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과제기본정보

교통인프라 포장 하부의 선제적 사고 예방을 위한 전자기파 기반의 탐사, 해석 및 복구기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164152-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 과제유형 기초
과제명 교통인프라 포장 하부의 선제적 사고 예방을 위한 전자기파 기반의 탐사, 해석 및 복구기술 개발
주관연구기관 대전대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 윤형구
소속 대전대학교 산학협력단 직위 부교수
전화번호 042-280-2525 FAX 042-284-0109
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 0 0 0 210,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 연구개발에서는 도로, 활주로 및 철도궤도 하부구조물 등 교통인프라의 포장
층의 취성파괴 및 국부침하를 야기하는 포장 하부 공동부, 이완구간과 같은 이상구
간에 대한 효과적인 조사 및 선제적 사고예방을 위하여 전자기파를 이용한 광역탐
사, 국부적인 정밀탐사 기법 및 해석기법을 개발하고자 하며, 이상구간에 급속 충
진되어 교통인프라에 작용하는 동적하중에 대해 적절한 내구성을 발휘할 수 있는
충진재를 개발함으로써 교통인프라에 사고로부터 이용자를 보호할 수 있는 시스템
을 개발하고자 함.
최종목표 ○ 광역 포장 하부의 이상구간 파악을 위한 전자기파 탐사 모듈 및 맞춤형 딥러닝 알고리즘 개발
- 광역 전자기파 탐사 모듈 및 DB 구축
- 광역 전자기파 해석에 적합한 딥러닝 알고리즘 개발
○ 국부적인 포장 하부 이상구간의 분포 및 규모 평가를 위한 전자기파 분석시스템 개발
- 포장 하부 이상구간 결정을 위한 전자기파 분석기법 개발
- 이상구간 분포 및 규모의 정량적 평가를 위한 관입형 모듈 개발
○ 포장 하부 이상구간의 장기 교통하중 저항을 위한 급속 충진재 개발
- 윤하중을 고려한 급속 충진재의 개발 및 재료특성 평가
- 윤하중을 모사한 조건하에 급속 충진재의 동적특성 분석
연구내용 및 범위 <세부목표 1의 연구내용>
○ 포장 하부 취약구간 광역 모니터링 기술 개발을 위하여 아래와 같은 연구를 진행하고자 함.
- 전자기파를 이용하여 대상 지반을 광역으로 스캔할 수 있는 시스템 구축
- 스캔 지역에 대해 지반 침하에 취약한 구간 또는 침하가 의심되는 구간을 선정
- 지반의 물성이 탐사에 미치는 영향 연구

○ 딥러닝 (Deep learning)은 기계학습의 한 분야로 코딩을 통해 데이터의 규칙 및 연속성을 파악 후 추가 데이터의 분류 및 예측을 수행하는 방법. 해당 방법은 4차 산업 혁명 이후 급속도로 발전하고 있으며, 최근에는 세계 IT시장에서 예측을 도모하는데 필수적인 10대 주요 기술로 인정받고 있음. 이에 따라 딥러닝 알고리즘은 다수의 연구자에 의해 지속해서 개발되고 있으며, 가장 많이 활용되고 있는 주요 알고리즘은 다음과 같이 Deep Neural Network(DNN)과 Convolution Neural Network (CNN)으로 구분됨.

○ 해당 연구에서는 전자기파 반사 이미지를 활용하여 앞서 설명한 deep learning 알고리즘으로 신속하고 정확한 해석을 도모하고자 함. 해석 결과의 신뢰성을 향상시키기 위하여 DNN, CNN뿐만 아니라 decision tree 기반의 Random Forest(RF), 시계열 데이터 특성 분석에 탁월한 Long Short Term Model (LSTM) 그리고 LSTM 알고리즘을 간편하게 수정한 Gated Recurrent Unit (GRU)도 함께 활용하고자 함.

○ 본 연구에서는 도로, 활주로 및 철도궤도 하부구조물 등 교통인프라의 포장층의 취성파괴 및 국부침하를 야기하는 포장 하부 공동부, 이완구간과 같은 이상구간을 조사함으로써 교통인프라에 사고로부터 이용자를 보호할 수 있는 포장 하부 탐사 시스템을 개발하고자 함. 교통인프라 포장 하부에 존재하는 공동부 및 이완구간의 분포를 효과적으로 평가하기 위하여 전자기파를 이용한 비파괴 탐사 및 전자기파의 반사를 유발하는 다수의 반사체 중 이상구간을 특정하기 위한 전자기파 반사파 분석기법 개발을 개발하며 해당 이상구간의 정량적 규모를 예측하기 위한 관입형 모듈 개발 및 실험실 규모의 적용실험을 통한 적용성 검증을 최종 연구목표로 함.

