유 비 쿼 터 스 기 반 의 지 능 형 수 자 원 시 설 관 리 방 법 개 발 2 0 0 8 12

수자원연구원 KIWE-HRC-08-02 Interim Report 유비쿼터스 기반의 지능형 수자원시설관리방법 개발(2차년도) Developmentofubiquitousbasedinteligentwaterresources facilitiesmanagementmethod 2008.12

유 비 쿼 터 스 기 반 의 지 능 형 수 자 원 시 설 관 리 방 법 개 발 2 0 0 8 12

KOREA WATER RESOURCES CORPORATION

유비쿼터스 기반의 지능형 수자원시설관리방법 개발(2차년도) Developmentofubiquitousbasedinteligentwaterresources facilitiesmanagementmethod 2008.12

제 출 문 사 장 귀하 이 보고서를 2008년도 수자원연구원 물정보화연구소에서 수행한 유비쿼터스 기반의 지능형 수자원시설 관리방법 개발 연구 의 2차년도 연구보고서로 제출합니다. 2008.12.31

연구개발결과 활용보고서 [과제번호: KIWE-HRC-08-02] (1)연구개발과제명 유비쿼터스 기반의 지능형 수자원시설 관리방법 개발(2차년도) 성명 (2)수행부서 (3)연구 책임자 소속 전화번호 E-mail (4)연 구 기 간 (6)협 동 기 관 2008. 1. ~ 2008. 12. (총 12개월) (5)총연구개발비 (천원) 총액 117,400 정부 (7)참 여 기 업 기업 (8)기 술 분 야 수자원통합관리기술 (9)참여 연구원 7 명/ 1년 (10)연구개발목표 1. 연구 총괄 유비쿼터스 환경의 센서모니터링 기술을 이용한 하천 및 수도정보의 실시간상황 모니터링, 시설물관리체계 구축하여 지능형 수자원 및 수자원시설 관리시스템 구축 으로 수자원관리업무의 효율성 제고 및 시설물의 안전 관리 기반 구축 (11)주요연구내용 RFID/USN 이용한 수자원시설 점검 및 관리 기술 확산 (20%) - 취약 수자원시설 조사 분석(수도,댐,하천시설 등) - u-it 적용을 통한 개선 및 관리방법 도출 - 3D 가시화 도구를 이용한 차세대 관리방법 모델링 u-it를 이용한 수자원 관측 방법 개발 (30%) - 댐저수지 수위 및 홍수파 추적 기술 개발 확산 - 수치모형 구축 및 현업활용 방안 제시(매뉴얼 및 운영방법) - USN, CDMA 등을 이용한 계측 및 전송방법 개선 하천제방 안전관리 기술 시범적용 (30%) - 국내외 기술동향 분석 및 취약구간 선정 - 변위발생 및 안전성 모니터링을 위한 센서 개발 - 센서 적용시 문제점 및 개선방안, 분석방법 정리 업무지원 및 관제시스템 시범 구축 (20%) - 모바일시스템(PDA) 및 RFID 등 이용한 점검관리기능 개발 - 모니터링 정보 통합 관리 가능한 3D GIS 기반 관제시스템 시범구축 - 모바일 및 관제시스템 운영 매뉴얼 개발

(12) 연구결과의 활용 2. 연구 성과 활용 유형 및 주요 연구 성과 구분 실용화 완료 기술실용화 실용화 추진중 실용화 보류(중단) 선행 연구 4 2 (13) 주요 연구성과 및 기술 개발단계 기 술 명 : 유비쿼터스 기술(RFID/USN, CDMA, PDA 등)을 이용한 수자원관측 방법 개선과 수 자원시설 이력관리 및 안전성 확보 기술 기술특성 : 유비쿼터스 기술을 이용한 댐 유입량 산정방식 개선, 홍수도달시간 계측, 자동화된 시설물이력관리 체계 구축, 밸브 실 현장점검자의 안전성을 확보해주는 기술 설계기준, 교육 및 지도 정책활용 시방서, 지침에 활용 기타 기술의 완성도 기초, 탐색연구단계 ( ), 응용연구단계 ( ), 개발연구단계 ( ) 기업화 준비단계 ( ), 상품화 완료단계 ( ) 기술 수명주기 기술개념 정립기 ( ), 기술 실험기 ( ) 기술적용 시작기 ( ), 기술적용 성장기 ( ) 기술적용 성숙기 ( ), 기술적용 쇠퇴기 ( ) 3. 경제적 효과 (14) 현장적용실적 1 공사현장 정보 2 공사 현장별 적용효과 공사명 공사기간 수위관측소개선 08.10.15~10.17 물량 (총물량) 4개소 수자원시설 센서제작 08.10.20~10.25 150개소 RFID,USN이전설치 가. 현장명 구분 기 존 (A) 개 선 (B) 단위효과 (C=A-B) 발주기관 현장 총물량 (D) 시공기관 R&D 참여자 역활 USN기술적용 기술개선 및 설치방법론 정립 향상도 적용현장 총효과 (C D) 공사비 (백만원/m2) 1) 유지관리비 1) (백만원/m2) 4 0.6 3.4 150 85 510 기타비용절감 (백만원/m2) 1) 사고율 (명/UC) 1 0 1 150 100 150 고 용 (명/UC) 공 기 (일/UC) 내구성 ( 年 )

(15) 기술개발목표 달성도 구분 지표명 (단위) 유비쿼터스 기반 수자 기술 원관리기술 성능 지표 개발전 당개발사업 개발결과 현재국내 국내수준 최종목표치 실제달성치 기술수준 세계 최고 기술수준 10 40 40 10 10 4. 기술적 효과 (16) 산업재산권 (발명특허 실용신안 의장 s/w ) 구분 명칭 출원국 출원 및 등록자 특허 특허 USN기반 하천및하 천시설물 관리방법 USN기반 지능형 수자원통합관리 방법 출원 등록 출원일 출원번호 등록일 등록번호 국내 07.12.18 0788833 국내 08.04.28 0827220 특허 USN기반 수도정보 통합관리방법 국내 등록결정 10-2006-0081 (17) 건설신기술 지정 명 칭 출 원 일 고 시 일 보호기간 지정번호 (18) 기타 등록 및 지정현황(상품, 서비스 등록, KT 마크 등) 명 칭 출 원 일 고 시 일 보호기간 기 타 (19) 국내외 전문학술지 게재 구분 논문제목 학술지명 국명 통권, 호 년,월 SCI 학술지 일반 5. 학술지 학술적 (20) 학술회의 발표 효과 논문제목 학술회의 명칭 국 명 연 도 호 유비쿼터스 기술을 이용한 금강 홍수도달시간 계측 용담호 홍수기 댐유입량 산정개선을 위한 수면곡선 추적 한국수자원학회 한국수자원학회 국내 국내 08 학술발표회 08 학술발표회

(21) 법 제도 (설계기준, 시방서, 지침) 등에 활용 구분 명칭 및 조항 1) 시행일시 기 존 내 용 신 규 내 용 법 규정/지침 기준 시방서 (22) 정책수립에 활용 시책명 시책추진 실적 시책추진일시 담당부처 팀 기대효과 6. 공공적 (23) 교육 및 지도에 활용 효과 구분 교육명 교육내용 교육대상 교육시간 교육인원 교육회수 교육훈련 Kwater기술교육 유비쿼터스 공사직원 (유비쿼터스 과정) 개발방법 4 25 1 기술상담 현장기술지도 (24) 사회적 성과 공사는 '06년 u-kwater 구현을 위한 유비쿼터스 전략계획 수립 하였으나, 실질적인 수자원분야 도입을 위한 과제 도출 및 적용이 이루어지지 못함으로써 도입을 통한 효율성 및 경제적 효과 등을 검토할 수 있는 시범연구를 수행하여, 수자원분야 신규사업 창출 및 해외사업 진출에 있어서 선진 기술 개발을 통해 대외 경쟁력 확보에 기여하였으며, 수자원관측 기술의 고도화 및 수자원시설의 안전성을 확보하여 안전사고 발생을 예방하고 효율적인 업무수행이 가능하도록 하여 유지관리에 소요되는 예산 및 노력이 감소할 것으로 판단됨

요 약 문(1차년도) 1. 연구제목 유비쿼터스 기반의 지능형 수자원시설관리방법 개발(1차년도) 2. 연구기간 2007.1.1.~ 2007.12.31. 3. 연구배경 공사는 06년 u-kwater구현을 위한 유비쿼터스 전략계획 수립 하였으나,실질 적인 수자원분야 도입을 위한 과제 도출 및 적용이 이루어지지 못함으로써 도입을 통한 공사업무의 효율성 및 경제적 효과 등을 검토할 수 있는 시범연구 필요 현재 수자원관리를 위해 다양한 시스템이 개발 운영되고 있으나,센서 및 통신,그 리고 센서정보의 해석에 관한 기술 개발과 도입이 미흡하여,실시간 수자원 및 수 자원시설물 관리에 필요한 실질적인 현장 정보가 턱없이 부족한 실정임 최근 전 분야에서 그 도입이 확대되고 있는 유비쿼터스 신기술을 도입하여 댐 및 저수지,하천과 제방,양배수장 및 수처리시설,수도관로 등 수자원관련 모든 시설 물들로부터 수량과 수질 등에 관한 정보는 물론 시설물의 안전과 기능적 정상유무 등을 파악할 수 있는 기술 도입 절실함 4. 연구목적 유비쿼터스 기술을 이용하여 댐 저수지 수위관측 방법 및 홍수파 추척을 통한 홍수 예경보 기술 등 개발하여 실시간 수자원 모니터링이 가능한 관리기술 개발 수자원시설물 점검정비 효율성 확보 및 작업자의 안정성 확보를 위한 RFID/USN 적용 기술을 개발하여 수자원시설의 관리체계의 선진화된 운영기틀 마련 이를 통한,유비쿼터스 기반 하천 및 수도정보의 실시간 상황모니터링,수자원시설 물관리체계 구축 등 u-it 기술을 이용한 지능형 수자원 및 수자원시설관리시스템 구축 -i-

5. 연구내용 본 연구의 내용은 공사 수자원 및 수자원시설 관리체계의 효율성 확보를 위하여 유 비쿼터스 기반 기술의 시범적용을 통한 공사 업무 적용성 및 신뢰성을 검증하고, RFID,USN,CDMA 등의 기술을 수자원분야에 시범 적용하여 취득된 정보를 효율 적으로 활용하기 위한 관리기법 및 운영방법 제시를 포함 <표 1>주요 연구내용 구 분 연 구 내 용 1차년도 ( 07년) 하천 및 수도시설 시범적용 대상지역 선정 -연구사례 분석 -현업부서 수요조사를 통한 시범적용 대상지역 선정 u-it 적용 범위,방법,기술 선정 -u-it 기술 분석 및 수자원분야 적용방법 제시 현장설치 및 시스템 시범운영 -현장시범설치를 통한 시스템 적용성 검증 수자원관리를 위한 중장기 마스터플랜 수립 시스템 확대 및 개선 방안 수립 6. 연구 추진 내용 연구사례 및 사용자 요구분석을 통한 연구 추진 방안 수립 1)연구사례 분석을 통한 공사 유비쿼터스 기술 도입에 따른 합리적인 연구방향 설정 가. 06년 공사 유비쿼터스 전략계획 분석 세계 최상의 물 종합 서비스 기업 구현을 위한 u-korea정책의 수자원분야 유비쿼 터스 전략 방향을 제시하였으며,공사 적용 분야 정의를 위해 수자원분야,수도분야, 단지분야,경영지원 분야로 구분하여 추진 방향을 제안하였음 공사의 경영환경,정보화 방향 및 국가 유비쿼터스 정책 환경분석의 시사점을 정 밀 검토하여 유비쿼터스 전략적 추진 방향을 제시하고,지능형 국가 수자원 통 합관리 구현,프리미엄 물 서비스 구현 및 K-water도시 모델 창출을 위한 분야 별 세부 유비쿼터스 적용 과제를 도출하였음 - i-

나.연구사례 분석 및 현업요구 사항 수렴을 통한 시범연구과제 도출 공사 유비쿼터스 기술 접목을 위해 K-water유비쿼터스 전략계획 및 선진연구사례를 조사 분석을 통하여 우선적으로 도입이 가능한 8가지 분야를 선정하였음 선정된 분야는 크게 수도 및 수자원분야로 세부적으로는 하천,호소수위 유량관 리,제방안전관리,댐안전관리,하천시설물관리,관로매설위치 추적,상하수도 수 질,유량관리,관로누수관리,수도시설관리로 하였음 선정된 분야 중 현재 기술개발 추세와 현업에서 즉시 요구되는 분야를 고려하여 1 차년도 연구에서 중점적으로 추진이 가능 분야를 선정하여 추진하였음 현업 사용자 요구사항 분석은 수자원분야의 경우 조사기획처,물관리센터 등을 대상으 로 하였으며,수도분야는 수도관리처,전북지역본부 등을 대상으로 하였음 조사된 요구사항을 근간으로 현업적용 과제로 선정된 세부 추진내용은 하천,호수 수위 유량관리,하천시설물관리,수도시설관리로 선정하여 추진하였음 <그림 4>1차년도 추진 세부과제 u-it 기술을 이용한 수자원관측 방법 개발 1)홍수기 유입량 산정 개선을 위한 수위관측 기술 적용 가.현황 및 문제점 기존 댐저수지 유입량 산정은 수위-저수량곡선에 댐축에서 측정된 수위를 적용하여 시간당 저수량변화를 계산한 후 방류량을 감안하여 산정하고 있으나 특히 홍수시 저 수지내의 수위가 균일하지 않아 유입량 산정시 오차 원인이 됨 홍수기 댐저수지의 운영에 있어서 가장 큰 불확실도를 가지고 있는 유입량의 정확한 모의 를 위해서는 유역 상류 유입부 유량뿐 아니라 저수지내에서의 수위관측 필요 나.u-IT 기술 적용 내용 u-it 적용 센서 및 기술 - i-

<그림 8> 저수지 유입량 계산방법 개선을 위한 적용센서 및 기술 세부 추진 방안 <그림 9>저수지 유입량 산정 개선을 위한 세부 추진방안 다.추진 내용 공사 수자원시험유역인 용담댐을 대상으로 호내 수위관측망 구축을 위해 저수지 내 4개(죽도교,용평대교,갈두교,사근교)주요교량을 선정하여 설치 호내 수위관측을 위해 선정된 4개지점에 수위 및 온도측정이 가능한 수위계를 설치하였으며,통신방식 개선을 위해 USN Gateway와 CDMA 모듈의 인터페이 스를 조정하여 전송방식을 개선하였음 홍수기 이전 수위계 설치가 완료( 07.8.3)되어 집중호우기 및 태풍 나리 시 관측 망을 운영하였으며,운영결과 USN Gateway와 CDMA 연동을 통한 자료의 원활 한 취득이 가능하였음 수위-저수량 곡선식에 의하여 댐 저수량 산정시 사용되는 수위는 본댐의 수위를 -iv-

