KR100936813B1 - System and method of measuring ground movement - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 네 개의 기준 지점에서 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 계측하고, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법에 관한 것이다. The present invention relates to a ground movement measuring system and a measuring method thereof, and more particularly, measuring first to fourth measuring distances, which are distances from four reference points to measuring points, and measuring measured first to fourth measuring distances. The present invention relates to a ground movement measuring system for measuring the vertical and horizontal positional movement of a measuring point from a measuring point thereof, and a measuring method thereof.

본 발명에 따른 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법은 지면의 수평적인 위치 이동뿐만 아니라 지면의 수직적 위치 이동까지 계측하여 지면 침하/융기 등을 포함하는 지면이동에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 광섬유 센서를 이용할 수 있어 광범위한 지역의 감시에 적합하고, 경제성과 내구성이 좋으며, 전자파 장애에 의한 노이즈 영향도 배제할 수 있다.The ground movement measuring system and the measuring method according to the present invention can prevent not only accidents due to the ground movement, including ground subsidence / ridge, by measuring not only the horizontal position movement of the ground but also the vertical position movement of the ground. The use of fiber optic sensors makes them suitable for surveillance in a wide range of areas, economical and durable, and eliminates the effects of noise caused by electromagnetic interference.

광섬유, FBG, OTDR, BOTDR, BOTDA, 지면이동 계측, 삼각법, 공간해석 Fiber Optic, FBG, OTDR, BOTDR, BOTDA, Ground Movement Measurement, Trigonometry, Spatial Analysis

Description

지면이동 계측시스템 및 계측방법{System and method of measuring ground movement}Ground movement measuring system and measuring method {System and method of measuring ground movement}

본 발명은 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 네 개의 기준 지점에서 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 계측하고, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계산하는 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법에 관한 것이다. The present invention relates to a ground movement measuring system and a measuring method thereof, and more particularly, measuring first to fourth measuring distances, which are distances from four reference points to measuring points, and measuring measured first to fourth measuring distances. The present invention relates to a ground movement measuring system for calculating the vertical and horizontal position movements of a measuring point from the measuring point and a measuring method thereof.

일반적으로 지면이나 지중의 변화는 지진이나 폭우 등의 자연적인 원인뿐만 아니라 여러 토목 공사 등의 인위적인 원인으로도 발생한다. 특히 연약 지반이 형성되는 경우에 지면이나 지중에 상기 원인으로 인한 변화가 발생하면, 경사면의 토사 슬라이딩, 지면 침하, 도로나 경사면의 붕괴, 산사태 등의 사고가 발생하며 그로 인해 인사 사고 및 차량 사고가 발생하게 된다.In general, changes in the ground or the ground occur not only for natural causes such as earthquakes and heavy rain, but also for artificial causes such as various civil works. Particularly, when the soft ground is formed, if the change caused by the above causes occurs on the ground or the ground, accidents such as soil sliding on the slope, settlement of the ground, collapse of roads or slopes, landslides, etc. result in personnel and vehicle accidents. Will occur.

상기와 같은 사고를 막기 위하여 상기 사고가 발생할 우려가 있는 경사면 등의 이동이 예측되는 지점에 박는 말뚝과 이를 와이어(wire)를 통해 상호 연결하고, 와이어의 길이 변화에 따라 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장비가 알려져 있다. In order to prevent such an accident, a pile driven to a point where a movement of an inclined surface, such as an incidence of occurrence of an accident, is predicted and interconnected through a wire, and predicting signs of collapse of the inclined surface according to a change in the length of the wire Equipment is known.

도 1은 종래기술에 따른 경사면의 붕괴를 예측하는 장치를 나타내는 도면이 다.1 is a view showing a device for predicting the collapse of the slope according to the prior art.

도 1의 장치는 경사면의 측정 지점에 말뚝(110)을 박고, 말뚝 사이(110)를 신축계가 포함된 와이어로 각각 연결하고, 측정 장비(130)가 각 말뚝(110) 사이의 길이 변화를 측정하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치이다.The device of Figure 1 puts the pile 110 at the measuring point of the inclined surface, each connected between the pile 110 with a wire containing a telescopic system, the measuring equipment 130 measures the length change between each pile 110 It is a device for predicting the signs of collapse of the slope.

그러나, 종래의 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장비는 와이어의 길이 변형으로부터 경사면과 평행한 성분만의 경사면 이동만을 감지하기 때문에 경사면에 수직하게 경사면 이동이 발생하는 경우 측정 지점이 공간상에서 실제로 이동하는 방향 및 그 이동량에 오차가 있었다. 그로 인하여 경사면의 이동에 대한 정확한 예측이 힘들고, 지면의 수직 이동에 대한 측정이 불가능하여 지면 침하/융기 등이 발생하기 쉬운 평탄한 지역에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.However, the conventional equipment that predicts the signs of collapse of the inclined plane detects only the inclined plane movement of only the components parallel to the inclined plane from the deformation of the wire, so when the inclined plane movement perpendicular to the inclined plane occurs, the direction in which the measurement point actually moves in space. And there was an error in the amount of movement. As a result, it is difficult to accurately predict the movement of the inclined surface, and it is impossible to measure the vertical movement of the ground, and thus it is not applicable to a flat area where ground subsidence / ridge is easily generated.

또한, 종래의 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장비는 와이어 및 신축계 등을 이용하기 때문에 광범위한 지역의 감시에 적절하지 못하다는 문제점이 있었다.In addition, the conventional equipment for predicting the signs of collapse of the inclined surface has a problem that it is not suitable for monitoring a wide area because it uses a wire and a telescopic system.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 측정하고자 하는 지면의 수평 위치 이동뿐만 아니라 지면의 수직 위치 이동까지 계측할 수 있는 지면이동 계측 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a ground movement measurement system and method capable of measuring not only the horizontal position movement of the ground to be measured but also the vertical position movement of the ground.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일특징에 따른 지면이동 계측시스템은, 지면에 수직으로 설치되며, 제1 기준 지점과 제1 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점을 가지는 제1 기준 지주; 지면에 수직으로 설치되며, 제3 기준 지점과 제3 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점을 가지는 제2 기준 지주; 이동하는 지면에 수직으로 설치되며, 측정 지점을 가지는 측정 지주; 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지 각각 연결되는 제1 내지 제4 광섬유를 포함하는 광섬유; 광섬유에 빛을 입사하여 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 변형 측정부; 및 생성된 광섬유 변형정보로부터 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하고, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 제어부를 포함하며, 제1 기준 지주, 제2 기준 지주 및 측정 지주는 서로 소정 거리만큼 이격되어 지면에 설치되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the ground movement measuring system according to an aspect of the present invention is installed perpendicular to the ground, and has a first reference point and a second reference point positioned upward by a predetermined distance from the first reference point. 1 standard post; A second reference post which is installed perpendicular to the ground and has a fourth reference point located above the third reference point and the third reference point by a predetermined distance; A measuring post installed perpendicular to the moving ground and having a measuring point; Optical fibers including first to fourth optical fibers respectively connected from the first to fourth reference points to the measurement points of the measuring posts; A strain measuring unit configured to measure the strain of the first to fourth optical fibers by injecting light into the optical fiber, and to generate optical fiber strain information including the measured strains of the first to fourth optical fibers; And measuring first to fourth measurement distances, which are distances from the first to fourth reference points to the measurement points of the measurement posts, from the generated optical fiber deformation information, respectively, and measuring perpendicular to the measurement points from the measured first to fourth measurement distances. And a control unit for measuring the horizontal position movement, wherein the first reference post, the second reference post, and the measurement post are spaced apart from each other by a predetermined distance and are installed on the ground.

바람직하게는, 상기 계측시스템은, 생성된 광섬유 변형정보, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 및 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the measurement system may further include a storage unit for storing the generated optical fiber deformation information, the measured first to fourth measurement distances, and the vertical and horizontal position movements of the measured measurement points.

바람직하게는, 상기 계측시스템은, 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 기준치를 초과하면 경고 신호를 생성하는 경고부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the measurement system may further include a warning unit for generating a warning signal when the vertical and horizontal positional movement of the measured measurement point exceeds a reference value.

바람직하게는, 상기 광섬유는 온도 변화에만 영향을 받는 기준 광섬유를 더 포함하고, 상기 변형 측정부는 기준 광섬유의 변형률을 측정하고 측정된 기준 광섬유의 변형률을 더 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하며, 상기 제어부는 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률에서 측정된 기준 광섬유의 변형률을 차감하여 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측할 수 있다.Preferably, the optical fiber further includes a reference optical fiber that is affected only by the temperature change, the strain measuring unit measures the strain of the reference optical fiber and generates optical fiber strain information further comprising the measured strain of the reference optical fiber, the control unit The first to fourth measurement distances may be measured by subtracting the strain of the reference optical fiber measured from the measured strains of the first to fourth optical fibers.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 특징에 따른 지면이동 계측방법은, (a) 제1 기준 지점과 제1 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점을 가지는 제1 기준 지주; 및 제3 기준 지점과 제3 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점을 가지는 제2 기준 지주를 지면에 수직으로 설치하는 단계; (b) 측정 지점을 가지는 측정 지주를 이동하는 지면에 수직으로 설치하는 단계; (c) 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하는 단계; 및 (d) 제1 기준 지점과 제2 기준 지점 간의 거리, 제3 기준 지점과 제4 기준 지점 간의 거리, 제1 기준 지점과 제3 기준 지점 간의 거리, 및 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a ground movement measuring method comprising: (a) a first reference post having a first reference point and a second reference point positioned upward by a predetermined distance from the first reference point; And installing a second reference post perpendicular to the ground, the second reference post having a third reference point and a fourth reference point positioned upward by a predetermined distance from the third reference point. (b) installing the measuring strut having the measuring point perpendicular to the moving ground; (c) measuring first to fourth measurement distances, respectively, a distance from the first to fourth reference points to the measurement point of the measurement post; And (d) the distance between the first reference point and the second reference point, the distance between the third reference point and the fourth reference point, the distance between the first reference point and the third reference point, and the measured first to fourth measurement distances. And measuring the vertical and horizontal positional movements of the measuring point.

