KR20240032606A - Method and apparatus for predicting structural reliability of bridge - Google Patents

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KR20240032606A
KR20240032606A KR1020220165924A KR20220165924A KR20240032606A KR 20240032606 A KR20240032606 A KR 20240032606A KR 1020220165924 A KR1020220165924 A KR 1020220165924A KR 20220165924 A KR20220165924 A KR 20220165924A KR 20240032606 A KR20240032606 A KR 20240032606A
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predicting
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허종완
모스베 칼룹
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인천대학교 산학협력단
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Abstract

컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 브릿지의 구조 안정성 예측 방법이 개시된다. 본 방법은, 소정의 차량이 브릿지를 이동할 때, 브릿지의 기둥 및 기둥 사이를 연결하는 거더의 소정 지점에 위치한 복수의 센서를 통해 변위, 스트레인 및 가속도의 측정 데이터를 획득하는 단계, 획득된 측정 데이터를 가공하는 단계, 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 단계, 산출된 누적 분포 함수를 시계열 기반의 분석 모델에 입력하는 단계 및 분석 모델을 통해 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법이 제공됨으로써, 브릿지의 안정성이 효과적으로 분석될 수 있다.A method for predicting the structural stability of a bridge performed by a computing device is disclosed. This method includes the steps of acquiring measurement data of displacement, strain, and acceleration through a plurality of sensors located at predetermined points on the pillars of the bridge and the girders connecting the pillars when a certain vehicle moves on the bridge, the acquired measurement data A step of processing, a step of calculating a cumulative distribution function (CDF) for each processed measurement data, a step of inputting the calculated cumulative distribution function into a time series-based analysis model, and estimating the stability reliability of the bridge through the analysis model. May include steps. By providing this method, the stability of the bridge can be effectively analyzed.

Description

브릿지의 구조 안정성 예측 방법 및 이를 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREDICTING STRUCTURAL RELIABILITY OF BRIDGE}Method for predicting structural stability of bridge and device therefor {METHOD AND APPARATUS FOR PREDICTING STRUCTURAL RELIABILITY OF BRIDGE}

본 개시는 브릿지의 구조 안정성을 예측하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for predicting the structural stability of a bridge and an apparatus therefor.

일반적으로, 교량(bridge)은 상부 및 하부 구조로 구분될 수 있는데, 상부 구조는 차량의 하중을 직접 지지하는 부분으로서, 상부 바닥판(Slab)과 주형(Girder)으로 구성되고, 하부 구조는 상부 구조로부터의 하중을 지반으로 전달 하는 역할을 하는 부분으로서 교대, 교각 및 기초(확대 기초, 말뚝 기초, 우물통 기초 등)로 구성된다. Generally, a bridge can be divided into an upper and lower structure. The upper structure is the part that directly supports the load of the vehicle and is composed of an upper slab and a girder, and the lower structure is the upper structure. It is a part that transmits the load from the structure to the ground and is composed of abutments, piers, and foundations (extended foundations, pile foundations, well foundations, etc.).

이러한 교량은 하부 구조의 구조거동(변형, 경사, 침하, 균열 등)을 계측할 수 있는 특별한 장치가 미리 설치되지 않으면 하부 구조의 구조거동상태를 알 수 없고, 이러한 하부 구조의 구조거동상태를 미리 알 수 없으면 변형, 경사, 침하 및 균열 등 교량 구조물 전체의 안전성에 영향을 미치는 인자가 심각하게 진행되어 교량의 붕괴로 이어질 수 있다는 문제점이 있다. In these bridges, the structural behavior state of the substructure cannot be known unless a special device that can measure the structural behavior (deformation, inclination, settlement, crack, etc.) of the substructure is installed in advance. If not known, there is a problem that factors affecting the safety of the entire bridge structure, such as deformation, inclination, settlement, and cracking, can progress seriously and lead to the collapse of the bridge.

최근 국내외에서 지진의 빈도와 규모가 증가하고 있으며, 또한 지진으로 인한 교량 구조물의 피해 사례도 빈번하게 보고되고 있다. 교량 기초는 수면 또는 지반아래 설치되는 구조물이기 때문에 상시 또는 지진 후에 이들의 건전성을 정확히 판단하는 것이 불가능하다. Recently, the frequency and magnitude of earthquakes are increasing both at home and abroad, and cases of damage to bridge structures due to earthquakes are also frequently reported. Because bridge foundations are structures installed under the water or ground, it is impossible to accurately determine their soundness at any time or after an earthquake.

한편, 구조물의 초대형화 추세에 따라 이에 대한 안전성에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이러한 안전성 시험의 하나로 구조물의 진동에 따른 특성을 실험하기 위한 장비들이 개발되어지고 있다. 이러한 특성의 실험을 동하중 특성 실험이라 한다. Meanwhile, with the trend toward ultra-large structures, interest in safety is increasing, and equipment is being developed to test the vibration characteristics of structures as one of these safety tests. Tests of these characteristics are called dynamic load characteristics tests.

다만, 브릿지에 특별한 구조물을 설치하지 않더라도 브릿지에 배치된 센서의 데이터만을 이용하여 브릿지의 안전과 신뢰성을 분석할 수 있는 방법도 필요하다.However, even without installing a special structure on the bridge, a method is needed to analyze the safety and reliability of the bridge using only data from sensors placed on the bridge.

한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드 (background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.Meanwhile, the above information is presented only as background information to aid understanding of the present invention. No decision has been made, and no claim is made, as to whether any of the above is applicable as prior art with respect to the present invention.

등록특허공보 제10-1328139호 (등록일 : 2013.11.05.)Registered Patent Publication No. 10-1328139 (Registration date: 2013.11.05.)

본 개시에 개시된 실시예는 브릿지에 배치된 각종 센서의 데이터만을 이용하여 브릿지의 구조 안전 신뢰도를 분석 및 예측하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the embodiment disclosed in the present disclosure is to provide a method for analyzing and predicting the structural safety reliability of a bridge using only data from various sensors disposed on the bridge.

