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SUMMARY
목차
제1장 서론 25
1.1. 연구개발 목적과 필요성 25
1.1.1. 기술적 측면 25
1.1.2. 경제·산업적 측면 26
1.1.3. 사회·문화적 측면 27
제2장 국내·외 기술개발 현황 31
2.1. 국내외 기술개발 현황 31
2.1.1. 국내기술 현황 31
2.1.2. 국외 기술 개발 현황 32
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 37
3.1. 연구개발의 목표 및 범위 37
3.1.1. 연구개발의 최종 목표 37
3.1.2. 기관별 수행 목표 38
3.2. 붕괴모니터링 시스템 개발 및 테스트베드 적용과 붕괴안전지표산정 45
3.2.1. 연구 개발 수행 개요 45
3.2.2. 붕괴사고 자료수집 및 구조응답 패턴 분석을 통한 센서 물리량 선정 46
3.2.3. 구조응답 패턴분석을 통한 계측센서 선정 54
3.2.4. 실시간 방재모니터링 시스템 설계 93
3.2.5. 붕괴 의사결정지원 시스템 개발 101
3.2.6. 현장규모 테스트베드 시스템 운용 및 시스템 성능 개선 120
3.2.7. 연구개발 결과 142
3.3. 인적재난 상황관리 시스템 153
3.3.1. 인적재난 상황관리 시스템 개요 153
3.3.2. 연구 내용 156
3.3.3. 연구 결과 204
3.4. 센서 네트워크 고도화 및 표준안전지수 및 지표 개발 227
3.4.1. 붕괴 감지 센서 신호의 표준화 연구 227
3.4.2. 센서 네트워크 고도화 기술 개발 257
3.5. 위탁연구 수행 내용 273
3.5.1. 연구 개요 273
3.5.2. 연구 내용 277
3.5.2. 연구 결과 308
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 325
4.1. 연구목표 및 내용 325
4.1.1. 한국표준과학연구원(주관) 325
4.1.2. 한국유지관리(주)(협동) 326
4.1.3. (주)ST(협동) 326
4.1.4. 한세대학교 (위탁) 327
4.2. 평가의 착안점 328
4.2.1. 한국표준과학연구원(주관) 328
4.2.2. (주)ST(협동) 328
4.2.3. 한국유지관리(주)(협동) 329
4.2.4. 한세대학교 (위탁) 329
4.3. 연구수행 결과 및 목표달성도 330
4.3.1. 한국표준과학연구원(주관) 330
4.3.2. 한국유지관리(주)(협동) 331
4.3.3. (주)ST(협동) 332
4.3.4. 한세대학교(위탁) 333
제5장 연구개발결과의 활용계획 337
5.1. 활용 분야 337
5.2. 활용 계획 339
참고문헌 340
표 3.2.1. 국내외 다중이용시설 붕괴사고 현황 47
표 3.2.2. 종류 및 금액별 공사장 사고 현황 48
표 3.2.3. 흙막이 공법에 따른 주요 계측부재 51
표 3.2.4. 흙막이 공법에 따른 주요 계측항목 51
표 3.2.5. 흙막이 벽체 붕괴감지 관점에서의 계측기별 용도분석 53
표 3.2.6. 우리나라 건축물대장상의 건물구조 55
표 3.2.7. 우리나라 건축물대장상의 대표적 건물구조(비율) 56
표 3.2.8. 연도별 건축물 허가 현황 56
표 3.2.9. 시설물 안전등급 57
표 3.2.10. 철근콘크리트구조의 정밀점검 조사·시험항목 58
표 3.2.11. 철골구조의 정밀점검 조사·시험항목 58
표 3.2.12. 철근콘크리트구조의 정밀안전진단 조사·시험항목 59
표 3.2.13. 철골구조의 정밀안전진단 조사·시험항목 59
표 3.2.14. 2m 부재에 대한 변위·변형에 대한 상태평가등급 기준 77
