The wireless sensor network system has the advantage of confirming the behavior of the entire facility by improving the disadvantages of conventional monitoring system. As a result, it is widely proposed as safety diagnosis and measurement of structures, water management systems, and management systems for dam structures. However, there is a lack of research that can evaluate the condition of facilities such as safety at the same time as monitoring. In this study, it is proposed a wireless sensor network system which can evaluate the behavior characteristics of facilities and evaluate the safety status for improving the technical disadvantages on conventional monitoring system. The geotechnical risk factors for the reservoir dam facility were evaluated and the limit values for the risk factors causing the failure of the facility were set. In other words, the system was set up so that the risk factors can be measured and the limit status can be evaluated immediately for each factor. In this study, numerical analysis is carried out for seepage and slope stability analysis using the typical cross section for reservoir dams. The stress-porewater coupling finite difference numerical analysis is performed for establishing the limit displacement for reservoir dam structures. It is developed a system that can estimate the time to reach the critical value by regression analysis using the measured datas.
Road surface monitoring is essential for maintaining road environment safety through managing risk factors like rutting and crack detection. Using autonomous driving-based UGVs with high-performance 2D laser sensors enables more precise measurements. However, the increased energy consumption of these sensors is limited by constrained battery capacity. In this paper, we propose a fusion sensor system for efficient surface monitoring with UGVs. The proposed system combines color information from cameras and depth information from line laser sensors to accurately detect surface displacement. Furthermore, a dynamic sampling algorithm is applied to control the scanning frequency of line laser sensors based on the detection status of monitoring targets using camera sensors, reducing unnecessary energy consumption. A power consumption model of the fusion sensor system analyzes its energy efficiency considering various crack distributions and sensor characteristics in different mission environments. Performance analysis demonstrates that setting the power consumption of the line laser sensor to twice that of the saving state when in the active state increases power consumption efficiency by 13.3% compared to fixed sampling under the condition of λ=10, µ=10.
Manik DAS ADHIKARI;Seung-Bin LEE;Seong-Wuk KIM;Hyeon-Jun KIM;Jeremie TUGANISHURI;Sang-Guk YUM;Ji-Myong KIM
International conference on construction engineering and project management
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2024.07a
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pp.102-111
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2024
Roadbed stability is paramount in urban areas as it directly affects public safety and city operations. South Korea's major metropolis has experienced 1127 cases of ground subsidence since 2014, affecting subways, roads, railways, and construction sites. Notably, about 40% of these incidents coincide with heavy summer rainfall, while 60% resulted from utility damage, improper backfill, and groundwater fluctuations. Subsequently, roadbed instability leads to a range of cascading hazards, including sinkholes and road failures, endangering public safety and the economy. Therefore, continuous monitoring of roadbed stability and implementing proactive measures are essential for a resilient transportation infrastructure. However, terrestrial in-situ observations like GPS provide accurate surface's displacement with high temporal accuracy but limited spatial resolution. To address this issue, we used the InSAR permanent scatterer (PSInSAR) technique to process 35 Sentinel-1 SLC datasets acquired between 2017 and 2022 to monitor and prevent cascading hazards in Daejeon City, South Korea. The results revealed an average subsidence rate of -0.88mm/year with a maximum of -7.73 mm/year. Notably, the southern part of the city exhibited significant roadbed instability, with an average and maximum cumulative subsidence of -5.13 mm and -44.95 mm, respectively. The deformation data was then integrated with road geometry to develop a vulnerability map of the city, highlighting the pronounced roadbed deformation in the southern region. Time-series subsidence variations correlated with groundwater fluctuations data from 2017 to 2022, showing a decline in groundwater levels from 4.63m to 9.9m in the southern region. Furthermore, a comparison between subsidence rates and effective shear wave velocity (Vs30) revealed that most subsidence events were associated with Vs30 values below 420 m/sec, indicating a clear lithological influence on the spatial distribution of roadbed instability. Thus, the integrated geotechnical and hydrogeological data with PSInSAR monitoring can better understand the processes responsible for roadbed instability in areas with small-scale variations.
