검측차(ROGER 1000K)

MERMEC(이탈리아)

궤도틀림, 전차선, 신호, 통신 등

160

레일탐상차(RDC 0501)

SPENO(스위스)

초음파 레일탐상(내부결함, 균열검사)

65

선로점검차성신산업(차체)

MERMEC(시스템)

선로순회(동영상),도상자갈, 체결구,침목, 레일표면

100

표 3-2-16 차상검측장비 점검주기

장비별 고속철도 일반철도 비고

궤도검측차(종합검측차)

월 1회 분기 1회

선로점검차 월 1회 주요선구 : 월 1회, 기타선구 : 반기1회

레일탐상차 분기 1회 년 1회 이상

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표 3-2-17 검측차 특성 비교

(3) 궤도유지보수 체계 분석

사용자 입장에서 궤도유지보수를 체계적으로 수행하기 위해 선로 순회, 각종 점검 활동, 검

측결과 분석, 작업현황 관리 등의 수집된 정보를 관리하고 이러한 유지보수 데이터를 바탕으

로 유지보수 계획을 수립시행하고 있다. 따라서 호남고속철도 통합모니터링 시스템 구축 시

관련 궤도유지보수 체계를 참고하여 콘크리트궤도에 최적화된 통합DB가 구축 될 수 있도록

지원하였다. 통합 DB구축을 위한 사용자 입장에서의 요구사항은 선로점검 결과 각종 DB를

통합관리하고 각각의 점검자료 및 데이터가 누적되어 상태평가를 통한 보수 계획이 수립 될

수 있는 자동화된 궤도유지보수 체계 구축이 필요하다.

ㅇ 궤도유지보수 체계

궤도유지보수 체계는 그림 3-2-12와 같으며, 유지보수 계획 수립을 시작으로 단계별 시행절차

를 거쳐 철저한 피드백과 검토 사항이 다음 연도 계획 수립에 반영될 수 있도록 하고 있다.

구분 종합검측차 EM-140K

전장 23,800mm 19,480mm

차륜 920mm 920mm

대차 2축보기 2축보기

고정축거 2,500mm 2,500mm

전축거 16,860mm 12,000mm

폭 2,830mm 2,800mm

높이 4,300mm 4,100mm

궤간 1435mm 1435mm

운행속도 160km/h 140km/h

검측속도 160km/h 140km/h

중량 60톤 57톤

주행방식 자동유압변속(2단) 자동유압변속(2단)

제동방식 EP디스크제동 EP디스크제동

검측방식 비접촉식 비접촉식

검측현 길이(고저,방향)

20m 비대칭현(4.1m:16.77m) * MTT장비검측과 유사

검측현길이 조정가능(궤도,종합방식 모두 가능)

궤도틀림검측항목

고저, 방향, 궤간, 수평, 뒤틀림, 레일마모고저, 방향, 궤간, 수평, 뒤틀림

레일마모, 건축한계 등

검측방식

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유지보수 계획

(연간 작업, 점검 계획 수립)

<일반철도>- 궤도보수 점검 (궤도틀림, 노반점검)- 궤도재료 점검- 선로순회 점검 (도보, 열차)

↓

선로점검

궤도보수 시행 ↓

↑ 점검자료 분석 ,정리 <고속철도>

- 궤도검측차 점검

- 차량진동가속도 측정

- 인력 확인 점검

- 하절기 점검

- 궤도재료 점검

- 선로순회 점검

보수계획 수립

(일일, 주간, 월간)↓

검사결과

(보수대상 개소 파악)

↓

종료

그림 3-2-12 궤도유지보수 체계

ㅇ 점검주기 및 방법

궤도유지보수 점검주기는 점검 장비 또는 인력에 의한 적정 점검주기를 산정하여 시행기준을

마련하고 있으며, 한국철도공사 「선로유지관리지침」에 명시되어 있는 궤도점검의 종류 및 시행

기준은 표 3-2-15와 같다.

구분 점검종류 점검주기 비 고

장비

궤도검측차 본선 연 4회우선보수대상은 2주 이내, 계획보수대상은 1개월 이내 가급적 보수 시행

선로점검차주요 선구 (본선) 월 1회

지적개소 1개월 이내 점검 및 보수 시행기타 선구 (본선) 반기별 1회건설선, 전용선 등 필요 시

초음파탐상점검

레일탐상차 전 본선 연 1회 지적개소 7일 이내 재점검(인력탐상)레일탐상기 연 1회 이상 터널, 교량 등 취약개소는 추가 시행

인력

순회점검열차순회 주 2회도보순회 주 1회

분기기 틀림 점검

본선 및 이에 부대하는 분기기

반기 1회 이상검측기록부는 수기 작성 및 보관(2년간) 분기기관리대장(EXCEL)에 데이터 입력관리

측선분기기 반기 1회 이상중점관리대상

분기기2주 1회 점검월 1회 검측

노반점검선로순회자 주 1회 이상

공사감독자건설공사 감독자

업무지침에 따라 시행

궤도재료 점검

레일점검

외관점검 연 1회 이상

해체점검본선이음매 연 1회 이상

장대터널 및 레일의 피로가 심한 구간으로 지역본부장이 지정한 구간은 연 2회 이상

분기기 점검일반점검 연 1회 이상정밀점검 연 1회 이상 측선부대분기기는 2년 1회 이상

PC침목 점검본선부설 연 1회 이상기타 측선 2년 1회 이상

목침목 점검 연 1회 이상도상 점검 연 1회 이상

기타 궤도재료 점검 연 1회 이상

중점관리대상시설물

#8 분기기 연속 구간 등

2주 1회 중점관리대상시설물 지정개소

본부 주의할 곳월 1회

철도운행에 관한 안전지침 및 열차운전 시행세칙상 지정 개소속도제한개소

본부 간 교차점검 반기 1회 매년 6월, 12월 본사 지시에 의해 시행출처: 한국철도시설공단(2015), 「선로유지관리지침」

표 3-2-18 궤도점검 종류 및 시행기준

- 69 -

ㅇ 점검 및 보수 체계

궤도유지보수 점검 및 보수체계는 그림 3-2-13 및 그림 3-2-14와 같으며, 도보순회, 열차순회

등과 같이 인력에 의한 경험적 점검방법과 첨단장비를 활용한 검측데이터 누적 및 검측정보를 바

탕으로 데이터 분석과 상태평가가 가능한 시스템을 구축하여 유지보수 의사결정을 지원하는 점검

체계를 마련하고 있다.

영업개시 전 점검열차 운행(170km/h)

- 승객을 탑승하지 않은 고속열차 운행

주기적 육안검사(주간점검)열차순회 (KTX동력차 첨승)

궤도틀림 동적측정 - 궤도검측 (월 1회) - 궤간, 방향, 비틀림 등 궤도틀림

궤도관리

↓

차량진동가속도 측정 - 시속 300km/h로 검측(2주 1회) - 보수시행

- 보수방법

- 보수수준

- 서행여부판단

레일초음파 탐상 - 레일초음파 탐상차 운행 (분기 1회) - 레일내부결함 탐상

궤도상태 모니터링 - 점검차 데이터 분석 - 체결구상태, 레일표면, 도상단면 등 탐지

보수 계획시달

보 수

그림 3-2-13 궤도보수 점검

선형보수 작업(Tamping)

- 작업 전 선형(틀림)측량 (사전검측)

- 수시보수, 계획보수, 궤도안정화

- 작업결과 확인(검측), 주기적 모니터링

궤도재료 보수

- 레일 결함보수: 레일연마, 육성용접, 국부연마

- 분기기 및 신축이음매 부속품 보수, 조정

- 분기기 마모 삭정, 침목균열․파손보수

장대레일 안전관리

- 장대레일 축력관리 및 재설정

- 도상단면관리, 레일온도관리, 고온 시 특별감시

보수결과궤도관리

↓ 레일연마 관리

- 최적의 열차주행면 제공을 위한 주기적 레일연마

- 주행안전성 확보, 승차감 향상, 레일 수명연장 - 궤도품질관리

- 보수주기 설정

- 보수 계획 수립 궤도재료 교환

- 마모, 피로, 파손 등으로 기능 저하된 재료 교환

- 부분 및 전체교환(레일, 침목, 체결구, 분기기 등)

궤도상태 모니터링 - 점검차 데이터 분석 - 체결구 상태, 레일표면, 도상단면 등 탐지

그림 3-2-14 궤도보수 체계

- 70 -

(4) 통합DB구축에 따른 운영처의 활용계획(안)

현재 호남고속철도 테스트베드 구간을 대상으로 구축한 통합 DB구축 시스템을 콘크리트도상

전 구간으로 확장 할 경우 콘크리트궤도 운영환경에 적합한 궤도관리 의사결정 지원시스템 구축

이 가능 할 것이라 판단된다.

첫째, 통합 DB구축을 통해 고속선 선로유지관리에 필요한 궤도검측데이터, 진동가속도, 노반계

측, 유지보수 이력 등의 DB 통합은 물론 위치기반 상태평가가 가능 할 것이다.

둘째, 궤도 위치정보 인식 및 궤도틀림 실시간 감시, 다양한 검측 데이터와 관리기준을 저장하

고 처리할 수 있는 대규모 데이터베이스 구축이 가능 할 것이다. 이를 통해 각 종 검측데이터의

위치별, 년도별 위치동기화 및 데이터 누적을 통한 장기모니터링과 상태평가에 활용이 가능하다.

셋째, 현재 노반침하에 대한 유지보수는 침하계측자료와 궤도틀림자료를 분석하여 침하개소를

판별, 보수/보강을 시행하고 있으나 대용량의 데이터 처리, 인적오류 등 지속적인 집중관리에 한

계가 있어 이를 해소 할 수 있는 대안이 될 수 있다.

넷째, 콘크리트궤도 상태평가 및 틀림진전예측, 작업 전·후 효과 분석, 자원과 작업조건에 따

른 궤도 유지보수작업 최적화 기술 등 웹기반 협업지원이 가능하며, 궤도틀림 발생 시 궤도보수

등 단순 작업 또는 노반복원 등 적정 유지보수작업 판단 및 최적화 의사결정 지원에 활용 가능하

다.

다섯째, 통합DB구축 시 각종 곡선/구배, 터널, 교량, 노반, 레일, 분기기, 신축이음매, 지반정보

등 기준정보와 각종 검측데이터를 연동 할 경우 다양한 상태평가가 가능해질 것이라 판단된다.

여섯째, 육안조사 등 경험적이고 인력중심의 점검/관리를 지양하고자 딥러링, AI, 빅데이터 분석

등 데이터베이스 연계 기술개발 기반 확보에 활용 가능하며, 향후 4차 산업혁명을 대비한 센싱,

통신 네트워크, 정보처리 등 ICT를 접목한 기술 고도화의 기초가 되는 DB 구축이 가능할 것이라

판단된다.

- 71 -

3절. 통합모니터링 시스템 및 DB 구축

1. 시스템 환경

기존 1단계 모니터링 시스템은 계측데이터에 대한 누적과 이를 확인 할 수 있는 UI가 있으나

이에 대한 실제 상세한 데이터의 취득이 어렵고, 차트를 이미지로만 제공하여 활용에 어려움이 있

었다. 또한 각 계측에 대한 기록이 시간과 계측기 별로 순차적으로 기록되어 특정 지점에 대한 계

측 결과를 확인하기까지 다소 불편하다. 이에 1단계에서 구축된 통합 DB 시스템에 대해서 확장성

과 활용도를 높일 수 있는 시스템으로 전환이 필요하며, 이를 위해 GIS기반의 통합 UI시스템으로

개선이 필요했다. 통합DB 시스템에 대해 효율성을 높이는 방안으로 확장성과 활용성 측면에서의

DB재설계가 필요하고 이를 위해서 현재 국내 유지보수 정책방향으로 제안되고 있는 GIS 기반으로

재설계 및 확장이 필요하다. 또한 데이터베이스의 재설계를 통한 시스템 안정성 및 효율성을 향상

시킬 필요가 있다.

확장성 측면으로 볼 때 시스템의 개발에 대한 표준화를 통해 유지보수의 용이성을 증대할 필요

가 있다. 시스템 개발 표준을 전자정부프레임웍을 사용하고, GIS의 인터페이스는 OGC 국제 표준

을 따르도록 하여 개발 생산성, 상호 운용성, 종속성 해소, 정보시스템 품질향상에 기여해야 한다.

또한 데이터베이스의 저장 규모에 있어 예비율을 포함하여 10년간의 데이터 누적이 가능해야 하

며 계측데이터간의 연계 용이성을 위해 시간, 계측코드, 위치 정보가 모두 저장되도록 해야 한다.

안정성 측면으로 볼 때 데이터베이스는 이중화를 통해 복구가 가능한 형태로 구성되어야 하고,

물리적 인프라는 관리되어지는 방화벽 내에 위치하여 외부 침입으로부터 보호하여야 한다. 또한

임의 조회가 가능한 계측데이터들은 파일 형태가 아닌 데이터베이스 형태로 저장하여 추후 추출

기능 구현에 용이하도록 한다.

GIS 기반 시스템으로 각 계측데이터에 대한 위치정보가 기록되어야 하는데, 철도 분야의 대부분

데이터는 KP로 관리되어있어 이를 위치정보로 매핑 할 수 있는 방안이 필요하다. 테스트베드 구

간의 설계도면을 통하여 위치정보와 KP간의 정확한 관계테이블을 생성하고 GPS계측 정보에서 추

출된 위치정보와 계측데이터에서 추출된 KP정보를 기준으로 하는 데이터들의 동기화를 통해 계

측데이터 간의 상호 조회가 가능해야 한다.

2. 시스템 환경

통합모니터링 시스템은 수집서버, 통합DB서버, 모니터링 시스템 서버로 이루어져있다. 수집 서버

에서는 계측데이터를 수집 및 변환 작업을 수행하고, 통합DB서버는 이렇게 수집된 데이터를 적재

및 관리하는 저장소이다. 모니터링 시스템 서버는 통합DB의 내용을 조회하고 사용자 UI를 구현하

여 실제 사용자가 접속하여 사용할 수 있는 서비스를 제공한다. 각 시스템이 원활하게 운용되기

위해 H/W 환경, 보안 및 유비보수성, 저장 용량 등에 대한 검토를 진행하였다.

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그림 3-3-1 하드웨어 및 네트워크 구성도

가. H/W 환경

시스템을 운용하기 위한 H/W 환경은 “400km/h급 고속철도 인프라 시범적용 기술개발” 과제에

사용한 운용 환경을 활용하여 구축하였다. 해당 시스템의 하드웨어는 유휴 장비가 있어 이번 과제

에 구축할 시스템을 운용하기 위한 자원 구성이 용이하였다. 통합모니터링 시스템의 하드웨어 구

성은 크게 네트워크, 스토리지서버, 응용서버로 구성되어있다. 각 요소들은 전체 시스템이 운용되

기 위한 기본적인 요소이며, 기종과 용도는 아래 표 3-3-1과 같다.

표 3-3-1 하드웨어의 구성 및 운영 상태

(1) 네트워크

네트워크는 각 서버들과 클라이언트와의 데이터 통신을 위한 장비로 L3스위치를 통해 랜케이블

로 연결되어있고, 외부와의 인터넷 연결 시 보안을 위한 방화벽이 있다. 통합 모니터링 시스템을

위한 운용 환경 또한 서버실에 각각의 서버를 랜선으로 연결하고 중앙의 L3스위치를 통해 모두

연결이 된 상태에서 외부와의 인터페이스를 하도록 구축하였다. 또한 기존에 관리되지 않은 방화

벽을 자체 구성하여 사용하여 외부 침입으로 부터의 대응이 어려웠던 점을 개선하여 철도기술연

구분 사용 목적 기종 용도 운영상태

네트워크 데이터 통신 L3 스위치 네트워크 분배 및 연결 운영중

FDF 광분배기 운영중

Optical to UDP 광변환장치 운영중

보안 주니퍼 SSG 140 방화벽 운영중

저장소 스토리지 HP P2000 G3 스토리지 컨트롤러 운영중

HP P2000 G3 스토리지 컨트롤러 운영중

백업 HP MSL6480 통합 LTO 장비 -

응용서버 계측 Server HP DL380p 2690 계측 데이터 수집 운영중

HP DL380p 2690 계측 데이터 수집 -

WAS Server HP DL380p 2565 통합 모니터링 시스템 서비스 운영중

HP DL380p 2565 웹 부하분산 기능 서버 -

Web Server HP DL380p 2565 웹 클라이언트 구동서버 -

HP DL380p 2565 웹 클라이언트 구동서버 -

DB Server HP DL380p 2765 통합 DB 서버 (Active) 운영중

HP DL380p 2765 통합 DB 서버 (Standby) 운영중

기타 운용 HP DL380p 2565 백업 서버 -

HP DL380p 2565 인증 서버 -

HP DL380p 2650 CCTV 서버 -

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구원의 네트워크 영역으로 이관하여 항시 외부 침입으로부터 필터링이 가능하도록 하였다. 또한

외부에서 익명의 사용자가 권한 없이 접속할 수 있는 문제를 포함하여 아래와 같이 IP 및 방화벽

설정을 진행하였다.

표 3-3-2 IP 구성 및 방화벽 설정

(2) 스토리지 서버

스토리지 서버는 통합 DB의 데이터를 적제하기 위한 저장소로 대용량 데이터를 저장하기 위한

장비이다. 단순히 저장소이기 때문에 응용서버와 같이 사용하여야 하고, 12개의 HDD Slot 이 있어

대용량으로 구성이 가능하도록 하였다.

표 3-3-3 통합DB 스토리지 사용 및 옵션

(3) 응용서버

응용서버는 실제 서비스가 구동하기 위한 서버로 CPU의 처리량과 다량의 RAM을 요구한다. 또한

DB서버의 경우 데이터 저장용량이 추가로 필요하기 때문에 스토리지 서버와 같이 사용하게 된다.

응용서버는 계측수집서버, DB서버, WAS서버가 있다.

계측수집서버는 계측센서를 외부로부터 수신 받고 수집 프로그램을 통해 정제 과정을 수행하는

서버이다. 이때, 빠른 처리속도를 요구하고 구문해석 및 통계 처리 등의 작업을 위한 서버의 성능

이 보장되어야 한다. 이를 위해 노반의 Data Logger에서 전송되는 데이터를 직접 수신하여 처리하

는 계측서버#1과 통합DB 수집프로그램을 상주하고 있는 계측서버#2가 할당되어있다.

구분 기존 IP 변경 IP 방화벽 설정

통합DB #1 10.10.40.10 192.168.100.81 외부 접속 불가

통합DB #2 10.10.40.11 192.168.100.82 외부 접속 불가

계측서버 #1 10.10.40.14 192.168.100.84 외부 접속 불가

계측서버 #2 10.10.40.15 192.168.100.85외부 접속 불가

(관리용으로 특정 IP만 접속허용)

WAS #1 10.10.40.16 192.168.100.86 1.241.70.186:80 만 허용(Web)

WAS #2 10.10.40.17 192.168.100.87 1.241.70.187:80 만 허용(Web)

제품명 HP P2000 G3 MSA FC Dual Cntrl LFF Array제조사 HP

전경

옵션

- HP P2000 16TB 6G SAS 7.2K 3.5in MDL HDD- HP P2000 Dual I/O LFF Drive Enclosure

- HP P2000 14TB 6G SAS 7.2K 3.5in MDL HDD- HP Install MSA Array & Enclosure SVC

- HP 3y 4h 24x7 MSA2000 Enclosure HWSupp- HP Install MSA Array & Enclosure SVC- HP 3y 4h 24x7 MSA 2000 G3 HWSupp

- HP 15m Multi-mode OM3 LC/LC FC Cable- HP 82Q 8Gb Dual Port PCI-e FC HBA

용량 12.7TB 중 11TB 사용가능

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표 3-3-4 계측서버 사양 및 옵션

DB서버는 대용량 데이터의 저장 및 조회기능을 수행하는 서버로 수집된 데이터의 적재, 시스템

UI 표출을 위한 데이터 조회를 빈번하게 수행하는 서버로 하드웨어 사양 및 안정성이 중요하다.

또한 데이터의 저장에 있어 연간 1.3TB 이상이 필요하기 때문에 스토리지 서버와 같이 운용하도

록 하였다. 특히 1단계 시스템 유지를 위해 Oracle이 기 운용중이고, 추가로 MongoDB를 운용하여

메모리 유휴율과 프로세스 점유율을 검토하였고, 약 40기가의 메모리 유휴가 있어 통합DB 운용에

는 충분하도록 설계하였다.

표 3-3-5 통합DB서버 사양 및 옵션

제품명 HP DL380p Gen8 8-SFF CTO Server제조사 HP

전경

CPU Intel Xeon CPU E5-2690 2.9GHz (16 Core) x 2메모리 64GB 중 idle시 25.1GB 사용 중 38.9GB 사용가능HDD (C:\ 199GB, D:\ 358GB)

사용 서버 DB서버1, DB서버2(백업)주 시스템 프로세스

Oracle DB(idle시 메모리 점유 : 22.5GB)

하드웨어옵션

- Asia Pacific-English Localization- HP DL380p Gen8 E5-2690 FIO Kit- HP DL380p Gen8 E5-2690 Kitd

- HP 64GB 2Rx4 PC3L-10600R-9 Kit- HP 1,500GB 6G SAS 10K 2.5in SC ENT HDD

- HP 12.7mm SATA DVD ROM Jb Kit- HP Ethernet 1GbE 4P 331FLR FIO Adptr– HP 2GB FBWC for P-Series Smart Array

- HP 2U SFF BB Rail Gen8 Kit- HP 460W CS Plat PL Ht Plg Pwr Supply Kit

– HP 3y 4h 24x7 DL38x(p) HW Support

제품명 HP DL380p Gen8 SFF CTO Server제조사 HP

전경

CPU Intel Xeon CPU E5-2665 2.4GHz (16 Core) x 2메모리 32GB 중 idle시 3GB 사용 중 27.5GB 사용가능HDD (C:\ 100GB, D:\ 178GB)

사용 서버 계측1, 계측2주 시스템 프로세스

Logger2DB(idle시 메모리 점유 : 51.8MB)

하드웨어 옵션

- Asia Pacific-English Localization- HP DL380p Gen8 E5-2665 FIO Kit- HP DL380p Gen8 E5-2665 Kit

– HP 16GB 2Rx4 PC3L-10600R-9 Kit- HP 1,000GB 6G SAS 10K 2.5in SC ENT HDD

- HP 12.7mm SATA DVD ROM Jb Kit- HP Ethernet 1GbE 4P 331FLR FIO Adptr– HP 2GB FBWC for P-Series Smart Array

- HP 2U SFF BB Rail Gen8 Kit- HP 460W CS Plat PL Ht Plg Pwr Supply Kit

– HP 3y 4h 24x7 DL38x(p) HW Support

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나. S/W 환경

통합모니터링 시스템의 운용을 위한 S/W는 서버를 운용하기 위한 운영체제로 Windows Server

2012가 기 설치되어있다. 이는 기 운용중인 1단계 시스템이 ASP.Net을 IIS에서 운용하기 위한 환경

이다. 추가로 DBMS로는 Oracle 11g가 설치되어있다.

이번에 구축한 시스템은 이와는 별개로 향후 리눅스로도 운용이 가능하고 전자정부프레임웍에서

표준으로 사용하는 개발환경에 맞춰 S/W를 운용하고 있다. 개발 언어로는 Java를 사용하고 있고,

WAS는 Tomcat으로 운용한다. 서비스의 개발 프레임웍은 Spring Framwork를 사용하여 향후 확장

성 및 유지보수성을 높이도록 했다.

그림 3-3-2 S/W 환경 구성

다. 보안 및 안정성 개선

현재 서버 인프라의 각 시스템은 기본적으로 인터넷 망과 제한 없이 연결이 가능한 상태였다. 이

는 기존에 개발 편의성 차원에서 조치된 것이나 외부 침입으로부터의 보호받지 못한 상태였다.

이로 인하여 2건의 침입 시도가 있었다. 먼저 2016년 10월 7일 외부 침입이 인지가 되어 기술정보

분석팀에서 네트워크를 차단하였고, 이후 2016년 10월 10일에 서버실에 입실 후 계정 비밀번호 수

집 프로그램을 제거하고, 데이터 이상유무를 확인하였다. 이에 각 서버들은 허가받은 단말에서만

접속하도록 제한 조치하고, 웹서비스를 위한 포트(80,8080)을 제외한 모든 포트를 제한하였다.

1단계 시스템이 운용중인 서버의 경우 운용일수가 3년이 경과되어 HDD의 고장으로 인해 RAID

를 해제하고, 단일 HDD로 설정 후 시스템을 복구하였다. 이에, 중요한 데이터가 저장되는 DB의

경우는 항시 Active-Standby 형태로 데이터 백업을 하도록 구성하였다.

라. 통합DB 스토리지 용량 산정

통합DB에 구성한 서버 자원은 한정적이고, 용량을 증설이 필요할 시 많은 비용이 필요로 하기

때문에 시스템을 구성하기 전 필요한 용량을 미리 산정하여 용량 증설에 대한 여부를 확인했다.

계측데이터는 계측 값이 같은 형태로 많은 양이 적재되는 구조를 가지기 때문에 저장에 있어서

되도록 단순한 구조로 저장을 하여야 저장 용량을 절감 할 수가 있다. 따라서 계측기의 사향과

측정 단위 등의 정보는 별도의 메타 테이블에 저장하도록 하고, 계측 결과 값은 별도의 저장 공간

에 값만 저장하는 방식을 채용하였다. 각 계측의 저장 건수를 산정하면 아래와 같다.

노반 계측 연간 저장 건수 추정

- 장기 측정 : 200건(예상) * 24(시간) * 365일 = 5,568건

- 이벤트 측정 : 50건(예상) * 50회 * 30초 * 1000건(초당) = 75,000,000건

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차상 계측 연간 저장 건수 추정

- 월간 10회(예상) * 12개월 * 20분(예상) * 60000건(분당) = 12,000,000건

단위 RAW 당 용량 추정

- 시각(8byte) + 코드(4byte) + 값(16byte) = 28byte

총 연간 건수 및 데이터 용량 산정

- 총합 87,005,586건 * 28byte = 850GB

- RAW데이터 * 파일시스템 여유율(1.1) * 데이터여유율(1.2) * 확장성(1.2)

: 850GB * 1.1 * 1.2 * 1.2 = 1.3TB (연간)

현재 통합DB에 각 서버별로 할당된 용량은 13TB이므로 10년간 누적이 가능할 것으로 예상되어

별도의 용량 증설이나 서버 증설은 수행하지 않았다.

3. GIS기반 통합모니터링 시스템 및 DB 구축

통합모니터링 시스템은 각 계측데이터 원본을 수집 프로그램을 통해 수집, 구문해석, 후처리 등

을 거쳐 통합DB에 적재한 후 모니터링 시스템에 의해 추출되어 UI로 표현하는 시스템이다. 시스

템이 운용되기 위해 DB 환경 구축, 데이터베이스 수집 프로그램 개발, 서버 시스템 개발, UI 시스

템 개발을 진행하였으며 각 시스템 간의 데이터 흐름도는 그림 3-3-3과 같다.

그림 3-3-3 전체 데이터 흐름도

가. 통합DB 환경 구축

(1) DB 선정

통합DB에서 사용할　DB를 선정할 때, 가장먼저 고려한 부분은 입력은 많으나 조회는 적다는 것

이다. 급격한 데이터의 증가를 수용하고 스케일Out을 지원하며, 라이선스 비용에 최적인 DBMS를

선정할 필요가 있다. DBMS를 선정할 때는 ACID성질과 BASE에 의해 선정한다. ACID는 원자성, 일

관성, 고립성, 지속성으로 데이터베이스 트랜잭션이 안전하게 수행된다는 것을 보장하기 위한 성

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질을 가리키는 약어이다. ERP나 금융관련 시스템의 경우 단위 트랜잭션의 안전성은 매우 중요하

므로 일반적인 RDBMS의 경우 매우 중요하게 생각하는 성질이다. 하지만 대용량 계측데이터를 적

재하는 DB에서는 그보다 성능이 더 우선이다. 성능과 가용성 등을 위해서 ACID의 C와 I의 속성을

포기하고 분산 시스템에 더 적합하다고 생각되는 성질을 정리한 것이 BASE이다.

BASE가 나타내는 성질은 다음과 같다.

- Basically Available : 기본적으로 Available하고,

- Soft-state : 사용자가 관리(refresh, modify)하지 않으면 Data가 expire 될 수도 있으며,

- Eventually consistency : 지금 당장은 아니지만 언젠가는 Data가 일관성을 가진다.

또한 더욱 발전하여 CAP 이론으로 다시 DBMS를 분류 할 수 있다. CAP이론은 분산 시스템에서

3개 속성을 모두 가지는 것이 불가능하다는 것으로 각 속성은 다음과 같다.

- Consistency (일관성) : 모든 노드가 같은 시간에 같은 데이터를 보여줘야 한다.

- Availability (가용성) : 특정 노드가 장애가 나도 서비스가 가능해야 한다.

- Partitions Tolerance (분리내구성) : 노드 간에 통신 문제가 생겨도 동작

통합DB의 특성상 트랜잭션이 완전하지 않아도 되고, 데이터의 양이 많으며, 빨라야 한다. 반면,

이중화 측면에서 볼 때, 네트워크 여건으로 인한 동기화 시간이 걸려 각 서버간의 데이터의 일관

성에 대한 지연이 있더라도 문제 없으나 일관성 유지를 위해 데이터 적재 과정에서 많은 비용이

소모되면 안 된다. 또한 계측데이터의 종류나 형태가 다양할 수 있어 데이터를 적재할 때 유연성

이 필요하다. 이를 모두 만족하기 위해 Disk기반의 NoSQL DB여야 하며 Memory 캐시기능을 자체

적으로 지원하며 많은 레퍼런스 지원이 있는 MongoDB를 선정하였다.

MongoDB는 Document 기반의 NoSQL DB로 RDBMS와 같이 필드가 고정되지 않고, 자유롭게 작성

이 가능하다. 또한 대부분의 운영체제에서 운용 가능하고, 다양한 개발 언어를 지원하고 있다. 본

과제의 인프라에서 사용하고 있는 Windows Server 2012에서는 서비스로 등록하여 항시 백그라운

드에 운용되도록 하였고, 수집프로그램 개발 언어인 C#과 서버 시스템 개발언어인 Java를 모두

지원하고 있다.

(2) 데이터 이중화

데이터의 적재/조회 성능과 더불어 데이터의 안정성도 중요하다. 대용량의 데이터를 적재하는

만큼 하드웨어적인 문제로 인해 데이터가 유실될 때 복구하기란 쉽지 않기 때문이다. 이를 위해

MongoDB는 Master-Slave릴 지원한다.

MongoDB의 master는 쓰기 연산을 담당한다. 즉, 일반 Master-Slave 방식과 동일하게 쓰기는

master에서만 이루어진다. 이때, MongoDB는 쓰기 연산을 데이터 저장소와 Oplog라는 두 군데 영

역에 저장한다. 데이터 저장소에는 B+트리로 구성된 데이터 저장소를 ㅂ말하는 것으로, 쓰기 연

산을 수행한 결과를 저장한다. 반면 Oplog는 데이터 저장소에 저장된 데이터와는 달리 연산 수행

과 관련된 명령 자체를 다임스탬프와 같이 저장한다.

MongoDB의 slave는 아주 빠른 주기적으로 master에게 자신의 optime보다 큰 Oplog를 달라고 요

청한다. Slave의 요청은 master에 Oplog 데이터를 요청할 때, 질의 요청 옵션을

QueryOption_AwaitData으로 보낸다. QuueryOption_AwaitData는 대기하는 일정 시간 안에 응답할

데이터가 존재한다면 바로 응답하고 응답할 데이터가 없다면, 일정 시간을 대기한다는 것을 의미

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한다. 이와 같이 Slave서버에 지속적으로 Master의 데이터를 동기화하고 이로써, Master 데이터를

백업하는 역할과 데이터 조회시 Master 와 Slave를 둘다 사용하여 성능 이중화로 활용할 수 있다.

그림 3-3-4 MongoDB의 이중화 복제 정책

(3) DB 스키마 구성

MongoDB는 오픈소스 NoSQL DB로, 기존의 관계형DB 관리 시스템(RDBMS)인 Oracle DB, MSSQL

등과 달리 데이터를 문서(Document)형태로 저장하며, 분산서버 운영에 용이하고, Read and Write

성능이 뛰어나며, RDBMS처럼 고정된 Schema가 없고 SQL을 사용하지 않는다. 본 테스트베드 시스

템과 같이 대용량의 축적된 데이터를 조회하는 서비스를 운영할 때 효과적이다. 다음 그림은 테스

트베드 시스템에서 사용된 시스템DB ERD이다.

그림 3-3-5 테스트베드 DB ERD

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MongoDB의 데이터 구조는 크게 Database – Collection – Document로 분류된다. Database는 기

존의 RDBMS의 Database와 동일하며 Collection은 RDBMS의 Table과 같다. 그리고 MongoDB의 가

장 큰 특징인 Document는 문서 형태로 저장되며 스키마가 없기 때문에 필드가 고정되어 있지 않

다. 따라서 데이터에 따라 존재하는 필드가 달라질 수 있으며 기존의 DB와 달리 필드에 데이터가

없을 경우 필드를 생략할 수 있다. 데이터의 필드의 타입 또한 자바스크립트에서 사용하는 데이터

타입을 그대로 사용하여 별다른 변환 없이 데이터를 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 다음

표는 시스템DB에서 사용중인 Collection의 정의이다.

