R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129787-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 15층 이상 고층건물의 깊이 50mm급 구조체 손상 평가를 위한 UAV 및 열화상 모듈 기반 SMART SKY EYE 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 주영규 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 201,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 201,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 고려대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 한반도 대규모 지진 발생 대비 - 최근 발생한 9.11 지진(규모 5.8) 등 한반도에도 강진의 가능성은 높아지고 있음. - 현재 전국적으로 노후 건축물은 25년 이상 건축물 44.2%, 30년 이상 건축물 36.0%로 건축물의 노후화에 대한 대비책이 필요 ○ 기존 안전점검 및 정밀안전진단 기술의 한계 및 개발대상기술의 개선방안 - 기존 구조물 안전점검 및 정밀안전진단의 기본과업 중 하나인 현장조사 및 시험의 세부 내용 중 전체 부재의 외관조사는 인력에 의해 실시되었음. - 콘크리트 표면 균열의 조사는 콘크리트 구조물의 진단, 수명 예측 등을 위한 조사 항목의 하나로 콘크리트 구조물의 유지관리에서 가장 기본이고 중요한 작업 - 기존 방법은 점검자의 육안조사와 균열 확대경과 같은 장비로 균열을 계측하고 용접 결함 및 볼트 누락 등을 직접 확인하는 방법으로, 많은 시간과 인력이 요구되고 작업자의 주관이 개입되기 때문에 객관성이 부족할 뿐만 아니라 구조물에 접근이 불가능한 경우 크레인과 같은 추가적인 양중장비가 필요하고 이에 따른 비용이 증가하는 단점이 있음. ○ 15층 이상 고층 건물에 대한 안전점검의 어려움 - 기존 안전점검 기법으로는 15층 이상 건축물에 대해서는 안전점검 시 육안으로 보기 힘들며, 카메라를 이용한 줌을 통해서도 정밀도가 떨어져 한계가 있음. - 기존 균열 조사의 이러한 단점을 극복하고 접근성이 좋으며 객관적인 조사가 가능하도록 새로운 안전점검기술에 대한 개발이 절실히 필요함. ○ 국내 현황 - 국내 안전진단 연구현황을 살펴보면 원전설비, SOC 등 구조물을 대상으로 안전성을 실시간으로 검사하고 자동으로 손상을 감지할 수 있는 기술이 개발 중임. - 구조물의 자가진단을 위한 센서 등 개발이 일부 시도되고 있으나, 구조물의 안전성을 평가하기 위한 장비 또는 시스템의 개발은 부족한 상황 ○ 국외 현황 - 해외 안전진단 연구현황을 살펴보면 시설물 관리의 중요성이 증대하여 다양한 국제기구와 연구 기관들로부터 시설물 유지관리와 관련된 연구가 확대되는 추세 - 선진국은 SOC의 장수명화와 관리의 효율성을 모색하기 위하여 환경 변화에 선제 대응하는 정책 및 기술 개발 중 [최종목표] ○ 최종목표: 건축물 안전진단을 위한 SMART SKY EYE 기술 개발 - 연구개발 대상인 SMART SKY EYE는 열화상 카메라와 UAV(무인비행체)를 활용함으로서 기존 안전진단 기술에 비하여 신속하고 객관적인 안전성평가를 할 수 있는 안전진단 기법 ○ 최종성과물 - 열화상 기법을 활용하여 균열의 폭과 깊이에 대한 BIG DATA를 마련하여, 콘크리트 표면 손상(균열)뿐만 아니라 콘크리트 내부 손상 및 결함을 계측 할 수 있는 기술을 개발 - 또한, 철골 구조물의 접합부에 발생 가능한 부재 상태 및 내구성 결함을 평가 및 분석하여 철골 내·외부 결함 평가를 위한 요소 기술 개발 - UAV(무인비행체)를 이용하여 객관성과 접근성을 향상시킨 안전진단 기법 개발 ○ 객관성 확보와 접근성을 향상 시킨 안전진단 기법 