위치추적 센서를 이용한 터널의 실시간 시공관리

이강현,김대원,문성모,조훈희,강경인,이인모,Lee, Kang-Hyun,Kim, Dae-Won,Mun, Sung-Mo,Cho, Hun-Hee,Kang, Kyung-In,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.2

Construction sites are becoming larger and complex with the growth of national economy. Accordingly, it is important to identify real-time information about materials, equipments, and manpower during construction at sites. Even though research utilizing position tracking sensors has been conducted in architectural engineering fields, this area of research is almost nil in civil engineering fields. Therefore, a feasibility study to find a way to apply position tracking sensors to an in-situ tunnel construction site adopting conventional tunnelling method is performed in this study. A methodology is proposed that the progress management of the tunnelling work can be monitored by checking construction materials needed at job site and the safety management system can be assessed by checking distance between in-situ workers and construction equipments. The most representative materials were identified so that IT technology can be applied by attaching and monitoring sensors to the selected materials. Also, time of arrival (TOA) for a position determination technology along with a wireless network technology was chosen and build wireless network system. The adopted methodology was applied to an in-situ tunnelling site, and verified the usefulness of the proposed system. 국가 경제규모의 성장과 더불어 단위 건설현장도 대형화, 복합화 되어 가고 있는 추세이다. 이에 따라 건설현장에서는 효율적인 프로젝트 관리를 위하여 자재, 장비, 인력 등의 자원에 관한 실시간 정보파악의 요구가 증가하고 있다. 최근 건축분야에서는 다양한 위치추적 센서를 활용한 시공관리에 대한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 토목분야에서는 이러한 연구가 거의 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 터널 시공 방법 중 NATM 공법을 대상으로 위치추적이 가능한 센서를 활용하여 자재를 이용한 진도관리와 장비와 인력간의 안전관리에 있어서 실제 현장에 활용 가능한 방법을 제시하였다. 각 공정의 자재를 이용한 진도관리 방안과 사람과 장비의 거리를 통한 안전관리 방안을 제시하였다. 센서를 부착할 진도관리용 자재를 선정하고, 위치좌표를 계산하기 위한 TOA방식의 무선측위기술과 무선랜을 이용하여 터널 현장에 무선 네트워크 시스템을 구축하였다. 이를 바탕으로 터널 현장에 적용 가능한 모델을 제시하였으며, 현장 예비 시험과 현장시험을 통하여 시스템을 검증하였다.

USN Channel Establishment Algorithm for Sensor Authentication and Anti-collision

이강현,Rhee, Kang-Hyeon The Institute of Electronics and Information Engin 2007 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.37 No.5

전자와 컴퓨터 기술의 발전은 무선 센서 네트워크 증대의 토대를 마련하였다. 이에 따라, 센서 네트워크상의 충돌 방지와 인증 기술의 필요성이 증대되어 지고 있다. 센서 네트워크의 충돌 방지를 위해 개발될 알고리즘은 무선 센서 네트워크 플랫폼 상에 쉽게 적용될 수 있으며 또한 동시에 분산 연산, 분산 저장, 데이터 강인성, 센싱된 데이터를 자동 분류할 수 있어야한다. 그리고 무선 센서 네트워크에서 보안을 유지하기 위하여 여러 센서 간에 안전하게 채널을 확립할 수 있어야한다. 본 논문 우리는 센서의 인증과 충돌 방지를 위하여 유비쿼터스 센서 네트워크 채널 확립 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서는 두 가지 다른 형태의 구조를 제안하였으며, 각 구조에서는 센서 노드 사이에서 채널을 확립하기위하여 웨이블렛 필터를 사용한 알고리즘과 센서의 충돌 방지를 위하여 BIBD(Balanced Incomplete Block Design) 코드를 사용하였다. 결과적으로, BIBD와 웨이블렛 필터 기반으로 제안된 알고리즘은 이상적인 환경에서 98% 충돌 검출율을 가졌다. Advances in electronic and computer technologies have paved the way for the proliferation of WSN(wireless sensor networks). Accordingly, necessity of anti-collusion and authentication technology is increasing on the sensor network system. Some of the algorithm developed for the anti-collision sensor network can be easily adopted to wireless sensor network platforms and in the same time they can meet the requirements for sensor networks like: simple parallel distributed computation, distributed storage, data robustness and auto-classification of sensor readings. To achieve security in wireless sensor networks, it is important to be able to establish safely channel among sensor nodes. In this paper, we proposed the USN(Ubiquitous Sensor Network) channel establishment algorithm for sensor's authentication and anti-collision. Two different data aggregation architectures will be presented, with algorithms which use wavelet filter to establish channels among sensor nodes and BIBD (Balanced Incomplete Block Design) which use anti-collision methods of the sensors. As a result, the proposed algorithm based on BIBD and wavelet filter was made for 98% collision detection rate on the ideal environment.

