KR100594349B1 - System and method for delineation of hvdc (high voltage direct current)cable/cast iron pipeline buried beneath the seafloor by vectoral 3-axis measurement of the magnetic field - Google Patents

System and method for delineation of hvdc (high voltage direct current)cable/cast iron pipeline buried beneath the seafloor by vectoral 3-axis measurement of the magnetic field Download PDF

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KR100594349B1 KR1020050102247A KR20050102247A KR100594349B1 KR 100594349 B1 KR100594349 B1 KR 100594349B1 KR 1020050102247 A KR1020050102247 A KR 1020050102247A KR 20050102247 A KR20050102247 A KR 20050102247A KR 100594349 B1 KR100594349 B1 KR 100594349B1
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Abstract

본 발명은 3축 자기장 측정에 의해 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지장치 및 그 방법에 관한 것으로, 그 목적은 3축 자기장 측정센서를 이용하여, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 그를 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 자기장의 3 성분을 측정하고, 측정된 자료를 주컴퓨터에서 처리/해석하여, 직류송전선/주철관이 달려가는 궤적을 연속적으로 탐지하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다. 본 발명의 구성은 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 장치에 있어서, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 그를 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 자기장의 3 성분을 측정하는 3축 자기장 측정센서; 3 성분을 1 msec 이내에 측정할 수 있도록 하는 4채널 저잡음 멀티플렉서; 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 시그마델타 25 bit 분해능의 초정밀 디지털 계측부; 상기 3축 자기장 측정센서가 자기장의 3성분을 측정하는 지점의 좌표를 주컴퓨터로 전송하는 DGPS-RTK방식의 실시간 정밀 위치추적부; 및 상기 각 장치를 통합/제어/계측/처리/해석하는 주컴퓨터로 구성되어 송전선/ 광케이블/ 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a continuous path detection device and a method for direct current transmission line and cast iron pipe embedded in the seabed by three-axis magnetic field measurement, the object of the transmission line embedded in the seabed using a three-axis magnetic field measurement sensor and It provides a device and method for measuring the three components of the magnetic field generated by the surrounding cast iron pipe to protect him, and processing / interpreting the measured data in the host computer to continuously detect the trajectory of the DC transmission line / cast iron pipe running. There is. The configuration of the present invention is a three-axis magnetic field measuring sensor for measuring the three components of the magnetic field generated by the transmission line embedded in the seabed and the surrounding cast iron pipe to protect it in the device for detecting the continuous path of the DC transmission line and cast iron pipe ; 4-channel low noise multiplexer allowing three components to be measured within 1 msec; A high precision digital measurement unit having a sigma delta 25 bit resolution for converting an analog signal into a digital signal; A real-time precision position tracking unit of a DGPS-RTK method for transmitting the coordinates of the point where the three-axis magnetic field measuring sensor measures three components of the magnetic field to a host computer; And a main computer for integrating / controlling / measuring / processing / analyzing the devices to detect a continuous path of a transmission line / optical cable / cast iron pipe.

3축 자기장, 해저, 직류송전선, 주철관, 연속적인 경로를 탐지 3-axis magnetic field, subsea, DC power line, cast iron pipe, continuous path detection

Description

3축 자기장 측정에 의해 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지장치 및 그 방법{System and method for delineation of HVDC(High Voltage Direct Current)cable/cast iron pipeline buried beneath the seafloor by vectoral 3-axis measurement of the magnetic field}System and method for delineation of HVDC (High Voltage Direct Current) cable / cast iron pipeline buried beneath the seafloor by vectoral 3 -axis measurement of the magnetic field}

도 1a, 1b는 3축 자기장 측정에 의해 직류송전선 및 주철관의 경로를 탐지하는 장치의 운용을 설명하기 위한 측면개념도 및 평면개념도이고,1A and 1B are side and plan views for explaining the operation of a device for detecting a path of a DC transmission line and a cast iron pipe by three-axis magnetic field measurement,

도 2는 도 1에 설명된 장치를 구체화한 예시도,FIG. 2 illustrates an embodiment of the apparatus illustrated in FIG. 1; FIG.

도 3은 직류송전선 배치의 예시도,3 is an exemplary diagram of a DC transmission line arrangement;

도 4a 내지 도4c는 바다 위에서 고무보트를 타고 측정한 자료의 그래프(측선 L300),4a to 4c are graphs of data measured on a rubber boat on the sea (sideline L300),

도 5a 내지 도5c는 바다 위에서 고무보트를 타고 측정한 자료의 그래프(측선 L400)이다.5A to 5C are graphs (sideline L400) of data measured on a rubber boat on the sea.

본 발명은 3축 자기장 측정에 의해 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지장치 및 그 방법에 관한 것으로, 자세하게는 3축 자기장 측정센서가, 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 그를 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 자기장의 3 성분을 측정하고, 측정된 자료를 주컴퓨터에서 처리/해석하여, 직류송전선/주철관이 달려가는 궤적을 연속적인 경로탐지장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous path detection device and a method for the direct current transmission line and cast iron pipe embedded in the seabed by three-axis magnetic field measurement, in detail the three-axis magnetic field measurement sensor, the direct current transmission line embedded in the seabed and the protection thereof The present invention relates to a continuous path detection apparatus and method for measuring three components of a magnetic field generated by an enclosed cast iron pipe, and processing / interpreting the measured data in a host computer to track the trajectory of the DC transmission line / cast iron pipe.

