최근 건설 산업의 규모가 대규모, 초고층화 됨에 따라 공기단축, 원가절감, 품질항상 등의 각종 관리 분야에 대한 더욱 능률적인 관리 방법이 요구되고 있다. 이러한 요구사항과 맞물려 현재 건설 산업에서는 이를 지원하기 위한 방법의 일환으로 IT산업과의 연계를 통한 해결책이 점차 설득력을 얻어하고 있다. 최근 Bar Code, Personal Digital Assistant(PDA), Global Positioning System(GPS), Radio Frequency Identification(RFID) 등의 다양한 IT기술들이 그 해결방안으로 개발되고 있다. 본 연구는 이러한 다양한 IT기술 중, 최근 여러 분야에 대한 적용 가능성을 인정받은 실시간 위치추적 기술(RTLS)에 대해 분석하고, 이를 바탕으로 건설 현장에 적용 가능한 위치추적 기술을 개발하며, 검증하고자 한다. 본 연구에서 개발하고자 하는 위치추적 기술은 작업자 및 기인물의 실시간 관리를 통하여 재해를 예방하기 위한 것으로 추후 안전관리 분야에 효과적인 적용 가능성을 예상하며, 이 외에도 건설 현장에 적합한 위치추적 기술이 개발된다면 건설 자재 실시간 모니터링 분야, 건설 자동화 분야, 건설 품질 분야, 유지 관리 분야 등에 있어서도 효과적인 적용이 가능할 것으로 예상된다.
최근 건설 산업의 규모가 대규모, 초고층화 됨에 따라 공기단축, 원가절감, 품질항상 등의 각종 관리 분야에 대한 더욱 능률적인 관리 방법이 요구되고 있다. 이러한 요구사항과 맞물려 현재 건설 산업에서는 이를 지원하기 위한 방법의 일환으로 IT산업과의 연계를 통한 해결책이 점차 설득력을 얻어하고 있다. 최근 Bar Code, Personal Digital Assistant(PDA), Global Positioning System(GPS), Radio Frequency Identification(RFID) 등의 다양한 IT기술들이 그 해결방안으로 개발되고 있다. 본 연구는 이러한 다양한 IT기술 중, 최근 여러 분야에 대한 적용 가능성을 인정받은 실시간 위치추적 기술(RTLS)에 대해 분석하고, 이를 바탕으로 건설 현장에 적용 가능한 위치추적 기술을 개발하며, 검증하고자 한다. 본 연구에서 개발하고자 하는 위치추적 기술은 작업자 및 기인물의 실시간 관리를 통하여 재해를 예방하기 위한 것으로 추후 안전관리 분야에 효과적인 적용 가능성을 예상하며, 이 외에도 건설 현장에 적합한 위치추적 기술이 개발된다면 건설 자재 실시간 모니터링 분야, 건설 자동화 분야, 건설 품질 분야, 유지 관리 분야 등에 있어서도 효과적인 적용이 가능할 것으로 예상된다.
Recently, as the size of construction projects are getting bigger and higher, more effective managing methods are required in management areas such as duration reduction, cost reduction and quality management. In the current construction industry, conjunction with IT(Information Technology) is being...
Recently, as the size of construction projects are getting bigger and higher, more effective managing methods are required in management areas such as duration reduction, cost reduction and quality management. In the current construction industry, conjunction with IT(Information Technology) is being noticed as a solution to support these needs. Various IT solutions such as Bar Code, Personal digital assistant(PDA), global positioning system(GPS), radio frequency identification(RFID) are being developed. In this research, among the various IT solutions, the Real Time Locating System(RTLS) which is acknowledged as a technology with high applicational potential is analyzed. Based on this analysis, a locating system to apply in construction sites is developed and validated. The locating system is developed to prevent construction disasters through real-time management of workers and equipment, which enables effective application in the area of construction safety management. Moreover, applications of the locating system in many different areas like construction material realtime monitoring, construction automation, construction quality management, maintenance management are expected.
