변형 모니터링
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1. 개요
변형 모니터링은 구조물, 지반 등의 변형을 감지하고 측정하는 기술을 의미한다. 측정 장비는 측지학적 측정 장치와 지반 공학적 측정 장치로 분류되며, 토탈 스테이션, 레벨, GNSS 수신기, 신장계, 경사계 등이 사용된다. 변형 모니터링은 댐, 도로, 터널, 교량, 건물 등 다양한 분야에 활용되며, 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 자동 모니터링의 경우, 전송 케이블, LAN, WLAN, 이동 통신, WiMax 등의 통신 방법을 사용한다. 모니터링의 규칙성과 측정 간격은 대상에 따라 다르며, 변형 분석을 통해 측정된 변위의 중요성을 판단하고 적절한 대응을 수행한다.
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- 변형 - 소성 (물리학)
소성(塑性)은 물리학에서 외부 응력에 의해 재료가 영구적으로 변형되는 현상이며, 금속, 결정성 및 비정질 재료, 세포 재료 등 다양한 물질에서 발생하고 변형 이론과 흐름 소성 이론으로 설명된다. - 변형 - 변형력-변형 곡선
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변형 모니터링 | |
---|---|
개요 | |
분야 | 측지학, 지반공학, 구조공학, 토목공학 |
목적 | 구조물, 지반, 지형의 변형을 정량적으로 평가하고 분석 |
기술 및 방법 | |
측량 기술 | 정밀 레벨 측량 전 지구 위치 결정 시스템 (GPS) 측량 전역 항법 위성 시스템 (GNSS) 측량 경사계 전체 스테이션 3차원 레이저 스캐닝 합성 개구 레이더 (SAR 간섭계) |
모니터링 빈도 | 단기 또는 장기 모니터링 |
데이터 분석 | 통계적 데이터 분석 예측 모델링 |
응용 분야 | |
구조물 모니터링 | 댐 교량 터널 고층 건물 |
지반 모니터링 | 사면 지반 침하 지진 관련 변형 |
기타 | 빙하 이동 모니터링 화산 변형 모니터링 지반 변형 모니터링 |
관련 기술 | |
관련 기술 | 지리 정보 시스템 (GIS) 빌딩 정보 모델링 (BIM) 사물 인터넷 (IoT) 센서 데이터베이스 관리 시스템 |
2. 측정 장치
측정 장치(또는 센서)는 크게 측지학적 측정 장치와 지반 공학적 측정 장치의 두 가지 주요 그룹으로 분류할 수 있다. 현대의 변형 모니터링에서는 이 두 종류의 측정 장치를 필요에 따라 조합하여 사용하기도 한다.
2. 1. 측지 측정 장치
측정 장치는 크게 측지학 센서와 지반 공학 센서의 두 그룹으로 나눌 수 있다. 최신 변형 모니터링에서는 두 측정 장치를 원활하게 결합하여 사용할 수 있다.'''측지학적 측정''' 장치는 모니터링 영역 외부에 설정된 위치를 기준으로 하여 대상의 변위 또는 움직임을 1차원, 2차원 또는 3차원으로 측정한다. 이러한 장비에는 다음과 같은 것들이 포함된다.
2. 2. 지반 공학 측정 장치
측정 장치(또는 센서)는 크게 측지학 센서와 지반 공학 센서의 두 그룹으로 나눌 수 있다. 최신 변형 모니터링에서는 이 두 측정 장치를 원활하게 결합하여 사용하기도 한다.- '''측지학적 측정 장치''': 모니터링 영역 외부의 특정 기준점(지리적 참조점)을 기준으로 대상의 변위나 움직임을 1차원, 2차원 또는 3차원으로 측정한다. 대표적인 장비로는 토탈 스테이션, 레벨, InSAR[2], 위성 항법 시스템 수신기 등이 있다.
- '''지반 공학적 측정 장치''': 외부의 지리적 기준점 없이 대상 자체의 변위나 움직임, 또는 이와 관련된 환경적 요인(영향이나 조건)을 측정한다. 여기에는 신장계[3], 피에조미터, 압력계, 우량계, 온도계, 기압계, 경사계[4], 가속도계, 지진계 등의 장비가 포함된다.
