KR101224077B1 - 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기준점의 기울기 상태와 기울기방향을 토대로 기준점의 지반상태를 즉각적으로 파악하고, 현재 붕괴중인지 여부를 즉각적으로 파악하도록 한 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 인공위성; 인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망; 내부 수용공간을 가지고 수용공간 저면이 오목한 반구(半球) 형상으로 형성되며 상부가 개방된 케이스와, 상기 케이스를 개폐하는 덮개와, 상기 케이스 위에 설치되어 전파를 송수신하는 안테나와, 상기 안테나와 상기 케이스 아래에 설치된 제어부를 전기적으로 연결하는 케이블과, 상기 덮개 저면 중앙에 매달린 줄과, 상기 줄 종단에 고정되어 자력을 발생시키는 자석추와, 상기 케이스 저면에 매트릭스 형태로 배열되어 자력을 감지하는 자기센서어레이로 이루어져, 상기 케이스를 덮는 덮개가 기울어짐에 따라 줄에 매달린 자석추가 접근하면 자기센서어레이에서 이를 감지하여 상기 제어부로 전달하면 제어부는 사전에 미리 대응된 각도와 기울어진 방향과 고유데이터를 상기 GPS상시기준망으로 무선 전송하는 측정장치; 상기 고유데이터로 해당 측정장치를 확인하고, 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 연산하고, 이 데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 경사데이터와 방향데이터를 저장하는 데이터베이스로 이루어진 감시서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템{the ground state determination system for reference point using gps}

본 발명은 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 기준점의 기울기 상태와 기울기방향을 토대로 기준점의 지반상태를 즉각적으로 파악하고, 현재 붕괴중인지 여부를 즉각적으로 파악하도록 한 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템에 관한 것이다.

종래의 지반상태확인시스템을 살펴보도록 한다.

2007년 09월 21일자로 등록된 대한민국 특허등록 10-0763015호(지피에스 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정 시스템)에 따르면, "본 발명은 지피에스(GPS: Global Positioning System) 사방레이저 발사장치를 이용한 건축물 기초지반상태 및 정밀한 위치측정시스템사방레이저 정밀 측정장치에 관한 것으로, 인공위성; 인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망; 반구 형상을 이루면서 점성을 갖는 유체가 충진되는 수용홈을 갖는 베이스와, 상기 베이스를 덮어 폐구하는 커버를 포함하고, 평판형상을 이루는 하우징; 중심이 상하 관통가능하게 개구되고 상면이 반구형상으로 된 안착대를 상기 하우징 상에 이격되게 배치 고정하는 지지프레임; 사방레이저 또는 이 사방레이저로부터 발사된 레이저광을 수광하여 수광위치를 감지하는 감지대를 고정하고 서로 이웃하는 사방레이저와 감지대의 위치를 확인하는 조준센서를 구비한 지지대와, 상면 개구된 중공을 갖추고 구형으로 되어서 상기 안착홈에 유동가능하게 맞물리는 회동자와, 상기 안착홈을 관통하는 링커를 매개로 회동자와 고정되는 기준추와, 상기 지지대를 회전시키며 상기 중공에 탑재되는 구동기와, 상기 조준센서와 통신하면서 이웃하는 사방레이저 또는 감지대의 위치를 확인하고 사방레이저와 감지대가 서로 마주하도록 구동기를 동작시킴으로서 지지대의 회전을 제어하는 제어모듈을 구비한 고정체; 상기 감지대의 수광위치에 대한 변화를 확인하여 높이데이터로 처리하는 상대높이확인센서; 하나의 최저점을 갖는 다수의 홈이 동심원을 그리며 형성 배치되고, 중심에는 하나의 최저점을 갖는 곡면형상의 중심부가 형성되며, 상기 홈과 중심부의 최저점에는 가압센서가 배치되되, 원판형상을 이루면서 상기 홈과 중심부가 드러나는 상면은 가장자리로 갈수록 높아지는 경사진 곡면으로 되고, 상기 상면에는 이동가능하게 얹혀지는 구형의 이동자가 위치하면서, 상기 하우징에 수평하게 탑재되는 위치감지판; 상기 가압센서들과 통전라인을 매개로 전기적으로 연결되어서, 신호를 발신한 가압센서를 확인하여 식별데이터를 처리하고, 해당 가압센서에 상응하는 기울어진 각도정보를 확인하여 정보데이터를 처리하며, 상기 하우징에 탑재되는 센서확인모듈; 하판과, 발광기와, 발광기로부터 조사되는 광을 감지하는 수광센서와, 북쪽을 향해 회전하는 불투명재질의 지침을 구비하며 상기 발광기와 수광센서 사이에 배치되어 발광기로부터 조사되는 광의 투과가 가능한 투명한 재질의 방위계와, 상기 하판에 탑재된 발광기와 수광센서와 방위계를 덮어 보호하도록 하판을 덮는 상판으로 이루어져서, 상기 수용홈에 상하로만 이동가능하게 고정되며, 상기 지침으로 가려져 수광하지 못한 수광센서의 위치에 대한 방위데이터를 처리하는 방위확인센서; 및 상기 하우징에 탑재되고, 상기 센서확인모듈의 식별데이터 및 정보데이터와 방위확인센서의 방위데이터와 상대높이확인모듈의 높이데이터와 고유신호를 포함한 고유데이터를 무선발신하는 무선통신모듈로 이루어지고; 상기 GPS 상시 기준망과 접속하여서 매설위치를 확인받는 다수의 측정장치; 및 상기 고유데이터로 측정장치를 확인하여서 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터ㆍ높이데이터를 수신하는 수집모듈과, 높이데이터를 확인하여 다수의 측정장치에 대한 상대적인 높낮이를 연산처리하는 높이연산모듈과, 상기 식별데이터ㆍ정보데이터ㆍ방위데이터를 연산처리하고 높이데이터를 통해 결과를 보정함으로서 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 추적한 최종데이터를 처리하는 위치연산모듈과, 최종데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 최종데이터를 저장하는 데이터베이스로 된 감시서버로 이루어진 것이다."라고 개시된 바가 있다.

