KR101219238B1 - 손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치 - Google Patents

손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치에 있어서, 측량을 위해 세 개의 다리(110)로 지면을 지지하고, 트라이브랙(200)을 포함하기 위한 몸체(120)의 상측에 GPS 안테나(400)를 탑재하는 삼각대(100); 하측에 구비된 수용부를 통해서 상기 삼각대(100)의 몸체에 수용되며, 상측에 상기 GPS 안테나(400)의 정준 또는 구심을 조절하기 위해 트라이브랙 아답터(300)와 결합되는 세 개의 결합홈(210)을 구비하는 트라이브랙(200); 상기 트라이브랙의 결합홈(210)과 결합되는 세 개의 결합돌기(310)와 상기 GPS 안테나(400)의 중심축과 연결되는 중심돌기(320)를 구비하는 트라이브랙 아답터(300); GPS 위성으로부터 주파수 신호를 수신하여 상기 측량기의 위치를 확인하는 GPS 안테나(400); 레이저 광선을 조사하여 상기 측량기의 높이값을 획득하는 레이저 거리 측정기(500); 및 상기 측량기의 높이값을 획득할 때 손떨림으로 인한 오차값을 보정하기 위한 제어신호를 생성하는 컨트롤러(600)를 포함하되, 상기 레이저 거리 측정기(500)는, 외측면에 나선 모양의 홈을 형성하고, 상기 나선 모양의 홈이 상기 트라이브랙(200)의 수용부에 결합됨으로써, 상기 삼각대(100)와 상기 트라이브랙(200) 사이를 연결하는 연결부(510); 상기 측량기 및 상기 컨트롤러와 접속하는 인터페이스부(521); 상기 측량기 주변의 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함하는 센서부(522); 상기 센서(522)부로부터 측정된 온도 값에 따라 다음 수학식 Lo = L ± a·L (t - to) (여기서, 'Lo'는 측량기의 길이 변화값을 나타내고, 'L'은 측량기의 측정된 높이를 나타내고, 'a'는 선팽창계수를 나타내고, 't'는 측량기 주변의 온도를 나타내며, 'to'는 표준온도(15℃)를 나타냄)을 이용하여 상기 측량기의 길이 변화값을 보정하는 오차보정부(523); 상기 측량기의 높이를 측정하기 위한 측정명령신호를 상기 컨트롤러(600)로부터 수신하고, 상기 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향을 제어하기 위한 제어신호를 수신하는 통신부(524); 상기 통신부(524)를 통해서 수신한 상기 측정명령신호 및 상기 제어신호를 이용하여 상기 측량기의 높이를 측정하기 위해 레이저를 조사하는 레이저 조사부(525); 상기 측량기의 측정된 높이값 및 상기 길이 변화값을 저장하는 메모리부(526); 및 상기 높이값 및 상기 길이 변화값을 액정 화면을 통해 디스플레이하는 디스플레이부(527)를 포함하고, 상기 GPS 안테나(400)는 상기 GPS 위성으로부터 전송되는 주파수 신호의 신호 지연값을 다음 수학식, △L = ∫L n(s)ds - G (여기서, △L은 상기 주파수 신호의 기하학적 직선 경로와 실제 경로와의 차이값을 의미하고, n(s)는 경로 L을 따라 위치 s에서의 굴절 함수를 나타내며, G는 기하학적인 직선 경로를 나타냄)에 의해 획득되고, 상기 신호 지연값은 상기 오차보정부(523)로 전송되는 것을 특징으로 하는 손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치를 제공한다.

Description

손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치{APPARATUS FOR MEASURING THE HEIGHT OF SURVEYING INSTRUMENT USING LASER DISTANCE METER INCLUDING HAND-VIBRATION ERROR COMPENSATION FUNCTION}
본 발명은 측량기 높이를 측정하는 장치에 관한 것이다.
GPS 위성을 이용한 측량 분야에서 지표면 상의 수신기기와 GPS 위성과의 거리는 위성에서 송신된 신호가 수신기에 도달하는 시간을 측정하여 결정한다. 그러나, GPS 위성으로부터 송신된 신호는 지구의 대기권을 지나면서 속도 변이가 되면서 신호 지연이 일어나게 된다. 또한, 거리를 측량하는 줄자 또는 전자파 거리 측정기 등 각종 측량 장비를 이용하는 경우에도 온도 등의 환경적 요인에 의해 측정 오차가 발생하게 된다. 이러한 현상들은 수 밀리미터(mm) 이하의 오차를 요구하는 현장에서 정확한 최종 측량값을 결정하는데 영향을 미치게 된다.
