[표지] 1
제출문 2
최종보고서 3
요약문 4
목차 6
1. 연구개발과제의 개요 16
가. 연구 배경 및 필요성 16
나. 연구개발 목표 22
(1) 연구개발 목표 22
(2) 핵심기술 23
(3) 연차별 개발목표 및 내용 23
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 26
가. 1차년도 26
(1) 주관연구개발기관((주)셈웨어) 26
(2) 위탁연구개발기관(한국건설기술연구원) 53
나. 2차년도 64
(1) 주관연구개발기관((주)셈웨어) 64
(2) 위탁연구개발기관(한국건설기술연구원) 88
다. 3차년도 102
(1) 주관연구개발기관((주)셈웨어) 102
(2) 위탁연구개발기관(한국건설기술연구원) 160
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 190
가. 연구수행 결과 190
(1) 정성적 연구개발성과 190
(2) 정량적 연구개발성과 191
(3) 세부 정량적 연구개발성과 192
(4) 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 193
4. 목표 미달 시 원인분석 196
1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 196
2) 자체 보완활동 196
3) 연구개발 과정의 성실성 197
5. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 198
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 200
참고문헌 202
별첨자료 - 관로 상태 모니터링 센서 솔루션 테스트베드 운영 내역 204
별첨자료 - 유해가스 측정 센서 솔루션 테스트베드 운영 내역 224
별첨자료 - IoT 센서 노드 및 게이트웨이 시험결과 분석보고서 288
별첨자료 - 유해가스 측정 센서 시험성적서 296
별첨자료 - 정량적 연구개발 성과 증빙자료 308
[뒷표지] 384
〈표 1〉 재난에 따른 환경시설의 1차 및 2차 피해 17
〈표 2〉 유해가스로 인한 질식 재해 발생 현황 자료 19
〈표 3〉 개발기술의 적용시설 및 분야(환경시설의 1차·2차 피해) 22
〈표 4〉 시작품 목록 36
〈표 5〉 ADXL355 사양 37
〈표 6〉 ARM Cortex-STM32F407VETX 사양 37
〈표 7〉 A3007B 사양 38
〈표 8〉 환경시설의 유해가스 모니터링 사례(1) 54
〈표 9〉 환경시설의 유해가스 모니터링 사례(2) 55
〈표 10〉 황화수소 특성 57
〈표 11〉 황화수소 노출 기준 57
〈표 12〉 황화수소에 의한 인체반응 58
〈표 13〉 일산화탄소 특징 58
〈표 14〉 일산화탄소 노출기준 59
〈표 15〉 일산화탄소 농도 및 노출시간에 따른 영향 59
〈표 16〉 이산화탄소 특징 60
〈표 17〉 이산화탄소 노출기준 60
〈표 18〉 이산화탄소에 의한 인체반응 61
〈표 19〉 IoT 기반 복합 센서 모듈 기본 구성 62
〈표 20〉 IoT 기반 복합 센서 모듈 측정범위 62
〈표 21〉 국내외 환경시설 지진피해 사례 분석 64
〈표 22〉 지진 발생지점별 요약 결과 90
〈표 23〉 테스트베드 현장 설치된 IoT 기반 복합 센서 모듈 시스템 94
〈표 24〉 IoT 기반 복합 센서 모듈 시스템 클라우드 서비스 운영 매뉴얼 98
〈표 25〉 크롤러 기술 개요 102
〈표 26〉 수집된 데이터 저장 테이블 개요 103
〈표 27〉 유해가스 측정 데이터가 저장되는 테이블 Sensor_datas_gampo의 필드 개요 105
〈표 28〉 웨더스테이션 측정 데이터가 저장되는 테이블 Weather_datas_gampo의 필드 개요 105
〈표 29〉 환경시설이 있는 지역에 대한 기상정보 수집 테이블 Weather_datas 테이블의 필드 설명 106
