고속 철도 교량의 구조 건전성 모니터링을 위한 스마트 무선 센서 프레임워크 개발

김은주; 박종웅; 심성한

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김은주 박종웅 심성한

저널정보: 한국산학기술학회 한국산학기술학회 논문지 한국산학기술학회논문지 제17권 제5호

발행연도: 2016.5

수록면: 1 - 9 (9page)

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본 우리나라 철도 영업 구간중 철도교량은 2012년 기준 약 25%를 차지한다. 이러한 교량 구조들은 시공 직후부터 열차의 충격하중, 태풍, 선박 및 차량 충돌 등 다양한 하중을 받게 된다. 특히 고속 철도 교량의 경우, 열차의 속도로부터 전가되는 매우 큰 충격하중을 받게 되며, 이러한 교량에 가해지는 충격 응답을 분석하는 것은 교량의 안전성 평가에 매우 중요하다. 최근 무선 센서를 이용해 교량의 건전성을 평가하는 연구들이 주목받고 있다. 무선 센서는 가격 및 설치의 용이성 으로 인해 교량의 응답계측에 유용하게 적용되고 있다. 하지만 고속철도 교량에서 발생하는 충격 하중은 그 지속시간이 10 초 내외로 매우 짧게 발생하므로, 기존 무선 센서의 시스템의 자체 실행 후 시간 지연으로 인해, 이러한 충격하중의 계측은 매우 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 철도 교량의 충격하중에 의한 구조물의 응답을 계측하기 위한 하드웨어 및 소프트웨 어 프레임워크를 제안한다. 구체적으로 1) 초저전력 가속도계를 이용한 구조물의 과도응답 감지 및 평가, 2) 무선 센서 네트워 크의 트리거링 후 계측이 시작되는 지연 시간의 단축, 그리고 네트워크의 시간 및 데이터 동기화 기법을 개발하였다. 최종 적으로 제안된 프레임 워크에서 소수의 진동 감지 센서 노드들이 상시진동을 계측하며, 열차의 진입으로 인한 진동이 감지될 시, 전체 센서 네트워크의 계측을 시작한다. 시간 지연을 최소화하기 위해 모든 센서는 다른 시작시간을 가지며, 이를 제어하 기 위해 후처리 기반 시간 동기화를 한다. 제안된 프레임워크는 실내실험 및 수치해석을 통해 그 효용성을 입증하였다.

#Post time synchronization #high speed train #wireless smart sensor #railway bridge #structural health monitoring

참고문헌 (12)

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[보고서] - Tomonori Nagayama / 2007 / Structural health monitoring using smart sensors

[학술지(정기간행물)] - J. P. Lynch / 2006 / A Summary Review of Wireless Sensors and Sensor Networks for Structural Health Monitoring / The Shock and Vibration Digest 38 (2) : 91 ~ 128

[학술지(정기간행물)] - Billie F. Spencer / 2016 / Recent advances in wireless smart sensors for multi-scale monitoring and control of civil infrastructure / Journal of Civil Structural Health Monitoring 6 (1) : 17 ~ 41

[학술지(정기간행물)] - 김은진 / 2015 / 구조물 건전성 모니터링을 위한 스마트 센서 관련 최근 연구동향 / 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 19 (3) : 10 ~ 21

[학술대회논문] - R. Bischoff / 2009 / Event-based strain monitoring on a railway bridge with a wireless sensor network / Proceedings of the 4th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure

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