최근 IT 기술의 급속한 발전으로 시설물의 설비진단과 관련된 융합 기술의 발전이 가속화되어 가고 있으며, 설계에서 유지, 보수 단계에 이르는 모든 관련 정보를 효율적으로 처리하고 관리할 수 있는 기법에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 논문에서는 IT융합기술을 기반으로 설비 진단 및 시설물에 대한 복합정보를 효율적으로 처리하는 처리기법을 제안하고 실시간 복합정보 관리시스템을 설계하였다. 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위해 특정 시설물을 대상으로 실시간 관리시스템을 설계하였으며, 결과를 분석하여 제안된 기법의 성능이 우수함을 입증하였다.
최근 IT 기술의 급속한 발전으로 시설물의 설비진단과 관련된 융합 기술의 발전이 가속화되어 가고 있으며, 설계에서 유지, 보수 단계에 이르는 모든 관련 정보를 효율적으로 처리하고 관리할 수 있는 기법에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 논문에서는 IT융합기술을 기반으로 설비 진단 및 시설물에 대한 복합정보를 효율적으로 처리하는 처리기법을 제안하고 실시간 복합정보 관리시스템을 설계하였다. 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위해 특정 시설물을 대상으로 실시간 관리시스템을 설계하였으며, 결과를 분석하여 제안된 기법의 성능이 우수함을 입증하였다.
With the rapid development of IT technology, recently, the development of IT convergence technology related to the facility diagnosis is prevalent, and the study for the efficient integrated management scheme is required to handle all relevant information, from the design to the maintenance, includi...
With the rapid development of IT technology, recently, the development of IT convergence technology related to the facility diagnosis is prevalent, and the study for the efficient integrated management scheme is required to handle all relevant information, from the design to the maintenance, including the stage of repair. In this paper, an efficient scheme to process the complex data for the facility and its diagnosis is proposed based on IT convergence technique and the real-time complex data management is designed. In order to evaluate the performance of the proposed system, the real-time management system is designed for a particular facility, and the comparative results show the good performance of the proposed system.
With the rapid development of IT technology, recently, the development of IT convergence technology related to the facility diagnosis is prevalent, and the study for the efficient integrated management scheme is required to handle all relevant information, from the design to the maintenance, including the stage of repair. In this paper, an efficient scheme to process the complex data for the facility and its diagnosis is proposed based on IT convergence technique and the real-time complex data management is designed. In order to evaluate the performance of the proposed system, the real-time management system is designed for a particular facility, and the comparative results show the good performance of the proposed system.
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문제 정의
따라서 LNG 저장 시설의 관련 설계도서에 대한 면밀한 검토를 통하여 설계에 대한 신뢰성을 확보하고, 시공 중 발생할 수 있는 다양한 문제점에 대처하기 위하여 면밀한 품질관리와 시공후 시설물의 운영시 안전도 확보를 위한 체계적이고 종합적인 통합관리가 가능하도록 설계하였다.
따라서 본 연구에서는 IT융합기술 중 센서 기술과 정보처리 기술 등을 기반으로 하고 구조물의 설비에 대한 계측과 진단, 냉난방 제어장치, 방범, 방재, 공조, 조명, 승강기 감시, 주차관제, 원격검침, 통신 등 소프트웨어 기술을 포함하여 IT 융합 시설물의 설비계측 및 복합정보에 대한 통합관리 기법에 관한 연구를 수행하였으며, 그 결과 고효율 실시간 설비진단 및 통합 관리시스템을 설계하였고 그 성능을 입증하였다. 본 논문에서는 IT융합기술을 기반으로 하여 설비 진단 및 복합 정보를 효율적으로 처리하고 관리하는 복합정보 관리기법에 대하여 기술한다.
