[논문]RFID를 이용한 도로하부 공동 관리 시스템의 현장 적용을 위한 기초 실험

신은철; 박광석; 박정준

doi:10.15683/kosdi.2019.09.30.391

RFID를 이용한 도로하부 공동 관리 시스템의 현장 적용을 위한 기초 실험
A Fundamental Experiment for Field Application of the under Pavement Cavity Management System Using RFID 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.15 no.3 = no.45, 2019년, pp.391 - 401

신은철 (Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University) , 박광석 (Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University) , 박정준 (Incheon Disaster Prevention Research Center, Incheon National University)

초록
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연구목적: 본 연구는 도로함몰 예방을 위하여 공동탐사시 확인된 공동 중 포장층의 재포장 공사 등에 의한 공동관련 위치 및 이력 정보를 알 수 없게 되어 누구라도 정보를 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있는 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 현장 적용성을 검토하는 것이다. 연구방법: RFID 시스템에 의한 공동 인식거리, 인식 여부와 인식율, 태그 성능과 태그 종류, 리더기 간섭, 통신, 지하 매설물 영향, 중복 인식 등에 대하여 현장 적용성을 위한 기초실험을 수행하였다. 연구결과: 태그와 리더기 인식 심도, 태그 정보 입력 및 리더기 인식 여부 결과, 기초 실험에 적용된 전자태그칩과 리더기는 도로 공동이 위치한 현장 환경에서 효과적으로 적용성이 있는 것으로 판단된다. 결론: 포장도로관리스템의 현장 적용을 위한 RFID 태그에 공동위치를 포함하여 공동에 관한 확인 일자, 공동의 규모, 발생원인, 주변 지하매설물 등의 여러 가지 제반 정보를 저장하여 전산화 및 모바일 활용도 가능한 시스템으로 공동관리 효과를 극대화 할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In this study, the location and history information of the cavity identified in the cavity exploration, such as repacking of the pavement, is not known. Therefore, it is to review the field applicability of RFID(Radio Frequency Identification) systems that enable anyone to accurately identify information. Method: Basic experiments were conducted for field applicability for cavity recognition distance, recognition and recognition rate, tag performance and tag type, reader interference, communication, underground burial impact, and duplicate recognition by RFID system. Results: As a result of the depth of tag and reader recognition, the electronic tag chips and readers applied in the basic experiment are judged to be effectively applicable in the field environment where the road cavity is located. Conclusion: The RFID tags for field application of the pavement management system store various information such as location and size of cavity, identification date, cause of occurrence, and surrounding underground facilities to maximize cavity management effect with a system that can be computerized and mobile utilization.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Composition of RFID technology
그림 Fig. 2. Specification as tag type
표 Table 1. Characteristics of RFID by frequency band
그림 Fig. 3. The Size by tag type
그림 Fig. 4. Interworking the reader with smart app.
표 Table 2. Recognition rate and distance by subsurface tags
표 Table 3. Recognition rate and distance by surface upper tags
그림 Fig. 5. Recognition distance and rate according to the location of the tag
표 Table 4. Recognition rate and distance according to adjacent to manhole
그림 Fig. 6. Recognition distance and rate according to underground burials and rainfall
표 Table 5. Recognition rate and distance according to moisture effect
그림 Fig. 7. Analysis of fundamental experiments for field application

AI 본문요약
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문제 정의

서울시는 서울시 도로함몰을 예방하기 위하여 2014년 “도로함몰 특별관리대책”과 2016년 “도로함몰 관리 종합대책”으로 “서울시 포장도로관리시스템”을 구축하여 운영하고 있다. 본 연구는 서울특별시에서 공동탐사시 확인된 공동 중 일반 및 관찰 등급으로 분류된 공동은 관리를 해야 하나, 재포장 공사 등에 의하여 공동 정보 및 위치를 알 수 없게 되어 누구라도 공동 관련 정보를 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있는 RFID 시스템 적용을 위한 기초실험을 수행하였다. 서울시내 도로 하부에 공동이 위치하는 상부 포장층 내에 태그를 부착하여 태그 종류, 지하 매설물 영향, 강우 영향 등에 따른 공동 인식거리, 인식율을 측정하였다.
, 2018). 본 연구에서는 이러한 사업소 직접복구 및 유지관리 공동에 대한 공동 확인의 문제점을 해결하기 위한 개선방안으로 RFID 시스템의 현장 적용성을 위한 기초실험을 수행하였다.