그러나, 기준점의 높이와 기울기를 측정하기 위해 너무 복잡하게 구성된 종래기술은 복잡한 구성때문에 고장이 빈번하게 발생되고, 유지보수요원이 고장이 발생된 기준점으로 유지보수활동을 위해서 파견되어야 하기 때문에 유지보수비용이 급격히 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 지반침하가 발생될 경우에는 기준점이 위치한 지역으로부터 수평방미터(㎡)가 침하되는 경우가 많아서 인접한 측정기 대비 높이를 측정하는 것이 무의미하고, 높이를 측정하여도 그 측정이 정확하지가 않았던 문제점이 있었다.

더욱이, 지반침하는 수직으로 기울기변화 없이 발생하기가 어렵기 때문에 기울기만을 측정하여도 지반이 침하되었는지 여부를 원격지에서 충분히 알 수가 있고, 기울기변화가 발생되어도 해당 기준점은 필수적으로 유지보수하여야 한다.

따라서, 본 발명은 간단하게 기준점의 기울기변화를 신속히 측정할 수 있고, 즉각적으로 기울기변화를 무선송신할 수가 있으며, 내구성을 획기적으로 향상시킨 측정기로 이루어진 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인공위성; 인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망; 내부 수용공간을 가지고 수용공간 저면이 오목한 반구(半球) 형상으로 형성되며 상부가 개방된 케이스와, 상기 케이스를 개폐하는 덮개와, 상기 케이스 위에 설치되어 전파를 송수신하는 안테나와, 상기 안테나와 상기 케이스 아래에 설치된 제어부를 전기적으로 연결하는 케이블과, 상기 덮개 저면 중앙에 매달린 줄과, 상기 줄 종단에 고정되어 자력을 발생시키는 자석추와, 상기 케이스 저면에 매트릭스 형태로 배열되어 자력을 감지하는 자기센서어레이로 이루어져, 상기 케이스를 덮는 덮개가 기울어짐에 따라 줄에 매달린 자석추가 접근하면 자기센서어레이에서 이를 감지하여 상기 제어부로 전달하면 제어부는 사전에 미리 대응된 각도와 기울어진 방향과 고유데이터를 상기 GPS상시기준망으로 무선 전송하는 측정장치; 상기 고유데이터로 해당 측정장치를 확인하고, 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 연산하고, 이 데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 경사데이터와 방향데이터를 저장하는 데이터베이스로 이루어진 감시서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 바람직한 양태에 따르면, 간단한 구성을 통해서 고장발생을 줄이고 측정기 제조원가를 낮춤으로써 시스템 제조원가를 대폭 줄일 수 있으며, 종래보다 더 많은 측정기를 배치할 수 있기 때문에 정밀한 지도제작이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 측정장치의 외관상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 측정장치의 분해상태를 나타낸 분리사시도.
도 4는 본 발명에 따른 측정장치의 설치상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 측정장치의 사용상태를 나타낸 사용상태단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따라 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템을 개략적으로 나타낸 블록도로서, 본 발명에 따른 측정장치(100)는 다수 개가 무작위 또는 일정한 간격으로 지중에 매설되어 그 변동을 감지한다. 측정장치(100)의 매설은 인공구조물의 축조시, 인공구조물의 기초를 다지기 위해 파낸 지중에 측정장치(100)를 배치함으로서 가능하며, 기타 특정 지점의 지반 변동을 확인하기 위해 해당 지점을 임의로 파서 상기 측정장치(100)를 설치할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 측정장치(100)를 이용한 지반변동의 감지결과에 대한 신뢰도를 높이기 위해 다수의 측정장치(100)를 규칙적으로 배열하는 것이 바람직할 것이다.