따라서 본 연구에서는 IT융합기술 중 센서 기술과 정보처리 기술 등을 기반으로 하고 구조물의 설비에 대한 계측과 진단, 냉난방 제어장치, 방범, 방재, 공조, 조명, 승강기 감시, 주차관제, 원격검침, 통신 등 소프트웨어 기술을 포함하여 IT 융합 시설물의 설비계측 및 복합정보에 대한 통합관리 기법에 관한 연구를 수행하였으며, 그 결과 고효율 실시간 설비진단 및 통합 관리시스템을 설계하였고 그 성능을 입증하였다. 본 논문에서는 IT융합기술을 기반으로 하여 설비 진단 및 복합 정보를 효율적으로 처리하고 관리하는 복합정보 관리기법에 대하여 기술한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 연구에서는 분산 서버기술을 활용하여 융합기술을 기반으로 하는 복합정보 관리시스템을 설계하였다. 이는 시설물 진단에 필요한 복합정보를 효율적으로 처리하며 통합관리가 가능한 시스템으로, [그림 2]와 같이 구성된다.
본 연구에서는 시설물의 유지 관리를 효율적으로 하기 위하여 각 탱크별 특성과 상태에 적합하도록 각각의 계측 및 진단시스템을 설계하였고, 다음과 같은 사항들을 고려하여 실시간 복합정보관리시스템을 구현하였다. 전반적 계측 방법과 안전에 결정적 요인이 되는 부재의 국부적 계측 방법에 의하여 탱크의 전반적 안전 상태를 파악하므로 계측기의 수량이 소수이며 정상, 주의 및 위험의 상태가 명확하게 판단되어야 한다.
제안 방법
각 탱크별로 관리실에서 전반적인 상태뿐 아니라 각각의 센서마다 현재 및 일정 기간 동안의 이력을 쉽게 알 수 있도록 하였으며, 각 지역 단체내의 모든 탱크 전체 상황을 중앙의 한 장소에서 통합적 관리가 가능하도록 구성하였다. 내구성이 우수한 계측기기를 사용하여 사용 중의 고장 수리 및 유지 관리를 최소화 시키고, 탱크의 상태에 따라 센서 수량을 증가 시키거나 새로운 항목의 센서를 설치할 수 있도록 계측 시스템의 확장이 가능하도록 하였다.
각 탱크별로 관리실에서 전반적인 상태뿐 아니라 각각의 센서마다 현재 및 일정 기간 동안의 이력을 쉽게 알 수 있도록 하였으며, 각 지역 단체내의 모든 탱크 전체 상황을 중앙의 한 장소에서 통합적 관리가 가능하도록 구성하였다. 내구성이 우수한 계측기기를 사용하여 사용 중의 고장 수리 및 유지 관리를 최소화 시키고, 탱크의 상태에 따라 센서 수량을 증가 시키거나 새로운 항목의 센서를 설치할 수 있도록 계측 시스템의 확장이 가능하도록 하였다. [표 1]은 유지 관리 계측 항목과 이에 적합한 계측방법 및 계측기를 나타내고, [표 2]에서 유지관리(maintenance)를 위한 센서의 수량 및 설치 위치를 나타내었다.
이는 시설물 진단에 필요한 복합정보를 효율적으로 처리하며 통합관리가 가능한 시스템으로, [그림 2]와 같이 구성된다. 두 대의 부하균형 서버(load balancing sever)를 사용하여 주 역할과 대기(standby)의 역할을 수행하도록 구성하였으며, 마스터 서버가 부하균형을 담당한다. 만일 장애를 일으키면 대기서버가 부하균형을 담당하게 되고, 이후에 마스터서버가 복구되면 대기서버는 다시 대기상태로 되돌아 가도록 함으로써 안정적인 시스템이 된다.
마스터 서버는 클라이언트가 요청하면 언제라도 다수의 서버로 분산시켜 응답하도록 하였다. 또한 제안된 시스템은 시설물 정보를 실시간 관리하는 전용서버(dedicated server)와 변화된 데이터를 관리하는 이벤트서버(event server), CCTV 및 승강기 등을 관리하는 감시서버(monitoring server), 조명시스템, 전력시스템, 공조시스템을 담당하는 설비서버(facility server), 그리고 전체적으로 관리하는 주 서버(main server) 등으로 구성된다. 주 서버 및 보조 서버에서는 시설물에 대한 정보를 분리하여 구성하고, 통합 관리시스템에서는 GUI(graphical user interface) 및 MMI (man-machine interface)를 통해 시설물의 상황을 정확하게 판단하여 사용자에게 정보를 제공한다.
