최근 들어, 건설현장에서의 안전사고에 대한 예방 및 신속한 대응과 함께 현장관리의 효율화를 위해서 IT와의 통합적 활용이 요구되고, 작업자의 안전 확보와 원활한 작업지시 그리고 시공의 효율성 등을 구현하기 위한 건설현장지원시스템의 구축이 필요하다. 본 연구에서는 현재 VI-GNSS(Voice Integrated-Global Navigation Satellite System)통합기술 기반의 지하구조물 건설현장지원시스템(USFSS, Underground Structure Field Support System)구축을 위하여 시스템 간 정보 전송 및 관리를 위해 데이터 및 음성정보에 대한 정보 표준화와 네트워크 아키텍쳐를 설계하였다. 이를 통하여 구축된 시스템별 정보의 안정성 테스트에서 데이터 전송 안정성의 경우 지하구조물 내 작업자 및 이동차량 시스템과 현장서버시스템에서는 각각 약 98%, 현장서버시스템과 관제시스템사이의 안정성은 약 100%를 확보할 수 있었다. 또한, 음성 전송 안정성 테스트에서 FRS(Family Radio Station)무선시스템을 통한 지하구조물 건설현장과 현장 주변 현장사무소까지의 음성 전송의 경우 1km 거리 구간을 기준으로 약 99%의 신뢰성을 확보하였다.
최근 들어, 건설현장에서의 안전사고에 대한 예방 및 신속한 대응과 함께 현장관리의 효율화를 위해서 IT와의 통합적 활용이 요구되고, 작업자의 안전 확보와 원활한 작업지시 그리고 시공의 효율성 등을 구현하기 위한 건설현장지원시스템의 구축이 필요하다. 본 연구에서는 현재 VI-GNSS(Voice Integrated-Global Navigation Satellite System)통합기술 기반의 지하구조물 건설현장지원시스템(USFSS, Underground Structure Field Support System)구축을 위하여 시스템 간 정보 전송 및 관리를 위해 데이터 및 음성정보에 대한 정보 표준화와 네트워크 아키텍쳐를 설계하였다. 이를 통하여 구축된 시스템별 정보의 안정성 테스트에서 데이터 전송 안정성의 경우 지하구조물 내 작업자 및 이동차량 시스템과 현장서버시스템에서는 각각 약 98%, 현장서버시스템과 관제시스템사이의 안정성은 약 100%를 확보할 수 있었다. 또한, 음성 전송 안정성 테스트에서 FRS(Family Radio Station)무선시스템을 통한 지하구조물 건설현장과 현장 주변 현장사무소까지의 음성 전송의 경우 1km 거리 구간을 기준으로 약 99%의 신뢰성을 확보하였다.
Recently, the integrated utilization of technology with IT is in demand for the effectiveness of field management together with the prevention and prompt action on safety accident at construction site. In addition, the establishment of construction site support system is necessary to implement the s...
Recently, the integrated utilization of technology with IT is in demand for the effectiveness of field management together with the prevention and prompt action on safety accident at construction site. In addition, the establishment of construction site support system is necessary to implement the securing of worker's safety, smooth work instruction, efficiency in construction, and others. Data standardization and network architecture were designed regarding data and sound information for data transmission between systems and management. These were to construct USFSS based on integrated VI-GNSS technology in this research. In the stability test of data for each system constructed through it, around 98% stability was secured between workers and for transfer vehicle system within underground structure and field server system in regards to the data transmission stability, around 100% stability was secured between field server system and control system, respectively. Also, in the sound transmission stability test, around 99% reliability could be secured with 1km distance as its standard in case of sound transmission from underground structure construction site to field office near the field through wireless FRS system.
Recently, the integrated utilization of technology with IT is in demand for the effectiveness of field management together with the prevention and prompt action on safety accident at construction site. In addition, the establishment of construction site support system is necessary to implement the securing of worker's safety, smooth work instruction, efficiency in construction, and others. Data standardization and network architecture were designed regarding data and sound information for data transmission between systems and management. These were to construct USFSS based on integrated VI-GNSS technology in this research. In the stability test of data for each system constructed through it, around 98% stability was secured between workers and for transfer vehicle system within underground structure and field server system in regards to the data transmission stability, around 100% stability was secured between field server system and control system, respectively. Also, in the sound transmission stability test, around 99% reliability could be secured with 1km distance as its standard in case of sound transmission from underground structure construction site to field office near the field through wireless FRS system.