표 3-3-6 roadbed_info Collection(노반 계측기 정보) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 id 계측기 ID String

2 SensorName 계측기 명 String

3 name 계측기 명 String

4 InstrumentName 노반 계측기 종류 String

5 Unit_CAL 측정 단위 String

6 Unit_Raw 측정 단위 String

7 location 계측위치 String

8 isDynamic이벤트 데이터

여부String

9 updatetimestamp 업데이트일 Date

10 lastInsert 마지막 입력일 Date

11 kp KP Double

12 unvisible 사용여부 String 사용하지 않는 데이터는 1

13 addEnd 마지막 추가일 Date

14 instrumentEL 심도 String

표 3-3-7 roadbed_static Collection(노반 static 데이터) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 id 계측기 ID String

2 ts 측정일 String

3 raw 계측값 Double

4 avg 평균 계측값 Double

표 3-3-8 roadbed_event_list Collection(노반 계측기 이벤트 목록) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 id 계측기 ID String

2 sts 계측시작 시간 Date

3 ets 계측끝 시간 Date

4 min 최소값 String

5 max 최대값 String

표 3-3-9 roadbed_event_cal Collection(노반 이벤트 데이터) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 ts 계측시간 Date

2 id값(*)계측기 ID별

측정값Double

MongoDB에서는 필드명을 특정 값으로 지정이 가능하다.

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표 3-3-10 onboard_list Collection(차상 측정 목록) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 eventid 계측 ID Integer

2 type 열차 종류 String

3 file 계측 파일명 String

4 import_ts DB 입력일 Date

5 sts 계측 시작시간 Date

6 ets 게측 끝시간 Date

7 skp 시작 KP String

8 ekp 끝 KP String

9 stats 통계일 Date

표 3-3-11 onboard_stats Collection(차상 평균 데이터) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 eventid 계측 ID Integer

2 ts 계측시간 Date

3 speed 속도 Double

4 lon 경도 Double

5 lat 위도 Double

6 kp KP Double

7 bodyx 차체x Double

8 bodyy 차체y Double

9 bodyz 차체z Double

10 axley 윤축y Double

11 axlez 윤축z Double

12 bogiey 대차y Double

13 bogiez 대차z Double

14 tqi_level 고저틀림 TQI Double

15 tqi_crosslevel 뒤틀림 TQI Double

16 tqi_algin 방향틀림 TQI Double

17 tqi_gage 궤간틀림 TQI Double

표 3-3-12 onboard Collection(차상 상세 데이터) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 eventid 계측 ID Integer

2 ts 계측시간 Date

3 speed 속도 Double

4 lon 경도 Double

5 lat 위도 Double

6 kp KP Double

7 bodyx 차체x Double

8 bodyy 차체y Double

9 bodyz 차체z Double

10 axley 윤축y Double

11 axlez 윤축z Double

12 bogiey 대차y Double

13 bogiez 대차z Double

14 gage 궤간틀림 Double

15 prl10m 고저틀림좌 Double

16 prr10m 고저틀림우 Double

17 all10m 방향틀림좌 Double

18 alr10m 방향틀림우 Double

19 sup 수평 Double

20 twist3m 뒤틀림 Double

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표 3-3-13 settle Collection(측량 상세 데이터) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 id 데이터 ID Integer

2 FIELDID 계측기 ID Integer

3 계측시각 계측시각 Date 필드명 한글

4 지표침하량 지표침하량 Double 필드명 한글

5 원지반침하량 원지반침하량 Double 필드명 한글

표 3-3-14 settle_info Collection(측량 계측기 목록) 정의

No. 필드명 설명 데이터 타입 비고

1 fieldId 계측기 ID Integer

2 시설물종류 시설물종류 String 필드명 한글

3 선로명 선로명 String 필드명 한글

4 kp KP Double

5 공사명 공사명 String 필드명 한글

6 구간명 구간명 String 필드명 한글

7 노반구분 노반구분 String 필드명 한글

8 지표침하량 지표침하량 Double 필드명 한글

9 원지반침하량 원지반침하량 Double 필드명 한글

MongoDB의 데이터는 JSON 기반의 데이터로 저장되기 때문에 key:value의 형태로 자바스크립의

객체처럼 자유롭게 필드 값을 변경할 수 있다. 또한 다음그림처럼 사용이 가능하다.

그림 3-3-6 roadbed_event_cal의 실제 데이터 구조

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roadbed_event_cal의 Document들은 필드명을 계측기 ID로 사용하고 필드의 값을 해당계측데이터

로 구성되어있다.

(4) DB 적재 현황

현재 통합DB에는 노반계측데이터, 차상계측데이터, 침하측량데이터를 지속적으로 누적하고 있으

며 적재 현황은 아래와 같다. 각 데이터는 모두 조회가 가능한 데이터베이스에 누적하고 있으며,

이중화를 통해 Active와 Standby서버에 모두 동일하게 기록이 되어있다. 또한 실제 저장된 물리

저장량은 데이터베이스의 자체 압축에 의해 650GB로 서버의 여유율은 충분했다.

표 3-3-15 DB 적재 현황 (2018.01.25. 기준)

구 분 사이즈 (KB) 건수 (개) 데이터 구성

노반 계측정보 280 350 계측이름, 심도, 위치, 활성화 여부 등

노반 장기측정 224,335 2,983,733 계측시간, 계측 값

노반 이벤트목록 151,360 1,082,896 계측시작시간, 계측종료시간

노반 이벤트 387,878,222 1,053,283,368 계측시간, 계측 값

차상 계측 3,305,556 18,534,529 계측시간, 계측 값

차상 계측 통계 13,987 83,708 통계구간, 대표 값

침하 계측 목록 5,734 14,388 침하 계측 지점의 KP, 종류

침하 계측 28,283 213,884 계측지점별 계측시간, 침하량

나. GIS 개발 환경 구축

(1) 테스트베드 구간 위성영상 및 도면 데이터 변환

GIS기반 시스템에서 지도화면을 구성하기 위해서는 배경지도와 시설물지도가 필요하다. 이를 위

해 철도공사를 통해 테스트베드 구간의 설계도면을 수령 받아 지도의 레이어로 구성하는 작업을

진행하였다.

그림 3-3-7 시설물 / 항공영상 GIS 데이터 처리

설계 도면에는 테스트베드 구간의 선로와 시설물이 도면형태로 포함되어있고, 도면의 절삭면에

는 KP 정보가 기록이 되어있어 이후 KP와 위치정보의 변환의 기초자료로 가공하여 사용이 가능

했다. 또한 선로의 형상정보는 도면에 있는 측량 좌표를 추출하여 각 도면 파일을 모두 합치고,

이를 다시 GIS에서 처리할 수 있는 ShapeFile 형태로 변환 / 저장하였다. 이렇게 제작된 형상정보

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는 UI 시스템에서 배경지도 위에 레이어로 표출하여 이상개소 주변 시설에 대한 파악이 용이하도

록 했다. 배경지도의 경우 철도 시설물 바닥에 표시하는 지도로 국토교통부 공간정보산업진흥원에

서 제공하고 있는 공간정보 오픈플랫폼을 사용하여, 일반지도, 회색지도, 위성지도를 사용하도록

구성하였다.

(2) KP와 위치 정보간 매핑테이블 제작

계측데이터의 대부분은 위치정보값이 없이 KP값으로만 표기되어있어, 실세계 위치와 GPS 위치정

보와 매칭할 수가 없다. 이에, KP와 위치정보값을 매핑할 수 있는 기반데이터를 생성하였다. 이를

위해 먼저 설계 도면에서 선로 중심선을 추출하고 도면에 표기되어있는 기준 KP값을 정리하였다.

이를 위해서는 도면상의 중심선에 해당하는 레이어에서 형상 정보를 추출하고 형상 정보에 수록

하고 있는 X,Y 좌표값을 수집하였다. 이를 조합하여 도면별로 LineString을 구성하고 방향성을 적

용하면 단위 도면당 선로의 선형을 생성할 수 있다. 이렇게 만들어진 선형은 다시 WGS84 투영을

적용한 경도, 위도 좌표값으로 변환하여 위치정보로 활용하도록 하였다. 이후 각 LineString의 메

타데이터로 시작점과 끝점에 해당하는 KP정보를 추출하여 매핑테이블을 생성하였다.

그림 3-3-8 좌표변환 매핑테이블 생성 과정

표 3-3-16 매핑테이블의 예

KP#1 KP#2 Coordinates (LineString)99.8 100.5 194305.502,361578.254,194221.244,360883.343100.5 101.2 194221.244,360883.343,194136.986,360188.433101.2 101.9 194136.986,360188.433,194052.728,359493.522101.9 102.6 194052.728,359493.522,193968.4700,358798.6118102.6 103.3 193968.4700,358798.6118,193884.2121,358103.7013103.3 104 193884.2121,358103.7013,193799.9541,357408.7908104 104.7 193884.2121,358103.7013,193715.6952,356713.8803104.7 105.4 193715.6952,356713.8803,193701.2481,356594.7209,193631.4383,356018.9698105.4 106.1 193631.4383,356018.9698,193547.1804,355324.0594106.1 106.8 193547.1804,355324.0594,193462.9225,354629.1488

(3) GIS 서버 환경 구축

본 절에서는 통합모니터링 시스템의 GIS 개발환경 구축에 대한 내용은 다음과 같다. GIS 시스템

의 개발환경은 OGC 표준을 준수하고 있는 JBMap Suite의 geoWorks를 사용하여 구축하였다. 아래

그림은 geoWorks GIS엔진의 레이어 화면이다. geoWorks는 JAVA 서버 기반 서비스 플랫폼으로 개

발되어 리눅스(LINUX) 또는 윈도우(Windows) 서버에 쉽게 설치되어 월드 와이드 웹(World Wide

Web)과 유사한 지리공간 웹(Geospatial Web)을 통해 지리공간 데이터를 검색하고 다운로드 할 수

있는 서비스를 제공하는 엔진이다. 다양한 공간정보 콘텐츠를 지도 위에 표출하고, 스타일링 도구

를 통해 손쉬운 스타일링이 가능하여 사용자가 원하는 지도를 만들 수 있는 플랫폼이다. 사용자가

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구성한 내용은 다양한 목적의 서비스로 즉시 활용할 수 있다.

그림 3-3-9 geoWorks GIS 엔진 레이어 화면

그림 3-3-10 geoWorks 서비스 개념도

그림 3-3-11 WMS파라미터

사용예시

그림 3-3-12 WFS 파라미터

사용예시

geoWorks는 위 그림과 같이 서로 다른 서버의 공간자료를 벡터 기반으로 서비스 할 수 있는

OGC 표준의 클라이언트에 바로 지도이미지를 서비스할 수 있는 WMS(Web Map Service)와 클라

이언트에서 직접 렌더링 및 속성정보를 표출할 수 있는 WFS(Web Feature Service) 등의 표준 레

퍼런스 기능을 제공하여 실시간 이미지 및 벡터 지도서비스를 제공한다.

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표 3-3-17 geoWorks 특징 및 기능

특징(Features) 기능(Functions)

OGC 표준 적용다중 플랫폼 지원 (Windows, Linux, Unix)한 번의 요청으로 Multi Layer를 처리카토그래픽(Cartographic) CSS 스타일링 기술간편한 GUI 스타일링 도구

그룹(Group)개념의 Layer 관리실시간 지도 생성 스타일링 도구Restful API

위의 표는 geoWorks의 특징 및 기능에 대한 설명이다. geoWorks는 OGC 표준의 WMS와 WFS,

TMS 등의 표준 레퍼런스기능을 제공으로 다양한 데이터 포맷을 제공하여, Shape, Geotiff,

NetCDF, ArcGrid 등을 사용할 수 있다. 또한 응답시간을 최소화할 수 있는 Multi Layer, 심플하고

직관적인 Cartographic CSS 스타일링 기술과 GUI 스타일링 도구를 꼽을 수 있다. 확장성이 높은

Restful API 기능도 지원 가능하다.

그림 3-3-13 geoWorks GIS 엔진 API 지원 화면

본 과제에서는 GIS 엔진을 통해 배경지도 서비스, 도면 레이어 표출, 위치기반 검색 등에 활용하

고 있다. 이 때, 기 설명한 CSS를 통해 지도 형상에 대한 스타일링을 통해 이미지 렌더링 설정을

완료하고 실제 지도 뷰어에서 요청 시 WMS 인터페이스를 통해 전달하여 지도에 표출하게 된다.

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그림 3-3-14 설계 도면을 GIS에 적용한 화면

다. 데이터 수집 프로그램 개발

데이터 수집 프로그램은 통합모니터링 시스템에서 사용할 원시데이터에 대해 ETL(Extract

Transform Load)기능을 하는 프로그램이다. ETL프로그램으로는 Dell사의 Boomi, Microsoft 사의

SQL 서버 인티그레이션 서비스, SAP의 비즈니스 오브젝트 데이터 서비스 등이 있다.

모든 계측데이터가 DB화 되어있고 정규화 되어있다면 일반적인 ETL 프로그램으로 수집이 가능

하겠지만 본 과제에서 수집하는 계측데이터는 모두 형태가 달라 전용 프로그램을 개발하여 운용

하여야 했다. 따라서 다른 규격으로 저장된 데이터를 하나로 통합하기 위해 노반과 차상데이터의

수집을 위해 데이터베이스 동기화와 파일기반 구문 해석 모듈이 포함되어있다.

수집 프로그램은 원시데이터에 종속적이고 빠른 처리가 요구되고, Windows Server 2012에서 구

동이 가능하며 응용프로그램으로 개발을 목표로 하여 WinForm 기반의 프로그램으로 작성하였다.

표 3-3-18 수집프로그램 개발 환경

구 분 내 용 비 고

운용 OS Windows Server 2012 수집서버에 기 설치

개발 IDE Visual Studio 2017 프로그램 개발

개발 언어 C# 7.0 (.NET 4.7) -

UI 프레임워크 WinForm -

라이브러리 종속관리 NuGet -

소스 버전관리 Git (Gitlab) -

사용 라이브러리

ADODBCsvHelperDotSpatialGeoAPIMongoDB

NetTopologySuuiteNewtonsoft.JsonPowerCollectionsTDMSReaderuhttpSharp

노반계측서버접속궤도검측데이터 읽기공간정보 핸들링공간정보 핸들링MongoDB 사용공간정보 핸들링JSON 파일 파서

배열차상데이터 읽기시스템 서버 연계

(1) KP와 위치정보 매핑 알고리즘

수집프로그램에서는 계측데이터에 대한 적재 시에 KP와 좌표를 병행적재가 필수기 때문에 KP와

위치정보를 상호 교환하는 알고리즘의 구현이 필수이다. 이를 위해 GIS 개발 환경 구축 시 도면을

통해 추출한 좌표변환 매핑테이블을 활용하여 알고리즘을 구현하였다. 먼저 KP를 위치정보로 변

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환할 때에는 단위 선형의 시점과 종점을 통해 KP가 포함된 단위 선형을 찾는다. 이렇게 선택된

단위 선형에서 시점과 종점 사이의 KP값의 거리기준 위치를 찾고 그 위치에 해당하는 좌표값을

추출한다. 반대로 위치정보로 KP값을 변환할 때는 위치정보를 가지고 점과 선의 최단 거리가 가

장 가까운 단위 선형을 찾는다. 이후 단위 선형과 점의 최단 교차점을 추출한 후 거리 기준으로

상대 KP값을 추출하면 가장 인접한 KP 값이 추출된다.

그림 3-3-15 점과 선의 매핑

특히, 위치정보를 KP로 변환할 때에는 GPS 등에서 추출된 위치정보가 정확하게 선로선형에 매핑

되지 않기 때문에 가장 인접한 선형으로 매칭 하는 것이 중요하다. 이렇게 개발된 알고리즘은 C#

으로 먼저 개발되어 수집프로그램에서 사용하고, 서버 시스템으로 활용하기 위해 Java로 포팅하

여 재구현하였다. 모두 같은 데이터와 같은 알고리즘을 사용하기 때문에 양쪽 모두에서 활용할 수

있는 모듈로 구성하였다.

그림 3-3-16 임의점에서 KP값 추출 과정

(2) 노반 계측데이터

노반계측데이터는 지구환경전문가그룹에서 센서 데이터를 필터처리, 적산처리 등의 분석을 거친

후 데이터베이스에 적재된 후 파일로 저장된다. 해당 데이터를 실시간으로 데이터베이스의 내용을

동기화 하고 파일로 저장된 데이터에서 추출하여 통합 데이터베이스에 적재하는 역할을 수집 프

로그램에서 하고 있다. 먼저 실시간으로 저장되는 계측데이터의 경우 MS-SQL 서버에 저장되고

여기에 저장된 데이터와 통합DB와의 최근 적재 시점을 비교하여 동기화 되지 않은 데이터를 추출

한다. 추출된 데이터는 집계, 정재, 정규화 과정을 거쳐 통합DB에 적재한다. 이는 프로그램이 종료

될 때까지 반복하여 동기화한다. 이때, 이벤트 데이터의 경우에는 계측데이터의 양이 많기 때문에

통합DB의 적재 성능이 높아야 실시간으로 유입되는 자료를 저장할 수 있다. 이를 위해 통합DB에

Write를 할 때, 한꺼번에 모아서 적재하는 방식을 사용하고 있다. MongoDB에서는 이를 지원하는

BulkWrite 기능을 지원하며, 가장 효율이 좋은 200건씩 모아서 Write를 한다.

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그림 3-3-17 노반계측 수집 화면

그림 3-3-18 BulkWrite의 Batch Size별 처리시간

또한 MongoDB에 이벤트 계측데이터가 저장되는 Collection에 모든 단위 계측 결과를 Document

로 저장하면 그 양이 방대하여 오는 성능 저하현상을 방지하기 위해 동일시간에 동일 위치의 데

이터는 한 Document에 모아서 적재하도록 하였다. 이는 단위시간에 동시에 계측된 데이터가 30개

라면 30개의 값이 모두 하나의 Document에 저장되는 것이다. 이를 위해 단순히 데이터를 Insert

하는 것이 아니라 Update 하는 방식으로 저장하도록 하였고, Update할 때의 유일키는 시각값이

된다. 이를 통해 전체 Document의 수를 줄임으로써 시스템으로부터 조회 시에 성능 향상할 기대

할 수 있고, 계측데이터의 실제 물리 저장 공간에 대한 개선이 있다.

그림 3-3-19 Document의 최적화

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추가로 파일형태로 저장된 오래된 계측데이터의 경우 저장된 파일들을 계측서버로부터 일괄 다

운로드 한 후 구문해석을 통해 통합DB에 적재하도록 하였다. 원시데이터의 적재과정과 함께 트

리거에 의한 이벤트 계측 데이터는 시작시점과 끝시점의 검출을 통해 구간을 명시화 하고 각 구

간별 최소값, 최대값, 평균, 표준편차, Peek To Peek, RMS를 저장해두어 향후 상태분석에 용이하

도록 하였다.

(3) 차상 계측데이터

차상계측데이터는 차상가속도 계측데이터와 궤도검측데이터를 구문해석을 통해 정규화하여 통

합 DB에 적재하는 기능을 구현하였다. 차상가속도의 경우 TDMS(Technical data management

streaming)으로 저장되어 있어 이를 읽는 모듈을 통해 원하는 데이터를 추출한다.

차체가속도의 X,Y,Z 축과 윤축가속도 Y,Z축과 대차가속도 Y,Z축을 추출하고 계측시각, 속도, KP

값을 같이 추출한다. 각 단위 파일은 하나의 이벤트로 분류하여 향후 시스템에서 별도 조회가 가

능하도록 분리 저장한다. 또한 원할한 데이터 조회를 위해 100m 간격으로 평균, 표준편차 값 등을

구하여 별도 통계 값으로 저장한다.

궤도검측데이터는 한국철도공사로부터 제공받은 테스트베드 구간에 대한 Roger-1000k의 검측결

과값에서 TQI 값과 이와 관계가 있는 틀림값을 추출하여 통합 DB에 저장한다. 이때, 데이터에서

제공하지 않는 시각정보는 동일 시간에 같이 계측한 GPS 계측데이터와 위치동기화를 통해 시각정

보를 매핑하여 저장하도록 구현하였다.

각 차상 계측데이터는 위치/시각동기화를 통해 계측값과 함께 시각정보, 위치정보(KP, 좌표)를 포

함하므로 노반계측과의 연계와 차상계측간의 시계열 분석이 가능하도록 하였다.

(가) GPS 계측데이터와 차상계측데이터 동기화

GPS 계측데이터는 NMEA규격으로 저장되어 있어 이에 대한 구문 해석이 먼저 이루어져야 한다.

NMEA(NMEA 0183)은 시간, 위치, 방위 등의 정보를 전송하기 위한 규격으로 미국의 The

National Marine Electronic Association에서 정의한 규격이다. 이 데이터는 자이로컴퍼스, GPS, 나

침반, 관성항법장치(INS)에서 사용하고 있다. 이는 GPS 계측기로부터 시리얼통신을 통해 ASCII방식

으로 전송받으며, GPS Logger를 통해 수신 받아 저장하고 있다.

그림 3-3-20 KTX36호 상행선 계측시 NMEA 계측값 일부

이중 시각값은 표준시를 의미하고, 좌표값은 WGS84 경위도 값이 있어 추출이 가능하다. 이를

통해 최종적으로 시각, 경도, 위도, KP의 배열로 추출 할 수 있다. 이때, KP는 변환 알고리즘을 통

해 구한다. 차상데이터 계측데이터는 상대시각, 속도, 자체가속도, 대차가속도, 윤축가속도 값을 저

장한다. 이때 상대시각 값은 기준 시간으로부터의 지난시각을 0.001초 단위로 기록한 값으로 계측

시작시 시작시간을 표준시로 저장한 값과 대입하여 절대시각으로 환산한다. 이때, 계측데이터에

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없는 KP값을 구하기 위해 시각동기화를 수행한다. 시각 동기화는 GPS 계측데이터로부터 추출한

시각, 좌표, KP과 계측데이터의 시각을 매핑하여 최종적으로 계측데이터에 KP값을 부여하는 것이

다. 이때, GPS 계측데이터의 시각의 간격은 GPS의 장비 사양에 따라 다르며, 본 과제에서는 10hz

장비를 사용하여 시각이 0.1초 간격으로 저장되어있다. 1000hz의 간격으로 저장된 차상계측데이

터는 GPS계측의 단위시간 사이에 값이 존재하는데 이 경우에 좌표와 KP값은 선형보간법에 의해

보간하게 된다.

(나) GPS 계측데이터와 궤도검측계측데이터 동기화

궤도검측데이터의 경우 거리기준으로 기록하는 데이터로 KP값은 있지만 시각정보를 기록하지 않

는다. 이는 위의 차상계측데이터 동기화와 반대로 위치동기화 처리를 하였다. 위치동기화는 GPS

계측데이터로부터 얻은 시각, 좌표, KP값을 기준으로 KP값(위치값)을 매핑하므로 궤도검측데이터

의 계측시간을 부여하는 것이다. 이 경우 고속으로 운행하는 KTX36호에 비해 검측차의 운행 속

도가 느리고(약 130km/h) GPS 센서 오차 및 처리 지연시간에 따른 시각의 오차가 작아 오차범위

가 10m 내외이다.

(4) 시스템 연계

데이터 수집 프로그램은 전체 시스템의 안정성을 위해 별도의 프로그램으로 구축하였다. 관리주

체가 데이터를 갱신하기 위해서는 현재 수집 프로그램을 사용하여도 되지만 서버 접근에 대한 보

안 강화와 편의성 측면에서 통합모니터링 시스템과 연계하도록 지원하고 있다. 먼저, 통합모니터

링 시스템의 관리자메뉴에서 업로드 하고자 하는 계측데이터를 업로드 하면 특정 폴더에 데이터

를 저장하도록 하고, 수집 프로그램에 OpenAPI를 통해 저장된 경로와 메타데이터를 전달하면 수

집프로그램이 원격 작동하여 구문해석 및 적재를 수행한다.

라. 서버 시스템 개발

(1) 전자정부프레임워크 기반 시스템

전자정부 프레임워크란 공공사업에 적용되는 프레임워크 표준으로 각종 기능과 아키텍쳐를 제

공하며 재사용성과 품질향상, 표준화를 위해 개발되었다. 오픈소스 자바 프레임워크인 스프링 프

레임워크를 기반으로 제작되었으며 그 외에 UI/UX를 위한 기능과 각종 컴포넌트를 제공한다. 개

발환경, 실행환경, 관리환경, 운형환경 등이 제공된다. 현재 최신버전은 3.6.0이며 본 시스템에서도

최신버전을 사용하여 개발되었다. 다음 표 3-3-19에는 전자정부 프레임워크의 구성요소가 정리되

어있다.

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표 3-3-19 전자정보 프레임워크 구성요소

구분 기능 및 역할

실행환경전자정부 사업에서 개발하는 업무 프로그램의 실행에 필요한 공통모듈 등 업무 프로그램 개발 시 화면,서버 프로그램 ,데이터 개발 ,배치처리기능 개발을 표준화가 용이하도록 지원하는 응용프로그램환경

개발환경

전자정부 업무 프로그램의 개발에 필요한 환경 제공데이터개발도구, 테스트자동화도구, 코드검사도구, 템플릿 프로젝트 생성도구, 공통컴포넌트 조립도구, 맞춤형 개발환경 구성도구, 서버환경관리도구, 모바일용 표준 소스코드 생성도구, 모바일용 템플릿 프로젝트 생성도구, 모바일용 공통컴포넌트 조립도구, 모바일용 맞춤형 개발환경 구성도구, 서버용 개발환경(Windows, Unix 계열)설치, 배치템플릿프로젝트 생성도구, 배치작업파일 생성도구, 배치실행파일 생성도구 등

운영환경실행환경에서 운영되는 서비스를 운영하기 위한 환경제공(모니터링, 배포, 관리시스템 등) 배치환경을 운영하기 위한 환경제공(배치실행, 스케줄링, 결과모니터링 등)

관리환경 개발프레임워크 및 공통서비스를 각 개발 프로젝트에 배포 및 관리하기 위한 모듈

공통컴포넌트전자정부 공통컴포넌트는 전자정부 사업에서 응용SW 개발 시 공통적으로 활용하기 위하여, 재사용이 가능하도록 개발한 어플리케이션의 집합

모바일 디바이스 API

CoreAPI : 모바일 하이브리드 어플리케이션에서 모바일 디바이스 자원에 대한 직접적인 접근과 활용이 가능한 다양한 API 제공가이드 어플리케이션(앱) : 디바이스 API를 손쉽게 접근할 수 있도록 제공하는 디바이스 API의 활용 예제

모바일 디바이스 API 실행환경디바이스 어플리케이션이 웹 리소스 기반으로 구현 및 실행될 수 있도록 지원하는 응용 프로그램 환경 디바이스API, 자바스크립트 프레임워크, 하이브리드 프레임워크 등

모바일 디바이스 API 개발환경Android 기반환경에서의 디바이스 어플리케이션 개발을 위한 Eclipse 플러그인과 iOS 환경에서의 개발을 위한 Xcode내의 프레임워크 프로젝트로 구성되어 있다.

(가) 시스템 구성

서버 시스템은 스프링 프레임워크에서 제공하는 JSP(Java Servlet Page) View, Controller Class,

Service Class, DAO(Data Access Object) Class와 XML Bean 설정파일들로 구성되어 있다. 다음 표

3-3-20는 구성요소들을 정리한 표이다.

표 3-3-20 시스템 구성 요소별 기능 및 역할

구성 요소 기능 및 역할

Controller Class

컨트롤러 클래스는 클라이언트의 요청을 받아 동작하는 클래스로 HTTP 요청을 통해 사용자가 데이터를 요청하거나 페이지를 요청하면 서비스 클래스로부터 데이터를 가져와 클라이언트에게 제공한다. 클래스 별로 API를 위한 클래스와 JSP View를 제공하는 View를 위한 컨트롤러로 나뉘어 있다.

Service Class컨트롤러 혹은 기타 클래스로부터 요청한 데이터를 전달하는 클래스다. 자바의 인터페이스 형태 기능을 명시한 후 구현클래스를 통해 실제 코드가 구현된다. 구현된 클래스에서는 DAO 클래스로부터 데이터를 받아 전달한다.

DAO ClassDB나 스토리지에 저장된 데이터를 읽어 자바의 객체(Object)형태로 제공하는 클래스다. 본 시스템에서는 MongoDB로부터 클라이언트로부터 요청된 데이터를 가져와 가공한 뒤 제공된다.

JSP ViewJSP View에서는 화면을 정의하는 HTML과 Javascript, CSS등을 작성하고, 컨트롤러가 처리한 데이터를 화면에 표출한다.

XML BeanXML로 되어있는 Spring Bean의 설정파일이다. 각종 스프링의 클래스 설정과 DB접속, 페이지 접근관리등을 설정할 수 있다.

위의 표와같이 스프링 프레임워크로 구성된 서버시스템은 MVC(Model View Controller)라고 하는

소프트웨어 디자인 패턴을 사용한다. 이 방법은 사용자 인터페이스와 비즈니스 로직을 분리함으로

서 상호간 개발 코드의 영향을 줄이고 코드의 재사용성과 관리효율성을 높일 수 있는 장점이 있

다. MVC의 실제 구성은 개발 방법에 따라 달라지며 스프링 프레임워크에서는 클라이언트가 특정

페이지(View)혹은 데이터를 요청하면 컨트롤러가 요청을 받아 서비스 클래스에 데이터를 요청하고

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서비스 클래스는 DB와 직접 연결된 DAO클래스를 통해 DB로부터 데이터를 받아 자바 객체로 변

환하여 전달한뒤 컨트롤러는 데이터를 View에 적용하여 클라이언트에 제공한다. 클라이언트에게

제공되는 데이터의 형태는 컨트롤러에서 설정이 가능하며 일반 웹페이지(HTML) 혹은 제공 가능한

데이터 포맷에 따라 클라이언트에게 전달된다.

그림 3-3-21 서버시스템의 요청 프로세스

위 그림처럼 서버 시스템을 구성하는 이유는 View가 수정되거나 혹은 DAO가 수정되더라도 상

호간에 영향을 최소한으로 줄여 소모되는 시간을 줄이고 보다 체계적으로 시스템을 관리할 수 있

기 때문이다. 다음 표 3-3-21에서는 실제 서버에 적용된 클래스들의 기능을 정리하였다.

표 3-3-21 클래스별 기능 및 역할

클래스명 기능 및 역할

MainController 페이지 뷰(HTML)를 제공하는 컨트롤러 클래스

DataController OpenAPI를 통해 데이터(JSON)를 제공하는 컨트롤러 클래스

ExportController 코드기반 데이터 검색에서 파일 다운로드를 제공하는 컨트롤러 클래스

DataService 데이터 서비스 인터페이스

DataServiceImpl 데이터 서비스 구현 서비스 클래스

DataDAO DB로부터 데이터를 가져와 자바 오브젝트화 하는 클래스

컨트롤러의 구성은 3가지로 HTML페이지를 관리하는 MainController클래스와 Open API기능을

제공하는 DataController 클래스, 코드기반 데이터 분석 화면에서 제공하는 파일 다운로드 기능을

담당하는 ExportController클래스로 나뉜다. MainController는 특정 페이지(메인 페이지 등)의 요청

이 URL을 통해 들어오면 JSP를 사용하여 웹 페이지를 생성해 클라이언트에게 제공된다. 요청시에

파라미터가 있을 경우 파라미터를 DataService에 전달하고 DataService는 다시 DataDAO로 전달한

다. DAO클래스에서는 전달된 파라미터를 DB쿼리에 사용하여 원하는 데이터를 가져오고 이때 데

이터를 정렬하거나 데이터를 필터링하는 과정이 이루어진다. 데이터는 자바 객체화 하여 다시 컨

트롤러에 전달하고 컨트롤러에서는 객체화된 데이터를 바탕으로 웹 페이지를 작성한다.

DataController에서는 위에 과정중에서 웹 페이지를 생성하는 대신 JSON포맷으로 클라이언트에게

데이터를 전달한다. ExportController는 웹브라우저에서 바로 CSV파일을 다운로드 받을 수 있도록

하는 기능을 제공한다.

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(2) OpenAPI

OpenAPI(Open Application Programming Interface)는 해당서비스에서 누구에게나 제공되는 API로

서비스에서 제공하는 웹페이지 뿐만 아니라 다양한 환경에서 API를 이용해 서비스를 구현할 수

있다. 이를 통해 웹 브라우저 뿐만이 아니라 다양한 환경(서버, 클라이언트 프로그램 등)에서 API

를 활용 할 수 있다. 본 시스템에도 OpenAPI가 적용되어 있으며 DB로부터 측정 데이터를 가져올

때는 모두 이 API를 사용한다. OpenAPI의 구현은 DataController에 구현 되어있으며 제공되는 데

이터 포맷은 가장 많이 사용되고 있는 JSON(JavaScript Object Notation)으로 자바스크립트에서 사

용하는 객체이다. 다음 그림 3-3-22는 간단한 API요청과정을 나타낸다.

그림 3-3-22 API요청시 데이터 전달 과정

OpenAPI는 HTTP통신이 가능한 모든 클라이언트 혹은 서버에 데이터 제공이 가능하므로 본 시

스템에 구현된 UI뿐만 아니라 다양한 환경에서 서비스 제공이 가능하다. 다음 표는 시스템에서 제

공하는 API 목록이다.

