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과제기본정보

사물인터넷 기반 댐.저수지의 실시간 구조상태평가 및 재해 예측 시스템 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 20TBIP-C144283-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 자연재해 저감기술 적용분야 전문,과학 및 기술서비스업
2순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 사물인터넷 기반 댐.저수지의 실시간 구조상태평가 및 재해 예측 시스템 개발
주관연구기관 아신씨엔티(주)
총괄연구 책임자 성명 유찬호
소속 아신씨엔티(주) 직위 대표이사
기관 대표번호 031-421-2583 FAX 031-443-2884
총 연구기간 2018-04-01 ~ 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 666,000,000 15,000,000 429,000,000 444,000,000 1,110,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 신청기술은 저전력/저비용의 MEMS(Micro-electro-mechanical system)기반 센서를 이용한 무선 네트워크(WSN) 계측 시스템으로, 센서에 각각 ID와 기준값을 부여하여 실시간으로 측정되는 센서값과 기준값을 이용해 시설물의 상태이상 및 재난발생을 즉시 평가하는 사물인터넷(IoT) 기반의 재해 예측시스템.

시설물 전체에 계측센서가 분산 배치되고 전체 시설물을 네트워크로 계측 관리하여, 종래의 특정지점 집중계측이 가지고 있는 문제점을 개선하여 부분적인 시설물의 손상 및 재해발생 여부를 사전에 인지함으로써 재난 재해를 예방하는 관리 시스템.

단순한 계측결과를 실시간으로 측정, 전송하는 단순한 자동화 계측기술을 탈피하여 각각의 센서에서 측정 및 구조상태를 평가하고, 상호 소통하는 정보통신기술(ICT)와 계측시스템을 융합하는 기술.

실시간 계측은 물론 실시간 강우량 등의 기상정보에 의한 상호작용을 고려하여 시설물의 즉시 상태평가와 진행 발생정도를 예측할 수 있는 사물인터넷 기반 4차 산업혁명의 재난 재해 예방 예측기술.
최종목표 댐 및 저수지 시설물을 대상으로 저전력 무선 센서를 시설물 전체에 분산배치하여 계측 센서를 네트워크로 구축하고, 센서 간 상호 통신하여 시설물 전체를 모니터링 할 수 있는 사물인터넷 기반의 시설물 전체 모니터링 시스템 구축

댐 및 저수지 시설물의 시설관리에 적합한 적정 센서의 항목, 수량, 배치 및 설치 방법 등의 무선센서 설치기준 설정

시설물 전체에 설치되는 각각의 무선 센서에 ID를 부여하고, 센서에 각각의 기준값을 설정하여 실시간 모니터링과 함께 시설물의 1차 상태평가가 가능하고 기준값을 초과하는 센서의 위치를 이용하여 시설물의 취약 및 파손지점을 평가하는 1차 상태평가 시스템 구춱

단순 계측결과에 의해 시설물의 위험성을 평가하는 현행기술을 탈피하고 강우, 수위 등 실시간 기상정보와 센서에서 계측되는 결과를 상호 분석하여 회귀분석 함으로써 재난 재해의 진행여부 그리고 재해 발생 시간을 예측할 수 있는 재난 재해 예방기술 상용화

센서에 계측되는 결과와 기준값을 알려주고 기준값 초과여부만을 경고하는 종래 시스템은 시설물 관리자가 비전문가인 경우 주관적인 판단으로 이어져 효율적인 시설관리로 이어지지 못하는 현행 계측관리 시스템을 개선하여 취약 및 파손 발생 지점 그리고 재난 재해의 발생 여부 등을 종합적으로 평가하여 비전문가 시설관리자도 효율적인 시설물 관리 및 재해 예방이 가능한 융합기술 상용화
연구내용 및 범위 1. 실제 댐 및 저수지 시설물에 무선 센서를 분산 배치하고 네트워크 통신체계를 구축하여 상호간 통신하여 시설물 전체 거동 모니터링 시스템 구축 및 기존 집중계측 방식에 의한 모니터링 시스템과의 비교 분석

