KR100795967B1 - 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템 및방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각종 교량 구조물에 대하여 구축되어 있는 데이타와 상기 구조물에 대하여 실시간으로 계측되는 주요항목 데이타를 통계/분석하고 모니터링하며, 또 극치통계분석을 이용하여 설계허용치 혹은 관리기준치 초과확률을 산정하기 위한 신뢰도(Reliability)를 수치적으로 계산하여 정량적으로 산출함으로써 교량의 유지관리에 대한 의사결정을 내릴 수 있는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 장대 교량 구조물이 양호한 상태하에서 일정 기간동안 계측데이타를 통계분석하여 새롭게 계측된 일간, 주간, 월간 데이타와 비교분석할 수 있는 정상상태 표준 데이타(관리기준치)가 입력되어 있는 프로그램 관리용 서버; 교량 계측시스템을 통하여 상기 교량의 유지 관리항목에 관련하여 계측된 상시계측 데이타를 실시간으로 입력받아 기본적인 통계분석을 이용하는 단기거동 예측시스템과 극치통계분석을 이용하는 장기거동 예측시스템으로 구성되어 있는 일상관리 시스템; 상시 계측데이타에 이상이 발생할 경우 즉 일상관리시스템에 의한 통제를 통한 계측 데이타 분석을 수행하여 허용치 초과 발생확률을 분석하는 특별관리 시스템; 상기 계측시스템에서 계측된 각종 관리항목들을 분석하여 분포형태를 디스플레이하며, 클라이언트가 요구하는 자료를 상기 프로그램 관리용 서버로부터 입력받아 실시간 계측데이타와 비교/연산함으로써 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템을 구동시키기 위한 그래픽 사용자 인터페이스부; 및 상기 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템이 원활하게 구동할 수 있도록 데이타의 입출력 및 제반 시스템의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템을 제공한다.
극치통계분석, 프로그램 관리용 서버, 계측시스템, 일상관리, 특별관리, 그래픽 사용자 인터페이스부
Description
도1은 본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도.
도2는 본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템의 일실시예를 나타낸 개략적인 모식도.
도3은 본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리방법을 구현하기 위한 처리흐름도.
도4는 본 발명의 요부인 일상관리의 단기거동 예측시스템의 처리흐름도.
도5는 도3에서 극치통계분석을 하기 위한 처리흐름도.
도6은 일상관리상태에서의 변형률계 그래프의 일예를 나타낸 화면.
도7은 일상관리상태에서의 가속도계 그래프의 일예를 나타낸 화면.
도8은 특별관리상태에서의 구조해석에 대한 일예를 나타낸 화면.
도9는 특별관리상태에서의 응단비 및 하중효과에 대한 일예를 나타낸 화면.
도10은 특별관리상태에서의 신뢰성 및 내하력 평가에 대한 일예를 나타낸 화면.
본 발명은 사장교나 현수교와 같은 교량 구조물의 거동과 손상을 자동적, 연속적, 장기적으로 모니터링함으로써 신뢰적이고 정밀한 관리가 이루어지도록 하기 위한 교량의 점검 및 유지관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계측데이터에서 일정간격으로 획득된 최대응답의 분포인 극치통계분석을 이용하여 설계허용치 혹은 관리기준치 초과확률을 산정하기 위한 신뢰도(Reliability)를 수치적으로 계산하여 정량적으로 산출함으로써 교량의 유지관리에 대한 의사결정을 내릴 수 있는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 모든 구조물은 자연적, 환경적 요인 등으로 인해 경년열화가 진행되기 마련이다. 구조물, 특히 교량의 유지관리의 핵심은 이러한 노후화를 가능한 최소화하고 교량의 수명을 연장하면서 그 기능을 확보하는데 있다. 이를 위해서는 다양한 자료의 축적과 비용에 대한 경제적인 접근법이 필요하다. 이러한 목적을 이루기 위하여 중요 구조물에 대한 상시계측/모니터링 시스템 도입, 전산화 종합통제시스템의 운용 등에 관심이 고조되면서 예방유지관리를 지향하려는 움직임이 있다.
