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구조물 응답측정을 위한 라즈베리파이를 이용한 엣지 컴퓨팅 시스템 설계
Design of an Edge Computing System using a Raspberry Pi Module for Structural Response Measurement 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.32 no.6, 2019년, pp.375 - 381  

신윤수 (단국대학교 건축공학과) ,  김준희 (단국대학교 건축공학과) ,  민경원 (단국대학교 건축공학과)

초록
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구조물의 상태를 조기에 파악하기 위한 구조물 건전도 모니터링 연구와 건물의 정보를 수집하여 에너지를 효율적으로 관리해 주는 건물에너지관리시스템에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 기존 모니터링 시스템 연구가 건설, 센싱, ICT 기술이 융합된 첨단 기술임에도 불구하고 고가의 센서와 전문적인 기술력이 요구되어 적용 범위가 제한된다는 한계를 극복하기 위하여 싱글보드컴퓨터 중 가장 널리 쓰이는 라즈베리파이와 저전력으로 장거리의 통신이 가능한 로라 모듈, 고성능의 보급형 가속도계를 활용하여 장기간으로 건물의 모니터링이 가능한 무선 엣지 컴퓨팅 시스템을 구축하였다. 또한 라즈베리파이에 분산처리 알고리즘을 탑재함으로써 실시간으로 취득되는 방대한 양의 가속도 데이터 중 의미있는 데이터만을 취득하였으며 와이파이 통신으로 취득한 전체의 로우데이터와 비교함으로써 본 시스템으로부터 취득된 데이터의 정밀성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Structural health monitoring to determine structural conditions at an early stage and to efficiently manage the energy requirements of buildings using systems that collects relevant data, is under active investigation. Structural monitoring requires cutting-edge technology in which construction, sen...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 싱글보드컴퓨터 중 가장 널리 쓰이는 라즈베리파이(raspberry pi)에 보급형 가속도계, 기울기센서, GPSRTK 모듈, 로라(LoRa) 통신 모듈을 연결하여 하드웨어를 구성하고, 데이터 전송으로 인한 배터리 소모량을 최소화하기 위한 엣지 컴퓨팅(edge computing) 또는 분산처리 알고리즘을 싱글보드컴퓨터에 탑재하여 실시간 구조물 건전도 및 건물에너지관리 시스템 등에 활용하여 장기적으로 모니터링이 가능한 무선 엣지 컴퓨팅 시스템을 구축하는 것을 목적으로 한다.
  • 본 연구에서는 건물의 구조 건전도 및 에너지관리 시스템을 적용할 때 고가의 센서와 전문적인 기술력이 요구된다는 한계를 극복하기 위하여 싱글보드컴퓨터 중 가장 널리 쓰이는 라즈베리파이와 저전력으로 장거리의 통신이 가능한 로라 모듈, 고성능의 보급형 가속도계를 활용하여 장기간으로 건물의 모니터링이 가능한 무선 엣지 컴퓨팅 시스템을 구축하였다. 또한 전송속도의 제한이 있는 로라 통신을 활용하기 위해 라즈베리파이에 파이썬으로 작성된 엣지 컴퓨팅 알고리즘을 탑재함으로써 실시간으로 취득되는 방대한 양의 가속도 데이터 중 의미있는 데이터만을 취득하였으며 와이파이 통신으로 취득한 전체의 로우데이터와 비교함으로써 본 연구에서 제시한 시스템으로부터 취득된 데이터의 정밀성을 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
싱글보드컴퓨터란? 최근 전자부품소재 기술력의 발전으로 고성능의 소형 싱글보드컴퓨터(SBC, single board computer)와 센서가 보급되고 있다. 싱글보드컴퓨터는 단일 회로 기판에 마이크로프로세서, 메모리, 입출력 등의 기능이 탑재된 저가의 완전한 컴퓨터로써 초소형의 크기와 저전력이 특징이다. 센서가 부착된 싱글보드컴퓨터는 무인 자동차(Narayan et al.
라즈베리파이는 어떤 일을 수행하는가? 라즈베리파이는 센서의 데이터를 수집하고 분산처리를 가능케 하는 엣지 컴퓨팅 시스템의 핵심 하드웨어다. 시리얼 통신,SPI 통신 등의 센서와의 통신 방식에 따라 실시간으로 센서데이터를 수집하고 센서 종류에 따른 각각의 신호처리를 통해 유의미한 데이터를 추출한다. 실시간으로 수집되는 데이터에서 유의미한 데이터만을 게이트웨이에 전송하면 데이터 전송량과 데이터 전송에 따른 배터리 소모량을 크게 줄일 수 있어 무선으로도 장시간 모니터링이 가능하다.
건물에너지관리시스템의 역할은? 건축물의 파손, 붕괴 등으로 인한 재해로부터 인명의 손실과경제적 손실을 예방하고자 구조물의 상태를 조기에 파악하기 위한 구조물의 건전도 모니터링(SHM, structural healthmornitoring)연구와 (Kim et al., 2012; 2013), 건물에 대한각종 정보를 수집하고 데이터를 분석하여 건물에 최적의 환경을 제공하고 에너지를 효율적으로 관리해주는 건물에너지관리시스템(BEMS, building energy management system)에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다(Clarke et al., 2002;Ferdoush et al.
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참고문헌 (15)

