Sinkhole formation causes, detection methods, and prevention strategies

싱크홀

1. 차량부착용 싱크홀 전조증상 탐지 모델 AI, 도로 위의 숨은 위험을 찾아내다 P. 01 Team 구멍친구들 기계공학과 박준아 기계공학과 윤승환 전기공학과 노경민 산업경영공학과 이아령 제 21 회 창의적종합설계경진대회

2. 문제 인식 지난 10 년간 지반침하 발생 횟수 2,119 건 지난 10 년간 지반침하 인명피해 ( 부상 ) 77 명 지난 10 년간 지반침하 인명피해 ( 사망 ) 3 발생 원인 중 상 · 하수도관 손상 ( 누수 ) 54 % 설치 20 년이 넘은 노후 수도관 ( 전국 ) 지표투과레이더 (GPR) 장비 수 38 % 10 대 P. 02 제 21 회 창의적종합설계경진대회 명 ㅣ   Problem Statement

3. 기존 해결책의 한계 ㅣ   Limitations of Existing Solutions P. 03 제 21 회 창의적종합설계경진대회 사후 대응적 방식 육안 점검 , 민원 신고 등은 균열 / 침하가 가시적으로 발생한 후에만 발견 가능 지하 내부의 공동 ( 空洞 ) 등 잠재적 위험에 대한 사전 탐지 불가 2 높은 비용 및 낮은 효율성 GPR 탐사 특수차량 등 전문 장비는 도입 및 운용 비용이 매우 높음 전문 인력과 특정 시간에만 운용 가능 하여 상시적 · 광범위한 모니터링 한계

4. AI & 센서 융합을 통한 이상 탐지 시스템 기존의 고비용 , 사후 대응 방식의 한계를 극복하기 위해 , 저희는 저비용 센서를 융합한 AI 기반의 선제적 탐지 시스템 을 제안합니다 . 본 시스템의 핵심은 AI 딥러닝 비지도학습 모델 (LSTM-Autoencoder) 로 , 정답 없이 ' 정상 ' 상태의 도로 데이터만을 학습하여 스스로 ' 정상 패턴 ' 의 기준을 수립합니다 . 실시간으로 수집되는 데이터가 이 기준에서 벗어날 경우 , 이를 ' 싱크홀 전조증상 ’ 으로 자동 판별하고 위험 구간의 위치를 특정하여 즉각적인 대응을 가능하게 합니다 . Real-time Sinkhole Anomaly Detection Module for Vehicles P. 04 제 21 회 창의적종합설계경진대회

5. 기술적 세부 사항 Technical Specifications 사용 센서 이미지 역할 아두이노 열화상 카메라 모듈 초음파 센서 ( 위치 ) TOF 센서 ( 균열 ) 도로 표면의 온도 패턴을 실시간으로 측정 지하 공극으로 인한 미세한 온도 편차를 감지하여 싱크홀의 핵심 전조증상 파악 사용 센서 P. 05 제 21 회 창의적종합설계경진대회 센서와 노면 사이의 수직 거리 측정하여 도로의 높낮이 변화 감지 도로 균열 , 침하 등 물리적 변형을 직접적으로 파악 -> 판단의 정확도 향상 GPS 대용 , 기준점 ( 벽 ) 까지의 거리를 측정하여 탐지 모듈의 현재 위치 특정 이상 신호 감지 시 , 해당 구간의 위치 기록

6. 작동 흐름도 AI 기반 이상 탐지 데이터 정제 : 공간 - 시간 중앙값 필터 , Min-Max 정규화 모델 추론 : LSTM-Autoencoder 통해 재구성 오류 계산 이상 판단 : 계산된 오류값을 임계값과 비교해 이상 판단 결과 시각화 및 위치 특정 이상 패턴으로 탐지된 데이터의 발생 구간 특정 탐지 결과 & 위험 구간 시각적 리포트 생성 다중 센서 데이터 취득 열화상 카메라 ( 온도 ) 초음파 센서 ( 균열 ) 1 데이터 전송 및 축적 ESP-32 로 센서 데이터 취합 Host PC 로 전송해 CSV 파일 로 축적 2 3 4 P. 06 제 21 회 창의적종합설계경진대회

7. 모듈 사진 demonstration Picture P. 07 제 21 회 창의적종합설계경진대회

8. 시연 영상 demonstration video P. 08 제 21 회 창의적종합설계경진대회

9. 출력 결과 & 시각화 ㅣ   Results & Visualization P. 09 제 21 회 창의적종합설계경진대회 📊 이상 탐지 결과 -> 총 1 개의 이상 데이터 시퀀스 탐지 됨 시퀀스 인덱스 복원 오차 임계값 3 0.197066 0.192404

10. 기존 대비 서비스 차별점 ㅣ   Advantages over Existing Solutions 기존 탐사 방식 사후 대응적 방식 고비용 · 제한적 탐지 비실시간적 분석 데이터 활용의 부재 제안 아이디어 AI 기반의 선제적 위험 예측   저비용 · 고효율의 상시 모니터링 체계 실시간 데이터 분석 및 즉각적 위험 경고 데이터베이스 구축 을 통한 선제적 유지보수 제 21 회 창의적종합설계경진대회 P. 10

11. 기대효과 anticipated effect 탐지 운용 비용 절감 선제적 유지보수를 통한 예산 절감 시계열 이상 탐지 기술 확보 센서 데이터 융합 및 실시간 분석 시스템 구축 경제적 측면 기술적 측면 사회적 측면 시민의 생명 및 재산 보호 상시적 도로 위험 모니터링 체계 구축 P. 11 제 21 회 창의적종합설계경진대회

12. 향후 발전 계획 Future Development Plan P. 12 제 21 회 창의적종합설계경진대회 공공 인프라 연계 실시간 싱크홀 의심구역 지도 생성 버스 , 순찰차 등 실제 운행 차량에 탐지 모듈을 탑재 축적된 위험 구간 데이터를 GIS( 지리정보 시스템 ) 와 연동

13. AI 기술로 ' 사후 대응 ' 을 넘어 ' 사전 예방 ' 의 시대를 열겠습니다 . 차량부착형 싱크홀 전조증상 탐지 모델 Real-time Sinkhole Anomaly Detection Module for Vehicles Team 구멍친구들 기계공학과 박준아 기계공학과 윤승환 전기공학과 노경민 산업경영공학과 이아령 P. 13 제 21 회 창의적종합설계경진대회