플랜트 대형 사고 방지를 위해 원거리에서 배관 누설음을 탐지해 실시간으로 누설 위치를 파악할 수 있는 국내 독자 기술이 개발됐다. 대형 플랜트의 사고대응 능력 향상뿐만 아니라 작업자의 안전성 확보에도 기여할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 우정한 선임연구원 연구팀은 배관 누설 사고 발생 시 음향 센서를 이용해 원거리에서 실시간으로 해당 위치를 탐지할 수 있는 기술을 국내 최초로 개발했다.

연구팀은 방향 탐지가 가능한 4채널 음향 센서 모듈들을 최적 분산 배치해 배관 누설이 발생한 위치를 즉각 추정할 수 있는 시스템을 구축했다. 시스템 내 3D 가상공간과 CCTV에서 추정한 위치 정보를 확인해 플랜트 누설 사고 발생 시 작업자가 신속하게 해당 위치를 확인해 골든타임 내 대응할 수 있다.


기존에는 음향의 크기를 나타내는 음압(Acoustic pressure)만을 주로 이용했고 누설 지점에 근거리로 접근해야만 정확한 위치를 파악할 수 있어 작업자의 안전성이 떨어졌다. 또한 모듈 당 100여 채널의 음향 센서를 이용하는 고비용 장비를 활용해야 했다.

기술의 핵심은 음향 인텐시티(Intensity) 기반 신호처리 기법으로, 이상 데이터 자동 제거 알고리즘을 통해 반사 혹은 잔향 영향이 큰 환경에서 발생하는 탐지 오차를 최소화할 수 있다. 1m 이내(추정 오차 3° 이내) 오차로 탐지할 수 있고 시스템 내 3D 가상공간으로 위치를 확인할 수 있어 누설에 의한 사고에 신속히 대응할 수 있다. 음향 인텐시티(Intensity)는 단위면적 당 소리의 강도와 방향을 나타내는 물리량을 의미한다.

기존 장비 대비 모듈 당 음향 센서를 100여 채널에서 최소 4채널로 줄이는 등 소형화해 30% 이상 가격을 절감했다. 또한 누설 탐지 결과를 원거리에서 실시간으로 확인할 수 있어 사고의 초기 단계에서도 이를 감지하고 즉시 대응이 가능하다.

기계연 우정한 선임연구원은 “3차원 음향 인텐시티 기반 누설 감지 기술은 각종 현장에서 발생하는 소음원을 찾아내고 특성을 분석해 소음을 기반한 사고 원인 파악에 용이하다”며, “사건·사고의 선제 대응이나 기타 방범용 경보 감시 시스템 등 다양한 산업 분야에 확장 적용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 기계연 기본사업 “인공지능 기반 기계시스템 예측진단 및 사고대응 기술 개발” 과제 지원을 받아 수행됐다.