그림 1-1-1. 지하철 미세먼지 농도 관련 언론보도 29

그림 1-1-2. 지하철과 버스 미세먼지 농도 비교관련 언론보도 30

그림 1-1-3. 2015-2016년 서울 지하철 노선별 미세먼지 측정결과 30

그림 1-1-4. 서울 지하철 승객 수 상위 역사의 미세먼지 농도 (2007-2016) 31

그림 1-1-5. 전국 철도 도시철도 노선별 지하역사 및 차량의 미세먼지 농도 32

그림 1-1-6. 2018년 10월 지하철 객실 미세먼지 농도 33

그림 1-1-7. 제3차 지하역사 공기질 개선 5개년 대책 34

그림 1-1-8. 고속철도차량의 소음 발생 현황 36

그림 1-1-9. 위험한 작업환경에서 수행되는 철도환경인자 측정 사례 36

그림 1-1-10. 국토부 보도자료의 2013년~2017년 원인별 작업자 사망 현황 37

그림 1-1-11. 철도공사의 2004~2008년 산업재해 발생현황 37

그림 1-1-12. 지하공간 개발 관련 계획 38

그림 1-1-13. 유입수의 하수배출량 기준 하수도 비용 산출 39

그림 1-1-14. 차량 객실 내 부유균 이미지 및 바이러스 확산 지도 40

그림 1-1-15. 고속 검측차 개념도(좌), 트롤리 형태의 검측장비(우) 43

그림 1-2-1. 철도환경 유해인자 저감 및 계측 자동화 기술 개념도 45

그림 2-1-1. 서울 지하철 전동차 내 미세먼지 농도 (2015-2016) 49

그림 2-1-2. 서울 지하철 전동차 내 미세먼지 농도 (2015-2016) 50

그림 2-1-3. 미세먼지 국가전략프로젝트 사업단 연구목표 및 연구내용 (시계방향으로 발생·유입, 측정·예보, 집진·저감, 보호·대응 관련 연구수행) 53

