KR100763015B1 - 지피에스 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지피에스(GPS: Global Positioning System) 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템사방레이저 정밀 측정장치에 관한 것으로, 인공위성; 인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망; 반구 형상을 이루면서 점성을 갖는 유체가 충진되는 수용홈을 갖는 베이스와, 상기 베이스를 덮어 폐구하는 커버를 포함하고, 평판형상을 이루는 하우징; 중심이 상하 관통가능하게 개구되고 상면이 반구형상으로 된 안착대를 상기 하우징 상에 이격되게 배치 고정하는 지지프레임; 사방레이저 또는 이 사방레이저로부터 발사된 레이저광을 수광하여 수광위치를 감지하는 감지대를 고정하고 서로 이웃하는 사방레이저와 감지대의 위치를 확인하는 조준센서를 구비한 지지대와, 상면 개구된 중공을 갖추고 구형으로 되어서 상기 안착홈에 유동가능하게 맞물리는 회동자와, 상기 안착홈을 관통하는 링커를 매개로 회동자와 고정되는 기준추와, 상기 지지대를 회전시키며 상기 중공에 탑재되는 구동기와, 상기 조준센서와 통신하면서 이웃하는 사방레이저 또는 감지대의 위치를 확인하고 사방레이저와 감지대가 서로 마주하도록 구동기를 동작시킴으로서 지지대의 회전을 제어하는 제어모듈을 구비한 고정체; 상기 감지대의 수광위치에 대한 변화를 확인하여 높이데이터로 처리하는 상대높이확인센서; 하나의 최저점을 갖는 다수의 홈이 동심원을 그리며 형성 배치되고, 중심에는 하나의 최저점을 갖는 곡면형상의 중심부가 형성되며, 상기 홈과 중심부의 최저점에는 가압센서가 배치되되, 원판형상을 이루면서 상기 홈과 중심부가 드러나는 상면은 가장자리로 갈수록 높아지는 경사진 곡면으로 되고, 상기 상면에는 이동가능하게 얹혀지는 구형의 이동자가 위치하면서, 상기 하우징에 수평하게 탑재되는 위치감지판; 상기 가압센서들과 통전라인을 매개로 전기적으로 연결되어서, 신호를 발신한 가압센서를 확인하여 식별데이터를 처리하고, 해당 가압센서에 상응하는 기울어진 각도정보를 확인하여 정보데이터를 처리하며, 상기 하우징에 탑재되는 센서확인모듈; 하판과, 발광기와, 발광기로부터 조사되는 광을 감지하는 수광센서와, 북쪽을 향해 회전하는 불투명재질의 지침을 구비하며 상기 발광기와 수광센서 사이에 배치되어 발광기로부터 조사되는 광의 투과가 가능한 투명한 재질의 방위계와, 상기 하판에 탑재된 발광기와 수광센서와 방위계를 덮어 보호하도록 하판을 덮는 상판으로 이루어져서, 상기 수용홈에 상하로만 이동가능하게 고정되며, 상기 지침으로 가려져 수광하지 못한 수광센서의 위치에 대한 방위데이터를 처리하는 방위확인센서; 및 상기 하우징에 탑재되고, 상기 센서확인모듈의 식별데이터 및 정보데이터와 방위확인센서의 방위데이터와 상대높이확인모듈의 높이데이터와 고유신호를 포함한 고유데이터를 무선발신하는 무선통신모듈로 이루어지고; 상기 GPS 상시 기준망과 접속하여서 매설위치를 확인받는 다수의 측정장치; 및 상기 고유데이터로 측정장치를 확인하여서 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터ㆍ높이데이터를 수신하는 수집모듈과, 높이데이터를 확인하여 다수의 측정장치에 대한 상대적인 높낮이를 연산처리하는 높이연산모듈과, 상기 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터를 연산처리하고 높이데이터를 통해 결과를 보정함으로서 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 추적한 최종데이터를 처리하는 위치연산모듈과, 최 종데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 최종데이터를 저장하는 데이터베이스로 된 감시서버로 이루어진 것이다.

Description

지피에스 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템{Location measuring system with GPS and laser for taking measurements of survey the foundation}

본 발명은 지피에스(GPS: Global Positioning System) 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템사방레이저 정밀 측정장치에 관한 것으로서, 건축물 및 토목구조물 등과 같은 인공구조물의 기초를 이루는 지반상태를 확인하여 보다 정확하게 기초지반상태를 확인할 수 있도록 한 것이다.

현재, 장대교량이나 빌딩, 댐과같은 대형구조물의 안전성 진단은 별도 정형화된 계측방법이 없기 때문에 전자파측정계를 이용하여 정밀 삼변측량을 실시하여 대형구조물의 수평변형을 측정하고, 정밀 수준측량에 의하여 높이의 변형을 측정하는 방법이 주로 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 종래의 방법은 실시간으로 계속하여 측정하는 것이 아니라 정해진 주기마다 현장에 나가서 직접 측정하여 변형량을 조사하여야 하기 때문에 실질적으로 대형구조물의 안전을 진단하는 것이 매우 불편하였고, 연속적인 모니터링에 의한 대형 구조물의 변형을 조사할 필요가 있는 경우에는 적용할 수 없는 단 점이 발생하고 있었다.

한편, 대형구조물은 지반의 변동에 큰 영향을 받아 대형구조물의 안전을 진단하기 위해서는 필수적으로 지반상태를 확인해야 한다.