계속해서, 상기 측정장치(100, 100')를 매설하면, 매설된 위치를 인공위성(400)과 통신하는 국가 GPS 상시 기준망(300)에 접속하여 정확한 위치를 확인하고, 감시서버(200)는 측정장치(100, 100')와 통신하면서 당해 측정장치들(100, 100')의 위치데이터를 기록/저장한다.

참고로, 현재 범국가적으로 설치되어 운용되고 있는 GPS 상시 기준망의 배치를 보인 것으로, 지상고도 약 20,000km 상공에서 하루에 두 바퀴씩 지구 주위를 돌고 있는 수십 개의 인공위성(400)을 이용해 지상의 정밀 위치를 측정한다.

계속해서, 측정장치(100, 100')는 기반암층에 지지를 받는 토층에서 그 상부가 지상으로 드러나도록 매설되어서, 기반암층의 이동으로 지반이 변동하면, 그 변동을 따라 측정장치(100, 100')의 배치모습도 변하도록 된다. 기반암층의 붕괴로 토층이 침하하고, 이에 휩쓸린 측정장치(100, 100')는 기반암층의 붕괴지점을 향해 기울어진다.

상기 측정장치(100)는 지반의 기울어진 각도와 기울어진 방향을 즉각적으로 검출하는 기능을 수행하고, 측정장치(100)는 인공위성(400), GPS 상시 기준망(300), 감시서버(200)와 함께 구동함으로써 전체적으로는 기준점의 지반상태를 확인하는 시스템이다.

GPS 상시 기준망(300)은 인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 기능을 수행하고, 상기 감시서버(200)는 고유데이터로 해당 측정장치를 확인하고, 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 연산하고, 이 데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 경사데이터와 방향데이터를 저장하는 데이터베이스로 이루어진다.

이러한 측정장치(100)의 구조를 좀더 자세히 살펴보도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 측정장치의 외관상태를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 측정장치의 분해상태를 나타낸 분리사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 측정장치의 설치상태를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 측정장치의 사용상태를 나타낸 사용상태단면도이다.

도면을 참조하면, 내부 수용공간을 가지고 수용공간 저면이 오목한 반구(半球) 형상으로 형성되며 상부가 개방된 케이스(102)와, 상기 케이스(102)를 개폐하는 덮개(101)가 구비된다. 케이스와 덮개는 도면에는 접착식으로 예시하였지만 볼트와 너트로 체결되어도 무방하다.

상기 케이스(102) 위에 설치되어 전파를 송수신하는 안테나(103)가 구비되고, 상기 안테나(103)와 상기 케이스(102) 아래에 설치되어 검출된 기울기와 경사방향을 무선전송하는 제어부(108)를 전기적으로 연결하는 케이블(104)이 구비된다.