만일 장애를 일으키면 대기서버가 부하균형을 담당하게 되고, 이후에 마스터서버가 복구되면 대기서버는 다시 대기상태로 되돌아 가도록 함으로써 안정적인 시스템이 된다. 마스터 서버는 클라이언트가 요청하면 언제라도 다수의 서버로 분산시켜 응답하도록 하였다. 또한 제안된 시스템은 시설물 정보를 실시간 관리하는 전용서버(dedicated server)와 변화된 데이터를 관리하는 이벤트서버(event server), CCTV 및 승강기 등을 관리하는 감시서버(monitoring server), 조명시스템, 전력시스템, 공조시스템을 담당하는 설비서버(facility server), 그리고 전체적으로 관리하는 주 서버(main server) 등으로 구성된다.
본 연구에서는 IT융합기술 중 센서기술과 유무선 데이터 통신 기술을 사용하여 시설물의 진단 및 상시 감시, 정보의 분석 및 판단 결과를 제어하는 복합정보 처리기술에 촛점을 두고 복합정보 관리시스템을 설계하였다.
IT융합기술을 기반으로 하는 고효율 설비진단 및 복합정보 관리 시스템은 계측 및 진단 그리고 재난재해 예방에 따른 각종 정보들을 수집하고 종합적으로 분석하여 비상시 안전한 동선에 관한 정보 등 유용한 정보를 신속하게 제공하는 것을 가능하게 한다. 본 연구에서는 IT융합기술 중 센서기술과 유무선 데이터통신 기술을 기반으로 하여 시설물에 대한 상시 감시 및 진단, 제어장치, 조명, 원격검침 등 기술과 관련하여 시설물의 설비 진단 및 실시간 복합정보 관리시스템을 설계하였다. 제안된 시스템은 시설물에서의 계측정보를 효율적으로 처리하고 이에 대한 통합적인 관리가 가능하다.
그러나 제안된 복합정보 관리시스템을 사용하면 센서 데이터를 실시간으로 획득하여 이상 여부를 실시간으로 진단하고 필요한 조치를 취할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 슬러리 내벽의 철근망 제작 시 측정 위치에 따라 수압센서, 토압센서, 온도 센서 등 각종센서를 부착하여 계측 및 진단에 사용하였으며, 센서가 설치된 상태를 [그림 11]에서 보였다.
이처럼 지역 스테이션은 센서로 부터 데이터를 수집하여 각각의 서버로 데이터를 전송하고, 수집된 데이터를 비교, 분석하여 장비를 제어하게 된다. 본 연구에서는 이를 위해 윈도우(window) 환경으로 각 서버와 데이터 통신을 수행하도록 하였고, RS-232C, 485, 지그비(zigbee), 블루투수(bluetooth) 장치와 데이터교환이 가능하도록 설계하였다. 이는 A/D 변환기(converter), I/O 멀티플렉서, 아날로그 및 디지털 입출력 (Digital In, Analog In, Digital Out, Analog Out)이 가능하도록 구성된다.
센서기술은 시설물의 상태를 감지하여 정보를 수집하는 기술로, 기능별로 구성이 가능하다. 수집된 데이터는 데이터베이스로 저장하여 자료를 공유하도록 설계하였다. 상시 감시를 필요로 하는 정보를 주기적으로 샘플링하여 기준 값을 정하고, 데이터를 획득하여 기준 값을 넘게 되면 경보를 발생시킨다.
지표 레벨에 따라 슬러리 내벽의 온도변화를 측정한다. 시공 중엔 온도를 측정하여 콘크리트 양성상태를 분석하고, 유지관리시엔 온도의 변화를 계측한다. [그림 10]에 온도센서의 측정값을 나타내었으며, 이는 비정상 데이터나 오류가 없이 정상적으로 동작함을 보여준다.
