본 논문은 최근 기후변화로 인하여 국지성 집중호우에 따른 급경사지(산사태 및 사면붕괴, 축대 등)붕괴 등으로 인하여 많은 생명과 재산피해 방지를 목적으로 붕괴 위험성을 감지하고 신속히 대응을 할 수 있도록 하기 위하여 USN(Ubiquitous Sensor Network)기반의 급경사지 붕괴예측 감시용 실시간 모니터링 시스템을 구축하였다.
연구는 USN 모니터링 시스템 개발과 테스트베드 적용을 위하여 현장계측에 필요한 센서의 선정과 특성 고찰, USN망 구축에 필요한 센서노드 구현, 실시간 모니터링 프로그램 개발, 테스트베드 선정 및 적용 등을 수행하였다. 가장먼저 급경사지붕괴 감시에 중요한 계측기는 강우량 계측기, 간극수압 계측기, 지표변위 계측기, 지중경사 계측기, 함수비계측기, 영상분석 계측기 등을 선정하고 테스트베드에 적용하였다. 각 계측기의 신뢰성 검증에 필요한 동작기능 및 성능확인은 현장에 설치된 계측기 별로 실험을 통하여 확인하였다. 테스트베드는 급경사지 유형 중 토사면 붕괴위험이 있는 삼척시 도계읍 흥전4리 폐경석장 일대로 선정하였다. 이 곳은 방재청과 삼척시가 공동으로 급경사지 통합관리시스템 구축 시범사업을 추진하는 장소이며, 본 연구에서는 계측분야, 통신분야, 모니터링 분야 등을 기술적 연구지원 협력체제로 수행하였다. 계측기별 수집정보를 전송하기 위한 전송매체는 계측장소가 넓은 지역임을 감안하여 USN 무선기술로 적용하였다. USN 구축에 필요한 센서노드는 국제전기전자학회(IEEE)의 Personal Area Network(PAN) 표준 프로토콜 지그비(Zigbee) 기술이 탑재되어있는 미국 Digi사의 Xbee-Pro 모뎀을 사용하였다. 전송품질의 검증확인은 센서노드를 현장 계측기와 인터페이스하고 센서노드에 수집된 정보를 USN을 통하여 테스트베드 PC로 전송된 값과 실제 측정된 계측 값을 비교로 수행하였다. 비교 결과 실측값과 수신된 계측 값은 잘 일치 하였다. 테스트베드 PC에서 수집된 정보는 통신패킷으로 재구성하고 인터넷 망으로 원격지에 있는 모니터링 서버에 전송하게 하였다. 테스트베드 PC로부터 수신된 계측 값은 원격지 모니터링 서버에서 계측 값 표출과 위험도 분석을 수행하였다. 모니터링 프로그램 개발은 Visual Basic으로 개발하였다.
모니터링 프로그램은 테스트베드에서 계측된 값을 실시간 표출이 되도록 인터페이스 화면과 위험도 분석에 필요한 알고리즘 개발, 분석결과에 대한 붕괴징후 통보용 경보인터페이스 연계모듈 등을 개발하였다. 또한, 지표변위 측정을 위하여 CCTV를 이용한 영상 이미지 분석 알고리즘과 GNSS에서 계측된 값으로 지표이동 변위를 분석할 수 있도록 하였다. 그리고 강우량 계측과 지중에 물의 포화정도를 확인하고자 함수비와 수압을 표출하게 하였다. 모니터링 프로그램에서 실시간 계측 값 표현은 2차원 형태로 트랜드 곡선 그래프로 표출하게 하였고 지중경사계는 이동방향을 확인할 수 있도록 3차원으로 표출하였다.
붕괴위험 판단에 필요한 경보알람은 위험성 알고리즘에서 분석한 결과 값과 붕괴 위험의 기준 값이 동일하거나 초과했을 때, 경보알람이 동작하게 하였다. 임계 값은 적정한 기준 값을 찾기 위하여 관리자가 입력 하도록 하였다. 본 연구에서 개발된 시스템 전체 성능 검증은 기능 및 성능을 실험한 결과 전체적으로 정확한 동작을 보였으며 우수성을 확인하였다.
따라서 본 연구에서 개발한 급경사지붕괴 감지를 위한 USN기반의 실시간 급경사지 모니터링 시스템을 급경사지 붕괴감지뿐만 아니라 도로변 절개사면과 암반사면 등에 상시계측을 통하여 붕괴위험 예측에도 적용할 수 있으므로 인명피해와 재산피해를 최소할 수 있을 것으로 판단된다.