02분반 2조 SSG

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 강우 센서를 활용한 자동 롤업형 차수판

영문 : Development of an automatically operated rolled-up borrowing system based on rain detector

과제 팀명

SSG(Safe Shield Guard)

지도교수

오희경 교수님

개발기간

2025년 03월 ~ 2025년 06월 (총 04개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 김*은 (팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 서*서

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 윤*빈

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 장*예

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

최근 기후 변화로 인해 도시 인프라가 침수 위협에 지속적으로 노출되고 있으며, 특히 국지성 호우의 빈도와 강도는 앞으로 더욱 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라 본 설계는 침수 예방을 통해 공공의 안전을 확보하고 재난 대응 능력을 강화하는 것을 목적으로 한다. 이는 도시의 회복탄력성을 높이는 데 기여함으로써 공공의 이익을 증진하는 합리적인 대안이다. 
현재 지하철 역사 등 주요 공공시설에는 차수판이 설치되어 있으나, 대부분 수작업으로 설치되어 긴급 상황에서 신속한 대응이 어렵다. 또한 기존 차수판은 여유고가 충분하지 않아 예상 수위를 초과할 경우 기능을 상실할 위험이 있다. 이러한 점은 침수 피해를 예방하는 데 있어 구조적 한계로 작용하고 있다. 
본 설계는 지하공간 침수로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화하기 위해, 자동화 기반의 롤업형 침수 방지 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 시스템은 실시간 강우량 및 수위 데이터를 감지하는 센서 기반으로 작동하며, 설정된 임계값을 초과할 경우 차수판이 자동으로 상승하여 침수를 차단한다. 롤업형 구조는 보관 공간을 대폭 줄이는 동시에, 단계적 전개가 가능하여 다양한 수위 변화에 정밀하게 대응할 수 있도록 설계되었다. 아울러 구조체는 이중 수밀 소재를 기반으로 하여 극한 기상 조건에서도 안정적인 차수 성능을 발휘하며, 자동 제어 기술을 통해 역무원의 수동 개입을 최소화함으로써 현장 안전성과 운용 효율성을 동시에 향상시킨다. 
본 설계의 주요 적용 대상은 지자체 및 서울교통공사(서울메트로) 등 공공기관이며, 도시 기반시설과의 적합성을 고려한 설계로 인해 지하철 역사뿐만 아니라 도로 저지대, 지하상가, 주차장 등 다양한 도시 인프라로의 확장이 용이하다. 특히 지역 특성과 환경 조건에 따라 유연하게 적용 가능한 모듈형 구조는 지자체별 맞춤형 재난 대응 시스템 구축을 가능하게 하며, 공공 안전 인프라의 전반적인 수준을 높이는 데 기여할 수 있다. 본 설계의 도입은 선제적 재난 대응을 통해 침수 피해를 효과적으로 예방하고, 지역 사회의 회복 탄력성과 시민의 생활 안전을 실질적으로 강화할 수 있을 것으로 기대된다. 

개발 과제의 배경

◇ 이상 기후로 인한 폭우 증가와 피해 확산
최근 10년간 시간당 50mm 이상의 극한 호우 발생 횟수가 과거에 비해 2.4배 증가하였으며, 시간당 30mm 이상의 집중호우도 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 이러한 기후 변화는 기존의 강수 패턴을 완전히 바꾸고 있으며, 단시간 내 많은 양의 비가 집중되는 ‘기습 폭우’가 일상화되고 있다. 기습 폭우는 더 이상 예외적인 현상이 아니라, 상시적인 위험 요소로 작용하고 있다. 이는 인명 피해 뿐만 아니라 건물 침수, 농작물 피해, 가축 폐사 등 다양한 형태의 재산 피해로 이어지고 있다. 앞으로의 폭우는 예측보다 빠르고 강력하게 다가올 가능성이 높기 때문에, 대응 체계의 전면적인 재정비가 필요한 상황이다. 

