현재 국내의 교량 구조물에 대한 점검은 관리대장에 기록하여 컴퓨터로 전산화시키는 과정으로 이루어져 있다. 이는 수동-아날로그 형태로 자료의 신뢰성 저하, 비효율적 관리자료, 주관적인 평가로 인하여 교량 구조물에 대한 잠재적인 문제점이 발생하였다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 효율화, 관리화, 편리화를 목표로 점검자가 현장에서 교량 구조물의 정확한 유지관리를 통해 사회기반시설로서의 주목적인 안정성을 달성하도록 첨단 IT 기술인 RFID를 적용한 지능형 교량 유지관리 시스템을 제안하였다. 이 시스템은 현장에서 점검시간의 단축으로 효율적인 점검과 전산화된 DB를 이용하여 신뢰성 높은 자료의 관리 및 활용이 용이하고, 평가의 객관화로 교량 구조물의 정확한 판단이 가능하다. 또한 장소에 상관없이 효과적인 유지관리를 통한 업무수행을 확인하였다.
현재 국내의 교량 구조물에 대한 점검은 관리대장에 기록하여 컴퓨터로 전산화시키는 과정으로 이루어져 있다. 이는 수동-아날로그 형태로 자료의 신뢰성 저하, 비효율적 관리자료, 주관적인 평가로 인하여 교량 구조물에 대한 잠재적인 문제점이 발생하였다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 효율화, 관리화, 편리화를 목표로 점검자가 현장에서 교량 구조물의 정확한 유지관리를 통해 사회기반시설로서의 주목적인 안정성을 달성하도록 첨단 IT 기술인 RFID를 적용한 지능형 교량 유지관리 시스템을 제안하였다. 이 시스템은 현장에서 점검시간의 단축으로 효율적인 점검과 전산화된 DB를 이용하여 신뢰성 높은 자료의 관리 및 활용이 용이하고, 평가의 객관화로 교량 구조물의 정확한 판단이 가능하다. 또한 장소에 상관없이 효과적인 유지관리를 통한 업무수행을 확인하였다.
The inspections that are being done on current bridges in our country are made to go through a process of being recorded on the management system and then converted by the computer. This has deteriorated the credibility of manual-analog types of data, inefficient care of information, and produced po...
The inspections that are being done on current bridges in our country are made to go through a process of being recorded on the management system and then converted by the computer. This has deteriorated the credibility of manual-analog types of data, inefficient care of information, and produced potential problems of the structures of bridges through subjective evaluations. In order to solve these troubles, this research has aimed at effectiveness, management, and convenience so that the inspector at the actual scene of the bridge structures will be able to achieve the primary purpose of infrastructure safety through precise supervision. To assist this, this study has suggested a state of the art IT intellectual management system that has applied RFID. This system has been designed to decrease the inspecting time on the actual scene, which will provide more time for efficient inspection and by using the converted DB, managing and utilizing high quality data will come naturally and through the objective evaluation, it will be possible to make exact judgments of the structures of the bridge. Also, regardless of the location, it has been found that the work performance was excellent through highly effective management.
The inspections that are being done on current bridges in our country are made to go through a process of being recorded on the management system and then converted by the computer. This has deteriorated the credibility of manual-analog types of data, inefficient care of information, and produced potential problems of the structures of bridges through subjective evaluations. In order to solve these troubles, this research has aimed at effectiveness, management, and convenience so that the inspector at the actual scene of the bridge structures will be able to achieve the primary purpose of infrastructure safety through precise supervision. To assist this, this study has suggested a state of the art IT intellectual management system that has applied RFID. This system has been designed to decrease the inspecting time on the actual scene, which will provide more time for efficient inspection and by using the converted DB, managing and utilizing high quality data will come naturally and through the objective evaluation, it will be possible to make exact judgments of the structures of the bridge. Also, regardless of the location, it has been found that the work performance was excellent through highly effective management.
