KR101103555B1 - System for wireless inspecting bridge bearing using ubiquitous sensor network - Google Patents
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Abstract
첨단 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 교량 구조물인 교좌장치의 변위 또는 이동량을 지능형 스마트 센서가 측정함으로써, 위험상황 발생시 스스로 판단하고, 관리자 및 교량 이용자에게 실시간 통보할 수 있는 무인무선 교좌 점검 시스템이 제공된다. 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템은, 교좌장치의 일측에 접촉하여 교좌장치의 변위를 계측하는 선형가변 차동변환기(LVDT); LVDT에 의해 계측된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 센서 인터페이스 모듈(SIM); 센서 인터페이스 모듈을 통해 디지털 변환된 데이터를 취득하는 무선 데이터 로거; 미들웨어로 구현되며, 무선 데이터 로거로부터 취득한 데이터로부터 필요한 정보를 필터링하는 데이터 처리부; 및 데이터 처리부에 의해 필터링된 디지털 데이터를 외부 시스템에 전송하는 무선통신 모듈을 포함하며, 여기서, LVDT, 센서 인터페이스 모듈, 무선 데이터 로거, 데이터 처리부 및 무선통신 모듈이 통합되어 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 이용한 지능형 스마트 센서를 형성하며, 지능형 스마트 센서는 교좌장치의 변위를 측정하여 위험상황 발생을 자가 판단하고 상기 외부 시스템에게 실시간 통보할 수 있다.Intelligent Smart Sensors measure the displacement or movement of bridge devices, the bridge structures, using advanced ubiquitous sensor network (USN) technology, allowing unattended wireless bridge inspection system to determine in case of dangerous situation and notify administrators and bridge users in real time. This is provided. An unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network includes a linear variable differential transducer (LVDT) for contacting one side of a bridge device and measuring displacement of the bridge device; A sensor interface module (SIM) for converting analog data measured by the LVDT into digital data; A wireless data logger acquiring digitally converted data via a sensor interface module; A data processing unit implemented as middleware and filtering necessary information from data acquired from a wireless data logger; And a wireless communication module for transmitting the digital data filtered by the data processor to an external system, wherein an LVDT, a sensor interface module, a wireless data logger, a data processor, and a wireless communication module are integrated to form a ubiquitous sensor network (USN). An intelligent smart sensor is used, and the intelligent smart sensor measures the displacement of the teaching device to self-determine the occurrence of a dangerous situation and notifies the external system in real time.
교좌장치, 점검, 무인무선, LVDT, USN 센서, 스마트 센서, CCTV Chair, Inspection, Unmanned Wireless, LVDT, USN Sensor, Smart Sensor, CCTV
Description
본 발명은 교좌장치의 점검에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량 구조물에 있어서 교각 및 교량 상판 사이에 설치되는 교좌장치의 변위량을 계측하여 자가 관리하고, 교량 점검대의 효율성을 개선하기 위해 첨단 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 언제 어디서나 지능적으로 교량을 점검하는 무인무선 교좌 점검 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to the inspection of the bridge device, and more specifically, to the self-managed by measuring the displacement amount of the bridge device installed between the bridge and the bridge deck in the bridge structure, to improve the efficiency of the bridge inspection table ubiquitous sensor network It is about an unmanned wireless bridge inspection system that intelligently inspects bridges anytime and anywhere using USN technology.
도 1a 및 도 1b는 교각 및 교량 상판 사이에 교좌장치가 설치된 통상적인 교량 구조물을 예시하는 도면이다.1A and 1B illustrate a typical bridge structure in which a bridge arrangement is installed between a bridge and a bridge deck.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 교량은 일정 간격으로 수직으로 설치되는 교각(11)과, 이러한 교각(11)에 수평으로 놓이는 교량 상판(12)으로 구성되며, 이 교량 상판(12)과 교각(11) 사이에 교좌장치(13)가 설치되어 철근과 콘크리트로 이뤄진 교량 상판(12)의 변형을 완화하여 전달하게 된다. 즉, 교좌장치(13)는 교량의 슬라브 구조체인 교량 상판(12)이 이를 지지하는 교각(11)상에 적절히 놓여 지지되도록 하기 위해 설치되는 장치로서, 교량의 규격이나 지지하중에 따라 여러 가지 형태와 기능을 갖는다.As shown in FIGS. 1A and 1B, the bridge is composed of a
또한, 교량 구조물은 건축 구조물과는 달리 폭에 비하여 길이가 길어 계절의 온도변화 및 일교차에 의한 교량 상판(12)의 온도신축이 심하다. 특히, 우리나라와 같이 뚜렷한 사계절을 갖고 있어 온도 변화폭이 큰 경우, 교량 상판(12)의 온도 신축을 수용할 수 없으면 온도 응력에 의해 교량 구조물에 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 교량 상판(12)과 교각(11) 사이의 접촉 부위에 온도변화에 따른 수평변위를 수용하여 온도응력이 작용하지 않도록 교각(11)의 상부에 완충 구조의 받침대를 설치하게 된다. 즉, 교량을 구축하는 경우 받침대는 교량 상부 구조물의 변형 및 하중을 무리 없이 교각, 교대 등의 교량하부 구조물에 전달하고, 하부 구조물의 변형에 따른 영향이 가능한 한 상부 구조물에 미치지 않도록 하여야 한다.In addition, unlike the building structure, the bridge structure is longer than the width, the length of the
따라서 교좌장치(13)는 설치시에는 물론 설치 이후에도 지속적으로 그 변위량을 파악하여 균등한 하중이 걸릴 수 있도록 보상해 주어야 한다. 이를 보상해주지 않으면 교량의 안전에 큰 악영향을 끼치게 된다. 그러므로 교량에 설치된 교좌장치(13)는 수시로 하중에 의한 그 변위를 검출하여, 작용하중이 허용치 이상이 되면 이를 보상해주어야 한다. 이를 위해 기존에는 교량 점검대 위에서 교좌장치의 변위를 자 등의 도구를 사용하여 육안으로 계측하였다.Therefore, the
이와 같이 기존에는 교각위의 높고 협소한 공간에서 자등의 초보적인 계측도구를 사용하여 변위를 계측하여 변위에 따른 하중값을 각각 산출해야 했기 때문에 계측치가 정확하지 않고 번거로울 뿐더러 높고 접근이 용이하지 않은 교좌장치(13)에 접근해야 하므로 계측 작업이 위험하고 불편하였다. 특히, 하나의 교량에는 수 많은 교좌장치(13)가 설치되어 있기 때문에 전술한 바와 같은 방식으로 교좌장치(13) 모두를 점검하는 데에는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.As described above, since the displacement value was calculated by using a rudimentary measuring tool such as a chair in a high and narrow space on the pier, each load value was calculated according to the displacement, so that the measured value was not accurate, cumbersome, and high and inaccessible. The metrology work was dangerous and inconvenient since the
전술한 문제점을 해결하기 위한 관련기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2000-80141호(출원일: 2000년 12월 22일)에는 "계측용 교좌장치 및 그 시스템, 그리고 이를 이용한 교량 유지관리방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 교량의 상판을 지지하는 교각의 상부에 설치되어 상판의 하중과 변형을 받아주는 교좌장치에 교량 상판에 작용되는 하중이나 변위량 등을 계측할 수 있는 장치를 설치함으로써 상시 계측이 가능하도록 한 것으로, 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.As a related technology for solving the above-mentioned problem, Korean Patent Application No. 2000-80141 (filed December 22, 2000) is entitled "Measuring instrument and its system and bridge maintenance method using the same". The invention of the present invention is disclosed, which is provided at the upper part of the bridge supporting the upper plate of the bridge and receives the load and deformation of the upper plate by installing a device capable of measuring the load or displacement applied to the upper plate of the bridge, In order to enable this, it will be described with reference to FIG. 2 as follows.