바람직하게는, 상기 계측방법은 (e) 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 기준치를 초과하면 관리자에게 경고하는 경고신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the measuring method may further comprise (e) generating a warning signal to warn the administrator when the vertical and horizontal position movement of the measured measuring point exceeds a reference value.

바람직하게는, 상기 (c) 단계는, (c1) 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지 연결되는 제1 내지 제4 광섬유를 설치하는 단계; (c2) 제1 내지 제4 광섬유에 빛을 입사하여 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 단계; 및 (c3) 생성된 광섬유 변형정보로부터 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (c) comprises: (c1) installing the first to fourth optical fibers connected from the first to the fourth reference point to the measuring point of the measuring post; (c2) injecting light into the first to fourth optical fibers to measure strains of the first to fourth optical fibers, respectively, and generating optical fiber strain information including the measured strains of the first to fourth optical fibers; And (c3) measuring first to fourth measurement distances from the generated optical fiber deformation information.

본 발명에 따른 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법에 의하면, 지면의 수평적 위치 이동뿐 아니라 수직적 위치 이동까지 계측하는 3차원 계측을 가능하게 함으로써 경사면 및 평탄한 지면을 감시할 수 있고, 지면이동에 대한 3차원 계측을 통해 지면의 수평 이동 및 지면의 침하/융기 조짐까지 예측하여 지면이동에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있다.According to the ground movement measuring system and the measuring method according to the present invention, it is possible to monitor the inclined plane and flat ground by enabling three-dimensional measurement that measures not only the horizontal position movement of the ground but also the vertical position movement. Through three-dimensional measurement, it is possible to predict the horizontal movement of the ground and the settlement and elevation of the ground to prevent accidents caused by the ground movement.

또한, 본 발명에 따른 지면이동 계측시스템 및 그 계측방법은 광섬유 센서를 이용할 수 있으므로 광범위한 지역의 감시에 적합하고, 경제성과 내구성이 좋으며, 전자파 장애에 의한 노이즈의 영향을 배제할 수 있다.In addition, since the ground movement measuring system and the measuring method according to the present invention can use an optical fiber sensor, it is suitable for monitoring a wide area, economical and durable, it is possible to exclude the influence of noise due to electromagnetic interference.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects attained by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a ground movement measurement system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측 시스템은 제1 기준 지주(210), 제2 기준 지주(220), 측정 지주(230), 제1 내지 제4 광섬유(251~254)를 포함하는 광섬유(250), 변형 측정부(260) 및 제어부(270)를 포함하며, 추가로 저장부(280) 및 경고부(290)를 더 포함할 수 있다. 이하, 이들 구성요소들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2, the ground movement measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first reference support 210, a second reference support 220, a measurement support 230, and first to fourth optical fibers 251 to 254. Including the optical fiber 250, strain measurement unit 260 and the control unit 270, and may further include a storage unit 280 and the warning unit 290. Hereinafter, these components will be described in detail.

도 3은 도 2에서 각 기준 지주, 측정 지주, 및 광섬유가 설치된 부분을 상세하게 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing details of each of the reference posts, the measurement posts, and the optical fiber in FIG. 2.

제1 기준 지주(210)와 제2 기준 지주(220)는 지면에 수직으로 설치되며, 하부가 지중에 묻히고 상부가 지상에 노출된다. 제1 기준 지주(210)는 지면에서 소정 거리(h1)만큼 상부에 위치한 제1 기준 지점(241)과 제1 기준 지점(241)으로부터 소정 거리(d1)만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점(242)을 가진다. 제2 기준 지주(220)는 지면에서 소정 거리(h2)만큼 상부에 위치한 제3 기준 지점(243)과 제3 기준 지점(243)으로부터 소정 거리(d2)만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점(244)을 가진다.The first reference post 210 and the second reference post 220 are installed perpendicular to the ground, and the lower part is buried in the ground and the upper part is exposed to the ground. The first reference strut 210 is a first reference point 241 positioned above the ground by a predetermined distance h 1 and a second reference point positioned upward by a predetermined distance d 1 from the first reference point 241. Has (242). The second reference strut 220 has a third reference point 243 located above the ground by a predetermined distance h 2 and a fourth reference point positioned above the third reference point 243 by a predetermined distance d 2 . Has (244).

측정 지주(230)는 이동하는 지면에 수직으로 설치되며, 하부가 지중에 묻히 고 상부가 지상에 노출된다. 측정 지주(230)는 지면에서 소정 거리(h3)만큼 상부에 위치한 측정 지점(245)을 가진다.Measuring strut 230 is installed perpendicular to the moving ground, the lower part is buried in the ground and the upper part is exposed to the ground. The measuring post 230 has a measuring point 245 located above the ground by a predetermined distance h 3 .

제1 기준 지주(210), 제2 기준 지주(220) 및 측정 지주(230)는 서로 소정 거리만큼 이격되어 지면에 설치된다. 그에 따른 제1 기준 지점(241)과 제3 기준 지점(243)간의 거리는 d3이고, 제2 기준 지점(242)과 제4 기준 지점(244) 간의 거리는 d4이다. The first reference strut 210, the second reference strut 220, and the measuring strut 230 are spaced apart from each other by a predetermined distance and are installed on the ground. Accordingly, the distance between the first reference point 241 and the third reference point 243 is d 3 , and the distance between the second reference point 242 and the fourth reference point 244 is d 4 .

d1~d4,및 h1~h3은 제1 및 제2 기준 지주(210, 220)와 측정 지주(230)의 설치 시에 결정되므로, 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지점(245)까지의 거리를 시간별로 알면 측정 지점(245)의 위치가 시간별로 계산될 수 있다. 측정 지점(245)의 위치가 시간별로 계산되면 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동 역시 계측될 수 있다.d 1 to d 4 , and h 1 to h 3 are determined at the time of installation of the first and second reference struts 210 and 220 and the measuring strut 230, and thus, the first to fourth reference points 241 to 244. By knowing the distance to the measurement point 245 by time, the position of the measurement point 245 can be calculated by time. If the position of the measuring point 245 is calculated for each time, the vertical and horizontal position movements of the measuring point may also be measured.

제1 기준 지점과 제2 기준 지점 간의 거리(d1) 및 제3 기준 지점과 상기 제4 기준 지점 간의 거리(d2)가 서로 동일하고(d1=d2), 제1 기준 지점(241),제3 기준 지점(243) 및 측정 지점(245)이 지면으로부터 동일한 거리(h1=h2=h3)만큼 상부에 위치한 지점일 수 있다. 이런 경우, 측정 지점(245)의 위치 계산이 더욱 수월해진다.The distance d 1 between the first reference point and the second reference point and the distance d 2 between the third reference point and the fourth reference point are equal to each other (d 1 = d 2 ), and the first reference point 241 ), The third reference point 243 and the measurement point 245 may be a point located above the same distance (h 1 = h 2 = h 3 ) from the ground. In this case, the calculation of the position of the measuring point 245 is made easier.

제1 및 제2 기준 지주(210, 220)는 지면이동을 계측하는데 있어서 기준이 되는 위치에 설치되는 지주이고, 측정 지주(230)는 지면이동이 계측되는 위치에 설치되는 지주이다. 따라서, 제1 및 제2 기준 지주(210, 220)는 지면이동이 거의 없는 지역에 설치되고, 측정 지주(230)는 연약 지반이나 경사면 등 지면이동이 예측되는 지역에 설치되는 것이 바람직하다.The first and second reference posts 210 and 220 are posts that are installed at the reference position in measuring the ground movement, and the measuring posts 230 are posts that are installed at the position where the ground movement is measured. Therefore, it is preferable that the first and second reference pillars 210 and 220 are installed in an area where there is little ground movement, and the measuring pillar 230 is installed in an area where ground movement is expected, such as a soft ground or an inclined surface.

광섬유(250)는 제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)를 포함한다. 제1 광섬유(251)는 제1 기준 지점(241)에서 측정 지점(245)까지 연결되고, 제2 광섬유(252)는 제2 기준 지점(242)에서 측정 지점(245)까지 연결되고, 제3 광섬유(253)는 제3 기준 지점(243)에서 측정 지점(245)까지 연결되며, 제4 광섬유(254)는 제4 기준 지점(244)에서 측정 지점(245)까지 연결된다. The optical fiber 250 includes first to fourth optical fibers 251 to 254. The first optical fiber 251 is connected from the first reference point 241 to the measurement point 245, the second optical fiber 252 is connected from the second reference point 242 to the measurement point 245, and the third The optical fiber 253 is connected from the third reference point 243 to the measurement point 245, and the fourth optical fiber 254 is connected from the fourth reference point 244 to the measurement point 245.

측정지주(230)가 지면이동에 따라 이동할 때, 제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)는 각각 인장력을 받아 길이변형이 발생하도록 연결되어야 한다. 따라서 제1 광섬유(251)의 일단을 제 1 기준 지주(210)의 제1 기준 지점(241)에 부착하고, 제1 광섬유의 타단을 측정 지주(230)의 측정 지점(245)에 부착하여 연결한다. 측정 지주(230)가 지면 이동에 따라 이동할 때 제1 광섬유(251)가 인장력을 받아야 하므로, 제1 광섬유(251)는 도시된 것처럼 제1 기준 지점(241)에서 측정 지점(245)까지 늘어짐이 없도록 연결되어야 한다. 제2 내지 제4 광섬유(252~254)는 전술한 제1 광섬유(251)를 연결하는 방식과 동일하게 제2 내지 제4 기준 지점(242~244)과 측정 지점(245) 사이에 각각 연결된다.When the measuring column 230 moves in accordance with the ground movement, the first to fourth optical fibers 251 to 254 should be connected to each other to generate a length deformation under tension. Therefore, one end of the first optical fiber 251 is attached to the first reference point 241 of the first reference post 210, and the other end of the first optical fiber is attached to the measurement point 245 of the measurement post 230. do. Since the first optical fiber 251 must be pulled when the measuring post 230 moves in accordance with the ground movement, the first optical fiber 251 is stretched from the first reference point 241 to the measuring point 245 as shown. It must be connected so that The second to fourth optical fibers 252 to 254 are respectively connected between the second to fourth reference points 242 to 244 and the measurement point 245 in the same manner as the first optical fiber 251. .

