KR20120114439A - System for intelligent monitoring and safety evaluation of bridge based on usn - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교량의 건전성 모니터링 및 안전성 평가를 위한 자동 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량에서 발생하는 상시 미진동을 측정하기 위해 교량의 상판에 일정 간격으로 가속도 센서 노드를 설치하여 상기 가속도 센서 노드에서 계측한 데이터를 USN 통신을 통해 무선으로 데이터 서버부에 전송하고 상기 데이터 서버부는 전송받은 가속도 데이터를 알고리즘을 이용해 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 산정하여 교량의 초기 설계를 통해 설정된 설계 활화중과 내하율을 대입해 공용 내하력 평가를 산출하며, 상기 산출된 공용 내하력 평가를 원격지 관리부에 인터넷과 CDMA, 원격통신 등 무선 통신을 통해 전송하여 관리자가 쉽게 교량의 건전성 및 안전성 평가를 실시할 수 있고, 이를 통해 기존의 차량을 통제하여 수행하는 재하시험을 실시하지 않고 평상시의 교량 상시 미진동 측정 결과를 이용해 자동으로 교량 내하력을 추정할 수 있어 시간 및 비용을 현저히 감소할 수 있는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an automatic monitoring system for health monitoring and safety evaluation of a bridge, and more particularly, to install the acceleration sensor node at regular intervals on the top of the bridge to measure the constant micro-vibration occurring in the bridge. The data measured by the node is wirelessly transmitted to the data server through USN communication, and the data server is calculating the deflection correction factor and the impact correction factor by using the algorithm to calculate the deflection correction factor and the impact compensation factor. The public load capacity evaluation is calculated by substituting the load capacity and load capacity, and the calculated public load capacity evaluation is transmitted to the remote management through the Internet, CDMA, telecommunications, etc., so that the administrator can easily perform the soundness and safety evaluation of the bridge. This allows control of existing vehicles Without conducting a test using a bridge constantly shaking the measurement results of normal can be automatically estimated carrying capacity in the US as a bridge that can significantly reduce the time and costs related to yen-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system.
일반적으로 교량, 댐, 빌딩과 같은 대형구조물의 상태를 항상 감시하고 이상유무를 판단하는 것은 매우 중요한 일이다. 교량과 같은 사회기반시설물은 공용 중 안전성이 최우선으로 고려되어야 하는 구조물이므로 정확하고 정밀한 설계, 시공과 함께 교량의 건전성과 안전성 확보를 위해 지속적이고 세심한 유지관리가 반드시 필요하다. 우리나라의 경우 1990년대 발생한 교량 및 건물의 붕괴사고로 인해 구조물 유지관리에 관한 인식이 증대되었으며, 그에 따라 사회기반시설물의 유지관리기술에 대한 연구개발이 시작되었다. 이러한 연구는 교량의 계측기술, 상시계측 및 계측결과를 이용한 성능평가, 구조물 거동분석 등 다양한 분야에서 진행되고 있다.
In general, it is very important to always monitor the condition of large structures such as bridges, dams and buildings and to determine whether there are any abnormalities. Since social infrastructure such as bridges is a structure that must be considered as a safety priority during public use, continuous and careful maintenance is essential to ensure the soundness and safety of bridges with accurate and precise design and construction. In Korea, due to the collapse of bridges and buildings in the 1990s, awareness of structure maintenance has increased, and research and development on infrastructure maintenance technology has begun. These studies are being conducted in various fields such as measurement technology of bridges, performance evaluation using the clock face and measurement results, and structural behavior analysis.
상기와 같은 연구의 결과물로 현재 국내에는 중요한 교량구조물에 유선 방식을 이용한 상시 감시 시스템을 구축, 운영하고 있으나 구조물 안전관리시스템으로서의 성능은 기초적인 수준에 머물고 있으며, 시스템의 주요 구성 항목인 센서와 계측기기 및 제어 프로그램은 대부분 수입을 하고 있는 실정으로, 각각의 제품들의 사양 및 성능이 상이하고 우리나라의 실정에 부적합한 면이 많아 전체 시스템이 주요 성능을 효율적으로 발휘하지 못하고 있는 실정이다.
As a result of the above research, we are currently constructing and operating a regular monitoring system using a wired method for important bridge structures in Korea. Most of the devices and control programs are imported, and the specifications and performance of each product are different and many aspects are not suitable for the situation in Korea.
종래부터 시설물의 안전관리에 관한 특별법에 따라 “시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 지침”과 “안전점검 및 정밀안전진단 세부지침”에 준하여 교량 안전진단이 수행되고 있었다. 기존의 안전진단은 외관조사, 비파괴조사 등을 실시하고 재하시험을 통해 내하력을 산정한 후 안전성을 평가한다. 구조물의 내하력평가는 조사, 시험 및 구조해석 등의 기본자료로부터 평가자의 공학적인 판단까지 요구되는 복잡한 문제이다. 내하력 평가 방법은 기본내하력을 공용내하력으로 채택하는 방법과 구조물의 응답, 노면상태, 교통량, 외관상태 등을 고려하여 기본내하력을 보정한 내하력을 공용내하력으로 채택하는 방법이 있다.
Conventionally, bridge safety diagnosis has been carried out in accordance with "Guidelines for Safety Inspection and Precision Safety Diagnosis of Facilities" and "Detailed Guidelines for Safety Inspection and Precision Safety Diagnosis" in accordance with the Special Act on Safety Management of Facilities. Existing safety diagnosis is carried out by external inspection, non-destructive investigation, and after the load test is performed to evaluate the safety. Load capacity evaluation of a structure is a complex problem that requires from the basic data such as survey, test and structural analysis to the evaluator's engineering judgment. There are two methods of evaluating the load capacity as the common load capacity, and the method of adopting the load capacity corrected the basic load capacity in consideration of the response of the structure, the road surface, the traffic volume, and the exterior condition as the common load capacity.
