KR101083627B1 - 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물을 대상으로 측정 대상물의 경사도를 계측하여, 계측한 데이터를 무선 센서 네트워크 이용해 원격으로 구조물의 안전도를 진단하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템에 있어서, 상기 측정 대상물의 경사를 계측하기 위해 경사 센서를 내장하여 무선 통신을 통해 계측한 데이터를 무선으로 전송하고 설정한 임계값을 초과할 경우 이를 경보 및 디스플레이하는 다수의 센서 노드와, 상기 다수의 센서 노드를 통해 데이터를 전송받아 구조물에 형성된 장애물의 제약을 받지 않도록 네트워크 통신을 형성하는 다수의 브릿지 노드와, 상기 다수의 센서 노드와 브릿지 노드에서 데이터를 전송받으며, 상기 센서 노드와 브릿지 노드를 제어하는 베이스 노드와, 상기 베이스 노드를 통해 전송된 데이터를 디스플레이하고 분석하여 상기 구조물의 안전도를 진단하며 상기 분석한 데이터를 원격지에 무선 통신을 이용해 전송하는 데이터 분석부와, 상기 데이터 분석부로부터 분석한 데이터를 전송받아 설정한 위험한계치의 초과할 경우 관리자에게 경보를 발생하고, 모니터링하는 원격지 서버부로 이루어지는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템을 제공한다.

경사 센서, 경사도, 구조물, 센서 노드, 브릿지 노드

Description

경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템{System for safety measure of structure using inclinometer}

본 발명은 경사 센서를 이용하여 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물의 시공 중 또는 시공 후 경사도를 계측하고, 상기 데이터를 분석하여 설정한 임계치를 초과할 경우 경보를 발생하며, 상기 데이터를 원격지에 전송하여 상기 구조물의 안전도를 분석하는 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 경사 센서를 내장한 다수의 센서 노드를 계측할 측정 대상물에 설치하여 상기 측정 대상물의 경사도를 측정하고, 측정한 데이터가 설정한 임계치를 초과할 경우 경보를 발생하며, 다수의 센서 노드 중 계측한 데이터를 베이스 노드에 장애물에 의해 전송이 불가할 경우 상기 베이스 노드의 베이스 노드 제어부를 통해 다수의 센서 노드 중 브릿지 노드를 할당하여 상기 다수의 센서 노드에서 계측한 데이터를 할당된 브릿지 노드에 무선 통신으로 전송하여 전송 거리 또는 장애물에 제약없이 베이스 노드에 데이터를 전송할 수 있고, 상기 베이스 노드에 전송된 데이터를 데이터 분석부에 전송하여 상기 계측한 데이터를 분석하고, 디스플레이함으로써 구조물의 안전도를 진단할 수 있는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 도로, 교량, 항만 및 댐 등의 토목 관련 공사에서 지반의 거동, 풍력, 진동 등의 영향으로 발생하는 각종 구조물 및 지반의 경사 변위량을 계측하고 관리하는 것이 필요하며 상기 구조물의 시공을 위하여 터파기를 하게 되면 터파기 방향으로 가설벽체 및 지반의 횡방향 변위가 발생하고 이로 인하여 지반이 함몰하게 될 우려가 있으므로 시공 중에 횡방향 변위를 계측하여 공사의 완급을 조절해 벽면의 지반침하 및 벽체에 일어나는 응력을 검토하여 공사 중 또는 공사 후의 안전도를 판단하는 것이 필수적이다.

이는 지하철 및 흙막이 공사의 굴착공사 변위측정과 사면의 예상 활동면 측정에 적용할 수 있으며, 토류벽 강성이나 토질에 따라 정도의 차이는 있으나 일반적으로 굴토된 방향으로 횡방향 변위가 발생하고, 이에 따른 지반침하현상을 유발시켜 인접 주요구조물 등에 심각한 피해를 발생시킬 수 있다.

이에 따라 종래에는 시공자가 해당 지역내에 경사관을 굴착하고, 경사관 설치 후 시공과정 및 일정기간이 지난 후에 지반이완에 따른 경사관 내의 변위량을 측정하여 안전도를 예측하게 되며, 이와 같은 종래의 경사 측정 시스템은 수동으로 계측하는 것으로 케이블 드럼에서 길이 0.5M 단위로 깊이가 표시된 신호 케이블을 꺼내어, 그 끝에 경사 센서가 달린 측정 프로브(Probe)를 폭 50㎜의 플라스틱 경사계관(12) 속의 홈으로 롤러 바퀴를 끼어 넣고 손으로 0.5M 단위로 집어넣으며 이와 동시에 한 손으로 계측기 로거를 누르면서 경사를 측정한다. 그리고, 측정이 완료되면, 사무실에 돌아와 컴퓨터로 데이터를 전송한 후에 경사계 응용 프로그램을 실 행하여 계측분석을 진행하였다.