그림 2-1-4. 국내 공기청정기 시장규모 및 판매량 54

그림 2-1-5. 실내 공기청정기 필터 구성 예시 54

그림 2-1-6. 레일음향조도 측정장치 58

그림 2-1-7. 레일음향조도 연마장치 58

그림 2-1-8. 국산 XRF 장비 (테크밸리사) 60

그림 2-2-1. 3M사 대표필터의 성능 비교 65

그림 2-2-2. 휴대용 XRF 기술개발 역사 70

그림 2-2-3. 지하수 유입량과 관련요소의 상관관계 분석결과 71

그림 2-2-4. 부산 수영구 지하수 유동 수치모델링 결과 72

그림 3-1-1. 기능성 활성탄소섬유필터 개발 개요 78

그림 3-1-2. 질산을 이용한 활성탄소섬유 필터의 표면처리 순서도 79

그림 3-1-3. 활성탄소섬유 필터의 표면처리 공정 사진 79

그림 3-1-4. 반응표면분석법을 이용한 활성탄소섬유 필터의 표면처리 실험 조건 도출 80

그림 3-1-5. 표면처리 조건에 따른 활성탄소섬유 필터의 산소함량 변화 82

그림 3-1-6. 활성탄소섬유의 필터의 산소함량에 대한 질산 농도, 침지 온도 및 시간의 복합 영향 83

그림 3-1-7. 활성탄소섬유 필터의 표면처리 최적 조건 도출 83

그림 3-1-8. 수산화칼륨을 이용한 활성탄소섬유 필터의 표면개질 순서도 84

그림 3-1-9. 활성탄소섬유 필터의 표면개질 공정 사진 84

그림 3-1-10. 반응표면분석법을 이용한 활성탄소섬유 필터의 표면개질 실험 조건 도출 85

그림 3-1-11. 표면개질 조건에 따른 활성탄소섬유 필터의 비표면적 변화 85

그림 3-1-12. 유무기 구리복합입자 (CuO-APTES) 고정화 모식도 87

그림 3-1-13. APTES/ACF 층상에 MgO-CuO층이 형성된 모식도 89

그림 3-1-14. 구리 복합입자 첨착 활성탄소섬유의 공인 항균성 시험결과 95

그림 3-1-15. 구리 복합입자 첨착 활성탄소섬유의 공인 항균성능 시험방법 및 결과 96

그림 3-1-16. 활성탄소섬유 필터의 차압 측정 장치 (면적 0.0049m²) 97

그림 3-1-17. A1 ultrafine test dust의 크기별 조성 98

그림 3-1-18. 활성탄소섬유의 미세먼지 여과성능 평가 장치 99

그림 3-1-19. 기능성 활성탄소섬유 필터 시편의 여과 전,후 (초)미세먼지 농도비교 그래프 101

그림 3-1-20. 기능성 활성탄소섬유 필터 시편의 여과 전,후 (초)미세먼지 농도비교 그래프 103

그림 3-1-21. 필터제작 공정 개요 104

그림 3-1-22. 활성탄소섬유 적층구조에 따른 필터 여과 전,후 (초)미세먼지 농도비교 그래프 107

그림 3-1-23. Hot melt lamination 방식을 이용한 합지 공정과정 110

그림 3-1-24. 활성탄소섬유 기반 절곡형 필터 111

그림 3-1-25. 입자상 물질 여과시험 장비 112

그림 3-1-26. 입자상 물질 여과시험 덕트 도면 예 112

그림 3-1-27. 입자/가스상 물질 여과시험 장비의 배치도 113

그림 3-1-28. 필터 성능 공인시험 결과자료 114

그림 3-1-29. Roll-to-Roll 코팅 방식을 이용한 APTES과 구리입자 첨착 공정과정 116

그림 3-1-30. 구리 복합입자 첨착 활성탄소섬유의 공인 항균성 시험결과 118

그림 3-1-31. 지지체/대면적 코팅첨착 ACF/지지체 구조 필터의 여과 전,후 미세먼지 농도비교 그래프 (위: 평면형 원단, 아래: 절곡형 필터) 119