  1. Buhus, E.R., Dimis, D., Apatean, A. (2016) Automatic Parking Access using Openalpr on Raspberry Pi3, Electron. & Telecommun., 57(3), pp.10-15. 

  2. Celebi, M. (2000) GPS in Dynamic Monitoring of Long-Period Structures, Soil Dyn. & Earthq. Eng., 20(2000), pp.477-483. 

  3. Clarke, J.A., Cockroft, J., Conner, S., Hand, J.W., Kelly, N.J., Moore, R., Brien, T.O., Strachan, P. (2002) Simulation-Assisted Control in Building Energy Management Systems, Energy & Build.. 34(9), pp.933-940. 

  4. Cyrel, O.M., Jesus, M.M., Jackson, L.B., Czarleine, K.P., Maria, K.T. (2015) Real-Time Integrated CCTV Using Face and Pedestrian Detection Image Processing Algorithm For Automatic Traffic Light Transitions, 8th IEEE International Conference Humanoid. 

  5. Ferdoush, S., Li, X. (2014) Wireless Sensor Network System Design using Raspberry Pi and Arduino for Environmental Monitoring Applications, Proc. Comput. Sci., 34(2014), pp.103-110. 

  6. Ha, D.W., Park, H.S., Choi, S.W., Kim, Y. (2013) A Wireless MEMS-Based Inclinometer Sensor Node for Structural Health Monitoring, Sens., 13(12), pp.16090-16104. 

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  8. Kim, J.H., Lynch, J.P. (2012) Subspace System Identification of Support Excited Structures/Part II: Gray-box Interpretations and Damage Detection, Earthq. Eng. & Struct. Dyn., 41(15), pp.2253-2271. 

  9. Kim, J.H., Sohn, H. (2013) Data-Driven Physical Parameter Estimation for Lumped Mass Structures from a Single Point Actuation Test, J. Sound & Vib., 332(18), pp.4390-4402. 

  10. Kim, J.H., Sohn, H. (2013) In Situ Measurement of Structural Mass, Stiffness, and Damping using a Reaction Force Actuator and a Laser Doppler Vibrometer, Smart Mater. & Struct., 22(8). 

  11. Kim, J.H., Sohn, H. (2014) Subspace Model Identification of Guided Wave Propagation in Metallic Plates, Smart Mater. & Struct., 23(3), 035006. 

  12. Min, K.W., Kim, J.H., Park, S.A., Park, C.S. (2013) Ambient Vibration Testing for Story Stiffness Estimation ofa Heritage Timber Building, Sci. World J., 2013. 

  13. Narayan, P.P., Minsakshee, M.P. (2014) Driver Assistance System based on Raspberry Pi, Int. J. Comput. Appli., 95(16), pp.36-39. 

  14. Velez, F.J., Nadziejko, A. (2015) Wireless Sensor and Networking Technologies for Swarms of Aquatic Surface Drones, 2015 IEEE 82nd Vehicular. Technology Conference. 

  15. Yi, T.H., Li, H.N., Gu, M. (2012) Recent Research and Applications of GPS-based Monitoring Technology for High-Rise Structures, Structural Control and Health Monitoring. 

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