◇ 서울 도시 구조의 취약성과 배수 인프라의 한계
서울은 도시 면적의 절반 이상이 불투수면적으로, 빗물이 땅에 스며들지 못하고 저지대로 흘러들어 침수를 유발한다. 특히 강남구와 서초구 등 주요 자치구는 불투수 면적이 넓어 침수 위험이 높다. 그러나 현재 하수도 설계 기준은 대부분 10년~30년 빈도의 강우만을 견디도록 설정되어 있어, 폭우의 강도와 빈도가 급증하는 현실과 큰 괴리가 있다. 정부는 일부 기준 개정을 추진했지만 강제성이 부족하며, 소하천이나 도시 하수도는 여전히 강화 대상에서 제외되어 있어 실효성 있는 방재 대책이 미비한 상태이다.

◇ 기존 차수판 시스템의 한계와 자동화 필요성
현재 지하철 역사 대부분은 수동식 차수판을 사용하고 있으나, 이는 출입구가 여러 개이고 물리적으로 떨어져 있는 구조적 특성상 소수의 인력으로 신속히 설치하기 어려워 긴급 대응에 한계가 있다. 실제로 직원이 대피 유도 등으로 설치하지 못해 침수 피해가 발생한 사례가 있으며, 차수판 보관 장소가 출입구와 멀리 떨어져 있어 제때 설치하지 못하는 경우도 빈번하다. 서울시가 일부 차수판을 출입구 근처로 이전했음에도 불구하고, 여전히 많은 수가 접근성이 떨어지는 등 근본적인 문제는 해결되지 않은 상태이다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 급증한 폭우의 강도와 빈도에 대비하여 지하철 내 침수를 예방한다.
◇ 지하철 입구에 자동 차수문을 설치하여 비상 상황 발생시 신속한 대응을 가능하게 한다. 
◇ 실시간 강우량 데이터를 기반으로 침수 위험을 감지하는 시스템을 개발한다. 
◇ 침수 예측 시 자동으로 차수문이 올라가 침수를 최소화하고 승객의 안전을 확보한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

◇ 국제 홍수 방어벽 시장 현황
홍수 방어벽 시장은 최근 몇 년간 급성장하고 있다. 2024년 시장 규모는 17억 2,000만 달러이며, 연평균 성장률(CAGR) 7.7%로 증가하여 2025년에는 18억 5,000만 달러에 이를 것으로 예상된다. 이러한 성장은 극한 기후 현상의 증가, 도시화 및 인프라 개발, 해수면 상승과 해안 보호, 정부의 홍수 관리 정책, 기후 변화 위험에 대한 인식 증가 등의 요인에 기인한다. 또한, 친환경 재료 사용, 지역사회 복원력 강화, 규제 기준 강화, 전략적 협력 확대, 경제적 손실 완화 등이 미래 시장의 주요 트렌드로 나타날 것으로 전망된다.

홍수 방어벽 시장의 성장에는 홍수 발생 빈도의 증가가 중요한 요인으로 작용하고 있다. 중국 수자원·수력 연구소(China Institute of Water Resources and Hydropower Research)의 자료에 따르면, 2020년 대비 전 세계 홍수 발생 빈도가 23% 증가했으며, 약 20억 명이 홍수 위험에 노출된 것으로 나타났다. 이처럼 홍수 발생의 증가 방어벽 제조업체들은 경쟁력을 유지하기 위해 첨단 제품 개발에 적극 나서고 있다.

