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체공상태서 고층 입상배관 등 확인

외국도 가스누출탐지용 
개발됐지만 안정성 떨어져

영상 압축·무선 데이터
송수신 등 기술통합이 핵심 

[가스신문=이경인 기자] 무인 항공기(unmanned aerial vehicle, UAV)의 다른 이름으로 ‘벌이 윙윙거린다’는 뜻으로 불리는 드론(drone)은 최근 여러 분야에서 활용되고 있다.

광학, 적외선 및 레이더 센서를 탑재해 감시, 정찰, 정밀공격무기의 유도, 통신, 정보중계 등의 임무를 수행하고, 더 나아가서는 폭약을 장전시켜 정밀무기로도 실용화되고 있다. 게다가 최근 구글과 아마존 등 글로벌 IT기업들이 드론을 상업적 용도로 활용하기 위해 연구개발에 뛰어들면서 시장은 확대되는 추세다. 군사용을 넘어 측량 조사와 영화 촬영, 구조, 파이프라인 및 전선 점검, 야생 관측, 농약살포 및 가스누출 검지 등 다양한 분야에서 드론이 사용되고 있다.

이런 시기에 발맞춰 가스안전공사에서도 드론을 이용한 가스안전 기술개발에 박차를 가하고 있다.

우선, 체공상태에서 교량첨가 배관이나 고층의 입상배관 가스시설에 대한 가스누출을 확인하고, 외관검사 및 진단장비에 활용하는 방법이 가장 먼저 연구 중이다.

이를 현실화하기 위해서는 비분산 및 분산형 레이저를 이용한 메탄검출기술과 크랙 등 배관 외관검사를 위한 영상인식 및 카메라 연동기술이 필요하다. 또한 영상 압축 기술, 무선통신으로 압축 영상 및 가스농도 전송기술과 압축영상 해독, 가스농도 표시 기술, 시스템 통합 및 제어 기술 등이 추가돼야 한다.

현재, 드론을 이용한 가스누출 검출장비가 없는 것은 아니다.

스위스의 한 업체에서 드론에 일본산 원거리 레이저 가스 검지기를 장착해서 시판하고 있으며, 미국의 기업은 냉각식 이미징 센서를 적용한 카메라를 장착하고 이더넷( Ethernet)에 연결, 가스누출 검사에 활용하고 있다. 또 미국의 한 석유가스 연구센터는 가스누출 탐지용 쿼드콥터 드론 ‘레이븐’을 개발해, 유정(油井)에서 운용시험을 한 후 메탄 탐지능력이 더욱 뛰어난 모델을 개발하고 있다.

단, 주목할 점은 세계 여러 나라에서 드론을 활용한 가스누출 상태 탐지 장비를 개발하고 있지만, 가스의 선택성, 검지 정확도, 검지속도 등의 항목에서 두각을 나타내고 있는 기업이 아직 나타나지 않았다는 것이다.

흔들림 최소화, 배터리 저장용량 확대 필요

드론 체공상태에서 메탄을 검출하는 것은 지상에서와 달리 여러 가지 제약사항이 발생해, 개발에도 매우 주의가 필요하기 때문이다.

비분산 적외선 레이저를 이용한 검지기는 레이저 빔을 측정 대상체에 조사(照査)하여 직접 돌아오는 빛이나 산란되어 돌아오는 빛의 양을 받아서 그 세기(intensity)를 측정한다. 이를 위해서는 약 2초가 필요한데, 그동안 드론이 체공상태에서 흔들림 없이 같은 지점에 있을 수 있어야 한다. 짐벌(Gimbal)이라는 장치를 사용해 드론은 흔들리더라도 장착된 카메라는 흔들리지 않도록 할 수 있지만, 레이저 메탄검지기는 매우 민감해 짐벌로는 고정하기가 어렵다. 또한, 드론 자체의 진동과 바람 때문에 비분산형 레이저 메탄검지기를 제대로 활용하기가 어렵다.

드론에 장착된 고성능 카메라는 셔터 스피드가 빨라서 약간의 흔들림은 괜찮지만, 미세한 가스농도를 검출하는 레이저 메탄검지기는 그 작은 흔들림을 극복할 여유가 없다. 이마저도 드론을 조정하는 사람의 기술이 최상급이라고 가정했을 때 경우다.

이에 가스안전공사에서 글로벌 Top 기술로 개발하려는 것이 바로 이런 여건을 반영하는 장비를 개발해 실제 현장에서 사용도록 하려는 것이다.

드론에 광학식 가스누출 카메라를 장착한 장비는 카메라 무게 때문에 짐벌과 드론의 크기가 커야 하고, 배터리의 용량도 커야하는 제약사항이 있다. 따라서 고용량의 영상을 지상이나 서버로 전송 및 수신하여 가스누출 여부를 분석해야 하므로, 오프라인이 아닌 실시간으로 가스누출 상태를 현장에서 확인하기에는 어려움이 있다.

그래서 드론 체공상태에서 실시간 가스배관이나 시설을 검사를 위한 장비는 흔들림이 최소화되는 드론과 배터리 저장 용량이 크고 수명을 늘리는 것이 필요하다. 소형화 기술과 비분산 및 분산 융합형 레이저 메탄검지기의 검출 능력과 속도가 우수해야 하며, 영상 압축 및 해독 기술, 무선 데이터 송수신 기술, 실시간 영상 판독 및 가스농도 디스플레이 기술들이 조화롭게 통합되어야 하기 때문에 가스안전공사에서는 이러한 기술의 완성도를 극대화하여 글로벌 마켓을 점유할 수 있고 가스사고를 예방할 수 있는 장비를 개발하여 보급하고자 한다.