KR101243885B1 - 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실시간 터널 굴착 관리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 굴착시 막장의 암질 현황을 태블릿 피씨나 스마트폰 등의 모바일 단말기에 구비된 카메라로 촬영하고 촬영된 사진을 터널구조도에 동기화시켜 암질정보를 표현한 후, 통신망을 이용하여 격지의 굴착관리서버로 막장의 사진과 암질정보를 함께 전송하고 이를 토대로 굴착관리서버에서 적합한 굴착타입을 선택하여 굴착의 진행을 지시할 수 있게 하여, 고가의 레이저 스캐너를 구비하지 않고도 통신망을 이용하여 막장의 암질형태에 따른 굴착타입의 변경과 결정을 정확하고 신속하게 실행할 수 있게 한 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템에 관한 것이다.

Description

모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템{TUNNEL EXECUTION MANAGEMENT SYSTEM USING MOBILE TERMINAL}

본 발명은 실시간 터널 굴착 관리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 굴착시 막장의 암질 현황을 태블릿 피씨나 스마트폰 등의 모바일 단말기에 구비된 카메라로 촬영하고 촬영된 사진을 터널구조도에 동기화시켜 암질정보를 표현한 후, 통신망을 이용하여 격지의 굴착관리서버로 막장의 사진과 암질정보가 표현된 터널구조도의 프레임을 함께 전송하고 이를 토대로 굴착관리서버에서 적합한 굴착타입을 선택하여 굴착의 진행을 지시할 수 있게 하여, 고가의 레이저 스캐너를 구비하지 않고도 통신망을 이용하여 막장의 암질형태에 따른 굴착타입의 변경과 결정을 정확하고 신속하게 실행할 수 있게 한 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템에 관한 것이다.

일반적으로 산악지형을 통과하는 도로나 철도를 건설하는 공사에서는 터널의 건설이 필수적으로 요구되는데, 이러한 터널의 건설을 위한 공사는 주로 천공 및 장약, 발파 및 환기. 버력 및 부석 처리, 쇼크리트 타설, 지보공 및 록볼트 설치, 콘크리트 라이닝 등의 순서로 이루어진다.

이때, 공사의 진행에 따라 후속되는 발파 등 굴착을 진행하기 위해서는 터널의 안전을 기하기 위해 발파 단면인 막장의 암질을 측정하여 분석한 후 후속되는 발파 또는 굴착타입을 결정하게 된다.

즉, 터널을 형성하기 위해 굴착을 실제로 진행할 경우 해당 지형의 암질분포가 설계시에 예상하였던 추상적인 것과는 상이한 것으로 밝혀지게 됨이 일반적이며, 특히 암반지형 등을 굴착할 경우 예상치 못하였던 불연속면을 종종 접하게 된다.

이러한 불연속면은 암반에서 나타나는 모든 연약면을 총괄적으로 의미하는데, 그 크기가 작은 열극에서 큰 단층까지 다양하게 나타난다. 그리고 이 불연속면을 경계로 암석은 구조적으로 불연속적이고, 분리면으로 이루어져 있으며 매우 작은 인장강도를 갖게 됨이 대부분이다. 이와 같이 암반에서 나타나는 불연속면으로는 주로 절리나 층리, 습곡, 단층 및 파쇄대, 편리, 열극 등이 있다.

또한, 지표로부터 수백미터 내에 있는 대부분의 암반은 역학적 거동을 결정하는 불연속면을 내포함으로써 불연속체의 거동을 하게 되므로, 암반의 구조와 불연속면의 성질이 암석의 종류와 함께 매우 중요하게 된다. 즉, 암반에서는 암석 자체의 강도보다는 암반에 포함된 불연속면이 암반 전체의 특성을 지배하기 때문에 터널 굴착과 같이 암반을 대상으로 하는 공사에서는 암석 강도가 아무리 높아도 불연속면에서의 급작스런 붕괴가 발생할 수 있으므로, 공사시의 안정성은 암석 자체보다는 해당 산악지형을 이루는 전체적인 암반의 성질을 고려하여야 한다.

따라서, 실제적인 터널 공사를 진행할 경우에는 터널을 굴착하면서 실질적으로 드러나게 되는 산악지형 내부의 암질을 분석하여 가장 적합한 굴착타입을 결정한 후 이를 토대로 굴착이 이루어지도록 설계를 조금씩 변형하게 된다.

그에 따라, 종래에는 막장의 상황을 파악하기 위해 막장에 가장 인접하게 위치하는 계측 담당자가 막장의 암질 현황을 스케치한 후 이를 암질을 분석할 수 있는 시공사나 감독 기술자에게 전달하면, 이러한 계측 담당자의 스케치를 토대로 암질을 분석하여 굴착타입을 결정하거나, 기술자가 일일이 막장으로 이동하여 암질을 확인하고 적절한 굴착타입을 결정하곤 하였다.