*전 세계적인 기술현황

◇ 침수 감지기 기술
세계 침수 감지 시장 역시 물 피해 위험에 대한 인식이 높아지고 감지 기술이 발전함에 따라 꾸준히 성장할 것으로 예상되고 있다. 홍수와 같은 극단적인 기상 현상의 증가로 인해 신뢰할 수 있는 물 감지 시스템의 필요성이 강조되면서 침수 감지기에 대한 수요도 급증하였다. 침수 방지 조치에 대한 수요 증가, 센서 설계 기술의 발전, IoT 장치 도입 확대 등으로 시장이 성장하고 있다. 최근에는 인공지능(AI)와 기계 학습(ML)을 침수 감지 시스템에 적용하여 수위를 보다 정확하게 측정하고 실시간으로 모니터링 할 수 있는 기술이 발전하고 있다.
세계 침수 감지기 시장은 다양한 산업 분야에서의 수요를 기반으로 점차 급증할 것으로 예상된다. 특히 APAC(아시아-태평양)에서는 개발도상국의 침수 감지기에 대한 수요 증가로 예측 시간 동안 가장 높은 성장률을 보일 것으로 예상된다.

◇ 국내 차수판 시장상황에 대한 분석
현재 국지적, 기습적 폭우의 증가로 빗물이 넘치면서 차수문을 설치하는 곳이 늘어나고 있다. 주로 설치되는 차수문의 형태를 보면 단일 패널이 지상에 매립되었다가 승강하는 구조이거나, 벽체 등에 매립되었다가 좌우 슬라이딩 방식으로 작동하는 방식이거나, 상부에 설치되어 슬라이딩 되거나 승강하는 구조로 이루어져 있다. 이러한 방식은 차수문을 설치하기 위한 충분한 공간을 반드시 확보해야 한다는 문제점이 있다. 즉 차수문을 설치하기 위한 충분한 공간을 확보하기 위해 추가적인 작업이 필요해 수익성이 악화되는 등 많은 어려움이 발생한다. 
과거의 차수장치는 고정부가 건물 출입구 양측벽에 반영구적으로 고정 설치되기 때문에 침수 피해가 예상되는 기간 이외에도 그대로 방치할 수밖에 없다. 이처럼 평상시에도 고정되어 있는 차수문은 심미적으로 좋지 않을 뿐만 아니라 설치된 건물의 침수피해 가능성을 시사한다는 문제점이 있다. 
따라서 최근에는 고정식이 아닌 압착방식에 의해 간편하고 안정적으로 설치할 수 있도록 개선된 형태의 차수장치가 개발되었다. 그러나 이 장치의 경우, 필요시 작업자가 일일이 설치해야 하는 임시 시설물에 불과하여 운용에 따른 번거로움이 크다는 문제점이 있었다. 실제로 2022년 발생한 폭우 당시 10개의 출입구가 있는 역사에 역무원 2명이 근무 중이었던 것으로 확인되었다. 이는 단기간에 집중적으로 비가 쏟아지면서 역사 측 인력만으로는 침수 차단에 한계가 있는 것을 보여준 사례이다. 이에 따라 자동적으로 침수를 인지하고 차수시스템을 작동시키는 기술이 연구되고 있다.

*특허조사

* 특허전략
◇ 디자인 특허: 차수막 모듈을 여러 개 연결해 말아서 보관하는 방식으로, 공간 절약성이 뛰어남.
◇ 소재 특허: 유연성과 강도를 동시에 확보한 이중 복합소재 구조를 통해 차수성과 수납성을 개선함.
◇ 롤업 작동 방식 특허: 말린 차수막이 자동으로 펴지며 위로 상승하는 작동 방식으로, 기존에 없던 전개형 차수 구조를 구현함.
◇ 공간 효율성 특허: 매설 없이 지면 위에 설치 가능하며, 설치 위치에 따라 수납 길이를 조정할 수 있는 구조로 공간 활용을 극대화함.

