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LoRa LPWAN 기반의 무선 계측센서 설치 및 유지관리 방안
LoRa LPWAN-based Wireless Measurement Sensor Installation and Maintenance Plan 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.33 no.1, 2020년, pp.55 - 61  

김종훈 (한국시설안전공단 특수교관리센터) ,  박원주 (한국시설안전공단 특수교관리센터) ,  박진오 (동일기술공사 기술연구소) ,  박상헌 (동일기술공사 기술연구소)

초록
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국내 고도성장기 이후 본격 건설되기 시작한 사회 기반 시설물은 노후화가 빠르게 진행되고 있다. 특히 사고 발생 시 대량 인명 피해로 직결될 수 있는 교량, 터널 등의 대형 구조물에 대한 안전성 평가가 필요하다. 하지만 기존의 유선 센서 기반의 Structural Health Monitoring(SHM)을 개선한 무선 스마트 센서 네트워크는 짧은 신호 도달거리로 인해 경제적이고 효율적인 시스템 구축이 힘들다. 따라서 LoRa LPWAN 시스템은 사물인터넷의 확산과 더불어 저전력 장거리 통신이 각광을 받고 있으며, 이를 구조 건전성 모니터링에 응용함으로써 경제적이면서도 효율적인 모니터링 시스템 구축이 가능하다. 본 연구에서는 LoRa LPWAN 기반의 무선 계측센서 기술동향을 조사하였으며, LoRa LPWAN 기반의 무선 계측센서 설치 및 유지관리 방안을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Social infrastructure facilities that have been under construction since the country's high-growth period are undergoing rapid aging, and, thus, safety assessments of large structures such as bridge tunnels, which can be directly linked to large-scale casualties in the event of an accident, are nece...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 시스템 유지관리 업무의 간소함으로 인해 무선 계측시스템이 유선 시스템을 대체하는 기술로 인식되고 있으나 Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth 기반의 무선 계측시스템은 통신 도달거리가 수십 미터에 불과하며 LTE 기반의 무선 계측시스템은 과도한 통신비로 인하여 토목 구조물에 장기계측 데이터를 수집하기 위한 시스템 구축에 부적절하다. 따라서 무선 계측시스템의 실용화 방안을 도출하기 위하여 LoRa LPWAN 기반의 무선 계측 센서 네트워크의 기술동향 및 진동가속도 계측 사례를 살펴보고 설치 및 유지관리 방안을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 LoRa LPWAN 기반 무선 계측시스템의 국내· 외 활용 사례 및 연구동향을 검토하였으며, 무선 계측시스템의 설치 및 유지관리 방안에 대하여 검토한 결과 아래와 같이 도출되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정적·동적거동에 대한 계측의 차이점은 무엇인가? 장대교량 거동계측에는 주탑의 경사를 계측하기 위한 경사계, 진동 특성을 규명하고 케이블 장력을 측정하기 위한 가속도계, 주부재의 응력을 측정하기 위한 변형률계, 온도의 영향을 확인하기 위한 온도계, 지진계, 풍향풍속계 등 다수의 센서가 설치 목적에 따라 교량의 정적·동적거동을 측정하는데 이용되고 있다. 정적 계측은 주탑 및 바닥판의 정적인 변형과 주 부재의 응력을 측정하여 교량의 전체적인 안전성을 파악하는 것을 목적으로 주로 주기적인 안전진단 및 정보수집에 활용되고 있고, 동적 계측은 차량하중 및 풍하중에 의한 상시진동(Ambient vibration)과 지진하중 및 기타 특이 진동으로 인한 교량의 동적 거동을 파악을 목적으로 교량의 동적인 특성과 내하력 및 안전성을 검토하는데 활용되고 있다(Kim et al., 2016).
LoRa LPWAN는 무엇인가? LoRa LPWAN(Long Range Low Power Wide Area Network) 는 장거리 통신과 저전력을 목표로 개발된 통신 프로토콜로써, Semtech Cooperation에서 특허를 소유한 비표준기술이다(Lim et al., 2017).
교량의 정적·동적거동을 측정하기 위해 장대교량 거동계측에 이용되는 센서는 무엇인가? 장대교량 거동계측에는 주탑의 경사를 계측하기 위한 경사계, 진동 특성을 규명하고 케이블 장력을 측정하기 위한 가속도계, 주부재의 응력을 측정하기 위한 변형률계, 온도의 영향을 확인하기 위한 온도계, 지진계, 풍향풍속계 등 다수의 센서가 설치 목적에 따라 교량의 정적·동적거동을 측정하는데 이용되고 있다. 정적 계측은 주탑 및 바닥판의 정적인 변형과 주 부재의 응력을 측정하여 교량의 전체적인 안전성을 파악하는 것을 목적으로 주로 주기적인 안전진단 및 정보수집에 활용되고 있고, 동적 계측은 차량하중 및 풍하중에 의한 상시진동(Ambient vibration)과 지진하중 및 기타 특이 진동으로 인한 교량의 동적 거동을 파악을 목적으로 교량의 동적인 특성과 내하력 및 안전성을 검토하는데 활용되고 있다(Kim et al.
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참고문헌 (12)

  1. Alliance, L. (2018) LoRaWAN 1.0.3 Regional Parameters, pp.53-57. 

  2. Kim, J.H., Park, W.J. (2018) LoRa LPWAN Sensor Network for Real-Time Monitoring and It's Control Method, Comput. Struct. Eng., 31(6). pp. 359-366. 

  3. Kim, J.T., Sim, S.H., Cho, S.J., Yun, C.B., Min, J.Y. (2016) Recent R&D Activities on Structural Health Monitoring in Korea, Struct. Monit. & Maint., 3(1), pp.91-114. 

  4. Kim, S.Y., Park, S.K., Choi, H.D. (2016) Wide Range IoT Technology and Standardization based on LPWA, Electron. & Telecommn. Trends., 31(2), pp.95-106. 

  5. Lee, P.Y., Lee, S.Y., Kim, J.T. (2012) Vibration-based Structural Health Monitoring of Full-Scale Cable-Stayed Bridge Using Wireless Smart Sensor, J. Korean Soc. Hazard Mitig., 12(1), pp.75-81. 

  6. Lim, J.Y., Lee, J.M., Kim, D.H., Kim, J.D. (2017) Performance Analysis of LoRa(Long Range) according to the Distance in Indoor and Outdoor Spaces, J. KIISE, 44(7), pp.733-741. 

  7. Northstream (2016) Conncectivity Technologies for IoT, Full Report, 2016 Oct. 

  8. Park, S.O., Park, S.H. (2018) A Study on the Application of Bridge Maintenance System using LoRa LPWAN Wireless Communication, J. Korea Inst. Struct. Maint. & Insp., 23(1), pp.138-146. 

  9. Seichi, T. (2013) Current Challenges in Sensor Technology, Ministry of Land, Infrastructure and Transport Monitoring Technology Utilization Promotion Examination Committee Material 2-1. 

  10. Strasser, E.G., Kiremidjian, A.S. (2000) A Modular, Wireless Network Platform for Monitoring Structures, J. Korean Inst. Electronm. Eng. & Sci., pp.450-456. 

  11. Tsuno, K. (2018) Tunnel Condition Monitoring Ssystem using Wireless Sensors, The 322nd Annual Meeting of the Railway Company. 

  12. Vilajosana, X., Pere, T,P., Martinez, B., Watteyne, T. (2017) Understanding the Limit of LoRaWAN, IEEE Commn. Mag., 55(9), pp.34-40. 

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