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과제기본정보

스마트 AET기법을 이용한 실시간 옹벽 시설물 붕괴 예측기술 개발 및 실증1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 21TBIP-C162393-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 화학공정 | 조합촉매 기술 | None 실용화대상여부 실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 개발
과제명 스마트 AET기법을 이용한 실시간 옹벽 시설물 붕괴 예측기술 개발 및 실증
주관연구기관 주식회사 아이디케이
총괄연구 책임자 성명 김광복
소속 주식회사 아이디케이 직위 수석연구원
전화번호 042-863-7782 FAX 042-863-7782
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 492,000,000 32,800,000 295,200,000 328,000,000 820,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 본 음향방출 시스템은 자사의 독자적인 기술과 우수성을 바탕으로 특허 등록된 기술로 설계 및 제작하여 국산화에 성공한 시스템이며 해외 제품 대비 고객의 요구사항에 대한 빠른 대응이 가능하며 안전 인증(KCs) 및 센서 제조 공장 인증을 통해 국내 위험지역에서의 사용이 가능함

- 본 시스템은 검지대상체(설비/구조물)의 변형 또는 파괴시 발생하는 미소한 탄성파를 감지하여 대상의 건전성을 진단하는 음향방출시험(AET, Acoustic Emission Testing)을 실시하는데 최적화된 시스템임

- AET 기법을 이용한 실시간 옹벽 시설물 붕괴 예측 시스템은 음향방출 시험기법을 적용하였으며, 특화된 스마트 AE 센서를 통해 옹벽의 붕괴시 발생하는 음향방출신호를 용이하게 취득하여 데이터 수집 및 신호특성을 분석하여 데이터를 무선전송하여 실시간으로 옹벽의 붕괴 예측 가능한 모니터링 기술임

- AET 장비는 아래 표와 같이 세계 2번째로 기술자립도 100% 달성을 통해 AET 분야 원천기술을 확보하고 있으며 국외 장비와 비교하여 모든 항목에서 동등 이상의 수준 기술력을 갖춰 국내 생산 및 관리되는 기술로 수입대체 효과를 통한 원가 절감이 가능하다는 점에서 경쟁력을 갖추고 있음

- 기존 비파괴 기술은 발전소, 항공우주, 화학 플랜트, 교량, 탱크, 선박, 압력계통 등에 진단방법으로 폭넓게 사용되고 있으나 진단 시, 방사선 피폭에 의한 인명사고, 높은 진단비용 등의 문제점이 있으며, 진단을 위해서 시스템을 정지해야 하므로 실시간으로 모니터링을 진행하기엔 많은 제약이 있음. 하지만, 음향방출시험 기술은 안전사고가 발생하지 않으며 돌발정지를 예방하고 가동 중에도 측정할 수 있는 저비용, 고효율, 고 신뢰성의 진단기술임
최종목표 ■ 스마트 AET 기법을 이용한 실시간 옹벽 시설물 붕괴 예측기술 개발 및 실증

- Pile-type 스마트 AE 센서 3종 개발, 임베디드 AET 시스템 제작
- AE 빅데이터 분류, 인공지능 기반 붕괴 단계별 빅데이터 분석 및 D/B화
- 실시간 모니터링 기반 붕괴 예측 알고리즘 최적화 및 S/W 구현
- 옹벽 종류별 붕괴 모형 시험을 통한 붕괴 예측 인자 및 AE 빅데이터 확보
- 옹벽 종류별 실증 대상지(4곳) AET 시스템 설치 운영
연구내용 및 범위 ■ 주관연구개발기관(주식회사 아이디케이)
- Pile-type SMART AE Sensor 개발
- 옹벽 시설물 모형 붕괴시험 음향방출(AE) 신호 수집
- AE 신호 데이터 분류 및 분석
- AE 신호 빅데이터 무선전송기술 개발
- 옹벽 시설물 붕괴예측 알고리즘 개발
- 4CH 임베디드 AET 시스템 최적화 및 테스트베드 시스템 개발
- 테스트베드에 AET 시스템 설치 및 테스트 모니터링 실시
- 실증시험 대상지에 AET 시스템 설치 및 AE 신호 모니터링 시험 실시
- 테스트베드 및 실증 시험 대상지에 설치된 AET 모니터링 시험 AE 신호 빅데이터 수집
- 4CH 임베디드 AET 시스템 최적화 완료 및 실증시험 시스템 개발
- 실증 시스템 설치 및 운용, AE 신호 빅데이터 수집
- 환경변수 수집 및 AE 신호 빅데이터에 반영
- 옹벽 시설물 붕괴예측 빅데이터 분류/처리방법 개발
- 실증시험 대상지 주기적 안전진단 및 AE 신호분석과 연계한 DB구축
- 옹벽 시설물 붕괴예측 시스템 안정화 및 최적화
- 옹벽 시설물 붕괴예측 알고리즘 적용 및 빅데이터 분류 최적화
- 옹벽 시설물 붕괴예측 시스템 안전인증 획득 및 제품화