그러나, 이처럼 계측 담당자가 막장의 암질 현황을 스케치하여 기술자에 전달할 경우 막장 스케치의 작성상태가 계측 담당자별로 상이하고, 그에 대한 체계적인 관리가 어려우며, 그 전 단계 또는 그 이후 단계에서 얻게 되는 막장의 암질 정보와의 연계성이 감소되어 막장의 암질 정보를 나타내는 막장 스케치가 해당 터널의 굴착을 위한 일회적인 자료로 사용됨에 그치게 되는 문제점이 있었다.

또한, 계측 담당자가 작성한 막장 스케치를 시공사나 감독(사업단, 공구)에 있는 기술자에게 전달하고, 기술자가 이를 토대로 막장의 암질을 분석 및 예상한 후 굴착타입을 결정하게 될 경우에는, 막장 스케치가 이루어진 이후부터 굴착타입이 결정되는 시점까지 상당한 시간이 소요될 수 밖에 없으며, 그로 인해 막장에 있는 작업자들은 후속적인 굴착 작업을 진행하지 못하고 상당한 시간을 대기할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 막장 스케치와 이를 보고 판단한 기술자의 결정사항만이 공정일지에 기록되므로, 해당 굴착타입을 결정하게 된 이유나 그로 인해 예상되는 터널의 암질 분포현황 등을 시공사나 감독의 다른 근무자들이 쉽게 확인하지 못하게 되어 터널의 굴착현황에 대한 파악이 어려웠으며, 터널 공사와 같은 큰 공사를 진행하면서 얻게 된 작업 경험들이 체계적으로 관리 및 전달되지 못하는 문제점이 있었다.

근래에는 이와 같이 계측 담당자에 따라 달라지는 막장 스케치에 의한 암질 정보 파악의 객관성이 결여됨을 보완하기 위하여 레이저 스캐너를 이용하여 막장의 암질 표면에 레이저를 조사하고 암질로부터 반사되는 정도를 파악하여 암질 정보를 획득할 수 있게 한 장치들이 제안되었다.

그러나, 레이저 스캐너를 이용하기 위해서는 고가의 레이저 장비를 구비하여야 할 뿐만 아니라, 굴착 작업이 이루어지는 막장 주변에서의 많은 먼지와 충격으로부터 고가의 레이저 장비를 보호하기 위해 작업의 진행정도에 따라 장비를 수시로 이동시키며 보관해야 하는 불편함이 여전히 존재하였다.

본 발명이 해결하려는 과제는 태블릿 피씨나 스마트폰 등의 모바일 단말기에 구비된 카메라로 터널의 막장을 촬영하고 촬영된 사진을 터널구조도의 프레임에 동기화시켜 암질정보를 표현한 후, 통신망을 이용하여 격지의 굴착관리서버로 막장의 사진과 암질정보를 함께 전송하고 이를 토대로 굴착관리서버에서 적합한 굴착타입을 선택하여 굴착의 진행을 지시할 수 있게 함으로써, 고가의 레이저 스캐너를 구비하지 않고도 통신망을 이용하여 막장의 암질형태에 따른 굴착타입의 변경과 결정을 정확하고 신속하게 실행할 수 있게 한 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템을 제공함에 있다.

상기 과제를 이루기 위한 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착관리 시스템은, 터널 막장을 촬영하여 막장 사진을 터널구조도의 프레임에 매핑시키고, 상기 터널구조도의 프레임에 매핑된 막장 사진에 암질정보를 그래픽화하여 입력하며, 상기 터널구조도의 프레임 또는 암질정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 상기 막장 사진과 함께 통신망을 통하여 전송하는 모바일 단말기; 및 상기 모바일 단말기에서 전송되는 터널구조도의 프레임 또는 암질정보 중 적어도 어느 하나의 정보와 막장 사진을 수신하여 저장하고, 암질정보에 적합한 굴착타입을 결정한 후, 통신망을 통하여 상기 모바일 단말기로 전송하는 굴착관리서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모바일 단말기는, 터널 막장의 사진을 촬영할 수 있는 카메라; 상기 막장 사진을 터널구조도를 나타내는 프레임에 동기화시켜 매핑하는 프레임 매핑부; 상기 터널구조도의 프레임에 매핑된 막장 사진에 나타난 절리, 파쇄대, 용수대 등의 암질정보를 상기 터널구조도의 프레임에 입력하는 암질그래픽부; 상기 매핑된 막장의 사진과 해당 막장의 암질정보를 모바일 단말기에 저장하는 메모리로 이루어진 모바일 데이터베이스; 및 통신망을 통하여 상기 막장의 사진과 암질정보를 굴착관리서버로 전송하는 통신모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임 매핑부는, 상기 카메라에서 촬영된 막장 사진을 상기 터널구조도의 프레임 내에서 이동, 확대, 또는 축소시켜 동기화 하는 조작수단이 더 포함되고, 상기 조작수단에 의해 막장 사진이 터널구조도의 프레임에 동기화되면, 매핑된 사진의 크기 및 사진을 이루는 각 프레임의 어드레스를 해당 터널구조도의 프레임과 함께 모바일 데이터베이스에 저장하도록 구성되는 것이 바람직하며, 터널구조도의 프레임에 일정한 크기로 구획된 격자무늬를 형성하는 격자 매핑부를 더 포함하여 구성되는 것이 더 바람직하다.