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문제 정의
(2) 게이트환경시험 - 인식거리챔버로 실행하지 못한 재료 별 수신거리에 대한 실험으로 국내 교량 대부분의 재료가 콘크리트로 이루어져 있기 때문에 태그의 수신에 대한 콘크리트와 콘크리트 내부 스틸의 영향을 알아보기 위한 실험이다. 실험재료에는 대리석과 대리석+스틸, 콘크리트기둥에 대하여 실험을 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 기존의 아날로그 형식으로 이루어지던 교량안전점검의 비효율성을 극복하고, 교량의 유지관리 중 손상자료 관리의 편의를 극대화하고, 유지관리 업무 전체의 효율화를 꾀하기 위해서 첨단무선정보통신기술인 RFID(Radio Frequency Identification)와 WLAN(Wireless Local Area Network), Tablet PC를 이용한 지능형 교량 유지관리 시스템을 구축하기 위하여 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 기존 아날로그형태의 유지관리 문제점을 해결하고 교량 구조물의 유지관리의 효율성 증가를 위한 RFID기반 지능형 유지관리 시스템 개발에 관한 연구를 수행하였고, 다음과 같은결론을 얻었다.
본 실험은 RFID기반 지능형 유지관리 시스템에 적용할 태그의 인식거리실험으로써 모바일 RFID 리더기를 이용하여 재료 별, 환경 별 RFID태그의 인식거리에 미치는 영향을 알아보기 위함이다.
현재 RFID를 교량에 접목한 사례가 부족하기 때문에 RF전파가 교량구조물의 수신에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 일반라벨태그와 메탈태그 2종류의 태그를 이용하여 교량 구조물의 주요부재에 대한 재료별, 변수별 현장적용을 위한 기초실험을 수행하였다.
제안 방법
(1) 인식거리챔버 - 무반사(Anechoic)환경에서의 인식거리를 측정하는 시험으로 이상적 실험환경 구축을 위해 모바일 RFID 리더기를 이용하여 0~60°까지 각각 15°씩 각도변화를 주어 수신거리를 측정하였다.
교량재료별 4개의 부재를 선정하여 각각의 태그를 부착하여 리더와의 수신유무, 수신거리, 방수유무, 각도에 대한 인식거리등을 알아보았다.
또한 본 시스템에서는 시설물의 점검 및 유지관리의 효율성을 위하여 Table 7과 같이 교량 구조물의 안전점검 및 정밀안전진단 대상 시설에 대하여 RFID Tag코드를 경간 별로 부여하며, 각 경간의 부재별(교량받침･신축이음･정착구 등)로 RFID Tag를 부착 또는 매설하고, 교대･교각･주탑과 같이 규모가 큰 부재의 경우각 부재별 길이방향으로 10m간격으로 RFID Tag를 부착 또는매설하여 관리한다.
첫째, 본 논문에서는 지능형 유지관리 시스템에 적용할 RFID 코드를 선정하기 위하여 기존의 RFID 코드체계를 연구하였으며, EPC 등의 코드를 사용하기 위해 필요한 비용을 줄일 수 있고, ISO에 기반한 코드체계가 수립되기까지 기다릴 필요 없이 바로 모바일 RFID 서비스를 제공할 수 있는 mCode를 채택하였으며, 본 시스템과 같이 RFID기반의 시설물 유지관리 시스템에 활용할 RFID코드 기준을 제시하였다. 또한 부록 1과 같이 기반시설의 종류에 따른 코드를 분류하여 RFID 기술을 U-CITY내의 모든 사회기반시설에 활용할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 부록 2와 같이 mCode를 한국인터넷진흥원(KISA)에서 할당 받았으며 구성요소로는 TCL : EFFH(12 bits), Class : 5H(4 bits), CC : 0327H(16 bits)와 사용자가 지정하는 공간인 IC(16bits) 와 SC(48 bits)로 총 96 bits이며, 교량구조물 뿐만 아니라 추후 u-city 시설의 서비스 구현을 위해 건설교통부령 제542호의 “도시 계획시설의 결정‧구조 및 설치기준에 관한 규칙”과 “건축법시행령 제3조의 4관련”에 근거하여 부록 1과 같이 기반시설의 종류에 따라 코드를 분류하였다.
