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무선 센서 네트워크 시스템을 이용한 실시간 저수지 댐의 상태평가 시스템
Real-time Reservoir Dam Status Evaluation System Using Wireless Sensor Network System 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.19 no.12, 2018년, pp.41 - 46  

유찬호 (Asin C&T Co., Ltd.) ,  김승욱 (Asin C&T Co., Ltd.) ,  황정순 (Doosan Engineering & Construction Co., Ltd.) ,  나기혁 (Gaya Construct Co., Ltd.) ,  유광호 (Department of Civil Engineering, Suwon University)

초록
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무선 센서 네트워크 시스템은 종래의 계측기술이 가지는 한계인 집중계측방법이 가지는 단점을 보완하여 시설물 전체의 거동을 확인할 수 있다는 장점으로 구조물의 안전진단 및 계측, 물 관리 시스템 그리고 댐 구조물에 대한 관리시스템에 까지 폭넓게 제안되고 있다. 그러나 계측과 동시에 시설물의 상태평가가 가능한 연구는 미진한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 기존의 기술적 단점을 개선하기 위하여 시설물의 거동을 파악함과 동시에 안전 등에 대한 상태평가가 가능하도록 무선 센서 네트워크 시스템을 제안하였다. 저수지 댐 시설에 대한 지반공학적 위험인자를 사전에 평가하고, 시설물의 파괴를 유발하는 인자에 대한 한계값을 설정함으로써 위험인자를 측정함과 동시에 인자별로 한계상태를 즉시 평가할 수 있는 시스템을 제안하였다. 본 연구에서는 저수지댐에 대한 표준단면을 이용하여 침투 및 비탈면 활동에 대한 수치해석을 수행하였고, 응력-간극수압 연동 유한차분 수치해석을 수행하여 저수지 댐 구조물에 대한 한계변위를 설정함으로써 즉시 상태평가가 가능하고 측정값을 이용해 회귀분석 함으로써 한계값에 도달하는 시간을 예측할 수 있음으로써 재난, 재해를 사전에 인지할 수 있는 시스템을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The wireless sensor network system has the advantage of confirming the behavior of the entire facility by improving the disadvantages of conventional monitoring system. As a result, it is widely proposed as safety diagnosis and measurement of structures, water management systems, and management syst...