또한, 상기 암질그래픽부는, 상기 동기화된 막장 사진을 보면서 터널구조도의 프레임에 부위별 암질을 분류할 수 있는 절리 등의 선을 그리고 그러한 절리의 속성정보를 입력할 수 있게 한 선 그래핑부; 및 상기 동기화된 막장 사진을 보면서 일정한 암질 덩어리를 구분하여 면을 그리고 해당 덩어리로 이루어진 암질면의 속성정보를 입력할 수 있게 한 면 그래핑부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 모바일 단말기는 상기 암질그래픽부에서 현재 구간에서의 막장 사진을 기반으로 표시한 암질정보를 그 전 구간에서의 막장 사진을 기반으로 표시하여 모바일 데이터베이스에 저장되어 있던 암질정보와 연계시켜 터널내의 암질구조를 획득하는 단면연계부를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 굴착관리서버는, 통신망을 통하여 상기 모바일 단말기로부터 전송되는 막장 사진과 암질정보를 수신하는 현장정보수신부; 상기 현장정보수신부에서 수신한 막장 사진과 암질정보를 토대로 터널 내부의 구조를 분석하는 터널구조 분석부; 상기 모바일 단말기로부터 최근에 전송된 암질정보를 그 전에 전송되었던 암질정보와 연계시켜 전체적이고 연속적인 터널 정보를 2D 또는 3D의 형태로 그래픽화하는 굴착관리도 생성부; 현재 막장에서의 암질정보와 기존의 암질정보를 토대로 하여 터널의 절리면 분포 상태 등을 예측하고 적합한 굴착타입 및 보강 공사를 실행여부를 결정하는 굴착타입 결정부; 상기 모바일 단말기로부터 수신한 막장 사진과 해당 사진에 동기화된 암질정보와 이러한 암질정보 등을 토대로 생성된 2D 또는 3D 그래픽 정보를 저장하는 굴착관리 데이터베이스; 및 통신망상에서 접속한 시공사나 관리자가 터널 공사의 암질정보를 확인하고 굴착의 진행여부를 관리하는 굴착관리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 모바일 단말기에서 촬영된 막장 사진을 동일한 터널구조도의 프레임에 동기화시킴으로써 별도의 레이저 스캐너 없이도 저렴하고 간편하게 연속적인 암질정보를 획득할 수 있게 되며, 이를 토대로 하여 격지의 굴착관리서버로부터 굴착 타입이 결정되어 전송됨으로써, 막장에 나타난 터널 단면에 적합하고 안전한 굴착 타입을 신속하게 결정하고 시공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 객관성이 보장되는 막장 사진과 이러한 막장 사진에 동기화 되어 있는 터널구조도 프레임에 표시된 암질정보를 계측지점 간에 연결하여 터널 내부의 전체적인 암질정보와 구조를 용이하게 데이터화하고 시각적으로 확인할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 모바일 단말기에 표출되는 프레임의 예시화면.
도 3은 본 발명에 따른 모바일 단말기에 표출되는 터널의 막장 사진.
도 4는 본 발명에 따라 터널의 막장 사진을 프레임에 매핑시키기 전의 상태를 나타내는 예시 화면.
도 5는 본 발명에 따라 터널의 막장 사진을 프레임에 매핑시킨 후의 상태를 나타내는 예시 화면.
도 6은 본 발명에 따라 터널의 막장 사진을 격자무늬 프레임에 매핑시킨 것을 나타내는 예시 화면.
도 7은 본 발명에 따라 막장이 매핑된 터널구조도 프레임에 절리와 속성을 입력하는 것을 나타내는 사진.
도 8은 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 절리와 그 속성을 표시하는 과정을 나타내는 예시 화면.
도 9는 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 절리선이 표시된 것을 나타내는 예시 화면.
도 10은 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 절리면이 표시된 것을 나타내는 예시 화면.
도 11은 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 표시된 절리면의 속성을 표시하는 것을 나타내는 예시 화면.
도 12는 본 발명에 따라 작성된 막장 사진과 속성정보가 기재된 터널구조도 프레임이 전송되는 것을 나타내는 예시 화면.
도 13은 본 발명에 따른 굴착관리서버에 구비된 굴착관리도 생성부에서 생성되는 암질분석 그래프의 예시 화면.
도 14는 본 발명에 따른 굴착관리서버에 구비된 굴착관리도 생성부에서 생성되는 암질분석 3D 그래프의 예시 화면.
도 15는 본 발명에 따른 굴착관리서버에 구비된 굴착타입 결정부에서 굴착타입을 결정하는 것을 나타내는 예시 화면.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리 시스템의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템은 터널 막장을 촬영하여 터널구조도의 프레임에 매핑시키고 암질정보를 그래픽화하여 입력한 후 통신망을 통하여 전송하는 모바일 단말기(100)와, 통신망을 통하여 상기 모바일 단말기에서 전송되는 터널 막장의 사진과 암질정보를 수신하여 저장하며 암질정보에 적합한 굴착타입을 결정하여 현장으로 전송하며, 통신망상에서 접속한 시공사나 관리자가 터널 공사의 암질정보를 확인하고 굴착의 진행여부를 관리할 수 있게 하는 굴착관리서버(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 모바일 단말기(100)는 터널 막장의 사진을 촬영할 수 있는 카메라(110)와, 촬영된 터널 막장의 사진을 터널구조도를 나타내는 프레임에 동기화시켜 매핑하는 프레임 매핑부(120)와, 상기 터널구조도의 프레임에 매핑된 막장 사진의 암질 정보를 입력하는 암질그래픽부(140)와, 상기 매핑된 막장의 사진과 암질 정보를 모바일 단말기에 저장하는 모바일 데이터베이스(150)와, 현재 막장의 암질 정보를 상기 모바일 데이터베이스(150)에 저장되어 있던 이전 막장의 암질 정보에 연계시켜 터널의 암질 정보를 보정하는 단면연계부(160)와, 통신망을 통하여 상기 막장의 사진과 암질 정보를 굴착관리서버로 전송하는 통신모듈(170)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모바일 단말기(100)는 터널 막장의 사진을 촬영할 수 있는 카메라와, 막장의 사진과 암질 정보를 무선 통신망을 통하여 전송할 수 있는 통신모듈을 포함하며, 그래픽 작업 등이 가능한 프로그램 등이 구동될 수 있는 운영체제가 구비된 태블릿 피씨나 스마트폰 등으로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 모바일 단말기(100)가 태블릿 피씨나 스마트폰으로 구성될 경우 상기 굴착관리서버에 접속하여 데이터를 송수신하는 통신망(200)이 와이파이(WIFI) 등의 무선통신망으로 구성될 수 있음은 물론, 모바일 단말기에서 막장의 사진을 획득하고 암질 정보를 입력한 후 현장에 설치된 유선 단말기를 이용하여 상기 굴착관리서버에 접속하여 전송할 경우에는 상기 통신망이 유선통신망으로 구성될 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 모바일 단말기에 표출되는 프레임 예시 화면이고, 도 3은 본 발명에 따른 모바일 단말기에 표출되는 터널의 막장 사진이며, 도 4는 본 발명에 따라 터널의 막장 사진을 프레임에 매핑시키기 전의 상태를 나타내는 예시 화면이고, 도 5는 본 발명에 따라 터널의 막장 사진을 프레임에 매핑시킨 후의 상태를 나타내는 예시 화면이며, 도 6은 본 발명에 따라 터널의 막장 사진을 격자무늬 프레임에 매핑시킨 것을 나타내는 예시 화면이다.