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문제 정의
본 연구에서는 VI-GNSS 통합기술 기반의 건설현장지원시스템을 개발하고자 한다. 시스템 각각의 정보 전송 및 관리를 하고자 데이터 및 음성정보에 대한 정보 표준화를 수행하였고, 네트워크 아키텍쳐는 데이터통신과 음성통신으로 나누어 설계를 하였다.
본 연구에서는 지하구조물 건설시공현장 내 작업자 이동차량의 안전관리 및 작업효율을 위하여 개발하고자 하는 건설현장지원시스템 데이터의 안정성 확보를 위한 현장정보 네트워크 아키텍쳐를 극대화 할 수 있도록 연구범위를 설정하였다.
시스템 각각의 정보 전송 및 관리를 하고자 데이터 및 음성정보에 대한 정보 표준화를 수행하였고, 네트워크 아키텍쳐는 데이터통신과 음성통신으로 나누어 설계를 하였다. 이를 통해 지하구조물 현장시스템기반의 데이터 및 음성통신 전송 데이터 표준화를 확보하고 실용화 기반을 제시하고자 한다.
제안 방법
한편, 음성 전송정보 표준화의 경우 시그널신호를 디지털신호로 변조하여 200MHz대의 FRS무선시스템을 통한 음성정보 전송 표준화 및 테스트를 수행하였다. FRS무선통신은 현장내 작업자 및 이동차량 단말시스템과 현장서버 시스템 구간에서 진행하였고 현장서버시스템과 관제시스템 사이는 인터넷 기반의 음성 전송정보 표준화를 실시하였다.
첫째, 데이터통신 네트워크 아키텍쳐 설계시, VI-GNSS단말기(측위정보, 상태정보) 패킷 데이터를 Wi-Fi방식을 이용 현장서버시스템으로 전송하기 위한 무선 패킷데이터 기반의 설계 및 현장서버시스템에서 패킷데이터를 인터넷을 통한 관제시스템으로의 전송을 위한 설계를 하였다. 건설현장(터널)에서의 VI-GNSS단말기정보(작업자, 이동차량) 패킷데이터 표준화 및 아키텍쳐 설계와 현장서버시템에서 관제시스템으로 데이터 패킷표준화 및 아키텍쳐 설계를 수행하였다. 둘째, 음성통신 네트워크 아키텍쳐 설계 시, 무선통신 음성데이터를 현장서버 시스템으로 Wi-Fi, Zigbee방식으로 전송을 위한 음성데이터 아키텍쳐 설계 및 현장서버시스템으로 전송된 음성데이터를 CDMA를 이용 관제시스템으로 전송을 위한 아키텍쳐 설계를 하였다.
둘째, 음성통신 네트워크 아키텍쳐 설계 시, 무선통신 음성데이터를 현장서버 시스템으로 Wi-Fi, Zigbee방식으로 전송을 위한 음성데이터 아키텍쳐 설계 및 현장서버시스템으로 전송된 음성데이터를 CDMA를 이용 관제시스템으로 전송을 위한 아키텍쳐 설계를 하였다. 건설현장에서의 음성정보(무선통신)가 현장서버시스템으로의 전송 아키텍쳐 설계 및 건설현장에서 음성전보가 관제시스템으로 전송 아키텍쳐 설계를 수행하였다. 마지막으로 현장 실험의 결과를 검증하여 활용성에 대하여 확인하고 만족하지 못하는 경우 패킷데이타의 재설계의 순으로 진행하였다.
현장서버시스템에서는 패킷데이터를 인터넷을 통해 관제시스템으로의 전송되도록 유선 인터넷 기반의 네트워크 아키텍쳐 설계하였다. 그리고 음성데이터 네크워크 아키텍쳐 설계는 200MHz대의 FRS 무선통신 기반으로 지하구조물 현장 내 작업자 단말시스템과 현장 주변 현장사무소 내 현장서버시스템 사이 음성데이터가 전송될 수 있도록 무선통신 기반의 음성데이터 아키텍쳐를 설계 하였다. FIGURE 3은 건설현장지원시스템의 구성된 서브시스템 간의 관계 및 구성내용과 아키텍쳐 네트워크의 흐름을 보여주고 있다.