우리나라에는 현재, 주로 육지에 발전소가 있고, 여러 가지 점을 고려하여, 많은 경우 육지에서 만든 전기를 섬으로 보내고 있으며, 육지에서 전기를 보내는 것이 매우 불리할 경우에는 섬 안에 자체적으로 발전기를 설치, 발전하여 섬 내에 공급하고 있다. 제주도의 경우는 육지에서 만든 전기를 해저 송전선을 통해서 보내고 있는데, 통신용 광케이블은 물리적인 특성상 전기장이나 자기장의 영향을 받지 않기 때문에, 송전선과 함께 같은 경로를 따라 보내도 된다. 이때의 관은, 고기잡이나 양식 등 바다에서의 작업 등에 의한 손상으로부터 송전선 및 광케이블을 보호하기 위하여 주철관을 사용한다. In Korea, there are power plants mainly on land, and in consideration of various points, in many cases, electricity generated from land is sent to the island, and if it is very disadvantageous to send electricity from land, it is necessary to install and generate a generator on its own. And supplies to the island. In the case of Jeju Island, land-based electricity is sent through submarine transmission lines. Since communication optical cables are not affected by electric or magnetic fields due to their physical characteristics, they can be sent along the same route along with transmission lines. In this case, a cast iron pipe is used to protect the transmission line and the optical cable from damage caused by work in the sea such as fishing or aquaculture.

상기와 같이 설치되어 있는 우리나라 연안 여러 곳의 송전선/광케이블의 경로가, 항해용 DGPS시스템의 기반자료가 되는 해도 자료에 현실적으로 부정확하게 표시되어 있다. 이 때문에 고기잡이 또는 양식작업 등을 할 때에, 본의 아니게 송전선/광케이블이 손상되어 해마다 막대한 피해가 발생하고 있다. 이러한 손상의 근본적인 원인은 실제로는 해저로부터 깊이 2 미터 이내에 포설 혹은 매설되어 있는 송전선/광케이블의 현황도면이 절반 이상이 없거나 혹은 있어도 부정확하게 표시되어 있기 때문이다.The transmission line / optical cable paths of various coastal areas of Korea, which are installed as described above, are realistically incorrectly displayed on the chart data, which is the basis of the navigational DGPS system. For this reason, when fishing or farming, unintentionally, the transmission line / optical cable is damaged, causing enormous damage each year. The root cause of this damage is that, in fact, more than half or no current state diagrams of transmission / optical cables laid or embedded within 2 meters of the seabed are incorrectly displayed.

2005년 현재, 송전선/광케이블의 손상 사고를 예방하기 위하여, 매년 수십억원의 예산이 유지관리비로 투입되고 있다. 그러나, 송전선/광케이블 위치의 탐지방법에 있어서는 잠수부에 의한 육안탐지에만 의존하고 있는 상황인데, 우리나라 서해, 남해에 널리 분포하는 갯벌에 의해 가중되는 부유토사 등 때문에 시야가 불량하여 송전선/광케이블 위치의 탐지가 현실적으로 어려우며, 또한 송전선/광케이블 위치를 탐지하는 방법에 있어서도 비과학적이고 체계적이지 못하다는 문제점이 있다. 이러한 문제점들의 근본적인 해결을 위해서는 현대적인 탐지기술을 도입하여 디지털 자료은행을 구축하는 것이 시급하다.As of 2005, billions of billions of dollars are invested every year to prevent damage to transmission lines / optical cables. However, the detection method of transmission line / optical cable location depends only on the naked eye detection by divers. Is practically difficult and also unscientific and systematic in the way of detecting transmission line / optical cable location. In order to fundamentally solve these problems, it is urgent to build a digital data bank by introducing modern detection technology.

또한 2005년 현재, 육상에서의 송전선/광케이블의 위치탐지 및 유지 관리를 위하여 사용하는 레이더(Radar) 등 전자파방식 탐지방법을 해상에 적용하려고 시도하면, 바닷물의 전기전도도가 0.3 Ohm-M 정도로 매우 높기 때문에, 해저에 매설되어 있는 송전선/광케이블에 도달하기도 전에 모든 전자파에너지가 바닷물 안에서 소실되어 버리므로, 송전선/광케이블의 탐지가 현실적으로 불가능하다. In addition, as of 2005, when attempting to apply the electromagnetic detection method such as radar used to locate and maintain the transmission line / optical cable on land, the electrical conductivity of seawater is very high as 0.3 Ohm-M. Therefore, since all electromagnetic energy is lost in seawater even before reaching the transmission line / optical cable embedded in the seabed, the detection of the transmission line / optical cable is practically impossible.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 3축 자기장 측정센서 를 이용하여, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 그를 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 자기장의 3 성분을 측정하고, 측정된 자료를 주컴퓨터에서 처리/해석하여, 직류송전선/주철관이 달려가는 궤적을 연속적으로 탐지하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to measure the three components of the magnetic field generated by the transmission line embedded in the seabed and the cast iron pipe enclosed to protect it, using a three-axis magnetic field measurement sensor, The present invention provides a device and method for continuously detecting the trajectory of a DC transmission line / cast iron pipe by processing / interpreting data at a main computer.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명 기본 개념을 설명하면 다음과 같다.When explaining the basic concept of the present invention to achieve the object as described above and to perform the problem for eliminating the conventional defects as follows.

송전선에 흐르는 전류가 60 Hz 교류이고, (+), (-) 두 선 사이의 거리가 0에 가까울 경우에는, (+) 선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장과 (-) 선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장의 방향은 정반대이고 크기는 같으므로 완전히 상쇄된다.If the current flowing through the transmission line is 60 Hz alternating current and the distance between the (+) and (-) lines is close to zero, the magnetic field generated by the current flowing through the (+) line and the current flowing through the (-) line The direction of the magnetic field produced by them is opposite and equal in magnitude, so they are completely canceled out.

그러나, 똑같이 교류가 흐르고, 두 선 사이의 거리가 0이 아닐 경우에는, 완전히 상쇄되지 않는 합성 교류자기장이 생성된다. 다만, 이때 생성된 교류자기장을 측정하는 것은 직류자기장을 측정하는 것보다 어렵다.However, when alternating current flows equally and the distance between the two lines is not zero, a synthetic alternating magnetic field is generated that is not completely canceled out. However, measuring the generated AC magnetic field is more difficult than measuring the DC magnetic field.