상기 프레임 매핑부(120)는 상기 모바일 단말기(100)에 설치된 터널 굴착 관리프로그램의 실행에 의해 활성화되어, 도 2에 표현된 바와 같이 터널구조도를 나타내는 프레임을 모바일 단말기에 표출시키고, 도 3에 표현된 바와 같이 카메라에 의해 막장 사진을 획득한 후, 도 4 및 도 5에 표현된 바와 같이 터널구조도에 막장 사진을 동기화시키도록 구성된다.

그에 따라, 상기 터널 굴착 관리프로그램은 터널구조도의 프레임을 표출시킨 후 사진을 획득할 수 있는 사진촬영모드로 전환되어 터널의 막장 사진을 획득할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 프레임 매핑부(120)는 상기 카메라(110)에서 획득한 막장 사진을 터널구조도의 프레임에 맞추면서 터널 매핑을 실행할 수 있도록, 촬영된 막장 사진을 이동, 확대, 또는 축소하는 등 조작할 수 있는 조작수단이 더 포함되어야 한다. 상기 조작수단에 의해 막장 사진이 터널구조도의 프레임에 동기화되면, 매핑된 크기 및 사진을 이루는 각 프레임의 어드레스를 모바일 데이터베이스(150)에 저장하여 해당 구간에서의 막장 정보를 저장하게 된다.

