KR100351511B1 - 디지피에스를 이용한 성토다짐관리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템에 관한 것으로, 지피에스 위성들과, 롤러에 장착되어 롤러의 위치데이터 및 높이데이터를 상기 지피에스 위성들로부터 수신하는 롤러 지피에스 수신기와, 상기 지피에스 위성들로부터 기지국의 위치정보를 수신하는 지피에스 수신기를 포함하고 롤러 지피에스 수신기에 위치보정데이터를 전송하는 기지국과, 상기 롤러에 장착되어 상기 롤러 지피에스 수신기로부터 수신된 데이터를 처리하여 표시하는 데이터 변환처리장치로 구성된 것을 특징으로 하여 성토다짐에 대한 현장관리 수준이 엄격하여 다짐공사의 부실을 예방할 수 있는 효과가 있고, 또한 시공관리 자료의 수집이 용이하고 시공수준이 더욱 향상될 수 있는 효과가 있으며, 시간, 인력, 비용의 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지피에스를 이용한 성토다짐관리시스템{Clay compaction administration system using a differential global positioning system}

본 발명은 지피에스를 이용한 성토다짐관리시스템에 관한 것으로, 특히 정밀한 공사를 요하는 토목공사현장에서 롤러(Roller)에 의한 성토다짐작업을 지피에스를 이용하여 정확하고 효율적으로 관리하기 위한 지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템에 관한 것이다.

종래 일반적으로 시행되는 롤러를 통한 성토다짐 공사에서의 문제점을 설명하면 다음과 같다.

다짐공사는 롤러의 다짐 횟수가 성토의 품질을 결정한다고 할 수 있으나 대부분의 다짐공사가 현실적으로 시방서에 규정한 횟수대로 공사를 수행하지 않고 있다. 또한, 현재는 시방서 규정의 다짐 횟수를 다짐공법을 통해 정확히 이행했는지 확인할 수 없기 때문에 공사 과정마다 관리시험(들밀도시험, 평판재하시험 등)을 실시한다. 이런 관리시험을 시행하기 위해서는 많은 인원과 장비가 소요되고 시험결과를 얻기까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 시험횟수를 위한 시료 채취조차도 임의 지역에서 자의적으로 채취하여 형식적인 시험과정을 거쳐 부실시험을 행하게 되는 문제점이 있고, 시험 횟수 규정에 미달하는 문제점이 있다.

일반적으로 토목사업장내에서 다짐이란 성토 다짐 공사현장이 결정되고 나면 동일현장 흙에 대한 실내시험을 실시하여 최대건조단위밀도를 얻는다. 그러나 현장 다짐은 실내에서 행해지는 표준 다짐의 형태와 달리 대규모, 대용량의 거대장비를 통하여 진행되므로 품질의 수준을 규격화하기가 힘들고, 다짐이 부실화되는 부분에 대한 관리가 어려운 문제점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 현재 토목현장에서 시행되는 다짐공정과 품질관리에 대한 문제점을 정리하면,

첫째, 다짐이 수행되는 공정에서는 롤러 작동자(operator)의 주관적 판단에 의해 다짐장비의 구간 왕복횟수(pass)가 정해지기 때문에 다짐구간에 대한 일부 중복 또는 누락이 일어나는 문제점이 있다. 또한 과도한 다짐으로 인하여 성토재의 세립화, 지반의 파괴등의 문제점이 있고, 부실한 다짐으로 인하여 지반의 부등침화(differential settlement), 지지력 약화등이 일어날 수 있는 문제점이 있다.

둘째, 중요구조물 기초기반에 대해서는 층다짐을 수행하도록 되어있다. 표준적인 1층 다짐 두께는 구조물 및 성토재의 역할에 따라 달라진다. 표준적으로 제안된 1층 다짐두께에 대한 관리를 정량화하는 것도 매우 중요한 품질관리 사안임에도 현장에서는 무작위적인 성토재의 혼합과 포설로 인한 다짐이 수행될 수 있으므로이에 대한 관리가 필요하였다. 특히 공기단축을 위하여 1층 다짐두께를 무작위로 설정하면 고른 품질을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

