KR101022757B1 - Monitering method for collapsing embankment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하천의 제방붕괴를 감지하기 위한 것으로, 센서가 구비된 다수의 폴(pole)을 이용하여 제방의 불안정상태를 판정하는 제방붕괴 감지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bank collapse collapse detection method for detecting bank collapse collapse, using a plurality of poles provided with a sensor.
본 발명에 따른 제방붕괴 감지 방법은, 제방의 각 지층에 대응할 수 있도록 길이 방향에 다수의 센서를 구비한 다수의 폴을 이용하여 제방의 붕괴조짐을 감지하기 위한 방법으로서, 상기 제방에 상기 폴을 일정 간격마다 삽입설치하는 삽입단계; 상기 다수의 센서를 이용하여 상기 제방의 변위를 측정하는 측정단계; 및 상기 측정단계에서 측정된 변위값을 상기 제방의 각 지층별로 그룹핑하고, 그룹핑된 상기 변위값을 이용하여 상기 제방의 불안정 여부를 판정하는 판정단계를 포함한다.The dike collapse detection method according to the present invention is a method for detecting the collapse of the dike using a plurality of poles having a plurality of sensors in the longitudinal direction so as to correspond to each strata of the dike, the pole to the dike Inserting step of inserting installation at regular intervals; A measuring step of measuring displacement of the embankment using the plurality of sensors; And a determination step of grouping the displacement values measured in the measuring step for each strata of the dike and determining whether the dike is unstable using the grouped displacement values.
하천, 제방, 붕괴, 변위, 감지 Rivers, dikes, collapses, displacements, detection
Description
본 발명은 하천의 제방붕괴를 감지하기 위한 것으로, 센서가 구비된 다수의 폴(pole)을 이용하여 제방의 불안정상태를 판정하는 제방붕괴 감지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bank collapse collapse detection method for detecting bank collapse collapse, using a plurality of poles provided with a sensor.
우리나라는 지난 2002년도부터 2004년도까지 태풍 '루사', '매미' 등 크고 작은 태풍의 내습과 잦은 강우로 인하여 모든 유역의 대·소 하천 모두가 제방붕괴, 유실 및 하천의 범람으로 많은 수해를 입었다.In Korea, from 2002 to 2004, large and small typhoons such as typhoons 'Rusa' and 'Cicada' were inundated and frequent rainfall caused large floods in all watersheds due to bank collapse, loss and flooding. .
이는 제방의 설계 당시 기존의 호우사상과는 달리 어느 지역에 국지적이며 집중적(게릴라성)인 강우로 발생하여 예측이 불가능하고, 천문학적 확률의 초과 강우로 인하여 하천의 홍수지속시간이 3일('02년도 설계개념)인 72시간을 넘어섬에 따라 제방의 제체가 포화되어 슬라이딩 등이 발생되고 파이핑 및 제체, 구조물 부위의 누수 등이 발생한 것으로 추정된다.Unlike the existing heavy rains at the time of designing the embankment, it is unpredictable due to local and intensive (guerrilla) rainfall in certain regions, and the flood duration of the river is 3 days ('02 due to excess rainfall of astronomical probability After 72 hours (design concept year), it is estimated that the embankment saturates, causing sliding, etc., and piping, the embankment, and leakage of structure parts.
하천구조물에서 기존 제방의 누수 등이 발생한 사례를 통하여 2002년의 통계로 배수통문 관련 홍수피해는 12%(453건 중 54건)에 해당하여 하천시설물(구조물) 에 의한 수해의 규모가 점차 커지고 있음을 나타낸다.In 2002, the number of flood damages related to drainage gates was 12% (54 out of 453 cases), and the magnitude of flood damage caused by river facilities (structures) is gradually increasing. Indicates.
따라서, 효과적인 제방안전관리를 위하여 수자원, 토질, 구조적 측면의 다각적인 내용을 고려할 수 있는 미래지향적 첨단 안전관리기법의 제시가 절실히 필요한 상황이다.Therefore, there is an urgent need to present future-oriented advanced safety management techniques that can take into account the diversified contents of water resources, soil and structural aspects for effective levee safety management.
한편, 일반적으로 토목구조물 계측관리의 경우 효과적인 과업수행을 위해 구조물별 관리기준치를 산정하여 계측결과와 설계시 산정한 값과의 비교분석이 이루어져 왔다.On the other hand, in general, in the case of civil structure measurement management, the management standard value for each structure has been calculated for effective task performance.
