KR100492020B1 - 원격 조종 하저면 초음파 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원격제어에 의하여 조정할 수 있는 탐사 장비가 장착된 소형 탐사선을 이용하여 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 상태를 파악하기 위하여 GPS를 이용한 위치정보와 각각의 위치에서 초음파 송수신기(Sonar)를 통해서 초음파 신호를 수중으로 방사하고 이를 수신하여 수심과 위치정보 및 하저 영상을 정확하게 측정함으로써 준설정보와 입체지형도를 산출해 내고 하저를 수색하는 하저면 초음파 조사 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 육상기지국에서 송신하는 제어신호에 의하여 무선으로 원격조종이 가능한 소형 무인 탐사선에 GPS를 이용한 위치 추적시스템, 탐사선의 주변 확인용 CCD카메라, 엔진 조정용 송수신기, 수심 및 하저면 데이터 취득용 초음파송수신기 및 초음파송수신기로부터 받은 데이터를 처리하여 저장하는 마이크로프로세스 및 메모리와, 위치정보와 무인탐사선의 주변영상을 육상기지국으로 송신하는 송신기를 구비하고 하저면의 데이터측정이 필요한 댐, 강, 저수지, 바다 등에 띄워 원격으로 조정되는 무인탐사선의 안전과 주변상황을 확인하면서 수중의 깊이정보와 수중하저면의 형태를 신속하고 정확하게 측정하여 수중 하저면의 준공당시 또는 기 준설 당시의 하저면의 형태와 비교하여 퇴적된 토사의 높이 또는 체적을 정확하게 측정할 수 있게 함으로써 준설하여야 할 깊이 및 체적을 정확하게 산출할 수 있는 정보를 제공하는 데 그 특징이 있다.

Description

원격 조종 하저면 초음파 조사 장치{Remotely Operated Acoustic Seabed Topology Device}
본 발명은 육상기지국에서 원격제어에 의하여 조정할 수 있는 탐사 장비가 장착된 소형 탐사선을 이용하여 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 상태를 파악하기 위하여 GPS를 이용한 위치정보와 각각의 위치에서 초음파 송수신기를 통해서 초음파 신호를 수중으로 방사하고 이를 수신하여 수심과 위치정보 및 하저 영상을 정확하게 측정함으로써 준설정보와 입체지형도를 산출해 내고 하저면을 수색하는 하저면 초음파 조사 장치에 관한 것이다.
종래에는 댐, 강, 저수지, 바다 등의 준설 정보를 얻기 위한 수중의 하저면의 퇴적상태 또는 형태를 조사하기 위하여 잠수부들과 탐사장비를 실은 탐사정이 측정이 필요한 장소로 이동한 다음에 잠수부들이 직접 수중으로 들어가서 하저면을 조사하거나 촬영장비를 사용하여 촬영하여야 하기 때문에 수질 오염 및 환경오염을 피할 수 없으며, 측정이 필요한 장소의 수중 깊이와 하저면의 전체적인 형태에 대한 데이터를 정확하고 체계적으로 취득하기 어려워 작업자들이 취득한 데이터에 기초하여 하저면의 입체적인 정보를 정확하게 얻기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한 종래에는 비교적 탐사장비와 탐사요원을 실은 큰 탐사정이 댐, 강, 저수지, 바다 등으로 이동하여야 함으로 조사 기간이 길어지고, 장비운용 및 인건비 증가에 따른 경제적인 손실과 환경오염 등의 발생은 물론이고, 탐사정의 전복이나 수중 작업시에 발생할 수 있는 작업자들의 인명피해 등의 안전사고를 방지할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 안출된 것으로, 육상기지국에서 무선으로 제어할 수 있는 초소형 무인 탐사선을 하저면에 대한 정보가 필요한 장소에 띄우고, 