표 3-3-22 API별 기능 목록

No. API URL 기능

1 /cmm/selectRoadBedInfoList.do 노반 계측기 정보 조회

2 /cmm/selectRoadStaticData.do 노반 Static 데이터 조회

3 /cmm/selectRoadEventList.do 노반 이벤트 목록 조회

4 /cmm/selectRoadEventData.do 노반 이벤트 데이터 조회

5 /cmm/selectOnboardList.do 차상 측정 목록 조회

6 /cmm/selectOnboardStatsData.do 차상 통계 데이터 조회

7 /cmm/selectOnboardStatsCyzData.do 차상 cy, cz 데이터 조회

8 /cmm/selectOnboardStatsTQIData.do 차상 TQI 데이터 조회

9 /cmm/selectOnboardData.do 차상 상세 측정데이터 조회

10 /cmm/selectSettleInfoList.do 측량 계측기 정보 조회

11 /cmm/selectSettleData.do 측량 상세 데이터 조회

12 /cmm/selectOnboardRoadbedData.do 노반, 차상 동기화 데이터 조회

13 /cmm/selectCalendarData.do 차량 운행이력 조회

OpenAPI의 API들은 서버 시스템의 DataController클래스를 통해 정의된다. API요청시에는 요청

URL과 파라미터가 필요하며 HTTP 요청을 통해 서버 시스템에서 요청 내용을 처리하여 반환 한

다. UI 시스템에서는 위 API로 데이터를 요청해 받아온 데이터를 통해 그래프를 표출한다. 다음

표 3-3-23는 API별 상세 파라미터 정보이다. 각 API별로 필수인 파라미터와 옵션으로 존재하는

파라미터가 있으며 일부 파라미터는 값을 설정하지 않으면 기본값을 사용하여 DB로부터 데이터를

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쿼리한다. 시간과 관련된 파라미터는 전부 년, 월,일, 시, 분, 초, 밀리초까지 검색이 가능하며 상

세 데이터 조회시 데이터 컬럼이 많아 데이량이 커지는 데이터들의 경우는 columns라는 파라미터

를 통해 원하는 데이터만을 조회할 수 있다.

표 3-3-23 API 기능별 파라미터 상세목록

No. 파라미터 명 파라미터 타입필수 여부

역할

1

sensorType String N노반 계측종류 입력(예 : 가속도계)

isDynamicOnly Boolean NEvent 데이터 조회 여부.Event 데이터 만 조회 할 경우 true,기본값 false

2sensorId String Y 노반 계측기 IDsts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 시작시간ets Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 끝시간

3sensorId String Y 노반 계측기 IDcount Integer N 이벤트 조회 건수

4sensorId String Y 노반 계측기 IDsts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) Y 시작시간ets Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) Y 끝시간

5type String N 차상 종류(KTX36, HEMU, 궤도검측)eventid Integer N 차상 계측 IDts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 계측일

6

eventid Integer Y 차상 계측 IDoffset Double N 시간 동기화 설정 값sts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 시작시간ets Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 끝시간

columns String N데이터 필드명 입력,(콤마)로 구분하여 다중입력 가능

7

eventid Integer Y 차상 계측 IDoffset Double N 시간 동기화 설정 값sts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 시작시간ets Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 끝시간

8

eventid Integer Y 차상 계측 ID

offset Double N 시간 동기화 설정 값

sts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 시작시간

ets Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) N 기간 검색시 끝시간

isAll Boolean N전체 구간 조회여부전구간 조회시 true, 테스트 베드 구간 조회시 false, 기본값 false

9

eventid Integer Y 차상 계측 ID

kp Double Y 입력한 KP의 200m 전후 검색

colunms String N데이터 필드명 입력,(콤마)로 구분하여 다중입력 가능

10 type String N측량 노반구분(지반, 원지반, TCL1, TCL2)

11 fieldId Integer N 측량 계측기 ID

12

eventid Integer Y 차상 계측 ID

columns String N ,(콤마)로 구분하여 다중입력 가능

offset Double N 시간 동기화 설정 값

realKp Double Y 입력한 KP의 200m 전후 검색

13sts Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) Y 시작시간

ets Date(YYYYMMDDHHmmssSSS) Y 끝시간

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마. UI 시스템 화면구성 시나리오

(1) 메뉴구성

호남고속철도 테스트베드 구간 통합모니터링을 위한 UI System은 기존의 Top-Down 방식이 아닌

화면 왼쪽에서 선택하여 대분류, 중분류, 소분류로 나눠 해당 기능들을 수행하는 방식의 형태로

변경하였다. 변경된 메뉴 구조는 표 3-3-24와 같다.

표 3-3-24 호남고속철도 테스트베드 통합DB 모니터링 시스템 메뉴 구성표

기존의 메뉴리스트를 모두 새롭게 변경하였으며, 메인화면을 제외하고 각 업무파트별로 크게 4

가의 파트로 나눠 구분하였다. 메인화면에서는 호남고속철도 테스트베드 구간의 GIS 기반의 위치

정도, 구조물 현황 및 선로일람약도, 보조프로그램(누적통과톤수 모니터링 시스템, 1차년도 통합

모니터링 시스템) 링크를 제공하고 통합 모니터링 정보에서는 계측기 및 계측위치별 지상, 차상,

지상/차상의 데이터 모니터링을 제공한다. 또한 데이터 검색에서는 통합 모니터링 정보에서 확인

한 데이터를 사용자가 취득할 수 있도록 다운로드 기능을 제공하며, 상태분석에서는 각 파트별로

수집된 데이터를 시간이력으로 분석하여 가공된 데이터를 사용자에게 제공한다. 통합DB 현황에서

는 수집되고 있는 DB의 현황과 차량운행이력, 작업보수이력을 제공한다. 호남고속철도 테스트베드

구분 대분류 중분류 소분류

1. 로그인

2. 메인화면2.1 누적통과톤수 2.1.1 해당 프로그램 로그인2.2 1단계 Data System 2.2.1 해당 프로그램 로그인

3. 통합모니터링 정보

3.1 지상 모니터링3.1.1 노반3.1.2 측량(침하)

3.2 차상 모니터링3.2.1 운행차량3.2.2 고속검측차(Roger-1000K)3.2.3 위치동기화 검증

3.3 지상/차상 모니터링3.3.1 차상모니터링3.3.2 지상모니터링

4. 코드기반 데이터 검색

4.1 노반4.1.1 표준성토노반4.1.2 연약지반노반4.1.3 접속부노반

4.2 차상4.2.1 KTX364.2.2 HEMU4.2.3 Roger-1000K

4.3 측량

4.3.1 지표침하4.3.2 원지반침하4.3.3 도상침하(T1)4.3.4 도상침하(T2)

4.4 환경소음4.4.1 방음벽 상단4.4.2 흡음블럭

5. 상태분석

5.1 노반5.1.1 표준성토노반5.1.2 연약지반노반5.1.3 표준성토노반

5.2 측량

5.2.1 지표침하5.2.2 원지반침하5.2.3 도상침하(T1)5.2.4 도상침하(T2)

5.3 궤도

5.3.1 고저틀림5.3.2 방향틀림5.3.3 궤간틀림5.3.4 수평틀림

6. 통합DB 현황6.1 계측데이터 현황

게시판 형태로 확인6.2 열차운행이력6.3 작업보수이력

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UI System 통합모니터링 시스템 구조도는 다음과 같다.

그림 3-3-23 호남고속철도 테스트베드 통합DB 모니터링 시스템 구조도

(2) 메인화면

메인화면 좌측에는 메뉴리스트가 있고, 화면 중앙에는 호남고속철도 테스트베드 구간의 지도와

구조물 현황, 선로일람약도를 표기하였다. 지도 상에는 계측지점 위치(K.P)와 주변의 위치정보를

GIS기반으로 위성지도, 일반지도, 회색지도의 형태로 변경할 수 있도록 구성하였다.

그림 3-3-24 UI System 메인화면 구성

메인화면구성에 대한 설명은 다음과 같다.

① UI System 메뉴트리

② 누적연간통과톤수 모니터링 시스템 Link

③ 1단계 통합 모니터링 시스템 Link

④ 로그아웃

⑤ GIS기반의 호남고속철도 테스트베드 구간 위치지도

⑥ 지도 변환 기능 (위성지도, 일반지도, 회색지도)

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⑦ 호남고속철도 테스트베드 구간 전체 구조물 현황

⑧ 호남고속철도 테스트베드 구간 선로일람약도

지도 상단에는 누적통과톤수 모니터링 시스템과 1단계 통합 모니터링 시스템을 연동하여 선택

시 해당 모니터링 시스템으로 들어갈 수 있도록 구성하여 기존 시스템과의 연계성을 확보하였다.

그림 3-3-25 누적통과톤수 및 1단계 통합 모니터링 시스템 메인화면

구조물 현황에서는 호남고속철도 테스트베드 구간의 선형경합개소, 침하량 초과개소, 토공쌓기,

토공깍기, 연약지반, 방음시설, 교량, 터널구간을 표기하여 테스트베드 구간 전체에 대한 사용자

가시성을 확보하였다. 선로일람약도를 오른쪽 하단에 추가하여 테스트베드 구간의 전체 구조물 위

치, 선형 등 모든 현황을 한눈에 볼 수 있도록 구성하였다.

(3) 통합 모니터링 정보

(가) 지상 모니터링

지상 모니터링 메뉴에서는 호남고속철도 테스트베드의 고정 계측지점인 표준성토노반(109K231),

연약지반노반(110K000), 접속부노반(120K650) 구간에 설치된 계측기에서 수집된 데이터를 그래프로

변환하여 사용자에게 가시화하는 메뉴이다. 또한, 고정계측지점 외에 측량(침하) 데이터 정보를 추

가하여 노반 인수인계 시점부터 현재까지 지표침하, 원지반 침하, 도상침하(T1,T2)의 경향을 알 수

있도록 화면을 구성하였다. 계측위치에서 고정계측지점 3개소 중 하나를 선택하게 되면 자동으로

그 지점에 매설되어 있는 계측기 종류가 분리되어 선택할 수 있게 된다. 사용자가 원하는 계측기

종류를 선택하게 되면 해당 계측기에서 수집된 데이터의 그래프가 표출되고, 계측기 측정 날짜와

시간이 표시되며, 해당 계측시간에 운행한 열차종류도 동시에 표기될 수 있도록 구성하였다. 지상

모니터링 노반분야의 구성화면 및 데이터 그래프 예시는 다음 그림과 같다.

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그림 3-3-26 통합모니터링 정보 – 지상모니터링 노반(표준성토노반) 화면구성 및 예시

통합모니터링 정보의 지상모니터링 노반분야 화명구성에 대한 설명은 다음과 같다.

① 계측위치, 계측종류, 계측목록, 측정일 및 측정시간 선택

② 계측기 설치도

③ 해당 구간 계측데이터 그래프 및 통과 시 열차종류 표시

지상모니터링 메뉴의 측량분야에서는 노반 인수인계 시점부터 최근 계측시점까지 노반의 침하

량을 모니터링 할 수 있는 메뉴이다. 모니터링 할 수 있는 침하의 종류는 지표침하, 원지반침하,

도상침하(T1, T2)가 있으며 4가지 종류의 침하계측에 대해 화면을 분할하여 한눈에 가시화할 수

있도록 시나리오를 구성하였다. 그래프 아래에는 메인화면에 있는 구조물 현황을 삽입하여 침하초

과개소를 확인할 수 있도록 하였다. 화면 오른쪽 오래 도면보기에서는 침하계측기 도면(평면도, 종

단면도, 횡단면도)을 삽입하여 사용자가 해당 계측기의 위치를 가시화 하였으며, 사용자가 원하는

위치를 그래프 상에서 선택하면 해당 구간의 침하량에 대한 시간이력 그래프를 표출하도록 구성

하였다.

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그림 3-3-27 통합모니터링 정보 – 지상모니터링 측량 화면구성

통합모니터링 정보의 지상모니터링 측량분야 화명구성에 대한 설명은 다음과 같다.

① 측량데이터 그래프 가시화

② 해당위치 시간이력 그래프 표시 (그래프 상 구간 선택 시)

③ 구조물 현황 표기

④ 측량(침하) 계측기 설치도면 표시 (평면도, 종단면도, 횡단면도)

(나) 차상모니터링

호남고속철도 테스트베드 구간을 지나가는 운행차량인 KTX, HEMU 차량을 선정하여 차량의 진

동가속도에 대한 데이터를 수집하는 분야이다. 이 메뉴에서는 선정된 운행차량인 KTX36호,

HEMU, 고속검측차인 Roger-1000K에서 수집되는 데이터 정보를 확인할 수 있다.

운행차량 KTX36호, HEMU 차량을 선택하면 수집된 데이터가 날짜별로 자동 추출되어 열차속도

기반의 차량의 차체, 윤축, 대차의 진동가속도가 표출되며, 표출된 그래프에는 차량의 승차감에 대

한 기준이 표시되어 있다. 또한, 수집된 그래프의 차량 운행시각도 표기되어 있다.

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그림 3-3-28 통합모니터링 정보-차상모니터링 운행차량 화면구성

통합 모니터링 정보의 차상모니터링 운행차량에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 열차종류, 측정목록, KP선택, 가속도 계측종류(대차, 차체, 윤축) 선택 영역

② 호남고속철도 테스트베드 구간 KP별 통과 속도 표시 영역

③ 승차감 기준 표시 및 구간별 승차감 지수 표시 영역

④ 선택된 위치 가속도값 그래프

고속검측차 분야를 선택하면 Roger-1000K에서 수집되는 궤도틀림 외에 궤도품질지수(T.Q.I)도

표출된다. 궤도 검측목록에서 고속검측차가 운행하여 검측된 날짜를 선택하게 되면, 해당날짜의

궤도틀림 및 궤도품질지수의 그래프가 표기된다.

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그림 3-3-29 통합 모니터링 정보-차상모니터링 고속검측차 화면구성

통합 모니터링 정보의 차상모니터링 고속검측차에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 궤도검측목록, 검측종류, 선택KP 선택

② 검측일자의 고저, 수평, 방향, 궤간의 T.Q.I 그래프 표시

③ 선택된 검측종류별 궤도틀림 데이터 그래프 표시

고속검측차량(Roger-1000K)에서 검측하여 수집된 데이터를 대상으로 궤도품질지수(T.Q.I)와 궤도

틀림 데이터 그래프를 가시화할 수 있으며, 검측종류로는 고저틀림, 수평틀림, 방향틀림, 궤간틀림

4가지의 틀림데이터를 활용하고 있다. 궤도품질지수(T.Q.I) 그래프 상에 사용자가 원하는 구간을

선택하면 해당 구간의 궤도틀림 데이터 그래프가 표출된다.

(다) 지상/차상 모니터링

지상/차상 모니터링 분야에서는 차상에서 계측된 진동 가속도와 고정지점인 노반에서의 위치를

GPS로 동기화하여 차량의 거동에 대한 노반의 상태를 파악할 수 있도록 하였다. 즉, 차상모니터링

과 지상모니터링을 서로 연계하여 차량의 동적거동특성과 노반에서의 궤도틀림, 침하의 데이터 상

관관계 분석이 용이하도록 구성하였다. 지상/차상 모니터링 메뉴에서는 차상 데이터 분야의 메뉴

를 먼저 선택하고 차상 데이터를 기반으로 지상 데이터의 위치와 날짜, 계측기 종류, 측량데이터

등 자동으로 분리되어 관련된 모든 데이터를 동시에 가시화 할 수 있도록 하였다.

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그림 3-3-30 통합 모니터링 정보-지상/차상모니터링 화면구성

통합 모니터링 정보의 지상/차상모니터링 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 열차종류, 측정구간, KP선택, 시험종류, 궤도검측목록 선택

② 호남고속철도 테스트베드 구간 KP별 통과 속도

③ 차상데이터와 연계된 궤도검측(틀림데이터) 표시

④ 차상데이터와 연계된 노반분야의 침하측량 모니터링

(4) 코드기반 데이터 검색

코드기반 데이터 검색 메뉴에서는 호남고속철도 테스트베드에서 계측되어 수집되는 모든 데이

터를 사용자가 원하는 파일형태로 추출할 수 있게 구성하였다. 통합모니터링 정보에서 가시화 되

었던 데이터를 내부적으로 인가받은 사용자에 한해서 수집된 자료를 다운로드할 수 있다.

사용자가 통합DB에서 원하는 데이터를 취득하고자 할 때 데이터를 효과적으로 취득할 수 있도록

통합DB에 저장시 데이터 코드명을 부여하였다. 이러한 통합DB의 코드를 바탕으로 구조물의 특성

과 위치정보, 계측기정보, 역할정도 등을 지정하고 모니터링 결과를 제공하기 위한 체계를 구성하

였다. 여기서 의미하는 데이터 코드화랑 데이터의 분류 및 조합이 쉽고 용이하게 수행하고 취득하

기 위해 사용하는 일종의 사용기호이며, 일정한 규직에 따라 정의된다. 이러한 코드의 오류를 방

지하기 위한 몇 가지 지침이 있다.

① 코드체계를 기억하고 입력하기 쉽게 설계

② 코드 책자를 명확하고 자세하게 작성하여 활용

③ 코드입력 담당자를 충분히 교육시키고 책임소재를 명확하게 함

④ 입력할 코드수가 많으면 전문적으로 코딩하는 사람을 활용

일반적인 코드설계의 순서와 정보의 흐름은 다음 그림과 같다.

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그림 3-3-31 코드 설계 순서와 정보의 흐름도

데이터 코드화에 대한 정의는 다음과 같다.

① 모니터링 결과에 대한 서비스를 위한 사용자 편의성 제공

② 차량의 연속데이터를 중심으로 지상과 측정위치 및 선로정보를 손쉽게 구별하고 이를 확인할

수 있는 체계

③ 지상부 측정 모니터링은 지속적으로 측정되기 때문에 사용자가 별도 요구시 데이터추출 가능

위 코드설계 순서에 따라 통합DB에서 활용하는 대상 항목들을 결정하여 영문화를 약어로 표현

하는 연상코드방법과 약자식 코드를 병행하여 쓰는 방법으로 채택하였다. 예를 들어 지상분야 고

정계측위치에서의 노반은 노반의 영문명인 “Road Bed”의 약자를 따서 “RB”라고 표현했다. 아

래 표는 지상분야, 차상분야, 모니터링분야 3가지로 나누어 코드 정의서를 작성한 표이다.

표 3-3-25 통합DB 코드 정의서

대분류 중분류　 중⦁소분류 소분류 코드명 비고

1. 지상 　 　 　 　

1.1 계측위치 (노반)

　 　 RB Road Bed

1.1.1 표준성토 　 RB-S Standard

1.1.2 연약지반 　 RB-P Poor

1.1.3 접속부 　 RB-C Connect

1.1.4 측량(침하) 　 LS Settlement(Sinking)

1.1.4.1 지표침하 LS-G Ground Surface

1.1.4.2 원지반침하 LS-N Natural Ground

1.1.4.3 도상침하 (T1) LS-T1 T1

1.1.4.4 도상침하 (T2) LS-T2 T2

1.2 구조물 　 　 SCStructureConstruction

1.2.1 토공 　 EW Earthwork

1.2.2 교량 　 BR Bridge

1.2.3 터널 　 TN Tunnel

- 104 -

노반, 차상, 측량, 환경소음의 4가지의 형태에서 사용자가 클릭하여 다운받을 수 있으며 기본적

으로 노반은 계측지점, 차상은 운행차량, 측량은 침하의 종류, 환경소음은 방음벽 상단장치와 흡음

블럭 2가지로 나눠서 원하는 카테고리를 클릭 시 자동으로 해당되는 파일이 생성되어 오른쪽 하

단 데이터 다운로드 박스를 선택하면 다운로드 가능하다. 데이터 검색 분야에서는 데이터값이 있

는 문서형태로만 추출 할 수 있고 선택된 데이터를 그래프형태로 UI System 상에 표출하는 것은

불가능하다.

1.2.4 궤도 　 TK Track

1.3 계측기 　 　 SS Sensor

1.3.1 표준성토 　 RB-S 　

1.3.1.1 토압계 EPR

계측기 약어 사용

1.3.1.2 가속도계 ACC

1.3.1.3 변형률계 (윤중) BSG-WL

1.3.1.3 변형률계 (횡압) BSG-LF

1.3.1.4 변위계 DIS

1.3.1.5 층별침하계 SSK

1.3.1.6 강수량계 RAM

1.3.1.7 함수량계 WTC

1.3.1.8 온도계 SYT

1.3.2 연약지반 RB-P 　

1.3.2.1 토압계 EPR

계측기 약어 사용

1.3.2.2 가속도계 ACC

1.3.2.3 변위계 DIS

1.3.2.4 층별침하계 SSK

1.3.2.5 간극수압계 WPR

1.3.2.6 지하수위계 WLM

1.3.2.7 지중경사계 IPI

1.3.3 접속부 　 RB-C 　

1.3.3.1 토압계 EPR

계측기 약어 사용

1.3.3.2 가속도계 ACC

1.3.3.3 변형률계 (윤중) BSG-WL

1.3.3.3 변형률계 (횡압) BSG-LF

1.3.3.4 부등침하계 DIS

1.3.1.5 층별침하계 SSK

1.3.1.6 강수량계 RAM

1.3.1.7 함수량계 WTC

1.3.3.8 궤도침하계 TRS

- 105 -

(가) 노반

그림 3-3-32 코드기반 데이터 검색-노반 화면구성

코드기반 데이터 검색의 노반분야에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 노반종류, 장기/이벤트 측정, 계측항목, 계측날짜 및 시간 선택 영영

② 연관데이터 검색 및 데이터 다운로드 영역

③ GIS기반의 위치정보 및 해당 계측항목 데이터 취득 현황

(나) 차상 및 측량

그림 3-3-33 코드기반 데이터 검색-차상 및 측량 화면구성

- 106 -

코드기반 데이터 검색의 차상 및 측량분야에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 차상데이터 검색 영역 (차량, 검측종류, 검측위치, 날짜 및 시간)

② 측량데이터 검색 영역 (침하종류, 검측위치, 날짜 및 시간)

③ 각 분야별 연관데이터 검색 및 다운로드 영역

(다) 환경소음

그림 3-3-34 코드기반 데이터 검색 환경소음 화면구성

코드기반 데이터 검색의 환경소음분야에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 환경소음분야 (방음벽 상단장치, 흡음블럭) 선택

② GIS기반의 방음벽 상단장치, 흡음블럭 설치 위치지도

③ 측정 및 분석보고서 개요

④ 방음벽 상단장치, 흡음블럭 소음 측정 및 분석시트(보고서) 표시

⑤ 분석시트(보고서) 다운로드

(5) 상태분석

상태분석 메뉴에서는 노반⦁궤도의 장기측정 DB를 확보하기 위한 성능평가를 위해 대푯값을 선

정하고 표출하는 분야이다. 계측기별로 로우데이터, 측정데이터, 분석항목을 도출하여 대푯값으로

선정할 수 있는 항목을 도출하였고 해당 계측위치에서 구간별 시간이력을 사용자에게 제공하도록

하였다. 상태분석의 노반분야의 대푯값 선정을 위한 단계별 분석표는 표 3-3-26과 같다.

- 107 -

표 3-3-26 노반분야 대푯값 선정을 위한 단계별 분석자료

구분 로우 데이터 측정 데이터 1차 분석데이터 2차 분석자료 비고

이벤트데이터

윤중 센서 윤하중윤하중(LFP, Zero)

누적통과톤수윤중 변동률열차종류열차속도

횡압 센서 횡압횡압(LFP, Zero)

탈선계수

토압계 토압노반압력(LFP, Zero)

깊이별 노반압력 KR C-14040 콘크리트궤도

변위계 탄성변위탄성변위(LFP, Zero)

깊이별 탄성변위호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차

가속도계 진동가속도진동가속도(LFP, Zero)

깊이별 진동가속도철도설계기준(2011) 8.6.3 참고치

장기데이터

지중경사계

경사량측방변위(변위 환산)

깊이별 측방변위

변위계 잔류침하량잔류침하량(누적변위량)

깊이별 잔류침하량

함수량계 함수비 함수비(무처리) 위치별 함수비간극수압계지하수위계

간극수압지하수위

간극수압(무처리)지하수위(무처리)

깊이별 간극수압지하수위

강우량계 강우량 강우량(적산) 강우량 고속철도 운전취급 세칙

EL-BEAM 변위/꺽임각부등침하량(변위환산)

접속부 단차(부등침하) KR C-08050 처짐

궤도 및 노반의 대푯값 산정에 대한 근거자료로 UIC 719R 에서는 콘크리트 슬래브의 경우 열차

하중으로 인한 탄성변위는 일반적으로 0.1 ~ 0.2mm 사이로 예측하고 있어 별도로 설계 또는 관리

기준을 두지 않고 있다. 다만, RTRI에서는 열차의 처짐각을 고려하여 허용치를 2.5mm로 제시하고

있다. 궤도 및 노반의 대푯값 산정의 근거는 다음 표와 같다.

표 3-3-27 궤도 및 노반 대푯값 산정 근거

측정항목 센서종류 측정항목 대푯값 대푯값 선정근거 관리기준치 관련근거

궤도

윤하중 윤중계최댓값의 일평균

균열을 고려한 재료의 허용

응력≦200kN

호남고속철도 테스트베드운영 계획 시험절차(‘3.10)

횡하중 횡압계최댓값의 일평균

균열을 고려한 재료의 허용

응력≦68kN

호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차(‘3.10)

탄성변위

변위계최댓값의 일평균

콘크리트의 허용 휨응력

≦1mm호남고속철도 테스트베드운영 계획 시험절차(‘3.10)

성토체(강화노반

상부노반

하부노반)

토압계 노반압력최댓값의 일평균

에 따른

허용압력

≦133.0kPa(강화노반)≦88.7kPa(상부노반)≦66.5kPa(하부노반)

KR C-14040 Rev0 4.(1)

층별침하계,측량

층별침하량 일평균레일체결장치의 고저조절 최대

허용폭≦25mm 철도설계기준 (2011) 4.3.4

가속도계 진동가속도최댓값의 일평균

슬래브의 공진 들림 방지를 위한 최대 진동값

≦9.8m/s철도설계기준 (2011) 8.6.3 참고치

원지반간극수압계

- 일평균`지하수위 변동으로 인한

자연침하- -

- 108 -

노반에 작용하는 최대허용압력은 최대값을 원칙으로 하고 있으며, 콘크리트 궤도의 침하 허용

한계치는 레일 체결장치에 의한 고저변위 조정대를 고려한 기준이다. 철도설계기준에서는 교량의

연직가속도 최대 허용기준을 0.5g로 정의하고 있으며, 이 기준은 교량 상판이 교각, 교대에서 들리

는 가능성에 대하여 안전율을 고려한 값이다. 토공노반은 교량과 경계조건이 상이하기 때문에 슬

래브의 틀림을 고려하여 1g(9.8m/s2)로 제시한다. 노반의 대푯값 산출방안은 아래 그림과 같다.

윤중센서

횡압센서

토압계

변위계

가속도계

지중경사계

함수량계

지하수위계간극수압계

강우량계

EL-BEAM

센서데이터(로우데이터)

측정데이터(1차분석데이터)

윤하중

횡압

탄성변위

①필터처리(LPF,BSP)

②제로셋팅

함수비

지하수위/간극수압

강우량(시간당)

측방변위

부등침하량

적산처리

분석데이터(2차분석데이터)

통과톤수

윤중변동율

충격계수

열차종류

열차속도

축중계산통과톤수계산처리

깊이별탄성변위

깊이별노반압력

깊이별진동가속도

노반압력

진동가속도

위치별센서조합

통과톤수(열차별)

대푯값

깊이별노반압력

충격계수(열차별)

누적통과톤수

깊이별탄성변위

깊이별노반진동

위치별함수비

위치별간극수압/지하수위

시간강우량

깊이별측방변위

접속부부등침하량

측량자료

잔류침하계산

침하량측량데이터

원지반침하량(중심선)

지표침하량(중심선)

TCL설계시공오차(상선,하선)

지표+TCL침하량((중심선)

위치별 TCL처짐량

위치별지표면침하량

그림 3-3-35 노반 계측기 및 분석 데이터별 대푯값 도출 방안

산정된 노반의 대푯값을 계측위치와 계측종류 기반으로 분석된 시계열 그래프 형태로 표출하여

관리기준 대비 최근 계측일까지의 계측데이터 경향에 대해 한눈에 확인 할 수 있도록 하였으며,

필요에 따라 아래 그림과 같이 고정지점 3곳 (표준성토노반, 연약지반노반, 접속부노반)을 기반으

로 계측종류를 최대 4개의 그래프를 동시에 표출할 수 있도록 구성하였다.

또한, 깊이별로 다르게 매설된 계측기를 분류하여 계측기 매설 심도에 따라 취득되는 데이터값의

경향에 대해서도 분석할 수 있도록 하였다.

(가) 노반

상태분석 메뉴의 노반분야에서는 노반(표준성토노반, 연약지반노반, 접속부노반), 측량(지표침하,

원지반침하, 도상침하T1,T2)로 나누어 각각의 대푯값을 선정하여 해당 계측위치에서 구간별 시간

이력 그래프를 사용자에게 제공하도록 하였다.

그림 3-3-36 상태분석-노반 화면구성

- 109 -

상태분석의 노반분야에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 계측위치와 계측종류 선택

② 사용자 필요시 그래프 추가 선택

③ 상태분석 노반분야 데이터 그래프 표출 (범례포함)

계측위치에는 고정지점 3곳(표준성토노반, 연약지반노반, 접속부노반), 계측종류에는 계측기별로

분석된 시계열 그래프와 각각 다른 위치에 매설되어 있는 계측기의 심도별 그래프를 선택할 수

있다.

(나) 측량

측량분야에서는 노반 인수인계 시점부터 현재까지 침하량을 시계열로 분석하여 나타내는 것으

로 철도설계기준에 맞는 각각의 기준치를 삽입하여 사용자 판단에 도움을 줄 수 있도록 구성하였

다. 호남 테스트베드에서 시행중인 측량은 지표침하, 원지반침하, 도상침하(T1, T2)이며, UI

System 상에서 한눈에 볼 수 있도록 사용자 가시성을 확보하였고 사용자가 원하는 침하량의 기준

값을 텍스트로 삽입할 수 있도록 구성하였으며, 표출된 그래프에서 원하는 지점 선택 시 해당 구

간에 대한 시간이력의 그래프를 팝업형태로 표출할 수 있도록 하였다.

그림 3-3-37 상태분석 – 측량 화면구성

상태분석의 측량분야에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 지표 침하 사용자 텍스트 기입

② 원지반 침하 사용자 텍스트 기입

③ 도상침하(T1) 사용자 텍스트 기입

④ 도상침하(T2) 사용자 텍스트 기입

⑤ 침하량 그래프 상 원하는 지점 선택시 표출되는 시간이력 그래프 영역

초기화면에서는 현장에서 계측되어 수집된 침하항목 4가지의 그래프가 동시에 표출되며 사용자

가 원하는 침하량을 텍스트로 기입하면 기입한 침하량보다 큰 값의 침하량이 강조되어 나타나게

된다. 또한 사용자가 원하는 위치를 그래프 상에서 선택하게 되면 해당 위치의 시간이력 그래프가

- 110 -

팝업형태로 가시화되어 호남고속철도 테스트베드 완공 시 매설했던 시기부터 가장 최근 계측일까

지의 침하 경향을 확인할 수 있다.

(다) 궤도

궤도분야에서는 궤도에서 검측되는 4개소(고저틀림, 방향틀림, 수평틀림, 궤간틀림)의 궤도품질

지수(T.Q..I)를 기반으로 도상침하(T1, T2), 가속도값(대차, 차체, 윤축), 해당 궤도품질지수(T.Q.I)의

궤도틀림값을 동시에 표출하여 같은 구간에서의 데이터 값에 대한 경향을 파악할 수 있도록 구성

하였다. 관련 기준이 있는 데이터에는 기준선을 삽입하여 기준값 초과에 대한 여부도 판단할 수

있고, 사용자가 원하는 기준값도 텍스트 형태로 삽입하여 표시할 수 있도록 하였다. 표출된 그래

프 상에서 원하는 구간 선택 시 그 구간에 대한 시간이력의 그래프를 팝업형태로 구현하여 데이

터값이 증가 또는 감소 경향을 보이고 있는지 판단이 가능토록 구성하였다. 특히, 향후 주행안정

성 데이터와 연계시킬 수 있도록 해당 구간의 대차, 차체, 윤축 가속도를 표출하였다.

그림 3-3-38 상태분석 – 궤도 화면구성

상태분석의 궤도분야에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 검측종류(고저, 방향, 궤간, 수평틀림), 검측목록(궤도), 계측종류(가속도), 계측목록(가속도),

KP(해당 위치) 선택

② 차트정렬 선택

③ 검측종류 선택 시 해당 검측종류의 T.Q.I 그래프 표시

- 기준치 사용자 텍스트 기입

④ 구조물 선택(선형경합개소, 침하량초과개소, 토공쌓기, 토공깍기, 연약지반, 방음시설, 교량, 터

널)

– 선택 시 그래프 상에 표시됨

⑤ 도상침하(T1, T2) 선택

⑥ 계측종류 선택 시 그래프 표시 (가속도값)

⑦ 검측종류 선택 시 해당 검측종류의 궤도틀림 그래프 표시

- 기준치 사용자 텍스트 기입

⑧ 표출된 그래프 상 원하는 구간 선택 시 해당 구간 시간이력 그래프

- 111 -

(6) 통합DB 현황

통합DB 현황 메뉴에서는 호남고속철도 테스트베드에 설치된 모든 계측기에서 수집된 데이터 수

량과 차량운행이력, 작업보수이력을 한눈에 볼 수 있는 메뉴이다.

(가) 계측데이터 현황

계측데이터 현황에서는 계측기가 설치된 모든 분야의 데이터의 총계를 나타내며 각 분야별 마

다 계측되어 수집된 데이터의 개수가 하단에 표출되어 있다. 전체 현황판은 다음 그림과 같다.

그림 3-3-39 통합DB 현황-계측데이터 분야 화면구성

현재까지 호남고속철도 테스트베드 구간에서 계측되어 수집된 모든 데이터의 축적현황이 표출

되며 날짜 및 시간별로 상세현황을 가시화하도록 구성하였다. 통합DB 현황의 계측데이터 분야에

대한 화면설명은 다음과 같다.