*기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

◇ 경쟁제품 조사 비교

◇ 마케팅 전략 제시

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 강우량 및 수위 정보를 기반으로 차수판이 자동 작동하여 신속하고 정확한 침수 대응이 가능하다. 
◇ 알루미늄 및 폴리우레탄 소재를 활용하여 구조물의 경량성과 수밀성, 내구성을 동시에 확보한다. 
◇ 센서 기반 실시간 모니터링과 제어 로직 도입으로 기존의 수동 차수판 대비 인력 의존도를 줄이고, 긴급 상황에서의 설치 누락 문제를 해소할 수 있다. 
◇ 모니터링 및 침수 감지 시스템을 통해 차수막의 상시 점검 및 유지관리 효율성을 향상시킬 수 있다. 
◇ 중앙 제어 시스템과 연동하여 원격 작동 및 상태 모니터링이 가능, 재난 대응 체계와 통합 운용 가능성 확보할 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

① 실시간 예측 기반 자동 차수 시스템을 통해 지하철 이용객의 안전 확보 및 대규모 인명 사고 예방이 가능하다. ② 침수 피해로 인한 지하철 운영 마비, 상가 침수, 교통 혼란 등 사회적 손실을 최소화할 수 있다. ③ 경제성 확보와 설치 유연성을 바탕으로, 민간 건물이나 소규모 상가 등 다양한 환경에서도 폭넓게 보급·확산이 가능하다. ④침수 위험이 높은 도시 저지대의 재난 취약계층 보호 및 지역사회 회복탄력성 강화를 기대할 수 있다.

◇ 경제적 분석

본 시스템의 경제성 평가를 위해 지주형, 매립형, 롤업형 차수판을 비교 대상으로 설정하고, 각 방식의 설치비용, 유지관리비, 기대 편익을 기반으로 비용-편익 분석(Benefit-Cost Analysis, B/C 분석)을 수행하였다. 분석 기간은 1년부터 5년까지이며, 할인율은 5%로 설정하였다.

B/C 분석은 아래와 같은 방식으로 산정되었다.

① 총 비용(Present Value of Cost)

② 편익 (Present Value of Benefit)

③ 계산 적용 – 비용

④ 계산 적용 – 편익

⑤ 계산 적용 – B/C 분석

비용 측면에서 지주형은 단순한 구조로 인해 설치비가 약 250만원 정도로 가장 낮았으며, 매립형은 기계식 내장 구조 및 깊은 굴착이 필요하여 약 2,000만 원의 설치비용이 산정되었다. 롤업형의 경우 초기 설치비는 525만 원이며, 여기에 센서-제어-모터 통신 시스템 구축 비용 150만 원을 추가한 총 675만 원으로 평가되었다. 
편익은 각 차수판의 침수 방지 성능과 설치 신뢰도를 기반으로 차등 적용하였다. 지주형은 인력 부족 시 즉시 설치가 어려운 구조로 침수 대응 신뢰도가 낮아, 기대 편익의 30% 수준만 반영하였다. 반면, 롤업형은 자동 작동 및 모듈 확장 구조를 통해 기후 변화에 따른 기록적인 강우량에도 대응이 가능하므로 기존 예상 편익의 120%까지 반영하였다. 
분석 결과, 지주형은 초기비용이 낮음에도 불구하고 편익이 제한적이기 때문에 단기 B/C 비율이 1 미만으로 나타났으며, 이는 사회적 비용을 고려할 때 사업성 확보에 다소 불리함을 의미한다. 매립형은 기술적 신뢰도는 높지만 과도한 초기비용으로 인해 5년간 분석에서도 B/C 비율이 낮게 유지되었다. 반면, 롤업형은 초기 1~2년에는 B/C 비율이 1 미만이었으나, 3년차부터 빠르게 경제성이 회복되었고 5년 시점에서는 가장 높은 B/C 비율을 기록하여 장기적 투자 효과가 가장 뛰어난 것으로 분석되었다. 
해당 내용을 시각화한 그래프에서 롤업형 차수판은 꺾은선 기울기가 가장 가파르게 상승하는 양상을 보여주며, 향후 5년 이상의 장기 운용에 있어 가장 경제적으로 우수한 선택지임을 보여준다. 
이러한 결과는 롤업형 차수판의 자동제어 구조와 모듈 확장성을 기반으로 한 기술적 우위가 경제성에서도 분명히 반영된 사례로 볼 수 있으며, 도심지 기반 재난 대응 인프라로서 실용성과 확장 가능성을 동시에 갖춘 구조로 판단된다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

