초록

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현재 우리나라는 좁은 국토와 도시 집중화로 인해 급증하고 있는 지하매설물의 체계적인 관리가 어느 때보다 요구되고 있다. 그러나 다른 분야에서 빠르게 진행되고 있는 전산화 및 정보화 작업에 비해 상대적으로 더딘 지리정보체계 구축으로 지하매설물 관리를 위한 정보시스템이 미비한 상태이다. 이는 지리정보체계 구축 방법에 어려움과 소요되는 인력, 비용, 시간 등이 크기 때문으로 판단된다. 본 논문에서는 GPS와 능동형 RFID를 이용한 위치기반 지하매설물 정보시스템의 구현을 기술하고 시뮬레이션하였다. 이 시스템은 GPS NMEA Sentence의 위치정보와 능동형 RFID의 인식정보를 결합한 데이터를 이용하여 정확하고 체계적인 지하매설물 정보 구축이 가능하고, 효율적인 지하매설물 관리를 위한 인터페이스를 제공한다.

현재 우리나라는 좁은 국토와 도시 집중화로 인해 급증하고 있는 지하매설물의 체계적인 관리가 어느 때보다 요구되고 있다. 그러나 다른 분야에서 빠르게 진행되고 있는 전산화 및 정보화 작업에 비해 상대적으로 더딘 지리정보체계 구축으로 지하매설물 관리를 위한 정보시스템이 미비한 상태이다. 이는 지리정보체계 구축 방법에 어려움과 소요되는 인력, 비용, 시간 등이 크기 때문으로 판단된다. 본 논문에서는 GPS와 능동형 RFID를 이용한 위치기반 지하매설물 정보시스템의 구현을 기술하고 시뮬레이션하였다. 이 시스템은 GPS NMEA Sentence의 위치정보와 능동형 RFID의 인식정보를 결합한 데이터를 이용하여 정확하고 체계적인 지하매설물 정보 구축이 가능하고, 효율적인 지하매설물 관리를 위한 인터페이스를 제공한다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 논문에서는 구현한 지하매설물 정보시스템 검증을 위해 사용자 인터페이스와 프로토타입 시스템을 시뮬레이션 하였다. 지하매설물 정보시스템이 동작되는 기능을 살펴보면 다음과 같다.
• 지하매설물에 RFID시스템을 적용하기 위해서는 매설된 RFID 태그가 ID를 수신기에 전달 가능해야 한다. 지하에 매설된 상태에서 수신기와 인터페이스가 가능한 동시에 ID를 전달하는 부분에는 문제가 없도록 다양한 대역의 RFID를 통해 실험한 결과, 본 논문에서는 433MHz 극초단파 대역의 RFID를 선택하였다. 433MHz 극초단파 대역의 RFID는 실제 지하 인식거리는 약 1.

가설 설정

• 세 번째로 현장성이 강한 시스템을 구축해야한다. 위치 정보의 구축은 실제 현장에서 작업이 수행된다.

