본 논문은 급경사지(산사태 및 사면붕괴, 축대 등)붕괴 등으로 인하여 많은 생명과 재산피해 방지를 목적으로 붕괴 위험성을 감지하고 신속히 대응을 할 수 있도록 하기 위하여 u-IT기반의 급경사지 붕괴예측 감시용 실시간 모니터링 시스템을 개발하였다. 급경사지붕괴 감시에 중요한 계측기로서 강우량 계측기, 간극수압 계측기, 지표변위 계측기, 지중경사 계측기, 함수비계측기, 영상분석 계측기 등을 선정하고 테스트베드에 적용하였다. 각 계측기의 신뢰성 검증에 필요한 동작기능 및 성능확인은 현장에 설치된 계측기 별로 실험을 통하여 확인하였다. 본 연구에서 개발한 급경사지붕괴 감지를 위한 USN기반의 실시간 급경사지 모니터링 시스템을 급경사지 붕괴감지뿐만 아니라 도로변 절개사면과 암반사면 등에 상시계측을 통하여 붕괴위험 예측에도 적용할 수 있으므로 인명피해와 재산피해를 최소할 수 있을 것으로 판단되며, 이 시스템은 본 연구의 시범적용 결과를 바탕으로 급경사지 전역에 확산될 계획에 있다.
본 논문은 급경사지(산사태 및 사면붕괴, 축대 등)붕괴 등으로 인하여 많은 생명과 재산피해 방지를 목적으로 붕괴 위험성을 감지하고 신속히 대응을 할 수 있도록 하기 위하여 u-IT기반의 급경사지 붕괴예측 감시용 실시간 모니터링 시스템을 개발하였다. 급경사지붕괴 감시에 중요한 계측기로서 강우량 계측기, 간극수압 계측기, 지표변위 계측기, 지중경사 계측기, 함수비계측기, 영상분석 계측기 등을 선정하고 테스트베드에 적용하였다. 각 계측기의 신뢰성 검증에 필요한 동작기능 및 성능확인은 현장에 설치된 계측기 별로 실험을 통하여 확인하였다. 본 연구에서 개발한 급경사지붕괴 감지를 위한 USN기반의 실시간 급경사지 모니터링 시스템을 급경사지 붕괴감지뿐만 아니라 도로변 절개사면과 암반사면 등에 상시계측을 통하여 붕괴위험 예측에도 적용할 수 있으므로 인명피해와 재산피해를 최소할 수 있을 것으로 판단되며, 이 시스템은 본 연구의 시범적용 결과를 바탕으로 급경사지 전역에 확산될 계획에 있다.
This paper has studied about the development and application of landslide collapse prediction real-time monitoring system based on USN to detect and measure the collapse of landslide. The rainfall measuring sensor, gap water pressure sensor, indicator displacement measuring sensor, index inclination...
This paper has studied about the development and application of landslide collapse prediction real-time monitoring system based on USN to detect and measure the collapse of landslide. The rainfall measuring sensor, gap water pressure sensor, indicator displacement measuring sensor, index inclination sensor, water content sensor and image analysis sensor are selected and these are applied on the test bed. Each sensor's operation and performance for reliability verification is tested by the instrument which is installed in the field. As the result, u-IT based real-time landslide monitoring system which is developed by this research for landslide collapse detection could minimize life and property damages because it makes advance evacuation with collapse risk pre-estimate through real-time monitoring on roadside cut and bedrock slopes. This system is based on the results of this study demonstrate the effect escarpment plan are spread throughout.
This paper has studied about the development and application of landslide collapse prediction real-time monitoring system based on USN to detect and measure the collapse of landslide. The rainfall measuring sensor, gap water pressure sensor, indicator displacement measuring sensor, index inclination sensor, water content sensor and image analysis sensor are selected and these are applied on the test bed. Each sensor's operation and performance for reliability verification is tested by the instrument which is installed in the field. As the result, u-IT based real-time landslide monitoring system which is developed by this research for landslide collapse detection could minimize life and property damages because it makes advance evacuation with collapse risk pre-estimate through real-time monitoring on roadside cut and bedrock slopes. This system is based on the results of this study demonstrate the effect escarpment plan are spread throughout.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 급경사지 붕괴위험에 노출되어 있는 거주자들의 안전대피 경보체계를 구축하기 위하여 최근 계측방법으로 효율적인 u-IT기술을 적용하여 붕괴예측시스템모델을 개발하였다[4-9]. 개발한 예측 시스템 모델은 가상조건을 통하여 그의 타당성을 검증하였고, 테스트베드 구축을 위하여 u-IT기반의 현장계측기들을 설치하고 상시계측모니터링 시스템을 구축하였다.
