본 논문은 오래된 옹벽과 같은 건축물이나 잠재적 위험을 내재한 건설 및 토목 구조물 등에 부착 가능한 블루투스 비콘센서 노드를 활용하여 위험감지 및 대피/대처 서비스를 제공해줄 수 있는 스마트 안전 계측 시스템을 설계한다. 제안한 시스템은 블루투스 비콘을 활용하여 비콘이 설치된 지점의 가속도, 자이로, 지자계, 압력/고도, 온도/습도 등의 다양한 센서 데이터를 전송할 수 있으며 이러한 데이터를 활용하여 위험 감지, 예측, 경고 등의 다양한 서비스에 활용할 수 있다. 제안한 시스템의 실효성을 검증하기 위해 필드 테스트를 수행하였으며 옹벽의 변위값이 허용변위 38.5 mm 내에 존재한다는 것을 확인하였다.
본 논문은 오래된 옹벽과 같은 건축물이나 잠재적 위험을 내재한 건설 및 토목 구조물 등에 부착 가능한 블루투스 비콘 센서 노드를 활용하여 위험감지 및 대피/대처 서비스를 제공해줄 수 있는 스마트 안전 계측 시스템을 설계한다. 제안한 시스템은 블루투스 비콘을 활용하여 비콘이 설치된 지점의 가속도, 자이로, 지자계, 압력/고도, 온도/습도 등의 다양한 센서 데이터를 전송할 수 있으며 이러한 데이터를 활용하여 위험 감지, 예측, 경고 등의 다양한 서비스에 활용할 수 있다. 제안한 시스템의 실효성을 검증하기 위해 필드 테스트를 수행하였으며 옹벽의 변위값이 허용변위 38.5 mm 내에 존재한다는 것을 확인하였다.
This paper designs a smart safety measurement system with Bluetooth beacon sensor nodes that can provide risk detection and evacuation/countermeasure services. The Bluetooth beacon sensor nodes is easily able to be attached to old building wall or construction or civil structure with potential dange...
This paper designs a smart safety measurement system with Bluetooth beacon sensor nodes that can provide risk detection and evacuation/countermeasure services. The Bluetooth beacon sensor nodes is easily able to be attached to old building wall or construction or civil structure with potential danger. The proposed smart safety measurement system transmits various sensor data such as acceleration, gyroscope, geomagnetic, pressure, altitude, temperature, humidity at the spot where Bluetooth beacon sensor nodes are installed, and we can use them for risk perception, prediction, and warning services. To verify the effectiveness of the proposed system, we performed filed tests which showed that measured displacement values of precast retaining walls were within the permitted displacement value of 38.5 mm.
This paper designs a smart safety measurement system with Bluetooth beacon sensor nodes that can provide risk detection and evacuation/countermeasure services. The Bluetooth beacon sensor nodes is easily able to be attached to old building wall or construction or civil structure with potential danger. The proposed smart safety measurement system transmits various sensor data such as acceleration, gyroscope, geomagnetic, pressure, altitude, temperature, humidity at the spot where Bluetooth beacon sensor nodes are installed, and we can use them for risk perception, prediction, and warning services. To verify the effectiveness of the proposed system, we performed filed tests which showed that measured displacement values of precast retaining walls were within the permitted displacement value of 38.5 mm.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 오래된 옹벽과 같은 건축물이나 잠재적 위험을 내재한 건설 및 토목구조물 등에 부착가능한 블루투스 비콘센서 노드를 활용하여 위험 감지 및 대피/대처 서비스를 제공해줄 수 있는 스마트 안전 계측 시스템을 설계한다. 제안한 시스템은 블루투스 비콘을 활용하여 비콘이 설치된 지점의 가속도, 자이로,지자계, 압력/고도, 온도/습도 등의 다양한 센서 데이터를 필요에 따라 선별적으로 처리할 수 있으며 이를 통해 위험을 감지하고 대피경로 또는 대처요령 등을 전파하는데 활용할 수있다.
본 논문에서는 오래된 옹벽과 같은 건축물이나 잠재적 위험을 내재한 건설 및 토목구조물등에 부착가능한 블루투스 비콘 센서 노드를 활용하여 위험감지 및 대피/대처 서비스를 제공해줄 수 있는 스마트 안전 계측 시스템을 설계하였다. 경기도와 강원도 남부 지역에 있는 옹벽에 블루투스 비콘 센서 노드를 설치하고 스마트 안전계측시스템을통해 수집된 데이터를 분석함으로써 제안시스템의 실효성을 검증하였다.