본 개시가 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present disclosure are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 측면에 따른 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 브릿지의 구조 안정성 예측 방법은, 소정의 차량이 상기 브릿지를 이동할 때, 상기 브릿지의 기둥 및 기둥 사이를 연결하는 거더(girder)의 소정 지점에 위치한 복수의 센서를 통해 변위(displacement), 스트레인(strain) 및 가속도(acceleration)의 측정 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 측정 데이터를 가공하는 단계; 상기 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF, cumulative distribution funtion)를 산출하는 단계; 상기 산출된 누적 분포 함수를 시계열 기반의 분석 모델에 입력하는 단계; 및 상기 분석 모델을 통해 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.A method for predicting the structural stability of a bridge performed by a computing device according to an aspect of the present disclosure for achieving the above-described technical problem includes, when a predetermined vehicle moves on the bridge, the pillars of the bridge and the girders connecting the pillars. Obtaining measurement data of displacement, strain, and acceleration through a plurality of sensors located at predetermined points on the girder; Processing the obtained measurement data; Calculating a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data; Inputting the calculated cumulative distribution function into a time series-based analysis model; And it may include estimating the stability reliability of the bridge through the analysis model.

상기 측정 데이터를 획득하는 단계는, 상기 기둥의 상부 및 하부에 각각 설치된 스트레인 센서, 상기 거너의 하부에 설치된 스트레인 센서, 상기 기둥의 하부에 설치된 변위 센서 및 상기 거너의 상부에 설치된 가속도 센서를 이용하여, 변위, 스트레인 및 가속도의 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The step of acquiring the measurement data uses a strain sensor installed at the top and bottom of the pillar, a strain sensor installed at the bottom of the gunner, a displacement sensor installed at the bottom of the pillar, and an acceleration sensor installed at the top of the gunner. , may include obtaining measurement data of displacement, strain, and acceleration.

상기 획득된 측정 데이터를 가공하는 단계는, 상기 브릿지의 준정적 거동(semi-static behavior)을 파악하기 위해 상기 변위 측정 데이터 및 스트레인 측정 데이터를 가공하는 단계; 및 상기 브릿지의 동적 거동(dynamic behavior)을 파악하기 위해 상기 가속도 측정 데이터를 가공하는 단계를 포함할 수 있다.The step of processing the acquired measurement data includes processing the displacement measurement data and the strain measurement data to determine semi-static behavior of the bridge; and processing the acceleration measurement data to determine dynamic behavior of the bridge.

상기 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 단계는, 상기 카플란 마이어(Kaplan-Meier) 추정에 기초하여, 상기 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the cumulative distribution function (CDF) may include calculating a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data based on the Kaplan-Meier estimation.

상기 시계열 기반의 분석 모델은, 자동회귀누적이동평균(ARIMA, autoregressive integrated moving average) 모델로 구현될 수 있다.The time series-based analysis model can be implemented as an autoregressive integrated moving average (ARIMA) model.

상기 분석 모델은, 상기 산출된 누적 분포 함수(CDF)를 입력받아, AR 파라미터 및 MA 파라미터를 추정하며, 정상범위의 AR 파라미터와 MA 파라미터 및 상기 추정된 AR 파라미터와 MA 파라미터를 비교하여, 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하도록 구성될 수 있다.The analysis model receives the calculated cumulative distribution function (CDF), estimates AR parameters and MA parameters, compares the AR parameters and MA parameters in the normal range and the estimated AR parameters and MA parameters, and calculates the bridge It can be configured to estimate the stability reliability of.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 측면에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 장치는, 시계열 기반의 분석 모델을 저장하는 메모리; 및 소정의 차량이 상기 브릿지를 이동할 때, 상기 브릿지의 기둥 및 기둥 사이를 연결하는 거더의 소정 지점에 위치한 복수의 센서를 통해 변위, 스트레인 및 가속도의 측정 데이터를 획득하고, 상기 획득된 측정 데이터를 가공하며, 상기 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.An apparatus for predicting the structural stability of a bridge according to an aspect of the present disclosure for achieving the above-described technical problem includes: a memory storing a time series-based analysis model; And when a predetermined vehicle moves on the bridge, measurement data of displacement, strain, and acceleration are acquired through a plurality of sensors located at predetermined points of the pillars of the bridge and the girders connecting the pillars, and the obtained measurement data It may include a control unit that processes and calculates a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data.

상기 제어부는, 상기 산출된 누적 분포 함수를 시계열 기반의 분석 모델에 입력하고, 상기 분석 모델을 통해 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하도록 구성될 수 있다.The control unit may be configured to input the calculated cumulative distribution function into a time series-based analysis model and estimate the stability reliability of the bridge through the analysis model.

이 외에도, 본 개시를 구현하기 위한 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 더 제공될 수 있다.In addition to this, a computer program stored in a computer-readable recording medium for execution to implement the present disclosure may be further provided.

이 외에도, 본 개시를 구현하기 위한 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.In addition, a computer-readable recording medium recording a computer program for executing a method for implementing the present disclosure may be further provided.

본 개시의 전술한 과제 해결 수단에 의하면, 특별한 구조물 설치 없이 브릿지에 배치된 각종 센서로부터 수집된 데이터에 기반하여, 브릿지의 안전 및 신뢰도가 분석될 수 있으므로, 연구자의 분석 편의가 제고될 수 있다.According to the means for solving the above-described problem of the present disclosure, the safety and reliability of the bridge can be analyzed based on data collected from various sensors placed on the bridge without installing a special structure, so the researcher's analysis convenience can be improved.