또한, 자동으로 경사도를 계측하는 종래의 계측 시스템은 도1에 도시된 바와 같이 다수의 피 측정부위에 설치되어 피 측정부 각각의 경사 변위에 대응하는 다수의 경사 변위량을 출력하는 다수의 경사 센서와, 상기 다수의 경사 센서로부터 나온 경사 변위량 신호를 디지털로 변환하고, 자신의 주소가 호출된 경우 디지털 변환 데이터를 시리얼 통신 방식으로 전송을 하는 다수의 신호 변환부와, 상기 다수의 신호 변환부로부터 원격지에 설치되어 다수의 신호변환수단에 계측 데이터 전송을 순차 지정하고 변환된 계측 데이터를 시리얼로 전송받아 저장하고 계측 데이터의 송/수신을 제어하는 센서 제어 수단과, 상기 센서 제어 수단에서 계측 데이터를 받아 분석하고 정보화하는 메인 컴퓨터로 구성된다.

이러한 시리얼 통신을 이용한 경사 측정 시스템의 동작을 설명하면, 지반 속에 매설된 경사계관(12)이 지반과 함께 기울면 경사계관(12) 속에 있는 경사 센서(23)의 출력 전압의 변화가 있어, 그 신호를 디지털로 변환하는 센서 신호 변환부(20)를 거쳐서, 디지털 신호로 센서 제어부(25)에 도달하여 저장된다. 이 센서 제어부(25)에서는 모든 센서의 경사 변위 데이터를 취합하여 메인 컴퓨터(27)로 전송한다. 따라서, 메인 컴퓨터(27)에서는 이 계측 데이터로 분석하고 정보화할 수가 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 경사 계측 시스템은 수동계측방식의 경우 인력에 의한 계측이므로 현장 계측 데이터를 신속하게 분석할 수 없으며, 상기 경사를 계측하기 위해 별도의 경사관을 설치하기 위한 공사를 실시해야하고, 주 1회 또는 주 2회의 측정주기로 신속한 현장계측관리가 어려우며, 현장계측에 많은 시간이 소요되고, 야간이나 공휴일에 발생되는 현장의 변위를 적시에 감지할 수 없으며, 계측자에 따라 오차가 크게 발생한다. 또한 계측 데이터에 대한 신속한 분석이 되지 않으므로 현장의 시공관리 및 안전관리에 상당한 문제점을 내포하고 있다.

또한, 자동계측방식의 경우 데이터를 측정하기 위해 수동계측방식과 같이 별도의 경사관을 설치하기 위한 공사를 실시함은 물론 이에 따른 인력과 설치작업 시간이 많이 소요되고, 유선을 통해 데이터를 전송받음으로써 계측하는 장소와 설치 시간, 설치비용 등에 제약을 받는 문제점이 있었다.

본 발명은 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물을 대상으로 측정 대상물의 경사도를 계측하여, 계측한 데이터를 무선 센서 네트워크 이용해 원격으로 구조물의 안전도를 진단하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템에 있어서,

상기 측정 대상물의 경사를 계측하기 위해 경사 센서를 내장하여 무선 통신을 통해 계측한 데이터를 무선으로 전송하고 설정한 임계값을 초과할 경우 이를 경보 및 디스플레이하는 다수의 센서 노드;

상기 다수의 센서 노드를 통해 데이터를 전송받아 구조물에 형성된 장애물의 제약을 받지 않도록 네트워크 통신을 형성하는 다수의 브릿지 노드;

상기 다수의 센서 노드와 브릿지 노드에서 데이터를 전송받으며, 상기 센서 노드와 브릿지 노드를 제어하는 베이스 노드;

상기 베이스 노드를 통해 전송된 데이터를 디스플레이하고 분석하여 상기 구조물의 안전도를 진단하며 상기 분석한 데이터를 원격지에 무선 통신을 이용해 전송하는 데이터 분석부;