종래에는 이러한 지반침하를 감지하고 측량측정하기 위해 GPS를 이용하고 있다. GPS를 통해 지리적 위치는 물론 해발 높이를 확인할 수 있으므로, 연약지반이나 기타 특정 지반에 GPS 기준망과 상시 통신할 수 있는 감지장치를 매설하여 위치별 지반침하 여부와 그 정도를 확인할 수 있다.

그러나, GPS를 통한 지반측량 및 측정의 경우, 측량 및 측정시마다 이용비용을 지출해야 하는 부담으로 인해 지속적인 측량 및 측정이 곤란하고, 정밀한 측정을 위한 감지장치가 상대적으로 고가이므로, 단순히 건축물 또는 토목 구조물과 같은 인공 구조물의 관리를 목적으로 하는 용도로서 종래 감지장치 및 GPS를 활용한다는 것은 다소 불합리함이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명한 것으로, 지반의 침하여부 및 침하상태를 명확히 감지하여 그 정보를 제공할 수 있으면서도 측량측정이 소요되는 비용은 물론 최초 설치에 대한 부담을 줄여 보다 경제적으로 지형변형을 야기하는 지각변동을 확인할 수 있도록 하는 지피에스 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

인공위성;

인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망;

반구 형상을 이루면서 점성을 갖는 유체가 충진되는 수용홈을 갖는 베이스와, 상기 베이스를 덮어 폐구하는 커버를 포함하고, 평판형상을 이루는 하우징; 중심이 상하 관통가능하게 개구되고 상면이 반구형상으로 된 안착대를 상기 하우징 상에 이격되게 배치 고정하는 지지프레임; 사방레이저 또는 이 사방레이저로부터 발사된 레이저광을 수광하여 수광위치를 감지하는 감지대를 고정하고 서로 이웃하는 사방레이저와 감지대의 위치를 확인하는 조준센서를 구비한 지지대와, 상면 개구된 중공을 갖추고 구형으로 되어서 상기 안착홈에 유동가능하게 맞물리는 회동자와, 상기 안착홈을 관통하는 링커를 매개로 회동자와 고정되는 기준추와, 상기 지 지대를 회전시키며 상기 중공에 탑재되는 구동기와, 상기 조준센서와 통신하면서 이웃하는 사방레이저 또는 감지대의 위치를 확인하고 사방레이저와 감지대가 서로 마주하도록 구동기를 동작시킴으로서 지지대의 회전을 제어하는 제어모듈을 구비한 고정체; 상기 감지대의 수광위치에 대한 변화를 확인하여 높이데이터로 처리하는 상대높이확인센서; 하나의 최저점을 갖는 다수의 홈이 동심원을 그리며 형성 배치되고, 중심에는 하나의 최저점을 갖는 곡면형상의 중심부가 형성되며, 상기 홈과 중심부의 최저점에는 가압센서가 배치되되, 원판형상을 이루면서 상기 홈과 중심부가 드러나는 상면은 가장자리로 갈수록 높아지는 경사진 곡면으로 되고, 상기 상면에는 이동가능하게 얹혀지는 구형의 이동자가 위치하면서, 상기 하우징에 수평하게 탑재되는 위치감지판; 상기 가압센서들과 통전라인을 매개로 전기적으로 연결되어서, 신호를 발신한 가압센서를 확인하여 식별데이터를 처리하고, 해당 가압센서에 상응하는 기울어진 각도정보를 확인하여 정보데이터를 처리하며, 상기 하우징에 탑재되는 센서확인모듈; 하판과, 발광기와, 발광기로부터 조사되는 광을 감지하는 수광센서와, 북쪽을 향해 회전하는 불투명재질의 지침을 구비하며 상기 발광기와 수광센서 사이에 배치되어 발광기로부터 조사되는 광의 투과가 가능한 투명한 재질의 방위계와, 상기 하판에 탑재된 발광기와 수광센서와 방위계를 덮어 보호하도록 하판을 덮는 상판으로 이루어져서, 상기 수용홈에 상하로만 이동가능하게 고정되며, 상기 지침으로 가려져 수광하지 못한 수광센서의 위치에 대한 방위데이터를 처리하는 방위확인센서; 및 상기 하우징에 탑재되고, 상기 센서확인모듈의 식별데이터 및 정보데이터와 방위확인센서의 방위데이터와 상대높이확인모듈의 높이데이터와 고유 신호를 포함한 고유데이터를 무선발신하는 무선통신모듈로 이루어지고; 상기 GPS 상시 기준망과 접속하여서 매설위치를 확인받는 다수의 측정장치; 및

상기 고유데이터로 측정장치를 확인하여서 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터ㆍ높이데이터를 수신하는 수집모듈과, 높이데이터를 확인하여 다수의 측정장치에 대한 상대적인 높낮이를 연산처리하는 높이연산모듈과, 상기 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터를 연산처리하고 높이데이터를 통해 결과를 보정함으로서 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 추적한 최종데이터를 처리하는 위치연산모듈과, 최종데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 최종데이터를 저장하는 데이터베이스로 된 감시서버;

로 이루어진 지피에스 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템이다.

