KR100447026B1 - 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템에 관한 것으로, 교량이나 댐 또는 대형 건축물과 같은 각 구조물에 이상 유무가 발생될 것으로 예상되는 위치에 설치된 각각의 계측기기와; 이 계측기기로부터 계측된 데이터를 수집하여 네트워크를 통해 메인 네트워크 시스템으로 전송시켜 주고, 메인 네트워크 시스템으로부터 전송된 시그날을 받아 상기 계측기기를 제어하기 위해 각 구조물에 설치된 로컬 네트워크 시스템과; 그리고, 상기 각 로컬 네트워크 시스템과 네트워크로 연결되어 있으면서 전송된 데이터를 수집하여 분석후 저장하고 모니터링하여 각 구조물에 대한 DB를 시켜 주는 메인 네트워크 시스템으로 구성함으로써, 각각의 구조물에 대하여 실시간(real time)으로 이상 유무에 대한 측정과 감시를 통합적으로 관리할 수 있게 되어, 대형 구조물에 대한 유지와 보수 그리고 안전 관리를 체계적으로 신속하게 처리할 수 있는 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템{Measuring/monitoring system for structures using network}

본 발명은 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량이나 댐 또는 건축물과 같은 대형 구조물에서 발생하는 이상(또는 손상) 유무를 측정할 수 있도록 각각의 구조물에 계측기기를 설치하고, 이 계측기기로부터 수집된 데이터가 네트워크에 연결된 로컬 네트워크 서버(local network server)를 통해 메인 네트워크 서버(main network server)에 제공되어 데이터 분석 및 진단을 할 수 있도록 구성함으로써, 여러 구조물에 대한 이상 유무를 메인 네트워크 서버를 통해 통합하여 관리할 수 있는 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 교량이나 댐 그리고 고층의 건축물과 같은 대형 구조물에는 언제 발생할지 모르는 이상 유무를 판단하기 위해 여러가지 계측기기, 예를 들어 가속도계, 처짐계, 경사계, 변형률계, 온도계, 풍향·풍속계, 지진계, CCD 등이 사용되고 있으며, 이 각각의 계측기기로부터 계측된 데이터를 DB화 시켜서 구조물의 이상 유무를 판단하는 기초 자료로 사용하게 된다.

이러한 계측기기를 이용한 구조물의 상태 감시나 안전 진단은 보통 한 건축물에 대하여 적어도 하나 이상의 관리사무소를 두고, 관리사무소와 계측기기 사이에서 국부적인 계측과 안전 진단을 수행하고 있다.

그러나, 구조물의 대형화되어 가고 있으며 그 수가 많아짐에 따라 계측에 의한 이상 감시 및 안전 진단을 수행하기 어렵고, 또한 각 구조물에 대한 계측기기의 설치 및 보정, 교정 등에 많은 비용이 들어가기 때문에 대형 구조물에 대한 이상 유무를 판단하기 위한 계측수단의 설치 및 관리에 큰 어려움이 뒤따르게 되어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

또한, 댐과 댐 또는 교량과 교량 등 동일한 구조물에서 계측/관리되는 이상 유무에 대한 데이터가 관리 사무소 등을 통해 독립적으로 운영·관리되어 왔기 때문에, 이와 유사한 구조물을 신축하는 경우나 구조물에 대한 진단을 하는데에 따른 응용에 데이터를 공유하여 이상 유무에 대한 진단 및 예방을 하는데 이용되지 못하는 문제가 발생하게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 교량이나 댐 또는 대형 건축물과 같은 각 구조물에 이상 유무가 발생될 것으로 예상되는 위치에 설치된 각각의 계측기기와; 이 계측기기로부터 계측된 데이터를 수집하여 네트워크를 통해 메인 네트워크 시스템으로 전송시켜 주고, 메인 네트워크 시스템으로부터 전송된 시그날을 받아 상기 계측기기를 제어하기 위해 각 구조물에 설치된 로컬 네트워크 시스템과; 그리고, 상기 각 로컬 네트워크 시스템과 네트워크로 연결되어 있으면서 전송된 데이터를 수집하여 분석후 저장하고 모니터링하여 각 구조물에 대한 DB를시켜 주는 메인 네트워크 시스템으로 구성함으로써, 각각의 구조물에 대하여 실시간(real time)으로 이상 유무에 대한 측정과 감시를 통합적으로 관리할 수 있게 되어, 대형 구조물에 대한 유지와 보수 그리고 안전 관리를 체계적으로 신속하게 처리할 수 있는 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템의 구성을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 로컬 네트워크 서버 컴퓨터를 이용해서 계측과 감시를 통해 얻어지는 데이터를 네트워크를 통해 메인 네트워크 서버로 전송하는과정을 보여주는 설명도,

