모빌리티 4.0: OsiMaB를 이용한 도로 시스템의 디지털화

꾸준히 증가하는 교통량과 환경적 영향은 교량 손상에 영향을 미칩니다. 병목현상을 해소하고 교통의 흐름을 최적화할 수 있는 교량을 확보하려면 독일에 있는 약 4만개 교량 구조 상태에 대한 전반적인 평가 진행 진행되어야 합니다.

OSiMaB 프로젝트를 통해 높은 수준의 독일 표준을 추가 개발할 것이며, 이를 통해 향후 교량에 대한 관리를 안전하게 할 수 있습니다.

Challenge

교량 손상은 승객과 화물 운송의 원활한 흐름을 방해합니다. 화물 운송량, 환경적 영향, 화학적 공정이 지속적으로 증가하면서 독일의 4만개 교량 구조물 상태에 대한 신뢰할 만한 평가가 필요해졌습니다. 손상을 조기에 감지하고 향후 손상을 예측하려면, 기존의 모니터링 방식을 업그레이드한 새로운 방식을 활용해야 합니다.

Solution

환경, 경제, 사회 효율성을 고려하면, 이제는 스마트 교량이 꼭 필요합니다. 지속적익오 전반적인 실시간 상태 모니터링을 통해 교량이 손상되면 조기에 복구할 수 있습니다. 이러한 스마트하고 예측 가능한 시스템은 통해 문제점과 해결책을 보다 빠르게 찾아낼 수 있습니다.

Result

HBM은 BASt, ITC 엔지니어링, 베를린 공과 대학, 본 대학교, 하소 플래트너 연구소와 함께 OsiMaB 시스템 교량 모니터링을 개발했습니다. OsiMaB 시스템은 도로 교량의 소유자나 운영자의 요구 사항과 교량의 유지 관리 계획을 지원합니다.  

The OSiMaB 프로젝트

mFUND 연구를 위해 독일 연방 교통 디지털 인프라 (BMVI)가 모빌리티 4.0용 디지털 데이터 기반 응용 프로그램에 연구비를 지원합니다.  OSiMaB (교량용 온라인 안전 관리 시스템)은 이러한 mFUND의 연구 계획의 일환이며 연방 고속도로 연구소로부터 기금을 지원받았습니다.

OsiMaB 프로젝트는 HBM, 연방 고속도로 연구소, ITC 엔지니어랑, 베를린 공과대학, 본 대학교, 하소 플래트너 연구소와 파트너를 맺고 도로 교량의 안정성과 신뢰성을 실시간 평가할 수 있는 적응형 모듈식 시스템을 만드는 목표를 세웠습니다. 이 시스템은 교량과 관련한 모든 관련 영향, 반응, 손상 등을 기록하고, 교량의 현재 상태와 교량 전체 혹은 그 구성품의 잔여 수명의 예후를 평가합니다.

교통 인프라 모니터링 솔루션에서 OsiMaB의 장점은 다음과 같습니다:

  • 경제적이고, 확장 가능하고, 설치가 쉬운 모니터링 솔루션
  • 교량의 유지보수, 수리, 및 상태 보존을 최적화 하기 위해 예측 가능한 정비와 서비스를 지원하는 혁신적 평가 알고리즘
  • 안전 관련 부품의 품질 보증과 기능 제어
  • 변경 사항을 조기에 탐지하여 보안 강화
  • 신뢰할 수 있는 분석을 위해 중립적이고, 품질 보증된 측정 데이터를 제공
  • 사용 요구사항을 모니터링
  • (피로 테스트 같은) 추가 분석을 위해 실제 동향과 스트레스 변수를 매개 변수로 기록
  • 기술 정보 분야의 새로운 기술을 통합

OsiMaB 프로젝트의 능동적 해결방안

지능형 시스템은 건물(건설, 유지보수, 관리)의 다양한 수명 주기에 사용합니다. 수명 주기를 제조 공정에 통합함으로써, 목표 상태와의 편차를 조기에 확인할 수 있고 이를 문서화하여 대처할 수 있습니다. 유지 보수와 관련하여 건물 상태가 변한 경우, 상태에 대한 영구적인 평가는 건축 당국의 정보와 밀접한 관련이 있습니다. 지능형 시스템을 통해 환경, 경제, 사회적인 측면에서 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

OsiMaB는 독일의 주요 도로의 교량을 모니터링하기 위해 개발되었습니다. 실제 상태를 모니터링 하는 기존의 방식은 예측 가능한 모니터링을 갖춘 구성요소로 보완하여, 손상을 조기에 감지하고, 향후 손상을 예측할 수 있으며, 유지 보수 관리 계획을 세울 수 있습니다. 이러한 OsiMaB를 통해 무거운 화물 운송으로 인한 교량 폐쇄와 같은 제한 사항을 줄여 도로 이용자들의 편의를 도울 수 있습니다. 도로 건설 하중지지 구조물의 포괄적 모니터링은 예측 계획으로 교량에 대한 추가 손상을 피하고, 예산과 인력 배치 계획을 조기 단계에서 진행할 수 있기에 비용 절감의 효과를 가져옵니다.