건설현장(터널)에서의 VI-GNSS단말기정보(작업자, 이동차량) 패킷데이터 표준화 및 아키텍쳐 설계와 현장서버시템에서 관제시스템으로 데이터 패킷표준화 및 아키텍쳐 설계를 수행하였다. 둘째, 음성통신 네트워크 아키텍쳐 설계 시, 무선통신 음성데이터를 현장서버 시스템으로 Wi-Fi, Zigbee방식으로 전송을 위한 음성데이터 아키텍쳐 설계 및 현장서버시스템으로 전송된 음성데이터를 CDMA를 이용 관제시스템으로 전송을 위한 아키텍쳐 설계를 하였다. 건설현장에서의 음성정보(무선통신)가 현장서버시스템으로의 전송 아키텍쳐 설계 및 건설현장에서 음성전보가 관제시스템으로 전송 아키텍쳐 설계를 수행하였다.
현장정보 관리 및 신속한 대응을 위한 관제시스템은 작업자와 작업차량을 실시간위치(3차원)로 추적이 가능하고 현장의 실시간 관리를 위한 고화질의 CCTV영상기반의 실시간 모니터링이 가능하도록 개발하였다. 또한 작업자 및 이동차량의 상태정보를 실시간으로 확인하여 문제발생시 신속한 대응이 가능하도록 관제시스템을 구축하였다. 그림 5는 본 연구에서 개발한 지하구조물 건설현장 관제시스템의 구성도를 보여준다.
건설현장에서의 음성정보(무선통신)가 현장서버시스템으로의 전송 아키텍쳐 설계 및 건설현장에서 음성전보가 관제시스템으로 전송 아키텍쳐 설계를 수행하였다. 마지막으로 현장 실험의 결과를 검증하여 활용성에 대하여 확인하고 만족하지 못하는 경우 패킷데이타의 재설계의 순으로 진행하였다. 그림 1은 본 연구의 현장데이터 전송받아 각각의 데이터 표준화 및 네트워크의 아키텍쳐 설계 등의 흐름을 보여주고 있다.
먼저 정보 표준화 연구와 통신 네트워크 설계에 관한 연구 및 시스템에 대한 동향을 살펴보았다. 먼저 정보 표준화에 관한 연구를 살펴본 결과, Jang et al.
현장정보 전송을 위한 표준화는 데이터 전송 정보와 음성 전송정보를 나누어 연구를 수행하였다. 먼저, 작업자 및 이동차량 단말시스템과 현장서버시스템 간의 정보 표준화를 통한 표준 양식을 도출하였으며, 이동차량 단말시스템과 관제시스템은 동일한 건설현장 표준정보를 일정간격으로 전송해주는 형태로 데이터 표준화를 수행하였다.
본 연구에서는 VI-GNSS 통합기술 기반의 건설현장지원시스템을 개발하고자 한다. 시스템 각각의 정보 전송 및 관리를 하고자 데이터 및 음성정보에 대한 정보 표준화를 수행하였고, 네트워크 아키텍쳐는 데이터통신과 음성통신으로 나누어 설계를 하였다. 이를 통해 지하구조물 현장시스템기반의 데이터 및 음성통신 전송 데이터 표준화를 확보하고 실용화 기반을 제시하고자 한다.
앞선 연구에서 데이터 및 음성정보 데이터 표준화와 네트워크 아키텍쳐 설계를 통하여 작업자 및 이동차량 단말시스템, 현장서버시스템, 관제시스템을 개발하였다. 설계된 시스템 간 현장정보의 안정성 테스트를 위한 현장은 현재 시공 중인 울산-포항 간 고속도로 7공구 양남 터널 사갱구간을 선정하였다.
현장정보 데이터 안정성 테스트 결과, 현장서버시스템에서는 약 98%의 데이터 안정성이 확보되는 것으로 분석되었으며, 관제시스템에서는 현장서버시스템의 정보가 거의 100% 모두 손실 없이 전송됨을 분석결과 알 수 있었다. 음성 정보 데이터 안정성 테스트는 양남터널 현장에서 터널 부근 현장사무소까지의 200MHz대의 FRS무선통신 구간에 대해서만 실시하였으며, 활용한 음성통신장비는 소음이 많은 건설현장에 활용성이 높은 골전도 음성통신장비를 활용하였다. 음성정보 데이터 안정성 테스트 결과는 표 5와 같다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 5초 단위의 현장정보만 처리·관리하도록 관제시스템 개발을 설계하였다.
표 1과 표 2는 수행한 데이터 전송정보의 표준화 내용으로 전송하는 센서정보와 관제시스템간의 표준정의서를 보여준다. 작업자와 이동 차량의 표준 정의서의 차이점은 식별정보에서 작업자의 경우 VI-PNS(Pedestrian Navigation System), 이동차량의 경우 VI-CNS(Car Navigation System)으로 구분하였으며, 상태 정보에서 작업자는 움직임 상태정보를 제공하고 이동차량은 지하건설현장 내 출입여부를 판단할 수 있도록 하였다.