본 개시의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 개시에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 장치의 적용 환경을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 개시에 따른 구조 안정성 예측 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 개시에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 방법을 나타내는 시퀀스도,
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 개시에 따른 실험실에서 브릿지의 손상을 시뮬레이션하기 위한 구조물을 설명하기 위한 도면들,
도 5는 본 개시에 따른 브릿에 설치된 각 센서들의 센싱값을 예시적으로 나타내며,
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 개시에 따른 브릿지를 주행하는 트럭의 속도에 따른 스트레인의 값을 나타내고,
도 7(a)는 본 개시에 따른 트럭이 브릿지를 제1 속도로 주행하는 경우 시간에 따른 가속도 측정값과 주파수에 따른 파워 스펙트럼을 나타내고, 도 7(b)는 본 개시에 따른 트럭이 브릿지를 제2 속도로 주행하는 경우 시간에 따른 가속도 측정값과 주파수에 따른 파워 스펙트럼을 나타내며,
도 8(a)는 본 개시에 따른 자유 진동하는 경우 측정값을 나타내고, 도 8(b)는 본 개시에 따른 주파수 컨텐츠를 나타내며,
도 9(a) 내지 도 9(c)는 본 개시에 따른 산출된 누적 분포 함수(CDF)를 나타내고,
도 10(a) 및 도 10(b)는 본 개시에 따른 분석 모델의 계수를 나타내며,
도 11(a) 및 도 11(b)는 본 개시에 따른 브릿지의 소정 지점에서의 스트레인 및 가속도에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 나타내며, 그리고,
도 12(a) 및 도 12(b)는 본 개시에 따른 분석 모델의 파라미터 성능을 나타낸다.
1 is a diagram illustrating the application environment of the device for predicting structural stability of a bridge according to the present disclosure;
2 is a block diagram showing the configuration of a structural stability prediction device according to the present disclosure;
3 is a sequence diagram showing a method for predicting the structural stability of a bridge according to the present disclosure;
4(a) and 4(b) are diagrams illustrating a structure for simulating damage to a bridge in a laboratory according to the present disclosure;
Figure 5 exemplarily shows the sensing values of each sensor installed in the Brit according to the present disclosure,
Figures 6(a) and 6(b) show strain values according to the speed of a truck traveling on a bridge according to the present disclosure,
Figure 7(a) shows acceleration measurements over time and power spectrum according to frequency when the truck according to the present disclosure travels on the bridge at a first speed, and Figure 7(b) shows the power spectrum according to frequency when the truck according to the present disclosure travels on the bridge. When driving at the second speed, it shows acceleration measurements over time and power spectrum according to frequency.
FIG. 8(a) shows measured values in the case of free vibration according to the present disclosure, and FIG. 8(b) shows frequency content according to the present disclosure.
9(a) to 9(c) show the calculated cumulative distribution function (CDF) according to the present disclosure,
10(a) and 10(b) show coefficients of the analysis model according to the present disclosure,
11(a) and 11(b) show the cumulative distribution function (CDF) for strain and acceleration at a certain point of the bridge according to the present disclosure, and
Figures 12(a) and 12(b) show the parameter performance of the analysis model according to the present disclosure.

본 개시 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 개시가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.Like reference numerals refer to like elements throughout this disclosure. The present disclosure does not describe all elements of the embodiments, and general content or overlapping content between the embodiments in the technical field to which the present disclosure pertains is omitted. The term 'unit, module, member, block' used in the specification may be implemented as software or hardware, and depending on the embodiment, a plurality of 'unit, module, member, block' may be implemented as a single component, or It is also possible for one 'part, module, member, or block' to include multiple components.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only direct connection but also indirect connection, and indirect connection includes connection through a wireless communication network. do.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only cases where a member is in contact with another member, but also cases where another member exists between the two members.

제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. Terms such as first and second are used to distinguish one component from another component, and the components are not limited by the above-mentioned terms.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly makes an exception.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. The identification code for each step is used for convenience of explanation. The identification code does not explain the order of each step, and each step may be performed differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. there is.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 개시의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, the operating principle and embodiments of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings.

본 명세서에서 '본 개시에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 장치'는 연산처리를 수행하여 사용자에게 결과를 제공할 수 있는 다양한 장치들이 모두 포함된다. 예를 들어, 본 개시에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 장치는, 컴퓨터, 서버 장치 및 휴대용 단말기를 모두 포함하거나, 또는 어느 하나의 형태가 될 수 있다.In this specification, the 'device for predicting structural stability of a bridge according to the present disclosure' includes various devices that can perform computational processing and provide results to the user. For example, the device for predicting the structural stability of a bridge according to the present disclosure may include all of a computer, a server device, and a portable terminal, or may take the form of any one.

여기에서, 상기 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop), 태블릿 PC, 슬레이트 PC 등을 포함할 수 있다.Here, the computer may include, for example, a laptop, desktop, laptop, tablet PC, slate PC, etc. equipped with a web browser.

상기 서버 장치는 외부 장치와 통신을 수행하여 정보를 처리하는 서버로써, 애플리케이션 서버, 컴퓨팅 서버, 데이터베이스 서버, 파일 서버, 게임 서버, 메일 서버, 프록시 서버 및 웹 서버 등을 포함할 수 있다.The server device is a server that processes information by communicating with external devices, and may include an application server, computing server, database server, file server, game server, mail server, proxy server, and web server.

상기 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), WiBro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트 폰(Smart Phone) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치와 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD) 등과 같은 웨어러블 장치를 포함할 수 있다.The portable terminal is, for example, a wireless communication device that guarantees portability and mobility, such as PCS (Personal Communication System), GSM (Global System for Mobile communications), PDC (Personal Digital Cellular), PHS (Personal Handyphone System), and PDA. (Personal Digital Assistant), IMT (International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA (Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA (W-Code Division Multiple Access), WiBro (Wireless Broadband Internet) terminal, smart phone ), all types of handheld wireless communication devices, and wearable devices such as watches, rings, bracelets, anklets, necklaces, glasses, contact lenses, or head-mounted-device (HMD). may include.

도 1은 본 개시에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 장치(100)의 적용 환경을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 개시에 따른 구조 안정성 예측 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 1 is a diagram for explaining the application environment of the apparatus 100 for predicting structural stability of a bridge according to the present disclosure, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the apparatus 100 for predicting structural stability of a bridge according to the present disclosure.

브릿지(BR)는 소정의 교량(가령, 원효대교)이며, 브릿지의 일부(AA)에서 브릿지의 구조 안정성이 예측될 수 있다. 브릿지의 구조 안정성은 구조 안전성, 구조 신뢰성 및 안정 신뢰도를 포함할 수 있다. 구조 안정성 예측 장치(100)는 소정의 무게를 갖는 차량(Tr, 가령 덤프트럭)의 이동에 따라 브릿의 구조 안정성을 예측(추정)할 수 있다.The bridge (BR) is a certain bridge (eg, Wonhyo Bridge), and the structural stability of the bridge can be predicted from a portion (AA) of the bridge. The structural stability of a bridge may include structural safety, structural reliability, and stability reliability. The structural stability prediction device 100 can predict (estimate) the structural stability of the Brit according to the movement of a vehicle (Tr, for example, a dump truck) having a predetermined weight.

브릿지(BR)는 기둥(G1~G6) 및 기둥 사이를 연결하는 거더(girder, GD1~5)를 포함할 수 있다. 기둥(G1~G6)에는 복수의 축 스트레인 센서(S1~S12)가 배치될 수 있으며, 기둥(G1~G6)의 하부에는 변위(deflection) 센서(D1~D6)가 배치될 수 있다. 거더(GD1~GD5) 주변에는 수직 스트레인 센서(S13~S16)가 배치될 수 있으며, 브릿지(BR)에는 가속도 센서(ACC1, ACC2)가 주행 방향에 따라 소정 거리를 두고 배치될 수 있다. 본 명세서에서 거더(GD1~5)는 상부 바닥면을 포함하는 개념으로 사용될 수 있다.The bridge (BR) may include columns (G1 to G6) and girders (GD1 to 5) connecting the columns. A plurality of axial strain sensors (S1 to S12) may be disposed on the columns (G1 to G6), and displacement sensors (D1 to D6) may be disposed in the lower portion of the columns (G1 to G6). Vertical strain sensors (S13 to S16) may be placed around the girders (GD1 to GD5), and acceleration sensors (ACC1, ACC2) may be placed on the bridge (BR) at a predetermined distance depending on the driving direction. In this specification, girders (GD1 to 5) may be used as a concept including the upper floor surface.