또한, 삼각대(Tripod)의 상측에 설치된 GPS 안테나를 포함한 측량기를 이용하여 GPS(Global Positioning System) 측량을 실시하는 경우에 GPS 안테나 제작사 측에서 제공하는 줄자 혹은 막대자를 이용하여 측량기의 높이를 측정한다. 그러나, 수 밀리미터(mm) 이하의 오차를 요구하는 현장에서 사람이 직접 줄자 혹은 막대자를 이용하여 측량기의 높이를 측정한다는 것은 정확한 최종 측량값을 결정하는데 지대한 영향을 미칠 뿐만 아니라, 측정된 측량기의 높이값을 사람이 직접 입력하게 됨으로써 실시간으로 데이터를 처리하는 것이 불가능하고 더 나아가 잘못된 정보를 입력할 수도 있게 되는 문제점도 있다.
본 발명의 제 1 목적은, 측량기가 기압, 온도 및 습도 등 환경 요소 정보를 감지할 수 있는 센서를 구비함으로써, 신호 지연으로 인한 오차를 보정할 수 있도록 함에 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 측량기에 레이저 거리 측정기를 장착하여 측량기의 높이를 자동으로 측정할 수 있도록 함에 있다.
본 발명의 제 3 목적은, 측량기의 높이값을 측정하여 실시간으로 측량기에 입력되도록 함으로써, 최종 측량값을 획득함에 있어서 정확성 및 신속성을 향상시킬 수 있도록 함에 있다.
본 발명의 제 4 목적은, 측량기에 장착된 레이저 거리 측정기가 탈 부착 가능하도록 함에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치에 있어서, 측량을 위해 세 개의 다리(110)로 지면을 지지하고, 트라이브랙(200)을 포함하기 위한 몸체(120)의 상측에 GPS 안테나(400)를 탑재하는 삼각대(100); 하측에 구비된 수용부를 통해서 상기 삼각대(100)의 몸체에 수용되며, 상측에 상기 GPS 안테나(400)의 정준 또는 구심을 조절하기 위해 트라이브랙 아답터(300)와 결합되는 세 개의 결합홈(210)을 구비하는 트라이브랙(200); 상기 트라이브랙의 결합홈(210)과 결합되는 세 개의 결합돌기(310)와 상기 GPS 안테나(400)의 중심축과 연결되는 중심돌기(320)를 구비하는 트라이브랙 아답터(300); GPS 위성으로부터 주파수 신호를 수신하여 상기 측량기의 위치를 확인하는 GPS 안테나(400); 레이저 광선을 조사하여 상기 측량기의 높이값을 획득하는 레이저 거리 측정기(500); 및 상기 측량기의 높이값을 획득할 때 손떨림으로 인한 오차값을 보정하기 위한 제어신호를 생성하는 컨트롤러(600); 를 포함하되, 상기 레이저 거리 측정기(500)는, 외측면에 나선 모양의 홈을 형성하고, 상기 나선 모양의 홈이 상기 트라이브랙(200)의 수용부에 결합됨으로써, 상기 삼각대(100)와 상기 트라이브랙(200) 사이를 연결하는 연결부(510); 상기 측량기 및 상기 컨트롤러와 접속하는 인터페이스부(521); 상기 측량기 주변의 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함하는 센서부(522); 상기 센서(522)부로부터 측정된 온도 값에 따라 다음 수학식, Lo = L ± a·L (t - to) (여기서, 'L'은 측량기의 측정된 높이를 나타내고, 'a'는 선팽창계수를 나타내고, 't'는 측량기 주변의 온도를 나타내며, 'to'는 표준온도(15°)를 나타냄)을 이용하여 상기 측량기의 길이 변화값을 보정하는 오차보정부(523); 상기 측량기의 높이를 측정하기 위한 측정명령신호를 상기 컨트롤러(600)로부터 수신하고, 상기 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향을 제어하기 위한 제어신호를 수신하는 통신부(524); 상기 통신부(524)를 통해서 수신한 상기 측정명령신호 및 상기 제어신호를 이용하여 상기 측량기의 높이를 측정하기 위해 레이저를 조사하는 레이저 조사부(525); 상기 측량기의 측정된 높이값 및 상기 길이 변화값을 저장하는 메모리부(526); 및 상기 높이값 및 상기 길이 변화값을 액정 화면을 통해 디스플레이하는 디스플레이부(527)를 포함하고, 상기 GPS 안테나(400)는 상기 GPS 위성으로부터 전송되는 주파수 신호의 신호 지연값을 다음 수학식, △L = ∫L n(s)ds - G (여기서, △L은 상기 주파수 신호의 기하학적 직선 경로와 실제 경로와의 차이값을 의미하고, n(s)는 경로 L을 따라 위치 s에서의 굴절 함수를 나타내며, G는 기하학적인 직선 경로를 나타냄)에 의해 획득되고, 상기 신호 지연값은 