지하구는 도시의 신경망이라 할 수 있는 통신, 전력, 상수도, 난방, 쓰레기 처리시설 등 도시 운용/관리를 위한 주요시설물을 안전하게 수용하고, 유지 관리하기 위한 시설로 IT기술을 이용하여 수용된 시설을 효과적으로 유지/관리하고, 재난으로부터 안전하게 보호함과 동시에 최소의 비용과 에너지로 수용된 시설물을 유지관리하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 지하구(공동구, 통신구, 전력구)의 운용 및 유지관리와 지하구에서 발생될 수 있는 각종 재난에 대응하기 위한 지하구 운용 및 유지관리에 대해 알아보고, 지하구 내부에 수용된 시설물을 효과적으로 유지관리하고 재난에 신속히 대응하기 위한 지하구 환경모니터링 시스템에 대해 기술 하고자 한다. 지하구 환경모니터링 시스템은 지하구 내부에는 전력, 상수도, 통신, 난방 등 다양한 시설물이 수용되어 있으며, 이러한 시설물의 부식, 고장 등으로부터 보호하기 위해 지하구내부의 환기시스템의 송풍기와 지하수와 기상재해로 인한 지하구 및 수용시설물의 침수를 막기 위한 양수펌프에 대해 실시간 상태모니터링 통해 송풍기 및 펌프의 고장여부를 판단하여 관리자에게 알림으로써 관리자가 신속하게 대응 할 수 있도록 하였다. 송풍기의 제어는 지하의 내부와 외부에 설치된 온/습도 센서를 통해 지하구 내부환경을 최적으로 유지할 수 있도록 함으로써 쾌적한 지하 내부환경 유지하고, 급/배기가 필요할 경우에만 송풍기를 가동함으로써 에너지를 절약 할 수 있으며, 화재, 침수 등에 대한 재난시 환풍기의 급/배기, 정지 등을 신속하게 제어할 수 있도록 하였다. 또한 지하구내부에서 발생된 재난을 유/무선을 이용하여 신속하게 지하구 주변의 장치(U-Pole 또는 통합컨트롤러)를 통해 경보를 전파함으로써 주변 시민들이 안전하게 대피할 수 있도록 하였다. 그리고 지하구 환경모니터링 시스템을 검증하기 위해 실제 지하구 및 실험실에 시스템 및 Test Board을 설치하여 운용시험을 실시 하였다.
지하구는 도시의 신경망이라 할 수 있는 통신, 전력, 상수도, 난방, 쓰레기 처리시설 등 도시 운용/관리를 위한 주요시설물을 안전하게 수용하고, 유지 관리하기 위한 시설로 IT기술을 이용하여 수용된 시설을 효과적으로 유지/관리하고, 재난으로부터 안전하게 보호함과 동시에 최소의 비용과 에너지로 수용된 시설물을 유지관리하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 지하구(공동구, 통신구, 전력구)의 운용 및 유지관리와 지하구에서 발생될 수 있는 각종 재난에 대응하기 위한 지하구 운용 및 유지관리에 대해 알아보고, 지하구 내부에 수용된 시설물을 효과적으로 유지관리하고 재난에 신속히 대응하기 위한 지하구 환경모니터링 시스템에 대해 기술 하고자 한다. 지하구 환경모니터링 시스템은 지하구 내부에는 전력, 상수도, 통신, 난방 등 다양한 시설물이 수용되어 있으며, 이러한 시설물의 부식, 고장 등으로부터 보호하기 위해 지하구내부의 환기시스템의 송풍기와 지하수와 기상재해로 인한 지하구 및 수용시설물의 침수를 막기 위한 양수펌프에 대해 실시간 상태모니터링 통해 송풍기 및 펌프의 고장여부를 판단하여 관리자에게 알림으로써 관리자가 신속하게 대응 할 수 있도록 하였다. 송풍기의 제어는 지하의 내부와 외부에 설치된 온/습도 센서를 통해 지하구 내부환경을 최적으로 유지할 수 있도록 함으로써 쾌적한 지하 내부환경 유지하고, 급/배기가 필요할 경우에만 송풍기를 가동함으로써 에너지를 절약 할 수 있으며, 화재, 침수 등에 대한 재난시 환풍기의 급/배기, 정지 등을 신속하게 제어할 수 있도록 하였다. 또한 지하구내부에서 발생된 재난을 유/무선을 이용하여 신속하게 지하구 주변의 장치(U-Pole 또는 통합컨트롤러)를 통해 경보를 전파함으로써 주변 시민들이 안전하게 대피할 수 있도록 하였다. 그리고 지하구 환경모니터링 시스템을 검증하기 위해 실제 지하구 및 실험실에 시스템 및 Test Board을 설치하여 운용시험을 실시 하였다.
