KR102365368B1 - System for monitoring displacement of slope - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비탈면 변위 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비탈면의 움직임을 무선센서 네트워크를 통해 모니터링할 수 있는 비탈면 변위 모니터링 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a slope displacement monitoring system, and more particularly, to a slope displacement monitoring system capable of monitoring the movement of a slope through a wireless sensor network.
일반적으로 사면에 대한 계측시스템은 토사사면 및 암반사면에 따라 각각 계측장비의 차이가 있으나, 기본적으로 지표 혹은 지중의 변위측정과 지반내 간극수압의 측정으로 구성된다. 특히, 시공단계별 사면의 안정성을 확인하기 위하여 지중경사계, 지표변위계(신축계), 간극수압계 등이 설치된다. In general, the measurement system for a slope has different measurement equipment depending on the soil slope and the rock slope, but it is basically composed of the displacement measurement of the surface or the ground and the measurement of the pore water pressure in the ground. In particular, a ground inclinometer, a ground displacement gauge (extension gauge), and a pore water pressure gauge are installed to check the stability of the slope for each construction stage.
그러나 이들 센서를 이용하는 경우 특정한 위치의 변위를 측정하므로 대상사면의 전체적인 변형을 판단하기 어렵다. 또한 각종 계측장비는 상당히 고가의 장비들이며, 해당위치에 설치 및 유지관리가 어려운 단점이 있다. However, when using these sensors, it is difficult to determine the overall deformation of the target slope because the displacement of a specific location is measured. In addition, various measuring equipment is quite expensive equipment, and there is a disadvantage in that it is difficult to install and maintain it at the corresponding location.
최근에는 측량장비의 발달로 인하여 소프트카피 사진측량기법, 지상 레이저 스캐닝 기법, GB-SAR 등을 이용하여 사면의 변위를 측정하는 연구가 시도되고 있다. 이들 연구에서는 사면의 지표변위, 불연속면 등을 계측하고, 이를 토대로 사면안정해석을 수행하여 사면의 안정성을 평가한 연구이다. 이외에 레이저빔을 이용하여 철도터널의 내공변위를 상시 계측하거나, 철도레일에 대한 굴곡시험시 변위량을 측정한 사례가 있다. 그리고 모르타르의 자중압밀침하량을 측정하기 위하여 레이저 거리측정실험을 수행한 연구도 있다. Recently, due to the development of surveying equipment, research on measuring slope displacement using softcopy photogrammetry, terrestrial laser scanning, and GB-SAR has been attempted. These studies evaluate the stability of the slope by measuring the surface displacement and discontinuity of the slope, and performing slope stability analysis based on this. In addition, there are cases in which the internal displacement of railway tunnels is always measured using a laser beam or the amount of displacement is measured during bending tests on railway rails. In addition, there is a study that conducted a laser distance measurement experiment to measure the amount of self-weight consolidation settlement of mortar.
그러나 이러한 기법들은 고가의 스캐너 혹은 레이저 장비가 필요하며, 측정결과의 자료가 방대하므로 처리하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.However, these techniques require expensive scanners or laser equipment, and there is a problem that it takes a lot of time to process because the data of the measurement result is huge.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무선센서를 비탈면에 설치하여 센서 노드들 간 거리를 측정하여 맵을 생성하고, 센서 노드들의 움직임을 통하여 비탈면의 변화를 감지하여 붕괴 위험을 예측할 수 있는 비탈면 변위 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to install a wireless sensor on a slope to measure the distance between sensor nodes to generate a map, and to detect a change in the slope through the movement of sensor nodes to predict the risk of collapse. It is to provide a slope displacement monitoring system.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비탈면 변위 모니터링 시스템은 비탈면의 온습도 및 움직임 정보를 감지하는 복수개의 무선지표 변위계; 비탈면의 온습도 및 강우량을 자체에서 감지한 정보와 복수개의 무선지표 변위계로부터 송신된 온습도 및 움직임 정보를 취합하여 서버에 전송하는 게이트웨이; 및 상기 게이트웨이로부터 비탈면 정보를 전송받아 분석하여 비탈면의 환경과 상태를 통합 관리하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The slope displacement monitoring system of the present invention for achieving the above object includes a plurality of wireless index displacement meters for sensing temperature and humidity and motion information of the slope; a gateway for collecting temperature, humidity, and movement information transmitted from a plurality of wireless index displacement meters and temperature, humidity, and motion information detected by the slope itself and transmitting the information to a server; and a server that receives and analyzes the slope information from the gateway and manages the environment and state of the slope in an integrated manner.