상기 데이터 분석부로부터 분석한 데이터를 전송받아 설정한 임계치를 초과할 경우 관리자에게 경보를 발생하고, 모니터링하는 원격지 서버부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서 노드는 측정 대상물의 경사를 계측하기 위해 센서 노드에 내장된 경사 센서;

상기 경사 센서를 통해 계측한 아날로그 데이터를 증폭하기 위한 증폭기;

상기 증폭기를 통해 증폭한 아날로그 데이터에 노이즈 등의 신호와 관련없는 것을 제거하기 위한 Low Pass Filter;

상기 Low Pass Filter를 통해 필터링한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터;

상기 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 브릿지 노드 또는 베이스 노드에 무선 통신을 통해 송신하는 USN 통신 모듈;

상기 USN 통신 모듈을 통해 데이터의 전송을 제어하고 경사 센서를 통해 계측한 데이터를 디스플레이하며, 상기 계측한 데이터가 설정해 놓은 임계치를 초과할 경우 경보를 발생하도록 제어하는 센서 노드 제어부;

상기 센서 노드 제어부에 의해 설정해 놓은 임계치를 초과할 경우 경보를 발생하는 경보 발생 모듈;

상기 센서 노드의 상단에 장착하여 경사 센서에서 계측한 데이터를 디스플레이하는 센서 노드 디스플레이부;

상기 센서 노드에 배터리를 이용한 저전력 전원을 공급하는 전원공급부;

상기 계측한 데이터를 저장하기 위한 메모리; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 센서 노드에 경보 발생 모듈은 경사센서를 통해 계측한 데이터가 설정한 임계치를 초과할 경우 음성으로 경보를 발생하는 스피커와, LED를 통해 시각적 으로 경보를 발생하는 LED 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브릿지 노드는 센서 노드를 통해 계측 데이터를 전송받고, 상기 전송받은 계측 데이터를 무선 통신을 통해 베이스 노드에 송신하는 USN 통신 모듈;

상기 USN 통신 모듈을 통해 데이터의 전송을 제어하는 브릿지 노드 제어부;

상기 브릿지 노드에 배터리를 이용한 저전력 전원을 공급하는 전원공급부;

상기 센서 노드를 통해 전송받은 데이터를 저장하기 위한 메모리; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 브릿지 노드는 센서 노드에서 계측한 데이터를 베이스 노드에 전송 시 장애물에 의해 무선 통신이 불가하거나 거리가 멀어 통신이 불가할 경우 상기 센서 노드와 베이스 노드의 중간 지점에 설치하여 센서 노드의 데이터를 전송받아 베이스 노드에 전송하는 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서 노드와 브릿지 노드의 전원공급부는 센서 노드 제어부와 브릿지 노드 제어부의 제어에 의해 일정시간을 주기로 무선 통신을 수행하여 통신이 필요없는 시간에 전원을 슬립모드로 변환하여 저전력으로 배터리를 통해 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서 노드는 무선 통신을 이용한 USN 통신 모듈의 양방향 통신을 이용하여 하나의 센서 노드가 베이스 노드에 장애물에 의해 데이터 전송이 불가할 경우 베이스 노드에 의해 역할을 할당하여 브릿지 노드로 대체할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스 노드는

센서 노드와 브릿지 노드에서 데이터를 무선으로 전송받는 USN 통신 모듈;

상기 USN 통신 모듈을 통해 전송받은 데이터를 제어하고 상기 센서 노드와 브릿지 노드의 역할을 할당하도록 상기 센서 노드와 브릿지 노드를 제어하는 베이스 노드 제어부;