이상 상기와 같은 본 발명에 따르면, 지반 변형여부를 확인하기 위해 매번 인공위성과 접속함으로서 발생하는 상대적인 높은 비용에 대한 부담을 줄일 수 있고, 측정장치를 지반에 다수 매설하여도 경제적인 부담이 적어 보다 상세하고 정밀한 지반 침하 및 변동여부를 확인할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 측정장치의 매설상태와 동작상태를 각각 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 국가 GPS 상시 기준망을 보인 도면이고, 도 3은 본 발 명에 따른 측정장치의 사용상태를 도시한 구성도인 바, 이를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 측정장치(100)는 다수 개가 무작위 또는 일정한 간격으로 지중에 매설되어 그 변동을 감지한다.

측정장치(100)의 매설은 인공구조물의 축조시, 인공구조물의 기초를 다지기 위해 파낸 지중에 측정장치(100)를 배치함으로서 가능하며, 기타 특정 지점의 지반 변동을 확인하기 위해 해당 지점을 임의로 파서 상기 측정장치(100)를 설치할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 측정장치(100)를 이용한 지반변동의 감지결과에 대한 신뢰도를 높이기 위해 다수의 측정장치(100)를 규칙적으로 배열하는 것이 바람직할 것이다.

계속해서, 상기 측정장치(100, 100')를 매설하면, 매설된 위치를 인공위성(400)과 통신하는 국가 GPS 상시 기준망(300)에 접속하여 정확한 위치를 확인하고, 감시서버(200)는 측정장치(100, 100')와 통신하면서 당해 측정장치들(100, 100')의 위치데이터를 기록/저장한다.

참고로, 도 2는 현재 범국가적으로 설치되어 운용되고 있는 GPS 상시 기준망의 배치를 보인 것으로, 지상고도약 20,000km 상공에서 하루에 두 바퀴씩 지구 주위를 돌고 있는 수십 개의 인공위성(400)을 이용해 지상의 정밀 위치를 측정한다.

계속해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 측정장치(100, 100')는 기반암층(10)에 지지를 받는 토층(20)에서 그 상부가 지상으로 드러나도록 매설되어서, 기반암층(10)의 이동으로 지반이 변동하면, 그 변동을 따라 측정장치(100, 100')의 배치 모습도 변하도록 된다. 도 1(b)는 배치모습이 변한 측정장치(100, 100')를 도시한 것으로, 기반암층(10)의 붕괴로 토층(20)이 침하하고, 이에 휩쓸린 측정장치(100, 100')는 기반암층(10)의 붕괴지점을 향해 기울어진다.

도 4는 본 발명에 따른 측정장치의 모습을 분해 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 측정장치에 설치되는 사방레이저 또는 감지대의 모습을 분해 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 위치측정시스템을 도시한 구성도인 바, 이를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 측정장치(100)는 케이스(111)와 덮개(113)를 포함하는 하우징(110)과, 지반변동으로 인한 변형을 확인하는 위치감지판(120)과, 방위를 확인하는 방위확인센서(130)와, 감지대(190)에서 레어저광 수광위치에 대한 신호를 받아 상대 높이를 확인하여 데이터화하는 상대높이확인모듈(160)과, 상기 위치감지판(120)에서 감지한 신호를 수신하여 데이터화하는 센서확인모듈(140) 및 센서확인모듈(140)에서 정리된 정보데이터 및 식별데이터와 방위확인센서(130)의 방위데이터를 감시서버(200)로 발신하는 무선통신모듈(150)을 포함한다.

도 1을 통해 보인 바와 같이, 측정장치(100)는 지반변동과 더불어 매설위치가 변할 수 있도록, 기반암층(10) 및/또는 토층(20)과의 수평한 접촉면적이 넓은 것이 유리하다. 따라서, 측정장치(100)는 평판형상인 것이 바람직하고, 이를 위해 상기 하우징(110)은 상하면이 상대적으로 넓은 입면체 형상으로 한다.

상기 케이스(111)는 센서확인모듈(140)과 무선통신모듈(150)을 탑재하여 외 력으로부터 이를 보호한다. 또한, 케이스(111)의 중심에는 고정홈(112)이 형성되어서, 이 고정홈(112)으로 방위확인센서(130)가 배치된다. 이때, 상기 방위확인센서(130)는 측정장치(100)의 배치상태에 상관없이 항상 수평한 상태를 유지해야 하므로, 방위확인센서(130)는 수용홈(116)을 갖는 베이스(115)와 반구 형상의 커버(117)로 포장되어서, 상기 고정홈(112)에 고정 배치된다.

상기 방위확인센서(130)에 대한 보다 상세한 설명은 아래에서 다시하도록 한다.

상기 덮개(113)는 케이스(111)를 덮어 폐구함으로서, 탑재된 센서확인모듈(140)과 무선통신모듈(150)을 보호한다. 한편, 상기 덮개(113)에는 끼움홈(114)이 형성되고, 이 끼움홈(114)으로 위치감지판(120)이 배치된다.

상기 측정장치(100)는 상대적인 높이 변화를 감지하여 지반변동으로 인한 지반의 침하여부 확인뿐만 아니라, 실질적인 침하정도를 측정할 수 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 측정장치(100)는 하우징(110)의 측면에 수평하게 인출되는 지지프레임(160)을 더 포함한다. 상기 지지프레임(160)은 도 5에 도시한 바와 같이, 하우징(110)의 중심으로부터 세 방향으로 방사되는 형상을 이루고, 하우징(110)의 상방에는 세 방향으로 방사되는 지지프레임(160)의 중심이 되는 안착대(161)가 위치한다.

