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문제 정의
- 그러나, 앞서 기술한 다양한 무선통신기술의 건설산업에의 적용은 아직 도입단계라 볼 수 있고, 실제 현 시점에서는 적용사례가 미비함에 따라 실질적인 사용성 평가 및 개선안이 마련되어 있지 않다. 따라서, 본 논문에서는 건설산업분야 및 무선통신기술 개발분야 등 다양한 전문가들의 설문자료와 실제로 ZigBee가 적용된 여러 가지 사례분석 및 연구 결과를 바탕으로 건설산업에 있어서 ZigBee의 사용성과 활성화 가능성을 평가하여, 유비쿼터스 기반의 건설자동화 시스템 구축을 위한 기초연구 수행을 목적으로 한다.
- ZigBee 기술은 홈 네트워크, 빌딩 자동화, 산업 제어, 의료 장비 무선화 그리고 모니터링 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 본 논문에서는 건설산업 분야인 교량, 사면안정, 도로 및 교통분야 등 ZigBee기술이 사용된 문헌 및 사례를 조사하여 현시점에서의 건설산업 분야 ZigBee기술의 적용 동향에 대해 고찰하고자 한다.
- 본 논문은 건설 유비쿼터스 실현을 위한 핵심기술인 ZigBee 무선통신기술의 동향분석 및 건설산업에의 적용을 통한 향후 활성화 방안 모색을 위해서, 건설산업에 적용된 여러 가지 사례분석을 바탕으로 교량, 사면안정, 도로 및 교통 분야 등의 연구 및 적용사례를 고찰하였다. 또한, 무선통신 기술의 종류 및 장단점을 분석하고, 건설 유비쿼터스에 적용될 수 있는 무선통신 기술 중의 하나인 ZigBee기술의 개략적인 하드웨어 및 네트워크기법을 소개하였다.
- 본 연구에서는 건설산업의 ZigBee 사용성 평가를 실시하기 위해 국내 및 국외의 연구 및 적용사례를 분석하였으며, 건설분야에서 특정한 대상 공종으로 한정 짓지 않고 다양한 분야로 나누어 사례분석 및 설문조사를 수행하였다.
- 본 연구에서는 첨단 융복합 IT기반 건설 유비쿼터스 실현에 핵심 기술로 알려지고 있는 ZigBee 무선통신기술에 대한 인식조사를 통해, 향후 ZigBee기술의 건설산업분야의 사용성과 적용성을 타진하고자 한다. 이러한 ZigBee에 대한 인식조사를 수행함으로써, ZigBee기술을 포함한 무선통신기술을 건설산업에 적용 시 고려해야 할 사항과 개선사항을 분석하고, 향후 보다 효율적은 응용기술을 타진하고 최적의 사용성을 파악할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있으리라 판단된다.
- 무선네트워크란 일반적으로 사용되는 유선통신 케이블 대신 다른 매체, 즉 전파나 빛 등의 매개체로 정보를 전달하는 기술을 말한다. 이러한 무선통신기술에는 Bluetooth, RFID, UWB, ZigBee, Wi-Fi, Wibro 등 다양한 종류가 있지만, 여기에서는 근거리 네트워크의 대표적인 기술인 Bluetooth, RFID, UWB, ZigBee의 특징에 대해서 기술하고자 한다.
제안 방법
- 1. 교량, 사면, 도로 및 교통 분야 등의 분야에서 ZigBee가 사용 및 응용된 연구사례를 분석하였다.
- 2. 건설산업에서 적용가능한 여러 가지 무선통신기술의 종류 및 장단점을 소개하였다.
- 3. 건설산업 및 무선통신기술 개발에 관련된 각계각층의 전문가들로부터 ZigBee 사용성에 관한 설문조사를 수행하였다.
- 4. 설문결과를 바탕으로 ZigBee 사용성 평가 및 향후 개선사항을 제시하였다.
- 그림 7은 앞 절에 기술한 ZigBee센서의 특징과 장점으로 알려져 있는 하드웨어의 안정성, 저비용, 인터페이스의 편이성, 저전력 하드웨어, 네트워크 자기치유기능 중에서 설문대상자들이 생각하는 두드러진 장점에 대한 의견을 조사하였다. 센서개발자는 저전력 및 인터페이스를 중시하고 있고, 대학 및 연구기관 및 대학생은 하드웨어의 안정성을 가장 중시하고 있으며, 건설업체는 저전력, 저비용 및 안정성을 최고 장점으로 인식하고 있음을 알 수 있다.