수치해석을 통한 성토 높이에 따른 터널 안정성 평가 연구

이강현,이상래,김낙영,Lee, Kang-Hyun,Lee, Sangrae,Kim, Nag-Young 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.1

터널의 갱구부는 토피가 얕고 지반의 아칭효과가 발휘되기 어렵기 때문에 터널 시공 시 주의가 필요한 구간이다. 공용 중인 터널 갱구부 상부에 추가적인 성토가 이루어진다면 터널 안정성을 크게 저해할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 터널 상부의 추가 성토에 따른 터널 안정성을 검토하고자 지반조건별로 성토 높이에 따른 수치해석을 수행하였다. 해석 결과 5등급 암반에서 성토 높이가 12 m 이상인 경우에는 숏크리트의 허용 휨압축응력, 록볼트의 허용 축력을 초과하는 것으로 나타났다. 발생되는 변위와 소성영역의 범위, 지보재의 상태를 종합적으로 고려할 때 터널 갱구부 상부에 추가 성토되는 높이가 10 m를 초과하는 경우에는 터널 안정성이 크게 저해되는 것으로 판단된다. The construction of the tunnel portal should be careful because cover depth is shallow and it is difficult to exhibit the arching effect. Tunnel stability may be reduced with additional embankment above the portal of tunnel. In this study, in order to examine the stability of the tunnel according to additional embankment above the portal of tunnel, numerical analysis was performed while changing the ground conditions and height of embankment. As a result of the numerical analysis, it was found that the allowable flexural compressive stress of shotcrete and allowable axial force of rockbolts were exceeded when the height of additional embankment was 12 m in rock mass rating V. When considering the displacement, the range of the plastic region and the behavior of the support materials, the tunnel stability seems to be greatly reduced if the height of additional embankment above the portal of tunnel exceeds 10 m.

Median Filtering Detection using Latent Growth Modeling

이강현,Rhee, Kang Hyeon The Institute of Electronics and Information Engin 2015 전자공학회논문지 Vol.52 No.1

최근에 위,변조 영상의 처리이력 복구를 위한 포렌식 툴로서 미디언 필터링 (MF: Median Filtering) 검출기가 크게 고려되고 있다. 미디언 필터링의 분류를 위한 미디언 검출기는 적은 양의 특징 셋과 높은 검출율을 갖도록 설계되어야 한다. 본 논문은 변조된 영상의 미디언 필터링 검출을 위한 새로운 방법을 제안한다. BMP를 미디언 윈도우 사이즈에 의하여 여러 미디언 필터링 영상으로 변환하고, 윈도우 사이즈에 따른 차분포 값을 계산하여 그 값으로 미디언 필터링 윈도우 사이즈와 같은 특징 셋을 만든다. 미디언 필터링 검출기에서, 특징 셋은 잠재성장 모델링 (LFM: Latent Growth Modeling)을 사용하는 모델 특성으로 변환된다. 실험에서, 테스트 영상은 TP (True Positive)와 FN (False Negative) 두 분류로 판별된다. 제안된 알고리즘은 분류 효율성이 TP와 FN의 혼동에서 최소거리 평균이 0.119로서 훌륭한 성능임이 확인 되었다. In recent times, the median filtering (MF) detector as a forensic tool for the recovery of forgery images' processing history has concerned broad interest. For the classification of MF image, MF detector should be designed with smaller feature set and higher detection ratio. This paper presents a novel method for the detection of MF in altered images. It is transformed from BMP to several kinds of MF image by the median window size. The difference distribution values are computed according to the window sizes and then the values construct the feature set same as the MF window size. For the MF detector, the feature set transformed to the model specification which is computed using latent growth modeling (LGM). Through experiments, the test image is classified by the discriminant into two classes: the true positive (TP) and the false negative (FN). It confirms that the proposed algorithm is to be outstanding performance when the minimum distance average is 0.119 in the confusion of TP and FN for the effectivity of classification.

