KR100333781B1 - 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템 - Google Patents

노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템 Download PDF

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    • E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/01—Devices or auxiliary means for setting-out or checking the configuration of new surfacing, e.g. templates, screed or reference line supports; Applications of apparatus for measuring, indicating, or recording the surface configuration of existing surfacing, e.g. profilographs

Abstract

본 발명은 차량의 앞쪽에 설치된 지지대에 설치되어 노면과의 거리를 측정하는 다수개의 요철 측정센서로 구성된 측정모듈과, 차량의 이동거리를 측정하는 거리 측정수단과, 차량의 앞쪽에 설치된 지지대의 양쪽에 설치되어 이동중인 차량의 흔들림과 기울기를 측정하는 가속도 측정수단 및 상기 노면과의 거리 및 차량의 이동거리를 분석하여 도로의 소형변형과 종단평탄성을 구하고 차량의 흔들림과 기울기에 따라 이를 보정하는 처리 및 제어수단으로 이루어진다.
따라서, 본 발명에 의하면 주행중인 차량의 흔들림이나 속도에 관계없이 포장 손상정도의 주요한 지표인 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 보다 효율적으로 획득할 수 있다.

Description

노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템{Automatic Transverse and longitudinal Road Profile Surveying System}
본 발명은 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행중인 차량의 진동이나 속도에 관계없이 포장 손상 데이터인 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 보다 효율적으로 획득하기 위한 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템에 관한 것이다.
도로망의 확충에 따라 아스팔트나 콘크리트 도로를 보다 체계적이고 효율적으로 관리하기 위해서 포장 유지 관리시스템이 등장하였고, 아스팔트 및 콘크리트 포장을 유지 관리하는 포장 유지 관리시스템을 보다 효율적으로 운용하기 위해서는 신뢰성 있는 입력자료의 확보가 가장 중요한 데, 이러한 입력자료로는 종단평탄성, 횡방향 소성변형, 균열면적, 미끄럼 저항 등을 들 수 있다.
도로 유지 관리시스템의 중요성에 따라 국내에서도 아스팔트 및 콘크리트로 포장된 도로를 유지 관리하기 위한 포장 유지 관리시스템이 구축되어 운용되고 있는 데, 이 시스템의 입력자료 확보를 위해 사용되는 조사장비의 대부분이 프랑스나 캐나다 등으로부터 수입되고 있어 측정원리 및 장비 자체의 특성에 대한 이해부족, 도입기간의 경과에 따른 장비의 노후화, 시스템의 보정 및 유지관리의 어려움 등으로 인하여 활용성이 떨어질 뿐만 아니라, 해당 분야의 국내 기술이 발전하지 못하는 결점이 있다.
상기한 바와 같은 결점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 주행중인 차량의 진동이나 속도에 관계없이 포장 손상 데이터인 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 보다 효율적으로 획득하기 위한 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 따른 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템을 나타내는 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템의 장착상태를 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 측정모듈 2 : CCD 카메라
3 : 가속도 센서 4 : 처리 및 제어수단
5 : 거리 측정기 6 : VCR
7 : 저장수단 8 : 지지대
9 : 경광등 10 : 모니터
11, 12, 13, 14, ..., 1n : 요철 측정센서
21 : 광 송신부 22 : 광 수신부
23 : 배경 잡음 제거회로