- 태풍이나 지진 등으로 인해서 교량붕괴사고를 방지하기 위해 과거에는 유선모니터링 기반의 안전관리를 수행하여 왔으나, 유선기반 시스템은 응급상황에서의 대처가 상당히 미비하다. 따라서, 본 사례에서는 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 이용하여 가속도센서장치로 교량상태를 기록하며, 무선으로 back-end server로 정보를 보내게 되는데, 이때 위험상황의 데이터가 감지되면 3G 휴대전화시스템을 통해 제어관리 담당자에게 정보를 보내주는 시스템을 구축하였다(Liu and Teng, 2010). 본 시스템에서는 저전송, 저전력, 저비용, 안정성, 저복잡성 등의 장점을 지닌 ZigBee 네트워크시스템과 ZigBee, RFID, Wi-Fi, 3G Cell phone, IP 카메라 등을 통합한 무선네트워크 시스템을 사용자가 원격컴퓨터나 3G 모바일 폰을 이용하여 상황을 파악하는 Winnoc 시스템을 구축하였다.
- 설문결과를 요약하면, 대부분의 설문대상자들이 ZigBee를 비롯한 무선센서의 건설사업단계에서의 도입 가능성을 높게 생각하고 있었으며, 그 기간 역시 향후 4~6년으로 예상하였다. 또한 원격제어 및 진동감지, 모니터링 및 계측 등을 포함한 ZigBee의 다양한 활용방법에 많은 관심을 갖고 있으며, 시공 전후단계뿐만 아니라 유지관리까지 포함한 전반적인 건설사업단계까지의 적용 가능성에 대한 인식을 확인하였다. 하지만 이런 기대효과에도 불구하고 건설산업에 ZigBee와 같은 무선통신기술이 활성화되기 위해서는, ZigBee에 대한 인식부족, 개발 및 도입에 필요한 자금 및 인력지원 등의 여러 가지 개선사항이 필요한 것으로 나타났다.
- 본 논문은 건설 유비쿼터스 실현을 위한 핵심기술인 ZigBee 무선통신기술의 동향분석 및 건설산업에의 적용을 통한 향후 활성화 방안 모색을 위해서, 건설산업에 적용된 여러 가지 사례분석을 바탕으로 교량, 사면안정, 도로 및 교통 분야 등의 연구 및 적용사례를 고찰하였다. 또한, 무선통신 기술의 종류 및 장단점을 분석하고, 건설 유비쿼터스에 적용될 수 있는 무선통신 기술 중의 하나인 ZigBee기술의 개략적인 하드웨어 및 네트워크기법을 소개하였다. 또한, 현재 건설산업에 적용할 수 있는 ZigBee의 사용성 인식 조사를 위해 총 28개에 달하는 항목을 바탕으로 센서개발자, 대학 및 연구기관, 대학생, 건설업체의 총 4분야로 설문대상자를 구분하여 설문조사를 수행함으로써, 각 전문분야의 특수성과 연구, 응용, 개발의 전문성을 고려하여 더욱 실질적이고 현실적인 의견을 타진할 수 있었다.
- 모바일 플랫폼의 활성화와 스마트폰 보급에 따라서, ZigBee와 모바일 스마트폰 어플리케이션 컨텐츠개발에 관련된 설문을 수행하였다. 그림 14는 스마트폰 어플리케이션에 개발에 있어 ZigBee 사용 시 가장 적합한 검측성능 및 대상에 대해 조사한 결과이다.
- 따라서, 본 사례에서는 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 이용하여 가속도센서장치로 교량상태를 기록하며, 무선으로 back-end server로 정보를 보내게 되는데, 이때 위험상황의 데이터가 감지되면 3G 휴대전화시스템을 통해 제어관리 담당자에게 정보를 보내주는 시스템을 구축하였다(Liu and Teng, 2010). 본 시스템에서는 저전송, 저전력, 저비용, 안정성, 저복잡성 등의 장점을 지닌 ZigBee 네트워크시스템과 ZigBee, RFID, Wi-Fi, 3G Cell phone, IP 카메라 등을 통합한 무선네트워크 시스템을 사용자가 원격컴퓨터나 3G 모바일 폰을 이용하여 상황을 파악하는 Winnoc 시스템을 구축하였다. 이를 이용하여 교량에 긴급상황이 발생 시 자동적으로 카메라가 이동하여 위치 및 측정정보가 서버에 전달되고, 3G SMS를 통해 유지관리 담당자에게 각종 정보를 송출함으로써, 실제 교량에서 위험상황이 감지될 때 즉각적으로 위험신호를 모니터링함으로써 각종 재난으로부터의 생명과 재산손실을 줄일 수 있다.