표 3.2.15. 변형률 계측 데이터에 대한 상태평가등급 기준 78
표 3.2.16. 구조물의 고유주파수에 대한 상태평가등급 기준 78
표 3.2.17. 지중 굴착 현장에서의 계측 종류 79
표 3.2.18. 연약 지반 현장에서의 계측 종류 80
표 3.2.19. 계측토압의 관리 기준치 82
표 3.2.20. 보일링에 대한 관리기준치 83
표 3.2.21. 지보재의 관리기준치 83
표 3.2.22. 흙막이 벽체, 엄지말뚝 및 띠장응력 관리기준치 84
표 3.2.23. 구조물의 손상한계 85
표 3.2.24. 구조물의 허용침하량 86
표 3.2.25. 인접지반 침하량에 대한 관리 기준치 86
표 3.2.26. 구조물의 영향검토를 위한 균열기준 87
표 3.2.27. 진동에 대한 관리기준(독일기준, 서울 부산 지하철 공사에서의 기준) 88
표 3.2.28. II 등급 건물의 최대속도 허용치 88
표 3.2.29. III 등급 건물의 최대속도 허용치 88
표 3.2.30. 진동의 환경적 기준... 89
표 3.2.31. 절대관리기준치를 결정하는 기준 90
표 3.2.32. 1, 2차 관리기준치의 일례 90
표 3.2.33. 흙막이공사의 안전시공관리를 행한 기준의 일예 91
표 3.2.34. 각 계측항목의 1차 및 2차 관리기준치 설정 92
표 3.2.35. 센서 데이터 패킷 구성 94
표 3.2.36. 계측 항목별 센서 수량 100
표 3.2.37. 모니터링 시스템 전원 공급 100
표 3.2.38. 계측데이터 경향에 따른 붕괴위험 등급 103
표 3.2.39. 붕괴위험등급별 붕괴가중지수 104
표 3.2.40. 계측데이터 경향에 따른 붕괴위험 등급 110
표 3.2.41. 계측데이터 경향에 따른 붕괴위험등급별 붕괴가중지수 112
표 3.2.42. 흙막이벽체 종류에 따른 안전계수 및 붕괴가중지수 114
표 3.2.43. 붕괴위험등급 1등급에서의 붕괴가중지수를 적용한 최종 관리기준치 114
표 3.2.44. 내진등급별 지반운동 재현주기 123
표 3.2.45. 재현주기별 위험도 계수 123
표 3.2.46. 서울지역 SC지반의 지진가속도 산정... 123
표 3.2.47. 계측데이터 경향에 따른 붕괴위험등급별 붕괴가중지수 145
표 3.3.1. 진단정보 프로토콜 예 187
표 3.3.2. 진단정보 프로토콜 스키마 188
표 3.3.3. 재난 유형 분류 190
표 3.3.4. 재난유형 분류(한국표준과학연구원의 통합 표준 재난유형 분류 참조) 190
표 3.3.5. 위험도 분류 191
표 3.3.6. 수신대상 역할 분류 191
표 3.3.7. 메시지 유형 192
표 3.3.8. 의무사항 유형 192
표 3.4.1. 재난 유형 분류 코드 229
표 3.4.2. 붕괴 감지센서 유형 분류코드 230
표 3.4.3. 센서 노드 메시지 구조 설명 231
표 3.4.4. 임계치 판단기준 238
표 3.4.5. 계측대상 부재 선정 243
표 3.4.6. 계측 대상 층 선정(예.지하2층 지상9층) 244
표 3.4.7. 피해 추계 항목 및 참조 정보 254
표 3.4.8. 붕괴 참조 DB 구성 255
표 3.5.1. 각 루틴에 대한 설명 285
그림 1.1.1. 최근 10년간 주요 인적재난 건당 피해액 26
그림 2.1.1. Golden Bridge에 센서 장착하여 관리하는 모습 32
그림 3.1.1. 연구개발 최종 목표 37
그림 3.2.1. Model의 붕괴 과정 49
그림 3.2.2. 노후화에 따른 구조물의 변형률 변화 65
그림 3.2.3. 노후화에 따른 구조물 crack 변화 66
그림 3.2.4. 각 node에서의 변형률 변화 68
그림 3.2.5. 노후화에 따른 변형률 기울기의 변화 69