다시 도 2로 되돌아가서 설명하도록 한다.Returning to Figure 2 again to be described.

변형 측정부(260)는 광섬유에 빛을 입사하여 제1 내지 제4 광섬유(251~254)의 변형률을 각각 측정하며, 측정된 제1 내지 제4 광섬유(251~254)의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하여 제어부(270)에 제공한다. 변형 측정부(260)는 시간별로 즉, 소정의 단위 시간마다 광섬유에 빛을 입사하여, 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 시간별로 측정하고, 그에 따른 광섬유 변형정보를 시간별로 생성할 수 있다. 광섬유의 변형률은 광섬유에 입사된 빛의 반사광 또는 산란광 중의 어느 하나를 검출하여 측정될 수 있다.The strain measuring unit 260 measures the strain of the first to fourth optical fibers 251 to 254 by injecting light into the optical fiber, and includes the measured strains of the first to fourth optical fibers 251 to 254. The deformation information is generated and provided to the controller 270. The deformation measuring unit 260 may inject light into the optical fiber at a time, that is, every predetermined unit time, measure the strain of the first to fourth optical fibers by time, and generate optical fiber deformation information according to time. . The strain of the optical fiber may be measured by detecting any one of reflected light or scattered light of light incident on the optical fiber.

측정된 제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)의 변형률은 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지주(230)의 측정지점(245)까지의 거리인 제1 내지 제4 측정거리를 계측하는데 이용된다. 변형률은 단위 길이당 변형된 길이를 의미하므로, 광섬유 길이와 측정된 광섬유의 변형률을 곱하면 광섬유의 길이변형량을 구할 수 있고, 그로부터 변형된 후의 광섬유 길이를 구할 수 있다. The measured strains of the first to fourth optical fibers 251 to 254 are the distances from the first to fourth reference points 241 to 244 to the measurement point 245 of the measuring post 230. It is used to measure the measurement distance. Since the strain refers to the strained length per unit length, multiplying the optical fiber length by the measured strain of the optical fiber can obtain the length strain of the optical fiber, and the optical fiber length after the strain can be obtained.

광섬유에 빛을 입사하여 광섬유의 길이 또는 변형률을 구하는 방식에는 여러 가지가 있다. 간단하게는 반사광의 시간지연을 측정하고 다음의 [수학식 1]을 이용하여 광섬유의 길이를 구할 수 있다. 이때 광섬유의 길이를 시간별로 구하고, 광섬유의 변형된 길이를 기존의 광섬유 길이로 나누면 변형률도 구할 수 있다. There are various ways to obtain the length or strain of the optical fiber by injecting light into the optical fiber. In simple terms, the time delay of the reflected light can be measured and the length of the optical fiber can be obtained using Equation 1 below. At this time, the length of the optical fiber is obtained by time, and the strain can be obtained by dividing the modified length of the optical fiber by the existing optical fiber length.

D = (t*c)/(2n)D = (t * c) / (2n)

D: 광섬유 길이, t: 시간지연, c: 빛의 속도, n: 광섬유 굴절률D: optical fiber length, t: time delay, c: speed of light, n: optical fiber refractive index

또한, 그 외에도 입사된 빛의 브래그 반사 파장의 변화량을 이용하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서, 페브리-페롯(febry-perot)과 마하젠더(mach zenhnder)와 마이켈슨(michelson) 등의 간섭형 센서, 분포형 광섬유 센서(distributed fiber optic sensor)로서 레일리 후방 산란(Rayleigh back scattering)을 이용하는 OTDR(Optical Time Domain Reflectometry) 센서, 분포형 광섬유 센서로서 브릴루앙 산란(Brillouin scattering)을 이용하는 BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) 센서와 BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis) 센서 등을 이용하여 광섬유의 변형률 또는 길이를 구할 수 있다.In addition, interference type sensors such as Fiber Bragg Grating (FBG) sensors, febry-perot, mach zenhnder, and Michelson, which use variations in the Bragg reflection wavelength of incident light. Optical Time Domain Reflectometry (OTDR) sensor using Rayleigh back scattering as a distributed fiber optic sensor, Brillouin Optical Time using Brillouin scattering as a distributed fiber optic sensor The strain or length of the optical fiber can be obtained using a Domain Reflectometry (BOT) sensor and a Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensor.

본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부(260)는 상기 여러 센서 방식 중의 어느 하나를 이용하여 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성할 수 있다. The strain measuring unit 260 according to an embodiment of the present invention measures strains of the first to fourth optical fibers by using any one of the various sensor schemes, and includes a strain of the first to fourth optical fibers. Information can be generated.

제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)는 한 가닥으로 연결된 광섬유일 수 있다. 상기 여러 센서 방식은 한 가닥의 광섬유를 이용하여 측정하고자 하는 측정구간에서의 물리량(인장력, 온도, 및 압력 등)을 시간별로 측정할 수 있기 때문이다. The first to fourth optical fibers 251 to 254 may be optical fibers connected in one strand. This is because the various sensor methods can measure the physical quantity (tensile force, temperature, pressure, etc.) in a measurement section to be measured by using a single optical fiber over time.

제어부(270)는 변형 측정부(260)로부터 광섬유 변형정보를 제공받아 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지주(230)의 측정 지점(245)까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하고, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동을 계측한다. 온도 변화가 없다면, 제1 내지 제4 광섬유의 길이가 각각 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지주(230)의 측정 지점(245)까지의 거리가 된다.The controller 270 receives the optical fiber strain information from the strain measuring unit 260 and is a distance from the first to fourth reference points 241 to 244 to the measuring point 245 of the measuring post 230. Four measurement distances are respectively measured, and the vertical and horizontal positional movements of the measurement point 245 are measured from the measured first to fourth measurement distances. If there is no temperature change, the lengths of the first to fourth optical fibers are the distances from the first to fourth reference points 241 to 244, respectively, to the measuring point 245 of the measuring post 230.

제어부(270)는 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 제1 기준 지점(241)과 제2 기준 지점(242) 간의 거리, 제3 기준 지점(243)과 제4 기준 지점(244) 간의 거리, 제1 기준 지점(241)과 제3 기준 지점(243) 간의 거리, 및 제2 기준 지점(242)과 제 4 기준 지점(244) 간의 거리에 삼각법을 적용함으로써 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측할 수 있다.The controller 270 may measure the measured first to fourth measurement distances, a distance between the first reference point 241 and the second reference point 242, and a distance between the third reference point 243 and the fourth reference point 244. Moving the vertical and horizontal positions of the measurement point by applying trigonometry to the distance between the first reference point 241 and the third reference point 243, and the distance between the second reference point 242 and the fourth reference point 244. Can be measured.

제1 내지 제4 기준 지점(241~244)과 측정 지점(245)은 제1 및 제2 기준 지주(210, 220)와 측정 지주(230)의 설치 시에 이미 결정된다. 따라서 공간상의 임의의 한 점을 원점으로 하면, 측정 지주(230) 설치시의 측정 지점(245)과 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)이 공간좌표(공간상 위치)로 표시될 수 있다. 이때 원점이 되는 공간상의 임의의 한 점은, 예를 들어, 제 1 기준 지점(241)이 될 수 있다. 지면 이동에 따라 측정 지점(245)이 이동하더라도 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)의 원점에 대한 공간상 위치는 변하지 않는다. 따라서 제어부(270)는 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지점(245)까지의 거리를 각각 시간별로 계측하고 이에 삼각법 또는 다양한 공간해석 방법을 적용함으로써 측정 지점(245)의 임의의 원점에 대한 공간상 위치를 시간별로 계산하여 저장부(280)에 저장할 수 있고, 그를 바탕으로 측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동을 시간별로 계측할 수 있다.The first to fourth reference points 241 to 244 and the measurement point 245 are already determined at the time of installation of the first and second reference posts 210 and 220 and the measurement post 230. Therefore, if any one point in space is the origin, the measuring point 245 and the first to fourth reference points 241 to 244 at the time of installation of the measuring post 230 can be displayed in spatial coordinates (space position). have. At this point, any one point in space that becomes the origin may be, for example, the first reference point 241. Even if the measurement point 245 moves along the ground, the spatial position of the first to fourth reference points 241 to 244 is not changed. Therefore, the control unit 270 measures the distance from the first to fourth reference points 241 to 244 to the measurement point 245 for each time and applies a trigonometric method or various spatial analysis methods to the arbitrary points of the measurement point 245. The spatial position with respect to the origin of the can be calculated by time and stored in the storage unit 280, based on the vertical and horizontal position movement of the measuring point 245 can be measured by time.

저장부(280)는 생성된 광섬유 변형정보, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 및 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 저장한다. The storage unit 280 stores the generated optical fiber deformation information, the measured first to fourth measurement distances, and the vertical and horizontal position movements of the measured measurement points.

제어부(270)는 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동에 대하여 통계 처리를 수행하는 통계처리부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 통계처리부는 저장부(280)로부터 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동에 대한 정보를 제공받아 그에 대한 통계처리를 수행하며, 통계처리의 결과는 저장부(280)에 저장된다. The controller 270 may further include a statistics processor (not shown) that performs statistical processing on the vertical and horizontal position movements of the measured measurement points. The statistical processing unit receives information on the vertical and horizontal position movement of the measurement point from the storage unit 280 and performs statistical processing thereof, and the result of the statistical processing is stored in the storage unit 280.

측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동을 장기간 동안 계측하여 저장 부(280)에 저장시키고 이를 분석함으로써 지면의 이동 경향을 3차원적으로 파악할 수 있다. 그로써 지면의 수평이동이나 지면의 침하/융기 또는 붕괴 등의 사고 조짐에 대한 예측이 가능하다. 또한 지면의 장기적인 이동에 대하여 통계처리를 수행함으로써, 지면 이동에 대한 관리/감독 및 연약 지반에 대한 장기적인 계획 수립도 가능하다.By measuring the vertical and horizontal position movement of the measuring point 245 for a long time and storing it in the storage unit 280 and analyzing it, it is possible to grasp the movement of the ground in three dimensions. This makes it possible to predict the occurrence of accidents such as horizontal movement of the ground or settlement / raising or collapse of the ground. In addition, by performing statistical processing on the long-term movement of the ground, it is possible to manage / supervise the ground movement and establish a long-term plan for the soft ground.

