R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129825-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 시공 및 철거 중 구조물 붕괴예측을 위한 영상분석 기반 실시간 모니터링 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김홍진 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 75,000,000 원 계 : 295,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 125,000,000 원 계 : 495,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 경북대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
대부분의 건축 구조물들은 하중이나 지진 등 자연 재해와 같은 외부 요인에 노출되어 있고, 시공, 철거와 같은 건설현장에선 빈번하게 안전사고가 일어나고 있다. 이로 인해 건설 현장과 같은 위험 요인이 존재한다고 판단되는 곳에 대한 안전관리가 필요하다. 이러한 구조물의 특성 및 안전성을 파악하기 위하여 변위는 매우 중요한 계측 요인이다. 변위는 하중에 대한 구조물의 거동을 나타내며, 이를 통해 구조물의 안전성 및 상태를 파악할 수 있다. 구조물이 많은 하중을 받거나 외부 요인으로부터 피해를 입었을 경우, 구조물에 심각한 변형과 변위가 발생하게 되므로 구조물의 안전성을 평가하기 위해 지속적으로 구조물의 변위를 계측하기 위한 모니터링 기술이 중요하다고 할 수 있다. 일반적인 구조물의 붕괴는 사용 중에 발생하며, 사용 중인 구조물의 상태에 따라 관련 인명 피해 또한 비사용 중인 구조물의 붕괴 피해보다 크다. 이러한 요건 때문에 대부분의 구조물 모니터링 기술은 사용 중 구조물에 대한 연구에 집중되어있다. 그러나 사용 중인 구조물에서 뿐만 아니라, 그림 02, 03과 같이 논현동 나산백화점 철거 중 붕괴(2008), 인천 조달청(PEB) 공사 중 붕괴(2015), 고성 엑스포장 공사 중 붕괴(2016), 종로 낙원동 호텔 철거 중 붕괴(2016) 등 안전 불감증으로 인한 구조물의 시공 및 철거 중 붕괴사고 또한 다수 발생하고 있다. 특히 나산백화점과 낙원동 호텔은 모두 철거 중 바닥에서 크레인의 무게를 견디지 못해 붕괴되어 작업자가 매몰되는 사고를 일으켰다. 본 과제에서 제안할 가설 구조물의 실시간 모니터링을 통해 위험경보를 알리는 시스템이 있다면 인명피해를 보다 최소화 할 수 있었을 것으로 사료된다. [최종목표] 본 연구의 최종목표는 가설 구조물의 변위 측정을 위한 실시간 모니터링 시스템을 개발하고, 유사환경에서의 실험을 통한 모니터링 시스템 검증 및 앱 기반 무선 경보시스템을 개발하는 것이다. 가설 구조물 경계선 영상분석 기반 실시간 모니터링 시스템 개발을 위해 별도의 표식을 부착하여 패턴을 인식하는 기술을 기초로, 가설 구조물의 경계선을 분리 인식하여 변위 측정을 위한 표식으로 사용하는 기술을 개발한다. 경계선 분리 인식 기법을 적용하여 여러 대상이 동시에 계측되는 실시간 다중 모니터링 프로그램을 개발하고, 유사환경에서의 실험을 통해 프로그램을 검증한다. 실시간 모니터링 시스템과 연계하여, 스마트폰 앱 기반 붕괴위험 무선 경보시스템을 개발한다. [연구내용 및 범위] 본 연구에서는 구조물의 시공 및 철거 시 붕괴사고를 방지하고, 안전성을 높이기 위해 가설 구조물의 거동 계측을 위한 영상분석 기반 구조물 모니터링 시스템을 개발하고자 한다. 또한 가설 구조물 모니터링 기술의 무선화 및 응용 앱을 연결하여 시공 및 철거 중 구조물의 붕괴위험 시 경보시스템을 구축하여 스마트폰 알림 소프트웨어와 함께 연계하여 개발을 도모한다. 주관(경북대학교) : 가설 구조물 변위 측정을 위한 영상분석 기술개발 - 가설 구조물 경계선 분리인식 기법 개발 * 마커 부착을 통한 패턴인식 기술을 기초로 하여, 가설 구조물의 경계선을 분리 인식하고 인식된 경계선을 표적으로 한 변위 측정 기법을 개발한다. * 가설 구조물에 작용하는 채광상태에 따라 동일 가설재에 생성되는 명암 경계선이 상이하게 된다. 