인텔리전트 피그 항법 시스템의 정확도 향상에 관한 연구
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2020
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학술저널
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162-162(1쪽)
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최근 과밀화되는 도심지역에서 지하 시설물의 사고 우려에 대한 국민의 불안감이 증대되고 있다. 노후화되어가는 지하 매설 배관의 건전성 관리는 국민의 안전과 생명 보호를 위해 필수적이다. 매설 배관 건전성 관리의 핵심인 ILI(In-Line Inspection) 기술은 노후 배관의 손상 부위에 대한 정밀/장거리 탐측과 평가를 가능하게 하며, 인텔리전트 피그(Intelligent PIG)를 활용하여 이루어진다. 인텔리전트 피그는 동체 전후단의 가스차압에 의해 배관 내부를 주행하며 주요 센서시스템의 데이터를 실시간으로 취득/저장한다. 센서시스템은 배관의 기계적 결함 측정시스템, 모재 손상(부식, Gouge, Crack 등)을 측정하는 NDE(Non-Destructive Evaluation) 센서시스템, 그리고 매설 배관의 디지털 지도 제작을 위한 관성 항법 시스템(Inertial Navigation System)으로 구성된다. 지하시설물 관리의 중요성을 고려할 때 인텔리전트 피그를 이용한 관성 항법 시스템의 위치추정 정확도 향상은 매우 절실하다. 인텔리전트 피그의 관성 항법시스템은 관성측정장치(Inertial Measurement Unit)와 Odometer를 이용한 속도계, 피그가 통과한 시간과 위치좌표를 제공하는 TBMS(Time Based Marker System)로 구성된다. TBMS는 인텔리전트 피그와 시간동기를 유지하며 배관 직상부 지표면에 설치된다. TBMS가 설치된 지점을 AGM(Above Ground Marker)이라고 한다. 관성 항법 시스템은 IMU출력, Odometer 속도 데이터, AGM 위치 데이터를 확장칼만필터(Extended Kalman Filter)로 융합하는 방식으로 동작한다. 관성 측정 장치의 가속도와 각속도를 이용하여 피그 위치/자세를 Prediction하고, Odometer의 속도와 AGM 위치 데이터로 Correction을 수행한다. 일반적으로 Odometer는 원주방향으로 3개가 탑재되는데, 곡관을 통과할 때 Odometer가 접f하는 위치에 따라 측정 거리가 달라진다. 또한, 직관/용접부에서는 Odometer의 Slip 등에 의해 주행거리 측정오차가 발생한다. 본 연구에서는, 이러한 Odometer 측정오차가 피그 주행 속도벡터와 Odometer 거리측정 벡터의 차이 및 Odometer의 Slip에 의해 발생됨을 설명하고, 직관과 곡관에서 속도 보정을 통해 항법 정확도를 향상시키는 방법에 대해 논의한다. 직관에서는 3개의 Odometer 측정값 중 최댓값을 활용하고, 곡관에서는 곡관 형상과 해당 시각의 피그 자세(Roll 각도)를 고려하여 실제 주행거리와 가장 근접한 Odometer 측정치를 선택적으로 계산에 사용하는 방식이다. 본 보정 기법을 실제 피깅 구간(30”, 35km)에 적용한 결과, 항법 RMS(Root Mean Square) 오차가 기존 대비 21% 감소함을 정량적으로 확인하였다. 이를 통해 정밀 위치기반 배관 건전성 관리로 타공사에 의한 갑작스런 누출사고 방지에 기여할 수 있으며, 배관 건전성 관련 정보가 연계된 지리 정보 시스템의 품질 제고가 가능하다. 또한, 본 기술을 더욱 발전시켜 다른 지하 시설물에도 적용하여 안전관리품질 향상에 기여하고자 한다.
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