도 2는 종래의 기술에 따른 계측용 교좌장치의 시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a system of a measuring instrument for measurement according to the prior art.
도 2는 교좌장치(13)를 교각마다 설치하고 이를 유선 또는 무선으로 연결하여 상기 각 교좌장치(13)에서 계측된 하중(압력), 수평(X, Y) 및 수직(Z) 변위, 온도변화 데이터의 전기신호를 데이터 저장장치(22)에서 수집하고 저장한 뒤, 송신장치(23'), 전송로(유선 또는 무선) 및 수신장치(23")로 이루어진 송수신장치(23)를 통하여 전체 교량의 상기 계측용 교좌장치의 데이터를 데이터 비교분석장치(24)에 전송하고, 상기 데이터 비교분석장치(24)에서 수신된 데이터를 저장한 뒤 비교분석하고, 비교분석한 결과값을 모니터(25)상에 표시하며 상기 비교분석 결과치가 정상치를 벗어나는 수치에 대하여 경보장치(26)에 의하여 경보음을 발생하게 하는 것을 도시한 것이다. 여기서, 데이터 저장장치(22)와 송신장치(23')는 교량에 설치되는 것으로 이들을 구동할 수 있는 전원은 태양전지와 축전지를 이용하도록 하여 별도 의 전원이 필요 없게 한다.Figure 2 is installed on each
이렇게 함으로서 교량의 상판(12)을 지지하는 교각(11)의 상부에 설치되어 상판의 하중과 변형을 받아주는 각 교좌장치(13)에 교량 상판(12)에 작용되는 하중이나 변위량 등을 계측할 수 있는 장치를 설치하여 상시 계측이 가능하도록 하고, 상기 각 교좌장치(13)에서 계측된 하중(압력), 변위(X, Y, Z), 온도 등의 데이터를 데이터 저장장치(22)에서 한 곳으로 수집하여 저장한 뒤 송신장치(23')를 통하여 유선 또는 무선으로 교량을 관리하고 있는 교량관리 통제소 등의 데이터 비교분석장치(24)로 송신하고, 수신장치(23")를 통하여 수신된 교량의 교좌장치에 대한 각종 데이터를 데이터 비교분석장치(24)로 데이터를 분석하게 된다. 이때, 데이터 비교분석장치(24)는 초기(예를 들면, 교량 준공시) 상태의 데이터를 보관 관리하고 있으며, 상기 수신장치(23")에 수신한 데이터를 상기 데이터 분석장치를 통하여 비교 분석하여 구조물의 변화를 확인하고 이상이 있을 때에는 보수방안을 강구하고 원인을 제거하게 되어 효율적으로 교량의 유지관리를 할 수 있게 된다.In this way, the load or displacement applied to the
그러나 전술한 종래 기술에 따른 계측용 교좌장치의 시스템의 경우, 교량 상판에 작용되는 하중이나 변위량 등을 계측할 수 있는 계측장치를 교좌장치에 직접 설치해야 하므로 번거롭다는 문제점이 있고, 계측장치의 유지보수가 용이하지 않다는 문제점이 있다.However, in the system of the measuring instrument according to the prior art described above, there is a problem that it is cumbersome because a measuring apparatus capable of measuring the load or displacement applied to the bridge deck must be installed directly on the teaching apparatus. There is a problem that maintenance is not easy.
한편, 관련기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2003-12681호(출원일: 2003년 02월 28일)에는 "광섬유센서를 구비한 교좌장치 및 이를 이용한 지지하중 계측 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 내부에 광섬유센서를 장치하여 상판과 교각 사이에 설치된 교좌장치에 작용하는 하중을 간편하게 계측할 수 있게 함으로써 각 교좌장치의 상태를 언제나 손쉽게 점검하여 적절한 시기에 보수유지가 이루어지게 하고 교량의 안전성을 확보할 수 있게 한 것으로서, 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, as a related technology, Korean Patent Application No. 2003-12681 (Application Date: February 28, 2003) discloses an invention named "Study device equipped with an optical fiber sensor and a support load measuring method using the same" In order to easily measure the load acting on the bridge device installed between the upper plate and the bridge by installing the optical fiber sensor inside, the condition of each bridge device can be easily checked at any time to maintain the maintenance at the appropriate time and to ensure the safety of the bridge. As secured, it will be described with reference to FIG. 3 as follows.
도 3은 종래의 기술에 따른 광섬유센서를 구비한 디스크(Disc)형 교좌장치를 보여주는 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a disc (disc) type device with a fiber sensor according to the prior art.