본 연구에서는 급경사지의 상시계측 및 붕괴예측을 위하여 각 계측기별 위험도 관리기준을 설정하고, 붕괴예측모델 알고리즘 프로그램을 개발하였다. 실제로 붕괴가능 지역을 대상으로 테스트베드를 구성하고 실험을 통하여 그의 타당성을 검증하고 확인하였다.
제안 방법
강우량 위험도 관리기준 모델은 Table 1과 같이 강우량 계측정보의 조건에 따라 정상, 주의, 심각, 경보 단계를 두어 상황에 따라 위험도를 분류하였다.
따라서, 본 연구에서는 급경사지 붕괴위험에 노출되어 있는 거주자들의 안전대피 경보체계를 구축하기 위하여 최근 계측방법으로 효율적인 u-IT기술을 적용하여 붕괴예측시스템모델을 개발하였다[4-9]. 개발한 예측 시스템 모델은 가상조건을 통하여 그의 타당성을 검증하였고, 테스트베드 구축을 위하여 u-IT기반의 현장계측기들을 설치하고 상시계측모니터링 시스템을 구축하였다. 예측모델은 각 계측기별로 관리기준 즉, 붕괴예측 관리기준 단계별 동작성능에 대한 타당성을 실험을 통하여 검증하였다.
1과 같이 급경사지 테스트베드 계측기 부분과 붕괴예측 S/W, 경보상태표출, 알람매체 등으로 구성하였다. 계측기는 강우량, 함수비, 간극수압, 지중경사도, 지표변위를 계측하도록 구축하였다. 계측기 규격은 급경사지 계측기 성능검사규격을 사용하였다[12].
구성은 현장 위험도판단 계측정보 수집부분과 계측된 정보전송을 위한 USN (Ubiquitous Sensor Network)을 구축하였고, CCTV 영상전송은 인터넷 전용선로를 사용하여 고속 실시간 관제가 되도록 하였다. USN을 구성하는 센서노드 규격은 Table 6과 같으며 장거리 및 실외 현장에 적합하며 국제규격 인증제품으로서 신뢰성이 보장된다.
급경사지 붕괴예측 모델은 강우량, 함수비, 간극수압, 지중경사, 지표변위 등을 관리기준 모델로 구성하였다. 관리기준 모델은 최근 10년간 붕괴유형의 사례를 바탕으로 관리기준의 모델적용한로 급사급경사지 상시계측관리 센서 및 계측장비 설치․운영 가이드를 기준으로 하였다[12].
급경사지 붕괴예측모델은 사례기반의 강우량, 지표 및 지중변위, 함수비, 간극수압 값으로 위험도 테이블을 정하고 예측모델을 개발하였다. 예측모델 알고리즘은 Fig.
모니터링 정보신호를 종합 위험도 관리기준에 따라 위험도를 표출하고 관리자와 지역주민에게 위험상태를 전달할 수 있도록 S/W를 개발하였다. 모니터링 대상은 강우량, 지표변위, 함수비, 간극수압, 영상지표변위, 지중경사도이다.
본 연구에서 급경사지 붕괴예측 시스템은 u-IT 기반으로 하는 테스트베드 계측기설비구축과 상시모니터링시스템, 경보체계로 구성하였다.
본 연구에서는 4종류의 계측 값을 이용하여 사례기반의 붕괴예측 기준모델을 설정한 후, 알고리즘을 개발하고 프로그램을 작성하였다. 한 종류만으로 붕괴예측을 결정하기엔 어려움이 있고 신뢰성이 보장되지 않으므로 여러 종류의 계측 값을 기준으로 판단하도록 Table 5와 같이 종합예측 위험도 관리기준모델을 제시하였다.
본 연구의 타당성 검증을 위하여 각 계측기별 정보수집 상태표출과 위험도 붕괴예측 동작성능을 실험으로 확인하였다.
4와 같다. 붕괴예측 및 상시계측 S/W의 구성은 영상 변위계측기를 포함한 총 7종의 계측정보를 실시간으로 중앙관제센터에서 모니터링을 할 수 있도록 현재정보를 표출하도록 구현하였다.
붕괴예측 및 판단은 계측된 데이터와 위험도 관리기준 테이블을 비교분석하여 위험도 상태를 표출 및 위험도 알람 출력신호로 처리하도록 하였다.