한편, 시공단계에서 유지관리를 위한 계측, 모니터링, 점검설비 설치 중시, 공용직전의 검증재하시험(Proof Load Test) 및 건전도 시험 적용사례가 점점 증가 하고 있다. 유지관리에 대한 인식의 개선으로 교량의 효율적이고 체계적인 유지관리를 위한 객관적이고 합리적인 시스템을 구축하는 것은 무척 중요한 일이다. 특히, 미국 및 유럽 여러 나라 등의 선진국에서는 교량유지관리를 통해 축적된 데이터를 바탕으로 교량의 노후화 모델을 제시하고 있으며, 이를 바탕으로 교량의 잔존수명 및 상태등급을 적절히 산정할 수 있는 방안을 마련해 놓고 있다(한국도로공사, 1997).
한편, 교량은 사용환경에 의해 다른 구조물과는 달리 빨리 노후화되기 때문에 교량의 성능과 사용성에 대한 적정한 유지관리는 구조적인 안전뿐만 아니라 경제적인 측면에서 매우 중요하다. 교량의 피해는 보수보강에 따르는 직접적인 경제적 손실뿐만 아니라, 보수보강공사로 인한 교통혼잡은 지역의 특징에 따라 막대한 간접적인 경제적 손실을 초래하게 된다. 이로 인해 국내에서는 90년대 초부터 교량과 같은 사회기반 시설물에 대한 시설물관리특별법(1995)이 제정되는 등 유지관리의 중요성이 강조되었고, 이를 위해 교량의 계측시스템이 본격적으로 도입되기 시작하였다.
계측시스템의 도입과 함께 최근에 고성능 계측기기와 컴퓨터, 그리고 통신장치 등의 발전으로 인해 계측시스템이 설치된 서해대교(2000), 영종대교(2000), 광안대교(2003)의 경우는 계측자료의 안정적인 확보가 가능해 졌다. 하지만 이러한 계측시스템의 발전에도 불구하고 장기적인 계측자료의 분석이나 활용사례는 아직까지도 극히 드물기 때문에 계측시스템으로부터 얻어지는 자료는 단순 축적만 되고 있을 뿐 효과적으로 활용되지 못하고 있는 것이 현 실정이다.
따라서, 계측시스템에 의해 수집된 자료에 대한 체계적인 통계분석과 이를 이용하여 구조물의 관리한계치 초과 가능성을 정량적으로 파악하여 교량관리자로 하여금 유지관리 의사결정을 위한 실용적인 도구로 활용될 수 있는 시스템의 개발은 지금까지 다수의 국내 교량에 설치되어 있는 계측시스템들의 효율적인 활용측면에서 매우 절실하다고 할 수 있다.
교량의 계측시스템과 관련하여 직면하게 되는 주요 문제점으로는 유지관리 의사결정을 위한 실제적인 계측데이터의 통계분석과 그 활용문제뿐 아니라, 계측기기의 이상에 대한 필터링, 온도습도전기 등의 영향을 반영한 데이터의 보정 및 보상 등을 들을 수 있다.
우선, 계측기기의 이상으로 인한 계측데이터의 필터링은 이상신호가 수집되었을 때 교량 관리자가 점검과 주관적인 판단을 통해 비교적 간단히 해결할 수 있다. 온도습도전기 등의 영향을 반영한 계측데이터의 보정 및 보상은 계측기기의 이상이 없으나 기후나 사용 환경에 의해 현실적이지 않은 계측데이터가 간혹 수집되는 경우 필요로 하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현재 패턴인식(Pattern Recognition)기법인 인공신경망(Neural Network) 기법, 퍼지(Fuzzy) 기법, 베이지안(Bayesian) 기법, 상관분석 (Correlation Analysis) 등과 같은 수치적인 기법이 많은 연구자에 의해 제안되고 있을 뿐만 아니라, 계측데이터의 보정 및 보상은 숙련된 교량관리자의 주관적인 판단을 통해 해결이 가능해졌다.
