KR100801680B1 - 소나를 이용한 수중구조물의 무인 안전진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중음파장비인 소나가 탑재된 수중탐사체를 교각의 주변에서 360°회전시키면서 음파를 조사함으로써 수중구조물의 전방위에 걸쳐 결함여부를 정밀하고 신뢰성있게 조사할 수 있으며, 수중구조물의 결함상태 데이타 획득과 평가를 편리하게 수행할 수 있는 소나를 이용한 무인 안전진단장치에 관한 것이다.

본 발명은, 수중구조물의 표면을 따라 이동하는 바퀴; 수중구조물과 임의의 간격을 두고 위치되며, 상기 수중구조물의 주변을 360°회전 가능하게 구동하는 보트; 일단은 상기 보트에 고정되고, 타단은 수중구조물측으로 연장되어 상기 수중구조물과 보트의 간격을 유지하기 위한 간격유지 프레임; 일단은 상기 간격유지 프레임의 소정 위치에 고정되고, 타단은 수중에 위치하는 현가프레임; 및 상기 현가프레임의 단부에 설치되며, 일측단에 소나를 탑재하여 수중에서 수중구조물을 향하여 음파를 조사함으로써 수중구조물의 결함여부를 조사하는 수중탐사체를 포함하는 소나를 이용한 무인 안전진단장치를 제공한다.

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Description

소나를 이용한 수중구조물의 무인 안전진단장치{Unmanned safety diagnosis apparatus for underwater structure using sonar}

본 발명은 교량, 교각, 항만등과 같은 수중 구조물의 안전진단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중부의 광대역을 조사하기 위한 도구인 소나(sonar)를 이용하여 수중구조물의 국부적인 지역에 대한 결함여부를 정밀하게 조사할 수 있도록 한 소나를 이용한 수중구조물의 무인 안전진단장치에 관한 것이다.

일반적으로, 교량은 도로 및 철도를 구성하는 중요구조물로서, 하천, 계곡, 교차로등을 횡단하는 기능을 수행한다. 최근에 지구온난화에 따른 이상기변으로 해마다 홍수가 발생하여 많은 교량들이 붕괴되고 있으며, 교량 파괴의 주요원인중 하나가 홍수와 세굴로 인한 것으로 분석되었다.

한편, 항만, 교량, 교각 등의 시설물중 수중에 매설되어 있는 수중시설물은 매우 복잡한 형태로 불규칙하게 매설되어 있으며, 또한 그 종류가 다양하고, 매설상태가 획일화되어 있지 않기 때문에 외관상으로 쉽게 확인하고 점검할 수 없으므 로 신속한 안전관리를 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 수중의 지하시설물로서 설치되어 있는 교각은 매설되어 있는 위치의 유량과 유속등으로 인해 시설물의 위치, 매설 깊이, 매설상태 등이 매설초기와 큰 차이가 있을 수 있으므로 시설물의 결함여부를 정확히 조사할 수 있는 장비가 필요한 실정이었다. 이러한 형태의 수중구조물의 점검은 통상 스쿠버들에게 의존하여 정기적으로 실시하고 있는데, 수작업에 의존하기 때문에 정밀 조사가 수행하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 수중 깊숙한 곳의 탐사는 안전사고의 위험이 매우 높은 문제점을 내포하고 있다. 또한, 수중에서 방향감각의 상실로 인한 정확한 위치산정의 어려움이 있으며, 수중의 혼탁도에 따른 정밀한 안전진단 실시가 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 사고를 방지하고 수중 구조물을 조사하기 위하여 정확도가 높은 탐사기법이 요구되는데, 종래에는 주로 송신기로부터 송신된 전류를 수신기에 유도하여 전류를 탐지함으로써 매설된 관로와 교각의 상태 등을 측정하는 전자유도 탐사기법이 사용되어 왔다. 상기한 방법은 장비조작 및 운반이 용이하고 가격이 저렴한 장점이 있는 반면에, 수중 교각의 부식상태, 이물질의 기생상태 등의 여러가지 상태를 점검하기에는 부족한 점이 많았다.

이러한 문제점을 극복하고자 종래에는 도1에 도시된 바와 같이, 국내특허공개 제1999-0060511호의 수중탐사장치와 도2에 도시된 바와 같이 국내실용신안등록 제0214658호의 수중탐사용 카메라장치가 제안되어 있다. 도1에 도시된 수중탐사장치는 강바닥이나 해저면을 이동할 수 있는 본체(101)에 설치된 틸팅용 바퀴(102)가 움직이면서 크랭크축(103)을 구동시켜 와이어(105)를 매개로 크랭크축(103)과 연결 되는 카메라(106)를 좌우로 움직이게 하여 수중촬영을 하는 구조로 되어 있다. 상기한 구조의 수중 탐사장치는 고르지 못한 해저면위를 구르면서 촬영하기 때문에, 각종 장애물에 걸려 전진하기 어렵거나 장애물에 의해 전복되는 등의 문제가 발생하여 실질적인 수중 탐사가 어려운 구조이다.