도 3은 본 발명에 따른 메인 네트워크 서버를 이용하여 구조물에 대한 계측 및 네트워크를 이용한 전송 시스템에 대한 개념도,

도 4는 본 발명에 따른 메인 네트워크 서버로부터 제어를 받는 로컬 네트워크 서버를 이용해서 현장의 계측 장비를 제어하는 과정을 나타내는 구성도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 계측기기 11 : 스트레인 게이지(strain gauges)

12 : 피에조 필름(piezo films) 13 : CCD 카메라

20 : 로컬 네트워크 서버(local network server)

30 : 메인 네트워크 서버(main network server)

100 : 네트워크 200 : 구조물

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템의 구성을 나타내는 구성도이고, 첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 로컬 네트워크 서버 컴퓨터를 이용해서 계측과 감시를 통해 얻어지는 데이터를 네트워크를 통해 메인 네트워크 서버로 전송하는과정을 보여주는 설명도로, 도면부호 100은 통상의 네트워크(network)를, 200은 각각의 구조물을 각각 나타낸다.

본 발명은 중앙 감시 센터로서 메인 네트워크 시스템(30)을 구성하고 여기에 교량이나 댐 또는 대형 건축물과 같은 각 구조물(200)로부터 이상유무를 판단하기 위해 설치된 계측기기(10)에 연결된 로컬 네트워크 시스템(20)을 네트워크(100)를 통해 메인 네트워크 시스템(30)에 연결하고, 이 계측기기(10)로부터 계측된 시그날을 로컬 네트워크 시스템(20)에서 데이터로 획득하여 메인 네트워크 시스템(30)으로 전송가능하게 하며, 또한 상기 메인 네트워크 시스템(30)으로부터 로컬 네트워크 시스템(20)을 통해 측정기기(10)를 직접 제어할 수 있도록 하여 여러 구조물(200)을 한꺼번에 통합하여 관리할 수 있으며 뿐만 아니라 DB로 저장된 데이터를 근거로 유사한 구조물을 신축하는 경우에 이상유무에 대한 안전성을 확고하게 높일 수 있도록 한 것이다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 상기 계측기기(10)로는 첨부도면 도 3과 도 4에서 도시한 스트레인 게이지(strain gauges)(11)나 피에조 필름(piezo films)(12)과 같은 센서류를 사용하는 것도 가능하며, 이 뿐만 아니라 계측과 모니터링을 위한 CCD 카메라(13)를 함께 사용하게 된다.

여기서, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 계측기기(10)로서 상술한 것 뿐만 아니라 가속도계, 처짐계, 경사계, 변형률계, 온도계, 풍향·풍속계, 지진계 등 통상적으로 구조물(200)에 대한 이상 유무를 판단하는데 사용되는 것들을 적어도 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 계측기기(10)를 통해 구조물(200)에 대한 측정방법이나 측정된 데이터의 처리는 통상적인 방법을 따라 이루어지기 때문에 이에 대해서는 여기서 더 이상 설명하지 않기로 한다.

이러한 계측기기(10)는 여러곳에 산재된 각 구조물(200)에 외력이나 과부하에 의한 크랙이나 큰 변형과 같이 이상이 예상되는 곳에 설치되어 이상유무에 대한 시그날을 출력하게 되며, 이러한 시그날은 각 구조물(200) 내에 설치된 로컬 네트워크 시스템(20)으로 전송된다.