① 수집되고 있는 계측데이터 현황 (분야별 총계)

② 차상에서 계측되고 있는 시간별 데이터 현황

(나) 차량운행 이력

통합DB 현황메뉴의 차량운행 이력 분야에서는 호남고속철도 테스트베드 구간을 운행한 모든 차

량의 날짜 및 시간별 이력을 가시화하였고 각각의 차량종류는 색상으로 구분하였다. 빨간색은

HEMU, 파란색은 KTX, 초록색은 KTX-산천, 검정색은 검측차량, 연두색은 기타로 나타내었다. 운

행일지 형태로 테스트베드 구간을 통과한 차량의 종류와 횟수를 알 수 있는 분야이다. 차량운행

이력에 대한 화면설명은 다음과 같다.

① 운행이력 날짜 선택

② 색상별 차량종류 및 운행이력

- 빨간색 : HEMU

- 파란색 : KTX

- 초록색 : KTX-산천

- 검정색 : 검측차량

- 연두색 : 기타

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그림 3-3-40 통합DB현황-차량운행 이력 분야 화면구성

(다) 작업보수 이력

통합DB 현황의 작업보수 이력에서는 게시판 형태로 현재까지 작업보수를 진행한 이력을 사용자

가 확인할 수 있는 분야이며, 작업보수를 진행한 기관에서 직접 보고서 형태로 업로드하도록 구성

하였다. 이 분야에서는 과거부터 현재까지 어떠한 보수를 진행하였는지에 대한 정보가 나와 있으

며 작업보수 내역을 DB형태로 수집할 수 있다. 통합DB에 수집하고자 하는 작업보수 이력은 표

3-3-28과 같다.

표 3-3-28 통합DB 현황-작업보수이력 분야 작업보수 내역 구성

작업보수 내역

1. 장대레일 재설정 2. 레일체결장치 보수 3. 침목보수 4. 콘크리트도상 균열보수

5. 시공기면 정리 6. 비탈면 보수 7. 구조물 전후 보수 8. 낙석우려개소 보수

9. 수해우려개소 보수 10. 배수 11. 배수로 정비 12. 제조

13. 도보순회 14. 보안 15. 조사 16. 궤도검측 인력점검

17. 노반점검 18. 콘크리트침목 균열점검 19. 선로구조물 점검 20. 콘크리트도상 균열점검

21. 레일점검 22. 기타 선로점검 23. 기타 작업

바. UI 시스템 개발

통합모니터링 시스템은 접근성이 용이하게 개발하기 위해 웹기반 프로그램으로 개발하였다. 계측

시스템 운용 시에 대부분 응용프로그램으로 개발을 하거나, ActiveX로 개발된 프로그램을 Internet

Explorer에 올려 사용하는 경우가 많으나 HTML5 표준으로 개발을 할 경우 운영체제와 브라우저

에 상관 없이 언제 어디서나 접근이 가능하다는 장점이 있다. 물론 모니터링 시스템에 접근시 추

- 113 -

가로 설치하는 어떠한 프로그램도 없다. 이를 위해 UI 시스템은 HTML5, Javascript, CSS3를 이용

해 반응형 웹으로 제작되었으며 사용된 핵심 UI 프레임워크들로는 전체적인 화면구성에 사용되는

Bootstrap과 GIS기능과 지도 표출을 위한 Openlayers, 그래프 표출을 위한 AmChart가 사용되었다.

본 절은 각 각 프레임워크에 대해 설명하고, 화면 구성 방법에 대해 기술한다.

(1) 프레임 워크 및 라이브러리

(가) Bootstrap

부트스트랩은 트위터에서 사용되는 디자인과 기능들을 CSS와 자바스크립트 기술을 구현한 집합

체로 웹 디자인 프레임워크이다. 화면배치를 위한 레이아웃과 버튼, 이미지, 아이콘 등의 요소와

각종 웹에서 사용되는 기능들이 구현되어 있는 프레임워크이다. 오픈소스이기 때문에 디자인과 기

능수정이 용이하고 가장 큰 장점은 반응형 웹을 빠르게 구현이 가능하다. 다음 그림은 모니터링

시스템의 메인화면이다.

그림 3-3-41 부트스트랩을 통한 화면구성

반응형 웹은 웹에 장점은 접속하는 기기에 맞춰 화면이 구성되는 웹 디자인 기법으로 PC와 모

바일기기 별로 페이지를 따로 만들지 않고 구성이 가능하다. 필요에 따라 디바이스별 화면구성이

가능하고 거의 대부분의 웹 브라우저들을 지원한다. 다음 그림들은 다른 기기에서 위 그림과 같은

화면을 봤을 때 모습이다.

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그림 3-3-42 저해상도(노트북) 화면에서 본 화면구성

그림 3-3-43 모바일 기기(안드로이드)에서 본 화면구성

이처럼 화면크기에 맞춰 UI가 변화되도록 디자인하여 접속한 디바이스에 맞춰 화면을 구성할 수

있도록 레이아웃을 디자인한 것이다. 반응형 웹을 처음부터 제작할 경우 여러 디바이스와 웹브라

우저 등을 고려해야하기 때문에 제작 시간이 오래 걸리지만 Bootstrap 프레임워크에서는 이러한

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반응형 웹 구성을 위한 기본 구성을 모두 갖추고 있기 때문에 보다 빠르게 반응형 웹을 구축할

수 있다. UI 시스템은 Bootstrap을 활용하여 개발되어 별도의 화면사이즈의 제약을 최소화 했다.

(나) Openlayers

Openlayers는 웹에서 지도를 볼 수 있도록 해주는 오픈소스 Javascript 라이브러리다. Bootstrap과

마찬가지로 반응형 웹을 지원하여 디바이스에 상관없이 지도를 표출 할 수 있으며 GIS와 관련된

각종 부가기능을 제공한다. 또한 GIS서버로부터 데이터를 제공받아 원하는 스타일을 설정하여 지

도에 데이터를 표출 할 수 있다.

그림 3-3-44 HTML5와 Javascript를 사용한 Openlayers 웹맵 라이브러리

본 시스템에서는 GIS 서버로부터 전달받은 위치정보 데이터를 통해 노선 설계도 표출 및, 센서

의 실제 위치 표출 기능을 구현하였다. 다음 그림은 시스템에서 사용한 데이터 표출화면이다.

이처럼 측정데이터의 측정 위치 정보를 지도에 표출하여 실제 측정위치를 바로 확인이 가능하

다. 즉, 차트와는 다르게 2차원 위치정보를 가시화하는 모듈이다. GIS 서버 환경 구축 시 미리 생

성해놓은 설계 도면 자료와 노반계측기의 각 위치 정보를 포함하여, 분석보고서에 첨부되어있는

KP 정보 등에서 얻은 위치정보를 토대로 해당 위치의 지도와 설계도면을 확인할 수 있어 모니터

링하는 위치에 대한 지리적인 인지를 가능하게 한다.

(다) AmChart

AmChart는 웹에서 차트를 볼 수 있게 해주는 Javascript 라이브러리다. 다양한 형태의 그래프

그림 3-3-45 통합모니터링 시스템 지도 표출 예

- 116 -

를 지원하며 그래프 확대, 축소 및 그래프의 원본 데이터를 다운로드 하거나 차트를 이미지 형태

로 다운로드 할 수 있다. 다른 차트 라이브러리보다 대용량 그래프 표출이 용이하고 성능이 뛰어

나다. 다음그림들은 본 시스템의 데이터를 이용한 차트들이다. 그림 3-3-46의 시리얼 차트는 주

로 통합 모니터링 정보에서 사용되었으며 각종 계측정보를 표출하는데 사용하였다. 그림 3-3-47의

XY 차트는 상태분석에서 시계열 정보를 표출하는데 사용하였다. 그림 3-4-48의 간트차트는 구조

물 현황 정보를 표출하는데 사용되었다. 이처럼 다양한 형태의 데이터를 표출이 가능하며

AmChart 또한 반응형 웹을 지원하여 디바이스에 맞춰 그래프를 표출할 수 있다.

그림 3-3-46 AmChart 시리얼 차트

그림 3-3-47 AmChart XY 차트

그림 3-3-48 AmChart Gantt 차트

(라) GridStackJS

GridStackJS는 웹에서 레이아웃의 사이즈를 자유롭게 조절할 수 있는 오픈소스 라이브러리다. 정

해진 영역 내에서 레이아웃의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다. UI 시스템에서 사용자가 다양한

분석 결과를 한 화면에 비교하여 확인이 가능하도록 상태분석 화면에서 사용되었고 Bootstrap의

레이아웃에 결합하여 사용되었다. 또한 버튼을 통해 정렬기능을 추가로 구현하였다.

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그림 3-3-49 GridStackJS를 사용한 화면

(2) 그래프 조회 프로세스

각각 화면에서 데이터를 가져와서 그래프에 표출하는 프로세스는 크게 파라미터 선택, 서버 API

에 데이터 요청, 서버 시스템이 DB로부터 데이터를 조회 및 가공, 요청자에 데이터 전달, 데이터

표출로 5가지로 볼 수 있다. 데이터 요청 시에는 Javascript의 AJAX기술을 사용하여 API 통해 데

이터를 요청하며 응답받은 데이터는 JSON(JavaScript Object Notation)행태로 AmChart에서 차트를

그릴 때 이 데이터를 사용한다.

그림 3-3-50 API요청을 통한 그래프 출력 프로세스

이러한 프로세스는 서버로부터 웹기반 UI시스템의 예시이며, 응용 프로그램이나 모바일에서도 동

일한 과정을 거쳐 계측데이터를 조회할 수 있는 형태이다.

(가) 노반 계측데이터 조회

노반 모니터링에서는 데이터를 조회하기 위해 계측위치의 KP값을 파라미터로

selectRoadBedInfoList API에 노반 계측기 정보 목록을 조회하여 해당 위치의 계측기 정보 목록을

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가져온다. 이때 이벤트 데이터가 존재하는 데이터의 경우와 아닌 경우로 나뉘는데 각각 요청하는

API의 URL이 다르다. 이벤트 데이터가 존재할 경우에는 가져온 계측기 정보에서 id값을 파라미터

로 selectRoadEventList API에 이벤트 목록을 조회하면 해당하는 계측기의 측정 이벤트 목록을 받

을 수 있다. 원하는 측정이벤트의 시작 시간값과 끝시간 값을 계측기 id와 함께

selectRoadEventData API에 요청하면 해당되는 실제 측정 데이터를 사용자에게 전달한다. 이벤트

데이터가 없는 계측기의 경우에는 selectRoadStaticData API에 계측기 id를 파라미터로 보내면 일

별 측정데이터를 조회한다. 데이터는 오름차순 정렬하여 전달되며 AmChart로 차트 그래프를 그리

게 된다.

그림 3-3-51 selectRoadEventData API 프로세스

측량 모니터링은 selectSettleInfoList API를 통해 KP별 측량 계측 정보를 가져와서 각각 지표, 원

지반, TCL1, TCL2로 노반구분에 따라 데이터를 나눈뒤 KP별 측정데이터를 차트에 표출하고 화면

에 표출된 차트를 클릭하면 클릭된 위치의 KP값으로 측량 계측 정보에서 일치하는 값을 찾아 해

당 계측 정보의 fieldid 값을 파라미터로 selectSettleData API를 통해 요청하면 해당 지점에 해당하

는 일별 계측 정보를 받아서 그래프로 표출한다.

운행차량 모니터링에서는 KTX, HEMU중에 type 파라미터를 선택해 selectOnboardList API를 통해

측정목록을 조회할 수 있다. 고속검측차 모니터링은 type 파라미터를 고속검측으로 조회한다. 측

정(혹은 검측) 목록별로 eventid가 존재하며 이것을 파라미터로 selectOnboardStatsData API를 통해

서 데이터를 조회하는데 데이터는 평균데이터로 테스트 베드 구간(100K00~128K000)을 조회하며

그래프는 KP별 속도 그래프를 그린다. 화면상에서 이 속도 그래프를 클릭하거나 KP를 직접 입력

하여 해당 KP의 앞뒤 200m의 상세 데이터를 selectOnboardData API를 통해 조회한다. 요청 파라

미터로는 eventid, ts, kp, colums가 있고 ts값은 앞서 가져온 평균데이터에서 해당 kp에서의 측정

시간 값이며, colums는 상세데이터에서 가져올 DB 필드명이며 화면상에서는 계측 종류에서 선택

한 값이 포함된다.

지상/차상 모니터링에서는 평균데이터를 통해 속도 그래프를 그리는 과정 까지는 동일하다. 대신

속도 그래프에서 KP를 선택할 때 selectOnboardData API 대신 selectOnboardRoadbedData API를

이용하며 파라미터는 동일한데 offset파라미터를 추가로 입력할 수 있다. KP값이 노반계측지점

(109K231, 110K000, 120K650)과 인접한 지점이면 추가로 노반그래프를 표출하는데 이때 offset파라

- 119 -

미터를 하고 침하그래프 또한 가장 가까운 KP값을 찾아 표출한다.

코드기반 데이터 검색에서는 측정 데이터를 다운로드 할 수 있다. 서버 시스템에 요청이 들어오

면 설정한 데이터를 조회하면서 바로 다운로드가 시작된다. UI에서 파라미터 설정후 다운로드 버

튼을 클릭하면 웹 브라우저 상에서는 다운로드 창이 나타나며 서버에서는 조회하면서 데이터 읽

어 즉시 요청자에게 보낸다.

그림 3-3-52 selectForRoadbedExport API 프로세스

데이터 검색에 사용하는 API는 CSV파일을 전달하며 노반의 경우 selectForRoadbedExport API를

사용하며 파라미터로 kp와 이벤트 데이터 여부, 계측목록, 열차운행 목록과 측정일을 파라미터로

사용하고 측량의 경우 selectForSettleExport API를 사용해 노반구분, 날짜, kp를 파라미터로 사용

한다. 차상의 경우 selectOnboardExport API를 사용해 차량구분, 계측종류, 계측일, kp를 파라미터

로 사용한다.

통합DB현황의 계측데이터 현황에서는 각 계측기 별 측정건수를 계산하는데 노반의 경우는 이벤

트데이터가 존재하는 경우는 발생한 이벤트를 건수로 계산한다. 차량 운행 이력에서는 실제 운행

되는 차량이력을 조회 가능하다. 운행여부의 판단은 표준성토노반(109k231)의 통과톤수의 값을 가

지고 판단한다. 값이 명확하지 않아 판단이 불가능한 값의 경우에는 기타로 표기한다. UI상에서

운행이력을 선택할 경우 노반측정이력과 차상측정이력의 목록을 보여준다. 노반의 경우 목록에서

보기 버튼을 클릭했을 때 해당 날짜의 노반모니터링 화면으로 넘어가며 이때 파라미터로 계측기

id와 계측시간의 timestamp값을 추가해 노반 모니터링 페이지에 접속하면 해당 계측기 정보를 확

인할 수 있다. 노반 모니터링에서는 차량운행이력이 존재할 경우 화면에 표시되며 차량 운행이력

페이지에 id와 계측시간 timestamp값을 파라미터로 추가하면 UI상에서 해당 날짜로 화면이 전환되

고 파라미터로 입력한 노반측정 정보가 표시된다. 차상의 경우도 마찬가지로 차량 운행이력에서

선택한 시간과 일치하는 데이터가 존재하면 보기 버튼을 클릭해 차상 모니터링으로 이동하며 열

차종류와 eventid를 파라미터로 넘겨주면 해당 측정목록을 바로 보여준다. 차상 모니터링에서도

운행이력이 표출되며 클릭시 eventid와 계측시간 timestamp값을 파라미터로 넘겨주면 해당날짜에

관측목록이 표출된다.

- 120 -

절 지상 차상모니터링 시스템 구축 및 장기거동 평가4 . /

1. 개요

선행 연구사업에서는 호남고속선 테스트베드 구간에서 급 인프라의 성능검증과 이 400km/h

를 통해 설계기준 안 을 수립하기 위한 목적으로 모니터링 시스템 구축하였다 이후 본 연구( ) .

기간에서는 고속선 운영구간이기 때문에 기존 설치된 노반 모니터링 개소와 운영중에 연속적

으로 계측되는 궤도검측데이터와 차상가속도 등을 추가로 계측하여 장기적 변화거동을 평가

하였다 차적으로 기존 지상에 설치된 지상모니터링 시스템을 복구시키고 매설된 센서를 기. 1

반으로 궤도노반에 대한 장기거동을 평가하였으며 현장 침하 를 분석하여 현 설계기준으로 , DB

건설된 시스템의 성능을 장기적으로 평가하고 침하 관련 기준을 분석하였다 또한 포인트 측.

정방법 은 일부 개소에서의 궤도 성능평가 및 취약개소를 평가하는 방법으(Point measuring)

로 많이 사용하고 있지만 테스트베드 전 구간에 대한 평가하기가 어렵기 때문에 전 구간을

연속적 측정할 수 있는 방법으로 열차주행안전성 평가를 하고 있는 차상 진동가속도 계측과

고속검측차량을 통해 궤도틀림 정보를 이용하여 궤도의 상태변화를 측정하였다 .

지상 모니터링 시스템 구축 2.

가 지상 모니터링 시스템 복구 및 구축.

토공노반 궤도 장기 모니터링의 목적은 노반 궤도 장기 측정 확보 및 성능평가 설계 / · DB ,

잔류침하량의 정확도 향상에 있다 성능평가 항목은 침하 변위 압력 진동 함수비 등이다. , , , , .

또한 노반모니터링 개소에 윤중게이지를 통한 누적통과톤수 산정과 차상측정시스템과 다른

다양한 시스템과의 위치동기를 위하여 지상부에 수신기를 설치하고 서버에 표준시GPS DAQ

간으로 세팅하여 열차 응답신호로부터 오차율을 산출하여 이를 위치 와 동기화할 수 있(KP)

는 시스템을 구축하였다.

표 은 건설당시에 설치한 기존 모니터링 시스템 현황이다 토공 노반의 성능평가를 3-4-1 .

위해 사용된 측정 시스템은 사에서 제작한 개 개 등이CAMPBELLSCI CR9000X 3 , CR1000 3

다 인입 전원은 이며 통신은 유선 인터넷 또는 무선 인터넷 망이다 측정. AC220V , KT LTE .

방식은 인터넷망을 이용한 원격 자동화 모니터링이다 측정 즉시 데이터는 서버로 전송되어 .

저장되고 분석은 서버에 저장된 데이터를 이용하여 수행한다.

표 기존 토공노반 모니터링 시스템 현황3-4-1

측정위치

데이터 수집 장치

통신방식 측정 방식모델명

제조사( )수량

표준성토노반

(109k231)

CR1000

(CAMPBELLSCI)

CR9000X

(CAMPBELLSCI)

1

1

유선 인터넷

인터넷 사용(KT )

원격 자동화 모니터링

측정즉시 통신을 통해 원격 서버로 저(

장됨 분석은 서버에 저장된 데이터를 .

이용하여 수행)

연약지반노반

(110k000)

CR1000

(CAMPBELLSCI)

CR9000X

(CAMPBELLSCI)

1

1

무선 인터넷 LTE

망 사용(SK )

접속부노반 CR1000 1 유선 인터넷

- 121 -

표준노반은 건설공정과 접근가능여부 등을 고려하여 중 108k620 110k368(L=1748m)∼

을 선정하였다 해당 표준노반은 현재 고속철도 표준단면으로 성토높이 이며 109km231 . 9.20m

원지반의 구성은 이상 풍화토의 두께는 이다N>10 , 5.6m .

표준성토 노반 단면에 설치된 센서는 그림 과 같다 표 는 표준성토노반의 3-4-1 . 3-4-2

센서위치와 수량이다 토압계 가속도계 함수량계는 외측 레일 직하부에 매설되어 있으며 변. , , ,

위계 및 층별침하계는 중앙에 설치되어 있다TCL .

137

389

606

2345

800

풍화암 1,000이상확보

9209

2000

3000

풍화암 1,000이상확보

9209

3000

하부노반

상부노반

강화노반HSBTCL

원지반

6000 2000

6000

도 면 명 분야별책임자 실무책임자 실 무 자 축척 1:100 도면번호(주)지구환경전문가그룹 한 상 재 김 기 수 신 상 범

전답토

풍화토

풍화토

0.5

5.6

21.0

13/3015/3020/3020/3022/30 8/3014/3016/3026/3030/3035/3037/3038/3034/3042/3042/3045/3048/3050/2350/1650/15

가속도계(0.5g) 3ea 상부 노반

RM-001

(GP)

EL=119.1EL=118.6EL=118.2

EL=116.106

2000

2000

설 치 위 치기 호

토 압 계

가속도계(2.5g)

수 량계측항목

5ea

층별침하계

함수량계

변위계

강우량계

2ea

3ea

2ea

1ea

1ea

상부 노반

강화 노반

상부 노반, 하부노반, 강화노반

상부 노반

HSB층

사면 법면

크로스홀 1회 성토부(강화노반, 상부노반, 하부노반)

1:1.8 1:1.8

LC LCLC하선 상선

상부노반

하부노반

표준성토 노반 계측기 설치도(3-4공구 109km231 상선)

평면도

종단면도

A

A

A-A 단면도

LC상선

TCL

신호트레일

보조도상

HSB

입도조정쇄석

RAIL

그림 표준성토노반 계측기 설치도3-4-1 (109k231)

표 표준성토노반 센서 설치 수량3-4-2 (109k231)

표시 센서 모델명 제조사( ) 수량(ea) 설치위치층( )

토압계SWP-2(ZISINC)

KDJ-200KPA(TML)5 상부노반(5)

가속도계 393B31(PCB), 393C(PCB) 5 강화노반 상부노반(2), (3)

층별침하계 500HCA(Measurement) 3 상부노반 원지반(1), (1)

함수량계 CS616(CAMPBELLSCI) 2 상부노반 노반 사면부(1), (1)

변위계 500HCA(Measurement) 1 층HSB (1)

강수량계 WDR-205(wedaen) 1 노반 사면부(1)

합 계 17

자동화 구성장비 개 개 상시전원 인터넷[ ] CR9000X 1 , CR1000 1 , , KT

연약지반 단면은 성토고가 로 상대적으로 성토고가 낮으며 하부노반이 없으 (110k000) 3.97m

며 원지반은 사질토층으로 구성되며 이하의 연약지반이 까지 분포된 구간이, N<10 GL-11.08m

(120k650)

(CAMPBELLSCI)

CR9000X

(CAMPBELLSCI)

1 인터넷 사용(KT )

<http://rbm.egeit.co.kr>

- 122 -

다 설계 시 해석 잔류침하량이 으로써 허용잔류침하량을 초과하여 연약지반 . 46.2mm(>25.0mm)

대책공법으로 공법을 적용하였으며 성토높이 을 고려한 해석 잔류침하량이 Preloading , 1.5m 1

로써 호남고속철도 허용잔류침하량 기준 이내로 설계된 구간이다 센서 4.3mm(<25.0mm) .

설치 도면 및 수량은 그림 및 표 과 같다 토압계 가속도계는 외측 레일 직하3-4-2 3-4-3 . ,

부에 매설되어 있으며 변위계 및 층별침하계는 중앙에 설치되어 있다, TCL .

설 치 위 치기 호

토 압 계

수 량계측항목

4ea

층별침하계

간극수압계

3ea

2ea

상부 노반

상부 노반, 연약지반, 풍화암

상부 노반, 연약지반

지하수위계 1ea 성토부(강화노반, 상부노반, 연약지반)

TCLHSB강화노반

상부노반

연약지반(풍화토 N<10)

연약지반 노반 계측기 설치도(3-4공구 110km000 상선)

평면도

종단면도A

A-A 단면도

3000

5100

1356

8000

8000

800

2345

606

389

TCL 137

신호트레일

보조도상

HSB

입도조정쇄석

RAIL

도 면 명 분야별책임자 실무책임자 실 무 자 축척 1:100 도면번호한 상 재 김 기 수 신 상 범

상부노반

110 000.00km

1:1.8 1:1.83000

LC LCLC하선 상선

8000

2000

2000

4000

4000

21.0

6/30 9/30 7/30 7/30 8/30 8/30 7/30 8/30 8/30 7/30 6/30 5/3011/3011/3011/3015/3017/3027/3050/1550/ 750/ 4

19.0

풍화암

가속도계(0.25) 1ea 연약지반

변위계 1ea HSB층

액상침하계 1ea 원지반

8000

지중경사계 1set 원지반 측방유동(심도 20m, 센서

(풍화암 상단 1m 이상 확보)

(풍화암 상단 1m 이상 확보) (풍화암 상단 1m

그림 연약지반 노반 계측기 설치도3-4-2

표 연약지반 노반 센서 설치 수량3-4-3

표시 센서 모델명제조사( ) 수량(ea) 설치위치

토압계SWP-2(ZISINC)

KDJ-200KPA(TML)4 윈지반 상부노반(1), (3)

가속도계 393B31(PCB), 393C(PCB) 1 연약지반(1)

변위계 500HCA(Measurement) 1 층HSB

침하계 500HCA(Measurement) 3 상부노반 원지반(1), (2)

간극수압계 CS616(CAMPBELLSCI) 2 상부노반 노반 사면부(1), (1)

지하수위계 SPP-2(ZISINC) 1 노반 중앙부

지중경사계 IPI(DAS) 20 사면 하부 원지반 내부(20)

액상침하계 500HCA(Measurement) 1 원지반(1)

측방변위계

지중경사계( )IPI(DAS) 1 원지반

합계 34

자동화 구성장비[ ]

개 개 상시전원 인터넷 - CR9000X 1 , CR1000 1 , , SK

그림 과 같이 접속부 노반 단면 은 연약지반 구간인 3-4-3 (120k650) 120k654 ~ 121k720

으로 성토높이 이며 원지반의 구성은 이하인 전답토 및 퇴적층이 두께 (L=65.5) 8.5m N<10

로 구성되어 있어 설계 시 잔류침하량이 으로써 허용잔류침하량을 2.0m 1.12mm(<25.0mm)

초과하지 않지만 공법을 적용하여 교통하중을 성토체로 환산한 성토높이 으Preloading 2.64m

로 설계하였으나 빠른 공정 진행을 위하여 치환공법으로 시공되었다.

- 123 -

풍화암 1,000이상확보

5514

3000

어프로치 블럭

풍화암 1,000이상확보(VAR)

5514

3000

8550 이상

137

389

606

2345

800

VAR.

12000 6000

600012000

4000 4000

40004000

도 면 명 분야별책임자 실무책임자 실 무 자 축척 1:100 도면번호(주)지구환경전문가그룹 한 상 재 김 기 수 신 상 범

접속부 노반 계측기 설치도(4-1공구 120km650 상선)

설 치 위 치기 호

토 압 계

수 량계측항목

7ea 상부 노반

가속도계(2g) 3ea

EL 119.26

상부 노반가속도계(0.5g) 2ea

상부 노반가속도계(5g) 1ea

입도조정층(20cm)보조도상층(50cm)

RM-003

시멘트 3%

시멘트 3%

(GW)

EL 118.26

EL 114.46

EL 110.77

3.8m

3.7m

17506400

평면도A-A 단면도

LC상선

TCL

신호트레일

보조도상

HSB

입도조정쇄석

RAIL

접속슬래브

종단면도

A

A

가속도계(2.5g)

층별침하계

온 도 계

함수량계

변형율계

변위계

강우량계

4ea

7ea

4ea

4ea

11ea

3ea

1ea

상부 노반

어프로치 슬래브, 강화노반

상부노반, 강화노반

상부노반

상부노반

어프로치 슬래브

HSB층

사면법면

End Sporn1:1.8 1:1.8

120km650

LC LCLC하선 상선

그림 접속부노반 계측기 설치도3-4-3 (120k650)

표 접속부노반 모니터링 센서 수량3-4-4 (120k650)

다 측정 및 시험조건.

측정위치 및 평가항목(1)

토공노반 궤도 분야의 측정대상과 범위는 표 와 같다 측정 위치는 개소에서 수행하 / 3-4-5 . 3

였으며 노반 및 궤도에 센서를 부착 또는 매설하여 측정하였다 성능평가 내용은 노반의 침하.

변위 압력 함수비 등이며 궤도는 윤하중 횡하중 변위 등 설계기준 항목에 따른 장기 안정성 / / / / /

평가이다.

표 노반 궤도 현장측정내용과 설계기준 평가항목3-4-5 /

표시 센서 모델명 제조사( ) 수량(Ea) 설치위치

토압계SWP-2(ZISINC)

KDJ-200KPA(TML)7 상부노반(7)

가속도계 393B31(PCB), 393C(PCB) 10 강화노반 상부노반 접속슬래브(3), (6), (1)

층별침하계 500HCA(Measurement) 7 상부노반 원지반(1), (1)

함수량계 CS616(CAMPBELLSCI) 4 상부노반 노반 사면부(2), (2)

변위계 500HCA(Measurement) 3 층HSB (3)

강수량계 WDR-205(Wedaen) 1 노반 사면부(1)

온도계 KT-110A(TML) 4 상부노반 대기 온도(3), (1)

변형율계SGT-100(ZISINC)

KM-100B(TML)11 접속슬래브(8), Endsporn(3)

합 계 47

자동화 구성장비[ ]

개 개 상시전원 인터넷 - CR9000X 1 , CR1000 1 , , KT

구 분 연구내용 모니터링위치 성능평가항목(K.P), 성과물

현장

측정

실측

검증

노반

분야

토공노반 장기 측정 확보 및 - DB

성능평가

표준노반 연약지반, ,

교대 접속부노반 등 개소 3

표준노반 (109K231)

탄성 소성 침하량 허용노반압력 - , /

호남고속철도 궤도 노반 성능평가 - ·

절차서 준용

노반 침하 궤도 변위 노반 압력 - , ,

등 설계기준 항목에 따른 장기 안정

성 평가

연약지반 (110K000)

압밀도 잔류 침하량 소성 침하량 - , ,

연약지반개량 효과 지반진동평가 - ,

교대접속부 노반 (120K650)

강성차에 따른 탄성 소성 침하량 - , /

- 124 -

측정 기간 및 위치(2)

측정을 수행 기간 및 내용은 표 과 같다 단계 측정은 년 월 이후 장기측정을 3-4-6 . 1 2013 10

하였으며 단계 측정은 년 월 이후 지상에서 차량 응답측정 열차진행시 이벤트 측정 을 2 2016 10 ( )

하였다.

표 노반 궤도 측정 기간 및 위치3-4-6 /

측정단계 측정기간 측정위치 측정목적 시험항목

단계12013.10~2015.03

일(711 )

109k231

110k000

120k650

궤도부설부터 개통까지 노반 및

궤도의 성능검증 시험

급 궤도노반 400kph /

성능평가

단계2

해당과제( )

2016.10~2018.05

일(704 )

109k231

110k000

120k650

개통이후 노반 및 궤도의 장기 안정성

모니터링

궤도노반 장기안정성 /

모니터링

시험조건(3)

측정 시험조건은 표 과 같다 대상차량은 호남고속철도의 정읍 익산 구간의 상행 3-4-7 . ~

산천 작업차량과 해무차량을 모두 포함하였다 모니터링 구간의 통과속도는 약 KTX, KTX- , . 3

수준이다 장기측정은 단계를 포함하여 단계까지 총 일 측정하였으며 열250~300km/h . 1 2 1415

차통과시 궤도 노반 응답측정은 차량 대의 실측 측정데이터를 확보하였다 모든 데이터/ 30619 .

는 데이터베이스에 저장되었으며 통합시스템에 전송되어 노반 궤도의 장기 안정성 평가에 활

용하였다.

표 노반 궤도 측정 시험 조건3-4-7 /

측정 구분 대상열차 측정빈도 측정항목 측정 확보 결과DB

장기측정

호남KTX, KTX- ,

HEMU-430X,

작업차량

시간 간격 측정1

함수비 층별침하, ,

간극수압 지하수위, ,

측방변위 강우 등,

2013.10~2015.03

등 총 2016.10~2018.05

일1415

열차통과시

응답측정

호남KTX, KTX- ,

작업HEMU-430X,

차량

열차통과시

초 동안 측정30

윤하중 횡하중 가속도, , ,

탄성변위 토압노반압력, ( )

등

차량 대 30619

측정

라 지상 측정시스템 보완 및 보수.

전기 및 통신 복구(1)

그림 와 같이 모니터링 개소에 대하여 전기 및 통신을 복구 하였다 전기는 전기사 3-4-5 3 .

용신청서를 한국철도공사의 공문을 첨부하여 한국전력공사에 제출하였다 선로상의 전기는 교.

류로써 모니터링 시스템에는 사용할 수 없기 때문에 공용전력 를 인입하였다 표 220V .

은 기존 모니터링 시스템과 복구한 시스템과의 비교표이다 전원이나 통신은 크게 변3-4-8 .

허용노반압력

궤도

분야

궤도 장기 측정 확보 및 성능평 - DB

가

직선 곡선 구간 등 개소, 2

궤도직선 ( 109k231)

곡선 (120k650)

레일 윤하중 횡하중 - ,

호남고속철도 궤도 노반 성능평가 - ·

절차서 준용

노반 변형에 따른 레일 윤하중 횡하- ,

중에 따른 궤도 성능평가

- 125 -

동은 없으나 추가로 접속부노반 연약지반노반 표준성토노반에 를 추가로 설치하였다, , GPS .

는 차상 측정 자료와 시각 동기화하여 측정 데이터를 동기화를 시켜 지상모니터링과 차GPS

상모니터링의 계측결과를 비교하기 위해 설치하였다.

