건물에너지시스템의 디지털 트윈을 위한 실물센서와 가상센서의 동시적이고 지속적인 현장보정 방법 :Simultaneous and continuous in-situ calibration method of physical and virtual sensors for digital twinning of building energy systems

구자범

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 구자범 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 윤성민

발행연도: 2023

저작권: 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (5)

2023

건물에너지시스템의 디지털 트윈을 위한 실물센서와 가상센서의 동시적이고 지속적인 현장보정 방법

구자범 2023.01 학위논문

2022

건물에너지시스템의 디지털 트윈을 위한 실물센서와 가상센서의 지속적인 동시보정 방법

구자범 , 윤성민 대한설비공학회 학술발표대회논문집 2022.11 학술대회자료

건물에너지시스템의 실물센서와 가상센서의 동시적 현장보정 방법

구자범 , 윤성민 대한설비공학회 학술발표대회논문집 2022.06 학술대회자료

가상센서 기반 건물에너지시스템 이상검출을 위한 실물센서의 요구성능 분석 방법

구자범 , 윤성민 한국건축친환경설비학회 논문집 2022.02 학술저널

2021

베이즈 추론을 이용한 건물자동제어시스템 가상센서의 현장보정 방법

구자범 , 이태성 , 윤성민 외 1명 한국태양에너지학회 학술대회논문집 2021.05 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

최근 우리나라는 전세계적인 탄소배출저감 국제협력에 따라 ‘대한민국 2050 탄소중립 추진전략’을 발표하였다. 이 전략에 따라 건물 부문에서는 에너지 절감과 효율화가 강조되었으며, 건물의 디지털 전환과 디지털 트윈 애플리케이션의 활용은 탄소중립을 위한 주요 방안으로 제시되었다. 이에 최근 인공지능과 빅데이터 기반의 다양한 디지털 트윈 애플리케이션은 데이터 기반 접근법을 통해 활발히 연구되고 있다. 이때, 디지털 트윈 애플리케이션은 건물 내 센서네트워크로부터 계측된 측정값을 바탕으로 개발되고 구동된다는 점에서, 건물 디지털 트윈 내 신뢰할 수 있는 가상-물리적 센싱환경은 요구되고 있는 상황이다.
하지만, 장기적인 건물 운영에서 실물센서는 노후화, 주변 측정환경의 영향, 그리고 하드웨어적 결함으로 인해 오류가 발생될 수 있다. 아울러 가상센서는 모델 불확실성과 결함이 있는 실물센서의 입력으로 인해 오류가 발생될 수 있다. 즉, 장기적인 건물 운영에서 실물센서와 가상센서는 지속적으로 동시다발적인 측정오류가 발생될 수 있으며, 이러한 상황에서 디지털 트윈 애플리케이션의 성능은 크게 저하될 수 있다. 더불어 건물 디지털 트윈 환경의 정확성은 크게 하락되어, 디지털 트윈의 잠재력은 지속적으로 발휘되지 못할 수 있다. 이로 인해 건물 부문의 탄소중립 및 디지털 트윈의 맥락에서 신뢰할 수 있는 가상-물리적 센싱환경을 지속적으로 확보하는 것은 중요하며, 장기적인 건물 운영에서 실물센서와 가상센서의 동시적이고 지속적인 현장 보정은 필수적인 상황이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 배경을 바탕으로 ‘건물에너지시스템의 디지털 트윈을 위한 실물센서와 가상센서의 동시적이고 지속적인 현장 보정 방법’을 제안하였다.
이에 본 연구에서는 먼저 디지털 트윈, 가상센싱 및, 센서 현장 보정 기술에 대한 예비적 고찰을 진행하였으며, 이를 통해 기존 연구의 동향 및 한계를 파악하였다. 다음으로 본 연구에서는 기존 센서 현장 보정 기술의 한계를 해결하고, 신뢰할 수 있는 디지털 트윈의 가상-물리적 센싱환경을 제공하기 위한 (1) 현장 센서 가상화 및 보정 방법, (2) 실물센서와 가상센서의 동시적 현장 보정, 그리고 (3) 실물센서와 가상센서의 동시적이고 지속적인 현장 보정 방법을 제안하였다. 이때 제안된 각각의 현장 보정 방법에서는 보정 대상 센서에 대한 미지의 센서 오류를 추정할 수 있도록 거리 함수를 수학적으로 공식화하였으며, 이를 기반으로 현장 보정 문제를 구성하였다. 아울러 구성된 현장 보정 문제는 베이지안 추론을 기반한 확률론적 최적화 알고리즘을 사용하여 해결하였다. 마지막으로 본 연구에서 제안된 각각의 현장 보정 방법들은 실제 운영중인 건물에너지시스템에 적용하여 센서 보정 효과와 성능을 검토하였으며, 이를 통해 제안한 센서 현장 보정 방법의 지속적인 적용 가능성과 실현 가능성을 분석하였다.

Recently, Korea announced the ‘Korea 2050 Carbon Neutral Promotion Strategy’ in accordance with international cooperation in reducing carbon emissions worldwide. According to this strategy, energy saving and efficiency were emphasized in the building sector, and building digitalization and digital twin applications were suggested as major methods for carbon neutrality. Accordingly, various digital twin applications based on artificial intelligence and big data have recently been actively studied through data-driven approaches. At this time, the digital twin applications are developed and operated based on measurements obtained from the building sensor networks, the building digital twin has required reliable virtual-physical sensing environments.
However, physical sensors may fault due to aging, uncertainties of the surrounding measurement environments, and hardware defects in long-term building operations. The virtual sensors also may fault due to model uncertainties and input of defective physical sensors. In other words, physical and virtual sensors in long-term building operations may appear the simultaneous measurement errors. In this situation, the digital twin applications'' performance may be significantly degraded. In addition, the building digital twin environment''s accuracy is greatly reduced, so the potential of the digital twin may not be continuously realized. For this reason, it is important to continuously maintain a reliable virtual-physical sensing environment in the context of carbon neutrality and digital twin in the building sector, so simultaneous and continuous in-situ calibration of physical and virtual sensors is essential in long-term building operations. Therefore, this study proposed based on this background a simultaneous and continuous in-situ calibration method of physical and virtual sensors for digital twinning of building energy systems.
In this study, preliminary considerations were first conducted on digital twin, virtual sensing, and sensor in-situ calibration technologies, and the trends and limitations of existing studies were identified through this. Next, this study proposed (1) the in-situ sensor virtualization and calibration method, (2) the simultaneous in-situ calibration of physical and virtual sensors, and (3) the simultaneous and continuous in-situ calibration method of physical and virtual sensors to solve the limitations of existing sensor in-situ calibration study and provide a reliable virtual-physical sensing environment. In each of the proposed in-situ calibration methods, the distance function was mathematically formulated to estimate unknown sensor errors, and the in-situ calibration problem was defined using the formulated distance function. Furthermore, the defined in-situ calibration problem was solved using a Bayesian parameter estimation approach. Finally, each in-situ calibration method proposed in this study was applied to the building operating system to review the sensor correction effect and performance, and through this, the continuous applicability and feasibility of the proposed calibration method were analyzed.

#건물에너지시스템 #디지털 트윈 #가상-물리적 센싱환경 #베이지안 추론 #센서 현장 보정

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (5)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)