즉 현장정보는 현장서버시스템단에서 저장되도록 하고 관제시스템에서는 5초 단위의 정보만 전송·관리되도록 하였다.
첫째, 데이터통신 네트워크 아키텍쳐 설계시, VI-GNSS단말기(측위정보, 상태정보) 패킷 데이터를 Wi-Fi방식을 이용 현장서버시스템으로 전송하기 위한 무선 패킷데이터 기반의 설계 및 현장서버시스템에서 패킷데이터를 인터넷을 통한 관제시스템으로의 전송을 위한 설계를 하였다. 건설현장(터널)에서의 VI-GNSS단말기정보(작업자, 이동차량) 패킷데이터 표준화 및 아키텍쳐 설계와 현장서버시템에서 관제시스템으로 데이터 패킷표준화 및 아키텍쳐 설계를 수행하였다.
한편, 음성 전송정보 표준화의 경우 시그널신호를 디지털신호로 변조하여 200MHz대의 FRS무선시스템을 통한 음성정보 전송 표준화 및 테스트를 수행하였다. FRS무선통신은 현장내 작업자 및 이동차량 단말시스템과 현장서버 시스템 구간에서 진행하였고 현장서버시스템과 관제시스템 사이는 인터넷 기반의 음성 전송정보 표준화를 실시하였다.
현장서버시스템 단에서의 현장정보를 바탕으로 안정성 테스트는 총 2회에 걸쳐서 수행하였으며, 시스템별 현장정보 데이터 안정성 테스트 수행 결과는 표 4 와 같다.
4GHz대의 Zigbee 기반의 무선통신방식을 통하여 현장서버시스템으로 데이터가 전송되도록 하는 무선 패킷데이터 기반의 네트워크 아키텍쳐를 설계하였다. 현장서버시스템에서는 패킷데이터를 인터넷을 통해 관제시스템으로의 전송되도록 유선 인터넷 기반의 네트워크 아키텍쳐 설계하였다. 그리고 음성데이터 네크워크 아키텍쳐 설계는 200MHz대의 FRS 무선통신 기반으로 지하구조물 현장 내 작업자 단말시스템과 현장 주변 현장사무소 내 현장서버시스템 사이 음성데이터가 전송될 수 있도록 무선통신 기반의 음성데이터 아키텍쳐를 설계 하였다.
현장에서의 작업자 및 이동차량 단말시스템의 패킷정보는 Wi-Fi 및 2.4GHz대의 Zigbee 기반의 무선통신방식을 통하여 현장서버시스템으로 데이터가 전송되도록 하는 무선 패킷데이터 기반의 네트워크 아키텍쳐를 설계하였다. 현장서버시스템에서는 패킷데이터를 인터넷을 통해 관제시스템으로의 전송되도록 유선 인터넷 기반의 네트워크 아키텍쳐 설계하였다.
터널 내에서 수집된 현장정보는 먼저 현장서버시스템으로 전송되며, 현장정보의 안정성 및 신뢰성 부분에서 가장 중요한 부분으로 볼 수 있다. 현장정보 관리 및 신속한 대응을 위한 관제시스템은 작업자와 작업차량을 실시간위치(3차원)로 추적이 가능하고 현장의 실시간 관리를 위한 고화질의 CCTV영상기반의 실시간 모니터링이 가능하도록 개발하였다. 또한 작업자 및 이동차량의 상태정보를 실시간으로 확인하여 문제발생시 신속한 대응이 가능하도록 관제시스템을 구축하였다.
현장정보 전송을 위한 표준화는 데이터 전송 정보와 음성 전송정보를 나누어 연구를 수행하였다. 먼저, 작업자 및 이동차량 단말시스템과 현장서버시스템 간의 정보 표준화를 통한 표준 양식을 도출하였으며, 이동차량 단말시스템과 관제시스템은 동일한 건설현장 표준정보를 일정간격으로 전송해주는 형태로 데이터 표준화를 수행하였다.
대상 데이터
앞선 연구에서 데이터 및 음성정보 데이터 표준화와 네트워크 아키텍쳐 설계를 통하여 작업자 및 이동차량 단말시스템, 현장서버시스템, 관제시스템을 개발하였다. 설계된 시스템 간 현장정보의 안정성 테스트를 위한 현장은 현재 시공 중인 울산-포항 간 고속도로 7공구 양남 터널 사갱구간을 선정하였다. 표 3은 테스트현장정보이며 본 연구에서 사용한 하드웨어 및 네트워크 제원, 개발된 S/W를 보여준다.