그림 전기사용신청서 및 계량기3-4-5

그림 데이터로거 측정 슬롯 상태3-4-6

표 토공노반 모니터링 시스템 전원통신 복구 결과3-4-8

측정위치

기존 시스템 복구된 시스템복구후

변동사항모델 수량 통신 모델명 수량 통신

표준성토노반

(109k231)

CR1000

CR9000X

1

1

유선 인터넷

인터넷 사용(KT )

CR1000

CR9000X

GPS

1

1

1

유선 인터넷

인터넷 사용(KT )

추가GPS

측정슬롯 개중 4

개 교체4

연약지반노반

(110k000)

CR1000

CR5000

1

1

무선 인터넷 LTE

망 사용(SK )

CR1000

CR9000X

GPS

1

1

1

무선 인터넷 LTE

사용(LGT )

로거 교체

통신사변동

추가GPS

접속부노반

(120k650)

CR1000

CR9000X

1

1

유선 인터넷

인터넷 사용(KT )

CR1000

CR9000X

GPS

1

1

1

유선 인터넷

인터넷 사용(KT )

추가GPS

측정슬롯 개중 4

개 교체4

센서 점검결과(2)

표 은 호남고속철도 테스트베드 센서점검 결과이다 총 개 센서중 이상센서는 3-4-9 . 99 23

개 정상센서는 개로 나타났다 표준성토노반은 개 센서중 이상센서는 개 정상센서는 , 66 . 25 3 ,

개이고 연약지반노반은 센서 개중 이상센서가 개 정상센서가 개이며 접속부노반은 22 20 3 , 17

개의 센서중 이상센서가 개 정상센서가 개이다 측정항목별 이상센서는 노반압력 50 17 , 33 . 8

개 잔류침하 개 탄성변위 개 진동가속도 개 함수비 개로 분석되었다 매설센서는 보, 1 , 2 , 10 , 2 .

수가 불가능하여 망실 처리하였으며 각 측정항목의 이상센서와 정상센서는 한 안에 중, STA

복 설치되어 이상센서를 망실 처리하여도 정상센서만으로 노반 성능 장기 평가하는데 지장이

없을 것으로 판단된다.

- 126 -

표 센서점검 결과표3-4-9

No 측정항목

이상 센서정상 센서/호남고속철도 모니터링 프로그램 기반 , GIS

통합DB

표준성토노반

(109k231)

연약지반노반

(110k000)

접속부노반

(120k650)

연간통과

톤수소계

1 윤중 0/4 0/4 0/4 0/4 0/16

2 횡압 0/4 0/4 0/4 0/12

3 노반압력 0/5 3/4 5/7 8/16

4 잔류침하 0/3 0/3 1/7 1/13

5 탄성변위 1/1 0/1 1/3 2/5

6 진동가속도 2/5 0/1 8/10 10/16

7 측방변위 - 0/1 - 0/1

8 함수비 0/2 - 2/4 2/6

9 수위수압/ - 0/2 - 0/2

10 강우 0/1 - 0/1 0/2

11 부등침하 - - 0/10 0/10

소 계 3/25 3/20 17/50 0/4 23/99

센서 교정(3)

매설 센서는 회수가 불가하기 때문에 교정이 불가하다 따라서 부착센서에 대하여 현장 시 .

험을 통하여 교정을 실시하였다 교정 대상은 윤중횡압 센서 등 개 조 를 진행하였다 시. 16 (8 ) .

험결과로 얻어진 교정계수는 신호를 물리량으로 변환하는 식에 적용하게 사용하였다.

표 은 모니터링 시스템에 사용된 센서 모델 및 사양에 대한 표이다 매설 센서가 3-4-10 .

대부분이며 매설전에 공인교정 검사기관에서 교정을 수행하였다 다만 지중 매설 센서는 회수.

가 불가하여 재교정이 불가함으로 현재로써는 센서측정범위 측정값 유효성 검토 정도로 센서,

의 정상 유무를 판단하고 있다.

표 센서 교정 및 시험결과3-4-10

계측기모델명

제조사( )센서 시험결과 비고

변위계500HCA

(Measurement)

한국산업기술시험원

기관(KOLAS )

불확도 - :FS0.18%(0.045mm)

신뢰수준 약 - 95%,k=2

시험절차 - :CP801-10210-1,KTL

가속도계393B31(PCB),

393C(PCB)

한국산업기술시험원

기관(KOLAS )

불확도 - : 1.3~1.9%

신뢰수준 약 - 95%,k=2

시험절차 - :CP801-60304-1,KTL

온도계KT-110A

(TML)

한국산업기술시험원

기관(KOLAS )

불확도 - :0.04

신뢰수준 약 - 95%,k=2

시험절차 - :CP801-50103-2,KTL

- 127 -

마 지상 측정시스템 사양 설치 운영 가이드라인. · ·

노반 궤도 장기 모니터링은 단기측정과 다르게 고속철도의 특수성을 감안하여 유지보수성 /

향상 노이즈 저감 대책 계절에 따른 센서 교정 백업 대책 등이 필요하다 특히 선로 출입 , , , .

및 작업시간이 제한되기 때문에 모든 시스템은 높은 내구성과 백업 대책을 가지고 있어야 한

다 또한 원격으로 전원 등을 제어하면 선로 출입 없이 재부팅이 가능하여 장애시 비상 대응.

이 가능하다.

기술요구사양(1)

표 는 계측기기의 일반 및 특별 기술 요구사양을 정리한 표이다 일반기술사양은 철 3-4-11 .

도 노반 및 궤도 계측 분야에서 요구되는 측정범위 매설조건 노이즈 등의 일반적인 최소요, ,

구사양을 기술한 것이며 특별기술사양은 고속철도의 특수성을 고려한 요구사양을 기술한 것,

이다 고속철도는 출입이 까다롭고 보수작업시간이 시간 이내로 제한되기 때문에 유지보수성. 4

과 내구성을 고려하여 특별요구사양을 도출하였다 센서는 측정항목별로 정리하였으며 측정 . ,

로거는 데이터로거 및 측정 주변기기로 분류하였다 이외에 전원 통신 기타 등 등으로 . , , (GPS )

구분하였다.

표 고속철도 센서 및 계측기기 요구사양3-4-11

계측기모델명

제조사( )센서 시험결과 비고

간극수압계

지하수위계

SPP-2

(ZISINC)

인증 시험기 보유ZIS(KOLAS )

교정기 압력교정기 - : PGC-20

비직진성 이내 - : 1.0% R.O

- Hysteresis

이내 : 1.0 % R.O.

토압계

SWP-2

(ZISINC)

KDJ-200KPA

(TML)

인증 시험기 보유ZIS(KOLAS )

교정기 압력교정기 - : PGC-20

비직진성 이내 - : 1.0% R.O

- Hysteresis

이내 : 1.0 % R.O.

변형률계

SGT-100

(ZISINC)

KM-100B

(TML)

인증 시험기 보유ZIS(KOLAS )

교정기 변형률교정기 - : SC-100

비직진성 이내 - : 1.0% R.O

함수량계CS616

(CAMPBELLSCI)

현장 시험

현장조건 및 흙 종류 따라 상이하게 나옴으로 -

현장 시험 필수

기

기

명

설치

위치

예상범위 요구사양

모델명 산출근거

측정 범위Frequen

cy측정범위

Sample

rate

윤

중 윤중 600Δ με이1.2khz

하1500Δ με

1.0kHz

이상

FCA-5-

11-1L

열차 최대윤중 과 윤중시험결과를 감안하여 200kN

측정범위 산출최대 이내( 600 )Δ με

- 128 -

기

기

명

설치

위치

예상범위 요구사양

모델명 산출근거

측정 범위Frequen

cy측정범위

Sample

rate

횡

압횡압 600Δ με

이0.2khz

하1500Δ με

변

위

계

어프로치

슬래브

이1.8mm

하

이1.2khz

하

±12.70

mm

1.0kHz

이상500HCA

상단에서 최대 약 예상해석결과 TCL 1.8mm ( )

최대 잔류침하량 고려하여 측정 범위로 20mm 25mm

선택성토체 즉시침하 이후( )강화노반

상단

이1.8mm

하

이0.2khz

하

±12.70

mm

변

형

률

계

TCL

연직방향

0.001%

=10με

( = 200σ Δ

이하kPa )

0.6kHz

이하

±5000μ

ε

1.0kHz

이상

SGT-100

,KM100B

층 최대응력 변형률 예상 TCL 200kPa, 0.001% Δ

경부고속선 실측결과 윤중하중 KTX Δ

으로 축방향 변형률은 148kPa(Mean+4.5 ) 0.001%σ

이하임

콘크리트 타설전 센서를 설치함으로 양생시의 수축량

을 고려하여 으로 함5000 .με

HSB0.6kHz

이하

±5000μ

ε

1.0kHz

이상

어프로치

블록

0.6kHz

이하

±5000μ

ε

1.0kHz

이상

토

압

계

강화노반

30kPaΔ

이내

최대 (

75kPa)

이250hz

하 200kPa

이1.0khz

상

SWP-2

KDJ-200

kPa

이일화 수치해석 및 주행시험결과 이하 (2006) 20kPaΔ

토압 발생

최찬용 실대형시험결과 이내 (2008) 30kPaΔ

일본 궤도하부로부터 약 지점에서 증가토압 RTRI 3M

이내로 감소10%

높은 측정 범위를 가지는 토압계는 상대적으로 분해능

이 저하되기 때문에 로 선정200kPa

상부노반

20kPaΔ

이내

최대 (

115kPa)

이100hz

하 200kPa

1.0kHz

이상

하부노반

총

115kPa+

Hx20kPa

/H

- - -

진

동

가

속

도

계

TCL,HSB 2g 600hz 4g1.0kHz

이상

4810A,

ES-U2

열차속도 변화에 따른 심도별 변위속도 변 위가속도 , (1

차년도 수치해석결과)

보조도상층이 약 이하 - 20mm/sec, 0.25g

층은 침목에서의 최대가속도가 이하임으 TCL, HSB 2g

로 가 적절한 범위로 판단됨 경 부 실측4g . ( KTX )

지중에 가속도계가 매설됨으로 방수형으로 선택 .

어프로치

슬래브0.5g 250hz 2g

1.0kHz

이상

강화노반 0.25g 250hz 2g1.0kHz

이상

상부노반 0.25g 250hz 2g1.0kHz

이상

원지반 0.1g 250hz 0.25g1.0kHz

이상

궤

도

침

하

계

침목TCL,

최대

이25mm

하

정적±12.70

mm회1 /hr

ACE-RT

M

노반 최대 허용 잔류 침하량 수직 및 수평방향 25mm,

측정

함

수

율

측

정

상부노반 이하50% 정적 50% 회1 /hr CS616

센서 위치에서 이론적으로 최대 측정될 수 있는

최대값 수압 물의단위중량( = GL * )

지

하

수

위

계

원지반

천공최대15M 정적 200kPa 회1 /hr SPP-2

간

극

원지반

천공

0~200kP

a정적 200kPa 회1 /hr SPP-2

- 129 -

표 은 사용된 센서의 주요 사양을 나열한 표이다 매설센서는 이상의 방수성능을 3-4-12 . IP68

갖춘 센서를 사용하였으며 동적계측은 전기저항식 타입을 사용하였다 동적계측, ICP, MEMS .

은 이상의 속도로 측정하여야 하기 때문에 정적계측 전용 측정방식인 진동현식1kHz , TDR

측정방식에는 적용 할 수 없다 측정범위는 기술요구사양과 제품라인을 고려하여 선택하였다. .

표 센서 사양 및 주요특성3-4-12

기

기

명

설치

위치

예상범위 요구사양

모델명 산출근거

측정 범위Frequen

cy측정범위

Sample

rate

수

압

계

온

도

계

센서측정

개소

-30~80

도정적

-20~60

도정적측정

KT-110

A온도 도 = -30~80

데

이

터

로

거

시스템

박스

선로(

연변)

센서 개를50

동시에 이상 동시 1.0kHz

측정필터링트리거저장전송 할 수 / / / /

있는 사양

CR9000X

측정 아날로그 및 디지털 필터 트리거 저 장 기능 , ,

탑재

임베디드 로 없이 독립구동 OS PC

측정데이터는 로 서버 전송 FTP, TCP/IP

열차운행시 데이터는 내장 트리거에 의해 파일로

저장되고 손실 없이 서버전송

열차운행이 없을시 데이터는 형태로 네트워크 TCP/IP

최대속도로 측정 데이터 전송

외부장치를 이용하여 시각동기화 지원 GPS

GP

S

시스템박

스

지상 차상 측정데이터를 동시 비교 -

분석하기 위하여

시각동기화 이내(0.01s )

GPS16X-

HVS

데이터로거와 로컬통신하여 시각동기화 수행

인터넷을 이용한 표준시 동기화는 시각동기화에 GPS

비해 네트워크 지연으로 인한 오차가 일정치 않아 비추

천

HERON, Vol.45, No.1 (2000) ISSN 0046-7316

레일 최대 - Frequency(pined-pined) :

약 이하 = 1.2khz

레일 패드 - Frequency : 200~600hz

강화노반 이하 상부노반 이하 공통 적용 - Frequency : 200hz , Frequency : 100hz (1kHz )

궤도부 레일 공진 주파수 의 배 이론인 적용 - Sample Rate : 1.2kHz 2 (Nyquist ) 2.4khz

노반부 노반 공진 주파수가 이나 스텍트럼 유실을 최소화 배 이상 - Sample Rate : 100~200hz (5 )

하고 측정 이산개수를 통일하기 위하여 공통 적용 , 1.0kHz

계측

항목계측기 모델명 사 양 주요특성 사 진

윤중횡압/ 변형률계FCA-5-

11-1L

형 식 전기저항식:

측정범위 : ±1500με

노이즈에 강함

현장 설치 운영 다수

변위 변위계 500HCA

형 식 전압타입:

측정범위 : ±12.7mm

방수 : IP 68

측정범위 대비 정밀도 우수

설치용이 및 내구성 우수

고내구성 산업용 센서 ( )

응력 변형률계

SGT-10

0

KM-100

B

형 식 전기저항식:

측정범위 : ±5,000με

방수 : IP 68

정 동적 측정가능

부재와의 일체화 우수

측정폭 넓고 정밀도우수

- 130 -

모니터링 및 센서 설치 위치 선정시 고려사항(2)

표 는 궤도 노반의 모니터링 위치 선정에 고려해야 할 사항이다 모니터링 위치 선정 3-4-13 / .

에 고려할 항목은 원곡선 종곡선이 급격하게 변하는 구간 열차속도가 최대로 예상되는 구간/ , ,

연약지반구간 교대 터널 접속부 구간 궤도 틀림 발생 구간 등이다 센서 설치 위치는 센서종, / , .

류 및 측정 결과 검토내용에 따라 레일 강화노반 상부노반 원지반 등에 설치된다 특, TCL, , , .

히 매설 센서는 열차하중이 가장 크게 작용할 것으로 예상되는 레일 및 침목 직하부에 설치

하여야 작용하중의 최대값을 측정 할 수 있다 레일 위치는 노반 시공시에 측량을 통해 예측.

을 할 수 있으나 침목의 정확한 위치는 현실적으로 알 수 있는 방법이 없다 따라서 궤도 시.

공사에 긴밀하게 협조하여 침목이 매설센서 위치에 설치 되도록 하는 것이 현실적인 방안이

다 침목위치 조정은 철근 조립 전에 협의하면 반영될 수 있다. TCL .

표 모니터링 위치 선정시 고려사항3-4-13

계측

항목계측기 모델명 사 양 주요특성 사 진

토압 토압계

SWP-2

KDJ-20

0KPA

형 식 전기저항식:

측정범위 : 0~200kPa

방수 : IP 68

정 동적 측정가능

국내 사용실적 및 내구성 우수

진동

가속도가속도계

4810A,

ES-U2

형 식 : ICP, MEMS

측정범위 : ±0.25g, ±2g, ±4g

방수 주문제작형: IP 68( )

측정범위 대비 정밀도 우수

설치용이 및 내구성 우수

중국고속철도 시험시공구간 사용

함수비 함수량계 CS616

형 식 방식: TDR

측정범위 : 0~50%

방수 : IP 68

국내 지반분야도로포장 외 사용( )

실적 다수

정밀도 및 내구성 우수

궤도침하궤도침하

계

ACE-RT

M

형 식 전기저항식:

측정범위 : ± 10°

국내 궤도침하 실적보유

신뢰성 및 안정성 확보

내구성 우수 및 센서견고

레일 상하

및

층별침하

변위계 500HCA

형 식 : LVDT

측정범위 : ±12.7mm

방수 : IP 68

국내 장기계측실적 다수

내구성 및 정밀도 우수

온 도 온도계KT-110

A

형 식 열전대:

측정범위 : -30 ~80

방수 : IP 68

측정범위 대비 정밀도 우수

설치용이 및 내구성 우수

지중경사

계Tilt IPI

형 식 : MEMS

측정범위 : -30 ~80

방수 : IP 68

측정범위 대비 정밀도 우수

설치용이 및 내구성 우수

궤도침하궤도침하

계

ACE-RT

M

형 식 전기저항식:

측정범위 : ± 10°

측정범위 대비 정밀도 우수

설치용이 및 내구성 우수

구분 검토항목 검토내용

위치선정시 고려사항

모니터링 위치 센서위치

윤중 윤중 횡압 측정, 윤중변동율 탈선계수 , 종 원곡선이 급격히 변경· 레일 좌우 쌍 설치2

- 131 -

운영시 장애 및 조치내용(3)

표 은 계측기기별 장애 및 조치이력을 정리한 표이다 센서 설치 이후 약 년 동안 3-4-14 . 5

다양한 센서 계측기기 통신 및 전원 장애가 발생하였으며 이에 대한 현실적인 조치 방법 등, ,

을 정리 하였다 첫 번째로 운영시 가장 문제가 되었던 부분은 열차통과시 아크 노이즈로 인.

한 센서 노이즈 처리 부문이다 접지저항을 이하로 확보 하고 접지봉은 선로와 이상 . 10 30m

이격을 두고 설치 하여야 한다 또한 하드웨어 필터링 사용 등은 노이즈 저감에 . , 24bit ADC

도움이 된다 이외에 내부 합선으로 노이즈를 발생시키는 센서도 과감하게 망실처리 하여야 .

한다 두 번째로 전원 및 통신 장애이다 특히 설치류 쥐 가 통신 및 전원선을 갉아 먹는 경우. . ( )

가 빈번하게 발생되기 때문에 구리선은 강관으로 보호하고 매설하여야 한다 세 번째로 데이.

터로거의 다운 증상이다 시스템 박스가 고온으로 상승할 경우 데이터로거가 다운되는 증상이 .

발생되었다 재부팅 하면 정상작동 가능하기 때문에 메인전원을 제어할 수 있는 기반 파워. IoT

메니저를 설치하여 스마트폰으로 원격에서 전원을 제어할 수 있도록 하였다.

표 계측기기별 장애 및 조치 이력3-4-14

구분 기기명 모델명 장애 점검항목 조치내용

센서

류

변위계

층별침하계500HCA

과다 노이즈

센서 측정값이

정격출력범위 초과

접지저항체크

공통전압체크

공급전원안정성체크

데이터로거 전원 사용공통전압통일( )

접지저항 보강

가속도계393B31,

393C

과다 노이즈

센서 측정값이

정격출력범위 초과

접지저항체크

공통전압체크

공급전원안정성체크

수동지시계로 측정 후 망실 여부 결정

온도계 KT-110A

과다 노이즈

센서 측정값이

정격출력범위 초과

센서케이블별

저항체크

공통전압체크

센서 선별 저항 이상일 경우 350 ± 3%

망실

수동지시계 측정 후 망실 여부 확인

간극수압계

지하수위계SPP-2

과다 노이즈

센서 측정값이

센서케이블별

저항체크

센서 선별 저항 이상일 경우 350 ± 3%

망실

횡압 등 열차속도 최대 구간

변위

탄성변위량 탄성변위량종 원곡선이 급격히 변경·

열차속도 최대 구간상단 TCL

침하량궤도부설 후

잔류침하량연약지반 구간

원지반 강화노반 상단 , , TCL

층별침하

노반

압력

토(

압)

노반의 응력 및

변형수준허용노반압력토압계( )

종 원곡선이 급격히 변경·

열차속도 최대 구간

강화노반 및 상부노반 상단의

레일과 침목 직하부

정밀 측량 필요( )

지지 강성에 따른

하중 변화

강성차이에 따른 응력,

변형 수준

교대터널 접속부구간/ -

접속부 토공구간-

어프로치슬래브 하단

강화노반 상단

진동

가속

도

진동가속도 노반진동

교대터널 접속부 구간/

연약지반 구간

궤도틀림 발생구간

강화노반 등, TCL

궤도

침하

계

부등침하 꺽임각 교대 접속부 구간교대 상단부터 간격TCL 1m

으로 이상 설치10m

함수

비함수비 배수배제 효과 접속부 구간 상부노반 사면측 등,

지하

수위

간극

수압

압밀도변화

수위변화

지하수위 변화에 따른

침하영향 평가연약지반 구간 원지반 설치

- 132 -

바 측정데이터의 유효성 평가방안.

측정 및 분석항목(1)

표 은 센서별 측정항목 및 분석항목표이다 센서의 데이터를 이벤트데이터 장기데 3-4-15 . ,

이터로 구분하여 분석하였다 각 데이터별로 구분하여 분석하였는데 이벤트데이터에는 윤중 .

센서 횡압 센서 토압계 변위계 진동가속도계로 분류하고 장기데이터는 지중경사계 변위계, , , , , ,

함수량계 간극수압계 지하수위계 강우량계 로 분류하였다 이벤트 데이터는 센, , , , EL-BEAM .

서의 로우데이터를 취득한 후 를 사용하여 차 신호처리 하였다 차 LPF(Low Pass Filter) 1 . 1

처리된 데이터는 차 분석으로 누적통과톤수 윤중변동율 탈선계수 등에 사용하였다 장기데2 , , .

이터는 센서 로우데이터를 취득한 후 차 분석으로 지중경사계는 변위환산 변위계는 누적변1 ,

위량 강우량계는 강우량 적산 은 변위환산 함수량계 간극수압계 지하수위계는 처, , EL-BEAM , / /

정격출력범위 초과 공통전압체크 수동지시계 측정 후 망실 여부 확인

토압계

SWP-2

KDJ-200KP

A

과다 노이즈

센서 측정값이

정격출력범위 초과

센서케이블별

저항체크

공통전압체크

센서 선별 저항 이상일 경우 350 ± 3%

망실

수동지시계 측정 후 망실 여부 확인

변형률계SGT-100

KM-100B

과다 노이즈

센서 측정값이

정격출력범위 초과

센서케이블별

저항체크

공통전압체크

센서 선별 저항 이상일 경우 350 ± 3%

망실

수동지시계 측정 후 망실 여부 확인

함수량계 CS616

과다 노이즈

센서 측정값이

정격출력범위 초과

데이터로거 측정값

체크수동지시계 측정 후 망실 여부 확인

계측

기기

류

데이터로거CR9000X

CR1000

과다 노이즈

접지저항 확인 및

조치 이내(10 )

확인Ground Loop

접지시설 강화 이내가 되도록 선로와 (10

최대한 떨어져 설치)

입력 전압 강하

입력전압 가 ( DC 12V

측정시 이하로 11V

저하됨)

작동전압전류 측정/모든 센서 분리 후 순차 연결 후 전압 테스트

문제센서 제거( )

데이터로거 다운 원격접속 수행기반 전원 제어 모듈 추가스마트폰으로 IoT (

데이터로거 전원 재부팅ON/OFF )

인터넷 통신 장애 테스트PING, TELNET

인터넷 통신이 장애가 있어도 데이터로거는

측정하고 메모리에 저장하기 때문에 충분한

메모리 확보 필요 이상(2Gbyte )

전원장치

분전함,

아답터 등츨력 전압 불안정 작동전압전류 측정/

무부하 테스트

모든 센서 분리 후 순차 연결 후 테스트

케이블 전원 끊김전원상태

확인데이터로거( )

쥐 등이 케이블을 갉아 먹는 사례가

빈번하게 발생하여 강관으로 보호함

접지장치 - 과다 노이즈 접지저항 확인 접지저항 이내가 되도록 접지시설 강화10

통신장치모뎀ADSL

모뎀LTE

통신 품질 저하 테스트PING 통신사 하자 보수 요청

통신 끊김 통신상태 확인쥐 등이 케이블을 갉아 먹는 사례가

빈번하게 발생하여 강관으로 보호함

분전함체 주문제작 도 이상 온도 상승70 데이터로거 온도확인팬보강 통풍이 잘 되도록 함체 내 기기 위치 ,

변경

- 133 -

리하지 않았으며, 차 분석자료로 깊이별 측방변위 깊이별 잔류침하량 위치별 함수비 등에 사2 , ,

용하였다.

표 센서별 측정항목 및 분석항목표3-4-15

측정 대푯값 산정 절차(2)

그림 은 대푯값 산정 순서도이다 이벤트 데이터의 대푯값 절차는 윤중 횡압 노반 3-4-7 . , , ①

압력 탄성변위 가속도 등의 이벤트 데이터에 대하여 유효성을 평가하였다 유효성 검증이 , , . ②

완료된 데이터에 대하여 열차별로 통계처리 최대 최소 평균 하고 일일 데이터로 통계 ( , , , RMS)

처리 최댓값 평균 최솟값 평균 하였다 일일 통계 데이터는 로컬 에 저장하며 로컬 ( , ) . DB , ③ ④

에 저장된 데이터에 대하여 통합 에 전달하였다DB DB .

장기 데이터의 대푯값 절차는 침하 간극수압 함수비 강우 측방변위 등의 장기 데이터 , , , , ①

에 대하여 유효성 평가하고 유효성 검증이 완료된 데이터에 대하여 일일 데이터로 통계 처, ②

리 평균값 한다 일일 통계 데이터는 로컬 에 저장한다 로컬 에 저장된 데이터에 대( ) . DB . DB③ ④

하여 통합 에 전달하는 방식으로 데이터를 처리하였다DB .

구분 로우데이터 측정데이터 차 분석데이터1 차 분석자료2 비고

이벤트

데이터

윤중 센서 윤하중 윤하중(LFP, Zero)

누적통과톤수

윤중변동율

열차종류

열차속도

횡압 센서 횡압 횡압(LFP, Zero) 탈선계수

토압계 토압 노반압력(LFP, Zero) 깊이별 노반압력 콘크리트궤도KR C-14040

변위계 탄성변위 탄성변위(LFP, Zero) 깊이별 탄성변위호남고속철도 테스트베드

운영 계획 시험절차

진동가속도계 진동가속도 진동가속도(LFP, Zero) 깊이별 진동가속도철도설계기준(2011) 8.6.3

참고치

장기

데이터

지중경사계 경사량 측방변위변위 환산( ) 깊이별 측방변위 -

변위계 잔류침하량 잔류침하량누적변위량( ) 깊이별 잔류침하량

함수량계 함수비 함수비무처리( ) 위치별 함수비 -

간극수압계

지하수위계

간극수압

지하수위

간극수압무처리( )

지하수위무처리( )

깊이별 간극수압

지하수위-

강우량계 강우량 강우량적산( ) 강우량 고속철도 운전취급 세칙

EL-BEAM 변위꺽임각/ 부등침하량변위환산( ) 접속부 단차부등침하( ) 처짐KR C-08050

- 134 -

그림 대푯값 산정 순서도3-4-7

측정값 유효성 평가방안(3)

그림 은 대푯값 유효성 평가순서도이다 유효성 평가는 이벤트 측정 데이터의 측정 3-4-8 . ①

범위 초과 데이터 이상치 또는 오류 데이터 노이즈 제외를 위해 영역에 개 이상 존재하는 , , C 1

경우 이상데이터 통계처리 제외 로 처리한다 열차하중에 반응하지 않는 데이터를 제외 통계( ) . (②

에 왜곡 발생 하기 위해 최댓값 또는 최솟값 이 영역에만 존재하는 경우 이상 데이터로 처리) ( ) B

통계처리 제외 한다 최댓값 또는 최솟값 이 영역에 존재하는 경우 유효성 통과자료로 처( ) . ( ) A③

리한다 그림 는 측정데이터의 유효성 검증 방안 예시이다 대푯값 유효성 평가방안에 . 3-4-9 .

따라 영역 영역 영역을 나누어 유효성 검증 방안을 제시하였다A , B , C .

그림 대푯값 유효성 평가 순서도그림 측정데이터의 유효성 검증 방안 윤중3-4-8 3-4-9 ( )

센서별 유효성 체크에서 측정값은 과 범위안에 있어야한다 범위 초과시 LimitMin LimitMax .

엔 유효성 통과를 시키지 않는다 측정값의 최댓값은 보다 커야하고 최솟값은 . SaveConfMax

보다 작아야 데이터 유효성을 통과하여야 데이터로 사용하였다SaveConfMin .

호남고속철도의 표준성토노반 연약지반노반 군데에 윤중 횡압 센서 설 (109k231), (110k000) 2 ·

- 135 -

치 및 검증을 하였다 각 구간마다 윤중 개 횡압 개씩을 설치하였다 그림 윤중. 4 , 4 . 3-4-10 ·

횡압센서 설치 및 검증시험 전경이다 윤중 횡압 센서는 레일상 설치 위치가 중요하여 레일. ·

에 맞는 틀을 제작해 설치 정확도를 높였다 설치가 완료된 후는 윤중 횡압 검증 시험기를 . ·

설치하여 검증 시험을 수행하였다.

윤중횡압 센서 설치 과정(a) 윤중횡압 검증 시험기 설치(b)

윤중횡압 센서 전경(c) 윤중횡압 검증 시험(d)

그림 윤중 횡압 센서 설치 및 검증3-4-10 ·

아 열차통과톤수 자동화 시스템.

지상모니터링 시스템은 노반모니터링 시스템과 별도로 차상과 지상간의 위치동기화 및 테

스트베드 구간에 통과하는 열차의 통과톤수 등을 자동적으로 산정하기 위하여 구축하였다 열.

차의 통과톤수는 유지관리 측면에서 중요한 인자로 평가하고 있으나 현재에는 열차의 운행횟

수를 영차와 공차 중량으로 개략적으로 산정하고 있다 테스트베드 구간은 고속선 전용구간으.

로 기존 방식에 큰 문제는 없지만 보다 정확한 계산을 위하여 열차통과톤수 자동화 시스템을

구축하였다.

두 번째는 차상과 지상과의 위치 파악을 위한 시스템을 구축하였다 차년도에는 수신 . 1 GPS

기를 이용한 위치동기화를 구현하였다 그러나 수신기만으로 위치를 동기화하는 것은 . GPS

수신기와 대기층의 신호산란 고압 전력에 의한 노이즈 등으로 일관성 있는 정도의 수신GPS ,

율 확보가 어려움이 있어 차년도에는 수신기 기반으로 고정개소의 서버 표준시 차량의 2 GPS ,

표준시 고정개소의 윤중신호 특성 등을 분석하여 위치동기화를 구현하였다 차년도에 GPS , . 2

구현시킨 방법은 보다 일관성 있는 오차율을 보이고 있으며 이를 통해 위치를 조정하여 지상

과 차상의 신호파형 등을 분석하였다 새로이 구축된 지상시스템의 자세한 설명은 아래와 같.

다.

열차통과톤수 자동화 시스템(1)

테스트베드 구간의 고속선 전용구간으로 열차운행은 와 산천 가 운행 중에 있 KTX KTX , SRT

으며 영차와 공차기준으로 누적통과톤수를 대략적으로 산정하고 있다 현재 호남고속철도구, .

간의 일 통과되는 열차는 평일 주말 차량의 횟수가 다르며 가 개통된 시점에서 운행조1 , , SRT

- 136 -

건이 변경되고 특별수송기간의 운행조건이 변경되지 않으면 거의 현재 운행조건으로 운행되

고 있다 그러나 본 구간은 개략적인 방법으로 산정된 통과톤수에 대하여 보다 정확한 열차통.

과톤수를 산정하기 위하여 윤중 신호특성을 통해 차축의 수와 윤중으로 누적통과톤수를 산정

하는 방법으로 구축하였다 일반적으로 윤중을 측정하여 통과톤수를 평가하는 것은 열차하중.

이 직접 레일에 발생되는 하중으로 환산하기 때문에 내구성 문제 등이 있을 수 있다 그러나 .

비 접촉식 방법으로 제안된 레이저방식 또는 고속카메라 등은 설치비용과 선로의 먼지 등으,

로 인한 전파의 간섭문제 등으로 현장 적용하기에는 어려움이 있었다 따라서 본 시스템은 현.

재 많이 사용되고 있는 윤중 측정방법을 통해 측정된 신호파형을 통해 차축에 따른 윤중을

누적하여 계산하였다 시스템 구성은 그림 과 같다. 3-4-11 .

그림 누적통과톤수 자동화 시스템 산정 흐름도3-4-11

신호성분의 정확한 하중산정을 위하여 유효범위를 검사하고 고주파저감과 특정주파수 저감

을 통해 신호처리를 완료한 후 윤하중의 값을 보간법을 사용하여 축하중에 따른 Peak Spline

통과톤수를 계산하고 열차 축개수 정합 여부를 판단하여 시간별 월별 연도별로 적산할 수 , ,

있도록 구성하였다 그림 는 현장에 설치된 윤중게이지 설치시스템과 자동산정 프로그. 3-4-12

램의 초기화면을 나타내었다.

그림 호남고속철도 테스트베드 연간통과톤수 모니터링 시스템 초기화면3-4-12

- 137 -

그림 은 현장에 설치하는 윤중게이지의 부착과 윤중검증기 교정값을 구하는 사진이다 3-4-13 .

윤중게이지는 차년도와 차년도 회 부착하였으며 표준노반에 구축된 를 이용하여 신호1 2 2 , DAQ

파형을 분석하였다 윤중 신호파형의 예시는 그림 과 같다 그림 에서와 같이 신호파. 3-4-13 . 2

형에 따라 차축으로 열차의 종류를 추출하고 차축을 누적하여 회 열차통과톤수를 산정하였1

다 일 회 운행되는 조건으로 일 로 누적하였으며 야간에 비 정기운행차량. 1 23 1 (00:00 24:00) , ∼

보수차량 등에 대한 통과톤수도 계상하였다( ) .