그러나 토목계측분야에서는 아직까지 계측자료와 비교할 관리기준치가 명확하지 않은 것으로 확인되었다.However, in the field of civil measurement, it is confirmed that the control standard to compare with the measurement data is not clear yet.
현재 사용되고 있는 관리기준치는 일본과 미국의 자료를 그대로 인용하고 있는데, 이 또한 구조물의 설계시 산정한 값이 아니라 경험적인 값을 일괄적으로 유사 구조물에 사용해야 하는 단점이 있다.Currently used management standards are cited from Japan and the United States, which also has the disadvantage of using empirical values collectively for similar structures.
따라서 기존의 수동적인 절대관리기준의 개념이 아닌 새로운 개념의 관리기준 산정이 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to calculate the management standard of new concept rather than the existing concept of passive absolute control standard.
본 발명은 위와 같은 필요에 의한 창안된 것으로, 수해로 인해 발생하는 제방의 부분별 변위를 측정함으로써 제방의 불안정 상태를 감지할 수 있는 제방붕괴 감지 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in accordance with the above necessity, an object of the present invention is to provide an embankment collapse detection method that can detect the instability of the embankment by measuring the displacement of each part of the embankment caused by flooding.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제방붕괴 감지 방법은, 제방의 각 지층에 대응할 수 있도록 길이 방향에 다수의 센서를 구비한 다수의 폴을 이용하여 제방의 붕괴조짐을 감지하기 위한 방법으로서, 상기 제방에 상기 폴을 일정 간격마다 삽입설치하는 삽입단계; 상기 다수의 센서를 이용하여 상기 제방의 변위를 측정하는 측정단계; 및 상기 측정단계에서 측정된 변위값을 상기 제방의 각 지층별로 그룹핑하고, 그룹핑된 상기 변위값을 이용하여 상기 제방의 불안정 여부를 판정하는 판정단계를 포함한다.The dike decay detection method according to the present invention for achieving the above object, as a method for detecting the decay of the dike using a plurality of poles having a plurality of sensors in the longitudinal direction to correspond to each layer of the dike. An insertion step of inserting and installing the poles at predetermined intervals in the embankment; A measuring step of measuring displacement of the embankment using the plurality of sensors; And a determination step of grouping the displacement values measured in the measuring step for each strata of the dike and determining whether the dike is unstable using the grouped displacement values.
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본 발명에 따르면, 상단에 센서가 구비된 다수의 폴을 제방에 일정 간격으로 삽입하여 폴의 변위에 따라 제방의 부분별 변위를 측정하고 이를 통해 제방의 불안정상태를 감지함으로써 제방의 붕괴 조짐을 용이하게 감지할 수 있다.According to the present invention, by inserting a plurality of poles with a sensor on the top of the dike at a predetermined interval to measure the displacement of each part of the dike according to the displacement of the pole and through this to detect the instability of the dike to facilitate the collapse of the dike Can be detected.
따라서, 대규모의 피해를 초래할 수 있는 제방붕괴 사고로부터 인명과 재산을 좀 더 용이하게 보호할 수 있는 효과를 제공한다.Therefore, it provides an effect that can more easily protect lives and property from the bank collapse accident that can cause a large-scale damage.
나아가, 본 발명에 따르면, 지층별로 측정된 변위값을 그룹핑하여 제방의 불안정을 판정함으로써 보다 사실적이고 정밀한 감지가 가능하다.Further, according to the present invention, more realistic and accurate detection is possible by determining the instability of the levee by grouping the displacement values measured for each strata.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제방붕괴 감지 방법을 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제방붕괴 감지 방법의 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제방붕괴 감지 시스템의 개요도이다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2 to describe the embankment collapse detection method according to an embodiment of the present invention. 1 is a flow chart of the embankment collapse detection method according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of the embankment collapse detection system according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 센서(A)가 구비된 다수의 폴(10)을 제방(1)에 일정 간격마다 삽입설치한다(S100).First, according to the present invention, as shown in FIG. 2, a plurality of