본 시스템의 메뉴 구성은 Fig. 17과 같이 조회, 입력, 점검 업무를 중심으로 구성하였고, 정보 조회에는 원하는 시설물의 제원을 간편하게 조회할 수 있게 구성하였다. 정보입력 메뉴를 통해 등록하고자 하는 시설물을 등록할 수 있고, 시설물 등록 시 해당 부재에 할당된 태그ID를 입력할 수 있게 구성하였다.
본 시스템의 메인서버에는 Table 6과 같은 시설물 관리자료들을 저장하여 시설물 DB를 구축･관리할 수 있으며 시설물의 안전점검 및 정밀 안전진단의 점검내용과 방향을 정하며, 시설물 유지관리시 단계별로 유용하게 이용될 수 있도록 하였다.
본 연구에 사용된 Handheld형 RFID는 국내외 휴대용 리더기중 Slim하고 Simple한 디자인과 산업환경에 적합하게 설계되어 있으며, CDMA, 무선랜을 내장하고 있어 무선 데이터 통신이 가능하고 RFID 리더기를 겸용으로 사용할 수 있다. ISO-18000-6B, EPC Class0/1, GEN2 등의 국제표준규격에 인증을 받은 멀티프로토콜을 지원하는 제품으로 AT-700을 선정하였다.
본 연구에서 개발한 시스템은 교량 구조물의 점검항목별로 부착한 태그를 RFID Reader기를 통하여 태그ID를 호출한다. 호출된 태그의 ID를 통하여 중계서버에 WLAN으로 접속을 하여 호출한 부재의 외관조사 이미지를 해당 유지관리 사무소의 메인서버로부터 불러온다.
호출된 태그의 ID를 통하여 중계서버에 WLAN으로 접속을 하여 호출한 부재의 외관조사 이미지를 해당 유지관리 사무소의 메인서버로부터 불러온다. 사용자는 Tablet펜을 이용하여 손상을 표시하고 디지털카메라로 사진촬영을 한 후 손상과 사진이미지를 맵핑시킨다. 외관조사 시 점검부재 별 상태평가를 입력하면 최종 교량의 등급을 자동으로 산정하여 A~E의 등급이 매겨진다.
(2) 게이트환경시험 - 인식거리챔버로 실행하지 못한 재료 별 수신거리에 대한 실험으로 국내 교량 대부분의 재료가 콘크리트로 이루어져 있기 때문에 태그의 수신에 대한 콘크리트와 콘크리트 내부 스틸의 영향을 알아보기 위한 실험이다. 실험재료에는 대리석과 대리석+스틸, 콘크리트기둥에 대하여 실험을 수행하였다. 위 인식거리챔버의 실험과 마찬가지로 메탈태그가 일반라벨태그에 비해 인식거리가 길게 나왔으며 콘크리트기둥에 태그를 부착한 결과 메탈태그를 제외한 일반라벨태그는 콘크리트 내부의 철근의 영향을 받는 것으로 나타났다.
(1) 인식거리챔버 - 무반사(Anechoic)환경에서의 인식거리를 측정하는 시험으로 이상적 실험환경 구축을 위해 모바일 RFID 리더기를 이용하여 0~60°까지 각각 15°씩 각도변화를 주어 수신거리를 측정하였다. 알루미늄, 목재, 유리, 아크릴에 각각의 태그를 부착한 후 모바일 RFID 리더기를 고정시켜 재료별 수신유무 및 각도변화에 따른 거리변화를 측정하였다. 사용재료는 알루미늄, 목재, 유리, 아크릴을 재료로 선정하였으며, 사용태그는 메탈태그, 일반라벨태그 2종을 선정하여 시험하였다.
현재 RFID를 교량에 접목한 사례가 부족하기 때문에 RF전파가 교량구조물의 수신에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 일반라벨태그와 메탈태그 2종류의 태그를 이용하여 교량 구조물의 주요부재에 대한 재료별, 변수별 현장적용을 위한 기초실험을 수행하였다. 서울시 성동구에 위치한 성동교(구교)를 대상교량으로 실험을 진행 하였다.