도 2를 참고하면, 구조 안정성 예측 장치(100)는 센서로부터 수집된 데이터에 기초하여, 브릿지(BR)의 안정 신뢰도를 예측할 수 있으며, 통신부(110), 입력부(120), 디스플레이(130), 인공지능 기반으로 미리 학습된 예측 모델을 저장하는 메모리(150) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 본 개시에 따른 구조 안정성 예측 장치(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 구조 안정성 예측 장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2, the structural stability prediction device 100 can predict the stability reliability of the bridge (BR) based on data collected from sensors, and includes a communication unit 110, an input unit 120, a display 130, It may include a memory 150 and a control unit 190 that store a prediction model learned in advance based on artificial intelligence. The components shown in FIG. 2 are not essential for implementing the structural stability prediction device 100 according to the present disclosure, so the structural stability prediction device 100 described herein has more or more components than those listed above. , or may have fewer components.

상기 구성요소들 중 통신부(110)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 방송 수신 모듈, 유선통신 모듈, 무선통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Among the components, the communication unit 110 may include one or more components that enable communication with an external device, for example, a broadcast reception module, a wired communication module, a wireless communication module, a short-range communication module, and location information. It may contain at least one of the modules.

통신부(110)는 위치정보 모듈을 포함하며, 위치 정보 모듈은 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈을 포함할 수 있는데, 예를 들어, GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 본 수심 예측 장치(100)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 본 장치의 위치를 획득할 수 있다. The communication unit 110 includes a location information module, and the location information module may include a GPS (Global Positioning System) module or a WiFi (Wireless Fidelity) module. For example, when using a GPS module, a GPS satellite transmits The location of the water depth prediction device 100 can be obtained using the signal. As another example, by using a Wi-Fi module, the location of the device can be obtained based on information from the Wi-Fi module and a wireless AP (Wireless Access Point) that transmits or receives wireless signals.

입력부(120)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 적어도 하나의 카메라, 적어도 하나의 마이크로폰 및 사용자 입력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입력부에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.The input unit 120 is for inputting image information (or signal), audio information (or signal), data, or information input from a user, and includes at least one of at least one camera, at least one microphone, and a user input unit. can do. Voice data or image data collected from the input unit can be analyzed and processed as a user's control command.

사용자 입력부는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로서, 사용자 입력부를 통해 정보가 입력되면, 제어부는 입력된 정보에 대응되도록 본 장치의 동작을 제어할 수 있다. 이러한, 사용자 입력부는 하드웨어식 물리 키(예를 들어, 본 장치의 전면, 후면 및 측면 중 적어도 하나에 위치하는 버튼, 돔 스위치 (dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등) 및 소프트웨어식 터치 키를 포함할 수 있다. 일 예로서, 터치 키는, 소프트웨어적인 처리를 통해 터치스크린 타입의 디스플레이부 상에 표시되는 가상 키(virtual key), 소프트 키(soft key) 또는 비주얼 키(visual key)로 이루어지거나, 상기 터치스크린 이외의 부분에 배치되는 터치 키(touch key)로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 가상키 또는 비주얼 키는, 다양한 형태를 가지면서 터치스크린 상에 표시되는 것이 가능하며, 예를 들어, 그래픽(graphic), 텍스트(text), 아이콘(icon), 비디오(video) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The user input unit is for receiving information from the user. When information is input through the user input unit, the control unit can control the operation of the device to correspond to the input information. This user input unit uses hardware-type physical keys (e.g., buttons, dome switches, jog wheels, jog switches, etc. located on at least one of the front, back, and sides of the device) and software-type touch keys. It can be included. As an example, the touch key consists of a virtual key, soft key, or visual key displayed on a touch screen-type display unit through software processing, or is displayed on the touch screen. It may be composed of touch keys placed in other parts. Meanwhile, the virtual key or visual key can be displayed on the touch screen in various forms, for example, graphic, text, icon, video or these. It can be made up of a combination of .

디스플레이(130)는 본 장치에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이(1300는 본 장치에서 구동되는 응용 프로그램(일 예로, 어플리케이션)의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다. The display 130 displays (outputs) information processed by the device. For example, the display 1300 can display execution screen information of an application (for example, an application) running on the device, or UI (User Interface) and GUI (Graphic User Interface) information according to this execution screen information. there is.

메모리(150)는 본 장치의 다양한 기능을 지원하는 데이터와, 제어부(190)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 음악 파일, 정지영상, 동영상 등)을 저장할 있고, 본 장치에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 본 장치의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. The memory 150 can store data supporting various functions of the device and programs for the operation of the control unit 190, and input/output data (e.g., music files, still images, videos, etc.) can be stored, and a number of application programs (application programs or applications) running on the device, data for operation of the device, and commands can be stored. At least some of these applications may be downloaded from an external server via wireless communication.

이러한, 메모리(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(150)는 본 장치와는 분리되어 있으나, 유선 또는 무선으로 연결된 데이터베이스가 될 수도 있다.The memory 150 includes a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type (Silicon Disk Drive type), and a multimedia card micro type. micro type), card type memory (e.g. SD or XD memory, etc.), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), EEPROM (electrically erasable) It may include at least one type of storage medium among programmable read-only memory (PROM), programmable read-only memory (PROM), magnetic memory, magnetic disk, and optical disk. Additionally, the memory 150 is separate from the device, but may be a database connected by wire or wirelessly.

메모리(150)는 분석 모델(AM)을 저장할 수 있는데, 분석 모델(AM)은 확률 기반의 자동회귀누적이동평균(ARIMA, autoregressive integrated moving average) 모델일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.The memory 150 may store an analysis model (AM), which may be a probability-based autoregressive integrated moving average (ARIMA) model, but the embodiment is not limited thereto.

제어부(190)는 본 장치 내의 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리, 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.The control unit 190 includes a memory that stores data for an algorithm for controlling the operation of components in the device or a program that reproduces the algorithm, and at least one processor that performs the above-described operations using the data stored in the memory ( (not shown) may be implemented. At this time, the memory and processor may each be implemented as separate chips. Alternatively, the memory and processor may be implemented as a single chip.