2025.03~2025.06 (총 4개월)

구성원 및 추진체계

◇ 전원 분담 
- 주제 선정 및 선정된 주제 관련 자료 조사, 특허 조사, 보고서 작성 및 PPT 제작, 최종 시연물 제작 
◇ 김예은 
- 팀장/예산 관리, 경쟁력분석 발표, CAD 설계, 특허 도면 설계
◇ 서명서 
- 과제 제안서 발표, 최종 발표, 최종보고서 작성, 위키피디아 작성
◇ 윤가빈 
- 상세 설계 발표, 특허출원서 작성, 최종보고서 작성, 포스터 제작, 위키피디아 작성
◇ 장미예 
- 개념 설계/ 포스터 발표, CAD 보조(일부 부품 설계), 회로 설계, 아두이노 SW 구성

설계

설계사양

제품의 요구사항

◇ 차수판의 요구사항 및 내용

설계 사양

안정적인 자동 롤업형 차수판 구현을 위해서는 동력부, 센서, 차수판 본체, 측면고정부 총 4가지 요소가 유기적으로 작동해야 한다. 각 부품은 차수판이 작동하는 과정에서 발생하는 여러 상황에 유동적으로 대응할 수 있도록 설계하였다. 또한, 보행자의 통행이라는 특수한 제약 또한 고려하여 안전성, 효율성, 내구성, 수밀성 등을 동시에 확보하고자 한다. 이를 바탕으로 기능 구현을 위한 세부 기술 조건은 다음과 같이 정의한다.

◇ 동력부
자동 차수판의 메인 작동 동력부는 차수판을 원하는 높이 이상으로 자동 상승할 수 있어야하며, 상황에 따라 하강도 가능해야 하므로 양방향 회전이 가능한 구동 방식이 요구된다. 또한, 공간의 효율성과 설립 경제성 등을 확보하기 위해서 매립할 필요 없이 지면 또는 구조물 내에 간편하게 설치할 수 있는 소형 모터여야 한다. 뿐만 아니라, 방수성능을 보유해야하며, 전력 효율이 뛰어난 제품으로 선택하여야 한다. 비상 상황에서도 작동할 수 있도록 적절한 내환경성을 확보해야 한다. 또한, 차수판 상승의 속도를 너무 급작스럽지 않게 설정하여 보행자의 안전을 최우선으로 고려한다.

◇ 센서
센서는 차수판 작동의 트리거 역할을 수행하는 요소로, 실시간으로 강우량을 감지할 수 있는 기능이 필요하다. 강수를 정밀하게 감지할 수 있어야하며, 오류를 최소화할 수 있어야 한다. 이때, 기상 정보를 Bluetooth, Wifi 등을 활용하여 실시간으로 중앙 제어부에 전달될 수 있어야 한다. 또한, 센서는 지하철 입구라는 공공장소에 설치되는 특성을 감안하여 보행자의 통행에 방해가 되지 않도록 적절한 크기와 외관을 갖추어야 하며, 이에 따라 지하철 입구 폴사인 위에 설계하고자 한다.

◇ 차수판
차수판 본체는 평상시에는 말려 있는 형태에서 필요 시, 자동으로 펼쳐지는 형식으로 설계하였다. 이에 따라 반복적인 동작에도 변형이나 손상이 없어야 하므로, 감길 수 있는 유연성을 가지되, 외부 충격이나 강우 및 부유 물질에 의한 손상을 견딜 수 있는 고강도의 내구성을 갖춘 소재로 제작하고자 한다. 또한, 통행자의 안전 확보를 위해 차수판의 윗부분에 형광테이프를 부착하거나, 경고음과 같은 안정 장치를 부착하여 차수판 작동 중의 위험 상황을 사전에 인지하고 대응할 수 있도록 한다. 