그러나, 교량의 계측시스템으로부터 얻어지는 자료의 활용을 극대화하기 위해서는 계측데이터의 신뢰적인 통계분석이 이루어져야 하고, 또한 이러한 계측데이 터의 통계분석을 통하여 교량의 유지관리 의사결정을 수행할 수 있어야만 하는데, 현재까지는 계측데이터의 통계분석 및 유지관리 의사결정 지원 시스템이 전무한 상태여서 계측시스템을 효율적으로 활용하지 못하는 문제점을 내포하고 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 각종 교량 구조물에 대하여 구축되어 있는 데이타와 상기 구조물에 대하여 실시간으로 계측되는 주요항목 데이타를 통계/분석하고 모니터링하며, 또 극치통계분석을 이용하여 설계허용치 혹은 관리기준치 초과확률을 산정하기 위한 신뢰도(Reliability)를 수치적으로 계산하여 정량적으로 산출함으로써 교량의 유지관리에 대한 의사결정을 내릴 수 있는 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 교량 구조물에 대하여 기본적인 정보를 계측하는 계측시스템; 장대 교량 구조물이 양호한 상태하에서 일정 기간동안 계측데이타를 통계분석하여 새롭게 계측된 일간, 주간, 월간 데이타와 비교분석할 수 있는 정상상태 표준 데이타(관리기준치)가 입력되어 있는 프로그램 관리용 서버; 상기 교량 계측시스템을 통하여 교량의 유지 관리항목에 관련하여 계측된 상시계측 데이타를 실시간으로 입력받아 기본적인 통계분석을 이용하는 단기거동 예측시스템과 극치통계분석을 이용하는 장기거동 예측시스템으로 구성되어 있는 일상관리 시스템; 상시 계측데이타에 이상이 발생할 경우 즉 일상관리시스템에 의한 통제를 통한 계측 데이타 분석을 수행하여 허용치 초과 발생확률을 분석하는 특별관리 시스템; 상기 계측시스템에서 계측된 각종 관리항목들을 분석하여 분포형태를 디스플레이하며, 클라이언트가 요구하는 자료를 상기 프로그램 관리용 서버로부터 입력받아 실시간 계측데이타와 비교/연산함으로써 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템을 구동시키기 위한 그래픽 사용자 인터페이스부; 및 상기 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템이 원활하게 구동할 수 있도록 데이타의 입출력 및 제반 시스템의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 교량 구조물에 설치되어 있는 계측시스템을 통하여 일간, 주간, 월간 단위로 변형률 및 가속도 실측 데이타를 계측하여 실시간으로 일상관리 시스템에 출력하는 제1 단계; 상기 일상관리 시스템에서 가속도계측분석시스템 및 변형율 계측 분석시스템을 통하여 변형율 및 가속도 데이타를 분석하고, 이 분석된 데이타를 이상 거동 감지시스템에 입력하여 교량의 거동에 대한 이상 유무를 체크하는 제2 단계; 상기 제2 단계 수행후 허용변형율, 허용가속도, 허용 피로응력등의 설계허용치를 입력하는 제3 단계; 상기 설계허용치와 변형률 및 가속도 실측 데이타를 비교 연산하고, 극치통계분석을 이용하여 허용치 초과 발생확률을 산출하는 제4 단계; 및 상기 산출된 허용치 초과 발생확률과 기 설정된 기준값의 대소를 판단하여 일상관리 또는 특별관리에 대한 의사결정을 하는 제5 단계를 포함하는 극치 통계분석을 이용한 교량의 유지관리 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도1 내지 도10의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 시스템 및 방법은 극치통계분석을 통하여 대형교량의 유지보수나 보수/보강 우선순위의 판정등과 같은 건전성 판단의 기준을 제공할 수 있도록 구현한 것이다.
