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무선센서 네트워크를 이용한 건설현장 안전관리 모니터링 시스템
WSN Safety Monitoring using RSSI-based Ranging Technique in a Construction Site 원문보기

한국재난관리표준학회지, v.2 no.2, 2009년, pp.49 - 54  

장원석 (영남대학교 건설시스템공학과) ,  신도형 (영남대학교 건설시스템공학과)

초록
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건설공사의 대형화, 고층화에 따라 건설현장에서 발생하는 안전사고가 사회적인 이슈가 되고 있다. 국제노동기구에 따르면 전 세계적으로 매년 60,000건의 건설재해가 발생하고 있으며, 이는 전체 산업재해의 17%에 해당하고 있다. 건설재해 발생 유형을 살펴보면 충돌과 추락사고가 전체 건설재해의 60% 이상을 차지하고 있다. 본 연구에서는 무선센서 네트워크를 활용하여 건설근로자와 위험 대상체간의 안전거리를 예측함으로써 추락 및 충돌사고를 예방할 수 있는 안전관리 모니터링 시스템을 개발하였다. 이를 위하여, 무선신호 강도와 노이즈 계수를 분석함으로써 안전거리를 예측하고 무선 네트워크망을 통해 건설근로자의 안전거리를 추적하고 경보음을 통한 안전관리 및 모니터링을 수행할 수 있는 기법을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

High incident of accidents in construction jobsite became a social problem. According to the International Labour Organization (ILO), more than 60,000 fatal accidents occur each year in construction workplace worldwide. This number of accidents accounts for about 17 percent of all fatal workplace ac...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 건설 현장 내의 위험요소와 근로자들간의 안전거리를 확보함으로써 현장 내에서의 안전사고를 감소시키고 예방하기 위하여 본 연구에서는 다음과 같은 무선센서 기반의 안전 모니터링 시스템을 구축하였다. 먼저 무선센서 송신단말기 (Tx)를장비, 자재, 굴착지역 등의 위험 대상체에 부착시키고, 또다른 무선센서 수신 단말기 (Rx)를 인부의 안전모에 부착시킨다 여기서 위험 대상체에 부착되어 있는 송신 단말기는 단말기의 ID 정보와 함께 일정한 주기로 무선 신호를 송신하게 되고, 근로자의 안전모에 부착되어 있는 수신 단말기는 방사형으로 전파되는 이 무선 신호를 수신받아 위험 대상체와의 거리를 산출하게 된다.
  • 그렇지만, 안전거리를 예측할 때 주된 판단기준으로 고려되는 단거리 (0∼ 10 m)에서는 상대적으로 낮은 노이즈를 보여주고 있기 때문에, 본 연구에서는 단거리에서의 노이즈를 분석하여 보다 정확한 거리 예측이 가능한 기법을 제시하였다.
  • 문명이 발달되고 삶의 질이 향상됨에 따라 건설현장에서 발생하는 건설재해에 대한사회 전반적인 관심이 그 어느때보다 높아지고 있다 제도적, 관리적, 교육적인 체계를 마련함으로써 건설현장 내의 안전사고를 감소시키고자 하는 노력을 기울여왔지만, 최근 건설공사의 대형화 및 고층화 추세로 인해 중상 및 사망사고 같은 중대안전사고의 발생회수는 감소되지 않고 있다. 따라서 본 연구는 건설재해를 예방하고 근로자들의 안전과 작업능률을 향상시키기 위하여, 최근 급속히 발전하고 있는 첨단 무선센서 네트워크 기법을 활용하여 건설현장의 안전관리 모니터링 기법을 개발하였다. 지그비 무선모률을 사용하여 송수신단말기 상호간의 무선신호 강도를 실험을 통하여 계측하였고, 계측된 무선신호의 강도를 분석하여 각 단말기간의 거리와 노이즈강도를 예측함으로써 20 m 이내의 안전거리 예측기법을 개발하였다.
  • 비록 근로자들이 평소에 안전교육 및 지침을 성실히 수행하더라도 안전거리 확보에 대한 경각심이 높아지지 않으면 건설재해에 의한 안전사고가 크게 감소되지 않을 것으로 예상되며, 건설현장의 재해사고를 감소시키기 위한 추가적인 대책마련이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 건설공사의 대형화 및 고층화에 따른 대형 건설재해를 예방하고, 근로자들의 안전과 작업능률을 향상시키기 위하여, 첨단 무선센서 네트워크 기법을 활용한 안전관리 모니터링 시스템을 개발하였다 또한, 무선센서의 송수신단말기 상호간의 단거리 무선신호 강도를 계측하여 거리를 예측하는 기법을 제시함으로써, 향후 저비용, 확장성, 편리성 기반의 건설 유비쿼터스 환경을 위한 기반연구를 수행하고 적용 타당성을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 무센센서의 기능성과 네트워크 확장성을 향상시키기 위하여 지그비 (ZigBee) 기반의 2.4 GHz Micaz 무선 모률을 사용함으로써 건설 현장 안전 모니터링 시스템을 위한 안전거리 계측 기법을 개발하였다(그림 3 참조). 거리계측 실험을 위하여, 송신 단말기에는 10초 간격으로 1바이트의 단말기 lD와 2바이트의 송신 카운터를 실은 무선 신호를 최대 전력 (0dBm )으로 송출하고, 수신 단말기는 무선 신호를 수신하여 RSSI를 계측하고 송신단에서 보내온 카운터와 실제 수신받은 패킷 개수를 비교하여 수신율을 산정하게 된다.