제안 방법

또한, 강우 시 도로 포장층 노면의 물의 영향에 대한 태그의 인식거리와 인식률을 태그 종류에 따라 실험을 수행하였다. 물을 채운 수조에 태그칩을 침수 시켰으며, 태그를 물 속 침수시의 태그 종류별 테스트 결과, 인식거리 및 인식율은 Table 5에 나타내었다.
본 연구는 서울특별시에서 공동탐사시 확인된 공동 중 일반 및 관찰 등급으로 분류된 공동은 관리를 해야 하나, 재포장 공사 등에 의하여 공동 정보 및 위치를 알 수 없게 되어 누구라도 공동 관련 정보를 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있는 RFID 시스템 적용을 위한 기초실험을 수행하였다. 서울시내 도로 하부에 공동이 위치하는 상부 포장층 내에 태그를 부착하여 태그 종류, 지하 매설물 영향, 강우 영향 등에 따른 공동 인식거리, 인식율을 측정하였다.
태그칩의 종류에 따라 각각 지표하부 5cm심도와 아스팔트 노면 상부에서 태그와 리더기의 인식거리 및 인식율에 대한 실험을 실시하였다. 인식율 실험은 리더기를 태그 상부 0.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 태그는 Fig. 2와 같이 수동형 태그인 900MHz로서 전자 태그칩 내부의 인쇄면적(지름, 두께 등)과 재질(메탈, ABS소재 등) 등을 고려하여 각각 5개 종류를 선정하였다. 각 태그별 지름 및 두께 측정은 Fig.
Fig. 4는 본 연구에 적용된 리더기는 900MHz 핸드헬드 리더기로 현장에서 태그를 인식하며 스마트폰과 블루투스로 연동된다.
공동의 긴급한 복구 대상 기준은 천공점에서 1.5m이내에 하수관로나 맨홀이 없는 곳에 실시하며 유동성 채움재 주입시 추정량의 1.5배를 주입하여도 채움재가 차오르지 않을 경우 주입을 중단하고 고무패킹과 상온아스콘으로 임시복구를 실시한다. 서울시에서는 공동신속복구 미실시 공동과 유동성 채움이 중단된 공동에 대하여 각 관할 도로사업소에서 직접복구 및 유지관리를 실시하고 있다.
본 연구에서 사용한 RFID의 주요장비는 태그와 리더기로 구성되며 본 장비의 RFID의 주파수 대역별 특징은 Table 1과 같으며, 본 연구에 적용된 태그와 리더기의 주파수는 현장여건과 인식속도 및 인식거리를 감안하여 극초단파인 900MHz를 적용하였다.

데이터처리

태그칩의 종류에 따라 각각 지표하부 5cm심도와 아스팔트 노면 상부에서 태그와 리더기의 인식거리 및 인식율에 대한 실험을 실시하였다. 인식율 실험은 리더기를 태그 상부 0.5~1.0m 지점에서 태그를 향하여 태그 종류에 따라 종방향과 횡방향으로 2회씩총4회 실시하여 평균 인식거리와 인식율을 기록하였다. 인식율은 일부 방향에서 리더기에 의한 인식이 되지 않는 경우를 반영하였으며 인식지점에서의 거리(리더기와 태그와의 거리)를 기록하였다(Joo et al.