상기 안착대(161)는 상면에 반구형태로 절개 형성된 안착홈(162)을 갖추며, 상기 안착홈(162)의 중심은 상하 관통가능한 구멍이 형성된다.

계속해서, 상기 안착홈(162)의 상면으로 고정체(170)가 유동가능하게 끼워지 고, 상기 고정체(170)에는 사방레이저(180) 및/또는 감지대(190)가 고정된다.

상기 사방레이저(180)와 감지대(190)는 측정장치(100) 상에 배치되어서 지상으로 드러나는데, 사방레이저(180)에서 발사하는 레이저광은 감지대(190)가 수광하여서, 서로 이웃하는 측정장치(100, 100') 간의 높낮이 변화를 확인할 수 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 감지대(190)는 길이방향을 따라 다수의 수광센서(미 도시함)가 배치된다. 따라서, 상기 감지대(190)는 사방레이저(180)로부터 수평하게 발사되는 레이저광의 수광위치를 확인하고, 이를 이전 수광위치와 비교하여서, 측정장치(100, 100')의 높낮이 변화를 확인할 수 있는 것이다. 그런데, 사방레이저(180)와 감지대(190)가 상술한 방식에 따라 동작하기 위해서는 사방레이저(180)가 정확히 감지대(190)를 조준해야 하고, 레이저광은 감지대(190)에 정확히 수광되어야 한다.

따라서, 측정장치(100, 100')의 배치가 지반변동에 의해 변하더라도 서로 이웃하는 측정장치(100, 100')에 각각 설치된 사방레이저(180)와 감지대(190)는 서로를 향하도록 조정되어야 한다. 이를 위해 사방레이저(180) 및 감지대(190)는 각각 서로의 위치를 확인할 수 있는 조준센서(181, 191)가 설치된다. 상기 조준센서(181, 191)는 초음파와 같은 신호를 발신하고, 이웃하는 조준센서(181, 191)는 이를 수신하면서 발신지점을 추적한다. 이렇게 서로의 발신지점이 추적되면 사방레이저(180) 및 감지대(190)를 회전시켜서 마주하도록 한다.

사방레이저(180) 및 감지대(190)의 회전은 다음의 구성을 통해 이루어진다.

상기 고정체(170)는, 안착홈(162) 상에 유동가능하게 안착되는 회동자(171) 와, 회동자(171)의 상면 개구된 중공(171a)으로 삽입되는 제어모듈(173)과, 제어모듈(173)에 제어를 받으며 중공(171a)에 탑재되는 구동기(174)와, 사방레이저(180) 및 감지대(190)의 지지대(182, 192)가 관통 삽입되어 상기 구동기(174)의 회전축과 연결되도록 하고 중공(171a)을 폐구하는 씌움부재(175)와, 회동자(171)의 하방에 링커(171b)를 매개로 연결되어서 안착대(161)와 하우징(110) 사이에 위치하는 기준추(172)로 된다.

상기 회동자(171)는 반구형상의 안착홈(162)과 맞물려 유동가능하도록 구형상으로 되고, 중공(171a)은 상방으로 개구되어서 제어모듈(173)과 구동기(174)를 탑재가능하도록 된다.

상기 제어모듈(173)은 조준센서(181, 191)의 추적신호를 확인하고, 확인된 사방레이저(180) 또는 감지대(190)의 위치를 향해 지지대(182, 192)를 회전시켜서 사방레이저(180)와 감지대(190)가 서로 마주할 수 있도록, 구동기(174)를 동작시킨다. 즉, 제어모듈(173)은 조준센서(181, 191)의 신호를 확인하여 사방레이저(180)의 조준이 감지대(190)를 벗어난 것으로 확인되면, 사방레이저(180) 및 감지대(190)를 구동기(174)의 동작으로 회전시켜서, 사방레이저(180)가 발사한 레이저광을 감지대(190)가 수광할 수 있도록 하는 것이다.

결국, 지반의 변동으로 감지대(190)에서 이루어지는 레이저광의 수광위치에 변화가 생기면, 변화 전의 수광위치와 비교하여서 측정장치(100, 100') 간의 상대적인 높이변화를 확인할 수 있게 된다.

상기 감지대(190)는 수광위치에 대한 신호를 상대높이확인모듈(160)로 전송 하고, 상대높이확인모듈(160)은 수광위치에 대한 신호를 상대적인 높이변화에 대한 정보를 포함한 높이데이터로 정리 변환하여 무선통신모듈(150)로 전송한다.

도 13은 본 발명에 따른 측정장치의 사방레이저(또는 감지대)의 동작모습을 도시한 단면도인 바 이를 참조하여 설명한다.

측정장치(100, 100')에 설치되는 사방레이저(180) 및 감지대(190)는 고정체(170)를 매개로 안착대(161)에 고정되고, 안착대(161)의 안착홈(162)과 회동자(171)는 상호 유동가능하게 결합된다. 이는 측정장치(100, 100')가 기울어지더라도 사방레이저(180) 및 감지대(190)는 상호 간의 발수광을 위해 직립하여야만 하기 때문이다.