그림 일별 월별 년도별 누적통과톤수 그래프3-4-13 , ,

표준시 윤중 신호를 이용한 위치동기화 (2) - GPS-

지상과 차상의 위치동기화는 유지보수 및 관리하는데 있어서 매우 중요한 기술이라고 할

수 있다 차상의 데이터를 통해 지상부의 이상개소를 파악하고 이를 현장에서 보수를 하기 위.

해서는 정확한 위치를 판단하여야 효과를 볼 수 있기 때문이다 호남고속철도 테스트베드 구.

간에 차상모니터링은 현재 유지보수 차원에서 운행하고 있는 개의 차량 호 고속검측2 (KTX36 ,

차 과 해무차량에서 측정되는 정보를 확보하고 있다 그러나 본 연구에서는 각 시스템간) DB .

의 위치동기화를 위한 시스템 변경 및 추가 설치가 어렵기 때문에 기존 시스템에서 최대한

위치를 동기화 시킬 수 있는 방안이 마련되어야 한다 따라서 이러한 한계를 극복하고 설치 .

용이하고 기존 시스템을 방해주지 않는 범위에서의 위치동기화를 구축하였다.

본 연구에서 수행된 차상 측정은 호에서 측정된 진동가속도 해무 차세대고속열차를 KTX36 ,

통한 진동가속도와 고속검측차에서 측정된 궤도틀림 데이터이다 각 시스템은 별도로 운영되.

는 시스템으로 서로 다른 방식으로 위치가 정의되고 있다 따라서 본 연구에서는 각각의 시스.

템으로 위치가 정의되는 것을 일률적인 위치가 될 수 있도록 시스템을 선정하여야 각 위치의

이상개소 추출 등 다양한 분석이 가능할 수 있다 이러한 목표를 위해 호 차량과 궤도. KTX36

검측차 는 차량을 직접 탑승하여 신호를 획득한 후 시간을 표준시간으(Roger1000k) GPS GPS

로 동기화시켜 의 위경도 좌표를 테스트베드의 킬로정 로 환산하였다 본 시스템에서 GIS (KP) .

중요한 인자는 노반에 설치된 시각을 동기화시키는 방법으로 현장에서 표준시간으로 동GPS

기화 시켜 약 초로 항상 일정하게 오차를 보정하고 열차 차축의 신호파형 성분의 표준시0.1

와 측정위치를 자동으로 선택하여 시간의 오차를 운행속도로 거리를 수정하는 방식으로 동기

화를 구현시켰다.

본 연구에서 수행된 차상 측정은 호에서 측정된 진동가속도 해무 차세대고속열차를 KTX36 ,

통한 진동가속도와 고속검측차에서 측정된 궤도틀림 데이터이다 각 시스템은 별도로 운영되.

는 시스템으로 서로 다른 방식으로 위치가 정의되고 있다 따라서 본 연구에서는 각각의 시스.

템으로 위치가 정의되는 것을 일률적인 위치가 될 수 있도록 시스템을 선정하여야 각 위치의

이상개소 추출 등 다양한 분석이 가능할 수 있다 이러한 목표를 위해 호 차량과 궤도. KTX36

- 138 -

검측차 는 차량을 직접 탑승하여 신호를 획득한 후 시간을 표준시간으로 (Roger1000k) GPS GPS

동기화시켜 의 위경도 좌표를 테스트베드의 킬로정 로 환산하였다GIS (KP) .

본 시스템에서 중요한 인자는 노반에 설치된 시각을 동기화시키는 방법으로 현장에서 GPS

표준시간으로 동기화 시켜 약 초로 항상 일정하게 오차를 보정하고 열차 차축의 신호파형 0.1

성분의 표준시와 측정위치를 자동으로 선택하여 시간의 오차를 운행속도로 거리를 수정하는

방식으로 동기화를 구현시켰다.

데이터로거의 시각동기화를 위한 안테나를 표준성토노반 연약지반노반 접속부노반에 GPS , ,

설치하였다 설치 목적은 시각을 기준시각으로 차상데이터와 지상데이터를 정합하여 분. GPS

석하기 위함이다 기존 설치한 모델은 데이터로거용 전용모델로 초 간격으로 시간동기화를 . 1

한다 시간동기화는 열차 통과 직전까지 이루어지고 열차 통과시는 측정 시각오류를 회피하기 .

위해 동기화를 하지 않는다 열차 통과시에 시각동기화를 하지 않아 오차가 발생하여 열차 통.

과시에도 시각동기화가 이루어지도록 멀티스레딩이 가능한 시각동기화 향상모듈GPS

을 테스트하고 현장에 설치하였다 는 기존 연약지반노반에는 설치되지 않았(SDM-SIO4A) . GPS

으나 시각동기화 향상 모듈설치와 함께 추가 설치하였다 시각동기화 속도 향상으로 차상 지. -

상과의 측정 데이터 비교의 정확도가 오차 초 이내로 향상되었다0.01 .

그림 는 차상 지상과의 측정 데이터를 비교하기 위하여 지상의 시각정확도를 향상하 3-4-14 -

기위한 방법이다 표준시 동기화 방식은 통신지연 예측불가 등으로 인하여 시각동기화 지연이 . ( )

발생된다 시각오차는 약 초로 일정하지 않다 반면에 시각동기화 방식은 장치 . 0.1~0.5 . GPS GPS

및 로거 연산에서 시각지연 발생하여 보정 후 시각동기화를 한다 오차는 약 초로 일정하. 0.3

다 따라서 지상 모니터링 시스템은 시각동기화 방식을 현장 적용하였다 현재 오차는 약. GPS .

초 이내이다0.01 .

그림 표준시 시각동기화 및 시각동기화3-4-14 GPS

그림 고속검측차 운행에서의 위치동기화 자동조정 예시 통합모니터링시스템3-4-15 (Roger1000K) ( )

- 139 -

차상모니터링 시스템 구축 3.

가 호 차상가속도 측정 시스템 구축 및 모니터링. KTX36

철도 차량의 진동은 차량과 레일간의 상호작용에 의한 것으로 레일면의 거칠기 또는 궤도

틀림에 의해 발생하여 대차를 통해 차체에 전달하게 된다 레일면의 거칠기 등에 의한 영향으.

로는 차량의 고주파 진동 또는 소음으로 나타나고 궤도틀림에 의한 영향은 차량의 승차감이,

나 주행안전성에 영향을 주게 된다. 차량의 주행안정성에 영향을 주는 영향과 진동을 저감시

키기 위하여 유지관리를 주기적으로 실시하고 관리기준 이내로 관리하여 열차의 안전성을 확

보하고 있다 궤도틀림은 열차의 반복운행 혹은 외부 환경의 작용에 의해 원래의 위치에서 횡 .

또는 상하방향으로 변위가 발생하는 것으로서 주행안전성 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있

다 특히 고속선으로 운행되는 선로는 궤도평탄성이 매우 중요하기 때문에 적절한 시기에 보.

수를 수행하고 관리하여야 한다.

일반적인 진동가속도 측정은 궤도검측차량 또는 호에 설치된 가속도 측정을 통해 유 KTX36

지관리 주체에서 데이터를 분석하여 각 사무소로 이상개소를 통보하는 방식으로 유지관리가

되고 있다 궤도검측차에서 수행하는 고기능 다항목 검측과는 달리 호 영업차량에 부착. KTX36

된 소수의 센서를 이용하여 실제 영업 운행하는 동안 측정하고 있다 영업차량에 의한 진동가.

속도는 비교적 저렴하고 간단한 계측장비를 이용하여 영업운행 횟수만큼 궤도검측을 수행할

수 있는 장점을 가지고 있다 그러나 출력 신호는 가속도량이기 때문에 이로부터 변위량을 산.

출하기 위해서는 적절한 신호처리가 필요하고 가속도 신호만을 추출하여 분석하는 기법은 매

우 중요한 연구분야라고 할 수 있다 본 연구에서는 호에 의한 진동가속도와 검측차에. KTX36

서 분석되는 다양한 궤도틀림과 테스트베드 구간의 상태변화를 보기위하여 모니터링을 실시하

였다.

가 차상가속도 설치 및 계측방법 ( )

열차에 차축 대차 및 차체에 진동가속도계를 설치하여 열차주행시 발생되는 진동가속 KTX ,

도를 측정하며 이와 동시에 정확한 주행위치를 파악하기 위해 차량 내부에 설치 및 차륜GPS

에 타코메터를 설치하여 위치정보도 동시에 수집 가능하도록 계측하였다 차량의 진동가속도 .

계측에 따른 흐름은 다음과 같다 차상가속도 측정시스템은 주행안정성을 평가할 수 . UIC518

있도록 시스템을 설계하였으며 계측시스템의 구성과 센서는 표 과 같다, 3-4-16 .

표 계측시스템 구성 및 센서3-4-16

구 분 제품명 규 격 제조회사

센 서

축 진동가속도3 8395A(2g) 스위스KISTLER( )

축 진동가속도1 8315A(10g, 50g) 스위스KISTLER( )

광센서 E3S-AD11 일본OMRON( )

수신기GPS AKA250(10Hz) 한국Ascen( )

계측기기

데이터로거 DAQ NI-9239 미국NI( )

판넬메터 K3HB-RNB-L2AT11 일본OMRON( )

노트북 Windows7 중국Lenovo( )

차축 진동가속도계는 차축 위치에 횡 축 및 연직 축 방향으로 진동가속도를 측정할 수 y( ) z( )

있도록 차축위치에 마운트를 고정하여 횡 축 연직 축 방향 축 진동가속도계 를 개 y( ) , z( ) 1 (50g) 2

- 140 -

설치하였다 대차진동가속도계는. 대차 상단 위치에 횡 축 및 연직 축 방향으로 진동가속 y( ) z( )

도를 측정할 수 있도록 대차 상단에 마운트를 고정하여 축 진동가속도계 개를 설치1 (10g) 2

하였다. 차체 진동가속도계는 열차의 객실내부 바닥에 종 축 횡 축 및 연직 축 방향으 x( ) , y( ) z( )

로 진동가속도를 측정할 수 있도록 객실내부 바닥에 마운트를 고정하여 축 진동가속도계3 (2g)

개를 설치하였다 차량의 주행위치를 파악하기 위해 차량내부에 수신기와 차륜에 반사테1 . GPS

이프 및 광센서를 이용한 타코메터 광센서 를 설치하여 측정위치의 위도 경도 속도 및 ( ) , , KP

등의 위치정보를 수집하였다.

그림 차축 진동가속도계 설치위치 3-4-16

그림 대차 진동가속도계 설치위치 3-4-17

그림 차체 진동가속도계 설치위치3-4-18

그림 및 타코메터 부착위치3-4-19 GPS

그림 센서 및 데이터로거 설치광경3-4-20

- 141 -

나 신호처리 방법 및 평가기준( )

철도차량의 진동가속도를 측정하여 차량의 주행안전성 및 승차감을 평가하는 방법 및 절차

는 및 선로유지관리지침에 명시되어 있으며 에 규정된 신호처리 후 UIC518, EN12299 , UIC518

규정 및 선로유지관리지침에 따라 주행안전성 및 승차감 평가를 수행하였다EN12299 .

의 신호처리 방법은 정규법 과 간편법 으로 구분되 UIC518 (Normal Method) (Simplified Method)

며 본 연구에서는 탈선계수를 계측하지 않았으므로 간편법에 따라 평가를 수행하였다 차체, .

가속도는 주행안전성평가와 승차감평가에 모두 활용이 되며 이때에 각각의 신호처리 기준은 ,

서로 상이하다.

규정의 평가는 차체의 횡방향 및 연직방향 축 진동가속도 EN12299 Continuous comfort y( ) z( )

결과를 초 단위로 평균하여 얻어진 결과값을 이용하여 승차감을 평가하였고 얻어진 초 평5 5

균 데이터를 하여 분 데이터의 값에 해당되는 결과도 같이 도출하였RMS 5 95% Mean Comfort

다 선로유지관리지침 횡가속도 평가시 보수기준 을 초과하는 경우에 대해 초과개소를 파. (AV)

악하였으며 이를 초과하지 않을 경우 최대 진동값이 어느 정도의 관리단계 수준인지를 명시

하였다 표 표 에 에 규정된 신호처리 방법 및 허용기준을 각각 나타내. 3-3-17 3-3-19 UIC518∼

었다.

표 에 규정된 신호처리 방법3-3-17 UIC518

구 분

Cutoff Frequency (Hz)

비 고

Normal Method Simplified Method

횡 압 이상LP 20Hz -이상 이동평균2m

샘플링0.5m

탈선계수 이상LP 20Hz -이상 이동평균2m

샘플링0.5m

대차 가속도(safety) LP 10Hz 횡방향 : LP 10Hz

차체 가속도 (safety) 횡방향 : LP 6Hz횡방향 : LP 6Hz

연직방향 : BP 0.4~4Hz

차체 가속도(Running behavior) BP 0.4~10Hz BP 0.4~10Hz

주) 1. LP : LowPass Filtering, 2. BP : BandPass Filtering

표 평가기준3-3-18 Continuous Comfort (EN12299)

승차감 기준 안락도

0.2 ＜ Very Comfortable

0.2 ≤ 0.3 ＜ Comfortable

0.3 ≤ 0.4 ＜ Medium

0.4 ≤ Less Comfortable

주) 차체 횡방향 가속도 평균값 : , 차체 연직방향 가속도 평균값 :

- 142 -

표 선로유지관리지침 횡가속도 허용기준3-3-19

관리단계횡가속도 한계값

(m/s2)

준공기준(CV)

Construction Value건설 후 요구되는 값

ATc 0.8≤

ATb 2.5≤

목표기준(TV)

Target Value다른 경우

ATc 1.0≤

ATb 3.5≤

주의기준(WV)

Warning Value

이 값의 의미 :

-결함의 원인 및 특성의 확인

-줄맞춤 결과의 감시

1.0 < ATc 2.5≤

3.5 < ATb 6.0≤

보수기준(AV)

Action Value

다음의 최대 한계시간 안에 수행되어야 하는 유지보수운영에 필요한 값

- 일불안정한 구간15 ( )

- 개월그 외의 구간1 ( )

ATc > 2.5

ATb > 6.0

속도제한기준(SV)

Speed Reduction

Value

속도감속을 의미하는 값

속도제한 = 230 /h2.8 ATc 3.0≤ 〈

8.0 ATb 10.0≤ 〈

속도제한 = 170 /hATc 3.0≥

ATb 10.0≥

속도제한 < 160 /h 관리 안됨

주 차체 횡가속도차체가속도의 기준선과 의 차) ATc : ( Peak )

대차 횡가속도차체가속도의 기준선과 의 차 ATb : ( Peak )

진동가속도 분석결과 그래프 작성시 축은 정읍 익산구간 값으로 작성하여 주행안전성 x - KP

및 승차감 기준을 초과하는 위치를 파악할 수 있도록 도시하였으며 각 항목별 내용은 다음과

같다 그림 참조( 3-4-21 ).

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

구 분 내 용 비 고

Speed(km/h)①

차륜에 광센서를 이용한 타코메터 결과를 이용하여

및 차량의 속도 분석KP

Comfort_N_MV(m/s② 2

) 분간 데이터를 한 결과Continuous Comfort 5 RMS

C③ CZ(m/s2

) 축 초 평균 데이터z Continuous Comfort(5 ) 승차감

Body_Z④ q(m/s2

) 기준 신호 처리된 차체 축 진동가속도UIC518 z

Bogie_Z(m/s⑤ 2

) 기준 신호 처리된 대차 축 진동가속도UIC518 z

C⑥ CY(m/s2

) 축 초 평균 데이터y Continuous Comfort(5 ) 승차감

Body_Y⑦ q(m/s2

) 기준 신호 처리된 차체 축 진동가속도UIC518 y 주행안전성

Bogie_Y⑧ s(m/s2

) 기준 신호 처리된 대차 축 진동가속도UIC518 y 주행안전성

그림 진동가속도 분석결과 그래프 일례3-4-21

- 143 -

표 현장계측 항목 및 시험일자3-4-20

차 수 시험일자 시험열차 계측구간 계측항목

차1 2017. 04. 28 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

차2 2017. 05. 12 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

차3 2017. 05. 19 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

차4 2017. 06. 09 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

차5 2017. 07. 02 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

차6 2017. 07. 22 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

차7 2017. 08. 11 KTX익산 정읍→

정읍 익산→

차축 대차 차체 진동가속도, ,

위치정보수집 타코메터(GPS, )

승차감 분석결과①

규정에 따른 차체 횡 및 연직 진동가속도를 이용한 승차감 분석결과 횡가속도는 EN12299 ,

최대 0.12m/sec2

연직가속도는 최대 (Very Comfortable), 0.41m/sec2

것으로 나타났다(Medium) .

차체 횡가속도 차체 연직가속도(a) (b)

그림 규정 승차감 분석결과3-4-22 EN12299

표 규정 승차감 분석결과3-4-21 EN12299

단위 ( : m/sec2

)

차 수 계측구간 횡방향( 최대치) 연직방향( 최대치) 비고

차1

익산 정읍→ 0.08 0.27

정읍 익산→ 0.10 0.36

차2

익산 정읍→ 0.09 0.32

정읍 익산→ 0.11 0.37

차3

익산 정읍→ 0.10 0.33

정읍 익산→ 0.11 0.34

차4

익산 정읍→ 0.12 0.38

정읍 익산→ 0.11 0.41

차5

익산 정읍→ 0.10 0.28

정읍 익산→ 0.10 0.37

차6

익산 정읍→ 0.11 0.25

정읍 익산→ 0.11 0.30

차7익산 정읍→ 0.11 0.24

정읍 익산→ 0.12 0.25

- 144 -

주행안전성 분석②

선로유지관리지침에 따른 횡가속도 분석결과 대차에서 최대 , 2.67m/sec2

목표기준 이내 차( ),

체에서 최대 0.64m/sec2

준공기준 이내 인 것으로 나타나 보수기준 이내의 결과가 확인되었다( ) .

대차 횡가속도 차체 횡가속도(a) (b)

그림 선로유지관리지침 기준 횡가속도 분석결과3-4-23

표 선로유지관리지침 기준 횡가속도 분석결과3-4-22

단위 ( : m/sec2

)

차 수 계측구간 대차 최대 횡가속도 차체 최대 횡가속도

차1익산 정읍→ 1.86 0.27

정읍 익산→ 1.64 0.43

차2익산 정읍→ 1.85 0.33

정읍 익산→ 2.10 0.49

차3익산 정읍→ 2.24 0.35

정읍 익산→ 2.40 0.49

차4익산 정읍→ 2.34 0.43

정읍 익산→ 2.67 0.64

차5익산 정읍→ 1.50 0.30

정읍 익산→ 2.20 0.42

차6익산 정읍→ 1.84 0.35

정읍 익산→ 2.02 0.55

차7익산 정읍→ 1.80 0.44

정읍 익산→ 2.06 0.55

호남고속선 정읍 익산 구간에 대하여 차량의 차축 대차 및 차체에 진동가속도계를 설 ~ KTX ,

치하고 회에 걸쳐 현장계측을 실시하여 데이터를 수집하였다 계측결과는 기준 신호7 . UIC518

처리 후 규정 및 선로유지관리지침에 의거하여 승차감 및 주행안전성을 분석하였으EN12299

며 그 결과는 다음과 같다.

표 차량 진동가속도 분석결과3-4-23

구 분익산 정읍-

하선( )

정읍 익산-

상선( )판 정

승차감 분석

(EN12299)

횡방향 0.08 ~ 0.12 0.10 ~ 0.12 Very Comfortable

연직방향 0.24 ~ 0.38 0.25 ~ 0.41Medium ~

Comfortable

횡가속도 분석

선로유지관리지침( )

대차 0.15 ~ 2.34 1.64 ~ 2.67 목표기준 이내(TV)

차체 0.27 ~ 0.44 0.42 ~ 0.64 준공기준 이내(CV)

- 145 -

1. 해무차량 안전 계측 시스템 (HEMU-430X)

가 차량 안전계측 시스템 개요 .

차세대고속열차 의 안전계측시스템은 각 차량마다 계측장치를 분산화 하여 데 (HEMU-430X)

이터를 수집하고 전체적인 계측시험에 대해 총괄적으로 모니터링 및 제어할 수 있는 방식으

로써 차량계측장치 팬터계측장치 모니터링장치 통신계측장치 영상장치 중앙제어장치 전원, , , , , ,

제어장치 등으로 구성되어 있다 호남고속선 테스트베드 시운전시 지상 계측시스템과 차상 계.

측시스템과의 동기화를 위하여 의 계측시스템과 차량 내에 설치되어 있는 HEMU-430X HEMU

정밀위치검측시스템과의 데이터 동기화를 위한 목적으로 분산화 된 계측시스템 네트워크에

정밀위치검측시스템과 데이터 동기화화한 모듈을 별도의 통신계측장치로 동일한 네트워크에

추가구성 하여 정밀위치검측시스템의 시간데이터를 통해 전체계측 데이터의 시간동기화를 위

한 동기화 기능 모듈 및 프로그램을 개발 적용하였다/ .

그림 차세대고속열차 계측시스템 구성도3-4-24

나 동기화 시스템 구조 및 기능 .

동기화 시스템 구조(1)

분산화 된 계측시스템 네트워크에 정밀위치검측시스템과 데이터 동기화를 위한 모듈을 동

일한 네트워크에 추가 구성하여 별도의 통신계측장치로 차량에 설치된 스위칭 허브에 연M2

결하여 구성한다 정밀위치검측시스템과 데이터 동기화를 위한 모듈을 라고 명명하고 . GPS-KP

다른 차량용 계측장치들과 동일한 네트워크를 구성한다.

- 146 -

그림 계측 시스템 추가 개념도3-4-25

동기화 시스템 주요 기능(2)

모듈도 다른 차량용 계측장비와 동일하게 중앙제어장치에 제어 하는 계측 시작 GPS-KP

저장 저장종료 각 시점을 동일하게 제어 하며 장비 동작 상태 여부를 (START), (Save), (Stop)

중앙제어장치 프로그램에 현시되도록 한다.

정밀위치검측장치와의 통신 및 동기화TCP/IP

중앙제어프로그램 동기 저장 계측/

중앙제어프로그램 동기화 모듈 동작 상태 모니터링 통신

다 동기화 모듈 사양 및 기능 .

차상 계측 시스템 동기화 모듈 사양(1)

표 차상 계측 시스템 동기화 모듈 사양3-4-24

- 147 -

그림 동기화 모듈 사진3-4-26

동기화 모듈 기능(2)

정밀위치검측시스템 통신Ethernet (TCP/IP)

중앙제어장치 연결

계측 시간 동기화

라 동기화 모듈 현장 설치.

차량 계측 시스템 설치 적용(1) HEMU-430X M2

동기화 모듈 를 차량의 계측 시스템 내부 공간에 추가하여 그림 GPS-KP HEMU-430X M2

과 같이 설치를 완료하였다3-4-27 .

그림 동기화 모듈 설치 차량 계측시스템 내부3-4-27 (M2 )

설치 구성(2) GPS-KP

그림 차량 내부 구성도 추가3-4-28 M2 (GPS-KP )

차량 내 내부에 장비 설치 후 번의 스위칭 허브와 네트워크를 M2 Rack 1 GPS-KP Rack 2

연결 하고 위치 검측 과 데이터 전송용 케이블을 결선하여 설치 완료하였다Rack .

- 148 -

마 소프트웨어 개발.

소프트웨어 요구사항 (1)

가 통신계측 프로그램은 기존 계측시스템과의 호환을 위해 기반 기반에서 설치 ( ) Window OS

및 운영되어야 한다.

나 정밀위치검측장치에서 수신되는 가 기존 종합계측시스템과 동기화되도록 프로그램이 ( ) data

구성하며 저장되는 은 기존 계측시스템과 완벽하게 호환한다, data file format .

다 통신계측 프로그램은 정밀위치검측장치에서 로 수신되는 를 기존계측시스템의 ( ) 10Hz data

인 로 저장되도록 기능을 가진다sampling rate 1000Hz data interpolation .

라 기존 계측시스템의 프로그램은 통신계측시스템을 인식한다( ) .

마 통신계측모듈 및 프로그램을 통하여 저장된 를 분석하기 위하여 기존의 ( ) data post

및 분석 프로그램과 호환되도록 한다processing .

전체 프로그램 개발 (2)

가 중앙제어장치 프로그램 기능 추가( )

그림 중앙제어 장치 프로그램 수정 화면3-4-29

기본 중앙제어장치 프로그램에 계측장비의 제어 신호부분을 추가하여 기존 계측 GPS-KP

장비와 동일하게 동기화 신호 시작 저장 정지 를 생성하여 동작하도록 프로그램을 추가하였( , , )

다

계측 차량 선택 항목에 추가GPS-KP

통합 상태 추가Connect GPS-KP

종합 계측 시스템 상태 정보에 추가GPS-KP

통합 계측 및 저장 명령 신호에 추가GPS-KP

- 149 -

나 프로그램 작성( ) GPS-KP

그림 메인 계측화면3-4-30 GPS-KP

2. 테스트베드 구간 본선시운전시험

차세대고속열차 운행을 위한 관련 기관 협의 결과 본선시운전시험 방안에 따라 년 월 2017 1

일 본선시운전시험을 수행하였다 최초 시험은 오송 영곡 구간 에서 주행 사황 8 . , 200km/h ↔

이상 유무를 확인하고 안전성 확인 이후 호남고속선은 광주송정까지시운전 구간을 확대하였,

다 테스트 베드 총 시운전 시험 현황은 표 와 같다. 3-4-25 .

표 정읍 익산구간 본선 시운전 현황3-4-25 -

회수 일 시 구 간 비고

1 월 일1 16 오송 정읍 익산 정읍 오송

2 월 일2 06 오송 광주송정

3 월 일2 07 광주송정 오송 광주송정 오송 주간

4 월 일2 27 오송 모암 익산 모암 오송IEC IEC

5 월 일3 20 오송 모암 익산 모암 오송IEC IEC

6 월 일3 27 오송 모암 익산 모암 오송IEC IEC

7 월 일4 03 오송 모암 익산 모암 오송IEC IEC

8 월 일4 10 오송 모암 익산 모암 오송IEC IEC

9 월 일4 21 광주송정 익산 모암 오송IEC 분기기통과

10 월 일5 06 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

11 월 일5 08 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

12 월 일5 14 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

13 월 일5 15 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

14 월 일 5 21 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

15 월 일 5 22 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

16 월 일5 24 오송 광명 광주송정 오송

17 월 일5 28 오송 모암 오송IEC 분기기통과

18 월 일7 24 광주송정 오송 층고속열차2

19 월 일7 26 오송 모암 익산 광주송정IEC 층고속열차2

20 월 일7 27 광주송정 오송 층고속열차2

21 월 일 8 13 오송 모암 광주송정IEC

22 월 일 8 14 광주송정 익산 오송

23 월 일 8 20 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

- 150 -

가 측정 모니터링 데이터의 가공 및 추출 분류( ) /

계측데이터의 구성①

계측 데이터는 호차와 에서 매달 주기적으로 측정하고 있는 차상 가속 KTX 36 Logger 1000k

도 데이터와 궤도틀림 데이터이다 호차에서 측정한 원데이터 는 차체 축. KTX 36 (Raw Data) (3 ;

대차 축 윤축 축 의 진동가속도와 속도 및 위치 데이터로 구X, Y, Z), (2 ; Y, Z), (2 ; Y, Z) (KP, GPS)

성된다 에서 측정된 궤도틀림 원데이터 는 기준 거리 속도 궤간틀. Roger 1000k (Raw Data) KP , ,

림 줄틀림 면틀림 고저틀림 캔트 등의 데이터로 구성된다, , , , .

취득 데이터 추출을 통한 분석 Roger1000K TQI ②

로 취득한 궤도 틀림데이터를 이용하여 궤도품질지수 를 산정하였음 이는 Logger 1000K (TQI) ,

각 틀림 데이터를 표준편차 방법으로 구한 것으로서 지수와 동일한 방법이다 지UK . UK SD

수는 궤도 품질 매개 변수와 연관된 개의 표준 편차 7 σi 로 구성되며 식 = 1, 2, ..., 7

과 같이 궤도 세그먼트 국내 기준 에 대한 매개 변수의 측정값으로부터 계산된다3-4-1 ( 200m ) .

지수가 클수록 궤도의 품질은 나빠지는 것을 의미한다.

(3-4-1)

(3-4-2)

여기서 는 품질 매개 변수의 표준 편차 는 궤도 세그먼트의 번째 샘플링 지점 i (mm), xij j σ

에서 매개 변수의 측정값 은 궤도 세그먼트의 샘플링 지점수이다 영국 호주 등의 궤(mm), n . ,

도 품질 지수는 지수와 유사하다 기준 세그먼트의 길이가 다르다SD . .

국외에서 지수와 외에 가장 많이 쓰이고 있는 궤도 품질지수는 지수이다 UK SD FRA TGI .

는 궤도 세그먼트의 품질 매개 변수에 대한 측정값과 이론값의 길이차 를 사용하여 식 TGI Li

24 월 일8 21 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

25 월 일8 27 오송 모암 익산 모암 오송IEC IEC

26 월 일9 09 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

27 월 일9 10 광주송정 익산 모암 익산 광주송정IEC

28 월 일 9 11 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

29 월 일9 17 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

30 월 일9 18 광주송정 익산 모암 익산 광주송정IEC

31 월 일9 21 광주송정 익산 모암 익산 광주송정IEC

32 월 일9 24 광주송정 익산 모암 익산 광주송정IEC

33 월 일9 25 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

34 월 일9 29 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

35 월 일9 30 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

36 월 일 10 14 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

37 월 일10 15 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

38 월 일 10 16 오송 모암 익산 모암 오송 대전IEC IEC

39 월 일11 26 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

40 월 일11 28 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

41 월 일12 03 오송 모암 익산 모암 익산 광주송정IEC IEC

42 월 일12 04 광주송정 익산 모암 익산 모암 오송IEC IEC

- 151 -

과 같이 궤도 세그먼트의 품질을 정량화한다 가 클수록 트랙 세그먼트의 품질이 나3-4-3 . TGI

빠진다.

(3-4-3)

(3-4-4)

여기서, Li는 궤도 세그먼트의 품질 파라미터에 대한 측정값과 이론값의 길이 차, L0은 궤

도 세그먼트의 길이, yj는 궤도 세그먼트상의 번째 샘플링 위치j

정읍 익산 구간에서 측정한 궤도 틀림데이터를 이용하여 국내 표준편차 방식과 - FRA TGI

지수를 구하여 각각 어떠한 차이를 보이는지 확인해 보았다 그림 는 동일 구간의 줄 . 3-4-31

틀림에 대한 지수와 지수를 비교 도시한 것이다 대부분 유사한 패턴의 궤도UK SD FRA TGI .

품질지수를 보이지만 약 구간에서는 상이한 결과를 보이고 있는 것을 알 수 있다122~123 km .

그림 은 동일 구간의 고저 틀림에 대한 국내 지수와 지수를 비교하였 3-4-31 TQI FRA TGI

다 값의 편차는 있지만 대부분 유사한 패턴의 궤도품질지수를 보이고 있으며 표준편차 . TQI ,

방식이 방식보다 전반적으로 적게 평가되는 것을 알 수 있다FRA .

10

8

6

4

2

0

Lev

el T

QI

1801751701651601551501451401351301251201151101051009590

KP

SD_Korail FRA

그림 지수와 지수 비교3-4-31 TQI FRA TGI

거리 공간주파수 해석을 통한 이상개소 추출기능③

푸리에 변환은 신호처리에 있어 가장 널리 쓰이는 강력한 기법으로서 계측된 신호를 각기

다른 주파수 성분을 갖는 여러 개의 정현파로 나누는 방법이다 이러한 변환기법은 계측된 신.

호의 총 주기 내에서 평균적인 주파수 특성을 평가하게 되므로 시간에 따라 주파수 특성이

변화하는 신호에 대해서는 시간 정보를 손실하게 된다 즉 시간에 따른 주파수의 변화 특성.

을 규명하기 위한 방법으로는 적합하지 않다 이러한 한계를 극복하기 위해 신호의 시간 정보 .

및 주파수 정보를 동시에 능동적으로 해석 할 수 있는 시간 주파수 해석 기법이 도입되었다-

(Gabor, 1946; Santamarina & Fratta, 1998; etc.).

시간 주파수 해석 기법은 기법 중 을 사용하 - Wavelet Short-Time Fourier Transform(STFT)

였다 는 시간에 따른 주파수 특성을 나타내기 위하여 시간 대역별로 윈도우 함수를 적. STFT

용하여 구간화 및 필터링된 함수를 얻고 그에 대한 푸리에 변환을 수행하는 기법이다.

는 윈도우 함수가 적용된 영역의 신호에 대한 주파수 성분만을 구하게 되고 윈도우 함STFT

수 시간대역을 옮겨감으로써 시간에 따른 주파수 성분의 변화를 평가할 수 있게 된다 여기서 .

윈도우 폭의 결정은 시간 주파수 해석의 중요한 요소이다- .

- 152 -

윈도우의 폭이 좁을수록 신호의 국부적인 주파수 특성만을 평가할 수 있는 장점이 있지만

윈도우내에 포함된 시간 신호 정보의 양 및 주기가 줄어들게 되므로 주파수 해상도가 감소되

는 경향을 나타낸다 반면 윈도우 폭이 넓을수록 평가하는 시간의 대역이 늘어남으로 국부적.

인 시간에 대한 평가가 어려운 반면 주파수의 해상도는 늘어나는 경향을 보인다.

시간 영역을 거리 위치 영역으로 변환하여 처리 후 공간주파수 를 획 ( ) FFT (Spatial Frequency)

득하였다 또한 시간 주파수 해석 기법을 이용한 거리 공간주파수 해석을 실시하여 . - - Wavelet

변환을 실시하였다 다음은 철도 차량에 부착된 가속도센서로 획득한 진동 신호를 및 . FFT

변환하는 절차에 대해 도시한 것이다Wavelet .