Recently, as the size of construction projects are getting bigger and higher, more effective managing methods are required in management areas such as duration reduction, cost reduction and quality management. In the current construction industry, conjunction with IT(Information Technology) is being noticed as a solution to support these needs. Various IT solutions such as Bar Code, Personal digital assistant(PDA), global positioning system(GPS), radio frequency identification(RFID) are being developed. In this research, among the various IT solutions, the Real Time Locating System(RTLS) which is acknowledged as a technology with high applicational potential is analyzed. Based on this analysis, a locating system to apply in construction sites is developed and validated. The locating system is developed to prevent construction disasters through real-time management of workers and equipment, which enables effective application in the area of construction safety management. Moreover, applications of the locating system in many different areas like construction material realtime monitoring, construction automation, construction quality management, maintenance management are expected.
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문제 정의
본 연구는 건설 안전 관리를 위한 실시간 위치추적 시스템의 구현을 목적으로, 건설 현장 적용의 가장 큰 문제점인 오차율 문제를 해결하고 이를 검증하였다. 우선 위치 추적 시스템의 요소기술 별 분석을 통하여 다양한 기반 기술 중 건설 현장에 가장 적합한 기술을 선정하였으며, 이를 바탕으로 건설 현장 안전 관리에 적용 가능한 시스템을 구현하였다.
본 연구는 건설 현장 안전관리에 적용 7|능한 실시간 위치추적 기술의 구현을 목적으로 하며, 연구의 절차와 방법은 아래와 같이 진행한다.
이에 본 연구에서는 건설현장 내 실시간 위치추적 기술의 적용성을 높이기 위한 방안으로 어시스턴트 태그(Assitant Tag)를 도입하였다. 어시스턴트 태그란 장애물로 인한 NLOS환경을 극복하기 위한 해결책으로, 이미 위치를 알고 있는 태그를 가상의 리더로 이용하는 방법을 말한다.
이에 본 연구에서는 기존의 실시간 위치추적 기술에 대한 연구를 바탕으로 건설 현장에 가장 적합한 실시간 위치추적 기술을 제안하며, 한편 건설 현장 내 실제적 적용을 위해 실시간 위치추적 기술의 가장 큰 문제점인 장애물 상황에서의 오차율 개선 방안을 제시 및 검증한다.
이에 본 연구에서는 최근 국내 및 해외에서 활발히 연구가 진행되고 있으며, RFID기술 및 USNOJbiquitous Sensor Network) 기술로부터 발전된 실시간 위치추적 기술(RTLS -Real-Time Locating System)에 대해 분석하며, 이를 바탕으로 건설 현장 안전관리에 적합한 위치추적 기술을 구현하도록 한다. 그리고 실시간 위치추적 기술의 건설 현장 적용 가능성을 파악하며, 건설 현장 적용의 가장 큰 문제점인 오차율 극복방안을 제시한다.
제안 방법
1) 실시간 위치추적 기술의 정의 및 특성을 파악하며, 이와 관련된 기존 연구를 분석한다. 또한 타 산업에서의 RTLS 응용 및 적용 사례를 분석하여 실시간 위치추적 기술의 효과를 파악한다.
2) 실시간 위치추적 기술을 통한 건설 안전관리 방법을 파악하고, 실제 건설 현장 적용을 위해 건설 현장의 특성을 분석한다.
3) 건설 현장에 적합한 실시간 위치추적 기술을 구현하기 위해측위기술 & 네트워킹기술, Engine & Reader & Tag, Frequency & Environment로 나누어 요소기술을 분석하며, 각 요소기술 별건설 현장에 가장 적합한 기술을 선정한다.
건설 현장 내에서의 실험은 LOS환경인 지하주차장과 NLOS 환경인 지상 층에서 시행하였다. LOS환경인 지하주차장에서 실험을 실행한 결과는<그림 5>과 같으며, NLOS환경인 지상 층에서 실험을 진행한 결과는<그림 6>과 같다.
현장에서 시행하였다. 공사 현황은 지하층 및 지상 3개 층정도에 골조공사가 이루어지고 있는 상황이 었으며, 실험은 LOS 환경과 NLOS환경으로 나누어 이루어졌다. 건설 현장 내 LOU 환경으로는 장애물이 거의 존재하지 않는 건물의 지하주차장을 선정하였으며, NLOS환경은 장애물로 벽 및 건설 장비 등이 존재하는 공사가 진행 중인 지상 층을 선정하였다.