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템은, 차량의 앞쪽에 설치된 지지대에 설치되어 노면과의 거리를 측정하는 다수개의 요철 측정센서로 구성된 측정모듈; 차량의 이동거리를 측정하는 거리 측정수단; 차량의 앞쪽에 설치된 지지대의 양쪽에 설치되어 이동중인 차량의 흔들림과 기울기를 측정하는 가속도 측정수단; 및 상기 노면과의 거리 및 차량의 이동거리를 분석하여 포장의 소형변형과 종단평탄성을 구하고 차량의 흔들림과 기울기에 따라 이를 보정하는 처리 및 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 요철 측정센서는 종·횡단 요철을 측정하기 위한 노면에 광을 조사하는 광 송신부와, 노면으로부터 반사되는 광을 수신하는 광 수신부 및 상기 광 수신부를 통한 신호에 포함된 노이즈를 제거한 후 처리 및 제어수단에 공급하는 배경 잡음 제거회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광 송신부로서는 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 초음파 센서나 레이저 센서 등도 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서는 상기 처리 및 제어수단에 의해 처리된 노면에 대한 종·횡단 요철 데이터를 백업(back up)받아 저장하는 저장수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서는 이동중인 차량의 전방상황을 촬영하는 CCD 카메라 및 상기 CCD 카메라에 의해 촬영된 전방상황에 대한 영상을 저장하는 VCR을 더 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도1에 도시한 것처럼, 도로의 종·횡단 요철을 측정하기 위해서 노면과의 거리를 측정하는 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ..., (1n)(LED)로 구성된 측정모듈(1)이 측정값을 처리 및 제어수단(4)에 공급할 수 있도록 연결되어 있다. 여기서, 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ..., (1n)는 종·횡단 요철을 측정하기 위한 노면에 광을 조사하는 광 송신부(21)와, 노면으로부터 반사되는 광을 수신하는 광 수신부(22) 및 광 수신부(22)를 통한 신호에 포함된 노이즈를 제거한 후 처리 및 제어수단(4)에 공급하는 배경 잡음 제거회로(23)로 구성되어 있다.
이렇게 구성된 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ..., (1n)는 차량의 앞면에 설치된 소정간격으로 U자형의 지지대(8)에 설치되어 있으며, 처리 및 제어수단(4)의 제어로 서로 이웃하는 센서가 일정시간 간격으로 구동되어 상호간의 간섭으로 인한 오동작을 방지하고 있다. 물론, 처리 및 제어수단(4)은 거리 측정기(5)에 의해 검출되는 차량의 이동거리에 따라 차량이 소정거리를 이동할 때마다 각 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ..., (1n)를 구동시켜 차량의 속도에 관계없이 센서와 노면과의 거리를 측정할 수 있도록 한다.
노면과 센서와의 거리 및 차량의 이동거리를 분석하여 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 구한 처리 및 제어수단(4)은 차량의 흔들림과 기울기에 따라 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 보정하여 모니터(10)를 통해 실시간으로 출력할 수 있도록 구성되어 있을 뿐만 아니라, 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 저장할 수 있도록 저장수단(7)이 추가로 접속되어 있다.
또한, 처리 및 제어수단(4)의 제어로 구동되어 이동중인 차량의 전방상황을 촬영하는 CCD 카메라(2)와 CCD 카메라(2)에 의해 촬영된 전방상황에 대한 영상을 저장하는 VCR(6)이 더 구성되므로 종단 평탄성, 횡방향 소성변형과 함께 전방상황에 대한 영상을 수집할 수 있다.
도2는 차량에 장착된 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템을 도시한 것으로서, 차량의 앞면에 설치된 U자형 지지대(8)에는 다수개의 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ...,(1n)로 구성된 측정모듈(1)과 가속도 센서(3)가 장착되어 있으며, 차량의 내부에는 전방을 촬영하기 위한 CCD 카메라(2)가 설치되어 있으며, 차량의 바퀴의 회전으로부터 차량의 이동거리를 감지할 수 있도록 거리 측정기(5)가 설치되어 있으며, 차량의 내부에는 시스템의 나머지 구성요소인 처리 및 제어수단과 VCR, 저장수단 및 전원 공급장치(발전기) 등이 설치되어 있다. 물론, 차량의 상부에는 차량의 이동을 알리기 위한 경광등(9)이 설치되어 있다.
도로포장을 경제적이고 효율적으로 보수하기 위해서는 포장의 파손정도를 정확히 파악하여 적절한 보수공법을 선택해야 한다. 이를 위해서는 파손의 정도를 수치적으로 파악하는 방법으로 본 발명에서는 AASHO 도로시험에서 개발된 포장공용지수를 참조하여 도로의 공용조건에 적합한 상태평가지수를 개발하였는 데, 이 도로 유지관리시스템의 주논리에 사용되는 포장상태 평가모델은 아래의 수학식 1과 같다.
HPCI = 4.564 - 0.348 ×IRI - 0.36 X RUT - 0.01 X (TC + AREA)0.5