한편, 송전선에 흐르는 전류가 직류이고 (+), (-) 두 선 사이의 거리가 0에 가까울 경우에, (+)선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장과 (-)선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장의 방향은 정반대이고 크기는 같으므로 완전히 상쇄된다.On the other hand, when the current flowing through the transmission line is direct current and the distance between the (+) and (-) lines is close to zero, the magnetic field generated by the current flowing through the (+) line and the current flowing through the (-) line The direction of the generated magnetic fields is opposite and the same magnitude, so they are completely canceled out.

그러나, 똑같이 직류가 흐르고 두 선 사이의 거리가 0이 아닐 경우에는 완전 히 상쇄되지 않는 합성 직류자기장이 생성된다. 그리고 이때 생성된 직류자기장을 측정하는 것은 교류자기장을 측정하는 것보다 쉽다.However, if direct current flows equally and the distance between the two lines is not zero, a synthetic direct magnetic field is produced that is not completely canceled out. In this case, it is easier to measure the generated DC magnetic field than to measure the AC magnetic field.

예를 들어 2005년 현재 제주도로의 송전은 직류를 이용하므로 상기 4 가지 중 마지막 경우에 해당하는 것으로서, 직류송전선에 흐르는 전류에 의해서 생성되는 자기장을 측정함으로써 직류송전선의 위치를 탐지할 수 있게 되는 것이다.For example, as of 2005, the transmission of the Jeju road is using DC, which is the last of the four types, and the position of the DC transmission line can be detected by measuring the magnetic field generated by the current flowing in the DC transmission line. .

또한, 송전선/광케이블을 보호하기 위해서 둘러싸고 있는 주철관은 주위에 존재하는 지구자기장과 반응하여 강한 유도자기장을 생성한다는 점으로부터 송전선로 주위에는 송전선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장과는 다른 성질의 자기장도 존재하고 있을 것이다.In addition, in order to protect the transmission line / optical cable, the surrounding cast iron tube generates a strong induction magnetic field in response to the surrounding earth magnetic field. Therefore, a magnetic field of a different nature from the magnetic field generated by the current flowing through the transmission line is also generated. It will exist.

그리고, 송전선/주철관이 없는 어떠한 공간에도 지구자기장은 존재하며, 주위에 강한 자기장을 생성할 물질이 존재하지 않는 한, 벡터로서의 그 자기장의 크기 및 방향은 큰 변화가 없다.In addition, the earth magnetic field exists in any space without a transmission line / cast iron pipe, and the magnitude and direction of the magnetic field as a vector are not largely changed unless there is a material to generate a strong magnetic field around.

자기장은 벡터이며, 어떠한 공간에 위와 같은 여러 가지 원인의 자기장이 동시에 존재할 때, 그 공간에서의 자기장은 그러한 여러 자기장의 벡터적 합이 된다는 점을 고려하면, 우리가 송전선/광케이블 주위에서 측정한 자기장은 위와 같은 여러 자기장의 벡터적 합임을 유추할 수 있다. 그래서, 측정한 자기장으로부터 배경이 되는 지구자기장을 뺀 나머지 자기장은 결국 송전선에 흐르는 전류에 의한 자기장 및/또는 주철관에 의한 자기장의 합이 된다. The magnetic field is a vector, and when a magnetic field of any of the above causes exists simultaneously in a space, the magnetic field we measured around the transmission line / optical cable, considering that the magnetic field in that space is the vector sum of those magnetic fields. Can be deduced from the vector sum of the various magnetic fields. Therefore, the remaining magnetic field after subtracting the background earth magnetic field from the measured magnetic field becomes the sum of the magnetic field caused by the current flowing through the transmission line and / or the magnetic field caused by the cast iron pipe.

한편, 우리의 목적은 송전선/광케이블의 위치를 연속적으로 추적하여 그 경로를 탐지하는 것이므로, 나머지 자기장이 위 두 원인 중 어느 하나에 의한 것이든 둘 모두에 의한 것이든 상관없이 우리의 목적에 부합하는 것이 된다.On the other hand, our goal is to continuously track the location of the transmission line / optical cable to detect its path, so that the remaining magnetic field is either of the above two causes or both. It becomes.

상기와 같은 개념에 따른 구체적인 본원 발명을 설명한다.The present invention according to the above concept will be described.

본원 발명은 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 장치에 있어서, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 그를 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 자기장의 3 축 성분을 측정하는 3축 자기장 측정센서; 3축 자기장 측정센서에서 측정된 3축 성분의 신호를 저 잡음으로 초정밀 디지털 계측부로 전송하는 4채널 저잡음 멀티플렉서; 상기 3축 자기장 측정센서와 4채널 저잡음 멀티플렉서를 거쳐서 나온 3축 성분 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 증폭기 및 잡음제거필터와; 상기 시그마델타 25 비트(bit) 이상의 분해능을 구비한 초정밀 디지털 계측부; DGPS-RTK방식의 실시간 정밀 위치추적부; 및 상기 각 장치를 통합/ 제어/ 계측/ 처리/ 해석하는 주 컴퓨터로 구성되어 송전선/ 광케이블/ 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for detecting a continuous path of a direct current transmission line and a cast iron pipe, the present invention comprises: a three-axis magnetic field measuring sensor for measuring the three-axis component of the magnetic field generated by the transmission line embedded in the seabed and the surrounding cast iron pipe to protect it; A four-channel low noise multiplexer for transmitting a three-axis component signal measured by a three-axis magnetic field measurement sensor to a high precision digital measurement unit with low noise; An amplifier and a noise removing filter for amplifying the three-axis component signal from the three-axis magnetic field sensor and the four-channel low noise multiplexer and removing noise; An ultra-precision digital measurement unit having a resolution of at least 25 bits of the sigma delta; Real-time precision location tracking unit of DGPS-RTK; And a main computer for integrating / controlling / measuring / processing / analyzing each device to detect a continuous path of a transmission line / optical cable / cast iron pipe.