〈표 30〉 관로센서 수집 시스템에서 사용하는 채널 목록 107
〈표 31〉 관로센서 게이트웨이 정보가 저장되는 Gateway_logs 테이블의 필드 설명 108
〈표 32〉 관로센서 센서 정보가 저장되는 Sensor_log 테이블의 필드 설명 108
〈표 33〉 IoT로거를 통해 전송받은 유해가스 정보가 저장되는 sensor_datas_gampo_sayeo... 109
〈표 34〉 환경시설 3D 모델 관제창 하단 사용자 인터페이스 기능 설명 118
〈표 35〉 유해가스 측정 센서 설치 개요 120
〈표 36〉 관로 상태 측정 센서 설치 개요 122
〈표 37〉 KS X 3123 무선설비 적합성평가 시험방법 140
〈표 38〉 시험 장치 상세 140
〈표 39〉 Adjacent channel leakage ratio 141
〈표 40〉 Spurious emission(Conduction) 142
〈표 41〉 전자파적합성(EMC) 시험 결과 143
〈표 42〉 전자파적합성(EMC) 시험 규격 143
〈표 43〉 전자파적합성(EMC) 시험 항목 143
〈표 44〉 전자파적합성(EMC) 시험 기준-Radiated Emissions(1 ㎓이하) 144
〈표 45〉 전자파적합성(EMC) 시험 기준-Radiated Emissions(1 ㎓ 이상) 144
〈표 46〉 전자파적합성(EMC) 시험 기준-Continuous RF electromagnetic field disturbances 144
〈표 47〉 전자파적합성(EMC) 시험 장비-Radiated Emissions(1㎓ 이하) 145
〈표 48〉 전자파적합성(EMC) 시험 장비-Radiated Emissions(1㎓ 이상) 145
〈표 49〉 전자파적합성(EMC) 성능 검증 사용 장비 145
〈표 50〉 유해가스 노출 기준 161
〈표 51〉 배출허용기준 및 엄격한 배출허용기준의 설정범위-지정악취물질 163
〈표 52〉 기상자료 관측소 위치 171
〈표 53〉 배출량 산정 결과 174
〈표 54〉 테스트베드 지역 대기확산모델링 시나리오 설정 175
〈표 55〉 사업장 인근 기상대의 기상요소 분석 176
〈표 56〉 암모니아의 시나리오에 따른 계절별 영향예측 지점 1시간 최대농도 180
〈표 57〉 메탄의 시나리오에 따른 계절별 영향예측 지점 1시간 최대농도 182
〈표 58〉 황화수소의 시나리오에 따른 계절별 영향예측 지점 1시간 최대농도 183
〈그림 1〉 질식제 분류 19
〈그림 2〉 RT-IoT CEMS 시제품 개념도 22
〈그림 3〉 흔들림, 지반 변위 예 26
〈그림 4〉 액상화에 의한 맨홀 부상 27
〈그림 5〉 포항 양덕 정수장의 지진피해 현황 및 복구 계획 조감도 28
〈그림 6〉 Northridge 지진에 의한 배관시설 피해 29
〈그림 7〉 여과지 내 로운더(Launder) 붕괴 30
〈그림 8〉 재해 대응 정보공유 네트워크(SIP4D)와 외부시스템의 연계 31
〈그림 9〉 일본 내각부 재난관리 조직도 32
〈그림 10〉 수처리시설의 BIM 적용 예 33
〈그림 11〉 시작품 시스템 구성도 34
〈그림 12〉 시작품 제작 개념도 35
〈그림 13〉 시작품 제작 결과물 36
〈그림 14〉 Analog Devices 사의 ADXL355 37
〈그림 15〉 Automan사의 A3007B와 Pin Assignment 38
〈그림 16〉 센서노드의 회로도 38
〈그림 17〉 센서노드 PCB artwork 및 제작 39
〈그림 18〉 센서노드 조립 완성품 39
〈그림 19〉 케이스 도면 39
〈그림 20〉 센서노드 설치 지점 지그 설계 및 검토 39
〈그림 21〉 2가지 타입 지그 제작 40
〈그림 22〉 센서노드와 지그의 설치 방안(안) 40
〈그림 23〉 센서노드 펌웨어 처리 흐름도 40