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문제 정의
.경제활동을 원활하고 편리하게 할 수 있는 시설물들을 안전하게 수용할 뿐만 아니라 지하공간에 시설물을 수용함으로써 보행자의 쾌적한 통행공간 확보와 안전하고 안락한 도시환경을 유지시키며 효율적인 도시운용이 가능하도록 한다.
본 논문에서는 기존 지하구(공동구)의 유지 관리현황과 지하구(공동구, 전력구, 통신구)의 사고사례 및 사고 특성에 대해 기술하고, 지하구를 안전하고 효율적으로 운용하기 위한 지하공간 환경모니터링 시스템의 개요와 시스템의 구성과 특징, 기능에 대해 기술하고, 개발된 시스템을 현장에 시험한 내용을 기술 하고자 한다.
제안 방법
시험설치는 도심지의 각각 독립된 지하구를 구현하기 위해 2개소에 설치하였으며, 시스템의 운용성과 다양한 시험을 위해 1개소는 실제 지하구와 동일한 환경인 지하구에 장치 및 센서 와 장치 제어반 및 data 수집 장치를 설치하여 인터넷에 바로 연결하는 방식과 무선통신을 이용하여"U-City의 통합컨트롤러에 연결하여 서버와 연결되도록 하고, 1개소는 장치의 제어 및 상황 시뮬레이션이 용이하도록 실험실에 각 장치 및 센서를 시연 보드에 설치하였으며, 여러 개의 data 수집장치가 연결되는 환경으로 G/W를 거쳐 서버로 연결되도록 하여 시험을 실시하였다.
1) 감시 기능 : 지하구내의 상황을 모니터링하고 이를 서버로 알려주는 기능으로 지하구내의 시 양수기, 송풍기, 출입문 등의 장치 상태정보와 화재, 침수, 온/ 습도, 유해가스, 외부침입 등의 센서정보를 실시간으로 수집하여 서버로 전송하고, 경보상황을 운용자에게 알림으로써 운용자가 신속하게 대응할 수 있도록 하였다.
4) 운용관리기능 : 지하공간 환경모니터링 시스템의 운용 및 관리를 용이하게 하기 위해 지하구의 전체적인 상황, 지하〒 각각의 상황, 센서나 장치의 세부상황으로 화면을 구분하였으며, 각 장치 및 센서의 이럭을 별도로 저장하여 이를 이용하여 별도로 분석할 수 있도록 함으로써 지하구의 장치 및 센서 등의 상태를 분석하고 장치고장이나 센서의 이상 등을 사전에 파악할 수 있도록 하였다. 그림 2와 같다
5) 지하구 내/외부 온/습도를 측정하여 송풍기 가동 시기를 판단할 수 있게 하고, 송풍기의 급/배기를 조절할 수 있도록 하여 상황별 대웅이 가능하도록 하였다.
각 구간의 전송방식은 주변의 상황에 맞춰 적용할 수 있으며, [표 4]와 같이 유.부선통신을 병행하여 주변 환경에 맞는 통신방식을 사용할 수 있도록 하였다.
양수기. 송풍기를 설치하여 시험을 진행하였다.
시스템의 시험운용은 시스템의 안정성과 확장성, 운용담당자의 시스템 운용 용이성에 중점을 두고 실시하였다. 시스템의 안정성은 각 장치간의 Data전송시 Data 손실 여부를 확인하고, 각 장치 및 센서 Data의 정확성과 각 장치의 제어 시 알고리즘에 의힌- 작동 및 원격제어에 의한 작동의 오류사항과 문제를 검토하였다.
실시하였다. 시스템의 안정성은 각 장치간의 Data전송시 Data 손실 여부를 확인하고, 각 장치 및 센서 Data의 정확성과 각 장치의 제어 시 알고리즘에 의힌- 작동 및 원격제어에 의한 작동의 오류사항과 문제를 검토하였다.
지하공간 환경 모니터링 시스템은 화재감지기, 침수감지기, 수위감지기, 인체감지기, 출입문 감지기 등을 통해 지하구(즉 공동구, 통신구, 전력구)내의 화재 , 침수, 외부인 침입 등을 감지하여 운용자에게 알려주어 조기에 대웅할수 있도록 하고, 지하구내 시설물인 펌프와 송풍기의 작동상태 및 제어를 원격에서 할 수 있도록 하였으며, 주변의 USN 장치와 연동하여 지상의 시민들에게 지하구의 각종 재난정보를 알려준수 있도록 함으로써 피해를 최소화 할 수 있도록 하였다. 또한 송풍기의 작동을 지상의 환경과 지하구의 환경을 분석하여 작동하도록 하여 현재 시간에 따라 작동되는 송풍기에 비해 전력소비량을 줄일 수 있도록 하였으며, 송풍기로부터 발생되는 소음을 최소화 할 수 있도록 하여 지하구 주변의 시민들에게 소음 피해를 최소화 하며 지하구 내부의 상태를 쾌적하게 유지할 수 있도록 하였다.