구조물의 내하력을 평가함에 있어서 재하시험이 널리 사용된다. 재하시험은 실험차량에 의한 동적응답을 측정하여 활하중에 의한 충격계수 및 진동을 평가하기 위한 실험이다. 충격계수는 교량을 도로의 구조, 통행 차량의 제원 및 특성, 차량 속도 및 노면상태 등에 직접적으로 영향을 받는다. 따라서, 현재 사용되고 있는 동적재하시험은 교량에 작용하는 충격하중을 평가하기에는 충분하지 못하며, 상기 재하시험은 재하차량 이외에 일반차량의 통행을 완전히 통제된 상태에서 실시되므로 교통통제로 인한 차량정체와 이용객의 불편 및 막대한 편익비용의 손실을 초래하였다. 뿐만 아니라 통행차량이 많은 교량은 차량통제가 거의 불가능하며 하천상의 교량인 경우 처짐계 및 변형률계 등의 설치가 어려워 현실적으로 내하력 평가를 위한 재하시험 수행이 불가능한 문제점이 발생하였다.
Load tests are widely used to evaluate the load capacity of structures. The load test is an experiment for evaluating the impact coefficient and vibration caused by the live load by measuring the dynamic response by the test vehicle. The impact factor is directly influenced by the structure of the bridge, the specifications and characteristics of traffic vehicles, vehicle speed and road surface conditions. Therefore, the dynamic load test currently used is not enough to evaluate the impact load on the bridge, and the load test is carried out under the control of traffic congestion due to traffic control. This resulted in a loss of inconvenience and enormous benefit costs. In addition, it is almost impossible to control a vehicle with a lot of traffic vehicles, and in the case of a bridge on a river, it is difficult to install a deflection meter and a strain gauge.
또한, 현재 운영되고 있는 유선 방식의 상시 모니터링 시스템은 유선 케이블링에 의한 잡음의 영향, 센서 케이블 부식 등으로 인해 구조물 거동에 대한 정확한 응답 계측을 기대하기 어려우며, 또한 재하시험을 통해 산정된 교량 내하력은 재하시험 자체가 구조물에 작용하는 충격하중, 구조물 거동을 평가하기에 충분하지 못하므로 해당시험을 통해 산정된 교량 내하력은 신뢰성이 떨어지고, 기존의 교량 상시 모니터링 시스템과 재하시험을 통한 교량 안전성 평가는 각각 독립적으로 운영 및 시행되고 있어 교량의 안전관리 측면에서 효율성 및 경제성이 상당히 떨어지는 문제점이 발생하였다.
In addition, the current wired constant monitoring system is difficult to expect accurate response measurement of the structure behavior due to noise effect from wired cabling, sensor cable corrosion, etc. Also, the bridge load capacity calculated through load test is As the load test itself is not sufficient to evaluate the impact load and structure behavior of the structure, the bridge load capacity calculated by the test is not reliable, and the existing bridge monitoring system and the bridge safety evaluation through the load test are respectively As it is operated and implemented independently, there is a problem that the efficiency and economy are considerably reduced in terms of safety management of the bridge.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가속도 센서 노드를 교량에 일정 간격으로 설치하여 상기 교량의 상시 미진동을 측정하여 측정한 미진동의 가속도 데이터를 통해 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 산정하고, 산정한 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 통해 교량의 공용 내하력을 산출하여 원격지의 관리자에게 전송함으로써, 기존 재하시험을 수행하지 않아도 교량의 내하력을 산정할 수 있어 구조물의 안전성 평가 수행에 따른 막대한 편익비용을 절감할 수 있고, 기존의 유선 방식이 아닌 USN 무선통신 방식으로 데이터를 계측하여 편의성 및 효율성, 경제성을 도모할 수 있어 USN 기반의 첨단 구조물 센싱-계측 시스템을 통해 신뢰성 있는 구조물 계측 관리가 가능한 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, by installing the acceleration sensor node in the bridge at regular intervals to measure the constant micro-vibration of the bridge through the deflection correction coefficient and the impact correction coefficient through the acceleration data measured Calculate the load capacity of the bridge using the calculated deflection correction factor and the impact correction factor, and transmit it to the remote manager, so that the load capacity of the bridge can be calculated without performing the existing load test. According to the USN-based advanced structure sensing-measurement system, it is possible to reduce the enormous benefit cost and to improve convenience, efficiency and economic efficiency by measuring data using USN wireless communication method instead of the conventional wired method. Monitoring and safety evaluation of intelligent YS-based intelligent bridges The purpose is to provide a system.
또한, 본 발명은 원격지에 산정한 내하력 평가를 인터넷 및 CDMA 등의 무선 통신, 원격통신 등을 통해 전송하여 원격지의 관리자가 원격지에서 교량의 건전성을 상시 모니터링하고 교량 내하력 평가를 수행하여 교량 안전관리를 수행할 수 있는 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 안전성 평가 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
In addition, the present invention transmits the load capacity evaluation calculated at the remote site through wireless communication, remote communication such as the Internet and CDMA, so that the remote manager constantly monitors the health of the bridge at the remote site and performs the bridge load capacity evaluation to perform bridge safety management. Another aim is to provide a monitoring safety evaluation system for US-based intelligent bridges that can be performed.