이와 같이 터널구조도에 매핑되어 저장된 막장 사진은 그 자체로서 통신망(200)을 통하여 격지의 굴착관리서버(300)로 전송될 수 있음은 물론, 상기 암질그래픽부(140)에 의해 사진을 획득한 현장의 담장자가 직접 입력하는 다양한 암질정보가 기재된 터널구조도의 프레임과 함께 모바일 데이터베이스(150)에 저장된 후 굴착관리서버(300)로 전송될 수도 있다.

또한, 상기 프레임 매핑부(120)는 도 6에 표현된 바와 같이 터널구조도의 프레임에 일정한 크기로 구획된 격자무늬를 형성하여 막장 사진과 터널구조도의 매핑이 보다 정확하게 이루어질 수 있게 한 격자 매핑부(130)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이때, 상기 격자 매핑부(130)에서 터널구조도에 형성하는 격자무늬를 실제 터널에서 일정한 크기, 예를 들어 1m × 1m를 갖도록 구성 할 경우 터널구조도의 프레임에 막장 사진을 매핑하는것 만으로도 암질의 분포 위치, 크기 등을 용이하게 인식할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따라 막장이 매핑된 터널구조도 프레임에 절리와 속성을 입력하는 것을 나타내는 사진이고, 도 8은 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 절리와 그 속성을 표시하는 과정을 나타내는 예시 화면이며, 도 9는 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 절리선이 표시된 것을 나타내는 예시 화면이고, 도 10은 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 절리면이 표시된 것을 나타내는 예시 화면이며, 도 11은 본 발명에 따라 매핑된 터널의 막장 사진에 표시된 절리면의 속성을 표시하는 것을 나타내는 예시 화면이고, 도 12은 본 발명에 따라 작성된 막장 사진과 속성정보가 기재된 터널구조도 프레임이 전송되는 것을 나타내는 예시 화면이다.

상기 암질그래픽부(140)는 도 7 내지 도 12에 표현된 바와 같이, 현장의 담장자가 상기 터널구조도의 프레임에 동기화되어 촬영된 막장 사진의 크기와 위치, 방향 등이 보정된 막장 사진을 보면서 절리, 파쇄대, 용수대 등 다양한 터널의 암질 정보를 터널구조도의 프레임에 직접 표시할 수 있는 그래픽 수단으로 구성된다.

이때, 상기 암질그래픽부(140)는 동기화된 막장 사진을 보면서 터널구조도의 프레임에 부위별 암질을 분류할 수 있는 절리 등의 선을 그리고 그러한 절리의 속성정보를 입력할 수 있게 한 선 그래핑부(142)와, 일정한 암질 덩어리를 구분하여 면을 그리고 해당 덩어리로 이루어진 암질면의 속성정보를 입력할 수 있게 한 면 그래핑부(144)를 포함하여 구성된다.

그에 따라, 상기 선 그래핑부(142)에서는 도 7 내지 도 9에 표현된 바와 같이 절리선을 표시하여 암질을 분류함으로써 영역을 설정한 후 강도를 입력할 수 있게 하고, 강도에 따른 경암, 연암, 풍화암, 풍화잔류토 등의 색상이나 표기를 구분해서 적용하여 암질에 관한 속성정보를 표기할 수 있게 하며, 이와 같이 입력된 데이터를 분석하여 점수로 환산할 수도 있게 된다. 또한, 절리와 파쇄대를 작성하고, 절리와 파쇄대의 길이, 두께, 거칠기, 풍화정도 등의 속성정보를 표기할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 암질계수(RQD)와 절리면의 간격 등을 입력하고 이를 분석하여 점수로 환산하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 면 그래핑부(144)에서는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 해당 면이 습윤 상태에 있음을 표시하거나, 기타 용수 정보 또는 지하수 발생 위치 등의 속성정보를 입력할 수 있게 된다.

이와 같이 암질그래픽부(140)에 의해 막장 사진이 동기화된 상태에서 선과 면으로 이루어진 암질의 속성정보가 기재된 터널구조도의 프레임을 도 12에 표현된 바와 같이 상기 막장 사진과 함께 통신망을 통하여 굴착관리서버로 전송하게 된다.

이와 같이 선 그래핑부(142)나 면 그래핑부(144)를 통하여 입력된 속성정보와 이를 토대로 환산된 점수를 토대로 터널의 암반등급을 분류할 수 있게 되며, 이를 참고하여 굴착타입을 결정할 수 있게 된다.

상기 단면연계부(160)는 현재 막장 사진을 기반으로 상기 암질그래픽부(140)에서 표시한 암질정보를 그 전의 막장 사진을 기반으로 표시하여 모바일 데이터베이스(150)에 저장되어 있던 암질정보와 연계시키도록 구성된다.