사용하고 있으며,본댐의 수위가 저수지 전체에 대하여 일정하다는 가정하에 사 용하고 있는 실정임 하지만 모의 및 실측결과에 나타나듯이 저수지 전체적으로 수두차와 지형에 따 라 저수지 내의 수면고도가 달라지게 됨.그림 3은 4개의 수위표에서 동일한 시 기에 관측된 수위자료를 나타내고 있음 <그림 3> 지점별 실측 수위변화 비교 (2007년 9월) 홍수 유입 전 후 모두 지점별 수위 차는 용담댐 지점에 비하여 저수지 상류의 죽도교 지점의 수위가 평균 1.35m 차이가 발생하였으며,상 하류간의 평균 1.35m의 수위 차 이는 저수량을 산정할 때 막대한 양의 오차를 초래할 수 있으며, 홍수의 유입 전 후의 수위 차이도 일정하지 않으므로 저수량 산정에 사용되는 H-V 곡선식의 수위를 댐 지점의 수위만을 사용하기 보다는 저수지 전체의 수위 를 고려하여 산정하는 것이 바람직 할 것으로 사료됨 이러한 결과는 용담댐 지점으로부터 상류로 갈수록 수위가 상승한다는 것을 의미하며 저수지를 동일한 수면곡선으로 가정하고 산정하는 수위-저수량 곡선식의 수위자료를 전 체적인 저수지 수위를 고려하여 사용해야 할 필요성을 보여주고 있음 -v-

2)홍수 도달시간 계측을 위한 센서기술 적용 가.현황 및 문제점 홍수 방류량 하류 도달시간 산정은 댐운영 및 홍수예경보의 기초자료로 인식되 고 있어 정확한 유하시간 산정 필요 남한강 및 금강 하류부의 경우 86년 한강홍수예경보 자료와 97년 금강홍수예경보 자료를 활용하고 있으나,수치모형 결과 자료로 실측에 의한 검증이 이루어지지 않음 댐 방류수에 대한 하류도달 시간에 대한 실측 기술을 확보하여 실측을 통한 수 치모형의 검증 및 보완 필요 나.u-IT 기술 적용 내용 u-it 적용 센서 및 기술 세부 추진 방안 <그림 20>홍수파 추적을 위한 센서 적용 기술 <그림 21> 홍수파 추적 세부 추진방안 다.추진 내용 본 연구는 댐 방류에 따른 홍수 도달시간 계측을 통하여 수치모형의 예측에 있어 신뢰성을 확보 하는 것이 일차적인 목적으로,적용 대상지역은 충주댐 및 대청댐 하류를 선정하였음 충주댐 및 대청댐 하류 계측을 위하여 주요교량 6개 및 9개 지점을 선정하여 센서 설치 및 인식 방법을 계획하여 주야간 결측으로 인한 자료가 누락되지 않도록 하였음 -vi-

홍수 도달시간 계측을 위한 센서 부자 제작을 위하여 방류용 RF노드,인식노드,지관부자, 제작하였으며,감지노드까지 안정적인 네트워크를 형성할 수 있는 Ad-hoc적용이 가능하고, 외부 인식거리 150m 이상인 USN 센서를 제작하여 실험에 활용하였음 인식노드는 하천에 방류된 센서를 인식하기 위한 인식노드 거치대를 설계 제작하여 교량의 난 간에 설치와 철거가 간편하게 하여 현장에 효율적으로 활용할 수 있도록 하였음 지관부자는 센서를 탑재하여 방류될 부자를 제작하였으며,부자는 친환경형 지관부자 로 방수 밀폐형 센서노드탑재 Case설계 제작,방향타를 설계 제작하였음 홍수 도달시간 계측을 위해 과정 정립 -주야간 인식이 가능한 센서준비,방류센서 투척,인식노드 준비,휴대단말기 이용 도달 시간 자동계측 과정으로 전 구간에 대한 자동계측이 가능하도록 구성하였음 <그림 28> 홍수 도달시간 계측 과정 대청댐,충주댐의 홍수 도달시간 계측을 위해 총 5개 지점에 대해서는 고정식으로 장비를 설치하여 운 영하였으며,상류계측 후 하류로 이동하는 방식으로 전 구간에 걸쳐 실험을 진행하였음 센서부자를 이용한 홍수 도달시간 계측 -금강수계와 남한강수계에 대한 홍수 도달시간 계측을 각 2회에 걸쳐 실험을 수행하였음 -금강의 강우량 및 방류량이 1차는 49.2 mm,65 CMS,2차는 45.2 mm,1,002 CMS로 계측된 누적 도달시간은 24.1시간,13.8시간으로 실측되었으며, -남한강은 1차는 154mm,2,707CMS,2차는 15.5mm,918CMS로 계측된 누적 도달시간은 8.5시간,14.38시간으로 실측되었음 실측자료와 홍수예경보에서 수치모형을 이용하여 분석한 결과와 댐방류수 도달시간은 금강,남한강의 경우 약 4시간,2시간의 차이가 발생함을 확인할 수 있었음 향후 지속적인 시계열 실측자료의 확보와 2차원 수치모형 적용을 통한 하류 유속분포 등을 분석하며,정확한 지류유입량 산정 과정을 보완하여 수치모형의 매개변수를 보 정함으로써 홍수예경보에 활용할 수 있도록 추진하여야 할 것임 -vi-

USN(UbiquitousSensorNetwork)기반 수도시설 안전성 확보 기술 개발 1)현황 및 문제점 수도시설유지관리를 위해 점검작업(일상,순회,정기점검)을 수행하기 위해 점검요원(수공 및 용역사 직원)이 밸브실(지하)에 들어가 점검정비 업무를 수행하고 있음 밸브실 진입시 산소농도 측정기를 휴대하여 밸브실에 진입 후 측정하여 18.5% 이상의 산소 농도 측정시 유지관리업무를 수행 모든 밸브실은 뚜껑을 개방한 즉시는 대기에 비하여 산소가 부족한 상태로 밸브 실 이상 가스 발생 및 산소부족으로 작업자 안전 확보 필요 2)u-IT 기술 적용 내용 가.u-IT 적용 센서 및 기술 나.세부 추진 방안 <그림 39> 안전관리용 적용 센서 <그림 40> 밸브실 안전관리 세부 추진방안 3)추진 내용 논산수도서비스센터 부여운영팀 관할 하에 있는 밸브실 및 신축관실 150여개소 중 전체적인 위험요인으로 산소부족으로 관리되고 있는 15개 지점을 선정하여 실사를 실시하고 센서 설치를 수행하였음 -vi-

모든 수도시설엔 각각 온 습도,CO,CO2,O2를 측정할 수 있는 센서가 설치되어 각 센 서와 USN무선 센서인터페이스 보드가 연결된 USN무선 인터페이스 MOTE가 부착되어 수도시설내 외벽에 장착하였음 현장 작업시 활용하기 위해 PDA 변실 상황 모니터링시스템을 개발하였으며,작업자가 밸브 실 근처에서 PDA의 프로그램을 통하여 맨홀내의 USN 유해가스 모니터링 시스템으로부터 온습도,CO,CO2,O2등의 데이터를 조회하여 점검관리시 활용이 가능함 각 현장의 수도시설물에 설치되어진 USN 환경센서를 통하여 맨홀안의 공기질을 실시 간 모니터링 할 수 있도록 USN 게이트웨이의 CDMA 망을 연동하여 웹기반의 시 범 모니터링시스템을 구축하였음 <PDA로 데이터 수집> <PDA 모니터링 화면> <그림 44> 밸브실의 대기질 모니터링 PDA 화면 -현재 구축된 관제시스템은 그래픽 기반으로 운영되고 있으나 향후 GIS시스템과 연동하여 위험상황 발생시 현장 작업자에게 즉시 통보하여 즉각적인 조치를 취할 수 있도록 위치정보를 제공할 예정임 RFID를 이용한 수자원시설(하천,수도시설)점검 및 관리기술 개발 1)현황 및 문제점 공사 수자원시설물의 상태를 최상으로 유지하면서 지속적이며 적절히 운영하기 위해 시설물 관리를 정기/비정기적으로 점검을 실시함 점검 매뉴얼에 따라 주기적/비주기적으로 점검 실시 후 점검내용을 점검 현장의 대장에 기입 현장 시설물과 대장에 수록된 위치정보가 일치하지 않아 노후시설 및 교체대상 물 등 시설물 관리에 어려움으로 점검 후 보고서 작성 등 중복 업무 발생 및 장비 이 력 관리의 체계화 시스템화 필요 지하시설물 관리를 위해 유비쿼터스 핵심기술인 RFID 등 신기술,신기법의 적용 필요 GIS와 시설물 정보를 기반으로 시설물의 정보를 신속히 조회하고,통합 관리할 수 있는 시스템 필요 -ix-

2)u-IT 기술 적용 내용 u-it 적용한 업무 프로세스 정립 -현장작업자의 효율적인 업무수행을 위해 RFID,RFID 리더기,PDA 등의 기술접 목을 통해 현행업무 프로세스를 5단계로 구분하여 재정립함으로써 신기술 적용 에 따른 업무의 복잡성이 발생하지 않도록 하였음 -유비쿼터스 기술 적용을 통하여 담당부서에서는 유지보수비용 산정,통계자료 확보,예산계획 등에 있어 체계적인 관리가 가능하며,작업자의 경우 이력정보 및 작업내용 조회,점검내역 입력 등을 효율적으로 수행이 가능함 세부 추진 방안 <그림 50>세부 추진 방안 3)추진 내용 수자원시설물 관리에 적용하기 위하여 RFID 태그를 제작하였으며,무선 주파수 대역은 900Mhz대역으로 방수 및 인식거리 2~5m가 가능한 메탈테그를 적용하였음 밸브실(맨홀내부),수도/하천 시설물에 RFID를 설치하기 위한 주요 고려사항은 아래와 같음 <그림 52>RFID 태그 제작 시 고려사항 공사 RFID 태그 코드체계를 표준화하였으며,RFID 태그의 저장영역은 총 96bit이 며,상세 코드체계 내용은 용도 정보 코드에 태그의 종류,예비 코드에는 관리단 및 사업장 종류 코드를 정의하였음 -x-

<표 11> RFID 태그 코드체계 내부내역 <그림 53>RFID 태그 코드체계 구분 필드명 bit 코드체계 1 Header 8 저장된 RFID 태그 데이터타입 정의 2 용도정보 8 발급된 RFID 태그의 용도정보 정의 -0:하천시설물 -1:수도시설물 3 Serial 32 발급된 RFID 태그 일련번호 4 국가코드 16 발급된 RFID 태그의 국가정보 정의 ISO3166-2표준 정의 한국 :410 5 예비 32 수자원 표준 코드 부여 -관리단 코드 부여 -사업장 코드부여 -종류 코드 부여 RFID Reader기는 Handheld Type으로 주요 특장점으로는 EPC Class1Gen2지원 을 위한 멀티 프로토콜 리더이며,고성능 RFID 리더 기능을 제공함 기존의 바코드를 사용하거나 현황판을 두고 관리하고 있는 공사 장비 중에서 공 사내 RFID적용 대상은 관로상 밸브실이며,밸브실에 위치한 현황판을 RFID로 교체하여 휴대성이 뛰어난 RFID Reader로 맨홀의 뚜껑을 열거나 입구를 열어서 보이는 것으로 정보를 취득할 수 있게 됨 RFID 태그를 현황판에 붙이게 되면 직접 현황판을 읽거나 펜을 사용하여 기입 하는 수고를 덜 수 있고 데이터의 오류 없이 정보를 습득할 수 있음 또한 관리의 정확성이 증가에 비례하여 관리시간이 줄어들어 효율적인 운영이 가능하였으며,RFID MetalTag를 사용하여 반영구적인 데이터 보관과 취약한 환경으로부터 정보를 보호 할 수 있게 되었음 기존 하천 및 수도 시설물의 CMMS와 밸브실의 현황판의 단점을 보완 할 수 있 는 시스템으로서,기존 바코드 시스템과 비교하여 단점인 태그의 구매 및 유지 보 수 비용의 상승은 대량구매 및 사업의 확산에 따라 비용이 절감 될 것으로 사료됨 -xi-

7.연구결과 공사에서는 수자원의 효율적 관리와 관리기술의 선진화를 구현하기 위하여 06년 u-kwater구현을 위한 유비쿼터스 전략계획 을 수립하였으나,실질적인 수자원분야 도입을 위한 과제 도출 및 적용이 이루어지지 못함으로써 도입을 통한 공사업무의 효 율성 및 경제적 효과 등을 검토할 수 있는 시범연구가 필요하였음 또한 세부적인 업무적용에 있어 수자원관리를 위하여 다양한 시스템이 개발 운영되고 있 으나,센서 및 통신,그리고 센서정보의 해석에 관한 기술 개발과 도입이 미흡하여,실시 간 수자원 및 수자원시설물 관리에 필요한 실질적인 현장 정보가 턱없이 부족한 실정임 이를 위해 본 연구에서는 공사에 유비쿼터스 기술을 체계적으로 도입하기 위하여 국내 외 연구동향 및 현업사용자 요구사항 분석을 통하여 공사 우선 도입을 위한 과업을 선 정하고,유비쿼터스 기술을 이용하여 댐 저수지 수위관측 방법 및 홍수파 추척을 통한 홍수예경보 기술 등 개발하여 실시간 수자원 모니터링이 가능한 기술을 개발하였음 또한,수자원시설물 점검정비 효율성 확보 및 작업자의 안정성 확보를 위한 RFID/USN 적 용 기술을 개발하여 수자원시설의 관리체계의 선진화된 운영기틀 마련하여 이를 활용할 수 있는 방안을 제시함으로써 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었음 공사 유비쿼터스 기술 도입을 위해 현업부서에서 즉시 활용이 가능하고 시급하게 요구 되는 사항을 조사하였으며,조사된 분야로는 크게 4개 분야로 나누어지며,첫째 댐 저수 지 수위관측을 통한 댐유입량 산정방법 개선,둘째 홍수 도달시간 계측,셋째 하천 및 수자원시설 유지관리방법 고도화,넷째 수도시설물의 안전성 확보기술 개발로 나타났음 또한,주요부서의 RFID/USN의 현장적용 수요량으로 RFID 약 226,000개,USN 약 57,000개로 조사되어 공사 도입을 위한 적용방법론 및 표준화에 관련한 연구개발 이 절실하게 요구되고 있음 이와 같이 조사된 분야의 연구개발 목표를 달성하기 위해 추진방향과 기술을 정의 하고 현업담당자와 유기적인 협업을 통해 연구 성과로 도출된 결과를 현장에 즉시 적용하고 확대해 나갈 수 있도록 하였음 종래의 댐 유입량은 수위-저수용량 곡선에 댐축에서 측정된 수위를 적용하여 시간당 저 수량 변화를 계산한 후 방류량을 감안하여 산정하고 있으나,특히 홍수시 저수지내의 수위가 균일하지 않아 유입량 산정시 오차 원인으로 나타나고 있음 이에 따라,본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 유비쿼터스 기술인 USN, -xi-