본 절에서는 제안한 블루투스 비콘 센서 노드를 활용한 스마트 안전 계측 시스템의 실효성을 검증하기 위해 수행한 필드 테스트 결과를 설명한다. 그림5와 같이 필드테스트는 양평~청평 사이의 직벽식 프리캐스트 옹벽과 강릉 대기리 풍력 발전단지의 2부벽식 프리캐스트 옹벽에 블루투스 비콘 센서 노드를 설치하여 측정을 수행하였고 옹벽의 변위값을 측정하기 위해 가속도 센서만을 고려하였다.
그림1은 제안한 스마트 안전 계측 시스템의 동작절차에 대한 예시를 개략적으로 보여주고있다. 오래된 옹벽과 같은 건축물이나 잠재적 위험을 내재한 건설 현장의 구조물 등의 외부 또는 내부에 위험감지 기능을 포함한 블루투스 비콘 센서 노드를 부착하고,균열 또는 기울기등의 이상신호가 감지될 경우 이를 서버로 송신하고 데이터분석을 통해 심각한 위험이 예상될 경우 종합 상황실을 통해 관리자나 근로자, 주변 사람들에게 대피 경로 또는 대처요령 등을 전파하는 것을 목적으로 하고있다.
제안 방법
본 논문에서는 오래된 옹벽과 같은 건축물이나 잠재적 위험을 내재한 건설 및 토목구조물등에 부착가능한 블루투스 비콘 센서 노드를 활용하여 위험감지 및 대피/대처 서비스를 제공해줄 수 있는 스마트 안전 계측 시스템을 설계하였다. 경기도와 강원도 남부 지역에 있는 옹벽에 블루투스 비콘 센서 노드를 설치하고 스마트 안전계측시스템을통해 수집된 데이터를 분석함으로써 제안시스템의 실효성을 검증하였다. 향후지진등과 같은 위험상황에 대한시나리오를 적용하여 위험감지 및 전파등의 기능을 테스트할 예정이다.
본 절에서는 제안한 블루투스 비콘 센서 노드를 활용한 스마트 안전 계측 시스템의 실효성을 검증하기 위해 수행한 필드 테스트 결과를 설명한다. 그림5와 같이 필드테스트는 양평~청평 사이의 직벽식 프리캐스트 옹벽과 강릉 대기리 풍력 발전단지의 2부벽식 프리캐스트 옹벽에 블루투스 비콘 센서 노드를 설치하여 측정을 수행하였고 옹벽의 변위값을 측정하기 위해 가속도 센서만을 고려하였다.
이러한 안전문제의 해결방안으로 여러 방법들이 제안되었다. 기계 및 건설장비에 의한 사고를 방지하기 위해 작업장에 블루투스 저전력 에너지 비콘기술을 적용하여 사용자의 스마트폰에 비콘거리를 설정을 받은 후 일정 거리 이내의 진입이 측정되면 진동, 소리 등의 알림을 통해 작업자에게 경고해주는 안전관리 서비스를제안하였다[1]. 또한 블루투스 비콘기술의 광업 및 건설분야 활용을 위해 기술의 특징과 다양한 활용사례를 조사하고 분석하였는데 건설 분야에서는 블루투스 비콘기술을 활용하여 현장의 원자재 운반 작업을 개선한 사례를 소개하였다[2].
기계 및 건설장비에 의한 사고를 방지하기 위해 작업장에 블루투스 저전력 에너지 비콘기술을 적용하여 사용자의 스마트폰에 비콘거리를 설정을 받은 후 일정 거리 이내의 진입이 측정되면 진동, 소리 등의 알림을 통해 작업자에게 경고해주는 안전관리 서비스를제안하였다[1]. 또한 블루투스 비콘기술의 광업 및 건설분야 활용을 위해 기술의 특징과 다양한 활용사례를 조사하고 분석하였는데 건설 분야에서는 블루투스 비콘기술을 활용하여 현장의 원자재 운반 작업을 개선한 사례를 소개하였다[2]. 또 다른 논문에서는 블루투스로 스마트폰에 응급상황을 전할 수 있는 웨어러블 단말기와 스마트폰의 Wi-Fi나 LTE망을 사용하여 작업자의 상황을 실시간으로 모니터링할 수 있는 안전시스템을 설계하였다[3].
블루투스비콘센서 노드가 구동되면 시스템운영소프트웨어는채널스캔,파일저장, 센서 노드 관리 등을 수행한다. 또한 수집된 데이터는 모니터링 소프트웨어를 통해 건설 현장, 작업자, 센서 노드 성능 및 배터리 잔량 등의 모니터링을 수행한다.
