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I. 제목
실시간 모니터링 기반의 산사태 신속탐지기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
○'11년 서울 우면산 산사태, 춘천펜션 산사태 등 최근 우리나라는 과거와는 다른 양상의 집중호우로 인해 전국 도시와 산지에서 대형 산사태가 동시다발적으로 발생하여 국민 안전과 재산의 막대한 피해가 반복적으로 발생함.
○ 최근 10년간 산사태로 인해 국내 연평균 사망자는 약 32명(소방방재청, 2008), 피해복구비는 연평균 1,379억원(통계청 e-나라지표)으로서, 집중강우에 따른 산사태 발생빈도는 증가로 인해 피해규모가 급격히 증가하고 있음.
○ 국내의 산사태 관련 연구기관에서는 대부분 산사태 평가 및 예측, 대책공법 관련 기술에 대해 집중적인 연구를 수행하였음. 기존에 수행한 산사태 예측 및 평가 연구는 산사태 발생지점에 대한 예측에 국한되며, 산사태 발생 시기에 대한 예측 연구는 전무한 실정임.
○ 산사태 발생 시기의 예측은 궁극적으로 산사태 경보를 발령하고, 이를 통해 인명의 피해 및 재산손실을 줄이기 위해 반드시 필요함. 이를 위해서는 강우에 의한 산사태 발생 실시간 모니터링이 가장 효율적인 방법이나, 국내에서는 인공사면 계측을 제외하고 자연사면 산사태를 대상으로 연구된 사례가 거의 없음.
○ 산사태의 발생을 정확히 예측하고 감지하기 위해서는 인공사면에서는 주로 수행한 기존의 개별 모니터링 센서를 이용한 관측 중심의 모니터링 기법과는 달리 새로운 개념의 산사태 모니터링 및 조기탐지 융합기술을 조속히 확보하고, 이를 통해 산사태로부터 인명피해를 줄일 수 있는 획기적 저감기술이 필요함.
○ 특히 최근의 극한강우에 의한 산사태는 전통적 개념의 개별 모니터링 센서를 이용한 방법으로는 측정의 정확성이나 신속성에 한계가 있기 때문에 재해탐지의 효율성을 높이기 위해 복수의 센싱 항목을 결합하여 다각도의 모니터링 및 발생시점 예측이 반드시 필요함.
○ 현재 국내에서 사용 중인 산사태 모니터링 관련 센서는 80% 이상이 해외에서 개발된 제품을 그래도 수입하여 사용하고 있어 고가의 비용을 지속적으로 지출하고 있을 뿐만 아니라, 해당 기술에 대한 원천성을 확보하지 못한 상태임. 국내의 지질재해 증가추세와 기후변화 등을 고려할 때, 모니터링 센서의 수요가 더욱 증가할 것이 확실시 되며, 이를 대비하여 기술의 국산화를 통한 신규 시장 창출이 반드시 필요한 것으로 예상됨.
○ 기존 단일 학문적 접근에 의한 산사태재해 연구의 테두리에서 벗어나 지질, 기계, 전자공학 등 다양한 학문적 융합기술을 통해 과거와는 차별화된 선도적 실용기술을 바탕으로 실질적 재해대응 기술 확보가 필요함.
III. 연구개발의 내용 및 범위
○ 지질조건별 산사태 신속탐지기술 개발 및 산사태 모니터링 시스템 구축
- 지질조건에 따른 산사태 발생특성의 실험적 연구 (편마암 지역)
· 국내 편마암 풍화토의 산사태 모형실험을 통한 산사태 발생특성 실험·분석
· 실험 및 이론적 기법을 토대로 한 산사태 탐지기준(안) 설정
· 토층 내 지표하 수문현상을 반영한 산사태 예측모형 수정 개발
· 지표하 수문현상을 반영 산사태 예측모형의 제안
· Test-bed지역 (인제지역) 적용 및 정확성 검증
· 국립공원지역 산사태 위험성 평가 및 모니터링 시스템 구축
· 산사태 모니터링 시스템 설치위치 선정을 위한 산사태 발생가능성 평가
· 국립공원지역 (3개소) 산사태 모니터링 시스템 구축
· 국립공원지역 (설악산 흘림골) 낙석 위험도 평가
○ 일체형 멀티센서 및 이동식 관측장치의 성능 고도화 및 검증
- 일체형 멀티 센서 및 이동식 관측장치 성능 고도화 및 공인인증 평가
· 일체형 멀티 센서 모듈 회로 및 펌웨어 수정 설계
· 이동식 관측장치 전원 및 통신성능 개선
· 개발된 센서의 성능에 대한 공인인증 시험 수행