이를 위해, 상기 회동자(171)의 하방에는 기준추(172)가 링커(171b)를 매개로 이격되게 연결되어서, 측정장치(100, 100')의 기울어진 정도에 상관없이 회동자(171)가 기준추(172)의 하중으로 안착홈(162)을 미끄러져 사방레이저(180) 및 감지대(190)가 수직하게 입설된 상태를 유지하도록 된다.

결국, 측정장치(100, 100')가 지반의 변동으로 기울어지더라도 사방레이저(180)와 감지대(190)는 항상 마주하면서 측정장치(100, 100') 간의 상대적인 높낮이 변화를 감지하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 위치감지판의 모습을 도시한 도면이고, 도 8은 상기 위치감지판의 측단면 모습과 개념적으로 도시한 측단면 모습을 도시한 도면인 바, 이를 참조하여 위치감지판을 보다 상세히 설명한다.

상기 위치감지판(120)은 원형의 평판형상으로, 다수의 홈(123, 123')이 동심원을 그리며 형성 배치되고, 원의 중심으로부터 일정한 각으로 분리되어서 평면형상이 격자형태를 이룬다.

그런데, 동심원의 반경이 커질수록 홈(123, 123')의 수평 폭이 커진다. 따라서, 위치에 상관없이 홈(123, 123')의 수평 폭을 일정하게 하기 위해 원의 중심에서 멀어질수록 홈(123, 123')을 추가로 구획하여 다수 개로 분리한다. 결국, 위치감지판(120)의 가장자리로 갈수록 홈(123, 123')의 개수는 증가하게 된다.

계속해서, 상기 홈(123, 123')은 도 8(a)에 도시한 바와 같이 일지점이 상대적으로 깊은 최저점을 갖는 형상을 이루고, 이 최저점에는 가압센서(121)가 배치된다. 참고로, 도 8(c)는 위치감지판(120)을 측방(도 8(a)의 화살표 방향)에서 직접 본 모습으로, 서로 이웃하는 홈(123, 123') 간에 상호 구획되어 독립된 공간을 이루도록 된다. 또한, 상기 홈(123, 123')은 곡면형상으로 되어서 최저점은 한 곳만 존재한다.

도 8(b)는 도 8(a)의 모습을 개념적으로 도시한 것으로, 위치감지판(120)의 상면은 그 중심에서 가장자리로 갈수록 높아지게 경사지고, 경사면은 곡면으로 되어서 가장자리로 갈수록 그 기울기가 커지게 형성된다. 이는 아래에서 도 10을 참조해 상세히 설명한다.

계속해서, 상기 가압센서(121)는 압전소자로 되어서, 상방에서 압력이 가해지면 이를 전기로 변환한다. 한편, 이렇게 발생한 전기는 가압센서(121)에 전기적 으로 연결된 통전라인(125)으로 흘러가 센서확인모듈(140)로 전송된다.

한편, 상기 위치감지판(120)의 중심에는 중심부(124)가 형성된다. 상기 중심부(124)는 도 8(a)에 도시한 바와 같이 곡면으로 되고, 중심부(124)의 바닥 전체가 압전소자로 된 가압센서로 되어서 상기 홈(123, 123')에 배치된 가압센서(121)와 같이 별도의 통전라인(125)을 매개로 센서확인모듈(140)과 통신한다.

상기 중심부(124) 및 홈(123)으로 된 위치감지판(120) 상에 하나의 이동자(122)가 얹혀져 배치된다. 상기 이동자(122)는 구 형상으로 되어서, 위치감지판(120)이 기울어진 상태에 따라 이동하여 상기 중심부(124) 또는 다수의 홈(123, 123') 중 한 곳에 위치한다.

도 9는 상기 위치감지판의 동작모습을 도시한 도면인 바, 이를 참조하여 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 위치감지판(120) 상에는 이동자(122)가 이동가능하게 얹혀져 있으므로, 도 9(a) 및 도 9(b)에 도시한 바와 같이, 위치감지판(120)이 기울어져서 최저 위치가 바뀌면 이동자(122)는 새로운 최저 위치의 홈(123)으로 굴러가 정지된다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 측정장치(100)가 안정적으로 지중에 수평하게 매설되면, 위치감지판(120) 상에 이동자(122)는 최저 위치인 중심부(124) 상에 위치한다. 물론, 이동자(122)의 하중은 중심부(124) 상에 설치된 압전소자인 가압센서(121)에 압력을 가하므로, 그 신호는 통전라인을 타고 센서확인모듈(140) 로 전송된다. 상기 센서확인모듈(140)은 중심부(124) 및 홈(123, 123')에 각각 설치된 가압센서(121)와 통신경로 또는 전기의 크기를 기준으로 하여 전기를 발신한 가압센서(121)를 구분할 수 있도록 셋팅되어서, 임의 가압센서(121)로부터 신호가 전송되어오면, 해당 신호의 발신지점을 확인할 수 있게 된다.

한편, 지반변동에 의해 측정장치(100)의 배치에 변화가 생기면, 위치감지판(120) 또한 수평을 잃고 기울어지게 된다. 이렇게 위치감지판(120)이 기울어지면, 앞서 설명한 바와 같이 이동자(122)가 도 9와 같이 이동한다. 참고로, 도 9(a)는 이동자(122)가 임의 홈(123)에 위치한 상태를 보인 것이고, 도 9(b)는 측정장치(100)가 더욱 기울어지면서 상기 임의 홈(123)에 이웃하는 다른 홈(123')으로 이동자(122)가 굴러간 것을 보인 것이다.