설계된 시스템운영 알고리즘을 요약하여 [그림 7]에 나타내었다. 윈도우 환경을 기반으로 그래픽 MMI (Man-Machine Interface)를 적용하였으며, 정적자료의 획득 및 분석 기능과 센서의 개별적 자료 획득 및 저장, 통합관리 기능을 갖도록 구현하였다. 정적자료의 획득 및 분석 기능은 정적 신호처리 장치에서 추출한 계측 파일을 출력, 분석하기 위한 것으로 정적센서에만 적용된다.
제안된 관리시스템은 시공 중의 시공 관리 및 안전성 확보를 위한 “시공 진단 및 정보처리 부분”과 완공 후 태풍, 지진 등과 같은 재해에 의한 공용 안전성 확보, 저장 설비의 유지 및 관리를 위한 "통합관리 처리부분"으로 구분하여 구성하였다. 유지 및 통합관리 부분은 저장 시설 완공 직후 실시되는 초기치 계측 작업에 의하여 획득된 초기치 데이터를 기반으로 향후 지속적인 저장 시설의 거동 상태를 상시 감시하여, 유지 관리를 위한 데이터 획득 및 경보 동작을 하도록 설계하였다. 가스 관련 사고는 크나큰 재정적 손실은 물론 인명의 피해가 기타 분야의 사고 보다 무척 크다는 점에서 충분한 안전성 검토가 확보되어야 한다.
이상의 결과에 따라 기존의 방법과 제안된 진단 및 관리시스템을 사용하는 경우와의 성능을 비교, 분석하여 [표 6]에 요약하였다.
제안된 관리시스템은 시공 중의 시공 관리 및 안전성 확보를 위한 “시공 진단 및 정보처리 부분”과 완공 후 태풍, 지진 등과 같은 재해에 의한 공용 안전성 확보, 저장 설비의 유지 및 관리를 위한 "통합관리 처리부분"으로 구분하여 구성하였다.
[그림 3]은 주 서버의 시설물 복합정보 관리구조를 나타낸 것이다. 주 서버는 상시 감시 중 경보 발생시 해당 호실을 선택하여 [그림 4]에 보이는 것과 같은 상세정보를 파악할 수 있도록 하였으며, 경보 발생시 해당 정보를 선택하면 [그림 5]에 나타낸 것과 같은 층별, 호실별 상세정보 및 건축물 정보에 대한 배치도 등을 제공하여 시간 및 장소 등의 정보를 제공하여 원인분석 및 조치를 취할 수 있도록 설계하였다.
토압센서를 콘크리트에 매설 또는 표면에 부착하여 토압에 의한 슬러리 내벽 변형률을 실시간으로 측정하였으며, 이렇게 측정된 값은 토압에 의한 응력변화를 전기 저항 값으로 측정하여 압력으로 환산한 값이다. 지표 레벨(earth level:EL)에 따라 토압에 의한 응력값을 산출하였으며, [그림 8]은 정상적인 동작을 보여준다.
대상 데이터
제안된 시스템의 성능을 평가하기 위해 LNG(Liquid Natural Gas: 액화천연가스) 저장설비 시설물을 대상으로 복합정보 관리시스템을 구현하였다. 제안된 관리시스템은 시공 중의 시공 관리 및 안전성 확보를 위한 “시공 진단 및 정보처리 부분”과 완공 후 태풍, 지진 등과 같은 재해에 의한 공용 안전성 확보, 저장 설비의 유지 및 관리를 위한 "통합관리 처리부분"으로 구분하여 구성하였다.
성능/효과
제안된 시스템은 시설물에서의 계측정보를 효율적으로 처리하고 이에 대한 통합적인 관리가 가능하다. 성능을 평가하기 위해 특정 시설물에 적용하여 복합정보 관리시스템을 구현하였으며, 그 결과로부터 효율적인 진단 및 통합관리가 가능함을 입증하였다. 향후, 복합 시설물과 대규모 시설물에 대한 복합정보를 실시간으로 보다 효율적으로 처리하는 향상된 통합관리기법에 대한 후속 연구가 진행될 예정이다.