- 먼저 국내 사례로는 2010년 전북대학교에서 ZigBee와 CDMA를 이용하여 무선 네트워크 기반의 도로환경정보 모니터링 시스템을 설계 및 구축하였다. 시스템은 계측시스템, 제어시스템, 관리시스템으로 구성되어 있으며, 계측시스템과 제어시스템간의 통신은 ZigBee를 이용하였고, 제어시스템과 관리시스템간의 통신은 CDMA를 이용하였다. ZigBee 모듈은 XBee-PRO ZNet 2.
- 본 장에서는 수행된 설문결과를 바탕으로 ZigBee기술의 사용성을 분석하고 향후 연구 및 개발을 수행할 대 고려해야 할 사항을 정리하였다. 앞서 사용된 28개 항목의 설문조항을 기능성, 적용분야, 보완점, 향후전망 4가지 중요 사항으로 분류하였으며, 각 항목별로 가중 중요하게 고려되어야 할 사항을 분석하였다.
- 해외 사례로는 2010년 Doha에 있는 Qatar대학에서 저비용, 저전력의 무선 네트워크가 가능한 ZigBee와 차량의 움직이는 속도와 위치 정보를 기록할 수 있는 GPS기술을 이용하여 장치를 부착하고 있는 차량들의 정보를 길가에 있는 기지국 중 하나에 정보를 전송하고, 그 정보들을 중앙서버에서 종합하여 Doha의 교통 정보를 분석하고 예측하는데 사용하며, 실시간으로 사용자들에게 간단한 인터페이스를 이용하여 교통정보를 제공할 수 있는 테스트베드를 수행하였다. 그러나, ZigBee의 단일통신범위가 제한적이므로 스타네트워크를 이용하여 네트워크의 범위를 확장하거나 많은 수의 Probe를 사용함으로서 신호가 약한 부분을 보완해야 하는 문제점이 나타나고 있다(Al-Abdallah et al.
대상 데이터
- 시스템은 계측시스템, 제어시스템, 관리시스템으로 구성되어 있으며, 계측시스템과 제어시스템간의 통신은 ZigBee를 이용하였고, 제어시스템과 관리시스템간의 통신은 CDMA를 이용하였다. ZigBee 모듈은 XBee-PRO ZNet 2.5 OEM RF 모듈을 사용하였고, CDMA는 RX-M800S 모듈을 사용하였다. 실험결과 도로환경정보의 무선 네트워크 적용 가능성을 확인하고, 시설물 유지관리와 중개거리 확장에도 용이하다는 연구성과를 제시하고 있다(양경기 등, 2010).
- 먼저 건설업계로 구분된 설문대상자는 주로 중대형 건설시공사에 근무하는 건설기술자를 대상으로 하였고, 대학생으로 구분된 설문대상자는 무선계측기법 및 ZigBee기술에 대한 교육을 이수받은 건설관련 3, 4학년 학생을 대상으로 구성되었다. 또한, 대학 및 연구기관으로 구분된 설문대상자는 건축, 토목분야에서 IT 및 모니터링 관련 연구를 수행하고 있는 각 대학의 연구원 및 주요 시공사 부설 건설기술연구소 연구원을 대상으로 하였고, 무선센서 개발자는 ZigBee 뿐만 아니라, 일반적인 무선통신기술 전공의 센서개발 전문가로 선정하였다.
- 먼저 건설업계로 구분된 설문대상자는 주로 중대형 건설시공사에 근무하는 건설기술자를 대상으로 하였고, 대학생으로 구분된 설문대상자는 무선계측기법 및 ZigBee기술에 대한 교육을 이수받은 건설관련 3, 4학년 학생을 대상으로 구성되었다. 또한, 대학 및 연구기관으로 구분된 설문대상자는 건축, 토목분야에서 IT 및 모니터링 관련 연구를 수행하고 있는 각 대학의 연구원 및 주요 시공사 부설 건설기술연구소 연구원을 대상으로 하였고, 무선센서 개발자는 ZigBee 뿐만 아니라, 일반적인 무선통신기술 전공의 센서개발 전문가로 선정하였다.
- 먼저 국내 사례로는 2010년 전북대학교에서 ZigBee와 CDMA를 이용하여 무선 네트워크 기반의 도로환경정보 모니터링 시스템을 설계 및 구축하였다. 시스템은 계측시스템, 제어시스템, 관리시스템으로 구성되어 있으며, 계측시스템과 제어시스템간의 통신은 ZigBee를 이용하였고, 제어시스템과 관리시스템간의 통신은 CDMA를 이용하였다.
