건설기술연구원, 하천 24시간 능동 감시 ‘모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 기반 첨단 하천 감시 및 경보 시스템’ 개발

“수재해 취약 지방하천, 엣지 컴퓨팅(Edge Computing)으로 24시간 감시한다”

건설연, IoT 기반 초소형 하천 위험 감시 네트워크 원천 기술 개발

보다 신속·정확한 분석으로 골든타임 확보 기대돼

   한국건설기술연구원(원장 한승헌, 이하 건설연)은 첨단 센싱 및 IoT 기술을 이용하여 중소 하천을 24시간 능동적으로 감시하고 대응할 수 있는 ‘모바일 엣지 컴퓨팅(MEC, Mobile Edge Computing) 기반 첨단 하천 감시 및 경보 시스템’의 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

하천재해복구사업(영덕군 유금천).

출처 : 일요서울i(http://www.ilyoseoul.co.kr)

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모바일 엣지 컴퓨팅은 사용자 위치 근처(엣지)에서의 컴퓨팅을 통해 서버와의 응답시간을 줄임으로써 문제 발생시에 신속하게 대응할 수 있는 기반이 된다. 건설연 장봉주 박사 연구팀은 홍수로 인한 피해는 중소형 하천 및 계곡과 인접한 마을에서 빈번하게 발생한다는 점에 착안하여 마을 단위 하천감시 및 경보 시스템을 제안하고 그 핵심 요소 기술인 초소형 첨단 하천감시 단말장치 RF-WAVE(RainFall, Water-level And VElocity)의 원천기술을 개발했다. RF-WAVE는 전파(RF Wave) 센서를 포함한 다중센서를 이용하여 하천의 강우, 수위, 유속을 측정 및 모니터링하고, 무선망을 통해 실시간으로 데이터를 송수신 할 수 있는 장치이다.

이 기술을 활용하면 중소 하천 및 계곡에 설치된 교각, 전신주 등의 구조물에 RF-WAVE를 설치하여 하천 상황을 상시적으로 감시할 수 있다. 상대적으로 하천 폭이 좁은 지방 중‧소하천이나 계곡의 경우, 나뭇가지를 포함한 하천 식생들과 새, 고라니와 같은 야생동물들이 센서 관측을 방해하여 하천 감시 정확도가 낮아질 수 있다. 그러나 RF-WAVE에는 하천의 순수한 수세(水勢, pur e wat er energy)를 그 이외의 대상과 외부 잡음들과 분류할 수 있는 자체 개발된 신호처리 기술이 탑재되어 있어, 하천 수위 및 유속 관측의 정확도를 향상시켰다.

연구팀은 RF-WAVE의 정확성 검증을 위해 각기 다른 유속을 갖는 지점 및 수위에서 관측 실험을 수행했다. 그 결과 복잡한 하천환경에서도 거리 및 표면 유속이 안정적으로 감지됐으며, 일반 모드 기준 감시 거리 20m 이하에서 수위 정밀도 5cm 및 유속 정밀도 0.3m/s로 감시가 가능하다. RF-WAVE를 마을주변 하천 또는 계곡의 교량에 설치한다면 상시적으로 하천을 감시하고, 마을 주민들에게 직접 스마트폰 등으로 위험을 알리는 것이 가능하다.

RF-WAVE 개념도

RF-WAVE 컨트롤타위 구축 예시

폭우로 인한 하천과 계곡 인근 지역의 피해는 해마다 발생해 왔다. 특히 2020년 여름에는 기상청 공식기록 54일로 역대 가장 긴 장마를 기록하였으며, 장마 기간 동안의 전국 평균 누적 강수량이 687mm으로 평년의 두 배에 달했다. 전국에서 발생한 수재해로 인해 최소 50명 이상이 사망 또는 실종됐다. 한탄강 지류, 섬진강, 합천 황강 등을 포함한 많은 지방 중소 하천과 계곡의 교각 또는 제방이 유실되거나 범람했다. 또한, 오랜 장마에 따른 지반 약화와 함께 국지성 집중 호우로 인해 하천 구조물의 파손 및 붕괴가 빈번히 발생하고 있다. 특히 대규모 인명 피해까지 이어질 수 있어 실시간 하천 모니터링이 더욱 중요하다. RF-WAVE는 다중센서는 하천 유속 및 수위 뿐 아니라 교량, 제방 등과 같은 하천 구조물의 변형, 흔들림 및 진동까지 감지할 수 있도록 설계됐다. 

연구책임자인 장봉주 박사는 “하천변 마을 또는 소유역 단위로  RF-WAVE 네트워크를 구축하여 상시적으로 운영한다면 하천 범람, 제방 붕괴 등과 같은 사고 위험에 능동적으로 대응함으로써 재난대피 골든타임을 확보할 수 있다”며, “향후 RF-WAVE 장치에 다중센서 신호처리를 통해 강우 강도 까지 측정하는 연구로 확장할 계획”이라고 밝혔다.

본 성과는 “하천 홍수 위험 감시를 위한 다중센서 기반 하천 관측 기술 개발”로 한국멀티미디어학회 논문지 2020년 11월호에 게재됐으며, 한국건설기술연구원의 주요사업 “수재해 감시 및 수자원 활용을 위한 디지털 페어링 핵심 요소기술 개발 사업(`19 ~ `20)”로 수행됐다.

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