셋째, 현재 공사현장에서 실행되고 있는 성토다짐 시험에 대한 표준 규격은 우리나라에서는 KS F2312에 명시하고 있다("현장에서 모래 치환법에 의한 흙의 단위중량 시험방법"(KS F 2311(1986년판)). 그러나 이 시험법의 규모(size)가 현장 전역의 다짐도를 반영하지 못하는 까닭에 대규모 "들밀도 시험"이 수행되기도 한다. 상기 표준규격에 의한 시험법은 중요 토목구조물 기초의 지반형성을 위하여 수십차례의 층다짐이 시행되는 현재의 토목현실을 감안한다면 1회 층다짐시 마다 수차례 시험을 수행해야 하기 때문에 매우 비능률적인 문제점이 있고, 결과론적인 품질관리에 지나지 않다. 또한 상기한 시험법은 넓은 다짐 현장내 특정 지점에 대한 자료로 대표성을 가지기 힘들기 때문에 많은 시험이 수행되어야 하므로, 다짐 공정에서 이를 관리하고 평면적, 그리고 입체적인 품질관리를 할 수 있는 시스템의 도입이 필요한 문제점이 있다.

또한, 실제 토목현장에서는 생산되는 결과물은 막대한 자본과 노동력을 필요로 하며, 공정의 도입과 단계별 품질관리에 대한 중요성은 매우 크다. 성토다짐작업 역시 단순화된 공정에 비하여 구조물의 안정성을 뒷받침하는 가장 기본적인 작업이며, 투자되는 경비와 인력을 고려한다면 대규모적인 작업이므로 품질관리 및 공정관리가 더욱 필요하였다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 성토다짐공사에 있어서의 문제점을 개선하기 위하여 안출한 것으로, 이동국에 해당하는 롤러에 지피에스수신기를 설치하고 기준국에 지피에스수신기를 고정시켜 센티미터 단위 이내의 정밀도로 롤러의 움직임을 파악하고 지피에스 수신기로부터 얻어진 롤러의 X,Y 데이터(궤도데이터)와 높이(H)값에 대한 데이터를 분석하여 다짐작업을 효율적이고 과학적으로 관리할 수 있도록 한 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 지피에스 위성들과, 롤러에 장착되어 롤러의 위치데이터 및 높이데이터를 상기 지피에스 위성들로부터 수신하는 롤러 지피에스 수신기와, 상기 지피에스 위성들로부터 기지국의 위치정보를 수신하는 지피에스 수신기를 포함하고 롤러 지피에스 수신기에 위치보정데이터를 전송하는 기지국과, 상기 롤러에 장착되어 상기 롤러 지피에스 수신기로부터 수신된 데이터를 처리하여 표시하는 데이터 변환처리장치로 구성된 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리 시스템은 정확한 데이터를 고가의 정밀한 지피에스 수신기를 통해 수집하고 수집된 데이터를 소프트웨어를 통해 정확하고 효과적으로 분석한다. 소프트웨어는 지피에스를 통해 수집된 데이터를 센터에서 실시간 또는 후처리 방식으로 분석하여 롤러의 위치,궤적, 속도, 다짐횟수 및 다짐지역에 대한 층의 두께를 표시장치를 통해 정확히 표시한다. 이러한 롤러의 각종 정보는 표시장치상에 다양한 색상을 통한 표현도 가능하므로 현장관리자가 쉽게 작업 상황을 파악하여 현장에 문제점 보완을 지시할 수 있는 방식이 본 발명에 사용된다.

도 1 은 본 발명에 따른 성토다짐 관리시스템의 개략적인 구성도

도 2 는 본 발명에 따른 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템에서의 데이터 변환처리장치의 블럭구성도

도 3 은 본 발명에 따른 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템에서의 동작흐름도

도 4 는 도 2 의 데이터 변환처리장치를 통해 표시수단에 성토다짐현장이 표시된 도면

도 5 는 도 2 의 데이터 변환처리장치를 통해 선택된 롤러이동궤적이 표시수단에 표시된 도면

도 6 은 도 2 의 데이터 변환처리장치를 통해 선택된 다짐횟수보기가 표시수단에 표시된 도면

도 7 은 도 2 의 데이터 변환처리장치를 통해 선택된 층관리보기가 표시수단에 표시된 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 롤러 6 : 지피에스 수신기

8 : 지피에스 위성 10:기지국

12: 기지국 지피에스 수신기 20: 데이터 변환처리장치

22: 지피에스 데이터 수신부 24: 중앙처리부

23: 기능선택부 24: 프로그램 저장부

25: 화면처리부 27: 표시수단

28: 데이터 저장부

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에서 제안한 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템에 대한 구성 및 동작관계를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 적용된 디지피에스기술을 설명하기 위하여 먼저 지피에스 기술을 설명한다.