또한, 제어부는 이하의 도 3 내지 도 12(b)에서 설명되는 본 개시에 따른 다양한 실시 예들을 본 장치 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다. In addition, the control unit may control any one or a combination of the above-described components in order to implement various embodiments according to the present disclosure described in FIGS. 3 to 12(b) below on the device.

도 2에 도시된 구성 요소들의 성능에 대응하여 적어도 하나의 구성요소가 추가되거나 삭제될 수 있다. 또한, 구성 요소들의 상호 위치는 시스템의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.At least one component may be added or deleted in response to the performance of the components shown in FIG. 2. Additionally, it will be easily understood by those skilled in the art that the mutual positions of the components may be changed in response to the performance or structure of the system.

한편, 도 2에서 도시된 각각의 구성요소는 소프트웨어 및/또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 및 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다.Meanwhile, each component shown in FIG. 2 refers to software and/or hardware components such as Field Programmable Gate Array (FPGA) and Application Specific Integrated Circuit (ASIC).

도 3은 본 개시에 따른 브릿지의 구조 안정성 예측 방법을 나타내는 시퀀스도이다. 도 3을 설명하면서, 도 4(a) 내지 도 12(b)를 참조하여 설명하기로 한다. 구체적으로, 도 4(a) 및 도 4(b)는 본 개시에 따른 실험실에서 브릿지의 손상을 시뮬레이션하기 위한 구조물을 설명하기 위한 도면들이고, 도 5는 본 개시에 따른 브릿에 설치된 각 센서들의 센싱값을 예시적으로 나타내며, 도 6(a) 및 도 6(b)는 본 개시에 따른 브릿지를 주행하는 트럭의 속도에 따른 스트레인의 값을 나타내고, 도 7(a)는 본 개시에 따른 트럭이 브릿지를 제1 속도로 주행하는 경우 시간에 따른 가속도 측정값과 주파수에 따른 파워 스펙트럼을 나타내고, 도 7(b)는 본 개시에 따른 트럭이 브릿지를 제2 속도로 주행하는 경우 시간에 따른 가속도 측정값과 주파수에 따른 파워 스펙트럼을 나타내며, 도 8(a)는 본 개시에 따른 자유 진동하는 경우 측정값을 나타내고, 도 8(b)는 본 개시에 따른 주파수 컨텐츠를 나타내며, 도 9(a) 내지 도 9(c)는 본 개시에 따른 산출된 누적 분포 함수(CDF)를 나타내고, 도 10(a) 및 도 10(b)는 본 개시에 따른 분석 모델의 계수를 나타내며, 도 11(a) 및 도 11(b)는 본 개시에 따른 브릿지의 소정 지점에서의 스트레인 및 가속도에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 나타내며, 그리고, 도 12(a) 및 도 12(b)는 본 개시에 따른 분석 모델의 파라미터 성능을 나타낸다.Figure 3 is a sequence diagram showing a method for predicting the structural stability of a bridge according to the present disclosure. While explaining FIG. 3, the description will be made with reference to FIGS. 4(a) to 12(b). Specifically, FIGS. 4(a) and 4(b) are diagrams illustrating a structure for simulating damage to a bridge in a laboratory according to the present disclosure, and FIG. 5 illustrates sensing of each sensor installed on the bridge according to the present disclosure. The value is shown by way of example, and FIGS. 6(a) and 6(b) show the strain value according to the speed of the truck traveling on the bridge according to the present disclosure, and FIG. 7(a) shows the strain value of the truck according to the present disclosure. When driving on a bridge at a first speed, acceleration measurements over time and a power spectrum according to frequency are shown, and FIG. 7(b) shows acceleration measurements over time when a truck according to the present disclosure travels on a bridge at a second speed. Shows the power spectrum according to the value and frequency, Figure 8(a) shows the measured value in the case of free vibration according to the present disclosure, Figure 8(b) shows the frequency content according to the present disclosure, Figures 9(a) to Figure 9(c) shows the calculated cumulative distribution function (CDF) according to the present disclosure, Figures 10(a) and 10(b) show the coefficients of the analysis model according to the present disclosure, Figures 11(a) and Figure 11(b) shows the cumulative distribution function (CDF) for strain and acceleration at a certain point of the bridge according to the present disclosure, and Figures 12(a) and 12(b) show the analysis model according to the present disclosure. Indicates the parameter performance of .

도 3을 참고하면, 제어부(190)는 소정의 차량이 브릿지를 이동할 때, 브릿지의 기둥 및 기둥 사이를 연결하는 거더의 소정 지점에 위치한 복수의 센서를 통해 변위(displacement), 스트레인(strain) 및 가속도(acceleration)의 측정 데이터를 통신부(110)를 통해 획득할 수 있다(S310, 측정 데이터 획득 단계).Referring to FIG. 3, when a certain vehicle moves on a bridge, the control unit 190 measures displacement, strain and Measurement data of acceleration can be obtained through the communication unit 110 (S310, measurement data acquisition step).

제어부(190)는 브릿지 기둥의 상부 및 하부에 각각 설치된 스트레인 센서, 거너의 하부에 설치된 스트레인 센서, 기둥의 하부에 설치된 변위 센서 및 거너의 상부에 설치된 가속도 센서를 이용하여, 변위, 스트레인 및 가속도의 측정 데이터를 획득할 수 있다.The control unit 190 uses a strain sensor installed at the top and bottom of the bridge pillar, a strain sensor installed at the bottom of the gunner, a displacement sensor installed at the bottom of the pillar, and an acceleration sensor installed at the top of the gunner, to measure displacement, strain, and acceleration. Measurement data can be obtained.

제어부(190)는 획득된 측정 데이터를 가공할 수 있다(S320).The control unit 190 may process the acquired measurement data (S320).

구체적으로, 제어부(190)는 브릿지의 준정적 거동(semi-static behavior)을 파악하기 위해 변위 측정 데이터 및 스트레인 측정 데이터를 가공할 수 있다. 가령, 변위 측정 데이터 및 스트레인 측정 데이터는 MA(moving average) 필터를 통해 필터링될 수 있으며, 측정 데이터가 정제(improving)될 수 있다.Specifically, the control unit 190 may process displacement measurement data and strain measurement data to determine the semi-static behavior of the bridge. For example, displacement measurement data and strain measurement data may be filtered through a moving average (MA) filter, and the measurement data may be improved.