그림 3-1-32. 활성탄소섬유 기반 절곡형 필터 120

그림 3-1-33. 광촉매반응과 저전압 전기 에너지를 이용한 하이드록실 라디칼 생성 123

그림 3-1-34. UV AOP 및 O₃ 공급에 의한 라디칼 생성방법 126

그림 3-1-35. TiO₂ AOP에 이한 라디칼 생성방법 126

그림 3-1-36. 슈퍼옥사이드(O₂-)의 형태 127

그림 3-1-37. 과산화수소, 하이드록실 라디칼, 수산기의 형태 127

그림 3-1-38. 펜톤반응으로 인한 하이드록실 라디칼 생성 128

그림 3-1-39. 자외선 조사로 인한 DNA 내의 티민 파괴 129

그림 3-1-40. 플라즈마 상태 130

그림 3-1-41. 압전소자의 형상 131

그림 3-1-42. 공기 정화장치 모식도 137

그림 3-1-43. 종래의 UV 살균 수처리 장치 137

그림 3-1-44. 서울지하철 미세먼지 중 중금속의 질량 수농도 138

그림 3-1-45. 그림 3-1-44의 각 중금속 성분이 관찰된 입자 크기 139

그림 3-1-46. Twin disk rig 시험기 및 미세입자 측정기의 간략한 도면 140

그림 3-1-47. 슬립영역 전체에서 측정된 미세입자의 전체 수농도 142

그림 3-1-48. 초미세, 미세, 조대입자의 각 접촉 영역에서의 최대 수농도 143

그림 3-1-49. 초미세, 미세, 조대입자의 각 접촉 영역에서의 전체 수농도 144

그림 3-1-50. 초미세, 미세, 조대입자의 각 접촉 영역에서의 수농도 145

그림 3-1-51. FMPS 및 OPS에서 측정된 입자들의 입경분포 146

그림 3-1-52. FMPS 및 OPS에서 측정된 입자들의 0.5% 범위당 입경분포 149

그림 3-2-1. 전산유체역학/경계요소법을 통한 탄성공명패널 흡음성능해석기법 절차 153

그림 3-2-2. 접선유동으로 인한 vortex 형성 157

그림 3-2-3. Struve Function의 경향 160

그림 3-2-4. Nelson의 접선유동 실험 설비 개형도 160

그림 3-2-5. 탄성공명패널 주변 소음 및 Struve function의 경향 비교 161

그림 3-2-6. 임피던스 경험식/난류경계층 이론을 통한 탄성공명패널 흡음성능해석기법 절차 162

그림 3-2-7. 유동환경 내 탄성공명패널 주변 유동 현상 163

그림 3-2-8. 탄성공명패널 위치 별 유동영향에 따른 이론 적용 유무 164

그림 3-2-9. Bauer 및 Lee & Ih의 임피던스 경험식 165

그림 3-2-10. 다층 탄성공명패널 + 외벽 물성치 166

그림 3-2-11. 다층 탄성공명패널 + 외벽 내부 압력 및 속도 분포 166

그림 3-2-12. 외벽 + 다층 탄성공명패널 + 외벽 물성치 173

그림 3-2-13. 외벽 + 다층 탄성공명패널 + 외벽 내부 압력 및 속도 분포 174

그림 3-2-14. 모드 별 공력 공진 형성 유무 182

그림 3-2-15. 난류경계층 영향을 반영한 탄성공명패널 압력 분포 형태 183

그림 3-2-16. 음향 파워 피적분항 별 최대조건 분석 183

그림 3-2-17. Vertical two microphone method 184

그림 3-2-18. Lateral two microphone method 186

그림 3-2-19. 유동환경기반 탄성공명패널 흡음성능계측 환경 188

그림 3-2-20. Lateral two microphone 계측 위치 1 188

그림 3-2-21. Lateral two microphone 계측 위치 2 188

그림 3-2-22. 유속 별 탄성공명패널 흡음성능 계측결과 190

그림 3-2-23. 유속 별 공극률 1% 탄성공명패널 흡음성능해석결과 (직경 1mm) 190

그림 3-2-24. 유속 별 공극률 0.1% 탄성공명패널 흡음성능해석결과 (직경 1mm) 191

그림 3-2-25. 타공지름 1.0mm, 공극율 1.07%, Cavity 비교 시험 (3cm와 6cm) 193

그림 3-2-26. 타공지름 0.5mm, 공극율 1.09%, Cavity length 30mm 193

그림 3-2-27. 타공지름 2.0mm, 공극율 3.18%, Cavity length 30mm 194