지피에스(Global Positioning System; GPS)는 미국 국방부에서 군사용으로 개발한 새로운 위성항법시스템으로 24개의 지피에스위성을 이용하며, 군용에서 사용하는 P코드를 이용한 정밀 위치 서비스(Precise Positioning Servie; PPS)는 16m, 민간인에게 허용한 C/A 코드를 사용한 표준 위치 서비스(Standard Positioning Service; SPS)는 100m의 위치 측정 정확도를 갖는다. 그러나, 이 정도의 정확도로는 다양한 응용분야에서 요구하는 위치 측정 정확도를 만족시킬 수 가 없다. 보다 정확한 위치 정보를 얻기 위한 방법으로 디지피에스가 대두되었다.

디지피에스(Differential GPS)는 위치가 알려진 기준국(reference station)에서 현재 위성으로부터 보내오는 정보에 의한 의사 거리 측정값에 있는 오차 성분을 계산하여 이를 주변의 사용자에게 알려주어 보다 향상된 위치 결정을 가능하게 하는 항법 시스템이다. 디지피에스 시스템에서는 기준국에서 미리 측정된 자신의위치와 지피에스신호를 받아 계산된 위치를 비교하여 해당 순간의 지피에스 신호에 의한 위치오차 보정정보(correction message)를 계산하여 보정정보 전송시 표준포맷인 알티씨엠(RTCM;Radio Technical Commission for Maritime Service)포맷으로 수신기에 전송하여 위치계산에 반영하므로써 사용자 위치를 매우 정확하게 계산한다.

이러한 과정은 지피에스 신호에 포함되어 있는 여러 오차요인 즉, 지피에스 위성궤도오차, 지피에스 위성 시계오차, 지피에스 신호가 전리층과 대류권의 통과시 발생되는 전리층 지연오차와 대류권 지연오차, 다중경로 오차, 수신기 잡음 오차등에서 다중경로오차와 수신기 잡음 오차를 제외한 오차가 기준국과 사용자간의 공통오차로 간주되어 이들이 소거되는 원리를 이용한 것이다.

즉, 디지피에스(Differential GPS)는 지피에스의 오차를 최소화한 지피에스 위치보정기술로 지피에스를 한단계 진보시킨 기술이다. 본 발명은 이러한 지피에스기술을 이용하여 지피에스수신기를 통해 수집된 데이터를 분석하는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템의 개략적인 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 롤러(2)가 성토다짐작업을 하기 위해 지면(4)에 밀착되어 있다.

참조부호 6은 지피에스 수신기로서 롤러(2)에 장착되어 지피에스 인공위성(8)들로부터 각종 데이터신호, 즉 롤러의 위치데이터 X,Y 신호와 해발고도를 이용한 높이값(H)에 대한 데이터를 수신한다. 이 값들이 후술하는 데이터 변환처리장치의 중요한 처리데이터가 된다.

참조부호 10은 기지국으로서 상기 지피에스 인공위성(8)들로부터 지피에스 수신기(12)를 통하여 위치데이터 신호를 수신하고, 상기 롤러(2)와 송수신장치(도시안됨)를 통해 무선통신이 가능하다. 상기 기준국 지피에스 수신기(12)로부터 롤러(2)는 보정된 위치데이터를 받게되어 더욱 정확한 위치데이터를 얻을 수 있다.

상기 롤러(2)는 상기 지피에스 수신기(6)로부터 전달받은 데이터를 변환하여 처리할 수 있는 데이터 변환처리 장치(도 2 참조)를 갖추고 있으며, 또한 변환된 데이터를 무선으로 전송할 수 있는 무선통신부(도 2참조)를 갖추고 있다.

상기한 데이터 변환처리장치는 롤러(2)내에 장착될 수도 있고 별도의 센터(Center)에 설치되어 외부에서 롤러(2)의 지피에스 수신기(6)를 통해 얻은 데이터를 수신하여 성토다짐관리를 할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 적용된 데이터 변환처리장치의 블럭구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 데이터 변환 처리장치(20)는 롤러(2)에 설치된 지피에스 수신기(6)로부터 수신된 데이터, 즉 롤러의 X,Y데이터와 높이데이터를 수신하는 지피에스 데이터 수신부(22)와, 수신된 데이터를 처리하는 중앙처리부(24)와, 지피에스 수신 데이터로부터 수신된 데이터를 처리하기 위한 프로그램이 내장된 프로그램 저장부(26)와, 상기 프로그램 저장부(26)의 프로그램을 통하여 처리된 데이터를 상기 중앙처리장치(24)의 제어신호에 따라 저장하기 위한 데이터 저장부(28)와, 표시수단(27)에 원하는 화면이 표시되도록 하는 기능 선택부(23)와, 상기 기능 선택부(23)의 선택신호에 따라 상기 데이터 저장부(28)에 저장된 데이터를 읽어들여 화면처리부(25)를 거쳐 표시수단(27)에 해당 자료를 표시한다.

