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과제기본정보

ORS(Optical Remote Sensing)와 광섬유 센싱을 통한 제방 모니터링 및 내진설계 기술개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 물관리연구사업 과제번호 20AWMP-C140166-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 적용분야 기타 공공목적
2순위 기계 | 재난안전장비 | 위험감지 모니터링 장비 실용화대상여부 비실용화
3순위 환경 | 측정분석장비 장치 | 원격 모니터링 기술 과제유형 응용
과제명 ORS(Optical Remote Sensing)와 광섬유 센싱을 통한 제방 모니터링 및 내진설계 기술개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 지운
소속 한국건설기술연구원 직위 수석연구원
기관 대표번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2018-02-23 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 239,000,000 8,400,000 75,600,000 84,000,000 323,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 기후변화로 인해 발생하는 이상홍수와 같은 극한 수재해 및 최근 국내에서 발생하고 있는 지진 등의 예기치 못한 자연재해에 대한 수리구조물 안정성 확보 필요
- 국내에서는 2016년 9월 경주 및 2017년 11월 포항 지역에서 강진이 발생함에 따라 스마트한 수자원 하천관리의 고도화를 위한 첨단장비와 ICT융복합 신기술을 활용한 조사와 모니터링의 중요성과 필요성이 제기되고 있는 상황
- 하천 수리 구조물 중 제방 파괴로 인한 피해가 가장 클 것으로 판단되나 위험성이 높은 노후 제방에 대한 현황을 평가할 수 있는 모니터링 기법과 안전을 보장할 수 있는 설계 기술 미흡
- 특히 지진으로 인한 제방 표면 및 제체 내부 변화를 파악을 매우 어려운 실정으로 홍수 시 2차 피해 발생 가능성 높음
- 제방은 하천을 따라 수백 킬로미터의 길이로 축조되어 있어 모니터링을 위한 직접 조사에 많은 시간과 비용이 소모되며, 국내에서 현재 활용하고 있는 전기비저항탐사를 비롯한 모든 물리탐사기법은 광범위한 구조물의 거동을 계속적으로 모니터링하기에는 내구성과 장기적인 안정성 그리고 작업성 등에서 문제점들이 도출되고 있으므로 대안을 찾기 위한 연구개발이 요구됨
- 최근 첨단 모니터링 장비의 등장으로 원격 탐사를 통해 실시간으로 접근이 어려운 지점까지 넓은 지역의 하천 시설물 조사가 가능해 졌으며, 장비의 소형화 및 대중화로 보다 용이하게 경제적인 비용으로 정보 수집이 가능하도록 점차 발전하고 있음
- 특히, 드론과 같은 소형 무인항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicles) 기반 광학원격탐사(ORS, optical remote sensing)로 취득한 공간정보자료를 활용하는 방식은 직접 조사 방식에 비해 경제적이고 효율적이며, 점 단위를 넘어 면 단위의 모니터링을 통한 광범위한 영상 자료를 필요한 시간에 고해상도로 수집할 수 있으므로 보다 효과적인 제방 안정성 평가가 가능할 것으로 기대함
최종목표 ○ 연구개발 목표: ORS(Optical Remote Sensing)와 광섬유 기반 광역/국부 제방 모니터링 시스템 개발을 통한 노후 제방 진단/관리 및 내진에 대응 제방설계 기술 개발
- 광학원격탐사(ORS, Optical Remote Sensing)를 이용한 광역 제방 모니터링 시스템
· UAV와 이미지 센싱을 접목하는 인터페이스 장치 개발
· 분광 및 공간 정보 분석기반 제방 안전 진단 플랫폼 구축
- 광섬유를 이용한 노후 제방(제체) 위험성 감지 모니터링 시스템
· 광섬유 센싱의 최적 활용을 위한 대용량 데이터 분석 기술 및 시스템 개발
· 광섬유 센싱 정보 분석 기반 제방 위험성 감지 플랫폼 구축
- 국내실정을 고려한 제방 내진설계 기술 개발
· 지진을 고려한 제방설계 가이드라인 개발
연구내용 및 범위 본 연구의 최족 목표인 ORS(Optical Remote Sensing)와 광섬유 기반 광역/국부 제방 모니터링 시스템 개발을 통한 노후 제방 진단/관리 및 내진에 대응 제방설계 기술 개발은 주관연구기관과 2개의 공동연구기관 체계로 수행된다. 주관연구기관은 광섬유를 이용한 노후 제방(제체) 위험성 감지 모니터링 시스템 및 국내실정을 고려한 제방 내진설계 기술 개발 연구를 수행할 것이며, 공동연구기관(자연과기술)은 광학원격탐사(ORS)를 이용한 광역 제방 모니터링 시스템 구축을 위한 연구를 수행할 것이며, 공동연구기관(Deltares)는 제방 제체 분석을 위한 광섬유 최적 센싱 및 분석 기법 개발 연구를 수행할 것이다. 주관 및 공동기관의 연구내용 및 범위는 아래와 같다.

