기존의 유선 네트워크에 비하여 무선 네트워크는 저전력, 저비용, 자율 네트워크 구성 등의 장점을 가지고 있어 이를 대체하는 연구가 많이 진행되고 있다. 건축물 인상/기초보강 공사는 고도의 정밀한 계측이 병행되어야 하기 때문에 건축물에 각종 센서를 설치하고 그 센서를 데이터 로거에 연결하여 센서 데이터를 모니터링 하면서 작업한다. 그러나 이러한 유선 데이터 로거 방식은 배선에 많은 시간이 소요되고 설치된 배선은 공사에 방해가 된다. 또한 유선 데이터 로거 방식에서는 단순히 수치와 그래프 형태만으로 표시되는 한계성 때문에 공사 진행에 필요한 신속한 의사 결정을 효과적으로 지원하는 데에는 한계가 있다. 이러한 유선 데이터 로거 방식의 배선 관련 문제점을 해결하고 신속한 의사 결정을 지원하기 위하여 무선 센서 네트워크 기반의 모니터링 시스템을 설계 및 구현하였다. 이 시스템의 성능, 정확성, 유용성을 검증하기 위하여 시뮬레이션과 현장 실험을 실시하였다. 그 결과로 본 연구의 무선 센서 네트워크 방식이 기존 유선 데이터 로거 방식보다 설치와 배포가 용이하고, 건축물과 센서가 3D로 표현되고 움직임으로써 사용자가 직관적이고 전체적인 모니터링이 가능하고, 유선 방식만큼의 정밀도를 제공할 뿐만 아니라 다수의 센서에 대해서도 실제로 적용 가능한 성능을 보임을 검증하였다.
기존의 유선 네트워크에 비하여 무선 네트워크는 저전력, 저비용, 자율 네트워크 구성 등의 장점을 가지고 있어 이를 대체하는 연구가 많이 진행되고 있다. 건축물 인상/기초보강 공사는 고도의 정밀한 계측이 병행되어야 하기 때문에 건축물에 각종 센서를 설치하고 그 센서를 데이터 로거에 연결하여 센서 데이터를 모니터링 하면서 작업한다. 그러나 이러한 유선 데이터 로거 방식은 배선에 많은 시간이 소요되고 설치된 배선은 공사에 방해가 된다. 또한 유선 데이터 로거 방식에서는 단순히 수치와 그래프 형태만으로 표시되는 한계성 때문에 공사 진행에 필요한 신속한 의사 결정을 효과적으로 지원하는 데에는 한계가 있다. 이러한 유선 데이터 로거 방식의 배선 관련 문제점을 해결하고 신속한 의사 결정을 지원하기 위하여 무선 센서 네트워크 기반의 모니터링 시스템을 설계 및 구현하였다. 이 시스템의 성능, 정확성, 유용성을 검증하기 위하여 시뮬레이션과 현장 실험을 실시하였다. 그 결과로 본 연구의 무선 센서 네트워크 방식이 기존 유선 데이터 로거 방식보다 설치와 배포가 용이하고, 건축물과 센서가 3D로 표현되고 움직임으로써 사용자가 직관적이고 전체적인 모니터링이 가능하고, 유선 방식만큼의 정밀도를 제공할 뿐만 아니라 다수의 센서에 대해서도 실제로 적용 가능한 성능을 보임을 검증하였다.
Wireless sensor network has merit of low-power, low-cost and self-organization network, so there are many researches substituted for existing wire network. As structure reinforcement work need a high accuracy, many sensors are installed in structure and connected with data logger for monitoring. How...
Wireless sensor network has merit of low-power, low-cost and self-organization network, so there are many researches substituted for existing wire network. As structure reinforcement work need a high accuracy, many sensors are installed in structure and connected with data logger for monitoring. However this wire data logger method takes a long time to install wires and installed wires obstruct to work. Additionally, wire data logger method represent sensor data by only numeric and graph, it is not able to support a rapid decision-making for working. To resolve wiring problem and support decision-making, we designed and implemented the monitoring system based in wireless sensor network. For verifying performance, accuracy and availability, we simulated and tested our system in real field. Consequently, wireless sensor network method is easier to install and deploy than wire data logger method, user is able to monitor instinctively and overall by 3D representation of structure and sensors, and it show not only accuracy but also performance for many sensors.