탐사선에 탑재된 GPS를 이용한 위치정보를 취득하는 수단과, 원격으로 조정되는 무인탐사선의 안전과 주변상황을 동시에 육상기지국에서 확인할 수 있는 무인탐사선의 주변 확인용 CCD카메라와, 초음파 송수신기(Sonar)로 수중의 하저면으로 초음파를 방사하고 하저면의 바닥으로부터 반사되어온 초음파를 수신하여 수신된 아날로그 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환 처리하여 취득한 수중의 하저면에 대한 정보에 기초하여 댐, 강, 저수지, 바다 등 필요한 탐사지역의 수중 하저면의 퇴적 상태 또는 바닥의 형태를 입체적으로 나타내고 준공당시 또는 앞서 행한 준설정보와 비교하여 새로이 수행하여야 할 준설정보를 보다 정확하고 신속하게 제공할 수 있는 수중 하저면 초음파 조사 장치를 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 육상기지국에서 무선으로 제어할 수 있는 초소형 무인 탐사선을 측정이 필요한 장소에 띄우고 위치정보, 수심정보 및 하저면의 형상정보를 취득하여 신속하고 정확하게 준설정보를 취득하거나 지형을 판독할 수 있으므로 조사기간의 단축 및 인건비를 크게 절감할 수 있고, 무인작업에 의한 작업자들의 인명피해를 방지하는데 있으며, 비교적 큰 탐사선의 운용과 작업자들의 작업에 의하여 발생할 수 있는 환경오염 등을 크게 줄이는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 육상기지국에서 무선으로 제어할 수 있는 초소형 무인 탐사선을 하저면의 정보가 필요한 장소에 띄우고 위치정보, 수심정보 및 하저면의 정보를 취득하여 신속하고 정확하게 준설정보를 취득하여 분석 처리하여 메모리상의 데이터베이스 상에 기록 저장하여 필요한 정보를 이용할 수 있도록 함으로써 이중 탐색의 방지에 의한 비용절감 및 저장 기록된 탐사 년도별 퇴적 정보를 이용하여 장기적으로 준설 시기를 예측하고 준설계획을 세울 수 있도록 정보를 제공하는데 있다.
본 발명은 육상기지국에서 원격제어에 의하여 조정할 수 있는 탐사 장비가 장착된 소형 탐사선을 이용하여 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 상태를 파악하기 위하여 GPS를 이용한 위치정보, 각각의 위치에서 수심 정보 및 초음파 송수신기(Sonar)를 통해서 초음파신호를 수중으로 방사하고 이를 수신하여 수중의 바닥의 형태를 정확하게 측정할 수 있는 하저면 초음파 조사 장치에 관한 것이다. 종래에는 댐, 강, 저수지, 바다 등의 준설 정보를 얻기 위하여 수중의 하저면의 퇴적상태 또는 형태를 조사하기 위하여 잠수부들을 실은 탐사정이 측정이 필요한 장소로 이동한 다음에 잠수부들이 직접 수중으로 들어가서 하저면을 조사하거나 촬영장비를 사용하여 촬영하여야 하기 때문에 수질 오염 및 환경오염을 피할 수 없으며, 하저면의 정보가 필요한 장소의 수중 깊이와 하저면의 전체적인 형태에 대한 데이터를 정확하고 체계적으로 취득하기 어려워 작업자들이 취득한 데이터에 기초하여 하저면의 입체적인 정보를 정확하게 얻기가 어렵다는 문제점이 있고, 또한 종래에는 비교적 탐사장비와 탐사요원을 실은 큰 탐사정이 댐, 강, 저수지, 바다 등으로 이동하여야 하므로 조사 기간이 길어지고, 장비운용 및 인건비 증가에 따른 경제적인 손실과 환경오염의 발생은 물론이고, 탐사정의 전복이나 수중 작업 시에 발생할 수 있는 작업자들의 인명피해 등의 안전사고를 방지할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성 수단들을 보다 구체적으로 살펴보면, 육상기지국은 무선으로 무인 탐사선을 제어할 수 있는 무선송수신기, 송수신용 안테나 및 시스템 제어를 위한 시스템제어장치(12)를 구비하고 있다. 