Kim, Kyung-Ah;Kim, Sung-Sik;Cho, Dong-Wook;Lee, Seung-Jik;Lee, Tae-Soo;Cha, Eun-Jong
Journal of Sensor Science and Technology
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v.16
no.1
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pp.24-32
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2007
Conductive rubber material was molded in a belt shape to measure respiration. Its resistivity was approximately $0.03{\;}{\Omega}m$ and the resistance-displacement relationship showed a negative exponent. The temperature coefficient was approximately $0.006{\;}k{\Omega}/^{\circ}C$ negligible when practically applied on the abdomen. The conductive rubber belt was applied on a normal male's abdomen with the dimensional change measured during resting breathing. The abdominal signal was differentiated ($F_{m}$) and compared with the accurate standard air flow rate signal ($F_{s}$) obtained by pneumotachometry. $F_{m}$ and $F_{s}$ differed in waveform, but the start and end timings of each breaths were clearly synchronized, demonstrating that the respiratory frequency could be accurately estimated before further processing of $F_{m}$. $F_{m}-F_{s}$ loop showed a nonlinear hysteresis within each breath period, thus 6 piecewise linear approximation was performed, leading to a mean relative error of 14 %. This error level was relatively large for clinical application, though customized calibration seemed feasible for monitoring general variation of ventilation. The present technique would be of convenient and practical application as a new wearable respiratory transducer.
Recent studies have shown that there are various systems which can be used to monitor hazardous area in a debris flow location, but lack of methodological research on the exact location where each instrument should be installed has hindered the success of this systems. The objective of this study is to suggest the measurement system for monitoring debris-flow and propose the effective method to determine location of measurement system. Previously studied, from 1991 to 2015, were referred and the applied ratio of every instrument was investigated. The measurement information was divided into 8 categories including rainfall, debris-flow velocity, displacement, fluid pore pressure, ground vibration, image processing, impact force and peak flow depth. The result of this study revealed that the most applied instruments to be rain gauge and geophone for measuring average rainfall and ground vibration respectively. The Analytic Hierarchical Process (AHP) method was selected to determine installation location of instrument and the weighting factors were estimated through fine content, soil thickness, porosity, shear strength, elastic modulus, hydraulic conductivity and saturation. The soil thickness shows highest weights and the fine content relatively demonstrates lowest weights. The score of each position can be calculated through the weighting factors and the lowest score position can be judged as the weak point. The weak point denotes the easily affecting area and thus, the point is suitable for installing the measurement system. This study suggests a better method for safely managing the debris-flow through a precise location for installing measurement system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.4
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pp.271-274
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2013
Inclinometer sensors are widely applied in many fields. Especially in the field of construction of high-rise buildings also measure the horizontal and vertical help has been applied to monitor. Recent micro electro-mechanical system(MEMS) technology with the development of the many sensors have been developed. In this paper, a MEMS inclinometer is based on a MEMS accelerometer. The sensor can measure the angle of inclination using the relationship between static acceleration and gravity acceleration from an accelerometer. From this principle, inclinometer has been developed that has more accurate. The accuracy is proved by the experiment with laser displacement. Results in the experiment express high-accuracy, stability and economics of MEMS inclinometer. In conclusion, wireless MEMS inclinometer sensor is expected to be applicable in the areas of construction and many other industries with accurate and convenient monitoring system.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.766-777
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2008
Currently in increasing number of urban tunnels with small overburden are excavated according to the principle of the New Austrian Tunneling Method (NATM). Successful design, construction and maintenance of NATM tunnel demands prediction, control and monitoring of ground displacement and support stress high accuracy. A magnetic anisotropy sensor is used for nondestructive measurement of stress on surfaces of a ferromagnetic material, such as steel. The sensor is built on the principle of the magneto-strictive effect in which changes in magnetic permeability due to deformation of a ferromagnetic material is measured in a nondestructive manner, which then can be translated into the absolute values of stresses existing on the surface of the material. This technique was applied to measure stresses of H-beams, used as tunnel support structures, to confirm expected measurement accuracy with reading error of about 10 to 20 MPa, which was confirmed by monitoring strains released during cutting tests The results show that this method could be one of the promising technologies for non-destructive stress measurement for safe construction and maintenance of underground rock structures encountered in civil and mining engineering.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.1392-1397