이와 같이 제방에 삽입되는 폴(10)은 상단이 제방의 외부로 노출될 수 있을 정도의 길이로, 제방에 삽입되는 특성에 적합하게 내산화성 및 내부식성을 갖는 일자형상의 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.Thus, the
그러나, 본 발명에서 이용되는 폴(10)의 재질이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, ABS수지 또는 FRP 등 비금속 재료로 형성될 수도 잇다.However, the material of the
본 발명에서 이용되는 폴(10)은 센서(A)를 이용하여 최초 삽입설치된 위치에서 제방이 붕괴하기 전, 침식 또는 파괴됨에 따라 발생하는 각 지층별 변위를 측정한다.The
앞서 설명한 것과 같이 설치된 폴(10)은 통상적으로 자갈, 흙 또는 콘크리트와 같은 요소로 구성된 제방의 전 구간에 일정 간격으로 삽입설치됨에 따라 항상 동일한 위치에 존재하게 되는데, 도 3에 도시한 것과 같이 제방은 지층에 따라 서로 다른 물질들로 구성되므로, 제방(1) 각 지층별 변위량과 변위속도가 달라질 수 있으므로, 본 발명은 이를 위해 폴(10)의 길이 방향으로 제방의 각 지층과 대응되는 위치에 다수의 센서(A1 ~ A4)를 구비하여 각 지층에서의 변위를 측정하게 한다.The
이때, 센서(10)는 지층이 변위함에 따라 같이 유동하면서 지층의 변위량을 알 수 있도록 하는 위치센서가 이용되는 것이 바람직하다.At this time, the
또한, 이렇게 측정된 제방 지층의 변위량은 제방의 불안정 여부를 판정하는 데 이용될 수 있도록 판정서버(20)로 전송된다.In addition, the displacement amount of the levee layer thus measured is transmitted to the
여기서, 센서(A)가 판정서버(20)로 정보를 전송하는 수단은 거리의 제약이 덜한 무선통신수단이 이용되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 데이터의 신뢰성이나 기타 설계자의 의도에 따라 유선통신수단이 이용되는 것도 얼마든지 가능하다.Here, the means for transmitting the information to the
다음으로, 본 발명에서는 상기 'S110'단계에서 측정된 제방(1)의 지층별 변위에 따라 제방(1)의 불안정 여부를 판정한다(S120).Next, in the present invention, it is determined whether the
이를 위해 판정서버(20)는 폴(10)의 센서(A)를 통해 측정된 지층별 변위에 대한 정보를 전송받게 되며, 전송받은 정보를 참조하여 제방(1)의 불안정 여부를 판정하게 되는 데, 그 원리는 아래와 같다.To this end, the
이에 앞서 본 발명에서는, 지층별 변위량과 변위속도를 반영하여 제방의 불안정 여부를 판정하기 위해 상기 'S110'단계에서 측정된 변위값을 제방(1)의 각 지층별로 그룹핑한다.Prior to this, in the present invention, in order to determine the instability of the levee reflecting the displacement amount and the displacement speed for each strata, the displacement value measured in the step 'S110' is grouped for each strata of the levee (1).
도 3을 참조하여 좀 더 자세히 설명하면, 최초 센서 A1이 위치한 높이와 동일한 높이에 설치된 모든 센서들이 하나로 그룹핑되며, 마찬가지로 최초 센서 A2와 같이 높이에 설치되었던 센서 또한 다른 그룹으로 그룹핑된다.In more detail with reference to FIG. 3, all sensors installed at the same height as the height where the first sensor A1 is located are grouped into one, and similarly, sensors installed at the same height as the first sensor A2 are also grouped into another group.
이러한 구성을 통해 본 발명은 지층별 움직임을 좀 더 명확하게 알 수 있고, 일부 지층이 융기되더라도 최초 설치 시점을 기준으로 그룹핑하고 있으므로 정확하게 지층의 움직임을 알 수 있다.Through this configuration, the present invention can more clearly know the movements of each layer, and even if some layers are raised, the movements of the layers can be accurately known since they are grouped based on the initial installation time.
본 발명에서는 이렇게 그룹핑된 변위값 정보를 이용하여 제방의 각 지층별로 불안정 여부를 판정하게 되며, 이를 위해 불안정 여부를 판정하기 위하여 관리도(control chart)의 개념을 이용하는데, 크게 관리도와 관리도를 이용한다.In the present invention, by using the displacement information grouped in this way to determine the instability of each strata of the embankment, for this purpose, the concept of a control chart (control chart) to determine whether the instability, large Control chart Use control charts.
이러한 관리도는 판정을 위한 기본적인 지표를 산출하기 위한 것으로 이하에서는 먼저, 관리도를 이용하는 방식을 살펴보도록 한다.This control chart is for calculating basic indicators for judgment. Let's look at how to use control charts.
'S110'단계에서 측정된 지층별 변위값이 평균와 표준편차로 정규분포하고 있는 것으로 가정하고, 표본 , ,...., 이 정규분포하는 변위값으로부터 추출한 표본크기 의 개별계측치라 하면, 이 표본의 평균은 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.Average displacement values measured in 'S110' stage And standard deviation Assume that we are normally distributed with , , ...., Sample size extracted from this normally distributed displacement value In terms of individual measurements of, the mean of this sample can be expressed as
여기서, 표본계측치라 함은 그룹핑된 센서오부터 측정된 변위값 중 하나를 의미한다.Here, the sample measurement value means one of the displacement values measured from the grouped sensors.
