| 1차년도 |
(1) 고해상도 초저전력 멀티 메트릭 IoT 센서 시스템 개발● 0.2mg 이하의 가속도 노이즈, 1μs 이하의 변형률 DAQ 개발● LTE-M 통신 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어 제작● 대기 시 초저전력 (1mA 이하) 운영, 이벤트 발생 시 0.1초(세계 최고) 이내 작동● 이종데이터 융합을 위한 등가 디지털 엔지니어링 모델 개발● 등가 디지털 엔지니어링 모델기반 변위 및 등가 강성 측정 기술개발(2) 알고리즘 최적화 및 데이터 관리 서버 구축● 초저전력 센서 및 상태평가 알고리즘 고도화·최적화 작업● 데이터 저장을 위한 클라우드 서버 백엔드 설계 및 제작● 교량용 스키마 제안
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(1) 고해상도 멀티 메트릭 IoT 센서 시스템 개발● (고해상도 동적 계측 하드웨어): 3축 가속도, 3채널 변형률을 24bit, 1000Hz급 샘플 주파수로 센싱할 수 있는 고성능 센서 회로 프로토타입 제작● (교량 현장에 PC가 필요 없는 LTE 통신 지원 시스템 개발): 저전력 LTE-M 통신을 지원하는 LTE-M 인터페이스를 개발해 베이스 스테이션이 필요 없는 자립형 센서개발 ● (자동 오류 감지 및 복구 알고리즘): 현장 계측 시 발생 가능한 여러 오류(전력 부족, 통신실패 등)를 자가진단하고 스스로 해결하는 알고리즘을 탑재해 센서가 일부 장애로 멈추지 않고 지속 운영되도록 개발● (등가 디지털 엔지니어링 모델): 이종데이터를 융합하여 산출한 변위 및 등가 강성을 기반으로 현실 교량의 트윈을 디지털 공간상에 구현하는 기술개발 및 검증. 실시간 연동을 통해 실시간 변위 및 등가 강성이 판단 가능(2) 알고리즘 최적화 및 데이터 관리 서버 구축● (센서 보드 성능 최적화): 개발한 IoT 센서가 장기간 작동이 가능하도록 최적화하고 소비, 대기, 충전전류량을 확인● (클라우드 서버): 교량의 계측데이터를 추출하고 서버에 저장하기 위한 기본 백엔드 서버 시스템 제작● (데이터 스키마): 교량 기본정보와 교량별 계측데이터가 클라우드에서 체계적으로 관리될 수 있도록 데이터 스키마(DB Schema) 정의
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
(1) 통합 교량 관리체계 구축● 내하력 평가에서 정확한 측정이 어려웠던 변위 및 비파괴식 PSC 장력 변화의 측정 알고리즘 기술을 통해 다양한 손상지표에 대한 상시모니터링이 가능하게 되어 교량 건전성 평가의 기술적 한계를 해결. 개발 기술로 내하력 평가를 대체하여 체계적인 이력관리, 정밀한 분석이 가능(2) 최첨단 IoT 센서기술 국산화● 구조물 유지관리 시장에서 최초로 클라우드 컴퓨팅, 자가 오류 진단 기능, LTE-M 등의 시스템을 센서에 도입함으로써, 구조물 유지관리 시장에 4차산업혁명 시대의 방향과 일맥상통하는 비약적인 기술발전을 선도● IoT 센서를 구성하기 위한 기초 기술 등을 개발함으로써, 관련 학계 및 산업계에서 새로운 기술을 쉽게 활용할 수 있는 환경을 구축
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| 사회 경제적 파급효과 |
(1) 국민의 사회기반 시설물에 대한 신뢰성 향상 / 편의성/만족도 증가● 노후교량 장수명화 요소기술의 최종 실무수요자는 주관부처인 국토교통부를 비롯해 공사, 공단 정부 부처뿐만 아니라 지자체가 되며 노후화된 교량 특성 변화에 능동적으로 대응하는 관련 기술력 확보하여 생명과 재산 보호● SOC 노후 시설물 업무 지원이 가능하며 향후 시설물의 안전 및 유지관리 기본계획 수립 시 국가 차원의 교량 유지관리체계 마련 및 노후교량 관련 정책 수립에 활용● 최근 급증하는 사회기반시설물 관련 재해에 대한 안전성 확보로 국민의 삶의 질 제고(2) 선제적 유지관리를 통한 예산 절감● 타 교량유지관리 시스템보다 저렴한 가격으로 운영할 수 있으며, 이로 인해 전국 교량의 