본 발명에 따른 무인 탐사선(23)은 상기 육상기지국(21)의 시스템 제어장치(12)에서 안테나(13, 22)를 통해서 송신한 신호를 수신하여 무인탐사선의 작동 및 운행을 제어하는 무선 송수신기가 부착된 데이터처리시스템(6), 다양한 장비에 전원을 공급하는 전원공급부(11), 육상기지국과 신호를 주고받는데 사용되는 무선송수신용 안테나(7) 및 육상기지국에서 송신한 신호에 의하여 탐사를 시작하는 탐사장비를 구비하고 있다. 본 발명에 따른 무인 탐사선에는 원격으로 제어가능하면서 무인탐사선의 안전과 주변상황을 동시에 육상기지국에서 확인할 수 있는 무인탐사선의 주변 확인용 CCD 카메라가 무인탐사선의 앞부분에 설치되어 있으며, 또한 필요시 카메라를 상하 좌우로 회전하여 원하는 위치를 용이하게 관측할 수 있게 원격 제어 의하여 카메라 고정용 스탠드를 회전할 수 있도록 회전 제어용 모터가 카메라 고정용 스탠드 하단에 부착 설치된다. 상기 무인 탐사선에 탐재된 탐사 장비에는 위치정보를 취득할 때 사용하는 상용의 GPS를 이용하여 무선탐사선의 위치를 측정하는 위치정보 취득시스템(8)과 무인탐사선이 위치한 장소의 수심을 측정하는 수심측정장치와 비교적 정밀하게 수중 하저면의 퇴적 상태와 형태를 스캔하는 초음파 송수신기(Side Scan Sonar) 및 상기 위치정보, 수심정보 및 초음파 송수신기로부터 수신된 수중의 하저면 데이터 신호를 증폭기로 증폭하여 A/D 변환기로 디지털신호로 변환한 후에 처리하고 저장하는 마이크로프로세스와 메모리부가 내장된 데이터처리시스템이 탑재되어 있다. 상기 무인탐사선에 탑재된 데이터 처리시스템은 상기 GPS로부터 수신한 위치정보, 수심 측정용 초음파송수신기로부터 수신한 수심정보 및 초음파 송수신기로 스캔한 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 퇴적상태 또는 지형의 형태에 대한 정보(수중입체지형도)를 메모리에 각각 기록 저장하는 수단과 각각의 데이터를 육상기지국으로 무선송수신기를 통하여 전송하여 주는 수단들을 구비하고 있으며, 상기 각각의 데이터를 서로 연산 처리하여 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 상태를 입체적으로 처리한 다음에 처리된 데이터를 무선송수신기를 통하여 육상기지국으로 전송하여 줄 수도 있다. 상기 위치정보는 저수지, 댐 및 강 등 육상의 경우에는 GPS를 이용한 위치정보와 통신기지국을 이용한 위치정보를 서로 연동시켜 보다 정확한 위치정보를 취득하여 사용할 수 있다. 상기 GPS 또는 GPS와 통신기지국을 이용한 취득한 무인탐사선에 대한 위치정보는 무인탐사선의 메모리에 기록 저장됨과 동시에 육상기지국으로 전송된다. 상기 무인탐사선이 위치한 장소의 수심은 한 지점에서 수중으로 초음파를 방사하여 수심을 측정할 수 있는 상용의 초음파 송수신기를 이용하여 보다 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 상태를 스캔하여 하저면에 대한 데이터를 취득하는 초음파 송수신기는 넓은 범위를 동시에 스캔할 수 있는 것과 좁은 범위를 동시에 스캔하는 것 등의 상용제품이 있으며, 이러한 상용의 다양한 초음파 송수신기 중에서 가격, 정확도 및 데이터 처리속도 등을 고려하여 탐사에 적합한 것을 선택하여 사용하면 된다. 상기 육상기지국에 설치된 시스템제어장치는 마이크로프로세스와 메모리 수단을 구비하고, 무인 탐사선으로 신호를 송신하기 위한 수단과 무인 탐사선으로부터 받은 다양한 데이터들을 기록 저장하는 수단 및 수신한 데이터를 연산하고 분석 처리하여 모니터 상에 표시하여 주거나 또 다른 서버로 전송하는 수단 등을 구비하고 있다. 