도1은 본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이고, 도2는 본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 시스템의 일실시예를 나타낸 개략적인 모식도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명은 교량 구조물에 대하여 기본적인 정보를 계측하는 계측시스템과; 사장교, 현수교등과 같은 장대 교량 구조물이 양호한 상태하에서 일정 기간동안 계측데이타를 통계분석하여 새롭게 계측된 일간, 주간, 월간 데이타와 비교분석할 수 있는 정상상태 표준 데이타(관리기준치)가 입력되어 있는 프로그램 관리용 서버(데이타 베이스(DB) 서버)와; 교량 계측시스템을 통하여 상기 교량의 유지 관리항목에 관련하여 계측된 상시계측 데이타를 상기 프로그램관리용 서버로부터 실시간으로 입력받아 통계분석하며, 기본적인 통계분석을 이용하는 단기거동 예측시스템과 극치통계분석을 이용하는 장기거동 예측시스템으로 구성되어 있는 일상관리 시스템; 및 상시 계측데이타에 이상이 발생할 경우 즉 일상관리시스템에 의한 통제를 통한 계측 데이타 분석을 수행하여 허용치 초과 발생확률을 분석하는 특별관리 시스템; 상기 계측시스템에서 계측된 각종 관리항목들을 분석하여 분포형태를 디스플레이하며, 클라이언트가 요구하는 자료를 상기 프로그램 관리용 서버로부터 입력받아 실시간 계측데이타와 비교/연산함으로써 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템을 구동시키기 위한 그래픽 사용자 인터페이스부; 및 상기 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템이 원활하게 구동할 수 있도록 데이타의 입출력 및 제반 시스템의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 일상관리 시스템은 교량계측시스템으로부터 통과차량의 가속도 계측데이타를 실시간으로 입력받아 일간, 주간, 월간단위로 분석하는 가속도 계측 분석시스템과; 교량의 최대응력과 평균응력을 계측한 데이타를 분석하는 변형률 계측분석시스템과; 일상관리시스템에서 제공된 통계분석데이타와 프로그램 관리용 서버로부터 제공되는 관리기준치와 비교하여 관리기준치 이내가 되는지를 판단하여 이상 거동을 감지하는 이상 거동 감지시스템과; 상기 계측시스템을 통해 입력된 데이타를 확률통계기법에 의한 분석을 거쳐 이미 설정된 관리 한계치의 초과확률이나 직접적인 데이타 분석을 통한 구조물의 상태변화를 감지하여 장래의 거동을 예측하여 구조물의 안전성에 대한 신뢰도를 산출하는 장기거동 예측시스템을 포함한다.
여기서, 상기 가속도 계측분석시스템, 변형률 계측분석시스템 및 이상 거동 감지시스템은 기본적인 통계분석을 이용하는 단기거동 예측시스템에 해당한다.
여기서, 상기 가속도 계측분석시스템, 변형률 계측분석시스템 및 이상 거동 감지시스템은 기본적인 통계분석을 이용하는 단기거동 예측시스템에 해당한다.
상기 특별관리 시스템은 교량의 정적해석과 동적해석을 수행하는 구조해석 시스템과; 상기 구조해석 시스템을 통하여 산출된 구조해석 결과와 계측시스템으로부터 계측 데이타를 입력받아 응답비 및 하중효과 결과를 출력하는 응답비 해석 시스템과; 상기 응답비 해석 시스템으로부터 구하여진 응답비를 매개로 내하력 및 신뢰성을 분석하고 이를 바탕으로 교량의 이상여부를 판단하는 내하력 및 신뢰성 분석시스템을 포함한다.
상기 특별관리 시스템에서 구조해석 시스템은 자동 모델링을 설정하여 구조해석을 실시하여 결과를 출력한다. 도8은 특별관리상태에서의 구조해석에 대한 일예를 나타낸 화면이다.