상기 무선지표 변위계는 UWB 또는 Zigbee을 사용하여 설정된 반경 이내에 위치하는 복수의 무선지표 변위계 노드간 거리를 측정하는 제1 무선모듈과, 노드들을 통해 비탈면의 진동 및 기울기를 감지하는 9축 센서와, 비탈면 주위의 온도와 습도를 측정하는 온습도센서와, 비탈면의 온습도와 노드들 간 거리 및 노드들의 기울기를 감지한 정보를 게이트웨이에 전송하는 제1 무선모듈, 및 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 복수의 무선지표 변위계 노드 간 거리와 상기 9축 센서를 통한 노드들의 진동 및 기울기로 비탈면의 움직임을 측정하는 것을 특징으로 한다.The wireless ground displacement meter includes a first wireless module for measuring the distance between a plurality of wireless ground displacement gauge nodes located within a set radius using UWB or Zigbee, and a 9-axis sensor for detecting vibration and inclination of the slope through the nodes; A temperature-humidity sensor for measuring ambient temperature and humidity, a first wireless module for transmitting information that senses temperature and humidity of a slope, distance between nodes, and inclination of nodes to a gateway, and a battery for supplying power; It is characterized in that the movement of the slope is measured by the distance between the nodes of the displacement gauge and the vibration and inclination of the nodes through the 9-axis sensor.
상기 게이트웨이는 UWB 또는 Zigbee를 사용하여 설정된 반경 이내에 위치하는 무선지표 변위계 노드들과의 거리를 측정하고, 무선지표 변위계 노드들의 위치, 온습도 및 움직임 정보를 취합하는 제1 무선모듈과, 비탈면의 온습도를 측정하는 온습도센서와, 비탈면에 내리는 강우량을 측정하는 강우량계와, 상기 제1 무선모듈에서 측정 및 취합한 정보를 서버로 전송하는 제2 무선모듈, 및 전원을 공급하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다. The gateway uses UWB or Zigbee to measure the distance to the wireless ground displacement gauge nodes located within a set radius, collect the location, temperature and humidity and motion information of the wireless ground displacement gauge nodes, and measure the temperature and humidity of the slope A temperature and humidity sensor for measuring, a rainfall meter for measuring the amount of rainfall falling on a slope, a second wireless module for transmitting the information measured and collected by the first wireless module to a server, and a battery for supplying power do.
상기 서버는 비탈면에 설치된 복수의 무선지표 변위계와 게이트웨이로부터 수신된 노드들의 위치 및 움직임, 온습도, 강우량 정보를 저장, 관리 및 종합적으로 분석 및 모니터링하여 비탈면의 환경과 상태를 관리자의 휴대단말기로 전달하는 것을 특징으로 한다.The server stores, manages, and comprehensively analyzes and monitors the location and movement of nodes, temperature and humidity, and rainfall information received from a plurality of wireless index displacement meters and gateways installed on the slope, and delivers the environment and status of the slope to the administrator's mobile terminal. characterized in that
상기 서버는 2D 맵 또는 3D 맵을 통한 비탈면 노드들의 위치 및 움직임, 온습도, 강우량 요소들을 기반으로 머신러닝 학습을 통해 붕괴유형과 위험수준을 판단하는 것을 특징으로 한다.The server is characterized in that it determines the collapse type and risk level through machine learning learning based on the location and movement of slope nodes, temperature and humidity, and rainfall factors through a 2D map or a 3D map.
상기 서버 기반으로 관제센터에서 통합감시 시스템을 구성하여 전국에 분포된 비탈면 상황을 통합 관리하며, 전국에 분포된 비탈면들에 위험 발생 시 모니터에 비탈면 위치 및 위험 내용을 표시하고 경고등이 켜지거나 스피커를 통해 경고음이 울리는 것을 특징으로 한다.The server-based control center configures an integrated monitoring system to integrate and manage the slope situation distributed across the country. It is characterized in that a warning sound is sounded through the
이상과 같이, 본 발명에 따르면 무선센서 네트워크를 이용한 비탈면에 대한 2D 맵 또는 3D 맵을 통해 비탈면의 움직임을 분석하여 비탈면의 붕괴 유형과 위험을 예측할 수 있다.As described above, according to the present invention, the type and risk of collapse of the slope can be predicted by analyzing the motion of the slope through a 2D map or a 3D map for the slope using a wireless sensor network.