상기 오차보정부(523)로 전송되는 것을 특징으로 하는 온도 센서를 포함하는 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서, 상기 연결부(510)는, 상기 트라이브랙의 수용부에 장착 또는 탈착 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 인터페이스부(521)는, USB 포트 또는 직렬포트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 디스플레이부(527)는, 보급형 액정표시장치(STN-LCD), 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD), UFB-LCD(Ultra Fine Brightness-LCD), 박막다이오드 액정표시장치(TFD-LCD) 또는 유기EL 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 측량기가 기압, 온도 및 습도 등 환경 요소 정보를 감지할 수 있는 센서를 구비함으로써, 신호 지연으로 인한 오차를 보정할 수 있다. 또한, 센서를 통해서 획득된 환경 요소 정보를 이용하여 오차값을 보정함으로써, 측량기의 높이를 보다 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 케이블을 이용하여 레이저 거리 측정기를 조절함으로써 전파장애 또는 측량자에 의한 손 떨림 등을 방지할 수 있고, 레이저 거리 측정기를 측량기에 쉽게 탈부착 가능하도록 함으로써 이동 및 휴대의 편리성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일실시예로서, 레이저 거리 측정기를 이용한 측량기 높이 측정 장치를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명이 적용되는 일실시예들로서, 도 2a는 삼각대를 나타내고, 도 2b는 트라이브랙을 나타내고, 도 2c는 트라이브랙 아답터를 나타내며, 도 2d는 GPS 안테나를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 거리 측정기를 나타내고, 도 3c는 본 발명이 적용되는 일실시예로서 레이저 거리 측정기의 개략적인 내부 블록도를 나타내며, 도 3d는 디스플레이부를 통해서 디스플레이되는 항목을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명이 적용되는 일실시예들로써, 도 4a는 컨트롤러를 나타내고, 도 4b는 컨트롤러의 개략적인 내부 블록도를 나타내고, 도 4c는 조절부를 나타내고, 도 4d는 전원부를 나타낸다.
도 5는 본 발명이 적용되는 일실시예로서 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용하여 설명한다. 그러한 경우에는 해당 부분의 상세 설명에서 그 의미를 명확히 기재하므로, 본 발명의 설명에서 사용된 용어의 명칭만으로 단순 해석되어서는 안 될 것이며 그 해당 용어의 의미까지 파악하여 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
일반적으로 측량(測量, survey)이란, 서로 다른 위치에 있는 점 사이의 상대 적 위치관계를 구하는 것으로서, 지구표면에 있는 모든 점의 관계위치를 결정하고, 어떤 부분의 위치ㆍ형상ㆍ면적을 측정한 후, 각 점의 위치관계 또는 기타 자료를 기초로 하여 지도 등을 제작하거나 토지의 면적이나 부피 등을 구하여 도시(圖示) 하는 것을 뜻한다. 또한, 이러한 측량의 종류에 삼각측량, 트래버스측량, 수준측량, 지형측량 및 노선측량 외에 하천을 개수하는 계획, 공사를 위하여 하천의 평면도종단면도 횡단면도의 작성 및 수위(水位)유량을 측정하는 하천측량, 항만(港灣)ㆍ해안의 심천(深淺)이나 그 변화, 조석(潮汐)의 크기 방향을 측정하는 항만측량, 해양측량, 채광(採鑛)에 필요한 갱(坑) 내외의 측량을 하는 광산측량 등이 있고, 또한, 토지의 소재ㆍ경계ㆍ형상ㆍ지목(地目)ㆍ지번(地番)ㆍ면적ㆍ소유자를 조사하여 지적도(地籍圖)를 작성 또는 수정함으로써 주로 토지의 소유권을 명확히 하는 지적측량이 있다. 이처럼 측량을 하는데 사용되는 측량기에는 데오돌라이트, 트랫싯 또는 전자레벨 등이 있다. 그리고, 측량기를 이용하여 측량을 실시하는 경우 줄자(Measuring Tape), 막대자 혹은 인바 테이프(Inbar Tape)를 이용하여 측량자가 직접 측량기 자체의 높이를 측정함으로써 측량값을 얻는다.
