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IoT 기술 기반의 산악지 모니터링 시스템 개발
Development of a Mountainous Area Monitoring System based on IoT Technology 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.3, 2017년, pp.437 - 446  

김균태 (한국건설기술연구원 건설시스템연구센터)

초록
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국토의 70%가 산지인 우리나라는 산악지 거동으로 인한 시설물 피해가 많이 발생한다. 그런데 최근에 모노레일 등 산악활동을 위한 시설물에 대한 건설수요가 증가하면서, 시설물 피해 가능성이 점점 더 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 유선기반 산악지 모니터링 시스템을 개선하여, IoT기술이 적용된 산악지 실시간 모니터링시스템을 구축하고, 현장 적용성을 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 기존 산악지 시설물 현황과 모니터링 현황을 조사 분석하고, 기존 유선 모니터링 기술을 분석하였다. 둘째, IoT기반 모니터링을 위한 시나리오를 개발하고, 이에 적합한 RF통신모듈과 RF통신모듈 인터페이스, 전원부, 태양전지센서노드를 개발하였다. 셋째, K대 현장에 테스트베드를 구축하고, 이에 대해서 현장적용성 실험을 수행하였다. 그 결과 초기 무선통신의 오류를 보완한 이후에는 유선시스템과 동일하게 데이터가 수집되는 것으로 나타났다. 넷째, 개발된 시스템을 활용하면, 약 25%(4시간)의 공기단축과 약 3~52%(8~119만원) 수준의 비용절감이 가능할 것으로 예상된다. 다섯째, 피복케이블 운반과 같이 위험한 작업환경인 사면현장에서 수행해야 하는 작업들 중 일부를 제거함으로써, 작업원의 안전도를 크게 향상시킬 수 있다. 본 연구의 한계로는, IoT환경에 최적화된 센서를 사용하지 못하였고, 센서노드의 수가 적다는 점을 들 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

70 percent of Korea's territory is covered with mountains, whose difficult conditions can cause damage to facilities. Recently, the demand for facilities related to outdoor activities including monorails has been on the rise, and such facilities are much more likely to become damaged. For this reaso...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 목적은 IoT 기술을 이용한 산악지 거동 모니터링 시스템을 개발하고, 시험적용을 통해 개발된 시스템의 성능을 분석하는 것이다. 다시 말하면, 산악지에 설치되어 시설물 거동이나 사면붕괴 위험을 모니터링 하는 IoT 기반의 시스템을 개발하고, 성능, 공사기간, 비용, 안전성, 유지관리 효율성 등 사업관리 관점에서 개발된 시스템과 기존 시스템의 성능을 비교분석하고자 한다.
  • 다만 전원선과 신호선이 불필요하므로, 산악지에서 서식하는 동물들의 이동으로 인한 전원선 및 신호선의 단절 가능성은 제거되는 것으로 평가할 수 있다. 또한 전원선과 신호선이 불필요하므로, 낙뢰로 인한 피해가 망 전체로 퍼지는 현상도 적어진다는 측면에서 유지관리에 유리할 것이라고 관련 실무자들이 평가하였다. 그리고 주변 환경의 영향이나 노드 고장으로 인하여 망의 일부가 손상되더라도 무선네트워크를 통하여 망의 다른 부분은 정상적으로 작동되고, 이 정상 작동 부분으로 최소한의 모니터링은 수행될 것으로 기대되었다.
  • 본 연구에서는 개발된 IoT기반의 산악지 모니터링 시스템의 현장적용성을 분석하기 위하여, 개발된 프로토타입 시스템을 실제 산악지의 테스트베드에 설치하였다. 이러한 현장적용성 실험의 가장 큰 목적은 센서노드와 싱크노드간의 통신 안정성, CDMA를 이용한 데이터전송 안정성 및 실제 산악지 환경에 대한 적응성 검증 등에 있다.
  • 본 연구에서는 무선통신을 위하여 우선, RF(Radio Frequency) 통신모듈을 개발하였다. 이 모듈은 RF 통신 보드, 485 통신보드 및 전원제어보드로 구성된다.
  • 본 연구의 목적은 IoT 기술을 이용한 산악지 거동 모니터링 시스템을 개발하고, 시험적용을 통해 개발된 시스템의 성능을 분석하는 것이다. 다시 말하면, 산악지에 설치되어 시설물 거동이나 사면붕괴 위험을 모니터링 하는 IoT 기반의 시스템을 개발하고, 성능, 공사기간, 비용, 안전성, 유지관리 효율성 등 사업관리 관점에서 개발된 시스템과 기존 시스템의 성능을 비교분석하고자 한다.
  • 본 연구의 목표는 기존의 유선기반 산악지 모니터링 시스템을 개선하여, IoT기술이 적용된 산악지 실시간 모니터링 시스템을 구축하고, 현장적용성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 첫째, 기존 산악지 시설물 현황과 모니터링 현황을 조사·분석하고, 기존 유선 모니터링 기술을 분석하였다.
  • 본 연구의 범위는 기존의 유선기반 산악지 모니터링 시스템에 IoT기술을 적용하는 것에 국한한다. 따라서 기존 센서와 통신하기 위한 노드, 전원공급방법 등 IoT 관련 기술에 집중하고, 센서개발이나 사면의 불안정도 평가 등은 본 연구에서는 다루지 않는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
IoT란 무엇인가? 한편 IT분야는 과거의 지그비(ZigBee) 기술에 기반한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN; Ubiquitous Sensor Network) 시대에서, 현재 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 시대로 변해가고 있다. IoT란 우리가 사용하는 도구들이 인터넷과 연결되고 각 사물이 서로 소통할 수 있으며, 나아가 사물이 스스로 행동하는 지능을 갖게 되는 것이다[2]. 이러한 기술을 사면, 모노레일 등 산악지 거동 모니터링 분야에 접목시키면, 선의 단락으로 인한 네트워크의 붕괴, 고가의 시공비, 사람의 접근이 용이하지 않은 곳에 대한 유지관리의 어려움 등 유선 모니터링 시스템의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다[3].
사물인터넷과 같은 기술을 접목시키면 어떤 효과를 기대할 수 있는가? IoT란 우리가 사용하는 도구들이 인터넷과 연결되고 각 사물이 서로 소통할 수 있으며, 나아가 사물이 스스로 행동하는 지능을 갖게 되는 것이다[2]. 이러한 기술을 사면, 모노레일 등 산악지 거동 모니터링 분야에 접목시키면, 선의 단락으로 인한 네트워크의 붕괴, 고가의 시공비, 사람의 접근이 용이하지 않은 곳에 대한 유지관리의 어려움 등 유선 모니터링 시스템의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다[3].
IT분야에서 시대는 어떻게 변해가고 있는가? 한편 IT분야는 과거의 지그비(ZigBee) 기술에 기반한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN; Ubiquitous Sensor Network) 시대에서, 현재 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 시대로 변해가고 있다. IoT란 우리가 사용하는 도구들이 인터넷과 연결되고 각 사물이 서로 소통할 수 있으며, 나아가 사물이 스스로 행동하는 지능을 갖게 되는 것이다[2].
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참고문헌 (11)