상기 USN 통신 모듈을 통해 전송받은 데이터를 데이터 분석부에 전송하는 USB 인터페이스 모듈; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 경사 센서를 내장한 다수의 센서 노드를 시공 중 또는 시공 후의 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물에 부착하여 경사도를 계측하고, 계측한 데이터가 설정한 임계치를 초과할 경우 현장에서 바로 경보를 발생하며, 상기 계측한 데이터를 무선으로 베이스 노드에 전송하여 상기 베이스 노드와 연결된 데이터 분석부를 통해 상기 구조물의 안전도를 분석하는 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 무선으로 데이터 전송 시 전송 거리 및 장애물에 의해 무선 통신이 불가할 경우 베이스 노드의 베이스 노드 제어부를 통해 다수의 센서 노드 중 중계 역할을 하는 센서 노드를 브릿지 노드로 할당하여 상기 센서 노드에서 계측한 데이터를 브릿지 노드에 전송하며, 상기 브릿지 노드는 양방향 통신을 통해 전송받은 데이터를 베이스 노드에 전송하여 무선 전송시 전송 거리 및 장애물에 제약을 받지 않고 데이터를 송수신할 수 있는 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 구조물의 경사도를 계측하는 센서 노드와 브릿지 노드의 전원공급부를 저전력으로 구성하여 상기 전원공급부의 배터리를 통해 구조물의 경사도를 실시간으로 장시간 모니터링할 수 있는 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 시공 중 또는 시공 후의 구조물에 경사 센서가 내장된 센서 노드를 부착하여 경사도를 계측하고 설정한 임계치를 초과할 경우 센서 노드 자체에서 바로 경보를 발생할 수 있으며, 계측한 데이터를 무선 통신을 통해 데이터를 베이스 노드에 전송하며, 상기 무선 통신 시 전송 거리 및 장애물에 의한 무선 통신의 제약이 발생할 경우 베이스 노드의 베이스 노드 제어부를 통해 다수의 센서 노드 중 브릿지 노드를 결정하여 상기 센서 노드에서 계측한 데이터를 결정된 브릿지 노드로 전송하여 상기 브릿지 노드에서 전송받은 데이터를 다시 베이스 노드로 전송하여 전송거리 및 장애물의 제약을 받지 않고 무선으로 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.

또한, 구조물의 경사도를 계측하는 센서 노드와 브릿지 노드의 전원공급부를 저전력 회로로 구성하여 배터리를 통해 장시간 상기 구조물의 경사도를 실시간으로 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 경사 센서를 통해 건설현장의 시공 중 또는 시공 후 발생하는 붕 괴사고를 대비하여 실시간으로 경사도를 계측하여 인명피해를 최소할 수 있도록 하는 경사센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템에 관한 것으로 이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템의 구성도이고, 도3은 본 발명의 센서 노드의 구성도이며, 도4는 본 발명의 브릿지 노드의 구성도이고, 도5는 본 발명의 베이스 노드의 구성도이다.

본 발명은 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물의 측정 대상물에 경사를 계측하여 계측한 데이터를 센서 네트워크를 이용해 무선으로 전송하고, 모니터링함으로써 구조물의 안전도를 진단하는 것으로 본 발명의 구성은 도2에 도시된 바와 같다.

상기 도2에 도시된 바와 같이 본 발명은 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 붕괴가 이루어질 수 있는 측정 대상물에 경사를 계측하기 위해 경사 센서(110)를 내장해 무선 통신을 통해 계측한 데이터를 전송하는 다수의 센서 노드(100)와, 상기 다수의 센서 노드(100)를 통해 계측한 데이터를 전송받아 구조물에 형성된 장애물의 제약을 받지 않도록 네트워크 통신을 형성하는 다수의 브릿지 노드(200)와, 상기 다수의 센서 노드(100)와 다수의 브릿지 노드(200)에서 계측 데이터를 전송받고 상기 센서 노드(100)와 브릿지 노드(200)를 제어하는 베이스 노드(300)와, 상기 베이스 노드(300)를 통해 전송된 데이터를 분석하고 디스플레이하여 구조물의 안전도를 진단하며 분석한 데이터를 원격지에 전송하는 데이터 분석부(400)와, 분석한 데이터를 원격지에 무선으로 전송하여 관리자가 모니터링할 수 있도록 하는 원격지 서버부(500)로 이루어진다.