상기 응답비해석 시스템은 구조해석결과를 토대로 응답비 해석 및 계측치 분석을 실시하여 결과를 출력한다. 도9는 특별관리상태에서의 응답비 및 하중효과에 대한 일예를 나타낸 화면이다.
상기 내하력 및 신뢰성 분석 시스템은 응답비를 매개로 내하력 및 신뢰성을 분석하고, 특별관리 통제를 위한 의사결정을 내린다. 도10은 특별관리상태에서의 신뢰성 및 내하력 평가에 대한 일예를 나타낸 화면이다.
상기 이상 거동 감지시스템은 어느 일정기간동안의 계측데이타 분석을 통해 구조물의 안전성과 사용성에 부합하는 기준을 정한 다음 새로이 계측되는 데이타를 일정간격으로 분석하여 정해진 기준과 비교해서 만약 그 기준에 크게 초과된 계측데이타가 발생되면 적절한 조치를 취할 수 있는 시스템이다.
또한, 이상거동 감지시스템은 구조물에 상당한 강성저하(열화)로 인한 과도한 변형이나 손상이 발생하기 전에 주기적이거나 특정한 경향을 나타내는 이상거동에 대해서는 기존 데이터의 상위 5%의 평균과 새로운 계측데이터의 상위 5%에 해당되는 평균을 분석하여 그 변화율이 10%이상 과다하게 초과하는 경우 경보시스템을 발동하게 할 수 있는 시스템이다.
도3은 본 발명에 의한 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리방법을 구현하기 위한 전체 처리흐름도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 교량 구조물에 설치되어 있는 계측시스템을 통하여 일간, 주간, 월간 단위로 변형률 및 가속도 실측 데이타를 계측하여 실시간으로 일상관리 시스템에 출력한다(S12). 상기 일상관리 시스템에서는 가속도계측분석시스템 및 변형율 계측 분석시스템을 통하여 변형율 및 가속도 데이타를 분석하고, 이 분석된 데이타를 이상 거동 감지시스템에 입력하여 교량의 거동에 대한 이상 유무를 체크한다(S13, S14).
상기 S14 단계에서, 교량 구조물에 상당한 강성저하(열화)로 인한 과도한 변형이나 손상이 발생하기 전에 주기적이거나 특정한 경향을 나타내는 이상거동이 발생되었을 경우, 상기 이상 거동 감지시스템은 경고를 발생한다. 즉, 상기 이상 거동 감지시스템은 도4에 도시한 바와 같이, 정상상태 표준 데이타(관리기준치)를 입력하는 단계(S41)와; 계측시스템을 통하여 변형율 및 가속도에 대한 일간, 주간, 월간 데이타를 실시간으로 입력하는 단계(S42)와; 변형률계 및 가속도계를 통하여 1시간 최대 데이타를 계측하는 단계(S43)와; 교량 응력 변형률의 평균, 변동계수 및 분포형태등의 데이타 통계분석을 실시하는 단계(S44)와; 상기 정상상태의 표준데이타와 교량 구조물이 양호한 상태하에서 일정 기간동안 새롭게 계측된 데이타를 비교분석하여 상위 5% 값의 변동을 비교하는 단계(S45); 및 비교결과 기존 데이터의 상위 5%의 평균과 새로운 계측데이터의 상위 5%에 해당되는 평균을 분석하여 그 변화율이 10%이상 과다하게 초과하는 경우 이상거동으로 판단하고, 그 분석결과를 출력하는 단계(S46, S47)를 수행한다.
상기 S42 단계 및 S43 단계에서 변형률계 및 가속도계를 통한 분석 데이타는 상시 계측시 1시간별 최대치 계측데이타의 분포형태를 비교하기 위하여 데이터 통계분석을 하게 되고 그 양상의 변화를 쉽게 파악할 수 있도록 도7 및 도8에 도시한 바와 같이 그래픽 사용자 인터페이스를 이용하여 막대그래프로 도식화하여 화면에 디스플레이한다.
