In this paper, a logger of an earthquake accelerometer in order to link and share the seismic data easily with related institutes is presented. The firmware is embedded into the logger, which transforms the seismic data into the formats, miniSEED.

The purpose of this study is to analyse site natural period for estimating resonance of soil-structure. The natural period of seismic accelerometer installed site is calculated with HVSR(Horizontal to Vertical Spectral Ratio) proposed by Nakamura. To analyze natural period, a micro tremor is used at several sites. The result can be used for the study of soil-structure resonance, site classification and the site amplification effects.

This study suggests Installation methods and a development plan for the installation of the seismic acceleration instrument through the case study of the seismic acceleration instruments installed in the domestic public buildings.

This study suggests the operation plan of the seismic acceleration instrument installed in the domestic facilities and the using plan of the measured data through the provided data and the case study of the U.S.A and Japan

일본 고베지진(1995), 타이완 지지(Chichi)지진(2000), 우리나라 남해안 지역 및 대도시지역에서 지반 흔들림이 감지된 일본 후쿠오카지진(2005), 중국 쓰촨성대지진(2008), 일본 이와떼·미야기지진(2008), 최근의 일본 동북지방대지진(2011)과 같은 한반도 주변지역에서의 지진발생 사례와 함께 한반도내에서 최근 발생된 강원도 월정사지진(2007년) 등은 한반도의 지진발생 빈도 증가와 더불어 지진에 대한 안전지대가 아니라는 경각심과 함께 지진 피해 가능성에 대한 인식을 제고시키고 있다. 최근 일본 동북지방대지진(M9.0)과 중국에서 발생한 쓰촨성대지진(M8.0), 일본 이와떼·미야기지진(M7.2)은 진앙지 주변지역에 위치한 많은 댐들에 크고 작은 지진 피해를 발생시켰다. 특히, 중국 쓰촨성 대지진은 쓰촨성 일대 약 400개의 중·대형댐에 크고 작은 손상을 입힘으로써 지진대비 댐시설물 안전관리에 대한 대책 마련의 필요성을 부각시키고 있다. 댐 시설물은 국민생황과 안전에 밀접한 공공성이 강한 국가 주요시설물이므로 댐 관리주체는 지진대비 댐의 안전성을 확인함으로서 지진에 의한 피해를 최소화 할 의무가 있다. 일본 고베지진 이후 국내 내진설계기준(건설교통부, 1997)이 개정되었으며 2011년 개정된 댐설계기준·해설(건설교통부)에는 내진특등급 댐의 경우에는 의무적으로 지진계를 설치하고 정상상태를 유지하여야 함을 규정하고 있다. 이에 국내에서 대부분의 중요한 대댐을 관리하고 있는 한국수자원공사는 31개의 신규댐 및 설계당시 지진계가 설치되어 있지 않은 기존댐에 총 99대의 지진가속도계 설치를 2008년 완료하여 운영중에 있으며, 4대강살리기사업 16개 보에 총 30대의 지진가속도계 설치를 완료하였다. 현재 31개 댐에 설치된 99대의 지진가속도계는 실시간으로 각 댐에서 감지되는 지진파형을 모니터링하고 최대 가속도를 분석하여 댐의 내진안전성을 신속히 파악하기 위해 댐 실시간지진감시시스템(Dam Earthquake Monitoring System)에 연계되어 통합운영되고 있으며, 향후 4대강 16개 보 지진가속도계의 추가연계와 소방방재청 등 국가지진관측망과의 자료공유를 위해 시스템을 업그레이드할 계획이다. 댐의 내진안전성에 대한 연구사례는 다음과 같다. 한국수자원공사는 2001년에서 2003년까지 고베지진이후 강화된 내진설계기준에 따라 동적해석기법으로 다목적댐과 용수전용댐에 대한 내진성능평가를 실시하였으며, 평가결과 다목적댐과 용수전용댐은 현재의 강화된 내진설계기준에 대해 모두 내진안전성을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 수치해석을 이용한 지진발생시 댐의 안전성 평가는 댐재료의 동적물성 및 해석결과의 적정성을 평가하여야만 그 결과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 이를 위해 지진계측기록을 활용하여 댐의 실제 고유주기(Fundamental period)를 산정하는 방법에 대한 연구(하익수, 2008)가 수행되었고 수치해석에 의한 고유주기를 계측에 의한 고유주기와 일치시켜 동적물성을 검증하는 방법에 대한 연구(하익수와 오병현, 2011)와 기존댐 실대규모 발파진동실험을 실시하여 댐의 발파진동가속도 응답특성 및 동적물성 역산에 대한 연구가 수행되었다(이종욱 등, 2011).

