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사면붕괴 모니터링에 사용되는 온도-함수비 복합계측시스템 개발에 관한 실험적 연구
Experimental Study on Temperature-Moisture Combined Measurement System for Slope Failure Monitoring 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.19 no.2, 2015년, pp.33 - 39  

남진원 ((주)바이텍코리아)

초록
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최근 급속한 기후변화 및 광범위한 사회간접시설의 개발 등으로 인해 사면붕괴가 곳곳에서 발생하고 있으며, 이에 대한 모니터링 및 예방시스템 구축에 대한 사회적인 관심이 증가하고 있는 상태이다. 사면붕괴 메카니즘에 영향을 미치는 중요한 영향인자는 지표내 수분 및 온도이며 이에 대한 변화 추이를 통해 사면붕괴를 예측할 수 있다. 따라서, 사면붕괴 모니터링을 위해서는 지표 깊이별 온도 및 함수비를 연속적으로 측정할 수 있는 복합센싱 기법이 필요하다고 볼 수 있다. 현재까지 온도 및 함수비에 대해 각각의 계측이 가능한 개별 센서는 다양하게 개발되어 있는 상태이지만, 온도 및 함수비를 동시에 연속적으로 측정할 수 있는 복합계측 시스템의 경우에는 많은 연구가 필요한 상태이다. 본 논문에서는 전류소모가 최소화된 측온 회로와 고주파 신호를 토양에 방사하는 수분 측정 센서를 적용한 고정밀 온도-함수비 복합센서를 개발하여 효율적이고 정확도를 향상시킨 사면붕괴 모니터링 시스템에 적용할 수 있도록 하였다. 개발된 복한센서의 성능검증을 위하여 기본성능 표준시험, 실내검증실험, 현장장기실험 등의 다양항 실험적 연구를 수행하였으며, 실험결과를 통해 개발된 복합센서를 이용한 모니터링 시스템은 지반의 온도 및 함수비를 정확하게 모니터링할 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the event of slope failure has been occurring frequently due to rapid climate changes and broad development of infrastructures, and the research for establishment of monitoring and prevention system has been an attentive issue. The major influence factors of slope failure mechanism can be ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 세라믹의 기공성은 제작 과정에서 생기는 기공의 크기와 분포에 따라 달라지고 포화 상태 하에서의 세라믹의 공기입력 값과 수분전도성 또한 기공의 크기에 영향을 받으므로 토양 내 수분의 모니터링에 이 센서를 활용한다는 것은 매우 어렵다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기존의 장기계측용 탐침형 센서가 갖는 문제점을 해결하기 위해 고주파 (Microwave)를 이용하여 토양 수분을 측정하는 방사형 센서 기술을 개발하여 안정적이고 효율적인 계측시스템을 구성하도록 하였다.
  • 하지만, 사면의 거동을 결정하는 중요한 인자인 함수비와 온도에 대한 복합적이고 정밀한 센싱 시스템 개발에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 센싱 정확도 향상기법 및 알고리즘을 바탕으로 고주파 방사형 센싱기술을 이용하는 온도 및 함수비 측정 센서모듈을 개발하고, 이를 적용한 효율적인 사면붕괴 모니터링 시스템을 구축하고자 한다.
  • 본 연구에서 실현하고자 하는 시스템은 토양 속 지온 및 수분을 동시에 감지할 수 있는 융복합 시스템 개발이다. 토양의 수분 및 지온을 측정하는 기술은 국내외로 널리 연구가 되고 있으나 대부분 토양 속 수분 센서 또는 온도 센서로서 단일 센서이며, 지온감지를 포함한 복합 센서 개발은 미미한 실정이다.
  • 본 연구에서는 사면붕괴 모니터링에 사용될 수 있는 온도함수율 복합 시스템을 개발하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사면붕괴 메카니즘에 영향을 미치는 중요한 영향인자는 무엇인가? 최근 급속한 기후변화 및 광범위한 사회간접시설의 개발 등으로 인해 사면붕괴가 곳곳에서 발생하고 있으며, 이에 대한 모니터링 및 예방시스템 구축에 대한 사회적인 관심이 증가하고 있는 상태이다. 사면붕괴 메카니즘에 영향을 미치는 중요한 영향인자는 지표내 수분 및 온도이며 이에 대한 변화 추이를 통해 사면붕괴를 예측할 수 있다. 따라서, 사면붕괴 모니터링을 위해서는 지표 깊이별 온도 및 함수비를 연속적으로 측정할 수 있는 복합센싱 기법이 필요하다고 볼 수 있다.
토양 내 존재하는 수분의 형태는 어떻게 구분되는가? 토양 내 존재하는 수분은 토양의 입자사이 공극에 액체의 형태로 존재하는 물을 의미하며, 이는 공기 중 기체 상태로 존재하는 물의 정도를 의미하는 습도와는 다른 성격을 지닌다. 토양 수분의 형태는 크게 중력수, 모관수, 표층수 3종류로 구분되는데 토양에 전계 또는 마이크로웨이브를 방사하게 되면 수분의 정도에 따라 그 특성이 변화하는 성질을 이용하여 토양 속 수분의 양을 측정하는 것이 가능하다. Fig.
토양 내 존재하는 수분은 무엇을 의미하는가? 토양 내 존재하는 수분은 토양의 입자사이 공극에 액체의 형태로 존재하는 물을 의미하며, 이는 공기 중 기체 상태로 존재하는 물의 정도를 의미하는 습도와는 다른 성격을 지닌다. 토양 수분의 형태는 크게 중력수, 모관수, 표층수 3종류로 구분되는데 토양에 전계 또는 마이크로웨이브를 방사하게 되면 수분의 정도에 따라 그 특성이 변화하는 성질을 이용하여 토양 속 수분의 양을 측정하는 것이 가능하다.
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참고문헌 (14)

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  5. Jang, H. I., You, B. O., and Jung, J. H. (2009), Construction of real-time monitoring system for hazard protection of highway slope, Korea Expressway Corporation Research Institute. 

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  11. Park, D. K. (2005), Study on the monitoring and detection of slope failure: focusing on the application of rainfall data, National Disaster Management Institute. 

  12. Park, D. K. (2006), Study on the monitoring and detection of slope failure: focusing on the estimation methodology of standard precipition, National Disaster Management Institute. 

  13. Roslan, Z. A., and Badiah, S. (2006), Landslide risk with regards to rainfal erositivity, Proceedings of the ICL Symposium, 32-36. 

  14. Shin, J. H., and Song, B. H. (2012) Development of slope monitoring system using VW piezo-meter and inclinometer, Journal of Advanced Information Technology and Convergence, 10(3), 37-45 (in Korean, with English abstract). 

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