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구조물 안전성 향상을 위한 가속도계 및 GPS-RTK 융합을 통한 구조물 6자유도 동적거동 정밀계측 시스템 ...
  • 작성자선광웅
  • 연구기관한국과학기술원 건설 및 환경공학과
  • 조회수3067
  • 작성일2017-12-28
  • 연구책임자 첨부된 이미지가 없습니다. 손 훈
  • 소속기관한국과학기술원 건설 및 환경공학과
  • 연구기간2015 ~ 2018
  • 이메일/연락처 /

구조물의 변형여부를 계측하는 센서의 국산장비 점유율은 1.6%
에 불과하다. 한국과학기술원과 ㈜풍산FNS는 하나의 센서로 구
조물의 6자유도 변위와 속도, 가속도, 각변위 등을 동시에 계측할
수 있는 시스템을 개발, 외국산 제품이 독점한 센서시장에 국산
화의 길을 열었다. 변위 기준 정확도 2mm급으로 신뢰성을 확보,
사회기반시설의 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.



□연구목적


단일 센서로 구조물의 6자유도(변위,속도,가속도 및 각변위)를 동시에 계측하는
시스템을 개발하여 해외제품이 독점하고 있는 구조물 모니터링용 센서의 국
산화 가능성을 높였다. 또한, 태풍이나 해일 등과 같은 특수 재난 상황에서도
안정적이고 정확한 계측이 가능하도록 기술연구에 집중했다.


□주요성과


변위오차 2㎜급, 매우 높은 수준의 정확도 구현
‘저가형 GPS-RTK (실시간 이동측위 GPS)’와 ‘국산 포스피드백 가속도계’ 로 계
측한 변위를 융합하여 이전의 계측기술보다 훨씬 정확한 변위 기준 2㎜급 정
확도와 100HZ의 샘플주파수로 변위를 실시간 계측하는 기술을 개발하였다.


국내/외 현장 검증 실험 수행
국내 대표적인 교량인 영종대교, 이순신대교 그리고 중국의 Xihoumen
Bridge, 말레이시아의 Penang Second Bridge에서의 현장 실험을 통하여
동적응답을 실제 계측함에 있어 계측 용이성과 정확도를 검증하였다. 또한 기
존 교량에 설치되어 구조물 모니터링에 활용되고 있는 상용 GPS-RTK 변위
계측 시스템과의 성능 비교평가를 통해 우수성을 입증하였다.


구조물 6자유도 동적거동 정밀계측 시스템 실용화 달성
인천국제공항고속도로 교량계측시스템 구축사업의
일환으로 개발, 시스템의 핵심 알고리즘을 적용하기로
계약하여 별도 프로그램을 개발 중에 있다.


기술이전 계약 체결
센서 관련 국내기업과 3건의 정액기술료 3억원의 기
술실시 계약체결이 완료되어 국내기업은 안정적으로
기술 상용화를 위해 박차를 가할 수 있게 되었다.


□연구의 차별적 특징


6자유도 동적거동 계측시스템 개발
단일 센서로 구조물의 6자유도(변위, 속도, 가속도 및 각변위)를 동시에 계측할 수 있는 시스템은 성능 면에
서 변위기준 2㎜ 정확도를 이루었다.


높은 가격 경쟁력
구조물의 6자유도 동적거동 정밀계측에서 변위기준 2㎜ 이하의 오차라는 우수한 성능에도 불구하고 제품단
가는 해외에서 수입하는 센서보다 저렴할 것으로 예상된다. 변위 외에 가속도를 동시에 측정할 수 있는 장
점을 고려하면 기존 수입센서 대비 가격 경쟁력은 더욱 뛰어날 것으로 예상된다.


다양한 분야에 적용
개발시스템은 교량, 건물, 원전 시설물, 풍력발전기, 댐 등 다양한 대상구조물에 설치하여 시공 중 또는 상시
동적거동 계측이 가능하며, 휴대용 장비로 내하력 검사 및 현장실험 장비로도 활용 가능하다. 특히, 센서의
고정된 지지점이 필요한 기존 변위센서와 비교해 제안시스템은 지지점이 필요하지 않은 완전부착식이므로,
해상교량의 주탑 및 중앙 거더부, 초고층빌딩 등 기존 변위센서로 계측이 어려운 지점도 계측이 가능하다.


해외시장 개척 용이
일반적으로 건설 분야에서 개발되는 신기술을 해외에 적용하기 위해서는 적용 현지의 설계/시방서 규정
및 관련 건설 분야 법규 심의를 통과해야 하므로 상대적으로 해외영업 및 사업화가 어렵고 현장 적용까지
의 기간이 오래 소요된다. 반면 개발기술은 이미 전 세계적으로 상용화되어 널리 보급된 GPS 및 가속도계
계측장비 관련 규정만 준수하면 곧바로 적용이 가능하므로 해외시장 개척이 상대적으로 용이하다.


□연구 성과의 파급효과


● 기술부문
계측 편의성 향상과 적용범위 증가
기존 구조물에 설치하였던 ‘가속도계, 경사계, GPS’를 하나의 시스템으로 대체 가능하여 계측 편의성이 향
상되고 적용범위가 크게 증가했다. 또한 기존 구조물에 적용된 변위 센서보다 계측성능(정밀도 및 샘플주파
수)이 확연하게 뛰어나므로 모니터링 기법의 정확도가 향상돼 검사의 신뢰성이 높아졌으며 구조물의 안전
도 또한 신뢰성이 검증되었다.


● 사회경제사업화부문
신흥개발국 건설시장 진출
현재 교량, 고층빌딩 등 사회기반시설물에 설치되어 있는 GPS 시스템의 단가는 3천만원 수준이며, 라이센
스 비용이 지속적으로 발생한다. 보다 성능이 뛰어나고 경제적으로 우수한 개발시스템을 실용화하여, 국내
적용실적을 바탕으로 중국 등 신흥개발국 건설시장에 진출하여 우수한 우리의 기술을 해외에 수출할 예정
이다.​

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