설치에도 예산 부담이 적음● 교량 유지관리·보수보강 기술력 제고로 노후교량의 수명연장을 통한 국가 SOC 시설물의 유지보수 예산 절감에 크게 기여● 정부의 노후교량에 대한 선제적 개발 기술을 이용한 대응을 통해 미래 유지보수 비용을 연간 약 1,000억 원 이상의 경제적 예산 절감 기대(3) 청년 디지털 일자리 창출● 교량에 대한 신규 구축보다는 성능개선·보수보강 등 유지관리 예산이 확대될 것으로 예상하여 관련 분야 일자리 창출이 매우 증가할 것으로 기대● 기술의 국산화를 바탕으로 국내 BIM, AR 관련 기업들과의 협업을 통해 특성화된 맞춤형 스마트 시티 및 구조물 유지관리 관련 신시장 창출 가능(4) 해외진출, 국가경쟁력 향상● 새로운 IoT 센서 시스템을 최초로 개발함으로써 표준화 선점, 해외시장 개척을 통한 국가 경쟁력 제고 및 신 일자리 창출 가능성 기대
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| 활용방안 |
(1) 전국 교량으로의 확대·상시 모니터링 연구개발성과인 센서는 기존 IoT 센서와 달리 전국 교량 확대를 목적으로 개발되어 저렴한 가격으로 장기간 원활한 점검이 이루어지지 않고 있는 일반 교량에 대해서도 상시모니터링이 가능함. 초저전력 계측시스템으로 설치 이후에 배터리를 교체해줄 필요가 없으며, LTE-M 차세대 통신 방식을 이용하여 PC의 전원이 필요하지 않아 확대가 용이함. 또한, 계측 정확도가 높아 줄어들고 있는 전문 인력과 기술적 한계에 봉착한 내하력 평가를 대체하는 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대됨(2) 유지관리 프로세스 정량화● 개발 시스템은 정부 범부처에 공동 활용이 가능하며, 보수보강 시기 의사결정을 위한 예방·관리 지침으로 활용될 수 있으며, 정량적인 성능관리형 노후교량 유지관리 체계를 구축, 종합 노후교량 성능 평가 기준으로 활용될 수 있음. 이를 통해 국가 차원의 교량 유지관리체계 마련 및 노후교량 관련 정책, 로드맵 수립 등에 활용될 수 있음. 또한, 향후 SOC 관련 유지관리 사업의 추진을 위한 계획 및 설계에 활용되며, 유지관리체계가 미흡한 해외 노후교량산업 시장에 진출, 일자리 창출, 창조경제 기여 등의 효과를 볼 수 있음(3) 데이터 댐 구축● 연구개발성과 중 하나인 클라우드 서버는 설치한 센서 노드의 수가 늘어남에 따라 언제든지 확장하여 안정적인 운영이 가능하며, 강력한 서버의 컴퓨팅 능력을 활용하여 이후 개발될 수 있는 새로운 알고리즘을 손쉽게 업데이트하고 적용할 수 있음. 또한, 교량 형식에 따라 서버 내에서 파라미터를 변경하면 센서 노드가 업데이트되는 방식으로 설치 이후에 센서 노드에 접근할 필요가 없음. 구축한 서버를 통해 전국 교량으로 대상을 확장하고, 모든 계측/분석 데이터를 디지털화하여 체계적인 이력관리 및 데이터 댐 구축이 가능할 것으로 기대됨(4) 교량 수명 예측● 연구개발성과 중 하나인 디지털 트윈 3단계 달성을 통해 지금까지 교량을 시각화만 하는 방식에서 그치는 것이 아니라, 열화 손상의 위치, 이유 등을 파악할 수 있으며, 데이터 댐을 기반으로 다가오는 미래에 교량에 어떠한 문제가 발생할 수 있는지를 예측함으로써 조기 조치를 통해 사고를 미리 방지할 수 있는 모델로 활용이 가능할 것으로 예상함(5) 주요 사회기반시설물 분야로 확대 (댐, 터널, 항만)● 개발 기술은 초소형/고성능의 센서로 교량뿐만 아니라 장비의 상시 점검을 요구하는 스마트 팩토리, 스마트 그리드 분야를 포함하여 사회 주요 SOC인 댐, 터널, 항만 등의 고정밀 계측, 유지관리, 자산관리 등 다양한 분야에 활용될 수 있음. 또한, 딥러닝 기반의 시계열 데이터 추정 기술은 다양한 토목 구조물에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 산업 전반에 걸친 미래를 예측할 수 있는 모델로 활용할 수 있음
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