하구 환경관리를 위한 관리구역 경계 설정방안

이강현,조현정,노백호,이창희,Lee, Kang-Hyun,Cho, Hyun-Jeong,Rho, Baik-Ho,Lee, Chang-Hee 한국해양학회 2012 바다 Vol.17 No.4

Definition of estuary and its administrative boundaries is needed for the practical management of estuarine environment. However, the majority of Korean estuaries are lack of scientific data required for defining the administrative boundaries. For this reason, a systematic way to set the boundaries has not been developed so far. This study proposed adaptive and comprehensive criteria in defining the boundary of an estuary based on the available data which includes physiochemical, geographical and topographical characteristics and regional data such as land uses and socio-economic conditions. An estuary boundary is defined with a sequential manner. First of all, according to the estuarine circulation pattern, 463 estuaries in Korea were classified into open estuaries and closed estuaries. Then an individual belonging to each type of estuary is defined an water zone boundary considering the physiochemical, geographical and topographical characteristics and land uses. Finally, a land zone boundary is set along the catchment. According to the proposed criteria, we have delineated 274 estuarine management zones in Korea on a trial basis and found that it was possible to set a boundary reasonably considering the difference of level of available data and regional characteristics in each estuary. 실질적인 하구환경의 관리를 위해서는 관리구역, 즉 하구역이 먼저 정의되어야 한다. 그러나 하구역의 경계를 설정할 수 있는 과학적 자료의 부족으로 인해 아직까지 체계적인 경계설정 방법이 제시되지 못하고 있다. 본 연구는 하구의 물리화학적 특성 등의 과학적 자료와 더불어 지리 지형적 특성 및 이용개발 특성 등을 종합적으로 고려하여 체계적으로 하구역 경계를 설정하는 방법을 제안하였다. 하구를 하구순환의 유지여부에 따라 열린 하구와 닫힌 하구로 구분하고, 각 유형에 속한 개별 하구에 대해 물리화학, 지리지형학 및 이용개발 특성을 고려하여 하구수역의 경계를 설정한 후에 하구수역에 영향을 미치는 하구육역의 경계를 설정하는 순차적인 방법이다. 이 방법에 따라 국내 274개 하구역의 경계를 시범적으로 설정해본 결과 각 하구별로 가용한 자료의 수준과 지역 특성의 차이를 합리적으로 고려한 하구역 경계 설정이 가능한 것으로 나타났다.

암반터널 안정성 평가를 위한 손상제어실험 기반의 한계변형률에 관한 연구

이강현,김도훈,박정준,이인모,Lee, Kang-Hyun,Kim, Do-Hoon,Park, Jeong-Jun,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.6