예를 들면, 무인 탐사선의 작동, 속도, 정지 및 방향 전환 등을 위한 신호를 각각 송신하는 수단, 무인 탐사선으로부터 전송된 데이터를 수신하여 기록 저장하는 수단, 탐사선으로부터 전송된 데이터를 연산하고 분석 처리하여 이차원 또는 삼차원 입체 영상데이터로 변환하여 모니터 상에 나타내주는 수단 및 필요한 서버로 데이터를 전송하는 수단 등을 구비하고 있다. 또한 본 발명은 위치정보, 수심정보 및 하저면의 정보를 취득하여 신속하고 정확하게 분석 처리하여 얻은 준설정보를 메모리상의 데이터베이스 상에 기록 저장함과 동시에 준공당시 또는 준설 당시에 취득한 위치정보, 수심정보 및 하저면의 정보와 준설일자 등을 각각 데이터베이스 상에 기록 저장하여 필요시 정보를 이용할 수 있도록 함으로써 이중 탐색의 방지에 의한 비용절감 및 저장 기록된 탐사 년도별 퇴적 정보를 이용하여 장기적으로 준설 시기를 예측하고 준설계획을 세울 수 있도록 정보를 제공하는데 있다. 즉, 준설 또는 준공당시의 댐, 강, 저수지, 바다 등의 하저면의 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 소정의 시간이 경과한 후의 하저면의 상태를 초음파송수신기를 이용하여 스캔하여 상기 준설 당시 또는 준공 당시의 하저면의 상태와 비교하여 준설하여야할 높이 및 넓이를 수치 및 입체적 영상데이터로 모니터 상에 나타내어 준다. 상기 다양하게 수행되는 수단들은 육상기지국에 설치된 시스템제어장치 및 무인 탐사선에 탑재된 데이터 처리시스템에 포함된 소프트웨어에 의하여 이루어지며, 사용자는 상기 육상기지국에 설치된 시스템제어장치에 설치된 키보드, 마우스 또는 버튼 등을 조작함에 의하여 상기 기술한 다양한 수단과 사용자가 원하는 작업들을 수행 처리할 수 있다. 상기 육상기지국은 무인탐사선과 교신이 가능하며, 상기한 바와 같은 다양한 기능 및 구성 수단을 구비한 것으로 소정의 장소에 고정 설치될 수도 있고, 준설정보의 취득이 필요한 장소로 무선탐사선과 함께 이동하여 준설정보를 취득할 수 있다.
본 발명은 육상기지국에서 무선으로 제어할 수 있는 초소형 무인 탐사선을 측정이 필요한 장소에 띄우고, 무인 탐사선에 탐재된 GPS를 이용한 위치정보의 취득 시스템, 수중의 하저면의 정보를 스캔하여 읽어들이는 초음파 송수신기(Sonar) 및 각각의 위치에 따른 수심 정보를 취득하여 신속하고 정확하게 준설정보를 취득하므로 조사기간 단축 및 인건비를 크게 절감할 수 있고, 무인작업에 의한 작업자들의 인명피해를 방지하며, 비교적 큰 탐사선과 작업자들의 작업에 의하여 발생할 수 있는 환경오염 등을 줄이는 작용효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 육상기지국에서 무선으로 제어할 수 있는 초소형 무인 탐사선을 측정이 필요한 장소에 띄우고 위치정보, 수심정보 및 하저면의 정보를 취득하여 신속하고 정확하게 준설정보를 취득하여 신속하고 정확하게 분석 처리하여 메모리상의 데이터베이스 상에 기록 저장하여 필요한 정보를 이용할 수 있도록 함으로써 이중 탐색의 방지에 의한 비용절감 및 저장 기록된 탐사 년도별 퇴적 정보를 이용하여 장기적으로 준설 시기를 예측하고 계획을 세울 수 있는 정보를 제공하는 작용효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 조사장치의 전체 블록다이야그램
도 2는 본 발명의 따른 초음파 조사장치의 탐사 개략도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1 ; 초음파 송수신기(하저면 스캔용)