경고부(290)는 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 기준치를 초과하면 경고 신호를 생성하여 관리자에게 경고해 준다. 기준치는 지반의 연약 정도, 지면의 이동 경향, 지면의 경사도 등에 의해 적절한 값으로 결정될 수 있으며, 주변 상황의 변화에 따라 재설정될 수도 있다. 경고 신호는 스피커에 경고음을 출력하거나, 램프를 점멸하거나, 화면에 경고 화면을 출력하게 하는 제어신호로 구현되어, 지면의 이상 상황이 예측되거나 이상 상황 발생 시에 관리자에게 경고해줌으로써 지면 이동에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있다.The warning unit 290 generates a warning signal and warns the manager when the vertical and horizontal position movement of the measured measurement point exceeds a reference value. The reference value may be determined as an appropriate value based on the softness of the ground, the tendency of the ground to move, the slope of the ground, and the like. The warning signal is implemented as a control signal that outputs a warning sound to the speaker, flashes a lamp, or outputs a warning screen on the screen. The accident can be prevented in advance.

도 4는 각 기준 지점(241~244) 및 측정 지점(245)의 위치를 공간좌표 상에서 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing positions of the reference points 241 to 244 and the measurement points 245 on spatial coordinates.

임의의 지점이 원점으로서 결정되면, 제1 내지 제4 기준 지점 및 측정 지점의 위치는 원점에 대한 공간상 위치로 표현된다. 예를 들어 도 4는 제1 기준 지점(241)이 원점으로 결정되고, 제1 기준 지점(241) 및 제3 기준 지점(243)은 지면에서부터 동일한 거리만큼 상부에 위치한 지점이며, 제1 기준 지점 내지 제4 기준 지점이 한 평면상에 존재할 때를 공간좌표로 나타낸 도면이다. If any point is determined as the origin, the positions of the first to fourth reference points and the measurement point are expressed as spatial positions relative to the origin. For example, in FIG. 4, the first reference point 241 is determined as an origin, and the first reference point 241 and the third reference point 243 are located at the same distance from the ground and the first reference point. 4 to 4 show spatial coordinates when the fourth reference point exists on one plane.

공간상에서 어느 한 지점의 위치를 알기 위해서는 4개의 기준 지점의 위치 정보와 각 기준 지점에서 위치를 알고자 하는 지점까지의 거리가 각각 필요하다. 도 4처럼 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지점(245)까지의 거리(L1~L4)가 각각 계측되면, 제1 기준 지점(241)에 대한 측정 지점(245)의 공간상 위치(x, y, z)가 계산될 수 있다. 측정 지점(245)의 공간상 위치가 시간별로 계산되고 저장됨으로써, 측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동이 시간별로 계측될 수 있다. In order to know the position of any one point in space, the position information of four reference points and the distance from each reference point to the point where the position is desired are respectively required. When the distances L 1 to L 4 from the first to fourth reference points 241 to 244 to the measurement point 245 are respectively measured as shown in FIG. 4, the measurement point 245 for the first reference point 241 is measured. The spatial position (x, y, z) of can be calculated. Since the spatial position of the measuring point 245 is calculated and stored by time, the vertical and horizontal position movement of the measuring point 245 can be measured by time.

도 5는 광섬유 격자 센서를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a deformation measuring unit according to an embodiment of the present invention using an optical fiber grating sensor.

광섬유 격자(Fiber Bragg Grating: 'FBG') 센서를 이용한 변형 측정부(260)는 광원부(500), 광 커플러(530), 광 검출부(540) 및 신호처리부(550)를 포함하며, 광섬유는 광섬유 격자 센서(531~53n)를 포함한다. The deformation measuring unit 260 using a fiber Bragg grating ('FBG') sensor includes a light source unit 500, an optical coupler 530, an optical detector 540, and a signal processor 550, and the optical fiber is an optical fiber. Grating sensors 531 to 53n.

광섬유 격자 센서란 광섬유 코어 부분에 광섬유 격자를 가지는 센서를 말한다. 광섬유 격자에 광원이 입사되면, 광섬유 격자의 간격과 광섬유 코어의 굴절률에 의해 정해지는 일정 파장(브래그 반사 파장)을 가지는 반사광이 광섬유 격자에서 반사되고, 나머지 파장의 빛은 광섬유 격자를 그대로 통과한다. 외력(인장력 및 온도) 등에 의해 광섬유에 변형이 생겨 광섬유 격자의 간격이 변하면 반사광의 파장도 변하는데, 이 반사광 파장의 변화를 관측함으로써 광섬유의 변형이 계측된다.The optical fiber grating sensor refers to a sensor having an optical fiber grating at an optical fiber core portion. When a light source is incident on the optical fiber grating, reflected light having a predetermined wavelength (Bragg reflection wavelength) determined by the distance between the optical fiber gratings and the refractive index of the optical fiber core is reflected by the optical fiber grating, and the light of the remaining wavelengths passes through the optical fiber grating as it is. When deformation occurs in the optical fiber due to external force (tensile force and temperature) or the like, and the interval of the optical fiber grating changes, the wavelength of the reflected light also changes, and the deformation of the optical fiber is measured by observing the change in the reflected light wavelength.

광섬유 격자 센서는 측정량이 브래그 반사 파장의 변화량이기 때문에 측정이 간편하며, 광섬유 격자의 광 반사파장의 선폭이 좁기 때문에 분해능이 높은 센서를 구성할 수 있다. 또한 브래그 반사 파장이 서로 상이한 광섬유 격자들은 서로 영향 을 받지 않으므로, 한 가닥의 광섬유를 이용하여 다중지점에서의 측정이 가능하다The optical fiber grating sensor is easy to measure because the measured amount is a change in Bragg reflection wavelength, and a high resolution sensor can be configured because the line width of the light reflection wavelength of the optical fiber grating is narrow. In addition, since fiber gratings with different Bragg reflection wavelengths are not affected by each other, measurement at multiple points can be performed by using one strand of optical fiber.

광섬유 격자 센서에서 파장 분할 다중화 방식(wavelength-division multiplexing:'WDM')을 이용하면, 한 가닥의 광섬유에 존재하는 다수의 광섬유 격자 센서를 동시에 측정할 수 있다. 다수의 광섬유 격자 센서를 한 가닥의 광섬유 내에 직렬로 연결하고, 상이한 파장의 빛을 발생시키는 하나의 광원을 이용해서 각 광섬유 격자 주위의 물리량(인장력 및 온도 등)을 측정할 수 있다. 이때 각 광섬유 격자 센서를 서로 구분하기 위해서, 각 광섬유 격자의 브래그 반사 파장을 서로 상이하게 한다. By using wavelength-division multiplexing ('WDM') in an optical fiber grating sensor, a plurality of optical fiber grating sensors present in one strand of optical fiber can be simultaneously measured. Multiple fiber grating sensors can be connected in series in one strand of optical fiber, and the physical quantities (tensile force and temperature, etc.) around each fiber grating can be measured using one light source generating light of different wavelengths. At this time, in order to distinguish each optical fiber grating sensor from each other, the Bragg reflection wavelength of each optical fiber grating is different from each other.

도 5를 참조하면, 브래그 반사 파장이 서로 상이한(λ1~λn) 광섬유 격자 센서(531~53n)가 광섬유의 변형률을 측정하고자 하는 지점에 위치된다. 본 발명에서는 제1 내지 제4 광섬유의 길이변형이 계측되어야 하므로, 제1 광섬유 내지 제4 광섬유 내에 브래그 반사 파장이 서로 상이한 광섬유 격자 센서가 위치된다.Referring to FIG. 5, optical fiber grating sensors 531 to 53n having different Bragg reflection wavelengths (λ 1 to λ n) are positioned at a point where the strain of the optical fiber is to be measured. In the present invention, since the length deformation of the first to fourth optical fibers should be measured, the optical fiber grating sensors having different Bragg reflection wavelengths are located in the first to fourth optical fibers.

광원부(500)는, 서로 상이한 파장의 빛(light)을 발생시켜, 브래그 반사 파장이 서로 상이한 광섬유 격자 센서(531~53n)를 포함하는 광섬유에 입사한다.The light source unit 500 generates light having different wavelengths and enters an optical fiber including optical fiber grating sensors 531 to 53n having different Bragg reflection wavelengths.

광 커플러(543)는 광섬유로부터 광을 분기하여 광섬유에서 발생하는 서로 상이한 파장의 반사광(λ1~λn)을 출력한다. 출력되는 서로 상이한 파장의 반사광(λ1~λn)은 각 광섬유 격자 센서(531~53n)에서 반사되는 브래그 반사광들이다.The optical coupler 543 splits light from the optical fiber and outputs reflected light λ 1 to λ n of different wavelengths generated in the optical fiber. The reflected light λ 1 to λ n of different wavelengths that are output are Bragg reflected light reflected by the optical fiber grating sensors 531 to 53 n.

광 검출부(540)는 광 커플러(530)에 연결되어 각 광섬유 격자 센서(531~53n)에서 반사되는 브래그 반사광을 각각 검출하고, 검출한 브래그 반사광을 전기신호 로 변환한다.The optical detector 540 is connected to the optical coupler 530 and detects the Bragg reflected light reflected by each of the optical fiber grating sensors 531 to 53n, and converts the detected Bragg reflected light into an electrical signal.

신호처리부(550)는 광 검출부(540)로부터 제공받은 전기신호를 분석하여 각 광섬유 격자(531~53n)가 포함된 광섬유 부분의 변형률을 각각 측정하고, 측정된 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성한다. 본 발명에서는 제1 내지 제4 광섬유의 변형률이 측정되어야 하는데, 제1 광섬유 내지 제4 광섬유에는 각각 광섬유 격자가 포함된다.The signal processor 550 analyzes the electrical signals provided from the light detector 540 to measure strains of the optical fiber portions including the optical fiber gratings 531 to 53n, respectively, and optical fiber strain information including the measured strains of the optical fibers. Create In the present invention, the strain of the first to fourth optical fibers should be measured, and each of the first to fourth optical fibers includes an optical fiber grating.