또한 본원 발명은 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 방법에 있어서, 상기 구성으로 이루어진 장비를 구비하여 장치 서로 간을 인터페이스 하는 단계; 서로 인터페이스 된 전체 시스템을 배에 싣고 작동시켜 3축 자기장값과 측정점의 좌표값을 획득하여 주컴퓨터에 기록하는 단계; 및 상기 작업에 의해 기록된 자료를 통합, 해석하여 송전선/ 광케이블/ 주철관의 연속적인 경로를 추출하는 방법을 특징으로 한다.
보다 구체적으로 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 방법을 기술하면, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 송전선을 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 3 축 성분 자기장을 측정하는 3축 자기장 측정센서를 사용하여 자기장을 측정하는 단계와, 상기 3축 자기장 측정센서와 연결되어 상기 3축 자기장 측정센서에서 측정된 자기장의 3축 성분의 신호를 4채널 저잡음 멀티플렉서, 증폭기 및 잡음제거 필터를 통해서 초정밀디지털 계측부로 전송하는 단계와, 상기 4채널 저잡음 멀티플렉서, 증폭기 및 잡음제거 필터를 거쳐서 나온 3축성분의 아날로그 신호를 A/D 변환기가 내장된 초정밀 디지털 계측부를 디지털 신호로 변환하여 주 컴퓨터로 전송하는 단계와, 상기 3축 자기장 측정센서가 자기장의 3 축 성분신호를 측정하는 지점의 위치좌표를 DGPS-RTK방식의 실시간 위치추적부를 통해서 주 컴퓨터로 전송하는 단계와, 상기 디지털 계측부 및 위치 추적부를 통해서 전송된 데이터들을 주 컴퓨터에서 분석 처리하는 단계와, 상기 3축 자기장 측정센서에 의하여 측정된 3축성분의 신호와 측정위치의 좌표 값을 주 컴퓨터에서 연산 처리하여 송전선 및 주철관의 경로를 주 컴퓨터의 메모리에 기록 저장하고 컴퓨터의 모니터 상에 표시하여 주는 단계로 이루어진 3축 자기장 측정에 의해 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지가 이루어진다.
In another aspect, the present invention provides a method for detecting a continuous path of the DC transmission line and cast iron pipe, comprising the steps of: interfacing the devices with each other; Loading and operating the entire system interfaced with each other by acquiring the 3-axis magnetic field value and the coordinates of the measuring points and recording them on the host computer; And extracting a continuous path of a transmission line / optical cable / cast iron pipe by integrating and interpreting the data recorded by the above operation.
More specifically, a method of detecting a continuous path of a DC transmission line and a cast iron pipe includes a three-axis magnetic field measuring sensor that measures a three-axis component magnetic field generated by a cast iron pipe enclosed to protect the transmission line and the transmission line embedded in the seabed. Measuring a magnetic field using a high-precision digital signal through a four-channel low noise multiplexer, an amplifier and a noise canceling filter connected to the three-axis magnetic field sensor and the signal of the three-axis component of the magnetic field measured by the three-axis magnetic field measurement sensor Transmitting a three-axis analog signal from the 4-channel low noise multiplexer, an amplifier, and a noise canceling filter to a measurement unit, and converting a high precision digital measurement unit having an A / D converter into a digital signal and transmitting the result to a main computer. And the three-axis magnetic field measuring sensor measures the three-axis component signal of the magnetic field. Transmitting the position coordinates of the point to the main computer through the real-time location tracking unit of the DGPS-RTK method; analyzing and processing data transmitted through the digital measurement unit and the location tracking unit at the main computer; and the three-axis magnetic field sensor 3-axis magnetic field consisting of the operation of processing the signal of the 3-axis component measured by the coordinates and the coordinates of the measurement position in the main computer to record and store the transmission line and cast iron pipe path in the memory of the main computer and to display it on the monitor of the computer The measurement results in continuous path detection of the DC transmission line and the cast iron pipe embedded in the seabed.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and the operation of the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a, b는 3축 자기장 측정에 의해 직류송전선 및 주철관의 경로를 탐지하는 장치의 운용을 설명하기 위한 개념도로서 도1a는 측면도이고, 도 1b는 평면도인데, 3축 자기장 측정센서가 해저면을 따라 이동하고 이와 통신용 케이블로 연결된 주컴퓨터를 탑재한 배가 일정 경로를 이동하면서 송전선/주철관이 있는지 없는지를 탐지하고 있다. 이 송전선/주철관의 단면 구성은 전술한 바와 같이 외부를 보호하는 주철관 속에 송전선(+)과 송전선(-)이 하부에 위치하고 상부에는 광케이블이 위치하도록 구성된다.Figure 1a, b is a conceptual diagram illustrating the operation of the device for detecting the path of the DC transmission line and cast iron pipe by the three-axis magnetic field measurement, Figure 1a is a side view, Figure 1b is a plan view, the three-axis magnetic field measurement sensor A ship with a main computer connected to it and connected with a communication cable travels along a certain path and detects whether there is a transmission line or a cast iron pipe. The cross-sectional configuration of the transmission line / cast iron pipe is configured such that the transmission line (+) and the transmission line (-) are positioned below and the optical cable is positioned above the cast iron pipe that protects the outside as described above.