이와 같이 직전의 막장 사진에 기반하여 터널구조도의 암질정보와, 현재의 막장 사진에 기반한 터널구조도의 암질정보를 연계시키면서 터널 전체의 절리 방향에 관한 정보를 획득하게 되고, 이러한 정보를 기반으로 공사의 시작 전에 예상하였던 절리 방향을 보정할 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 개별적인 계측 담당자의 스케치에 의해 단편적이고 불연속적으로 터널내의 암질정보를 획득하던 것과는 달리, 관측의 객관성이 담보되는 막장 사진을 동일한 터널구조도의 프레임에 매핑시켜 암질정보를 획득하고 이를 토대로 연속적인 암질정보를 산출할 수 있게 함으로써, 터널내 암질정보의 객관성과 정확성 및 연속성을 확보할 수 있게 된다.

상기 모바일 데이터베이스(150)는 카메라에서 획득하여 터널구조도의 프레임에 동기화된 막장 사진과, 그러한 막장 사진에 동기화된 터널구조도의 프레임에 속성정보를 상세하게 첨가하여 그래픽화한 암질정보, 및 모바일 단말기를 이용하여 굴착관리서버에 접속하는 사용자의 관리정보 등을 저장할 수 있는 메모리로 구성된다.

상기 굴착관리서버(300)는 통신망을 통하여 상기 모바일 단말기로부터 전송되는 막장 사진과 암질정보를 수신하는 현장정보수신부(310)와, 상기 현장정보수신부에서 수신한 막장 사진과 암질정보를 토대로 터널 내부의 구조를 분석하는 터널구조 분석부(320)와, 상기 모바일 단말기로부터 최근에 전송된 암질정보를 그 전에 전송되었던 암질정보와 연계시켜 전체적이고 연속적인 터널 정보를 2D 또는 3D의 형태로 그래픽화하는 굴착관리도 생성부(330)와, 현재 막장에서의 암질정보와 기존의 암질정보를 토대로 하여 터널의 절리면 분포 상태 등을 예측하고 적합한 굴착타입 및 보강 공사를 실행여부를 결정하는 굴착타입 결정부(340)와, 상기 모바일 단말기로부터 수신한 막장 사진과 해당 사진에 동기화된 암질정보와 이러한 암질정보 등을 토대로 생성된 2D 또는 3D 그래픽 정보를 저장하는 굴착관리 데이터베이스(350)와, 통신망상에서 접속한 시공사나 관리자가 터널 공사의 암질정보를 확인하고 굴착의 진행여부를 관리하는 굴착관리부(360)를 포함하여 구성된다.

도 13은 본 발명에 따른 굴착관리서버에 구비된 굴착관리도 생성부에서 생성되는 암질분석 그래프의 예시 화면이고, 도 14는 본 발명에 따른 굴착관리서버에 구비된 굴착관리도 생성부에서 생성되는 암질분석 3D 그래프의 예시 화면이며, 도 15는 본 발명에 따른 굴착관리서버에 구비된 굴착타입 결정부에서 굴착타입을 결정하는 것을 나타내는 예시 화면이다.

도 13 및 도 14을 참조하면, 상기 굴착관리도 생성부(330)는 터널 굴착현장에서 수집되어 통신망을 통하여 전송된 막장 사진과 해당 막장 사진이 동기화되어 있는 터널구조도의 프레임에 기재된 암질, 절리, 파쇄대 등의 암질정보를 기반으로 하여 해당 구간에서의 암질 분포 등 터널구조를 그래픽화하도록 구성된다. 그에 따라, 상기 굴착관리도 생성부(330)는 계측지점간 데이터를 연결하여 터널을 구성하는 지반의 거동을 가시화하여 안정성을 평가할 수 있는 굴착관리도를 2D 또는 3D로 그래픽화하여 생성하게 된다.

상기 굴착관리도 생성부(330)는 공사가 진행되는 구간별로 상기 모바일 단말기에서 전송된 막장 사진과, 그 사진이 동기화되어 있는 터널구조도의 프레임 및, 해당 프레임에 기재된 암질정보를 함께 표출할 수 있도록 링크시키고, 그래프를 보고자 하는 관리자의 선택에 따라 2D 또는 3D 그래프를 함께 보도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서는 막장 사진이 동기화된 터널구조도의 프레임에 모바일 단말기(100)에서 직접 암질정보를 표시하는 것을 설명하였지만, 상기 모바일 단말기에서 미처 암질정보를 입력하지 못한 상태로 상기 굴착관리서버로 막장 사진을 전송할 경우도 있는데 이러한 경우에 상기 굴착관리서버에서 막장 사진에 암질정보를 표시할 수 있는 암질그래픽부(370)가 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 모바일 단말기에서 암질정보가 입력된 상태로 전송된 경우에도 미진하게 표시된 암질정보를 보완 또는 수정할 수 있도록 굴착관리서버(300)에 암질그래픽부(370)가 포함되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 암질그래픽부(370)는 모바일 단말기에 구비된 것과 동일하게 담당자가 동기화된 막장 사진을 보면서 터널구조도의 프레임에 부위별 암질을 분류할 수 있는 절리 등의 선을 그리고 그러한 절리의 속성정보를 입력할 수 있게 한 선 그래핑부와, 일정한 암질 덩어리를 구분하여 면을 그리고 해당 덩어리로 이루어진 암질면의 속성정보를 입력할 수 있게 한 면 그래핑부를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 굴착타입 결정부(340)는 설계도서와 연결된 터널정보의 연계분석을 위한 터널설계 지반조사자료, 시공시 지반조사자료 등의 기초 데이터를 함께 입력할 수 있도록 구성되며, 이러한 기초 데이터와 상기 현장정보수신부(310)를 통하여 수신한 막장 사진과 암질정보 및 그 전 구간에서의 암질정보 등을 토대로 예측하여 생성된 그래픽에 기초하여 안전하고 적합한 굴착타입을 결정하도록 구성된다.