제어부(190)는 브릿지의 동적 거동(dynamic behavior)을 파악하기 위해 가속도 측정 데이터를 가공할 수 있다. 가령, 제어부(190)는 wavelet denoising 프로세스를 측정 데이터에 적용할 수 있다.The control unit 190 may process acceleration measurement data to determine the dynamic behavior of the bridge. For example, the control unit 190 may apply a wavelet denoising process to the measurement data.

한편, 브릿지의 거동이 실험실에서도 수행될 수 있는데, 도 4(a) 및 도 4(b)를 참고하면, 캔틸레버(antilever)가 바닥면에 고정되는데, 손가락의 힘에 의해 진동이 발생되며, 진동은 상부의 센서(가령, 가속도 센서)에 의해 센싱될 수 있다. 여기서, 캔틸레버(cantilever) 하부의 볼트 결속 상태에 따라 약한 손상 상태(결합 부위 2곳 손상) 및 강한 손상 상태(결합 부위 4곳 손상)가 시뮬레이션될 수 있다. 실시 예에서, 약한 손상 시뮬레이션은 브릿지의 준정적 거동(semi-static behavior)을 파악하기 위해 사용될 수 있으며, 강한 손상 시뮬레이션은 브릿지의 동적 거동(dynamic behavior)을 파악하기 위해 사용될 수 있다.Meanwhile, the behavior of the bridge can also be performed in the laboratory. Referring to Figures 4(a) and 4(b), a cantilever is fixed to the floor, and vibration is generated by the force of the finger. Can be sensed by a sensor at the top (eg, an acceleration sensor). Here, a weak damage state (damage in 2 connection areas) and a strong damage state (damage in 4 connection areas) can be simulated depending on the bolt connection state at the bottom of the cantilever. In embodiments, mild damage simulation may be used to determine the semi-static behavior of the bridge, and strong damage simulation may be used to determine the dynamic behavior of the bridge.

도 5의 실제 브릿지를 참고하면, 준정적 거동을 파악하기 위해서, 브릿지의 트럭은 저속(가령, 20Km 또는 30Km)으로 이동할 수 있는데, 제어부(190)는 변위 센서(D1~D6) 및 스트레인 센서(S1~S22)의 측정값을 수신할 수 있다. 이때, G5 기둥 및 G6 기둥에서 전단 응력 및 principal stress 이 측정될 수 있다.Referring to the actual bridge in FIG. 5, in order to determine quasi-static behavior, the bridge's truck can move at low speed (e.g., 20Km or 30Km), and the control unit 190 includes displacement sensors D1 to D6 and strain sensors ( Measurements (S1~S22) can be received. At this time, shear stress and principal stress can be measured in the G5 column and G6 column.

도 6(a)는 트럭이 20 Km/h 속도로 주행할 때 준정적 거동에 관련된 시간에 따른 스트레인값을 나타내고, filtered 값이 준정적 거동에 관련된 값일 수 있다. 도 6(b)는 트럭이 50 Km/h 속도로 주행할 ?? 준정적 거동에 관련된 시간에 따른 스트레인값을 나타낸다. 트럭의 속도가 높을수록 스트레인의 측정값이 더 높고, 측정값의 반전이 발생되는 구간이 더 짧게 측정될 수 있다.Figure 6(a) shows strain values over time related to quasi-static behavior when the truck is traveling at a speed of 20 Km/h, and the filtered value may be a value related to quasi-static behavior. Figure 6(b) shows that the truck is traveling at a speed of 50 Km/h. Indicates strain values over time related to quasi-static behavior. The higher the speed of the truck, the higher the measured strain value, and the shorter the section in which the inversion of the measured value occurs.

도 7(a)은 트럭이 20 Km/h 속도로 주행할 때, 가속도 센서(A1, A2)의 진폭 및 주파수 스펙트럼을 나타내고, 도 7(b)는 트럭이 50 Km/h 속도로 주행할 때, 가속도 센서의 진폭 및 주파수 스펙트럼을 나타낸다.Figure 7(a) shows the amplitude and frequency spectrum of the acceleration sensors A1 and A2 when the truck travels at a speed of 20 Km/h, and Figure 7(b) shows the amplitude and frequency spectrum when the truck travels at a speed of 50 Km/h. , represents the amplitude and frequency spectrum of the acceleration sensor.

도 8(a)는 본 개시에 따른 자유 진동하는 경우 측정값을 나타내고, 도 8(b)는 본 개시에 따른 주파수 컨텐츠를 나타낸다. 정상상태, 약한손상상태, 강한손상상태에 대응하는 가속도 측정값이 관측될 수 있으며, 댐핑에 영향이 있을 수 있다.FIG. 8(a) shows measured values in the case of free vibration according to the present disclosure, and FIG. 8(b) shows frequency content according to the present disclosure. Acceleration measurements corresponding to normal, mildly damaged, and strongly damaged states can be observed, and damping may be affected.

다시, 도 3으로 돌아가서, 제어부(190)는 S320 단계 이후, 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF, cumulative distribution funtion)를 산출할 수 있다(S330).Returning again to FIG. 3, the control unit 190 may calculate a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data after step S320 (S330).

제어부(190)는 카플란 마이어(Kaplan-Meier) 추정에 기초하여, 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 산출할 수 있다.The control unit 190 may calculate a cumulative distribution function (CDF) for each piece of processed measurement data based on Kaplan-Meier estimation.

도 9(a) 내지 도 9(c)를 참고하면, 가속도에 대한 CDF, 변위에 대한 CDF 및 가속도 반응에 따른 자동상관함수가 각각 도출될 수 있으며, 정상상태(Undamaged), 약한손상상태(Damage1) 및 강한손상상태(Damage2)에 대응하여 측정될 수 있으며, 실험실에서 캔틸레버를 통해 측정 데이터가 수집될 수 있다. 강한손상상태(Damage2)는 95% 신뢰수준에서 약한손상상태(Damage1) 및 정상상태보다 더 중요하며, 준정적 거동에 더 명확한 특징일 수 있다. 본 측정 데이터는 브릿지에도 그대로 적용될 수 있다.Referring to FIGS. 9(a) to 9(c), the CDF for acceleration, CDF for displacement, and autocorrelation function according to acceleration response can be derived, respectively, in the normal state (Undamaged) and slightly damaged state (Damage1). ) and strong damage conditions (Damage2), and measurement data can be collected through a cantilever in the laboratory. The strongly damaged state (Damage2) is more important than the weakly damaged state (Damage1) and the steady state at the 95% confidence level and may be a more obvious feature of the quasi-static behavior. This measurement data can also be applied to bridges.