Wireless sensor network has merit of low-power, low-cost and self-organization network, so there are many researches substituted for existing wire network. As structure reinforcement work need a high accuracy, many sensors are installed in structure and connected with data logger for monitoring. However this wire data logger method takes a long time to install wires and installed wires obstruct to work. Additionally, wire data logger method represent sensor data by only numeric and graph, it is not able to support a rapid decision-making for working. To resolve wiring problem and support decision-making, we designed and implemented the monitoring system based in wireless sensor network. For verifying performance, accuracy and availability, we simulated and tested our system in real field. Consequently, wireless sensor network method is easier to install and deploy than wire data logger method, user is able to monitor instinctively and overall by 3D representation of structure and sensors, and it show not only accuracy but also performance for many sensors.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
건축물의 인상/기초보강 공사에 사용되는 Pile Reaction 기술의 개념과 특징 그리고 적용되는 분야를 살펴본다. 다양한 원인에 의하여 부등 침하되어 기울어진 건축물이나 증축 공사 또는 리모델링 공사에 PR 기술을 사용할 수 있다[6, 7], PR기술은 구조물을 지지할 수 있는 보강용 강관을 유압잭의 반력으로 소요 지지층까지 압입 한 후 압입 한 보강용 강관들을 동시에 가압하여 구조물을 인상하거나 기초를 보강한다.
기존의 건축물 보강 공사에 사용되었던 유선 데이터로거 시스템을 대체하기 위해 개발된 무선 센서 네트워크 기반의 모니터링 시스템의 적합성과 성능을 점증하기 위하여 시 험하였다. 무선 센서의 정확성 테스트를 위하여 실제 공사 현장에 센서를 설치하고 각각의 센서를 데이터 로거와 무선 센서에 동시에 연결하여 측정된 값을 비교 확인 한다.
본 연구는 이러한 유선 데이터 로거 방식의 문제 점들을 해결하기 위하여 센서가 설치 된 바로 그 지 점 에서 아날로그 형태의 미소 전압을 증폭하고 디지털 변환하는 센서 보드를 개발하고, 변환된 센서 데이터를 수집하여 모니터 링 프로그램으로 송신하는 센서 네트워크 응용 프로그램을 개발한다. 또한수집한 다양한 센서 데이터를 집 단화하고, 비교 분석 할 수 있도록 수치와 그래프뿐만 아니라 3차원의 가상공간에 건축물을 표현하고 센서 데이터에 따라 건축물이 움직 이는 실시간 3D 모니터 링시스템을 구현한다.
직관적 판단에 문제가많았다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 무선 센서 네트워크를 도입하였고 모니터 링 시스템에 건물의 움직 임을 3D 화면으로 표현함으로써 공사 진행에서 빠른 의사 결정을 도울 수 있었다. 본 연구의 무선 센서는 한 개의 센서에 대호 H 서만 데이터 수집 및 송신이 가능하도록구현되었다.
제안 방법
건축기사는 구조물의 상태, 구조형태, 지반의 수성 상태에 대한 현황 조사를 하고, 이 현황 조사에 근거하여 건축구조설계사가 하중 산출, 압입 파일의 내력 결정, 배치 및 구조 해석을 한다. 기능공은 천공 작업 후 반력 앵커를 설치, 고강도몰탈을 타설한다.
형태로 표현하였다. 또한 그래프에 센서 값뿐만 아니라 작업 목표 값을 설정 하여 가이 드 선으로 표시 함으로서 의사 결정을 용이토록 하였다. 또한 현장의 보강 작업형 태와 같이 다수의 센서를 여러 개의 그룹으로 나누어 표시할 수 있도록 하였다.
또한 그래프에 센서 값뿐만 아니라 작업 목표 값을 설정 하여 가이 드 선으로 표시 함으로서 의사 결정을 용이토록 하였다. 또한 현장의 보강 작업형 태와 같이 다수의 센서를 여러 개의 그룹으로 나누어 표시할 수 있도록 하였다.
모니터링 시스템을 개발하기 위하여 실제 현장에서 PR 기 술을 이용하여 보강 공사를 하는 절차를 분석 하였다. 공사 참여자에는 작업진행을 총괄 진행하는 총 책임자, 현황 조사와 구조 설계하는 기사, 실제 작업을 하는 용접공, 기능공, 콘크리트공이 있다.
위하여 시 험하였다. 무선 센서의 정확성 테스트를 위하여 실제 공사 현장에 센서를 설치하고 각각의 센서를 데이터 로거와 무선 센서에 동시에 연결하여 측정된 값을 비교 확인 한다. 무선 센서 네트워크와 모니터 링 시스템의 처리 성능을 측정 하기위해서는 데이터 생성 시뮬레 이 터 에서 동시에 50개의 센서가 1초 간격으로 데 이 터를 발생 시 킨다.
본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 무선 센서 네트워크를 도입하였고 모니터 링 시스템에 건물의 움직 임을 3D 화면으로 표현함으로써 공사 진행에서 빠른 의사 결정을 도울 수 있었다. 본 연구의 무선 센서는 한 개의 센서에 대호 H 서만 데이터 수집 및 송신이 가능하도록구현되었다. 향후 비용 절감 및 데이터 발생에 따른 전문 전송 횟수를 줄이기 위하여 다수의 센서에 대해서도 동시에 데이터를 수집할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.
본연구의 제약 사항 중 하나인 센서 데이터를 212의 분해력을 만족 시키 기 위하여 그림 12와 같이 MICROCHIP 사의 MCP320C ADC를 사용하고, 저전력형 단전원 LM2904 연산 증폭기 를 사용하여 미소 전압을 증폭하였다.