상기 로컬 네트워크 시스템(20)은 계측기기(10)로부터 전송된 시그날을 수집하여 데이터로 변환시켜서 네트워크(100)를 통해 메인 네트워크 시스템(30)으로 전송시켜 주게 되고, 상기 메인 네트워크 시스템(30)으로부터 전송 신호에 의해 상기 각 계측기기(10)를 제어하게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 로컬 네트워크 시스템(20)은 메인 네트워크 시스템(30)으로부터의 전송 신호 뿐만 아니라 각 구조물(200)에 설치된 각 로컬 네트워크 시스템(20)을 통해 직접 상기 계측기기(10)를 제어할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이를 위해서 상기 로컬 네트워크 시스템(20)은 내부에 데이터 획득/제어 시스템과 네트워킹 시스템이 구비되어 있다.

상기 데이터 획득/제어 시스템은 상술한 각종 계측기기(10)들로부터 입력되는 시그날을 수집하는 시그날 수집 프로그램과 데이터 수집 보드 그리고 계측기기(10)의 제어를 위한 DSP 보드와 제어 프로그램이 탑재되어 있다.

여기서, 상기 DSP 보드와 제어 프로그램에서 제어하는 제어 대상체로는 상술한 CCD 카메라 뿐만 아니라 일반 교량에 전화선이나 가스관 등에 설치되는 액츄에이터, 솔레노이드, 밸브, 센서의 자동 감지 등을 포함하게 되며, 이때의 제어는 이러한 각종 요소들의 정상적인 작동상태나 감시, 진단 보정과 교정을 모두 포함하게 된다.

이러한 센서의 자동 감지, 진단, 보정과 교정은 TEDS(Digital Communication and Transducer Electric Data Sheet)를 근거로 이루어지게 되며, 이 TEDS는 센서를 계측기기에 연결시켰을 때 센서의 종류나 민감도 등을 자동으로 감지하여 자동설치하거나 원격 조정 및 보정에 도움을 주게 하는 시스템으로 상술한 각종 제어 대상체나 및 계측기기에 내장되게 된다.

상기 네트워킹 시스템은 상술한 데이터 획득/제어 시스템에서 수집된 이상유무에 대한 데이터를 네트워크(100)를 통해 메인 네트워크 시스템(30)으로 전송시켜 주는 시스템으로, 통상의 네트워크 시스템과 같이 구성되어 있다.

즉, 상기 로컬 네트워크 시스템(20)과 메인 네트워크 시스템(30)을 연결시켜 주기 위한 라우터 및 스위칭 뿐만 아니라 허브와 랜카드가 구비되어 있으며, 이 뿐만 아니라 네트워크를 이용한 전송과 통합적인 관리를 위한 통합관리 및 전송프로그램이 미리 로컬 네트워크 시스템(20)에 탑재되어 있다.

따라서, 상기 네트워킹 시스템은 후술하게 될 메인 네트워크 서버(30)에 탑재된 네트워킹 시스템과 네트워크(100)로 연결이 가능하게 되며, 연결후에는 상기 로컬 네트워크 시스템(20)과 메인 네트워크 시스템(30) 사이에서 쌍방향 통신을 가능하게 되고, 이에 따라 후술하는 메인 네트워크 시스템(30)으로의 데이터 전송이나 제어 신호를 받을 수 있게 될 뿐만 아니라 각 구조물(200)를 관리하는 관리인에 의해 직접 계측기기(10) 등을 제어하는 것도 가능하게 된다.

상기 메인 네트워크 시스템(30)는 로컬 네트워크 서버(20)로부터 전송된 이상 유무에 대한 데이터를 분류한 다음 정리하여 저장하고 저장된 데이터를 분석하여 모니터링이 가능하게 된다.

이를 위해 상기 메인 네트워크 시스템(30)에는 네트워킹 시스템과 데이터 관리/모니터링 시스템이 탑재되어 있다.

여기서, 상기 네트워킹 시스템은 상술한 로컬 네트워크 서버(20)에 탑재된 네트워킹 시스템과 동일한 구성으로 이루어져 있으며, 상기 네트워크(100)를 통해 로컬 네트워크 시스템(20)과 메인 네트워크 시스템(30)을 연결시켜 쌍방향으로 통신이 가능하도록 해 주게 된다.