우선 위치 추적 시스템의 요소기술 별 분석을 통하여 다양한 기반 기술 중 건설 현장에 가장 적합한 기술을 선정하였으며, 이를 바탕으로 건설 현장 안전 관리에 적용 가능한 시스템을 구현하였다. 그리고 건설 현장을 LOS 환경과 NLOS환경으로 구분하여, 실험을 바탕으로 위치추적 시스템의 현재의 효용성을 확인하고, 효용성을 증진시킬 수 있는 방안을 제시 및 검증하였다.
그리고 실시간 위치추적 기술의 건설 현장 적용 가능성을 파악하며, 건설 현장 적용의 가장 큰 문제점인 오차율 극복방안을 제시한다. 마지막으로 실험을 통하여 이를 검증하도록 한다.
기존 연구를 분석한다. 또한 타 산업에서의 RTLS 응용 및 적용 사례를 분석하여 실시간 위치추적 기술의 효과를 파악한다.
본 연구에서 채택한 실시간 위치추적 기술은 CSS(Chirp spread spectrum)를 기반으로 한 실시간 위치 인식 시스템으로 4 가지 하드웨어로 이루어진다. 위치좌표를 파악하기 위한 태그 (Tag)와 리더(Reader), 그리고 파악된 위치좌표를 1차적으로 처리하는 베이스 스테이션(Base-station), 마지막으로 모든 위치 좌표를 전송받아 저장하는 엔진(Locating Engine)으로 구성된다.
리더의 종류는 크게 고정식과 이동식 리더로 구분할 수 있는데, 이는 사용자의 휴대성과 경제성 등에 의해 선택된다. 본 연구에서는 고정식 리더와 이동식 리더를 혼용하여 적용하며, 이는 건설 현장의 환경을 고려해, 전원 공급이 가능한 지역에 리더의 설치가 가능한 경우에는 고정식 리더를 설치하도록 하며, 그렇지 못한 경우 배터리를 이용한 이동식 리더를 설치한다.
분석 결과, 본 연구에서는의 여러가지 네트워크 기술중 UWB방식의 일종인 CSS방식을 적용도록 한다.
선정한 요소기술을 종합하여 시스템의 성능을 평가하기 위해 실제 현장에서 실험을 진행하도록 한다.
실험을 실시하기 위해서는 우선 서버기능을 수행하는 엔진을 설치하며, 전원 및 유선 LAN을 이용하여 베이스-스테이션을 설치한다. 또한모서리 부분에 리더를 설치하고 리더의 좌표를 엔진 상에 설정한다.
앞서 4장에서 건설 현장에 적합한 위치추적 시스템을 구현하기 위해 다양한 기반기술을 분석했으며, 분석을 바탕으로 기술들을 선정하였다. 선정한 요소기술을 종합하여 시스템의 성능을 평가하기 위해 실제 현장에서 실험을 진행하도록 한다.
해결하고 이를 검증하였다. 우선 위치 추적 시스템의 요소기술 별 분석을 통하여 다양한 기반 기술 중 건설 현장에 가장 적합한 기술을 선정하였으며, 이를 바탕으로 건설 현장 안전 관리에 적용 가능한 시스템을 구현하였다. 그리고 건설 현장을 LOS 환경과 NLOS환경으로 구분하여, 실험을 바탕으로 위치추적 시스템의 현재의 효용성을 확인하고, 효용성을 증진시킬 수 있는 방안을 제시 및 검증하였다.
이 세 가지 기술에 대한 분석 결과, RSSI기술은 큰 오차의 발생으로 정확한 위치 좌표를 요구하는 건설 현장의 특성에는 적합하지 않으며, TDOA기술은 정확도 부분에서는 양호하지만, 시각 동기가 필요하여, 시각 동기 구축의 어려움으로 구현이 불가능하다. 이에 비하여 T0A 기술은 정확도 측면에서도 양호하며, 또한 위치추적 범위에서도 비교적 넓은 범위의 위치추적이 가능하여 본 시스템에는 최종적으로 TOA방법을 적용하도록 한다.
거리를 산정하는 과정에서는 태그와 리더 간의 신호 도달 시간을 이용하여 산정하게 되며, 리더와 태그 간의 거리가 도출된 후에는 세 개 이상의 리더와 태그 사이의 거리를 이용하여 삼변측량을 통하여 태그의 좌표를 산출하게 된다. 이와 같은 방법을 통하여 본 연구에서는 최종적으로 위치 좌표를 도출한다.
