본 연구에서는 가정 또는 사무실에서 무구속(non-restrained)적인 방법으로 심장의 활동상태를 모니터링하기 위하여 심탄도(ballistocardiogram, BCG)를 계측하고자 하였다. 심탄도는 심전도의 측정과는 다르게 신체에 전극을 부착할 필요가 없고, 무구속 상태에서 신호계측이 가능하므로 장시간 동안 심장상태의 모니터 링에 유용하게 활용할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 무구속 심탄도 계측을 위하여 의자형 심탄도 측정시스템을 구현하였다. 먼저 로드셀을 의자의 상판과 하판사이에 설치하여 피검자의 체중을 측정할 수 있는 센서부를 구성하였으며, 센서로부터 출력되는 신호를 증폭 및 필터링하기 위한 계측부를 구현하였다. 구현된 심란도 계측시스템의 성능평가를 위하여 피검자 10명을 대상으로 심란도 계측평가를 수행하였으며, 이때 심전도 신호와 동시계측을 수행하였다. 평가결과 본 연구에 의해 구현된 심탄도 계측시스템의 우수한 계측성능을 확인할 수 있었다.
최근 유비쿼터스 헬스케어가 부각됨에 따라 심장의 활동상태를 보다 편리하게 측정하기 위하여 이동성 및 휴대성을 강조한 심전도 계측 시스템 및 스트레스 상태를 분석하기 위한 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존 심전도 계측은 전극의 부착 및 계측시스템과의 연결을 위한 리드선의 사용으로 인해 활동의 불편함을 유발한다. 본 연구에서는 기 연구 수행된 가정 또는 사무실에서 무구속적인(unconstrained) 방법으로 지속적인 심장의 활동상태의 모니터링이 가능한 무구속 의자형 심탄도 계측 시스템을 구현하였다. 무구속적인 방법으로 심탄도 신호를 계측하고 심탄도신호로부터 심박동변이율을 추출함으로써 일상생활 중 스트레스를 모니터링 하고자 하였다. 구현된 시스템을 통한 스트레스 모니터링의 가능성을 평가하기위하여 안정상태의 심박동변이율과 인위적인 신체적 스트레스인 Valsalva 조작를 유도한 후 심박동 변이율을 비교평가 하였다. 건강한 대학생 10명을 대상으로 비교분석을 수행한 결과 안정 상태와 육체적 스트레스 인가 후 심박동 변이율의 변화 양상을 관찰할 수 있었으며, 무구속적인 방법에 의해 스트레스의 모니터링이 가능함을 확인 할 수 있었다.
교량의 고성능화, 고효율화 및 센서기술의 발전에 따라서 최근의 장대교량의 경우 교량에 각종 센서를 부착하여 상태를 실시간으로 교량의 상태를 계측하는 시스템이 개발되어 사용되고 있다. 하지만, 기존의 센서와 데이터 로거를 이용한 계측시스템은 높은 설치비가 요구되며 센서 설치비의 50%이상이 통신케이블에 관련된 비용이다. 본 논문에서는 설치비용 절감과 저렴한 유지관리비용 및 센서의 추가 및 교체가 손쉬운 무선기반의 계측시스템 개발에 관하여 논하고자 한다. 교량의 부재에 부착되어있는 센서들 사이 근거리 무선통신은 ZigBee를 이용한 무선통신네트워크를 구성하였으며, 교량과 교량관리소 사이의 장거리 통신에는 국내 휴대전화에 사용되고 있는 CDMA 통신망을 이용하여 데이터를 전송하는 방식을 취하고 있다.
본 연구에서는 터널구조물의 안전상태를 평가하기 위하여 터널라이닝에 광변위센서 계측시스템을 적용하였다. 먼저 터널 라이닝 모델실험을 실시하여 광변위 계측시스템의 신뢰성을 검증하였고, 터널 현장적용을 통하여 계측시스템의 적용성을 검토하였다. 본 계측시스템은 터널구조물의 상시적인 안전관리측면에서 효과적이라 할 수 있으며, 계측결과의 평가와 정밀안전진단에의 활용에 대한 연구가 필요하다.