여기서, 는 표본의 평균, 는 i번째의 표본, 은 표본의 수이다.here, Is the mean of the sample, Is the i th sample, Is the number of samples.
중심 극한정리로부터 는 평균와 표준편차 로 정규분포함을 알 수 있으므로 정규분포의 한계를 확률로 나타내면 다음과 같다.From central theorem Is average And standard deviation Since normal distribution can be known as, the limit of normal distribution is expressed as probability as follows.
여기서, 는 표본의 평균, 는 표본의 표준편차, 는 제 1종 오류의 확률, 는 정규분포에서 제 1종 오류를 제외한 상·하한계이다.here, Is the mean of the sample, Is the standard deviation of the sample, Is the probability of
어떤 표본평균도 다음의 한계 내에 놓일 확률은 1-이다.The probability that any sample mean is within the following limits is 1- to be.
여기서, LCL은 관리도 하한계, UCL은 관리도 상한계, 은 표본의 평균, 은 표본의 표준오차, 는 제1종 오류의 확률, 는 정규분포에서 제 1종 오류를 제외한 상·하한계, 는 표준편차, 은 표본(센서)의 수이다.Where LCL is the lower control limit, UCL is the upper control limit, Is the mean of the sample, Is the standard error of the sample, Is the probability of
그러므로 만일 변위값의 평균와 표준편차를 알고 있다면 위의 [수학식3]은 표본평균의 관리도에 있어서 관리도 상한계과 관리도 하한계로 사용할 수 있다.Therefore, if the mean of displacement And standard deviation If
즉 3한계를 사용한다면 대신에 3을 사용할 수 있다. 만일 표본평균가 UCL의 위로, 그리고 LCL의 아래로 벗어나게 되면 표본평균은 관리 불능상태라고 한다. 다시 말해 변위값의 표준이 와 같지 않게 된다.3 If you use limits You can use 3 instead. If the sample mean Is above the UCL and below the LCL, the sample mean is said to be unmanageable. In other words, the standard of displacement Will not be the same as
를 각 표본의 평균이라고 하면 변위 값의 평균의 가장 좋은 예측치는 다음의 식을 통해 산출할 수 있다. Is the mean of each sample, the mean of the displacement values Best estimate of Can be calculated by the following equation.
여기서, 는 표본의 재평균(예측치), 는 i번째의 표본평균, k는 표본의 수이다.here, Is the reaverage (prediction) of the sample, Is the i-th sample mean, and k is the number of samples.
변위값의 평균의 예측치 는 의 관리도 중심선(CL)로 이용된다.Average of displacement Estimate Is The control of is also used as the center line (CL).
관리한계값을 설정하기 위해서는 표준편차의 예측치가 필요한데, 이를 위 해서는 표본군의 범위를 이용하는 것이 일반적이다.Standard deviation for setting control limits An estimate of is needed, which is usually done using a range of sample groups.
개별개측치으로 구성되는 표본크기의 표본군에 대해 표본범위은 개별계측치의 최대값과 개별계측치의 최대값의 차로 산출된다.Individual measurement Sample size consisting of Sample range for Is calculated as the difference between the maximum value of the individual measured value and the maximum value of the individual measured value.
정규분포를 이루는 계측자료로부터 추출하는 표본범위와 이 분포의 표준편차 사이에는 중요한 관계가 성립하는데, 확률변수로 표현할 수 있다. 이는 상대적 범위(relative range)라고 부르며, 정규분포를 하는 모집단으로부터 표본을 추출할 때 의 분포는 표본크기에 의존한다.Sampling range and standard deviation of this distribution from normalized measurement data An important relationship exists between the random variables . This is called relative range, and when you sample from a population that is normally distributed Distribution of sample size Depends on
의 평균(기대값은) 인데, 이 값은 도 4에 도시된 관리한계 계수표와 같이 표본크기 에 따라 결정된다. Of (the expected value is) This value is the sample size as shown in the control limit coefficient table shown in FIG. It depends on.
이때, 의 예측치에 대해 정리하면, 즉 이므로, 는 다음과 같이 정리된다.At this time, If we sum up about estimate of, In other words Because of, Is summarized as follows.
여기서, 는 확률변수의 예측치, 은 표본범위의 예측치, 는 확률변수의 평균값(기대값)이다.here, Is the predicted value of the random variable, Is an estimate of the sample range, Is the mean value (expected value) of the random variable.
