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과제기본정보

실시간 교량 동적거동 예측(처짐 오차 5%이내)을 위한 무인조사차량 기반 비접촉식 안전진단 기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164093-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 사회질서 및 안전
2순위 화학공정 | 조합촉매 기술 | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 응용
과제명 실시간 교량 동적거동 예측(처짐 오차 5%이내)을 위한 무인조사차량 기반 비접촉식 안전진단 기술 개발
주관연구기관 한양대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 KIM ROBIN EUNJU
소속 한양대학교산학협력단 직위 조교수
전화번호 02-2220-0114 FAX 02-2220-0548
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 0 0 0 210,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 연구 과제는 도로교의 구조적 안전성 평가를 위한 스마트 교량진단 기술개발을 위해 「비접촉식 교량 안전진단을 위한 무인조사차량기반 교량 실시간 동적거동 및 처짐 예측 기술 및 센서플랫폼」을 개발함
- 제안연구는 도로교를 주행하는 무인조사차량 탑재용 스마트 센서플랫폼을 개발하고, 딥러닝 기술을 활용하여 계측데이터를 가공함으로써 외관조사와 내구성을 통합적으로 조사할 수 있는 핵심 기술을 개발함
- 개발되는 요소기술은 교면 안정성(예: 도로평탄성지수, IRI, 포트홀, 스폴링)과 노면 정보기반 교량의 내구성(고유진동수, 강성, 동적처짐)을 산출하며, 이를 실험실 규모의 실험을 통해 검증하고, 이후 현장 테스트베드에의 적용 및 실 조사정보와의 검증을 통해 연구의 최종목표를 달성하고자 함
최종목표 [최종목표] 비접촉식 교량 안전진단을 위한 무인조사차량기반 교량 실시간 동적거동 및 처짐 예측 기술 및 센서플랫폼 개발
최종목표 달성을 위한 교면조사와 교량 내구성 조사를 동시 수행하는 알고리즘 개발 및 무인조사차량 기반 센서플랫폼 개발을 위해 다음 3개의 핵심기술로 구성함

- 교면포장상태 평가를 위한 이미지기반 도로평탄성지수 추정 딥러닝기술개발
- 교면평탄성을 반영한 비접촉식 교량 내구성(실시간 처짐 및 동특성인자)모니터링 딥러닝 알고리즘 개발
- 교량 노면안전성과 내구성 동시 실시간 모니터링을 위한 무인조사차량 탑재용 통합 센서 플랫폼 개발 및 실증테스트베드 기술검증
연구내용 및 범위 제안연구는 도로교의 구조적 안정성을 실시간으로 평가하기 위한 무인조사차량기반 스마트 교량진단 기술을 개발하고자함
- [기술정의] 본 연구에서 주행차량은 교량 뿐 아니라 교면평탄도와 동적상호작용을 유발하기 때문에 교량의 동특성과 무관한 교면평탄성을 주행동특성에서 추출하는 기술을 개발한 뒤 교량의 동특성 및 응답을 예측하는 기술을 개발하며 무인조사차량을 활용하여 기술 검증을 수행함. 기술은 총 3개의 핵심기술로 분류하여 다음과 같이 연구 범위를 정의함

(핵심기술1) 교면상태평가를 위한 이미지 기반 교면평탄성지수(IRI) 추정 딥러닝 기술 개발
- 각 교량 노면포장등급(IRI)에 해당하는 교면모형제작을 통한 이미지기반 교면평탄성지수 추정 방법론 도출
- 교면모형 이미지에 대한 딥러닝 기초 데이터(Training Set) 데이터베이스 구축
- 2차원적 교면모형의 이미지로부터 3차원적 교면포장등급을 추정할 수 있는 딥러닝 모델 개발
- 교면상태등급을 알고 있는 Pilot 테스트베드에 대해 개발 모델 적용 및 검증을 통한 고도화

(핵심기술2) 교면평탄성을 반영한 비접촉식 교량 내구성(실시간 처짐 및 동특성)모니터링 기술 개발
- 교량과 노면 및 주행차량의 상호작용모델 분석을 통한 교량 동적응답과 교면평탄성 상관관계 도출
- 우리나라 도로교의 특성을 반영한 내구성저감 모니터링 인자 분석
- 주행차량 계측데이터(가속도, 이미지, 및 라이다)를 통합하여 교량 동적거동 모니터링 전략 개발
- 계측 데이터를 통해 교량의 동특성 및 처짐을 실시간 예측할 수 있는 머신러닝 모델 개발