교좌장치(30)는 디스크형으로 고정단에 적용되는 것으로, 교각(11)상에 장착된다. 교좌장치, 즉, 받침대(30)는 하부판(31)과 상부판(32) 사이에 탄성체(33)를 개재하여 구성된다. 탄성체(33)와 하부판(31)은 그 중심에 수직 중심공(44)을 천공하고, 그와 대응되는 상부판(32)에 전단핀(43)을 마련하여 수직중심공(44)에 삽입하여 결합된다. 이때, 상부판(32)에 고정된 전단핀(43)은 그 하단부가 수직중심공(44)의 하부에서 일정 간격 이격되어 상부판(32)에 교량상판(12)의 하중이 전달될 때 수직중심공(44)에서 하강하면서 상부판(32)의 하중이 탄성체(33)에 작용하여 상기 탄성체(33)가 압축되면서 수직하중을 완화하게 된다. 따라서 탄성체(33)는 시설되는 교량의 하중 및 변위를 고려하여 적합한 두께로 제작된다.The
전단핀(43)의 저면과 그와 대응되는 하부판(31)으로 이뤄진 수직중심공(44)의 하부공간내에 광섬유센서(41)를 장치하여 그 신호선(41)을 교좌장치(30)의 외부로 인출하여 접근이 용이한 교량 부위에 접속포트(42)를 마련하고 있다. 따라서 사용자는 접속포트(42)에 계기본체를 연결하여 광섬유센서(40)를 통해 교좌장치(30)의 하중에 따른 변위를 쉽게 계측할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 하중에 따라 상부판(32)이 탄성체(33)를 압축하면서 전단핀(43)이 하강하여 수직중심공(44)의 밑바닥과 근접되므로 광섬유센서(40)는 길이 방향으로 수축되면서 이를 검출하여 탄성체(33)의 변위량을 계측하게 된다. The
이와 같이, 일반적으로 광섬유를 이용한 센서(40)는 그 크기가 작아서 계측 대상물의 표면에 부착하거나 구조물의 내부에 매설하기 용이하며, 또한 광섬유의 재질은 석영이므로 내부식성이 우수하고, 전자기파의 영향을 받지 않는다. 또한, 처리속도가 빨라 계측의 안정성이 높으며, 광섬유의 직경이 1mm 이하이므로 계측 범위와 정도에 따라 적은 공간에서도 여러 개의 센서를 사용할 수 있는 장점이 있다.As such, in general, the
하지만, 종래의 기술에 따른 광섬유센서(40)를 구비한 교좌장치(30)의 경우, 무선으로 구현하기 어렵고 설치가 용이하지 않다는 문제점이 있다.However, in the case of the
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 이용하거나 또는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 센서와 레이저 광원을 이용하여 교각 및 교량 상판 사이에 설치되는 교좌장치의 변위량을 무인 계측할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention for solving the above problems is, a bridge device installed between the bridge and the bridge deck using a Linear Variable Differential Transformer (LVDT) or using a Ubiquitous Sensor Network (USN) sensor and a laser light source To provide an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network capable of unmanned measurement of displacements.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, LVDT 또는 USN 센서와 레이저 광원을 이용하여 계측된 교좌장치의 변위량을 무선으로 전송하고 그 점검 결과를 간편하게 모니터링할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network that can wirelessly transmit the displacement of the measured measurement device using the LVDT or USN sensor and the laser light source and monitor the inspection result easily. It is to provide.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 교량 구조물인 교좌장치의 변위 또는 이동량을 지능형 스마트 센서가 측정함으로써, 위험상황 발생시 스스로 판단하고, 관리자 및 교량 이용자에게 실시간 통보할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to use an ubiquitous sensor network that can intelligently determine the displacement or movement of a bridge device, which is a bridge structure, by intelligent smart sensors to determine itself in case of a dangerous situation and to notify administrators and bridge users in real time. It is to provide an unmanned wireless test system.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템은, 교량 구조물의 교각 및 교량 상판 사이에 설치되는 교좌장치의 변위량을 계측하여 모니터링하는 교좌 점검 시스템에 있어서, 교좌장치의 일측에 접촉하여 상기 교좌장치의 변위를 계측하는 선형가변 차동변환기(Linear Variable Differential Transformer: LVDT); 상기 LVDT에 의해 계측된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 센서 인터페이스 모듈(Sensor Interface Module: SIM); 상기 센서 인터페이스 모듈을 통해 디지털 변환된 데이터를 취득하는 무선 데이터 로거(Data Logger); 미들웨어(middleware)로 구현되며, 상기 무선 데이터 로거로부터 취득한 데이터로부터 필요한 정보를 필터링하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 처리부에 의해 필터링된 디지털 데이터를 외부 시스템에 전송하는 무선통신 모듈을 포함하여 구성된다.As a means for achieving the above-described technical problem, the unmanned wireless bridge inspection system using the ubiquitous sensor network according to the present invention, the bridge inspection system for measuring and monitoring the displacement amount of the bridge device installed between the bridge and the bridge deck of the bridge structure A linear variable differential transformer (LVDT) for measuring a displacement of the teaching apparatus by contacting one side of the teaching apparatus; A sensor interface module (SIM) for converting analog data measured by the LVDT into digital data; A wireless data logger (Data Logger) for acquiring digitally converted data through the sensor interface module; A data processing unit implemented as middleware and filtering necessary information from data acquired from the wireless data logger; And a wireless communication module for transmitting the digital data filtered by the data processor to an external system.
여기서, 상기 LVDT, 센서 인터페이스 모듈, 무선 데이터 로거, 데이터 처리부 및 무선통신 모듈이 통합되어 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 이용한 지능형 스마트 센서를 형성하며, 상기 지능형 스마트 센서는 상기 교좌장치의 변위를 측정하여 위험상황 발생을 자가 판단하고 상기 외부 시스템에게 실시간 통보하는 것을 특징으로 한다.Here, the LVDT, the sensor interface module, the wireless data logger, the data processor and the wireless communication module are integrated to form an intelligent smart sensor using a ubiquitous sensor network (USN), and the intelligent smart sensor measures the displacement of the teaching device. It is characterized by self-determination of the occurrence of a risk situation and real-time notification to the external system.
여기서, 상기 LVDT의 일측은 상기 교좌장치로부터 일정 거리 이격되어 교각 상에 설치된 거치대에 고정되며, 상기 LVDT의 타측은 상기 교좌장치에 접촉하여 상기 교좌장치의 변위 발생시 이를 계측하는 것을 특징으로 한다.Here, one side of the LVDT is fixed to a cradle installed on the pier spaced a predetermined distance from the bridge device, the other side of the LVDT is characterized in that it measures when the displacement of the bridge device in contact with the bridge device.
여기서, 상기 센서 인터페이스 모듈(SIM)은 상기 LVDT로부터 계측된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 변환기를 포함할 수 있다.The sensor interface module SIM may include an A / D converter for converting analog data measured from the LVDT into digital data.
여기서, 상기 외부 시스템은, 상기 무선통신 모듈로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 상기 교좌장치의 변위를 모니터링하는 모니터링 시스템; 상기 무선통신 모듈로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 음성 메시지를 생성하는 VMS(Voice Messaging System); 및 상기 무선통신 모듈로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 상기 교좌장치가 설치된 교량 주변의 신호등을 제어하는 제어신호를 생성하는 신호등 제어 시스템을 포함할 수 있다.Here, the external system, the monitoring system for monitoring the displacement of the teaching apparatus according to the digital data transmitted from the wireless communication module; A Voice Messaging System (VMS) for generating a voice message according to the digital data transmitted from the wireless communication module; And a traffic light control system for generating a control signal for controlling a traffic light around a bridge in which the bridge device is installed according to the digital data transmitted from the wireless communication module.
여기서, 상기 모니터링 시스템은 애니로거 적용 서버 시스템으로 구현되어, 상기 교좌장치의 기본정보와 함께 사용자에게 시각 효과를 제공하도록, 연결 상태, 센서 유형(Sensor Type), 유닛(Unit), 이득(Gain), 센서 온도를 포함하는 센서위치 정보를 2D 맵(Map)으로 표시하는 것을 특징으로 한다.Here, the monitoring system is implemented as an AnyLogger applied server system, to provide a visual effect to the user with the basic information of the teaching device, the connection state, Sensor Type, Unit, Gain The sensor position information including the sensor temperature is displayed as a 2D map.