2 ; 초음파 송수신기(수심 측정용)
3, 4 ; 신호증폭기 5 ; A/D 변환기
6 ; 데이터처리시스템 7, 9, 13 ; 안테나
8 ; 위치정보 취득시스템 10 ; 엔진
11 ; 전원공급부 12 ; 육상기지국의 시스템 제어장치
14 ; CCD 카메라 21 ; 육상기지국
22, 30 ; 안테나 23 ; 무인탐사선
24 ; 초음파 송수신기(수심 측정용) 25 ; 초음파 송수신기(하저면 스캔용)
26 ; 엔진 27 ; 전원 공급부 28 ; 데이터처리시스템
29 ; 위치정보 취득시스템 30 ; 안테나
31 ; CCD 카메라

Claims (7)

  1. 원격제어에 의하여 조정 가능하며, 탐사장비가 탑재된 소형 무인 탐사선을 이용하여 댐, 강, 저수지, 바다에서 준설정보를 얻기 위한 하저면 초음파 조사 장치에 있어서,
    무선송수신기, 시스템제어장치 및 송수신용 안테나를 구비하고 무선으로 무인탐사선을 제어하는 이동 가능한 육상기지국과,
    GPS를 이용하여 위치정보를 취득하거나 GPS와 통신기지국을 동시에 이용하여 위치정보를 취득하는 수단과,
    상기 하저면을 스캔하는 초음파 송수신기 또는 수심측정 및 초음파송수신기를 이용하여 하저면을 스캔하여 수중 하저면의 데이터를 취득하는 수단과,
    상기 취득한 하저면 데이터를 기록 저장하며, 준공 당시 또는 준설당시의 하저면의 데이터를 기록 저장하고 있는 데이터베이스와,
    상기 취득한 하저면에 대한 데이터와 상기 데이터베이스에 저장된 준공 당시 또는 준설당시의 하저면의 데이터를 서로 비교 처리하여 준설에 필요한 데이터를 취득하는 수단과,
    상기 육상기지국과 통신할 수 있는 무선 송수신용 안테나를 구비하고, 상기 위치정보를 취득하는 수단, 하저면 데이터를 취득하는 수단 및 데이터베이스와 연동하여 하저면의 준설에 필요한 정보를 연산 처리하는 데이터처리시스템을 탐재한 소형 무인 탐사선으로 이루어진 수중 하저면 탐사를 위한 초음파 조사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 무인탐사선의 안전과 주변상황을 동시에 육상기지국에서 확인할 수 있는 무인탐사선의 주변 확인용 CCD 카메라를 더 구비한 하저면 탐사를 위한 초음파 조사 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 육상기지국의 시스템제어장치는 무인 탐사선의 작동, 속도, 정지 및 방향 전환을 위한 신호를 각각 송신하는 수단, 무인 탐사선으로부터 전송된 데이터를 수신하여 기록 저장하는 수단, 탐사선으로부터 전송된 데이터를 수신하여 연산 처리한 후 이차원 또는 삼차원 데이터로 변환하여 모니터 상에 나타내주는 수단 및 필요한 서버로 데이터를 전송하는 수단을 구비한 수중 하저면 탐사를 위한 초음파 조사 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항5에 있어서,
    상기 육상기지국에서 무인 탐사선을 제어하는 수단은 육상기지국의 시스템제어장치에 설치된 키보드, 마우스 또는 버튼의 조작 수단에 의하여 이루어지는 수중 하저면 탐사를 위한 초음파 조사 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항5에 있어서,
    상기 무인 탐사선에 탑재된 데이터 처리수단은 마이크로프로세스와 메모리 수단을 구비하고 위치 데이터, 수심 데이터 및 초음파 송수신기로부터 수신된 수중 하저면의 데이터를 기록 저장하고 이들 데이터를 연산 처리하는 수단을 구비한 수중 하저면 탐사를 위한 초음파 조사 장치.
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