도 6은 OTDR을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다. 6 is a view showing a deformation measuring unit according to an embodiment of the present invention using OTDR.

OTDR(optical time domain reflectometry)을 이용한 변형 측정부(260)는 펄스 발생기(610) 및 전광 변조기(laser diode, 620)를 포함하는 광원부(600), 광 커플러(630), 광 검출부(640) 및 신호 처리부(650)를 포함한다.The strain measuring unit 260 using the optical time domain reflectometry (OTDR) includes a light source unit 600, an optical coupler 630, an optical detector 640, and a pulse generator 610 and an all-optical modulator 620. It includes a signal processor 650.

OTDR은 광섬유에 폭이 좁고 강한 펄스 광을 입사시킨 후 광섬유에서 여러 방향으로 레일리 산란되는(Rayleigh scattering) 산란광 중 후면 산란광(Backscattering)을 전기신호로 변환하여 광섬유 길이 및 그 길이에 따른 광 손실 등을 측정한다. OTDR은 산란광의 파장이 변하지 않는 레일리 산란을 이용하는 측정 방식으로서, 분포형 광섬유 센서이기 때문에 한 가닥 광섬유의 모든 위치에서의 물리량을 측정할 수 있다.After injecting narrow and strong pulsed light into the optical fiber, OTDR converts backscattering into electrical signal among Rayleigh scattering scattered light in various directions in the optical fiber to reduce the optical length and optical loss according to the length. Measure OTDR is a measurement method using Rayleigh scattering in which the wavelength of scattered light does not change. Since it is a distributed optical fiber sensor, it is possible to measure physical quantities at all positions of one strand of optical fiber.

광원부(600)는 고출력 펄스 광을 발생시켜 광섬유에 입사한다. 광원부(600)는 펄스 발생기(610)와 전광 변조기(620)를 포함한다. 펄스 발생기(610)는 전기적 펄스 신호를 생성하여 전광 변조기(620)에 제공하고, 전광변조기(620)는 전기적 펄 스 신호로부터 고출력 펄스 광을 생성하여 광섬유에 입사한다.The light source unit 600 generates high output pulsed light and enters the optical fiber. The light source unit 600 includes a pulse generator 610 and an all-optical modulator 620. The pulse generator 610 generates an electrical pulse signal and provides it to the all-optical modulator 620, and the all-optical modulator 620 generates high-output pulsed light from the electrical pulse signal and enters the optical fiber.

광 커플러(630)는 광섬유로부터 광을 분기하여 광섬유에서 발생하는 고출력 펄스 광의 후면 산란광을 출력한다.The optical coupler 630 splits the light from the optical fiber and outputs back scattered light of the high output pulsed light generated from the optical fiber.

광 검출부(640)는 광 커플러(630)에 연결되어 후면 산란광을 검출하고, 검출된 후면 산란광을 전기신호로 변환해준다.The light detector 640 is connected to the optical coupler 630 to detect backscattered light and convert the detected backscattered light into an electrical signal.

신호처리부(650)는 광 검출부(640)에서 변환되어 출력된 전기신호를 분석하여 광섬유 측정구간에서의 구간별 길이를 계측한다. 또한 신호처리부(650)는 광섬유의 측정구간에서의 구간별 길이로부터 광섬유의 구간별 변형률을 산출하고, 광섬유의 구간별 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하여 제어부에 제공해준다. 본 발명에서는 제1 내지 제4 광섬유의 변형률이 측정되어야 하므로, 제1 광섬유 내지 제4 광섬유가 각각의 구간이 된다.The signal processor 650 analyzes the electric signal converted and output from the light detector 640 to measure the length of each section in the optical fiber measuring section. In addition, the signal processor 650 calculates the strain for each section of the optical fiber from the length of each section in the measurement section of the optical fiber, generates the fiber strain information including the strain for each section of the optical fiber and provides it to the controller. In the present invention, since the strain of the first to fourth optical fibers should be measured, the first to fourth optical fibers are each section.

도 7은 BOTDA를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.7 is a view showing a deformation measuring unit according to an embodiment of the present invention using BOTDA.

BOTDA(Brillouin optical time domain analysis)를 이용한 변형 측정부(260)는 광원부(700), 광 커플러(730), 광 검출부(740), 및 신호처리부(750)를 포함한다.The deformation measurement unit 260 using Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) includes a light source unit 700, an optical coupler 730, an optical detector 740, and a signal processor 750.

BOTDA는 산란광의 주파수가 변하는 브릴루앙 산란을 이용하는 측정 방식으로서, 분포형 광섬유 센서 시스템이기 때문에 한 가닥 광섬유의 모든 위치에서 광섬유 주변의 물리량을 측정할 수 있다. 브릴루앙 산란(Brillouin scattering)이란 빛이 물질 중에 생긴 음파와 상호작용하여 입사광의 주파수와는 다른 주파수로 산란 하는 현상으로서 이러한 주파수 변화를 브릴루앙 주파수 천이라고 한다. 이런 주파수 변화는 광섬유의 재료에 크게 의존할 뿐 아니라 광섬유에 인가되는 변형률과 주위 온도에 따라서도 변화한다.BOTDA is a measurement method using Brillouin scattering in which the frequency of scattered light is changed. Since BOTDA is a distributed fiber sensor system, it is possible to measure physical quantity around an optical fiber at all positions of one strand of optical fiber. Brillouin scattering is a phenomenon in which light interacts with sound waves generated in a material and scatters at a frequency different from that of incident light. This frequency change is called a Brillouin frequency shift. This frequency change not only depends heavily on the material of the optical fiber, but also changes depending on the strain applied to the optical fiber and the ambient temperature.

BOTDA는 피측정 광섬유의 양단에 펄스 광원과 CW 광원을 각각 배치하여, 광섬유의 일단에서 펄스 광을 입사하고 광섬유의 타단에서 CW 광을 입사한다. 이때 펄스 광 주파수와 CW 광 주파수의 주파수 차이가 피측정 광섬유의 고유 브릴루앙 천이 주파수와 일치하도록 펄스 광원과 CW 광원의 광 주파수를 조정하면, 펄스 광은 유도 브릴루앙 산란에 의해 CW 광으로 광전력 변환을 하며 이에 의해 CW 광은 피측정 광섬유 내에서 브릴루앙 광 증폭을 하게 된다. 즉, 펄스 광과 CW 광의 주파수 차이를 광섬유의 고유 브릴루앙 천이 주파수에 근접시키면, 유도 브릴루앙 산란이 발생하게 된다. The BOTDA arranges a pulsed light source and a CW light source at both ends of the optical fiber to be measured, respectively, and enters pulsed light at one end of the optical fiber and CW light at the other end of the optical fiber. At this time, if the optical frequency of the pulsed light source and the CW light source is adjusted such that the frequency difference between the pulsed light frequency and the CW light frequency coincides with the intrinsic Brillouin transition frequency of the optical fiber under measurement, the pulsed light is converted into CW light by induced Brillouin scattering. The conversion causes CW light to amplify Brillouin light in the optical fiber under measurement. That is, when the frequency difference between the pulsed light and the CW light approaches the intrinsic Brillouin transition frequency of the optical fiber, induced Brillouin scattering occurs.

광섬유 브릴루앙 천이 주파수는 외부 물리량, 즉 변형률이나 온도에 따라 변동하는 특성이 있다. 따라서 광섬유의 어느 특정 위치에 외부영향이 작용하면, 그 위치에서의 유도 브릴루앙 산란은 다른 값을 가진다. 또한 펄스 광을 사용하기 때문에, 되돌아온 후면 산란광 신호를 시간적으로 해석하여 광섬유의 변형 위치 정보를 알 수 있다.The optical fiber Brillouin transition frequency has a characteristic of varying according to external physical quantity, that is, strain or temperature. Thus, if an external influence is applied to a particular position of the optical fiber, the induced Brillouin scattering at that position has a different value. In addition, since pulsed light is used, the strained position information of the optical fiber can be known by analyzing the returned backscattered light signal in time.

광원부(700)는 CW 광원부(720)와 펄스 광원부(710)를 포함한다. CW 광원부(720)는 광섬유의 일단에 CW 광을 입사하고, 펄스 광원부(710)는 그 광섬유의 타단에 펄스 광을 입사한다. CW 광원부(720)는 CW 광의 주파수가 펄스 광의 주파수에 대해 광섬유 고유의 브릴루앙 천이 주파수만큼 차이가 나도록 CW 광의 주파수를 변 조할 수 있다. The light source unit 700 includes a CW light source 720 and a pulsed light source 710. The CW light source unit 720 enters CW light at one end of the optical fiber, and the pulse light source unit 710 enters pulsed light at the other end of the optical fiber. The CW light source unit 720 may modulate the frequency of the CW light so that the frequency of the CW light is different from the frequency of the pulsed light by the Brillouin transition frequency inherent to the optical fiber.

광 커플러(730)는 광섬유로부터 광을 분기하여 광섬유에서 발생하는 후면 산란광을 출력한다.The optical coupler 730 splits the light from the optical fiber and outputs back scattered light generated from the optical fiber.

광 검출부(740)는 광커플러로부터 후면 산란광을 검출하고, 그 후면 산란광을 전기신호로 변환하여 신호처리부(750)로 제공해준다.The light detector 740 detects back scattered light from the optocoupler, converts the back scattered light into an electrical signal, and provides the back scattered light to the signal processor 750.

신호처리부(750)는 광 검출부(740)로부터 제공받은 전기신호를 분석하여 광섬유의 브릴루앙 천이 주파수를 추출하고, 추출된 브릴루앙 천이 주파수로부터 광섬유 측정구간에서의 구간별 변형률을 측정하고, 측정된 광섬유의 구간별 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성한다. 생성된 광섬유 변형정보는 측정 지점의 위치 이동을 계측하기 위해 전술한 제어부로 제공된다.The signal processor 750 extracts the Brillouin transition frequency of the optical fiber by analyzing the electrical signal provided from the light detector 740, and measures the strain of each section in the optical fiber measurement section from the extracted Brillouin transition frequency. Generates optical fiber strain information including strain of each optical fiber section. The generated optical fiber deformation information is provided to the controller described above to measure the positional movement of the measurement point.

