최근 정보통신의 발달은 유비쿼터스, 스마트 환경이라는 새로운 패러다임을 출현시켰으며, USN 기술은 유비쿼터스 환경 구축 및 적용에 적합한 대표적인 기술이다. 본 논문은 USN 기술을 도시에 적용 검증하기 위한 테스트베드 구축과 적용 사례에 대해 연구하였다. 또한 USN 기술의 공공부분 수요 창출을 위하여 지리정보체계(GIS) 및 시설물관리(FM) 등과 융합하여 도로 위험구간모니터링 서비스 구현 방법에 대해 기술하였다. 실제 적용을 위해, USN 장치 제작 및 현장 설치, 관련 규정 조사, 설치 가이드라인 작성, 시스템 구축 및 실시간 연동 테스트 등을 연구하였다. 본 연구 내용을 도로에 적용하면 도로 공공시설물 관리, 도로 사고 실시간 감시 및 주변 환경 데이터 실시간 모니터링 등 많은 응용이 가능하며 향후 시설물 인프라의 BIM과 접목하면 3차원 시설물관리까지 확장이 가능할 것으로 예상된다.
최근 정보통신의 발달은 유비쿼터스, 스마트 환경이라는 새로운 패러다임을 출현시켰으며, USN 기술은 유비쿼터스 환경 구축 및 적용에 적합한 대표적인 기술이다. 본 논문은 USN 기술을 도시에 적용 검증하기 위한 테스트베드 구축과 적용 사례에 대해 연구하였다. 또한 USN 기술의 공공부분 수요 창출을 위하여 지리정보체계(GIS) 및 시설물관리(FM) 등과 융합하여 도로 위험구간모니터링 서비스 구현 방법에 대해 기술하였다. 실제 적용을 위해, USN 장치 제작 및 현장 설치, 관련 규정 조사, 설치 가이드라인 작성, 시스템 구축 및 실시간 연동 테스트 등을 연구하였다. 본 연구 내용을 도로에 적용하면 도로 공공시설물 관리, 도로 사고 실시간 감시 및 주변 환경 데이터 실시간 모니터링 등 많은 응용이 가능하며 향후 시설물 인프라의 BIM과 접목하면 3차원 시설물관리까지 확장이 가능할 것으로 예상된다.
Recently, the development of the information-communications industry has created a new paradigm of the ubiquitous and the smart environments. An USN is a typical technology for constructing a ubiquitous environments. But the USN technologies applied in practice have a lot of problems and to solve th...
Recently, the development of the information-communications industry has created a new paradigm of the ubiquitous and the smart environments. An USN is a typical technology for constructing a ubiquitous environments. But the USN technologies applied in practice have a lot of problems and to solve these problems that this study was to build a test bed. For the creation of the needs of USN technology, we suggest a method and service of monitoring of road hazards combining the USN and the Geographic Information System(GIS). We conduct making the USN equipment relevant provisions surveys, making installation guidelines, construction system and real-time testing. This study is capable of the management of public facilities, real-time monitoring of accident and the environment data and is expected to be expanded to a 3D facility management combineded with BIM in the future.
Recently, the development of the information-communications industry has created a new paradigm of the ubiquitous and the smart environments. An USN is a typical technology for constructing a ubiquitous environments. But the USN technologies applied in practice have a lot of problems and to solve these problems that this study was to build a test bed. For the creation of the needs of USN technology, we suggest a method and service of monitoring of road hazards combining the USN and the Geographic Information System(GIS). We conduct making the USN equipment relevant provisions surveys, making installation guidelines, construction system and real-time testing. This study is capable of the management of public facilities, real-time monitoring of accident and the environment data and is expected to be expanded to a 3D facility management combineded with BIM in the future.
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문제 정의
본 연구에서는 USN 장치, 웹 GIS, 도로 위험도를 감지하여 USN 테스트베드 구축에 대한 선행 연구를 진행하였다. USN 장치에 관한 연구에서는 Kim et al.