"존재하는 사물은 무엇이나 일정한 양으로 존재한다."라는 말이 있다. 계측은 바로 이 양을 결정하는 것이다. 계측 과정 또는 행위는 미리 정해진 표준과 피측정물 사이의 양적인 비교로써 이루어진다. 계측은 여러 가지 사물을 정량적으로 파악함은 물론이고, 자동 제어하기 위한 수단으로서의 방법이나 장치, 더 나아가 처리 등을 포함하는 넓은 의미를 갖고 있다. 따라서 사물의 현상이나 상태를 특징 짓는 양을 정의하거나 선정해서, 그것을 수치로 나타내는 조작은 계측의 일부라고 생각할 수 있다.
급경사지 붕괴위험지역의 안전관리를 위한 계측자료관리가 일부 시행되고 있으나, 적절한 관리기준과 계측기설치 기준 등이 제대로 갖추어지지 않고 이를 제시하고 있는 매뉴얼 및 지침서가 많이 부족한 것이 현실이다. 관리기관 재난관리 담당자들은 붕괴위험지역의 지반 침하, 붕괴 등에 따른 징후 파악 및 재해가 발생되어도 신속한 상황파악이 어려운 상태이다. 또한 계측관리에 전문지식이 없어 계측결과를 통보 받고도 적절한 판단이나 대책을 세울 수 없는 상황이다. 일부 급경사지에 계측, 자료관리 시스템이 단위 현장별로 구축되어 있으나, 계측인력 및 전문 인력의 부족과 예산확보 등의 어려움으로 통합관리 인프라가 전무한 상태이다. 따라서 재난 발생 시 신속한 재난 정보를 일반 국민들에게는 제공하지 못하고 있다. 이에 본 논문에서는 급경사지 붕괴위험지역 안전관리 및 인명피해예방을 위한 통합관리 시스템인 USN 기반 조기감지시스템의 모델을 설계, 제시하고자 한다.
구조물에 작용하는 토압의 방향과 장기변위상태변화를 직관적으로 파악하기 위해 수평, 수직방향의 변위 데이터를 시그모이드 함수를 이용하여 가공하고 각각 좌표계의 한 축으로 하여 변위좌표계 시스템을 설정하였다. 이러한 변위좌표계에 변위상태(압축 또는 팽창) 구분영역과 관리단계 구분영역 설정하여 각 계측지점의 변위상태와 관리단계를 직관적으로 확인할 수 있었다. 관측점을 연속적으로 나타내어 변위경로를 나타내었으며, 변위경로를 통해 변위이력, 변위추세, 지반에 작용하는 응력방향 등을 알 수 있었다. 흙막이 가시설의 실계측데이터 분석 결과 모든 계측지점에서 응력해방 방향으로 변위가 일어났으며, 정상관리상태에 위치하였다. 또한 공간적 상관성이 높은 계측지점 간 거동은 비슷한 거동추세를 보였으며, 공간적 상관성이 낮은 계측지점 간에는 상이한 거동 추세를 보였다. 공간적으로 연속되어 분포하는 지표침하데이터를 변위좌표계를 이용하여 전조현상과 거동영역에 대한 상관성 분석을 수행하면 파괴시간, 영역 예측이 가능 할 것으로 판단된다.
시설의 자동화시스템 중, 계측시스템을 개발하고, 토마토 수경재배에 적용 실험하였다. 본 시스템은 하드웨어, 소프트웨어, 계측 기기로 구성되었다. 계측프로그램은 편리한 GUI 환경을 제공하고 다른 프로그램과의 연계를 위하여 윈도우 환경에서 개발하였다. 초기화면에는 시스템설정, 센서보정, 온실상태, 제어, 파일관리 및 도움말 등의 메뉴바를 설정하였으며, 팝업메뉴, 툴바 및 상태바들을 사용하여 조작이 용이하게 하였다. 특히, 센서의 장착에 유연성을 부여하였으며, 계측자료는 일정 시간별로 여러 가지 형태의 파일로 자동 저장하여, 사용자가 통계나 그래프등 필요로 하는 작업을 용이하게 할 수 있게 하였다. 적용실험 결과, 본 계측시스템은 순환식 비순환식 및 여러 가지 수경재배 방식에 모두 적용 가능한 것으로 사료되었다.