◇ 측면고정부
차수판이 펼쳐졌을 때, 구조물과 차수판 사이의 틈을 완전히 밀폐하여 수밀성을 확보하기 위한 측면고정부는 방수 성능을 확보하는 데 핵심적인 역할이다. 이를 위해, 고정부는 차수판의 양 끝 쪽 구조물 벽체에 단단히 고정할 수 있는 구조를 갖추어야 한다. 또한, 차수판의 상승-하강 반복적 작동에도 견딜 수 있는 내마모성을 갖추어야하고, 그 과정에서의 마찰력을 고려하여 설계한다.

개념설계안

효율적이고 신속한 침수 대응을 위해 본 시스템은 센서부, 제어부, 가동부의 유기적인 연계 작동으로 지하철 입구의 침수를 방지하고, 각종 인적, 물적 피해를 예방하는 것을 목표로 한다. 각 구성 요소는 실시간 기상 조건과 침수 수위 변화에 반응하도록 설계되어 있고, 강우 감지부터 차수판의 자동 전개 및 회수를 하나의 시스템 체계에서 처리할 수 있도록 통합적 작동 구조를 갖춘다. 위기 싱황에서 즉각적으로 작동하며, 상황 종료 후에는 원상태로 복귀하는 방식이다. 특히, 각 요소는 중앙 제어 시스템과 연계되므로 예외 상황 시에도 중앙제어가 가능하도록 하여 시스템의 신뢰성과 운용의 유연성을 동시에 확보하고자 한다.

◇ 센서부
센서부는 우수 감지 센서가 포함되어 있으며, 지하철 입구 폴사인 상단에 설치된 우수 감지 센서를 통해 강우량을 실시간 또는 소정의 시간 간격으로 측정한다.

◇ 제어부
제어부에서는 강우량과 침수심 간의 상관관계를 바탕으로 산정된 한계강우량을 기준으로 차수판의 작동 여부 및 상승 단계를 판단한다. 차수판 작동이 필요한 경우, 제어부는 가동부에 모터 상승 신호를 전달하여 자동으로 작동하도록 한다. 또한 센서 작동에 문제가 발생할 경우를 대비해, 중앙 제어 시스템을 통해 차수판을 원격으로 수동 조작할 수 있는 기능을 포함하고 있다. 

◇ 가동부
가동부에서는 침수 수위에 따라 차수판을 단계적으로 상승시키며, 초기 설정은 여유고 30cm를 포함한 기준 수위로 시작된다. 이후 침수 수위가 기준을 초과할 경우, 그 초과 정도에 따라 추가 모듈이 순차적으로 상승한다. 차수판은 침수 수위가 10cm 미만으로 10분 이상 유지될 경우 혹은 시간당 10mm/h 미만의 강우가 내리고, 3시간 누적강우량이 41mm 미만 유지될 경우 자동으로 하강한다. 필요 시 중앙 제어를 통해 수동으로도 하강시킬 수 있도록 설계되어 있다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

◇ 침수 유발 기준 한계강우량 계산

1. 침수심-강우량 회귀식 역산
「호우영향예보를 위한 한계강우량 산정 방법 연구」를 바탕으로, 동작역 지역의 침수심과 강우량 간 관계를 1차 선형 회귀식 형태로 역산하였다. 이 회귀식은 침수심과 강우량 사이의 상관관계를 분석하여, 특정 강우량에서 침수 발생 가능성을 예측할 수 있도록 한다. 이를 위해 환경 빅데이터 플랫폼으로부터 침수를 유발한 과거 강우 데이터를 수집하고, 해당 데이터를 활용해 회귀식을 연립하여 도출하였다. 동작역이 위치한 격자번호는 <다사5344>이며, 본 지역에 대한 침수 유발 강우량은 다음과 같다.

즉, 1차 선형 회귀 형태로 나타내면 다음과 같다.

역산하여 구한 회귀식은 다음과 같다.

2. 한계강우량 계산
동작역 9번 출구의 높이인 30cm를 침수심으로 설정하여 한계 강우량을 계산한 결과, 3시간 누적 강우량 기준 침수 유발 한계강우량은 다음과 같이 계산되었다.