본 발명의 일실시예에 따른 탈ㆍ부착식 레이저 거리 측정기를 이용한 측량기 높이 측정 장치에 관하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일실시예로서, 레이저 거리 측정기를 이용한 측량기 높이 측정 장치를 나타낸다. 그리고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명이 적용되는 일실시예들로서, 도 2a는 삼각대를 나타내고, 도 2b는 트라이브랙을 나타내고, 도 2c는 트라이브랙 아답터를 나타내며, 도 2d는 GPS 안테나를 나타낸다.
도 1 을 참조하여 살펴보면, 탈ㆍ부착식 레이저 거리 측정기를 이용한 측량기 높이 측정 장치는 삼각대(100, Tripod), 트라이브랙(200, Tribrach), 트라이브 랙 아답터(300, Tribrach Adapter) 및 GPS 안테나(400, Global Positioning System Antenna)를 구비한 상태에서, 탈ㆍ부착이 가능한 레이저 거리 측정기(500) 및 컨트 롤러(600)를 포함한다.
도 2a 에 도시된 삼각대(100)는 상측에 도 2d에 도시된 GPS 안테나(400)를 탑재하면서, 측량을 위해 세 개의 다리(110)로 지면을 지지하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 삼각대(100)는 세 개의 다리(110) 및 세 개의 다리(110)의 일측을 각각 회동 가능하도록 고정하고, 후술하는 트라이브랙(200)을 수용하는 몸 체(120)를 포함한다. 참고로, 측량자는 삼각대(100)를 설치할 때에 세 개의 다리(110)를 벌린 다음 세 개의 다리(110)에 부착된 지지면을 지면에 삽입하여 다리(110)를 고정시킨 다. 이와 같이, 세 개의 지지면이 지면에 삽입되어 다리(110)가 지면에 고정됨으로 써, 삼각대(100)에 충격이 가해져도 삼각대(100)가 쓰러지지 않고 세워진 상태가 안정되게 유지되어 정확한 측량을 할 수 있다.
또한, 도 2b 에 도시된 트라이브랙(200)은 그 하측이 삼각대의 몸체(120)에 수용될 수 있도록 미도시된 수용부를 형성하고 있으며, 후술되는 트라이브랙 아답 터(400)와 결합하기 위해서 트라이브랙(200)의 상측에 세 개의 결합홈(210)을 포함 한다. 본 실시예에서, 수용부는 트라이브랙(200)이 삼각대의 몸체(120)에 원활히 수용될 수 있도록 수용부의 내측면이 나선 모양의 홈을 구비한 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 트라이브랙(200)은 도 2c에 도시된 트라이브랙 아답터(300)를 이용하여 상측에 GPS 안테나(400)를 탑재한 상태에서 정준(定準) 및 구심(求心)을 조절하는 기능을 수행한다. 여기서, 정준 조절은 GPS 안테나(400)가 수평을 유지하도록 조절하는 것을 뜻하며, 구심 조절은 GPS 안테나(400)의 수직 중심축과 지상점 위치가 일직선이 되도록 조절하는 것을 뜻한다.
또한, 트라이브랙 아답터(300)는 도 2c를 참조하여 살펴보면, 하측에 트라 이브랙의 세 개의 결합홈(210)과 결합되는 세 개의 결합돌기(310)를 구비하며, 상 측에 탑재된 GPS 안테나(400)의 정준 및 구심을 조절하기 위해서 중심돌기(320)를 포함한다. 다시 말하면, 측량자가 트라이브랙(200)을 이용하여 GPS 안테나(400)를 조절하면, 중심돌기(320)는 GPS 안테나(400)의 중심축과 연결됨으로써 GPS 안테 나(400)의 정준 및 구심을 조절한다.