본 발명은 교량에서 발생하는 상시 미진동을 측정하여 교량의 건전성 모니터링 및 안전성을 평가하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템에 있어서,In the present invention, in the U.S.-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system for measuring the continuous micro-vibration generated in the bridge to evaluate the health and safety of the bridge,
상기 교량에서 발생하는 상시 미진동을 측정하기 위해 교량의 상판에 일정 간격으로 설치하는 다수의 가속도 센서 노드;A plurality of acceleration sensor nodes installed at regular intervals on the upper plate of the bridge to measure the constant micro-vibration generated in the bridge;
상기 다수의 가속도 센서 노드에서 측정한 데이터를 USN 통신 모듈을 통해 무선 통신으로 전송받아 데이터를 수집하는 베이스 노드; A base node receiving data measured by the plurality of acceleration sensor nodes through wireless communication through a USN communication module to collect data;
상기 베이스 노드에서 수집한 데이터를 전송받아 가속도 데이터를 통해 교량의 모드 파라미터를 산정하여 상기 산정된 모드 파라미터를 통해 교량의 유한 요소해석 모델 개선으로 처짐 보정계수를 산출하고, 상기 베이스 노드에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 차량이 한대 통행 중일 경우 발생하는 가속도 데이터를 추출하여 상기 추출한 가속도 데이터를 통해 차량이 통행시 변위를 산출해 충격보정계수를 산출하며, 상기 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 이용해 교량의 초기설계를 통해 설정된 설계활하중과 내하율을 대입하여 공용 내하력 평가를 산출하는 데이터 서버부;After receiving the data collected from the base node, the mode parameter of the bridge is calculated using the acceleration data, the deflection correction coefficient is calculated by improving the finite element analysis model of the bridge through the calculated mode parameter, and the acceleration received from the base node. Through the data, the acceleration data generated when a vehicle is traveling is extracted, and the displacement is calculated when the vehicle travels through the extracted acceleration data to calculate a shock correction coefficient, and the bridge using the calculated deflection correction coefficient and the impact correction coefficient. A data server unit for calculating a common load capacity evaluation by substituting a design live load and a load rate set through an initial design of a;
상기 데이터 서버부에서 산출한 공용 내하력 평가를 원격지의 교량 관리자가 무선 인터넷, CDMA, 원격통신 등을 통해 모니터링하는 원격지 관리부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
A remote site manager that monitors the common load capacity evaluation calculated by the data server unit through a wireless Internet, CDMA, telecommunications, etc .; .
또한, 상기 가속도 센서 노드는 교량의 상판에 일정간격으로 다수 설치하여 상기 교량의 상시 미진동을 측정하기 위한 가속도 센서와, 상기 가속도 센서에서 계측한 아날로그 데이터를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기를 통해 증폭한 아날로그 데이터에 노이즈 등의 신호와 관련없는 것을 제거하기 위한 Low Pass Filter와, 상기 Low Pass Filter를 통해 필터링한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 베이스 노드에 USN 통신을 통해 송신하는 USN 통신 모듈과, 상기 가속도 센서 노드에 배터리를 통해 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 계측한 데이터를 저장하기 위한 메모리부와, 상기 USN 통신 모듈을 통해 베이스 노드의 전송 명령을 전송받아 Active 모드와 Sleep 모드를 제어하여 Active 모드일 경우 가속도 센서를 통해 미진동을 계측하고 Sleep 모드일 경우 최소한의 전원을 공급하도록 제어하는 센서 노드 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the acceleration sensor node is installed on the upper plate of the bridge at regular intervals, the acceleration sensor for measuring the constant micro-vibration of the bridge, an amplifier for amplifying the analog data measured by the acceleration sensor, and amplified by the amplifier A low pass filter for removing unrelated to a signal such as noise in one analog data, an A / D converter for converting analog data filtered through the low pass filter into digital data, and the A / D converter A USN communication module for transmitting data converted into a digital signal to the base node through USN communication, a power supply unit supplying power to the acceleration sensor node through a battery, a memory unit for storing the measured data, and Receives transmission command of base node through USN communication module and controls active mode and sleep mode It is characterized in that the sensor node control unit for measuring the micro-vibration through the acceleration sensor in the active mode, and controls to supply the minimum power in the sleep mode.
상기 베이스 노드는 가속도 센서 노드에서 계측한 데이터를 전송받고 가속도 센서 노드에 명령을 전송하는 USN 통신 모듈과, 상기 가속도 센서 노드의 데이터 계측 시간을 제어하도록 Active 모드와 Sleep 모드로 구분하여 사용자의 지정에 따라 Active 모드를 선택할 경우 가속도 센서 노드를 동작시켜 진동 데이터를 계측하고 Sleep 모드를 선택할 경우 가속도 센서 노드의 소비되는 전력을 최소화하도록 명령을 제어하는 베이스 노드 제어부와, 상기 베이스 노드에 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 가속도 센서 노드를 통해 전송 받은 데이터를 저장하는 메모리부로 이루어져 가속도 센서 노드에서 계측한 데이터를 데이터 서버부에 전송하는 것을 특징으로 한다.
The base node receives the data measured by the acceleration sensor node and transmits a command to the acceleration sensor node and the USN communication module, and the active mode and sleep mode to control the data measurement time of the acceleration sensor node divided into user's designation Accordingly, when the active mode is selected, the acceleration sensor node operates to measure vibration data, and when the sleep mode is selected, the base node controller controls a command to minimize power consumption of the acceleration sensor node, and a power supply for supplying power to the base node. And a supply unit and a memory unit storing data received through the acceleration sensor node to transmit data measured by the acceleration sensor node to the data server unit.
또한, 상기 데이터 서버부는 베이스 노드에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 실험 모드 해석을 이용해 교량의 모드 파라미터를 산정하고 상기 산정된 모드 파라미터와 설정된 초기 유한 요소해석 모델을 통해 최적화 변수를 선택해 현재 교량의 유한 요소 해석 모델을 개선하여 처짐 보정계수를 산출하는 처짐 보정계수 산출부와, 상기 베이스 노드에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 교량에 한대의 차량이 통행 중일 경우 발생하는 가속도 데이터를 추출하고 상기 추출한 가속도 데이터를 통해 변위추정기법으로 유사변위를 산출하여 이를 통해 충격 보정계수를 산출하는 충격 보정계수 산출부와, 상기 처짐 보정계수 산출부에서 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수 산출부에서 산출된 충격 보정계수를 초기 교량 설계에 설정된 설계활하중과 내하율과 계산하여 공용 내하력을 산출하는 내하력 평가 산출부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the data server unit calculates a mode parameter of the bridge using the experimental mode analysis based on the acceleration data transmitted from the base node, and selects an optimization variable based on the calculated mode parameter and the set initial finite element analysis model to determine the finite element of the current bridge. The deflection correction coefficient calculation unit for improving the analysis model to calculate the deflection correction coefficient, and the acceleration data generated when a vehicle is traveling on the bridge through the acceleration data transmitted from the base node, and extracts the acceleration data through the extracted acceleration data. The shock correction coefficient calculation unit for calculating the similar displacement by the displacement estimation method and calculating the impact correction coefficient, and the deflection correction coefficient calculated by the deflection correction coefficient calculating unit and the impact correction coefficient calculated by the impact correction coefficient calculating unit are initialized. Design live load and load set in bridge design The rate and the calculation is characterized in that formed parts of load carrying capacity evaluation calculation for calculating a common load carrying capacity.