그에 따라, 상기 굴착타입 결정부(340)와 연동하면서 데이터의 입출력이 가능한 굴착관리 데이터베이스(350)에는 터널설계 지반조사자료로서 구간(STA.)별 원지반, 지층현황, 취약지반구간 현황, 전기비저항값 등의 지층자료를 입력하고, 구간별 굴착패턴을 입력하며, 구간별 강관다단 그라우팅, FRP 보강 등 보조공법을 입력하게 되며, 시공시 지반조사자료로서 확인보링 자료를 입력하고, 구간별 지반 탄성파 탐사자료를 입력하며, 선진수평보링 자료 등을 입력하도록 구성된다.

이때, 상기 굴착타입 결정부(340)는 기존의 다른 터널 굴착시 획득하게 된 암질정보와 이를 토대로 적용되는 굴착타입과 보강공법이 자동적으로 산출되도록 구성될 수 있음은 물론, 도 15에 표현된 바와 같이 공사를 보다 안전하게 진행하고 견고한 터널을 건설할 수 있도록 암질정보를 확인한 기술자가 굴착타입과 보강공법을 직접 입력하여 결정하도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

상기 굴착관리부(360)는 굴착 현장의 작업자나, 시공사의 관리자나, 감독(사업단, 공구)의 관리자 등이 장소에 구애받지 않고 개별적인 구간별 진행현황 뿐만 아니라 전체적인 공사의 진행현황을 용이하게 확인할 수 있도록 인터넷 등의 통신망을 기반으로 구성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 격지에서 통신망을 통하여 상기 굴착관리서버(300)에 접속한 관리자가 설계시 예상하였던 굴착 패턴(타입)과 실질적인 공사 진행시 시공되었던 굴착 패턴(타입)을 비교하여 추후 다른 터널 설계시의 참고자료로 활용할 수 있게 하며, 전체 공정 중 해당 공정의 진행 정도인 공정율과 굴착 타입을 시각적으로 용이하게 확인할 수 있게 된다.

이와 같이 모바일 단말기에서 촬영된 막장 사진을 동일한 터널구조도의 프레임에 동기화시킴으로써 별도의 레이저 스캐너 없이도 저렴하고 간편하게 연속적인 암질정보를 획득할 수 있게 되며, 이를 토대로 하여 격지의 굴착관리서버(300)로부터 굴착 타입이 결정되어 전송됨으로써, 막장에 나타난 터널 단면에 적합하고 안전한 굴착 타입을 신속하게 결정하고 시공할 수 있게 된다.

또한, 객관성이 보장되는 막장 사진과 이러한 막장 사진에 동기화 되어 있는 터널구조도 프레임에 표시된 암질정보를 계측지점 간에 연결하여 터널 내부의 전체적인 암질정보와 구조를 용이하게 인식할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 - 모바일 단말기 110 - 카메라
120 - 프레임 매핑부 130 - 격자 매핑부
140 - 암질그래픽부 142 - 선 그래핑부
144 - 면 그래핑부 140 - 모바일 데이터베이스
150 - 단면연계부 160 - 통신모듈
200 - 통신망 300 - 굴착관리서버
310 - 현장정보수신부 320 - 터널구조 분석부
330 - 굴착관리도 생성부 340 - 굴착타입 결정부
350 - 굴착관리 데이터베이스 360 - 굴착관리부
370 - 암질그래픽부

Claims (10)