또한, 상기 데이터 관리/모니터링 시스템은 로컬 네트워크 서버(20)로부터 전송된 이상 유무에 관한 데이터를 분류하여 정리하고 데이터를 저장할 뿐만 아니라 데이터를 분석하게 된다.

이렇게 분석이 끝난 데이터는 상기 모니터링 시스템에 의해 이상 유무의 정도에 따라 경고를 하거나 손상 정도를 보여주게 되며, 이 뿐만 아니라 로컬 네트워크 시스템(20)과 네트워크(100)로 연결되어 상기 각 계측기기(10)를 제어하는 것도 가능하게 된다.

예를 들어, 교량을 계측 및 감시 대상으로 하는 경우를 살펴보면, 교량에는 주로 차량이 지나가게 되고 그 밑으로는 지역과 지역 사이를 연결시켜 주는 전화선이나 고압 전선 또는 가스관 등의 배관되어 있으며, 교량에 과부하가 걸려 교량에 이상이 야기되는 경우 데이터 관리/모니터링 시스템은 상기 계측기기(10)로부터 상술한 바와 같이 이상에 대한 데이터를 전송받아 이상 유무를 판단하고 고압전선의 차단기나 가스관 등의 밸브나 솔레이드 등을 작동시켜 가스나 전력 공급을 차단시켜 주면서 동시에 경보를 통해 교량으로 진입하는 차량을 통제하면서 안전관리소로 즉시 연락을 취할 수 있게 하여 교량에 대한 보수는 물론 보강을 할 수 있게 되는 것이다.

물론, 상기 모니터링 시스템은 이상 유무를 판단하게 되면 이에 대한 모니터링 뿐만 아니라 CCD 카메라 등을 를 사용하는 경우에는 이 카메라로 촬영한 영상이 직접 재생되게 하여서, 메인 네트워크 시스템(30)을 관리하는 관리자가 직접 크랙 정도를 확인하거나 차량의 운행 정도나 구조물의 거시적인 관측을 할 수 있게 되는 것은 당연하다.

따라서, 상기 계측기기(10)에 의해 전기적 신호나 영상으로 촬영된 데이터는 로컬 네트워크 시스템(20)에서 데이터로 수집되어 네트워킹 시스템으로 연결된 네트워크(100)를 통해 메인 네트워크 시스템(30)로 전송이 이루어지게 되며, 이렇게 전송된 데이터는 메인 네트워크 시스템(30)에서 분류되어 데이터 분석결과 이에 알맞는 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 전기적 에너지를 시그날로 수집하거나 영상을 통해 수집된 각 구조물의 이상 유무에 대한 데이터를 로컬 네트워크 시스템에서 수집하고 이 데이터를 네트워크를 통해 원거리에 있는 메인 네트워크 시스템으로 전송하고 제어를 받을 수 있게 함으로써, 원거리에서도 다수의 대형 구조물에 대한 통합적인 관리가 가능할 뿐만 아니라 기존의 네트워크를 이용하기 때문에 상시 감시 시스템을 구축하는데 추가적인 비용을 들이지 않고도 효과적인 시스템을 구축할 수 있게 되며, 시스템에 대한 유지와 보수 그리고 비용을 저렴하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 교량, 댐, 대형 건축물 등과 같은 구조물에 설치된 각각의 계측기기와, 상기 계측기기로부터 계측된 데이터를 수집한 후 이를 네트워크를 통해 메인 네트워크 시스템으로 전송가능한 로컬 네트워크 시스템과, 상기 로컬 네트워크 시트템으로부터 전송된 데이터를 수집하여 분석한 후 저장하고 이를 모니터링 가능하게 하는 메인 네트워크 시스템을 포함하는 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템에 있어서,

   상기 로컬 네트워크 시스템 내에 구비되면서 계측기기로부터 입력되는 시그날을 수집하는 시그날 수집 프로그램과 데이터 수집 보드와 계측기기의 제어를 위한 DSP 보드와 제어 프로그램으로 구성되며 메인 네트워크 시스템에서 분석을 마친 데이터를 전송받아 계측기기의 작동상태, 자동감지, 진단 보정 및 교정과 같은 제어를 수행하는 데이터 획득/제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크를 이용한 구조물 계측 및 감시 시스템.
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