지하공간 환경모니터링 시스템은 관제센터에 서버에서 각 지하구별로 전체적인 상황을 모니터링하며, 지하구별 각 장치 및 센서의 값을 정의하고 제어할 수 있도록 하였다. 시스템의 구성은 각 지하구의 센서로부터 수집된 정보는 장치 제어를 위한 제어반내의 Data수집 장치를 통해 수집하고, Data수집장치는 수집된 Data를 TCP로 변환하여 인터넷망을 이용하여 서버로 보내주게 되며, 서버의 통합 DB에 저장이 된다.
대상 데이터
개발된 지하공간 환경모니터링 시스템의 안정성 및 기능에 대한 시험을 위해 지하구에 센서 및 장치를 설치하고, 실험실에는 지하구형태의 시연보드에 센서 및 양수기. 송풍기를 설치하여 시험을 진행하였다.
성능/효과
1) 표준화된 전송방식과 상용화된 장치를 시스템에 적용함으로써 시스템의 안정성 확보와 유지보수가 용이하도록 하였다.
2) 도시기 반시설 서비스 통합DB에 각종 경보 및 이 벤트 Data를 저장하여 타시스템과 연동 및 자료를 공유할 수 있도록 하였다.
2) 제어 기능 : 지하구의 유지관리 및 운용을 위해 설치된 양수기, 송풍기, 출입문, 유도둥, CCTV 등과 같은 장치의 작동 알고리즘에 의해 자동제어와 현장에 출동하지 않고 신속하게 장치를 원격제어 할 수 있으며, 지하구 내부 환경에 따라 각각의 센서값을 변경할 수 있도록 하였다.
3) 알림기능 : 지하구내의 화재, 침수 등의 긴급상황 발생 시 이를 운용자에게 알리고, 운용자는 이를 해당 지하구 주변의 VMS 혹은 경광등(부저)을 통하여 시민늘에게 알림으로써 신속하게 대피할 수 있노록 하였다.
3) 지 하구의 Data수집장치 에서 U-City의 도시기 반시 설서비스의 통합컨트롤러와 Data연동을 통해 도시기반시설 서비스인 VMS에 지하구의 재난상황을 지하구 주변의 시민들에게 알림으로서 피해를 최소화 할 수 있도록 하였다.
4) 지하구 환풍구의 송풍기 소음으로 인한 시민들의 피해를 방지 하기 위해 송풍기의 가동시간을 원격 에 서 스케줄링이 가능하도록 하였으며, 야간이나 주변 환경을 고려하여 소음을 최소화 할 수 있도록 송풍기 의회 전수를 조절할 수 있도록 하였다.
있도록 하였다. 또한 송풍기의 작동을 지상의 환경과 지하구의 환경을 분석하여 작동하도록 하여 현재 시간에 따라 작동되는 송풍기에 비해 전력소비량을 줄일 수 있도록 하였으며, 송풍기로부터 발생되는 소음을 최소화 할 수 있도록 하여 지하구 주변의 시민들에게 소음 피해를 최소화 하며 지하구 내부의 상태를 쾌적하게 유지할 수 있도록 하였다.
시험 운용 결과 지하구에 설치된 Data 수집장치와 서버 간의 Data 손실이 가끔 발생하였으며, 이는 Data 수집 장치로 사용하고 있는 PLC와 범용 MMI의 호환성 문제인 것으로 제작사에 지원을 요청하였다.
후속연구
그리고 기존에 사용하던 송풍기는 일정한 속도로 타이머에 의해 구동되는 방식으로 소음이 크게 발생하였으나, 원격으로 회전속도를 조절할 수 있도록 하여 송풍기 소음을 줄이면서 지하구 내부공기를 순환이 가능하였으며, 지하구 내/외부의 온/습도를 비교하여 송풍기의 자동 작동부분에 대해서는 지하구의 규모에 비해 환기 용량이 부족하고, 장마로 인한 지하수 유입으로 지하구 내부의 습기 가 증가함에 따라 송풍기의 가동시 간이 길어져 기존 시간대별로 구동하는 방식보다 더 많이 가동되었으며, 이는 지하구내부의 환정과 시설물의 결로 상태 등을 고려하여 작동 알고리즘의 개발이 필요할 것으로 보인다.
유비쿼터스 도시에서의 지하구의 유지관리 닟 운용은 각 센서/장치정보를 이용하여 지 하구 내/외부 상황 변화와 센서, 장치의 고장 및 오작동을 판단할 수 있는 알고리즘 개 발과 지 하咔내의 각 센서정보를 이용하여 지 하구 상황을 분석, 예측하여 운용자에게 자료를 제공함으로 지하구 운용자가 상황판단 및 사전 대응을 통해 보다 효율적으로 업무를 수행 할 수 있을 것으로 기대한다.
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