본 연구에서는 USN을 활용한 도로 위험구간 모니터링 시스템을 개발하고, 실제 이를 활용한 테스트베드의 구축 및 적용 방법에 대해 연구 하였다. 추가로, USN 센서노드의 현장설치 가이드라인을 제시하였으며 적용 대상지역 분류 및 현장 적용, 현장설치, 시스템 연동, 실시간/CCTV 연동 테스트 등을 진행하였다.
본 연구에서는 시설물 관리에 IT기술을 접목하여, 실제 USN 관련 제품들을 개발하여 제품화 및 실용화를 위해 필드 기반의 테스트베드를 구축하여 현장 테스트를 진행하였다. 테스트베드는 무선 환경에서 발생할 수 있는 문제점및 해결방안 도출과 검증을 통한 서비스 신뢰도 있는 제품을 개발할 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 연구에서는 테스트베드 현장에 설치되어 있는 USN기기와 시스템 간에 테스트를 진행하였다. 첫 번째로, 말단 GFSN에서 상단 GFMS 까지의 데이터 수신에 대한 테스트를 진행하였다.
제안 방법
도로 위험구간 모니터링을 위해, 우선 도로 관련 규정 및 법규를 분석하였다. 도로 안전 규정은 도로안전시설 설치 및 관리 지침 - 차량 방호 안전시설 편(2010.
두 번째로 실시간 이벤트 발생에 대한 연동 실험은 그림 24와 같이 진행하였으며, CCTV 연동 실험도 함께 진행하였다. 실험방법은 CCTV 시야각내에 존재하는 두 개의 센서노드에 임의로 충격 이벤트를 발생시키고, CCTV의 프리셋을 기능을 통해 발생 위치로 CCTV 방향을 이동시켜주는 실험을 진행하였다.
테스트베드는 무선 환경에서 발생할 수 있는 문제점및 해결방안 도출과 검증을 통한 서비스 신뢰도 있는 제품을 개발할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 태양광 에너지를 사용해서 에너지 부족문제를 보완할 수 있는 방법을 적용하였다. 태양 에너지는 주기적이고 반복적으로 제공될 수 있어, 센서노드가 오랜 시간동안 생존하게할 수 있기 때문이다.
방호울타리와 델리네이터 설치 규정을 기반으로 96번 지방도 USN 설치규정을 작성하였으며 위험도에 따라 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 단계로 구분하였다. 기본적으로 델리네이터 설치규정을 준수하여 고속도로는 1개/50m, 국도의 경우 1개/40m를 설치함을 원칙으로 하였으며, 구간의 위험성에 따라 그 간격을 줄여서 설치함을 기본 원칙으로 하였다.
FNR(Facility Network Router)은 모아진 정보를 이더넷을 통해 센터 서버로 보내주는 장치이며, GFMS (Ground Facility Management System)는 실시간 센싱 데이터를 활용한 지상시설물 관리를 위한 웹 사이트이다. 본 연구에서 사용된 센서는 온도, 습도, 진동 정보를 실시간으로 센터로 보내고, 이 정보들은 GFMS에서 표출하게 된다(Kang et al., 2011).
두 번째로 실시간 이벤트 발생에 대한 연동 실험은 그림 24와 같이 진행하였으며, CCTV 연동 실험도 함께 진행하였다. 실험방법은 CCTV 시야각내에 존재하는 두 개의 센서노드에 임의로 충격 이벤트를 발생시키고, CCTV의 프리셋을 기능을 통해 발생 위치로 CCTV 방향을 이동시켜주는 실험을 진행하였다. 그림 24와 같이 프리셋 지점에서 이벤트를 발생시켜, 그림 25와 같이 CCTV와 연동하는 실험을 진행하였다.
우선, 도로시설물 유지관련 규정을 조사·분석하여 도로 위험 구간 감지를 위한 USN 테스트베드 설치 가이드라인을 작성하였다.