① 주관연구기관(한국건설기술연구원): 광섬유(Fiber Optic)를 이용한 제방 제체 모니터링 장치 활용 기술 개발 및 제방 내진설계 기술 개발
- 광섬유를 이용한 제방 제체 모니터링 장치 활용 기술
· 사전광섬유 센싱 시험 시스템 구축안 설계
· 실규모 실험을 통한 침투 균열에 대한 센싱 평가 실증
· Test-Bed를 통한 모니터링 장치 활용성 검증
- 제방 내진설계 가이드라인
· 국내 지진에 대한 제방 피해 사례 조사 및 분석/국내외 내진설계 정리 및 분석
· 지진파괴 유형실험 및 대안 수리실험 실증
· 실험실증을 연계한 제방 내진설계 가이드라인 개발

② 공동연구기관(자연과기술): 광학원격탐사(Optical Remote Sensing)를 이용한 광역 제방모니터링 시스템 개발
- UAV 부착용 이미지 센싱 인터페이스 장치 개발
· UAV 부착용 이미지 센싱 인터페이스 설계(안) 개발
· 인터페이스 시제품 개발 및 시험 적용
· 실규모 하천 대상지 운영을 통한 검증
- ORS 모니터링을 통한 제방 안전 진단 플랫폼 구축
· UAV 활용 제방 ORS 영상 획득 시스템 구축 및 취약 구간 탐지 인덱스 조사
· 영상 분석 알고리즘 개발 및 안전 진단 적용성 평가
· 실규모 실험 및 현장 ORS 모니터링을 통한 기법 검증

③ 국제공동연구(델타레스): 제방 모니터링을 위한 광섬유 센싱 및 분석 기법
- 제방 모니터링을 위한 광섬유 센싱 및 분석 기법
· 기존 광섬유 시스템을 이용한 제체 센싱 정도 평가
· 광섬유에서 얻은 대용량 데이터 분석 기법 개발
· 제체 분석을 위한 광섬유 최적 센싱 및 분석 기법 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관(한국건설기술연구원) : 광섬유(Fiber Optic)를 이용한 제방 제체 모니터링 장치 활용 기술 개발 및 제방 내진설계 기술 개발
· 실규모 실험 현장적용을 통한 모니터링 장치 검증
· 실험실증을 연계한 제방 내진 점검 및 모니터링 가이드라인 개발
- 공동연구기관(자연과기술) : 광학원격탐사(Optical Remote Sensing)를 이용한 광역 제방모니터링 시스템 개발
· 실규모 및 현장적용을 통한 장치 검증
· 실규모 실험 및 현장 ORS 모니터링을 통한 기법 검증
- 국제공동연구(델타레스) : 제방 모니터링을 위한 광섬유 센싱 및 분석 기법
· 제체 분석을 위한 광섬유 최적 센싱 및 분석 기법 개발
- 주관연구기관(한국건설기술연구원) : 광섬유(Fiber Optic)를 이용한 제방 제체 모니터링 장치 활용 기술 개발 및 제방 내진설계 기술 개발
· Test Bed 구축의 위한 실규모 실험장 선정
· 실규모 제방 실험 조건 분석(실험 목적, 수리 조건, 제방 붕괴 유형 등)
· 실규모 제방 광섬유 계측센서 설치(제방의 전면 설치 혹은 취약구간 고밀도 설치)
· 실규모 실험 모니터링 및 분석
· 광섬유 센싱 시스템의 현장 적용성 검증
· 지진에 따른 하천 제방 점검 가이드라인
· 지진으로 인한 제방의 침투 및 침식, 붕괴 현상 분석을 위한 수리실험 가이드라인 제시
· 하천제방의 내진성능 평가를 위한 모니터링 방법
- 공동연구기관(자연과기술) : 광학원격탐사(Optical Remote Sensing)를 이용한 광역 제방모니터링 시스템 개발
· 실규모 실험 대상지 운영을 통한 검증(제방 균열(지상) 부분 ORS 분석)
· 현장적용을 통한 장치 검증
· 실규모 실험 ORS 모니터링을 통한 알고리즘 검증
· UAV 활용 ORS 영상 분석 기반 제방 안전 진단 플랫폼 구축
· 제방 제체 안정성 취약 지점 발생 구간 ORS 모니터링을 통한 안전 진단 현장 검증
- 국제공동연구(델타레스) : 제방 모니터링을 위한 광섬유 센싱 및 분석 기법
· 대용량 광섬유 센싱 데이터 처리를 위한 시스템 개발
· 현장 계측 데이터 처리 및 분석법 제시
· 광섬유 최적 센싱 및 분석 기법 개발
연구성과 기술적 기대성과 - 하천시설물 국토교통 산업과 첨단기술 융·복합을 통한 국토교통기술 경쟁력 강화 및 국가 경쟁력 향상
· 실규모실험실증과 현장적용을 통한 실용화 기술 개발 가능, 실규모실험과 현장 적용 피드백에 의한 보완된 기술 개발
· 실규모 시험 및 평가 체계를 구축하여 개발된 시스템으로 성능 검증과 함께 새로운 진단 및 평가로 제안하여 제도화 가능
- 산업, 기술간 융·복합을 통해 전통 국토교통산업의 고부가가치화 및 미래 성장동력의 기반 확보
- 연구시설·장비 및 기법 개발을 통해 지능형 시설물 안전 및 유지관리 기술수준을 최고기술 보유국과 기술격차 단축
- 기반기술 수준 향상을 통한 국토교통 기술경쟁력 및 역량 강화
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 글로벌 기술 경쟁력 강화를 통해 해외시장 점유율 확대
- 안전 진단 분야 융복합 R&D 경쟁력 강화를 통한 산업 육성 및 공공 인프라 효율화
- 효율적이고 안전한 진단 기술 개발로 SOC 시공 및 유지 관리비 등 사회적 비용 절감
- 연간 약 1조 2천억원에 달하는 기상재해 피해 복구비용 절감 가능, 지진의 경우 현재 피해액 추정이 불가능한 상황
- 재난, 방재, 시설물관리, 수상레저 등 다양한 분야에 대한 파급효과 및 신사업 창출 효과 기대
- 고도화된 다중센서 기술의 현장 적용 및 사례 분석을 기반으로한 솔루션 개발을 통해 수자원 산업 실무자들의 첨단기술 인식 고취 및 신시장 개척