- 본 연구에서는 이미 현재 ZigBee기술을 사용하고 있거나 가까운 미래에 활용할 수 있는 설문대상자를 선정하였으며, 건설업계, 대학생, 대학 및 연구기관, 무선센서 개발자의 4분야 영역으로 구분하여 설문지 207부, 인터넷 설문 63부의 총 270명이 본 설문조사에 참여하였다.
성능/효과
- 2. 적용분야 측면: 적용시점으로 보면 전체 건설프로젝트 생애주기 중에서 현장 실측 데이터를 제공해 줄 수 있는 시공단계 및 유지관리단계에서의 적용성이 가장 높게 부각되었고, 특히 교량구조물의 계측 및 모니터링 분야에 대한 관심이 지배적인 것으로 나타났다. 이는 현재까지 ZigBee기술의 적용 및 개발이 가장 왕성하게 진행되어온 연구분야가 교량구조물의 건전도 모니터링임을 고려하면, 앞으로도 교량의 유지관리 측면에서의 실시간 상시계측이 ZigBee기술의 중요한 적용대상으로 판단된다.
- 3. 보완점 측면: 건설 유비쿼터스 실현을 위해서 가장 시급한 문제점으로 나타난 것은 ZigBee에 관한 인식부족이다. 직접적인 연구개발과 관련되지 않은 많은 건설 기술자들이 ZigBee의 기능과 활용사례 등에 대한 지식이 많이 부족하였으며, 이를 개선하기 위해서는 교육, 연구사례 발표, 홍보, 연구지원 등의 노력이 필요할 것으로 판단되고 있다.
- 4. 향후전망 측면: 국내건설산업에 ZigBee가 보편적으로 적용될 수 있을 시점은 향후 4~6년으로 나타났으며, 적용대상의 규모와 무선통신기술의 기능과 역할에 따라 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 생각하고 있는 ZigBee기술의 초기 도입비용으로는 1,000~5,000만원으로 나타나, 전체 건설사업비 측면으로 보면 작은 일부분의 예산으로도 ZigBee의 도입을 통해 효율적인 무선계측 및 관리가 가능할 수 있음을 암시하고 있다.
- 그림 4는 각 분야 설문대상자들에게 건설분야에 ZigBee가 사용되고 있는지에 대한 설문결과로서 전체 설문대상자 총인원의 절반 이상이 적용사례에 대해서 모르는 것으로 나타났다. 각 분야별로 살펴보면, 센서개발자로 분류된 설문대상자들만이 80% 이상이 사용 분야에 대하여 알고 있었으며 나머지 분야에서는 70% 이상이 ZigBee가 건설사업에 사용되고 있는 사례에 대해 인지하지 못하는 것으로 분석되었다. ZigBee기술 뿐만 아니라 무선통신기술 자체가 건설전공분야가 아니라는 일반적인 의식으로 인해, 건설적용사례 등에 대한 관심이 상대적으로 부족한 원인으로 판단되며, 향후 건설 유비쿼터스 실현을 위해서는 실시간 무선계측 및 정보공유를 통한 업무의 효율성 향상, 무선통신기술을 활용한 건설분야 연구사례나 활용사례에 대한 적극적인 홍보와 교육이 필요할 것으로 판단된다.
- 한편, 그림 3은 각 전체 설문 대상자에게 ZigBee를 처음 듣고 접하게 된 계기에 대해 알아본 결과이다. 각 분야별로 살펴본 결과 센서개발자 중 50% 이상이 TV 등의 언론매체를 통해 가장 많이 접한 반면, 대학생과 대학 및 연구기관은 학교수업 등을 포함한 교육 항목에 많은 선택을 하였고, 건설업계 경우 주로 인터넷이나 기타 지인들을 통해 ZigBee를 접한 것으로 파악되었다.
- 그림 2는 각 산업분야 설문 대상자들에게 ZigBee의 사용 여부에 대한 설문결과이다. 그림에서 볼 수 있듯이, 총 설문대상자의 50% 이상이 ZigBee를 사용해 보지 않은 것으로 나타났으며 이중에 센서개발자를 제외한 나머지 세 분야 설문대상자의 80% 이상이 ZigBee를 사용해 보지 않은 것으로 나타났다. 특히 건설업계로 분류된 설문대상자의 90% 이상이 ZigBee를 사용해보지 못한 것으로 나타나, ZigBee가 실무적으로 계측이나 모니터링 등의 건설실무에 활용되지 못하고 있는 것으로 분석되고 있어, 건설분야에서는 아직까지 ZigBee기술이 교육이나 연구 및 개발에 치중되어 있고 극히 일부 사례적용을 통해 ZigBee가 활용되고 있음을 알 수 있다.