성능/효과

최근에는 지반 내 공동 탐사 기법 중 지표투과레이다(Ground Penetrating Radar, GPR) 탐사 방법이 신뢰성이 높은 방법으로 인정되고 있으며, 지반함몰에 대응하기 위한 가장 적합한 기술로 평가되고 있다. GPR 탐사는 탐사심도가 얕은 환경오염대 조사, 지반조사, 또는 구조물의 비파괴 검사분야에 뛰어난 적용성을 가진다. 특히 이 방법은 다른 탐사법에 비해 상대적으로 짧은 파장의 전자기파를 사용하므로 분해능이 높으며, 매질간의 유전율 차이에 의한 전자기파의 반사와 회절 현상 등을 측정하고 이를 해석하여 지하구조를 파악하는 물리탐사 방법이다(Kim et al.
7과 같다. 각 태그별 실험결과, 인식거리는 약 0.20~1.50m 범위, 인식율은 75~100%로 태그 위치 및 맨홀과 침수시 각 태그별 차이를 보여준다. 전반적으로 전자태그칩 내부의 인쇄 면적이 넓고 조밀한 Tag-1과 Tag-2의 인식거리가 길고 인식율은 100%를 보여주며 그 외 Tag-3,Tag-4, Tag-5는 차이가 적으며 인식거리가 짧고 인식율은 75~100%를 보여준다.
물을 채운 수조에 태그칩을 침수 시켰으며, 태그를 물 속 침수시의 태그 종류별 테스트 결과, 인식거리 및 인식율은 Table 5에 나타내었다. 결과, 평균 인식거리는 0.18~0.48m, 인식율은 75~100%로 인식거리가 짧으며 인식율도 다른 여건보다는 태그별 차이도 작고 양호한 편이다.
저주파일수록 태그 인식 속도가 늦고 태그 크기가 큰 반면 환경 영향에는 고주파보다 강한 편이다. 그리고 고주파일수록 태그 인식 속도나 일괄 인식이 좋고, 태그 크기가 저주파에 비해 적은 반면 환경영향은 저주파 대역에 비해 민감한 편이다. 이러한 RFID의 특징은 비접촉식 방식으로 비가시 거리의 무선인식이 가능하고 read/write가 가능하며 반복, 재활용이 용이하고 동시에 많은 태그를 읽을 수 있다.
따라서, 실제 현장에 적용하기 위한 태그별 사전 인식 실험결과를 볼 때, ① 지하매설물 영향 실험의 경우에는 인식거리 및 인식율이 양호한 Tag-1을 적용하고, 심도 10cm에서 지하매설물 종류별 실험을 수행함이 적합하며, ② 태그칩 위치 심도 및 태그별 현장 실험은 공동 상부 아스팔트 두께와 가복구용 고무마개 두께5.0cm를 고려하고, 고무마개 상부 1개소, 하부 위치 심도(5cm 간격) 3개소와 각 태그별 5개에 대하여 각각 현장실험을 수행함이 최적으로 판단된다.
2016년에는 “도로함몰 관리 종합대책”으로 도로함몰 예방시스템 운영계획을 수립하여 서울시 포장도로관리시스템을 운영 관리하고 있다. 이는 도로함몰 전산시스템 구축으로 도로함몰 DB와 도로함몰 예측분석, 실시간 신고 운영 시스템, 도로함몰 대응 매뉴얼 시행과 도로함몰 예방 시공 지침을 마련하였다. 또한, 도로하부에 존재하는 공동은 궁극적으로 도로함몰로 발전할 가능성이 높으므로 “도로함몰 특별관리대책”의 도로함몰 예방을 위한 이행방안으로 2015년부터 “안심도로” 확보를 위하여 도로함몰 발생 전 예방활동인 도로공동 탐사를 실시하고 있다(Seoul Metropolitan City, 2018b).
이에 포장층내 태그와 리더기 인식 심도, 태그 정보 입력 및 리더기 인식 여부 결과, 기초 실험에 적용된 전자태그칩과 리더기는 서울시 도로 공동 위치의 환경에서 효과적으로 적용성이 있는 것으로 판단된다. 또한, 전자태그와 리더기 및 스마트폰에 앱을 설치하여 구동하면 현장에서 효율적인 공동관리가 가능하다.