1) 실제 댐 및 저수지 시설물에서의 프로토 타입 검증을 위한 Test Bed 대상지구 선정
2) Test Bed 대상 댐 저수지에 대한 위험요인 분석으로 적정 센서종류, 설치위치, 배치간격 등의 시스템 구축을 위한 기초검토
3) 개발 기술의 진보성 및 기술적 우수성 검토를 위한 대조군(현재 계측방식인 특정구간 집중배치 방식) 계획 수립
4) 현장내 네트워크 통신체계 구축 및 모니터링

2. 실제 댐 및 저수지 시설물에 대하여 재난 재해 취약 항목을 분석하고, 예방하기 위한 적정 센서의 종류를 결정함과 동시에 센서의 종류, 설치위치 및 배치간격 등의 무선센서 네트워크 구축을 위한 설계기준 정립

1) 위험요인 별 센서 종류 표준화
2) 구조물 목적별 센서의 설치 및 배치 방법 시방기준 작성


3. 각각 ID가 부여된 센서에 기준값을 설정하여, 실시간 계측결과 정보제공은 물론 기준값 초과시 경고 알람 그리고 취약 및 손상발생 지점을 평가하는 모바일 및 클라우드 기반의 1차 평가시스템 구축

4. 무선센서 네트워크 구축 후 일정기간 모니터링을 통해 위험항목 및 센서의 설치기준에 대한 Feed Back

1) 1차 Test Bed에서의 센서 측정결과 모니터링 및 측정결과의 신뢰성 검증
2) 위험요인별 센서 선정 결과의 적정성 및 신뢰성 검증
3) 센서의 설치위치, 설치방법 및 배치간격의 적정성 검증

5. 댐 저수지 구조물의 위험요인 별 강우 등의 기상조건과의 상관관계 분석

1) 수위조건과 강우강도와의 상호 작용에 의한 파이핑 및 활동 등의 위험요인 변화 분석
2) 강우강도 조건에 의한 댐 제체의 얕은파괴 양상 분석

6. 실시간 계측결과와 기상정보와의 상호관계를 고려해 누적 측정결과를 이용한 회귀분석 기법으로 재난 재해 발생 및 발생시간 예측 소프트웨어 개발

1) 실시간 계측결과 및 누적 계측결과를 이용한 실시간 회귀분석 프로그램 구축
2) 강우패턴 등의 강우강도 조건에 따른 위험 도달시간 예측 프로그램 구축
3) 모바링 및 클라우드 기반의 평가 시스템 소프트웨어 개선

7. 모바일 및 클라우드 기반으로 실제 댐 저수지 환경에서 실시간 구조상태평가 및 재해예방 시스템 구축

1) 실제 댐 저수지 환경에서의 상용화 제품 시스템 구축 및 모니터링
2) 모니터링 결과의 신뢰성 검증

8. 상용화 기술에 대한 신뢰성 검증

1) 건설 또는 방재 신기술 등의 신기술 인증을 통한 신뢰성 검증
2) 실제 댐 저수지 관리주체(한국농어촌공사 및 지자체)의 기술인증을 통한 신뢰성 검증