여기서, 상기 모니터링 시스템은 상기 LVDT에 의해 계측된 데이터값의 주기별 평균값, 최대값, 최소값, 표준편차를 포함하는 통계 정보를 제공하여 교량 구조물의 이력 관리에 활용하는 것을 특징으로 한다.Here, the monitoring system is characterized in that the statistical information including the average value, the maximum value, the minimum value, and the standard deviation for each cycle of the data value measured by the LVDT is used to manage the history of the bridge structure.
또한, 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템은, 상기 교좌장치의 일측에 설치되어 상기 교좌장치의 변위를 무선으로 촬영하여 획득된 영상을 전송하는 CCD 카메라를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to the present invention, may further include a CCD camera installed on one side of the chair device to transmit the image obtained by wirelessly photographing the displacement of the chair device. have.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템은, 교량 구조물의 교각 및 교량 상판 사이에 설치되는 교좌장치의 변위량을 계측하여 모니터링하는 교좌 점검 시스템에 있어서, 레이저를 발사하는 레이저 광원; 교좌장치의 일측에 고정되며, 상기 레이저 광원으로부터 발사된 광원을 수신하여 상기 교좌장치의 변위를 계측하는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 센서; 상기 USN 센서에 의해 계측된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 센서 인터페이스 모듈(SIM); 상 기 센서 인터페이스 모듈을 통해 디지털 변환된 데이터를 취득하는 무선 데이터 로거; 미들웨어로 구현되며, 상기 무선 데이터 로거로부터 취득한 데이터로부터 필요한 정보를 필터링하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 처리부에 의해 필터링된 디지털 데이터를 외부 시스템에 전송하는 무선통신 모듈을 포함하여 구성된다.On the other hand, as another means for achieving the above-described technical problem, the unmanned wireless bridge inspection system using the ubiquitous sensor network according to the present invention, to measure and monitor the displacement amount of the bridge device installed between the bridge and the bridge deck of the bridge structure A test system for checking a body, comprising: a laser light source for firing a laser; A USN (Ubiquitous Sensor Network) sensor which is fixed to one side of the teaching device and measures a displacement of the teaching device by receiving a light source emitted from the laser light source; A sensor interface module (SIM) for converting analog data measured by the USN sensor into digital data; A wireless data logger acquiring digitally converted data through the sensor interface module; A data processing unit implemented as middleware and filtering necessary information from data acquired from the wireless data logger; And a wireless communication module for transmitting the digital data filtered by the data processor to an external system.
여기서, 상기 레이저 광원, USN 센서, 센서 인터페이스 모듈, 무선 데이터 로거, 데이터 처리부, 무선통신 모듈이 통합되어 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 이용한 지능형 스마트 센서를 형성하며, 상기 지능형 스마트 센서는 상기 교좌장치의 변위를 측정하여 위험상황 발생을 자가 판단하고 상기 외부 시스템에게 실시간 통보하는 것을 특징으로 한다.Here, the laser light source, the USN sensor, the sensor interface module, the wireless data logger, the data processing unit, and the wireless communication module are integrated to form an intelligent smart sensor using a ubiquitous sensor network (USN), and the intelligent smart sensor is a It is characterized by measuring the displacement to self-determination of the occurrence of a dangerous situation and to notify the external system in real time.
여기서, 상기 레이저 광원은 상기 교좌장치로부터 일정 거리 이격되어 교각 상에 설치된 거치대에 고정되어 상기 USN 센서에 레이저를 발사하는 것을 특징으로 한다.Here, the laser light source is fixed to a cradle installed on the pier spaced a predetermined distance from the bridge device is characterized in that for firing the laser to the USN sensor.
본 발명에 따르면, LVDT를 이용하거나 또는 USN 센서와 레이저 광원을 이용하여 교각 및 교량 상판 사이에 설치되는 교좌장치의 변위량을 무인으로 계측함으로써, 작업 안전성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by using the LVDT or by using the USN sensor and the laser light source to measure the displacement of the bridge device installed between the bridge and the bridge deck unattended, it is possible to improve the work safety.
본 발명에 따르면, LVDT 또는 USN 센서와 레이저 광원을 이용하여 계측된 교좌장치의 변위량을 무선으로 전송하고 그 점검 결과를 간편하게 모니터링함으로써, 편의성 및 점검 결과의 객관성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the convenience and objectivity of the inspection result by wirelessly transmitting the displacement of the measuring device measured using the LVDT or USN sensor and the laser light source and monitoring the inspection result easily.
본 발명에 따르면, 교량 구조물인 교좌장치의 변위 또는 이동량을 지능형 스 마트 센서가 측정함으로써, 위험상황 발생시 스스로 판단하고, 관리자 및 교량 이용자에게 실시간 통보하여 위험상황으로부터 인명피해와 재산을 예방할 수 있다.According to the present invention, by measuring the displacement or movement of the bridge device as a bridge structure by intelligent smart sensors, it is possible to determine itself when a dangerous situation occurs, and to notify the manager and the bridge user in real time to prevent human injury and property from the dangerous situation.
본 발명에 따르면, 첨단 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 언제 어디서나 지능적으로 교량을 점검하도록 CCTV 영상과 융합함으로써, 교량 점검대의 효율성을 개선할 수 있다.According to the present invention, by using the state-of-the-art ubiquitous sensor network (USN) technology and fusion with CCTV images to check the bridge intelligently anytime, anywhere, it is possible to improve the efficiency of the bridge inspection platform.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
본 발명의 실시예로서, 첨단 IT 기술인 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 이용하여 교량 하부에 설치되어 있는 교좌장치의 변위량을 측정할 수 있는 무인무선 교좌 점검 시스템이 제공된다. 구체적으로, 교량 구조물인 교좌장치(또는 교량 받 침)의 변위 또는 이동량을 지능형 스마트 센서가 측정하여 위험상황 발생시 스스로 판단하고, 관리자 및 교량 이용자에게 실시간 통보하여 위험상황으로부터 인명피해와 재산을 예방하기 위한 무인무선 교좌 점검 시스템이 제공된다.As an embodiment of the present invention, there is provided an unmanned wireless bridge inspection system that can measure the displacement of the bridge device installed in the lower portion of the bridge using the ubiquitous sensor network (USN) of the advanced IT technology. Specifically, intelligent smart sensors measure the displacement or movement of bridge devices (or bridge supports), which are the bridge structures, to judge when a dangerous situation occurs, and to notify managers and bridge users in real time to prevent human injury and property from dangerous situations. An unmanned wireless bridge inspection system is provided.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)은 지능형 스마트 센서로 구현되며, 여기서, 지능형 스마트 센서 내부에는 교량받침의 변위를 측정하는 센서부(LVDT, 레이저, 온도, 변형률계); 계측된 데이터를 디지털로 변환하는 인터페이스 모듈; 디지털 데이터를 취득하는 무선 데이터 로거; 취득한 데이터로부터 필요한 정보를 필터링하여 관리자에게 필요한 정보만을 보내는 미들웨어; 및 송수신 안테나가 구비된 무선통신 모듈이 포함될 수 있다.Referring to FIG. 4, the unmanned wireless
상기 지능형 스마트 센서(200)는 교좌장치(130)가 설치된 교각 구조물에 배치하며, 이러한 지능형 스마트 센서(200)로부터 전송되는 무선 데이터에 의해서 외부 시스템인 모니터링 시스템(500), VMS 알림(600), 신호등 제어 시스템(700)을 무선으로 관리할 수 있다. 또한, 상기 지능형 스마트 센서(200)에 공급되는 전원은 태양전지 모듈(400)을 사용하여 공급할 수 있다.The intelligent
여기서, 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)란 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크를 말한다.Here, the ubiquitous sensor network (USN) refers to a network configured to wirelessly collect information collected from various sensors.