■ 공동연구개발기관(1) (주식회사 아주엔지니어링)
- 국내 옹벽 종류별 붕괴사례 조사 및 분석
- 옹벽 종류별 모형제작 및 시험붕괴 절차 계획 수립
- 옹벽 모형 붕괴시험 수행 및 데이터 취득
- 테스트베드용 옹벽 종류 선정 및 사전 안전진단 실시
- 테스트베드 2가지 유형 설치 및 운영
(하절기전(단기파괴), 동절기전(장기파괴) 시점으로 각 1set 제작 및 검증 예정)
- 실증시험 대상지 선정 (4곳) 및 사전 안전진단 실시
- 실증시험 대상지 주기적 안전진단 및 AE 신호분석과 연계한 DB구축
- 실증시험 대상지 4곳 주기적 안전진단 및 AE 신호분석과 연계한 DB구축

■ 공동연구개발기관(2) (주식회사 라온컨버전스)
- 인위적인 최악의 파형을 변조하는 것을 감지하고, 파형 검출에 적합한 딥러닝 알고리즘 검토 및 선정
- CNN(Convolutional Neural Network)을 활용한 파형 탐지/식별
- 딥러닝 모델 비교 분석
- LSTM Layer 기반 시계열 데이터 분석 딥러닝 알고리즘 및 모델 개발
- 기존 딥러닝 Layer 변경을 통한 성능 향상
- Optimizer 및 하이퍼 파라미터 튜닝
- 네트워크의 학습을 적용 및 모니터링을 통해 최적 파라미터를 도출함
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ■ 주관연구개발기관(주식회사 아이디케이)
- Pile-type SMART AE Sensor 개발
- 옹벽 시설물 모형 붕괴시험 음향방출(AE) 신호 수집
- 옹벽 시설물 붕괴예측을 위한 테스트베드용 시스템 제작

■ 공동연구개발기관(1) (주식회사 아주엔지니어링)
- 옹벽 붕괴사례 조사 및 분석
- 옹벽 시설물 모형 제작 및 붕괴시험 실시
- 테스트배드 대상지 선정 및 사전 안전진단

■ 공동연구개발기관(2) (주식회사 라온컨버전스)
- AET 센서로 수집하는 파형 정보의 변조를 검출하기 위한 적합한 딥러닝 알고리즘 선정 		■ 주관연구개발기관(주식회사 아이디케이)
- Pile-type SMART AE Sensor 개발
: 옹벽의 붕괴신호 검출에 최적화된 AE 센서 및 센서 홀더 설계
- 옹벽 시설물 모형 붕괴시험 음향방출(AE) 신호 수집
: AE 신호 획득 시스템 구성 및 붕괴시험 모델에 시스템 설치
- AE 신호 데이터 분류 및 분석
: AE 신호 발생에 따른 파라미터 및 클러스터링기법을 이용한 신호 분류
- AE 신호 빅데이터 무선전송기술 개발
: AE 신호 전송을 위한 무선 전송 시스템 개발 및 제작
- 옹벽 시설물 붕괴예측 알고리즘 개발
: AE 신호 데이터 분석 및 특징 추출 기법 개발
- 4CH 임베디드 AET 시스템 최적화 및 테스트베드 시스템 개발
: 임베디드형 AET 시스템 최적화 수행