제안 방법

• 기본적인 데이터베이스에 구성은 다음과 같다. RFID 태그ID와 TM좌표의 매핑을 통한 식별정보와 매설물의 상태 정보, 지하 매설물의 종류와 종류 별 타입, 길이와 넓이(직경)를 저장하며 매설물의 위치 정보와 사진파일이 저장되어 있는 경로를 저장한다. 그리고 시공업체 정보와 매설 일자와 수정일자도 포함한다.
• 본 논문에서 위치기반 지하매설물 정보 시스템의 구성은 그림 1에서와 같이 NMEA Sentence를 얻기 위한 GPS 모듈과 능동형 RFID 모듈 그리고 수집된 정보를 처리하기 위한 위치기반 정보프로그램으로 나눌 수 있다. GPS 모듈은 위성으로부터 NMEA Sentence를 수신하여 위치기반 정보시스템에 전달해주는 역할을 하는데, 안테나를 포함하는 GPS 수신기는 호스트컴퓨터와 시리얼 통신을 이용하여 관리 프로그램과 접속한다.
• 본 논문에서 위치기반 지하매설물 정보시스템은 이를 해결하기 위해 GPS의 NMEA Sentence의 정보를 최대한 활용하는 동시에, 능동형 RFID(Radio Frequency IDentification)를 이용하여 GPS의 제약적인 요소를 보완, 확장하는 방법을 가진다.
• 위치 정보의 효율성 극대화는 실사와 어느 정도 가깝게 표현하는 가가 척도이다. 본 논문에서는 GIS를 통해 위치 정보를 표현하였으며, GIS상의 개별적인 객체에 텍스트 정보 및 이미지를 포함하는 형태로 정보의 표현을 극대화 하였다.
• 추출된 경도와 위도 좌표는 GIS에 표현하기 위해 평면직각(Transverse Mercator : TM) 좌표로 변환이 필요하다. 본 논문에서는 TM 투영식 함수를 통해 경위도 좌표에서 평면직각좌표로 변환이 이루어진다[6].
• 현재 국내에서 지하매설물 정보 구축을 위해 GPS와 RFID를 접목한 사례가 없다[8]. 본 논문에서는 서로 다른 방식에서 구동되는 GPS의 NMEA Sentence와 RFID 태그 ID의 매핑을 통해 정확성이 높고 무결성을 가진 식별정보를 생성하였다. 식별정보를 바탕으로 지하매설물의 효율적인 관리를 위한 정보 구축 시스템을 개발함으로서 기존 지하매설물의 정보화 작업의 문제점을 해결하였다.
• 실제로 지하매설물 위치 관리에 GPS 적용이 가능한지를 확인하기 위하여 다양한 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 GPS 수신기는 SiRF StarIIIe 모듈을 사용하는 안테나 형으로 12채널로 동작한다.
• 본 논문에서 위치기반 지하매설물 정보시스템은 다양한 지하매설물들을 구별하고 정확한 위치를 확인 할 수 있어야 한다. 이를 위해 GPS NMEA Sentence의 경위도 좌표와 지하매설물에 부착한 능동형 RFID 태그ID를 연관하여 매핑테이블을 구성한다. 매핑테이블은 하나의 경위도 좌표에 여러 태그ID를 가질 수 있으나, 태그ID는 유일성을 가져야 한다.

대상 데이터

• 실제로 지하매설물 위치 관리에 GPS 적용이 가능한지를 확인하기 위하여 다양한 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 GPS 수신기는 SiRF StarIIIe 모듈을 사용하는 안테나 형으로 12채널로 동작한다. 간섭이 없는 경우 최대 60초 내로 안정된 수신이 이루어진다.

성능/효과

• 지하에 매설된 상태에서 수신기와 인터페이스가 가능한 동시에 ID를 전달하는 부분에는 문제가 없도록 다양한 대역의 RFID를 통해 실험한 결과, 본 논문에서는 433MHz 극초단파 대역의 RFID를 선택하였다. 433MHz 극초단파 대역의 RFID는 실제 지하 인식거리는 약 1.5m에 달하였으며, 주변 금속물질과 액체의 전파방해에 강한 특징을 가졌다.
• 본 논문에서 제안한 시스템에서 사용된 GIS 어플리케이션의 개발 툴은 GDK 3.0으로 지도의 편집 및 수정, 가공이 간편하며, 속성 데이터의 관리, 공간의 연산이 용이하고 효과적이다[4]. 또한 GPS와 연동하여 GIS 공간상에서 지하매설물의 위치, 매설정보 등을 사용자에게 쉽고 편리하게 제공할 수 있다.
• 이러한 데이터를 다시 전산 장비를 통해 직접 입력하므로 한 구역을 하기 위해 수 일(日)이 걸린다[8]. 본 논문에서 제안한 위치기반 지하매설물 정보시스템은 GPS와 RFID를 이용한 위치 정보 측량과 동시에 현장에서 바로 정보를 전산화함으로써 기존 시스템에 비해 소요시간을 10분의 1로 줄일 수 있다. 그리고 GPS와 RFID를 통해 자동으로 위치 식별정보를 생성하고, 동시에 해당 지하매설물의 지리데이터와 속성을 데이터베이스에 저장하는 기능은 본 논문에서 구현한 시스템의 핵심으로 지하매설물의 정보화 구축에 있어 정확성, 현장성 그리고 편리성을 가져다 줄 것으로 예상된다.
• 본 논문에서는 서로 다른 방식에서 구동되는 GPS의 NMEA Sentence와 RFID 태그 ID의 매핑을 통해 정확성이 높고 무결성을 가진 식별정보를 생성하였다. 식별정보를 바탕으로 지하매설물의 효율적인 관리를 위한 정보 구축 시스템을 개발함으로서 기존 지하매설물의 정보화 작업의 문제점을 해결하였다. 또한 현장에 가까운 어플리케이션 구현으로 정확도 높고 실효성 있는 지하매설물 정보의 구축이 가능해질 것이다.
• 오차의 차이는 지역에 따라 많은 차이를 보였으며, 보편적으로 간섭이 있는 지역에서 큰 오차를 보였다. 측정 데이터의 오차는 기존에 설치된 RFID 태그를 기준점으로 측량한 데이터와 GPS 측량 데이터를 비교하는 방법과 DGPS(Differential GPS) 적용하여 오차 범위 축소가 가능하다고 판단된다[7].