정기점검, 정밀점검시 점검자가 간편하게 사용할 수 있는 현장사 용자용 Tablet PC로 부재별 외관조사도를 Main server의 DB에서로딩하여 정기점검, 정밀점검 시 손상을 입력하고 사진촬영을 통하여 손상도면이미지와 손상사진과의 맵핑을 시키고, 이미지 프로세 싱을 통하여 객관적인 상태평가를 실시한다.
17과 같이 조회, 입력, 점검 업무를 중심으로 구성하였고, 정보 조회에는 원하는 시설물의 제원을 간편하게 조회할 수 있게 구성하였다. 정보입력 메뉴를 통해 등록하고자 하는 시설물을 등록할 수 있고, 시설물 등록 시 해당 부재에 할당된 태그ID를 입력할 수 있게 구성하였다. 현장 점검메뉴에서는 안전진단 및 정밀안전진단 세부지침에 의거하여 정기점검, 정밀점검, 보수보강 등을 점검자가 쉽게 선택하여 점검할 수 있도록 구성하였다.
첫째, 본 논문에서는 지능형 유지관리 시스템에 적용할 RFID 코드를 선정하기 위하여 기존의 RFID 코드체계를 연구하였으며, EPC 등의 코드를 사용하기 위해 필요한 비용을 줄일 수 있고, ISO에 기반한 코드체계가 수립되기까지 기다릴 필요 없이 바로 모바일 RFID 서비스를 제공할 수 있는 mCode를 채택하였으며, 본 시스템과 같이 RFID기반의 시설물 유지관리 시스템에 활용할 RFID코드 기준을 제시하였다. 또한 부록 1과 같이 기반시설의 종류에 따른 코드를 분류하여 RFID 기술을 U-CITY내의 모든 사회기반시설에 활용할 수 있도록 하였다.
해당 부재에 대한 보수보강에 대한 간단한 이력을 조회할 수 있으며 탭 또는 텍스트 형식으로 보수･보강 내용을 입력할 수있도록 구성하였다.
정보입력 메뉴를 통해 등록하고자 하는 시설물을 등록할 수 있고, 시설물 등록 시 해당 부재에 할당된 태그ID를 입력할 수 있게 구성하였다. 현장 점검메뉴에서는 안전진단 및 정밀안전진단 세부지침에 의거하여 정기점검, 정밀점검, 보수보강 등을 점검자가 쉽게 선택하여 점검할 수 있도록 구성하였다. TagMenu는 점검하고자 하는 해당 부재의 태그ID를 읽을 때 사용하는 메뉴이다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 Handheld형 RFID는 국내외 휴대용 리더기중 Slim하고 Simple한 디자인과 산업환경에 적합하게 설계되어 있으며, CDMA, 무선랜을 내장하고 있어 무선 데이터 통신이 가능하고 RFID 리더기를 겸용으로 사용할 수 있다. ISO-18000-6B, EPC Class0/1, GEN2 등의 국제표준규격에 인증을 받은 멀티프로토콜을 지원하는 제품으로 AT-700을 선정하였다. Table 11은 본 실험에서 사용된 태그의 사양이다.
기존의 ISO와 EPC의 코드체계는 태그가 부착된 사물의 식별을 주 목적으로 하고 있어 모바일 RFID 서비스의 주요 대상인 온라인 컨텐츠 및 서비스의 위치를 표현하기에는 적합하지 않다. 따라서 모바일 RFID 서비스의 주 서비스 대상인 온라인 컨텐츠 및 서비스 등의 위치를 찾을 수 있는 모바일 RFID 코드를 선정하였다.
알루미늄, 목재, 유리, 아크릴에 각각의 태그를 부착한 후 모바일 RFID 리더기를 고정시켜 재료별 수신유무 및 각도변화에 따른 거리변화를 측정하였다. 사용재료는 알루미늄, 목재, 유리, 아크릴을 재료로 선정하였으며, 사용태그는 메탈태그, 일반라벨태그 2종을 선정하여 시험하였다. Table 12와 Fig.
일반라벨태그와 메탈태그 2종류의 태그를 이용하여 교량 구조물의 주요부재에 대한 재료별, 변수별 현장적용을 위한 기초실험을 수행하였다. 서울시 성동구에 위치한 성동교(구교)를 대상교량으로 실험을 진행 하였다.