일반적으로 터널 시공현장에서는 계측된 천단 및 내공변위와 계측관리기준을 비교하여 터널의 안정성을 판단한다. 현재 계측관리기준은 지반조건, 터널단면의 크기, 시공방법, 지보재량 등을 고려한 경험을 통해 세워지고 있는 실정이다. 따라서 새로운 계측관리기준으로 한계변형률을 이용하는 방법에 대한 연구가 다수 수행되었다. 그러나 대부분의 연구는 일축압축강도실험에서 얻어진 한계변형률을 기준으로 삼고 있어 실제 터널 굴착 시 발생하는 응력의 증가 및 종방향 아칭에 의한 암반 손상을 고려하지 않는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 대표 암종인 화강암과 편마암의 한계변형률 특성을 조사하기 위하여 일축압축강도실험과 응력의 증가 및 종방향 아칭을 고려한 손상제어실험을 수행하였다. 손상제어실험에서 얻어진 한계변형률은 일축압축강도실험에서 얻어진 한계변형률보다 다소 작게 나타났다. 이는 일축압축강도실험에서 얻은 한계변형률은 터널 굴착 시의 응력이력을 고려하여 다소 감소시켜야 한다는 것을 의미한다. 또한 대심도 터널에서 흔히 발생하는 취성파괴를 평가하기 위한 손상한계변형률을 제안하였다. In general, the tunnel stability during excavation is assessed by comparing measured displacements at roof and sidewall to control criteria. The control criteria were established based on the past experience that considered ground conditions, size of the tunnel cross section, construction method, supports, etc. Therefore, a number of researches on the control criteria using the critical strain have been conducted. However, the critical strain obtained from uniaxial compression tests have drawbacks of not taking damage in rock mass due to increase of stress level and longitudinal arching into account. In this paper, damage-controlled tests simulating stress level and longitudinal arching during tunnel excavation were carried out in addition to uniaxial compression tests to investigate the critical strain characteristics of granite and gneiss that are most abundant rock types in Korean peninsula. Then, the critical strains obtained from damage-controlled tests were compared to those from uniaxial compression tests; the former showed less values than the latter. These results show that the critical strain obtained from uniaxial compression tests has to be reduced a little bit to take stress history during tunnel excavation into account. Moreover, the damage critical strain was proposed to be used for assessment of the brittle failure that usually occurs in deep tunnels.

지하공동의 취성파괴 예측을 위한 암석물성 및 손상지수 평가

이강현,방준호,김진하,김상호,이인모,Lee, Kang-Hyun,Bang, Joon-Ho,Kim, Jin-Ha,Kim, Sang-Ho,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.4

