실시간 위치인식기술을 적용한 대형건설현장 안전관리시스템 = Safety management system for a large construction project using real-time location system
저자
발행사항
서울 : 高麗大學校 大學院, 2011
학위논문사항
學位論文(博士)-- 高麗大學校 大學院 : 建築·社會環境工學科 2011. 8
발행연도
2011
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
ix, 174장 : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 姜敬仁
참고문헌(장 129-134)과 부록수록
DOI식별코드
소장기관
최근 건설현장의 규모가 커짐에 따라 공기단축, 원가절감, 품질향상과 더불어 안전관리는 프로젝트의 성패를 좌우할 만큼 중요한 시공관리요소로 자리 잡았다. 건설현장의 특성상 항상 재해의 위험에 노출되어 있어 현장에 투입되기 전에 안전교육을 실시하고 있다. 또한 안전관리자로 하여금 작업자의 행동이나 위험사항에 대해 확인(Check)하도록 하고 있으나 산업의 특성상 모든 장소에서 지속적인 모니터링(Monitoring)하는 것은 역부족이다. 이에 따라 작업자 및 장비의 위치를 인식하여 불안전한 환경에 접근하였는지 여부를 실시간으로 파악하고, 작업자에게 그 작업 공간 내에서 발생할 수 있는 위험을 미리 알림으로써 불안전한 행동을 사전에 막는 것이 필요하다. 또한 재해가 발생한 경우 현장사무소 및 안전관리자에게 그 상황을 알리고 재해를 당한 작업자를 처리하기 위해서는 작업자의 정확한 위치인식이 요구된다. 특히 대규모 건설현장일수록 보다 신속한 대처가 안전사고의 피해를 줄이는데 필수적이다.
이에 본 연구에서는 대형건설현장을 중심으로 RTLS기반의 실시간 안전관리시스템을 개발하였다. 건설현장에 적합한 시스템개발을 위해 핵심기술 비교분석을 실시하였고, 이를 통해 무선측위방식은 전파의 도착시간으로 거리를 측정하는 TOA (Time of Arrival) 방식, 위치정보 및 위험정보를 전송하기 위한 무선네트워크 방식으로 무선 Mesh 네트워크를 선정하였다. 또한 RTLS기술의 측위값은 실제 위치값과 다소 차이가 발생하기 때문에 이러한 기술적 한계를 극복하기 위한 방법으로 확장칼만필터(Extended Kalman Filter)를 선정하였고, 이를 시스템에 맞게 설계하여 개선된 RTLS기반의 안전관리시스템을 구축하였다.
구축된 안전관리시스템의 현장적용성 검토를 위해 작업자와 장비, 작업자와 위험장소에 대한 상대적인 거리 계산을 통해 위험정보를 전달하는 위험정보모듈 테스트와 작업자 및 장비의 정확한 위치인식을 위한 위치인식모듈 테스트로 나눠 실시하였다. 전자는 작업자Tag와 장비Tag간, 작업자Tag와 위험장소Tag간의 안전거리를 설정해두고 알람이 제대로 울리는지를 체크한 실험이며, 이 실험결과 오차는 10~20cm정도로 사전알람을 적용하는 것은 문제가 없으며, 기존의 Anchor에 의한 Tag값의 위치산정만을 한 연구와는 차별화된 방법론으로 가능성을 보여준 것이다.
이에 반해 후자는 고정점은 터널의 경우 평균오차는 1.50m이며, 최소 46cm에서 최대 3m의 오차가 발생하며, 건축의 경우 평균오차 1.02m, 최소 20cm에서 최대 2.88m정도 오차가 발생하는 것으로 확인되었다. 그리고 이동점은 터널의 경우 최대 4m정도, 평균 2~3m정도의 오차로 고정점 비해 평균 1m이상의 오차가 더 발생하였으나 건축의 경우 최대 1.2m이상, 평균 1m이내의 오차가 발생하는 것으로 확인이 되었다. 하지만 본 연구에서 제시하는 위치보정 알고리즘인 확장칼만필터를 통해 터널현장실험의 오차값을 50% 이상인 1m내외로 줄였고, 상대적으로 오차가 적은 건축현장의 경우는 10% 이상 줄어들었으며, 위치에 따라 실제값에 거의 근접한 값을 가지는 것으로 평가할 수 있다.
따라서 본 연구에서 개발된 대형건설현장의 안전관리시스템을 통해 위험상황시 알람신호를 통한 사전예방, 잠재적 위험작업자파악을 통한 맞춤형 안전교육실시, 그리고 사고발생시 위치파악을 통한 신속한 대처가 가능하며, 뿐만 아니라 확장칼만필터를 통해 보다 정확한 안전관리가 가능하게 될 것으로 기대된다. 향후 본 연구에서 개발된 시스템을 통하여 현장 안전관리뿐만 아니라 생산성 분석, BIM (Building Information Modeling)을 통한 진도관리 등으로 발전할 수 있으며, 대형건설현장의 효과적인 시공관리 방향을 제시하는 데도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
As a construction project has become higher, larger, and more complex nowadays, safety management and control have been more and more important factor on determining construction project success. Safety management is particularly important issue at the aspect that zero accident in a construction project largely impact on the firm's reputation and growth. According to the recent disaster statistics data (2003-2010), the accident rate of the construction industry, the second after the manufacturing industry is 21% and the death rate of the construction industry is 26.6%. As a result, the construction industry is regarded as the highest fatal accident industry. Construction accidents largely derived from an unsafe environment and behavior are due to fall and drop in the construction site; burying under construction materials, rock, or landslide; collision between a worker and equipment without assurance a safe distance; and access to an unsafe location. In order to prevent accidents ahead of time, to remind importance of safety, and to call attention to construction workers, a continuous safety training program before beginning of the works has been implemented. While it is recommended that a safety manager in a job site always checks unsafe behaviors and accesses to a dangerous location, it is difficult to monitor the situation all the place and all the time.
Eventually, it is required to prepare a safety control system by identifying the location of a worker and equipment that enables to monitor unsafe access to the dangerous location, to notice potential risks of the location, and to prevent unsafe behaviors. The safety control system may have a particularly important role in a large construction project such as a tunnel and bridge at the aspect of rapidly coping with an unsafe environment and behavior.
A location identification technology can be categorized by GPS (Global Positioning System) using satellite, LBS (Location-based System) using mobile base station, and RTLS (Real Time Location System) using indoor network. While RTLS among the technologies is widely used in various areas in a hospital, warehouse, laboratory, museum, and factory, it is rarely applied in the construction industry.
Based on the motivation and technical advancement, the research proposes a RTLS based construction safety control system using cutting-edge sensors and information technologies that provides real-time location information between construction workers and equipment in a large construction job-site for better safety management. The research includes the estimation on the various field tests considering project characteristics, the proposal on the optimized compound sensors, and the application of Extended Kalman Filtering (EKF) to overcome current technical limitations. It is expected that the proposed system can be applied to not only the safety management but productivity analysis, effective construction management, and visualization for construction schedule combined with BIM.
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