그런데, 이므로, 표준편차의 예측치는 이 된다.By the way, Standard deviation Estimate Is Becomes
평균의 예측치로 를, 표준편차 의 예측치로 를 이용하고, 를 3으로 놓으면 관리도 파라미터들은 다음의 수학식과 같이 정리된다.Average With an estimate of , Standard deviation With an estimate of Using If you set it to 3 Control chart parameters are arranged as in the following equation.
관리한계계수은 표본 크기 의 함수이므로 [수학식 6]은 다음과 같이 정리될 수 있다.Management limit factor Silver
표본크기 에 따른 상수 의 값은 도 4에서와 같이 정리될 수 있다.Sample size Constant The value of can be summarized as in FIG.
표본범위 은 표준편차와 관련이 있으므로 분산은 관리도에 값을 차례로 타점함으로써 관리할 수 있다. 이관리도가 관리도인데 관리도의 중심선과 관리한계는 다음과 같다.Sample range Is related to the standard deviation, so the variance It can be managed by hitting values one after another. This chart Control chart The center line and management limits of the control chart are as follows.
여기서, 은 표본범위의 평균, 은 표본범위의 표준편차이다.here, Is the mean of the sample range, Is the standard deviation of the sample range.
관리한계를 결정하기 위해서는 표본범위 의 분포에서 표준편차 의 예측치 을 필요로 한다. 데이터 특성이 정규분포를 한다고 가정하면 은 상대적으로 범위 의 분포로부터 구할 수 있다. 의 표준편차를 라 하면 분산()=분산()=분산()이 되며, 이므로 , 결과적으로 이 성립한다.Sample range to determine control limits Standard deviation in the distribution of Estimate need. Suppose your data properties are normally distributed Is relatively in range It can be obtained from the distribution of. The standard deviation of Say variance ( ) = Variance ( ) = Dispersion( ), As a result, This holds true.
는 알 수 없는 값이므로 그 추정치인 를 이용하여야 하는데, 이를 다시 정리하면 이 된다. Is an unknown value, so its estimate is You should use Becomes
이때, 의 추정치인 은 아래의 식을 이용하여 산출할 수 있다.At this time, Is an estimate of Can be calculated using the following equation.
여기서, 는 표본범위 표준편차의 추정치, 는 표본범위의 평균, 는 확률변수()의 평균값, 은 확률변수() 표준편차의 기대치이다.here, Is an estimate of the standard deviation of the sample range, Is the mean of the sample range, Is a random variable ( ) Mean value, Is a random variable ( ) Is the expectation of the standard deviation.
관리한계를 사용하는 관리도의 파라미터는 다음의 식과 같다. Using control limits The parameters of the control chart are as follows.
또한, 관리한계계수 와 는 다음의 [수학식 11]과 같은데, 이를 이용하여 [수학식 10]을 정리하면 다음의 [수학식 12]과 같다.Also, the management limit coefficient Wow Is the same as [Equation 11], when using the equation [10] to summarize the following [Equation 12].
여기서, 는 확률변수()의 평균값, 은 확률변수() 표준편차의 기대치이며, 와 는 관리한계 계수이다.here, Is a random variable ( ) Mean value, Is a random variable ( ) Is the expectation of the standard deviation, Wow Is the control limit coefficient.
이때, 와 의 값은 도 4에 주어져 있다.At this time, Wow Is given in FIG. 4.
이하에서는, 관리도를 이용하는 방식에 대해 살펴보도록 한다.In the following, Let's look at how to use control charts.
큰 표본크기가 이용되는 경우에는 분산의 측정을 위해 표본 표준편차를 이용하는 것이 바람직한데, 표준표본 편차 는 다음의 식을 통해 산출할 수 있다.If a large sample size is used, it is preferable to use the sample standard deviation to measure the variance. Can be calculated by the following equation.
여기서, 는 표준표본편차, 는 표본의 평균, 는 i번째 표본, 은 표본의 수이다.here, Is the standard sample deviation, Is the mean of the sample, Is the i sample, Is the number of samples.
만일 데이터 모집단 즉, 측정된 변위값 그룹의 분포가 표준편차 로 정규 분포한다면, 표본 표준편차의 평균과 표준편차는 다음과 같다.If the data population, i.e. the distribution of measured groups of displacements, If the distribution is normal, the mean and standard deviation of the sample standard deviation are
여기서, 는 표본 표준편차의 평균, 는 공정분포의 표준편차, 는 표본 표준편차의 표준편차, 는 표본크기에 따라 결정되는 계수이다.here, Is the mean of the sample standard deviations, Is the standard deviation of the process distribution, Is the standard deviation of the sample standard deviation, Is a coefficient determined by the sample size.