〈그림 24〉 게이트웨이의 회로도 41
〈그림 25〉 게이트웨이의 PCB artwork 41
〈그림 26〉 게이트웨이 조립 내·외부 41
〈그림 27〉 게이트웨이 펌웨어 전체 순서도 42
〈그림 28〉 미들웨어연결 THREAD 순서도 42
〈그림 29〉 RF 파싱 THREAD 순서도 42
〈그림 30〉 데이터저장 THREAD 순서도 43
〈그림 31〉 게이트웨이 전원 공급 흐름도 43
〈그림 32〉 미들웨어(에지디바이스) 시스템 설계 및 구축 44
〈그림 33〉 IoT 기반 지진재난 복합센싱 시스템(RT-IoT CEMS)의... 44
〈그림 34〉 CEMS DB 모델링 45
〈그림 35〉 Sensor_RST 컬렉션 45
〈그림 36〉 Sensor_CFG 컬렉션 45
〈그림 37〉 DB 구축/운영 결과 및 스키마 적용 결과 46
〈그림 38〉 에지디바이스(미들웨어) : 컬렉션 구축 47
〈그림 39〉 기능 실험 하드웨어 구성 48
〈그림 40〉 실험 결과(좌 : 각 변화 감지, 우 : 누수 유무 감지) 48
〈그림 41〉 실험 중 Gateway 화면 49
〈그림 42〉 실험 중 미들웨어 화면(좌), 서버 DB 화면(우) 49
〈그림 43〉 정수시설의 주요 시설물별 진동 세기 크기 및 주요 주파수 대역 51
〈그림 44〉 3D 모델 기반 환경시설 모니터링 서비스 구축 52
〈그림 45〉 통합 플랫폼 서버, 네트워크 구조 설계 52
〈그림 46〉 무선을 이용한 가스 센싱 기술 시장현황 54
〈그림 47〉 환경시설의 유해가스 모니터링 사례(1) 55
〈그림 48〉 환경시설의 유해가스 모니터링 사례(2) 56
〈그림 49〉 IoT 기반 복합 센서 모듈 시스템 제작 63
〈그림 50〉 IoT 기반 복합 센서 모듈 시스템 현장 테스트 63
〈그림 51〉 정수시설의 주요 시설물 및 센서노드 설치 선정(안) 65
〈그림 52〉 IoT 기반 복합 센싱 모듈 파일럿 현장 실험1(수자원기술주식회사 협조) 66
〈그림 53〉 IoT 기반 복합 센싱 모듈 파일럿 현장 실험2(K-Water 테스트베드 신청 및 선정) 66
〈그림 54〉 IoT 기반 복합 센싱 모듈의 실험 결과 및 신호 분석 67
〈그림 55〉 환경시설 피해감지 알고리즘 고도화 비교(좌 : 1차년도, 우 : 2차년도) 68
〈그림 56〉 환경시설 피해감지(각도변화) 알고리즘 고도화 69
〈그림 57〉 IoT 기반 복합센싱 시스템 Data flow diagram 69
〈그림 58〉 IoT 기반 복합 센싱 모듈 고도화 시작품 설계 및 제작 70
〈그림 59〉 비상시 네트워크 구성 71
〈그림 60〉 전원 차단시 센서 및 게이트웨이의 비상 상태 대응 개념도 72
〈그림 61〉 비상시 전원 차단시 게이트웨이 통신 네트워크 구성 73
〈그림 62〉 비상시 센서 및 게이트웨이 네트워크 구성을 위한 펌웨어 동작 개념도 74
〈그림 63〉 비상시를 고려한 센서 펌웨어의 측정 및 전송 시퀀스 74
〈그림 64〉 비상시를 고려한 게이트웨이 펌웨어의 센서 데이터 처리(RF) 시퀀스 75
〈그림 65〉 전송프로토콜(좌 : 센서-게이트웨이, 우 : 게이트웨이-DB) 75
〈그림 66〉 비상시 센싱 모듈의 설치 위치와 피해감지 알고리즘이 반영된 처리 프로세스 79
〈그림 67〉 특허출원 사실증명원 및 특허문서의 서지정보 80
〈그림 68〉 기상 정보 크롤링 서버 데이터 취득 81
〈그림 69〉 테스트베드 고해상도 위성 사진 이미지 스티칭 82
〈그림 70〉 CAD툴 활용 시설 3D 모델링 83
〈그림 71〉 측정 센서 설치 위치 및 데이터 표출 위치 선정 83
〈그림 72〉 3D 모델 베이스 통합 표출 시스템 개발 84
〈그림 73〉 데이터 서버 연계 표출 테스트 84
〈그림 74〉 관로 상태 표출 3D 모델 구현 및 UX/UI 설계 85
〈그림 75〉 환경시설 상태 표출 솔루션 개발 85