홈(123, 123')은 곡면형상을 이루면서 최저점이 한 곳만 되도록 성형되므로, 이동자(122)는 홈(123, 123')을 따라 이동하면서도 해당 홈(123, 123')의 최저점에 정지할 것이고, 최저점에 위치한 가압센서(121)는 이동자(122)의 하중을 감지하여 이동자(122)의 위치를 센서확인모듈(140)로 전송할 수 있게 된다.

도 10은 상기 위치감지판의 동작모습을 개념적으로 도시한 도면인 바 이를 참조하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 측정장치(100)의 수평배치 상태는 위치감지판(120) 내 이동자(122)의 이동으로 확인할 수 있다.

한편, 위치감지판(120)으로부터 전송된 신호를 수신한 센서확인모듈(140)은 신호를 발신한 가압센서(121)의 위치를 확인하여서 프로그래밍된 연산방식에 따라 측정장치(100)의 기울어진 상태를 확인한다.

도 10(a)는 측정장치(100)가 수평하게 배치된 상태의 모습을 과장되게 도시한 것으로, '곡면'은 위치감지판(120)의 상면 모습이다.

도 10(b)는 측정장치(100)가 기울어지면서 이동자(122)가 중심부(124)에서 벗어나 임의 홈(123)으로 이동한 것이다. 측정장치(100)가 기울어지면 이동자(122)는 위치감지판(120)의 최저 위치에 정지된다. 이때, 상기 최저 위치와 접하는 '기준선'은 위치감지판(120)과 함께 움직이는 '비교선'과 임의 각도(a)로 각을 이루는데, 이 각도(a)는 측정장치(100)의 기울어진 각도와 일치한다.

즉, 상기 센서확인모듈(140)은 각각의 가압센서(121)마다 각도(a)가 결정되어 데이터로 존재하므로, 위치감지판(120)으로부터 신호를 받으면, 해당 신호를 발신한 가압센서(121)를 확인하여서 측정장치의 기울어진 정도(기울기)를 확인할 수 있다.

상기 센서확인모듈(140)은 확인된 기울기 데이터와 당해 가압센서(121)의 정보데이터를 확인하여 무선통신모듈(150)로 전송하고, 상기 무선통신모듈(150)은 당해 측정장치(100)의 식별데이터와 함께 감시서버(200)로 전송한다.

도 11은 본 발명에 따른 방위확인센서의 동작모습을 도시한 도면이고, 도 12는 상기 방위확인센서를 분해 도시한 사시도인 바, 이를 참조하여 설명한다.

지반변동은 측정장치(100)의 배치모습을 변경시킬 수 있으므로, 측정장 치(100)가 최초에 매설된 방향과 달라질 수 있다. 따라서, 측정장치(100)의 배치모습이 변경되더라도 그 방위를 확인하여 이동자(122)가 이동한 방향을 정확히 추적해야 할 필요가 있다.

이를 위해 상기 측정장치(100)에 내장된 방위확인센서(130)는 측정장치(100)의 현 배치모습에 상관없이 이동자(122)가 이동한 방향을 확인할 수 있도록 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 방위확인센서(130)는 수용홈(116)을 갖는 베이스(115)와 이 베이스(115)를 덮어 폐구하는 커버(117) 내에 배치되고, 상기 수용홈(116)에는 점성을 갖는 유체가 일정량 충진되어서 방위확인센서(130)를 지지한다. 또한, 상기 수용홈(116)은 반구형으로 형성되고, 상기 커버(117) 또한 이에 상응한 반구형으로 되어서, 도 11에 도시한 바와 같이, 방위확인센서(130)는 베이스(115)와 커버(117) 내에서 유체 상에 유동가능하게 위치하여 항시 수평한 상태를 유지할 수 있도록 된다. 단, 본 발명에 따른 측정장치(100)에서 상기 방위확인센서(130)는 수평유지를 위해 상기 베이스(115) 및 커버(117) 내에 이동가능하게 고정되지만, 회전할 수는 없도록 된다. 즉, 방위확인센서(130)는 상하이동은 가능하나 수평방향인 회전운동은 제한되도록 되는 것이다. 이를 위해, 상기 방위확인센서(130)의 둘레부에 돌부(미도시함)를 형성시키고, 상기 베이스(115) 및 커버(117)의 내면에 상기 돌부가 맞물려 상하로 이동할 수 있도록 상하로 형성된 레일(미도시됨)을 형성시켜서, 상기 돌기가 레일을 따라 상하로만 이동하면서 방위확인센서(130)는 회전없이 상하로만 이동하도록 된다.

결국, 도 11(a)와 도 10(b)에 각각 도시한 것처럼, 측정장치(100)가 기울어 지더라도 방위확인센서(130)는 부력으로 상기 유체 상에 위치하면서 측정장치(100)와는 무관하게 항시 수평하게 위치한다.

방위확인센서(130)의 구성을 보다 상세히 설명한다.

도 12에 도시한 바와 같이, 방위확인센서(130)는 하판(132)과, 이 하판(132) 상에 안착되는 지지대(133)와, 상기 지지대(133) 상에 고정되는 수광센서(134)와, 수광센서(134) 상에 위치하면서 북쪽을 향해 회전하는 지침(131a)을 구비한 방위계(131)와, 방위계(131)의 상방에서 발광하여 수광센서(134)로 조사하는 발광기(136)와, 상기 하판(132)을 덮어 폐구하는 상판(135)으로 이루어진다.

