구조물 모니터링을 위한 무선 스마트 센서 네트워크의 칼만 필터 기반 데이터 복구

국문 초록 (Abstract)

사회기반시설물의 안전성을 효과적으로 평가하고 모니터링하기 위해 무선 스마트 센서가 개발되어 전 세계적으로 연구가 진행되 고 있다. 무선 스마트 센서는 통상 계측 및 임베디드 데이터 연산, 무선 통신이 가능한 공통점을 갖고 있어 기존의 유선 기반 센서가 가진 단점을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 구조물의 장기 모니터링의 경우 내구성이 충분하지 못해 발생하는 센서 고장이나, 환경적 이유 로 인한 무선 통신이 불안정할 경우 계측 데이터를 가져올 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 무선 스마트 센서 기반의 네트워크에 서 이와 같은 문제로 센서 노드에 무선 통신으로 접근할 수 없는 경우를 대처하기 위해, 칼만 필터 기반의 데이터 복구를 수행하여 무선 스마트 센서 네트워크의 신뢰성을 향상시키는 기법을 제안한다. 본 논문에서는 무선 스마트 센서의 연산 기능을 활용하여 네트워크 내에서 계측된 가 속도 데이터를 바탕으로 유실된 센서의 가속도 계측 데이터를 추정한다. 개발된 무선 스마트 센서 네트워크 시스템의 성능을 확인하기 위해 단 순보 구조에서 실험을 수행하여 추정된 가속도 응답과 계측 값을 비교하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Extensive research effort has been made during the last decade to utilize wireless smart sensors for evaluating and monitoring structural integrity of civil engineering structures. The wireless smart sensor commonly has sensing and embedded computation capabilities as well as wireless communication that provide strong potential to overcome shortcomings of traditional wired sensor systems such as high equipment and installation cost. However, sensor malfunctioning particularly in case of long-term monitoring and unreliable wireless communication in harsh environment are the critical issues that should be properly tackled for a wider adoption of wireless smart sensors in practice. This study presents a wireless smart sensor network(WSSN) that can estimate unmeasured responses for the purpose of data recovery at unresponsive sensor nodes. A software program that runs on WSSN is developed to estimate the unmeasured responses from the measured using the Kalman filter. The performance of the developed network software is experimentally verified by estimating unmeasured acceleration responses using a simply-supported beam.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론
• 2. 모델 기반 칼만 필터를 이용한 응답추정
• 3. 무선 스마트 센서 네트워크 소프트웨어개발
• 3.1 Imote2 무선 스마트 센서 플랫폼 및 소프트웨어 개발환경
• 3.2 센서 네트워크 어플리케이션 개발
• 4. 실험 검증
• 4.1 실험 셋업
• 4.2 미계측 응답 데이터 추정 과정 및 실험 결과
• 5. 결 론
• 감사의 글
• References