도 8은 BOTDR을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.8 is a view showing a deformation measurement unit according to an embodiment of the present invention using BOTDR.

BOTDR은 BOTDA와 마찬가지로 브릴루앙 산란을 이용하는 측정 방식으로서, 한 가닥 광섬유의 모든 위치에서 광섬유 주변의 물리량을 측정할 수 있다.BOTDR is a measurement method using Brillouin scattering, similar to BOTDA, and can measure physical quantities around an optical fiber at all positions of a single optical fiber.

BOTDR(Brillouin optical time domain reflectometry)을 이용한 변형 측정부(260)은 광원부(800), 광 커플러(730), 광 검출부(740), 및 신호처리부(750)를 포함한다.The deformation measuring unit 260 using Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR) includes a light source unit 800, an optical coupler 730, an optical detector 740, and a signal processor 750.

광원부(600)는 펄스 광을 발생시켜 광섬유에 입사하고, 광 커플러(630)는 광섬유로부터 광을 분기하여 광섬유에서 발생하는 펄스 광의 후면 산란광을 출력한다. 광 검출부(640)는 광 커플러(630)에 의해 분기된 후면 산란광을 검출하고, 검 출된 후면 산란광을 전기신호로 변환하여 출력한다.The light source unit 600 generates pulsed light and enters the optical fiber, and the optical coupler 630 splits the light from the optical fiber and outputs back scattered light of the pulsed light generated in the optical fiber. The light detector 640 detects the back scattered light branched by the optical coupler 630, converts the detected back scattered light into an electrical signal, and outputs the electrical signal.

신호처리부(650)는 광 검출부(640)로부터 출력되는 전기신호를 분석하여 광섬유 측정구간에서의 구간별 변형률을 각각 측정하고, 측정된 광섬유의 구간별 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하여 제어부에 제공해준다. The signal processor 650 analyzes the electrical signal output from the light detector 640 to measure the strain of each section in the optical fiber measuring section, and generates optical fiber strain information including the measured strain of each section of the optical fiber to the controller. Provide.

도 5 내지 도 8의 변형 측정부(260)는 광섬유의 변형률을 시간별로 각각 측정하고, 광섬유 변형정보를 시간별로 생성할 수 있다. 즉, 변형 측정부(260)는 소정 시간마다(기 설정된 샘플링 주기마다) 광섬유의 변형률을 계측하여 그에 따른 광섬유 변형정보를 시간별로 생성하는데, 이를 위해 신호처리부(550, 650, 750, 850)는 광원부(500, 600, 700, 800)를 제어한다.The strain measuring unit 260 of FIGS. 5 to 8 may measure the strain of the optical fiber for each time, and generate the optical fiber strain information for each time. That is, the strain measuring unit 260 measures the strain of the optical fiber every predetermined time (for each preset sampling period) and generates optical fiber strain information according to the time. For this purpose, the signal processing units 550, 650, 750, and 850 are used. The light source units 500, 600, 700, and 800 are controlled.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기준 광섬유를 포함하는 지면이동 계측시스템을 나타내는 도면이다.9 is a view showing a ground movement measurement system including a reference optical fiber according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부(910)에 의해 측정된 광섬유(950)의 변형률은 온도 변화에 따라 변동된다. 따라서, 온도 변화가 심한 경우에는 변형 측정부(910)에 의해 측정된 광섬유(950)의 변형률에서 온도 변화에 의한 영향을 제거해주는 것이 바람직하다. The strain of the optical fiber 950 measured by the strain measuring unit 910 according to the embodiment of the present invention is changed according to the temperature change. Therefore, when the temperature change is severe, it is desirable to remove the influence of the temperature change on the strain of the optical fiber 950 measured by the strain measuring unit 910.

온도 변화에 의한 광섬유(950) 변형률의 변동을 보정하기 위해서, 온도의 영향만을 받는 기준 광섬유(960)를 설치한다. 기준 광섬유는, 광섬유 변형률이 온도변화에 의해 변동되는 것을 보정하기 위한 용도이므로, 인장력을 받지않도록 연결되어야 한다. 예를 들어, 제1 내지 제4 광섬유 주변에 기준 광섬유를 그냥 놓아두거나, 도 9에서처럼 기준 지주와 측정 지주 사이에 늘어지게 기준 광섬유(960)를 연결할 수도 있다.In order to correct the variation of the strain of the optical fiber 950 due to the temperature change, the reference optical fiber 960 which is affected only by the temperature is provided. The reference optical fiber is used for correcting the variation of the optical fiber strain due to the temperature change, and therefore, the reference optical fiber should be connected so as not to receive the tensile force. For example, the reference fiber may be left around the first to fourth optical fibers, or the reference fiber 960 may be connected to be stretched between the reference pillar and the measurement pillar as shown in FIG. 9.

변형 측정부(910)는 광섬유(950)의 변형률뿐만 아니라 기준 광섬유(960)의 변형률도 측정하고, 광섬유(950)의 변형률 및 기준 광섬유(960)의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성한다. The strain measuring unit 910 measures not only the strain of the optical fiber 950 but also the strain of the reference optical fiber 960, and generates optical fiber strain information including the strain of the optical fiber 950 and the strain of the reference optical fiber 960.

제어부(920)는 측정된 광섬유(950)의 변형률에서 측정된 기준 광섬유(960)의 변형률을 차감하고 그 차감 결과로부터 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하고, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점의 위치를 계산함으로써 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측한다. The controller 920 subtracts the strain of the reference optical fiber 960 measured from the measured strain of the optical fiber 950 and measures the first to fourth measurement distances from the subtraction result, respectively, and measures the measured first to fourth measurements. The vertical and horizontal positional movement of the measuring point is measured by calculating the position of the measuring point from the distance.

변형 측정부(910)는 광섬유의 변형률을 시간별로 측정하여 광섬유 변형정보를 시간별로 생성할 수 있다. 제어부(920)는 시간별 광섬유 변형정보로부터 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 시간별로 계측하고, 측정 지점의 시간별 위치를 계산하여 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측할 수 있다. The strain measuring unit 910 may generate the strain information of the optical fiber by measuring the strain of the optical fiber by time. The controller 920 may measure the first to fourth measurement distances from time-to-time optical fiber deformation information for each time, calculate a time-specific position of the measurement point, and measure vertical and horizontal position movements of the measurement point.

또한 도 9를 참조하면, 다수 개의 지주가 설치될 수 있다. 도시된 것처럼 한 가닥의 광섬유를 다수 개의 지주에 연결하고, 변형 계측 수단(910)에 의해 광섬유(950)의 변형률을 각 구간별(각 지주 사이 구간)로 계측함으로써 다수 지점의 지면 이동을 동시에 측정할 수 있다. 저장부(930) 및 경고부(940)는 도 2에서 설명한 바와 같으므로 그 기능에 대한 설명은 생략하도록 한다. 9, a plurality of struts may be installed. As shown, the ground movement of multiple points is simultaneously measured by connecting one strand of optical fiber to a plurality of posts and measuring strain of the optical fiber 950 for each section (section between each post) by the strain measuring means 910. can do. Since the storage unit 930 and the warning unit 940 are the same as described with reference to FIG. 2, a description of the function will be omitted.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측방법을 나타내는 흐름도이다. 10 is a flowchart illustrating a ground movement measuring method according to an embodiment of the present invention.

제1 기준 지주 및 제2 기준 지주를 지면에 수직으로 설치하고(S10), 측정 지 주를 이동하는 지면에 수직으로 설치한다(S20). 제1 기준 지주는 제1 기준 지점과 상기 제1 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점을 가지고, 제2 기준 지주는 제3 기준 지점과 상기 제3 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점을 가지며, 측정 지주는 측정 지점을 가진다.The first reference post and the second reference post are installed vertically on the ground (S10), and are installed vertically on the ground moving the measurement column (S20). The first reference post has a first reference point and a second reference point located upwards a predetermined distance from the first reference point, and the second reference post has a third reference point and the third reference point upwards a predetermined distance from the first reference point. It has a fourth reference point located, and the measuring post has a measuring point.

제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측한다(S30). The first to fourth measuring distances, which are the distances from the first to fourth reference points to the measuring points of the measuring posts, are respectively measured (S30).

본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측방법에 있어서, 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리는 신축계를 포함한 와이어를 이용하거나 광섬유 센서를 이용하는 등 다양한 방법으로 계측될 수 있다. 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지점까지 신축계를 포함한 와이어를 연결하고, 와이어 길이변형을 신축계로 측정함으로써 제1 내지 제4 측정 거리를 계측할 수도 있다. In the ground movement measuring method according to an embodiment of the present invention, the first to the fourth measuring distance, which is the distance from the first to the fourth reference point to the measuring point of the measuring post, uses a wire including a telescope or an optical fiber sensor. It can be measured in a variety of ways. The first to fourth measurement distances may be measured by connecting a wire including a telemeter from the first to the fourth reference point to the measurement point and measuring the wire length deformation with the telemeter.

또한 FBG 센서, 간섭형 광섬유 센서 및 분포형 광섬유 센서(OTDR, BOTDA 및 BOTDR) 중의 어느 하나의 방식을 이용하여 제1 내지 제4 측정 거리를 시간별로 계측할 수도 있다. In addition, the first to fourth measurement distances may be measured over time using any one of FBG sensors, interfering optical fiber sensors, and distributed optical fiber sensors (OTDR, BOTDA, and BOTDR).

제어부는 계측된 제1 내지 제4 측정 거리를 이용하여 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측한다(S40). 제어부는 제1 내지 제4 측정 거리를 시간별로 계측하고, 측정 지점의 공간상 위치(공간상의 어느 한점에 대한 측정 지점의 공간좌표)를 시간별로 계산하고, 시간별로 계측된 제1 내지 제4 측정 거리와 시간별로 계산된 측정 지점의 공간상 위치를 저장부에 기록하고 이를 분석함으로써, 측정 지점 의 시간별 위치 이동을 계측할 수 있다.The controller measures the vertical and horizontal position movement of the measurement point using the measured first to fourth measurement distances (S40). The controller measures the first to fourth measurement distances by time, calculates the spatial position of the measurement point (spatial coordinates of the measurement point for one point in space) for each time, and measures the first to fourth measurements measured by time. By recording the spatial position of the measuring point calculated for each distance and time in the storage and analyzing it, it is possible to measure the positional movement of the measuring point over time.