그림 및 변환3-4-32 FFT Wavelet

차상 가속도와 궤도틀림 데이터를 이용하여 거리영역 해석 공간주파수 영역 해석을 수행하 ,

였고 측정된 신호의 총 주기에 대하여 개의 구간으로 나누어 각 구간 중심에서 32 ~ 1024 256

개의 윈도우 데이터 포인트에 대하여 거리 공간주파수 해석을 수행하였다 거리 공간주파수 - . -

해석으로 획득되는 파워스펙트럼 밀도 는 주파수에 대한 스펙트럼의 (Power Spectral Density)

변화율을 나타낸다 스펙트럼 밀도함수는 전 주파수 대역에서 시간영역 신호의 평균 제곱값을 .

적분한 것이며 단위는 단위주파수당 파워를 의미한다, .

lim→∞

(3-4-5)

여기에서, S(f)는 파워스펙트럼 밀도, E는 에너지 기대값, T는 시간, XT(f)는 퓨리에변환 값을

의미한다.

- 153 -

그림 처리 및 변환 순서도 3-4-33 FFT Wavelet

호차에서 계측한 차상가속도 데이터와 에서 계측한 궤도 틀림 데이터 KTX 36 Logger 1000K

의 추출 및 분류를 위하여 그림 와 같이 기반의 는 개발하였다3-4-34 Matlab GUI .

데이터의 추출 및 분류용 의 구성은 크게 부분으로 구성된다 의 구성은 데이터 GUI 4 . GUI ①

추출을 위한 최소최대 구간 설정창 원데이터의 종류 궤도틀림데이터 및 차상가속도 KP , (②

데이터 선택창 데이터 추출 구간의 공간주파수 그래프 데이터 추출 구간의 ) , , Wavelet ③ ④

그래프로 구성된다 공간주파수 는 거리 의 원데이터를 고속푸리에변. (Spatial Frequency) Domain

환 하여 획득할 수 있다 또한 본 연구에서는 결과를 (FFT; Fast Fourier Transform) . FFT

의 값으로 표현하였다 변환은 위의 결과와 거리 PSD(Power Spectral Density) . Wavelet FFT

을 동시에 확인할 수 있는 장점이 있으며 축의 값을 컬러 컨투어로 나타내어 값Domain z PSD

의 고저를 쉽게 확인할 수 있다.

의 궤도틀림 데이터는 간격으로 측정되어 이상의 구간단위로 추출 Logger 1000K 25cm 1Km

을 하여야 의 해상도가 좋으며 호차의 차상가속도의 경우 이하의 구간 Wavelet , KTX 36 100m

단위로 추출하여야 의 해상도가 좋다Wavelet .

그림 데이터의 추출 및 분류 3- 4- 34 GUI

- 154 -

지상모니터링을 통한 안정성 및 장기성능 평가4.

가 궤도노반 구조 안정성 및 장기성능 평가.

표준성토노반 궤도 노반 분석(1) /

표 은 표준성토노반 궤도 노반 분석결과이다 표준성토노반을 차량별 3-4-26 / . (KTX, KTX-

산천 산천중련 로 구분하여 분석결과를 도출하였다 의 윤중 최대값 은 , KTX , HEMU) . KTX ( )

으로 참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이72.82kN 36.4% , ( ) kN 5.4%

내 탄성변위 최대값 는 로 참고기준치의 약 이내 진동가속도 최대값 은 , ( ) 0.006mm 0.6% , ( )

1.248로 참고기준치의 약 이내이다 산천 호남 의 윤중 최대값 은 으로 참12.7% . KTX ( ) ( ) 74.76kN

고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 약 으로 참고기준치의 약 탄성변위 최37.3% , ( ) 6.91kN 10.1%, (

대값 는 이고 참고기준치의 약 이내 진동가속도 최대값 는 ) 0.015mm 1.5% , ( ) 1.157로 참고기준

치의 약 이다 산천중련의 윤중 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이내11.8% . KTX ( ) 78.30kN 39.1% ,

횡압 최대값 은 이고 참고기준치의 약 탄성변위 최대값 는 이고 참고기( ) 5.153kN 7.5%, ( ) 0.005mm

준치의 약 진동가속도 최대값 는 0.5%, ( ) 1.644이고 참고기준치의 약 이내이다16.7% . HEMU

의 윤중 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 으로 참고기( ) 78.03kN 39% , ( ) 6.67kN

준치의 약 이내 탄성변위 최대값 는 이고 참고기준치의 이내 진동가속도 최9.8% , ( ) 0.014mm 1.4% , (

대값 는 ) 1.288이고 참고기준치의 약 이내이다 분석결과 모두 참고기준치를 만족하13.1% .

였다.

표 표준성토노반 궤도 노반 분석결과3-4-26 /

나 연약지반노반 궤도 노반 분석. /

표 은 연약지반노반 궤도 노반 분석결과이다 연약지반노반을 차량별 3-4-27 / . (KTX, KTX-

산천 산천중련 로 구분하여 분석결과를 도출하였다 의 윤중 최대값 은 , KTX , HEMU) . KTX ( )

으로 참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 으로 참고기준치의 약 94.85kN 47.4% , ( ) 10.12kN

이내 탄성변위 최대값 는 로 참고기준치의 약 이내 진동가속도 최대값14.8% , ( ) 0.052mm 5.2% , ( )

은 0.532로 참고기준치의 약 이내이다 산천 호남 의 윤중 최대값 은 으로 5.4% . KTX ( ) ( ) 93.117kN

참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 약 으로 참고기준치의 약 탄성변위46.5% , ( ) 6.16kN 9.0%,

최대값 는 이고 참고기준치의 약 이내 진동가속도 최대값 는 ( ) 0.028mm 2.8% , ( ) 0.522로 참고기

윤중최대값( ) 횡압최대값( ) 침하최종값( ) 탄성변위최대값( ) 진동가속도최대값( )

비고

참고기준치 200kN 68kN 30mm 1mm 9.8

KTX 표준 72.820kN 3.684kN 14.050mm 0.006mm 1.248 PASS

KTX

산천

호남( )

표준 74.763kN 6.914kN 13.715mm 0.015mm 1.157 PASS

KTX

산천

중련

표준 78.304kN 5.153kN 14.050mm 0.005mm 1.644 PASS

HE

MU-430

X

표준 78.032kN 6.674kN 13.729mm 0.014mm 1.288 PASS

- 155 -

준치의 약 이다 산천중련의 윤중 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이내5.3% . KTX ( ) 98.99kN 49.4% ,

횡압 최대값 은 이고 참고기준치의 약 탄성변위 최대값 는 이고 참고기준( ) 7.6kN 11.1%, ( ) 0.054mm

치의 약 진동가속도 최대값 는 5.4%, ( ) 0.40이고 참고기준치의 약 이내이다 의 윤4.0% . HEMU

중 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 으로 참고기준치( ) 81.97kN 40.9% , ( ) 8.80kN

의 약 이내 탄성변위 최대값 는 이고 참고기준치의 이내 진동가속도 최대12.9% , ( ) 0.080mm 8.0% , (

값 는 ) 0.41이고 참고기준치의 약 이내이다 분석결과 모두 참고기준치를 만족하였다4.2% . .

표 는 연약지반노반 분석결과 시트이다3-4-26

.

표 연약지반노반 분석결과3-4-27

다 접속부노반 궤도 노반. /

표 는 접속부노반 궤도 노반 분석결과이다 접속부노반을 차량별 산 3-4-28 / . (KTX, KTX-

천 산천중련 로 구분하여 분석결과를 도출하였다 의 윤중 최대값 은 , KTX , HEMU) . KTX ( ) 100.

으로 참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이7kN 50.3% , ( ) 7.2kN 10.5%

내 탄성변위 최대값 는 로 참고기준치의 약 이내 진동가속도 최대값 는 , ( ) 0.005mm 0.5% , ( ) 0.19

로 참고기준치의 약 이내이다 산천 호남 의 윤중 최대값 평균은 으로 참고1.9% . KTX ( ) ( ) 114kN

기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 약 으로 참고기준치의 약 탄성변위 최대56.9% , ( ) 5.39kN 7.9%, (

값 는 이고 참고기준치의 약 이내 진동가속도 최대값 는 ) 0.1mm 10.0% , ( ) 0.057로 참고기준치

의 약 이다 산천중련의 윤중 최대값 은 으로 참고기준치의 약 이내 횡0.5% . KTX ( ) 111.4kN 55.6% ,

압 최대값 은 이고 참고기준치의 약 탄성변위 최대값 는 이고 참고기준치( ) 4.08kN 6.0%, ( ) 0.087mm

의 약 진동가속도 최대값 는 8.7%, ( ) 0.77이고 참고기준치의 약 이내이다 의 윤중2.7% . HEMU

최대값 은 으로 참고기준치의 약 이내 횡압 최대값 은 으로 참고기준치의 약 ( ) 88kN 43.9% , ( ) 4.69kN

이내 탄성변위 최대값 는 이고 참고기준치의 이내 진동가속도 최대값 는 6.9% , ( ) 0.075mm 7.5% , ( ) 0.2

63이고 참고기준치의 약 이내이다 분석결과 모두 참고기준치를 만족하였다2.6% . .

표 접속부노반 분석결과3-4-28

윤중 최대값( ) 횡압 최대값( ) 침하 최종값( ) 탄성변위 최대값( ) 진동가속도 최대값( )비고

참고기준치 200kN 68kN 30mm 1mm 9.8

KTX 접속 100.7kN 7.2kN 6.046mm 0.005mm 0.191 PASS

윤중최대값( ) 횡압 최대값( ) 침하최종값( ) 탄성변위최대값( ) 진동가속도최대값( )

비고

참고기준치 200kN 68kN 30mm 1mm 9.8

KTX 연약 94.851kN 10.119kN 9.270mm 0.052mm 0.532 PASS

KTX

산천

호남( )

연약 93.117kN 6.163kN 10.770mm 0.028mm 0.522 PASS

KTX

산천

중련

연약 98.986kN 7.595kN 9.096mm 0.054mm 0.400 PASS

HE

MU-430

X

연약 81.970kN 8.801kN 10.156mm 0.080mm 0.412 PASS

- 156 -

열차별 궤도노반 응답 특성(4)

그림 는 열차 종류별 윤중 횡압 노반 탄성변위 및 진동을 동일지점 최댓값 대비 백 3-4-35 , ,

분율로 표시한 그래프이다 이와 같은 이유는 측점개소별로 센서 위치 및 심도가 조금씩 상이.

하기 때문에 물리량으로 서로를 비교하기는 어려워 동일 개소에서 측정된 값의 최댓값에 대

한 비율로 정규화 하여 개소별 및 열차별로 비교할 수 있도록 하였다.

궤도 윤중의 경우 가 가장 적게 측정되었으며 호남중련이 근소한 차이로 가 HEMU-430X KT-

장 큰 것으로 나타났다 횡압의 경우 열차별로 큰 차이가 없다 이와 같은 이유는 모니터링 . .

측정개소가 직선구간 또는 완화곡선 끝구간이기 때문인 것으로 보인다 노반 탄성변위의 경우 .

호남 중련이 가장 크게 측정 되었으며 가 가장 작게 측정되었다 노반 진동KTX- HEMU-430X .

은 열차별로 차이는 거의 없으나 호남중련이 가장 크게 측정되었다 호남중련이 전KTX- . KTX-

체적으로 윤중이 가장크기 때문에 탄성변위가 가장 컸으며 노반진동 또한 가장 컸다 횡압은 .

측정개소가 곡선구간이 아니기 때문에 측정값이 유사하였다.

열차별 윤중(a) 열차별 횡압(b)

열차별 노반 탄성변위(c) 열차별 노반진동(d)

그림 열차별 궤도노반 응답 특성3-4-35

동적할증계수 검토(1)

궤도구조 안정성 검토는 궤도를 구성하는 각 부재 레일 침목 체결구 도상 에 대하여 각각 ( , , , )

의 허용응력을 만족하여야 하고 하나의 구조체로서도 안정성이 확보되어야한다 궤도의 각 , .

부재에 작용하는 하중은 열차 수직하중 선로 종 횡하중을 포함하는 수평하중이 있으며 동, · ,

적 충격에 따른 수직 윤하중 는 다음과 같이 적용 해설 한국철도시설공(KR C-14030 2,

KTX

산천

호남( )

접속 113.94kN 5.384kN 6.467mm 0.100mm 0.0251 PASS

KTX

산천

중련

접속 111.36kN 4.08kN 6.045mm 0.087mm 0.266 PASS

HE

MU-43

0X

접속 87.99kN 4.69kN 6.101mm 0.075mm 0.263 PASS

- 157 -

단 하고 있다, 2014) .

× (3-4-6)

여기서 , 정적 유효윤하중 설계 축하중의 : (kN), 1/2 × 1.2, 동적할증계수:

동적할증계수는 식 와 같다3-4-2 .

∙ (3-4-7)

여기서 , : 신뢰도 지수 레일응력 변위 슬래브 기층 응력 ( / , / : 3.0), φ : 궤도품질에 좌우되는

계수이다.

호남테스트베드 개통이후의 열차하중 장기 계측을 통해 얻은 하중데이터를 이용하여 동적

할증계수의 분포를 계산하고 설계지침의 동적 할증계수 산정식과 비교하였다 설계지침에서의 .

동적할증계수 관계식은 정규분포를 가정하여 윤중변동 표준편차에 대한 가중치를 고려하여

구한 것이다.

그림 은 연약지반 구간에서 측정된 데이터를 취합하여 통계분석한 결과이다 콘크 3-4-37 .

리트궤도(t=3, 에서 속도에 따른 동적할증계수 보다 대부분으로 낮은값으로 분포되고 있=0.1)

는 것을 알 수 있다 궤도에 작용하는 동적할증계수는 설계지침에서 제시한 동적할증계수.

산정식이 적절하게 동적하중을 고려하고 있다는 것을 확인할 수 있었다 연약지반 표(DAF) . ,

준성토 교대 접속부 구간으로 구분하여 동적할증계수를 분석한 결과 교대접속부 구간에서 가,

장 큰 동적할증계수가 발생하였으며 모든 구간에서 설계지침에서 제시하고 있는 기준 값보다 ,

낮은 값을 보이고 있는 것으로 평가되었다.

0 100 200 300 4000.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

278.5~288.5 km/h

← µ = 1.1133

← µ+1σ = 1.1457

← µ+2σ = 1.1781

← µ+3σ = 1.2106

σ = 0.0324

Speed (km/h)

Impact Fact

or (-

)

Data

DAF (t=3, φ = 0.1)

1 1.1 1.2 1.3 1.40

50

100

DAF

µ = 1.113σ = 0.032CV = 2.911%

Normal fit

1 1.1 1.2 1.3 1.40

50

100

DAF

Location paramter = 0.107Scale paramter = 0.028

Log-normal fit

1 1.1 1.2 1.3 1.40

50

100

DAF

Shape paramter = -0.033Scale paramter = 0.026Location paramter = 1.1

GEV fit

그림 지상 모니터링 지점에서의 윤중 측정값의 확률분포 표준성토 구간3-4-36 ( )

- 158 -

그림 지상 모니터링 지점에서의 윤중 측정값의 확률분포 연약지반 구간3-4-37 ( )

0 100 200 300 4000.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

263.2~273.2 km/h

← µ = 1.1751← µ+1σ = 1.1873← µ+2σ = 1.1995← µ+3σ = 1.2117

σ = 0.0122

Speed (km/h)

Impact Factor (-)

Data

DAF (t=3, φ = 0.1)

1 1.1 1.2 1.3 1.40

10

20

30

40

DAF

µ = 1.175σ = 0.012CV = 1.038%

Normal fit

1 1.1 1.2 1.3 1.40

10

20

30

40

DAF

Location paramter = 0.161Scale paramter = 0.01

Log-normal fit

1 1.1 1.2 1.3 1.40

10

20

30

40

DAF

Shape paramter = -0.479Scale paramter = 0.013Location paramter = 1.172

GEV fit

그림 지상 모니터링 지점에서의 윤중 측정값의 확률분포 교대 접속부 구간3-4-38 ( )

설계기준 검증5.

가 설계기준항목 및 기준치.

표 는 설계기준항목 및 기준치이다 측정항목을 궤도 성토체 강화노반 상부노반 3-4-29 . , ( , ,

하부노반 원지반으로 구분하여 대푯값을 산정하였다 에서는 콘크리트 슬래브의 경), . UIC719R

우 열차 하중으로 인한 탄성 변위 범위는 일반적으로 사이로 예측하고 있어 별도0.1~0.2mm

로 설계 또는 관리기준을 두지 않는다 에서는 열차의 처짐각을 고려하여 허용치를 . RTRI

로 제시하고 있다 노반에 작용하는 허용압력은 콘크리트궤도 구조 에서 2.5mm . KR-14040( )

허용값을 제시하고 있다 콘크리트 슬래브 하면의 노반에 작용하는 허용압력은 식 에 . 3-4-8

의한다.

log

(3-4-8)

- 159 -

노반의 허용압력 : (), 평판재하시험의 두 번째 하중 단계에서 취한 탄성계수: ,

하중 사이클의 반복수 백만 회를 표준 이다: (2 ) .

허용압력은 최댓값을 취해야 한다 콘크리트궤도의 침하 허용 한계치는 레일 체결장치에 의 .

한 고저변위에 대한 조정대를 고려한 기준이다 철도설계기준에서는 교량의 연직가속도 최대.

허용기준은 이다 이 기준은 교량상판이 교각 교대에서 들리는 가능성에 대하여 안전율을 0.5g . /

고려한 값이다 토공노반은 교량과 경계조건이 상이하기 때문에 슬래브의 들림을 고려하여 .

1g(9.8m/s로 제시하여 분석하였다) .

표 설계기준 항목 및 기준치3-4-29

나 장기 측정결과 분석 .

윤하중(1)

그림 는 표준성토노반 의 윤하중 시계열 및 빈도 통계 그래프이다 표준성토 3-4-39 (109k231) ( ) .

노반의 최대 윤중값은 이다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차110.4kN .

가 제시하는 참고기준치 에 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 (‘3.10) 200kN 55.2% .

이며 빈도 값은 이며 빈도 는 으로 분석되었94.7kN 3 ( 1/370) 104.4kN , 6 ( 1/506,842,372) 114.1kNσ σ

다.

측정항목 센서종류 측정항목 선정근거 관리기준치 관련근거

궤도

윤하중 윤중균열을 고려한 재료의

허용응력200kN

호남고속철도 테스트베드 운영

계획 시험절차(‘3.10)

횡하중 횡압균열을 고려한 재료의

허용응력68kN

호남고속철도 테스트베드 운영

계획 시험절차(‘3.10)

탄성변위 변위 콘크리트의 허용휨응력 1mm호남고속철도 테스트베드 운영

계획 시험절차(‘3.10)

성토체

강호노반(

상부노반

하부노반)

토압계 노반압력 에 따른 허용압력

강화노반133.0kPa( )

상부노반88.7kPa( )

하부노반66.5kPa( )

KR C-14040 Rev0 4.(1)

층별침하계,

측량층별침하량

레일체결장치의 고저조

절 최대 허용폭25mm 철도설계기준(2011) 4.3.4

가속도계 진동가속도슬래브의 공진 들림 방

지를 위한 최대진동값9.8m/s

철도설계기준 참고(2011) 8.6.3

치

원지반 간극수압계 -지하수위 변동으로 인

한 자연침하- -

- 160 -

윤하중 시계열(a) ( ) 윤하중 빈도통계(b) ( )

그림 표준성토노반 윤하중 3-4-39

그림 은 연약지반노반의 윤하중 시계열 그래프이다 연약지반노반의 최대 윤중값은 3-4-40 ( ) .

로 측정되었다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차 가 제시100.1kN . (‘3.10)

하는 참고기준치 에 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 200kN 15.7% . 92.2kN 3 (σ

값은 이며 빈도 는 으로 분석되었다1/370) 106.5kN , 6 ( 1/506,842,372) 122.9kN . σ

윤하중 시계열(a) ( ) 윤하중 빈도통계(b) ( )

그림 연약지반 윤하중 3-4-40

그림 은 접속부노반 의 윤하중 시계열 그래프이다 접속부노반의 최대 윤중 3-4-41 (120k650) ( ) .

값은 으로 측정되었다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차111.3kN . (‘3.10)

가 제시하는 참고기준치 에 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 이며 200kN 55.7% . 101.5kN

빈도 값은 이며 빈도 는 으로 분석되었다3 ( 1/370) 118.5kN , 6 ( 1/506,842,372) 135.5kN . σ σ

- 161 -

윤하중 시계열(a) ( ) 윤하중 빈도통계(b) ( )

그림 접속부 노반 윤하중3-4-41

횡하중(2)

그림 는 표준성토노반 의 횡하중 시계열 그래프이다 표준성토노반의 최대 3-4-42 (109k231) ( ) .

횡하중은 이다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차 가 제시하9.4kN . (‘3.10)

는 참고기준치 에 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 68kN 13.8% . 4.3kN 3 (σ

값은 이며 빈도 는 으로 분석되었다1/370) 12.9kN , 6 ( 1/506,842,372) 21.6kN . σ

횡하중 시계열(a) ( ) 횡하중 빈도통계(b) ( )

그림 표준성토노반 횡하중 3-4-42

그림 은 연약지반노반 의 횡하중 시계열 그래프이다 연약지반노반의 최대 3-4-43 (110k000) ( ) .

횡하중은 으로 측정되었다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차10.5kN .

가 제시하는 참고기준치 에 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 (‘3.10) 68kN 15.7% . 9.29kN

이며 빈도 값은 이며 빈도 는 으로 분석되었다3 ( 1/370) 14.1kN , 6 ( 1/506,842,372) 18.8kN . σ σ

- 162 -

횡하중 시계열(a) ( ) 횡하중 빈도통계(b) ( )

그림 연약지반노반 횡하중 3-4-43

그림 은 접속부노반 의 횡하중 시계열 그래프이다 접속부노반 최대 횡하중은 3-4-43 (120k650) ( ) .

으로 측정되었다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차 가 제10.3kN . (‘3.10)

시하는 참고기준치 에 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 68kN 15.1% . 8.9kN 3 (σ

값은 이며 빈도 는 으로 분석되었다 측정개소가 직선구1/370) 17.0kN , 6 ( 1/506,842,372) 25.5kN . σ

간 또는 완화곡선구간이기 때문에 횡압변화는 거의 없는 것으로 나타났다.

횡하중 시계열(a) ( ) 횡하중 빈도통계(b) ( )

그림 접속부 횡하중 3-4-44

노반압력(3)

그림 는 표준성토노반의 노반압력 시계열 그래프이다 표준성토노반의 최대 노반압력3-4-45 ( ) .

은 로 측정 되었다 관련근거 코드에서 제시하는 참고기준치는 하부노반 상7.8kPa . KR 66.5kPa,

부노반 강화노반 이다 표준성토노반의 강화노반 토압계는 참고기준치 대비 88.7kPa, 133.0kPa .

약 이내 상부노반은 참고기준치 대비 약 이내 하부노반은 참고기준치 대비 약 5.8% , 8.7% , 11%

에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 값은 이며 빈도 . 4.4kPa 3 ( 1/370) 10.5kPa , 6 ( 1/σ σ

는 로 분석되었다 따라서 강화노반 상부노반 하부노반의 압력에 대하여 506,842,372) 16.6kPa . , ,

안정성이 확보 되는 것으로 평가된다 그림 은 표준성토노반 심도별 노반압력이다 등분. 3-4-46 .

포하중식을 이용하여 그린 추세선과 심도별 노반압력의 추세가 유사한 것으로 판단된다.

- 163 -

노반압력 시계열(a) ( ) 노반압력 빈도통계(b) ( )

그림 표준성토노반 노반압력 3-4-45

그림 표준성토노반 노반압력 심도별3-4-46 ( )

그림 은 연약지반노반의 노반압력 시계열 그래프이다 연약지반노반의 최대 노반압 3-4-47 ( ) .

력은 로 측정 되었다 관련근거 코드에서 제시하는 참고기준치는 하부노반 5.7kPa . KR 66.5kPa,

상부노반 강화노반 이다 연약지반노반의 토압계는 강화노반에 위치해 기준88.7kPa, 133.0kPa .

치 대비 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 값은 이4% . 5.4kPa 3 ( 1/370) 6.8kPaσ

며 빈도 는 로 분석되었다 그림 은 연약지반노반의 심도별 노, 6 ( 1/506,842,372) 8.3kPa . 3-4-48σ

반압력이다 등분포하중식을 이용한 추세선을 보아 노반압력은 설계값 이내로 측정된다. .

노반압력 시계열(a) ( ) 노반압력 빈도통계(b) ( )

그림 연약지반 노반압력 3-4-47

- 164 -

그림 연약지반노반 노반압력 심도별3-4-48 ( )

그림 는 접속부노반 노반압력 시계열 그래프이다 접속부노반의 최대 노반압력은 3-4-49 ( ) .

로 측정 되었다 관련근거 코드에서 제시하는 참고기준치는 하부노반 상부6.7kPa . KR 66.5kPa,

노반 강화노반 이다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 값은 88.7kPa, 133.0kPa . 4.4kPa 3 ( 1/370)σ

이며 빈도 는 로 분석되었다 접속부노반의 토압계는 강화노반에 6.7kPa , 6 ( 1/506,842,372) 9kPa . σ

위치해 참고기준치대비 약 에 해당한다 따라서 강화노반압력에 대하여 안정성이 확보 되5% .

는 것으로 평가된다 그림 은 접속부노반의 심도별 노반압력 그래프이다 등분포하중식. 3-4-50 .

을 적용한 추세선과 비교해보면 노반압력이 설계값 이내로 측정되었다.

노반압력 시계열(a) ( ) 노반압력 빈도통계(b) ( )

그림 접속부노반 노반압력3-4-49

그림 접속부노반 노반압력 심도별3-4-50 ( )

- 165 -

진동가속도(4)

그림 은 표준성토노반 진동가속도 시계열 그래프이다 표준성토노반의 최대 진동가3-4-51 ( ) .

속도는 1.7로 측정되었다 노반의 허용 진동치는 철도설계기준과 에서는 제시하. KR-CODE

고 있지 않는다 다만 철도설계기준에서는 교량의 연직 가속도 허용 기준을 . 0.5g(4.9 로 )

제시하고 있다 토공 노반의 경우 교량과 경계조건이 교량과 상이하기 때문에 . 9.8로 참고

치를 설정하였다 표준성토노반은 설정 참고치 대비 약 에 해당한다 통계분석결과 대푯. 17.3% .

값은 0.89이며 빈도 값은 3 ( 1/370) 1.8σ 이며 빈도 는 , 6 ( 1/506,842,372) 2.7σ 로 분석되

었다. 그림 는 표준성토노반의 심도별 진동가속도 그래프이다3-4-52 .

진동가속도 시계열(a) ( ) 진동가속도 빈도통계(b) ( )

그림 표준성토노반 진동가속도3-4-51

그림 표준성토노반 진동가속도 심도별3-4-52 ( )

그림 은 연약지반노반의 진동가속도 시계열 그래프이다 연약지반노반의 최대 진동 3-4-53 ( ) .

가속도는 1.1으로 측정되었다 노반의 허용 진동치는 철도설계기준과 에서는 제. KR-CODE

시하고 있지 않는다 설정한 참고기준치 . 9.8 대비 약 이내에 해당된다 통계분석결 11.2% .

과 대푯값은 0.65이며 빈도 값은 3 ( 1/370) 1.14σ 이며 빈도 는 , 6 ( 1/506,842,372) 1.64σ

로 분석되었다 그림 는 연약지반노반의 심도별 진동가속도이다 열차 진동은 원지. 3-4-54 .

반 까지 전달됨을 알 수 있었다.

- 166 -

진동가속도 시계열(a) ( ) 진동가속도 빈도통계(b) ( )

그림 연약지반노반 진동가속도3-4-53

그림 연약노반 진동가속도 심도별3-4-54 ( )

그림 는 접속부노반의 진동가속도 시계열 그래프이다 접속부노반의 최대 진동가속 3-4-55 ( ) .

도는 3.4으로 측정되었다 설정 참고기준치인 . 9.8대비 약 에 해당한다 통계분석34.6% .

결과 대푯값은 1.27이며 빈도 값은 3 ( 1/370) 4.97σ 이며 빈도 는 , 6 ( 1/506,842,372) 8.66σ

로 분석되었다 그림 은 접속부노반의 심도별 진동가속도 그래프이다 접속부 구간. 3-4-56 .

의 강화노반이 진동가속도가 가장 크게 측정되었다.

진동가속도 시계열(a) ( ) 진동가속도 빈도통계(b) ( )

그림 접속부노반 진동가속도3-4-55

- 167 -

그림 접속부노반 진동가속도 심도별3-4-56 ( )

탄성변위(5)

그림 은 연약지반노반의 탄성변위 시계열 그래프이다 표준성토노반의 탄성변위는 3-4-57 ( ) .

망실로 인해 측정이 되지 않았다 연약지반노반의 최대 탄성변위는 이다 관련근거 호. 0.12mm .

남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차 의 참고기준치 대비 연약지반노반의 탄성(‘3.10)

변위는 참고기준치의 약 에 해당한다 에서는 열차 하중으로 인한 탄성 변위 범12% . UIC 719 R

위는 일반적으로 사이로 예측하고 있다 탄성변위에 대하여 안정성이 확보되는 것0.1~0.2mm .

으로 평가된다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 값은 이며. -0.05mm 3 ( 1/370) 0.053mm , 6σ σ

빈도 는 로 분석되었다 그림 은 연약지반노반의 심도별 탄성변위 ( 1/506,842,372) 0.16mm . 3-4-58

그래프이다 참고기준치대비 전 구간 안정성이 확보되는 것을 볼 수 있다. .

탄성변위 시계열(a) ( ) 탄성변위 빈도통계(b) ( )

그림 연약지반노반 탄성변위3-4-57

그림 연약지반노반 탄성변위 심도별3-4-58 ( )

- 168 -

그림 는 접속부노반의 탄성변위 시계열 그래프이다 접속부노반의 최대 탄성변위는 3-4-59 ( ) .

이다 관련근거 호남고속철도 테스트베드 운영 계획 시험절차 의 참고기준치 대0.18mm . (‘3.10)

비 접속부노반은 참고기준치의 약 이내이다 에서는 열차 하중으로 인한 탄성 18% . UIC 719 R

변위 범위는 일반적으로 사이로 예측하고 있다 따라서 토공노반은 탄성변위에 대0.1~0.2mm .

하여 안정성이 확보되는 것으로 평가된다 통계분석결과 대푯값은 이며 빈도 . -0.05mm 3 (σ

값은 이며 빈도 는 로 분석되었다 그림 은 접1/370) 0.082mm , 6 ( 1/506,842,372) 0.22mm . 3-4-60σ

속부노반의 심도별 탄성변위 그래프이다 깊이별 탄성변위는 구간이 가장 크게 측정되었. TCL

다.

탄성변위 시계열(a) ( ) 탄성변위 빈도통계(b) ( )

그림 접속부노반 탄성변위3-4-59

그림 접속부노반 탄성변위 심도별3-4-60 ( )

침하(6)

그림 은 표준성토노반의 침하량 시계열 그래프이다 측정 단계 년 침하값은 3-4-61 ( ) . 1 (‘14 )

원지반상단 은 상부노반상단 는 강화노반상단 은 SSK-01( ) 5.88mm, SSK-02( ) 4.46mm, SSK-03( )

로 측정되었었다 측정 단계 침하값은 원지반상단 은 상부-5.65mm . 2 SSK-01( ) -8.14mm, SSK-02(

노반상단 은 은 로 측정되었다 의 추가 침하량은 ) -10.81mm, SSK-03 -13.73mm . SSK-01 2.26mm,

강화노반상단 는 은 의 추가 침하가 이루어졌다 참고기SSK-02( ) 6.35mm, SSK-03 5.16mm .

준치 에 비해 최대 약 로 측정되었다 그림 은 표준성토노반의 심도별 -25mm 38.7% . 3-4-61

침하량이다 침하량은 심도에 따라 차이를 보이는 것을 알 수 있는데 심도가 깊어질수록 침하 .

진행이 느린 것으로 판단된다.

- 169 -

그림 표준성토노반 침하량 시계열3-4-61 ( )

그림 표준성토노반 침하량 심도별3-4-62 ( )

그림 은 연약지반노반은 침하량 시계열 그래프이다 측정 단계 구간의 침하량은 3-4-63 ( ) . 1

원지반상단 은 치환체상단 는 강화노반상단 은 SSK-01( ) -1.53mm, SSK-02( ) -2.16mm, SSK-03( )

로 측정되었다 측정 단계 침하량은 원지반상단 은 치환체-1.14mm . 2 SSK-01( ) -6.75mm, SSK-02(

상단 는 강화노반상단 은 로 측정되었다 각 추가 침하량은 ) -8.76mm, SSK-03( ) -9.24mm . SSK-01

원지반상단 은 치환체상단 는 강화노반상단 은 로 측정( ) 5.22mm, SSK-02( ) 4.59mm, SSK-03( ) 8.1mm

되었다 참고기준치 에 비해 최대 약 로 측정되었다 그림 는 연약지반노반. -25mm 36% . 3-4-64

의 심도별 침하량 그래프이다 심도별 침하량은 층이 강화노반 하부노반에 비해 침하량. TCL ,

이 다소 크게 발생하였다.

그림 연약지반노반 침하량 시계열3-4-63 ( )

- 170 -

그림 연약지반노반 잔류침하량 심도별3-4-64 ( )

그림 은 접속부노반 잔류침하량 시계열 그래프이다 단계 측정시 최대침하량은 3-4-65 ( ) . 1

였으나 단계 측정시 최대 침하량은 변화가 거의 없었다 더 이상 추가침하가 발생되지 7.8mm 2 .

않고 수렴된 것으로 파악된다 그림 . 3.4.53는 접속부노반의 심도별 침하량 그래프이다 그림 .