도2에 도시된 수중탐사용 카메라 장치는 카메라가 내장된 몸체(201)의 저면에 각도를 조절할 수 있는 균형추(203)와; 상기 균형추(203)에 설치되어 그의 회전에 따라 방향이 전환되도록 한 방향키(205)가 구비되어 있다. 상기한 구조는 균형추와 몸체를 다각도로 조절할 수 있으므로 수중 어느 방향으로도 관측할 수 있는 장점이 있음에 반하여, 균형추의 각도 조절장치가 자동 조절구조가 아니라 수동조절구조로 이루어져 있어 방향각도를 조절할 때마다, 탐사장치를 꺼낸 후에 각도를 조절하고 재차 수중으로 투입해야 하는 번거로움이 있으며, 오직 한방향만을 관측하거나 촬영할 수 있는 구조이므로, 수중에서 상,하,좌,우 전방위의 탐사가 어려우므로 수중에서 교각상태의 결함여부등과 같은 정밀 검사가 어려운 문제점이 있다.

또 다른 예로서, 국내 특허등록 제0607880호에서는 도3에 도시한 바와 같이 작업자가 탑승하여 교량의 세굴상태를 육안으로 조사하기 위한 안전진단용 투명박스(302)와; 상기 안전진단용 투명박스(302)를 수중으로 견인하기 위한 크레인(304)과; 상기 안전진단용 투명박스(302)의 부력을 방지하는 부력방지용 추(306)와; 산소공급호스(308) 및 전화케이블(310)등을 구비한 수중 옹벽구조물 벽체의 안전진단장치가 제안되었다. 그러나, 상기의 구조는 옹벽 구조물의 벽체에 형성된 세굴심의 진행상태를 육안으로 관찰하기 때문에 결함여부를 정밀하게 조사할 수 있는 반면 에, 안전진단용 투명박스(302)가 크레인에 의해 승강되는 구조이므로 교량에서의 차량 통제가 이루어져야 하고, 안전진단용 투명박스(302)를 수중 구조물에 근접시키기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 안전진단용 투명박스(302)를 사방으로 이동시킬 수 있는 구조가 아니므로 수중구조물의 전방위 조사에 어려움이 따르는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 수중음파장비인 소나가 탑재된 수중탐사체를 교각의 주변에서 360°회전시키면서 음파로 조사함으로써 수중구조물의 전방위에 걸쳐 결함여부를 정밀하고 신뢰성있게 조사할 수 있으며, 수중구조물의 결함상태 데이타 획득과 평가를 편리하게 수행할 수 있는 소나를 이용한 무인 안전진단장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 수중구조물의 표면을 따라 이동하는 바퀴; 수중구조물과 임의의 간격을 두고 위치되며, 상기 수중구조물의 주변을 360°회전 가능하게 구동하는 보트; 일단은 상기 보트에 고정되고, 타단은 수중구조물측으로 연장되어 상기 수중구조물과 보트의 간격을 유지하기 위한 간격유지 프레임; 일단은 상기 간격유지 프레임의 소정 위치에 고정되고, 타단은 수중에 위치하는 현가프레임; 및 상기 현가프레임의 단부에 설치되며, 일측단에 소나를 탑재하여 수중에서 수중구조물을 향하여 음파를 조사함으로써 수중구조물의 결함여부를 조사하는 수중탐사체를 포함하는 소나를 이용한 무인 안전진단장치를 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 특징에 따르면, 소나가 탑재된 수중 탐사체가 수중 구조물의 주변에서 360°회전하면서 음파를 조사함으로써 수중구조물의 전방위에 걸쳐 결함여부를 정밀 탐사할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 수중 구조물의 결함상태를 데이타로 획득하고 이를 토대로 수중구조물의 평가가 가능하고, 수중구조물의 초기 상태와 현재상태를 모니터에서 디스플레이를 통하여 비교 측정할 수 있어 확인, 점검을 신뢰적으로 이룰 수 있는 다른 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도4 내지 도6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 소나를 이용한 무인 안전진단장치는 소나가 탑재된 수중탐사체를 수중에서 수중구조물의 주변을 회전시키면서 조사함으로써 수중구조물의 전방위에 걸쳐 탐사가 가능하도록 구현한 것이다.