도 2는 도 1a, 1b에 설명된 장치를 구체화한 예시도를 도시하고 있는데, 본원 발명인 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로를 탐지하는 장치를 보다 구체적으로 설명하자면 해저면을 이동하면서 자기장을 센싱하는 3축 자기장 측정 센서와,이 3축 자기장 측정 센서와 연결되어 3 성분을 1 msec 이내에 측정할 수 있도록 하는 4채널 저잡음 멀티플렉서와, 상기 4채널 저잡음 멀티플렉서와 연결되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 시그마델타 25 비트(bit)이상의 분해능을 구비하고 3축성분의 디지털신호로 해저에 매설된 송전선 및 주철관의 방향을 연산하는 초정밀 디지털 계측부와, 이 초정밀 디지털 계측부와 연결되어 신호를 받고 실시간 정밀 위치추적부 및 상기 각 장치를 통합/ 제어/ 계측/ 처리/ 해석하는 주 컴퓨터로 구성되어 있다. 상기 3축 자기장 측정센서와 4채널 저잡음 멀티플렉서를 거쳐서 나온 미약한 3축 성분 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 증폭기 및 잡음제거필터를 구비한다.FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of the apparatus illustrated in FIGS. 1A and 1B. The apparatus for detecting a continuous path of a DC transmission line and a cast iron pipe according to the present invention is described in detail by sensing a magnetic field while moving a seabed. A three-axis magnetic field measurement sensor, a four-channel low noise multiplexer connected to this three-axis magnetic field measurement sensor to measure three components within 1 msec, and a sigma connected to the four-channel low noise multiplexer to convert an analog signal into a digital signal Ultra-precision digital measuring unit that has delta 25 bit resolution and calculates the direction of transmission line and cast iron pipe embedded in the sea floor with three-axis digital signal, and is connected to this ultra-precision digital measuring unit to receive signals in real time And a main computer for integrating / controlling / measuring / processing / analyzing the above devices. An amplifier and a noise removing filter for amplifying a weak three-axis component signal from the three-axis magnetic field measuring sensor and a four-channel low noise multiplexer and removing noise are provided.

상기 3축 자기장 측정 센서와 멀티플렉스는 외부로부터의 전자기적 잡음을 차폐하는 기능을 가진 케블라 케이블로 연결되어 있으며, 150 m까지 연장하여 사용할 수 있다. The three-axis magnetic field measurement sensor and the multiplex are connected by a Kevlar cable having a function of shielding electromagnetic noise from the outside, and can be extended to 150 m.

상기 멀티플렉서와 디지털계측부는 직렬 통신 방식을 사용하여 연결되어 있으며 이를 통하여 제어/통신이 이루어진다.The multiplexer and the digital measurement unit are connected by using a serial communication method through which control / communication is performed.

상기 디지털계측부와 주컴퓨터는 I2C 통신 방식을 사용하여 연결되어 있으며 결국에는 이를 통하여 자기장 측정 센서에서 측정된 자기장 값이 주컴퓨터에 전달된다.The digital measurement unit and the main computer are connected by using an I2C communication method, and eventually the magnetic field values measured by the magnetic field measuring sensor are transmitted to the main computer.

실시간 정밀 위치추적부와 주컴퓨터는 직렬 통신 방식으로 연결되어 있으며, 이를 통하여 위치추적부에서 DGPS-RTK(차분GPS를 이용한 실시간 이동측량)에 의해 계산된 위치 좌표가 주컴퓨터에 전달되도록 구성된다.The real-time precision location tracking unit and the main computer are connected in a serial communication manner, whereby the location tracking unit is configured to transmit the location coordinates calculated by DGPS-RTK (real-time mobile survey using differential GPS) to the main computer.

우리나라 남부에서의 배경 지구자기장(ambient magnetic field) 벡터를 mamb이라 할 때, 이를, 지리적 북쪽을 x 축, 지리적 동쪽을 y 축, 수직 아래쪽을 z 축으로 하는 좌표계에서의 3 성분으로 분해하여 나타내면 (mxamb, myamb, mzamb)이 되고, 그 크기 |mamb|는 50000 nT보다 약간 더 작고, 예를 들어 10 km × 10 km 범위 내에서의 변화가 수백 nT를 넘는 경우는 드물다. 한편, 우리나라 중부에서의 크기는 50000 nT 정도, 북부에서는 50000 nT보다 약간 더 크다. When the background magnetic field vector in the south of Korea is m amb , it is expressed by decomposing it into three components in the coordinate system where the geographical north is the x axis, the geographical east is the y axis, and the vertical down is the z axis. (mx amb , my amb , mz amb ), and the size | m amb | is slightly smaller than 50000 nT, for example, a change in the range of 10 km x 10 km rarely exceeds several hundred nT. On the other hand, the size in the central part of Korea is about 50000 nT, slightly larger than 50000 nT in the north.

그리고, 송전선에 흐르는 직류에 의해 생성되는 자기장(magnetic field by current)벡터를 mcur이라 할 때, 이를, 위와 똑같은 좌표계에서의 3 성분으로 분해하여 나타내면 (mxcur, mycur, mzcur)이 되고, 그 크기 |mcur|는 흐르는 전류량 및 측정 센서와 송전선 사이의 상대적인 위치관계에 따라 0부터 수만 nT까지 매우 크게 변한다. And when the magnetic field (current) vector generated by the direct current flowing through the transmission line is m cur , it is expressed as three components in the same coordinate system (mx cur , my cur , mz cur ). The size | m cur | varies greatly from 0 to tens of thousands of nT depending on the amount of current flowing and the relative positional relationship between the measuring sensor and the transmission line.

또, 주철관에 의해 생성되는 자기장(magnetic field by cast iron pipe) 벡터를 mpip이라 할 때, 이를, 위와 똑같은 좌표계에서의 3 성분으로 분해하여 나타내면 (mxpip, mypip, mzpip)이 되고, 그 크기 |mpip|는 흐르는 주철관의 두께, 지름 및 대자율 그리고 측정센서와 주철관 사이의 상대적인 위치관계에 따라 역시 0부터 수만 nT까지 매우 크게 변한다. Also, when m pip is a magnetic field by cast iron pipe vector generated by the cast iron pipe, it is expressed as (mx pip , my pip , mz pip ) by decomposing it into three components in the same coordinate system. The size | m pip | also varies greatly from 0 to tens of thousands of nT, depending on the thickness, diameter, and mass ratio of the flowing cast iron pipe and the relative positional relationship between the measuring sensor and the cast iron pipe.