여기서, HPCI는 Highway Pavement Condition Index
IRI는 International Roughness Index
RUT는 소성 변형량(cm)
TC는 온도 균열량(m/500m)
AREA는 거북등 균열 및 팻칭량(m2/500m)
위의 수학식1에서 보는 바와 같이 포장의 공용성을 평가하는 대표적인 인자로는 노면의 균열, 소성균형 깊이, 종단편탄성 등을 들 수 있으며, 유지 보수계획의 기초자료를 얻을 목적으로 노면상의 3요소와 함께 미끄럼 저항값 등의 조사가 폭넓게 실시되고 있다. 이러한 인자들을 측정하는 본 발명의 동작을 도1에 의해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 시스템을 구동시킨 후 도로를 주행하면 거리 측정기(5)에 의해 검출된 차량의 이동거리에 대한 정보가 처리 및 제어수단(4)에 입력된다. 차량의 이동거리를 감지한 처리 및 제어수단(4)은 차량이 소정거리를 이동할 때마다 노면의 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 측정할 수 있도록 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ...,(1n)를 구동시킨다. 이 때 처리 및 제어수단(4)은 각 센서간의 간섭을 방지하기 위해서 서로 인접한 센서가 동시에 구동되지 않도록 제어한다.
이에 따라 각 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ...,(1n)의 광 송신부(21)로부터 송신된 광이 노면에 반사된 후 광 수신부(22)에 의해 수신되어 처리 및 제어수단(4)에 입력된다. 이때 배경 잡음 제거회로(23)는 광 수신부(22)로부터 처리 및 제어수단(4)에 입력되는 신호 중 잡음을 제거하는 역할을 수행한다.
이렇게 다수개의 요철 측정센서(11)(12)(13)(14), ...,(1n)로부터 노면의 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 측정하기 위한 신호를 입력받은 처리 및 제어수단(4)은 이를 분석하여 노면의 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 구한다.
그리고, 가속도 센서(3)로부터 입력되는 차량의 흔들림과 기울기, 즉 차량의 주행으로 인하여 각 센서와 노면과의 거리가 변화되거나 차량의 기울기가 변화되는 것에 대해서 처리 및 제어수단(4)은 노면의 종단 평탄성, 횡방향 소성변형의 측정치를 보정한다.
그리고, 처리 및 제어수단(4)은 보정된 노면의 종단 평탄성과 횡방향 소성변형은 모니터(10)를 통해 실시간으로 출력하는 한편 저장수단(7)에 저장한다.
또한, 차량의 전방을 촬영할 수 있도록 설치된 CCD 카메라(2)는 차량이 이동하는 동안 차량의 전방상황을 촬영한 후 이를 VCR(6)에 공급하므로 노면상태에 대한 데이터가 저장수단(7)에 저장됨과 동시에 차량의 전방상황에 대한 영상이 VCR(6)에 기록된다.
따라서, 본 발명에 의하면 노면상태에 대한 객관적인 종단 평탄성, 횡방향 소성변형을 측정하여 포장 유지 관리시스템에 제공함으로써 과학적이고 객관적인 포장자료를 수집할 수 있으며, 첨단 측정장비에 대한 기술을 축적할 수 있으며, 노면상태 조사작업의 자동화로 유지보수를 위한 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 차량의 앞쪽에 설치된 지지대에 설치되어 노면과의 거리를 측정하는 다수개의 요철 측정센서로 구성된 측정모듈;
    차량의 이동거리를 측정하는 거리 측정수단;
    차량의 앞쪽에 설치된 지지대의 양쪽에 설치되어 이동중인 차량의 흔들림과 기울기를 측정하는 가속도 측정수단; 및
    상기 노면과의 거리 및 차량의 이동거리를 분석하여 도로의 소형변형과 종단평탄성 및 균열면적을 구하고 차량의 흔들림과 기울기에 따라 이를 보정하는 처리 및 제어수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요철 측정센서는, 종·횡단 요철을 측정하기 위한 노면에 광을 조사하는 광 송신부와, 노면으로부터 반사되는 광을 수신하는 광 수신부 및 상기 광 수신부를 통한 신호에 포함된 노이즈를 제거한 후 처리 및 제어수단에 공급하는 배경 잡음 제거회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 송신부는, 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 노면 종·횡단 요철 자동측정시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 및 제어수단에 의해 처리된 노면에 대한 종·횡단 요철 데이터를 백업받아 저장하는 저장수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    이동중인 차량의 전방상황을 촬영하는 CCD 카메라; 및
    상기 CCD 카메라에 의해 촬영된 전방상황에 대한 영상을 저장하는 VCR이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템.
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