가설 설정

  • 특히, 무선 신호가 장애물을 통과하게 될 경우 무선 신호의 세기가 크게 감소되어 거리 환산에 많은 오차를 유발하고 있다 이는 일정한 거리에서 계측한 RSSI의 시간이력곡선을 통해 확인해볼 수 있다(그림 4(우) 참조). 따라서 본 실험에서는 송신단과 수신단 사이에는 장애물이 없는 LOS(Line-of-Sight) 상태를 가정하여 실험을 수행하였다. 계측된 샘플값을 대상으로 다항식 보간법을 사용하여 그림과 같이 붉은색 점선으로 표시하였고, 보간 곡선에 대한 통계분석을 수행하였고, R-square와 RMSE(root mean squared error)가 각각 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
어떠한 점을 고려했을 때, 지그비를 이용한 무선센서 네트워크가 향후 건설 유비쿼터스 환경에서 적용성이 높으리라 판단되는가? Lee는 적외선과 초음파 센서를 융합하여 모바일 센서 단말기 (MS마를 개발하여 안전관리를 수행할 수 있는 모니 터링 시스템을 구축하였고(Lee 등, 2009), Jang은 지그비 무선센서와 초음파 센서를 융합하여 보다 정확한 건설자원의 위치정보를 계측하고 네트워킹을 구성하여 효율적으로 트래킹할 수 있는 기법을 제시하였다(Jang 등, 2009). 하지만, 대상면적이 넓고 건설공정과 자원의 흐름이 비정형적인 특성을 보여주는 건설현장에서 첨단 IT기술을 효율적이고 경제적으로 활용하기 위해서는 성능과 기능뿐만 아니라 설치비용, 확장성, 사용편이성, 호환성 등이 함께 고려되어야한다. 이러한 점을 고려하였을 때, 지그비 (ZigBee)를 이용한 무션센서 네트워크는 GPS나 RFlD시스템과 달리 비용, 확장성, 호환성 측면에서 우수하여, 향후 건설 유비쿼터스 환경에서의 적용성 이 높으리라 판단된다.
노동집약적이고 1 회성 주문생산의 형태를 나타내고 있는 특수한 건설 산업은 어떠한 혁신을 필요로 하는가? 다른 산업과 달리 노동집약적이고 1 회성 주문생산의 형태를 나타내고 있는 특수한 건설 산업은 생산성 향상과 프로젝트 비용 절감, 건설현장의 안전 및 환경관리 등에 대한 혁신을 필요로 하고 있다. 특히 최근 급속히 발전하고 있는 lT기 술과 유비쿼터스에 대한 관심으로 인해, 현재의 건설산업은 이전보다 자동화되고 효율적인 공정, 품질, 원가, 안전관리를 위한 새로운 기회와 전환기를 맞이하고 있으며, 무선센서 네트워크, 첨단 컴퓨팅 및 통신 기술은 유비쿼터스 건설환경을 위한 핵심기술로서 자리잡아 가고 있다.
건설현장에서의 추락, 충돌 및 협착사고는 어떠한 경우가 대부분인가? 건설현장에서의 추락, 충돌 및 협착사고는 많은 경우가 위험 대상체로 인식되어지는 건설장비, 건설자재, 낭떨어지, 굴착지역 등과 근로자들 사이의 안전거리 미확보 및 부주의에 기안하는 경우가 대부분이다. 비록 근로자들이 평소에 안전교육 및 지침을 성실히 수행하더라도 안전거리 확보에 대한 경각심이 높아지지 않으면 건설재해에 의한 안전사고가 크게 감소되지 않을 것으로 예상되며, 건설현장의 재해사고를 감소시키기 위한 추가적인 대책마련이 시급한 실정이다.
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