후속연구

따라서, 서울시 포장도로관리스템의 현장 적용시 RFID 태그에 공동위치를 포함하여 공동에 관한 확인 일자, 공동의 규모, 발생원인, 주변 지하매설물 등의 여러 가지 제반 정보를 저장하여 전산화 및 모바일 활용도 가능한 시스템으로 서울시 포장도로관리시스템과 연동될 경우 공동관리 효과를 극대화 할 수 있을 것이다.
태그 기술의 초소형화는 나노 기술에 의한 반도체칩 개발로 가능하며, 하나의 칩에 센서, CPU, 메모리, RF 회로를 넣어 1×1mm 정도 크기까지 실현될것으로 예상된다. 현재 태그 종류로는 초저가 태그를 위한 기술로 인피티온 등에서 개발중인 폴리며 반도체에 의한 플라스틱 트랜지스터, 미국 Inkode 사의 금속 파이버를 이용한 뮤칩태그, 그리고 표면 탄성파를 이용하여 무선 센서와 RFID를 결합한 saw 태그 등이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RFID란?	RFID란 마이크로칩을 내장하여 RF(Radio Frequency) 방식으로 안테나와 교신을 통하여 근거리, 원거리에서 읽고 쓰기가 가능한 무선인식기술을 적용한 인식표를 일컫는 말로 국내에서는 “전파식별” 이란 용어로 정의하고 있다. 즉, RFID는 Radio Frequency Identification인 “전파식별”의 약자로 무선주파수를 이용하여 수 cm에서 수십 m에 떨어져 있는 사물이나 사람에 부착된 태그를 인식하여 태그로부터 정보를 주고받을 수 있도록 하는 기술이다. RFID 시스템 구성은 태그, 안테나, 리더 그리고 태그와 리더 사이의 교환되는 정보를 받아 서버나 네트워크로 전달해 주는 미들웨어 등으로 구성된다.
	RFID 시스템 구성은?	즉, RFID는 Radio Frequency Identification인 “전파식별”의 약자로 무선주파수를 이용하여 수 cm에서 수십 m에 떨어져 있는 사물이나 사람에 부착된 태그를 인식하여 태그로부터 정보를 주고받을 수 있도록 하는 기술이다. RFID 시스템 구성은 태그, 안테나, 리더 그리고 태그와 리더 사이의 교환되는 정보를 받아 서버나 네트워크로 전달해 주는 미들웨어 등으로 구성된다. 즉, 전파를 태그에 발송하는 안테나를 포함한 리더, 정보를 저장하고 리더와 데이터를 교환하는 태그, 그리고 태그와 리더기를 통해 전달된 대량의 RFID 태그정보를 수집, 필터링하여 의미있는 정보를 요약하여 응용서비스에 전달하는 시스템소프트웨어인 미들웨어로 구성된다.
	지표투과레이다의 특징은?	최근에는 지반 내 공동 탐사 기법 중 지표투과레이다(Ground Penetrating Radar, GPR) 탐사 방법이 신뢰성이 높은 방법으로 인정되고 있으며, 지반함몰에 대응하기 위한 가장 적합한 기술로 평가되고 있다. GPR 탐사는 탐사심도가 얕은 환경오염대 조사, 지반조사, 또는 구조물의 비파괴 검사분야에 뛰어난 적용성을 가진다. 특히 이 방법은 다른 탐사법에 비해 상대적으로 짧은 파장의 전자기파를 사용하므로 분해능이 높으며, 매질간의 유전율 차이에 의한 전자기파의 반사와 회절 현상 등을 측정하고 이를 해석하여 지하구조를 파악하는 물리탐사 방법이다(Kim et al., 2016).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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