상기 S14단계 수행후, 극치통계분석을 하기 위하여 허용변형율, 허용가속도, 허용 피로응력등의 설계허용치를 입력한다(S15). 그리고, 상기 설계허용치와 변형률 및 가속도 실측 데이타를 비교 연산하되, 극치통계분석을 이용하여 허용치 초과 발생확률을 산출한다(S16).
상기 S15 단계에서 설계 허용치 입력으로는 허용변형률, 허용 가속도 및 허용피로응력값을 입력하게 된다. 이때 설계 허용치는 도5에 도시한 바와 같이 변형율 및 가속도 데이타를 10분 평균 일일최대치와 10분 평균 한시간 최대치에 대해 각각 산정하고(S51), 계측기간에 해당하는 10분 평균 일일최대치 평균 및 10분 평균 한시간 최대치에 대해 각각의 평균을 산정한다(S52). 그리고 나서, 계측기간에 해당하는 10분 평균 일일최대치 및 10분 평균 한시간 최대치의 분산과 표준편차를 산정한다(S53, S54). 다음, 계측기간에 해당하는 10분 평균 일일최대치와 10분 평균 한시간 최대치에 대한 가장 큰 값을 산정하고, 이 기초자료를 이용하여 극치통계분석 처리한 향후 발생확률 산정한다(S55, S56).
상기 산출된 허용치 초과 발생확률과 기 설정된 1차 기준값(본 실시예에서는 β ≒ 3.1)의 대소를 판단하여(S17), 허용치 초과 발생확률이 1차 기준값보다 작거나 같을 경우 양호상태로 의사결정한다(S18). 상기 S17의 판단단계에서 허용치 초 과 발생확률이 1차 기준값보다 클 경우 다시 상기 초과확률과 기설정된 2차 기준값(본 실시예에서는 β ≒ 1.65)의 대소를 판단하여(S19), 초과확률이 2차 기준값보다 작거나 같을 경우 일상관리상의 외관조사를 실시하는 것으로 의사결정하고(S20), 상기 허용치 초과 발생확률이 2차 기준값보다 클 경우 교량의 안전성 여부를 검토하기 위한 특별관리를 실시하기로 의사결정한다(S21).
상기 S20 단계의 일상관리 외관조사에서는 구조물에 대한 외관 조사와 과적차량 통과정도에 대한 세밀한 조사 및 분석을 수행한다.
상기 S21 단계의 특별관리에서는 세밀한 열화손상과 과적차량 통과 정도를 조사하여 통제하고 교량의 안전성 여부를 면밀히 검토한다.
상기 S17 단계에서의 1차 기준값과 S19 단계에서의 2차 기준값의 산출기준에 대하여 간략히 설명한다.
교량의 안전성을 평가하는 기준은 여러방법이 있으나, 그 구조물의 중요도 및 기여도 등을 종합적으로 평가하여 의사결정 기준치를 설정하여야 한다. 본 발명의 실시예에서는 일반적인 경우 교량의 신뢰성지수(β)가 3.0이상이면 안전하다고 판단하였고, 안전여유를 고려하여 1차 기준값은 신뢰성지수(β) 3.1에 해당하는 파괴확률인 10-3을 사용하였고, 2차 기준값은 기존연구문헌에서 주로 관리한계치로 사용하는 신뢰성지수(β) 1.5에 안전여유를 고려하여 β=1.65에 해당하는 파괴확률 0.05를 제시하였다. 이는 구조물의 특성에 따라 조정이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 사장교나 현수교등과 같은 대형 교량의 구축데이타와 각 교량에 설치되어 있는 계측시스템을 통하여 계측된 관리항목 데이타를 그래픽 사용자 인터페이스 환경하에서 실시간으로 입력받고, 입력된 데이타의 분포형태를 클라이언트가 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명은 데이타 베이스 서버로부터 표준 데이타를 불러들여 실시간 계측 데이타와 비교 분석하고, 극치 통계방법을 통하여 교량의 구조변화상태를 분석하여 일상관리 및 특별관리의 의사결정을 내릴 수 있도록 함으로써 교량구조물에 대한 신뢰도를 확보할 수 있고 효율적인 유지관리가 가능한 효과가 있다.