CDMA 등의 센서 및 통신기술을 적용하여 안정적인 실시간 수위모니터링이 가능하도록 호 내 4개(죽도교,용평대교,갈두교,사근교)의 수위관측지점을 확대하였음 또한,홍수기 관측된 수위관측 자료를 활용하여 HEC-RAS모형을 구동하여 홍수기 호내 수위 프로파일을 예측하였으며,홍수 유입 전 후 모두 지점별 수위 차는 용담댐 지점에 비하여 저수지 상류의 죽도교 지점의 수위가 평균 1.35m 차이가 발생하였음 시기별로 살펴보면 홍수 유입 전에는 죽도교 지점이 용담댐 지점에 비하여 1.3m 높았으며 홍수 유입이 진행되는 시기에는 1.39m,홍수 유입이 끝난 후에는 1.35m높게 관측되었음 용담호의 저수용량을 고려해 볼 때 저수지 상 하류간의 평균 1.35m의 수위 차이는 저수량을 산 정할 때 막대한 양의 오차를 초래할 수 있으며 홍수의 유입 전 후의 수위 차이도 일정하지 않 으므로 저수량 산정에 사용되는 H-V곡선식의 수위를 댐 지점의 수위만을 사용하기 보다는 저 수지 전체의 수위를 고려하여 산정하는 것이 바람직 할 것으로 사료됨 현재 공사 및 홍수통제소에서는 홍수 도달시간에 대하여 홍수예경보 자료의 홍수 도달시간 표를 활용하여 대내외 도달시간에 대한 근거자료 제시 및 댐 운영에 활용하고 있으나,실 제 검증이 이루어지지 않았으며 댐 하류 전구간에 걸쳐 실측할 수 있는 기술이 전무하였음 이에 본 연구에서는 전 구간에서 실측할 수 있는 센서기술을 개발하였으며,개발된 센서부자를 이용하여 충주댐하류(남한강)및 대청댐하류(금강)에 대하여 각 2회에 걸쳐 실험을 수행하였음 실험결과는 HEC-RAS모형을 이용한 유하시간 산정 결과와 2~4시간 정도의 도달시 간 차이가 발생하였으며,향후 지속적인 예측을 위해 수치모형의 매개변수를 보정하여 충주댐~팔당댐,대청댐~금강하구 전 구간에 대하여 홍수 도달시간표를 제작하였음 이로써 기존 홍수예경보 자료를 보완할 수 있는 유비쿼터스 기반 실측기술을 개발 하고 이를 적용할 수 있는 기반을 구축함으로써 홍수예경보의 신뢰성을 확보하고 홍수기 댐 운영의 효율성을 확보할 수 있을 것으로 기대됨 HEC-RAS모형을 이용한 유하시간 산정 연구를 통하여 유하시간 산정시 조도계 수의 보정 과정은 유하시간 산정에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였으며 또한, 시계열 실측자료의 확보와 정확한 지류유입량 산정 과정이 선행되어야 정확한 유하시간의 산정이 이루어 질 것으로 판단됨 수도시설의 점검관리를 수행하는 현장관리자의 안전성 확보를 위해 밸브실의 대 기질을 실시간 모니터링 가능하고 휴대용 모바일단말기를 이용하여 조회할 수 있는 유비쿼터스 기술을 개발하였음 개발된 USN 센서기술을 현장 시범 적용을 통하여 공사 수도시설 관리체계 개선 을 위한 검증을 수행하여,향후 유비쿼터스 기반 수도관리체계 구축을 위한 기 -xi-

초 자료로 활용이 가능할 것으로 사료됨 이러한,지능화된 수도관리 체계 구축은 열악한 맨홀내부의 환경에서도 USN 기 술을 이용하여 상수도 설비의 안전관리시스템으로 구현함으로서 현장에서의 편 리성과 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며, 나아가,취수장에서 수용가까지 수도 설비 모두를 포함하는 설비안전관리시스템을 확대하고,위치기반서비스와 접목하여 안전하고 효율적인 수도시설물 관리로 안정 적 대국민서비스 제공 및 관리업무의 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료됨 공사의 수자원시설의 체계적인 관리 기법 개발을 위하여 유비쿼터스 기술인 RFID 적용을 검 토하였으며,공산 전분야에 활용이 가능하도록 공사RFID(wRFID)를 제작하였음 제작한 wrfid를 현장에 적용하기 위하여 공사 수자원시설에 대하여 표준코드를 정립하였으며,정립한 표준코드는 RFID 메모리 총 96bit중 Header8bit,용도 (수도,수자원)정보 8bit,태그일련번호 32bit,국가코드 16bit,관리구역코드 32bit 으로 구성하여 향후 다양한 시설에 확대 적용시 표준코드를 활용이 가능하도록 하여 관리 기법의 고도화를 달성 할 수 있도록 하였음 또한,수자원시설 이력관리 구축을 위하여 wrfid 현장에 적용하고,RFID 리더기를 이용하여 시설물의 이력관리 시스템과 연동하여 체계적인 시설관리 기반을 구축하였음 이를 통해 기존 대장으로 관리되어온 시설물의 이력관리 체계를 유비쿼터스 시스템 을 도입을 통하여 체계적이고 효율적인 업무수행이 가능하게 되었으며, 시스템을 통해 관리되는 시설물의 이력정보를 활용하여 설비 교체주기,통계자료 조 회,예산 반영 계획수립 등의 업무에 즉시 적용이 가능할 것으로 판단됨 나아가,유비쿼터스 기술을 이용하여 체계적이고 지능화된 시설물 관리체계 구축 은 관리기술의 선진화 및 효율성을 향상시켜 줌으로써 공사 기술경쟁력 강화에 기 여할 수 있을 것으로 사료됨 -xiv-

요 약 문(2차년도) 1. 연구제목 유비쿼터스 기반의 지능형 수자원시설관리방법 개발(2차년도) 2. 연구기간 2008.1.1.~ 2008.12.31. 3. 연구배경 공사에서는 수자원의 효율적 관리와 관리기술의 선진화를 구현하기 위하여 06년 u-kwater구현을 위한 유비쿼터스 전략계획 을 수립하였으며,그 일환으로 07 년 시범 연구계획을 수립하여 실질적인 수자원분야 도입을 통한 공사업무의 효율성 및 경제적 효과 등을 검토할 수 있는 연구를 진행 시범 연구 수행을 통해 현재 공사에는 수자원관리를 위하여 운영되고 있는 센서 및 통신,그리고 센서정보의 해석에 관한 분석 방법을 도출하고,실시간 수자원 및 수 자원시설물 관리를 위한 센서기술의 정의와 구체적인 설계 필요 또한,RFID,USN,BcN,GIS,LBS,융복합 기술 등 유비쿼터스 IT핵심 기술을 접목하여 수계단위의 수 자원 및 수도 관련 수문 및 시설물 정보 등에 관한 정보는 물론 시설물의 안전과 기능적 정상유무 등을 파악할 수 있는 차세대 수자원 관리기술 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정임 4. 연구목적 본 연구의 목적은 유비쿼터스 기반 하천 및 수도정보의 실시간 상황모니터링,수자원시설물관리체계 구축 등 u-it기술을 이용한 시범적용을 통하여 수자원분야에 확대 적용함에 있어 효율적인 적용이 가능하도록 하여 지능화된 수자원 및 수자원시설관리 방법을 제시하는 것임 이를 위해 1차년도에서는 국내외 연구동향 및 현업사용자 요구사항 분석을 통하여 공사 우선 도입을 위한 과업을 선정하고,유비쿼터스 기술을 이용하여 댐 저수지 수위관측 방법 및 댐 방류수 추척을 위한 센서기술을 개발하였음 또한, 수자원시설물 점검정비 효율성 확보 및 작업자의 안정성 확보를 위한 RFID/USN 적용 기술을 개발하였음 -xv-

2차년도에는 전차년도 연구 개발된 센서 기술을 근간으로 실질적인 현장 적용을 통한 운영상 문제점 개선 및 실용화를 위한 체계적인 구축 방안 모색하고자 하며, 또한,이상기후로 인한 홍수재해 경감을 위한 치수시설인 하천제방의 안전성 확보를 위한 센서기술 적용 방안 제시하여 수자원시설의 관리체계의 선진화된 운영기틀 마련 하여 이를 활용할 수 있는 차세대 수자원관리 기술을 개발하고자 함 5. 연구내용 2차년도 주요 연구내용은 u-it를 이용한 수자원 관측방법 개선,RFID/USN을 이용한 수자원시설 점검 및 관리기술 확산,센서기술을 이용한 하천제방 안전기술 설계,업무 지원 및 관제시스템 시범 구축 등 1차년도 연구 과제를 기반으로 현장적용상 문제점 을 도출하고 개선함으로써 확장 및 실용화 방안 제시를 포함 <표 1>주요 연구내용 구 분 연 구 내 용 하천 및 수도시설 시범적용 대상지역 선정 u-it 적용 범위,방법,기술 선정 1차년도 현장설치 및 시스템 시범운영 ( 07년) 수자원관리를 위한 중장기 마스터플랜 수립 시스템 확대 및 개선 방안 수립 2차년도 ( 08년) 3차년도 ( 09년) u-it를 이용한 수자원 관측 방법 개발 -댐저수지 수위 및 홍수파 추적 기술 개발 확산 -수치모형 구축 및 현업활용 방안 제시(매뉴얼 및 운영방법) -USN,CDMA 등을 이용한 계측 및 전송방법 개선 RFID/USN 이용한 수자원시설 점검 및 관리 기술 확산 -취약 수자원시설 조사 분석(수도,댐,하천시설 등) -u-it 적용을 통한 개선 및 관리방법 도출 -3D 가시화 도구를 이용한 차세대 관리방법 모델링 하천제방 안전관리 기술 시범적용 -국내외 기술동향 분석 및 취약구간 선정 -변위발생 및 안전성 모니터링을 위한 센서 개발 -센서 적용시 문제점 및 개선방안,분석방법 정리 업무지원 및 관제시스템 시범 구축 -모바일시스템(PDA)및 RFID 등 이용한 점검관리기능 개발 -모니터링 정보 통합 관리 가능한 3D GIS기반 관제시스템 시범구축 -모바일 및 관제시스템 운영 매뉴얼 개발 광대역통신망(BcN)을 이용한 수자원정보 취득 기술 개발 u-it센서 설치 및 시스템 확대 영상기반의 수자원모니터링 방안 수립 u-gis기반 관제시스템 설계 및 구축 -xvi-

체계적인 연구의 수행을 위해 단계별 추진계획을 수립하고,세부 연구목표를 설정 하여 연구성과를 극대화 할 수 있도록 하였음 <그림 1> 단계별 연구 추진계획 6. 연구 추진 내용 u-it를 이용한 수자원 관측 방법 개발 1)홍수기 댐 유입량 산정 개선을 위한 수위관측 기술 적용 가.세부 연구 내용 1차년도 연구에서는 용담댐 저수지에서 운영되고 있는 수위관측소를 포함하여 호내 수위관측 지점을 확대하고 실시간 수위관측이 가능한 통신체계를 구축하였으며,주요 지점의 수면 프로 파일을 구축하기 위하여 호내 유입량 산정에 대한 시범 적용하였음 2차년도 연구에서는 관측된 수위자료의 체계적인 관리 체계 구축을 위해 실시간 모니터링이 가능하고,통신망의 안전성 확보를 통한 결측 자료가 발생하지 않도 록 USN Gateway와 CDMA를 연동하여 통신망을 보완 하며, 또한 수위관측 자료의 신뢰도 확보를 위하여 호내 수위관측소(사근교,갈두교, 용평대교,죽도교)에 대한 정밀 지형 측량을 통하여 정확한 절대 표고를 설정하 -xvi-

며,댐 유역의 효율적 관리를 위한 댐 경계표석의 관리 기술 제고를 위하여 u-it 기반 기술 적용 방법을 제시하였음 나아가,댐 저수지 유입량 산정에 대한 재검토를 위한 1차원(HEC-RAS)및 2차원 (SMS-RAM2)수치모형 적용분석하고,실시간 수위관측 방법에 대한 신기술 도입 을 통하여 물관리 부서에 즉시 적용이 가능하도록 유입량 산정 방법과 센서 기술 적용 방법 및 확장성을 제시함으로써 실용성을 제고하였음 나.연구 추진 결과 수위관측 정확도 개선을 위한 지형측량 -1차년도 연구에서는 기존 댐 경계표석을 기준으로 수위관측소 영점 설정하였으 나,수위관측 결과의 신뢰성 확보에 어려움이 있었음 -댐축 기준점을 이용하여 사근교,갈두교 수위계 영점설정하고,죽도교,용평대교 의 경우 교량설계도면의 정확도 검증 후 영점을 설정하였음 <표 2> 수위관측지점 수준측량 현황 1)총 측량구간 :46km -1구간 :편도 15km(30km) -2구간 :편도 8km(16km) 2)측점수 :582개 -1구간 :편도 199개(398개) -2구간 :편도 92개(184개) 3)폐합오차(허용오차 0.027m) -1구간 :0.015m -2구간 :0.009m 4)측량 시행 일정 -1구간 :5.6~5.16(11일간) -2구간 :6.2~6.5(4일간) 1구간 :용담댐~갈두교 2구간 :용평대교~죽도교 -xv i-