그림 3-2-28. 타공지름 1.0mm, 공극율 3.00%, Cavity length 30mm 194

그림 3-2-29. 타공지름 2.0mm, 공극율 4.91.%, Cavity length 30mm 194

그림 3-2-30. 타공지름 1.0mm, 공극율 5.00%, Cavity length 30mm 195

그림 3-2-31. 기존 연결막과 측정 결과 비교 198

그림 3-2-32. 내부 다층구조 다공형 연결막 성능향상 비교 결과 199

그림 3-2-33. 내장판 물성치 측정을 위한 시험 시편 211

그림 3-2-34. 스트레인에 따른 스트레스 그래프 (인장탄성율) 212

그림 3-2-35. 포아송비 측정 그래프 213

그림 3-2-36. 내장판 시편 모델링 및 메쉬 214

그림 3-2-37. 밑의 정사각형 박스는 음향가진을 위한 음향박스와 그 위에 설치된 내장판 216

그림 3-2-38. 음향으로 가진된 내장판의 진동특성 결과 216

그림 3-2-39. 저주파로 진동하는 내장판의 진동발생 형상 217

그림 3-2-40. 내장판의 스트레인 에너지 분포와 압전재료의 최적 부착위치 모델링 218

그림 3-2-41. 내장판 상부로 방사되는 소음을 확인하기 위한 반구형 음장 219

그림 3-2-42. 내장판에 부착된 압전재료와 연결된 외부회로인 인덕터와 저항 220

그림 3-2-43. 72Hz의 진동을 압전션트로 저감 220

그림 3-2-44. 88Hz의 진동을 압전션트로 저감 221

그림 3-2-45. 압전션트 적용에 따른 저주파 방사소음의 저감 결과 222

그림 3-2-46. KTX 내장판 시편 223

그림 3-2-47. 내장판 가진을 위한 앰프내장형 스피커 224

그림 3-2-48. 실험 데이터 계측 및 분석용 장비 225

그림 3-2-49. 진동가속도센서 226

그림 3-2-50. 압전재료 (PZT) 226

그림 3-2-51. 압전재료가 부착된 KTX 내장패널시편 (0.716x0.646x0.003m) 227

그림 3-2-52. 압전션트 회로를 튜닝하기 위한 가변인덕터 회로 모듈 228

그림 3-2-53. 압전션트 회로를 튜닝하기 위한 가변인덕터 회로 설계도 228

그림 3-2-54. 내장판 중앙에 부착된 진동가속도센서 229

그림 3-2-55. 내장패널 가진을 위한 음향가진용 스피커가 하부에서 저주파 진동 발생 230

그림 3-2-56. 가변인덕터 제어를 위한 LCR 미터 230

그림 3-2-57. 랜덤으로 가진된 내장판의 진동특성 231

그림 3-2-58. 72Hz의 진동저감 결과 그래프 231

그림 3-2-59. 225Hz의 진동저감 결과 그래프 232

그림 3-2-60. Stick-slip 메카니즘에 따른 마찰력의 변화 233

그림 3-2-61. 곡선부를 주행하는 차륜에서 발생하는 힘의 종류 233

그림 3-2-62. 가진 목표주파수의 모드형상 234

그림 3-2-63. 차륜 가진 수치해석 모델 234

그림 3-2-64. 차륜의 압전가진에 의한 소음과 진동 발생 수치해석 결과 235

그림 3-2-65. 철도차량 차륜에 대한 압전재료의 가진 시험 236

그림 3-2-66. 철도차량 차륜에 대한 압전재료의 주파수에 따른 가진능력 평가 236

그림 3-2-67. 차륜의 스트레인 에너지 분포 237

그림 3-2-68. 차륜의 최적위치에 부착된 압전재료와 연결된 션트회로 237

그림 3-2-69. 방사소음 예측을 위한 차륜 주변 구형태의 반경 1m 음장 형성 238

그림 3-2-70. 차륜의 고유진동수에서 발생한 진동 저감 238

그림 3-2-71. 차륜 주변으로 방사되는 고주파 소음 저감 음압분포 238

그림 3-2-72. 압전션트가 적용된 차륜의 고주파 소음저감 실험 구성도 239

그림 3-2-73. 진동저감을 위한 차륜의 최적위치에 부착된 4장의 압전재료 239

그림 3-2-74. 인덕턴스 제어에 필요한 가변인덕터 모듈 240

그림 3-2-75. 2144Hz의 고주파 소음 저감 (약 8dB(A) 저감) 240

그림 3-2-76. 4265Hz의 고주파 소음저감 (약 11dB(A) 저감) 240

