2021년 04월 13일, 화요일


국토와교통

2021년 4월호
(통권 441호)


스마트중량센서 및 무인무정차 축중기를 활용한 실시간 물류정보 모니터링 시스템


  김정현 기자     입력 2021-03-10 (수) 16:10



자재 입출고 및 운송까지 전주기적 운송·물류 관제 모니터링 시스템 구현
 
실시간으로 화물차량의 중량정보와 물류 입출고 정보를 모니터링 할 수 있는 물류신기술이 나왔다.

이 기술은 화물차량에 스마트중량센서와 카메라, GPS를 설치하여 중량정보, 영상정보, 위치정보를 조합한다. 이를 통해 실시간으로 물류정보를 모니터링 할 수 있다. 또한 물류창고 진출입로에 설치된 무인무정차 축중기를 통해 화물차량의 중량정보와 보유자원을 실시간으로 모니터링 할 수 있다.

신기술의 핵심은 △스마트중량센서와 △무인무정차 고정식 축중기, △차량관제시스템으로 구분할 수 있다.

스마트중량센서는 MEMs 경사센서를 이용하여 화물차량의 중량을 측정하는 기술이다. 화물차량의 주요 현가장치 중 하나인 판스프링과 스테빌라이저 바에 센서를 부착하여 화물적재에 따른 현가장치의 각도변화를 측정하고 이를 중량으로 환산한다. 이러한 정보는 스마트폰 앱을 통해 실시간으로 중량을 확인할 수 있다. 또한 GPS 위치 데이터 및 중량 데이터를 실시간으로 관제서버로 송신하여 상하차 유무와 과적여부, 무단투기, 경로이탈 확인 등의 출고물류관제를 수행한다.

무인무정차 고정식 축중기는 차량의 무게를 측정할 수 있는 센서가 도로에 매설되어 차량이 정차하지 않고 주행상태로 센서 설치 구간 통과시 차량의 중량, 속도, 차종, 바퀴 축수 등을 측정하는 무인·무정차 첨단 계측 시스템이다. RFID 및 카메라 등과 함께 진입로에 설치되어 진입 차량의 적재물 종류와 운송사를 인지하고 입고물류관제를 수행한다.

㈜유디엔에스와 ㈜유디코가 개발한 스마트중량센서 및 무인무정차 축중기를 활용한 실시간 물류정보 모니터링 시스템은 이러한 기술력을 바탕으로 물류신기술 제2호로 지정됐다.
 
■ 기술개발자
 · ㈜유디엔에스 (대표자 김성일)
   경기도 의왕시 이미로 40, C동 301-A호
   www.udnsk.com
 · ㈜유디코 (대표자 김종우)
   경기도 용인시 수지구 신수로 767, A동 517호
   www.judico.co.kr
■ 물류신기술 제2호
   보호기간 : 2020. 12. 29 ∼ 2025. 12. 28 (5년)
 

 
 
운전자가 쉽게 화물적재 관리 가능

화물차량은 도로법 77조 및 동법 시행령 79조와 도로교통법 39조 및 동법 시행령 22조에 의하여 총중량 40톤, 축중량 10톤의 중량제한을 적용받고 있다. 화물차량의 중량 정보는 과적에 의해 발생하는 교량을 비롯한 도로구조물의 파괴와 도로포장 파손, 그리고 이에 따른 대형 교통사고를 예방하기 위해 중요하다 할 수 있다.

그러나 화물차 운전자들은 화물을 적재하고 내리는 과정에서 자기 차량의 총중량 및 축중량을 알지 못한다. 이에 따라 부득이하게 과적을 하게 되는 경우가 있다. 이를 방지하기 위해 적용하는 것이 바로 화물차 부착 중량센서다.

화물차 운전자들은 중량센서를 활용하여 실시간으로 무게를 확인함으로써 중량제한기준을 넘지 않도록 화물적재를 관리할 수 있다.

해외에서 화물차 중량센서 시스템은 트럭 온보드스케일(On-board Truck Scale)이라고 지칭된다. 화물차에 로드셀, 에어압력센서, 경사계 등의 센서를 부착하여 화물 적재시 변화량을 측정하는 기술이다. 국내 화물차량은 대부분 판스프링 서스펜션 차량이기 때문에 해외에서 활용되는 에어압력센서의 적용은 불가능하다. 또한 로드셀을 설치하는 방법은 적용이 가능하지만 설치비용이 500만원에서 1000만원 수준이며, 차량의 적재함을 들어올리고 프레임에 로드셀을 용접하는 방식의 차량 대수선이 요구되어 경제성이 떨어진다.
 