Claims (10)
- 삭제
- 장대 교량 구조물이 양호한 상태하에서 일정 기간동안 계측데이타를 통계분석하여 새롭게 계측된 일간, 주간, 월간 데이타와 비교분석할 수 있는 정상상태 표준 데이타(관리기준치)가 입력되어 있는 프로그램 관리용 서버;교량계측시스템으로부터 통과차량의 가속도 계측데이타를 실시간으로 입력받아 일간, 주간, 월간단위로 분석하는 가속도 계측 분석시스템과, 교량의 최대응력과 평균응력을 계측한 데이타를 분석하는 변형률 계측분석시스템과, 일상관리시스템에서 제공된 통계분석 데이타와 프로그램 관리용 서버로부터 제공되는 관리기준치와 비교하여 관리기준치 이내가 되는지를 판단하여 이상 거동을 감지하는 이상 거동 감지시스템을 포함하여 기본적인 통계분석을 이용하는 단기거동 예측시스템 및 상기 계측시스템을 통해 입력된 데이타를 확률통계기법에 의한 분석을 거쳐 이미 설정된 관리 한계치의 초과확률이나 직접적인 데이타 분석을 통한 구조물의 상태변화를 감지하여 장래의 거동을 예측하여 구조물의 안정성에 대한 신뢰도를 산출하며 극치통계분석을 이용하는 장기거동 예측시스템으로 구성되어 있는 일상관리 시스템;상시 계측데이타에 이상이 발생할 경우 즉 일상관리시스템에 의한 통제를 통한 계측 데이타 분석을 수행하여 허용치 초과 발생확률을 분석하는 특별관리 시스템;상기 계측시스템에서 계측된 각종 관리항목들을 분석하여 분포형태를 디스플레이하며, 클라이언트가 요구하는 자료를 상기 프로그램 관리용 서버로부터 입력받아 실시간 계측데이타와 비교/연산함으로써 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템을 구동시키기 위한 그래픽 사용자 인터페이스부; 및상기 일상관리 시스템 또는 특별관리 시스템이 원활하게 구동할 수 있도록 데이타의 입출력 및 제반 시스템의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 특별관리 시스템은교량의 정적해석과 동적해석을 수행하는 구조해석 시스템;상기 구조해석 시스템을 통하여 산출된 구조해석 결과와 계측시스템으로부터 계측 데이타를 입력받아 응답비 및 하중효과 결과를 출력하는 응답비 해석 시스템; 및상기 응답비 해석 시스템으로부터 구하여진 응답비를 매개로 내하력 및 신뢰성을 분석하고 이를 바탕으로 교량의 이상여부를 판단하는 내하력 및 신뢰성 분석시스템을 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 이상 거동 감지 시스템은구조물에 상당한 강성저하(열화)로 인한 과도한 변형이나 손상이 발생하기 전에 주기적이거나 특정한 경향을 나타내는 이상거동에 대해서는 기존 데이터의 상위 5%의 평균과 새로운 계측데이터의 상위 5%에 해당되는 평균을 분석하여 그 변화율이 10%이상 과다하게 초과하는 경우 경보시스템을 발동하는 것을 특징으로 하는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 시스템.