또한 Cortex-M348MHz Core를 사용하고 있어 다양한 애플리케이션 설계가 가능하며 BLE를 기준으로 –97 dBm의 수신감도와 102dB의 링크 버짓을 제공한다. 블루투스 비콘 센서 노드로부터 수집된 센서 데이터를 모으기 위한 게이트웨어 역할은 데이터 수집장치가 담당하며 RaspberryPI3를 활용하여 구성하였고 중앙 서버를 위해 데이터베이스와 웹서버를 구축하였다.
대상 데이터
예를 들어 지진으로 인해 옹벽에 균열이 생기고 기울어짐이 발생한 상태임을 가속도, 자이로, 지자계 센서 등을 통해 알아내고 장마로 인해 지속적으로 온도가 낮고 습도가 높다는 것을 온도/습도센서등을 통해 알아내 경우, 이 옹벽에 대해 붕괴위험이 있다고 판단하고 이곳의 위치와 해당 경고 메시지를 관계자나 주변 사람들에게 전송하게 된다. 블루투스 비콘 센서 노드는 TI사의 무선 MCU(micro controller unit) CC2650을 근간으로 구성되었다. ARM Cortex-M3와ARM Cortex-M0 이중코어구조로 되어 있으며 각종 I2C, UART 등의 주변 장치 인터페이스, 특히 센서 인터페이스를 통해 다양한 센서를 수용할 수 있다.
성능/효과
관측 결과를 살펴보면 최대값이 7.512 mm이고 최소값이 –3.756 mm로 나타났으며 평균값은 1.878 mm로 나타났다.
제안한 시스템은 블루투스 비콘을 활용하여 비콘이 설치된 지점의 가속도, 자이로,지자계, 압력/고도, 온도/습도 등의 다양한 센서 데이터를 필요에 따라 선별적으로 처리할 수 있으며 이를 통해 위험을 감지하고 대피경로 또는 대처요령 등을 전파하는데 활용할 수있다.
경기도와 강원도 남부 지역에 있는 옹벽에 블루투스 비콘 센서 노드를 설치하고 스마트 안전계측시스템을통해 수집된 데이터를 분석함으로써 제안시스템의 실효성을 검증하였다. 향후지진등과 같은 위험상황에 대한시나리오를 적용하여 위험감지 및 전파등의 기능을 테스트할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
BLE 프로파일에 정의된 역할은 각각 무엇인가?
BLE 프로파일에는 브로드캐스트(broadcaster), 옵저버(observer), 페리페럴(peripheral), 센트럴(central)의 네 가지 역할이 정의되어있다. 브로드캐스트는 전송만을 담당하는 애플리케이션에 최적화된 것으로 소규모 데이터를 처리할 수 있다.
블루투스 비컨은 무엇인가?
본 논문에서 고려하는 블루투스 비컨은 소량의 데이터를 주기적으로 송신하는 페리페럴 또는 브로드캐스트의 역할을 수행하는 대표적인 장치이다. 달리 말해 블루투스 비컨은 위치정보를 포함한 블루투스 신호를 주기적으로 전송하는 BLE 기반의 장치를 말한다. 최근에 이러한 블루투스 비콘 장치들이 실내 위치 측위 서비스, 위치기반 알림서비스, 실시간 모니터링 서비스 등에 사용되고 있다.
블루투스4.0버전을 적용한 기기는 무엇인가?
0버전은 소비 전력이 이전 버전에 비해 최대 90%가량 줄어들었기 때문에 건설이나 토목 구조물에 부착한 후에 장기간 배터리 교체 없이 사용할 수 있다. BLE를 적용한기기는크게블루투스스마트(bluetooth smart)와블루트스스마트레디(bluetooth smart ready)로구분할수있다. 블루투스 스마트는 싱글 모드로 BLE 만을 지원하여주면 온도 등의 정보를 수집하여블루투스 스마트 레디 기기로 신호를 전송하는 센서 역할을 담당한다.
참고문헌 (10)
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M. Bagher, M. Siekkinen, and J. K. Nurminen, "Cloud-based pedestrian road-safety with situation-adaptive energy-efficient communication," IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine, Vol. 8, pp. 45-62, July 2016.
M. A. Reyes, G. W. King, and G. G. Miller, "Intelligent machine guard monitoring: A wireless system to improve miner safety," IEEE Industry Applications Magazine, Vol. 20, pp. 69-75, Apr. 2014.
A. V. Alejos, M. G. Sanchez, and I. Cuinas, "Viability of a coastal tracking and distress beacon system based on cellular phone networks," IET Microwaves, Antennas & Propagation, Vol. 5, pp. 1265-1273, Aug. 2011.
V. Zarimpas, B. Honary, and D. Lund, "Location-awareness and real-time tracking using radio beacons," in Proceeding of the Perspectives in Pervasive Computing, London: United Kingdom, 2005.
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