경사센서를 이용한 스마트중량센서

이에 따라 ㈜유디코는 운전자를 위한 적재중량표시장치를 국내 최초로 개발하여 상용화시켰다. 또한 MEMs경사센서를 이용하여 판스프링의 직접 변형율이 아닌 각도변화를 간접측정하는 방식으로 제품을 개발했다.
 
아울러 지속적인 제품 개발과 중량환산 알고리즘 연구를 통해서 중량측정 정확도와 시스템 안정성을 확보하였으며, 환경부에서 추진하는 환경폐기물 관리 시범사업을 참여하여 100여대의 차량에 의무 장착을 실시했다. 제주지역 가축분뇨폐기물 차량의 관리를 위해 의무장착 시범사업을 시작으로 가축분뇨 수집운반차량 및 수탁폐수처리차량 등에 중량센서 및 통합단말기 설치 사업을 수행하고 있는 것이다. 환경부와 함께 국토교통부에서도 디지털 운행기록계의 의무장착을 제정하여 진행하고 있다.

이처럼 신기술은 화물차의 과적을 예방하는데 활용할 수 있다. 또한 운송중 중량변화 감지를 통해서 불법 폐기를 감지하거나 운송 물류량 변화를 확인하는데 사용된다. 아울러 운송차량의 운행이력을 확인하여 운송업무량 분석을 통해 효율을 높일 수 있다.
 
스마트중량센서

 
무인무정차 축중기 시스템

신기술의 특징은 스마트중량센서와 함께 무인무정차 고정식 축중기라 할 수 있다.

화물차의 과적을 막기 위해 차량의 하중을 측정할 수 있는 이 시스템은 화물차 전체가 저울 위로 올라갈 수 있도록 만든 트럭스케일과 각 축의 축하중을 측정하는 축중기로 구분된다.

특히, 고속축중기(WIM)는 도로의 노면에 설치된 센서를 이용하여 고속으로 주행하는 차량의 바퀴의 접지하중을 측정하여 차량의 축하중 또는 각 축하중을 합산한 총중량을 측정하는 장치다.

고속축중기는 고속으로 주행 중인 차량의 중량을 검출할 수 있는 특성에 의하여 차량의 정보를 획득할 수 있는 다양한 시스템과의 연계를 통해 과적단속용 장치로 활용되며, 물류 입출고 관리 시스템에 활용되기도 한다.

신기술의 무인무정차 축중기는 기본적으로 고속 무인 과적단속시스템의 주요 장치이며 중저속 차량의 중량도 정확하게 측정할 수 있다. 시스템은 축중기 센서플랫폼, 차량번호수집부, 정보표출부로 구성되어 있으며, 축중기 센서플랫폼은 센서부와 제어부로 구성된다. 차량번호수집부는 일반적인 번호인식카메라와 동일한 형태로 구성되어 있으며, 정보표출부는 가변형 도로전광표지판(VMS)으로 구성된다.
 
주행인지성 및 정확도 높아

무인무정차 축중기는 WIM 센서 플랫폼과 센서데이터, VMS 카메라 등 연산장비 통합제어기로 구성되어 있다. 센서 플랫폼은 양단지지 로드셀로 측정되며, 정밀한 하중전달 구조 설계를 통해서 높은 측정 정확도를 확보하고 있다.

또한 무인무정차 축중기는 외부 환경에 노출되어 지속적인 진동 및 하중을 받기 때문에 결빙 방지를 위한 배출관과 반복 진동·충격 대비 고장력볼트와 High-Torque Wrench 적용 시공을 하며, 진출입로 노면 평탄화 시공방법을 적용하여 설치된다.

통합제어기는 옥외 함체 내부에 설치되며, 차량 검지, 차종 분류, 중량 측정을 수행한다. 중량, 축거, 윤거, 축중, 차륜위치 등을 감지하며, 회피·이탈 주행 검지와 추정 중량 계산도 가능하다.

아울러 고속주행 검측·연산을 위한 고속 샘플링과 정밀 하중 연산을 위한 신호 처리 알고리즘 및 온도, 속도 보정 알고리즘도 탑재하고 있다.

