[최종목표]
ο 장거리 고압 수소 배관망 외부에서 발생하는 100ppm 수준의 초저농도 누출을 3초 이내로 탐지하고, 차량탑재형·이동형 광학식 센서와 온디바이스 경량 AI 제어모듈 및 디지털 트윈 기반 위험예측·긴급대응 서비스를 통합한 지능형 수소 안전관리 시스템을 개발·실증한다.
[핵심 연구개발 결과물]
ο 광학센서 기반 최소검지농도 100ppm, 검지 반응시간 3초이내, 차량 탑재형·이동형 수소누출감지 모듈장치 2종
ο 저농도 수소 감지용 온디바이스 경량 AI 추론 모델 2종
ο 멀티모달 경량 AI모델 프레임워크 1종
ο 표준화·인증 및 사업화 기반 성과물
[연차별 세부 추진 목표]
ο 1차년도: 원천기술 확보 및 체계 정립
- 선두전자: 수소용 초정밀 광학센서 원천기술 확보
- KETI: 멀티모달 데이터 융합 전략 수립, AI 기초 설계 및 합성 데이터 생성 기반 구축
- 아주대: 수소 특성 기반 이상상태 판정 기준 및 사고 시나리오 변수체계 정립
- KGS: 사고 영향평가 시나리오 및 긴급상황 케이스 검토, 매설배관 검사 데이터 수집 시스템 설계·제작
- 위존: 긴급 상황 대응 시뮬레이션 통합 분석·설계 및 시나리오 기초 항목 정의
ο 2차년도: 시제품 개발 및 모듈 통합
- 선두전자: 수소용 광학센서 모듈 및 차량탑재형 시제품 개발, 온디바이스 AI 모듈 통합·연동 설계
- KETI: 시공간 기반 누출 위치 추정·이상탐지 모델 및 실시간 데이터 파이프라인 개발
- 아주대: 사고영향평가(CA)를 통한 판정 기준의 정량 근거 및 현장 적용성 확보
- KGS: 데이터 구조 설계 검토, 대응 프로세스 검토 및 매설배관 시스템 사전 운영·분석
- 위존: 대응 프로세스 및 서비스 설계, 아키텍처 연동 테스트 및 서비스 개발(1/2), 성능평가 항목 정의
ο 3차년도: 시스템 고도화 및 현장 검증
- 선두전자: 비접촉·간섭가스 대응 센서 및 차량용 장비 고도화, 온디바이스 AI 실증 테스트
- KETI: 융합 알고리즘 고도화, 시계열 데이터 증강 및 실시간 전처리 자동화 체계 구축
- 아주대: 판정 기준 범용성 확보 및 경보단계-조치 연계 고도화
- KGS: 학습 데이터 및 작동 성능 검토, 대응 프로세스 결과 및 매설배관 시스템 현장 테스트 분석
- 위존: 초동/국소 긴급 대응 서비스 개발 완료(2/2) 및 최적화, 모듈 간 연계 성능 평가 기술 개발
ο 4차년도: 실증 및 사업화 안정화
- 선두전자: 차량 탑재형 장비 사업화 준비, Test-bed 구축 및 시험·인증·성능 검증
- KETI: 온디바이스 AI 제어모듈 현장 실증 및 실환경 데이터 적용 파이프라인 고도화
- 아주대: 긴급대응 프로세스 통합 및 의사결정 기준 확정(대피·통제 기준)
- KGS: 검출·대응 및 매설배관 시스템 작동 결과 분석을 통한 개선 방안 도출
- 위존: 초동/국소 긴급 대응 서비스 현장 실증 및 시스템 안정화
연구범위
[연차별 세부 개발 내용]
ο 1차년도: 원천기술 확보 및 기초 설계
(선두전자) 고분해 레이저 다이오드(LD) 광학 설계, 파장 안정도 최적화 및 안정적 구동을 위한 전원 회로·Target 보드 제작 및 유효성 검증.
(KETI) 멀티모달 데이터(광학/환경/위치) 융합 전략 수립 및 온디바이스 하드웨어 제약 기반 경량 AI 기초 모델 구조 탐색.
(아주대) 수소 특성 기반 LEL 단계경보(10/25/100%) 원칙 및 사고 시나리오/판정 기준 체계 수립.
(KGS) 환경 요인 시뮬레이션 및 DCVG·CIPS 연계 매설배관 건전성 분석·통합 데이터 시스템 설계.
(위존) 기능/비기능 요구사항 도출, 서비스 아키텍처 설계 및 긴급 대응 UI/UX 기획.