<세부목표 2의 연구내용>
○ 본 연구에서는 국부적인 포장 하부 공동부, 이완구간과 같은 이상구간을 정밀 조사 및 효과적으로 평가하기 위하여 전자기파를 이용한 비파괴 탐사를 수행함과 동시에 전자기파의 반사를 유발하는 다수의 반사체 중 이상구간을 특정하기 위한 전자기파 반사파 분석기법 개발을 개발하고자 하며 해당 이상구간의 정량적 규모를 예측하기 위한 관입형 모듈 개발 및 실험실 규모의 적용실험을 통한 적용성 검증을 수행하고자 함. 상기 세부목표를 달성하기 위하여 그림 1과 같은 구성기술이 설정되었으며 각각의 구성기술에 대한 연구 범위는 아래와 같음.
- 구성기술 1: 포장 하부 이상구간 결정을 위한 전자기파 분석기법 개발a. 전자기파의 전파매질 및 반사매질의 물리적 성질에 따른 반사 메커니즘 정립b. 전자기파의 반사특성에 의한 공동부 및 이완구간의 결정c. 포장 하부 모사구간에 대한 전자기파 획득 및 실험적 검증
- 구성기술 2: 이상구간 분포 및 규모의 정량적 평가를 위한 관입형모듈 개발a. 포장 하부의 시각적 평가,물리 상수 도출을 위한 센서 조사 및 설계b. 교통인프라포장 하부 적용을 위한 모듈형 관입시스템개발c. 모사구간에 대한 적용 및 이상구간의 분포, 규모의 정량적 평가체계 제시
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 1) 광역 전자기파 탐사 모듈 및 DB 구축
2) 포장 하부 이상구간 결정을 위한 전자기파 분석기법 개발
3) 윤하중을 고려한 급속 충진재의 개발 및 재료특성 평가
 1) 광역 전자기파 탐사 모듈 및 DB 구축
- 연구계획 수립 및 문헌조사
- 전자기파를 원거리에서 광역으로 탐사할 수 있는 모듈을 개발
- 신호에 영향을 주는 영향인자 제시 및 DB 구축
2) 포장 하부 이상구간 결정을 위한 전자기파 분석기법 개발
- 포장 하부 재료 및 이상구간 매질종류에 따른 전자기파 반사 메커니즘 규명
- 실내실험규모의 포장 하부 이상구간 모사
- 이상구간 특성 및 형태에 따른 전자기파 수집 및 실험적 검증
3) 윤하중을 고려한 급속 충진재의 개발 및 재료특성 평가
- 고밀도 충진을 위한 고유동성·팽창성 그라우트재 배합설계 도출
- 윤하중조건하 장기적 내구성 향상을 위한 급속 충진재의 제조기술 개발
- 충진재의 유동성, 경화성, 조기·장기강도 특성 시험 분석
- 충진재의 친환경적 영향 평가를 위한 다양한 시험 수행
연구성과 기술적 기대성과 도로 침하를 사전에 예측하고 보강할 수 있는 고도화 기법을 통해 도로 함몰 발생
에 따른 복구비용 및 차량 통행 불능을 통한 기회비용을 절감할 수 있으며, 해당과
제를 통해 개발된 기법은 도로 분야뿐만 아니라 건설 분야에 다양하게 활용될 가능
성이 높아 추가적인 인력 및 예산 낭비를 방지함.
사회 경제적 파급효과 도로 침하 방지 시스템을 통해 전문적인 유지관리를 도모할 수 있으며, 이를 통해
안전한 대한민국을 실현할 수 있음. 또한, 4차산업 기술 기반의 연구결과가 관련 업
체 및 학교의 교육자료로 활용되어 건설 분야의 의식 및 전문성이 향상됨.
활용방안 1) 교통인프라 장기거동 예측시스템 및 배면수 모니터링 시스템 구축을 위한 활용
- 본 연구의 개발성과에 해당하는 포장 하부 이상구간 결정을 위한 전자기파 반사파
분석기법은 도로, 활주로 및 철도궤도 하부구조물과 같은 교통인프라의 포장부 하부
에 분포하는 공동 탐사에 의한 포장층 취성파괴 위험지역 탐지 및 교통분야 사고예
방 뿐만 아니라 상대적 이완구간에서 반사되는 전자기파의 수집 및 분석에 활용될
수 있으므로 교통인프라의 장기침하 및 거동예측에도 활용될 수 있음.
2) 교통인프라 및 도심지 매설관 등 인프라시설 유지관리 시스템 구축을 위한 활용
- 도심지에 매설된 상하수도관이 파손되는 경우 해당 파손부로부터 유출되는 상하수
로 인하여 포장 하부 재료의 전자기적 임피던스가 국부적으로 변화함. 전자기파의
전파매질 및 반사매질의 물리적 특성에 따른 반사특성 분석은 도심지 포장 하부의
공동부 및 이완구간 뿐만 아니라 국부적으로 변화하는 상하수도관 파손부를 탐지할
수 있으므로 매설관 모니터링 시스템 구축에 활용될 수 있음.
3) 개발된 충진재를 지반 공동 충진에 활용
- 도심지에서 발생되는 지반함몰 문제를 효과적으로 저감하고, 실제 현장에서 공간적,
시간적 제약을 극복하여 시공의 효율성을 증대함. 또한, 지하매설물의 충분한 조기
및 장기강도 확보를 통한 안정성 확보 및 사회·경제·문화적 피해를 최소화할 수 있
음.
○ 또한 해당연구는 4차 산업 기술의 일환인 딥러닝 기법을 통한 데이터 분석에 관련
된 내용도 포함하고 있어 미래원천 기술을 확보하고 관련 기술이 건설 분야에 활용
될 수 있도록 도모함.
- 도로 분야에 딥러닝 기법 설계 및 적용을 통해 건설 분야에 딥러닝 기법이 더욱 효
율적이고 간편하게 접목될 수 있도록 방법론을 제안함.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 급속 충진제 도로 침하 딥러닝 유지관리 전자기파
영문 Rapid hardening material Road subsidence Deep learning Maintenance Electromagent ic wave
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