그림 3.2.6. 관리 기준치를 적용한 붕괴 방지 모니터링 가이드라인 70
그림 3.2.7. 하중에 의한 구조물의 처짐 형상 71
그림 3.2.8. 해석 단계 별 구조물 강성 감소 72
그림 3.2.9. 강성 변화에 따른 슬래브의 처짐 변화 72
그림 3.2.10. 강성 변화에 따른 슬래브의 변형률 변화 73
그림 3.2.11. 해석 모델의 고유 주파수 및 모드 형상 74
그림 3.2.12. 구조물의 고유주파수의 변화 74
그림 3.2.13. MAC(Modal Assurance Criteria) 값의 변화 75
그림 3.2.14. 정규분포를 가정한 처짐분포의 99 % 신뢰구간을 가지는 처짐값 산정 76
그림 3.2.15. 건축 평가 등급을 활용한 구조 해석 모델의 처짐 분포 77
그림 3.2.16. 건물의 각 변위 한계(Bjerrum, 1981) 85
그림 3.2.17. 프로그램 로그인 화면 95
그림 3.2.18. 프로그램 메뉴 95
그림 3.2.19. 프로그램 노드맵 화면 96
그림 3.2.20. 프로그램 실시간 계측 화면 96
그림 3.2.21. 프로그램 계측이력 화면 97
그림 3.2.22. 게이트웨이 통신 99
그림 3.2.23. 계측센서 및 시스템 배치 99
그림 3.2.24. 각 현장별 수평변위와 출력과의 관계 비교 108
그림 3.2.25. 관리기준치와 현장계측치 비교 109
그림 3.2.26. 다중이용시설 계측시스템 의사결정 방식 116
그림 3.2.27. 공사장 계측시스템 의사결정 방식 117
그림 3.2.28. 단계별 관리기준 설정 기준 118
그림 3.2.29. 관리기준 재설정 방안 119
그림 3.2.30. 테스트 베드 대상 구조물 120
그림 3.2.31. 지진지역 1의 설계스펙트럼가속도(SC지반) 122
그림 3.2.32. 계측값의 관리기준치 상회시 경고창 예 126
그림 3.2.33. 가속도계 계측결과 128
그림 3.2.34. 기울기 계측결과 129
그림 3.2.35. 변형률 계측결과 130
그림 3.2.36. 실내외 온도 계측결과 131
그림 3.2.37. 일반적인 전원 구성 138
그림 3.2.38. 저전력 전원 구성 139
그림 3.2.39. 전원 필터 회로도 140
그림 3.2.40. 전원 필터 결과 140
그림 3.2.41. 구조 해석 모델 143
그림 3.2.42. 프로그램 로그인 화면 144
그림 3.2.43. USN 기반 무선계측기 실내 test 145
그림 3.2.44. 다중이용시설 계측시스템 의사결정 방식 146
그림 3.2.45. 공사장 계측시스템 의사결정 방식 147
그림 3.2.46. 모니터링 시스템 설치 현황 148
그림 3.2.47. 경고 경보 발령시 경고창 및 관리기준치 입력 예 149
그림 3.2.48. 테스트베드 시스템 계측 결과... 150
그림 3.3.1. 인적재난 상황관리 시스템 153
그림 3.3.2. 붕괴 위험원과의 통신 정보 154
그림 3.3.3. 핵심 관리요소 155
그림 3.3.4. Use Case Diagram 157
그림 3.3.5. 진단 기록 관리 시스템 관리자 Use Case Diagram 158
그림 3.3.6. 진단 기록 관리 사용자 Use Case Diagram 159
그림 3.3.7. 시스템 DB Diagram 162
그림 3.3.8. 시스템 Class Diagram 165
그림 3.3.9. 위험진단 일정 작성 과정 166
그림 3.3.10. 위험원 정보 등록 및 관리 과정 167
그림 3.3.11. 위험원의 세부정보들에 대한 관리 과정 168
그림 3.3.12. 하부 시스템의 판독 신호 수신을 위한 정보 등록 169