측정 지점의 위치는 다양한 공간해석 방법에 의해 계산될 수 있고, 간단하게는 삼각법을 적용하여 계산될 수도 있다. 제1 기준 지점과 제2 기준 지점 간의 거리 및 제3 기준 지점과 제4 기준 지점 간의 거리는 서로 동일하고, 제1 기준 지점과 제3 기준 지점과 측정 지점은 지면으로부터 동일한 거리만큼 상부에 위치한 지점일 수 있다. 이 경우 측정 지점의 위치 계산이 더욱 수월해진다.The position of the measuring point can be calculated by various spatial analysis methods, or simply by applying trigonometry. The distance between the first reference point and the second reference point and the distance between the third reference point and the fourth reference point are equal to each other, and the first reference point, the third reference point, and the measurement point are the same points located above the ground by the same distance. Can be. This makes it easier to calculate the position of the measuring point.

경고부는 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 소정의 기준치를 초과하는지 비교한다(S50). 경고부는 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 소정의 기준치를 초과하면 관리자에게 경고할 수 있으며(S60), 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 소정의 기준치 이하이면 제1 내지 제4 측정 거리를 계측하는 단계로 되돌아간다(S30). 기준치는 지반의 연약도, 지면의 경사도, 및 지면의 이동 경향 등에 따라 결정되며, 주변 상황의 변화에 따라 재설정될 수 있다. 관리자에 경고하는 방식은 스피커의 경고음, 경고 화면의 출력, 또는 램프의 점멸 등 다양한 방식이 이용될 수 있다.The warning unit compares whether the vertical and horizontal position movements of the measurement point exceed a predetermined reference value (S50). The warning unit may warn the manager when the vertical and horizontal position movements of the measurement point exceed a predetermined reference value (S60), and measure the first to fourth measurement distances when the vertical and horizontal position movements of the measurement point are less than a predetermined reference value. Return to the step (S30). The reference value is determined according to the softness of the ground, the slope of the ground, the tendency of the ground to move, and the like, and can be reset according to the change of the surrounding situation. As a warning method for the manager, various methods such as a warning sound of a speaker, an output of a warning screen, or a blinking of a lamp may be used.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 광섬유를 이용하여 제1 내지 제4 측정 거리를 계측하는 단계를 나타내는 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a step of measuring first to fourth measurement distances using an optical fiber according to an exemplary embodiment of the present invention.

제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지주의 측정 지점까지 제1 내지 제4 광섬유를 각각 연결한다(S70). 제1 광섬유는 제1 기준 지점에서 측정 지점까지 연결되고, 제2 광섬유는 제2 기준 지점에서 측정 지점까지 연결되고, 제3 광섬유는 제3 기준 지점에서 측정 지점까지 연결되고, 제4 광섬유는 제4 기준 지점에서 측정 지 점까지 연결된다. 지면이동에 따른 측정 지점의 위치이동을 계측해야 하므로, 제1 내지 제4 광섬유는 각 기준 지점 및 측정 지점에 부착되어 늘어짐이 없게 연결되어야 한다. The first to fourth optical fibers are respectively connected from the first to fourth reference points to the measuring points of the measuring posts (S70). The first optical fiber is connected from the first reference point to the measurement point, the second optical fiber is connected from the second reference point to the measurement point, the third optical fiber is connected from the third reference point to the measurement point, and the fourth optical fiber is 4 A connection is made from the reference point to the measuring point. Since the positional movement of the measuring point according to the ground movement must be measured, the first to fourth optical fibers should be attached to each reference point and the measuring point so that they are not stretched.

변형 측정부는 제1 내지 제4 광섬유에 빛을 입사하고(S80), 입사된 빛의 반사광 또는 산란광 중 어느 하나를 검출하여 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 측정하며, 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성한다(S90). 변형 측정부는, 시간별로, 즉 소정의 단위시간마다 빛을 입사하고 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 측정함으로써, 광섬유 변형정보를 시간별로 생성할 수 있다.The deformation measuring unit injects light into the first to fourth optical fibers (S80), detects any one of reflected light or scattered light of the incident light, and measures the strain of the first to fourth optical fibers, and measures the measured first to fourth optical fibers. The optical fiber strain information including the strain of the optical fiber is generated (S90). The deformation measuring unit may generate optical fiber deformation information by time by injecting light at a time, that is, every predetermined unit time, and measuring strain of the first to fourth optical fibers.

광섬유의 변형률을 측정하는 방식은 FBG 센서를 이용하는 방식, 간섭형 센서를 이용하는 방식, 분포형 괌성유 센서 시스템인 OTDR, BOTDR, 및 BOTDA를 이용하는 방식 등이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측방법은 상기 방식 중의 어느 하나를 이용하여 광섬유의 변형률을 측정할 수 있다. 또한, 상기 방식들은 한 가닥의 광섬유를 이용하여 측정 구간의 광섬유의 변형률을 시간별로 측정할 수 있으므로, 제1 내지 제4 광섬유는 한 가닥의 광섬유로 이루어질 수 있다. Methods of measuring strain of an optical fiber include a method using an FBG sensor, a method using an interference type sensor, a method using a distributed Guam oil sensor system OTDR, BOTDR, and BOTDA. Ground movement measurement method according to an embodiment of the present invention can measure the strain of the optical fiber using any one of the above methods. In addition, since the strains may measure the strain of the optical fiber in the measurement interval by using one strand of optical fiber, the first to fourth optical fibers may be composed of one strand of optical fiber.

제어부는 생성된 광섬유 변형정보로부터 제1 내지 제4 기준 지점에서 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 시간별로 계측한다(S100). 제1 내지 제4 측정 거리는 온도 변화가 없다면 각각 제1 내지 제4 광섬유의 길이와 같으며, 상기 제1 내지 제4 광섬유의 길이는 계측된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보로부터 구해진다. 시간별로 계측된 제1 내지 제4 측정 거 리로부터 측정 지점의 위치가 시간별로 계산되고, 이로써 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 계측된다. The control unit measures the first to fourth measurement distances, which are the distances from the first to fourth reference points to the measurement point, from the generated optical fiber deformation information for each time (S100). The first to fourth measurement distances are equal to the lengths of the first to fourth optical fibers, respectively, if there is no temperature change, and the lengths of the first to fourth optical fibers include strains of the measured first to fourth optical fibers. Obtained from The position of the measuring point is calculated from time to time from the first to fourth measuring distances measured for each time, thereby measuring the vertical and horizontal position movement of the measuring point.

FBG 센서, OTDR, BOTDR, 및 BOTDA 방식에 의해 계측되는 광섬유의 변형률은 온도 변화에 의해 변동된다. 따라서, 온도 변화가 심한 경우에는 계측된 광섬유의 변형률에서 온도 변화에 의한 영향을 제거해주어야 한다. The strain of the optical fiber measured by the FBG sensor, the OTDR, the BOTDR, and the BOTDA method is changed by the temperature change. Therefore, when the temperature change is severe, the influence of the temperature change on the strain of the measured optical fiber should be removed.

온도 변화에 의한 광섬유 변형률의 변동을 보정하기 위해서, 제1 내지 제4 광섬유를 연결할 때(S70) 광섬유 변형률이 온도변화에 의해 변동되는 것을 보정하기 위한 기준 광섬유를 함께 연결한다. 기준 광섬유는, 온도 변화에 의한 광섬유 변형률의 변동을 보정하기 위한 용도이므로 인장력을 받지않게 연결되어야 한다. 예를 들어, 제1 내지 제4 광섬유 주변에 기준 광섬유를 그냥 놓아두거나, 제1 기준 지주와 측정 지주 사이에서 기준 광섬유가 늘어지도록 연결한다.In order to correct the variation in the optical fiber strain due to the temperature change, when the first to fourth optical fibers are connected (S70), the reference optical fibers for correcting the variation in the optical fiber strain due to the temperature change are connected together. The reference optical fiber is used for correcting the variation of the optical fiber strain due to temperature change and should be connected without tension. For example, the reference fiber is simply placed around the first to fourth optical fibers or connected so that the reference fiber stretches between the first reference pillar and the measurement pillar.

변형 측정부는 기준 광섬유의 변형률을 측정하고, 측정된 기준 광섬유의 변형률을 더 포함하는 광섬유 변형정보를 생성할 수 있다. 또한, 제어부는 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률에서 측정된 기준 광섬유의 변형률을 차감하고, 그 차감된 결과로부터 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측할 수 있다.The strain measuring unit may measure the strain of the reference optical fiber and generate optical fiber strain information further including the measured strain of the reference optical fiber. In addition, the controller may subtract the strain of the reference optical fiber measured from the measured strains of the first to fourth optical fibers, and measure the first to fourth measurement distances from the subtracted result, respectively.

상기 방법 중 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 단계; 제1 내지 제4 측정 거리를 계측하는 단계; 및 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 단계는, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것 또한 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽혀지는 데이터가 저장되는 모든 기록장치를 포함한다.Measuring strains of the first to fourth optical fibers, and generating optical fiber strain information including the measured strains of the first to fourth optical fibers; Measuring the first to fourth measurement distances; And measuring the vertical and horizontal positional movement of the measurement point may be embodied in computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all the recording devices in which data read by the computer is stored.

이상 도면과 명세서에서 바람직한 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.In the drawings and the specification preferred embodiments have been disclosed. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 종래기술에 따른 지면이동을 계측하는 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a device for measuring the ground movement according to the prior art.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a ground movement measurement system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에서 각 기준 지주, 측정 지주, 및 광섬유가 설치된 부분을 상세하게 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing details of each of the reference posts, the measurement posts, and the optical fiber in FIG. 2.

도 4는 각 기준 지점과 측정 지점의 위치를 공간좌표 상에 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing the position of each reference point and measurement point on a spatial coordinate.

도 5는 FBG 센서를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a deformation measuring unit according to an embodiment of the present invention using an FBG sensor.

도 6은 OTDR을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.6 is a view showing a deformation measuring unit according to an embodiment of the present invention using OTDR.