그림 3-2-77. 5384Hz의 고주파 소음저감 (약 10dB(A) 저감) 241

그림 3-2-78. 시간파형으로 확인한 Overall 음압레벨과 3차원으로 확인한 Waterfall 241

그림 3-2-79. 2중 주파수 소음저감 실험 결과 242

그림 3-3-1. 하드웨어 구성도와 UI 프로그램 246

그림 3-3-2. 취득된 파상마모 이미지 프레임 수 248

그림 3-3-3. 캘리브레이션 이미지 248

그림 3-3-4. 파상마모 주기에 강한 피크 발생 253

그림 3-3-5. 3차원으로 도식화한 PSD 분포 253

그림 3-3-6. 레이저와 카메라를 이용한 측정 장치 구성(안) 257

그림 3-3-7. 휴대용 XRF의 측정 원리 258

그림 3-3-8. XRF 기반 철도 선로 내 토양오염 진단 알고리즘 258

그림 3-3-9. X선 강도와 시료와의 거리 관계 원리 259

그림 3-3-10. XRF 검출부와 토양시료 사이의 최대 간격 설정을 위한 실험실 테스트 모습 259

그림 3-3-11. 대전 현충원역 집수정 위치 및 센서 설치 위치 262

그림 3-3-12. 집수정 유입수 모니터링 센서 설치 방법 263

그림 3-3-13. 집수정 유입수 모니터링 센서 통신 연결 263

그림 3-3-14. 현장 계측 데이터 수집 265

그림 3-3-15. 유입량, EC의 ARIMAX모형 검증 266

그림 3-3-16. ARIMAX모형에 의한 유입수 변동 예측 267

그림 3-3-17. ABA, 제강슬래그의 XRD분석 270

그림 3-3-18. Alum sludge의 소성가스에 따른 질산성질소의 제거효율 평가 271

그림 3-3-19. pH와 소성온도에 따른 질산성질소의 제거효율 평가 272

그림 3-3-20. ZVI에 의한 질산성질소의 환원 메커니즘 274

그림 3-3-21. ZVI를 이용한 질산성질소 제거 실험 결과 275

그림 3-3-22. 질산성질소와 반응 전/후 ZVI의 XRD 결과 275

그림 3-3-23. 볏짚과 커피찌꺼기의 열분해 전/후 사진 276

그림 3-3-24. 개질된 biochar를 이용한 질산성질소의 제거 기작 277

그림 3-3-25. 볏짚 biochar의 SEM 사진 277

그림 3-3-26. 개질 전/후 biochar의 철 농도 (Aqua regia) 278

그림 3-3-27. Biochar와 질산성질소의 제거효율 평가 279

그림 3-3-28. 질산성질소와의 반응 전 후 biochar의 pH 변화 279

그림 3-3-29. Biochar와 질산성질소의 총 질소의 제거효율 평가 280

그림 3-3-30. 질소의 Pourbiax diagram 280

그림 3-3-31. 인공지하수 조건에서 질산성질소, 총 질소 그리고 pH 변화율 281

그림 3-3-32. 기존의 환경감시 자동화 장치의 컨셉 282

그림 3-3-33. 핵심 부품별로 구성한 설계(안) 282

그림 3-3-34. 환경감시 플랫폼 3D도면 및 제작품 사진 283

그림 3-3-35. 본체 구성 284

그림 3-3-36. 메인 프레임의 응력 및 변형량 해석 284

그림 3-3-37. 중앙 구동휠 모듈 및 구동 모터 285

그림 3-3-38. 전/후면 휠 모듈 285

그림 3-3-39. 레일 측면 지지구조 286

그림 3-3-40. 전원부 모듈 286

그림 3-3-41. 터치패널 모듈 287

그림 3-3-42. 제어기 모듈 287

그림 3-3-43. 변위 센서부 288

그림 3-3-44. 각종 센서 장착 공간 확보 288

그림 3-3-45. GUI 구성 289

그림 3-3-46. 모형 레일상에서 테스트 수행 289

그림 3-3-47. 20mm/s 구동시 샘플링속도 모니터링(빨간색 표시 구역) 290

그림 3-3-48. 5mm/s 운행시 변위센서 데이터 플롯(좌)과 저장된 position(m)과 센서 데이터(mm)(우) 290

그림 3-3-49. 1차년도 시험품(좌)과 설계 개선안(우) 291

그림 3-3-50. 시작품 설계 사양 292

그림 3-3-51. 시작품 설계안 292

그림 3-3-52. 시제품 제작 293

그림 3-3-53. 시제품 컨셉안 293

그림 3-3-54. 작업구간 활용 예 293