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하여 지진에 대한 관심 및 국민 불안감이 증대되었다. 이에 따라 미국과 일본 등 선진 국가에서는 지진재해에 대한 국가차원의 방재 대책을 마련하기 시작했고 이에 발맞추어 국내에서도 지진재해대책법 제정 등 지진방재에 대한 대책을 마련하였다. 한국농어촌공사는 2008년 3월 28일 제정된 지진재해대책법에 따라 2008년 담양저수지를 시범지구로 선정 저수지 마루부 및 사면 중간부, 자유장에 각각 3성분의 가속도 센서를 설치하였다. 이후 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준(2010. 9. 7고시)”에 의거 2010년에 2개 지구, 2011년에 4개 지구에 추가 설치하여 계측을 실시하고 있다. 한국농어촌공사 농업용 저수지는 흙과 암괴 등의 재료를 이용하여 축조한 필댐(Fill Dam)으로 댐의 축조가 매우 경제적이고 용이하다. 필댐 축조시 흙은 비교적 투수성이 크므로 이를 보완하기 위해 수밀성이 좋은 재료(점토 등)를 사용하여 차수하게 되는데, 차수단면의 형상과 위치에 따라 균일형, 코어형, 죤형, 표면차수벽형 등으로 구분한다. 필댐은 제체 특성상 제체 내부의 부등침하가 발생할 수 있고 여수로를 제체와 분리하여 설치하므로 이에 대한 관리가 필요하다. 이러한 필댐의 특성으로 인해 한국농어촌 공사에서는 법에 근거한 대상 15개 저수지에 대한 지진가속도 계측시스템 설치 계획을 세워 진행하고 있으며, 지진가속도 계측값에 따른 지진경보시스템 및 운영 매뉴얼을 마련하여 지진재해에 대비하고 있다. 또한 지진가속도 계측기가 설치되어 있지 않은 저수지 중 제고 15m, 총저수량 100만m3 이상의 저수지에 대해 전기비저항 측선 및 계측공을 설치하여 지진 발생시 계측을 실시, 저수지의 안전에 대비하고 있다.

천연가스는 국가 에너지의 중요한 부분을 담당하고 있으며 경제발전 및 국민생활의 편리를 제공하는 함은 물론 환경을 보전하는 친환경에너지로 그 가치를 더해가고 있다. 한국가스공사는 천연가스를 수입, 개발하여 전국에 공급하는 가스회사로 인수기지 설비 뿐 아니라 3,000 km에 이르는 주배관을 보유, 운용하고 있으며, 최근 빈발하는 지진을 비롯하여 자연재해에 대한 대비를 철저히 함으로써 천연가스의 안정적 공급에 만전을 기하고 있다. 현재 생산기지에 설치하여 운용되고 있는 지진계는 총 5기이며 사내 네트워크 망을 이용한 지진모니터링시스템을 통하여 각 기지 통제소에서 설비의 운용에 활용하고 있으며, 연구개발원에서 지진데이터를 활용한 연구를 수행하고 있다. 생산기지에서 전국으로 송출된 고압가스는 각 지역의 정압관리소에서 감압된 후 도시가스회사 및 발전소 등에 공급되고 있다. 전국에 위치하는 약 100 여개의 정압관리소에 지진가속도 계측기가 설치되어 운용되고 있으며, 지진데이터는 설비전용망인 SCADA 시스템을 통하여 각 지역본부에 전송되어 설비의 운용에 활용되고 있다. 현재 지진가속도 데이터를 소방방재청에 전송하기 위한 통합 지진 네트워크 망 구성과 시스템 구현이 완료되고 있는 시점이다. 이 통합 네트워크가 완성되면 한국가스공사 지진가속도 전체 데이터가 단일 네트워크에 통합되어 설비운영에 활용될 것이며 지진에 대비한 연구개발 측면에서도 활용도가 증대될 것으로 기대된다.

전력설비 지진관측망은 주요 전력시설물인 원자력발전소 인근, 화력발전소, 765/345kV 변전소, 수력/양수댐 부지의 실시간 지진감시를 위해 운영 1999년 이후로 단계적으로 구축되고 운영되고 있으며, 2008년 발효된 지진재해대책법에 따라 지진관측 구성기기 및 설치 위치 등을 보완하고 있다. 상기 주요 전력시설물에 대해서는 내진설계 혹은 내진성능평가를 통해 제시된 시설물의 내진성능수준을 이용하여 지진관측망의 안전조치 지진동크기로 설정하고 있다. 주요 전력시설물에 설치된 지진관측장비의 운영 및 관리 주체는 원자력발전소 및 수력/양수댐인 경우는 한수원(주), 화력발전소인 경우는 5개 전력그룹사(남부발전, 남동발전, 서부발전, 동부발전, 동서발전), 765/345kV 변전소인 경우는 한전으로 구분되어 있다. 한편 전력공급망은 전기를 생산하는 발전소와, 변전소를 통한 송전망, 일반 설비로 구성된 배전망이 동시에 유기적으로 연계된 망이며, 해당 설비 위치가 공간적으로 중복되거나, 국부적인 피해가 전국적인 전력공급 장애를 가져올 수 있기 때문에 발전소, 변전소, 일반 설비의 지진피해특성은 일관되고도 체계적으로 감시될 필요가 있다. 이에 따라 전력공급 업무를 최종적으로 책임지고 있는 한전은 전력시설물 별로 분리되어 운영되고 있는 지진감시서버를 한전 전력연구원 지진감시센터를 중심으로 연계하여 전체적인 자료를 관리하고, 지진피해시 신속하고 체계적으로 대응할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 전력설비 지진피해대응시스템을 2014년까지 구축하여 시범운영할 계획이다.