OsiMaB는 건설 측정 지점과 시뮬레이션 모델을 통해 얻은 데이터로 보완한 기존의 독일의 주요 도로용 연방 데이터 저장소를 사용합니다. 혁신적인 평가 알고리즘을 통해, 이러한 데이터를 이용하여 교량 상태 평가와 향후 유지 보수 상태의 예후를 확인할 수 있는 스마트한 시스템을 개발하였습니다. 이러한 OsiMaB의 새로운 평가 알고리즘은 HBM의 신뢰성과 혁신성을 높여줍니다.

OsiMaB는 지난 몇 년 간 필요한 평가 알고리즘을 개발하기 위해 이미 교통 데이터뿐만 아니라 건축물 데이터도 병합하고 개선하였습니다. The OsiMaB 모니터링 시스템은 대표적인 교량 구조에서 지속적으로 작동하며 데이터를 수집합니다. 이렇게 수집한 데이터베이스는 데이터 분석 능력을 제고하기 위해 개발된 알고리즘을 테스트 하는데 사용합니다.  

OSiMaB에 대한 7가지 질문: 다음은 독일 연방 연구소의 mFUND 프로젝트 온라인 안전 관리 시스템 프로젝트 코디네이터인 Andreas Socher와의 질의응답입니다.  

To the Interview

HBM Plays a Leading Role

HBM은 연방 고속 연구소(BASt), ITC 엔지니어링, 베를린 공과 대학, 하소 플래트너 연구소와 함께 교량 모니터링을 개발했습니다. OsiMaB의 알고리즘을 검증하고, 관련 교량 매개 변수를 분석하고, 평가 시스템을 개발하려면 대표 교량에서 데이터를 수집해야 합니다. OsiMaB의 경우,  A45 고속도로의 한 교량을 시범적으로 운영하고 있습니다. 해당 교량에는 HBM의 완벽한 측정 솔루션이 설치되어 운영되었습니다.

150개의 아날로그 센서는 스트레인, 변위, 가속, 경사, 온도, 소음과 같은 광범위한 물리량을 측정합니다. 또한 비디오 카메라는 교량의 tactile 센서를 이용하여 교통의 흐름을 동시에 기록합니다. 교량의 여러 센서 간의 상관관계를 분석할 수 있도록 전체 측정 시스템을 하였습니다.  

측정 데이터 수집 시스템에는 HBM의 QuantumXcatman AP software 모니터링 버전은 측정 데이터 수집에서 중요한 역할을 합니다. catman은 운영에서 파라미터화, 계산, 시각화, 온라인 분석, 로컬 및 클라우드 기반 데이터를 저장하는데 사용합니다. 완전한 시스템은 LTE 라우터와 VPN 터널을 통해 서버에 연결됩니다. 원격 스위치와 캐비닛 모니터링 시스템은 광범위한 원격 유지 관리가 가능합니다. 수집된 데이터는 HBM의 파트너인 ITC 엔지니어링의 건축물 데이터 모델링 (BIM)으로 흘러 배열한 대시 보드를 통해 표시합니다.  

 

OSiMaB 시스템 구조

OSiMaB 시스템 구조에 대해 자세히 확인해 보시기 바랍니다.

OSiMaB 프로젝트 세부사항

데이터: 10,684개 도로 검문소 대한 1,736개 자동 측정 데이터 +  수동 측정 데이터를 포함한 52,192개의 건물 데이터 기록.

비용: € 2.94 million

기간: 5/2017 - 12/2020

프로젝트 참여 인원: 14

프로젝트 참여 기관: Federal Highway Research Institute (BASt), HBM - Test & Measurement, ITC Engineeringthe Technical University of Berlinthe Hasso Plattner Institute and the University of Bonn.

기타 자료

정부기관 자료 - 교통 & 디지털 인프라부 : 

고속도로 연구소 자료 : 

독일 비파괴검사 협회 자료