제어부(190)는 S330 단계 이후, 산출된 누적 분포 함수를 시계열 기반의 분석 모델에 입력할 수 있다(S340).After step S330, the control unit 190 may input the calculated cumulative distribution function into a time series-based analysis model (S340).

일단, 구조 거동(R(F))은 확률 기반으로 표현될 수 있으며, 분석 모델은 자동회귀누적이동평균(ARIMA, autoregressive integrated moving average) 모델로 구현될 수 있다. ARIMA 모델은 autoregressive(AR) 와 moving average(MR)의 결합 모델일 수 있다.First, structural behavior (R(F)) can be expressed based on probability, and the analysis model can be implemented as an autoregressive integrated moving average (ARIMA) model. The ARIMA model can be a combined model of autoregressive (AR) and moving average (MR).

도 10(a) 및 도 10(b)는 본 개시에 따른 분석 모델의 계수를 나타내는데, 도 10(a)를 참고하면, 정상상태와 약한손상상태의 AR 파라미터의 값에는 차이가 적으나, 강한손상상태의 AR 파라미터가 손상에 민감한 것이 관찰될 수 있다. 도 10(b)를 참고하면, 세 상태에서의 MA 파라미터 값에 큰 차이가 관찰되지 않아. AR 파라미터가 MA 파라미터보다 강한손상에 더 민감하다고 할 수 있다.Figures 10(a) and 10(b) show the coefficients of the analysis model according to the present disclosure. Referring to Figure 10(a), there is little difference in the values of the AR parameters between the normal state and the mildly damaged state, but the strong It can be observed that the AR parameters in the damaged state are sensitive to damage. Referring to Figure 10(b), no significant difference is observed in the MA parameter values in the three states. It can be said that the AR parameter is more sensitive to strong damage than the MA parameter.

ARIMA 모델은 산출된 누적 분포 함수(CDF)를 입력받아, AR 파라미터 및 MA 파라미터를 추정하며, 정상범위의 AR 파라미터와 MA 파라미터 및 상기 추정된 AR 파라미터와 MA 파라미터를 비교하여, 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하도록 구성될 수 있다.The ARIMA model receives the calculated cumulative distribution function (CDF), estimates AR parameters and MA parameters, and compares the AR parameters and MA parameters in the normal range and the estimated AR parameters and MA parameters to determine the stable reliability of the bridge. It can be configured to estimate.

도 11(a) 및 도 11(b)는 본 개시에 따른 브릿지의 소정 지점에서의 스트레인 및 가속도에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 나타낸다.11(a) and 11(b) show cumulative distribution functions (CDF) for strain and acceleration at a certain point of the bridge according to the present disclosure.

스트레인의 누적 분포 함수(CDF)의 값이 트럭의 속도에 따라 다르게 산출될 수 있으며, 속도가 빠를수록 누적 분포 함수(CDF)가 1에 먼저 근접할 수 있다. 또한, 가속도값에 따른 누적 분포 함수(CDF)의 경우, 가장 느리게 트럭이 이동하는 경우에만 다소 그래프 모양이 다르게 분석될 수 있다.The value of the cumulative distribution function (CDF) of strain may be calculated differently depending on the speed of the truck, and the faster the speed, the closer the cumulative distribution function (CDF) may be to 1 first. Additionally, in the case of the cumulative distribution function (CDF) according to the acceleration value, the graph shape may be analyzed somewhat differently only when the truck is moving the slowest.

제어부(190)는 분석 모델을 통해 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정할 수 있다(S350). The control unit 190 may estimate the stability reliability of the bridge through an analysis model (S350).

선택적 실시 예로, 분석 모델은 확률적 ARIMA 모델이 아닌, 신경망 기반의 모델로 구현될 수 있다. 이런 경우, 분석 모델은 준정적 거동을 평가하기 위한 변위 측정 데이터 및 스트레인 측정 데이터를 측정한 후, 미리 저장된 레이블 측정 데이터와 비교하여, 브릿지의 준정적 거동을 분석할 수 있다. 동적 거동을 평가하기 위한 가속도 측정 데이터를 수집하고, 레이블 측정 데이터와 비교하여, 브릿지의 동적 거동을 분석할 수도 있다. 이에 기반하여, 분석 모델은 브릿지의 안정 신뢰도를 추정할 수 있다. 추정되는 안정 신뢰도는 백분율로 표시되거나, 안정 신뢰도 높음, 중간, 낮음 등으로 구분하여 표현될 수 있다.In an optional embodiment, the analysis model may be implemented as a neural network-based model rather than a probabilistic ARIMA model. In this case, the analysis model can analyze the quasi-static behavior of the bridge by measuring displacement measurement data and strain measurement data to evaluate the quasi-static behavior and then comparing it with pre-stored label measurement data. Acceleration measurement data to evaluate dynamic behavior can be collected and compared with label measurement data to analyze the dynamic behavior of the bridge. Based on this, the analysis model can estimate the stability reliability of the bridge. The estimated stability reliability can be expressed as a percentage or can be expressed as high, medium, or low stability reliability.

도 12(a) 및 도 12(b)는 본 개시에 따른 분석 모델의 파라미터 성능을 나타낸다.Figures 12(a) and 12(b) show the parameter performance of the analysis model according to the present disclosure.

도 12(a)를 참고하면, 트럭의 속도에 따라 AR 파라미터 간에 상관 관계가 0.99 로 높게 나타나며, 교량 거동의 신뢰성이 매우 높은 것이 관측될 수 있다. 교량 거동의 4번째, 9번째, 12번?? 모드 형상의 변화는 관측될 수 있다.Referring to Figure 12(a), the correlation between AR parameters according to the speed of the truck appears as high as 0.99, and it can be observed that the reliability of the bridge behavior is very high. Numbers 4, 9, and 12 of bridge behavior?? Changes in mode shape can be observed.

도 12(b)를 참고하면, 20Km/h 속도에서 다른 속도보다 MA 파라미터가 낮게 측정되고, 상당한 부하가 30Km/h 및 40Km/h 속도에서 관측될 수 있다.Referring to Figure 12(b), the MA parameter is measured lower at the 20Km/h speed than other speeds, and significant load can be observed at the 30Km/h and 40Km/h speeds.

즉, AR 파라미터 및 MR 파라미터를 산출함으로써, 브릿지의 안정 신뢰도가 효과적으로 평가될 수 있다. That is, by calculating the AR parameters and MR parameters, the stability reliability of the bridge can be effectively evaluated.