상기 다수의 센서 노드(100)는 도3에 도시된 바와 같이 경사 센서(110), 증폭기(120), Low Pass Filter(130), A/D 컨버터(140), USN 통신 모듈(150), 센서 노드 제어부(160), 경보 발생 모듈(161), 센서 노드 디스플레이부(162), 전원공급부(180), 메모리(170)로 이루어지며, 상기 다수의 센서 노드(100)를 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물에 부착하여 내장된 경사 센서(110)가 구조물의 경사도를 계측하고, 상기 경사 센서(110)에서 계측한 아날로그 데이터를 증폭기(120)를 통해 증폭하며, 상기 증폭한 아날로그 데이터는 Low Pass Filter(130)를 통해 노이즈 등 계측 데이터 신호와 관련 없는 신호를 제거하고, 상기 노이즈 등 계측 데이터 신호와 관련없는 신호를 제거한 아날로그 데이터는 A/D 컨버터(140)를 통해 디지털 신호로 변환한다. 상기 A/D 컨버터(140)를 통해 디지털 신호로 변환된 계측 데이터는 USN 통신 모듈(150)을 통해 무선 통신으로 베이스 노드(300)로 전송하며, 이때 베이스 노드(300)와 센서 노드(100) 사이에 장애물 및 통신 거리의 문제로 통신이 불가할 경우 주위에 설치한 브릿지 노드(200)에 데이터를 전송하고, 상기 브릿지 노드(200)는 전송받은 데이터를 베이스 노드(300)에 전송한다. 또한, 상기 센서 노드(100)의 전원공급부(180)는 배터리로 형성되어 계측한 데이터를 무선 통신으로 송신하고 전원이 필요없는 시간에 슬립모드로 변환하여 전력 소모를 최소화함으로써 저전력으로 장시간 배터리를 사용할 수 있으며, 상기 USN 통신 모듈(150)을 통해 계측 데이터 전송 시 메모리(170)에 계측한 데이터를 저장한다. 상기 센서 노드 제어부(160)는 USN 통신 모듈(150)을 제어하여 상기 계 측한 데이터를 베이스 노드(300) 또는 브릿지 노드(200)에 전송하며 사용자가 임계치를 설정하여 상기 계측한 데이터가 임계치를 초과할 경우 경보 발생 모듈(161)을 통해 작업현장에 경보를 발생하며, 상기 센서 노드(100)의 상단에 센서 노드 디스플레이부(162)를 형성하여 계측한 경사값을 디스플레이할 수 있으며, 상기 경보 발생 모듈(161)은 스피커를 통해 현장 작업자들에게 청각적으로 경보를 발생하고, LED 모듈(163)을 통해 시각적으로 경보 발생을 할 수 있어 신속한 대피와 재난 사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 센서 노드(100)는 구조물에 부착 시 상기 부착의 효율을 높이기 위해 센서 노드(100) 하판에 자석을 설치하여 구조물의 철판 등에 유용하게 부착할 수 있도록 한다.

또한, 상기 브릿지 노드(200)는 센서 노드(100)가 장애물 및 통신 거리에 의해 베이스 노드(300)에 데이터를 전송하지 못할 경우 중계 역할을 하여 장애물 및 통신거리에 제약을 받지않고 무선으로 데이터를 베이스 노드(300)에 전송할 수 있도록 하는 것으로 장애물 및 통신 거리에 의해 베이스 노드(300)에 데이터 전송이 불가능한 센서 노드(100)의 데이터를 전송받고 상기 전송받은 데이터를 무선으로 베이스 노드(300)에 전송하는 USN 통신 모듈(210)과, 상기 브릿지 노드(200)의 USN 통신 모듈(210)을 통해 데이터의 송, 수신을 제어하는 브릿지 노드 제어부(220)와 전원을 공급하는 전원공급부(240)와 상기 센서 노드(100)를 통해 전송받은 데이터를 저장하는 메모리(230)로 이루어진다.

상기와 같은 브릿지 노드(200)의 구성은 브릿지 노드(200)의 역할을 하기 위 한 최소의 구성으로 이루어져 있으나, 상기 브릿지 노드(200)는 센서 노드(100)와 동일한 구성으로 이루어질 수 있으며, 이는 센서 노드(100)가 베이스 노드(200)의 베이스 노드 제어부(320)로부터 브릿지 노드(200)의 역할을 할당받게 되면 상기 센서 노드(100)가 브릿지 노드(200) 역할을 할 수 있는 것으로 상기 브릿지 노드(200)는 베이스 노드 제어부(320)로부터 브릿지 노드(200)의 역할을 할당받아 상기 다수의 센서 노드(100)가 장애물 및 통신 거리에 구애 받지 않고 데이터를 베이스 노드(300)에 전송할 수 있도록 한다.

또한, 상기 베이스 노드(300)는 센서 노드(100)와 브릿지 노드(200)를 통해 데이터를 무선으로 전송받는 USN 통신 모듈(310)과, 상기 USN 통신 모듈(310)을 통해 전송받은 데이터를 제어하고 상기 센서 노드(100)에서 계측한 데이터를 장애물 및 통신거리의 제약없이 전송받도록 상기 센서 노드(100)와 브릿지 노드(200)의 역할을 할당하는 베이스 노드 제어부(320)와 상기 센서 노드(100)와 브릿지 노드(200)를 통해 전송받은 데이터를 데이터 분석부(400)에 전송하는 USB 인터페이스 모듈부(330)로 이루어져 상기 계측 데이터를 분석할 수 있도록 한다.