3-4-64의 는 교량 접속부 구간 는 접속부 토공구간이다 단계 측정이후 추가침하는 (a) - , (b) . 1 (a)

구간의 층 침하는 어프로치슬래브는 흙채움부는 로 측정되었다TCL 3.06mm, 4.54mm, 3.41mm .

구간의 층 침하는 강화노반 침하는 하부노반 침하는 로 측정되(b) TCL 3.88mm, 4.26mm, 2.6mm

었다 침하량은 구간 유사한 것으로 평가 되었다 접속부의 심도별 침하 특징은 원지반 . (a), (b) .

침하가 주요하게 진행되어 지표침하가 일어난 것으로 파악된다.

그림 접속부노반 잔류침하량 시계열3-4-65 ( )

교량 접속부 구간(a) - 접속부 토공구간(b)

그림 접속부노반 침하량 심도별3-4-66 ( )

- 171 -

표 은 층별 침하량 분석표이다 분석표는 년 월 기준 개통후 년을 기준으로 3-4-30 . ‘18 1 2.8

분석되었다 원지반 침하와 성토체 압축은 지속적으로 발생함을 알 수 있다 성토체. .

와 치환체 도 침하되기 때문에 설계시 침하검토(s=5.6mm, H=11.8m) (s=2.0mm, H=11.2m)

를 하여야한다.

표 층별 침하량 분석3-4-30

표 은 모니터링 위치별 잔류침하량 비교표이다 표준성토노반은 의 설계 3-4-31 . DIN4019

침하량은 현재 침하량은 이다 연약지반노반은 설계침하량은 현재 32.6mm, 26.7mm . 23.9mm,

침하량은 이다 접속부노반은 설계침하량은 현재 잔류침하량은 이다14.2mm . 17.4mm, 9.3mm .

그림 은 를 이용한 침하산정시트이다3-4-66 DIN0419 .

표 모니터링 위치별 잔류침하량 궤도부설 후 비교3-4-31 ( )

구분 STA 층두께(m) 절대침하량(mm) 층별압축량(mm) 비고

표준성토노반

(109k231)

강화노반 0.4 13.72.9 성토체압축량: 5.6mm (H =

11.8m)상부노반 2.2 -

하부노반 9.2 10.8 2.7

원지반(N>10) 21 8.1 8.1원지반침하량: 8.1mm

(H=21m)

연약지반노반

(110k000)

강화노반 0.4 9.2

0.5성토체압축량: 0.5mm

(H=4.7m)상부노반 4.3 -

하부노반 0 -

치환체 11.2 8.7 2.0치환체압축량: 2.0mm

(H=11.2m)

원지반(N>10) 9.8 6.7 6.7원지반침하량: 6.7mm

(H=9.8m)

접속부노반교대(

토공부)

(120k650)

어프로치슬래브 0.5 - -

뒷채움 7.5 5.3 0.8교대뒷채움압축량:

0.8mm(H7.5m)

원지반(N>10) 13.7 6.1 6.1원지반침하량:

6.1mm(H=13.7m)

접속부노반

토공부( )

(120k650)

강화노반 0.5 6.0

1.8성토체압축량: 1.8mm(H=

8.0m)상부노반 2 -

하부노반 5.5 -

원지반(N>10) 13.7 4.2 4.2원지반침하량:

4.2mm(H=13.7m)

실시설계

DIN4019

(Cv=0.03)

궤도구축후 최종( ~ )

지표면측량

궤도구축후( ~’14.05)

계측모니터링

(‘14.05~’18.01)

측량TCL

현재(‘15.04~ )비고

표준성토

노반

-mm

검토없음( )

32.6mm

(109k231)

13mm

(109k190)

26.7mm

(13+13.7mm)

(109k231)

33mm

( 10mm)

(109k230)

연약지반

노반

-mm

치환공법( )

23.9mm

(110k000)

5mm

(110k030)

14.2mm

(5+9.2mm)

(110k000)

21mm

( 10mm)

(109k997)

접속부

노반

-mm

치환공법( )

17.4mm

(120k650)

4mm

(110k660)

9.3mm

(4+5.3mm)

(120k650)

14mm

( 7mm)

(120k653)

- 172 -

표준성토노반(a) 연약지반노반(b) 접속부노반(c)

그림 를 이용한 침하산정시트3-4-67 DIN4019

원지반 측방변위(7)

그림 은 연약지반노반의 원지반 측방변위 그래프이다 원지반의 측방변위는 개통 후 3-4-68 .

가 발생하였다 이 같은 이유는 원지반 침하가 발생되는 경우 측방변위도 함께 발생되8.9mm .

기 때문이다 측방변위가 발생되면 노반의 사면 안정성이 저하되며 원지반에 말뚝이 있으면 .

말뚝 안정성에도 악영향을 끼친다 또한 교대에까지 측방변위가 전파될 경우 교량 슈에도 좋.

지 않은 결과를 초래할 수 있다.

그림 연약지반노반 측방변위 심도별3-4-68 ( )

다 장기침하에 따른 궤도노반 성능영향 평가.

개요(1)

본 장에서는 장기 침하에 따른 노반의 탄성변위진동 등의 상관성 분석 및 성능영향 평가,

장기 침하에 따른 궤도의 윤중 처짐 등의 상관성 및 성능영향 평가를 수행하였다 침하가 발, .

생되면 일반적으로 궤도 틀림이 발생하고 이에 따라 충격계수가 커져 궤도 및 노반에 악영향

을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다.

- 173 -

장기침하에 따른 탄성변위 변화량(2)

그림 는 장기침하에 따라 열차하중에 대한 노반의 탄성 변위 대푯값을 정규화하여 3-4-69

도시한 그래프이다 단계 측정에서는 잔류침하가 진행되고 있는 단계로 점진적으로 정규화 . 1

침하폭이 감소하고 있으며 개통 후 점진적으로 탄성변위폭이 줄어드는 것으로 나타났다 추, .

세분석결과 침하가 수렴될 때까지 최대 의 노반탄성변위가 줄어들 수 있다 이와 같은 57.7% .

이유는 노반 침하가 진행됨에 따라 지반강성이 상승하여 열차하중에 대한 지반 응답 변위가

작아져서 발생된 것으로 보인다 따라서 개통초기에서 탄성변위가 가장 크며 개통 후 열차 반.

복하중에 의한 성토체 압축 성토체 크리프 등이 발생되어 추가로 탄성변위가 발생되지 않게 ,

됨으로써 안정화되어 탄성변위도 수렴된 것으로 추측될 수 있다.

그림 장기침하에 따른 탄성변위 변화량3-4-69

장기침하에 따른 노반진동가속도 변화량(3)

그림 은 장기침하에 따른 노반진동 변화량을 정규화하여 도시한 그래프이다 개통 3-4-70 .

후 장기침하가 진행되어 가면서 탄성변위가 줄어드는 추세이다 추세분석결과 침하가 진행됨.

에 따라 노반진동의 변동량은 거의 없는 것으로 분석되었다 노반 진동은 및 층을 . TCL HSB

통과하여 전달되기 때문에 열차속도 궤도 구조가 변하지 않는 이상 노반 진동이 크게 변하지 ,

않을 것으로 보인다.

그림 장기침하에 따른 노반진동가속도 변화량3-4-70

장기침하에 따른 윤중 변화량(4)

그림 는 장기침하에 따른 윤중 변화량을 정규화하여 도시한 그래프이다 노반침하가 3-4-71 .

진행되어도 윤중에는 거의 변화가 없다 이와 같은 이유는 노반 침하가 진행되어도 콘크리트 .

- 174 -

슬래브의 강성이 높아 침하로 인한 처짐이 상대적으로 낮고 침하가 종단으로 균등하게 TCL

발생할 경우 레일 고저 틀림에는 영향을 주지 않으며 국부침하라 하더라도 체결장치를 이용

하여 레일고저틀림을 보정하기 때문에 노반 침하에 따른 윤중 영향은 거의 없는 것으로 판단

된다 다만 기준치를 넘는 상당한 침하가 발생되어 과도한 궤도 처짐이 발생할 경우 윤중 변.

화량이 있을 것으로 예측되나 모니터링 지점에서 침하량이 기준치이내이기 때문에 현재로써

는 확인을 할 수가 없다.

그림 장기침하에 따른 윤중 변화량3-4-71

장기침하에 따른 처짐량 (5) TCL

그림 는 접속부노반에 대하여 장기침하에 따른 처짐량을 정규화하여 도시한 그 3-4-72 TCL

래프이다 노반침하가 진행되면서 처짐은 증가하는 것으로 나타났다 이와 같은 이유는 . TCL .

노반이 침하됨에 따라 층도 함께 연동침하 되어 처지는 것으로 파악된다 처짐량은 TCL . TCL

노반 침하 대비 로 분석되었으며 노반침하가 로 에 반영되지 않는 이유는 콘크89% 100% TCL

리트 궤도층은 상선과 하선이 층으로 일체거동하고 의 경우 철근이 보강되어 종단방HSB TCL

향으로 강성이 높은 이유로 보인다 그러나 노반이 침하가 광범위하게 진행되는 경우 결국은 .

층의 처짐은 노반 침하량과 같은 값으로 수렴할 것으로 사료된다TCL .

그림 장기침하에 따른 윤중 변화량3-4-72

- 175 -

라 외부 환경변화에 따른 장기침하 영향 분석.

개요 (1)

장기침하는 여러 가지 요인으로 발생된다 침하요인은 원지반 차침하 차침하 크리프침 . 1 , 2 ,

하 성토체의 차침하 크리프침하 열차하중으로 인한 침하 등이다 이러한 침하요인은 설계, 2 , , .

단계에서 어느 정도 예측 할 수 있지만 이외에 함수비변화로 인한 침하 지하수위 변화로 인,

한 침하 등 외부 환경 요인에 의한 침하가 발생 할 수 있다 이러한 외부환경 변화로 인한 침.

하는 설계단계에서 계산하기에는 매우 어렵기 때문에 본장에서는 실측데이터를 분석하여 침

하 영향인자의 침하기여도에 대하여 정량적으로 파악하고자 하였다.

함수비변화에 따른 장기침하 영향분석(2)

그림 은 접속부의 함수비변화에 따른 장기침하 변화 추세이다 모든 구간에서 함수 3-4-73 .

비 변화에 따른 침하영향은 나타나지 않았으나 침하율이 구간에서 함수비가 급격하0.55~0.8

게 저하됨에 따라 침하가 발생됨을 확인 할 수 있었으며 이때 함수비 대비 침하량 변화폭 비

율은 이었다 함수비가 저하되면 최종 침하량 대비 최대 가 추가 침하가 발생될 1.6 . 1% 1.6%

수 있음을 예측할 수 있다 다만 침하가 수렴되면 함수비 저하에 따른 추가침하는 발현되지 .

않을 것으로 예측된다.

그림 함수비 변화에 따른 장기침하 영향3-4-73

노반 함수비는 강우 및 콘크리트 궤도의 배수배제 성능에 영향을 받는다 따라서 강우 함수. -

비의 관계를 분석하여 콘크리트 궤도의 배수배제 성능을 살펴볼 필요가 있다. 그림 은 3-4-74

표준성토노반 강우 함수비 시계열 그래프이다 설치위치에 따라 사면과 노반으로 구분하여 분- ( ) .

석하였다 표준성토노반 사면부의 최솟값은 최댓값은 로 변화량은 약 이다 노. 4.9%, 12.1% 7.2% .

반부의 최솟값은 최댓값은 로 변화량은 약 이다 사면부의 함수비는 강우에 따라 1.9%, 3.1% 1.2% .

즉각적인 함수비 상승이 보이는 반면에 노반부의 함수비는 강우에 따른 변화가 거의 없었다.

따라서 노반내 강우 침투로 인한 함수비 상승은 거의 없어 콘크리트 슬래브의 배수배제 효과는

유효하다고 볼 수 있는 것으로 판단된다.

- 176 -

그림 표준성토노반 강우 함수비 시계열3-4-74 - ( )

그림 는 접속부노반 강우 함수비 시계열 그래프이다 설치위치에 따라 사면표면과 3-4-75 - ( ) .

상부노반에 설치되어 구분하여 분석하였다 접속부노반은 사면표면의 최솟값은 최댓값. 3.0%,

은 로 변화량은 약 이다 상부노반의 최솟값은 최댓값은 로 변화량20.4% 17.4% . 4.1%, 13.9%

은 이다 접속부의 경우 상부노반에 매립된 센서가 외부 강우에 영향을 크게 받았다 이9.8% . .

와 같은 이유는 교대로 인하여 배수가 제대로 되지 않아 발생된 문제로 사료된다 따라서 표.

준성토노반에 비해 접속부 노반이 함수비 변화폭이 크기 때문에 함수비 변화로 인한 침하발

생이 상대적으로 크게 발생될 수 있을 것으로 보인다.

그림 접속부노반 강우 함수비 시계열3-4-75 - ( )

지하수위변화에 따른 장기침하 영향분석(3)

그림 은 연약지반의 지하수위 저하에 따른 장기침하 영향을 보여주는 그래프이다 이 3-4-76 .

그래프에서 지하수위가 저하되는 경우 침하가 약 발생하였고 다시 수위가 상2.1m 2mm 1m

승하여 경우 융기가 발생하였다 지하수위가 내려가면 지하수위 하단에서 받는 상재하0.5mm .

중이 증가되기 때문에 즉시침하가 발생하게 된다 그러나 수위가 다시 상승하면 하강할 때의 .

침하량에 대한 회복은 아니지만 융기가 발생된다 이렇게 수위 변화가 반복적으로 일어100% .

날 경우 전체 침하는 점차 증가되고 결국은 수렴하게 된다.

- 177 -

그림 지하수위저하에 따른 장기침하 영향3-4-76

라 설계기준에 따른 측정결과 비교.

차량별 궤도노반 성능평가(1)

표 는 차량별로 궤도노반 응답 분석결과이다 분석방법은 호남고속철도 테스트베드 3-4-32 .

운영 계획 시험절차와 시설물검증시험방법을 준용하였다 모든 측정항목에서 설계 기준치를 .

만족하였다.

표 차량별 궤도 노반 분석결과3-4-32 /

구분 윤중 최댓값( ) 횡압 최댓값( ) 침하 최종값( ) 탄성변위

진동가속도

최댓값( )기준치

비교

위치 차량종류 200kN 68kN 30mm 1mm 9.8

표준성토

노반

(109k231)

KTX 72.820kN 3.684kN 14.050mm 0.006mm 1.248 PASS

호남KTX- 74.763kN 6.914kN 13.715mm 0.003mm 1.157 PASS

호남 KTX-

중련

78.304kN 5.153kN 14.050mm 0.010mm 1.644 PASS

HEMU-430X 78.032kN 6.674kN 13.729mm 0.002mm 1.288 PASS

연약지반

노반

(110k000)

KTX 94.851kN 10.119kN 9.270mm 0.052mm 0.532 PASS

호남KTX- 93.117kN 6.163kN 10.770mm 0.028mm 0.522 PASS

KTX-

호남 중련

98.986kN 7.595kN 9.096mm 0.054mm 0.400 PASS

HE

MU-430X

81.970kN 8.801kN 10.156mm 0.080mm 0.412 PASS

교량 토-

공

접속부노

반

(120k650)

KTX 100.660kN 7.196kN 6.046mm 0.106mm 0.191 PASS

호남KTX- 113.939kN 5.3839kN 6.467mm 0.100mm 0.251 PASS

호남KTX-

중련

111.355kN 4.081kN 6.045mm 0.087mm 0.266 PASS

HEMU-430X 87.989kN 4.694kN 6.101mm 0.075mm 0.263 PASS

- 178 -

그림 은 열차별 윤중 노반 탄성변위에 대한 최댓값 대비 백분율이다 궤도 윤중의 3-4-77 , .

경우 가 가장 적게 측정되었으며 호남중련이 근소한 차이로 가장 큰 것으로 HEMU-430X KT-

나타났다 노반 탄성변위의 경우 호남 중련이 가장 크게 측정 되었으며 가 . KTX- HEMU-430X

가장 작게 측정되었다 또한 노반 진동은 열차별로 차이는 거의 없으나 호남중련이 가장 . KTX-

크게 측정되었다 횡압은 측정개소가 곡선구간이 아니기 때문에 측정값이 모두 유사하였다. .

열차별 윤중(a) 열차별 횡압(b)

그림 열차별 궤도노반 응답 특성3-4-77

궤도노반 장기 성능평가(2)

표 은 위치별 장기침하에 따른 측정결과 요약표이다 측정결과는 년 개통 후 3-4-33 . ‘15

년의 측정 데이터를 분석한 결과이다 침하는 원지반 최대 성토체 최대 2.8 . ( 8.1mm), ( 5.6mm)

에 대하여 개통 후까지 지속적으로 발생하며 진행중이다 표준성토노반의 잔류침하량은 .

로 기준치의 약 연약지반노반의 잔류침하는 로 기준치의 약 접속26.7mm 89%, 14.2mm 47%,

부노반의 잔류침하는 로 기준치의 약 로 측정되었다9.3mm 31% .

표준성토노반 각 항목의 측정값대비 기준치비율은 윤하중은 약 횡하중은 노반 47.3%, 6.3%,

압력 진동가속도는 이내로 측정되었다 연약지반노반 각 측정항목의 측정값대비 기11%, 9% .

준치 비율은 윤하중은 횡하중은 노반압력은 탄성변위는 이내로 측정46.1%, 13.6%, 4.0%, -5%

되었다 접속부노반 각 항목의 측정값대비 기준치비율은 윤하중은 횡하중은 노. 50.8%, 13.0%,

반압력은 진동가속도는 탄성변위는 이내로 측정되었다3.3%, 12.9%, 8.2% .

분석결과 윤하중 횡하중 노반압력 진동가속도 탄성변위는 구간 모두 기준치 이내로 측정, , , , 3

되었다 접속부노반의 경우 함수비 변화량이 표준성토노반에 비하여 최대 배가량 큰 것으로 . 8

측정되었다 연약지반노반의 경우 지하수위 변동량이 최대 발생하였고 측방변위는 최대 . 8.9m

발생하였다9.4mm .

설계기준을 만족하지 못한 항목은 접속부의 노반 함수비와 성토체 및 치환체의 잔류침하량

이다 콘크리트 궤도의 경우 배수배제가 되도록 설계 및 시공되어야 하나 접속부의 경우 강우.

에 따른 함수비 변화가 발생하여 강우침투에 대하여 제대로 성능을 발휘하지 못한 것으9.8%

로 파악된다 철도설계기준에서는 열차하중으로 인한 성토체 침하량을 로 가정하고 있으. 5mm

나 표준성토노반같이 성토높이가 인 경우 로 측정되어 기준치를 초과하였11.8m 5.6mm 0.6mm

다 따라서 이상의 고성토인 경우 별도의 구조계산을 통해 성토체 압축량을 계산하는 것. 10m

이 적절하다 치환체의 경우 설계기준에서는 침하에 대하여 관련기술이 없다 그러나 실측할 . .

경우 연약지반을 치환한 치환체도 약 의 침하가 발생되어 치환체도 별도 구조계산을 통2mm

- 179 -

해 잔류침하를 고려함이 적절하다.

모니터링개소에서는 원지반 침하가 가장 크게 나타났는데 모두 토질이 사질토이다 철도설 .

계기준에서는 사질토에 대한 잔류침하계산을 명시 하고 있지 않아 설계단계에서 고려하지 않

는 경우가 많다 따라서 크리프침하계산 차압밀침하계산 방법을 사질토 원지반에 . DIN4019, , 2

적용하여 잔류침하량 계산에 포함하도록 설계기준에 분명하게 기술하는게 필요하다.

표 궤도노반의 장기 성능평가 결과3-4-33

장기침하에 따른 궤도 노반 성능평가(3) /

표 와 같이 장기 침하에 따른 노반의 탄성변위진동 등의 상관성 분석 및 성능영향 3-4-34

평가 장기 침하에 따른 궤도의 윤중 등의 상관성 분석 및 성능영향 평가를 수행하였다, .

장기침하에 따른 변화는 처짐 탄성변위 등으로 분석되었다 특히 처짐은 침하와 TCL , . TCL

밀접한 관계가 있으며 모니터링 개소에서는 노반 침하량 대비 처짐량 비율이 였다TCL 0.89 .

탄성변위는 침하가 수렴될 때까지 최대 감소 할 수 있다57.7% .

위 분석결과를 토대로 설계기준에서 추가적으로 고려해야 할 사항은 장기침하에 따른 의 TCL

처짐량이다 노반 침하의 약 는 처짐량으로 연계되고 레일 고저 틀림에 반영된다 레. 90% TCL .

일 고저틀림의 보수기준은 콘크리트궤도의 토공노반 허용잔류침하량의 분지침하 국부22( )~43(

침하 수준임으로 궤도유지보수비용을 고려하여 적절한 침하기준을 마련하여야 한다 일본)% .

의 경우는 년에 회 궤도 보수 수준으로 잔류침하량을 규정하고 있다 우리나라는 선로 사10 1 .

용기간내에 약 회의 궤도보수를 목표로 잔류침하량이 설정되어 있다2~3 .

위치

표준성토노반

(109k231)

연약지반노반

(110k000)

교량 토공 접속부노반-

(120k650)

성토고 12.2m 3.9m 8.5m

항목 대푯값( )μ +3μ σ +6μ σ 대푯값( )μ +3μ σ +6μ σ 대푯값( )μ +3μ σ +6μ σ

잔류침하량[mm]

기준치비율( )

26.7

(89%)

- -

14.2

(47%)

9.3

(31%)

윤하중[kN]

기준치비율( )

94.7

(47.3%)

104.4

(52.2%)

114.1

(57.0%)

92.18

(46.1%)

106.5

(53.3%)

122.9

(61.4%)

101.5

(50.8%)

118.5

(59.3%)

135.5

(67.8%)

횡하중[kN]

기준치비율( )

4.3

(6.3%)

12.9

(18.9%)

21.6

(31.7%)

9.29

(13.6%)

14.1

(20.7%)

18.8

(27.6%)

8.9

(13.0%)

17.0

(25%)

25.5

(37.5%)

노반압력[kPa]

기준치비율( )

4.4

(3.3%)

10.5

(7.8%)

16.6

(12.4%)

5.4

(4.0%)

6.8

(5.1%)

8.3

(6.2%)

4.4

(3.3%)

6.7

(5.0%)

9

(6.7%)

진동가속도[]참고치비율( )

0.89

(9.0%)

1.8

(18.3%)

2.7

(27.5%)

0.65

(6.7%)

1.14

(11.6%)

1.64

(16.7%)

1.27

(12.9%)

4.97

(50.7%)

8.66

(88.3%)

탄성변위[mm] - - -

-0.05

(-5%)

0.053

(5.3%)

0.16

(16%)

-0.05

(-5%)

0.082

(8.2%)

0.22

(22%)

함수비[%] 1.2 - 9.8

측방변위[mm] - +9.4 -

지하수위[m] - 8.9 -

- 180 -

표 장기침하에 따른 궤도노반 성능영향3-4-34

장기침하의 외부환경 영향인자 분석(4)

표 와 같이 장기침하의 외부영향인자를 분석하였다 측정 로부터 확인 할 수 있 3-4-35 . DB

는 외부환경 영향인자는 함수비 및 지하수위 등이다 지하수위가 저하되는 경우 침하가 발생.

하였으며 함수비가 저하되어도 추가침하가 발생되는 것으로 분석되었다.

분석결과를 토대로 설계기준에서 추가적으로 고려해야 할 사항은 지하수위 영향으로 인한 추

가 침하량을 고려할 필요가 있다는 점이다 현재 수준에서의 철도 연약지반설계는 지하수위 .

하강에 대하여 잔류침하계산을 고려하고 있지 않으며 설계기준에도 명확한 언급이 없다.

표 장기침하의 외부영향인자3-4-35

테스트베드 구간의 궤도틀림지수 변화6.

궤도틀림이 발생한 장소에 대해 보수작업을 수행하기 위해서는 원 파형이 필요하다 횡방 .

향 궤도틀림인 줄틀림과 수직방향의 궤도틀림인 면틀림은 차량의 주행안전성과 승차감에 직

접 영향을 주므로 특히 중요한데 이를 검측하기 위한 방법은 크게 종거법(chord offset

과 관성법 가지가 있다method) (inertial method) 2 .

종거법은 복수의 지점에서 측정한 레일 변위의 차를 이용하여 궤도틀림을 구하는 방법이다 .

이 방법은 복수 이상의 점에서 레일 변위를 추출하기 때문에 대차 간격 등의 차체 제원이 검

측 특성에 영향을 미친다 레일 변위를 검출하는 점은 점 이상이면 가능한데 특히 측정점이 . 2

점인 경우를 편심종거라 하며 편심종거에 대하여 개의 측점점 간격이 각각 같은 경우 중앙3 3

종거라고 한다 손기준 국내에 운영 중인 은 중앙종거법을 사용하고 사( , 2003). EM-120 Mermec

의 는 편심종거법을 사용하고 있다 최일윤Roger1000k ( , 2010).

종거는 다음과 같이 각각의 측정점에서 검출된 레일 변위량에 대해 가중값을 주어 계산한

다 서사범( ,2005).

부재 평가항목 장기침하에 따른 영향 비고

궤도

윤중 영향 없음 기침하량이 기준치이내일 경우

처짐TCL 영향 있음 노반 침하량 대비 처짐량 TCL : 0.89

노반

탄성변위 영향 있음 침하가 수렴될때까지 최대 탄성변위 감소57.7%

진동

가속도

영향 없음

차량 종류 및 속도 궤도 형식에 따라 ,

진동가속도 변화

부재 평가항목 장기침하에 영향내용 비고

노반

함수비

영향

영향 있음

함수비가 저하되면 최종 침하량 대비 최대 1%

가 추가 침하가 발생될 수 있음1.6%

지하수위

영향

영향 있음

지하수위가 저하되는 경우 침하가 약 2.1m 2mm

발생

- 181 -

⋯ (3-4-9)

여기에서, 는 번째 측정점에서의 레일 변위이고 는 그 점에 적용되는 가중값이다.

가중값은 다음에 나타내는 식을 만족하는 값을 이용한다.

⋯ (3-4-10)

⋯ (3-4-11)

여기에서, 는 최단부 측정점에서 번째 측정점까지의 거리이다.

그림 그림 는 현재 운용 중인 궤도검측차들의 파장 응답함수를 보여준다 국 3-4-78, 3-4-79 .

내 고속철도 검측에서 주로 사용하고 있는 은 현대칭 종거법을 사용하고 는데EM-120 10m ,

이 방법은 과 같이 이상 파장대역에서는 검측배율이 급격하게 떨어져서 원래 궤도3-4-78 25m

틀림의 정도만 측정이 가능하다 편심종거법을 사용하는 검측차 는 에50% . ROGER-1000K 25m

서 원래 궤도틀림의 정도를 측정하므로 보다는 나은 결과를 얻을 수 있으나 이보100% EM-120

다 큰 파장의 경우에는 역시 측정이 불가능하다 이를 해결하기 위해서 현을 사용하는 . 30~40m

방법이 제안되었으나 강기동 이 방법은 승차감과 주행안정성과 관련되는 영역( , 2005), 10~25m

의 파장에 대한 검측배율이 급격하게 떨어지는 문제점이 있다 이러한 문제들로 인해 관성법.

을 이용한 궤도검측이 제안되었다.

측정방법 주파수 응답함수(a) (b)

그림 중앙 종거법 최일윤3-4-78 ( ,2010)

측정방법 주파수 응답함수(a) (b)

그림 편심 종거법 최일윤3-4-79 ( ,2010)

관성법은 가속도가 변위의 차 미분으로 되어있다는 기본 원리를 이용하여 가속도를 회 2 2

- 182 -

적분하여 궤도틀림을 구하는 것이다 이 방법은 주행속도가 느린 경우 검측정도가 나쁜 점과 .

회 적분의 불안정이 단점이다 그러나 한 대차만으로 검측이 가능하며 특별한 차체를 필요로 2 .

하지 않는 장점이 있다.( , 1995; , ,2004)竹下 未 竹下 未 先澤 治관성법에는 그림 과 같이 두 종류의 방식이 있다 하나는 가속도계만을 이용하는 방 3-4-80 .

식으로 축상에 가속도계를 설치하고 그 가속도계로부터 얻어지는 가속도를 회 적분하여 레2

일의 변위를 구하며 검지필터처리를 행하여 궤도틀림을 구한다 다른 하나는 가속도계와 변, .

위계를 같이 이용하는 방식으로 가속도계를 차체에 설치하고 측정한 가속도를 회 적분하여 2

차체의 변위를 구한 뒤 차체와 레일의 상대변위는 별도의 변위계로 측정 및 가산하여 궤도틀

림을 구한다.(Takeshita,K.,1992).

방식 축상에 가속도계를 설치 방식 차체에 가속도계 및 차체와 축상사이에 (a) 1: (b) 2:

변위계를 설치

그림 관성법 3-4-80 (Takeshita, K., 1992)

가 평가 방법. TQI

궤도틀림의 진전을 예측하기 위해서는 궤도의 속성이나 특성별로 동질성이 확보될 수 있도

록 각각의 구간별로 분할하여 장기적인 궤도품질 상태를 관찰하여야 한다 이를 위하여 궤도.

의 동질성이 확보된 분할구간을 각각의 세그먼트 로 정의하고 이 세그먼트 단위‘ (Segment)’ ,

의 검측 데이터를 활용하여 궤도품질지수 를 관리하게 된다‘ (TQI; Track Quality Index)’ .

궤도의 틀림진전을 예측하기 위해 사용되는 궤도품질지수 평가방법중에 미연방철도국

에서 제안한 궤도 길이기반 품질평가 방법론을 활용하여 (FRA;Federal Railroad Administration)

샘플구간의 궤도품질지수 를 산출하였다 또한 세그먼트별 궤도품질지수 값에 대한 시계(TQI) . ,

열 분석 을 통해 해당 구간의 보수이력 데이터와 비교하여 궤도틀림 진(Time Series Analysis)

전예측 모델 제시하였다.

궤도품질평가 방법들 외에 미연방철도국 에서는 궤도의 실측길이를 활용하여 궤도품질 , (FRA)

을 평가하는 방법을 제안하였다 기본개념은 일정한 주기별로 측정되는 궤도검측데이터. (track

를 이용하여 궤도 세그먼트의 이론상 길이에 대한 실측길geometry data, track induction data)

이의 비 로 궤도의 상태를 평가하는 것이다 그림 에 보인 것과 같이 세그먼트 (ratio) . 3-4-81 ,

의 양 끝단 사이의 거리는 서로 같지만 각각을 계측하여 그 길이를 비교하면 표면이 거1,2,3

칠거나 굴곡이 많을수록 즉 궤도틀림이 많을수록 총 실측길이는 더 길어지게 된다, .

그림 궤도 길이기반 접근법3-4-81 TQI

- 183 -

이러한 방법을 이용하여 절대적인 값이 아닌 상대적인 값으로써 궤도품질 상태를 비교할 수

있다 에서는 세그먼트 길이의 단위를 . FRA 528ft(1/10 mile≒ 로 정하고 다음과 같은 간160.9m) ,

단한 삼각형 공식을 이용하여 각 측정 부분에서의 길이의 합으로 총 실측길이를 계산하였다.

(3-4-12)

여기서 , 는 총 실측길이, 는 두 점사이의 이론치와 실측치 차이, 는 측정간격 두 점 (

사이의 거리 을 나타낸다) .

각각의 세그먼트에 대한 총 실측길이가 구해지면 이론상 길이와의 차이를 구해 궤도의 틀림

정보를 얻을 수 있으며 이러한 정보는 선로의 구간별 궤도품질을 평가하는데 활용된다 다음, .

은 에서 정의한 궤도품질지수 산출식이다FRA (TQI) .

× (3-4-13)

여기서 , 는 세그먼트의 이론상 길이를 나타낸다.

이상의 궤도 길이기반 품질평가 방법에서 알 수 있듯이 는 궤도의 품질상태가 좋을수록 , TQI

즉 궤도틀림 개소와 양이 적을수록 또는 계산된 실측길이가 짧을수록 작은 값을 갖게 되며, ,

이에 반해 궤도의 품질상태가 나쁘면 상대적으로 높은 값을 갖게 된다TQI .

현재 국내에서 사용되고 있는 고속철도의 궤도틀림 관리기준은 표 과 같다 기준은 3-4-36 .

크게 단계로 나누어지며 준공기준 은 신선 건설시 준공기준으로 유지보수시는 적용하지 5 (CV)

않는다 다음을 유지보수작업 후 완료기준인 목표기준 와 주의관찰 및 예방보수를 시행 . (TV)

할 수 있는 기준으로 주의기준 이 있다 유지보수 작업을 수행하기 위한 기준은 보수기(WV) .

준 이며 열차의 운행속도 제한이 필요한 속도제한기준 이 있다(AV) , (SV) .

표 국내 고속철도 궤도틀림 관리기준3-4-36

수평 뒤틀림1) ,

기 호 정 의 비고

dp설정 캔트

적용된 캔트값

dA점에서 실제캔트값A

점에서 검측된 캔트값 A

g3기선에서의 뒤틀림3m

떨어진 두지점에서 측정된 캔트값의 차3m

Ed

현의 기준선과 중앙점의 캔트 차이10m

지점의 캔트와 전후로 각 떨어진 지점 캔트값의B 5m C, D

평균과의 차이. Ed = dB - 1/2(dC+dD)

- 184 -

관 리 단 계

한 계 값( )

뒤틀림3m 현10m

캔트차

캔트틀림

dp-dA｜ ｜

준공기준(CV)

Construction

Value

새로운 궤도부설시 요구되는 값 g3 3≤ Ed 3≤ dp-dA < 3｜ ｜

목표기준(TV)

Target Value그외 경우 g3 3≤ Ed 4≤ dp-dA < 3｜ ｜