상기 덮개(101) 저면 중앙에 매달린 줄(105)과, 상기 줄(105) 종단에 고정되어 자력을 발생시키는 자석추(106)가 구비되고, 상기 케이스(102) 저면에 매트릭스 형태로 배열되어 자력을 감지하는 자기센서어레이(107)가 구비된다. 이때, 상기 자석추(106)는 무게추와 같이 줄(105)에 매달리면서 축 늘어지도록 구성하는 것이 바람직하므로, 무게가 상기 줄(105)에 비해서 상대적으로 무거운 정도가 바람직하다.

상술한 측정장치(100)의 작용효과를 살펴보면, 도 5와 같이 기준점의 지반상태에 균열이나 변동이 발생되면 상기 케이스(102)가 기울어진다. 상기 케이스(102)를 덮는 덮개(101)가 기울어짐에 따라 줄(105)에 매달린 자석추(106)도 기울어진 방향으로 기울어진다. 자석추(106)는 기울어진 방향과 기울어진 각도 아래에 위치한 자기센서어레이(107)는 자석추(106)가 근접하기 때문에 감지된 자기량이 평소와 달라지므로 이를 상기 제어부(108)로 전달한다.

자기센서어레이(107)는 복수개의 자기센서가 매트릭스형태로 배열되어 있고, 각 자기센서에 해당된 기울기와 방향은 상기 제어부(108)에서 미리 파악하여 저장해두고 있으므로 제어부(108)는 사전에 미리 대응된 각도와 기울어진 방향과 고유데이터를 상기 GPS상시기준망(300)으로 무선 전송할 수 있다.

상기 GPS상시기준망(300)은 각도와 방향을 수신하여 데이터베이스에 저장하고, 이 데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하게 된다.

이러한 일련의 신호흐름은 미리 준비된 것이기 때문에 특별히 연산하여야 한다거나 시간이 걸리는 작업이 아니기 때문에 거의 실시간으로, 즉각적으로 진행되기 때문에 GPS상시기준망(300)에서 파악하기가 매우 용이하다.

100 ; 측정장치 101 ; 덮개
102 ; 케이스 103 ; 안테나
104 ; 케이블 105 ; 줄
106 ; 자석추 107 ; 자기센서어레이
108 ; 제어부

Claims (1)

1. 인공위성(400);
   인공위성과 통신하면서 지상의 정밀 위치를 측정하는 GPS 상시 기준망(300);
   내부 수용공간을 가지고 수용공간 저면이 오목한 반구(半球) 형상으로 형성되며 상부가 개방된 케이스(102)와, 상기 케이스(102)의 상부에 접착식 또는 볼트와 너트로 체결되어 개폐하는 덮개(101)와, 상기 케이스(102) 위에 설치되어 전파를 송수신하는 안테나(103)와, 상기 안테나(103)와 상기 케이스(102) 아래에 설치되어 검출된 기울기와 경사방향을 무선전송하는 제어부(108)를 전기적으로 연결하는 케이블(104)과, 상기 덮개(101) 저면 중앙에 매달린 줄(105)과, 상기 줄(105) 종단에 고정되어 자력을 발생시키는 자석추(106)와, 상기 케이스(102) 저면에 복수개의 자기센서가 매트릭스 형태로 배열되어 자력을 감지하는 자기센서어레이(107)로 이루어져, 상기 케이스(102)를 덮는 덮개(101)가 기울어짐에 따라 줄(105)에 매달린 자석추(106)가 접근하면 자기센서어레이(107)에서 이를 감지하여 상기 제어부(108)로 전달하면 제어부(108)는 사전에 미리 대응된 각도와 기울어진 방향과 고유데이터를 상기 GPS상시기준망(300)으로 무선 전송하는 측정장치(100);
   상기 고유데이터로 해당 측정장치를 확인하고, 해당 측정장치의 기울기와 기울어진 방향을 연산하고, 이 데이터를 통해 지반변경에 대한 이미지를 2차원 또는 3차원으로 출력하는 시물레이션모듈과, 경사데이터와 방향데이터를 저장하는 데이터베이스로 이루어진 감시서버(200); 를 포함하되,
   상기 제어부(108)는 각 자기센서에 해당된 기울기와 경사방향을 미리 저장하고,
   상기 GPS 상시 기준망(300)은 상기 기울기와 경사방향을 수신하여 데이터베이스에 저장하고 지반변경의 이미지를 2 차원 또는 3 차원으로 출력하는 것을 특징으로 하는 지피에스를 이용한 기준점의 지반상태확인시스템.

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