Ko and Oh(2009)는 도로 위험 분석을 위한 모델링과 알고리즘을 제안하였는데, 모델링은 위험 분석에 필요한 요소로써 굴곡도로, 도로방향, 센서, 차량, 위험에 대한 위험 모델의 기준을 제시하였다. 위험 분석 알고리즘은 센서로부터 획득한 데이터로부터 차량 속도를 계산하고 이를 레벨별로 구분하여 분석하는 방법을 제안하고 간단한 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 웹 GIS 활용에 관한 연구로는 Bae et al.
우선, 도로시설물 유지관련 규정을 조사·분석하여 도로 위험 구간 감지를 위한 USN 테스트베드 설치 가이드라인을 작성하였다. 이를 기반으로 테스트베드 대상지역을 가이드라인에 맞게 대상 지역을 분류하고, 실제 현장에 USN하드웨어와 시스템을 구축하고, 구축된 USN에 대한 평가 테스트를 진행하였다.
본 연구에서는 테스트베드 현장에 설치되어 있는 USN기기와 시스템 간에 테스트를 진행하였다. 첫 번째로, 말단 GFSN에서 상단 GFMS 까지의 데이터 수신에 대한 테스트를 진행하였다. 일정기간 동안 2차 전지 데이터를 수집하여 그림 23과 같이 정리하였다.
본 연구에서는 USN을 활용한 도로 위험구간 모니터링 시스템을 개발하고, 실제 이를 활용한 테스트베드의 구축 및 적용 방법에 대해 연구 하였다. 추가로, USN 센서노드의 현장설치 가이드라인을 제시하였으며 적용 대상지역 분류 및 현장 적용, 현장설치, 시스템 연동, 실시간/CCTV 연동 테스트 등을 진행하였다.
국도의 경우, 델리네이터 설치 규정인 최대 40m마다 1개 설치의 기준에 준수하여 설치하였으며, 특히 사고 위험이 높은 구간의 중앙분리대와 양쪽 도로변 가드레일에 사고를 예방할 수 있게 설치 위치를 선정하였으며, 설치 대상 물은 가드레일, 도로표지, 신호등, 옹벽 등을 선별하였다. 특히 A, B구간에는 CCTV와 USN 기기도 같이 설치하여 실시간 모니터링이 가능하도록 설계하였다. 그림 12는 설치되어 있는 USN 장치 위치와 범위를 나타낸다.
현장에 실제 USN 장치들을 설치하기 전에 기본적인 인프라(전기, 통신) 공사를 진행하였으며, 그림 9와 같이 GFDA, FNR 등을 현장에 설치하였다.
대상 데이터
국도의 경우, 델리네이터 설치 규정인 최대 40m마다 1개 설치의 기준에 준수하여 설치하였으며, 특히 사고 위험이 높은 구간의 중앙분리대와 양쪽 도로변 가드레일에 사고를 예방할 수 있게 설치 위치를 선정하였으며, 설치 대상 물은 가드레일, 도로표지, 신호등, 옹벽 등을 선별하였다. 특히 A, B구간에는 CCTV와 USN 기기도 같이 설치하여 실시간 모니터링이 가능하도록 설계하였다.
본 연구의 구축 대상지역은 그림 3과 같이 충남 연기군에 위치한 96번 지방도로로서, 공간적인 범위는 대략 길이가 2.3km이며, 기본적인 인프라(전기/통신) 공사는 사전에 진행하였다.
기본 통신망을 설치 후, GFSN 장치를 현장에 그림 10, 11과 같이 설치하였다. 총 81개를 설치하였으며, 설치대상물 성격에 따라 가드레일형과 델리네이터 타입으로 나누어 현장에 설치하였다.
충남 연기군 96번 지방도를 대상지역으로 설정하였으며, 위험도에 따라 대상지역을 A, B, C, D로 구분하였다(그림 6).
