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과제기본정보

재난 대응 및 복구 지원을 위한 급속 손상도 평가 및 의사결정 시스템 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C144787-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 적용분야 사회질서 및 안전
2순위 기계 | 재난안전장비 | 재난피해조사 장비 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건설안전 관리기술 과제유형 응용
과제명 재난 대응 및 복구 지원을 위한 급속 손상도 평가 및 의사결정 시스템 개발
주관연구기관 서울대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 강준석
소속 서울대학교산학협력단 직위 부교수
기관 대표번호 02-880-9083 FAX 02-887-2662
총 연구기간 2018-04-10 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 176,000,000 0 0 0 176,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 [배경]
- 최근 자연 재해로 사회·경제적 피해액 증가 및 빈번하게 발생하고 있는 지진에 따라서 건축물의 붕괴 노출이 심화되고 있음.
- 재난·재해 발생 시 피해 현황 분석 및 대응 기술은 부족한 실정임.
- 이에 따라 재난·재해 발생 시 초기 대응 지원 시스템이 필요함.

[연구개발목표]
재난대응 및 복구의 신속한 지원을 위한 급속 손상도 평가 및 의사결정시스템을 개발

[세부목표]
- 건물외관변형도와 건물내외부 손상도의 상관관계를 보이는 매핑모델 개발
- 재난대응 및 복구를 위한 무인비행체 기반 재난지역 3차원 매핑 및 이미지 분석기법 개발
최종목표 본 연구는 지진 등과 같은 재난 상황 시 건물외관 변형을 급속 감지하고 건물 전체 주요부재에 대한 상황 및 위험도 정보를 제공함으로서 재난대응 및 복구 의사결정을 지원할 수 있는「재난대응 및 복구 지원을 위한 급속 손상도평가 및 의사결정시스템」을 개발하는 것이 최종 목표임.

최종목표를 달성하기위한 세부목표는
- 1세부: 건물외관변형도와 건물내외부 손상도의 상관관계를 보이는 매핑모델 개발
- 2세부: 재난대응 및 복구를 위한 무인비행체 기반 재난지역 3차원 매핑 및 이미지 분석기법 개발
연구내용 및 범위 [최종목표]
본 연구는 지진 등과 같은 재난 상황 시 건물외관 변형을 급속 감지하고 건물 전체 주요부재에 대한 상황 및 위험도 정보를 제공함으로서 재난대응 및 복구 의사결정을 지원할 수 있는「재난대응 및 복구 지원을 위한 급속 손상도평가 및 의사결정시스템」을 개발하는 것이 최종 목표임.

[1세부 목표]
건물외관변형도와 건물내외부 손상도의 상관관계를 보이는 매핑모델 개발
1) 지진에 의한 고층 아파트의 거동특성 파악 및 3차원 해석모델 개발
- 해석모델 개발을 위한 고층아파트 재원 및 지진하중에대한 주요변수 파악
- Response-Spectrum Analysis를 통한 Peak Response 파악
- 비선형 동적해석 (Nonlinear Dynamic Analysis)을 통해 구조물의 비선형 거동특성 파악 및 3차원 해석모델 개발
- 해석모델을 이용한 수치해석을 통해 매핑 모델에 사용될 주요변수 파악

2) 지진하중 및 내부 폭파에 의한 고층아파트의 파괴거동 해석모델 개발 및 모형실험
- 소규모 모형실험을 위한 주요변수 파악 및 실험준비
- 소규모 모형실험 수행
- 해석모델 검증 및 보완
- 지진하중에 이은 내부폭파에 종속된 고층 아파트의 유한요소해석 모델개발


3) 건물의 외관변형도를 고려한 구조물의 전체 및 주요 부재에 대한 위험도를 타나내는 매핑모델 개발
- 실증실험을 위한 대상구조물 선정 및 구조물 변위 및 손상도 측정방법 연구
- 구조물의 Full-scale 실증실험
- 3가지 실험결과(구조물 직접계측, LiDAR 계측, 드론계측)와 유한요소해석결과의 비교분석을 통한 개발된 모델검증
- 실증실험 및 해석모델 수치해석결과를 활용한 건물변형도-내부손상도 매핑 모델 개발


[2세부 목표]
재난대응 및 복구를 위한 무인비행체 기반 재난지역 3차원 매핑 및 이미지 분석기법 개발

1) 드론 및 무인로봇을 활용한 재난지역 3차원 모델링 및 오브젝트 검출기법 개발
- 무인항공기 기반 재난지역 이미지 데이터 취득
- 무인항공기 이미지를 활용한 재난지역 3차원 모델링
- 머신러닝 기반 오브젝트 및 지면상태 자동검출 및 분류기법 개발