후속연구

• 본 논문에서 제안한 위치기반 지하매설물 정보시스템은 GPS와 RFID를 이용한 위치 정보 측량과 동시에 현장에서 바로 정보를 전산화함으로써 기존 시스템에 비해 소요시간을 10분의 1로 줄일 수 있다. 그리고 GPS와 RFID를 통해 자동으로 위치 식별정보를 생성하고, 동시에 해당 지하매설물의 지리데이터와 속성을 데이터베이스에 저장하는 기능은 본 논문에서 구현한 시스템의 핵심으로 지하매설물의 정보화 구축에 있어 정확성, 현장성 그리고 편리성을 가져다 줄 것으로 예상된다.
• 다만 GPS 특성상 전자기파가 차단되는 지역에서는 매핑테이블을 구축하기 위한 측정이 불가능한 문제가 있으며, 군사목적 외에 사용되는 GPS는 측정 자료에 오차가 발생한다. 그리고 본 논문에서 적용한 능동형 RFID 장치도 매설된 상태의 태그를 수신하는데 아무런 문제가 없었지만 하드웨어적으로 좀 더 나은 수신율이 요구된다.
• 식별정보를 바탕으로 지하매설물의 효율적인 관리를 위한 정보 구축 시스템을 개발함으로서 기존 지하매설물의 정보화 작업의 문제점을 해결하였다. 또한 현장에 가까운 어플리케이션 구현으로 정확도 높고 실효성 있는 지하매설물 정보의 구축이 가능해질 것이다. 다만 GPS 특성상 전자기파가 차단되는 지역에서는 매핑테이블을 구축하기 위한 측정이 불가능한 문제가 있으며, 군사목적 외에 사용되는 GPS는 측정 자료에 오차가 발생한다.
• 본 연구는 초기단계의 수행 결과이므로, 향후 지하매설물의 위치 관리의 효율성을 더욱 높이기 위하여 좀 더 구체적이고 정밀한 데이터 처리 프로세스의 연구와 실효성을 높이기 위해 요구되는 지하매설물 정보 항목에 대한 연구가 이루어져야 하겠다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
수신율 문제, 데이터 오차 등의 문제점	지하에서 GPS의 수신율 문제, 데이터 오차 등의 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서 제시하는 것은?	본 논문에서 위치기반 지하매설물 정보시스템은 이를 해결하기 위해 GPS의 NMEA Sentence의 정보를 최대한 활용하는 동시에, 능동형 RFID(Radio Frequency IDentification)를 이용하여 GPS의 제약적인 요소를 보완, 확장하는 방법을 가진다.
GPS	GPS의 장단점은?	위치정보 구축을 위해 다양한 측량기법, 항공사진, 그리고 GPS(Global Positioning System) 등을 이용하고 있지만 지하매설물의 위치정보 구축에는 적용하기 적합하지 않거나 효율성이 낮다고 판단된다. GPS의 경우 지상에서의 위치정보 구축에 있어서는 상당히 효과적이지만 수신율 문제, 데이터 오차 등의 문제점으로 인해 지하매설물 정보 구축에 적용하는데 어려움이 많다[1].
위치정보 구축	위치정보 구축을 위해 무엇을 이용하고 있는가?	지리정보체계에서 위치정보는 시설물 관리에 있어 식별, 검색, 탐지 등을 위한 핵심 키워드다. 위치정보 구축을 위해 다양한 측량기법, 항공사진, 그리고 GPS(Global Positioning System) 등을 이용하고 있지만 지하매설물의 위치정보 구축에는 적용하기 적합하지 않거나 효율성이 낮다고 판단된다. GPS의 경우 지상에서의 위치정보 구축에 있어서는 상당히 효과적이지만 수신율 문제, 데이터 오차 등의 문제점으로 인해 지하매설물 정보 구축에 적용하는데 어려움이 많다[1].

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