또한, 는 다음과 같이 정의되어 있다.Also, Is defined as
여기서, 은 표본의 크기이며, 는 표본크기 의 크기에 따라 결정되는 계수로서 도 4를 이용하여 구할 수 있다.here, Is the size of the sample, Is the sample size It can be obtained using FIG. 4 as a coefficient determined according to the size of.
(가) (end) 표준치가The standard value 주어지는 경우 If given
만일 표준편차의 표준치가 로 주어지면 관리도의 중심선(CL)은 [수학식 14]를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.If the standard value of the standard deviation Given by The center line CL of the control chart can be obtained as follows using
또한, 관리도의 상·하한계를 구하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the upper and lower limits of the control chart can be obtained as follows.
나아가, [수학식 16]를 [수학식 17]에 대입하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.Furthermore, if [Equation 16] is substituted into [Equation 17], it can be expressed as follows.
한편, [수학식 18]은 아래의 [수학식 19]을 이용하여 [수학식 20]과 같이 정리될 수 있다.On the other hand, [Equation 18] can be arranged as shown in [Equation 20] using the following [Equation 19].
여기서, 는 표본 크기에 따라 결정되는 계수로서 도 4를 통해 그 값을 알 수 있다.here, Is a coefficient determined according to the sample size, and its value can be seen through FIG. 4.
(나) (I) 표준치가The standard value 주어지지 않은 경우 If not given
표준편차에 대해 표준치가 주어지지 않으면 과거의 자료를 분석하여 예측하여야 하는데, 표본크기 의 표본군이 개일 때, 를 i번째 표본의 표준편차라 하면 관리도의 중심선 및 관리한계는 다음과 같다.Standard Deviation If no standard value is given for, the historical data should be analyzed and predicted. The sample group of When you are a dog, Is the standard deviation of the i sample. The center line and management limits of the control chart are as follows.
여기서, 는 표준편차의 평균, 는 표본 표준편차의 표준편차, 는 표본크기에 따라 결정되는 계수이다.here, Is the mean of the standard deviations, Is the standard deviation of the sample standard deviation, Is a coefficient determined by the sample size.
[수학식 14]에 따라 모집단 표준편차 의 추정치 은 다음의 식과 같다.Population standard deviation according to
는 모집단 표준편차의 추정치, 는 표준편차의 평균,는 표본크기에 따라 결정되는 계수이다. Is an estimate of the population standard deviation, Is the mean of the standard deviations, Is a coefficient determined by the sample size.
위의 [수학식 21]과 [수학식22]를 정리하면 관리도의 관리한계는 다음과 같이 정리된다.Summarizing [Equation 21] and [Equation 22] above The management limits of the control chart are summarized as follows.
계수를 이용하여 위의 식을 좀 더 간단히 할 수 있는데, 계수의 식은 아래의 [수학식 24]와 같으며, 이를 통해 정리된 식은 아래의 [수학식 25]와 같다. Using the coefficients, we can simplify the above equation. The formula of the coefficient is as shown in [Equation 24] below, and the formula through this is as shown in [Equation 25] below.
여기서, 와 의 는 표본크기에 따라 결정되는 계수로서, 그 값은 도 4의 표에 도시되어 있다.here, And of Is a coefficient determined according to the sample size, the value of which is shown in the table of FIG. 4.
한편, 의 중심선과 관리한계는 다음의 식과 같다.Meanwhile, The center line and the management limit of are as follows.
여기서, 는 표본평균의 재평균, 는 표본 표준편차, 는 모집단의 표준편차, 는 표본의 수이다.here, Is the reaverage of the sample mean, Is the sample standard deviation, Is the standard deviation of the population, Is the number of samples.
[수학식 26]의 대신 [수학식 22]의 를 사용하면 다음과 같이 정리할 수 있다.Of Equation 26 Instead of Equation 22 Can be summarized as follows:
여기서, 는 로 표현될 수 있으며, 그 값는 도 4에 도시되어 있다.here, Is It can be expressed as, the value is shown in FIG.