따라서, 위 세 가지 원인에 의한 자기장의 벡터적 합을 mtot이라 할 때, 이를, 위와 똑같은 좌표계에서의 3성분으로 분해하여 나타내면 (mxtot, mytot, mztot)이 되고, 그 크기 |mtot|는 대부분 50000 nT 근처에 있고, 0부터 상황에 따라 100000 nT 이상까지 변할 수 있다. 중부에서의 크기는 50000 nT 정도, 북부에서는 50000 nT보다 약간 크다. Therefore, when the vector sum of the magnetic fields due to the above three causes is m tot , it is expressed as (mx tot , my tot , mz tot ) by dividing it into three components in the same coordinate system as above. tot | is mostly around 50000 nT and can vary from zero to over 100,000 nT, depending on the situation. The size in the middle is around 50000 nT and slightly larger than 50000 nT in the north.

위와 같은 자기장의 벡터적 합 mtot을 3성분으로 분해한 (mxtot, mytot, mztot)가 도 2의 x성분, y성분, z성분으로서 3축 자기장 측정 센서에서 측정된다. The above-described vector combination m tot of the magnetic field is decomposed into three components (mx tot , my tot , mz tot ) as the x component, the y component, and the z component of FIG. 2.

상기에서 측정된 자기장 신호는 멀티플렉서, 디지털 계측부를 차례로 거치면서 증폭, 필터링 등 중간처리 과정을 거쳐 마지막으로 주컴퓨터에 기록된다. The measured magnetic field signal is sequentially recorded in the host computer through an intermediate process such as amplification and filtering while going through a multiplexer and a digital measuring unit.

도 2의 실시간 정밀 위치추적부에서는 자기장 측정과는 별도로 DGPS-RTK 방식에 의해 GPS 안테나의 좌표가 측정되고, 이 값이 주 컴퓨터에 전달되어 기록된다.In the real-time precision position tracking unit of FIG. 2, the coordinates of the GPS antenna are measured by the DGPS-RTK method separately from the magnetic field measurement, and this value is transmitted to the host computer for recording.

따라서, 주 컴퓨터에서는 자기장 값과 좌표값이 합성되어 화면에 표시되고, 이 자료로부터 자기장측정센서가 송전선/광케이블/주철관 직상부를 지나는 지점의 좌표를 추출할 수 있다. 그리고 이러한 작업을 미리 선정한 구역에서 'ㄹ' 형태로 계속 수행하면서 송전선/광케이블/주철관 직상부를 지나는 지점의 좌표들을 모두 표시하고, 그들을 연결하면 송전선/주철관이 연속적으로 달려가는 궤적이 된다. Therefore, in the host computer, the magnetic field value and the coordinate value are synthesized and displayed on the screen, and from this data, the coordinates of the point where the magnetic field measuring sensor passes directly above the transmission line / optical cable / cast iron pipe can be extracted. In the pre-selected area, the operation is continued in the form of 'ㄹ' while displaying all the coordinates of the points passing directly above the transmission line / optical cable / cast iron pipe, and connecting them results in the trajectory of the transmission line / cast iron pipe running continuously.

도 3은 상기와 같이 설계/구성/제작한 장치를 실제 상황에 적용실험한 장소의 개념도로서 한국 남해의 어느 곳이다. 이곳은 송전선/광케이블/주철관이 있음을 아는 장소로서, 송전선/광케이블/주철관이 지나가리라고 예상되는 선 두 개(관로 1 및 관로 2, 평시에는 두 송전선로를 통해서 총 전류량의 각각 1/2씩을 보내다가, 어느 하나가 고장으로 사용할 수 없을 때는 총 전류량을 살아있는 송전선로 하나를 통해 보냄)를 가로지르는 두 개의 측선을 설정하여(L300 및 L400) 그 두 측선 위에서 자기장값을 측정하였다. 이 지역에서 송전선/광케이블/주철관 두 개는 북서쪽에서 남동쪽으로 수백m 거리를 두고 거의 나란하게 달리고 있으며, 측선 L300은 육지에 더 가까운 측선으로서 북동쪽에서 남서쪽으로 달리는 측선이고, 측선 L400은 육지에서 더 먼 측선으로서 남서쪽에서 북동쪽으로 달리는 측선이다. 3 is a conceptual diagram of a place where the device designed / configured / manufactured as described above is applied to an actual situation, and is somewhere in the South Sea of Korea. This is a place where you know that there are transmission lines / optical cables / cast-iron pipes, and two wires (pipes 1 and 2, usually two half of the total current through the two transmission lines) are expected to pass. When two were not available for faults, two sides across the total current were sent through one live transmission line (L300 and L400) to measure the magnetic field values above those two lines. In this area, two transmission lines / optical cables / cast iron pipes run almost side by side several hundred meters from northwest to southeast. A sideline that runs from southwest to northeast.

도 4a 내지 도4c와 도5a 내지 도5c는 각각 상기 도3의 두 측선 L300 및 L400 위에서 측정한 자기장값을 표시한 것으로서, 도 4c는 자기장의 벡터적 합 mtot의 수평(H : Horizontal) 2성분의 벡터적 합 즉, 벡터(mxtot + mysum)의 크기로서 |mhtot| =

Figure 112005061773317-pat00001
이고, 도 4b는 이러한 자기장의 벡터적 합 mtot의 수직 아래쪽 성분 mztot의 크기 즉, |mztot|이며, 도 4a는 자기장의 벡터적 합 mtot의 크기 즉, |m tot|이다. 도 5의 세 그림들도 같은 성질을 가지고 있다.As Fig. 4a to 4c and Figures 5a to Figure 5c show the magnetic field values measured above two survey lines L300 and L400 in FIG. 3, respectively, Figure 4c is a vector ever sum Horizontal of m tot of the magnetic field (H: Horizontal) 2 The vector sum of the components, that is, the size of the vector (mx tot + my sum ), | mh tot | =
Figure 112005061773317-pat00001
4b is the magnitude of the vertical bottom component mz tot of the vector sum m tot of this magnetic field, ie | mz tot |, and FIG. 4a is the magnitude of the vector sum m tot of the magnetic field, i. m tot | The three figures of FIG. 5 also have the same properties.

