Special Issue  ______  사물인터넷 기반 지하매설물 모니터링 및 관리시스템

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싱크홀 미리 막는 IoT 기술로 함께 만드는 안전지대!

사물인터넷으로 싱크홀을 막는다?!

싱크홀(sink hole)은 땅이 가라앉아 생긴 커다란 구멍을 말한다. 싱크홀은 크기나 형태가 불규칙하다. 대체로 한 번 발생하면 원형 모양으로 땅이 몇 m씩 가라앉는다. 멕시코, 일본을 비롯한 세계 여러 나라에서 싱크홀의 발생빈도가 점차 늘고 있다. 우리나라 또한 싱크홀이 점점 자주 출현하고 있어 안심할 수 없는 상황이다. 특히 도심에 생긴 싱크홀은 인명피해와 같은 큰 재해로 이어질 수 있기 때문에 각별한 주의가 필요하다.
싱크홀은 왜 발생할까? 대표적으로 특정 지역의 지하수가 많이 빠져나가면 흙에 물이 가득 차면서 지반이 약해진다. 토양의 응집력이 약해진 땅은 내려앉는다. 싱크홀이 발생하기 전에 지하수가 빠져나가는 현상을 모니터링하여 예방 방법을 마련하는 것이 중요하다.
ETRI는 융합연구사업을 통해 싱크홀을 막을 수 있는 ‘사물인터넷(IoT) 기반 지하매설물 모니터링 및 관리시스템 기술 개발’을 연구 중이다. 큰 사고로 이어질 수 있는 도시철도 구조물과 주변 지반 환경, 도시 지하 공간 내 지하매설물을 IoT를 기반으로 상시 감시한다. 또, 싱크홀이 발생할 때 보이는 지하수가 빠져나가는 현상을 감시하기 위해 지하수 분포와 변화를 지속적으로 확인하여 이상 징후를 감지·예측·대응한다. 이를 통해 얻은 이상 징후에 대한 정보는 다각도로 분석하여 싱크홀이 발생할지 예측할 수 있어, 큰 사고를 예방할 수 있다.

특화된 기술력이 모여 싱크홀을 예방한다

이번 융합연구사업은 ETRI, 한국건설기술연구원, 한국철도기술연구원, 한국지질자원연구원의 정부출연연구기관이 힘을 합친 ‘UGS융합연구단’의 값진 성과이다. UGS융합연구단은 융합연구를 통해 미래 성장 기술을 개발하여 국민이 체감하는 국가·사회 현안 해결과 신산업 창출에 기여하는 것이 목적이다.
UGS융합연구단은 지난 3년간 ‘싱크홀’이라는 사회적인 현안에 대응하기 위해 노력해왔다. 특히 ETRI는 이번 연구의 주관기관으로 IoT기반 기술과 지하 공간 3차원 가시화 기술, 무선통신 칩 기술 개발에 주력했다. 한국건설기술연구원은 상·하수관로 모니터링 및 탐사기술, 한국철도기술연구원은 도시철도 시설물 모니터링 기술, 한국지질자원연구원은 지하수와 지반 환경 분석기술 개발을 특화해 연구했다. 국민 안전과 싱크홀 방지라는 하나의 목표를 향해 각 연구기관마다 특화된 기술 연구에 매진하고 협력했다.
UGS융합연구단은 먼저, 지방자치단체가 보유하고 있는 관리 데이터를 기반으로 위험지역을 분석했다. 이를 대상으로 상·하수관로, 도시철도 시설물, 지하수 관정 등을 센서와 탐사 장치를 이용해 측정 분석한 뒤, 누수나 균열여부를 파악해 위험하다고 판단되면, GPR 스캐닝 장비로 도로 하부의 동공을 확인했다.
지하매설물의 상시 감시에는 IoT 통신기술을 적용했다. 맨홀 속 제수밸브에 센서를 붙이고, 맨홀 뚜껑에 안테나를 설치하고, 기지국(UGS-AP)을 통해 센싱 정보를 무선으로 전송한다. UGS서비스플랫폼에서는 지하 공간을 3차원 입체영상과 지반함몰 위험도 상태를 보여준다. 연구진은 그동안 연구 성과 결과물의 실증을 위해 경북 안동시의 한국건설기술연구원 하천실험센터에 상·하수관로를 설치하여 실제 누수환경을 만들었다. 지하수 관정을 통해 지하수와 지반환경 모니터링 기술을 검증했다.

융합연구가 만들어낸 결과물

UGS융합연구단은 그동안의 성과를 사업화하기 위한 첫걸음을 내디뎠다. 지하 공간 안전관리시스템 연구결과물의 사업화 추진을 위해 7개 참여기업과 함께했다.
UGS융합연구단이 7개 참여기업과 함께 출자하여 만든 (주)유지에스는 향후 정부출연연구원에서 2억 원의 기술출자를 받아 총 7억 원 규모의 연구소기업으로 등록 추진 중이다. 내년 1월부터 시행되는「지하안전관리에 관한 특별법」에 맞춰 각 지방자치단체의 지하 공간 안전관리 시스템 구축 사업에 참여할 예정이다.
ETRI는 지난 2월 말, 대전광역시와 협력하여 대전 월평역 지하철도 주변에 실증 테스트베드를 구축하여 IoT 통신기술을 적용해 보았다. 지난 2월 말, 성동구청과 협력하여 ‘왕십리역 부근 지하 공간 안전관리 시스템 구축사업’ 추진을 위한 업무 협약을 체결했다. 향후 왕십리역을 대상으로 싱크홀 관련 시범 사업을 추진할 예정이다.
한편, UGS융합연구단은 지난 2014년 말 미래창조과학부와 국가과학기술연구회가 추진하는 융합연구사업의 목적으로 만들어졌다. UGS융합연구단은 연구수행과 병행으로 한국지식재산전략원과 상호 협력하여 사업모델 수립부터 지하 공간 안전관리 시스템에 대한 시장창출에 이르기까지 사업화 기반을 마련했다. 이번 UGS융합연구단의 사례는 후속으로 추진되고 있는 융합연구단에 좋은 사업화 모델이 될 것으로 보고 있다.