이론/모형
상태평가는 손상의 범위 및 정도에 따라 A, B, C, D, E의 5단계로 등급을 구분하여야 하며, 부재별 상태평가등급과 전체에 대한 상태평가등급을 사용하는데 혼란을 방지하기 위하여 부재별상태평가등급은 소문자(a~e)를 사용하고, 전체 상태평가등급은 대문자(A~E)를 사용하여 기록한다. 상태평가기준 및 절차는 안전 점검 및 정밀안전진단 세부지침(KISTEC, 2010)에 제시된 내용에 따라 실시한다.
성능/효과
(3) 상태평가 : 현장점검시 기록한 구조물의 상태평가 및 손상내용 등을 조회 할 수 있고 점검종류, 점검기간 등의 점검관련 정보 조회가 가능하다.
둘째, 재료별, 각도별 태그 인식거리실험결과 일반라벨태그의 경우 수신거리가 재료별로 차이가 있으나 메탈태그의 경우 큰 차이 없이 수신율이 높았으며, 일반라벨태그와 메탈태그 모두 가로로 부착한경우보다 세로로 부착한 경우 수신거리 및 수신율이 높았다. 또한, 성동교를 대상교량으로 하여 각 부재 별 라벨태그와 메탈태그를 부착하여 현장 적용성 실험을 한 결과 라벨태그의 경우 고무와 알루미늄같은 전파를 흡수하거나 방해하는 재료에 대해서는 사용이 불가능하며, 표면은 콘크리트로 이루어졌으나 내부가 철근으로 이루어진 재료의 경우 내부 철근의 영향으로 인식거리 또한 메탈태그에 미치지 못하였다.
또한 본 프로그램은 시설안전기술공단의 ‘안전점검 및 정밀안전진단 세부지침’의 내용을 준수하고, 프로그램의 단순화로 실무자 들이 간단한 교육만으로도 쉽게 사용할 수 있다.
실험에 사용한 일반라벨태그과 메탈태그의 경우 직사각형 형태의 안테나패턴을 가기고 있기 때문에 각도에 따라 수신거리의 차이가 나는 것으로 나타났다. 또한 일반라벨태그 및 메탈태그 모두 가로로 부착한 경우 보다 세로로 부착한 경우 수신거리 및 수신율이 높은 것으로 나타났다. 강재를 제외한 목재, 유리, 아크릴에 태그를 부착한 경우 일반라벨태그의 경우 수신거리가 재료별로 차이가 났으나 메탈태그의 경우 큰 차이 없이 수신율이 높게 나왔다.
마지막으로 본 논문에서는 RFID를 이용한 지능형 교량 유지관리 시스템을 개발하였다, 기존의 수작업에 의한 유지관리 업무에서는 점검 자료가 DB서버에 저장되기까지 유사작업의 반복적인 수행으로 인해 작업 효율의 저하, 점검 데이터의 입력오류 가능성, 효율적인 데이터 관리 및 축적된 데이터의 효과적인 활용을 기대하기 어려웠다, 본 논문에서 개발한 시스템은 점검에서 저장 및 보수･보강･평가까지 One-Stop 방식으로 데이터 입력오류 문제점을 개선하였으며, 능동-디지털 형식으로 외관조사에서 보수보강이력까지 전 과정에 대해 현장에서 데이터베이스(DB)를 구축하여 유지관리업무를 효율적으로 할 수 있다.
외관조사 시 점검부재 별 상태평가를 입력하면 최종 교량의 등급을 자동으로 산정하여 A~E의 등급이 매겨진다. 본 시스템은 현장 Network 상에서 직접 데이터 입력까지 마무리함으로써 기존 방식에 비해 보다 효율적이며 데이터입력의 반복작업을 줄임으로써 입력 오류가능성을 배제하였다.