본 논문은 대심도 또는 과지압 암반에서 2차지압으로 인해 발생되는 취성파괴와 관련한 실내실험을 수행하고, 취성파괴 현상을 잘 예측할 수 있는 CWFS(Cohesion Weakening Frictional Strengthening)모델을 이용한 수치해석을 수행하였다. 암석의 거동을 분석하고 손상의 함수인 암석강도정수를 도출하기 위하여 일축압축강도실험과 손상제어실힘을 수행하였다. 일축압축강도실험결과 균열개시응력은 화강암, 편마암 구분 없이 일축압축강도의 41~42% 정도로 분석되었으며, 반면 균열손상응력은 화강암은 일축압축강도의 75%, 편마암은 일축압축강도의 97%의 값으로 분석되었다. 손상제어실험결과 균열손상응력과 최대하중은 Peak하중 이후 감소하는 것으로 나타났다. 또한 점착력은 감소하고 마찰각은 증가하는 양상을 보였다. Peak하중 이전에는 탄성계수가 증가하고 Peak하중 이후에는 감소하였다. 그리고 포아송비는 손상이 진행될수록 증가하는 양상을 보였다. 일축압축강도실험과 손상제어실험의 균열개시응력과 균열손상응력의 비교분석결과 손상제어실험의 균열개시응력은 일축압축강도실험에서 얻어진 균열개시응력의 범위에서 변화하는 양상을 보였고, 균열손상응력은 일정 손상수준에서 일축압축강도실험에서 얻어진 값보다 작은 값으로 나타났다. 실내실험결과로부터 CWFS모델의 입력 파라미터를 도출하여 수치해석에 적용하여 취성파괴 발생 한계토피고를 구했다. CWFS모델을 이용한 수치해석으로부터 예측된 한계토피고와 손상지수로부터 예측된 한계토피고를 비교한 결과, 취성파괴 발생 한계토피고를 정확히 예측하지 못하는 결과를 나타냈다. 따라서 원형터널에만 적용기한 손상지수를 사용하는 것은 문제가 있다고 판단된다. 이를 개선하기 위해 터널의 형상을 고려한 형상계수를 손상지수에 적용하였다. 터널의 형상을 고려한 수정된 손상지수로부터 예측된 한계토피고는 수치해석결과와 거의 동일한 결과를 보였다. Laboratory tests are performed in this paper to investigate the brittle failure characteristics of over-stressed rocks taken in deep depth. Also, numerical simulation performed using that the so-called CWFS(Cohesion Weakening Frictional Strengthening) model is known to predict brittle failure phenomenon reasonably well. The most typical rock types of Korean peninsula - granite and gneiss - were used for testing. Results of uniaxial compression tests showed that the crack initiation stress was about 41 % to 42% of the uniaxial compressive strength regardless of rock types, where as, the crack damage stress of granite was about 75%, and that of gneiss was about 97%. Through the damage-controlled test, strength parameters of each rock were obtained as a function of damage degree. After the peak, the crack damage stress and the maximum stress were decreased, The cohesion was decreased and the friction angle was increased with increase of rock damage. Before reaching the peak, the elastic modulus was slightly increased, while decreased after the peak. Poisson's ratio was increased as the damage of rock proceeds. Comparison of uniaxial compression tests and damage-controlled tests shows the crack initiation stress estimated from the damage-controlled test fluctuated within the range of crack initiation stress obtained from the uniaxial compression test; the crack damage stress was less than that estimated from the uniaxial compression test. In order to predict the critical depth that brittle failure occurs, numerical simulations using the CWFS model were performed for an example site. Material parameters obtained from the laboratory tests mentioned above were used for CWFS simulation. Comparison between the critical depth predicted from the numerical simulation using the CWFS model and that predicted by using the damage index proposed by Martin et al.(l999), showed that critical depth cannot be reasonably predicted by the currently used damage index except for circular tunnels. A modified damage index was proposed by the author which takes the shape of tunnels other than circular into account.

3차원 레이저 스캐너를 활용한 터널 시공관리

이강현,허인욱,김도훈,이인모,Lee, Kang-Hyun,Heo, In-Wook,Kim, Do-Hoon,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.3

현재 3차원 레이저 스캐너는 게임, 영화, 의료, 미술, 디자인 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 토목분야에서는 교량 및 터널에 3차원 레이저 스캐너를 이용한 시공관리 방안 및 적용에 관한 연구가 다수 수행되었다. 그러나 3차원 레이저 스캐너로 얻어진 데이터의 용량이 너무 크고 우리나라 현장 실정에 적합한 소프트웨어가 없는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 3차원 레이저 스캐너의 데이터를 신속하게 처리할 수 있도록 데이터베이스를 구축하였으며, 터널의 미굴 여굴 여부 판단, 균열 누수 백태를 확인할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 또한 실제 터널 현장에 3차원 레이저 스캐너를 사용하여 3차원 레이저 스캐너와 소프트웨어를 검증하였다. 이는 터널 시공 중 시공관리 및 시공 후 유지관리에도 기여할 수 있을 것으로 예상된다. A 3D laser scanner is widely used in various fields such as games, movies, medicines, art, design, etc. Many studies for utilizing the 3D laser scanner in the fields of civil engineering have also been carried out, for example, for systematically managing tunnel and/or bridge construction. However, since a software which is directly applicable to Korean construction system does not exist, the amount of data obtained from existing the 3D laser scanner is too much to handle in a systematic way. Therefore, in this paper, a new data processing technique was established which can rapidly and effectively treat the 3D laser scanning data. Moreover, a software that can systematically manage the tunnel construction was developed. The developed software can assess the construction quality of tunnel excavation such as under-break, over-break, cracks, leakage and efflorescence, etc. A 3D laser scanner and the developed software was applied to an in-situ tunnelling site, and verified usefulness of the 3D laser scanner. The developed software may be useful for tunnel maintenance as well as for systematic management of tunnel construction.