이하 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the unmanned wireless
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 LVDT를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템의 구성도이다.5A is a block diagram of an unmanned wireless bridge inspection system using LVDT according to an embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LVDT를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)은 교량 구조물의 교각 및 교량 상판 사이에 설치되는 교좌장치(130)의 변위량을 계측하여 모니터링하는 무인무선 교좌 점검 시스템으로서, LVDT(210), 센서 인터페이스 모듈(Sensor Interface Module: SIM)(220), 무선 데이터 로거(230), 데이터 처리부(240), 무선통신 모듈(250) 및 거치대(270)를 포함할 수 있다.5A, the unmanned wireless
선형가변 차동변환기(Linear Variable Differential Transformer: LVDT)(210)는 교좌장치(130)의 일측에 접촉하여 상기 교좌장치(130)의 변위를 계측하는데, 이러한 LVDT(210)에 대한 구체적인 설명은 도 7a 및 도 7b를 참조하여 후술하기로 한다.A linear variable differential transformer (LVDT) 210 is in contact with one side of the
센서 인터페이스 모듈(220)은 상기 LVDT(210)에 의해 계측된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 즉, 상기 센서 인터페이스 모듈(220)은 상기 LVDT(210)로부터 계측된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 변환기를 포함할 수 있다.The
무선 데이터 로거(230)는 상기 센서 인터페이스 모듈(220)을 통해 디지털 변환된 데이터를 취득한다.The
데이터 처리부(240)는 미들웨어(middleware)로 구현되며, 상기 무선 데이터 로거(230)로부터 취득한 데이터로부터 필요한 정보를 필터링한다. 여기서, 미들웨어(middleware)는 예를 들면, 분산 컴퓨팅 환경에서 서로 다른 기종의 하드웨어나 프로토콜, 통신환경 등을 연결하여, 응용프로그램과 그 프로그램이 운영되는 환경 간에 원만한 통신이 이루어질 수 있게 하는 소프트웨어를 말하며, 좁은 범위로는 한 기업에 설치된 다양한 하드웨어, 네트워크 프로토콜, 응용 프로그램, 근거리통신망 환경, PC 환경 및 운영체제의 차이를 메워주는 소프트웨어를 말한다. 즉, 복잡한 이기종 환경에서 응용 프로그램과 운영환경 간에 원만한 통신을 이룰 수 있게 해주는 소프트웨어일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.The
무선통신 모듈(250)은 상기 데이터 처리부(240)에 의해 필터링된 디지털 데이터를 전송하며, 여기서, 무선통신 모듈(250)은 근거리 무선통신 모듈인 것이 바람직하며, 상기 근거리 무선통신 모듈은, 예를 들면, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 및 UWB(Ultra-wideband) 중에서 선택될 수 있지만, 근거리에서 무선통신이 가능한 어떠한 경우도 가능하다.The
또한, 본 발명의 실시예에 따른 LVDT를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)은 상기 무선통신 모듈로부터 전송되는 디지털 데이터를 각각 무선으로 수신하는 외부 시스템과 연동될 수 있으며, 이러한 외부 시스템은 모니터링 시스템(500), VMS(Voice Messaging System)(600) 또는 신호등 제어 시스템(700)을 포함할 수 있다.In addition, the unmanned wireless
모니터링 시스템(500)은 상기 무선통신 모듈로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 상기 교좌장치의 변위를 모니터링한다. 구체적으로, 모니터링 시스템(500)은 상기 무선통신 모듈(250)로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 상기 교좌장치(130)의 변위를 모니터링하는데, 상기 모니터링 시스템(500)은 애니로거 적용 서버 시스템으로 구현될 수 있고, 상기 교좌장치(130)의 기본정보와 함께 사용자에게 시각 효과를 제공하도록, 연결 상태, 센서 유형(Sensor Type), 유닛(Unit), 이득(Gain), 센서 온도를 포함하는 센서위치 정보를 2D 맵(Map)으로 표시할 수 있다. 또한, 상기 모니터링 시스템(500)은 상기 LVDT(210)에 의해 계측된 데이터값의 주기별 평균값, 최대값, 최소값, 표준편차를 포함하는 통계 정보를 제공하여 교량 구조물의 이력 관리에 활용할 수 있다.The
VMS(600)는 상기 무선통신 모듈(250)로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 음성 메시지를 생성하며, 또한, 신호등 제어 시스템(700)은 상기 무선통신 모듈(250)로부터 전송된 디지털 데이터에 따라 상기 교좌장치(130)가 설치된 교량 주변의 신호등을 제어하게 된다.The
또한, 상기 지능형 스마트 센서(200)에 공급되는 전원은 태양전지 모듈(400)을 사용하여 공급할 수 있다.In addition, the power supplied to the intelligent
따라서 본 발명의 실시예에 따른 LVDT를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)은 상기 LVDT(210), 센서 인터페이스 모듈(220), 무선 데이터 로거(230), 데이터 처리부(240) 및 무선통신 모듈(250)이 통합되어 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 이용한 지능형 스마트 센서를 형성하며, 상기 지능형 스마트 센서(200)는 상기 교좌장치(130)의 변위를 측정하여 위험상황 발생을 자가 판단하고 상기 외부 시스템(500, 600, 700)에게 실시간 통보하게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 LVDT(210)를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)은 교량 구조물의 교좌장치(130)의 변위를 계측하거나, 교좌장치(130)의 편기 및 주변 콘크리트 균열 발생을 계측할 수 있다.Accordingly, the unmanned wireless
한편, 통상적으로, 방범 또는 방재의 목적으로 구축되는 보안 시스템이나 옥내의 전자기기를 자동 또는 원격 제어하여 생활의 편리함을 추구하고자 하는 오토메이션 시스템에서는 옥내 및 옥외에 설치되어 주변을 실시간으로 감시하기 위하여 감시 카메라가 사용되고 있다. 이러한 감시 카메라는 촬상 기능과 전송 기능을 구비한 것으로서, 주변의 영상을 촬영하여 전송하며, 이러한 감시 카메라로부터 전송된 영상을 소정의 지정된 디스플레이장치로 전송하여, 모니터링하게 된다.On the other hand, in the case of security systems that are built for the purpose of crime prevention or disaster prevention, or automation systems that want to pursue the convenience of life by automatically or remotely controlling indoor electronic devices, they are installed indoors and outdoors to monitor the surroundings in real time. Camera is in use. Such a surveillance camera has an image capturing function and a transmission function, and photographs and transmits an image of a surrounding, and transmits the image transmitted from the surveillance camera to a predetermined designated display device for monitoring.