성능/효과
둘째, 표준데이터 및 최적 네트워크 설계 기반으로 개발된 건설현장지원시스템의 서브시스템 사이의 데이터 전송정보에 대한 안정성 테스트 수행 결과, 현장서버시스템에서는 약 98%, 관제시스템에서는 약 100%의 안정성 분석결과를 얻을 수 있어 지하구조물 건설현장에서의 시스템 활용성을 충분히 확인할 수 있었다.
셋째, 지하구조물 현장과 현장 주변 현장사무소 사이에서의 이루어진 음성 전송정보에 대한 안정성 테스트 수행에서는 약 99%의 데이터 안정성을 확보할 수 있어, 소음이 큰 지하구조물 건설현장에서의 음성정보 활용이 가능함을 알 수 있었다.
음성정보 데이터 안정성 테스트 결과, 현장서버시스템에서 약 99%의 데이터 안정성이 확보되는 것으로 분석되었다. 이를 통해 데이터 표준 아키텍쳐 설계와 데이터 통신 및 음성통신의 데이터 전송률 안정성 확보가 가능하였다.
음성정보 데이터 안정성 테스트 결과, 현장서버시스템에서 약 99%의 데이터 안정성이 확보되는 것으로 분석되었다. 이를 통해 데이터 표준 아키텍쳐 설계와 데이터 통신 및 음성통신의 데이터 전송률 안정성 확보가 가능하였다.
첫째, 지하구조물 현장에서 데이터 및 음성정보 데이터 전송을 위하여 최적정보 표준화를 통한 작업자 및 이동차량의 표준 전송정보 설계를 할 수 있었으며, 데이터 및 음성 데이터 전송을 위한 시스템 구간별 네트워크 최적설계가 가능하였다.
현장정보 데이터 안정성 테스트 결과, 현장서버시스템에서는 약 98%의 데이터 안정성이 확보되는 것으로 분석되었으며, 관제시스템에서는 현장서버시스템의 정보가 거의 100% 모두 손실 없이 전송됨을 분석결과 알 수 있었다. 음성 정보 데이터 안정성 테스트는 양남터널 현장에서 터널 부근 현장사무소까지의 200MHz대의 FRS무선통신 구간에 대해서만 실시하였으며, 활용한 음성통신장비는 소음이 많은 건설현장에 활용성이 높은 골전도 음성통신장비를 활용하였다.
후속연구
향후 지속적인 현장검증을 통한 비교·검토가 수행된 다면 지하구조물 현장시스템기반의 데이터 및 음성통신 전송 데이터 표준화 확보 및 실용화가 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하구조물 현장정보는 어떤 특징이 있는가?
지하구조물 현장정보는 현장 내 작업자 및 이동차량의 정보를 현장서버시스템이 중계하여 관제시스템에서 실시간 관제 및 대응이 가능하도록 해주는 중요한 정보이다. 즉, 데이터 및 음성통신 게이트웨이 기반의 현장서버시스템은 건설현장의 작업자·이동차량과 관제시스템 간의 원활한 데이터 및 음성 정보를 연계할 수 있도록 해주며, 작업자 및 이동차량의 3차원 위치정보, 상태정보 등의 패킷데이터 정보와 골전도 음성통신 기반의 음성데이터 정보를 중계하여 관제시스템으로 전송을 한다.
현장정보 전송을 위한 표준화는 어떻게 구분되는가?
현장정보 전송을 위한 표준화는 데이터 전송 정보와 음성 전송정보를 나누어 연구를 수행하였다. 먼저, 작업자 및 이동차량 단말시스템과 현장서버시스템 간의 정보 표준화를 통한 표준 양식을 도출하였으며, 이동차량 단말시스템과 관제시스템은 동일한 건설현장 표준정보를 일정간격으로 전송해주는 형태로 데이터 표준화를 수행하였다.
본 연구는 현장서버시스템에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해 무엇을 설계하였는가?
일반적으로 현장 정보는 1초 단위로 정보가 전송되나 작업자의 위치 및 상태정보의 관제는 1초 단위의 정보 관리가 의미가 적고, 다수의 작업자 및 이동차량 단말기가 접속될 경우 시스템 속도 및 저장 용량 등에 많은 문제점을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 5초 단위의 현장정보만 처리·관리하도록 관제시스템 개발을 설계하였다. 즉 현장정보는 현장서버시스템단에서 저장되도록 하고 관제시스템에서는 5초 단위의 정보만 전송·관리되도록 하였다.
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