보고서 정보
주관연구기관 |
동일기술공사 |
연구책임자 |
박진오
|
참여연구자 |
이기환
,
박원주
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2019-12 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
국토교통부 Ministry of Land, Infrastructure, and Transport |
과제관리전문기관 |
국토교통과학기술진흥원 Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement |
등록번호 |
TRKO202300002719 |
과제고유번호 |
1615010552 |
사업명 |
국토교통기술촉진연구(R&D) |
DB 구축일자 |
2023-05-18
|
키워드 |
센서네트워크.교량유지관리 시스템.Big Data.Sensor Network.BMS.LPWA.LoRa.
|
초록
▼
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 사물인터넷(IoT) M2M(Machine to Machine) 센서네트워크(sensor Network)에 최적화된 LoRa LPWAN(Low Power Wide Area Network)기반으로 3축 가속도계를 포함하는 MEMS 디지털 통합 센서보드, DAQ, 분산처리 가능한 스마트센서노드를 개발하고, 이들을 기반하여 교량의 무선 자동 계측 및 모니터링이 가능한 시스템을 구축을 목적으로 함.
수많은 센서로 이루어진 센서네트워크에서 발생한 대용량의 계측 데이터의 처리를 위한 Big Data
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 사물인터넷(IoT) M2M(Machine to Machine) 센서네트워크(sensor Network)에 최적화된 LoRa LPWAN(Low Power Wide Area Network)기반으로 3축 가속도계를 포함하는 MEMS 디지털 통합 센서보드, DAQ, 분산처리 가능한 스마트센서노드를 개발하고, 이들을 기반하여 교량의 무선 자동 계측 및 모니터링이 가능한 시스템을 구축을 목적으로 함.
수많은 센서로 이루어진 센서네트워크에서 발생한 대용량의 계측 데이터의 처리를 위한 Big Data 처리 방안과 통합 교량 관리 시스템을 개발하여 노후교량의 안전 및 건전성 판단을 위해 실시간 모니터링하고, Test Bed를 통한 개발된 시스템의 성능검증 및 실용화 방안을 도출하고자함. 또한 무선 계측 센서 규격화 및 세부사양 표준화 방안과 교량 무선계측시스템 운용에 필요한 관리기준 설정도출을 통해 시공(설치)와 유지관리(운용)에 대한 가이드(안) 도출을 연구목표로 설정함
○ 3축가속도계, 온도계, GPS를 포함한 MEMS 기반 통합 디지털 센서 보드설계 및 개발
○ 실내 Lab Test를 통한 LoRa 센서네트워크 적용가능성 검증연구(Feasibility Study)
○ 교량 구조건전성 모니터링을 위한 LoRa 스마트 센서노드 및 DAQ 보드 설계 및 개발
○ LoRa Alliance 표준 및 국내 규약을 기반한 LoRa 기반 무선자동계측 플랫폼 구축
○ LoRa 스마트 센서노드 및 DAQ 보드 Pilot Test / Test Bed를 통한 성능검증 연구
○ 대용량 계측데이터 저장, 처리를 위한 Big Data 시스템 적용 방안
○ 무선계측 센서규격화 및 세부사양 표준화 방안 도출
○ 교량 무선계측시스템 운용에 필요한 데이터 모니터링용 관리기준 설정도출
○ 교량 무선계측시스템 시공(설치) 및 유지관리(운용)에 대한 지침 개발
연구개발성과
○ LoRa LPWAN 무선송수신이 가능한 MEMS 기반 통합센서보드 및 스마트 센서노드 개발
○ 통합센서보드 및 DAQ 인터페이스를 통한 LoRa기반 교량 구조건전성 모니터링 플랫폼 개발
○ Linux 및 RTOS기반 LoRa 스마트 센서노드 운영체제 개발 및 구현
○ LoRa 센서네트워크를 위한 네트워크/어플리케이션 서버 및 모니터링 서버 개발
○ 시계열 데이터베이스 기반의 Influx DB 활용 Big Data 처리 방안 개발
연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
○ 활용계획
- 본 과제를 통해 개발된 LoRa 기반 무선자동계측시스템은, 저렴한 비용으로 센서네트워크 구축 및 유지관리가 가능하여, 향후 신설 교량에 대한 시범 사업, 저렴한 노후시설물 관리 플랫폼 개발 등을 통해 적극 사업화
- 개발된 기술은 자동계측을 필요하는 도로, 터널, 환경, 수자원, 빗물관리 등의 분야에도 응용이 가능하며 응용 사업화모델 개발 및 추진
- 기상·환경 데이터, 교통량 데이터 등과 같은 다양한 이종 Data가 결합되어 Big Data와 머신러닝 기반의 지능형 시설물 유지 관리로 발전시킬 수 있는 요소기술로 활용가능
○ 기대효과
- 저비용으로 센서네트워크 구축은 모니터링 대상 확대가 가능해지며, 효율성이 낮은 기간 중심의 시설물 유지관리(time based maintenance)에서 정량적 조건기반 유지 관리(condition driven maintenance)로 전환될 수 있으며, 노후시설물 의 안전도 향상 및 사회적, 경제적 비용 절감을 기대할 수 있음.