1. 터널 막장을 촬영하여 막장 사진을 터널구조도의 프레임에 매핑시키고, 상기 터널구조도의 프레임에 매핑된 막장 사진에 암질정보를 그래픽화하여 입력하며, 상기 터널구조도의 프레임 및 암질정보를 상기 막장 사진과 함께 통신망을 통하여 전송하는 모바일 단말기; 및
   상기 모바일 단말기에서 전송되는 터널구조도의 프레임 및 암질정보와 막장 사진을 수신하여 저장하고, 암질정보에 적합한 굴착타입을 결정한 후, 통신망을 통하여 상기 모바일 단말기로 전송하는 굴착관리서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모바일 단말기는,
   터널 막장의 사진을 촬영할 수 있는 카메라;
   상기 막장 사진을 터널구조도를 나타내는 프레임에 동기화시켜 매핑하는 프레임 매핑부;
   상기 터널구조도의 프레임에 매핑된 막장 사진에 나타난 절리, 파쇄대, 용수대 등의 암질정보를 상기 터널구조도의 프레임에 입력하는 암질그래픽부;
   상기 매핑된 막장의 사진과 해당 막장의 암질정보를 모바일 단말기에 저장하는 메모리로 이루어진 모바일 데이터베이스; 및
   통신망을 통하여 상기 막장의 사진과 암질정보를 굴착관리서버로 전송하는 통신모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 프레임 매핑부는,
   상기 카메라에서 촬영된 막장 사진을 상기 터널구조도의 프레임 내에서 이동, 확대, 또는 축소시켜 동기화 하는 조작수단이 더 포함되고, 상기 조작수단에 의해 막장 사진이 터널구조도의 프레임에 동기화되면, 매핑된 사진의 크기 및 사진을 이루는 각 프레임의 어드레스를 해당 터널구조도의 프레임과 함께 모바일 데이터베이스에 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 프레임 매핑부는 터널구조도의 프레임에 일정한 크기로 구획된 격자무늬를 형성하는 격자 매핑부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 암질그래픽부는,
   상기 동기화된 막장 사진을 보면서 터널구조도의 프레임에 부위별 암질을 분류할 수 있는 절리 등의 선을 그리고 그러한 절리의 속성정보를 입력할 수 있게 한 선 그래핑부; 및
   상기 동기화된 막장 사진을 보면서 일정한 암질 덩어리를 구분하여 면을 그리고 해당 덩어리로 이루어진 암질면의 속성정보를 입력할 수 있게 한 면 그래핑부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 모바일 단말기는,
   상기 암질그래픽부에서 현재 구간에서의 막장 사진을 기반으로 표시한 암질정보를 그 전 구간에서의 막장 사진을 기반으로 표시하여 모바일 데이터베이스에 저장되어 있던 암질정보와 연계시켜 터널내의 암질구조를 획득하는 단면연계부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 모바일 단말기는 터널 막장의 사진을 촬영할 수 있는 카메라와, 막장의 사진과 암질 정보를 무선 통신망을 통하여 전송할 수 있는 통신모듈을 포함하며, 그래픽 작업 등이 가능한 프로그램 등이 구동될 수 있는 운영체제가 구비된 태블릿 피씨나 스마트폰 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 굴착관리서버는,
   통신망을 통하여 상기 모바일 단말기로부터 전송되는 막장 사진과 암질정보를 수신하는 현장정보수신부;
   상기 현장정보수신부에서 수신한 막장 사진과 암질정보를 토대로 터널 내부의 구조를 분석하는 터널구조 분석부;
   상기 모바일 단말기로부터 최근에 전송된 암질정보를 그 전에 전송되었던 암질정보와 연계시켜 전체적이고 연속적인 터널 정보를 2D 또는 3D의 형태로 그래픽화하는 굴착관리도 생성부;
   현재 막장에서의 암질정보와 기존의 암질정보를 토대로 하여 터널의 절리면 분포 상태 등을 예측하고 적합한 굴착타입 및 보강 공사를 실행여부를 결정하는 굴착타입 결정부;
   상기 모바일 단말기로부터 수신한 막장 사진과 해당 사진에 동기화된 암질정보와 이러한 암질정보 등을 토대로 생성된 2D 또는 3D 그래픽 정보를 저장하는 굴착관리 데이터베이스; 및
   통신망상에서 접속한 시공사나 관리자가 터널 공사의 암질정보를 확인하고 굴착의 진행여부를 관리하는 굴착관리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 굴착관리서버는 터널구조도의 프레임에 매핑된 막장 사진에 나타난 절리, 파쇄대, 용수대 등의 암질정보를 상기 터널구조도의 프레임에 표시하고 수정할 수 있는 암질그래픽부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 암질그래픽부는,
    상기 동기화된 막장 사진을 보면서 터널구조도의 프레임에 부위별 암질을 분류할 수 있는 절리 등의 선을 그리고 그러한 절리의 속성정보를 수정하거나 입력할 수 있게 한 선 그래핑부; 및
    상기 동기화된 막장 사진을 보면서 일정한 암질 덩어리를 구분하여 면을 그리고 해당 덩어리로 이루어진 암질면의 속성정보를 수정하거나 입력할 수 있게 한 면 그래핑부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 단말기를 이용한 실시간 터널 굴착 관리시스템.

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