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2010
Currently in increasing number of urban tunnels with small overburden are excavated according to the principle of the New Austrian Tunneling Method(NATM). Successful design, construction and maintenance of NATM tunnel demands prediction, control and monitoring of ground displacement and support stress high accuracy. A magnetic anisotropy sensor is used for non-destructive measurement of stress on surfaces of a ferromagnetic material, such as steel. The sensor is built on the principle of the magneto-strictive effect in which changes in magnetic permeability due to deformation of a ferromagnetic material is measured in a non-destructive manner, which then can be translated into the absolute values of stresses existing on the surface of the material. This technique was applied to measure stresses of H-beams, used as tunnel support structures, to confirm expected measurement accuracy with reading error of about 10 to 20MPa, which was confirmed by monitoring strains released during cutting tests The results show that this method could be one of the promising technologies for non-destructive stress measurement for safe construction and maintenance of underground rock structures encountered in civil and mining engineering.
This paper presents structural assessment of a steel railway bridge for current condition using modal parameter to upgrade finite element modeling in order to gather accurate result. An adequate monitoring, such as acceleration, displacement, strain monitoring, is important tool to understand behavior and to assess structural performance of the structure under surround vibration by means of the dynamic analysis. Evaluation of conditions of an existing steel railway bridge consist of 4 decks, three of them are 14 m, one of them is 9.7 m, was performed with a numerical analysis and a series of dynamic tests. Numerical analysis was performed implementing finite element model of the bridge using SAP2000 software. Dynamic tests were performed by collecting acceleration data caused by surrounding vibrations and dynamic analysis is performed by Operational Modal Analysis (OMA) using collected acceleration data. The acceleration response of the steel bridge is assumed to be governing response quantity for structural assessment and provide valuable information about the current statute of the structure. Modal identification determined based on response of the structure play significant role for upgrading finite element model of the structure and helping structural evaluation. Numerical and experimental dynamic properties are compared and finite element model of the bridge is updated by changing of material properties to reduce the differences between the results. In this paper, an existing steel railway bridge with four spans is evaluated by finite element model improved using operational modal analysis. Structural analysis performed for the bridge both for original and calibrated models, and results are compared. It is demonstrated that differences in natural frequencies are reduced between 0.2% to 5% by calibrating finite element modeling and stiffness properties.
Recently, landslides frequently occur on natural slope and/or man-made cut slope during periods of intense rainfall. With a rapidly increasing population on or near steep terrain, landslides have become one of the most significant natural hazards. Thus, it is necessary to protect people from landslides and to minimize the damage of houses, roads and other facilities. To accomplish this goal, many landslide monitoring systems have been developed throughout the world. In this paper, a simple landslide detection system that enables people to escape the endangered area is introduced. The system is focused on the debris flows which happen frequently during periods of intense rainfall. The system is based on the wireless sensor network (WSN) that is composed of wireless sensor nodes, gateway, and remote server system. Wireless sensor nodes and gateway are deployed by commercially available Microstrain G-Link products. Five wireless sensor nodes and one gateway are installed at the test slope for detecting ground movement. The acceleration and inclination data of test slope can be obtained, which provides a potential to detect landslide. In addition, thresholds to determine whether the test slope is stable or not are suggested by a series of numerical simulations, using geotechnical analysis software package. It is obtained that the alarm should be issued if the x-direction displacement of sensor node is greater than 20mili-meters and the inclination of sensor node is greater than 3 degrees. It is expected that the landslide detection method using wireless senor network can provide early warning where landslides are prone to occur.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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