- 정부지원이 요구되는 분야에 대해서는 대부분의 설문대상자들이 ZigBee에 대한 개발 및 도입 자금지원이 시급하다는 의견이 많았으며, 특히 다른 세 분야에 비해서 센서개발자 대상자들은 자금지원에 대해 요구하는 목소리가 더 높았다. 또한 무선통신기술에 관한 전공자가 아닌 건설관련 설문대상자들은 다양한 응용분야의 컨텐츠개발에 필요한 기술인력지원을 요구하는 목소리가 많았으며, 특히 건설업계 관련 설문대상자들은 ZigBee제품의 시장정보 제공에 대한 요구가 다음으로 많아 기술력 뿐만 아니라 ZigBee의 시장활성화를 통해 경제적인 상승효과와 투자 활성화 가능성에 대한 관심이 높음을 알 수 있어, 본 설문을 통해 각 분야에서 향후 실질적으로 필요한 요구사항과 지원사항에 대한 의견이 잘 반영되고 있다.
- 직접적인 연구개발과 관련되지 않은 많은 건설 기술자들이 ZigBee의 기능과 활용사례 등에 대한 지식이 많이 부족하였으며, 이를 개선하기 위해서는 교육, 연구사례 발표, 홍보, 연구지원 등의 노력이 필요할 것으로 판단되고 있다. 또한, ZigBee의 응용기술에 대한 정부의 적극적인 인적, 재정적 지원이 가장 필요한 사항으로 나타났으며, ZigBee의 기능적인 보완 및 요구사항으로는 측정값의 신뢰성이 판단되고 있다.
- 또한, 무선통신 기술의 종류 및 장단점을 분석하고, 건설 유비쿼터스에 적용될 수 있는 무선통신 기술 중의 하나인 ZigBee기술의 개략적인 하드웨어 및 네트워크기법을 소개하였다. 또한, 현재 건설산업에 적용할 수 있는 ZigBee의 사용성 인식 조사를 위해 총 28개에 달하는 항목을 바탕으로 센서개발자, 대학 및 연구기관, 대학생, 건설업체의 총 4분야로 설문대상자를 구분하여 설문조사를 수행함으로써, 각 전문분야의 특수성과 연구, 응용, 개발의 전문성을 고려하여 더욱 실질적이고 현실적인 의견을 타진할 수 있었다.
- ZigBee가 가지고 있는 일반적인 여러 가지 장점들이 유비쿼터스 실현이라는 청사진과 함께 많이 부각되어 있는 상황이지만, 현실적으로 아직까지는 건설산업의 다양한 응용분야에 적극적으로 도입되지 않고 있는 실정이기 때문에, 이와 같은 응답결과는 향후 무선통신기술의 개발과 디자인을 수행할 때 의미있는 기초자료로서 제공될 수 있을 것이라고 판단된다. 먼저, ZigBee가 더욱 활성화되기 위해서 보완되어야 할 사항으로 통신거리, 가격인하, 시장환경조성, 전력효율성, 측정값의 신뢰성, 기타 등으로 구분하여 조사한 결과 센서개발자는 통신거리에 대한 보완이 필요하다는 의견이 많았고, 건설업체와 대학 및 연구기관에서는 가격의 인하가 필요하다는 의견이 가장 많았으며, 시장환경조성이나 측정값의 신뢰성 측면도 높은 비율로 응답을 하였다. 네트워크 토폴로지 형성에 가장 중요한 요소 중의 하나인 송수신단 통신거리는 현재의 ZigBee기술이 건설현장과 같은 광범위한 대상 지역에 적용될 경우 극복해야 할 주요 장애요인으로 알려져 있으며, 센서기술자를 대상으로 한 응답결과는 이러한 기술적인 한계상황을 잘 지적하였다고 볼 수 있다.
- 전체 설문대상자 중 40%가 공사 진행현황 점검을 선택하였고, 27%가 장비관리를 선택하였으며, 그 다음으로 자재현황과 인부관리가 뒤를 이었다. 설문결과를 분석해보면, 시공단계에서 발생되는 수많은 계측정보 중에서 건설관리 측면에서 가장 현실적으로 수집되어야 할 공정정보에 많은 관심을 가지고 있으며, 기존의 공정표와 현장취득정보와의 연계를 통해서 일정/기성 성과분석 측면에 ZigBee와 같은 무선통신기술의 역할이 강조되고 있음을 알 수 있다. 또한 이와 관련하여 건설장비, 인부, 건설자재 등 건설사업 수행의 주요 자원에 관련된 관리 및 현황파악도 중요한 계측대상이 될 수 있음을 확인할 수 있다.