참조부호 29는 무선통신부로서, 중앙처리부(24)의 제어하에 다른 무선 모뎀과 데이터 전송이 가능하다.

도 3 은 본 발명에 따른 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템의 동작흐름도를 나탄낸 것으로서, 이에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에서는 지피에스 수신기의 각종 데이터를 수신한다. 이후 중앙처리부(24)는 프로그램저장부(26)의 프로그램을 읽어들이고 단계 S 12에서, 초기 화면, 즉 롤러 이동상황을 표시수단(27)을 통해 표시한다. 이후 단계 S14에서 다짐횟수 보기가 선택되었는가를 판단한다. 만약 기능선택부(23)를 통해 다짐횟수 보기(풀다운 메뉴(pull down menu)형식으로 표시됨)를 선택한 경우에는 단계 S16에서 상기 중앙처리부(24)는 데이터 저장부(28)의 데이터를 읽어들여 다짐횟수에 따라 화면처리부(25)를 통해 데이터를 처리하고 그 처리결과를 롤러(2)의 이동궤적으로 표시한다. 이때, 이동궤적의 표시는 색깔별로 표시되며, 각 색깔에 따라 이동횟수가 동시에 화면에 표시된다. 이후 단계 S18에서는 중앙처리부(24)는 다짐횟수가 6회이상인가를 판단한다. 만약 다짐횟수가 6회 이상인 경우에는 종료하고, 만약 다짐횟수가 6회미만인 경우에는 재작업을 예를 들어, 화면 하단에 표시하는 형식으로 표시한다.

한편, 단계 S22에서는 기능선택부(23)로부터 롤러이동궤적 보기가 선택되었는가를 판단하여 단계 S24에서 롤러 이동궤적을 표시하거나, 또는 롤러이동상황을 표시하는 화면으로 진행한다.

한편, 단계 S26에서는 기능선택부(23)로부터 층(두께)관리보기가 선택되었는가를 판단한다. 만약 층관리보기가 선택된 경우에는 단계 S28에서는 층(두께)데이터를 처리하여 단계 S30에서 층(두께)에 따른 이동궤적을 표시한다. 또한, 단계 S32에서는 층두께에 따른 이동궤적이 일정한가를 판단하여, 이동궤적이 일정하지 않은 경우에는 재작업을 지시한다.

도 4 는 도 2 의 데이터 변환처리 장치를 통해 표시수단에 성토다짐현장이 표시된 도면으로서, 이에 도시한 바와 같이, 각종 메뉴 바(bar)가 즉, 작업, 파일, 창보기, 색변경.., 도움말 등등의 메뉴 바(bar)가 화면상단에 도시되어 있고, 작업환경, 즉 성토다짐 작업 현장에 대한 도면이 도시된 초기화면을 나타내고 있다. 상기 도시된 작업 현장에는 현재 롤러(2)의 위치가 도시되어 있다. 상기 롤러(2)의 위치는 롤러(2)에 장착된 지피에스 수신기(6)로부터의 데이터를 지피에스 데이터 수신부(22)를 통해 읽어들여 처리한 것으로서, 롤러(2)의 위치가 실시간으로 표시된다.

도 5는 도 2 의 데이터 변환처리 시스템에서의 롤러 이동궤적 보기화면을 나타낸 것으로서, 이에 도시한 바와 같이, 사용자가 기능선택부(23)를 통해 메뉴 바(bar)중에서 롤러 이동궤적 보기항목을 선택, 즉 클릭(click)하면 이와 같은 화면이 표시된다.

