[Flyability ELIOS2_해외] 대구경 하수도 검사

관리자
2024-01-17
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WSSC WATER, AECOM 및 FLYABILITY 공동으로 임계, 대구경 하수도 검사를 위한 ELIOS 2 배치

AECOM은 고유량 하수도 검사를 위해 Elios 2의 사용을 테스트한 결과 요구 사항을 충족하는 데 필요한 모든 시각적 데이터를 수집한 것으로 나타났습니다.



이점

비용 효율성 및 구축 용이성

동원 및 설치, 점검 완료, 탈동 등 작업일 기준 1일 이내에 다중 배관 세그먼트 및 접근 지점의 점검 활동을 수행할 수 있었습니다. 시스템을 배포하거나 검색하기 위해 제한된 공간에 액세스할 필요가 없었고, 설정 또는 운영을 위해 추가 사이트 액세스가 필요하지 않았습니다. 

안정성.

엘리오스 2호는 평균 초속 약 26피트(8미터)의 유속으로 활발한 하수구를 비행하면서 안정성과 일관된 속도를 유지할 수 있었습니다.

데이터 현지화

검사팀은 Inspector 3.0을 사용하여 고해상도, 고정확도 3D 데이터를 제공하는 포인트 클라우드를 생성할 수 있었습니다. 이 데이터는 임무 수행 중에 발견된 자산 또는 특정 결함에 대한 상세한 측정을 수행하는 데 사용할 수 있으며, 이미지로 표시할 경우 상태 평가, 권장 사항 개발 및 재활 노력 지원을 위한 강력한 도구가 될 수 있습니다.

 

서론

대구경 자산에 대한 하수도 상태 평가는 특히 유속과 접근성 문제가 높은 능동 하수도 시스템에서 수행될 때 매우 어렵기로 악명이 높습니다. 

하수도 검사를 성공적으로 수행하려면 검사자는 일반적으로 파이프 또는 일련의 파이프로 구성되는 시스템을 구성하는 자산의 상태와 맨홀, 금고 및 기타 구조물과 같은 부속물에 대한 자세한 데이터를 수집해야 합니다.

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전통적으로 대구경 하수도 시스템의 검사를 수행하는 데 사용되는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.

  • 인입검사
  • 일반적으로 CCTV 카메라를 사용하는 뗏목 또는 썰매 장착 검사
  • CCTV 카메라 및/또는 기타 센서를 이용한 로봇 검사

실제로 이러한 각 접근 방식은 조건 평가 활동을 수행하기 위한 최선의 접근 방식을 식별할 때 반드시 고려해야 하는 절충안뿐만 아니라 이점도 제공합니다.

실제적으로 파이프에 들어가 실사를 수행하는 것은 검사자가 시스템을 시각적으로 평가하고 자산 상태에 대한 상세한 데이터를 수집하는 데 도움이 될 수 있지만 안전 문제도 발생할 수 있습니다. 어떤 경우에는 접근 요건과 일시적인 흐름 우회의 잠재적인 필요성으로 인해 사람의 진입이 불가능할 수 있으며, 이는 특히 큰 직경 또는 트렁크 하수구에서 비용이 많이 들 수 있습니다. 

CCTV 검사는 하수도 상태 평가를 위해 가장 많이 사용되는 방법이지만, 카메라의 안정성, 검사 속도 및 매체 품질의 문제로 인해 고속 또는 고속 조건에서 어려움을 겪을 수 있습니다.  

또 다른 접근 방식은 CCTV, LiDAR, SONAR 및 레이저 프로파일링의 일부 조합을 포함할 수 있는 다중 센서 플랫폼과 함께 정교한 로봇 솔루션을 사용하는 것입니다. 이 방법은 여러 센서를 통해 정보를 수집할 수 있기 때문에 엄청난 양의 데이터를 제공할 수 있지만 다른 검사 문제도 발생합니다. 

대구경 하수도 검사를 위해 만들어진 로봇은 일반적으로 너무 커서 작은 크레인으로 시스템에 내려야 할 수도 있고, 이로 인해 제한되거나 불안정한 지역에서 접근하기 위한 문제가 발생합니다. 이러한 유형의 시스템을 사용하려면 비용이 많이 들 수 있으며, 동원 및 운영을 위한 상당한 사전 계획이 필요합니다.