〈그림 76〉 테스트베드 시설 도면 분석 86
〈그림 77〉 테스트베드 현장 실사 및 취약 지역 검토 88
〈그림 78〉 하수처리장의 위치를 공간 좌표상으로 표시한 결과 89
〈그림 79〉 공간정보 분석프로그램으로 대상지점과 발생 빈도수 시각화 89
〈그림 80〉 Kernel density 분석 결과 90
〈그림 81〉 테스트베드 현장 적용 IoT 기반 복합 센서 모듈 시스템 93
〈그림 82〉 공공하수처리장 담당자 미팅 93
〈그림 83〉 실시간 기상 측정 장비 시스템 설치 95
〈그림 84〉 테스트베드 현장 IoT 기반 복합 센서 모듈 시스템 클라우드 연계 95
〈그림 85〉 클라우드 기반 IoT 복합 센서 모듈 시스템개발 방향 96
〈그림 86〉 클라우드 기반 환경시설 IoT 복합 센서 모듈 시스템 97
〈그림 87〉 IoT 복합 센서 모듈 시스템 센서 선택 및 설정 화면 97
〈그림 88〉 통계 및 모델링 분석을 위한 측정데이터 다운로드 화면 97
〈그림 89〉 통계 및 모델링 분석화면 98
〈그림 90〉 환경시설 대상 유해가스 시스템 모니터링 101
〈그림 91〉 수집 시스템 자료 흐름도 및 GS인증 104
〈그림 92〉 유해가스 측정 데이터 크롤링 및 수집 시스템 도식 104
〈그림 93〉 API를 통해 받은 환경시설 유해가스 정보의 JSON 텍스트 110
〈그림 94〉 API를 통해 받은 환경시설 관로 상태 정보의 JSON 텍스트 110
〈그림 95〉 VPN 구성도 111
〈그림 96〉 테스트베드 환경시설 내 사이니지 장비 구축 현황 112
〈그림 97〉 사이니지 시스템 동작 구성도 112
〈그림 98〉 사이니지 시스템 초기 화면 113
〈그림 99〉 지도 화면 사용자 인터페이스 구성요소 114
〈그림 100〉 시 단위 환경시설 상황 표출 115
〈그림 101〉 시설 개요 정보 표출 115
〈그림 102〉 개별 시설 관제 및 그래프 화면 116
〈그림 103〉 환경시설 3D 모델 관제 117
〈그림 104〉 환경시설 3D 모델 관제 화면이동 사용자 인터페이스 117
〈그림 105〉 환경시설 3D 모델 관제창 사용자 인터페이스 구성 118
〈그림 106〉 특정 센서 선택 시 화면 시점 이동 119
〈그림 107〉 OO 공공하수처리장 테스트베드 내 센서 및 모니터링 시스템 구축 개요 120
〈그림 108〉 센서 설치 상세-유량조정조 123
〈그림 109〉 센서 설치 상세-반응조 124
〈그림 110〉 센서 설치 상세-지하공동구 125
〈그림 111〉 센서 설치 상세-기계동(지하) 126
〈그림 112〉 센서 설치 상세-기계동(1층) 127
〈그림 113〉 센서 설치 상세-기계동(2층) 127
〈그림 114〉 센서 설치 상세-관리동 128
〈그림 115〉 무선 공유기 설치 129
〈그림 116〉 유선 공유기 설치 130
〈그림 117〉 배터리팩 교체 130
〈그림 118〉 무선 인터넷 확장기 설치 131
〈그림 119〉 게이트웨이, 센서 모듈 고정 밴드 STS로 교체 131
〈그림 120〉 파일럿 플랜트 누수 실험 132
〈그림 121〉 파일럿플랜트 누수 크기별 진동 신호 주파수 특성 133
〈그림 122〉 OO 공공하수처리장 테스트베드 진동 신호 측정 134
〈그림 123〉 보완된 누수 판단 알고리즘 순서도 135
〈그림 124〉 OO 공공하수처리장 테스트베드 관로별 진동 신호 주파수 특성 136
〈그림 125〉 각변위 측정 이론 및 개발된 센서의 평가 알고리즘 137
〈그림 126〉 센서 설치시 초기 각도 문제점 138
〈그림 127〉 각변위 변화 성능 실험 138
〈그림 128〉 보완된 각 변위 판단 알고리즘 순서도 139
〈그림 129〉 시험 평가 사진 140
〈그림 130〉 Output power 시험결과 140
〈그림 131〉 Occupied bandwidth 시험결과 141