도 7은 BOTDA를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.7 is a view showing a deformation measuring unit according to an embodiment of the present invention using BOTDA.

도 8은 BOTDR을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 변형 측정부를 나타내는 도면이다.8 is a view showing a deformation measurement unit according to an embodiment of the present invention using BOTDR.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기준 광섬유를 포함하는 지면이동 계측시스템을 나타내는 도면이다.9 is a view showing a ground movement measurement system including a reference optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지면이동 계측방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a ground movement measuring method according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 광섬유를 이용하여 제1 내지 제4 측정 거리를 계측하는 단계를 나타내는 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a step of measuring first to fourth measurement distances using an optical fiber according to an exemplary embodiment of the present invention.

Claims (13)

지면에 수직으로 설치되며, 제1 기준 지점과 상기 제1 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점을 가지는 제1 기준 지주;A first reference post installed perpendicular to the ground, the first reference post having a first reference point and a second reference point located a predetermined distance from the first reference point; 지면에 수직으로 설치되며, 제3 기준 지점과 상기 제3 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점을 가지는 제2 기준 지주;A second reference post which is installed perpendicular to the ground and has a third reference point and a fourth reference point located above the third reference point by a predetermined distance; 이동하는 지면에 수직으로 설치되며, 측정 지점을 가지는 측정 지주;A measuring post installed perpendicular to the moving ground and having a measuring point; 상기 제1 내지 제4 기준 지점에서 상기 측정 지주의 측정 지점까지 각각 연결되는 제1 내지 제4 광섬유, 및 온도 변화에만 영향을 받는 기준 광섬유를 포함하는 광섬유;Optical fibers including first to fourth optical fibers respectively connected from the first to fourth reference points to the measurement points of the measuring posts, and reference optical fibers affected only by temperature changes; 상기 광섬유에 빛을 입사하여 상기 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 기준 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 측정된 기준 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 변형 측정부; 및Injecting light into the optical fiber to measure the strain of the first to fourth optical fiber and the strain of the reference optical fiber, respectively, the optical fiber including the measured strain of the first to fourth optical fiber and the measured strain of the reference optical fiber A deformation measuring unit generating deformation information; And 상기 생성된 광섬유 변형정보로부터 상기 제1 내지 제4 기준 지점에서 상기 측정 지주의 측정 지점까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하고, 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 상기 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 제어부를 포함하고,The first to fourth measurement distances, which are distances from the first to fourth reference points to the measurement points of the measuring posts, are respectively measured from the generated optical fiber deformation information, and the first to fourth measurement distances are measured from the measured first to fourth measurement distances. A control unit for measuring the vertical and horizontal positional movement of the measurement point, 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리는 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률에서 상기 측정된 기준 광섬유의 변형률을 차감한 후 계측된 것이며, The measured first to fourth measurement distances are measured after subtracting the measured strain of the reference optical fiber from the measured strains of the first to fourth optical fibers, 상기 제1 기준 지주, 상기 제2 기준 지주 및 상기 측정 지주는 서로 소정 거리만큼 이격되어 지면에 설치되는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템.And the first reference post, the second reference post, and the measurement post are spaced apart from each other by a predetermined distance and are installed on the ground. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 The method of claim 1, wherein the control unit 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 상기 제1 기준 지점과 상기 제2 기준 지점 간의 거리, 상기 제3 기준 지점과 상기 제4 기준 지점 간의 거리, 및 상기 제1 기준 지점과 상기 제3 기준 지점 간의 거리에 삼각법을 적용함으로써 상기 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템.The measured first to fourth measurement distances, a distance between the first reference point and the second reference point, a distance between the third reference point and the fourth reference point, and the first reference point and the third reference point Ground movement measurement system, characterized in that for measuring the vertical and horizontal position movement of the measuring point by applying a triangulation method to the distance between the points. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 생성된 광섬유 변형정보, 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 및 상기 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템.And a storage unit for storing the generated optical fiber deformation information, the measured first to fourth measurement distances, and the vertical and horizontal positional movements of the measured measurement points. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 기준치를 초과하면 경고 신호를 생성하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템.And a warning unit for generating a warning signal when the vertical and horizontal position movements of the measured measurement points exceed a reference value. 제1항에 있어서, 상기 변형 측정부는 According to claim 1, wherein the deformation measuring unit 서로 상이한 파장의 빛을 발생시켜 상기 광섬유에 입사하는 광원부;A light source unit generating light having different wavelengths and incident on the optical fiber; 상기 광섬유로부터 광을 분기하여 상기 광섬유에서 발생하는 반사광을 출력하는 광 커플러; An optical coupler that splits light from the optical fiber and outputs reflected light generated from the optical fiber; 상기 광 커플러에 연결되어 상기 출력된 반사광을 검출하고, 상기 검출된 반사광을 전기신호로 변환하는 광 검출부; 및A light detector connected to the optical coupler to detect the output reflected light and convert the detected reflected light into an electrical signal; And 상기 전기신호를 분석하여 상기 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 기준광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 측정된 기준 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 신호처리부를 포함하며,Analyzing the electrical signal to measure the strain of the first to fourth optical fiber and the strain of the reference optical fiber, respectively, the optical fiber strain including the measured strain of the first to fourth optical fiber and the measured reference optical fiber It includes a signal processor for generating information, 상기 광섬유는 광섬유 격자(Fiber Bragg Grating:"FBG") 센서를 포함하는 광섬유인 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템. The optical fiber is a ground movement measurement system, characterized in that the optical fiber including a fiber Bragg Grating ("FBG") sensor. 제1항에 있어서, 상기 변형 측정부는 상기 광섬유에 입사된 빛의 후면 산란광을 이용하는 광섬유 시간 영역 반사측정(optical time domain reflectometry: "OTDR"), 브릴루앙 광섬유 시간 영역 반사측정(Brillouin optical time domain reflectometry: "BOTDR"), 및 브릴루앙 광섬유 시간 영역 해석(Brillouin optical time domain analysis: "BOTDA") 중의 어느 하나의 방식을 통해 상기 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 기준 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 측정된 기준 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템.According to claim 1, wherein the strain measuring unit optical time domain reflectometry (OTDR) using the back scattered light of the light incident to the optical fiber (OTDR), Brillouin optical time domain reflectometry (Brillouin optical time domain reflectometry) : Strain of the first to fourth optical fibers and strain of the reference optical fiber, respectively, by one of the following methods: " BOTDR ", and Brillouin optical time domain analysis (" BOTDA "). And generating optical fiber deformation information including strains of the measured first to fourth optical fibers and measured strains of the reference optical fiber. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 광섬유는 한 가닥으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측시스템.The ground movement measuring system according to claim 5 or 6, wherein the first to fourth optical fibers are connected in one strand. 삭제delete (a) 제1 기준 지점과 상기 제1 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점을 가지는 제1 기준 지주; 및 제3 기준 지점과 상기 제3 기준 지점으로부터 소정 거리만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점을 가지는 제2 기준 지주를 지면에 수직으로 설치하는 단계;(a) a first reference post having a first reference point and a second reference point located a predetermined distance from the first reference point; And installing a second reference post perpendicular to the ground, the second reference post having a third reference point and a fourth reference point positioned upward by a distance from the third reference point. (b) 측정 지점을 가지는 측정 지주를 이동하는 지면에 수직으로 설치하는 단계;(b) installing the measuring strut having the measuring point perpendicular to the moving ground; (c) 상기 제1 내지 제4 기준 지점에서 상기 측정 지점까지 연결되는 제1 내지 제4 광섬유, 및 온도 변화에만 영향을 받는 기준 광섬유를 각각 설치하는 단계;(c) installing first to fourth optical fibers connected from the first to fourth reference points to the measurement point, and reference optical fibers only affected by temperature change; (d) 상기 제1 내지 제4 광섬유 및 상기 기준 광섬유에 빛을 입사하여 상기 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 기준광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률 및 상기 측정된 기준 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하는 단계; 및(d) injecting light into the first to fourth optical fibers and the reference optical fiber to measure the strain of the first to fourth optical fibers and the strain of the reference optical fiber, respectively, and the measured strains of the first to fourth optical fibers Generating optical fiber deformation information including the measured strain of the reference optical fiber; And (e) 상기 생성된 광섬유 변형정보로부터 상기 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하는 단계; 및(e) measuring each of the first to fourth measurement distances from the generated optical fiber deformation information; And (f) 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 상기 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 단계를 포함하며, (f) measuring the vertical and horizontal positional movement of the measurement point from the measured first to fourth measurement distances, 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리는 상기 측정된 제1 내지 제4 광섬유의 변형률에서 상기 측정된 기준 광섬유의 변형률을 차감한 후 계측된 것을 특징으로 하는 지면이동 계측방법.The measured first to fourth measurement distances are measured after subtracting the measured strain of the reference optical fiber from the measured strains of the first to fourth optical fibers. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1 기준 지점과 상기 제2 기준 지점 간의 거리 및 상기 제3 기준 지점과 상기 제4 기준 지점 간의 거리는 서로 동일하고,The distance between the first reference point and the second reference point and the distance between the third reference point and the fourth reference point are equal to each other, 상기 제1 기준 지점, 상기 제3 기준 지점 및 상기 측정 지점은 지면으로부터 동일한 거리만큼 상부에 위치한 지점이며,The first reference point, the third reference point, and the measurement point are points located upward by the same distance from the ground, 상기 (f) 단계는, 상기 제1 기준 지점과 상기 제2 기준 지점 간의 거리, 상기 제1 기준 지점과 상기 제3 기준 지점 간의 거리 및 상기 계측된 제1 내지 제4 측정 거리에 삼각법을 적용함으로써 상기 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측방법.The step (f) may be performed by applying trigonometry to the distance between the first reference point and the second reference point, the distance between the first reference point and the third reference point, and the measured first to fourth measurement distances. Ground movement measuring method characterized in that for measuring the vertical and horizontal position movement of the measuring point. 삭제delete 삭제delete 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 계측방법은The method of claim 9 or 10, wherein the measuring method (g) 상기 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 기준치를 초과하면 관리자에게 경고하는 경고신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지면이동 계측방법.and (g) generating a warning signal to warn the manager when the vertical and horizontal position movements of the measured measurement point exceed a reference value.
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