■ 공동연구개발기관(1) (주식회사 아주엔지니어링)
- 국내 옹벽 종류별 붕괴사례 조사 및 분석
: 옹벽 붕괴 사례 조사 및 분석을 수행
- 옹벽 종류별 모형제작 및 시험붕괴 절차 계획 수립
: 옹벽 붕괴 사례 조사 및 분석 결과를 바탕으로 붕괴 모형의 선정 및 시험 절차 수립
- 옹벽 모형 붕괴시험 수행 및 데이터 취득
: 시험은 주관기관과 공동으로 진행(AET 시스템 설치를 통한 붕괴 신호 수집)
- 테스트베드용 옹벽 종류 선정 및 사전 안전진단 실시

■ 공동연구개발기관(2) (주식회사 라온컨버전스)
- 인위적인 최악의 파형을 변조하는 것을 감지하고, 파형 검출에 적합한 딥러닝 알고리즘 검토 및 선정
: 선정된 딥러닝 알고리즘을 기반으로 파형에 적합하도록 수정 개발
- CNN(Convolutional Neural Network)을 활용한 파형 탐지/식별
연구성과 기술적 기대성과 ■ 사고 사례 축적을 통하여 사면의 파괴확률 및 위험도 추정 신뢰도 향상에 기여
■ 음향방출 기술을 기반으로 현장 조사, 보수 공사시 및 시설물 안정성을 실시간 모니터링 기술 개발
- AE(Acoustic Emission) 기술에 기반한 실시간 모니터링이 가능한 음향방출시험 진단 시스템의 국내 기술을 통한 개발을 통해 가격경쟁력을 확보할 수 있으며 가동 중 진단기술의 조기확보 가능
- 음향방출시험 기술은 확률이나 가상데이터를 통하는 간접적인 방식이 아닌 물리적인 현상을 감지하는 직접적인 방법으로 실시간 감시로 음향방출시험 기술을 활용하면 구조물에 대해서 정확한 진단을 내릴 수 있음. 또한, 주기적으로 진행되고 있는 구조물에 대한 건전성 평가 비용은 기존의 비파괴 검사 방법과 비교하면 저렴하고 높은 신뢰도를 확보할 수 있음
사회 경제적 파급효과 ■ 사회적 측면
- 조사원 인력 부족 및 접근 위험 지역에 대한 접근성 문제 해소
- 현장 조사 및 보수 공사시, 시설물 안정성을 실시간 모니터링함으로서 작업 중 위험도 현저히 감소

■ 경제/산업
- 붕괴 위험 지역에 조기 경보를 연계하여 인적 피해 예방 및 물적 손해 최소화
- 경사면 및 축대 붕괴를 사전 예방하여 복구 비용 대비 절감 효과 기대
- 신규 옹벽 시공시 Pile을 영구 매설함으로서 시추 및 굴착 침습 최소화
- 본 과제를 통해 안전진단 시스템과 장비의 개발이 완료된 후 실증을 거쳐 장비의 신뢰성을 확보하게 되면 옹벽뿐만 아니라 원자력, 플랜트, 교량, 터널 등의 국가 기간설비, 일반 건물 노후화 진단 설비 등으로 광범위하게 활용할 수 있으며 관련한 비파괴 검사 시장의 창업 촉진, 시장확대 및 관련 분야 인력 양성 효과를 기대할 수 있음
활용방안 ■ 옹벽시설물 붕괴 예측 시스템 보급
- 전국의 절개사면 보호용 옹벽 등 도로변 위험 시설물 정기 정밀점검에 활용
- 강우, 강설, 지진 등 급변하는 웨더 쇼크에 대비한 안전 모니터링 체제 도입

■ AE 빅데이터 전송 기술 개발
- RC, 보강토, 콘크리트 등 옹벽 재질별/구조별 빅데이터 수집 및 중앙 관제
- 집중호우 전후 대조와 같이 안전 해석을 위한 정량적 비교분석 자료를 원격 제공

■ 예지 진단 알고리즘 개발
- 주요 하중 지지 부위 판별 및 시설물 노후화 평가 알고리즘 마련
- 사면의 미세 구조 변화 및 결함을 조기 포착하여 AI 알람 연계
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 옹벽 시설물 붕괴 예방 음향방출시험 빅데이터 인공지능
영문 retaining wall collapse prevention acoustic emission testing big data artificial intelligence
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