아울러 글로벌 SOC 시설물 유지 관리 시장은 2020년까지 매년 평균 24.7%의 성장률을 기록하며 34억 달러 시장으로 성장할 것으로 기대되며, 수입 대체효과 및 기술 수출도 기대
(출처 : 요약문 4p)
Abstract
▼
Purpose & Contents
In this project, based on LoRa LPWAN (Low Power Wide Area Network) optimized for IoT (M2M) Machine to Machine (IoT) sensor network, MEMS digital integrated sensor board, DAQ, distributed processing including a 3-axis accelerometer It aims to develop possible smart sensor nodes
Purpose & Contents
In this project, based on LoRa LPWAN (Low Power Wide Area Network) optimized for IoT (M2M) Machine to Machine (IoT) sensor network, MEMS digital integrated sensor board, DAQ, distributed processing including a 3-axis accelerometer It aims to develop possible smart sensor nodes and build a system that enables wireless automatic measurement and monitoring of bridges based on them.The large amount of measurement data generated in the sensor network We will develop a big data processing method and integrated bridge management system for real-time monitoring to determine the safety and soundness of old bridges, and derive the performance verification and practical methods for the developed system through the test bed. In addition, the study aims to derive a guideline for construction (installation) and maintenance (operation) through the standardization of wireless measurement sensors and standardization of detailed specifications and the establishment and management of necessary management standards for bridge wireless measurement system operation..
○ Design and development of integrated MEMS-based digital sensor board including 3-axis accelerometer, thermometer and GPS
○ LoRa Sensor Network Feasibility Study through Indoor Lab Test
○ LoRa Smart Sensor Node and DAQ Board Design and Development for Bridge Structural Health Monitoring
○ LoRa based wireless automatic measurement platform based on LoRa Alliance standard and domestic protocol
○ Performance verification study using Pilot test / test bed of LoRa smart sensor node and DAQ board
○ Integrated bridge management system based on Big Data distribution processing
○ Standardization of wireless measurement sensor standardization and standardization of detailed specifications
○ Establishment and establishment of management criteria for data monitoring required for bridge wireless measurement system operation
○ Development of guidelines for construction (installation) and maintenance (operation) of bridge wireless measurement system
Results
○ Development of integrated sensor board and smart sensor node based on LoRa LPWAN wireless transmission and reception
○ Development of LoRa-based Bridge Structural Health Monitoring Platform through Integrated Sensor Board and DAQ Interface
○ Development and implementation of Linux and RTOS based LoRa smart sensor node operating system
○ Development of Network / Application Server and Monitoring Server for LoRa Sensor Network
○ Development of big data processing plan using Influx DB based on time series database
Expected Contribution
○ Usage plan
- The LoRa-based wireless automatic measurement system developed through this project is capable of constructing and maintaining a sensor network at low cost, and actively commercializing it through pilot projects for new bridges and development of a low-cost facility management platform.
- The developed technology can be applied to the fields such as road, tunnel, environment, water resources, rainwater management, etc. that require automatic measurement.
- Various heterogeneous data such as weather, environment data, traffic volume data, etc. can be combined and used as element technology to develop into big data and machine learning based intelligent facility maintenance
○ Benefit
The construction of the sensor network at a low cost enables expansion of the monitoring target, it can be changed from time based maintenance, which is low efficiency, to condition driven maintenance, and safety improvement of old facilities And reducing social and economic costs can be expected.
In addition, the global SOC facility maintenance market is expected to grow to an annual average growth rate of 24.7% by 2020 and to a $ 3.4 billion market.
(source : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- Contents ... 6
- 목차 ... 7
- 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
- 1. 연구개발 목적 ... 8
- 2. 연구개발의 필요성 ... 18
- 3. 연구개발 범위 ... 23
- 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 24
- 제3장. 연구수행내용 및 성과 ... 33
- 1. 연구목표별 연구개발 수행 내용 및 주요 결과 ... 33
- 2. 연차별 세부 수행 내용 및 결과 ... 36
- 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 109
- 1. 목표 달성도 ... 109
- 2. 관련 분야 기여도 ... 114
- 3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 115
- 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 117
- 1. 연구개발 성과 활용방안 ... 117
- 2. 향후 연구 분야 ... 121
- 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 122
- 1. 국내관련 기술동향 현황 ... 122
- 2. 국외관련 기술동향 현황 ... 123
- 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 124
- 1. 보안등급의 분류 및 결정사유 ... 124
- 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 124
- 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 124
- 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 125
- 제11장. 기타 사항 ... 125
- 제12장. 참고 문헌 ... 126
- 끝페이지 ... 128
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.