가설재 상에 명암 차로 의해 생기는 평행한 두 선의 중간 값을 추출해내고, 이를 변위 측정을 위한 기준 경계선으로 설정하는 알고리즘을 개발한다. - 가설 구조물 붕괴 시뮬레이션 * 구조해석 프로그램을 이용한 가설 구조물 모델링 및 붕괴 전산해석을 수행한다. * 실험실 환경에서의 가설 구조물 축소모델을 이용한 붕괴 실험을 수행하여, 가설 구조물의 좌굴 양상 및 좌굴 위험지점을 파악한다. 좌굴 하중 및 좌굴 하중 가력 시 최대 횡 좌굴 변위에 대한 D/B를 실험 결과를 통해 축적한다. - 유사환경에서의 실험을 통한 실시간 다중 모니터링 시스템 검증 * 실험실(5회 이상의 실험실 검증을 통한 시스템 안정성 확인) 및 유사환경(다양한 간섭 조건에 장시간 시스템 노출을 통해 시스템의 안정성 확인) 검증을 수행한다. * LVDT를 통한 위험지점 계측변위와 모니터링 시스템을 통한 계측변위의 비교를 통하여 본 연구에서 개발한 실시간 다중모니터링 시스템의 신뢰성을 검증한다. - 가설 구조물 붕괴위험 기준 설정 * 국내 가설 구조물 안전기준을 검토하여 선행 연구 및 실험결과와 비교하고 적절성을 검토한다. * 축소모델 및 유사환경에서의 가설 구조물 가력 실험 결과를 통해 파악한 좌굴 양상 및 좌굴 하중을 분석하고, 급작스러운 장주의 좌굴 양상 시 좌굴 하중의 약 80% 수준, 완만한 단주의 좌굴 양상 시 좌굴 하중의 약 90% 수준을 붕괴위험 기준 하중으로 선정한다. 실험결과 및 전산해석을 통해 붕괴위험 기준 하중 시의 최대 횡 좌굴 변위를 파악하여, 붕괴위험 기준 변위 값을 협동 연구기관에서 개발 할 붕괴위험 무선 경보시스템의 경계값으로 적용한다. 협동(주식회사 엠텍) : 무선 네트워크 기반 실시간 위험경보시스템 개발 - 가설 구조물 경계선 분리인식 기법을 적용한 실시간 다중 모니터링 프로그램 개발 * 참여기업 주식회사 엠텍에서는 터널 손상 스캐닝 프로그램 Crack Draw21을 기 보유 중이며, 해당 프로그램은 고해상도 카메라를 통한 터널 내부를 촬영하고, 촬영 영상을 분석하여 터널 내부의 손상 부위 및 손상 정도를 파악하는 프로그램이다. 해당 프로그램의 고해상도 영상촬영 기법 및 영상분석 알고리즘을 벤치마킹하여, 본 과제에서 개발하고자 하는 실시간 다중 모니터링 프로그램에 적용한다. * 모니터링 프로그램에는 모니터링의 대상이 될 표적이 필요하며, 주관 연구기관인 경북대학교에서 개발 예정인 경계선 분리인식 기법을 적용하여 협동 연구기관인 주식회사 엠텍에서 개발할 모니터링 프로그램의 표적으로 설정한다. 분리인식 된 가설재 상의 경계선들을 추적,관리 할 수 있는 다중 모니터링 프로그램을 개발한다. * 개발한 모니터링 프로그램의 성능 검증을 완료한 후, 프로그램을 웹 기반으로 적용하여 실시간 모니터링이 가능하도록 시스템을 구축한다. - 웹/앱 기반 실시간 붕괴위험 무선 경보시스템 개발 * 붕괴위험 경보를 위해서는 붕괴위험에 대한 기준 산정이 우선적으로 요구된다. 주관연구기관인 경북대학교 연구팀에서 가설 구조물 좌굴실험 및 전산해석을 통해 가설 구조물의 붕괴위험 기준을 설정한다. 좌굴 양상에 따라 장주(좌굴하중의 약 80%) 및 단주(좌굴하중의 약 90%)의 위험경보 기준이 설정되며, 이 때의 최대 횡좌굴 변위를 실시간 다중 모니터링 시스템에 적용한다. 실시간 모니터링을 통해 장주의 좌굴 형태일 때와 단주의 좌굴 형태일 때를 구분하며, 좌굴 형태에 따라 설정된 최대 횡좌굴 변위 초과 시 무선으로 경보를 알리는 시스템을 구축한다. * 스마트폰 어플리케이션과 연동하여 붕괴위험 시 실시간으로 경보 알림을 보내 현장 작업자들의 신속한 대처를 가능하도록 한다. |
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| 색인어 | 한글 | 안전관리 | 영상분석 | 모니터링 | 가설 구조물 | 경보 시스템 |
| 영문 | Safety management | Image analysis | Monitoring | Scaffolding | Warning system | |
| 최종보고서 | 01. 최종보고서_경북대김홍진_수정보완_2.pdf | |||||