Energy Efficiency in Wireless Sensor Networks using Linear-Congruence on LDPC codes

이강현,Rhee, Kang-Hyeon The Institute of Electronics and Information Engin 2007 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.37 No.5

최근 무선센서 네트워크는 센서 영역 안에 수많은 센서 노드로 구성되어 있으며, 각각의 센서들은 강제적인 에너지 구속조건을 가지고 있으므로 효율적인 에너지 관리는 중요하다. WSN 응용 시스템에서 FEC(Forward error correction)는 데이터 전송의 에너지 효율성과 데이터 신뢰성을 증가시킨다. LDPC 코드는 FEC 코드중 하나로 코드워드의 길이가 커지면 다른 FEC 코드 보다 많은 부호화 작업을 필요로 하지만, 샤논의 용량 한계에 접근되어 있으며, 전송에너지의 감소와 데이터 신뢰도를 증가시키는데 사용되어진다. 본 논문에서는 WSN(Wireless Sensor Network)에서의 에너지 효율성 증가와 부호화의 복잡도를 줄이기 위하여 LDPC(Low-density parity-check) 코드의 패리티 체크 행렬의 생성에 Linear-Congruence 방법을 적용하였다. 결과적으로 본 논문에서 제안된 알고리즘은 부호화 에너지 효율성과 데이터의 신뢰도를 증가시켰다. Recently, WSN(wireless sensor networks) consists of several sensor nodes in sensor field. And each sensors have the enforced energy constraint. Therefore, it is important to manage energy efficiently. In WSN application system, FEC(Forward error correction) increases the energy efficiency and data reliability of the data transmission. LDPC(Low density parity check) code is one of the FEC code. It needs more encoding operation than other FEC code by growing codeword length. But this code can approach the Shannon capacity limit and it is also can be used to increase the data reliability and decrease the transmission energy. In this paper, the author adopt Linear-Congruence method at generating parity check matrix of LDPC(Low density parity check) codes to reduce the complexity of encoding process and to enhance the energy efficiency in the WSN. As a result, the proposed algorithm can increase the encoding energy efficiency and the data reliability.

DRM Implementation by Multimedia Fingerprint

이강현,Rhee, Kang-Hyeon The Institute of Electronics and Information Engin 2009 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.37 No.9

최근에, 다양한 멀티미디어 콘텐츠 제작에 따라, 불법복제, 불법배포 및 저작권 침해 등과 같은 문제들이 야기되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 콘텐츠에 저적권 정보를 삽입하는 워터마킹과 RSA를 이용하여 불법복제를 방지하는 DRM에 인증을 위한 암호화하는 방법들이 제안되었다. 본 논문에서는, BIBD코드 기반의 멀티미디어 핑거프린트를 RSA의 DRM을 위하여 영상콘텐츠의 비트플랜에 삽입하고, 디코딩 처리에서 영상전송과 변환을 고려하여 실험을 하였다. 실험결과, Stirmark 공격의 PSNR 30, 40, 70 그리고 80에서, 영상에 삽입된 멀티미디어 핑거프린트 코드가 AWGN 7dB에서 60% 이상 검출되었으며, AWGN 10dB 이상에서는 100%의 완전함을 확인하였다. Recently, according to the product variety of multimedia content some problems are occurred as like an illegal copying, an illegal distribution and a copyright infringement etc. So, for the solution of these problems, some methods were proposed as like watermarking which inserts the information of copyright to the content and the cipher for authentication to DRM which prevents an illegal copying using RSA. In this paper, the multimedia fingerprint based on BIBD code is inserted to the bit-plane of the image content for DRM with RSA, and while the decoding processing. The experiment is operated with the consideration of the image transmission and the transformation. As a result it confirmed that the multimedia fingerprint code inserted in image is detected 60% upper at AWGN 7dB and detected completely 100% at AWGN 10dB upper on PSNR 30, 40, 70 and 80 of Stirmark attacks.