상기 지침(131a)은 통상적인 나침반의 지침과 동일한 것으로, 일단이 북쪽을 향하게 배치된다. 한편, 상기 방위계(131)는 바닥이 투명재질로 되어서 상기 발광기(136)로부터 조사한 빛이 방위계(131)를 통과해 수광센서(134)에 도달한다. 이때, 상기 지침(131a)은 불투명재질로 되어서, 상기 지침(131a)에 의해 가려지는 수광센서(134)는 발광기(136)로부터 조사하는 빛을 감지하지 못한다. 결국, 상기 수광센서(134)는 지침(131a)이 놓인 위치를 간접적으로 확인할 수 있고, 빛을 감지하지 못하는 지점이 바로 북쪽이 된다.

한편, 상기 수광센서(134)의 위치와, 위치감지판(120)의 가압센서(121)는 배열위치가 서로 연관되어 데이터로 저장된다.

상기 방위확인센서(130)는 감지한 신호를 무선통신모듈(150)로 전송하여서, 상기 정보데이터 및 식별데이터와 더불어 방위데이터로서 전송된다.

참고로, 상기 지지대(133)는 발광기(136)에서 발하는 빛이 외부로 새어나가 지 않도록, 상하판(132, 135)을 긴밀하게 밀폐한다.

도 6을 참조하여 설명하면, 측정장치(100)로부터 전송된 정보데이터, 식별데이터, 방위데이터 및 높이데이터는 수집모듈(210)을 통해 수신한다. 이때, 감시서버(200)와 통신하는 측정장치(100, 100')는 다수 개가 존재하므로, 측정장치(100, 100')는 측정장치(100, 100')를 구분할 수 있는 고유데이터를 함께 전송하고, 상기 수집모듈(210)은 고유데이터를 통해 상기 정보데이터, 식별데이터, 방위데이터 및 높이데이터를 전송한 측정장치(100)를 확인한다.

감시서버(200)의 위치연산모듈(220)은 상기 정보데이터, 식별데이터, 방위데이터 및 높이데이터를 이용해 측정장치(100, 100')의 기울기와 기울어진 방향 및 이웃하는 측정장치(100, 100') 간의 상대높이 변화를 연산한다.

앞서 설명한 바와 같이, 정보데이터는 해당 측정장치(100)의 기울기 정보를 포함하고, 식별데이터는 이동자(122)가 현재 압력을 가하는 가압센서(121)의 위치 정보를 포함하면서 측정장치(100)의 기울어진 방향을 추적할 수 있는 한편, 상기 방위데이터를 통해 측정장치(100)의 방향 기준을 설정할 수 있으므로, 상기 방향 기준에 대한 가압센서(121)의 방향을 확인하여 최종적으로 이동자(122)가 이동한 정확한 방향을 확인할 수 있다. 또한, 이웃하는 측정장치(100, 100')의 높이변화를 확인함으로서, 측정장치(100, 100')의 기울어진 정도를 통해 추적하는 지반의 변형모습을 보완 및 검증할 수 있고, 이를 통해 보다 정확한 지반의 변형모습을 감시할 수 있다.

참고로, 상기 방위확인센서(130)의 수광센서(134) 위치는 가압센서(121)의 배치위치와 항상 나란하므로, 정 북쪽으로 수광센서(134)가 빛을 감지하지 못하고 있고, 빛을 감지하지 못한 수광센서(134)와 일직선상에 위치하는 가압센서(121)로부터 신호가 온다면, 상기 이동자(122)는 정 북쪽으로 이동했음을 알 수 있고, 결국 측정장치(100)는 정 북쪽으로 기울어졌음을 알 수 있게 된다.

상기 위치연산모듈(220)은 다수 개의 측정장치(100, 100')로부터 전송되는 데이터들을 확인하여서, 측정장치(100, 100')가 매설된 지반의 변동상태를 확인할 수 있다. 즉, 서로 이웃하는 측정장치(100, 100')가 역방향으로 기울어져 있다면 해당 측정장치(100, 100') 사이의 지반이 함몰하였음을 알 수 있고, 서로 이웃하는 측정장치(100, 100')가 동일한 방향으로 기울어져 있다면 해당 측정장치(100, 100')가 위치하는 지반이 한쪽으로 기울어져 있음을 알 수 있다.

계속해서, 상기 감시서버(200)에는 시뮬레이션모듈(230)을 더 포함한다. 상기 시뮬레이션모듈(230)은 이웃하는 측정장치(100, 100')를 연결하여서 지반상태를 2차원 또는 3차원 이미지로 표현한다. 즉, 기울어진 측정장치(100, 100')의 기울어진 양단을 각각 이웃하는 다른 측정장치(100, 100')의 일단과 연결하여, 측정장치(100, 100')가 매설된 지중의 지반 상황을 가상이미지를 통해 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 높이데이터를 이용해 이웃하는 측정장치(100, 100') 간의 실질 높이차를 확인함으로서, 측정장치(100, 100')가 동일한 방향으로 기울어지더라도 부분적인 지반의 융기로 인해 오히려 하단 쪽이라 추정되는 측정장치(100, 100')가 더 높은 위치에 존재하는 것을 확인하여 최종데이터에 대한 오차 를 줄일 수 있다.

