[논문]디지털트윈 기반 현장 관리를 위한 센서 정보 수집 기법 및 시스템

서민재; 하준우; 임현규; 전지혜

doi:10.7472/jksii.2023.24.5.9

디지털트윈 기반 현장 관리를 위한 센서 정보 수집 기법 및 시스템
Sensor Information Collection Method and System for on-site Management based on Digital-twin 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.24 no.5, 2023년, pp.9 - 16

서민재 (Sales Strategy Office, STANS Inc.) , 하준우 (Research Institute, STANS Inc.) , 임현규 (Research Institute, STANS Inc.) , 전지혜 (Research Institute, STANS Inc.)

초록
AI-Helper

최근 현장 관리 관제를 위해 디지털트윈 기술을 적용하고 현장에서 전달되는 실시간 데이터 변화 분석을 통해 현장 내 변화를 빠르게 파악하고자 하는 수요가 증가하고 있다. 디지털트윈과 같은 기술을 적용할 경우 조기 문제 대응 및 빠른 상황 대처가 가능하지만, 이러한 디지털트윈 기술의 장점을 극대화하기 위해서는 현장 정보를 수집하는 이기종의 센서 데이터를 적절한 주기에 맞춰 수집하고 관리하는 방법이 필요하다. 또한, 각각의 관리 목적에 맞게 시각화될 수 있도록 센서 정보가 각 관리 도메인별로 전달, 이상 상황을 파악하고 대응하는 방법에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 디지털트윈을 기반으로 현장 점검 관리를 위해 이종 센서 정보를 수집하는 방법 및 관련 시스템 구성을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there is an increasing demand to quickly identify changes in the field by applying Digital-twin for on-site management control and analyzing changes in real-time data transmitted. When technologies such as Digital-twin are applied, early problem response and quick response to situations are possible. However, in order to maximize the advantages of digital twin technology, a method of collecting and managing sensor data that collects field information at an appropriate period is required. need. In addition, it is necessary to consider how sensor information is transmitted to each management domain and how to identify and respond to abnormal situations so that it can be visualized for each management purpose. In this paper, we propose a method for collecting heterogeneous sensor information and related system configuration for on-site inspection management based on digital twin.

주제어

표/그림 (13)

그림 (그림 1) 디지털트윈 현장 관리 서비스 시나리오 (Figure 1) Digital-twin On-site Management Scenario
그림 (그림 2) 디지털트윈 센서 관리 시스템 구성 (Figure 2) Digital-twin Sensor Management System
그림 (그림 3) 센서 DB의 JSON 작성 예시 (Figure 3) Example of Sensor DB for JSON
표 (표 1) 센서 특성 전송을 위한 DB 구조 (Table 1) DB Structure for Sensor Characteristic
표 (표 2) 센서 데이터 및 이벤트 전송을 위한 DB 구조 (Table 2) DB Structure for Sensor Data and Event
그림 (그림 4) i)케이스에 대한 서버-관리도메인 데이터 흐름 (Figure 4) Server and management domain data flow for i)
그림 (그림 5) ii)케이스에 대한 서버-관리도메인 데이터 흐름 (Figure 5) Server and management domain data flow for ii)
그림 (그림 6) iii)케이스에 대한 서버-관리도메인 데이터 흐름 (Figure 6) Server and management domain data flow for iii)
그림 (그림 7) iv)케이스에 대한 서버-관리도메인 데이터 흐름 (Figure 7) Server and management domain data flow for iv)
그림 (그림 8) 수집된 데이터 기반 DB 구성 예시 (Figure 8) Example of DB based on collected data
그림 (그림 9) 센서 데이터에 대한 관리 플랫폼 그래프 표출 (Figure 9) Management platform graph display for sensor data
그림 (그림 10) 센서 데이터 기반 긴급 상황 인식 이벤트 처리 예 (Figure 10) Example of emergency situation recognition event processing based on sensor data
표 (표 3) 현장 수집 데이터 정보 (Table 3) On-site Collected Data Information

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서, 본 논문에서는 관련 연구 사례와 디지털트윈 표준을 참고하여 이기종 센서 데이터 수집 및 관리 방법과 해당 시스템의 설계 방법을 제안한다. 특히, 앞서 제시한 논문에서 많이 다루지 않은 서버와 관리 도메인 간 데이터 관리 및 전송 방법에 대해서 상세하게 다루고, 현장 이상을 감지했을 때 빠르게 대응할 수 있는 방법에 대해서 제안하고자 한다.
본 논문에서는 디지털트윈을 기반으로 현장 관리를 위한 이기종 센서 정보를 수집 및 관리 기법과 이를 적용할 수 있는 시스템 구성을 제안하고자 한다. 제안한 시스템에서는 종류와 주기가 다른 이기종 센서 데이터가 서버로 수집되고, 각 관리 도메인별로 필요한 정보의 정확한 전달이 가능하다.
본 절에서는 센서 정보를 수집한 서버에서 관리 도메인에 정보 전송을 위한 방법을 제안한다. 먼저 각 센서는 설정된 주기에 맞춰 서버에 데이터를 전송한다.
따라서, 본 논문에서는 관련 연구 사례와 디지털트윈 표준을 참고하여 이기종 센서 데이터 수집 및 관리 방법과 해당 시스템의 설계 방법을 제안한다. 특히, 앞서 제시한 논문에서 많이 다루지 않은 서버와 관리 도메인 간 데이터 관리 및 전송 방법에 대해서 상세하게 다루고, 현장 이상을 감지했을 때 빠르게 대응할 수 있는 방법에 대해서 제안하고자 한다.

