초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
IoT센서를 이용하여 빌딩과 같은 시설물의 변위, 충격, 기온 및 풍향을 측정하고, 측정된 데이터로 기울어짐을 평가, 예측하는 AI를 개발하여 시설물의 붕괴와 전도를 예방할 수 있도록 안전정보를 제공하는 재난안전 관리시스템
< 성과물 >
- IoT센서모듈 (기속도, 변위 등) (HW)
- 통계분석에 의한 시설물 안전성 평가 알고리즘 (SW)
- 시설물 기울기 예측 및 평가 AI (SW)
- 로컬 안전 관리시스템 (HW, SW)
- 빅데이터, 클라우드

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
IoT센서를 이용하여 빌딩과 같은 시설물의 변위, 충격, 기온 및 풍향을 측정하고, 측정된 데이터로 기울어짐을 평가, 예측하는 AI를 개발하여 시설물의 붕괴와 전도를 예방할 수 있도록 안전정보를 제공하는 재난안전 관리시스템
< 성과물 >
- IoT센서모듈 (기속도, 변위 등) (HW)
- 통계분석에 의한 시설물 안전성 평가 알고리즘 (SW)
- 시설물 기울기 예측 및 평가 AI (SW)
- 로컬 안전 관리시스템 (HW, SW)
- 빅데이터, 클라우드 기반 중앙 안전 관리시스템 (SW, HW)

◼ 전체 내용
< 시스템 요구사항 정립 >
- 수요자 면담을 통한 요구사항 정립
- 현장 방문을 통한 시스템 요구사항 정립
- 홍콩, 중국 등 해외 요구사항 조사
< 시설물 안전평가 기술 >
- 시설물 전도 사례 조사 및 전도 메커니즘 분석
- 전도 원인과 요인 선별
- 안전평가 관련 법규 조사
- 시험용 축소모형 구조물 설계 및 제작
- Test-Bed 전송 변위값에 대한 신뢰도 분석
- Test-Bed 변위량 변화 추이별 위험등급 기준 마련
- 변위량에 따른 내진설계 적용기준 개발
- 성과활용을 위한 서비스 시나리오(모델) 개발
< 적합 센서 IoT화 기술 >
- 적합센서 선정 및 센서 모듈 인터페이스 개발
- 리눅스 컴퓨터 소프트웨어 선정 및 코딩
< 센서신호처리 기술 >
- 샘플데이터 취득 및 신호처리: 누락데이터 보간
- 신호 종류, 특성 파악
- 기울기센서/가속도센서 노이즈 저감을 위한 신호특성 분석을 기반으로 한 필터 설계
- 민감도 개선 및 노이즈 영향 최소화를 고려한 PCB 보드 설계
< 딥러닝 입력데이터 생산 기술 >
- 실측 데이터 수집하여 신호 특성 분석
- 과거와 현재의 기울기 정보를 바탕으로 향후 기울기를 예측할 수 있는 데이터셋 생성
- LSTM 모델 입력 데이터 형식 설계
< 통계분석에 의한 안전기준 평가 기술 >
- 포항 지진피해 건물 및 후포항 실측데이터 기반 trend /seasonal 및 residual 분석
- AR, VAR, ARIMA 등의 모델을 위한 class 및 function을 제공하는 python statmodels 모듈의 tsa 기반 ARIMA 모델 분석 수행
- Sliding window 방식의 ARIMA 모형 적용을 통한 실시간성 확보
< 재난상황 예측(기울기) 인공지능 기술 >
- 시계열 데이터 적용 AI 모델 선정 (LSTM)
- 포항 지진피해 건물의 실측 데이터를 활용하여 입력데이터의 특성 분석
- 간단한 구조의 LSTM 적용을 통한 계산 효율적 예측 알고리즘 구현 및 실시간 적용
- Test-bed에 적용하여 검증 및 최적화
< 안전관리 로컬 시스템 기술 >
- MQTT 프로토콜 기반 IoT 데이터 전송 및 처리 프로그램 개발
- On-Site 모니터링 프로그램 개발
- 요구사항 분석을 통한 시스템 구조, 운영/개발환경 설계
- 웹 기반 운영 시스템 및 GUI 개발
- Mesh Wi-Fi 무선 네트워크 기반 전송체계 설계 및 시스템 구성
- IoT 복합센서(12개)와 로컬 관리 시스템의 데이터 전송 시험
- 데이터 모델링 및 관리체계 구축
- Test-bed 데이터 축적
- 통합관리 시스템에 클라우드 전송체계를 도입하여 DB 구축
- 통계분석, 인공지능 기반 안전예측 모듈의 시스템 탑재 및 연계
< 시스템 Test-bed 적용에 의한 실증 기술 >
- Test-bed 선정, 설치 및 실증

