본 논문에서는 화재 시뮬레이션을 이용하여 풍량, 풍향, 보관물질, 시설물의 위치 등 여러 요소를 고려한 플랜트 시설물의 상황별 화재 성상을 분석하여 화재진압 시나리오를 구축하고 이를 스마트 화재 모니터링 구현을 위한 아키텍처 시스템을 설계하여 화재 초기상황에 스마트 화재 모니터링을 통해 방수총을 빠르게 동작시킬 수 있다. 플랜트 시설 화재 시 스마트 화재 모니터링과 연동된 방수총의 동작 시간을 효과적으로 단축시키며 화재 취약지점에 거점타격방식으로 방수하고자 한다
IT기술의 발달과 함께 최근 유비쿼터스 패러다임이 등장함에 따라 수자원분야의 정보화 환경이 변화하여야 한다는 논의가 활발하다. 빈번하게 발생하고 있는 자연재해에 있어서 주요 치수시설물의 안전모니터링은 새로운 기술의 적극적인 도입과 개발이 필수적이다. 또한 지속적인 수자원 관리 및 활용 고도화를 위해서도 정보화 경쟁력을 제고하고, 높아지는 사용자의 서비스 요구수준을 충족시켜야할 필요가 있다. 본 연구는 제방 및 보(수문)의 안전모니터링 선진화를 위해 다음과 같은 과정으로 연구하였다. 주요 치수시설물의 안전모니터링 요소를 분석하기 위해 붕괴원인 유형에 따른 주요 모니터링 취약성 인자를 도출한다. 취약성 인자 중 제방의 경우 침투, 침식, 월류, 구조물에 의한 붕괴 등에 의한 유형과 보(수문)의 경우 전도, 활동, 부유 등 다양한 관련 붕괴 현상을 검토하여 각각의 발생된 인자 특성별 모니터링이 가능하도록 최적 센서를 도출한다. 이러한 일련의 과정은 과거의 계측기를 통하거나 육안 및 수동적인 모니터링에서 벗어나, IT기술의 통신분야와 융합한 무선센서네트워크를 적용하여 경제성, 효율성, 현실성을 가지는 치수시설물의 모니터링이 가능하도록 하였다. 향후 이러한 USN(Ubiquitous Sensor Network) 등 유비쿼터스의 융합과 IT기술을 활용한 치수시설물 안전모니터링 선진화를 통해 홍수방어 및 관리시스템 구축에 활용되어 인명 및 재산피해를 절감하고 기술수준을 향상시킴으로서 홍수 재해로부터 안전한 국토 건설 및 국민의 삶의 질을 향상시킬 것이다. 또한, 국가 홍수관리 시스템 구축, 치수능력증대, 장래유역단위 통합홍수방어 및 관리기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.
최근 지방자치단체들은 u-City 사업구상을 통해 지능형 지하시설물 관리를 계획하고 있지만, 지하시설물의 지능화를 위해서는 막대한 재원이 소요되므로 단계적 접근이 필요하다. 따라서 본 연구의 목표는 센싱기술 개발의 우선순위가 높은 상수도 모니터링 항목을 도출하여 기술적 실현가능성과 경제적 파급효과가 높은 킬러어플리케이션을 발굴하는데 있다. 이를 위해 상수도 업무분석, 심층면담조사, 지자체 설문조사, 전문가의견조사 등을 통해 최종 모니터링 항목을 도출하였다. 분석 결과 유량계 유량, 상수관로 누수 균열, 상수관로 압력, 정수장 유량에 대한 모니터링 기술개발의 우선순위가 높게 나타났다. 이러한 연구결과는 상수도 시설물 관리의 실제적인 수요와 우선순위를 도출하고 평가하였다는데 의의가 있으며, 향후 지하시설물 지능화 관련 기술개발의 방향성 제시에 기여할 것이라 기대된다.
국내 건설업은 90년대 중반 이후 잇따른 건설구조물 붕괴사고가 발생하기 이전까지 구조물의 완공 자체에만 치중하여 유지관리분야에 대해서는 상당히 소홀했던 것이 사실이다. 현재, 국내의 시설물 모니터링체계는 유선방식의 대형시설물을 중심으로 극히 제한적으로 활용되고 있는바, 전국의 노후화된 수많은 중, 소형 시설물을 모니터링 하기에는 한계가 있다. 최근 센서, 센서네트워크, 무선통신 등 유비쿼터스 관련 기술의 급속한 발전으로 인하여 이를 건설분야에 적용하고자 하는 노력들이 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 이와 같은 각종 연구가 진행되고는 있는 반면, 실제 실용화를 위한 연구나 기술개발은 미비하며, 특히 시설물 모니터링 분야에서의 적용 연구는 더욱 미흡한 실정이다. 따라서, 본 논문은 유비쿼터스 환경의 시설물 모니터링 시스템 구현을 위해 필요한 각 단계별 모듈 구성에 대한 방법론에 대하여 논하고자 한다.
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.