고객 요구사항

AECOM은 최대 규모의 글로벌 엔지니어링 회사 중 하나로, 약 55,000명의 직원이 WSSC Water(WSC)와 같은 물 및 폐수 유틸리티를 포함한 모든 부문에서 고객을 위한 인프라 컨설팅 서비스를 제공하고 있습니다.

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특수 하수도 검사에 내재된 어려움을 감안하여 AECOM은 고객과 지속적으로 협력하여 보다 안전하고 효율적이며 효과적으로 상태 평가를 수행할 수 있는 새로운 하수도 검사 솔루션 및 기술을 파악하고 평가하고 있습니다.

AECOM의 고객 중 한 명은 WSSC로, 워싱턴 D.C. 교외에 있는 메릴랜드 주의 프린스 조지 카운티와 몽고메리 카운티의 약 180만 명의 주민들에게 물과 폐수 서비스를 제공하고 있습니다.

WSSC는 현재 동의 법령에 따라 직경 15인치 이상의 파이프를 5년에 한 번 이상 검사해야 합니다. 검사 빈도는 WSSC 폐수 운반 시스템에서 가장 크고 중요한 자산인 Anacostia Trunk Sever(ATS)로 알려진 102인치 직경의 철근 콘크리트 파이프를 포함하는 고위험 자산의 경우 훨씬 더 높습니다. 

이 파이프는 1977년에 건설되었으며, 하루 평균 4,500만 갤런의 건조한 날씨 흐름을 보이며, WSSC의 모든 폐수의 약 3분의 1을, 궁극적으로는 아나코스티아 펌프장으로 운반합니다. 

시스템의 특정 부분을 검사하는 것은 위에서 다루었던 각 하수도 검사 방법에 대해 많은 고유한 과제를 제시합니다.

  • 파이프를 사용하지 않는 데 필요한 우회 펌프로 인해 유인 진입은 비용이 많이 들고 사람에게 유독한 황화수소(HS2) 가스와 관련된 안전 문제를 야기합니다. 
  • 종래의 CCTV 검사는 수로 위의 영상 및 정지 영상을 제공하기 위해 실시되고 있으나, 배관의 크기, 유량 및 유속 등은 완전하거나 고품질의 검사를 방지할 수 있는 문제점을 내포하고 있습니다.
  • 다중 센서 로봇 솔루션은 또한2 HS 측정과 함께 CCTV, SONAR 및 LiDAR를 동시에 캡처하는 수단으로 WSSC에 의해 활용되었습니다. 성공적이기는 하지만, 이러한 시스템을 사용하려면 사전 계획과 동원 및 배치와 관련된 상당한 노력이 필요합니다.

AECOM은 장기적으로 WSSC가 사용하는 전통적인 검사 옵션을 보완하거나 경우에 따라 대체할 수 있는 방법을 찾는 것을 목표로 ATS 및 기타 하수도 자산을 검사할 때 WSSC가 사용할 수 있는 대안을 찾고 싶었습니다. 

"아나코스티아 트렁크 하수구와 같은 하수구 시스템을 검사하는 것은 매우 어려울 수 있습니다. 그래서 우리는 항상 더 나은 데이터를 더 안전하고 효율적으로 제공하는 데 도움이 되는 새로운 도구와 기술을 찾고 있습니다."

- AECOM의 부사장 Anthony Dowell

해결책

WSSC와 AECOM은 지난 몇 년 동안 무인 항공기 시스템(UAS)과 센서를 활용하여 자산 재고, 검사 및 상태 평가와 관련된 다양한 활동을 지원하기 위해 협력해 왔습니다. 

이러한 노력의 일환으로, AECOM의 직원들은 내부 하수도 검사를 수행하기 위한 가능한 대안적인 방법으로 드론을 연구해왔고, 그들의 연구에서 그들은 제한된 위험한 공간에서 비행하기 위해 특별히 설계된 드론인 엘리오스 2를 발견했습니다. 그리고 WSSC 직원들이 ATS에서 시각적인 데이터를 수집하는 데 도움을 주기 위해 그것을 사용하여 하수도 검사를 위해 테스트하기로 결정했습니다.

"하수도 검사를 위한 여러 UAS 솔루션을 조사한 결과, 이러한 조건에서 엘리오스 2호만 안정적으로 비행할 수 있다는 사실을 발견했습니다."