그림 3.3.13. 위험분류 정보 관리 과정 170
그림 3.3.14. 시설물 분류정보 관리 과정 171
그림 3.3.15. 진단 전문가 등록 및 관리 과정 172
그림 3.3.16. 진단 일정 조회를 위한 과정 173
그림 3.3.17. 위험원 정보 조회 과정 173
그림 3.3.18. 진단 전문가 정보 조회 과정 174
그림 3.3.19. 위험원 진단 기록 작성 과정 175
그림 3.3.20. 위험도 점수 산정 175
그림 3.3.21. 진단 기록 조회 과정 176
그림 3.3.22. 진단 일정 확인 과정 176
그림 3.3.23. 위험진단 일정 변경요청 과정 177
그림 3.3.24. 하부시스템의 신호 저장 과정 178
그림 3.3.25. 긴급진단 의뢰 메시지 발송 과정 178
그림 3.3.26. 긴급진단일정 생성 과정 179
그림 3.3.27. 위험 감시와 상황전파 시스템의 개요 180
그림 3.3.28. 상황전파 시나리오 예(5등급) 183
그림 3.3.29. 상황전파 시나리오 예(4등급) 183
그림 3.3.30. 상황전파 시나리오 예(3등급) 183
그림 3.3.31. 상황전파 시나리오 예(2등급) 184
그림 3.3.32. 상황전파 시나리오 예(1등급) 184
그림 3.3.33. 상황전파 시스템 구성도 185
그림 3.3.34. 상황전파 정책 시스템 구성도 185
그림 3.3.35. 상황전파 운용 시스템 구성도 186
그림 3.3.36. 상황전파 시스템 운용 구조 186
그림 3.3.37. 상황전파 설정 절차 194
그림 3.3.38. HTTP 기반의 진단 정보 전송 196
그림 3.3.39. HTTP 기반의 정책(스크립트)전송 197
그림 3.3.40. 정책 스크립트 수신 198
그림 3.3.41. 핸드폰을 통한 상황전파 199
그림 3.3.42. 핸드폰을 통한 상황전파 수신확인 절차 200
그림 3.3.43. 메신저를 통한 상황전파 201
그림 3.3.44. 메신저를 통한 상황전파 수신확인 절차 201
그림 3.3.45. 이메일을 통한 상황전파 202
그림 3.3.46. 이메일을 통한 상황전파 수신확인 절차 202
그림 3.3.47. 팩스를 통한 상황전파 203
그림 3.3.48. 팩스를 통한 상황전파 수신확인 절차 203
그림 3.3.49. 위험원 위치 조회 화면 205
그림 3.3.50. 지도 확대 및 축소 기능 205
그림 3.3.51. 감시 시스템 가동정보 조회 화면 206
그림 3.3.52. 위험원 상황 감시 현황 206
그럼 3.3.53. 센서 설치 장소 조회 207
그림 3.3.54. 센서 데이터 조회 208
그림 3.3.55. 센서 수집값 이력 조회 208
그림 3.3.56. 재난 상황 시작 209
그림 3.3.57. 재난상황 진행 이력 조회 210
그림 3.3.58. 상황전파 정책 시스템 메인 화면 211
그림 3.3.59. 위험원 설정 UI 212
그림 3.3.60. 재난유형 설정 UI 212
그림 3.3.61. 위험도 설정 UI 213
그림 3.3.62. 수신대상 설정 UI 213
그림 3.3.63. 메시지 유형 설정 UI 214
그림 3.3.64. 의무사항 설정 UI 214
그림 3.3.65. 상황전파 정책 조회 화면 레이아웃 215
그림 3.3.66. 상황전파 정책 등록/수정 화면 레이아웃 216
그림 3.3.67. 상황전파 운영 시스템 메인 화면 217
그림 3.3.68. 상황전파 현황 조회 UI 218
그림 3.3.69. 상황감시 시스템 및 상황전파 시스템 배치 219
그림 3.3.70. 인적재난 시뮬레이션을 위한 실험을 위한 베이스 220
그림 3.3.71. 인적재난감시, 상황정책전파시스템을 사용한 방재프로세스 221