2008년 3월에 지진재해대책법이 제정되었고, 지진가속도계측기의 배치를 계획하고 성능과 시스템 구성에 있어서 표준안이 될 수 있는 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’ 이 2010년에 고시되었다. 하지만 지난 1년여 간의 지진가속도계측시스템 운영 결과 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’ 에 대한 현실적·기술적 부분에 대한 문제점이 발견되었고 지진가속도 계측이 체계적으로 수행될 수 있도록 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’에 대한 개선이 필요하다고 판단되었다. 이에 본 연구는 토목구조물에 대한 지진가속도계측기의 효율적인 설치, 운영에 대한 연구를 수행하였다. 현행 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’의 제3장 지진가속도계측기 설치대상 시설 중 제8조(설치대상 시설)의 4항에 ‘「건설기술관리법」 제34조에 따른 현수교 및 사장교’ 의 고시 내용 중 민자로 건설된 현수교 및 사장교를 설치의무대상으로 지정하고, 제8조(설치대상 시설)의 11항을 신설하여 항만시설을 계측대상에 포함시켰다. 또한 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’의 제4장 지진가속도계측기의 설치 위치 중 제5절 현수교 및 사장교, 제7절 고속철도 교량의 경우 동적 해석을 통하여 지진가속도계측기 설치 위치와 개수를 결정할 수 있다. 하지만 동적 해석을 수행하지 않을 경우 현행 고시가 정한 위치와 개수에 따라 지진가속도계측기를 설치도록 되어 있다. 따라서 본 연구에서는 공학적 검토를 통해 동적 해석을 수행하지 않은 경우 지진가속도계측기 설치 위치와 개수에 대하여 개정안을 제시하였다. 본 연구를 통해 1. 국내 이미 설치 완료된 지진가속도계측시스템을 통해 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’의 문제점을 분석하였고 개선사항을 도출하였으며, 2. 본 연구에서 도출된 개선사항을 적용하여 보다 효율적인 센서의 배치와 계측을 통해 정확하고 신뢰성 있는 지진가속도데이터를 축적할 것으로 판단된다.

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하자 지진방재에 대한 관심이 고조되고 있다. 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 재난선진국들에서는 지진가속도계측기 활용에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 우리나라도 2010년 9월 7일, 소방방재청에 의해 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”을 고시하고 지진가속도계측기 설치를 법제적으로 의무화 하였다. 하지만 대상시설물에서 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안은 아직 활성화되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 지진가속도계측기의 활용도 제고를 위해 시설물에 설치된 지진가속도계측기 응답신호의 활용방안을 살펴보았다. 특히 공공기관 청사 및 별관과 국립 대학교를 위주로 건축물의 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 연구하였다. 우선, 국내·외 건축물의 지진가속도 응답신호를 제공 및 활용하는 사례를 토대로 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 고찰하였다. 건축물의 지진가속도 응답신호는 상시미진동 측정을 통한 건전성 평가와 유사하게 활용될 수 있다. 지진발생 시 건축물의 안전성을 판단하기 위해서는 계측된 지진가속도 응답신호로부터 건축물의 안전성을 평가할 수 있는 지표 마련과 지진발생 후 손상정도의 파악을 위한 지표의 수준을 설정하는 것이 필요하다. 계측된 지진가속도 응답신호를 분석하여 건축물의 즉각적인 안전성평가가 이뤄질 수 있도록 최대가속도응답, 고유주기, 누적절대속도, 스펙트럼 강도를 안전성 평가지표로 제시하였다. 계측된 지진가속도 신호는 각각의 건축물 안전성 평가지표로 변환하여 분석할 수 있다. 첫째로 지진가속도 응답신호의 최대가속도응답을 파악하여 허용치를 벗어나는 응답의 발생여부를 파악할 수 있다. 각 건축물의 내진설계기준에 따라 적용된 허용하중을 벗어나면 정밀구조안전진단이 요구된다. 둘째로 고유치해석으로 산정된 고유주기의 평상시와 지진발생시의 변화를 분석하여 변동의 폭이 허용치를 벗어나는 것으로 건축물 안전성을 평가할 수 있다. 마지막으로 지진파의 평균속도개념인 누적절대속도(CAV: Cumulative Absolute Velocity)와 지진파의 에너지개념을 갖는 스펙트럼강도(SI: Spectral Intensity)값으로 건축물의 안전성을 평가할 수 있다. 원전기준에 의하면 CAV값이 0.16g·sec을 초과하면 설비를 정지하도록 규정하고 있다. 일본의 경우 건축물 피해 발생여부 판단기준의 SI값을 30kine으로 설정하고 있으며 향후 우리나라 특성에 맞는 평가지표별 안전성평가 수준마련이 요구된다. 이러한 건축물 안전성 평가지표를 통해 지진발생 직후 신속한 건축물 안전성평가가 수행될 수 있는 근거 자료를 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