데이터베이스(240)는 상기 위치연산모듈(220)과 시물레이션모듈(230)이 각각 연산 출력하는 최종데이터를 시간별로 기록하고 이를 저장함으로서, 해당 지반의 변동모습을 확인하고, 이를 통해 향후 변동모습을 예측할 수도 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 측정장치의 매설상태와 동작상태를 각각 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 2는 국가 GPS 상시 기준망을 보인 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 측정장치의 사용상태를 도시한 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 측정장치의 모습을 분해 도시한 사시도이고,

도 5는 본 발명에 따른 측정장치에 설치되는 사방레이저 또는 감지대의 모습을 분해 도시한 사시도이고,

도 6은 본 발명에 따른 위치측정시스템을 도시한 구성도이고,

도 7은 본 발명에 따른 위치감지판의 모습을 도시한 도면이고,

도 8은 상기 위치감지판의 측단면 모습과 개념적으로 도시한 측단면 모습을 도시한 도면이고,

도 9는 상기 위치감지판의 동작모습을 도시한 도면이고,

도 10은 상기 위치감지판의 동작모습을 개념적으로 도시한 도면이고,

도 11은 본 발명에 따른 방위확인센서의 동작모습을 도시한 도면이고,

도 12는 상기 방위확인센서를 분해 도시한 사시도이고,

도 13은 본 발명에 따른 측정장치의 사방레이저(또는 감지대)의 동작모습을 도시한 단면도이다.

Claims (1)

1. 인공위성;

   인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망;

   반구 형상을 이루면서 점성을 갖는 유체가 충진되는 수용홈을 갖는 베이스와, 상기 베이스를 덮어 폐구하는 커버를 포함하고, 평판형상을 이루는 하우징; 중심이 상하 관통가능하게 개구되고 상면이 반구형상으로 된 안착대를 상기 하우징 상에 이격되게 배치 고정하는 지지프레임; 사방레이저 또는 이 사방레이저로부터 발사된 레이저광을 수광하여 수광위치를 감지하는 감지대를 고정하고 서로 이웃하는 사방레이저와 감지대의 위치를 확인하는 조준센서를 구비한 지지대와, 상면 개구된 중공을 갖추고 구형으로 되어서 상기 안착홈에 유동가능하게 맞물리는 회동자와, 상기 안착홈을 관통하는 링커를 매개로 회동자와 고정되는 기준추와, 상기 지지대를 회전시키며 상기 중공에 탑재되는 구동기와, 상기 조준센서와 통신하면서 이웃하는 사방레이저 또는 감지대의 위치를 확인하고 사방레이저와 감지대가 서로 마주하도록 구동기를 동작시킴으로서 지지대의 회전을 제어하는 제어모듈을 구비한 고정체; 상기 감지대의 수광위치에 대한 변화를 확인하여 높이데이터로 처리하는 상대높이확인센서; 하나의 최저점을 갖는 다수의 홈이 동심원을 그리며 형성 배치되고, 중심에는 하나의 최저점을 갖는 곡면형상의 중심부가 형성되며, 상기 홈과 중심부의 최저점에는 가압센서가 배치되되, 원판형상을 이루면서 상기 홈과 중심부가 드러나는 상면은 가장자리로 갈수록 높아지는 경사진 곡면으로 되고, 상기 상면 에는 이동가능하게 얹혀지는 구형의 이동자가 위치하면서, 상기 하우징에 수평하게 탑재되는 위치감지판; 상기 가압센서들과 통전라인을 매개로 전기적으로 연결되어서, 신호를 발신한 가압센서를 확인하여 식별데이터를 처리하고, 해당 가압센서에 상응하는 기울어진 각도정보를 확인하여 정보데이터를 처리하며, 상기 하우징에 탑재되는 센서확인모듈; 하판과, 발광기와, 발광기로부터 조사되는 광을 감지하는 수광센서와, 북쪽을 향해 회전하는 불투명재질의 지침을 구비하며 상기 발광기와 수광센서 사이에 배치되어 발광기로부터 조사되는 광의 투과가 가능한 투명한 재질의 방위계와, 상기 하판에 탑재된 발광기와 수광센서와 방위계를 덮어 보호하도록 하판을 덮는 상판으로 이루어져서, 상기 수용홈에 상하로만 이동가능하게 고정되며, 상기 지침으로 가려져 수광하지 못한 수광센서의 위치에 대한 방위데이터를 처리하는 방위확인센서; 및 상기 하우징에 탑재되고, 상기 센서확인모듈의 식별데이터 및 정보데이터와 방위확인센서의 방위데이터와 상대높이확인모듈의 높이데이터와 고유신호를 포함한 고유데이터를 무선발신하는 무선통신모듈로 이루어지고; 상기 GPS 상시 기준망과 접속하여서 매설위치를 확인받는 다수의 측정장치; 및

   상기 고유데이터로 측정장치를 확인하여서 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터ㆍ높이데이터를 수신하는 수집모듈과, 높이데이터를 확인하여 다수의 측정장치에 대한 상대적인 높낮이를 연산처리하는 높이연산모듈과, 상기 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터를 연산처리하고 높이데이터를 통해 결과를 보정함으로서 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 추적한 최종데이터를 처리하는 위치연산모듈과, 최종데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 최종데이터를 저장하는 데이터베이스로 된 감시서버;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 지피에스 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템.

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