그림 3.3.72. 인적 재난 대처 정책의 재료 223
그림 3.4.1. 기존 센서네트워크 메시지 통합 관리시스템 228
그림 3.4.2. 센서네트워크 메시지 통합 및 센서 API의 프로토타입 228
그림 3.4.3. 센서데이터 영역 구성방법 229
그림 3.4.4. ALE Layer 233
그림 3.4.5. ALE Data Operation Diagram 235
그림 3.4.6. 계절 변화에 따른 물리량의 추이 239
그림 3.4.7. 붕괴 참조정보 DB 구축 사례 256
그림 3.4.8. 시각차로 인한 출력지연 257
그림 3.4.9. 센서네트워크 시각동기 시스템 구성도 258
그림 3.4.10. 시각 동기화를 지원하는 센서 노드 구조 258
그림 3.4.11. Hop by Hop 및 Store and Forward 전송 260
그림 3.4.12. SF 계층 260
그림 3.4.13. 신뢰성 있는 데이터 전송 절차 261
그림 3.4.14. WSN에서 토폴로지 이슈 분류 262
그림 3.4.15. 토폴로지 발견 접근법 사이의 차이 263
그림 3.4.16. 데이터 수집 센서 네트워크에서 데이터 전달 267
그림 3.4.17. 토폴로지 제어 컴포넌트 구조 268
그림 3.5.1. 무선센서네트워크의 일반적인 구성도 273
그림 3.5.2. IEEE 1451의 개념적인 응용분야 276
그림 3.5.3. NanoLoc Development Kit 278
그림 3.5.4. Normal ranging mode 281
그림 3.5.5. Fast Ranging Mode 282
그림 3.5.6. nanoLOC DK을 이용한 가장 기본적인 측위 네트워크 287
그림 3.5.7. 각 노드들 간의 데이터 전송 프로토콜 289
그림 3.5.8. Ranging 패킷의 포맷 290
그림 3.5.9. Portable Mesh 기반의 실시간 현장 네트웍 솔루션 구조도 292
그림 3.5.10. 개발 하드웨어의 블록도 및 사진 293
그림 3.5.11. 소프트웨어 구조도 294
그림 3.5.12. Atheros-5212 chipset Mini-pci 294
그림 3.5.13. 개발 환경 구성 295
그림 3.5.14. 소프트웨어 구성 297
그림 3.5.15. 본 연구에서 구현된 NCAP과 센서 노드의 시스템 구조 301
그림 3.5.16. DB의 구성과 접근 방식 303
그림 3.5.17. 시스템의 동작 방법 304
그림 3.5.18. 강당의 사진, 평면도와 측정... 309
그림 3.5.19. 위치추정 오류의 누적분포함수 310
그림 3.5.20. 망 구성 확인을 위한 테스트 환경 구축 313
그림 3.5.21. Hansei Mesh Network Monitor 1.0... 314
그림 3.5.22. Hansei Mesh Network Monitor 1.0... 314
그림 3.5.23. 성공적인 Multi-hop 환경 구성을 통한 Destination... 315
그림 3.5.24. Hop 정보의 재구성을 통한... 316
그림 3.5.25. Hop 정보의 재구성을... 316
그림 3.5.26. 본 연구에서 개발한 시스템의 구성 317
그림 3.5.27. 전체 S/W 구조도 319
그림 3.5.28. TEDS의 구현 319
그림 3.5.29. 데이터 포멧(센서 노드와 NCAP 간) 320
그림 3.5.30. 동작 흐름도 320
그림 3.5.31. UI 화면 321
그림 5.1. 위험 요소 및 감시가 필요한 위험 발생 가능 대상 337
그림 5.2. 위험감시 시스템 연구 개요 338
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