AI가 지키는 철도 안전…코레일, CBM 도입해 안전 혁신

KTX등 162대 열차 CBM도입해
운행 중 AI로 스스로 점검 가능
차량기지 디지털 트윈 구축도
AI로 정비 정확도 높이고 표준화

코레일 제공

한국철도공사(코레일)가 인공지능(AI) 등 최첨단 기술을 기반으로 철도 안전의 패러다임을 혁신하는 AX(AI 대전환) 가속화에 팔을 걷었다. 열차와 시설물에 이상이 생긴 뒤 대응하는 기존의 정비 방식에서 벗어나, 열차가 운행하면서 수집되는 데이터를 바탕으로 고장 가능성을 미리 예측하고 선제적으로 대응하는 ‘상태기반 유지보수(CBM·Condition Based Maintenance)’를 강화하고 과학적 안전관리 체계 구축에 힘을 쏟고 있다.

 AI로 열차·시설물 상태 실시간 진단

코레일 제공

코레일은 2021년부터 수도권전철 1호선과 수인분당선 등 전동열차를 시작으로 2023년 일반열차(EMU-150), 2025년 KTX까지 단계적으로 CBM을 확대해 왔다. 현재는 KTX-이음, ITX-마음 등 총 162대의 철도차량에 AI 기반 CBM을 운영 중이며, 모든 종류의 열차 안전상태를 실시간으로 점검할 수 있는 체계를 갖췄다.

CBM이란 시설물의 현재 상태를 모니터링해 이상 징후를 감지하고, 장애 발생 시점을 예측해 최적의 유지보수 일정을 수립하는 스마트 유지보수 체계다. 미리 정해진 주기에 따라 기계적으로 차량·시설물을 정비했던 기존의 ‘정기 점검’ 방식의 한계를 보완해 실제 상태를 반영해 필요한 시점에 정비함으로써 안전성과 효율성을 동시에 높일 수 있다.

코레일은 철도 차량과 시설물에 사물인터넷(IoT) 등 각종 센서를 설치하고, 열차가 운행하면서 실시간 변동되는 유지보수 데이터를 수집해 AI로 실시간 분석하고 있다. 이를 통해 장애나 이례사항의 발생 가능성을 사전에 예측하고 정비 주기를 최적화하고 있다.

특히, KTX-이음 열차는 차축 베어링, 주변압기 등 주요 장치 15종에 IoT 센서를 부착하고, 열차 운행 중에 공기압, 차축 발열상태, 부품의 이상 여부 등을 AI로 실시간 수집, 분석하는 실시간 모니터링 시스템을 가동하고 있다.

철도 시설물은 전차선·궤도·선로·신호·통신 등 모두 5개 분야 17개 항목의 안전 상태 데이터를 실시간으로 수집, 분석하고 있다. 전차선의 높이와 마모된 정도, 까치집 등 장애물 검출, 레일 온도, 신호기의 작동상태, 선로 변형 여부 등을 모니터링하고 유지보수 업무를 효율화하고 있다.

 빅데이터·디지털 트윈으로 유지보수 체계 고도화

코레일 제공

스마트 유지보수 체계를 뒷받침하기 위해 코레일은 대용량 데이터를 고속 처리할 수 있는 빅데이터 플랫폼과 딥 러닝, AI 알고리즘을 도입해 지속적으로 시스템을 최적화하고 있다. 개별 차량이나 장치의 특성, 열화 상태 등을 고려해 각각 다른 진단·예측 AI 알고리즘을 적용하고, 노선별 운행 기록, 장치별 결함 횟수, 점검 기록 등 다양한 통계 자료를 결합해 분석한다.

이에 더해, 장치의 현재 상태 점수와 다음 점검까지 남은 시간인 잔여 수명을 종합적으로 제시해 유지보수 작업자가 보다 빠르고 정확하게 유지보수 업무를 수행할 수 있도록 지원한다. 단순히 고장 여부를 확인하는 수준을 넘어 ‘언제, 무엇을, 어떻게 정비할 것인가’를 미리 조정할 수 있는 예측 중심의 정비 체계로 진화하고 있다.

특히, 지난해에는 국내 최대의 철도차량정비기지인 경기도 고양 코레일 ‘수도권철도차량정비단’에 AI 기반의 ‘초정밀 디지털 복제’ 시스템을 구축했다. 축구장 160배에 달하는 35만평 규모의 KTX 정비 작업장을 1:1 스케일의 3D로 모델링하고, 현재 진행되는 정비 작업의 상태와 위치 등을 디지털 트윈 형태로 실시간 확인하도록 했다.

정비 예측 모델도 정교화하고 있다. 코레일은 AI를 활용해 KTX 바퀴(차륜)의 교체주기를 91.5% 정확도로 예측하고 있으며, 공기압축기, 오일펌프, 냉각 송풍팬 등 부품 4종의 이상음을 94.9% 정확도로 탐지해내는 ‘SOUND AI’ 데이터셋도 구축했다.

또한, 유지보수 작업자 940여 명의 향후 75일간의 정비 작업을 최적의 스케쥴로 자동생성 하고, 경정비 및 중정비 관련 VR 시뮬레이션으로 단계별 정비를 지원하는 데도 AI를 활용하고 있다. 이러한 AI 기반 정비 기술 고도화는 작업자의 숙련도에 관계없이 표준화된 정비 품질을 확보하고 전방위적인 ‘AI 기반 고속차량 정비 생태계’를 조성해 연간 약 306억 원의 가치를 창출하고 있다.

코레일 관계자는 “AI와 빅데이터, 디지털 트윈 등 첨단 기술을 도입해 예방 중심의 철도 안전 관리체계를 구축하고, 국민이 안심하고 탈 수 있는 철도 서비스를 제공하겠다”고 설명했다.

유오상 기자 osyoo@hankyung.com