도 4a 내지 도 4c를 보면, 측점 616 근처와 측점 1517 근처에서 매우 뚜렷한 이상을 보이는데, 이 두 지점은 도4c |mhtot|의 값에서는 극값(극대값 또는 극소값)을 가지고, 도 4b |mztot|의 값에서는 변화 양상이 서로 반대인 두 이상의 중간값에 해당하는 변곡점과 일치한다. 한편, 도 4a |mtot|의 값은 |mhtot|와 |mztot|의 벡터적 합의 크기로서 |mtot| =

Figure 112005061773317-pat00002
=
Figure 112005061773317-pat00003
인데, 일반적으로 |mztot|가 |mhtot|보다 크므로, |mtot|의 변화양상은 |mhtot|의 변화양상보다는 |mztot|의 변화양상에 더 가깝게 된다. 위 두 측점은 각각 도 3의 관로 1 및 관로 2를 차례로 지나가는 지점이 된다. 4A to 4C show very distinct anomalies near station 616 and near station 1517, both of which have extreme values (maximum or local values) in the value of FIG. 4c | mh tot |, and FIG. 4b | mz tot | The value of is consistent with the inflection point corresponding to two or more intermediate values whose change patterns are opposite to each other. On the other hand, Fig. 4a | m tot | is a value of | mh tot | and | a vector arrangements of size | | mz tot m tot | =
Figure 112005061773317-pat00002
=
Figure 112005061773317-pat00003
In general, since | mz tot | is larger than | mh tot |, the change pattern of | m tot | is closer to that of | mz tot | than that of | mh tot |. The above two points are points passing through pipeline 1 and pipeline 2 in FIG. 3, respectively.

한편, 도5a 내지 도5c를 보면, 측점 609 근처와 측점 1925 근처에서 매우 뚜렷한 이상을 보이는데, 이 두 지점은 도 4a내지 도 4c의 경우와 마찬가지로 도5c |mhtot|의 값에서는 극값을 가지고, 도 5b |mztot|의 값에서는 변곡점과 일치하며, 도5a |mtot|의 값의 변화양상은 |mztot|의 변화양상에 가깝다. 위 두 측점은 각각 도 3의 관로 2 및 관로 1을 차례로 지나가는 지점이 된다. 위와 같은 측선을 많이 설정하여 자기장을 측정하고 위와 같은 해석 결과로서 관로와의 교차점들을 추출하고, 그 교차점들을 연결하면 그러한 연결선들이 관로의 연속적이 경로가 된다.On the other hand, in Figures 5a to 5c, there are very distinct abnormalities near the station 609 and near the station 1925, these two points have an extreme value in the value of Figure 5c | mh tot | as in the case of Figures 4a to 4c, The value of FIG. 5b | mz tot | coincides with the inflection point, and the change pattern of the value of FIG. 5a | m tot | is close to the change pattern of | mz tot |. The above two points are points passing through pipeline 2 and pipeline 1 in FIG. 3, respectively. By setting a lot of side lines as above, the magnetic field is measured, and as the result of the analysis above, the intersections with the pipelines are extracted, and when the intersections are connected, the connecting lines become the continuous paths of the pipelines.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

상기와 같은 본 발명의 장치 및 방법을 사용하면, 송전선/광케이블/주철관이 지나가는 것으로 예상되는 해역에서, 3축 자기장 측정 센서를 해저에 가깝게 내려서 측정한 값과 DGPS-RTK방식으로 측정된 좌표값을 서로 통합, 처리하여, 송전선/광케이블/주철관의 연속적인 경로를 탐지할 수 있다는 장점이 있다.Using the apparatus and method of the present invention as described above, in the area where the transmission line / optical cable / cast iron pipe is expected to pass, the value measured by lowering the 3-axis magnetic field measurement sensor closer to the seabed and the coordinate value measured by the DGPS-RTK method By integrating and processing with each other, it is possible to detect a continuous path of transmission line / optical cable / cast iron pipe.

한편, 좌표값은 DGPS-RTK 시스템에 의해 자동으로 획득하기 때문에, 배가 미리 설정된 측선을 정확히 따라가면서 측정할 필요가 없다는 장점이 있다.On the other hand, since the coordinate values are automatically obtained by the DGPS-RTK system, there is an advantage that the ship does not need to measure while accurately following a preset sideline.

또한, 위와 같이 송전선/광케이블/주철관이 실제로 매설된 경로를 탐지할 수 있으므로, 원래의 설계도면과 비교하여, 매설이 설계도대로 되었는지를 감리할 수 있다는 등의 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.In addition, since the transmission line / optical cable / cast-iron pipe can detect the route actually buried as above, it can be used in the industrial field as a useful invention with the advantage that it can supervise whether the buried is according to the original design drawing. This is a highly expected invention.