ο 2차년도: 시제품 개발 및 지능화 모델 구축
(선두전자) 멀티패스 셀 기반 센서 모듈 및 메인 PCB 제작, 차량 환경 적합 흡입 유로 설계 및 차량 탑재형 시제품 제작.
(KETI) 모델 압축을 통한 경량 AI 모델 개발, 시계열 패턴 학습 신경망 및 간섭가스 식별 기능, 전처리 파이프라인 구축.
(아주대) 사고영향평가(확산/과압 등) 수행 및 100ppm 관측 조건/조기탐지 수립 기준 제시.
(KGS) 대응 로직 적정성 검증 및 이동형 매설배관 검사 시스템 시운전·결과 분석.
(위존) 워크플로우 디지털화, 대피 메시지 전파 프로세스 설계 및 GIS 변환 엔진 개발.
ο 3차년도: 장비 고도화 및 통합 성능 검증
(선두전자) 간섭 극복 회로 고도화, 풍향/풍속·GNSS 연동 및 이동형 장비 시제품 제작, 흡입 최적화 구동부 설계.
(KETI) 엣지 디바이스 탑재 성능 측정, Test-bed 현장 검증 및 시계열 데이터 증강을 통한 모델 일반화 고도화.
(아주대) 환경 민감도 반영 탐지 기준 고도화 및 현장 대응 가이드(상황기록 체계) 작성.
(KGS) 환경 모사 시험을 통한 대응 로직 안정성 검증 및 현장 주행 시험 기반 통합 신뢰성 확보.
(위존) 통제 장치(밸브 등) 연동 정보 제공, 서버 안정성 확보 및 사고 데이터 레이턴시 최소화 구현.
ο 4차년도: 현장 실증 및 사업화 완료
(선두전자) 구조 최적화 통합 설계, 최종 시제품 제작 및 국내·외 규격 인증(EMC 등) 획득, 양산·사업화 전략 수립.
(KETI) 현장 실증을 통한 AI 정확도 고도화 및 디지털트윈 플랫폼 상호운용성 확보.
(아주대) 위험구역/안전 이격거리 확정 및 긴급상황 대응 프로세스 확정·상호운용성 가이드 수립.
(KGS) 운영 결과 분석을 통한 시스템 개선 방안 및 긴급 대응 프로세스 최적화 전략 도출.
(위존) 현장 Test-bed 실증 완료 및 전문가 검증을 통한 시스템 최종 최적화.
기대효과
[연구개발성과의 활용방안]
ο 장거리 수소 배관 인접 도로를 주행하며 지상·지중 배관 전 구간을 순회 점검하는 이동형 누출 검사 장비로 활용.
ο 수소 생산·저장·사용시설 외곽·경계·도로 구간을 차량 기반으로 스캔하는 모바일 외곽 안전 진단 장비로 활용.
ο 차량 주행·센서·환경 데이터를 GIS 관제와 연동해 누출 의심 지점을 지도화하고 점검 경로·주기를 최적화하는 관제 솔루션으로 활용.
ο 장비 판매와 함께 정기 순회점검·위험도 분석·보수 우선순위 제안을 제공하는 서비스형(장비+서비스) 유지보수 사업모델로 활용.
ο 수소 외에 암모니아·메탄 등으로 확장 가능한 멀티가스 순회점검·디지털트윈 기반 스마트 유지관리 플랫폼으로 발전.
[기대효과]
ο 고분해능 레이저·저농도 원거리 감지·온디바이스 AI를 융합한 수소 전용 초정밀 감지·제어 원천기술을 확보.
ο 수소 저장탱크·배관·차량까지 고도 안전관리 체계를 확장해 누출·화재·폭발 사고와 유지보수·가동중단 비용을 감소.
ο 차량용·이동형 수소누출 감지 모듈과 AI 솔루션 상용화로 수소차·충전소·가스안전 설비 등 연관 산업의 신시장·수출 기회를 확대.
ο 디지털 지도·디지털트윈·리스크맵 기반으로 점검 경로·주기·보수 우선순위를 최적화하는 수소 인프라 의사결정 체계를 구축.
ο 누출·환경·운전 데이터 기반 AI 안전모델 학습·인증용 공용 데이터 인프라와 센서·디지털트윈 상호운용성 규격을 마련해 국가 안전 플랫폼·표준화에 기여.
(품목개요서 최종) 장거리 고압수소 배관망 고안전성 확보 및 AI 기반 안전관리 기술개발.pdf