센서 및 무선통신 기술의 발달로 인해 사물의 상태에 대한 실시간 모니터링이 가능해지고 있다. 이에 다양한 분야에서 실시간 모니터링을 활용하고자 하는 시도가 진행되고 있으며, 특히 시설물 관리 분야에서도 이를 활용하여 시설물 관리의 지능화를 추진하고 있다. 그러나 센서 기술, 통신 기술, 공간정보 등 핵심 요소기술을 바로 현장에 적용하기에는 다소 무리가 있다. 현장에서는 새로운 기술이 적용되기 이전의 업무프로세스를 통해 시설물 관리가 이루어지고 있기 때문이다. 즉, 새로운 기술을 현장에 적용하기 위해서는 필연적으로 업무프로세스의 개선을 병행하여 기술과 현장의 간극을 최소화함으로써 기술의 현장 적응력을 높일 필요성이 존재한다. 이에 본 연구에서는 기존의 지하시설물 유지관리 프로세스를 살펴보고, 실시간 모니터링이 가능하다는 가정 하에 지하시설물 유지관리 업무프로세스의 개선 방향을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 지역난방 업무프로세스를 대상으로 하였다.
본 연구의 목적은 DGPS 기법을 이용하여 장대교량의 거동을 모니터링하는 기술을 개발하는데 있다. GPS 센서를 이용한 교량거동 모니터링 기술은 다수의 GPS 센서를 시설물 외부에 설치하여 전체적인 거동상태를 모니터링 함으로써 순간적인 세부변위는 물론 장기간의 관측을 통한 기초침하, 크리프 릴렉세이션 등의 거동까지 실시간으로 모니터링 할 수 있는 기술이다. 본 연구의 최종 성과물은 안전관리 대상 주요 시설물의 거동을 비접촉 방식으로 감시하고 그 결과를 그래픽으로 화면을 통하여 사용자에게 제공함으로써 사용자의 직관적인 이해도를 높일 수 있을 것으로 기대되며, 장대교량, 터널, 댐, 건물 등 대형시설물의 거동을 효과적으로 감시하고 그 결과를 전송할 수 있어 광범위하게 사용이 될 수 있을 것으로 판단된다.
시설물의 장기적이고 지속적인 사용을 위해서 모니터링은 중요하다. 특히, 도로, 댐, 교량 등의 시설물은 안전과 비용의 문제로 자주 점검하기 어렵다. 이러한 문제에 대한 효율적이고 경제적인 대안으로 스마트폰 기반 모니터링을 고려할 수 있다. 시설물 모니터링을 위해 스마트폰 영상을 정량적으로 분석하기 위해서, 먼저 절대좌표계를 기준으로 보정해야 한다. 본 연구는 임의의 위치에서 취득된 스마트폰 영상을 기준영상을 기반으로 보정하여 시설물 모니터링에 활용하는 방법을 제시한다. 기준영상을 활용하여 지오레퍼런싱을 수행하여 스마트폰의 외부표정요소를 결정한다. 이를 이용하여 스마트폰 영상을 시설물의 대상 객체면에 투영하여 보정한다. 제안된 방법은 보에서 취득한 시험데이터에 적용하였다. 스마트폰의 외부표정요소는 위치 5 cm, 자세 $0.28^{\circ}$ 정확도로 결정되었다. 보정된 스마트폰 영상에서 측정한 길이는 10 cm의 오차를 보였다. 제안된 방법을 이용하여 스마트폰 영상을 시설물 모니터링에 효과적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 공간정보에 대한 수요가 급증하고, 짧은 갱신주기를 요구하는 경우가 증가함에 따라 상업적인 목적으로 모바일매핑시스템이 자체개발 과정을 거쳐 실용화 서비스를 적용하고 있는 추세이다. 해외에서는 공공 및 민간부문으로 나뉘어 활발히 개발 및 운용되고 있는 실정이다. 본 연구는 모바일매핑시스템의 국내 외 동향 분석과 도로 및 주변 시설물의 파손과 변화에 따른 도로시설물모니터링에 모바일매핑시스템의 활용성을 분석하였다.
산업과 경제발전에 따라서 대중이 이용하는 공공 시설물은 대형화 복합화 되어가고 있으며, 재난시 시설물 사용자의 안전을 지키기 위한 방재 시스템의 역할이 더욱 중요해 지고 있다. 방재 시스템은 시설물관리에 있어서 재난극복을 위한 중요한 수단으로써 화재발생시 시설물 사용자를 안전하고, 신속하게 대피시킬 수 있는 기능을 가져야 한다. 본 논문에서는 화재 발생시 온도와 연기를 측정하여 현장상황에 대한 정보를 제공하는 Ubiquitous Sensor Network (USN) 기술 기반의 u-방재시스템을 제공한다. u-방재시스템은 화재발생시 유비쿼터스 환경에서 온도와 연기를 측정하여 현장상황에 대한 정보를 제공하는 등 독립적인 데이터 송수신 기능을 가지며, 시공간을 극복하여 현장상황을 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 시설물 사용자는 방재시스템의 LED 전광판이 안내하는 상황별 최적의 대피경로를 따라서 화재로 부터 탈출할 수 있게 된다. 현장 적용성을 테스트하기 위해서 화재와 온도센서, 그리고 LED 전광판 등으로 구성되는 프로토타입을 개발했다. 빌딩 시설물을 대상으로 화재시 u-방재시스템의 기능을 검증했으며, 테스트 결과 USN 기반의 u-방재시스템은 화재발생 등 극한상황에서 화재대피에 필요한 데이터를 중단없이 송수신하여 시설물 사용자가 효과적으로 대피할 수 있도록 지원하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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