이때, 감시 카메라 장치는, 피사체의 광원을 확대하여 투과시키는 렌즈로부터 피사체의 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 촬상소자로서 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 구비할 수 있다.In this case, the surveillance camera device may include a CCD (Charge Coupled Device) camera as an image pickup device for converting an optical signal of the subject into an electrical signal from a lens that enlarges and transmits the light source of the subject.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템에 CCD 카메라(CCTV)가 결합된 구성을 예시하는 도면이다.5B is a diagram illustrating a configuration in which a CCD camera (CCTV) is coupled to an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템은 CCD 카메라(CCTV)(290)가 결합되어 CCTV 영상과 융합할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템은, 교좌장치의 일측에 설치되어 상기 교좌장치의 변위를 무선으로 촬영하여 획득된 영상을 전송하는 CCD 카메라(290)를 추가로 포함함으로써, 교좌장치의 하자에 대한 영상을 획득하여 처리할 수 있다.Referring to FIG. 5B, in an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention, a CCD camera (CCTV) 290 may be combined and fused with a CCTV image. That is, the unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention, the
한편, 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템의 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b는 교좌 점검을 위한 LVDT의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.6A is a view for explaining the arrangement of the unmanned wireless bridge inspection system using the ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention, Figure 6b is a view for explaining the operation principle of the LVDT for the inspection of the bridge.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인무선 교좌 점검 시스템(200a, 200b, 200c)은 교각(110) 상에 배치된 복수의 교좌장치(130a, 130b, 130c) 각각에 배치될 수 있으며, 또한, 복수의 교각(110)에 각각 배치되는 복수의 교좌장치 각각에 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 어느 하나의 교좌장치에는 상기 LVDT(210), 센서 인터페이스 모듈(220), 무선 데이터 로거(230), 데이터 처리부(240) 및 무선통신 모듈(250)이 배치되고, 나머지 교좌장치에는 상기 무선 데이터 로거(230) 및 데이터 처리부(240)를 제외한 상기 LVDT(210), 센서 인터페이스 모듈(220) 및 무선통신 모듈(250)만 배치될 수도 있다. 즉, 상기 무선 데이터 로거(230) 및 데이터 처리부(240)는 어느 하나의 교좌장치에 배치된 후, 상기 무선통신 모듈(250)에 의해 전송되는 데이터를 수신하여 일괄적으로 처리할 수도 있다.As shown in FIG. 6A, the unmanned wireless
도 6b에 도시된 바와 같이, 교각 구조물은 교각(110), 교량 상판(120) 및 교좌장치(130)로 구성되는데, 본 발명의 실시예에 따른 LVDT를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(200)은 LVDT(210)를 이용하여 교량 구조물의 교좌장치(130)의 변위를 계측하거나 또는 교좌장치의 편기 또는 주변 콘크리트의 균열 발생을 계측할 수 있다. 구체적으로, 도면부호 A로 도시된 바와 같이, 거치대(270)에 LVDT(210)를 설치하고, 교좌장치(130)가 움직이면, 상기 LVDT(210)가 수축함으로써 상기 교좌장치(130)의 변위를 계측할 수 있다. 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 상기 LVDT(210)의 일측은 상기 교좌장치(130)로부터 일정 거리 이격되어 교각 상에 설치된 거치대(270)에 고정되며, 상기 LVDT(210)의 타측은 상기 교좌장치(130)에 접촉하여 상기 교좌장치(130)의 변위 발생시 이를 계측하게 된다.As shown in Figure 6b, the bridge structure is composed of a
한편, 자기적 원리를 이용한 자기 센서(magnetic sensor)는 자기를 전기로 변환하는 소자(element)로서, 기계적 변위가 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 발생하는 자속의 변화, 즉, 상호 인덕턴스를 변화시키는 트랜스듀서(transducer)로서, 이러한 형태에 속하는 트랜스듀서를 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)라고 부른다.On the other hand, a magnetic sensor using a magnetic principle is an element that converts magnetism into electricity, and a change in magnetic flux, that is, mutual inductance, in which mechanical displacement occurs between a primary coil and a secondary coil. As a transducer, a transducer belonging to this type is called LVDT (Linear Variable Differential Transformer).
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 LVDT의 외형도 및 회로도이다.7A and 7B are an external view and a circuit diagram of an LVDT according to an embodiment of the present invention, respectively.
LVDT 센서(210)는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 원통형 하우징 바디 내에 대칭적인 구조로 하나의 1차코일(212a)과 2개의 2차코일(212b, 212c)이 설치되어 있다. 상기 두 개의 2차코일(212b, 212c)은 직렬 역극성으로 연결되며, 이러한 코일들(212a, 212b, 212c) 통로 사이로 강자성체의 코어(211)가 직선운동을 할 때 발생되는 신호를 이용하면 변위 계측, 예를 들면, X축 방행의 변위 계측이 가능하게 된다. 도면부호 213은 기준 오실레이터를 나타내고, 도면부호 214는 출력값을 증폭시키기 위한 증폭기를 나타낸다.As shown in FIGS. 7A and 7B, the
구체적으로, LVDT(210)는 선형 거리 차이를 계측하는 전기적 변환기 형태를 말하는데 3개의 솔레노이드 코일(212a, 212b, 212c)이 튜브 주변에 위치하고 있다. 가운데 코일(212a)이 주된 것이고 나머지가 두 개(212b, 212c)가 바깥에 위치하고 있다. 이때, 실린더 형태의 자석 코어(211)가 튜브 중심을 따라 이동하여 계측 대상의 위치값을 알려준다. 따라서 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주는 LVDT(210)는 코어(core or armature)의 이동에 의해 1차코일(212a)에서 2차코일(212b, 212c)에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 트랜스듀서(transducer)로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어(211)의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생하는데, 이 출력의 양에 따라서 밸브(Valve)의 위치(Position)를 제어하게 된다.Specifically, the