〈그림 132〉 Adjacent channel leakage ratio 시험결과 141
〈그림 133〉 Spurious emission 시험 결과 142
〈그림 134〉 전자파적합성(EMC) 시험 평가 146
〈그림 135〉 Radiated Emissions(1㎓ 이상) 시험 결과 그래프 147
〈그림 136〉 Radiated Emissions(1㎓ 이상) 시험 결과 그래프 147
〈그림 137〉 게이트웨이 테스트 어플리케이션 148
〈그림 138〉 비상시 네트워크 테스트 항목 149
〈그림 139〉 센서노드 Circuit diagram design 149
〈그림 140〉 센서 PCB artwork 및 제작 150
〈그림 141〉 게이트웨이 Circuit diagram design 150
〈그림 142〉 게이트웨이 PCB artwork 및 보완 제작품 151
〈그림 143〉 완성된 관로 상태 모니터링 솔루션 셋트 151
〈그림 144〉 Facility Damage 8~10월 운영 현황 요약 153
〈그림 145〉 Facility Damage 이상치 예시 153
〈그림 146〉 Water Leak 8~10월 운영 현황 요약 154
〈그림 147〉 Sensor Status 8~10월 운영 현황 요약 154
〈그림 148〉 Facility damage-8월 운영 현황 155
〈그림 149〉 Facility damage-9월 운영 현황 155
〈그림 150〉 Facility Damage-10월 운영 현황 156
〈그림 151〉 Water Leak-8월 운영 현황 156
〈그림 152〉 Water Leak-9월 운영 현황 157
〈그림 153〉 Water Leak-10월 운영 현황 157
〈그림 154〉 Sensor Status-8월 운영 현황 158
〈그림 155〉 Sensor Status-9월 운영 현황 158
〈그림 156〉 Sensor Status-10월 운영 현황 159
〈그림 157〉 테스트베드 현장 IoT 기반 복합 센서 시스템 160
〈그림 158〉 IoT 기반 복합 센서 모듈 테스트 161
〈그림 159〉 NH₃ 센서 테스트 결과 162
〈그림 160〉 H₂S 센서 테스트 결과 162
〈그림 161〉 Cl₂ 센서 테스트 결과 163
〈그림 162〉 클라우드 기반 IoT 복합 센서 시스템 모니터링 165
〈그림 163〉 IoT 기반 복합 센서 시스템 모니터링 시각화-사이니지 166
〈그림 164〉 IoT 기반 복합 센서 시스템 모니터링 시각화-웹 서비스 167
〈그림 165〉 이산화탄소 월별 농도 변화 168
〈그림 166〉 황화수소 월별 농도 변화 168
〈그림 167〉 암모니아 월별 농도 변화 169
〈그림 168〉 대기확산모델을 이용한 연구수행 흐름도 170
〈그림 169〉 대기확산모델을 이용한 연구수행 흐름도 170
〈그림 170〉 사업장 인근 기상청 AWS 위치 171
〈그림 171〉 국내 상층 기상대 및 포항 상층 기상대 위치 172
〈그림 172〉 3차원 기상모델 실행영역 173
〈그림 173〉 악취 영향 예측지점별 위치 175
〈그림 174〉 배출원 사업장 인근 감포 AWS의 최근 8년 바람장 분석 178
〈그림 175〉 대상지역의 지형적 특성에 의한 바람 순환 모식도 179
〈그림 176〉 암모니아의 계절별 1시간 최대 착지 농도 181
〈그림 177〉 메탄의 계절별 1시간 최대 착지 농도 183
〈그림 178〉 황화수소의 계절별 1시간 최대 착지 농도 184
〈그림 179〉 계절별 유해가스 물질의 최대착지농도 발생 지점 및 농도 185
〈그림 180〉 조건별 확산영향 분석 기간의 대기오염물질 최대착지농도 발생지점 및 농도 186
〈그림 181〉 분석 기간 동안 조건별 대기오염 확산모델 187
〈그림 182〉 조건별 대기오염물질 확산 특성 188