4) 건설 현장 환경을 LOS(Line of Sigh。환경과 NLOS(Non Line of Sight)환경으로 분류하여 실험을 진행하며, 오차율 문제에 대한 개선 방안을 제시하고, 실험을 통하여 이를 검증한다.
대상 데이터
공사 현황은 지하층 및 지상 3개 층정도에 골조공사가 이루어지고 있는 상황이 었으며, 실험은 LOS 환경과 NLOS환경으로 나누어 이루어졌다. 건설 현장 내 LOU 환경으로는 장애물이 거의 존재하지 않는 건물의 지하주차장을 선정하였으며, NLOS환경은 장애물로 벽 및 건설 장비 등이 존재하는 공사가 진행 중인 지상 층을 선정하였다.
위치추적 시스템 평가를 위한 실험은 용인에 위치한 D사의 아파트 현장에서 시행하였다. 공사 현황은 지하층 및 지상 3개 층정도에 골조공사가 이루어지고 있는 상황이 었으며, 실험은 LOS 환경과 NLOS환경으로 나누어 이루어졌다.
이러한 다양한 주파수 중 본 연구에서 적용하는 주파수는 CSS 기반 실시간 위치추적 기술의 국제 표준으로 제정 중에 있는 IEEE 802.15.4a의 표준 주파수인 2.45GHz 주파수를 사용한다. 이처럼 본 연구에는 2.
이와 같은 어시스턴트 태그의 효용성을 확인하기 위해 실험을 진행하였다 실험은 부산대학교 실시간 위치추적 기술 테스트 센터에서 이루어졌다. 부산대학교 테스트 센터는 실내이며, 많은 철제 장애물과 기등이 존재하고 있어 건설 현장과 흡사한 환경을 지니고 있다고 할 수 있다.
성능/효과
5.3절에서의 결과 값을 살펴보면, 장애물이 존재하는 NLOS환경에서 오차율이 크게 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이는 건설 현장 내 실시간 위치추적 기술을 적용하기 위해서 반드시 해결해야 할 과제이다
구현한 실시간 위치추적 기술을 실제 건설 현장 내에서 실험을 바탕으로 효용성을 확인한 결과, 지하주차장 등의 LOS 환경에서는 1~2m정도의 비교적 작은 오차를 나타내고 있으나, 장애물이 존재하는 지상 층의 NLOS환경에서는 4~7m정도의 비교적 큰 오차 값을 보였다. 이는 전파의 특성상 NLOS환경에서 반사나 회절, 굴절 등으로 인하여 다중경로(multipath)가 발생한 결과로, 건설 현장 내 실시간 위치추적 시스템의 효용성을 높이기 위해서는 해결흐H야 할 문제점이다.
환경에서는 전파의 이동에 방해를 받지 않게 된다. 그 결과 장애물이 없는 환경에서는 전파가 효과적으로 잘 전달되며, 비교적 정확한 결과 값을 도출할 수 있다.
<표 8>을 살펴보면 실제 위치 값과 기술을 적용한 결과 값을 나타내고 있는데, 결과 값은 어시스턴트를 적용한 경우와 그렇지 않은 경우로 나누어 보여주고 있다. 데이터를 바탕으로 살펴보면, 어시스턴트태그 기법을 적용하였을 경우는 그렇지 않은 경우에 비하여 위치 측위의 오차 값이 평균 50% 수준 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 어시스턴트 태그가 추가적인 리더의 역할을 함으로서 장애물로 인한 NLOS지역을 극복한 결과이다.
TDOA기술, 그리고 TOA이다. 이 세 가지 기술에 대한 분석 결과, RSSI기술은 큰 오차의 발생으로 정확한 위치 좌표를 요구하는 건설 현장의 특성에는 적합하지 않으며, TDOA기술은 정확도 부분에서는 양호하지만, 시각 동기가 필요하여, 시각 동기 구축의 어려움으로 구현이 불가능하다. 이에 비하여 T0A 기술은 정확도 측면에서도 양호하며, 또한 위치추적 범위에서도 비교적 넓은 범위의 위치추적이 가능하여 본 시스템에는 최종적으로 TOA방법을 적용하도록 한다.