○ 사회적 측면
- 자연재해 및 사회적 재해·재난 대응기술 개발을 통한 피해저감 및 안전한 산업 활동 지원
· SOC 관련 재해 20% 이상 저감, 홍수예측대응 및 하천환경 조성 기술수준 95% 향상(’13년 70%), 물피해 저감, 교통사고비용 40% 저감, 혼잡비용 30% 저감
- 지방자치단체에서 중소하천에 등 하천관리에 활용하며, 지진으로 인한 예상 침수지역 등 재난정보 제공을 통한 주민의 생명과 재산 보호
활용방안 ○ 정책반영(제방 내진설계 기술, 정부 지자체)
- 설계기준 반영
- 국가 및 지방하천 치수사업 예산 관리에 활용
- 하천공간 및 하천시설물 설계 및 관리

○ 주요 적용 대상지역(홍수해 및 지진발생 빈번지역)
- 홍수 위험성이 높은 지역에 대한 투자를 우선 시 할 수 있어 향후 발생할 수 있는 치수관련 피해를 줄임으로 인해 피해발생비용 및 복구비용 감축 기대
- 빈번한 수재해 예방 측면의 방재 공조 체계 확립 가능
- 지진, 홍수 등 자연재해 후 제방균열 등 변화에 대한 진단 및 평가 모니터링 활용

○ 하천시설물의 설계 및 유지보수에 활용
- 설계의 품질 제고, 시공 후 유지보수비용절감 등에 기여
- 설계 시 그 지형, 지역에 대한 데이터와 3차원 시뮬레이션을 통해 재해에 유리한 구조물을 계획
- 모니터링과 진단을 통한 재해 예방, 피해 예상, 대피, 재해 복구 등의 분야에서 활용 가능

○ 효율적인 방재시설의 위치선정 및 효과 검증
- 미리 진단된 Data를 제방 붕괴위험 예측과 방재대책, 주민대피 대책 수립
- 범람 시 홍수가 미칠 수 있는 범위를 진단하여 방재대책 수립

○ 하천 주변 재해 시뮬레이션 시스템 개발
- 모니터링과 진단을 통한 재해 예방, 피해 예상, 대피, 재해 복구 등의 분야에서 활용 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 제방 모니터링 광섬유 광학원격탐사 내진설계
영문 River Levee Monitoring Optical fiber ORS Seismic design
최종보고서
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최종보고서 [부록]광학원격탐사(ORS)와 광섬유 센싱을 통한 제방 내진점검 및 모니터링 가이드라.pdf   다운로드 ORS(Optical Remote Sensing)와 광섬유 센싱을 통한 제방 모니터링 및 내진설계 기술 개발 최종보고서.pdf   다운로드
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