-측량결과 검증을 위하여 실측 수위자료 및 경계표석을 이용하여 검증하였으며 그 결과는 다음과 같음 <표 3>실측 수위자료 및 경계표석을 이용한 검증 결과 1) 댐 관측수위를 이용하여 상대적으로 결정(사근,갈두) -댐 수면을일직선으로 가정하여 오차 발생 2)기존 경계표석을 기준으로 영점설정(용평,죽도) -경계표석 관리부실로 인한 기준점 부정확 -약 2m 오차 확인 댐 수위 및 경계표석을 이용한 영점설정 방법은 문제가 있음 -교량설계 도면을 이용하여 검증하였으며,도로관리사무소를 이용하여 사근교,용평대 교 준공도면을 입수하여 측량결과와 비교 검증(약 2cm 오차 확인)하였음 -정밀 지형측량을 통한 관측소별 수위계 절대표고 영점 설정는 표 3과 같음 <표 4> 관측소별 영점 결과 지점명 수준점 관측점(EL.m) 차이 No. EL. 07 08 (m) 비 고 용담댐(본댐) 수준점 268.864 247.290 247.290 - 관측수위 사근교 시점 273.774 272.169 272.084 0.085 교각상단 298 266.883 갈두교 301 281.059 276.954 276.905 0.049 교각상단 299 267.744 용평대교 103 265.519 269.091 268.857 0.234 교각상단 213 272.538 죽도교 212 266.035 270.179 269.856 0.323 교각상단 -xix-

u-it를 이용한 댐 경계표석 및 측량기준점 관리 방법 제시 -공사에서 관리되고 있는 기준점은 위치 참조의 기준이 되는 측점으로서 댐 경 계표석,수도부지 표석 등이 있으며,약 5,000여개의 기준점이 댐유역과 수도관 로 매설 지점에 전국적으로 분포되어 있음 -현재 기준점은 주로 측량과 유역관리 등 다양한 용도로 사용하고 있다.공사 측 량 기준점은 위치정보라는 유용한 정보를 제공할 수 있는 인프라 자원임에도 불구하고 체계적인 관리가 되고 있지 않으며,주로 사면,농경지,숲 등에 설치 되어 있어 사용하는데 어려움이 있음 -유비쿼터스 환경을 대비하여 위치정보서비스를 위한 유비쿼터스 댐 표석 기준점의 개념을 설계하고,체계적인 관리를 위한 시스템 구현 방안을 제시하였음 -u-it를 이용한 경계표석 관리 방안은 1경계표석 설치 고려 사항,2경계표석관리 시스템 설계,3H/W,S/W 구성 방안,4유지관리 방안을 포함하며,향후 공사 전 측량기준점에 적용하기 위해서는 구체적인 연구가 추진되어야 함 <표 5>u-IT 적용 경계표석 설치시 고려 사항 구 분 관리 측면 운영 작동 측면 사용자편의성 측면 설치시 고려사항 영구,고정 시설물에 설치 설치가 용이한 시설물 및 위치에 설치 파손,망실의 가능성이 적은 시설물 및 위치에 설치 전파방해를 일으키는 금속 물체를 배제 전류가 흐르는 도체 시설물 배제 무릎 높이 이상,눈높이 정도에 설치 시야가 뛰어난 시설물 및 위치에 설치 접근성이 용이한 시설물에 설치 <그림 2>RFID를 이용한 경계표석관리시스템 구성도 -xx-

홍수기 호내 홍수파 분석을 위한 통신망 및 관측시설 개선 -안정적인 데이터 송수신 체계구축을 위하여 1차년도 연구에서 구축한 수위계의 태양전지판과 충전용 배터리를 고용량 제품으로 교체하여 부조일수 5일 이상 운영 및 분단위 수위 관측이 가능하도록 하고, -각각 수집되어진 데이터는 Gateway의 CDMA Module을 통하여 원격지 모니터 링 서버로 전송되도록 구축하였음 <그림 3>개선 전 후 각 모듈 비교 <그림 4>수위관측 시스템 구성도 -xxi-

수치모형을 이용한 수면곡선 분석 -기존 수위기준( 07)과 정밀 수준측량( 08)적용 수위변화를 비교하였으며, 07년 실측자료(07.9.14~15,1,200CMS유입)를 이용하여 분석하였음 -각 지점별 수위차는 사근교 0.1m,용평대교 1.6m,죽도교 1.7m로 나타났음 14 15 14 15 (a)사근교 (a)수위기준 적용( 07) 14 15 14 15 (b)용평대교 (b)측량성과 적용( 08) 14 15 (c)죽도교 [지점별 수위변화] (b')수위 상승 구간 [수위변화 비교] -xxi-

-HEC-RAS를 이용한 부정류 모의 결과(모의 수위와 용담댐 수위 일치)과 각 지 점별 모의결과와 실측치 차이는 사근교 10cm,용평대교 및 죽도교는 30cm(기존 1.4m)로 나타났으며, -금년도 연구의 측량성과의 정도가 높음을 감안할 때 사근교까지는 용담댐에 의 한 배수위 영향을 받는 것으로 판단됨 14 15 (a)사근교 (a)홍수 전 후의 지점별 수위('07) 용담댐 사근교 용평대교 죽도교 14 15 (b)용평대교 (b)최심하상고 포함('08) 용담댐 사근교 용평대교 죽도교 14 15 (c)죽도교 [지점별 모의수위 결과] (b )최심하상고 제외 [수면곡선 비교] -유입량 분석 결과는 H-V곡선식 이용 수위차에 따른 유입량 차이를 분석하였으 며,1차년도 연구에서의 측량성과 적용시 죽도교,용평대교는 용담댐 유입량에 비해 35~40CMS정도 크며 사근교 지점에서는 최대 3CMS정도 작은 것으로 분석되었으나,(죽도교와 용평대교는 약 330만톤/day 정도 크며,사근교는 최대 15만톤/day작게 나타남) -2차년도 연구의 측량성과를 적용한 경우,홍수기간 동안 3개 수위표 지점 모두 용 담댐 유입량에 비해 3~10CMS정도 작게 나타남(30만톤~80만톤/day) -xx i-

- 07.9월의 경우 용담댐 유입량의 약 2% 정도에 해당하며 용담댐 저수량이 실제 보다 최대 2% 정도 크게 산정되고 있다고 볼 수 있음 (기존 측량성 (금회 ) 측량성 ) (기존 (금회 ) ) 측량성 측량성 14 15 (a)시간단위 (b)일단위 <그림 5>홍수기간 유입량 차이 비교 -1차원 모형에서는 하천이나 저수지의 각 단면별로 일정한 수위와 유속으로서 모의 하는 반면 2차원 모형에서는 각 단면에서 변화하는 수위와 유속 분포 결과를 추출 이 가능하여 저수지 단면의 수위분포를 작성하고 각 수위관측소에서 관측된 실측 값과 비교 검토 하여 2차원 수리모형의 적용성을 검토하였음 (a)유속 분포 (b)흐름방향 분포 (c)수위 분포 (d)수면고도 분포 <그림 6>홍수기 2차원 수리모의 결과 -xxiv-

2)홍수 도달시간 계측을 위한 센서기술 개발 가.세부 연구 내용 1차년도 연구에서는 USN RF방류노드,USN Gateway및 CDMA 기술,친환경 지관 부자,하류도달 시간 모의를 위한 수치모형(HEC-RAS)시범 적용하였으며, 2차년도 연구에서는 개발된 센서 기술을 무인계측이 가능하도록 H/W,S/W를 개선하여 자동화된 시스템을 구성하였으며,센서 부자의 유선 방향에 적합하게 흐를 수 있도록 개선하고,1차원 및 2차원 수리분석을 통하여 분석 결과의 신뢰 성을 확보하였음 나.연구 추진 결과 홍수파 자동 계측 위한 센서기술 개선 -USN 센서가 지관부자에 장착이 되어 투하되면 센서인식 MOTE가 설치된 곳에 서 USN망이 연결되고 USN 네트워크를 통해서 Gateway나 PDA로 도달시간 계측용 USN 센서정보가 전달되고, -PDA를 통해서 바로 확인할 수 있으며 Gateway에 연결된 CDMA모듈 또는 근거리 통신 무선브리지를 거쳐 Internet에 연결된 서버에서 댐방류수의 하류도달 시간이 자 동 계측될 수 있도록 H/W 및 S/W를 개선하여 시스템을 구성하였음 <그림 7>도달시간 계측용 모바일 시스템 구성 센서부자 모형 개선 -기존 센서부자의 방향타는 가로 127mm로 유하시 유속의 흐름에 일정하게 유하 하는 것이 아니라 특정방향으로 편중되어 유하되는 것을 일부 확인할 수 있었음 -이에 방향타 부분의 크기를 가로 104mm로 크기를 변경하여 휘어짐을 방지하고 보정계수 정량화를 위한 실험을 통하여 유하상의 문제가 발생하지 않도록 하였음 -xxv-

수치모형을 이용한 댐 방류수 유하시간 산정 -남한강 수계에 대하여 HEC-RAS,FLUMEN,센서부자 실측값을 이용하여 댐 방 류수가 하류까지 도달되는 시간에 대하여 구간별 상세 분석하여 홍수예경보 및 댐 운영에 반영될 수 있도록 하였음 -HEC-RAS모형을 이용한 부등류 해석 모의 결과의 검증은 06년부터 07년에 걸쳐 수행한 유하시간 실험결과를 이용하여 검증하였으며,FLUMEN 모형을 이용한 부정류 해석 모의 결 과의 검증은 07년에 수행한 유하시간 실험결과를 이용하여 검증하였음 -HEC-RAS모형을 이용한 부등류 모의를 통하여 대상 구간의 유하시간을 산정하였으며,부 등류 모의를 위하여 하천단면 지형자료는 하천정비기본계획보고서 상의 하천단면 측량자료 를 이용하였으며 유량경계조건은 댐 방류량,지류유입량을 사용하였음 -FLUMEN 모형을 이용한 부정류 모의를 통하여 대상 구간의 유하시간을 산정하 였으며,하천단면 지형자료는 HEC-RAS횡단면의 보간 및 3차원 좌표로의 변환 을 통해 구축하였으며,경계조건은 충주댐 방류량,각 지류의 측방유입량 및 하 류단 수위의 시계열 자료를 이용하였음 -HEC-RAS부등류 모의 결과와 FLUMEN 부정류 모의 결과를 봉부자 추적자 실 측자료를 통한 유하시간 결과를 비교한 결과 충원교 지점에서 여주대교 지점까 지 봉부자 유하시간은 11.5시간으로 산정되었고,HEC-RAS모형과 FLUMEN 모 형의 모의 결과는 각각 12.5시간과 14.0시간으로 산정되어 실측차가 모의치보다 유하시간이 빠른 것으로 나타났음 <표 6>남한강 유하시간 실측 및 모의 비교 주요 지점 2차 실험 결과 HEC-RAS FLUMEN 구간 누적 거리 거리 구간 구간 구간 구간 구간 구간 (km) (km) 평균유속 유하시간 평균유속 유하시간 평균유속 유하시간 (m/s) (hrs) (m/s) (hrs) (m/s) (hrs) 충주댐 0 0 - - - - - 충원교 1.5 1.5 - - 1.39 0.3 2.08 0.2 수행교 4.3 5.8 1.09 1.1 1.02 1.2 1.49 0.8 충주조정지댐 11.4 17.2 1.53 2.1 0.89 3.5 0.77 4.1 목계교 4.6 21.8 1.53 0.8 1.57 0.8 0.91 1.4 남한강교 23.8 45.6 1.45 4.6 1.85 3.6 1.50 4.4 이호대교 14.0 59.6 1.74 2.2 1.47 2.7 1.62 2.4 여주대교 4.0 63.6 1.63 0.7 1.59 0.7 1.23 0.9 -xxvi-

계열 상관 분석법에 의한 댐 방류수 유하시간 추정 -댐 방류수 유하시간은 초기유량이 수위국에 최초로 도달하는 시간이므로 이를 분석하 기 위해 방류량이 일정하다 증가하는 시점과 수위가 일정하다 증가하는 시점을 찾아 그 시간차를 댐 방류수 유하시간으로 결정하는 방법을 적용하였음 -한강수계의 3개 댐 지점(충주댐,소양강댐,팔당댐)의 계열 상관 분석법을 적용 하기 위해 충주댐조정지와 목계 수위관측소,소양강댐과 천전 수위관측소,팔당 댐과 팔당대교 수위관측소를 선정하였음 -수심 상관계수( )의 경우 충주댐조정지~목계 수위관측소는 0.95로 가장 높게 나 타났으며,소양강댐~천전 수위관측소는 0.24로 가장 낮게 나타났다.팔당댐~팔당대교 수위관측소는 0.62로 비교적 높은 정적 상관관계를 보이고 있음 -유하시간 상관계수( )의 경우 충주댐조정지~목계 수위관측소는 -0.70,소양 강댐~천전 수위관측소와 팔당댐~팔당대교 수위관측소는 -0.83으로 3개 댐 지점 모두 높은 부적 상관관계를 보이고 있음 -소양강댐~천전 수위관측소의 경우 수심 상관계수는 0.24로 낮은 정적 상관관계를 보인 반면 유하시간 상관계수는 -0.83으로 강한 부적 상관관계를 보이고 있음 <표 7>한강 수계 년도별 수심 및 유하시간 상관계수 년 도 (year) 충주댐조정지-목계 (4.6km) 수심 상관계수 유하시간 상관계수 소양강댐-천전 (2.6km) 수심 상관계수 유하시간 상관계수 팔당댐-팔당대교 (4.3km) 수심 상관계수 유하시간 상관계수 2007 0.89-0.78 0.48-0.80 0.48-0.74 2008 0.97-0.73 0.42-0.88 0.78-0.95 전체 0.95-0.70 0.24-0.83 0.62-0.83 (a)수심 상관계수 ( ) (b)유하시간 상관계수 ( ) <그림 8>한강 수계 년도별 상관계수 비교 -xxvi-

RFID/USN을 이용한 수자원시설 점검 및 관리기술 개선 1)세부 연구 내용 1차년도 연구에 의해 제작된 RFID를 활용하여 보다 체계적인 관리가 수행될 수 있는 개선 방안을 제시하고자 하며,이를 위해 적용상 문제점과 이를 해결하기 위한 상세방안을 정립하였으며, 수도시설 및 수자원시설에 적합한 RFID 테그 제시 및 이를 이용한 관리시스템을 개 발하여 확대 적용시 비용절감 및 활용에 기술력 확보 방안을 제시하였음 또한 RFID/USN 통합 운영될 수 있는 단말기를 제작 도입하여 시설물점검관리 와 작업자의 안전성을 동시에 확보할 수 있도록 하여 관리기술의 고도화를 도모 할 수 있는 방안을 제기하였음 현재 공사에서 관리하고 있는 광역관로의 밸브실 중 지대한 작업자의 안전을 위협하고 있는 시설에 대하여 조사하였으며,조사된 밸브실은 공기질이 매우 좋지 않은 상태로 점 검자가 업무를 수행할 수 있도록 USN을 이용한 대기질 측정 방법 개선 2)연구 추진 결과 수자원시설물 고유ID 부여 방법 제시 -수자원시설물 유일식별자(wRFID)는 총 8개의 필드로 구성하여 처음에 wrfid를 확 인하는 코드와 버전을 표시하는 코드를 넣고,나머지 7개의 필드로 수자원시설물의 종류,관리부서,일련번호 및 위치정보 및 기타 정보를 수록하였음 <표 8> wrfid 구분 구분 필드명 내용 1 수자원시설물 수자원시설물의 분류 체계 수자원 지리정보의 지형지물 기반 2 관리부서 수자원시설 관리 담당 부서 수자원시설물의 분류 및 부서별 분류기준 3 일련번호 일정구역 내부의 동일 지형지물 분류 임의 지역 표본 조사 및 분석 4 위치정보 수자원시설물의 위치정보 표시 초단위 격자 식별자 선정 5 고도정보 수자원시설물의 고도정보 표시 3차원 수자원시설물 표현방법 6 속성 프래그 수자원시설물의 다른 정보의 유무 다른 DB의 연결 및 추가 속성정보 7 오류확인 ID의 전송오류 확인 및 신뢰성 판단 기존 국내외 사례분석 -xxv i-