알루미늄에 태그를 부착시 메탈태그를 제외한 일반라벨태그는 수신이 불가 한 것으로 나타났으며, 일반라벨태그와 메탈태그의 경우 인식거리는 각도에 따라 반비례하는 형태를 보였다. 실험에 사용한 일반라벨태그과 메탈태그의 경우 직사각형 형태의 안테나패턴을 가기고 있기 때문에 각도에 따라 수신거리의 차이가 나는 것으로 나타났다.
실험재료에는 대리석과 대리석+스틸, 콘크리트기둥에 대하여 실험을 수행하였다. 위 인식거리챔버의 실험과 마찬가지로 메탈태그가 일반라벨태그에 비해 인식거리가 길게 나왔으며 콘크리트기둥에 태그를 부착한 결과 메탈태그를 제외한 일반라벨태그는 콘크리트 내부의 철근의 영향을 받는 것으로 나타났다. Table 17은 재료별 인식거리를나타낸 것이며 Fig.
재료별, 각도에 따른 수신거리 측정결과 일반라벨태그보다 메탈 태그의 성능이 우수한 것으로 나타났으며 세로로 부착한 경우가 가로로 부착한 경우보다 수신거리 및 수신율이 높은 결과를 바탕으로 RFID기반 지능형 유지관리 시스템에는 메탈태그를 세로로 부착하는 것이 가장 바람직하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
RFID란 무엇인가?
RFID는 일반적으로 생산, 유통, 보관, 소비의 전 과정에 대한 정보를 담은 태그(Tag)를 제품에 부착하고, 제품 자체에 장착된 안테나(Antenna)를 통해, 판독기(Reader)로 하여금 이 정보를 읽고, 인공위성이나 이동통신망 등의 정보시스템과 연계하여 판독기가 이 정보를 항시 파악하고 사용하는 기술을 말하며, 인식률이 높고, 비접촉식 기술이기 때문에 한 번에 다양한 물품의 정보를 동시에 읽을 수 있으며, 다른 통신망과의 연계가 쉽기 때문에 확장성이 높은 장점이 있다. 이러한 RFID기술은 반도체 기술의 지속적인 발전에 의한 컴퓨팅 능력의 급성장과 통신망 인프라의 융합화를 기반으로 이제까지의 사람 중심 정보화에서 사물을 중심으로 정보화의 지평을 확대시킬 수 있는 핵심기술로서 부각되고 있다(Lee et al.
아날로그 방식의 점검체계의 문제점은?
현재 교량에 대한 안전점검은 조사에 활용할 Paper도면을 작성하고, 작성한 Paper도면을 이용하여 현장에서 결함정보, 통계분석 등을 실시하여 관리대장에 수기로 기록하고, 점검 후에는 사무실에서 다시 정리하여 컴퓨터에 입력하는 방식으로 진행되고 있다. 이러한 방식의 안전점검은 입력의 오류 가능성과 자료의 효과적인 활용을 기대하기 어려우며, 실무자들에게 매우 번거롭고, 평가를 위해 많은 시간과 인력이 소요되어 매우 비효율적이다. 최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 기존의 아날로그 방식의 점검체계를 디지털 방식으로 전환하고자 하는 경향이 높아지고 있다 (MOCT, 2007; Bae et al.
RFID의 장점은?
RFID는 일반적으로 생산, 유통, 보관, 소비의 전 과정에 대한 정보를 담은 태그(Tag)를 제품에 부착하고, 제품 자체에 장착된 안테나(Antenna)를 통해, 판독기(Reader)로 하여금 이 정보를 읽고, 인공위성이나 이동통신망 등의 정보시스템과 연계하여 판독기가 이 정보를 항시 파악하고 사용하는 기술을 말하며, 인식률이 높고, 비접촉식 기술이기 때문에 한 번에 다양한 물품의 정보를 동시에 읽을 수 있으며, 다른 통신망과의 연계가 쉽기 때문에 확장성이 높은 장점이 있다. 이러한 RFID기술은 반도체 기술의 지속적인 발전에 의한 컴퓨팅 능력의 급성장과 통신망 인프라의 융합화를 기반으로 이제까지의 사람 중심 정보화에서 사물을 중심으로 정보화의 지평을 확대시킬 수 있는 핵심기술로서 부각되고 있다(Lee et al.
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