- 존 델프(John Delp), AECOM 북미 수석 무인 항공기 시스템(UAS) 조종사

결과.

Anacostia Trunk Severage (ATS)의 Elios 2 테스트는 미국의 그 지역에서 하수도를 검사하기 위해 드론이 사용된 최초의 것이었습니다. 파이프의 높은 유속, 아나코스티아 강 아래에 파이프를 운반하는 여러 사이펀의 존재, HS2 가스에 의한 부식으로 인한 접근 지점의 열화 등 여러 문제점을 제시하였습니다.

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총 20명에 가까운 AECOM과 WSSC의 사람들이 임무를 참관하기 위해 참석했습니다. 

임무의 목표는 파이프 세그먼트 및 관련 볼트 및 기타 구조물에서 발생 가능한 결함을 찾아 ATS의 상태에 대한 데이터를 시각적으로 평가하고 수집하는 것이었습니다.

검사 목적에 필요한 시각적 데이터를 수집하기 위해 현장에 있는 드론 조종사는 여러 번의 비행, 전체 비행을 통한 실시간 스트리밍 비디오를 수행했습니다.

  • 맨홀 101T 및 054M*에 대한 ATS 내부의 업스트림 비행 1회
  • 맨홀 101T 및 054M*용 ATS 내부 다운스트림 비행 1회
  • 3D 모델 개발을 지원하기 위한 데이터 수집을 위해 맨홀 018J에서 추가 비행이 이루어졌습니다*

*이들 액세스 포인트의 위치에 대한 정보는 아래 지도를 참조하십시오.

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Elios 2로 각 액세스 지점에 진입하는 것은 어려웠습니다. 진입 공간이 좁고 콘크리트 플랫폼이 높아 작업 공간이 제한적이었기 때문입니다. 

일단 드론이 안에 들어가면 유속이 빨라 난기류 때문에 비행이 어려웠습니다. 수도선과 파이프 상단 사이에 얼마나 많은 간극이 있는지에 대한 명확한 정보가 항상 존재하지 않았기 때문에 간극 또한 문제였습니다. 이것은 특히 물 속에 들어가 물의 흐름을 조절하는 데 사용되는 사이펀에 해당했습니다.

"이렇게 힘차게 돌진하는 물에 가까이서 비행하는 것은 제가 엘리오스 2호에서 한 일 중 가장 어려운 일 중 하나였습니다. 하지만 그것은 공중에서 안정적으로 유지되었고 일반적인 엘리오스 2 조종사로서 저 자신의 기대를 뛰어넘어 수행했습니다." 

- Alexandre Meldem, Flyability USA 영업 V.P 및 미션 수행 중 조종사

Elios 2 항공편은 검사자들에게 자산 상태를 시각적으로 평가하고 보다 상세한 평가에 사용할 수 있는 고해상도 데이터를 수집할 수 있는 기능을 제공했습니다. 가장 주목할 만한 발견 중 하나는 하수에서 나오는 황산가스로 인한 콘크리트의 높은 부식 수준이었습니다. 예를 들어, 어떤 곳에서는 콘크리트가 너무 심하게 부식되어 철근 보강재가 눈에 띄었습니다.

두 기관의 직원들은 엘리오스 2로 얻은 결과에 깊은 인상을 받았습니다. 엘리오스 2는 ATS 내부로 날아가 하수도 검사를 위해 본 최고의 시각적 데이터를 수집할 수 있었기 때문입니다.