개발 - 기존 안전성 평가 기술이 다수의 인력을 요하고, 점검자의 주관이 개입되어 평가결과의 객관성이 부족하다는 점에서 본 연구에서는 이러한 점들을 보완하고, 인력으로 계측이 힘든 지점까지 점검을 실시하여 접근성을 높인 안전진단 기법 고안 - 연구개발 목표는 크게 두 가지로 안전진단 시 손상 폭과 깊이에 관련한 열화상 이미지를 촬영, 이미지 분석에 활용하기 위한 BIG DATA화와 이에 대한 회귀분석과 안전진단 기법 고안을 통해 노후구조물 일부 구간에 실험적으로 적용하고 안전성을 평가하는 기법 개발 ○ 목표설정시 한계점 - 본 연구는 UAV(무인비행체)와 열화상카메라를 이용한 안전진단기법에 대한 개발로 UAV(무인비행체)와 열화상카메라의 현 개발수준에 영향을 받음. - 기후상황에 대한 영향, 열화상카메라의 정밀성 등 장비에 의한 한계점은 측정결과에 미치는 영향을 미쳐 실험변수의 회귀분석에 수정을 요함 - 온도/습도, 촬영거리, 표면 온도 등 다양한 조건에 대한 열화상 이미지를 수집하여 BIG DATA화하기 위해서는 다량의 데이터 축적 필요 [연구내용 및 범위] (1) 손상 및 결함에 관련된 열화상 이미지 BIG DATA화 ○ 기존 연구 개발된 구조재 결함 계측 장비 및 시스템에 대한 연구 최신 동향 분석 - 선행 연구에 대한 하드웨어 및 소프트웨어의 사례조사 수행 - 기존 기술의 장단점 분석 ○ 손상 및 결함에 관련된 열화상 이미지 기반 계측 성능 검증을 위한 실험 수행 - 열화상카메라는 물체의 표면으로부터 방사되는 복사에너지를 전자기파의 일종인 적외선파장 형태로 검출하고 물체 표면 복사에너지의 강도를 열화상 이미지로 제공하는 장비를 말하며, 결함부와 건전부 사이에는 물리적 법칙 차이에 따라 온도차가 발생하는 것을 통하여 손상부 및 결함부를 인식 - 열화상 정보를 이용한 비접촉 및 비파괴측정 방법으로서 구조물 외관의 균열검사를 실시할 경우 외기 조건이 절대적인 변수가 될 것으로 판단됨으로 열화상 기법을 검증하기 위한 실험변수 도출을 우선적으로 실시하여, 실제 균열을 모사한 균열 정량화 실험체를 제작하여, 실험변수를 반영한 조건에서 열화상 이미지 촬영 실험 수행 - 실제 철골 구조물에 발생 가능한 부재 상태 및 내구성 결함, 철골 용접 및 볼트 결함에 대한 모의 평가를 통하여 열화상 이미지 수집 - 계측 당시 다양한 외부 환경 조건을 고려하여 균열 계측을 위한 실험변수를 반영 ○ 실험변수에 따른 결과를 바탕으로 열화상 이미지 BIG DATA화 - 구조물 외관 균열 계측을 위한 실험 결과를 바탕으로 균열의 깊이 및 폭에 따른 적외선열화상 이미지를 온도/습도, 촬영거리, 표면 온도 등 실험변수별 분석을 통하여 열화상 이미지 BIG DATA화를 실시 (2) UAV를 활용한 열화상 이미지 균열 분석 기술 실험적 적용 ○ 결함 및 손상 폭과 깊이에 관련된 열화상 이미지 BIG DATA 분석 - 적외선열화상 카메라를 통해 구축된 결함 및 손상 폭과 깊이에 관련된 열화상 이미지 BIG DATA를 기반으로, 획득된 이미지 및 영상 데이터와 촬영에 영향을 미치는 외부변수요소(온도, 습도, 풍속, 태양각 등)와의 상관관계를 회귀분석 등의 통계적인 방법을 통하여 규명, 상관관계를 통한 이미지 처리 기술을 개발 - 열화상 카메라의 온도 색상에 기반한 손상 폭 및 깊이 등을 평가하고 관련 자료를 시각화하는 기술 개발 ○ UAV를 활용한 노후 건축물 일부구간 실험과 기존 안전진단 방법을 통한 검증 - 무인비행체 기술과 결합하여, 기존 안전점검 및 진단 기술과 개발된 기법과 비교 및 검증을 위한 노후 건축물의 일부 구간 대상 실험 진행 - 기존 안전진단 및 점검 프로세스와 개발된 기술의 실험 결과를 비교분석하여 기존 기술 대비 개발 기술의 평가 결과의 객관성 및 신속성을 확인하고 보완 및 개선 사항 도출을 통하여 기술 보완 및 개선 작업을 실시 |
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