또한, 데이터 분석부(400)는 분석한 데이터를 디스플레이하고 원격지 서버부(500)에 Ethernet 또는 CDMA 등 무선 통신을 이용하여 원격지에 분석 데이터를 분석할 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 도면으로 건설현장의 옹벽 또는 흙막이 공사에 상기 센서 노드(100)를 부착하고 경사값을 측정하여 장애물이 발생하여 통신에 지장이 있을 경우에는 브릿지 노드(200)에 데이터를 전송하여 장애물에 대한 영향을 받지 않고 데이터를 원격지 서버부(500)에 전송할 수 있으며 현장에서 센서 노드(100)의 경보 발생 모듈을 통해 계측 데이터가 사용자가 설정한 임계치를 초과할 경우 즉각 경보를 발생하여 붕괴 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 센서 노드 디스플레이부(162)를 통해 현장에서 경사값을 바로바로 체크할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 경사 센서(110)를 내장한 다수의 센서 노드(100)를 시공 중 또는 시공 후의 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물에 부착하여 경사도를 계측하고, 계측한 경사 데이터가 설정한 임계치를 초과할 경우 바로 경보를 발생하여 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 상기 센서 노드(100)에서 계측한 데이터를 무선으로 베이스 노드(300)에 전송하여 상기 베이스 노드(300)와 연결된 데이터 분석부(400)를 통해 상기 구조물의 안전도를 분석하는 것으로 상기 경사 센서(100)에서 계측한 데이터를 무선으로 전송 시 장애물 및 통신 거리에 의해 무선 통신이 불가할 경우 베이스 노드(300)의 베이스 노드 제어부(320)를 통해 다수의 센서 노드(100) 중 중계 역할을 하는 센서 노드(100)를 브릿지 노드(200)로 할당하여 상기 센서 노드(100)에서 계측한 데이터를 브릿지 노드(200)에 전송하며, 상기 브릿지 노드(200)는 무선 통신을 통해 전송받은 데이터를 베이스 노드(300)에 전송하여 무선 전송 시 장애물 및 통신 거리에 제약을 받지 않고 데이터를 송신할 수 있고, 상기 센서 노드(100)와 브릿지 노드(200)의 전원공급부(180, 240)를 저전력으로 구성하여 상기 전원공급부(180, 240)의 배터리를 통해 구조물의 경사도를 실시간으로 장시간 모니터링할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명 은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도1은 종래 경사 계측 시스템의 구성도.

도2은 본 발명에 따른 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템의 시스템 구성도.

도3는 본 발명에 따른 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템의 센서 노드 구성도.

도4는 본 발명에 따른 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템의 브릿지 노드 구성도.

도5은 본 발명에 따른 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템의 베이스 노드 구성도.

도6는 본 발명에 따른 경사 센서를 이용한 구조물의 안전 진단 시스템의 실시예를 나타낸 도면.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **

100 : 센서 노드 110 : 경사 센서

120 : 증폭기 130 : Low Pass Filter

140 : A/D 컨버터 150, 210, 310 : USN 통신 모듈

160 : 센서 노드 제어부 161 : 경보 발생 모듈

162 : 센서 노드 디스플레이부 170, 230 : 메모리부

180, 240 : 전원공급부 200 : 브릿지 노드

220 : 브릿지 노드 제어부 300 : 베이스 노드

320 : 베이스 노드 제어부 330 : USB 인터페이스 모듈

400 : 데이터 분석부 500 : 원격지 서버부

Claims (8)

1. 교량, 대형 시설물, 지하매설물, 옹벽, 터널 등 구조물을 대상으로 측정 대상물의 경사도를 계측하여, 계측한 데이터를 무선 센서 네트워크 이용해 원격으로 구조물의 안전도를 진단하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템에 있어서,

   상기 측정 대상물의 경사를 계측하기 위해 경사 센서를 내장하여 무선 통신을 통해 계측한 데이터를 무선으로 전송하고 설정한 임계값을 초과할 경우 이를 경보 및 디스플레이하는 다수의 센서 노드;