본 발명의 실시예에서는 도4에 도시한 바와 같이, 수중구조물(2)의 표면에 밀착되며, 그의 원주면을 따라 구름동작하는 두개의 바퀴(4)와; 상기 수중구조물(2)과 임의의 간격을 두고 위치되며, 상기 수중구조물(2)의 주변을 360°공전하도록 구동하는 보트(6)와; 일단은 상기 보트(6)에 고정되고, 타단은 보트를 가로질러 수중구조물(2)측으로 연장되어 바퀴(4)에 연결되며, 상기 수중구조물(2)과 보트(6)의 간격을 유지하기 위한 간격유지 프레임(8)과; 일단은 상기 간격유지 프레임(8)에 고정되고, 타단은 수중에 위치하는 현가프레임(10)과; 상기 현가프레임(10)의 단부에 설치되며, 일측단에 소나를 탑재하여 수중에서 수중구조물(2)을 향하여 음파를 조사함으로써 수중구조물(2)의 결함여부를 조사하는 수중탐사체(12); 및 상기 수중구조물(2)의 표면에 설치되며, 보트(6)가 수중구조물(2)의 주변에서 공전할 때 기준점으로서의 기능하기 위한 기준점 표시목(14)을 포함한다.

본 발명의 실시예에서 상기 소나로는 해저면 지형조사 및 난파선박 조사, 해저케이블 조사, 해저면의 인공구조물 현황조사, 방파제 사면 및 호안제방 조사에 주로 이용되는 사이드 스캔 소나(side scan sonar)가 채용된다.

상기 사이드 스캔 소나는 수중탐사체(towfish)(12)의 양쪽에 장착되어 있는 1250kHz 트랜스듀서(transducer)에 의해 운용된다. 상기 트랜스듀서는 내부에 일렬의 세라믹으로 구성되어 있으며, 이 세라믹의 진동에 의하여 음파를 방사 또는 획득한다. 수중탐사체(12)의 양쪽에 장착되어 있는 트랜스듀서는 수평빔폭 0.3도, 수직 빔폭 40도의 방사각으로 빔이 방사되며, 각도는 수평축에서 25도 아래를 향하여 작동하므로 방파제 피복석 및 소파공의 수중상태 파악이 용이하다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 도5 및 도6을 참조하여 설명한다.

도면에 도시한 바와 같이, 먼저 보트(6)를 수중구조물(2)인 교각에 접근시킨 후 상기 교각의 표면에 바퀴(4)를 접촉시키되, 상기 바퀴(4)의 중간 아래에 기준점 표시목(14)을 위키시킨다. 그리고, 현가프레임(10)에 고정된 수중탐사체(12)를 교각과 수평이 되게 위치시킨다. 상기 수중탐사체(12)가 위치된 현가프레임(10)과 수중구조물(2)간의 간격은 통상 2m 정도를 유지시킨다. 상기 수중탐사체(12)의 고도 는 swath의 1/10이므로 약 2∼10m 내외의 수심에서는 약2m 정도의 수중에 수중탐사체(12)를 위치시킨다.

상기와 같이 설치된 상태에서, 보트(6)를 구동시키게 되면, 상기 바퀴(4)가 교각의 원주면을 따라 이동하면서 교각의 주변을 수중탐사체(12)가 공전하게 된다. 그리고, 상기 소나의 세라믹 진동에 의해 음파를 방사하여 교각의 결함상태를 체크하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 종래기술에 따른 수중탐사용 카메라장치의 일예 구성을 나타낸 개략적인 사시도.

도2는 종래 기술에 따른 수중탐사용 카메라장치의 다른 일예를 나타낸 개략적인 사시도.

도3은 종래 기술에 따른 해상 옹벽구조물의 안전진단장치의 구성을 나타낸 개략도.

도4는 본 발명에 따른 소나를 이용한 무인 안전진단장치의 일실시예 구성을 나타낸 사시도.

도5 및 도6은 본 발명에 따른 소나를 이용한 무인 안전진단장치의 작용상태를 나타낸 정단면도 및 평면도.

Claims (1)

1. 수중구조물의 표면에 밀착되며, 그의 원주면을 따라 이동하는 바퀴;

   수중구조물과 임의의 간격을 두고 위치되며, 상기 바퀴와 함께 수중구조물의 주변을 공전하도록 구동하는 보트;

   일단은 상기 보트에 고정되고, 타단은 바퀴에 고정되어 상기 수중구조물과 보트의 간격을 유지하기 위한 간격유지 프레임;

   일단은 상기 간격유지 프레임의 소정 위치에 고정되고, 타단은 수중에 위치하는 현가프레임;

   상기 현가프레임의 단부에 설치되며, 일측단에 사이드 스캔 소나(side scan sonar)를 탑재하여 수중에서 수중구조물을 향하여 음파를 조사함으로써 수중구조물의 결함여부를 조사하는 수중탐사체; 및

   상기 보트가 수중구조물의 주변에서 공전할 때 기준점으로서의 기능하기 위한 기준점 표시목

   을 포함하는 소나를 이용한 무인 안전진단장치.

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