RFID를 이용한 시설물관리용 H/W,S/W를 구성 방안을 제시하였으며,지역관리 자,현장작업자,공사연계시스템으로 구성하여 응용,관리,통신 분야가 유기적으로 연계되어 시설물 관리에 체계성 확보가 가능할 것으로 판단됨 <그림 9>RFID 기반 점검관리 시스템 구성도 수자원시설물 적용에 적합한 RFID 테그 분석 <표 9>RFID 테그 비교 분석 종류 규격 장단점 적용분야 Range 단가 이미지 가격이 재고 및 1~1.5m 40~50원 Label -Gen2 저렴하나 홰손 자산관리 이동형리 (10만개 Tag -UHF(900MHz) 가능성이 있음, (종이박스,플 더 기준 이하) 방수안됨 라스틱박스) 70도 이상의 -Gen2 1~1.5m 60~80원 PVC 열에 약함 출입통제용 -UHF(900MHz) 이동형리 (10만개 Tag 금속면 부착시 으로 패용 -Size:86ⅹ54(mm)/2.7T 더 기준 이하) 인식률 저하 -Gen2 금속면에 -UHF(900MHz) 0.4~1m 80~90원 Lundury 활용가능, 철도청등 -Size:45ⅹ41(mm) 이동형리 (10만개 Tag 고리형태 자산관리 -Operationtemperature 더 기준 이하) 제작가능 :-40 ~150 -Gen2 3m(고정형 -UHF(900MHz) 금속면 피부착물이 2,0~3,0 Metal 리더) -Operation 부착가능 금속면인 (10만개 Tag 1m(이동형 temperature 가격이 높음 전분야 이하) 리더) : -30 ~200 -xxix-

RFID 적용은 전북지역본부 오산계통,황등계통,용안계통의 밸브실에 시범 적용 하였으며,밸브실에는 RFID 테그와 함께 주요 밸브실 안전성 평가가 필요한 대 상에 대해서는 USN을 이용하여 공기질 측정센서를 추가적으로 설치하여 운영될 수 있도록 하였음 RFID 기반 점검관리시스템 개발 및 USN 통합모듈 단말기 제작 -모바일 시스템 개발에 있어 H/W 장비는 작업자의 사용 편의를 위해 수자원 안전관리 시스템과 동시에 사용할 수 있는 USN/RFID 통합 리더를 사용하게 되며, -이 장비는 작업자가 수자원 시설물 점검 및 관리 작업을 할 경우 모바일 안전 관리시스템과 RFID 시스템 단말기 2종을 휴대해야 하는 불편을 줄이기 위해 단일 형태의 통합모듈로 휴대성과 활용성을 높인 장점이 있음 <그림 10> USN/RFID 통합모듈 제작 도면 <그림 11> USN/RFID 통합모듈 USN 기반 벨브실 대기질 안전성 확보를 위하여 RFID가 설치되는 전북지역본부의 신 규관로에 설치하였으며,운영상 발생되는 문제점을 개선하고,시스템 활용 방법 등에 대하여 매뉴얼 제작을 통하여 활용성을 높일 수 있도록 하였음 -xxx-

센서기술을 이용한 하천제방 안전관리 방법 개발 1)세부 연구 내용 최근 이상기후로 인하여 매년 하천제방 붕괴로 막대한 홍수피해가 발생하고 있 으며,하천제방 구조물의 안전성에 막대한 위험을 가중시키고 있어, 본 연구에서는 제방 구조물의 안전성을 상시 평가하고 관리할 수 있는 기술을 개발하여 공사 댐하류하천 정비사업 및 하천관리청의 하천정비기본계획 사업에 적용하고자 함 이를 위해,국내외 기술동향 및 사례분석하고,변위발생 및 안전성 모니터링을 위한 센서 기술 적용 방안 제시,센서 적용시 문제점 및 개선방안,분석방법을 제시하였음 2)연구목적 및 세부추진계획 본 연구는 1 u-it 센서기술을 이용하여 제방안전관리 기기 및 적용방법 개발 2 실시간 계측 정보를 이용한 안전성 평가 매뉴얼 및 기법 개발 3 안전이상 발생에 따른 대처 방법 제시 4 하천제방 안전성 정보의 실시간 모니터링 및 운 영기준 개발 5 상용화 및 확산 적용을 위한 표준적용 지침 개발을 목적으로 함 <표 10> 연차별 추진 계획 구 분 추 진 내 용 연구동향 및 사례분석 -국내외 제방안전관리 기술개발 동향 조사 -제방붕괴 피해사례 및 유형분석 하천제방 안전관리체계 구축을 위한 센서기술 시범적용 -취약구간 선정 및 현장여건을 고려한 적용 설계안 도출 -변위발생 기준점 설정을 위한 위치 측량 1차년도 -MEMS기반 변위측정 센서 도입 ( 08년) -간극수압 및 지하수위,강우량 측정용 계측장비 적용 -원활한 전원공급을 위한 Solar장치 설치 적용기술 개선 및 확장 방안 도출 -체계적인 통신(CDMA,USN 등)방법 개발 -안전모니터링을 위한 도입센서의 적정성 분석 -센서 적용시 문제점 및 개선방안,분석방법 정리 2차년도 ( 09년) 하천제방 안전성 평가 방법 제시 -DataLogger를 활용한 안전성 측정 및 실측값 비교 검토 -실시간 취득된 정보 이용 이상 발생과 연관성 분석 방법 개발 -주변 상황정보와 연계한 안전성 평가 매뉴얼 개발 -안전이상 발생에 따른 대처 방법 제시 미들웨어 및 Web기반의 실시간 안전모니터링 시스템 구축 -미들웨어를 이용하여 자료의 원활한 송수신 체계 수립 -취득 자료의 조회 및 관리,통계분석 등이 가능한 웹시스템 개발 -xxxi-

3)연구 추진 결과 국내외 기술개발 동향 분석 -국내에서 수행된 제방과 관련된 연구는 범람이나 제방 파괴에 의한 홍수파 전파 양상을 수치모의를 통해서 규명된 연구가 몇 차례 수행된 바 있고,제방자체의 파괴양상을 실험을 통해서 모의하여 제방 단면의 기하학적 특성과 축조재료 및 다짐도가 미치는 영향에 대해서 연구된 바 있으며, -구조물 접합부에 대한 관심이 높아졌지만,아직까지 제방 붕괴에 대한 근본적인 문제를 밝혀 대책을 수립하기에는 기초 자료가 부족한 형편이며 국외에서도 제 방과 관련되어 수행된 연구는 아직 한정되어 있음 <그림 12> 제방 및 사면안전관리 동향 국내외 제방설계기준 및 기준안전율,제방붕괴 피해사례 및 유형분류,제방안전 성 평가 방법 등을 조사 분석하여 유비쿼터스 센서를 이용하여 실시간 안전관리 가 가능한 방법론을 정립하였음 센서 기술 적용 방안 제시 -적용 범위 및 시스템 구성도 제방 및 각종 구조물의 안전 관리체계의 효율성 확보를 위하여 유비쿼터스 기반 기술의 시범적용을 통한 하천관리 업무 적용성 및 신뢰성을 검증 USN,CDMA,계측센서 등의 기술을 하천제방에 시범 적용하여 취득된 정보를 효율적으로 활용하기 위한 관리기법 및 운영방법 제시를 포함 -xxxi-

-추진전략 및 방법 <그림 13> 시스템 구성도 1차년도에는 실시간 하천제방안전관리 지침 개발 및 기술적용을 위한 u-it 센서 시범적용을 통한 개선방향을 제시하고,2차년도에는 1차년도 연구성과를 바탕으로 하천제방 안전성 평가 지침 및 실시간 모니터링 기술 개발 하천제방 안전진단 센서기술 및 기법 개발을 통한 과학적이고,선진화된 안전진단이 수행되어질 수 있도록 하여 불안정 제방에 대한 사전 감지가 가능하도록 하여 제방 붕괴의 위험을 감소시킬 수 있도록 함 하천제방의 안전성 확보를 위한 기술 개발을 실용화하기 위한 것이므로 연구결과는 하천관리를 수행하는 지방국토관리청, 지자체와 댐하류하천 정비를 수행하는 공사 댐 유역관리처의 하천정비에 반영될 수 있도록 실무적용 지침을 개발 -설치 방법 제방 안전관리용 계측 센서(2차년 연구에서 실제 적용을 통하여 안전성 평가 방법 도출) 구분 내용 비고 우량계 강우량 계측을 통한 상관 분석 자동경사계 사면활동의 변형위치(전단변형위치)나 변형량 관측 MEMS TDR(TimeDomainReflectometry)지중변위측정,토석류 및 낙석감시 시스템 활용 간극수압계 지반 내의 간극 수압의 증감에 따른 지반의 안정성 파악 신축계(차동트랜스) 지표면의 이동량과 종단 이동현상 및 LandslideBlock추정 지하수위계(차동트랜스)지하수위 상승으로 인한 하단부 침식 영향 관측 -무인 3차원 좌표 측정 시스템(광파) 신규 계측 항목 -광섬유를 이용한 변형 관측,지진계 -GPS를 이용한 변형 관측 -xxx i-

<그림 14> 변위측정 센서 적용 <그림 15>6자유도 센서 적용 <표 11>적용기술 비교 분석 결과 분 류 영상 스캐닝 광케이블 Sensor 6자유도 센서[MEMS]방식 차별화 핵심요소 측정 가능 항목 -화재,붕괴 -내공 변위계,온도계-변위,침하,균열,진동 -단일보드 멀티 센서 지원 -하나의센서로6자유도검출 -이종 센서 다수 탑재 지원 기술적 특성 -영상 분석을 통한 변화 감식 -광섬유센서를 파장 분석 -최신 MEMS기술 진동자 구성 -소형 센서로 다변위 측 통한 -자가전력,통신기술로 원격지 정 데이터 검출 기능 실시간 무선 모니터링 구현 시공 유지보수 편리성 비용 -주기적인 촬영 필요 -설치용이배선이필요없음 -시공 시 광케이블 - 임계치 S/W 설정 -구조물의 훼손 최소화 일렬 고정이 어려움 불가 -Meshnetwork형성 -데이터 로거 장비 1 -측정 장비 1개당 : 개당 :약 1.5억 -직선 1Km 0.7억원 약2.5억 -1Km당 광케이블 1가닥 :3억 -구축 비용 대폭 절감 -유지보수 비용 절감 -사후 복구 비용 절감 -핵심 센서기술 국산화 -수입 대체 비용 절감 기타 장/단 점 및 특징 -데이터로거 불필요 -비 실시간 /사전- 고가의 데이터로고 -미세변위 측정 분석 불가 별도 구매 -임계치 설정이 용이 - 주기적인 스캐닝 -접지 단선서 전체 -일부 유실에도 노드간 비용 발생 데이터 유실 점프가능 -각 노드에 데이터로거 기능 탑재 -실측 데이터 사전/후 감식 및 비교 분석 가능 -xxxiv-

설치 계획 단면도(제방 및 배수통문 인접 설치시) <그림 16> 제방 설치 배치 단면도 <그림 17> 배수통문 설치 배치 단면도 -xxxv-

ugi S기반의 관제시스템 시범 구축 1)세부 연구 내용 본 연구에서는 ui T 기술을 이용하여 수자원 및 수자원시설 관리를 위한 센서기 술을 개발하고,개발된 센서기술을 현장에 적용하여 실시간 취득된 센서 정보를 해석하고 분석하고 모니터링함으로써 관리업무의 과학적인 기반을 구축하고자 함 이를 위해 각 구축대상별 도입된 센서로부터 취득된 정보를 효율적으로 관리하 고 운영할 수 있는 관제시스템이 필요하며,이를 위해 당해 연도 연구에서는 USN,RFI D,CDMA,3 D GI S 등 유비쿼터스 기반 기술을 융합하고 관리할 수 있는 관제시스템을 설계하고 시범 구축함으로써 향후 확대하기 위한 방안을 제 시하고자 함 2)연구 추진 결과 3D GI S기반 관제시스템 구축을 위한 수자원시설물 3D 모델링 -기본 지형시설물과 수자원시설물의 경우 입체적 표현과 효율적인 시설물 관제 기반 구성을 위해서는 주요 시설물에 대한 3D 그래픽을 이용한 모델링이 필요 하며 이를 위해 수자원시설물에 대하여 3 D 모델링하였음 <그림 18>3D모델링( 교량) <그림 19>3D모델링( 배수통문) <그림 20>3D모델링( 댐) <그림 21> 3D모델링( 수도관로) -xxxvi-

시스템 설계 및 구현 -u-gis기반 수자원관제 시범시스템 개발에 필요한 GISDB 항목을 정의하고,정 의된 항목을 기준으로 검색,조회 등이 가능하도록 DB를 설계하였음 <표 12> u-gis시스템 DB 설계 내용 구분 레이어 내용 유형 번호 구분 레이어 레이어명 유형 RIM012 하천제방 선 1 발전용댐 D_BDAM 점 하천제방 RIM013 제방호안 선 2 다목적댐 D_DDAM 점 댐 하천부속물 RIM014 부속물_면 면 3 농업용댐 D_NDAM 점 RIM017 하천,연안구역 면 4 용수전용댐 D_YDAM 점 RIM018 하천예정지 면 5 정수장 F_CLEAR 점 하천자원 RIM019 폐천부지 면 6 상수도 배수지 F_DIST 점 RIM020 고수부지 면 7 시설 가압장 F_PRESS 점 RIM022 홍수범람구역 면 8 취수장 F_GATE 점 지적 RIM023 지적 면 9 저수지 D_RESV 점 RIM024 B 지번 점 10 배수장 F_DRAIN 점 RIM025 B 지형시설물명 점 11 농업수리 집수암거 F_GATH 점 RIM026 B 현하천 선 12 시설 보 F_POOL 선 RIM027 하천중심선 선 13 양배수장 F_PUDR 점 하천관련 RIM028 수위관측소 점 14 양수장 F_PUMP 점 RIM029 횡단측점 점 16 홍수예경보 O_FLOOD 점 RIM030 하천경계 선 17 국가지하수관측소 O_GROUND 점 RIM031 하천표석 점 18 수위관측소 O_LEVEL 점 19 수질관측소 O_QUAL 점 20 우량관측소 O_RAIN 점 - 위성영상은 LandSat(해상도 80m)을 21 기상관측소 O_WEAT 점 이용하여 한반도 전체 영역에 대해 22 늪/습지 T_DAMP 면 23 수자원단위지도-대권역 W_LBND 면 구축하고, 24 관측시설 수자원단위지도-중권역 W_MBND 면 25 유역경계 W_BOUN 면 -IKNOS(해상도 1m)를 사용하여 하천 26 국가하천 W_NATL 면 27 지방1급하천 W_FRST 면 권역별 한강,금강,낙동강,섬진강, 28 지방2급하천 W_SCND 면 영산강을 구축하여 시스템에 반영 29 실폭하천 W_RIVER 면 30 소하천 W_BROOK 선 31 유수방향 W_FLOW 선 37 제방 F_BANK 선 -시스템 구조 설계 및 전체 구성 개념도 <그림 22> 시스템 구조 설계 -xxxvi-