상기 처짐 보정계수 산출부는 교량의 상시 미진동을 측정한 가속도 데이터를 이용하여 실험모드 해석기법을 통해 교량의 고유주파수 및 모드 형상인 모드 파라미터를 산정하는 모드 파라미터 산정부와, 상기 모드 파라미터 산정부에서 산정된 모드 파라미터와 초기 교량의 설계 유한요소 해석 모델을 이용하여 최적화 기법의 알고리즘을 이용해 현재 상태의 교량의 유한요소 해석 모델을 개선하는 유한요소 모델 개선부와, 상기 유한요소 모델 개선부에서 유한요소 해석 모델이 개선되면 상기 개선된 유한요소 해석 모델의 특정 지점에서 특정 하중을 재하하였을 때 특정 지점의 변위를 이용하여 처짐 보정계수를 산출하는 처짐 보정계수 산정부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
The deflection correction coefficient calculating unit calculates a mode parameter for calculating the natural frequency and mode shape of the bridge through an experimental mode analysis method using acceleration data obtained by constantly measuring the vibration of the bridge, and in the mode parameter calculation unit. A finite element model improving unit for improving a finite element analysis model of a bridge in the current state using an algorithm of an optimization technique using an estimated mode parameter and a design finite element analysis model of an initial bridge, and the finite element model improving unit When the analysis model is improved, the deflection correction coefficient calculation unit calculates a deflection correction coefficient by using a displacement of a specific point when a specific load is loaded at a specific point of the improved finite element analysis model.
또한, 상기 충격 보정계수 산출부는 측정한 가속도 데이터에서 한대의 차량이 교량을 지나가는 경우의 가속도 데이터를 추출하는 가속도 데이터 추출부와, 상기 가속도 데이터 추출부에서 추출한 데이터를 변위 추정 알고리즘을 이용하여 유사변위를 산출하고 이를 통해 충격 보정계수를 산정하는 충격 보정계수 산정부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
The impact correction coefficient calculator may include an acceleration data extractor for extracting acceleration data when a vehicle passes a bridge from the measured acceleration data and a similar displacement using the displacement estimation algorithm for the data extracted by the acceleration data extractor. It is characterized in that consisting of the impact correction coefficient calculation unit for calculating and calculating the impact correction coefficient through this.
상기 원격지 관리부는 현장에 위치한 데이터 서버부에서 분석한 내하력 평가 데이터를 원격지에 무선 인터넷, CDMA, 원격통신 등을 통해 접속하여 모니터링할 수 있으며, 이를 통해 정기적인 점검 및 상시 점검을 실시할 수 있는 것을 특징으로 한다.
The remote management unit can monitor the load-bearing evaluation data analyzed by the data server located at the site by monitoring the remote site through wireless Internet, CDMA, telecommunications, etc. Through this, it is possible to carry out regular and regular checks. It features.
본 발명은 교량의 상시 미진동을 가속도 센서 노드를 통해 계측해 USN 통신을 이용하여 무선으로 전송하고 전송된 데이터를 분석하여 처짐 보정계수와 충격 보정계수의 산정으로 교량의 내하력을 산출하고 평가하여 종래에 시행되었던 재하시험 등의 절차를 생략할 수 있어 이에 따른 막대한 편익비용을 절감할 수 있고, 원격지 관리자가 인터넷, CDMA, 원격 통신 등을 통해 교량 내하력 평가를 산정, 확인할 수 있어 원격지에서 교량의 안전관리를 수행할 수 있는 효과가 있다.
The present invention is to measure the ever-changing vibration of the bridge through the acceleration sensor node, wirelessly transmitted using USN communication, and analyze the transmitted data to calculate and evaluate the load capacity of the bridge by calculating the deflection correction coefficient and the impact correction coefficient. The procedure such as loading test can be omitted, which can reduce enormous benefit cost. Also, the remote manager can calculate and confirm the load capacity evaluation through internet, CDMA, telecommunication, etc. It is effective to carry out management.
또한, 본 발명은 USN 통신을 이용하여 계측 시스템을 구축하여 편의성 및 효율성, 경제성을 도모할 수 있고, 첨단 구조물 센싱, 계측을 통해 신뢰성 있는 구조물 계측 관리가 가능한 효과가 있다.
In addition, the present invention can achieve the convenience, efficiency, economics by building a measurement system using the USN communication, there is an effect capable of reliable structure measurement management through advanced structure sensing, measurement.
도1은 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 구성도이다.
도3은 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 가속도 센서 노드의 구성도이다.
도4는 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 베이스 노드의 구성도이다.
도5는 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 데이터 서버부의 구성도이다. 1 is a perspective view of a system for monitoring and safety evaluation of a US-based intelligent bridge according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram of a monitoring and safety evaluation system of the US-based intelligent bridge according to the present invention.
Figure 3 is a block diagram of an acceleration sensor node of the US-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram of a base node of the US-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system according to the present invention.
5 is a configuration diagram of a data server unit of the USN-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system according to the present invention.
본 발명은 가속도 센서 노드(100)를 교량에 일정 간격으로 설치하여 상기 교량의 상시 미진동을 측정하여 측정한 미진동의 가속도 데이터를 통해 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 산정하고, 산정한 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 통해 교량의 공용 내하력을 산출하여 원격지의 관리자에게 전송함으로써, 기존 재하시험을 수행하지 않아도 교량의 내하력을 산정할 수 있어 구조물의 안전성 평가를 수행할 수 있으며, 유선방식에서 벗어나 USN 데이터 통신을 이용해 교량의 상시 모니터링은 물론 현장에 구축된 계측 시스템에서 취득한 데이터를 통해 내하력을 산정하여 교량 관리자가 원격지에서도 교량의 상시 모니터링 및 교량 내하력 평가를 통한 안전성을 평가할 수 있는 것으로 바람직한 실시 예에 따른 유에스엔(Ubiquitous Sensor Network. USN) 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
In the present invention, the
도1은 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 구성도이며, 도3은 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 가속도 센서 노드의 구성도이고, 도4는 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 베이스 노드의 구성도이며, 도5는 본 발명에 따른 유에스엔 기반 지능형 교량의 모니터링 및 안전성 평가 시스템의 데이터 서버부의 구성도이다.