2) 3D 모델 기반 구조체 변위 및 파손 측정기법
- 무인항공기 기반 재난지역 이미지 데이터 취득
- 무인항공기 이미지를 활용한 재난지역 3차원 모델링
- 머신러닝 기반 오브젝트 및 지면상태 자동검출 및 분류기법 개발

3) 한/미 공동 Test-Bed 구축 및 시스템 검증
- Test-Bed 구축
- 시스템 검증
- 시스템 연동


<핵심연구성과>
재난·재해 발생 시 초기 대응 지원 시스템개발을 위해 1세부에서는 건물외관변형도와 건물내외부 손상도의 상관관계를 보이는 매핑모델 개발하고, 2세부에서는 재난대응 및 복구를 위한 무인비행체 기반 재난지역 3차원 매핑 및 이미지 분석기법 개발하여 최종핵심연구 성과로 이를 통합하는 재난 대응 및 복구 지원을 위한 급속 손상도평가 및 의사결정시스템을 개발하는 것임.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 1세부: 지진하중 및 내부폭파에 의한 고층아파트의 파괴거동 해석모델 개발 및 모형실험
2세부: 3D 모델을 기반으로한 구조체 변위 및 파손 정량화 기법 		- 해석모델 검증 및 보완
- 지진하중에 이은 내부폭파에 종속된 고층 아파트의 유한요소해석 모델개발
- 실증실험을 위한 대상구조물 선정 및 구조물 변위 및 손상도 측정방법 연구

- 재난 및 이벤트 전/후 3D 모델 매칭
- 구조체 변형 및 손상 정량화
- 측정 데이터 연동
- 무인항공체 이미지 및 적외선 카메라 데이터 퓨전 방식 개발
연구성과 기술적 기대성과 1. 건설시장의 변화 선도 가능
- 빠르게 변화하는 건설시장에서 무인 복구 시스템은 건설시장에 안전성을 향상시킬 수 있는 어태치먼트와 같은 역할 수행 기대
2. 의사결정 시스템 구축
- 위험요소가 많은 지진 발생 현장과 같은 유해한 작업 현장에서 안전하고 효율적으로 작업수행이 가능한 신속한 의사결정 가능
3. 무인화 기술 다분야로의 확장
- 지진 발생 현장 뿐 아니라 작업인력이 위험에 노출 될 수 있는 지뢰 및 폭탄제거, 다양한 재난/재해 현장 복구 작업 등 인력의 접근이 어려운 작업 현장에서 기술의 적용으로 다분야에 무인화 기술 확장 가능
4. 지진 피해 현장 Big Data 구축
- 무인 원격화 기술의 CPS(Cyber-Physical System)으로의 확장 및 계측/수집된 데이터의 축적을 통한 다양한 지진 피해 현장에 대한 지형 및 환경 정보의 Big Data 구축
사회 경제적 파급효과 1. 복합적 재난 대응 시장 구축을 위한 시발점
- 성공적인 무인 구조 및 복구 시나리오의 적용으로 원천기술에 대한 국내 및 해외 시장 창출 기회 선점
2. 국제적 수준의 재난대응 선진국
- 지진 피해의 대응 뿐 아니라 미래의 지진 피해 상황에 대한 시나리오 예측을 가능하게 함으로써 타국에 본 시나리오를 적용하여 국가적 이미지 향상
3. 신뢰도 높은 재난 대응 시스템
- 재난 발생 시 신속한 현장 대응 및 효율적 현장 복구로 국민들의 국가 재난대응에 대한 신뢰도 향상
4. 경제적 가이드라인 제공
- 인공지능형 현장 대응 기술 개발로 기계와 인력을 효율적으로 분배 및 활용하여 경제적 시너지 기대
활용방안 1. 기술적 활용방안
- 현장 대응 중심의 기술을　이용한　지진 발생　현장에서의 신속한 대처
- 선진기술의　공유와　이해를　통한　선진국의　기술이전　기피　현상　극복
- 무인　원격화　기술을　사이버물리시스템으로　확장　
2. 사회적 활용방안
- 신속한 복구시스템을　통한　지진에　대한　전사회적　트라우마　예방가능
- 현장 대응 기술 도입으로　인한　안전사고　위험성　감소
- 예상　불가능한　지진 발생 상황에서의　성공적　대처로　국가적　이미지　향상
3. 경제적 활용방안
- 개발기술을 바탕으로 후진국 시장 진출을 통한 Global Frontier 역할 수행
- 인공지능형 현장 복구 기술로 피해규모 최소화 가능
- 시나리오 기반 신속한 현장 대응으로 최단시간 인명구조 및 추가피해 감소
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 재난 지진 공동주택 손상도평가 의사결정시스템
영문 Disaster Earthquake Apartment House Damage Assessment Decision-Making System
최종보고서
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