본 연구에서는 IT융합기술 중 센서기술과 유무선 데이터통신 기술을 기반으로 하여 시설물에 대한 상시 감시 및 진단, 제어장치, 조명, 원격검침 등 기술과 관련하여 시설물의 설비 진단 및 실시간 복합정보 관리시스템을 설계하였다. 제안된 시스템은 시설물에서의 계측정보를 효율적으로 처리하고 이에 대한 통합적인 관리가 가능하다. 성능을 평가하기 위해 특정 시설물에 적용하여 복합정보 관리시스템을 구현하였으며, 그 결과로부터 효율적인 진단 및 통합관리가 가능함을 입증하였다.
후속연구
향후, 복합 시설물과 대규모 시설물에 대한 복합정보를 실시간으로 보다 효율적으로 처리하는 향상된 통합관리기법에 대한 후속 연구가 진행될 예정이다. 이러한 IT융합기술은 고부가가치 산업을 활성화하며, 국가경쟁력 확보로 이어져 크기나 범위가 점차 대형화, 복합화, 지능화되어 가는 시설물의 진단과 복합데이터 처리에 적극적으로 활용될 것으로 기대된다.
성능을 평가하기 위해 특정 시설물에 적용하여 복합정보 관리시스템을 구현하였으며, 그 결과로부터 효율적인 진단 및 통합관리가 가능함을 입증하였다. 향후, 복합 시설물과 대규모 시설물에 대한 복합정보를 실시간으로 보다 효율적으로 처리하는 향상된 통합관리기법에 대한 후속 연구가 진행될 예정이다. 이러한 IT융합기술은 고부가가치 산업을 활성화하며, 국가경쟁력 확보로 이어져 크기나 범위가 점차 대형화, 복합화, 지능화되어 가는 시설물의 진단과 복합데이터 처리에 적극적으로 활용될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IT 기술의 급속한 발전이 가속화시키는 것은 무엇인가?
최근 IT 기술의 급속한 발전으로 시설물의 설비진단과 관련된 융합 기술의 발전이 가속화되어 가고 있으며, 설계에서 유지, 보수 단계에 이르는 모든 관련 정보를 효율적으로 처리하고 관리할 수 있는 기법에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 논문에서는 IT융합기술을 기반으로 설비 진단 및 시설물에 대한 복합정보를 효율적으로 처리하는 처리기법을 제안하고 실시간 복합정보 관리시스템을 설계하였다.
센서기술은 무엇인가?
센서기술은 시설물의 상태를 감지하여 정보를 수집하는 기술로, 기능별로 구성이 가능하다. 수집된 데이터는 데이터베이스로 저장하여 자료를 공유하도록 설계하였다.
구조물 내의 다양한 정보의 수집과 관리가 갖추어야 할 것은 무엇인가?
오늘날 구조물은 복잡화, 고층화, 대형화, 지능화, 에너지 효율화 등이 요구되고 있으며, 이에 따라 구조물 내의 다양한 정보의 수집과 관리를 필요로 한다. 무엇보다 구조물내의 정보를 수집하기 위한 시스템 구축이 요구되고, 정보관리시스템의 확장이 용이하여야 하며, 목적에 적합한 정보수집용 센서와 데이터 처리 및 제어 장치 등을 갖추어야 한다[7].
참고문헌 (9)
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Hyeongseok Kim, "IT Construction Convergence Smart building Technology", 2011.
Moongu Kim, et al, "Domestic and international Trends and Direction of strengthening the domestic industry for IT Convergence", Electronic communication trend analysis, Vol.25, No.1, 2010.
Hwangsoo Jeon, "IT Construction Convergence Technology Trend", IT Soc Magazine
"IT Construction Convergence Evolution-Plant, Civil construction projects and BIM", CERIK Journal Sept. 2010.
Hyeunsun Ryu, "Market and Technology Trends and Policy Implications for IT Construction Convergence", Korean Industry Economic Analysis, 2010.
Randy Deutsch, "BIM and Integrated Design: Strategies for Architectural Practice", AIA, 2011.
Gyeongju Jang et al., "Implementation of Facility Diagnostic System Based on IT Convergence Technology", Proceedings of 2013 Winter Conference of The Korean Institute of Communication Science, Vol 50, Jan. 2013.
V.Giurgiutiu, "Structural health monitoring with piezoelectric wafer active sensor",Elsevier, 2008.
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