또한, 도 2d 에 도시된 GPS 안테나(400)는 GPS 위성으로부터 주파수 신호를 수신하여 위치를 확인하게 되며, 이때 상기 GPS 안테나(400)는 GPS 위성으로부터 상기 주파수 신호를 수신되는 과정에서 신호 지연이 발생하게 된다. 이러한 신호 지연은 대류권의 공기들이 진공상태(굴절률=1)보다 더 큰 굴절률을 가지기 때문에 발생하며, 결국 진공상태다 더 큰 굴절률이 시간 지연을 일으키게 된다. 공간상 변동하는 굴절률로 인하여 신호의 경로는 기하학적 곡선에 대하여 약간의 곡률을 가지게 된다. 따라서, 기하학적 직선 경로와 실제 경로와의 차이값을 아래 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112012075517620-pat00001
여기서, △L은 기하학적 직선 경로와 실제 경로와이 차이값을 의미하고, n(s)는 경로 L을 따라서 위치 s에서의 굴절 함수를 나타내며, G는 기하학적인 직선 경로를 나타낸다.
상기 수학식 1을 다시 쓰면, 아래 수학식 2와 같다.
Figure 112012075517620-pat00002
여기서, 앞의 항(∫[n(s)-1]ds)은 GPS 신호의 속도 저하로 인한 영향이고, 뒤의 항([S-G])는 GPS 신호의 구부러짐에 의한 영향이다.
따라서, GPS 신호 지연으로 인한 경로 차이 값을 최종 측량값에 반영하여 보정한다면 보다 정확한 데이터를 획득할 수 있을 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 거리 측정기를 나타내고, 도 3c는 본 발명이 적용되는 일실시예로서 레이저 거리 측정기의 개략적인 내부 블록도를 나타내며, 도 3d는 디스플레이부를 통해서 디스플레이되는 항목을 나타낸 것이다.
레이저 거리 측정기(500)는 도 3a 에 도시된 바와 같이, 레이저를 조사함으로써 지면으로부터 측량기의 높이를 측정한 후, 측정된 높이값을 자동으로 케이블(A)을 통해서 측량기로 전송하는 기능을 수행하는바, 연결부(510) 및 측정부(520)를 포함한다. 상기 레이저 거리 측정기(500)는 소형으로 휴대가 간편하며, 수 m 내지 수십 m 의 거리를 순간적으로 측정할 수 있으며, 줄자와 같은 종래의 측정도구에 비하여 오차가 거의 없는 장치이다. 하지만, 수 밀리미터(mm) 이하의 오차를 요구하는 현장에서는 상기 레이저 거리 측정기(500)와 같은 측량 장비를 이용하는 경우라도 온도 등의 환경적 요인에 의해 측정 오차가 발생하게 된다. 예를 들어, 국립지리원 내규에 규정되어 있는 표준온도(15°)에 비해 온도 차이가 심할 경우 물체의 선팽창 현상에 의해 아래 수학식 3과 같이 측량기 자체의 미세한 길이 변화가 생길 수 있다.
Figure 112012075517620-pat00003
여기서, 'L'은 관측 길이를 나타내고, 'a'는 선팽창계수를 나타내고, 't'는 현장에서의 온도를 나타내며, 'to'는 표준온도(15°)를 나타낸다. 보다 정확한 최종 측량값을 결정하기 위해서는 상기 수학식 3과 같은 오차값을 보정해줄 필요가 있다.
또한, 상기 레이저 거리 측정기(500)는 수백 개의 메모리를 가지고 있어서, 다량의 측정 데이터를 저장할 수 있으며, 거리 측정뿐만 아니라 면적, 체적 등을 계산할 수 있는 기능을 갖추고 있으며, RS-232C와 같은 인터페이스를 이용하여 개인용 단말기에 측정 데이터를 송수신할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서 측량기에 결합되어 측량기의 높이를 측정하는 것으로 설정하였지만, 탈ㆍ부착이 가능하기 때문에 휴대용 거리 측정기로도 사용가능하다.
연결부(510)는 외측면에 나선 모양의 홈을 형성하고, 그 나선 모양의 홈이 트라이브랙의 수용부에 결합됨으로써, 삼각대(100)와 트라이브랙(200) 사이를 연결하는 기능을 수행한다. 이때, 연결부(510)는 트라이브랙의 수용부에 장착 또는 탈착이 가능하다.