- 설문결과를 요약하면, 대부분의 설문대상자들이 ZigBee를 비롯한 무선센서의 건설사업단계에서의 도입 가능성을 높게 생각하고 있었으며, 그 기간 역시 향후 4~6년으로 예상하였다. 또한 원격제어 및 진동감지, 모니터링 및 계측 등을 포함한 ZigBee의 다양한 활용방법에 많은 관심을 갖고 있으며, 시공 전후단계뿐만 아니라 유지관리까지 포함한 전반적인 건설사업단계까지의 적용 가능성에 대한 인식을 확인하였다.
- 또한, 센서개발자는 UWB를 제외한 나머지 항목을 전반적으로 고르게 사용한 것으로 조사되었다. 설문조사의 결과로 보아, 대학 및 연구기관과 대학생들 사이에서는 휴대폰을 통한 연구, 교육 및 정보공유로 인해 블루투스 사용률이 높게 나온 것으로 판단되며 건설업체의 경우 ZigBee 보급률의 미비로 인해 상당히 낮은 사용률을 보여주고 있음을 알 수 있다.
- 4 표준 중 하나인 ZigBee를 사용하여 동적센서에는 Star Network 방식이고, 정적센서에는 Mesh Network 방식을 사용함으로써 가속도계, 변형률계, 풍향풍속계, 온도계 등을 인식하고, 수집된 계측 데이터는 CDMA를 통해 관리시스템까지 무선으로 전송된다. 실험 결과, ZigBee를 통하여 교량 내부뿐 아니라 외부까지도 통신이 가능함은 물론, u-node (ZigBee+Sensor) 모듈이 문제가 생길 경우 u-node 하나만 교체하면 되기 때문에, 유지관리가 용이해지는 장점을 가지고 있다. 따라서, 교량 모니터링 시스템을 위한 과학적이고 합리적인 데이터 제공과 유지관리 측면에서도 효율적인 정보공유와 사용이 가능하다.
- 그리고 대학 및 연구기관과 대학생에서는 전체적으로 고른 분포를 보인 것을 알 수 있다. 이로 보아, ZigBee를 이용한 무선네트워크의 주요 적용대상은 일반 건축구조물보다는 교량, 터널, 지하철, 도로 등과 같은 대규모 사회간접자본시설의 시공단계 및 사후관리 시 응용될 수 있는 시공관리, 무선계측 모니터링, 제어 및 유지관리 등으로 나타나고 있음을 파악할 수 있다.
- 본 시스템에서는 저전송, 저전력, 저비용, 안정성, 저복잡성 등의 장점을 지닌 ZigBee 네트워크시스템과 ZigBee, RFID, Wi-Fi, 3G Cell phone, IP 카메라 등을 통합한 무선네트워크 시스템을 사용자가 원격컴퓨터나 3G 모바일 폰을 이용하여 상황을 파악하는 Winnoc 시스템을 구축하였다. 이를 이용하여 교량에 긴급상황이 발생 시 자동적으로 카메라가 이동하여 위치 및 측정정보가 서버에 전달되고, 3G SMS를 통해 유지관리 담당자에게 각종 정보를 송출함으로써, 실제 교량에서 위험상황이 감지될 때 즉각적으로 위험신호를 모니터링함으로써 각종 재난으로부터의 생명과 재산손실을 줄일 수 있다.
- 그림 11은 통합된 설문 대상자들에게 시공단계에서 ZigBee를 사용하게 될 경우, 주요 적용대상 항목에 관한 설문결과이다. 전체 설문대상자 중 40%가 공사 진행현황 점검을 선택하였고, 27%가 장비관리를 선택하였으며, 그 다음으로 자재현황과 인부관리가 뒤를 이었다. 설문결과를 분석해보면, 시공단계에서 발생되는 수많은 계측정보 중에서 건설관리 측면에서 가장 현실적으로 수집되어야 할 공정정보에 많은 관심을 가지고 있으며, 기존의 공정표와 현장취득정보와의 연계를 통해서 일정/기성 성과분석 측면에 ZigBee와 같은 무선통신기술의 역할이 강조되고 있음을 알 수 있다.
- RFID 시스템은 태그(Tag), 리더(Reader), 안테나, 미들웨어로 구성되어 있으며, 크게 전원의 유무와 주파수 대역, 이 두 가지로 구분된다. 첫 번째로 전원의 유무에 따라 기능이 달라지며, 전원이 없는 경우를 수동형(Passive), 전원이 있는 경우를 능동형(Active)라고 한다. 수동형은 태그 자체에 배터리가 없고, 10m 이내 근거리 통신시 사용이 용이하고, 가격이 저렴하며, 반영구적인 반면, 능동형은 태그에 배터리가 있고, 수십 m까지 통신이 가능하지만 가격이 고가이고 UHF대역 이상에서 사용이 용이하다.