이론/모형
도로 위험구간 모니터링을 위해, 우선 도로 관련 규정 및 법규를 분석하였다. 도로 안전 규정은 도로안전시설 설치 및 관리 지침 - 차량 방호 안전시설 편(2010. 05)을 참조하였다. 지침에서는 도로에서 어떤 등급의 시설을 사용할 것인가는 차량의 도로를 벗어날 때 발생하는 인적, 물적 손해와 벗어난 차량의 중량 등에 따라 정하는 것이 바람직하지만, 이를 예측하기는 상당히 어려워, 각 등급에 부합하는 시설 적용은 기능, 도로 및 교통 조건, 지형조건 및 기술 수준 등을 종합적으로 고려하여 정해야 한다고 언급하고 있다.
후속연구
USN/CCTV 통합시스템은 도로에 대형사고 발생을 USN 장치들이 감지하고, CCTV로 이를 모니터링하여 유관기관에 즉시 연락하도록 구현하여 도로 사고대처 및 인명피해 절감을 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 현재 구축된 USN 이용한 관리시스템은 통신 인프라 측면에서는 M2M 통신을 사용하는 방법 등을 보완할 필요가 있다.
또한 향후 최근 급속도록 발전되고 있는 BIM(Building Information Modeling)과 접목한다면 도로와 같은 SOC시설물의 전생애주기 통합관리를 3차원 GIS 기반으로 할 수 있기 때문에 시설물 유지관리의 효율성을 한 단계 증대시킬 수 있으리라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건설 IT분야에서 USN에 가지는 문제점 두 가지는 무엇인가?
건설 IT분야에 USN이 핵심기술로서 실용화되어 자리잡기에는 많은 문제점을 가지고 있다 (Lee and Hong, 2011). 첫 번째 문제는 기술 적인 것으로 USN은 제한된 전력, 메모리, 컴퓨팅 성능, 대규모 센서노드로 구성되는 네트워킹, 고밀도 구성, 센서노드의 고장 가능성, 배터리 교체의 어려움 등의 문제점을 가지고 있다. 또한 현장에 한번 설치되면 유지보수가 어려워 짧게는 수일, 수년에 걸쳐 동작을 할 수 있는 강인한 구조에 저전력으로 설계되어야하는 제약을 가지고 있다. 두 번째 문제는 상용화되기 위한 정책적 및 사회적 인식의 문제로서 USN 신뢰도 문제, 적용 분야에 대한 관련 법령 문제, 신규 서비스 창출 등을 가지고 있다. 이러한 문제점으로 인해 USN의 서비스가 일반화되지 서비스되지 못하고 있다.
GFSN란 무엇인가?
본 연구에서 USN 설치 구조는 그림 4와 같다. GFSN(Ground Facility Sensor Node)은 센서정보를 획득하여 무선으로 보내주는 장치이며, GFDA(Ground Facility Data Aggregator) 는 말단 센서노드로부터 얻어진 센싱정보를 무선으로 수집하는 장치이다. FNR(Facility Network Router)은 모아진 정보를 이더넷을 통해 센터 서버로 보내주는 장치이며, GFMS (Ground Facility Management System)는 실시간 센싱 데이터를 활용한 지상시설물 관리를 위한 웹 사이트이다.
델리네이터란 무엇인가?
“델리네이터”는“시선유도시설”에서“시선유도표지”로써 도로 끝 및 도로선형을 명시하여 주간 및 야간에 운전자의 시선을 유도하기 위해 설치하는 시설을 말하며 시설의 종류에는 시선유도표지, 갈매기표지, 표지병 등이 있다. “시선유도표지”란 직선 및 곡선 구간에서 운전자에게 전방의 도로선이나 기하조건이 변화 되는 상황을 반사체를 사용하여 안내해줌으로써 안전하고 원활한 차량주행을 유도하는 시설물을 말하며, 설치장소는 도로의 구조, 교통상황 등을 종합적으로 검토하여 안전하고 원활한 교통을 확보할 수 있도록, 아래의 구간에 설치 하게 된다.
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