한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.Meanwhile, the disclosed embodiments may be implemented in the form of a recording medium that stores instructions executable by a computer. Instructions may be stored in the form of program code, and when executed by a processor, may create program modules to perform operations of the disclosed embodiments. The recording medium may be implemented as a computer-readable recording medium.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. Computer-readable recording media include all types of recording media storing instructions that can be decoded by a computer. For example, there may be Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage device, etc.

이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 개시가 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.As described above, the disclosed embodiments have been described with reference to the attached drawings. A person skilled in the art to which this disclosure pertains will understand that the present disclosure may be practiced in forms different from the disclosed embodiments without changing the technical idea or essential features of the present disclosure. The disclosed embodiments are illustrative and should not be construed as limiting.

100 : 브릿지의 구조 안정성 예측 장치.100: Bridge structural stability prediction device.

Claims (8)

컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 브릿지의 구조 안정성 예측 방법으로서,
소정의 차량이 상기 브릿지를 이동할 때, 상기 브릿지의 기둥 및 기둥 사이를 연결하는 거더(girder)의 소정 지점에 위치한 복수의 센서를 통해 변위(displacement), 스트레인(strain) 및 가속도(acceleration)의 측정 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득된 측정 데이터를 가공하는 단계;
상기 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF, cumulative distribution funtion)를 산출하는 단계;
상기 산출된 누적 분포 함수를 시계열 기반의 분석 모델에 입력하는 단계; 및
상기 분석 모델을 통해 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하는 단계를 포함하는, 브릿지의 구조 안정성 예측 방법.
A method for predicting the structural stability of a bridge performed by a computing device, comprising:
When a vehicle moves on the bridge, measurement of displacement, strain, and acceleration through a plurality of sensors located at predetermined points on the pillars of the bridge and the girder connecting the pillars. acquiring data;
Processing the obtained measurement data;
Calculating a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data;
Inputting the calculated cumulative distribution function into a time series-based analysis model; and
A method for predicting structural stability of a bridge, comprising the step of estimating stability reliability of the bridge through the analysis model.
제1항에 있어서,
상기 측정 데이터를 획득하는 단계는,
상기 기둥의 상부 및 하부에 각각 설치된 스트레인 센서, 상기 거너의 하부에 설치된 스트레인 센서, 상기 기둥의 하부에 설치된 변위 센서 및 상기 거너의 상부에 설치된 가속도 센서를 이용하여, 변위, 스트레인 및 가속도의 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 브릿지의 구조 안정성 예측 방법.
According to paragraph 1,
The step of acquiring the measurement data is,
Measurement data of displacement, strain, and acceleration using a strain sensor installed at the top and bottom of the pillar, a strain sensor installed at the bottom of the gunner, a displacement sensor installed at the bottom of the pillar, and an acceleration sensor installed at the top of the gunner. A method for predicting the structural stability of a bridge, including the step of obtaining.
제2항에 있어서,
상기 획득된 측정 데이터를 가공하는 단계는,
상기 브릿지의 준정적 거동(semi-static behavior)을 파악하기 위해 상기 변위 측정 데이터 및 스트레인 측정 데이터를 가공하는 단계; 및
상기 브릿지의 동적 거동(dynamic behavior)을 파악하기 위해 상기 가속도 측정 데이터를 가공하는 단계를 포함하는, 브릿지의 구조 안정성 예측 방법.
According to paragraph 2,
The step of processing the obtained measurement data is,
Processing the displacement measurement data and strain measurement data to determine semi-static behavior of the bridge; and
A method for predicting structural stability of a bridge, comprising processing the acceleration measurement data to determine dynamic behavior of the bridge.
제3항에 있어서,
상기 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 단계는,
상기 카플란 마이어(Kaplan-Meier) 추정에 기초하여, 상기 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 단계를 포함하는, 브릿지의 구조 안정성 예측 방법.
According to paragraph 3,
The step of calculating the cumulative distribution function (CDF) is,
A method for predicting structural stability of a bridge, comprising calculating a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data based on the Kaplan-Meier estimation.
제4항에 있어서,
상기 시계열 기반의 분석 모델은,
자동회귀누적이동평균(ARIMA, autoregressive integrated moving average) 모델인, 브릿지의 구조 안정성 예측 방법.
According to paragraph 4,
The time series-based analysis model is,
A method for predicting the structural stability of a bridge, which is an autoregressive integrated moving average (ARIMA) model.
제5항에 있어서,
상기 분석 모델은,
상기 산출된 누적 분포 함수(CDF)를 입력받아, AR 파라미터 및 MA 파라미터를 추정하며, 정상범위의 AR 파라미터와 MA 파라미터 및 상기 추정된 AR 파라미터와 MA 파라미터를 비교하여, 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하도록 구성되는, 브릿지의 구조 안정성 예측 방법.
According to clause 5,
The analysis model is,
Receives the calculated cumulative distribution function (CDF), estimates AR parameters and MA parameters, and compares the AR parameters and MA parameters in the normal range and the estimated AR parameters and MA parameters to estimate the stable reliability of the bridge. A method for predicting the structural stability of a bridge, configured to:
컴퓨터와 결합되어, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 브릿지의 구조 안정성 예측 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램.A program coupled to a computer and stored in a computer-readable recording medium to execute the method for predicting the structural stability of a bridge according to any one of claims 1 to 6. 브릿지의 구조 안정성 예측 장치로서,
시계열 기반의 분석 모델을 저장하는 메모리; 및
소정의 차량이 상기 브릿지를 이동할 때, 상기 브릿지의 기둥 및 기둥 사이를 연결하는 거더의 소정 지점에 위치한 복수의 센서를 통해 변위, 스트레인 및 가속도의 측정 데이터를 획득하고, 상기 획득된 측정 데이터를 가공하며, 상기 가공된 측정 데이터 각각에 대한 누적 분포 함수(CDF)를 산출하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 산출된 누적 분포 함수를 시계열 기반의 분석 모델에 입력하고, 상기 분석 모델을 통해 상기 브릿지의 안정 신뢰도를 추정하도록 구성되는, 브릿지의 구조 안정성 예측 장치.
As a device for predicting the structural stability of a bridge,
Memory to store time series-based analysis models; and
When a certain vehicle moves on the bridge, measurement data of displacement, strain, and acceleration are acquired through a plurality of sensors located at predetermined points of the pillars of the bridge and the girders connecting the pillars, and the obtained measurement data is processed. and a control unit that calculates a cumulative distribution function (CDF) for each of the processed measurement data,
The control unit,
A device for predicting structural stability of a bridge, configured to input the calculated cumulative distribution function into a time series-based analysis model and estimate stability reliability of the bridge through the analysis model.
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