- 교량 구조물에 설치되어 있는 계측시스템을 통하여 일간, 주간, 월간 단위로 변형률 및 가속도 실측 데이타를 계측하여 실시간으로 일상관리 시스템에 출력하는 제1 단계;상기 일상관리 시스템에서 가속도계측분석시스템 및 변형율 계측 분석시스템을 통하여 변형율 및 가속도 데이타를 분석하고, 이 분석된 데이타를 이상 거동 감지시스템에 입력하여 교량의 거동에 대한 이상 유무를 체크하는 제2 단계;상기 제2 단계 수행후 허용변형율, 허용가속도, 허용 피로응력등의 설계허용 치를 입력하는 제3 단계;상기 설계허용치와 변형률 및 가속도 실측 데이타를 비교 연산하고, 극치통계분석을 이용하여 허용치 초과 발생확률을 산출하는 제4 단계; 및상기 산출된 허용치 초과 발생확률과 기 설정된 기준값의 대소를 판단하여 일상관리 또는 특별관리에 대한 의사결정을 하는 제5 단계를 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제2 단계에서, 교량 구조물에 상당한 강성저하(열화)로 인한 과도한 변형이나 손상이 발생하기 전에 주기적이거나 특정한 경향을 나타내는 이상거동이 발생되었을 경우, 상기 이상 거동 감지시스템이 경고를 발생하는 것을 특징으로 하는 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제2 단계는정상상태 표준 데이타(관리기준치)를 입력하는 제1 과정;계측시스템을 통하여 변형율 및 가속도에 대한 일간, 주간, 월간 데이타를 실시간으로 입력하는 제2 과정;변형률계 및 가속도계를 통하여 1시간 최대 데이타를 계측하는 제3 과정;교량 응력 변형률의 평균, 변동계수 및 분포형태등의 데이타 통계분석을 실시하는 제4 과정;상기 정상상태의 표준데이타와 교량 구조물이 양호한 상태하에서 일정 기간동안 새롭게 계측된 데이타를 비교분석하여 상위 5% 값의 변동을 비교하는 제5 과정; 및비교결과 기존 데이터의 상위 5%의 평균과 새로운 계측데이터의 상위 5%에 해당되는 평균을 분석하여 그 변화율이 10%이상 과다하게 초과하는 경우 이상거동으로 판단하고, 그 분석결과를 출력하는 제6 과정을 포함하는 것을 특징으로 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제3 단계에서의 설계 허용치는 허용변형률, 허용 가속도 및 허용피로응력값인 것을 특징으로 하는 극치통계분석을 이용한 교량의 유지관리 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제3 단계는변형율 및 가속도 데이타를 10분 평균 일일최대치와 10분 평균 한시간 최대 치에 대해 각각 산정하는 제7과정;계측기간에 해당하는 10분 평균 일일최대치 평균 및 10분 평균 한시간 최대치에 대해 각각의 평균을 산정하는 제8과정;계측기간에 해당하는 10분 평균 일일최대치 및 10분 평균 한시간 최대치의 분산과 표준편차를 산정하는 제9 과정; 및계측기간에 해당하는 10분 평균 일일최대치와 10분 평균 한시간 최대치에 각각 대한 가장 큰 값을 산정하고, 이 기초자료를 이용하여 극치통계분석 처리한 향후 발생확률 산정하는 제10 과정을 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제5 단계는상기 산출된 허용치 초과 발생확률과 기 설정된 1차 기준값의 대소를 판단하여 허용치 초과 발생확률이 1차 기준값보다 작거나 같을 경우 양호상태로 의사결정하는 제11 과정;상기 허용치 초과 발생확률이 1차 기준값보다 클 경우 다시 상기 초과확률과 기설정된 2차 기준값의 대소를 판단하여, 초과확률이 2차 기준값보다 작거나 같을 경우 일상관리상의 외관조사를 실시하는 것으로 의사결정하는 제12 과정; 및상기 허용치 초과 발생확률이 2차 기준값보다 클 경우 교량의 안전성 여부를 검토하기 위한 특별관리를 실시하기로 의사결정하는 제13과정을 포함하는 극치통계분석을 이용한 교량의 점검 및 유지관리 방법.
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