로드셀 방식으로 차량의 바퀴 전체 하중에 의해 발생하는 물리적 변형률을 측정하기 때문에 정확도가 높고 가격은 기존기술보다 경제적이다. 또한 주행 인지성이 높아 추가 차륜감지 센서가 불필요하며, 다양한 포장 종류와 노면상태에 따라 적용이 가능하고 센서 교체도 가능하다.
 
WIM 센서 플랫폼

 
실시간 물류정보 모니터링

물류관제 모니터링은 실시간 물류정보 모니터링을 위한 CS기반 입출고 물량모니터링 시스템과 물류관제 시스템인 웹기반 운송차량 모니터링 시스템으로 구성된다.

차량 관제 시스템은 화물 운송 효율을 위한 운송 정보 시스템의 일환으로 실시간 배차와 운송비 정산, 운송 결과 분석 등에 활용된다.

이와 함께 자중계 시스템과 IoT 디바이스, 그리고 차량 관제 서비스와 결합한 운송 중량 관제 솔루션을 통하여 위치관제 중심의 물류모니터링 시스템에 중량정보와 영상정보를 추가해 효율적인 물류관리가 가능해진다.

중량 자동측정과 빠른 입고, 재고량 자동분류, 운송량 자동계산, 실시간 적재량 확인, 상차중량 극대화, 상·하차 관제, 정상운행 확인 및 운임지급 기준으로의 활용 등 입고에서 출고까지 전 과정에 거쳐 활용할 수 있어 △공장가동률 증대, △생산원가 절감, △출하회전율 증가, △실시간 배차활용, △합리적 운행관리가 가능해진다.

또한, 특수 차량의 권역지 이탈 상·하역과 상·하차 중량을 실시간으로 확인하고, 지정 경로 외의 운행 여부를 모니터링 할 수 있어 위험 물질 운송에 따른 대형 사고 및 과적 운행을 원천차단할 수 있다. 아울러 운행 통계 자료 제공으로 효율적인 과적 방지 문화 형성이 가능하다.
 
경제성, 안전성, 보안성 확보

신기술의 스마트중량센서 시스템은 기존기술 대비 설치시간 및 비용, 안전성, 보안성 등에서 경제성이 높다.

설치기간은 기존기술이 약 3일이 소요되는데 반하여 신기술은 3시간 이내에 설치할 수 있다. 쉽고 빠른 단순부착으로 설치비용도 경제적이다. 화물차량 운행 업무에 차질을 주지 않는 단시간 내에 시공이 가능한 것이다.

또한 구조변경 검토도 불필요하며 AWS 보안모듈과 SEED128을 적용하여 보안성을 높였다. 아울러 기존기술은 적재중량과 총중량만 측정이 가능한데 반하여 신기술은 축하중을 측정할 수 있다.

한편, 대형 화물차의 사망사고 유발 비율은 일반 승용차 보다 무려 4배 이상 높은 것으로 나타났다. 또한 허용 적재량의 20%를 초과할 경우 타이어 내구수명은 30% 감소하고, 제동거리는 10% 늘어난다. 무리한 과적은 차체의 균형을 잃게 하여 전복되거나 선행차량과의 추돌사고를 유발할 수 있다.

이에 따라 중량센서를 이용한 화물차량의 관제시스템은 운행차량의 과적을 예방하고, 위험물 운송차량에 대한 관리도 가능하기 때문에 일반 운전자 뿐만 아니라 도로교통 물류 사업자들의 안전을 확대할 수 있는 기술이라 할 수 있다.

아울러 최근 이슈화되고 있는 탄소배출 저감 및 에코 드라이빙 등 그린 뉴딜과 관련하여 운송차량의 중량에 따른 탄소배출량 증감을 분석·관리할 수 있고, 화물차량의 실시간 위치 및 중량정보 등을 통해 자율주행트럭 및 물류 4.0 등 미래지향적 물류시스템에 기여할 수 있다.

㈜유디엔에스와 ㈜유디코가 개발한 스마트중량센서 및 무인무정차 축중기를 활용한 실시간 물류정보 모니터링 시스템은 이러한 기술력을 바탕으로 국내외 물류시장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.
 
김정현 기자 (ltmkjh@hanmail.net)
 
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