· 산사태 모니터링 원격무선전송 기술 및 장시간 저전력 운용기술 개발
· 산사태 모니터링 장거리 무선전송 플랫폼 개발
· 저전력 장시간 운용을 위한 에너지 하베스팅 기술 개발
· 개발기술에 대한 현장 적용 및 장시간 운용시험 수행
○ 자연사면 산사태 탐지시스템(S/W) 개발
- 산사태 탐지시스템 프로그램 개발
· 현장상황 관제를 위한 효율적인 통합관리 기능 구현
· 신속하고 편리한 데이터 관리체계 구축 가능
- 산사태 모니터링 관리시스템 및 데이터 DB시스템 개발
· 설치위치 현황, 센서 정보, 계측자료 및 보고서 제공 가능
· 계측 자료 데이터 DB 구현 및 시스템 구축
· 사용자 분류를 통한 관리 및 보안 기능 탑재
IV. 연구개발결과
· 국내 편마암 풍화토(세종)의 산사태 모형실험을 통한 산사태 발생특성 모형실험 및 결과분석
· 사면안전율 기반의 편마암 지역 산사태 신속탐지기준(안) 제안
- 토층 내 지표하 수문현상을 반영한 산사태 예측모형의 제안
· 역학적 및 수학적 모델을 고려한 산사태 예측모형의 제안
· 제안 모형의 Test-bed지역 (인제지역) 적용 및 정확성 검증
- 국립공원지역 산사태 위험성 평가 및 모니터링 시스템 구축
· 국립공원지역 (덕유산, 무등산, 인제지역) 산사태 예측도 작성
· 산사태 발생가능성 평가 결과를 반영하여 모니터링 시스템 설치위치 선정
· 국립공원지역 (덕유산, 무등산, 인제지역) 산사태 모니터링 시스템 현장 설치
· 설악산국립공원 흘림골 탐방로에 대한 낙서 위험도 평가/통제기준 설정/ 모니터링 방법 제안
- 일체형 멀티 센서 및 이동식 관측장치 성능 개선 및 공인인증 평가 완료
· 일체형 멀티 센서 모듈 회로 및 펌웨어 수정 설계 및 성능시험 완료
· 이동식 관측장치 저전력 전원회로 및 통신 Interface회로 수정 완료
· 개발된 센서의 성능(체적함수비, 온도 및 경사도)에 대한 공인인증시험 통과
- 산사태 모니터링 원격무선전송 기술 및 장시간 저전력 운용기술 개발
· LPWA 기반 장거리 무선전송 플랫폼 및 이동형 게이트웨이 플랫폼 개발/성능시험 완료
· 저전력 장시간 운용을 위한 에너지 하베스팅 모듈 개발 및 현장 적용
· 개발기술에 대한 Test-bed현장(속리산, 중산리) 적용 및 장시간 운용시험 수행
- 산사태 탐지시스템 프로그램 개발 완료
· Web기반의 산사태 탐지시스템 프로그램 개발 완료
- 산사태 모니터링 관리시스템 및 데이터 DB시스템 개발 완료
· 설치위치 현황, 센서 정보, 계측자료 및 보고서 제공 기능 구현
· 통신부하 저감을 위한 CDMA/LTE통신 기반의 데이커 DB시스템 구축
· 계측관리자 및 시스템관리자 분류를 통한 시스템 운용/관리 및 보안 프로세스 개발
V. 연구개발결과의 활용계획
○ 산사태 모니터링 및 조기탐지 기술의 성공적 개발을 통해 박근혜정부 5대 국정목표 중 「재해로부터 국민안전 및 행복 실현」달성에 기여하고, 「140대 국정과제」중 「국정과제 92. 총체적인 국가 재난관리체계 강화」와 관련하여 산사태재해로 인한 피해를 실질적으로 저감하여 재해로부터 안전한 나라 구현에 활용함
○ 국내에 전무한 산사태 조기탐지기준은 개발함으로써, 기존에 해결하지 못한 강우/지질/지형 특성에 따른 산사태 발생조건에 대한 명확한 규명에 활용하며, 이를 통해 향후 산사태 조기경보기술의 개발에 기반기술로 활용함.
○ 국내 산사태 발생 특성, 지질·지형특성을 고려한 새로운 개념의 일체형 멀티 산사태 모니터링 센서 및 이동식 관측장치를 개발함으로써, 과거에 비해 더욱 강화된 산사태 감시 및 탐지기술의 확보에 실제 활용함.
○ 산사태 모니터링 센서 및 시스템 개발 성과는 연구단계에 머무르지 않고 중소기업에 적극적인 기술이전을 실시하여 중소기업 육성은 물론 방재분야의 산업시장 경쟁력 강화에 기여함.
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