E2 사용의 이점

  • 높은 흐름에서 안정적인 성능을 제공합니다.ATS 파이프를 통해 흐르는 물은 초당 26피트(8미터)의 포효하는 속도로 움직이고 있었는데, 물의 힘이 물과 파이프 사이의 공간에 기류를 만들어 비행을 위한 난류를 만들었습니다. 이러한 극단적인 조건에도 불구하고, 엘리오스 2호는 안정적인 비행을 유지하며 자산의 선명한 이미지와 비디오를 포착했습니다.
  • 조명. 검사관들은 엘리오스 2호가 제공한 조명에 깊은 인상을 받았는데, 이 조명은 그들이 자산 안의 모든 것을 볼 수 있을 정도로 밝았습니다.
  • 미디어의 품질. ATS를 비행하는 동안 엘리오스 2호가 제공한 이미지와 영상의 품질은 WSSC 팀이 CCTV나 로봇 시스템을 통해 촬영할 수 있는 것보다 훨씬 높았습니다. WSSC 직원에 따르면 언론이 "결정적으로 명확"했을 뿐만 아니라 드론은 검사 직원이 카메라의 속도와 각도를 제어할 수 있도록 하여 검사 목적에 필요한 것을 정확하게 제공했습니다.
  • 안전. 과거에, 조사관들은 PPE가 장착된 스쿠버 장비를 입고 사람들을 ATS에 보냈습니다. (생하수가 존재하기 때문에) 하지만, 드론을 사용하는 것은 이런 종류의 위험한 제한된 공간으로의 진입을 완전히 피할 수 있다는 것을 의미했습니다.
  • 접근. 크기가 작았기 때문에 엘리오스 2호는 맨홀과 다른 작은 진입 지점을 통해 ATS에 접근할 수 있었는데, 이는 더 큰 로봇 공학 솔루션으로는 불가능했을 것입니다.
  • 비용 효율성 및 효율성: 이 기술을 사용하면 쉽게 이동 및 배치할 수 있으므로 일일 검사 비용을 최대 80%까지 절감할 수 있습니다.

INSPECTOR 3.0을 사용한 데이터 현지화

AECOM 검사관들은 Flyability의 새로운 Inspector 3.0 소프트웨어에서 방금 공개된 기능을 사용하여 Elios 2가 수집한 시각적 데이터에서 ATS 파이프의 결함 위치를 정확히 보여주는 포인트 클라우드를 생성할 수 있었습니다.

데이터 현지화는 하수도 검사에 중요한 이점을 제공합니다. 

데이터 수집은 검사 작업의 절반에 불과합니다. 검사 데이터는 다른 사람과 공유할 수 있는 방식으로 고객에게 결함 위치를 알려주고 결함을 평가하고 유지 관리를 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하기 위해 평가 및 분석되어야 합니다.

공역 고려사항

ATS 자체가 제기하는 도전 이외에도 WSSC 시험 임무의 위치로 인해 드론 비행이 어려워졌습니다.

ATS는 워싱턴 D.C.에서 가까운 곳에 위치해 있으며, 이 지역을 중심으로 15마일의 링을 도는 FAA의 비행 제한 구역(FRZ) 내에 있습니다.  

테스트를 위한 대부분의 비행 작업이 지하에서 이루어졌음에도 불구하고, 드론은 여전히 야외에서 발사되었고, 따라서 이 지역에서 비행하기 위해서는 FAA의 포기가 필요했고, 이는 AECOM에 의해 획득되었습니다. 이 프로세스에는 드론 작업과 관련된 모든 인력(조종사 및 시각 관찰자)에 대한 신원 조사가 포함되었습니다. 항공기 운항 시작 전에 FAA에 통보해야 했으며, 두 시간마다 체크인해야 했습니다.

FAA의 추가 요구 사항은 레이건 국립 공항(DCA)에서 7마일 이상 떨어진 곳에서 발생하는 모든 드론 작업에는 비행 작업 기간 동안 현장에 있을 경찰관이 있어야 한다는 것입니다. WSSC 경찰은 임무 내내 모든 활동을 감시하는 경찰관을 제공했습니다.

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결론

전반적으로 AECOM과 WSSC 모두 ATS에서 수행된 테스트에서 얻은 결과에 매우 깊은 인상을 받았습니다.

임무의 목적은 하수도 검사를 위해 엘리오스 2호를 사용하는 것의 효과를 입증하는 것이었고, 그 결과는 예상을 훨씬 뛰어넘었습니다. 드론은 높은 유속과 접근성 문제로 ATS만큼 크고 도전적인 하수관로에서 무인 검사를 수행할 수 있는 신뢰할 수 있고 비용 효율적이며 효율적인 방법이 있음을 보여주었습니다.

두 기관의 팀원들에 따르면, Elios 2는 폐수 시스템 내부의 시각적 데이터를 수집하기 위한 유망한 솔루션을 제시하고 있으며, 하수도 검사 워크플로우에서 보다 정기적으로 사용할 수 있는 방법을 모색하고 있다고 합니다.

★ 위 지료는 제조사 홈페이지 사례연구 자료를 번역하여 공유한 자료입니다. ★

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