최근 3개년 장마기간의 동작역이 위치한 현충원 방재기상관측 자료에 따르면, 이를 초과하는 강우가 시간 기준 22차례, 일 기준 7회 발생한다. 이러한 결과는 차수막 설치가 단순한 예방 차원의 권장사항을 넘어, 실제로 빈번히 발생하는 우수 상황에 대응하기 위한 필수적인 설비임을 시사한다.

상세설계 내용

◇ 시스템 구성 개요

◇ 센서 및 데이터 처리 구조

 ATMOS 41W는 통합형 다기능 기상 센서로, 온도, 습도, 기압, 일사량, 풍속 등 다양한 항목을 측정할 수 있으며, 본 시스템에서는 이 중 5분 간격 강우량 데이터를 중심으로 활용한다. 센서로부터 측정된 강우량 데이터는 셀룰러 기반의 통신 모듈을 통해 중앙 제어 컴퓨터로 전송되며, 이후 Python 기반의 소프트웨어가 이를 수신하고 시계열 형식으로 저장한다.

수신된 데이터는 1시간 누적 강우량 및 3시간 누적 강우량 계산을 위한 전처리 과정에 사용되며, 실시간 시각화를 통해 사용자는 현재까지의 강우 추이를 직관적으로 확인할 수 있다. 이때 누적 계산은 rolling sum 방식으로 구현되며, 그래프는 GUI에 시계열 형태로 표시된다. 

◇ 제어 로직

◇ 통신 및 원격 제어

- 통신 프로토콜: UART, Bluetooth, Wi-Fi
- 제어 명령:(1) 강제 전개 / 강제 복귀
            (2) 비상 정지
            (3) 시스템 상태 요청 (실시간 수위, 작동 단계 등)
- 컴퓨터 연동: 수집된 데이터의 PC 전송 및 제어 명령 송신 기능 포함

◇ 시스템 상태 흐름도 (State Diagram)

[IDLE] → [경보 ALERT] → [전개 DEPLOYING → 추가] → [복귀 RETRACTING]

◇ 회로도

1. 우수감지센서 
온도, 습도, 기압, 강우량, 수위 등을 측정하는 복합 환경 센서로, 본 시스템에서는 강우량 및 수위 데이터를 측정하여 제어부(Arduino)에 전달하는 역할을 수행한다. 

2. 상위 제어 컴퓨터 
실시간 데이터를 수신하여 모니터링하거나 원격으로 제어 명령을 송신하는 장치로, 시스템의 상태를 시각화하거나 수동 제어를 가능하게 한다.

3. USB 연결 케이블 
Arduino와 컴퓨터 간의 전원 공급 및 시리얼 통신을 위한 연결선으로, 전원 입력과 동시에 데이터 송수신 기능을 수행한다. 

4. 수밀형 DC 모터 
차수판을 실제로 감거나 펼치는 역할을 하며, L293D 모터 드라이버를 통해 정·역방향 회전을 제어한다. 수밀 처리가 되어 있어 외부 환경에서도 안정적으로 작동이 가능하다. 

5. 피에조 경보 장치 
시스템 작동 시 경고음을 출력하여 보행자나 관계자에게 침수 대응 상황을 알린다. 일정 수위 또는 강우 조건이 충족되어 차수판이 상승 또는 하강하는 경우에 자동으로 작동한다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

가. 자재소요서

나. 사업비 산정 내역서

◇ 제작비용

◇ 설치 비용

◇ 유지 보수 비용

완료작품의 평가

향후계획

가. 어려웠던 내용

◇ 설계 치수 정밀도 조절의 어려움：설계치수의 구체화 과정에서 초기 구상은 비교적 간단했으나, 실제 부품 선정 및 구조 설계 단계로 넘어가면서 세부 치수를 정밀하게 조정하는 데 많은 시간이 소요되었다. 특히, 제한된 설치 공간 내에서 작동 효율과 강도를 동시에 확보해야 했기 때문에 반복적인 수정과 검토를 진행했다.