  1. K. T. Kim, Y. H. Jun, "Deriving the construction and maintenance issues and improve direction of monorail for mountain tourism", Proc. of KICEM Annual Conference, vol. 16, pp. 125-126 Nov. 2016. 

  2. S. J. Pyun, H. H. Chin, Y. H. Jung, J. S. Lim. Internet of Things. p.1-264, Miraebook Publishing Co, 2014. 

  3. K. T. Kim, J. G. Han, "Development and Implementation of a Slope Monitoring System Using USN Technology and TRS Sensors", Proc. of the 11th Symposium on Construction Robotics In Japan, vol. 11, pp. 47-53 Sep. 2008. 

  4. H. J. Han. 'Jeju Shilla Hotel' followed by negative news such as MERS and cliff collapse [Ienternet]. Seoul Korea: Pressian, c2016 [cited 2015 July 02], Available From: http://www.pressian.com/news/article.html?no127778. (accessed Nov., 23, 2016) 

  5. S. R. Lee. 'Shirley Hill' collapse, due to the construction of Jeju Silla in close proximity to the cliff [Ienternet]. Seoul Korea: Pressian, c2016 [cited 2015 July 13], Available From: http://www.pressian.com/news/article.html?no128073. (accessed Nov., 23, 2016) 

  6. Yonhapnews, Eco-friendly electric monorail for Halla mountain tourism 'feel like a great hit'[Ienternet]. Seoul Korea: Yonhapnews, c2016[cited 2016 August 09], Available From: http://v.media.daum.net/v/20160809060206957. (accessed Nov., 23, 2016) 

  7. K. T. Kim, Y. H. Jun, "Monitoring plan of the monorail strut behavior based on IoT", Proc. of KICEM Annual Conference, vol. 16, pp. 241-242 Nov. 2016. 

  8. S. H. Kim, Pore water pressure characteristic of unsaturated weathered granite soil slopes through rainfall simulation, J. of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 10, no. 11, pp. 3287-3295, 2009. DOI: http://doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.11.3287 

  9. National Institute for Disaster Prevention, A Study on Detection and Observation of Slope Failure(I), National Emergency Management Agency, pp.1-124, 2004. 

  10. G. T. Jang, K. S. Chung, S. H. Kim, K. J. Park, W. H. Lee, K. T. KIM, C. K. Kang, S. J. Hong, Real-Time Monitoring and Warning System for Slope Movements Using FBG Sensor, Proc. of KGC National Conference/committee of Slope Stability, pp. 60-76, Nov. 2000. 

  11. J. G Han, K. T. Kim, Development of a Prototype System for Slope Failure Monitoring Based on USN Technology, Proc. of KICEM Annual Conference, vol. 7, pp. 316-321, Nov. 2007. 

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