측정부(520)는 도 3c에 도시된 바와 같이, 환경 요소를 감지하고 측량기의 높이를 측정하는 기능을 수행한다. 상기 측정부(520)는 인터페이스부(521), 센서부(522), 오차보정부(523), 통신부(524), 레이저 조사부(525), 메모리부(526), 디스플레이부(527) 및 송신부(528)를 포함한다.
인터페이스부(521)는 케이블(A)을 통해서 측량기 및 컨트롤러(600)와의 접속 기능을 수행한다. 구체적으로, 인터페이스부(521)는 USB 포트 또는 직렬포 트(Serial Port)로 구성되는 바, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
센서부(522)는 환경 요소를 실시간 감지하는 기능을 수행하며, 예를 들어 상기 센서부(522)는 기압 센서, 온도 센서 및 습도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 측량을 수행하는 경우 지면으로 조사한 레이저 광선이 지면으로부터 반사되어 레이저 거리 측정기에 도달될 때의 속도 및 시간을 측정함으로써 측량기의 높이를 측정할 수 있다. 하지만, 수 mm이하의 오차를 요구하는 현장에서는 상기 속도 및 시간이 현장에서 측정한 기압, 온도 및 습도 중 적어도 하나에 변화될 수 있기 때문에 정확한 측량값을 획득할 수 없다. 따라서 상기 센서부(522)는 실시간으로 기압, 온도 및 습도 등에 대한 정보를 획득하여 오차보정부(523)를 전송한다.
오차보정부(523)는 GPS 안테나(400)로부터 측정된 경로 차이값을 전송받아 상기 경로 차이값을 통해 오차를 보정함으로써 보다 정확한 측량값을 획득할 수 있다. 또한, 상기 오차보정부(523)는 상기 센서부(522)로부터 측정된 길이 변화값을 전송받아 오차를 보정함으로써 보다 정확한 측량값을 획득할 수 있다.
통신부(524)는 측량기의 높이를 측정하기 위한 측정명령신호를 컨트롤러(600)로부터 수신하고 레이저 거리 측정기(500)를 제어하기 위한 제어신호를 수신한다. 여기서, 제어신호에는 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향을 포함하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
레이저 조사부(525)는 통신부(524)를 통해서 수신한 측정명령신호 및 제어신호를 이용하여 지면을 향해서 레이저 광선을 조사하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 측량기의 높이를 측정하기 위해서 레이저를 조사하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 초음파 혹은 무선전파를 이용하여 측정하는 것도 가능하다.
메모리부(526)는 컨트롤러(600)로부터 수신한 측정명령신호, 제어신호 그리고, 측정한 측량기의 높이값, 경로차이값 및 길이변화값을 저장하는 기능을 수행한다.
디스플레이부(527)는 도 3d 를 참고하여 살펴보면, 측정한 측량기의 높이값 및 환경 요소 정보를 측량자가 실시간 확인 가능하도록 액정 화면을 통해서 디스플레이한다. 여기서, 액정의 종류에는 보급형 액정표시장치(STN-LCD), 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD), UFB-LCD(Ultra Fine Brightness-LCD), 박막다이오드 액정표시장치(TFD-LCD) 또는 유기EL 등이 있다.
송신부(528)는 케이블(A)을 통해서 측정한 측량기의 높이값 및 환경 요소 정보를 측량기 및 컨트롤러(600)로 전송하는 기능을 수행한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명이 적용되는 일실시예들로써, 도 4a는 컨트롤러를 나타내고, 도 4b는 컨트롤러의 개략적인 내부 블록도를 나타내고, 도 4c는 조절부를 나타내고, 도 4d는 전원부를 나타낸다.
컨트롤러(600)는 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 케이블(A)을 통해서 레이저 거리 측정기(500)로부터 수신한 환경 요소 정보를 이용하여 레이저 거리 측정기의 조사위치 및 조사방향을 제어하는 기능을 수행하는바, 입력 부(610), 수신부(620), 판단부(630), 조절부(640), 선택부(650), 전송부(660), 전 원부(670), 저장부(680) 및 제어부(690)를 포함할 수 있다. 이때, 컨트롤러(600)는 측량기의 높이 측정시 변수로 작용할 수 있는 측량자 의 손 떨림 현상 등에 의한 측량기의 흔들림을 방지하며, GPS 안테나(400)를 통하여 데이터를 수신하는 동안에 전파장애가 발생하지 않도록 측량기 및 레이저 거리 측정기(500)와 케이블(A)로 연결된다.