□ 연구개발성과
< 시스템 요구사항 정립 >
- 국내외 수요자 면담을 통한 요구사항 정립(신축 아파트 건설사 담당자, 지진피해 시설 관리자 등)
- 현장 방문을 통한 시스템 요구사항 정립(포항 크리스탈빌라, 배재대학교 도서관, 후포항, 안성 스타필드 방문)
< 시설물 안전평가 기술 >
- 시설물 전도 사례 조사 및 전도 메커니즘 분석
- 시험용 1/8 축소모형 구조물 설계 및 제작
- Test-Bed 데이터 분석에 의한 안전성 평가
< 적합 센서 IoT화 기술 >
- 시설물 안전성 평가에 적합한 센서 형식 선정 및 모듈화
- 기울기의 정확도를 판단하는 검교정성적서 발행 완료
- 가속도센서 정확도 및 동작 범위 확인 인증서 확보
< 센서신호처리 기술 >
- 데이터 흐름 및 측정 데이터 특성 분석
- 데이터 누락 시 보간 알고리즘 개발
- 노이즈 영향 최소화와 민감도 개선
< 딥러닝 입력데이터 생산 기술 >
- 실측 데이터 수집하여 신호 특성 분석 및 전처리
- LSTM 모델 입력 데이터 형식 설계
< 통계분석에 의한 안전기준 평가 기술 >
- 프로그램 등록
- 통계분석 모델 Test-bed 적용 S/W 기반 구축
- 진동대 실험데이터 기반 ARIMA 모델 성능 분석
- 로컬시스템과 알고리즘 통합
< 재난상황 예측(기울기) 인공지능 기술 >
- 시계열 데이터 적용 AI 모델 선정 (LSTM)
- LSTM 적용을 통한 계산 효율적 예측 알고리즘 구현 및 실시간 적용
- Test-bed에 적용하여 검증 및 최적화
< 안전관리 로컬 시스템 기술 >
- 프로그램 등록 완료
- 데이터 모델링 및 관리체계 구축
- Test-bed 데이터 축적
- 로컬 및 통합관리 시스템에 클라우드 전송체계를 도입하여 DB 구축
- AI에 의한 안전예측 기능, 통계에 의한 안전예측 기능 내재화
< 시스템 검증 >
- 12개 센서 동시 설치 및 테스트 가능한 1/8스케일 축소 건축물 제작 단면 2차 모멘트를 기준으로 1/8 스케일 축소 건축물 설계 및 제작
- 개발한 인공지능 예측모델의 정확도 검증
- 공인기관 시험 완료
< 시스템 Test-bed 적용에 의한 실증 >
- 안양 동안구청, 동안 청소년수련관, 만안구청, 만안 노인복지회관, 만안 평생교육센터 총 5곳을 Test-bed 선정하고 개발시스템 설치완료 및 운영 중
- 2021년 9월 이래 Test-bed 운영에 의한 실증

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
1) 연구개발성과의 활용
- 개발된 제품은 노후 건축물, 고층빌딩, 지진피해 우려시설 등 피해가 발생할 수 있는 건축물뿐만 아니라 계측센서의 설치가 어려운 공사현장이나 관리의 사각지대가 될 수 있는 건설현장 주변시설, 섬세한 관리가 필요한 댐, 문화재 또는 비닐하우스 등 붕괴, 기울어짐, 침하, 변형이 일어날 수 있는 다양한 시설물에 활용 가능함
- 따라서 다음과 같은 수요처에 영업활동 진행 및 적용할 계획
① 30년 이상 고령화된 시설물(2018년 기준, 전체 시설물의 40% 이상 차지)
② 새로 건설되는 고층 및 복합 건물
③ 경주, 포항과 같이 지진피해 시설물
④ 서울 GTX와 같은 지하철 노선 주변 시설물(시공 중 및 시공 후)
⑤ 터널공사, 터파기 공사 과정에서의 주변 시설물
⑥ 매립지 연역지반 고층 건물
2) 사업화 계획
- 과제를 진행하며 확보한 국내 레퍼런스와 기술력을 토대로 마케팅 활동 진행
- VC, 엔젤 IR 및 코트라 해외 투자유치 참가를 통한 투자유치 계획
- 해외 수출 계획(현재 협상 중)
① 홍콩 지하철 터널공사 주변 시설물
② 다수의 지하철이 건설 중인 중국의 지하철 공사 주변 시설물
- 국내 판매 계획
① 정동진 썬그레이스호텔 공급계약 진행 중
② 공동주택 전문 건설업체인 아이피개발과의 업무협약을 통해 건설현장 전반 안전 관리에 참여하여 렌탈 형식의 새로운 비즈니스모델 구상

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1.1 제품·서비스 ... 8
• 1.2 필요기술 ... 8
• 1.3 기존제품·서비스와 기술개발 적용 형태 ... 9
• 1.4 기술개발 최종 목표 ... 11
• 1.5 연구개발 내용 ... 11
• 1.6 기술개발 배경 ... 13
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 15
• 2.1 시스템 요구사항 정립 ... 15
• 2.2 시설물 안전평가 기술 ... 15
• 2.3 적합 센서 IoT화 기술 ... 26
• 2.4 센서신호처리 기술 ... 29
• 2.5 딥러닝 입력데이터 생산 기술 ... 31
• 2.6 통계분석에 의한 안전기준 평가 기술 ... 34
• 2.7 재난상황 예측(기울기) 인공지능 기술 ... 36
• 2.8 안전관리 로컬 시스템 기술 ... 43
• 2.9 시스템 Test-bed 적용에 의한 실증 기술 ... 51
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 73
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 90
• 5. 연구개발성과의 활용 및 사업화 계획 ... 91
• 끝페이지 ... 92