우리나라에서는 2010년 9월 7일자로 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”이 소방방재청에 의해 고시됨에 따라 지진가속도계측기 설치가 의무화되었다. 지진가속도계측기 설치 대상은 크게 1)자유장과 2)시설물로 나뉘고, 시설물은 다시 9가지로 분류되어 설치위치가 명시되어 있다. 본 연구에서는 지진가속도계측기의 응답신호를 활용하는 방안을 제안하고 국내 지진방재분야의 발전을 위한 지진가속도계측기 운영사업의 개선사항 및 발전방향을 도출하였다. 우선 자유장에서 계측된 지진가속도 신호를 통해 지진원 특성 분석 및 지진파 전파 특성 활용사례를 정리하고 자유장 지진가속도 계측신호의 체계화를 통한 내진설계 등의 기초자료 확보를 위한 연구를 수행하였다. 자유장에 설치된 지진가속도 계측자료의 활용방안으로는 1)지진발생시 PGA 등고선도 및 응답스펙트럼 작성, 2)지반특성 및 부지증폭률 산정, 3)국가지진재해도 재·개정 연구에 활용을 제안하였다. 다음으로 건축물에 설치된 지진가속도계측기의 응답신호를 활용하는 방안으로 건축물 안전성 긴급평가 방안을 제안하였다. 지진 발생시 건축물의 안전성평가를 위해서는 평가지표의 마련과 지진발생 후 손상여부를 파악하기 위한 평가지표의 위험수준에 대한 제안이 필요하다. 따라서 건축물 안전성 평가지표로 1)최대가속도응답, 2)고유주기, 3)누적절대속도, 4)스펙트럼 강도를 제안하였다. 주요 평가지표인 고유진동수와 관련해서는 조적조 및 목조 구조체의 실험을 통해 최대하중에 대한 구조체의 고유진동수를 측정하였다. 그 결과 구조체의 손상이 발생한 경우 고유진동수 저하되므로 고유진동수 변동에 따른 건축물 안전성평가가 가능한 것으로 사료된다. 마지막으로 지진가속도계측기의 효율적인 운영을 위해 1)토목구조물의 지진가속도계측기 설치기준에 관한 문제점 분석, 2)지진가속도계측기 설치 및 운영기준상의 개선사항 도출에 관한 연구를 수행하였다. 고시된 설치 및 운영기준에 의해 지난 1년여 간 지진가속도계측기 사업을 운영한 결과, 현실적·기술적인 부분에서 문제점이 대두되었다. 따라서 지진가속도계측기 사업의 향후 발전 및 효율적인 이용을 위한 고시개정이 필요하다. 본 연구에서 도출된 개선사항을 적용하면 효율적인 센서의 배치와 계측을 통해 보다 정확하고 신뢰성 있는 지진가속도데이터를 축적할 것으로 사료된다. 본 발표에서는 크게 다음의 4가지 연구를 포함하고 있으며 상세내용은 첨부 논문 및 발표자료를 참고하길 바란다. 1. 자유장 지진가속도 계측자료의 활용방안 2. 지진가속도계측기 응답신호를 활용한 건축물 안전성 평가 3. 고유진동수를 활용한 건축구조물 안전성 평가 방안 4. 토목구조물 지진가속도계측기 설치기준 개선방안

○ 지진가속도계측기 설치대상 시설 ○ 지진가속도계측기의 설치 위치 ○ 지진가속도계와 기록계 연결방법 ○ 지진가속도 계측자료의 저장방법 및 전송방식 ○ 지진가속도계측기의 성능 및 표준규격 ○ 지진가속도계측기 설치 사업 추진시 권고사항 - 협상에 의한 계약 - 안정화에 필요한 과업기간 확보 - 서버급 시스템 구성 - 계측자료 연계방식 명기 - 성능인증 - 자유장 지진가속도계의 설치 위치 - 관리대장 등 보고서는 온라인 등록·제출토록 명기 - 지진가속도계측기 조기 설치