1 is a perspective view of a monitoring and safety evaluation system of the US-based intelligent bridge according to the present invention, Figure 2 is a block diagram of a monitoring and safety evaluation system of the US-based intelligent bridge according to the present invention, Figure 3 FIG. 4 is a configuration diagram of an acceleration sensor node of a YS-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system, and FIG. 4 is a configuration diagram of a base node of a YS-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system according to the present invention. Is a configuration diagram of a data server unit of the US-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system according to the present invention.
상기 도1과 도2에 도시된 바와 같이 본 발명은 교량에서 발생하는 상시 미진동을 측정하여 교량의 건전성 모니터링 및 안전성을 평가하기 위해 교량에서 발생하는 상시 미진동을 측정하기 위해 교량의 상판에 일정 간격으로 설치하는 다수의 가속도 센서 노드(100)와, 상기 다수의 가속도 센서 노드(100)에서 측정한 데이터를 USN 통신 모듈(150)을 통해 무선 통신으로 전송받아 데이터를 수집하는 베이스 노드(200)와, 상기 베이스 노드(200)에서 수집한 데이터를 전송받아 가속도 데이터를 통해 교량의 모드 파라미터를 산정하여 상기 산정된 모드 파라미터를 통해 교량의 유한요소 해석 모델 개선으로 처짐 보정계수를 산출하고, 상기 베이스 노드(200)에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 한대의 차량이 통행 중일 경우 발생하는 가속도 데이터를 추출하여 상기 추출한 가속도 데이터를 통해 차량이 통행시 변위를 산출해 충격 보정계수를 산출하며 상기 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 이용해 상기 교량의 초기설계를 통해 설정된 설계활하중과 내하율을 대입하여 공용 내하력 평가를 산출하는 데이터 서버부(300)와, 상기 데이터 서버부(300)에서 산출한 공용 내하력 평가를 원격지의 교량 관리자가 무선 인터넷, CDMA, 원격통신 등을 통해 모니터링하는 원격지 관리부(400)로 이루어진다.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the present invention measures constant micro-vibration occurring in a bridge to measure the constant micro-vibration occurring in the bridge to monitor the health and safety of the bridge. A plurality of
상기 가속도 센서 노드(100)는 교량의 상판에 일정 간격으로 다수 설치하며 USN 통신을 통해 측정한 데이터를 베이스 노드(200)에 전송한다. 상기 가속도 센서 노드(100)의 구성은 도3에 도시된 바와 같이 교량의 상시 미진동을 측정하기 위한 가속도 센서(110)와, 상기 가속도 센서(110)에서 계측한 아날로그 데이터를 증폭하기 위한 증폭기(120)와, 상기 증폭기(120)를 통해 증폭한 아날로그 데이터에 노이즈 등의 신호와 관련없는 것을 제거하기 위한 Low Pass Filter(130)와, 상기 Low Pass Filter(130)를 통해 필터링한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터(140)와, 상기 A/D 컨버터(140)를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 베이스 노드(200)에 USN 통신을 통해 송신하는 USN 통신 모듈(150)과, 상기 가속도 센서 노드(100)에 배터리를 통해 전원을 공급하는 전원 공급부(160)와, 상기 계측한 데이터를 저장하기 위한 메모리부(170)와, 상기 USN 통신 모듈(150)을 통해 베이스 노드(200)의 전송 명령을 전송받아 Active 모드와 Sleep 모드를 제어하여 Active 모드일 경우 가속도 센서(110)를 통해 미진동을 계측하고 Sleep 모드일 경우 최소한의 전원을 공급하도록 제어하는 센서 노드 제어부(180)로 구성되며 상기 센서 노드 제어부(180)의 제어를 통해 평상시에는 Sleep 모드로 설정이 되고 베이스 모드에서 Active 모드의 전송 명령이 오면 Active 모드로 변환되어 계측함으로써 배터리의 소모를 최소화하여 저전력으로 장시간에 걸친 상시 계측을 할 수 있다.
The
상기 다수의 가속도 센서 노드(100)에서 계측한 가속도 데이터는 USN 통신을 통해 베이스 노드(200)에 전송되며 상기 베이스 노드(200)는 도4에 도시된 바와 같이 상기 다수의 가속도 센서 노드(100)에서 계측한 데이터를 전송받고 가속도 센서 노드(100)에 Active 모드와 Sleep 모드 명령을 전송하는 USN 통신 모듈(210)과 상기 가속도 센서 노드(100)의 데이터 계측 시간을 제어하도록 Active 모드와 Sleep 모드로 구분하여 사용자가 Active 모드를 선택하면 명령을 전송하여 가속도 센서 노드(100)에서 교량의 미진동을 계측하고 Sleep 모드를 선택하면 소비되는 전력을 최소화하도록 명령의 제어하는 베이스 노드 제어부(220)와, 상기 베이스 노드(200)에 전원을 공급하는 전원 공급부(230)와, 상기 가속도 센서 노드(100)를 통해 전송 받은 데이터를 저장하는 메모리부(240)로 이루어져 다수의 가속도 센서 노드(100)에서 계측한 데이터를 수집하여 데이터 서버부(300)에 전송한다.