<그림 23>수자원 통합관제시스템 개념도 -시스템 기능 구현(수위분석,특정지점으로부터 영향권 버퍼분석,면적 및 거리계 산,하천 및 지형단면분석 등) <그림 24>공간분석 및 실시간 수자원 모니터링 기능 -xxxv i-

3)향후 개선 방향 본 연구에서는 u-gis 기반 수자원통합 관제시스템을 개발하기 위한 시범시스템 구축을 통한 기반을 구축하였으며,이 시스템을 통해 국내외 GIS 기술 개발 동 향을 고려하여 다양한 융복합 기술 적용을 위한 기틀을 마련해 나가야 할 것임 이를 위해 차년도 과제에서는 3D GIS와 Web2.0접목을 통한 차세대 관리시스 템 개발을 목표로 OpenAPI,Mashup,GoogleEarth,MSVirtualEarth등 최신 웹GIS및 IT 기술을 접목 방안 제시 및 시스템 개발을 추진하고,실시간 수자원 분석 결과 가시화 및 통계분석이 가능한 기능을 개발해야 할 것이며, 또한 RFID,USN 등에 의해 취득된 수자원 정보의 분석 및 통계처리를 위한 관 리기능을 개발하고,웹기반 시설물 관리 및 관제 기술 개발을 위한 H/W,S/W 플랫폼을 설계 개발하여야 할 것임 -xxxix-

7.연구결과 공사에서는 수자원의 효율적 관리와 관리기술의 선진화를 구현하기 위하여 06년 u-kwater구현을 위한 유비쿼터스 전략계획 을 수립하였으며,그 일환으로 07년 시범 연구계획을 수립하여 실질적인 수자원분야 도입을 통한 공사업무의 효율성 및 경제적 효 과 등을 검토할 수 있는 연구를 진행하였다.시범 연구 수행을 통해 현재 공사에는 수자 원관리를 위하여 운영되고 있는 센서 및 통신,그리고 센서정보의 해석에 관한 분석 방법 을 도출하고,실시간 수자원 및 수자원시설물 관리를 위한 센서기술의 정의와 구체적인 설계가 필요하였다.또한,RFID,USN,BcN,GIS,LBS,융복합 기술 등 유비쿼터스 IT 핵 심 기술을 접목하여 수계단위의 수자원 및 수도 관련 수문 및 시설물 정보 등에 관한 정 보는 물론 시설물의 안전과 기능적 정상유무 등을 파악할 수 있는 차세대 수자원 관리기 술 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다. 본 연구의 목적은 유비쿼터스 기반 하천 및 수도정보의 실시간 상황모니터링,수자원 시설물관리체계 구축 등 u-it 기술을 이용한 시범적용을 통하여 수자원분야에 확대 적용 함에 있어 효율적인 적용이 가능하도록 하여 지능화된 수자원 및 수자원시설관리 방법을 제시하는 것이다.이를 위해 1차년도에는 국내외 연구동향 및 현업사용자 요구사항 분석 을 통하여 공사 우선 도입을 위한 과업을 선정하고,유비쿼터스 기술을 이용하여 댐 저수 지 수위관측 방법 및 댐 방류수 추척을 위한 센서기술을 개발하였다.또한,수자원시설물 점검정비 효율성 확보 및 작업자의 안정성 확보를 위한 RFID/USN 적용 기술을 개발하 였다.2차년도에는 전차년도 연구 개발된 센서 기술을 근간으로 실질적인 현장 적용을 통 한 운영상 문제점 개선 및 실용화를 위한 체계적인 구축 방안 모색하고자 하였으며,수자 원시설의 관리체계의 선진화된 운영기틀 마련하여 이를 활용할 수 있는 방안을 제시함으 로써 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1.유비쿼터스 기반 기술은 급속도로 진화하고 있으며,최신 u-it기술을 수자원 및 수자 원관리에 접목하여 공사의 관리기술을 고도화할 수 있는 방안 모색이 시급하다.이에 따라 1차년도 연구에서는 수자원분야 유비쿼터스 기술 적용을 위하여 수요조사 및 시범 적용대 상을 선정하고,선정된 대상에 적용하기 위한 센서기술을 시범 적용하였다.그러나 시범적 용 후 발생하는 문제점과 향후 확장하여 실용화 할 수 있는 기술 검토가 필요하였으며,2차 년도 연구에서는 기 도입된 관리기술에서 발생된 문제점을 개선할 수 있는 방안 마련과 더 불어 센서기술 개선 및 유비쿼터스 기술 운영 지침을 개발하여 현업부서에서 즉시 활용할 수 있도록 실용화를 도모하였다. -xl-

2.1차년도 연구에서는 댐축 수위를 이용하여 유입량 산정하는 문제점을 해결하기 위 하여 유비쿼터스 기술인 USN,CDMA 등의 센서 및 통신기술을 적용하여 안정적인 실시 간 수위모니터링이 가능하도록 호내 4개(죽도교,용평대교,갈두교,사근교)의 수위관측지 점을 확대하였다.그러나 댐유역의 정확한 측량 기준점 부재로 인하여 평수기 댐축의 수 위자료를 환산하여 수위계 영점을 설정함으로써 정확한 수위자료 취득에 어려움이 있었 다.따라서 본 연구에서는 우선적으로 수위계가 설치되어 있는 4개 지점 36km 구간에 대 하여 정밀 노선측량을 수행하여 수위관측의 신뢰성을 확보할 수 있었다.또한 관측된 수 위자료를 이용하여 1차원(HEC-RAS),2차원(SMS-RMA2)수치모형을 적용하여 호내 수면 프로파일 분석을 통한 댐 유입량을 산정하였다.HEC-RAS모형은 1차원 수리모의가 가능 한 모형으로서 저수지 상류로부터 하류까지의 수직적인 수면곡선 분포를 모의할 수 있는 반면 SMS-RMA2모형은 2차원 수리모의가 가능하여 저수지의 각 단면별 수면곡선 및 수 위,유속 분포의 모의가 가능하였다.본 연구에서는 SMS-RMA2모형을 이용하여 용담댐 저수지의 수면곡선을 추적하고 4개의 수위관측소(죽도교,용평대교,사근교,갈두교)가 설 치된 저수지 단면의 수위분포를 작성하고 각 수위관측소에서 관측된 실측값과 비교 검토 하여 2차원 수리모형의 적용성을 검토하였다.댐 저수지 정확한 수치모형 구축을 통하여 홍수 댐 유입량 산정의 신뢰성 높은 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다 3.댐 방류수 추적 기술 개발을 위하여 1차년도 연구에서 USN 방류노드,인식노드,PDA 시스템을 구축하였으며,센서부자를 이용하여 홍수기 댐 방류시 충주댐하류 및 대청댐하류 에 대하여 하류도달시간을 계측하였다.또한 1차원 수치모형을 시범 적용하여 유하시간을 산정하였으나 매개변수 보정 및 지형자료 보완 등 추가적인 모형 개선이 필요하였다.이에 따라 2차년도 연구에서는 하천 전구간에서 센서부자가 유선에 따라 원활하게 흐를 수 있도 록 모형을 개선하였으며,센서부자를 이용하여 무인 자동화된 실시간 계측체계 구축을 위하 여 통신 및 관측 방법 등을 개선하여 계측에 필요한 자원을 최소화될 수 있도록 하였다.또 한,1차원 모형(HEC-RAS)분석의 한계를 개선하기 위하여 2차원 수치모형(FLUMEN)을 적 용하여 하천전구간의 유속분포와 흐름 방향성 등을 분석하였다.이러한 댐 방류수 하도 추 적 기술은 기존 홍수예경보 자료를 보완할 수 있는 유비쿼터스 기반 실측기술로 홍수예경 보의 신뢰성을 확보하고 홍수기 댐 운영의 효율성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 금년도 연구에서는 홍수사상 미발생으로 인하여 댐 방류가 발생하지 않아 실측이 이루어 지지 않았으나,향후 지속적인 시계열 실측자료의 확보와 하천 전구간에 대한 유수흐름 특성을 실측하여 정확한 댐 방류수 유하 특성 분석이 이루어 질 것으로 판단된다.이러한 -xli-

자동화된 실측기술은 금년 발생한 낙동강 페놀 유출사건에서와 같이 하류도달시간을 사 전예측하고 실측할 수 있는 분야에 적용이 가능하여 오염원 차단 및 긴급한 상황을 신속 하게 대처할 수 있어 수자원 전문기관으로써 위상을 제고할 수 있을 것으로 기대된다. 4.수자원시설의 체계적인 관리체계 구축을 위하여 1차년도 수자원관리용 RFID 테그 제작 및 수도시설 안전성 확보 기술 개발하여 수도시설의 점검관리를 수행하는 현장관리 자의 업무효율을 향상 시킬 수 있는 기반을 구축하였다.2차년도 연구에서는 기 도입된 RFID 테그와 USN 기술을 현장에 원활하게 활용하기 위하여 개선 방안을 검토하였으며, 검토결과 RFID의 경우 수도시설물 점검관리자가 직접 현장에 출동하여 상세한 점검정비 가 이루어 질 수 있도록 하기 위해 센서 인식거리를 기존 2~5m에서 0.3m내로 단축하였 으며,현장 점검정비 내용을 입력하고 조회하고 저장할 수 있도록 RFID 기반 모바일 시 스템을 시범 구축하였다.또한,기 개발된 시스템의 경우 국내외 통합모듈로 구성된 단말 기가 개발되지 않아 시설물 점검관리에 사용하는 RFID 리더기와 밸브실 안전성 확보를 위한 휴대용 모바일 단말기가 별도로 운영되어 사용자 운영환경에 불편함을 초래하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 수자원시설 점검관리와 밸브실 대기질 정 보를 동시에 조회하고 관리할 수 있는 RFID/USN 통합 리더기를 제작하여 적용함으로써 현장작업자의 관리업무의 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다. 5.최근 이상기후로 인하여 매년 하천제방 붕괴로 막대한 홍수피해가 발생하고 있으 며,하천제방 구조물의 안전성에 막대한 위험을 가중시키고 있다.본 연구에서는 제방 구 조물의 안전성을 상시 평가하고 관리할 수 있는 기술을 개발하여 공사 댐하류하천 정비 사업 및 하천관리청의 하천정비기본계획 사업에 적용하고자 한다.이를 위해,국내외 기 술동향 및 사례분석하고,변위발생 및 안전성 모니터링을 위한 센서 기술 적용 방안 제 시,센서 적용시 문제점 및 개선방안,분석방법 제시 등의 수행하였다.이를 통해 연구성 과 달성을 위한 내용을 구체화하고 홍수피해 경감을 위한 구조적 대책 수립과 현장적용 및 실용화를 달성하기 위한 전략수립이 가능하였으며,이를 기반으로 공사 하천관리 기술 의 기술역량을 강화하여 하천사업 영역 확장에 있어 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 6.차세대 수자원시설의 체계적인 관리기술을 제시하기 위하여 3D 모델링 기술을 이용 한 운영방법 모델링,u-IT 기술을 이용하여 수자원 및 수자원시설 관리를 위한 센서기술 을 개발하고,개발된 센서기술을 현장에 적용하여 실시간 취득된 센서 정보를 해석하고 분석하고 모니터링하여 관리업무의 과학적인 기반을 구축하였다.이를 위해 각 구축대상 -xli-

별 도입된 센서로부터 취득된 정보를 효율적으로 관리하고 운영할 뿐만 아니라,관리자가 의사결정 수립시 지원할 수 있는 관제시스템이 필요하며,이를 위해 당해 연도 연구에서 는 USN,RFID,CDMA,3D GIS 등 유비쿼터스 기반 기술을 융합하고 관리할 수 있는 관제시스템을 설계하고 시범 구축함으로써 향후 확대하기 위한 방안을 제시하였다.3D GIS를 이용한 수자원 및 수자원시설 관제시스템은 현장 적용시 가시적으로 시설물을 조회 하고 관리하게 됨으로써 업무 효율 향상에 기여하고,지속적인 관측 및 예측 기술이 가능하 여 긴급 상황시 신속한 대처가 가능하도록 하여 의사결정지원에 기여할 수 있을 것으로 사 료된다. 7.u-IT기술을 이용한 수자원관측기술,USN을 이용한 하천 및 하천관리기술 개발,USN 을 이용한 수도시설관리 방법 등에 대하여 현업에서 효율적이고 편리하게 활용할 수 있도 록 사용자 매뉴얼을 제작하여 운영방법에 대하여 교육하고,연구성과에 대한 특허,상품등 록,프로그램 등록,기술이전 등을 수행하여 연구성과 실용화 및 상용화될 수 있도록 추진 하였다. -xli-

8. Abstracts K-Waterhad established Ubiquitousstrategicplanforembodyingu-Kwater butin substance productionsand applicationsofa projectforinduction in waterresource filed did notapplied.soithasbeen needed toresearch tostudythetaskeficiency and the economicalefectivenessthrough inducting the ubiquitoustechnology.also curently,forwaterresourcemanagementthevarioussystemsareoperated butthe technology developmentand induction ofthesensornetworking and theanalysisof thesensordatainsuficient,so thehelpfulinformation forrealtimemanagementof water resource and equipments is not enough.besides, recently the ubiquitous technology is applied at al society fields, therefore the development of the technology which can monitorand analyze the quality and quantity ofthe water resourceandthestatusofwatermanagementequipmentsisneedmuchmore. Sothisstudypresentinteligentwaterand waterequipmentsmanagementmethods forusing IT such asrealtime monitoring,the waterresource managementpartof knowledgeand so on.through this,atask fortheinduction wasselected from the trend oftheinsideand outsideofthecountryand thedemand ofend userand real time water monitoring system was developed from dam waterlevelmeasurement method and floodwater survey method using the ubiquitous technology. Also, RFID/USN technology wasdeveloped forsecuring thewaterequipmentmanagement efectivenessand theworkersafety and themethodsforadvanced operating ofthe waterresourcemanagementbodyofknowledgewaspresented -xliv-