Claims (6)

해저에 매설된 송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지장치에 있어서,In the continuous path detection device of the transmission line and cast iron pipe embedded in the seabed, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 송전선을 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 자기장의 3 성분을 측정하는 3축 자기장 측정센서와; A three-axis magnetic field measuring sensor for measuring three components of a magnetic field generated by a cast iron pipe enclosed to protect the transmission line and the transmission line embedded in the seabed; 상기 3축 자기장 측정 센서에서 측정된 신호를 외부로부터의 전자기적 잡음을 차폐하여 선상의 멀티플렉스로 전송하는 케블라 케이블과;A kevlar cable for transmitting the signal measured by the three-axis magnetic field measuring sensor to shield the electromagnetic noise from the outside in a linear multiplex; 상기 3축 자기장 측정센서와 케블라 케이블과 체결되어 3축 자기장 측정센서에서 측정된 자기장의 3축 성분의 신호를 초정밀디지털 계측부로 전송하기 위한 4채널 저잡음 멀티플렉서와; A four-channel low noise multiplexer coupled to the three-axis magnetic field sensor and the kevlar cable to transmit a three-axis component of the magnetic field measured by the three-axis magnetic field measurement sensor to a high precision digital measurement unit; 상기 4채널 저잡음 멀티플렉서를 거쳐 전송된 신호를 증폭하고 잡음을 제거한 아날로그 신호를 높은 분해능을 가진 A/D 변환기로 디지털 신호로 변환하고, 변환된 3축성분의 디지털신호로 변환하는 초정밀 디지털 계측부와;An ultra-precision digital measuring unit for amplifying a signal transmitted through the four-channel low noise multiplexer and converting the noise-free analog signal into a digital signal with an A / D converter having high resolution and converting the converted digital signal into a digital signal of three-axis components; 상기 3축 자기장 측정센서가 자기장의 3 축성분의 신호를 측정하는 지점의 좌표를 주 컴퓨터로 전송하는 DGPS-RTK방식의 실시간 위치추적부와; A real-time position tracking unit of a DGPS-RTK method in which the three-axis magnetic field sensor transmits coordinates of a point at which the three-axis component signal of the magnetic field is measured to a host computer; 상기 초정밀 디지털 계측부에서 디지털 신호로 변환된 3축 성분 신호를 백터 값으로 연산 처리하고, 처리된 값을 상기 위치추적부에 취득한 위치정보와 연동시켜 해저에 매설된 송전선 및 주철관의 매설 경로에 대한 정보를 저장 기록하고 모니터 상에 표시해주는 주 컴퓨터로 구성된 3축 자기장 측정에 의해 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지장치. The ultra-precision digital measuring unit calculates and processes a three-axis component signal converted into a digital signal as a vector value, and interlocks the processed value with the position information acquired from the position tracking unit, and the information on the embedding path of the transmission line and the cast iron pipe embedded in the seabed. Continuous path detection device of DC transmission line and cast iron pipe embedded in the sea floor by 3-axis magnetic field measurement composed of main computer which records and records the data on the monitor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 해저에 매설된 송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지방법에 있어서,In the continuous path detection method of transmission lines and cast iron pipes embedded in the seabed, 해저에 매설되어 있는 송전선 및 송전선을 보호하기 위해 둘러싸고 있는 주철관에 의해서 생성된 3 축 성분 자기장을 측정하는 3축 자기장 측정센서를 사용하여 자기장을 측정하는 단계와; Measuring a magnetic field using a three-axis magnetic field measuring sensor measuring a three-axis component magnetic field generated by a transmission line embedded in a seabed and a cast iron pipe enclosed to protect the transmission line; 상기 3축 자기장 측정센서와 연결되어 상기 3축 자기장 측정센서에서 측정된 자기장의 3축 성분의 신호를 4채널 저잡음 멀티플렉서, 증폭기 및 잡음제거 필터를 통해서 초정밀디지털 계측부로 전송하는 단계와;Transmitting a signal of a three-axis component of the magnetic field measured by the three-axis magnetic field measurement sensor to a high precision digital measurement unit through a four-channel low noise multiplexer, an amplifier, and a noise canceling filter connected to the three-axis magnetic field measurement sensor; 상기 4채널 저잡음 멀티플렉서, 증폭기 및 잡음제거 필터를 거쳐서 나온 3축성분의 아날로그 신호를 A/D 변환기가 내장된 초정밀 디지털 계측부를 디지털 신호로 변환하여 주 컴퓨터로 전송하는 단계와;Converting a three-axis component analog signal from the four-channel low noise multiplexer, an amplifier, and a noise canceling filter into a digital signal by converting a high precision digital measurement unit with an A / D converter into a digital signal; 상기 3축 자기장 측정센서가 자기장의 3 축 성분신호를 측정하는 지점의 위치좌표를 DGPS-RTK방식의 실시간 위치추적부를 통해서 주 컴퓨터로 전송하는 단계와; Transmitting, by the 3-axis magnetic field sensor, the position coordinates of the point where the 3-axis component signal of the magnetic field is measured to the host computer through a real-time position tracking unit of the DGPS-RTK method; 상기 디지털 계측부 및 위치 추적부를 통해서 전송된 데이터들을 주 컴퓨터에서 분석 처리하는 단계와; Analyzing the data transmitted through the digital measuring unit and the position tracking unit in a host computer; 상기 3축 자기장 측정센서에 의하여 측정된 3축성분의 디지털신호를 주 컴퓨터에서 백터 값으로 연산 처리하고, 처리된 값과 상기 위치추적부에서 측정한 위치정보와 연동시켜 송전선 및 주철관의 매설경로를 주 컴퓨터의 메모리에 기록 저장하고 컴퓨터의 모니터 상에 표시해주는 단계로 이루어진 3축 자기장 측정에 의해 해저에 매설되어 있는 직류송전선 및 주철관의 연속적인 경로탐지방법.The digital signal of the 3-axis component measured by the 3-axis magnetic field measuring sensor is calculated and processed by the host computer as a vector value, and the buried path of the transmission line and the cast iron pipe is interlocked with the processed value and the position information measured by the position tracking unit. Continuous path detection method of DC transmission line and cast iron pipe embedded in the sea floor by 3-axis magnetic field measurement, which is recorded and stored in the memory of the main computer and displayed on the monitor of the computer.
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