한편, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 센서 인터페이스 모듈 및 무선 LVDT를 예시하는 도면이다.8A and 8B are diagrams illustrating a sensor interface module and a wireless LVDT according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 8a는 센서 인터페이스 모듈(220)인 SIM(Sensor Interface Module)의 내부를 나타내는데, SIM(Sensor Interface Module)은 토목계측에 사용되는 다양한 센서들을 무선 데이터 로거(230) 또는 무선통신 모듈(250)과 연결시키기 위한 것이다. 도 8b는 변형률 및 변위 등을 계측하는데 사용되는 변위계인 무선 LVDT(210)가 센서 인터페이스 모듈(220)의 일측 커넥터를 통해 연결되고 반대편 커넥터를 통해서 A/D 변환기(Converter)를 포함하고 있는 센서 보드에 연결된다. 즉, 센서 인터페이스 모듈(220)은 LVDT 센서(210)에서 계측한 아날로그 신호가 A/D 변환기에 맞는 신호로 변환하기 위해 사용된다.FIG. 8A illustrates an interior of a sensor interface module (SIM), which is a
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 모듈의 구성을 예시하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 모듈의 구성 및 사양을 나타내는 테이블이다.9 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a table illustrating a configuration and specifications of a wireless communication module according to an embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 모듈(250)은 교좌장치에 위치하는 센서 인터페이스 모듈(220)로부터 전송되는 디지털 신호를 수신하거나 또는 디지털 처리부(240)에서 필터링된 디지털 신호를 수신하기 위한 것으로, 각각의 상태를 나타내는 램프, 입출력 포트, USB 확장포트, 콘솔 인터페이스, 안테나 등을 포함할 수 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 모듈(250)은 RJ45 커넥터를 구비한 10/100 Base-T 이더넷 인터페이스, +18dBM의 최대 송신 전력, -88dBm의 수신감도 등의 사양을 가질 수 있으며, 도 10에 도시된 무선통신 모듈(250)의 사양은 단지 예시를 위해서 나타낸 것으로, 이에 국한되는 것은 아니다.As shown in FIG. 9, the
한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 USN 센서와 레이저 광원을 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템의 구성도이다.On the other hand, Figure 11 is a block diagram of an unmanned wireless bridge inspection system using a USN sensor and a laser light source according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 USN 센서와 레이저 광원을 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(300)은, USN 센서(310), 센서 인터페이스 모듈(SIM)(320), 무선 데이터 로거(330), 데이터 처리부(340), 무선통신 모듈(330), 거치대(370) 및 레이저 광원(380)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the unmanned wireless
전술한 도 5에 도시된 본 발명의 실시예와 비교하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 USN 센서와 레이저 광원을 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(300)은, LVDT(210) 대신에 USN 센서(310)와 레이저 광원(380)을 사용하고, 거치대(370)의 역할이 달라지는 점을 제외하면, 센서 인터페이스 모듈(SIM)(320), 무선 데이터 로거(330), 데이터 처리부(340) 및 무선통신 모듈(350)은 도 5에 도시된 것과 실질적 으로 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.Compared to the above-described embodiment of the present invention shown in FIG. 5, the unmanned wireless
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 USN 센서와 레이저 광원을 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(300)에서, 상기 거치대(370)에 설치된 레이저 광원(380)으로부터 상기 교좌장치(130)에 부착된 USN 센서(310)로 레이저가 발사되고, 이에 따라 교좌장치(130)에 고정 부착된 USN 센서(310)의 변위를 파악할 수 있게 된다.That is, in the unmanned wireless
레이저 광원(380)은 상기 교좌장치(130)로부터 일정 거리 이격되어 교각 상에 설치된 거치대(370)에 고정되어 상기 USN 센서(310)에 레이저를 발사한다.The
USN 센서(310)는 교좌장치(130)의 일측에 고정되며, 상기 레이저 광원(380)으로부터 발사된 광원을 수신하여 상기 교좌장치(130)의 변위를 계측하게 된다.The
이때, 여기서, 상기 레이저 광원(380), USN 센서(310), 센서 인터페이스 모듈(320), 무선 데이터 로거(330), 데이터 처리부(340), 무선통신 모듈(350)이 통합되어 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 이용한 지능형 스마트 센서(300)를 형성하며, 상기 지능형 스마트 센서(300)는 상기 교좌장치(130)의 변위를 측정하여 위험상황 발생을 자가 판단하고 외부 시스템(500, 600, 700)에게 실시간 통보할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 USN 센서(310)와 레이저 광원(380)을 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템(300)은 교량 구조물의 교좌장치(130)의 변위를 계측하거나, 교좌장치의 편기 및 주변 콘크리트 균열 발생을 계측할 수 있다.At this time, the
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교좌 점검을 위한 USN 센서와 레이저 광원의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the principle of operation of the USN sensor and the laser light source for checking the inspection according to another embodiment of the present invention.
도 12에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(380)과 USN 센서(310)를 이용하여, 교량 구조물의 교각(110) 및 교량 상판(120) 사이에 설치되는 교좌장치(130)의 변위량을 계측하도록, 먼저, 교좌장치(130)의 일측에 USN 센서(310)가 부착된다. 이후, 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 교좌장치(130) 근처에 거치대(370)를 설치하고, 상기 거치대(370)에 설치된 레이저 광원(380)으로부터 상기 교좌장치(130)에 부착된 USN 센서(310)로 레이저가 발사된다. 이에 따라, 교좌장치(130)에 부착된 USN 센서(310)의 변위를 파악할 수 있게 된다.As shown in FIG. 12, the
한편, 도 13a 내지 도 13c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 애니로거가 적용된 서버시스템에서 구현된 홈(Home) 화면, 설정(Setting) 화면 및 트리거(Trigger) 화면을 예시하는 도면이다.13A to 13C are diagrams illustrating a home screen, a setting screen, and a trigger screen implemented in a server system to which an logger is applied according to an embodiment of the present invention.
