단·중경간 교량의 변위 모니터링 및 확률론적 예측 시스템 개발

Abstract

본 논문에서는 단·중경간 교량의 변위 모니터링 및 확률론적 예측을 위한 저비용 시스템을 제안한다. 국내의 구조건전성 모니터링(Structural Health Monitoring, SHM) 기술은 주로 장대교량을 중심으로 발전해왔으며, 단·중경간 교량의 경우 설치 및 유지관리 비용 등의 제약으로 인해 SHM 기술 적용이 제한적이다. 이러한 한계를 보완하기 위하여, 본 연구에서는 단순한 구성과 경제성을 확보하면서도 변위 거동의 실시간 분석과 예측이 가능한 시스템을 개발하였다. 제안된 시스템은 센서 기반 변위 계측, FTP 서버를 통한 실시간 데이터 전송 및 저장, 가우시안 프로세스 회귀(Gaussian Process Regression, GPR)를 이용한 변위 예측, MATLAB App Designer로 구현된 시각화 및 관리용 응용 프로그램으로 구성된다. 계측 데이터는 주기적으로 서버에 전송되어 자동 전처리 과정을 거친 후, GPR 모델을 통해 향후 변위의 평균 예측값과 99% 신뢰구간이 산정된다. 이를 통해 사용자는 교량의 변위 변화를 실시간으로 모니터링하고, 이상 거동을 조기에 감지할 수 있다. 개발된 시스템은 UNIST 캠퍼스 내 단경간 교량에 적용하여 수개월간 운영하였으며, 현장 적용 결과를 통해 시스템의 안정성과 예측 기능을 검토하였다. 본 연구는 단·중경간 교량의 효율적인 유지관리와 데이터 기반 관리체계 구축에 기여할 수 있는 가능성을 제시한다.