입력부(610)는 도 4c 를 참고하여 살펴보면, 측량자로부터 측량기기(500)를 제어하는 제어신호를 입력받는다. 본 실시예에서는, 입력부(610)를 조이스 틱 및 방향 지시표인 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 수신부(620)는 레이저 거리 측정기의 송신부(528)를 통해서 측량기의 높이값 및 환경 요소 정보를 수신하는 기능을 수행한다.
판단부(630)는 수신한 환경 요소 정보 및 측정 데이터를 이용하여 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향에 대한 제어 여부를 판단하고, 조절부(640)는 상기 판단부(630)의 판단 결과에 따라 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향을 제어하는 기능을 수행한다.
선택부(650)는 측정 데이터에 기초하여 측량자가 측정하려고 하는 지면을 향해 레이저를 조사하는 기능을 수행하고, 전송부(660)는 상기 측정 데이터 및 제어신호를 통신부(524)로 전송하고, 측량기로 측정한 측정기의 높이값 및 환경 요소 정보를 전송하는 기능을 수행한다.
전원부(670)는 도 4d 를 참고하여 살펴보면, 컨트롤러(600)의 작동에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서, 외부의 건전지 또는 충전지를 이용하여 전원을 공급받는 방식으로 설정하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 외부의 직류전원 공급장치(일반 아답터)로부터 전원을 공급받는 방식, UPS(Uninterruptible Power Supply: 무정전 전원 공급장치)로부터 전원을 공급받는 방식 등도 포함할 수 있다.
저장부(680)는 측량자로부터 수신한 측정 데이터, 제어신호, 레이저 거리 측정기(500)로부터 수신한 환경 요소 정보 및 측량기의 높이값을 저장하는 기능을 수행한다.
제어부(690)는 입력부(610), 수신부(620), 판단부(630), 조절부(640), 선택부(650), 전송부(660), 전원부(670) 및 저장부(680)를 제어하는 기능을 수행한다.
이하, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 탈ㆍ부착식 레이저 거리 측정기를 이용한 측량기 높이 측정 장치를 통해 탈ㆍ부착식 레이저 거리 측정기를 이용한 측량기 높이 측정 방법에 대하여 도 5를 참조하여 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명이 적용되는 일실시예로서 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 제어부(690)는 측량자로부터 레이저 거리 측정 기(500)를 이용하여 측량기의 높이를 측정하기 위한 측정명령신호를 입력받는다(S2). 구체적으로, 세 개의 다리(110)로 지면을 지지하는 삼각대(100)의 상측에 GPS 안테나(400)를 탑재하며, 트라이브랙(200) 및 트라이브랙 아답터(300)를 이용하여 GPS 안테나(400)의 수평 또는 수직 중심축과 지상점의 위치가 일직선이 되도록 조절한다. 이때, 삼각대(100)와 트라이브랙(200) 사이에 레이저 거리 측정기의 연결부를 트라이브랙 하측의 수용부에 결합함으로써, 측량기의 높이를 측정할 수 있다.
그리고, 제어부(690)는 케이블(A)을 통해서 레이저 거리 측정기(500)로부터 환경 요소 정보를 획득한다(S4). 여기서, 상기 제어부(690)는 레이저 거리 측정기의 센서부(522)를 통해서 환경 요소 정보를 실시간으로 전달받으며, 상기 환경 요소 정보는 기압 정보, 온도 정보 및 습도 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 획득한 환경 요소 정보는 저장되고, 상기 제어부(690)에 의해 화면에 디스플레이된다(S6). 상기 제어부(690)는 획득한 환경 요소 정보를 이용하여 레이저 거리 측정기(500)의 제어 여부를 판단한다(S8).
상기 S8 단계의 판단 결과, 레이저 거리 측정기(500)를 제어하지 않아도 되는 경우에 상기 제어부(690)는 측정명령신호에 따라 레이저를 조사하도록 함으로써 측량기의 높이값을 측정한다(S10).
그리고, 상기 제어부(690)는 측정된 측량기의 높이값을 저장한 후, 케이블(A)을 통해서 측량기로 측정한 높이값 및 환경 요소 정보를 전송한다(S12).