3. 사용처
변형 모니터링은 다음과 같은 다양한 장소와 구조물, 지질학적 환경에서 필요할 수 있다.
4. 방법
변형 모니터링은 수행 방식에 따라 크게 수동 변형 모니터링과 자동 변형 모니터링으로 나눌 수 있다. 수동 방식은 센서나 관련 기기를 사람이 직접 조작하거나 수집된 데이터를 직접 내려받는 과정을 포함한다. 반면, 자동 방식은 초기에 시스템을 설정하고 나면 사람의 개입 없이 소프트웨어와 하드웨어가 연동하여 지속적으로 모니터링을 수행하는 방식이다. 각 방식에 대한 자세한 내용은 해당 하위 섹션을 참고할 수 있다.
4. 1. 수동 모니터링
'''수동 변형 모니터링'''은 센서 또는 기기를 손으로 조작하거나, 변형 모니터링 장비에서 수집된 데이터를 수동으로 다운로드하는 방식이다.4. 2. 자동 모니터링
자동 변형 모니터링은 일단 설정되면 사람의 추가적인 조작 없이 소프트웨어와 하드웨어 요소들이 자동으로 작동하여 변형을 감시하는 시스템을 말한다.[15] 이는 센서나 기기를 직접 조작하거나 수집된 데이터를 수동으로 내려받아야 하는 수동 변형 모니터링 방식과 구분된다. 자동 모니터링 시스템은 작동을 위해 기기와 기지국 간의 통신이 이루어져야 하지만, 시스템이 수집한 데이터에 대한 변형 분석이나 해석 과정 자체는 자동 모니터링의 정의에 포함되지 않는다.4. 2. 1. 자동 모니터링 시스템의 통신 방법
자동 변형 모니터링 시스템이 작동하기 위해서는 측정 기기와 데이터를 수집하는 기지국 간의 통신이 필수적이다. 이때 사용되는 주요 통신 방법은 다음과 같다.
5. 규칙성 및 일정
변위 모니터링의 측정 규칙성과 시간 간격은 모니터링 대상과 그 활용 분야에 따라 신중하게 고려되어야 한다. 모니터링 대상은 빠르고 빈번한 움직임과 느리고 점진적인 움직임을 모두 겪을 수 있다. 예를 들어, 다리는 교통 및 바람의 영향으로 인해 몇 초 주기로 진동할 수 있으며, 지각 변동과 같은 구조적 변화로 인해 점차적으로 이동할 수도 있다.
- '''규칙성''': 수동 모니터링의 경우 며칠, 몇 주 또는 몇 년 단위로 측정하며, 자동 모니터링 시스템의 경우 지속적으로 이루어진다.
- '''측정 간격''': 1초 미만에서 수 시간까지 다양하게 설정될 수 있다.
6. 변형 분석
변형 분석은 측정된 변위가 대응 조치를 취할 만큼 충분히 중요한지 판단하는 과정이다. 변형 데이터는 먼저 통계적 유의성을 확인한 후, 미리 정해진 한계값과 비교하여 그 중요성을 평가한다. 또한, 이 한계값 미만의 작은 움직임이라도 잠재적인 위험을 나타낼 수 있는지 검토해야 한다.
변형 모니터링 시스템의 소프트웨어는 센서로부터 데이터를 자동으로 수집하고, 측정된 값으로부터 의미 있는 정보를 계산하며, 결과를 기록한다. 만약 측정값이 설정된 임계값을 초과하면 담당자에게 자동으로 알림을 보낼 수 있다. 그러나 최종적인 판단과 대응은 사람이 신중하게 결정해야 한다. 예를 들어, 현장 점검을 통해 실제 상황을 확인하고, 필요한 경우 구조 보수와 같은 후속 조치를 계획하거나, 상황의 심각성에 따라 공정 중단, 현장 대피와 같은 비상 대응 절차를 실행하는 등의 결정을 내리는 것은 사람의 역할이다.
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