주제어

표/그림 (6)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 무선 센서 네트워크 시스템을 이용하여 저수지 댐의 실시간 거동특성 및 상태평가가 가능한 시스템을 개발하고자 하였으며, 이를 위해 사전에 시설물에 대한 위험인자를 도출하고 위험인자에 대한 지반공학적 분석을 통해 시설피해를 유발시키는 위험인자의 기준값을 설정하고자 하였다. 대상 구조물은 국내의 저수지 댐에 가장 보편적으로 적용되고 있는 중심코어형 필댐을 선정하였다.
  • 본 연구에서는 무선 센서 네트워크를 이용하여 실시간으로 구조물의 거동을 평가함과 동시에 시설물의 상태평가가 가능한 시스템을 제안하였다. 측정과 동시에 시설물의 상태 평가를 위해서는 측정센서에 대한 기준값의 설정이 필요하며 이 측정값을 이용하여 실시간으로 측정되는 데이터가 기준값에 도달하는 시간은 회귀분석으로 예측할 수 있다.
  • 이에 본 연구에서는 시설물 전체의 거동을 동시에 확인 할 수 있는 무선 센서 네트워크 시스템을 이용하여 시설물의 거동을 파악함과 동시에 안전 등에 대한 상태평가가 가능한 시스템을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 시설물 전체를 계측함과 동시에 상태평가가 가능하도록 저수지 댐 시설에 대한 지반공학적 위험인자를 사전에 평가하고, 시설물의 파괴를 유발하는 인자에 대한 한계값을 설정함으로써 위험인자를 측정함과 동시에 각각의 인자별로 한계상태를 즉시 평가할 수 있는 시스템을 설정하였다. 본 연구에서는 저수지 댐 시설에 대한 표준단면을 이용하여 침투 및 비탈면 활동에 대한 수치해석을 수행하였고, 응력-간극수압 연동 유한차분 수치해석을 수행하여 저수지 댐 구조물에 대한 한계변위를 설정하여 댐 시설에 대한 거동을 측정함과 동시에 즉시 상태평가가 가능하고 실시간으로 측정되는 계측값을 이용해 회귀분석 함으로써 한계값에 도달하는 시간을 예측하여 발생할 수 있는 재난, 재해를 사전에 인지할 수 있도록 시스템을 고안하였다.
  • 사전검토 단계에서는 무선 센서 네트워크를 설치할 대상 구조물에 대하여 위험인자를 분석하고 한계상태에 대한 분석을 통해 위험인자 각각에 대한 한계값을 설정하는 것으로 구성되어있다. 이는 무선 센서 네트워크를 이용한 실시간 모니터링의 센서 각각에 ID와 함께 부여되어 측정과 동시에 한계값의 도달여부를 평가하는 방식으로 실시간 상태평가가 가능하도록 고안하였다. 집중호우 또는 지진 등과 같은 재해가 발생하는 경우 즉시 센서값과 기준값을 분석하여 상태를 평가하고 측정된 데이터를 이용해 회귀분석을 수행함으로써 재난, 재해 발생여부를 예측할 수 있도록 고안하였다.
  • 이에 본 연구에서는 시설물 전체의 거동을 동시에 확인 할 수 있는 무선 센서 네트워크 시스템을 이용하여 시설물의 거동을 파악함과 동시에 안전 등에 대한 상태평가가 가능한 시스템을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 시설물 전체를 계측함과 동시에 상태평가가 가능하도록 저수지 댐 시설에 대한 지반공학적 위험인자를 사전에 평가하고, 시설물의 파괴를 유발하는 인자에 대한 한계값을 설정함으로써 위험인자를 측정함과 동시에 각각의 인자별로 한계상태를 즉시 평가할 수 있는 시스템을 설정하였다.
  • 일반적으로 필댐의 지반공학적 위험인자는 크게 침투수에 의한 파이핑과 제체의 사면활동을 주요 위험인자로 선정하여 안정성검토를 수행하고 있다. 이에 본 연구에서도 저수지 댐의 주요 위험인자를 침투에 의한 파이핑과 제체의 활동을 위험인자로 선정하여 인자별 영향성을 검토하였다. 저수지 댐의 경우 변위기준이 없기 때문에 일반적으로 변위 확인을 위한 수치해석은 수행하지 않지만 본 연구에서는 제체가 파괴되는 조건을 기준으로 변위 기준값을 설정하기 위하여 지중응력-간극수압 연동 수치해석을 추가로 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 센서 네트워크 시스템이란? 무선 센서 네트워크 시스템은 종래의 계측이 가지는 특정지점 집중계측 방식을 시설물 전체에 센서를 설치하여 센서 네트워크를 구축하고 센서가 설치된 설치점이 상호 통신 하여 전송되도록 개선한 통신 네트워크이다. 무선 센서 네트워크는 2008년 물관리 시스템에 적용된 이후로 Wang et al.
무선 센서 네트워크 시스템의 구성 요소는? 무선 센서 네트워크 시스템은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 시설물의 상태를 평가하는 센서, 측정된 값이 상호 통신하여 게이트웨이로 송신하는 통신장치 그리고 게이트웨이에서 클라우드 서버로 전송하는 시스템으로 구성되어 있다. 센서에는 각각 ID가 부여되고 센서별로 기준값이 설정되어 있어 각각의 센서가 측정과 동시에 기준값을 초과하는지 여부를 평가할 수 있는 시스템으로 구성되어 있다.
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참고문헌 (5)

  1. Anita, Rajesh, S., Sushabhan, C. and Bhupendra, S. (2015), Wireless disaster monitoring and management system for dams, International Conference on Intelligent Computing, Communication & Convergence (ICCC-2015), Conference Organized by Interscience Institute of Management and Technology, Bhubaneswar, Odisha, India, pp. 381-386. 

  2. Peng, Hongwei. (2010), Wireless sensor networks based highway disaster hierarchy cooperation monitoring system, International Conference on Computational Intelligence and Software Engineering, Wuhan, China, pp. 10-12. 

  3. Thinagaran Perumal., Md Nasir Sulaiman and Leong. C. Y. (2015), Internet of things (IoT) enabled water monitoring system, IEEE 4th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE), Catrino, Malaysia, pp. 86-87. 

  4. Wang, Z., Wang, Q. and Hao, X. (2009), The design of the remote water quality monitoring system based on WSN, 5th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, Beijing, China, pp. 24-26. 

  5. Yoo, C. H., Kim, I. H., Lee, S. J., Hwang, J. S. and Baek, S. C. (2018), Basic study on monitoring system of reservoir and leeve using wireless sensor network, Journal of Korean Geo-Environmental Society, Vol. 19, No. 1, pp. 25-30 (In Korean). 

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