◇ 실제 경쟁사 정보 확보의 어려움：또한, 아두이노 기반의 모터 제어 구현에서도 난점이 많았다. 시뮬레이션에서는 원활하게 동작했던 제어 로직이 실제 하드웨어에서는 오차나 지연이 발생하는 등, 이론과 실제 간의 갭을 실감하게 되었다. 특히, 소형 모터의 경우 내구성이 낮고 쉽게 과열되거나 손상되는 문제가 자주 발생했으며, 반복 구동에 따른 신뢰성 확보가 어려웠다. 이에 따라 모터 선택과 회로 보호 설계에 많은 고민이 필요했다.

◇ 아두이노 모터 제어의 어려움： 더불어, 실제 경쟁사 제품의 도면이나 예산 정보 등 참고할 수 있는 공개자료 확보가 매우 어려웠다. 대부분의 기술자료가 특허나 내부 문서로 제한되어 있어, 유사 사례를 조사하고 비교 분석하는 데 한계가 있었다. 이로 인해 일부 설계 결정은 실험적 접근으로 진행할 수밖에 없었다.

◇ 통계 자료 확보의 어려움： 마지막으로, 피해 통계에 대한 자료가 충분히 제공되지 않아 경제성 분석이나 필요성 입증에 어려움이 따랐다. 특히, 특정 장소의 침수 빈도나 피해 규모에 대한 공식적인 데이터가 부족해, 정량적 근거를 기반으로 한 설득력 있는 분석을 진행하는 데 제약이 있었다. 이러한 한계는 정책 제안이나 사업 타당성 평가 시에도 영향을 미쳤다.

나. 차후 구현할 내용 

향후 구현 단계에서는 보다 통합적이고 실효성 있는 시스템 개발을 목표로 하고 있다.

◇ 우수 배수 시스템과의 연결： 지하철역의 침수를 차단할 경우 유입되지 못한 빗물이 주변 지역으로 유출되어 2차 피해를 초래할 수 있는 문제에 주목하였다. 이를 해결하기 위해, 차수판에 막힌 물을 자연스럽게 배수할 수 있도록 기존의 우수관로(빗물 배수 시스템)와 연결하는 방안을 고려하고 있다. 이를 통해 침수 방지와 함께 물 흐름의 자연스러운 처리를 동시에 달성할 수 있다.

◇ 자동 제어 시스템의 고도화： 센서 기능을 활용한 시스템 고도화도 함께 추진 중이다. 특히 사용 예정인 센서는 강우량 외에도 기온, 습도, 기압 등 여러 기상 요소를 동시에 측정할 수 있어, 다양한 기후 조건을 반영한 정밀한 제어 체계 구축을 추구하고 있다. 이러한 데이터를 도시 유출 모형 (SWMM 등)과 연계하여 실시간 예측 및 분석 기반의 작동 로직으로 발전시키는 방식을 통해, 단순한 반응형 제어를 넘어 예측 기반의 지능형 자동 제어 시스템으로의 고도화를 도모하고자 한다.

◇ 통합 중앙제어 시스템 구축： 이와 같은 기능들을 안정적으로 운영하기 위해서는 차수판, 센서, 제어 소프트웨어를 통합 관리할 수 있는 중앙 제어 시스템의 구축이 필수적이다. 침수 위험이 감지되면 자동으로 차수판이 작동하고, 관리자에게는 경보와 함께 수동 제어 옵션이 제공되어 유연한 현장 대응이 가능하도록 한다.

◇ 확작 적용에 따른 범용성 확보： 본 시스템은 지하철역뿐만 아니라 지하주차장, 건물 출입구, 저지대 도로 등 다양한 도시 인프라로 확장이 가능하도록 설계하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 모듈화된 구조와 표준화된 설치 방식을 바탕으로, 다양한 설치 환경에 유연하게 적용될 수 있는 범용성을 확보하고자 한다.

특허 출원 내용