도 1은 본 발명에 따른 비탈면 변위 모니터링 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선지표 변위계를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 게이트웨이를 나타낸 구성도이다.1 is a schematic diagram showing a slope displacement monitoring system according to the present invention.
2 is a block diagram showing a radio index displacement meter according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating a gateway according to the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
그러면 본 발명에 따른 비탈면 변위 모니터링 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Then, a preferred embodiment of the slope displacement monitoring system according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 비탈면 변위 모니터링 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무선지표 변위계를 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 게이트웨이를 나타낸 구성도이다.1 is a schematic diagram showing a slope displacement monitoring system according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing a radio index displacement meter according to the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram showing a gateway according to the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 비탈면 변위 모니터링 시스템은 무선지표 변위계(100), 게이트웨이(200), 서버(300)를 포함하여 구성된다.1 to 3 , the slope displacement monitoring system of the present invention is configured to include a radio
상기 무선지표 변위계(100)는 복수개로 구비되어 감시하고자 하는 비탈면의 면적에 대응하여 기 설정된 간격으로 분산되어 설치하며, 복수의 무선지표 변위계(100) 간 거리를 측정할 수 있는 네트워크 구조를 가진다. The wireless
이러한 복수의 무선지표 변위계(100)는 각각 고유의 ID코드를 부여 받으며, 제1 무선모듈(110), 9축 센서(120), 온습도 센서(130), 제2 무선모듈(140), 배터리(150)를 포함한다.The plurality of wireless
상기 제1 무선모듈(110)은 UWB, Zigbee 등을 사용할 수 있으며, 각 무선 네트워크를 이용하여 복수의 무선지표 변위계(100) 간 거리를 측정할 수 있다. 즉, 상기 복수의 무선지표 변위계(100) 각각이 엥커(Anchor)와 태크(Tag) 역할을 하며 설정된 반경 이내에 위치하는 무선지표 변위계(100) 노드들 간 거리를 측정할 수 있다. The first
예컨대, UWB 또는 Zigbee 무선통신으로 복수의 무선지표 변위계(100) 노드 간 무선신호를 송수신하고, 수신한 무선신호를 이용하여 노드들 간 거리를 측정할 수 있다. For example, it is possible to transmit and receive radio signals between the nodes of the plurality of radio
상기 9축 센서(120)는 가속도, 자이로, 지자기 센서 등으로 구성되며, 무선지표 변위계(100) 노드들을 통해 비탈면의 진동 및 기울기를 측정할 수 있다. 즉, 무선지표 변위계(100) 노드들의 움직임을 통하여 비탈면의 변화를 감지하여 붕괴 위험을 예측할 수 있다. The 9-
상기 온습도 센서(130)는 비탈면 주위의 온도와 습도를 측정할 수 있다.The temperature and
상기 제2 무선모듈(140)은 무선지표 변위계(100) 노드들을 통해 비탈면의 온습도와 노드들 간 거리, 노드들의 진동 및 기울기를 통한 움직임을 감지한 정보를 게이트웨이(200)로 전송한다.The second
상기 배터리(150)는 무선지표 변위계(100)에 전원을 공급한다.The
상기 게이트웨이(200)는 비탈면의 온습도 및 강우량을 자체에서 감지한 정보와 무선지표 변위계 노드들로부터 송신된 온습도 및 움직임 정보를 취합하여 서버(300)로 송신한다.The
이러한 게이트웨이(200)는 제1 무선모듈(210), 온습도센서(220), 강우량계(230), 제2 무선모듈(240), 배터리(250)를 포함한다. The
상기 제1 무선모듈(210)은 UWB, Zigbee 등을 사용할 수 있으며, 각 무선 네트워크을 이용하여 설정된 반경 이내에 위치하는 무선지표 변위계(100) 노드들과의 거리를 측정하고, 노드들의 위치, 노드들 간의 거리 및 노드들의 온습도 정보를 취합하는 역할을 담당한다. The first
본 발명에서 게이트웨이(200)는 복수의 무선지표 변위계(100)와 마찬가지로 노드 역할뿐만 아니라 엥커와 태그 역할을 하며, 이를 통해 노드들 간 거리를 측정할 수 있다.In the present invention, the
상기 온습도센서(220)는 비탈면의 온습도를 측정하며, 강우량계(230)는 비탈면에 내리는 강우량을 측정할 수 있다. The temperature and