9. 상용화 기술에 대한 사업화 단계

1) 한국농어촌공사, 한국수자원공사 및 지자체 등의 관리저수지에 대한 시스템 구축 상용화 개시
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 Test Bed에 특정지점의 집중계측 방법이 아닌 시설물 전체에 센서를 분산 설치하여 전반적인 거동을 동시에 파악할 수 있는 네트워크 모니터링 시스템 구축
단순 계측결과만을 제공하여 전공지식이 부족한 시설물 관리자의 경우 주관적인 판단으로 재난, 재해발생여부를 판단해야 하는 현재 시스템을 탈피하여 계측결과와 함께 시설물의 상태평가 결과를 동시에 제공하는 소프트웨어 개발
댐 및 부속시설 건전도 및 위험도 평가를 위한 최적 센싱 네트워크 구축 프로세스 개발
WSN 시스템 구축 DB 기반 댐 및 부속시설 위험도 평가 기준 제시
WSN 시스템을 통한 시설물 상태 평가 실증을 위한 테스트베드 설계
기성계측기(간극수압계, 지중경사계, 지하수위계 및 체적함수비 측정계 등)와 개발 완료된 통신 모듈을 이용하여 Test Bed를 대상으로 Node Sensor를 분산 배치함으로써 시설물 전체를 동시에 모니터링 할 수 있는 무선센서 네트워크 모니터링 시스템을 구축
1~2개월 간 센서 설치, 계측시스템을 구축하고 시스템 구축 이후로 6개월 동안 모니터링 과정을 통해 그 결과를 ‘실시간 시설물 재난 재해, 취약 및 파손 평가 시스템’ 소프트웨어의 자료로 활용
댐 및 부속시설에서 발생 가능한 손상 유형 정리 및 위험영향인자 도출
시설물 취약 항목 결정을 위한 레거시(Legacy) 데이터 및 현장 조사 결과 분석방안 제시
시설물 취약 항목 센싱을 위한 계측센서 선정 및 센서 네트워크 구축 프로세스 개발
댐 및 부속시설에 대한 현행 건전도 평가 및 위험도 평가 현황 분석
현장에서 관리가 가능한 WSN 시스템 기반 위험도 평가 기준(안) 도출
Test Bed 현장 적용을 통한 시설물 취약 항목 센싱 DB 수집 계획 수립
Test Bed 현장 실증을 통한 WSN 시스템 기반 위험도 평가 기준의 신뢰성 검증 계획 수립
연구성과 기술적 기대성과 사물인터넷을 이용한 시설물 관리기술은 대부분이 통신방법에 대한 연구에 초점이 이루어져 있으며, 시설물의 계측과 동시에 시설물의 상태를 평가하는 시스템은 제안된 바가 국내 외에 없음
신청기술은 사물인터넷을 이용하여 시설물 전체의 거동을 모니터링을 함과 동시에 시설물의 즉시 구조상태평가가 가능한 최초의 기술로 성공적으로 개발이 완료된다면 사물인터넷을 이용한 시설물 평가분야의 원천기술의 확보가 가능함
사회 경제적 파급효과 현재 국내의 댐 및 저수지는 특정구간에 계측기를 집중 배치하여 관리하여 전체 시설물의 거동을 모니터링 하지 못하고 집중강우 등이 발생하는 경우 특정 구간의 부분적인 손상이나 재해가 발생하는 것을 사전에 파악하기 어려운 문제가 있음. 그러다 보니 복구, 보강설계 및 보강공사로 이어져 많은 국고가 낭비되고 있는 실정임.
개발기술은 무선 센서를 시설물 전체에 분산 배치하여 시설물의 전체거동을 모니터링과 함과 동시에 시설물의 구조상태 평가가 가능해 취약 또는 손상구간을 사전에 파악할 수 있어 복구, 설계 등의 불필요한 국고의 낭비를 방지할 수 있음.
활용방안 개발시술은 기본적으로 계측관리 기술에 정보통신 기술을 융합한 기술로 현재 건설에서 이루어지고 있는 계측시장으로의 확대가 가능함.
국내의 최대 댐 저수지를 관리하는 한국농어촌공사에서 성과공유과제를 통해 적극적인 기술적용의 의지를 가지고 있으며, 해외사업에서도 공동으로 개발기술을 적용하기 위하여 시장을 개발하고 있는 현 여건으로 볼 때 개발기술의 국내외 활용 및 시장확대 가능성은 충분히 높다고 판단됨.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 사물인터넷 재난/재해 댐,저수지 계측관리기준 -
영문 IOT Disaster Dam/Reservoir Criteria for measuring management -
최종보고서
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