전술한 무선 데이터 로거(230)는, 예를 들면, 애니로거가 적용된 서버 시스템에서 프로그램에 의해 구현될 수 있는데, 도 13a는 홈(Home) 화면(1210), 도 13b는 설정(Setting) 화면(1220), 그리고 도 13c는 트리거(Trigger) 화면(1230)을 각각 나타낸다.The above-described
도 13a에 도시된 바와 같이, 홈(Home) 버튼(1211)이 선택되면, 서버 시스템은 연결된 센서, 예를 들면, LVDT의 상세 정보를 표시한다. 구체적으로, 전반적인 교좌장치의 기본정보와 함께 사용자에게 시각 효과를 제공하기 위하여, 연결 상태, 센서 유형(Sensor Type), 유닛(Unit), 이득(Gain), 센서 온도 등 센서의 위치 정보가 2D 맵(Map)에 표시된다. 따라서 홈(Home) 화면(1210)은 무선 센서의 연결 상태 실시간 모니터링 시작, 모니터링시 센서의 작동 상태를 쉽게 볼 수 있다.As shown in FIG. 13A, when the
또한, 도 13b에 도시된 바와 같이, 설정(Setting) 화면(1220)에서 Setting 버튼(1221)이 선택되면, 센서의 개수, 센서 연결 상태, 센서 유형, 데이터 저장 기능, 유닛(Unit) 지정 값 등을 이용자가 쉽게 확인하고, 입력할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 13B, when the
또한, 도 13c는 트리거(Trigger) 화면(1230)에서 Trigger버튼(1231)이 선택된 것을 나타내는데, 이때, Trigger 도구는 디지털, 바 형태의 데이터 뷰어 기능, 실시간 T-Y Graph(3축), 분석 그래프를 육안으로 쉽게 볼 수 있는 기능이며, LVDT 데이터값의 주기별 평균값, 최대값, 최소값, 표준편차 등의 통계 정보를 제공함으로써 대상 교량의 이력 관리에 활용할 수 있다.In addition, FIG. 13C illustrates that the
한편, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 무인무선 교좌 점검 시스템의 구현을 위한 실내 실험을 예시하는 도면이다.On the other hand, Figure 14 is a diagram illustrating an indoor experiment for the implementation of the unmanned wireless bridge inspection system according to an embodiment of the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이, 유선 계측 장비와 무선 계측 장비를 비교 및 검토하여 무선계측 시스템의 적용성을 검증하였으며, 이러한 무선계측 시스템을 이용하여 교좌장치의 변위량을 계측하게 된다. 도 14는 실내 실험사진으로서, 모형 교좌장치 양옆에 LVDT(210)를 고정시킨 후에 교좌장치 움직임에 따라 변위량을 계측하고, 무선 데이터 로거(230) 및 무선통신 모듈(250)을 경유하여 모니터링 시스템(500)에서 계측 데이터가 모니터링될 수 있다.As shown in FIG. 14, the applicability of the wireless measurement system is verified by comparing and examining the wired measurement equipment and the wireless measurement equipment, and the displacement of the teaching apparatus is measured using the wireless measurement system. FIG. 14 is an indoor experimental photograph. After fixing the
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 LVDT에 연결된 센서 인터페이스 모듈을 통해 디지털 변환된 데이터 분석 그래프 및 트리거 분석 그래프를 예시하는 도면이다.15A and 15B are diagrams illustrating a data analysis graph and a trigger analysis graph digitally converted through a sensor interface module connected to an LVDT according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 5를 다시 참조하면, LVDT(210)에 연결된 센서 인터페이스 모듈(220)을 통해 디지털 변환된 자료는 무선통신 모듈(250)을 경유하여 외부 시스템, 예를 들면, 모니터링을 위한 메인 컴퓨터(500)로 전송된다. 예를 들면, 1초당 50개의 데이터를 계측하여 분석한 결과를 얻을 수 있었다. 도 15a는 LVDT 100㎜ 및 LVDT 50㎜에 대해 각각 계측된 엑셀 파일 형식의 데이터 분석 그래프로서, 시간에 따른 변위량을 나타내며, 또한, 도 15b에 도시된 화면(1400)은 Trigger 분석 그래프로서, 도면부호 1410은 모니터링이 시작과 종료를 나타낸다.Referring back to FIG. 5, the data digitally converted via the
한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 무인무선 교좌 점검 시스템에서, 교량 구조물의 교좌장치의 변위를 계측하거나, 교좌장치의 편기 및 주변 콘크리트 균열 발생을 계측하기 위해서 LVDT 또는 USN 센서를 이용하는 것에 대해 설명하였지만, 온도 센서, 변형률 센서, LBS(Location Based System), 주파수와 영상장치를 이용하여 교좌장치를 점검할 수도 있다.On the other hand, in the unmanned wireless bridge inspection system according to an embodiment of the present invention described above, using the LVDT or USN sensor to measure the displacement of the bridge device of the bridge structure, or to measure the knitting machine and the surrounding concrete crack occurrence of the bridge device Although described, the temperature measuring device, the strain sensor, the location based system (LBS), the frequency and the imaging device may be checked.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1a 및 도 1b는 교각 및 교량 상판 사이에 교좌장치가 설치된 통상적인 교량 구조물을 예시하는 도면이다.1A and 1B illustrate a typical bridge structure in which a bridge arrangement is installed between a bridge and a bridge deck.
도 2는 종래의 기술에 따른 계측용 교좌장치의 시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a system of a measuring instrument for measurement according to the prior art.
도 3은 종래의 기술에 따른 광섬유센서를 구비한 디스크(Disc)형 교좌장치를 보여주는 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a disc (disc) type device with a fiber sensor according to the prior art.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 LVDT를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템의 구성도이다.5A is a block diagram of an unmanned wireless bridge inspection system using LVDT according to an embodiment of the present invention.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템에 CCD 카메라(CCTV)가 결합된 구성을 예시하는 도면이다.5B is a diagram illustrating a configuration in which a CCD camera (CCTV) is coupled to an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템의 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b는 교좌 점검을 위한 LVDT의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6A is a view for explaining an arrangement of an unmanned wireless bridge inspection system using a ubiquitous sensor network according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a view for explaining an operation principle of an LVDT for checking a bridge.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 LVDT의 외형도 및 회로도이다.7A and 7B are an external view and a circuit diagram of an LVDT according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 센서 인터페이스 모듈 및 무선 LVDT를 예시하는 도면이다. 8A and 8B are diagrams illustrating a sensor interface module and a wireless LVDT, respectively, according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 모듈의 구성을 예시하는 도면이 다.9 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication module according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 모듈의 구성 및 사양을 나타내는 테이블이다.10 is a table showing the configuration and specifications of a wireless communication module according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 USN 센서와 레이저 광원을 이용한 무인무선 교좌 점검 시스템의 구성도이다.11 is a block diagram of an unmanned wireless bridge inspection system using a USN sensor and a laser light source according to another embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교좌 점검을 위한 USN 센서와 레이저 광원의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the principle of operation of the USN sensor and the laser light source for checking the inspection according to another embodiment of the present invention.
도 13a 내지 도 13c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 애니로거가 적용된 서버시스템에서 구현된 홈(Home) 화면, 설정(Setting) 화면 및 트리거(Trigger) 화면을 예시하는 도면이다.13A to 13C are diagrams illustrating a home screen, a setting screen, and a trigger screen respectively implemented in a server system to which an logger is applied according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 무인무선 교좌 점검 시스템의 구현을 위한 실내 실험을 예시하는 도면이다.14 is a diagram illustrating an indoor experiment for the implementation of the unmanned wireless bridge inspection system according to an embodiment of the present invention.
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 LVDT에 연결된 센서 인터페이스 모듈을 통해 디지털 변환된 데이터 분석 그래프 및 트리거 분석 그래프를 예시하는 도면이다.15A and 15B are diagrams illustrating a data analysis graph and a trigger analysis graph digitally converted through a sensor interface module connected to an LVDT according to an embodiment of the present invention, respectively.
< 도면부호의 간단한 설명 ><Brief Description of Drawings>
110: 교각 120: 교량 상판 110: bridge 120: bridge deck
130: 교좌장치 200: 제1 교좌 점검 시스템130: check device 200: first check inspection system
210: LVDT 220: 센서 인터페이스 모듈(SIM)210: LVDT 220: sensor interface module (SIM)
230: 무선 데이터 로거 240: 데이터 처리부(middleware)230: wireless data logger 240: data processing unit (middleware)
250: 무선통신 모듈 270: 거치대250: wireless communication module 270: holder
290: CCD 카메라 300: 제2 교좌 점검 시스템290: CCD camera 300: the second point inspection system
310: USN 센서 380: 레이저 광원310: USN sensor 380: laser light source
400: 태양전지 모듈 500: 모니터링 시스템400: solar cell module 500: monitoring system
600: VMS(Voice Messaging System) 700: 신호등 제어 시스템600: Voice Messaging System (VMS) 700: Traffic Light Control System
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