   상기 다수의 센서 노드를 통해 데이터를 전송받아 구조물에 형성된 장애물의 제약을 받지 않도록 네트워크 통신을 형성하는 다수의 브릿지 노드;

   상기 다수의 센서 노드와 브릿지 노드에서 데이터를 전송받으며, 상기 센서 노드와 브릿지 노드를 제어하는 베이스 노드;

   상기 베이스 노드를 통해 전송된 데이터를 분석하여 상기 구조물의 안전도를 진단하며 상기 분석한 데이터를 원격지에 무선 통신을 이용해 전송하는 데이터 분석부;

   상기 데이터 분석부로부터 분석한 데이터를 전송받아 설정한 임계치의 초과할 경우 관리자에게 경보를 발생하고, 모니터링하는 원격지 서버부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센서 노드는 측정 대상물의 경사를 계측하기 위해 센서 노드에 내장된 경사 센서;

   상기 경사 센서를 통해 계측한 아날로그 데이터를 증폭하기 위한 증폭기;

   상기 증폭기를 통해 증폭한 아날로그 데이터에 노이즈 등의 신호와 관련없는 것을 제거하기 위한 Low Pass Filter;

   상기 Low Pass Filter를 통해 필터링한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터;

   상기 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 브릿지 노드 또는 베이스 노드에 무선 통신을 통해 송신하는 USN 통신 모듈;

   상기 USN 통신 모듈을 통해 데이터의 전송을 제어하고 경사 센서를 통해 계측한 데이터를 디스플레이하며, 상기 계측한 데이터가 설정해 놓은 임계치를 초과할 경우 경보를 발생하도록 제어하는 센서 노드 제어부;

   상기 센서 노드 제어부에 의해 설정해 놓은 임계치를 초과할 경우 경보를 발생하는 경보 발생 모듈;

   상기 센서 노드의 상단에 장착하여 경사 센서에서 계측한 데이터를 디스플레이하는 센서 노드 디스플레이부;

   상기 센서 노드에 배터리를 이용한 저전력 전원을 공급하는 전원공급부;

   상기 계측한 데이터를 저장하기 위한 메모리; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 센서 노드에 경보 발생 모듈은 경사센서를 통해 계측한 데이터가 설정한 임계치를 초과할 경우 음성으로 경보를 발생하는 스피커와, LED를 통해 시각적으로 경보를 발생하는 LED 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 브릿지 노드는 센서 노드를 통해 계측 데이터를 전송받고, 상기 전송받은 계측 데이터를 무선 통신을 통해 베이스 노드에 송신하는 USN 통신 모듈;

   상기 USN 통신 모듈을 통해 데이터의 전송을 제어하는 브릿지 노드 제어부;

   상기 브릿지 노드에 배터리를 이용한 저전력 전원을 공급하는 전원공급부;

   상기 센서 노드를 통해 전송받은 데이터를 저장하기 위한 메모리; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 브릿지 노드는 센서 노드에서 계측한 데이터를 베이스 노드에 전송 시 장애물에 의해 무선 통신이 불가하거나 거리가 멀어 통신이 불가할 경우 상기 센서 노드와 베이스 노드의 중간 지점에 설치하여 센서 노드의 데이터를 전송받아 베이스 노드에 전송하는 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 센서 노드와 브릿지 노드의 전원공급부는 센서 노드 제어부와 브릿지 노드 제어부의 제어에 의해 일정시간을 주기로 무선 통신을 수행하여 통신이 필요없는 시간에 전원을 슬립모드로 변환하여 저전력으로 배터리를 통해 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 센서 노드는 무선 통신을 이용한 USN 통신 모듈의 양방향 통신을 이용하여 하나의 센서 노드가 베이스 노드에 장애물에 의해 데이터 전송이 불가할 경우 베이스 노드에 의해 역할을 할당하여 브릿지 노드로 대체할 수 있는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 노드는

   센서 노드와 브릿지 노드에서 데이터를 무선으로 전송받는 USN 통신 모듈;

   상기 USN 통신 모듈을 통해 전송받은 데이터를 제어하고 상기 센서 노드와 브릿지 노드의 역할을 할당하도록 상기 센서 노드와 브릿지 노드를 제어하는 베이스 노드 제어부;

   상기 USN 통신 모듈을 통해 전송받은 데이터를 데이터 분석부에 전송하는 USB 인터페이스 모듈; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 센서를 이용한 구조물 안전 진단 시스템.

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