후속연구
- 그림 8과 9는 각 산업분야 설문 대상자들에게 ZigBee의 보완점 및 활성화에 있어서의 장애요인에 대한 응답결과이다. ZigBee가 가지고 있는 일반적인 여러 가지 장점들이 유비쿼터스 실현이라는 청사진과 함께 많이 부각되어 있는 상황이지만, 현실적으로 아직까지는 건설산업의 다양한 응용분야에 적극적으로 도입되지 않고 있는 실정이기 때문에, 이와 같은 응답결과는 향후 무선통신기술의 개발과 디자인을 수행할 때 의미있는 기초자료로서 제공될 수 있을 것이라고 판단된다. 먼저, ZigBee가 더욱 활성화되기 위해서 보완되어야 할 사항으로 통신거리, 가격인하, 시장환경조성, 전력효율성, 측정값의 신뢰성, 기타 등으로 구분하여 조사한 결과 센서개발자는 통신거리에 대한 보완이 필요하다는 의견이 많았고, 건설업체와 대학 및 연구기관에서는 가격의 인하가 필요하다는 의견이 가장 많았으며, 시장환경조성이나 측정값의 신뢰성 측면도 높은 비율로 응답을 하였다.
- 각 분야별로 살펴보면, 센서개발자로 분류된 설문대상자들만이 80% 이상이 사용 분야에 대하여 알고 있었으며 나머지 분야에서는 70% 이상이 ZigBee가 건설사업에 사용되고 있는 사례에 대해 인지하지 못하는 것으로 분석되었다. ZigBee기술 뿐만 아니라 무선통신기술 자체가 건설전공분야가 아니라는 일반적인 의식으로 인해, 건설적용사례 등에 대한 관심이 상대적으로 부족한 원인으로 판단되며, 향후 건설 유비쿼터스 실현을 위해서는 실시간 무선계측 및 정보공유를 통한 업무의 효율성 향상, 무선통신기술을 활용한 건설분야 연구사례나 활용사례에 대한 적극적인 홍보와 교육이 필요할 것으로 판단된다.
- 향후 사면 모니터링 기술이 포함된 USN 기반 모니터링 시나리오를 바탕으로 사면붕괴 모니터링 시스템의 개발 및 현장적용을 통해 재해예방 및 피해 최소화에 기여할 것으로 보여진다. 다만 실제 현장에서의 사면상태의 특성을 고려해본다면 보다 체계적이고 안정적인 시스템 구축 실현을 위해 사면안정 평가 기법과 같은 개선사항이 필요하며 구축된 ZigBee기반 USN 시스템과 기존에 사용되었던 유선 기반 시스템과의 비교분석을 통한 실용성 및 경제성 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 더 나아가 주목할 점은 ZigBee의 이러한 특징을 기반으로 건설 구조물에 ZigBee 기반 모듈인 무선 진동 센서, 온도 센서, 변형률 센서 등의 설치를 통한 건설 구조물의 실시간 모니터링 및 계측관리가 가능하며, 향상된 정보전송 능력 및 계측기술의 발전을 바탕으로 구조물 건전성 평가 및 시공유지관리 등 건설사업 생애주기동안 효율적이고 현실적인 건설현장 정보수집기법을 제공하고 있어, 향후 건설산업 발전에 큰 이바지를 할 것으로 기대를 모으고 있다.
- 건설산업에서 아직 도입단계에 있는 ZigBee기술이 더욱 효율적으로 사용되기 위해서는 사용성 측면에서 편리성, 실용성이 중요한 고려인자로서 파악되고 있다. 따라서, ZigBee가 가지고 있는 하드웨어적인 안정성을 바탕으로 향후 연구 및 개발 단계에서는 보다 쉽고 실용적인 건설기술자 대상의 인터페이스 구성이 매우 중요할 것으로 판단된다.
- 설문결과를 분석해보면, 시공단계에서 발생되는 수많은 계측정보 중에서 건설관리 측면에서 가장 현실적으로 수집되어야 할 공정정보에 많은 관심을 가지고 있으며, 기존의 공정표와 현장취득정보와의 연계를 통해서 일정/기성 성과분석 측면에 ZigBee와 같은 무선통신기술의 역할이 강조되고 있음을 알 수 있다. 또한 이와 관련하여 건설장비, 인부, 건설자재 등 건설사업 수행의 주요 자원에 관련된 관리 및 현황파악도 중요한 계측대상이 될 수 있음을 확인할 수 있다.