Acceleration data measured by the plurality of
상기 데이터 서버부(300)는 처짐 보정계수 산출부(310)와 충격 보정계수 산출부(320)와 내하력 평가 산출부(330)로 구성되며, 처짐 보정계수 산출부(310)는 베이스 노드(200)로부터 계측한 교량의 미진동에 따른 가속도 데이터를 전송받아 상기 전송받은 가속도 데이터를 통해 실험 모드 해석 알고리즘으로 교량의 고유 주파수, 모드형상, 모드계수의 모드 파라미터를 산정하고 상기 산정된 모드 파라미터와 설정된 초기 유한요소 해석 모델을 통해 최적화 변수를 선택해 현재 교량의 유한요소 해석 모델을 개선하여 처짐 보정계수를 산출한다. 또한, 충격 보정계수 산출부(320)는 베이스 노드(200)로부터 전송받은 가속도 데이터에서 교량에 한대의 차량이 통행 중일 경우 발생하는 가속도 데이터를 추출하고 상기 추출한 가속도 데이터를 변위추정기법으로 유사변위를 산출하여 이를 통해 충격 보정계수를 산출한다. 상기 처짐 보정계수 산출부(310)와 충격 보정계수 산출부(320)에서 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수는 내하력 평가 산출부(330)에 전송되며 상기 내하력 평가 산출부(330)는 초기 교량 설계에 설정된 설계 활하중과 내하율과 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 계산하여 교량의 내하력을 산출한다.
The
상기 교량의 안전진단에 있어서 교량 안전성 평가는 공용 내하력 산정을 통해 이루어지며 교량 공용 내하력은 차량 통제를 수반하는 재하시험을 통해 처짐 보정계수 및 충격 보정계수를 산출하여 구조검토를 통해 구해진 기본 내하력을 보정하여 산정되나, 본 발명은 기존에 수반되는 재하시험을 수행하지 않고 교량의 상시 진동 데이터를 통해 처짐 보정계수 산출부(310)와 충격 보정계수 산출부(320)의 알고리즘을 통해 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 자동으로 산출하여 교량의 내하력을 산정할 수 있다.
In the safety diagnosis of the bridge, the bridge safety evaluation is carried out through the calculation of the common load capacity, and the common load capacity of the bridge corrects the basic load capacity obtained through structural review by calculating the deflection correction factor and the impact correction factor through load tests involving vehicle control. Although calculated by the present invention, the deflection correction coefficient and the impact through the algorithm of the deflection correction
상기 데이터 서버부(300)의 처짐 보정계수 산출부(310)는 교량의 상시 미진동을 측정한 가속도 데이터를 이용하여 실험모드 해석기법을 통해 교량의 고유주파수 및 모드 형상인 모드 파라미터를 산정하는 모드 파라미터 산정부(311)와, 상기 모드 파라미터 산정부(311)에서 산정된 모드 파라미터와 초기 교량의 설계 유한요소 해석 모델을 이용하여 최적화 기법의 알고리즘을 이용해 현재 상태의 교량 유한요소 해석 모델을 개선하는 유한요소 모델 개선부(312)와 상기 유한요소 모델 개선부(312)에서 유한요소 해석 모델이 개선되면 상기 개선된 유한요소 해석 모델의 특정 지점에서 특정하중을 재하하였을 때 특정 지점의 변위를 이용하여 처짐 보정계수를 산출하는 처짐 보정계수 산출부(313)로 이루어진다.
The deflection correction
상기 모드 파라미터 산정부(311)에서 모드 파라미터가 산정되면 이를 통해 유한요소 모델 개선부(312)에서 설계 당시 작성되었던 교량 유한요소 해석 모델을 현재 공용중인 실교량 거동을 모사하여 유한요소 해석 모델을 개선한다. 상기 유한요소 해석 모델 개선은 현재 상태의 구조물의 고유주파수나 모드계수 등의 동특성을 계측데이터를 통해 추출하고, 추출된 동특성을 이용하여 유한요소 해석 모델에 사용되는 각종 계수들을 새로 구하여 교량의 현재 상태를 잘 반영하고 이를 표현할 수 있는 개선된 유한요소 해석 모델을 구하는 것이다. 유한요소 해석 모델에 사용되는 계수는 단면2차 모멘트, 탄성계수, 두께 등 여러가지가 있으며, 상기 유한요소 해석 모델에 사용되는 각 요소들의 계수 설계는 교량 구조물 시공 후 초기 상태의 실제 계수와는 근사할 수 있으나 시간이 경과함에 따라 구조물에 작용하는 하중과 온도 변화 등의 환경적 요인에 의해 구조물의 강성이 변화하여 초기 시공 후 강성이 변화된 현 상태의 교량을 최대한 모사할 수 있는 유한요소 해석 모델을 구하면 교량 내하력을 추출하기 위한 재하시험을 수행하지 않아도 유한요소 해석 모델을 활용하여 하중이 특정 지점에 재하되었을 때 처짐을 구함으로써 실제 재하시험과 유사한 결과를 얻을 수 있다.
When the mode parameter is calculated in the mode
상기 충격 보정계수 산출부(320)는 측정한 가속도 데이터에서 한대의 차량이 교량을 지나가는 경우의 가속도를 추출하는 가속도 데이터 추출부(321)와, 상기 가속도 데이터 추출부(321)에서 추출한 데이터를 변위 추정 알고리즘을 이용하여 유사변위를 산출하고 이를 통해 충격 보정계수를 산정하는 충격 보정계수 산정부(322)로 이루어진다.
The impact correction
상기 데이터 서버부(300)에서 수행하는 내하력 평가 데이터는 원격지 관리부(400)에서 교량 관리자가 원격지에서 무선 인터넷, CDMA, 원격통신 등을 통해 접속하여 모니터링 할 수 있으며, 이를 통해 교량의 정기적인 점검 및 상시 점검을 실시하여 교량의 내하력을 평가할 수 있다.
The load capacity evaluation data performed by the
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 가속도 센서 노드(100)를 교량에 일정 간격으로 설치하여 상기 교량의 상시 미진동을 측정하여 측정한 미진동의 가속도 데이터를 통해 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 산정하고, 산정한 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 통해 교량의 공용 내하력을 산출하여 원격지의 관리자에게 전송함으로써, 상기 원격지의 관리자가 교량의 공용 내하력을 확인하고 현재 상태의 교량의 안전성을 평가할 수 있으며, 기존 재하시험을 수행하지 않아도 교량의 내하력을 산정할 수 있어 구조물의 안전성 평가 수행에 따른 막대한 편익비용을 절감할 수 있고, 기존의 유선 방식이 아닌 USN 무선통신 방식으로 데이터를 계측하여 편의성 및 효율성, 경제성을 도모할 수 있어 USN 기반의 첨단 구조물 센싱-계측 시스템을 통해 신뢰성 있는 구조물 계측 관리가 가능하다.