상기 제2 무선모듈(240)은 LTE망을 통해 노드들의 위치, 온습도, 강우량 및 움직임 정보와 노드들 간 거리 정보를 서버(300)로 전송한다.The second
상기 배터리(250)는 게이트웨이(200)에 전원을 공급한다.The
상기 서버(300)는 비탈면에 설치된 복수의 무선지표 변위계(100)와 게이트웨이(200)로부터 수신된 노드들의 위치 및 움직임, 온습도, 강우량 정보를 저장, 관리 및 종합적으로 분석 및 모니터링하여 비탈면의 환경과 상태를 관리자의 휴대단말기로 전달할 수 있다. 이때, 상기 휴대단말기는 서버(300)에서 전송한 정보와 더불어 비탈면의 안정 상태시 녹색 화면, 위험 상태시 황색 화면, 매우 위험 상태시 적색 화면이 깜빡거리면서 알람을 발생한다. 여기서, 상기 비탈면의 안정 및 위험 상황은 센서들의 정보 설정값에 따라 정할 수 있다.The
한편, 상기 서버(300)는 2D 맵 또는 3D 맵을 통한 비탈면 노드들의 위치 및 움직임, 온습도, 강우량 등의 요소들을 기반으로 머신러닝 학습을 통해 원호파괴, 평면파괴, 쐐기파괴, 전도파괴 등의 붕괴유형과 위험수준을 판단할 수 있다.On the other hand, the
또한, 상기 서버(300) 기반으로 관제센터에서 통합감시 시스템을 구성하여 전국에 분포된 비탈면 상황을 전자지도 기반으로 통합 관리하며, 전국에 분포된 비탈면들에 위험 발생 시 모니터에 비탈면 위치 및 위험 내용을 표시하고 경고등이 켜지거나 스피커를 통해 경고음이 울리게 된다.In addition, the integrated monitoring system is configured in the control center based on the
본 발명의 비탈면 변위 모니터링 시스템은 무선지표 변위계(100)를 설치하기 위한 비용이 저렴하면서 설치가 용이하고, 맵 분석을 통해서 비탈면 전체의 변화 양상을 분석하고 다양한 형태의 붕괴에 대한 원인을 파악하고 예측할 수 있다.The slope displacement monitoring system of the present invention is inexpensive and easy to install, and it is possible to analyze the change pattern of the entire slope through map analysis and identify and predict the causes of various types of collapse. can
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the right.
100: 무선 지표 변위계 110,210: 제1 무선모듈
120: 9축 센서 130,220: 온습도 센서
140,240: 제2 무선모듈 150,250: 배터리
200: 게이트웨이 300: 서버 100: wireless
120: 9-
140,240: second wireless module 150,250: battery
200: gateway 300: server
Claims (6)
비탈면의 온습도 및 강우량을 자체에서 감지한 정보와 복수개의 무선지표 변위계로부터 송신된 온습도 및 움직임 정보를 취합하여 서버로 전송하는 게이트웨이; 및
상기 게이트웨이로부터 비탈면 정보를 전송받아 분석하여 비탈면의 환경과 상태를 통합 관리하는 서버;를 포함하되,
상기 무선지표 변위계는 UWB 또는 Zigbee을 사용하여 설정된 반경 이내에 위치하는 복수의 무선지표 변위계 노드간 거리를 측정하는 제1 무선모듈과, 노드들을 통해 비탈면의 진동 및 기울기를 감지하는 9축 센서와, 비탈면 주위의 온도와 습도를 측정하는 온습도센서와, 비탈면의 온습도와 노드들 간 거리 및 노드들의 기울기를 감지한 정보를 게이트웨이에 전송하는 제1 무선모듈, 및 전원을 공급하는 배터리를 포함하며,
상기 복수의 무선지표 변위계 노드 간 거리와 상기 9축 센서를 통한 노드들의 진동 및 기울기로 비탈면의 움직임을 측정하며,
상기 게이트웨이는 UWB 또는 Zigbee를 사용하여 설정된 반경 이내에 위치하는 무선지표 변위계 노드들과의 거리를 측정하고, 무선지표 변위계 노드들의 위치, 온습도 및 움직임 정보를 취합하는 제1 무선모듈과, 비탈면의 온습도를 측정하는 온습도센서와, 비탈면에 내리는 강우량을 측정하는 강우량계와, 상기 제1 무선모듈에서 측정 및 취합한 정보를 서버로 전송하는 제2 무선모듈, 및 전원을 공급하는 배터리를 포함하며,
상기 서버는 비탈면에 설치된 복수의 무선지표 변위계와 게이트웨이로부터 수신된 노드들의 위치 및 움직임, 온습도, 강우량 정보를 저장, 관리 및 종합적으로 분석 및 모니터링하여 비탈면의 환경과 상태를 관리자의 휴대단말기로 전달하며,
상기 서버는 2D 맵 또는 3D 맵을 통한 비탈면 노드들의 위치 및 움직임, 온습도, 강우량 요소들을 기반으로 머신러닝 학습을 통해 붕괴유형과 위험수준을 판단하며,
상기 휴대단말기는 서버에서 전송한 정보와 더불어 비탈면의 안정 상태시 녹색 화면, 위험 상태시 황색 화면, 매우 위험 상태시 적색 화면이 깜빡거리면서 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는 비탈면 변위 모니터링 시스템. A plurality of wireless index displacement meters for detecting temperature and humidity and motion information of the slope;
a gateway that collects temperature, humidity and rainfall information of the slope itself and temperature and humidity and motion information transmitted from a plurality of wireless index displacement meters and transmits them to a server; and