도 6은 도 2 의 데이터 변환처리 시스템에서의 다짐 횟수보기 화면을 나타낸 것으로서, 이에 도시한 바와 같이, 사용자가 기능선택부(23)를 통해 메뉴 바(bar)중에서 다짐횟수보기 항목을 선택, 즉 클릭(click)하면 이와 같은 화면이 표시된다. 화면에서 이동궤적의 위치에 따라 각각 다른 색깔로 표시될 수 있는데. 이것은색깔별로 지정된 롤러 다짐횟수를 각각 다른 색깔로 표시하기 위한 것이다. 일반적으로 6회 이상의 다짐횟수 작업을 요구하므로 롤러 다짐횟수가 6회 미만인 경우에는 특정한 색깔로 표시한다. 이때 사용자가 마우스(mouse)의 커서(cursor)를 이동해 갈때마다 해당부분의 다짐횟수가 표시되게 할 수도 있다. 6회미만의 다짐횟수 지역에 대해서는 재작업을 지시한다. 재작업 지시는 중앙처리부(24)의 제어하에 무선통신부(29)를 통해 자동으로 지시할 수 도 있고, 수동으로 지시할 수도 있다.

도 7은 도 2 의 데이터 변환처리 시스템에서의 층(두께) 관리 보기화면을 나타낸 것으로서, 이에 도시한 바와 같이, 사용자가 기능선택부(23)를 통해 메뉴 바(bar)중에서 층(두께) 관리보기 항목을 선택, 즉 클릭(click)하면 이와 같은 화면이 표시된다. 화면에서 층(두께)가 다른 색깔로 표시될 수 있는데, 예를 들어, 층(두께)이 일정한 경우에는 색깔이 표시되고, 층이 일정하지 않은 지역은 색깔이 표시되지 않도록 한다. 층이 일정하지 않은 지역이 있는 경우에는 재작업을 지시한다. 재작업 지시는 중앙처리부(24)의 제어하에 무선통신부(29)를 통해 자동으로 지시할 수도 있고, 수동으로 지시할 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서 제안된 지피에스를 이용한 성토다짐관리시스템은 지피에스 수신기를 이용한 다짐차량의 궤도(Track)분석과 단차(level)자료를 활용한 성토 및 다짐 관리 기법을 제시하고 있다.

또한, 시간대별 자료 취득을 통하여 운용되고 있는 롤러 운행속도등을 분석할 수 있다. 성토 다짐의 품질을 좌우하는 요인중의 하나인 장비의 운행 속도를 분석하여 관리 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 DGPS를 이용한 성토다짐관리시스템에 의하면, 다짐에 대한 현장관리 수준이 엄격하여 다짐공사의 부실을 예방할 수 있는 효과가 있다. 또한 시공관리 자료의 수집이 용이하고 시공수준이 더욱 향상될 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 성토관리 시스템은 시간, 인력, 비용의 절감할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (6)

1. 지피에스 위성들과,

   롤러에 장착되어 롤러의 위치데이터 및 높이데이터를 상기 지피에스 위성들로부터 수신하는 롤러 지피에스 수신기와,

   상기 지피에스 위성들로부터 기지국의 위치정보를 수신하는 지피에스 수신기를 포함하고 롤러 지피에스 수신기에 위치보정데이터를 전송하는 기지국과,

   상기 롤러에 장착되어 상기 롤러 지피에스 수신기로부터 수신된 데이터를 처리하여 표시하는 데이터 변환처리장치로 구성된 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터 변환처리장치는 상기 지피에스 수신기로부터의 위치데이터 및 높이데이터를 수신하는 지피에스 데이터 수신부와,

   각종 기능을 선택하는 기능선택부와,

   각종 데이터의 처리 및 분석을 위한 프로그램이 내장된 프로그램 저장부와,

   상기 지피에스 데이터 수신부의 신호를 상기 기능선택부의 신호에 따라 프로그램저장부의 프로그램을 통해 처리하는 중앙처리부와,

   상기 중앙처리부의 제어신호에 따라 화면처리하여 해당하는 화면을 표시하는 화면처리부와,

   상기 화면처리부의 신호를 표시하기 위한 표시수단과,

   상기 중앙처리부의 제어신호에 따라 수신된 각종 데이터를 저장하는 데이터 저장부로 구성된 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 중앙처리부의 제어신호에 따라 처리 결과를 별도의 관리센터에 전송하기 위한 무선통신부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 기능선택부는 다짐횟수보기, 롤러이동궤적보기, 또는 층관리보기를 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 기능선택부의 다짐횟수보기선택신호에 따라 상기 중앙처리부는 다짐횟수가 소정횟수 미만이면 재작업을 위한 지시신호를 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 기능선택부의 층관리보기 선택신호에 따라 상기 중앙처리부는 롤러이동궤적이 일정한가를 판단하고, 롤러이동궤적이 일정하지 않은 경우에는 재작업을 위한 지시신호를 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디지피에스를 이용한 성토다짐 관리시스템.