목 차 요 약 문(1차년도) ⅰ 요 약 문(2차년도) ⅹⅴ 목 차 44 표 목 차 47 그 림 목 차 53 제 1장 서론 1 1.1연구배경 1 1.2연구목적 2 1.3주요 연구내용 2 1.4유비쿼터스 구축 대상 4 1.5연구 추진 체계 5 제 2장 국내외 기술동향 및 연구 사례 분석 6 2.1국내 외 USN을 이용한 시설물 관리 구축사례 6 2.2유비쿼터스 기술 이용 상 하수도 연구 사례 29 제 3장 u-it 기술을 이용한 수자원관측 방법 개발 34 3.1홍수기 댐 유입량 산정 개선을 위한 수위관측 기술 적용 34 3.1.1현황 및 적용 방향 34 3.1.2수위관측 개선을 위한 수준측량 38 3.1.3u-IT기술을 이용한 댐 유역 경계표석관리 방법 55 3.1.4홍수파 분석을 위한 통신망 및 관측시설 개선 보완 62 3.1.5댐저수지 수위예측 모형 적용 72 3.1.6대상 저수지 및 모형의 입력자료 구축 81 3.1.7저수지 내의 수면곡선 추적 및 고찰 87 -xlv-

3.1.82차원 수면곡선 추적을 위한 SMS-RMA2모형 적용 98 3.2홍수 도달시간 계측을 위한 센서기술 개발 109 3.2.1현황 및 적용 방향 109 3.2.2홍수파 자동계측을 위한 센서기술 개선 112 3.2.3센서부자 모형개선 117 3.2.4댐 방류수의 유하시간 산정 120 제 4장 RFID/USN을 이용한 수자원시설 점검 및 관리기술 개선 178 4.1RFID를 이용한 수자원시설 점검 및 관리기술 개선 178 4.1.1현황 및 적용 방향 178 4.1.2수자원시설물 고유ID 부여 방법 183 4.1.3수도시설적용을 위한 RFID Tag개선 및 이전 설치 186 4.1.4RFID 점검관리용 시스템 개발 190 4.2USN을 이용한 수도시설 안전성 확보기술 개선 195 4.2.1현행업무 및 주요 문제점 195 4.2.2u-IT 기술 적용 방향 198 4.2.3공기질 단말기 현황 조사 200 4.2.4점검관리방법 적용(이동식 점검관리 시스템) 203 제 5장 센서기술을 이용한 하천제방 안전관리 방법 개발 205 5.1개요 205 5.1.1배경 및 필요성 205 5.1.2추진 목적 및 내용 206 5.2기술동향 및 관련 기준 분석 207 5.2.1국내외 기술개발 현황 207 5.2.2하천제방 관련 기준 및 기술 동향 209 5.2.3기준 안전율 212 5.3제방붕괴 피해사례 및 유형분류 216 5.3.1제방피해 현황 216 -xlvi-

5.3.2제방 붕괴 특성 및 피해사례 217 5.3.3제방 붕괴 유형 분류 218 5.4제방 안전성 평가 방법 219 5.4.1제방설계를 위한 안전성 평가 방법 219 5.4.2하천제방 안전진단 기법 및 계측 기기 224 5.4.3실시간 모니터링 방법 226 5.5센서기술 적용 방안 제시 227 5.5.1적용범위 및 시스템 구성도 227 5.5.2센서기술 적용 방안 230 제 6장 u-gis기반의 관제시스템 시범 구축 243 6.1배경 및 필요성 243 6.2기술동향 및 적용기술 분석 244 6.2.1u-GIS기반 관제시스템 동향 244 6.2.2Web2.0및 Mashup기술 252 6.2.33D GIS적용 기술 분석 254 6.33D 수자원시설물 모델링 261 6.3.13D 모델링 기법 개요 261 6.3.2수자원시설물 3D 모델링 263 6.4u-GIS시스템 설계 및 구현 269 6.4.1u-GIS개념 및 시스템 설계 방법 269 6.4.1DB 설계 및 구축 274 6.4.2시스템 기능 설계 276 6.4.3시스템 기능 구현 356 6.5향후 개선 방향 375 제 7장 맺음말 376 참 고 문 헌 380 -xlvi-

표 목 차 <표 1.1> 주요 연구내용 3 <표 2.1> 센서 활용분야 20 <표 3.1> 수위관측지점 수준측량 현황 39 <표 3.2> 실측 수위자료 및 경계표석을 이용한 검증 결과 40 <표 3.3> 관측소별 영점 결과 40 <표 3.4> 용담댐~갈두교 측량 현황 41 <표 3.5> 갈두교~용담댐 측량 현황 45 <표 3.6> 용평대교~죽도교 측량 현황 49 <표 3.7> 죽도교~용평대교 측량 현황 51 <표 3.8> 수준측량 검측 결과(1) 53 <표 3.9> 수준측량 검측 결과(2) 53 <표 3.10> 수준측량 검측 결과(3) 53 <표 3.11> 수준측량 검측 결과(4) 54 <표 3.12> u-it 적용 경계표석 설치시 고려 사항 59 <표 3.13> 태양전지 개요 64 <표 3.14> 배터리 개요 65 <표 3.14> USN GatewayH/W 구성 내용 68 <표 3.15> USN GatewayS/W 구성 내용 69 <표 3.16> 부정류 모의를 위한 흐름경계조건 85 <표 3.17> 천천,동향수위국 지점의 수위-유량곡선식 85 <표 3.18> 경계조건 생성에 이용된 지류 유역면적비 85 <표 3.19> 기존 지관부자 보정계수 118 <표 3.20>센서부자와 지관부자의 실험결과 118 <표 3.21> 한강 유역 특성인자 (건설교통부,2006) 134 <표 3.22> 2차원 지형 격자 생성 결과 141 <표 3.23> 연구 대상 구간 주요 지점의 누가거리 (km) 141 -xlv i-

<표 3.24> 부등류 모의를 위한 흐름 경계조건 142 <표 3.25> 측방유입량 산정을 위한 수위국지점의 수위-유량곡선식 143 <표 3.26> 측방유입량의 본류 합류시간 산정 143 <표 3.27> 자연하천에서의 조도계수 (한국수자원학회,2005) 146 <표 3.28> 남한강 수계의 부등류 모의 결과 149 <표 3.29> 남한강 수계의 부정류 모의 결과 150 <표 3.30> 남한강 유하시간 실측 및 모의 비교 161 <표 3.31> 상관계수의 해석 163 <표 3.32>대상 구간 상관관계 분석에 이용된 방류량별 수심 및 유하시간 자료 165 <표 3.33> 대상 구간 수위관측소별 수심 및 유하시간 상관계수 169 <표 3.34>한강 수계 상관관계 분석에 이용된 방류량별 수심 및 유하시간 자료 172 <표 3.35> 한강 수계 년도별 수심 및 유하시간 상관계수 176 <표 4.1> 수자원시설물의 지형지물 184 <표 4.2> wrfid 구분 185 <표 4.4>RFID 테그 비교 분석 188 <표 4.5> 밸브실 사망사고 개요 196 <표 4.6> 세부 추진 방안 197 <표 5.1> 연차별 연구 내용 206 <표 5.2> 국내외 설계기준 검토 내용 209 <표 5.3> 제방 붕외 사례 211 <표 5.4> 국내 활동에 대한 기준안전율 212 <표 5.5> 일본 활동에 대한 기준안전율 212 <표 5.6> 활동에 대한 안전율 계산 결과-예 213 <표 5.7> 파이핑 기준안전율 213 <표 5.8> 일본의 파이핑에 대한 기준안전율 규정 214 <표 5.9> 파이핑 적용성 검토-예 214 <표 5.10> 침식에 대한 안전성 평가기법 적용 지점 215 <표 5.11> 1980년 이후 홍수 발생 하천 및 피해액(2003년 물가 기준) 216 <표 5.12> 제방 붕괴 유형 분류 218 -xlix-

<표 5.13> 우리나라,일본 및 미국의 제방단면 형상 규정 비교 222 <표 5.14> 한국,일본,미국의 안전성 평가법의 기준치 비교 223 <표 5.15> 제방 사면 안전성 검토를 위한 계측기기 224 <표 5.16> 모니터링 항목 226 <표 5.17> 제방안전관리용 계측 센서 227 <표 5.18> 적용기술 비교 분석 결과 237 <표 5.19> 제품별 이미지 및 단면도 240 <표 6.1> 해외 u-city추진 현황 244 <표 6.2> 개발형태별 u-city대상 분류 248 <표 6.3> 지역별 u-city추진 현황 249 <표 6.4> u-city도시통합운영센터 추진 현황 250 <표 6.5> 지자체별 도시정보시스템 구축 현황 251 <표 6.6>3D GISS/W 특징 비교 255 <표 6.7>3D GISS/W 사양 비교 256 <표 6.8> 3DViz주요 기능 259 <표 6.9> 하천정보(RIMGIS& 우리가람길라잡이)레이어 274 <표 6.10> 기본 지형도 레이어 275 <표 6.11> 사용자 권한의 정의 278 <표 6.12> 모니터링 Total 279 <표 6.13> 경고처리 280 <표 6.14> 지점위치 변경 281 <표 6.15> 지점 모니터링 282 <표 6.16> 센서 세부 정보 283 <표 6.17> 화면 설정 변경 284 <표 6.18> 노드 위치 저장 285 <표 6.19> 배경 이미지 변경 285 <표 6.20> 배경이미지 업로드 286 <표 6.21> 통계데이터 조회 287 <표 6.22> 통계 데이터 엑셀출력 288 -l-

<표 6.23> 노드변경현황 289 <표 6.24> 노드변경 입력 290 <표 6.25> 노드 변경수정 290 <표 6.26> 노드 변경삭제 291 <표 6.27> 기본 환경 저장 292 <표 6.28> 그룹명 수정 293 <표 6.29> 지점추가 294 <표 6.30> 지점명 수정 294 <표 6.31> 지점삭제 295 <표 6.32> 노드설정 저장 295 <표 6.33> 사용자 삭제 296 <표 6.34> 사용자 정보관리 296 <표 6.35> 사용자 정보 수정 297 <표 6.36> 회원가입 298 <표 6.37> 비밀번호 찾기 298 <표 6.38> ID 중복체크 299 <표 6.39> ID 찾기 299 <표 6.40> 로그인 300 <표 6.41> 테이블 목록 301 <표 6.42> 기본설정 테이블 302 <표 6.43> 그룹정보 테이블 303 <표 6.44> 그래프 데이터취합 테이블 305 <표 6.45> 사용자 정보 테이블 307 <표 6.46> 최신센서 정보테이블 307 <표 6.47> 미들웨어 환경설정 테이블 312 <표 6.48> 센서정보 테이블 315 <표 6.49> 노드정보 테이블 317 <표 6.50> 모니터링 Total 319 <표 6.51> 경고처리 320 -li-

<표 6.52> 지점위치 변경 321 <표 6.53> 지점 모니터링 322 <표 6.54> 센서 세부 정보 323 <표 6.55> 화면 설정 변경 324 <표 6.56> 노드 위치 저장 324 <표 6.57> 배경 이미지 변경 325 <표 6.58> 배경이미지 업로드 325 <표 6.59> 통계데이터 조회 326 <표 6.60> 통계 데이터 엑셀출력 327 <표 6.61> 노드변경현황 328 <표 6.62> 노드변경 입력 328 <표 6.63> 노드 변경수정 329 <표 6.64> 노드 변경삭제 329 <표 6.65> 기본 환경 저장 330 <표 6.66> 그룹명 수정 331 <표 6.67> 지점추가 332 <표 6.68> 지점명 수정 332 <표 6.69> 지점삭제 333 <표 6.70> 노드설정 저장 333 <표 6.71> 사용자 삭제 334 <표 6.72> 사용자 정보관리 334 <표 6.73> 사용자 정보 수정 335 <표 6.74> 회원가입 336 <표 6.75> 비밀번호 찾기 336 <표 6.76> ID 중복체크 337 <표 6.77> ID 찾기 337 <표 6.78> 로그인 338 <표 6.79> 테이블 목록 339 <표 6.80> 기본설정 테이블 340 -li-

<표 6.81> 그룹정보 테이블 341 <표 6.82> 그래프 데이터취합 테이블 343 <표 6.83> 사용자 정보 테이블 344 <표 6.84> 최신센서 정보테이블 344 <표 6.85> 미들웨어 환경설정 테이블 349 <표 6.86> 센서정보 테이블 352 <표 6.87> 노드정보 테이블 354 <표 6.88> 로그인 기능구현 356 <표 6.89> 회원가입 기능구현 357 <표 6.90> 아이디 찾기 기능구현 358 <표 6.91> 비밀번호찾기 기능구현 359 <표 6.92> 맨홀 실시간 모니터링 기능구현 360 <표 6.93> 수위/수온 모니터링 기능구현 361 <표 6.94> 통계 및 현황 기능구현 362 <표 6.95> 기본환경설정 기능구현 363 <표 6.96> 노드관리 기능구현 364 <표 6.97> 사용자관리 기능구현 365 <표 6.98> 기본화면 기능구현 366 <표 6.99> 사용자 정보변경 기능구현 367 -li-

그 림 목 차 <그림 1.1> u-kwater유비쿼터스 구축 대상 4 <그림 2.1> 국내의 USN 응용서비스 전망 6 <그림 2.2> 2007년 정보통신부 USN 시범 사업 7 <그림 2.3> 2006USN 현장실험 8 <그림 2.4> 지하수 모니터링 시스템 구성도 9 <그림 2.5> 시스템 구축 개념도 10 <그림 2.6> 기존 업무와 USN 시스템 비교 10 <그림 2.7> 하천생태복원 모니터링 시스템 구성도 11 <그림 2.8> 해양안전관리 시스템 구성도 12 <그림 2.9> 울릉도 하천범람 조기예보시스템 구성도 13 <그림 2.10> 독도 접안시설 지원 시스템 구성도 14 <그림 2.11> ALL-IP기반 USN 관측 시스템 15 <그림 2.12> 콘크리트구조물 양생이력 모니터링 시스템 15 <그림 2.13> 불국사 문화재 관리시스템 구성도 16 <그림 2.14> 현장실험 설치장비 16 <그림 2.15> u-port시스템 구성도 17 <그림 2.16> 고속도로 시설물 관리 시스템 개념도 18 <그림 2.17> 지상시설물 USN 적용예시 19 <그림 2.18> 지하시설물 USN 적용예시 19 <그림 2.19> 센서 활용분야 20 <그림 2.20> 상수도 누설관리 21 <그림 2.21> 전력선 관리 21 <그림 2.22> 도시가스 관리 22 <그림 2.23> 댐,강하천 수위관리 22 <그림 2.24> 하수처리장,지하수 관리 23 <그림 2.25> 소화조 제어 시스템 23 -liv-