제안 방법

한편 수집되는 센서는 각 데이터의 형태나 주기가 다를뿐더러, 수집되는 모든 정보가 전달되는 것은 저장 및 탐색을 위해서 적절하지 않기 때문에 특정 센서 정보만 별도의 주기로 관리 목적에 맞게 전달되는 것이 필요하다. 관리자가 센서 정보를 전달받는 과정에서 관리 목적에 부합하게 전달받고 시각화된 정보의 확인이 가능하도록 관련 DB 구조를 설계하였고, 서버와 관리 도메인 간의 전송 기법을 제안하였다. 본 논문에서는 서버와 관리 도메인 간 데이터 관리, 전송 방법에 대해서 상세하게 다루고, 현장 이상을 감지했을 때 빠르게 대응할 수 있는 방법을 제안하기 위해 최근의 표준 연구를 참고하였다는 점에서 의미 있을 것으로 보인다.
7를 기반으로 구축하였으며, 클라이언트와의 통신을 위해서 JSON을 이용하였다. 관리자용 시각화 디지털트윈 플랫폼은 Unity 기반으로 프로그램을 개발하였다.
서버가 위급상황 판별을 위한 정보를 각 도메인별로 가지고 있지 않거나, 이미 가지고 있더라도 도메인 관리 상황/관리자에 따라 위급상황에 대한 값은 변경될 수 있다. 따라서, 서버에서 현장 위험을 판별한 상황과 이후 관리 도메인이 현장 위험을 판별한 상황을 고려하여 다음과 같이 3가지 경우를 고려하여 수집 방법을 설계하였다.
제안한 시스템에서는 종류와 주기가 다른 이기종 센서 데이터가 서버로 수집되고, 각 관리 도메인별로 필요한 정보의 정확한 전달이 가능하다. 또한, 관리 도메인에서 정보를 빠르게 파악하고 대응할 수 있도록 디지털트윈 표준을 참고한 DB 설계 및 서버와 관리 도메인 간 센서 데이터 전송 기법 등의 실제 구현을 통해 실험적 검증을 수행한다.
전송된 센서 데이터를 관리하는 서버는 크게 3가지 기능 모듈로 구성된다. 먼저, 센서 정보 수집 및 전송을 위해 기본 설정을 저장하는 모듈은 관리 도메인별 전송 센서 개수, 관리 도메인별 최근 센서 전송 시간, 관리 도메인별 설정 주기, 센서별 기초 이상 점검 값 등을 저장하고 관리한다.
먼저, 현장 정보를 수집하기 위해 이기종의 센서가 혼재되어있는 환경에서 해당 센서 데이터를 적절한 주기에 맞춰 수집하고 전달할 수 있도록 서버 내 주요 모듈 기능과 시스템 구조 설계 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 디지털트윈으로 구축한 서비스에서 이기종 센서를 통해 수집된 정보를 이용하여 현장 변화를 빠르게 감지하고 관리 도메인에서 조기 문제 대응 및 빠른 상황 대처가 가능하도록 정보를 전송하는 시스템과 전송 기법을 제안하였다.
도메인 관리자가 요청한 주기에 맞춰 정상적으로 전달된다. 서버가 특정 데이터를 수신하였을 때 이상 데이터로 인식한 경우 위급상황으로 판별하여, 기존 주기와 상관없이 즉시 이상 판별 센서 정보를 도메인으로 전송한다. ⅱ)와 같이, 해당 시간은 서버에 수신된 데이터가 이상으로 판별된 시점이므로 랜덤으로 조절된다.
수집 센서를 설치한 두 장소에 대한 정보를 수집하되 관리 도메인은 단일로 개발하였다. 표 3은 수집하는 센서에 대한 정보를 보여준다.
따라서 큰 환경 변동이 없는 스마트팜은 30분 주기로 정보로 처리해도 식물의 생육에 크게 문제가 없을 것으로 판단해 변경 수집하였다. 재난 관리를 위한 일반건물은 주기를 전체 센서 중 최대 길이인 1초로 설정하고 신속하게 정보를 전달받을 수 있도록 하였다.
제안한 시스템 및 수집 기법은 디지털트윈 서버을 활용하여 해당 서버내에 적용하였고 관리 용도로 주기별 요청 및 수신을 확인하였다. 서버는 Maria DB ver.
관리 도메인으로 수집된 데이터는 그림 9와 같이 센서 변화 그래프가 표출될 수 있도록 하였다. 화재와 같이 위급 상황 이벤트가 센서 데이터를 통해 인식, 감지되었을 경우에는 그림 10과 같이 긴급 알림을 제공하게 하여 관리자가 즉시 대응할 수 있도록 개발하였다. 제안 방법을 적용할 경우 센서 정보를 원하는 주기로 수집해 현장을 파악하고, 문제 발생 시 현장에 빠르게 대응할 수 있는 것을 확인하였다.