앞서 살펴본 것과 같은 방식으로 산출된 지표들은 제방(1)의 불안정 상태를 판정하기 위해 이용되는데, 이하에서는 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 본 발명에서제방의 불안정 상태를 판정하는 원리를 살펴보도록 한다.Indicators calculated in the same manner as described above are used to determine the instability of the
본 발명에서는 앞서 산출한 관리도의 중심(CL)과 관리도 상·하한계(UCL, LCL)와 그룹핑된 각 센서에서의 변위값을 비교하여 제방의 불안정상태를 판정하게 되는데, 맨 먼저 도 5a에 도시된 것과 같이 그룹핑된 상기 변위값 중 적어도 하나 이상이, 관리도상한계(UCL)를 초과하거나 관리도하한계(LCL)에 미만하는 변위값을 갖는 경우 제방(1)이 불안정한 것으로 판정한다.In the present invention, the instability of the embankment is determined by comparing the center CL of the control chart, the upper and lower control charts (UCL, LCL), and the displacement values of the sensors grouped above. The
즉, 제방(1)을 이루고 있는 여러 지층의 변위값을 그룹핑하여 지층별로 불안정 여부를 판정하며 그 중 하나의 지층에서만 불안정이 판정되면 전체 제방이 불안정한 것으로 판정하게 된다.That is, it is determined whether or not the instability by each strata by grouping the displacement values of the various strata forming the dike (1). If the instability is determined only in one of them, it is determined that the whole dike is unstable.
도 5a에 도시된 각 점은 그룹핑된 센서들로부터 측정된 변위값을 의미하며, 본 발명에서는 이러한 변위값들이 미리 산출된 지표들(관리도 중심 또는 관리도상·하한계)과 비교되었을 때 어떠한 위치에 존재하는가에 따라 제방의 불안정을 판단한다.Each point shown in FIG. 5A means a displacement value measured from the grouped sensors, and in the present invention, any position when such displacement values are compared with previously calculated indicators (center of control chart or upper and lower control charts). Determine the instability of the embankment based on its presence in the bank.
하나의 점이 관리도 상한계 또는 하한계를 넘어선 것으로 나타날 경우 그룹피된 변위값 중 특정 하나의 센서로부터 측정된 변위값이 다른 변위값들에 비해 매우 큰 변위값을 갖는 것이므로 이는 매우 위험한 상태이며, 본 발명에서는 이와 같은 경우를 제방이 불안정한 상태인 것으로 판정한다.If one point appears to be above the control or upper limit or the lower limit, this is a very dangerous condition because the displacement measured from one of the grouped displacements has a much larger displacement than the other displacements. In the present invention, such a case is determined to be an unstable bank.
이때, 관리도 상한계와 하한계는 중심값(CL)으로부터 3이격된 위치로 설정되는 것이 바람직하다.At this time, the control chart upper limit and lower limit are 3 from the center value CL. It is preferably set to a spaced position.
여기서, 이러한 판정은 앞서 언급한 바와 같이 판정서버(20)에 의해 이루어진다.Here, this determination is made by the
또한, 본 발명에서는 도 5b에 도시된 바와 같이 그룹핑된 상기 변위값 중 연속된 위치에 존재하는 3개의 센서에서 측정된 변위값으로부터 적어도 둘 이상이 상위경고 한계값을 초과하거나, 하위경고 한계값에 미만하는 변위값을 갖는 경우 제방이 불안정한 것으로 판정한다.In addition, in the present invention, at least two or more of the displacement values measured by the three sensors present at consecutive positions among the displacement values grouped as shown in FIG. 5B exceed the upper warning limit value or the lower warning limit value. If the displacement value is less than, the bank is determined to be unstable.
여기서, 상기 상위경고 한계값과 상기 하위경고 한계값은 상기 관리도 상한계와 하한계보다 작은 수치로, 중심값으로부터 2이격된 위치로 설정되며, 도 5a에서와 같이 하나의 폴이 큰 변위를 갖는 것은 아니나, 어느 정도 인접한 센서로부터 일정 수준이상 변위값이 측정될 경우 제방의 해당 부위가 취약한 것으로 판단될 수 있으므로 본 발명에서는 이와 같은 경우에도 제방이 불안정한 것으로 판정한다.Here, the upper warning limit value and the lower warning limit value are smaller than the control chart upper limit and the lower limit, 2 from the center value. The pole is set at a spaced position, and as shown in FIG. 5A, one pole does not have a large displacement, but when the displacement value is measured by a predetermined level or more from an adjacent sensor to some extent, the corresponding part of the embankment may be determined to be vulnerable. Even in this case, the bank determines that the bank is unstable.
다음으로, 도 5c에 도시된 것과 같이 그룹핑된 상기 변위값 중 연속된 위치에 존재하는 5개의 센서에서 측정된 변위값으로부터 적어도 넷 이상이 상위 주의한계를 초과하거나 하위 주의한계에 미만하는 변위값을 갖는 경우 제방이 불안정한 것으로 판정한다.Next, a displacement value of at least four or more exceeding the upper limit or less than the lower limit is measured from the displacements measured by the five sensors present at consecutive positions among the displacement values grouped as shown in FIG. 5C. If so, the bank is determined to be unstable.