According to the present invention having the above-described configuration, the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
As described above, preferred embodiments according to the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the scope of the present invention as claimed in the following claims. Anyone with knowledge of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **
100 : 가속도 센서 노드 110 : 가속도 센서
120 : 증폭기 130 : Low Pass Filter
140 : A/D 컨버터 150, 210 : USN 통신 모듈
160, 230 : 전원 공급부 170, 240 : 메모리부
180 : 센서 노드 제어부 200 : 베이스 노드
220 : 베이스 노드 제어부 300 : 데이터 서버부
310 : 처짐 보정계수 산출부 311 : 모드 파라미터 산정부
312 : 유한요소 모델 개선부 313 : 처짐 보정계수 산정부
320 : 충격 보정계수 산출부 321 : 가속도 데이터 추출부
322 : 충격 보정계수 산정부 330 : 내하력 평가 산출부
400 : 원격지 관리부** SIGNS FOR MAIN PARTS OF THE DRAWINGS **
100: acceleration sensor node 110: acceleration sensor
120: Amplifier 130: Low Pass Filter
140: A /
160, 230:
180: sensor node controller 200: base node
220: base node control unit 300: data server unit
310: deflection correction coefficient calculating unit 311: mode parameter calculation
312 finite element
320: impact correction coefficient calculation unit 321: acceleration data extraction unit
322: calculation of impact correction coefficient 330: load capacity evaluation calculation unit
400: remote management unit
Claims (7)
상기 교량에서 발생하는 상시 미진동을 측정하기 위해 교량의 상판에 일정 간격으로 설치하는 다수의 가속도 센서 노드;
상기 다수의 가속도 센서 노드에서 측정한 데이터를 USN 통신 모듈을 통해 무선 통신으로 전송받아 데이터를 수집하는 베이스 노드;
상기 베이스 노드에서 수집한 데이터를 전송받아 가속도 데이터를 통해 교량의 모드 파라미터를 산정하여 상기 산정된 모드 파라미터를 통해 교량의 유한 요소해석 모델 개선으로 처짐 보정계수를 산출하고, 상기 베이스 노드에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 차량이 한대 통행 중일 경우 발생하는 가속도 데이터를 추출하여 상기 추출한 가속도 데이터를 통해 차량이 통행시 변위를 산출해 충격보정계수를 산출하며, 상기 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수를 이용해 교량의 초기설계를 통해 설정된 설계활하중과 내하율을 대입하여 공용 내하력 평가를 산출하는 데이터 서버부;
상기 데이터 서버부에서 산출한 공용 내하력 평가를 원격지의 교량 관리자가 무선 인터넷, CDMA, 원격통신 등을 통해 모니터링하는 원격지 관리부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
In the U.S.-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system which measures the constant micro-vibration occurring in the bridge and evaluates the health and safety of the bridge,
A plurality of acceleration sensor nodes installed at regular intervals on the upper plate of the bridge to measure the constant micro-vibration generated in the bridge;
A base node receiving data measured by the plurality of acceleration sensor nodes through wireless communication through a USN communication module to collect data;
After receiving the data collected from the base node, the mode parameter of the bridge is calculated using the acceleration data, the deflection correction coefficient is calculated by improving the finite element analysis model of the bridge through the calculated mode parameter, and the acceleration received from the base node. Through the data, the acceleration data generated when a vehicle is traveling is extracted, and the displacement is calculated when the vehicle travels through the extracted acceleration data to calculate a shock correction coefficient, and the bridge using the calculated deflection correction coefficient and the impact correction coefficient. A data server unit for calculating a common load capacity evaluation by substituting a design live load and a load rate set through an initial design of a;
A remote site manager that monitors the common load capacity evaluation calculated by the data server unit through a wireless Internet, CDMA, telecommunications, etc .; USN-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system, characterized in that consisting of.
상기 가속도 센서 노드는 교량의 상판에 일정간격으로 다수 설치하여 상기 교량의 상시 미진동을 측정하기 위한 가속도 센서와, 상기 가속도 센서에서 계측한 아날로그 데이터를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기를 통해 증폭한 아날로그 데이터에 노이즈 등의 신호와 관련없는 것을 제거하기 위한 Low Pass Filter와, 상기 Low Pass Filter를 통해 필터링한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 베이스 노드에 USN 통신을 통해 송신하는 USN 통신 모듈과, 상기 가속도 센서 노드에 배터리를 통해 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 계측한 데이터를 저장하기 위한 메모리부와, 상기 USN 통신 모듈을 통해 베이스 노드의 전송 명령을 전송받아 Active 모드와 Sleep 모드를 제어하여 Active 모드일 경우 가속도 센서를 통해 미진동을 계측하고 Sleep 모드일 경우 최소한의 전원을 공급하도록 제어하는 센서 노드 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The acceleration sensor node is installed on the upper plate of the bridge at regular intervals, the acceleration sensor for measuring the constant micro-vibration of the bridge, the amplifier for amplifying the analog data measured by the acceleration sensor, and the analog amplified by the amplifier A low pass filter for removing data that is not related to a signal such as noise, an A / D converter for converting analog data filtered through the low pass filter into digital data, and a digital signal through the A / D converter. A USN communication module for transmitting the converted data to the base node through USN communication, a power supply unit supplying power to the acceleration sensor node through a battery, a memory unit for storing the measured data, and the USN communication Active by receiving active command of base node through module and controlling active mode and sleep mode USS-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system comprising a sensor node control unit for measuring the micro-vibration through the acceleration sensor in the mode, and controlling to supply the minimum power in the sleep mode.