대상 데이터

표 3은 수집하는 센서에 대한 정보를 보여준다. 수집 환경은 스마트팜과 일반건물로, 스마트팜에서는 값이 크게 변동하지 않는 데이터를 수집하기 때문에 주기를 1분 단위로 수집하였다. 한편 일반건물에 대해서는 재난 대비를 위한 몇 가지 센서를 부착하였다.

이론/모형

제안한 시스템 및 수집 기법은 디지털트윈 서버을 활용하여 해당 서버내에 적용하였고 관리 용도로 주기별 요청 및 수신을 확인하였다. 서버는 Maria DB ver.10.7를 기반으로 구축하였으며, 클라이언트와의 통신을 위해서 JSON을 이용하였다. 관리자용 시각화 디지털트윈 플랫폼은 Unity 기반으로 프로그램을 개발하였다.

성능/효과

화재와 같이 위급 상황 이벤트가 센서 데이터를 통해 인식, 감지되었을 경우에는 그림 10과 같이 긴급 알림을 제공하게 하여 관리자가 즉시 대응할 수 있도록 개발하였다. 제안 방법을 적용할 경우 센서 정보를 원하는 주기로 수집해 현장을 파악하고, 문제 발생 시 현장에 빠르게 대응할 수 있는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 디지털트윈을 기반으로 현장 관리를 위한 이기종 센서 정보를 수집 및 관리 기법과 이를 적용할 수 있는 시스템 구성을 제안하고자 한다. 제안한 시스템에서는 종류와 주기가 다른 이기종 센서 데이터가 서버로 수집되고, 각 관리 도메인별로 필요한 정보의 정확한 전달이 가능하다. 또한, 관리 도메인에서 정보를 빠르게 파악하고 대응할 수 있도록 디지털트윈 표준을 참고한 DB 설계 및 서버와 관리 도메인 간 센서 데이터 전송 기법 등의 실제 구현을 통해 실험적 검증을 수행한다.

후속연구

향후 연구로는 다른 도메인에서도 범용적으로 활용할 수 있도록 공용 정보와 특화정보를 포함한 DB 구조 설계가 필요하며, 여러 도메인에 센서 정보를 제공하고 재요청 및 센서 설정 업데이트 과정에서 발생 가능한 지연 문제 등에 대한 해결 방안들을 추가 연구하고자 한다.

참고문헌 (10)

S. Haag and R. Anderl, "Digital twin - Proof of？concept," Manufacturing Letters, Vol. 15, No. 2,？pp.64-66, 2018.？https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2018.02.006

상세보기
F. Tao, et al., "Digital Twin in Industry: State-of-the-Art," IEEE Transactions on Industrial Informatics,？Vol. 15, No. 4, pp.2405-2415, 2019.？https://doi.org/10.1109/TII.2018.2873186

상세보기
SH Shin, MC Park, "Implementation of Digital Twin？based Building Control System using Wireless Sensor？Box," Journal of the Korea Society of Computer and？Information, Vol. 25, No. 5, pp.57-64, 2020.？https://doi.org/10.9708/jksci.2020.25.05.057

원문보기 상세보기
JH Kim et al., "Design and Implementation of IoT？Platform-based Digital Twin Prototype," Journal of？Broadcast Engineering, Vol. 26, No. 4, pp. 356-367, 2021.？https://doi.org/10.5909/JBE.2021.26.4.356

원문보기 상세보기
SH Park and JH Bae, "A Design on The Zone Master？Platform based on IIoT communication for Smart？Factory Digital Twin," Journal of Internet of Things？and Convergence, Vol. 6, No. 4, pp.81-87, 2020.？https://doi.org/10.20465/KIOTS.2020.6.4.081

상세보기
IEEE Standards Association - IEEE 2888.1: Specification？of Sensor Interface for Cyber and Physical World
IEEE Standards Association - IEEE 2888.3: Orchestration？of Digital Synchronization between Cyber and Physical？World
L. Kendrik, P Zheng and C. Chen, "A state-of-the-art？survey of Digital Twin: techniques, engineering product？lifecycle management and business innovation？perspectives," Journal of Intelligent Manufacturing, Vol.？31, pp. 1313-1337, 2020.？https://doi.org/10.1007/s10845-019-01512-w

상세보기
A. Fuller, Z. Fan, C. Day and C. Barlow, "Digital Twin:？Enabling Technologies, Challenges and Open Research,"？IEEE Access, Vol. 8, pp. 108952-108971, 2020.？https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2998358

상세보기
C. Semeraro, M. Lezoche, et al., "Digital twin？paradigm: A systematic literature review," Computers？in Industry, Vol. 130, pp. 1-42, 2021.？https://doi.org/10.1016/j.compind.2021.103469.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증