붕괴예측표출 및 위험도 출력신호는 위험도 각 단계별 동작 처리기준을 정하였다. 주의 단계는 급경사지 지역 업무담당자나 관리자에게 주의 정보를 전달하여 사전준비를 할 수 있도록 SMS 문자를 전송하게 하였다.
본 연구에서는 급경사지의 상시계측 및 붕괴예측을 위하여 각 계측기별 위험도 관리기준을 설정하고, 붕괴예측모델 알고리즘 프로그램을 개발하였다. 실제로 붕괴가능 지역을 대상으로 테스트베드를 구성하고 실험을 통하여 그의 타당성을 검증하고 확인하였다.
급경사지 붕괴예측모델은 사례기반의 강우량, 지표 및 지중변위, 함수비, 간극수압 값으로 위험도 테이블을 정하고 예측모델을 개발하였다. 예측모델 알고리즘은 Fig. 2와 같이 위험판단부분과 정상, 주의, 심각, 경보 4단의 위험도 표출부분, 계측정보 처리부분으로 구성 처리한다.
개발한 예측 시스템 모델은 가상조건을 통하여 그의 타당성을 검증하였고, 테스트베드 구축을 위하여 u-IT기반의 현장계측기들을 설치하고 상시계측모니터링 시스템을 구축하였다. 예측모델은 각 계측기별로 관리기준 즉, 붕괴예측 관리기준 단계별 동작성능에 대한 타당성을 실험을 통하여 검증하였다.
이것은 지표변위와 지중변위 정도에 따라 위험도를 정상, 주의, 심각, 경보단계로 구분하여 분류하였다. 지표변위 및 지중변위의 위험도를 나타내는 주요 관리기준은 지표와 지중의 시간별 누적 변위정도를 기준으로 하여 설정하였으며, 계측정보는 지표변위 계측기와 지중변위 계측기로부터 측정된 누적 값을 사용하였다.
모니터링 대상은 강우량, 지표변위, 함수비, 간극수압, 영상지표변위, 지중경사도이다. 측정된 계측 Data는 시간별, 일자별, 년도별 변위정도를 분석 할 수 있도록 DB화하였다.
USN을 구성하는 센서노드 규격은 Table 6과 같으며 장거리 및 실외 현장에 적합하며 국제규격 인증제품으로서 신뢰성이 보장된다. 토폴로지는 Point-To-Multiple Point로 구성하였다. 전송거리는 최대 16Km이며 주파수는 2.
본 연구에서는 4종류의 계측 값을 이용하여 사례기반의 붕괴예측 기준모델을 설정한 후, 알고리즘을 개발하고 프로그램을 작성하였다. 한 종류만으로 붕괴예측을 결정하기엔 어려움이 있고 신뢰성이 보장되지 않으므로 여러 종류의 계측 값을 기준으로 판단하도록 Table 5와 같이 종합예측 위험도 관리기준모델을 제시하였다.
함수비 위험도 관리기준은 Table 4와 같이 지반의 토향에 따라 함수비로 구분하여 위험도를 정상, 주의, 심각, 경보로 구성하였다. 함수비 정도는 토층의 응력을 결정하는 요소로 지반밀림이나 붕괴예측에 매우 중요한 요소가 된다.
현장의 USN에서 수집된 정보를 관제컴퓨터에서 계측 값 표출과 위험도 알고리즘 처리를 위해 Labview 개발도구를 사용하여 모니터링 및 위험도 처리 S/W를 개발하였다. 주요 기능은 표출기능과 위험도판단, 경보신호 전달 기능이다.
대상 데이터
모니터링 정보신호를 종합 위험도 관리기준에 따라 위험도를 표출하고 관리자와 지역주민에게 위험상태를 전달할 수 있도록 S/W를 개발하였다. 모니터링 대상은 강우량, 지표변위, 함수비, 간극수압, 영상지표변위, 지중경사도이다. 측정된 계측 Data는 시간별, 일자별, 년도별 변위정도를 분석 할 수 있도록 DB화하였다.
시스템 전체구성은 Fig. 1과 같이 급경사지 테스트베드 계측기 부분과 붕괴예측 S/W, 경보상태표출, 알람매체 등으로 구성하였다. 계측기는 강우량, 함수비, 간극수압, 지중경사도, 지표변위를 계측하도록 구축하였다.