이는 전파의 특성상 NLOS환경에서 반사나 회절, 굴절 등으로 인하여 다중경로(multipath)가 발생한 결과로, 건설 현장 내 실시간 위치추적 시스템의 효용성을 높이기 위해서는 해결흐H야 할 문제점이다. 이러한 배경 하에 건설 현장 효용성을 높이기 위한 방안으로 NLOS환경에서의 어시스턴트 태그(Assistant Tag)를 제안하였으며, 어시스턴트 태그의 현장 적용 결과 평균 오차가 50% 수준으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 어시스턴트 태그가 장애물로 인한 NLOS지역을 극복할 수 있는 리더 역할을 하여, 장애물을 통과하지 않고 전파를 송신 및 수신하게 된 결과이다.
후속연구
다양한 건설 관리 분야에 적용 가능할 것이다. 본 시스템은 우선적으로 건설 관리 분야 중 가장 효과적으로 적용 가능성이 예상되는 분야인 안전관리 분야에 적용을 목적으로 개발하였으나, 타 분야에서도 효과적으로 활용할 수 있을 것이라 예상된다. 장비나 자재에 위치추적 기술을 적용시킴으로서 건설 자재 관리나 건설 자재의 실시간 모니터링분야에 효과적으로 적용할 수 있을 것이며, 작업자에게 태그(Tag)를 부착함으로써 출역노무관리 분야에도 적용 가능할 것이다.
본 연구에서 개발 및 제안한 실시간 위치추적 시스템 및 어시스턴트 태그를 건설현장에 적용한다면, 건설 산업 내 효과적인 IT기술로서 다양한 건설 관리 분야에 적용 가능할 것이다. 본 시스템은 우선적으로 건설 관리 분야 중 가장 효과적으로 적용 가능성이 예상되는 분야인 안전관리 분야에 적용을 목적으로 개발하였으나, 타 분야에서도 효과적으로 활용할 수 있을 것이라 예상된다.
건설 현장은 일반 실내 환경과는 달리 다양한 자재 및 장비들이 존재하며, 이와 함께 작업자가 작업을 진행하는 공간이다. 이러한 환경 요인을 고려하여 건설 현장 내 적용 가능한 효과적인 위치추적 기술이 개발된다면, 다양한 건설 관리 분야에서 효과적인 기술로서 활용될 수 있을 것이다.
재해의 예방 가능성을 보여준다. 이처럼 실시간 위치추적 기술이 개발된다면 건설 현장 내에서 효과적인 안전관리 기 법으로 활용할 수 있을 것이다.
본 시스템은 우선적으로 건설 관리 분야 중 가장 효과적으로 적용 가능성이 예상되는 분야인 안전관리 분야에 적용을 목적으로 개발하였으나, 타 분야에서도 효과적으로 활용할 수 있을 것이라 예상된다. 장비나 자재에 위치추적 기술을 적용시킴으로서 건설 자재 관리나 건설 자재의 실시간 모니터링분야에 효과적으로 적용할 수 있을 것이며, 작업자에게 태그(Tag)를 부착함으로써 출역노무관리 분야에도 적용 가능할 것이다. 또한 물류관리 기능을 바탕으로, 타 IT기술과의 접목을 통하여 4D 진도관리 분야에서도 가능성을 가지고 있다.
분야에 적극 활용할 수 있을 것이다. 재해 발생의 직접 원인인 작업자와 기인물 및 가해물의 위치를 실시간으로 추적 및 관리함으로서 재해를 예방하게 되며, 이는 건설 현장 내에서 효과적인 안전관리 방법으로 활용할 수 있을 것이다.(이재현 2006, 주현태2) 2007)
특히 건설 현장에 적합한 실시간 위치추적 기술이 개발된다면, 하인리히(Heinrich 1959)의 사고발생 메커니즘에 입각하여 안전관리 분야에 적극 활용할 수 있을 것이다. 재해 발생의 직접 원인인 작업자와 기인물 및 가해물의 위치를 실시간으로 추적 및 관리함으로서 재해를 예방하게 되며, 이는 건설 현장 내에서 효과적인 안전관리 방법으로 활용할 수 있을 것이다.
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