<그림 2.26> Geo-fencing서비스의 구동예제 24 <그림 2.27> WirelessPlantMonitoringSystem 구성도 26 <그림 2.28> 모트(Motes)센서와 설치모습 27 <그림 3.1> u-it 적용 수위관측 및 유입량계산 방법 개선 방안 36 <그림 3.2> 저수지 유입량 계산방법 개선을 위한 적용센서 및 기술 37 <그림 3.3> 저수지 유입량 산정 개선을 위한 세부 추진방안 37 <그림 3.4> 대한지적공사에서 개발한 지적전자기준점 57 <그림 3.5> RFID가 설치된 부산광역시 도시기준점 57 <그림 3.6> 일본 고베시에 설치된 인텔리전트기준점 58 <그림 3.7> RFID를 이용한 경계표석관리시스템 구성도 60 <그림 3.8> 수위관측소 설치 현황 62 <그림 3.9> 개선 전 후 각 모듈 비교 63 <그림 3.10> 작업과정 63 <그림 3.11> HS-55W 태양전지 64 <그림 3.12> HI-CA45산업용 배터리 65 <그림 3.13> 모니터링 화면 66 <그림 3.14> 수위관측 시스템 구성도 67 <그림 3.15> USN GatewayPartBlockdiagram 70 <그림 3.16> USN NodeManager구성도 71 <그림 3.17> 흐름의 분기 및 합류 77 <그림 3.18> 대상 저수지 수위관측소 현황 (용담댐 유역) 82 <그림 3.21> 상류단 및 측방 유량 경계조건 86 <그림 3.22> 하류단 수위 경계조건 86 <그림 3.27> 용담댐 수위-저수량 곡선식 94 <그림 3.28> 홍수기간 유입량 차이 (기존 측량성과 적용) 95 <그림 3.29> 홍수기간 유입량 차이 (금회 측량성과 적용) 96 <그림 3.30> 홍수기간 유입량 차이 비교 97 <그림 3.31> 2차원 수리모의를 위한 유한요소망 구축 (용담댐 저수지) 100 <그림 3.32> 흐름관련 매개변수 개념도 101 -lv-

<그림 3.33> 홍수기 2차원 수리모의 결과 103 <그림 3.34> 평상시 2차원 수리모의 결과 104 <그림 3.35> 죽도교 수위관측소 지점의 단면 수리특성 105 <그림 3.36> 용평대교 수위관측소 지점의 단면 수리특성 106 <그림 3.37> 갈두교 수위관측소 지점의 단면 수리특성 107 <그림 3.38> 사근교 수위관측소 지점의 단면 수리특성 108 <그림 3.39> 홍수 도달시간 계측 방법 개선 방안 110 <그림 3.40> 홍수파 추적을 위한 센서 적용 기술 111 <그림 3.41> 홍수파 추적 세부 추진방안 111 <그림 3.42> 도달시간 계측용 모바일 시스템 구성 112 <그림 3.43> 모바일 계측시스템 구성 113 <그림 3.44> 모바일 계측시스템 연결도 114 <그림 3.45> 모바일 계측시스템을 방수팩에 넣은 모습 114 <그림 3.46> PDA 도달시간 계측 화면 116 <그림 3.47> 센서부자 모형 개선 내용 117 <그림 3.48> 테스트 실험 전경 119 <그림 3.49> 에너지 방정식의 도식화 122 <그림 3.50> 하도단면의 모식도 123 <그림 3.51> FLUMEN 모형의 좌표계 및 변수 126 <그림 3.52> 삼각 격자망 (TriangularMesh) 129 <그림 3.53> 한강 유역도 (건설교통부,2006) 135 <그림 3.54> 남한강 수계 연구 대상 구간 (충주댐~이포대교) 136 <그림 3.55> 남한강 수계의 1차원 지형자료 구축 138 <그림 3.56> 한남한강 수계의 2차원 지형자료 구축 140 <그림 3.57> 상류단 유량 경계조건 143 <그림 3.58> 측방유입 유량 경계조건 144 <그림 3.59> 하류단 수위 경계조건 144 <그림 3.60> 남한강 수계의 흐름특성 분석 148 <그림 3.61> 댐 방류수 유하시간 (충원교,0.2h) 151 -lvi-

<그림 3.62> 댐 방류수 유하시간 (수행교,1.0h) 152 <그림 3.63> 댐 방류수 유하시간 (달천 합류부,3.0h) 153 <그림 3.64> 댐 방류수 유하시간 (충주조정지댐,5.1h) 154 <그림 3.65> 댐 방류수 유하시간 (목계교,6.5h) 155 <그림 3.66> 댐 방류수 유하시간 (남한강교,10.9h) 156 <그림 3.67> 댐 방류수 유하시간 (섬강 합류부,11.1h) 157 <그림 3.68> 댐 방류수 유하시간 (청미천 합류부,11.6h) 158 <그림 3.69> 댐 방류수 유하시간 (이호대교,13.3h) 159 <그림 3.70> 댐 방류수 유하시간 (여주대교,14.2h) 160 <그림 3.71> 남한강 유하시간 실측 및 모의 누적시간 비교 162 <그림 4.1> 수자원시설 점검 업무 흐름도 179 <그림 4.2>RFID 적용을 통한 문제점 개선 방안 180 <그림 4.3> 밸브실 안전관리용 적용 센서 및 기술 181 <그림 4.4> RFID 적용 세부 추진 방안 182 <그림 4.5>RFID 기반 점검관리 시스템 구성도 182 <그림 4.6> 대표적인 RFID의 구성 186 <그림 4.7>RFID 태그와 리더간 에너지와 데이터전송 187 <그림 4.8> USN/RFID 통합모듈 블럭도 191 <그림 4.9> USN/RFID 통합모듈 제작 도면 192 <그림 4.10> USN/RFID 통합모듈 193 <그림 4.11> RFID 기반 시설물관리 업무프로세스 194 <그림 4.12> 현행 업무 흐름도 195 <그림 4.13> u-it 적용 밸브실 관리체계 개선 방안 198 <그림 4.14> 밸브실 안전관리용 적용 센서 및 기술 199 <그림 4.15> 밸브실 안전관리 세부 추진방안 199 <그림 4.16> 대기질 측정센서 200 <그림 4.17> PDA 단말기 202 <그림 4.18> 맨홀내 USN 유해환경 모니터링(GATEWAY연결) 203 <그림 4.19> 맨홀내 USN유해환경 모니터링(PDA 사용) 204 -lvi-

<그림 5.1> 사면안전관리 동향 207 <그림 5.2> 제방단면의 구조와 명칭 220 <그림 5.3> 강우와 하천수의 침투에 의한 하천제방 피해의 발생과정 220 <그림 5.4> 현장설치 구성도 228 <그림 5.5> 현장설치 단면도 228 <그림 5.6> 시스템 구성도 229 <그림 5.7> 가속도원리 이용 직선운동량 검출 231 <그림 5.8> 3축 가속도 벡터센서 232 <그림 5.9> Frequencyoutputcapacitancedetectioncircuit 233 <그림 5.10> 각속도원리 이용 회전운동량 검출 234 <그림 5.11> 변위측정 센서 분류 235 <그림 5.12> 6자유도 센서 구성 236 <그림 5.13> 다중센서 복합처리보드와 제어기 238 <그림 5.14> 간극수압계 단면도 239 <그림 5.15> 지하수위계 단면도 241 <그림 5.16>제방 설치 배치 단면도 242 <그림 5.17>배수통문 설치 배치 단면도 242 <그림 6.1> INTELCITY 통합플랫폼(IOSCP) 246 <그림 6.2> 미국 그린스브로시의 도시정보 통합 연계시스템 247 <그림 6.3> 공간정보를 이용한 시스템 기술동향 252 <그림 6.4> 공간정보기술 개발 추세 253 <그림 6.5> 개방 API를 이용한 Mashup 기술 253 <그림 6.6> 적용 S/W(3DViz)개요 257 <그림 6.7> 3DViz주요 기능 260 <그림 6.8> 3D모델링(댐) 263 <그림 6.9> 3D모델링(조정지댐) 264 <그림 6.10> 3D모델링(수위관측소) 264 <그림 6.11> 3D모델링(배수통문) 265 <그림 6.12> 3D모델링(하천제방) 265 -lvi-

<그림 6.13> 3D모델링(화물선) 266 <그림 6.14> 3D모델링(교량) 266 <그림 6.15> 3D모델링(유람선) 267 <그림 6.16> 3D모델링(밸브실) 267 <그림 6.17> 3D모델링(수도관로) 268 <그림 6.18> 기존 GIS처리 형태 269 <그림 6.19> 유비쿼터스 GIS처리형태 270 <그림 6.20> 유비퀴터스 GIS서버 구조 270 <그림 6.21> 유비퀴터스 GIS서비스 구조 271 <그림 6.22> 유비퀴터스 GIS사용자 시스템 구조 272 <그림 6.23> 수자원 통합관제시스템 개념도 276 <그림 6.24> 시스템 구조 설계 277 -lix-

제 1장 서론 1.1연구배경 정보화의 발달과 함께 최근 유비쿼터스 패러다임이 등장함에 따라 공공부문의 정보화 환경도 변화하여야 한다는 논의가 활발히 진행되고 있으며,공공부문의 경쟁력을 지속적 으로 제고하고 높아지는 서비스 요구수준을 충족시키기 위해서는 새로운 기술의 적극적 인 도입이 필수적이다.이러한 추세에 발맞춰 정부에서는 유비쿼터스를 국가 발전의 미래 IT 전략으로 받아들이면서 u-korea 기본계획( 06) 을 수립하였으며,이 전략에서는 유비 쿼터스 IT가 정부,국가 기반,산업,사회시스템,복지 등 사회 각 분야에 적용하여 선진 한국 구현에 기여하기 위한 방안을 제시하였다.정부 부문에서는 행정 수요에 대한 실시 간 대응 강화 및 공공기관과 국민 간 상시 접속성 강화를 통한 수요자 현장 중심의 행정 서비스 실현이 가능한 기술도입과 국가 기반 부문에서는 상황 인지를 통해 사회 기반 시 설의 상태 파악과 자율 적 판단을 통한 상황 대처가 가능한 기술 개발 계획을 제시하였 다.산업 부문에서는 유비쿼터스 IT를 기반으로 다양한 산업분야 간 융복합 촉진을 통한 시너지 효과 창출하고,사회시스템 부문에서는 실시간 정보 수집 및 과학적 분석에 의한 예측 기능 등을 통한 사전 예방적 정책을 실현하여 사회 안전관리 기능을 강화할 수 있 는 기술을 제시하였다.이러한 정책 수립 과정 속에서 새로운 기술의 적용에 있어 기술발 전에 뒤처지거나 너무 빠른 예측으로 실패하지 않도록 기술발전과 공공부문 정보화 정책 의 조화는 매우 중요하므로 중장기적으로 효율적인 공공정보화 추진을 위해 미래의 기술 및 서비스 도입 현황을 진달하고 평가할 수 있는 분야별 시범연구가 반드시 필요하다. 이에 따라,공사에서는 수자원의 효율적 관리와 관리기술의 선진화를 구현하기 위하여 06년 u-kwater구현을 위한 유비쿼터스 전략계획 을 수립하였으며,그 일환으로 07 년 시범 연구계획을 수립하여 실질적인 수자원분야 도입을 통한 공사업무의 효율성 및 경제적 효과 등을 검토할 수 있는 연구를 진행하였다.시범 연구 수행을 통해 현재 공사 에는 수자원관리를 위하여 운영되고 있는 센서 및 통신,그리고 센서정보의 해석에 관한 분석 방법을 도출하고,실시간 수자원 및 수자원시설물 관리를 위한 센서기술의 정의와 구체적인 설계가 필요하였다.또한,RFID,USN,BcN,GIS,LBS,융복합 기술 등 유비쿼 터스 IT 핵심 기술을 접목하여 수계단위의 수자원 및 수도 관련 수문 및 시설물 정보 등 에 관한 정보는 물론 시설물의 안전과 기능적 정상유무 등을 파악할 수 있는 차세대 수 자원 관리기술 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다. -1-

1.2연구목적 본 연구의 목적은 유비쿼터스 기반 하천 및 수도정보의 실시간 상황모니터링,수자원 시설물관리체계 구축 등 u-it 기술을 이용한 시범적용을 통하여 수자원분야에 확대 적용 함에 있어 효율적인 적용이 가능하도록 하여 지능화된 수자원 및 수자원시설관리 방법을 제시하는 것이다.이를 위해 1차년도에는 국내외 연구동향 및 현업사용자 요구사항 분석 을 통하여 공사 우선 도입을 위한 과업을 선정하고,유비쿼터스 기술을 이용하여 댐 저수 지 수위관측 방법 및 댐 방류수 추척을 위한 센서기술을 개발하였다.또한,수자원시설물 점검정비 효율성 확보 및 작업자의 안정성 확보를 위한 RFID/USN 적용 기술을 개발하 였다.2차년도에는 전차년도 연구 개발된 센서 기술을 근간으로 실질적인 현장 적용을 통 한 운영상 문제점 개선 및 실용화를 위한 체계적인 구축 방안 모색하고자 하며,수자원시 설의 관리체계의 선진화된 운영기틀 마련하여 이를 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 1.3주요 연구내용 본 연구는 공사 수자원 및 수자원시설 관리체계의 효율성 확보를 위하여 유비쿼터스 기반 기술의 시범적용을 통한 업무 적용 및 확장성을 검증하고,RFID,USN,GIS,BcN 등의 기술을 수자원분야에 시범 적용하여 취득된 정보를 효율적으로 활용하기 위한 관리 기법 및 운영방법을 제시하고자 하였다.1차년도 주요 연구내용은 연구사례 분석 및 현업 부서 수요조사를 통한 시범적용 대상지역 선정하고,u-IT 적용 범위,방법,기술 선정, u-it기술 수자원분야 적용방법 제시,현장설치 및 시스템 시범운영을 통한 시스템 적용성 검증,수자원관리를 위한 중장기 운영계획 및 시스템 확대 방안 수립이다. 2차년도 주요 연구내용은 u-it를 이용한 수자원 관측방법 개선,RFID/USN을 이용한 수자원시설 점검 및 관리기술 확산,센서기술을 이용한 하천제방 안전기술 설계,업무지 원 및 관제시스템 시범 구축 등 1차년도 연구 과제를 기반으로 현장적용상 문제점을 도 출하고 개선함으로써 확장 및 실용화 방안 제시를 포함한다. -2-