스마트 돈사 환경의 복지 및 생산성 향상을 위하여 정량 분석법을 기반으로 한 모돈 관리의 중요성이 증가하고 있다. 모돈은 교배, 임신, 분만, 포유, 이유를 순환적 반복하여 이루어지는데 모돈의 관리는 돈사 농장의 생산성 및 경제성과 직결된다. 모돈 관리에 필요한 환경 및 계측정보를 획득하고 이 정보로부터 모돈의 개체관리를 극대화시키고 최적의 방안을 찾고자 지속적으로 계측이 가능한 모돈의 돈사 모니터링 시스템이 필요하다. 모돈의 행동특성 계측이 가능한 시스템이 필요한 이유는 모돈의 행동 특성(섭식 및 지제불량 등)에 상응하는 대사 불량, 질병 및 발정 징후 등을 조기에 발견할 수 있기 때문이다. 돈사 내에서 정지 상태로 판별이 되는 모돈의 지제상태(기립상태, 누운 상태, 앉은 상태)와 다르게 연속적인 움직임으로부터 판별되는 모돈의 섭식상태를 분석하기 위해서는 계측 시스템과 이를 분석해주는 시스템간의 시간적 차이를 최소화 할 수 있는 실시간 신호 처리 기술이 필수적이다. 모돈의 섭식을 정량적으로 지수화하기 위한 센서의 최소 SPS(sample per second)는 600 Hz($100Hz{\times}6$개)로서 최소 6개 ADC 채널과 최소 1,200 Hz 이상으로 샘플링 할 수 있는 마이크로 컨트롤러가 필요하다. 또한 16 비트의 분해능으로 1분 동안 연속 계측을 수행할 경우 필요한 정보량은 153,600 KByte ($1,200sample/s{\times}16bit/sample{\times}8Byte/bit$)으로 실시간 처리를 수행하기에 매우 큰 정보량이라 판단할 수 있다. 수행하고자 하는 정보처리 기법에 따라 다소 상이할 수 있으나, 1분을 주기로 모돈의 섭식 분석을 수행하고자 할 경우 최도 150 MByte의 정보량을 처리하기 위한 최소의 클럭수는 단순 대입의 경우 2.5 Mhz (clock/second) ($=1clock/Byte{\times}150MByte/60seconds$) 이며 덧셈(4 clock)의 경우 10 Mhz, 곱셈(16 clock)의 경우 40 Mhz의 클럭이 필요하다. 또한 정보의 저장 및 도시를 위해 필요한 부가적인 회로(LCD, SD메모리) 구동을 위해 필요한 클럭을 고려할 경우 추가적인 클럭이 필요하다. 이를 종합적으로 고려하여 120 Mhz ($= 40Mhz{\times}3$) 이상의 클럭이 필요하다고 판단할 수 있다. 또한 센서 계측 주기의 시간 분해능을 균등하게 유지하기 위해선 계측->도시->저장의 과정을 교차적으로 수행해야 한다. 이러한 과정을 거처 최종적으로 선정한 마이크로 프로세서는 ARM Cortex-M4이며 168 MHz로 연산 수행이 가능하여 목표하고자 하는 신호처리를 수행 할 수 있다. 현장 예비 실험을 통해 기대 성능을 만족하였으며, 시간 복잡도가 높은 연산을 대비하여 최적 시분할 스케쥴링 기법에 대한 보완이 필요하다고 판단되었다.
본 연구는 건설된 구조물의 주요 구조부재에 각종 계측 Sensor를 설치하여 이로부터 다양한 정보를 제공받아 Monitoring하는 계측 System은 대형구조물의 구조적 응답을 계측하여 분석하고, 구조물의 위험요소를 사전에 발견하고 분석하여 적절한 대책을 수립함으로써 대형 시설물의 수명연장 및 유지관리 비용의 효율성을 높이고, 구조물의 사용성 및 안전성을 확보하고, 그 설계수명을 유지할 수 있는 것이다. 계측전 초기치와의 비교 및 시간 경과에 따른 추이 분석을 통해 이상상태를 발견하는 신호 기반 감시 수행하고 있고, 상태판정 및 손상도 추정이 가능하므로 향후 계속해서 발전시켜 나갈 수 있는 지식기반 감시시스템이 필요하므로 본 연구에서는 공간 정보기반의 정보를 재생하여 GNSS/USN기술을 접목시켜감으로 대형시설물 안전관리가 매우 용이하게 적용할 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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