(핵심기술3) 교량 노면안정성과 내구성을 동시 실시간 모니터링하기 위한 무인조사차량 탑재용 통합 센서플랫폼 개발 및 기술 검증
- 비접촉 교량 모니터링을 위해 멀티메트릭 데이터계측 및 전송이 가능한 주행차량 탑재용 센서플랫폼 개발
- 교면 안정성과 교량 내구성을 동시에 모니터링하기 위한 실시간 데이터 처리 알고리즘 개발
- 실내 실험실 규모 교량 및 모형주행차량 개발을 통한 개발 센서 플랫폼 및 데이터 처리 알고리즘 검증
- 유관기관 협력을 통한 개발 시스템의 테스트베드(서울시설공단 등 유관기관과의 테스트베드 활용에 대해 협의 완료됨) 검증 및 고도화

본 연구의 수행을 통해 ①이미지 기반 교면평탄성(IRI) 추정 딥러닝 기술(테스트베드 대비 추정 정확도 95%이상) ②교량 동특성 분석 기술(교량 고유주기 및 모드형상 예측 정확도 실내실험 대비 95%이상) ③ 무인조사차량 기반 실시간 모니터링을 위한 통합 센서플랫폼 기술(통신 데이터 전송 손실률 5%미만, 오인식율 5%이내)의 성과 도출이 예상됨
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 이미지 기반 실시간 교면평탄성등급 추정을 위한 딥러닝 기반 알고리즘 개발 및 실험실 성능검증 1. 교면포장등급 추정을 위한 이미지 기반 딥러닝 모델 개발
- 교면포장상태에 따른 등급별 노면평탄성(IRI) 모형 제작 기술 개발
- 교면 이미지 처리 알고리즘 개발 및 데이터베이스 구축 기술 개발
- 교면 IRI 추정을 위한 이미지기반 딥러닝 모델 개발 및 실험실 규모 성능검증

2. 실험실규모 주행차량 통합센서 플랫폼 개발
- 교량-노면-주행차량 동적상호작용 해석을 통한 교량 모형 제작안 및 방법론개발
- 교량 동적거동 데이터 수집을 위한 실험실 규모 조사차량 및 멀티메트릭 센서플랫폼 개발 및 호환성 검증 기술 개발
- 교면상태를 고려한 차량주행응답을 활용한 동적 상호작용 실험 방안 도출
연구성과 기술적 기대성과 - 무인조사차량 기반 유지관리 원천기술 확보를 통한 해외기술 의존도 해소 및 세계 수준 기술 확보를 위한 초석 마련
- 머신러닝 분석 기반 전주기에 대한 선제적 교량 유지관리 기술 확보
사회 경제적 파급효과 - 모니터링 장비 개발 및 스마트 유지관리와 관련한 전문가 양성
- 중장기적 구조물 유지관리 정책 수립 등의 제도를 통한 국민 안전지수 제고
- 무인주행차량 기반 모니터링 기술을 활용한 주요 인프라 시설물의 유지관리 비용 감소로 인한 국가예산 절감
- 복합재난에 대응할 수 있는 구조물 유지관리 융합 연구 촉진을 통한 활용분야 확장
활용방안 - 축소모형실험을 통한 파일럿테스트베드 검증과 실증 도로 및 교량모형을 대상으로한 테스트베드검증을 통해 연구개발 성과의 실용성을 검증할 계획임
- 무인조사차량을 활용하여 인력개입이 최소화된 비부착식 구조물 유지관리의 새로운 패러다임을 도입
- 국내 노후 교량을 대상으로 머신러닝기반 내구성 및 외관조사를 수행하는 조사시스템 체계 구축
- 머신러닝과 딥러닝 기술을 활용한 외관조사 및 내구성 조사 등 미래 기술개발
- 형상데이터의 융합을 통한 전역적 도로상태평가 시스템 구축 등의 후속 연구에 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 비접촉센싱 무인조사차량 교량안전진단 교면평탄성지수 주행차량동특성분석
영문 Noncontact Sensing Unmanned Ground Vehicle Bridge Structural Health Monitoring Bridge Road Roughness Vehicle Interaction Dynamics
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