한편, 상기 S8 단계의 판단 결과, 레이저 거리 측정기(500)를 제어해야 하는 경우 상기 제어부(690)는 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향을 제어한다(S14). 그리고, 제어한 레이저 거리 측정기를 이용하여 레이저를 지면으로 조사함으로써 측량기의 높이값을 측정한다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 삼각대 200: 트라이브랙
300: 트라이브랙 아답터 400: GPS 안테나
500: 레이저 거리 측정기 510: 연결부
520: 측정부
521: 인터페이스부 522: 센서부
523: 오차보정부 524: 통신부
525: 레이저 조사부 526: 메모리부
527: 디스플레이부 528: 송신부
600: 컨트롤러 610: 입력부
620: 수신부 630: 판단부
640: 조절부 650: 선택부
660: 전송부 670: 전원부
680: 저장부 690: 제어부

Claims (3)

  1. 손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치에 있어서,
    측량을 위해 세 개의 다리(110)로 지면을 지지하고, 트라이브랙(200)을 포함하기 위한 몸체(120)의 상측에 GPS 안테나(400)를 탑재하는 삼각대(100);
    하측에 구비된 수용부를 통해서 상기 삼각대(100)의 몸체에 수용되며, 상측에 상기 GPS 안테나(400)의 정준 또는 구심을 조절하기 위해 트라이브랙 아답터(300)와 결합되는 세 개의 결합홈(210)을 구비하는 트라이브랙(200);
    상기 트라이브랙의 결합홈(210)과 결합되는 세 개의 결합돌기(310)와 상기 GPS 안테나(400)의 중심축과 연결되는 중심돌기(320)를 구비하는 트라이브랙 아답터(300);
    GPS 위성으로부터 주파수 신호를 수신하여 상기 측량기의 위치를 확인하는 GPS 안테나(400);
    레이저 광선을 조사하여 상기 측량기의 높이값을 획득하는 레이저 거리 측정기(500); 및
    상기 측량기의 높이값을 획득할 때 손떨림으로 인한 오차값을 보정하기 위한 제어신호를 생성하는 컨트롤러(600);
    를 포함하되,
    상기 레이저 거리 측정기(500)는,
    외측면에 나선 모양의 홈을 형성하고, 상기 나선 모양의 홈이 상기 트라이브랙(200)의 수용부에 결합됨으로써, 상기 삼각대(100)와 상기 트라이브랙(200) 사이를 연결하는 연결부(510);
    상기 측량기 및 상기 컨트롤러와 접속하는 인터페이스부(521);
    상기 측량기 주변의 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함하는 센서부(522);
    상기 센서(522)부로부터 측정된 온도 값에 따라 다음 수학식,
    Lo = L ± a·L (t - to)
    (여기서, 'Lo'는 측량기의 길이 변화값을 나타내고, 'L'은 측량기의 측정된 높이를 나타내고, 'a'는 선팽창계수를 나타내고, 't'는 측량기 주변의 온도를 나타내며, 'to'는 표준온도(15℃)를 나타냄)
    을 이용하여 상기 측량기의 길이 변화값을 보정하는 오차보정부(523);
    상기 측량기의 높이를 측정하기 위한 측정명령신호를 상기 컨트롤러(600)로부터 수신하고, 상기 레이저 거리 측정기(500)의 조사위치 및 조사방향을 제어하기 위한 제어신호를 수신하는 통신부(524);
    상기 통신부(524)를 통해서 수신한 상기 측정명령신호 및 상기 제어신호를 이용하여 상기 측량기의 높이를 측정하기 위해 레이저를 조사하는 레이저 조사부(525);
    상기 측량기의 측정된 높이값 및 상기 길이 변화값을 저장하는 메모리부(526); 및
    상기 높이값 및 상기 길이 변화값을 액정 화면을 통해 디스플레이하는 디스플레이부(527)를 포함하고,
    상기 GPS 안테나(400)는 상기 GPS 위성으로부터 전송되는 주파수 신호의 신호 지연값을 다음 수학식, △L = ∫L n(s)ds - G (여기서, △L은 상기 주파수 신호의 기하학적 직선 경로와 실제 경로와의 차이값을 의미하고, n(s)는 경로 L을 따라 위치 s에서의 굴절 함수를 나타내며, G는 기하학적인 직선 경로를 나타냄)에 의해 획득되고,
    상기 신호 지연값은 상기 오차보정부(523)로 전송되는 것을 특징으로 하는 손떨림 오차보정 가능한 레이저 거리 측정기를 이용하여 측량기의 높이를 측정하는 장치.
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