(1) 급경사지 붕괴예측을 위한 각 계측기별 위험도 관리기준을 근거로 붕괴예측모델을 설정하고 테스트베드 상태에서 제안한 예측모델 알고리즘처리가 실시간 반영이 잘 되었으며 표출 동작 또한 잘 수행되었음을 확인하였다.
(2) 붕괴가능지역에 무선기반 u-IT 기반기술의 계측정보 수집에 있어서 Data 송․수신에 효율성과 우수성이 확인 되었다. 특히, 정보 송․수신 속도와 오류 Data 발생에 문제가 없었다.
(3) 계측자료는 실시간 계측정보에 대한 오랜 기간 동안 자료 누적 DB화로 시간적 변위정보와 위험도 변위 분석으로 붕괴예측에 매우 효율성이 있을 것으로 판단되었다.
따라서 본 연구에서 제시한 급경사지 붕괴예측 시스템은 붕괴예측모델 기능의 신뢰성과 위험도 판단기준에 적합한 것으로 판단된다. 또한 u-IT기반 상시계측인프라 구축에 있어서 가장 효율성이 있으며, 향후 급경사지 상시계측 표준시스템으로 정착될 것으로 판단된다.
본 실험은 각 계측기별 테스트베드에서 직접 측정한 값과 모니터링 화면에 표출 값이 일치하였고 위험도 조건을 가상으로 주었을 때, 위험도 실시간상태가 잘 반영됨을 확인하였다.
12는 급경사지 함수비 계측정보에 따라 위험도 예측알고리즘을 통하여 실시간 위험도를 잘 표출되고 있다. 실험대상으로 지정한 급경사지 테스트베드 계측위치는 간극수압 상태가 경보단계를 보이고 있으나 종합예측 관리기준에 미치지 않으므로 전체적인 상태는 안전한 것으로 판단된다.
후속연구
따라서 본 연구에서 제시한 급경사지 붕괴예측 시스템은 붕괴예측모델 기능의 신뢰성과 위험도 판단기준에 적합한 것으로 판단된다. 또한 u-IT기반 상시계측인프라 구축에 있어서 가장 효율성이 있으며, 향후 급경사지 상시계측 표준시스템으로 정착될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
강우량 위험도 관리기준 모델은 강우량 계측정보의 조건에 따라 어떤 단계로 분류하는가?
강우량 위험도 관리기준 모델은 Table 1과 같이 강우량 계측정보의 조건에 따라 정상, 주의, 심각, 경보 단계를 두어 상황에 따라 위험도를 분류하였다.
급경사지 상시계측에 대한 법적관리사항의 한계는 무엇인가?
이에 관련업무 국가기관은 급경사지 등의 사면관리안전 대책방안으로 2008년에 급경사지 예방에 관한 법률을 마련하여 급경사지 상시계측에 대한 법적관리사항을 규정하고 있다[1]. 그러나 급경사지 상시계측모니터링을 통하여 피해예방을 위한 급경사지 붕괴예측에 필요한 각 계측기별 안전도관리기준 예측모델이 마련되어있지 않아 실시간 위험도 감시를 할 수 있는 기술적 방안이 불확실 하다[2,3].
급경사지 붕괴예측 모델은 어떻게 구성하는가?
급경사지 붕괴예측 모델은 강우량, 함수비, 간극수압, 지중경사, 지표변위 등을 관리기준 모델로 구성하였다. 관리기준 모델은 최근 10년간 붕괴유형의 사례를 바탕으로 관리기준의 모델적용한로 급사급경사지 상시계측관리 센서 및 계측장비 설치․운영 가이드를 기준으로 하였다[12].
참고문헌 (12)
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D. J. Cheon, J. S. Kim, S.H.Lee, D.K. Kwak, D.Y.Jung, "A Study on the Development of Predictive Algorithm of Landslide Collapse", Proceedings of the KAIS Spring Conference, pp. 118-121, 2013.
Jurisdiction of the Disaster Mitigation Division of the National Emergency Management Agency, " Management Standards of Steep Slope-Land for Instruments", Ministry of Government Legislation, 2012.
J. H. Ryu, I. H. Lim, E. J. Hwang, " A Study on the Causes of Steep Slope Failure induced Heavy Rainfall", Journal of the Korean Society of Societal Security, Vol.4 no.1, pp.67-74, 2011.
J. G. Yun, J. U. Kim, S. H. Lee,"Usually Steep Slope Measurement Sensors and instrumentation Equipment Installation, Operation Management Guidelines", National Emergency Management Agency, Samcheok City Hall, 2012.
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