상기 베이스 노드는 가속도 센서 노드에서 계측한 데이터를 전송받고 가속도 센서 노드에 명령을 전송하는 USN 통신 모듈과, 상기 가속도 센서 노드의 데이터 계측 시간을 제어하도록 Active 모드와 Sleep 모드로 구분하여 사용자의 지정에 따라 Active 모드를 선택할 경우 가속도 센서 노드를 동작시켜 진동 데이터를 계측하고 Sleep 모드를 선택할 경우 가속도 센서 노드의 소비되는 전력을 최소화하도록 명령을 제어하는 베이스 노드 제어부와, 상기 베이스 노드에 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 가속도 센서 노드를 통해 전송 받은 데이터를 저장하는 메모리부로 이루어져 가속도 센서 노드에서 계측한 데이터를 데이터 서버부에 전송하는 것을 특징으로 하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The base node receives the data measured by the acceleration sensor node and transmits a command to the acceleration sensor node and the USN communication module, and the active mode and sleep mode to control the data measurement time of the acceleration sensor node divided into user's designation Accordingly, when the active mode is selected, the acceleration sensor node operates to measure vibration data, and when the sleep mode is selected, the base node controller controls a command to minimize power consumption of the acceleration sensor node, and a power supply for supplying power to the base node. And a memory unit for storing the data transmitted through the acceleration sensor node to transmit data measured by the acceleration sensor node to the data server unit.
상기 데이터 서버부는
상기 베이스 노드에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 실험 모드 해석을 이용해 교량의 모드 파라미터를 산정하고 상기 산정된 모드 파라미터와 설정된 초기 유한 요소해석 모델을 통해 최적화 변수를 선택해 현재 교량의 유한 요소 해석 모델을 개선하여 처짐 보정계수를 산출하는 처짐 보정계수 산출부;
상기 베이스 노드에서 전송받은 가속도 데이터를 통해 교량에 한대의 차량이 통행 중일 경우 발생하는 가속도 데이터를 추출하고 상기 추출한 가속도 데이터를 통해 변위추정기법으로 유사변위를 산출하여 이를 통해 충격 보정계수를 산출하는 충격 보정계수 산출부;
상기 처짐 보정계수 산출부에서 산출된 처짐 보정계수와 충격 보정계수 산출부에서 산출된 충격 보정계수를 초기 교량 설계에 설정된 설계활하중과 내하율과 계산하여 공용 내하력을 산출하는 내하력 평가 산출부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The data server unit
The mode parameter of the bridge is estimated by the experimental mode analysis based on the acceleration data received from the base node, and the optimization parameters are selected through the estimated mode parameter and the initial finite element analysis model set up to improve the finite element analysis model of the current bridge. A deflection correction coefficient calculating unit for calculating a deflection correction coefficient;
The acceleration data generated when a vehicle is traveling on the bridge through the acceleration data transmitted from the base node, and the impact displacement coefficient is calculated by calculating the similar displacement using the displacement estimation method based on the extracted acceleration data. A correction coefficient calculator;
A load capacity evaluation calculation unit calculating a common load capacity by calculating the deflection correction coefficient calculated by the deflection correction coefficient calculation unit and the impact correction coefficient calculated by the impact correction coefficient calculation unit with the design live load and the load rate set in the initial bridge design; USN-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system, characterized in that consisting of.
상기 처짐 보정계수 산출부는 교량의 상시 미진동을 측정한 가속도 데이터를 이용하여 실험모드 해석기법을 통해 교량의 고유주파수 및 모드 형상인 모드 파라미터를 산정하는 모드 파라미터 산정부와, 상기 모드 파라미터 산정부에서 산정된 모드 파라미터와 초기 교량의 설계 유한요소 해석 모델을 이용하여 최적화 기법의 알고리즘을 이용해 현재 상태의 교량의 유한요소 해석 모델을 개선하는 유한요소 모델 개선부와, 상기 유한요소 모델 개선부에서 유한요소 해석 모델이 개선되면 상기 개선된 유한요소 해석 모델의 특정 지점에서 특정 하중을 재하하였을 때 특정 지점의 변위를 이용하여 처짐 보정계수를 산출하는 처짐 보정계수 산정부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
The method of claim 3,
The deflection correction coefficient calculating unit calculates a mode parameter for calculating the natural frequency and mode shape of the bridge through an experimental mode analysis method using acceleration data obtained by constantly measuring the vibration of the bridge, and in the mode parameter calculation unit. A finite element model improving unit for improving a finite element analysis model of a bridge in the current state using an algorithm of an optimization technique using an estimated mode parameter and a design finite element analysis model of an initial bridge, and the finite element model improving unit If the analysis model is improved, the USN-based intelligent bridge is composed of a deflection correction coefficient calculation unit that calculates a deflection correction coefficient by using a displacement of a specific point when a specific load is loaded at a specific point of the improved finite element analysis model. Monitoring and safety assessment system.
상기 충격 보정계수 산출부는 측정한 가속도 데이터에서 한대의 차량이 교량을 지나가는 경우의 가속도 데이터를 추출하는 가속도 데이터 추출부와, 상기 가속도 데이터 추출부에서 추출한 데이터를 변위 추정 알고리즘을 이용하여 유사변위를 산출하고 이를 통해 충격 보정계수를 산정하는 충격 보정계수 산정부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
The method of claim 3,
The impact correction coefficient calculator calculates a pseudo displacement from the measured acceleration data by using an acceleration data extractor for extracting acceleration data when a vehicle passes a bridge and the data extracted by the acceleration data extractor using a displacement estimation algorithm. And the YS-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system, characterized in that the impact correction coefficient calculation unit for calculating the impact correction coefficient through this.
상기 원격지 관리부는 현장에 위치한 데이터 서버부에서 분석한 내하력 평가 데이터를 원격지에 무선 인터넷, CDMA, 원격통신 등을 통해 접속하여 모니터링할 수 있으며, 이를 통해 정기적인 점검 및 상시 점검을 실시할 수 있는 것을 특징으로 하는 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The remote management unit can monitor the load-bearing evaluation data analyzed by the data server located at the site by monitoring the remote site through wireless Internet, CDMA, telecommunications, etc. Through this, it is possible to carry out regular and regular checks. Features a US-based intelligent bridge monitoring and safety evaluation system.
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