상기 상위주의한계와 하위주의한계는 중심값으로부터 이격된 위치로 설정되며, 경고 한계수준에는 못 미치나 더욱 많은 폴이 변위되었을 경우를 불안정 상태로 판정한다.The upper and lower limit limits are from the center value. It is set to a spaced position and is determined to be unstable if more poles are displaced but below the warning threshold.
이와 더불어, 본 발명은 도 5d에 도시된 것과 같이 그룹핑된 상기 변위값 중 연속된 위치에 존재하는 8개의 센서에서 측정된 변위값이 관리도중심값(CL)으로부터 일측으로 치우친 위치에 존재할 경우 제방이 불안정한 것으로 판정할 수도 있다.In addition, the present invention provides a bank embankment when displacement values measured at eight sensors existing at consecutive positions among the displacement values grouped as shown in FIG. 5D exist at a position deviated to one side from the control center value CL. It may be determined as unstable.
마지막으로, 본 발명은 도 5e에 도시된 것과 같이, 그룹핑된 상기 변위값 중 8개의 센서에서 측정된 변위값이 '런(run')을 이룰 경우 상기 제방이 불안정한 것으로 판정한다.Finally, the present invention determines that the embankment is unstable when the displacement values measured by eight sensors of the grouped displacement values are 'run', as shown in FIG. 5E.
'런'이란, 연속적인 점의 배열을 말하는데, 점이 중심선의 한쪽으로 연속해서 배열되어 있는 경우뿐만 아니라, 연속된 점이 상/하향으로 배열되는 경우도 있다.The term "run" refers to an array of continuous points, in which not only the points are continuously arranged on one side of the center line but also the continuous points are arranged up and down.
5e를 예로 설명하면 표번번호 8 내지 12는 중심점 아래에서 런을 이루고 있으며, 또한 표본번호 13 내지 20은 줌심점을 통과하며 하향으로 런을 이루고 있다.Referring to 5e as an example, Table Nos. 8 to 12 run under the center point, and Sample Nos. 13 to 20 run downward through the zoom center point.
한편, 앞서 설명한 바와 같은 방법을 통해 제방이 불안정한 것으로 판정될 경우 판정서버(20)는 경고신호를 출력하게되며, 이와 같은 경고신호는 네트워크를 통해 연결된 사용자단말(30)로 전송되어 원격에 위치한 사용자가 제방의 불안정상태를 인지할 수 있도록 사용자가 인식 가능한 형태로 출력된다.On the other hand, if it is determined that the embankment is unstable through the method described above, the
다시 말해, 경고신호는 텍스트, 이미지, 음성신호 또는 사이렌과 같이 다양한 수단 중 설계자가 의도하는 바에 따라 사용자가 용이하게 인식할 수 있는 방식으로 출력된다.In other words, the warning signal is output in a manner that can be easily recognized by the user as the designer intends among various means such as text, image, voice signal, or siren.
이와 같은 구성을 통해 본 발명은 제방으로부터 멀리 떨어진 사용자가 제방의 상태를 인식할 수 있도록 함으로써 위험상태에 놓인 제방을 육안으로 확인할 필요가 없으므로 사용자의 안전을 보장할 수 있다.Through such a configuration, the present invention enables the user far from the dike to recognize the state of the dike, thereby ensuring the safety of the user because there is no need to visually check the dike in danger.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalent claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제방붕괴 감지 방법의 흐름도,1 is a flow chart of the embankment collapse detection method according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제방붕괴 감지 시스템의 개요도,2 is a schematic view of the embankment collapse detection system according to an embodiment of the present invention,
도 3은 붕괴되는 제방의 일 예를 도시한 개념도,3 is a conceptual diagram illustrating an example of a collapsed embankment;
도 4는 본 발명에서 제방 불안정 상태를 판정하기 위한 지표를 산출하는데 이용되는 관리한계 계수표,4 is a management limit coefficient table used to calculate an indicator for determining an embankment instability state in the present invention;
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 불안정 상태로 판정한 판정례의 경우를 도시한 개념도이다.5A to 5E are conceptual views illustrating a case of a determination example determined as an unstable state according to an exemplary embodiment of the present invention.
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2008
- 2008-09-11 KR KR1020080089748A patent/KR101022757B1/en not_active IP Right Cessation
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