A server that receives and analyzes slope information from the gateway and manages the environment and state of the slope in an integrated manner; including,
The wireless ground displacement meter includes a first wireless module for measuring the distance between a plurality of wireless ground displacement gauge nodes located within a set radius using UWB or Zigbee, and a 9-axis sensor for detecting vibration and inclination of the slope through the nodes; It includes a temperature-humidity sensor for measuring ambient temperature and humidity, a first wireless module for transmitting information that detects the temperature and humidity of the slope, the distance between nodes, and the inclination of the nodes to the gateway, and a battery for supplying power,
Measuring the movement of the slope by the distance between the plurality of radio index displacement gauge nodes and the vibration and inclination of the nodes through the 9-axis sensor,
The gateway uses UWB or Zigbee to measure the distance to the wireless ground displacement gauge nodes located within a set radius, collect the location, temperature and humidity and motion information of the wireless ground displacement gauge nodes, and measure the temperature and humidity of the slope A temperature and humidity sensor for measuring, a rainfall meter for measuring the amount of rainfall falling on a slope, a second wireless module for transmitting the information measured and collected by the first wireless module to a server, and a battery for supplying power,
The server stores, manages, and comprehensively analyzes and monitors the location and movement of nodes, temperature and humidity, and rainfall information received from a plurality of radio index displacement meters and gateways installed on the slope, and delivers the environment and status of the slope to the manager's mobile terminal. ,
The server determines the collapse type and risk level through machine learning learning based on the location and movement of slope nodes, temperature and humidity, and rainfall factors through a 2D map or a 3D map,
The mobile terminal generates an alarm by flickering a green screen in a stable state, a yellow screen in a dangerous state, and a red screen in a very dangerous state, along with the information transmitted from the server.
상기 서버 기반으로 관제센터에서 통합감시 시스템을 구성하여 전국에 분포된 비탈면 상황을 통합 관리하며, 전국에 분포된 비탈면들에 위험 발생 시 모니터에 비탈면 위치 및 위험 내용을 표시하고 경고등이 켜지거나 스피커를 통해 경고음이 울리는 것을 특징으로 하는 비탈면 변위 모니터링 시스템.The method of claim 1,
The server-based control center configures an integrated monitoring system to integrate and manage the slope situation distributed across the country. Slope displacement monitoring system, characterized in that the alarm sounds through the.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2021-05-11 KR KR1020210060485A patent/KR102365368B1/en active IP Right Grant
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