기울기 센서로부터 수신한 기울기 데이터를 기반으로 정면, 측면 수평 계를 표시하고, 또한 인상 보강 작업에 의한 건물의 움직 임도 실시간으로 표시한다. 사실상 인상보강 작업을 할 때 건물의 움직임은 매우 미소하여 육안으로 구별하기가 어렵기 때문에 사용자가 기울기 배율을 설정하여 과장되 게 표시 할 수 있도록 하여 공사 중인 건물의 움직 임을 용이하게 파악하도록 하였다. 수집된 데이터는 공사장 별로 데이터베이스를 구축하여 실시간으로 저장함으로써 공사 후 작업 결과에 대한 분석을 할 수 있다.
데 이 터를 수집 한다. 수집 된 데 이 터 의 오차를 최 소화하기 위하여 1초에 100회를 수집하고 평균의 내어 무선 송수신기 에 RS232C 통신으로 보낸다. 데 이 터 수집 기는 엔티 렉 스 사의 NT-A128 보드와 ATMEGA128 MCU 로 구성 된다.
대상 데이터
수집 된 데 이 터 의 오차를 최 소화하기 위하여 1초에 100회를 수집하고 평균의 내어 무선 송수신기 에 RS232C 통신으로 보낸다. 데 이 터 수집 기는 엔티 렉 스 사의 NT-A128 보드와 ATMEGA128 MCU 로 구성 된다.
센서 네트워크 무선 송수신 장치는 휴인스 사의 USS2400 무선 모듈을 사용하였다. 이 무선 모듈은 Chipcon 사의 CC2420 무선 트랜시버와 ATMEL 사의 ATMEGA128L MCU로 구성 되어 있다.
센서 데이터 수집기는 LVDT 변위 센서, 파이형 스트레인 균열 센서, 기울기 센서로부터 아날로그데 이 터를 받아 증폭하고 디지털로 변환하고, 설정된 주기에 따라 무선 게이트웨이로 송신한다. 또한 센서 데이 터 수집 기 는 무선 게 이 트웨 이 로부터 수신 한 각종 설정 정보를 저장하고 실행한다.
성능/효과
그림 16은 1초 주기로 데이터를 송신하는 센서 수를 10개에서 50개까지 10개씩 늘렸을 때 10초 간격으로 모니터 링 시스템의 CPU 점유을 Windows의 perfmoii 유틸리티를 이용하여 측정한 결과이다. 10개, 20개, 30개, 40개, 50개의 센서로부터 데이터를 수신할 경우 평균 10.8%, 14.2%, 21.3%, 29.2%, 37.2%의 CPU 점유율을 보인다. 이와 같은 결과는 센서 의 수의 증가에 따라 CPU 점 유율이 거의 선형 적 으로 증가 하지만 40% 이하로 제 약 사항을 만족한다.
이상과 같이 실제 공사 현장에 무선 센서를 설치하고 센서 네트워크를 구성하여 모니터링 시스템의 평가한 결과, 무선 센서 네트워크기반의 보강공사모니터링 시스템의 정확성과 성능에 문제가 없고 의상 결정에 효과적임을 확인했다.
후속연구
본 연구의 무선 센서는 한 개의 센서에 대호 H 서만 데이터 수집 및 송신이 가능하도록구현되었다. 향후 비용 절감 및 데이터 발생에 따른 전문 전송 횟수를 줄이기 위하여 다수의 센서에 대해서도 동시에 데이터를 수집할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.
참고문헌 (8)
Carle, J. Simplot-Ryl, D., "Energy-efficient area monitoring for sensor networks," IEEE Computer Society, vol. 37, 2004, pp. 40-46
Gracanin, D. Eltoweissy, M. Wadaa, A. DaSilva, L.A., "A service-centric model for wireless sensor networks," IEEE Journal on selected areas in Communications, vol. 23, 2005, pp. 1159-1166
A. Wheeler, "Commercial Applications of Wireless Sensor Networks Using ZigBee," IEEE Communications Magazine, vol. 45, 2007, pp. 70-77
Yu-Chee Tseng Meng-Shiuan Pan Yuen-Yung Tsai, "Wireless sensor networks for emergency navigation," IEEE Computer Society, vol. 39, 2006, pp. 55-62
Ning Xu, Sumit Rangwala, "A Wireless Sensor Network For Structural Monitoring," Proceedings of the ACM Conference On Embedded Networked Sensor Systems, 2004, pp. 13-24
변항용, 송창영, 이수곤, "유압잭의 반력을 이용한 기존 구조물의 인상공법", 한국구조물진단학회 학술발표논문집 제8권 2호, 2004, pp 48-54
변항용, "압입파일을 이용한 기존 구조물의 인상과 기초 보강", 한국구조물진단학회지, 제9권 2호, 2005, pp 32-43
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.