- 본 장에서는 수행된 설문결과를 바탕으로 ZigBee기술의 사용성을 분석하고 향후 연구 및 개발을 수행할 대 고려해야 할 사항을 정리하였다. 앞서 사용된 28개 항목의 설문조항을 기능성, 적용분야, 보완점, 향후전망 4가지 중요 사항으로 분류하였으며, 각 항목별로 가중 중요하게 고려되어야 할 사항을 분석하였다.
- 본 연구에서는 첨단 융복합 IT기반 건설 유비쿼터스 실현에 핵심 기술로 알려지고 있는 ZigBee 무선통신기술에 대한 인식조사를 통해, 향후 ZigBee기술의 건설산업분야의 사용성과 적용성을 타진하고자 한다. 이러한 ZigBee에 대한 인식조사를 수행함으로써, ZigBee기술을 포함한 무선통신기술을 건설산업에 적용 시 고려해야 할 사항과 개선사항을 분석하고, 향후 보다 효율적은 응용기술을 타진하고 최적의 사용성을 파악할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있으리라 판단된다.
- 한편, ZigBee 활성화 장애요인으로서 그림 9에서도 알 수 있듯이 센서개발자를 제외한 나머지 세 분야의 설문대상자들은 다른 항목에 비해 ZigBee에 관한 인식부족 항목에 월등히 많은 선택을 하였고, 센서개발자는 약 25%가 개발비용 부담에 많은 선택을 하였다. 이러한 결과로 보아, ZigBee의 건설분야 상용화를 위해서는 일반 건설기술자들을 대상으로 하여 교육과 홍보를 통해 ZigBee의 개념, 기능, 활용사례 등에 대한 지식전달이 중요하며, 이러한 지식전달을 통한 관심증대가 ZigBee의 건설분야 도입, 개발, 투자 등으로 확장되야 할 것으로 판단된다.
- 또한, 현재 사용중인 무선통신기술을 선택한 이유에 대해서는 설문대상자들 중 45%가 ‘사용이 편리하다’를 선택하였고, 24%가 ‘실용성이 크다’를 선택하여 그 뒤를 차지하였으며, 15%의 응답자가 기타로서 ‘쉽게 구할 수 있다’ 및 ‘대중화 되어있다’로 의견을 나타내었다. 이와 같은 분석결과를 통해 많은 수의 설문대상자들은 대체로 성능보다는 사용의 편의성과 실용성에 많은 비중을 두고 무선통신기술을 선택한다는 것을 알 수 있으며, 향후 무선통신기술이 건설분야에 보다 활발하게 적용되기 위해서는 센서전문가가 아닌 일반 건설기술자들도 사용하기 쉬운 UI 개발 및 실질적인 업무능력향상에 도움이 될 수 있는 컨텐츠 개발이 필요할 것으로 판단된다.
- 하지만 이런 기대효과에도 불구하고 건설산업에 ZigBee와 같은 무선통신기술이 활성화되기 위해서는, ZigBee에 대한 인식부족, 개발 및 도입에 필요한 자금 및 인력지원 등의 여러 가지 개선사항이 필요한 것으로 나타났다. 특히 인식부족 측면에서는 설문에 참여한 대상자 중 센서개발자들을 제외한 나머지 분야에서는 다수가 ZigBee의 개념과 적용사례에 대해서 잘 모르는 것으로 파악되고 있는 것으로 나타나, 건설 유비쿼터스의 실현을 위해서는 교육, 홍보, 연구성과발표 등과 같은 적극적인 노력이 필요할 것으로 판단되며, 이를 위해서는 다양한 연구인력확충, 개발자금지원, 산학협동 등과 같은 대책이 필요할 것으로 판단된다.
- 우선 국내 사면 붕괴 피해현황 및 사면붕괴 사례 분석을 통해 USN 기반의 사면붕괴 모니터링 시스템이 연구되고 있고, 이를 위해 유선 사면 계측 동향 및 기술동향도 함께 연구되고 있다(한재구와 김균태, 2007). 향후 사면 모니터링 기술이 포함된 USN 기반 모니터링 시나리오를 바탕으로 사면붕괴 모니터링 시스템의 개발 및 현장적용을 통해 재해예방 및 피해 최소화에 기여할 것으로 보여진다. 다만 실제 현장에서의 사면상태의 특성을 고려해본다면 보다 체계적이고 안정적인 시스템 구축 실현을 위해 사면안정 평가 기법과 같은 개선사항이 필요하며 구축된 ZigBee기반 USN 시스템과 기존에 사용되었던 유선 기반 시스템과의 비교분석을 통한 실용성 및 경제성 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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