KR101265221B1 - 도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 프로파일방법 - Google Patents

도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 프로파일방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계측, 토목분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 프로파일방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치되는 프레임(110); 상기 프레임(110)의 소정 높이에서 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 수평 이동하면서 도로포장(2)의 높낮이를 측정하는 높이측정센서(112); 상기 프레임(110)의 경사를 측정하는 경사센서(114); 상기 경사센서(114)와 상기 높이측정센서(112)의 센싱 데이터에 의해 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A) 높낮이 변위 데이터를 산출하여 프로파일하는 프로파일부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정장치(100) 및 이를 이용한 프로파일방법을 제시할 수 있다.

Description

도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 도로 프로파일 측정방법{Profile measuring instrument of road and profiling method using the same}
본 발명은 계측, 토목분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 프로파일방법에 관한 것이다.
도로 프로파일 측정장치는 도로의 횡방향을 따라 경사에 따른 도로의 상태를 측정하기 위한 것이다.
이와 같은 도로 프로파일 측정장치는 다음과 같은 용도 등으로 사용될 수 있다. 즉, 도로포장은 반복적인 하중재하에 따라 물리적 변화가 발생하는데, 이러한 물리적 변화량은 포장재료의 우수성을 나타내는 중요한 지표가 된다. 따라서, 도로포장의 하중저항 특성을 파악하기 위한 방법으로 도로포장의 반복적 하중 재하 후 도로 프로파일 측정장치를 통해 도로의 횡방향에 따른 높낮이 변위를 측정하여 도로포장의 물리적 변화량 데이터로 활용할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 도로 프로파일 측정장치의 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 도로 프로파일 측정장치(10는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 길게 설치되는 프레임(12)과, 프레임(12)에 설치되어 프레임(12)을 따라 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 이동하면서 도로포장(2)과의 높이차를 센싱하는 센서(14)와, 프레임(12)의 수평을 맞출 수 있도록 프레임(12)을 받치는 수평조절기(16)로 이루어질 수 있다.
따라서, 프레임(12)을 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치한 후 수평조절기(16)를 조작하여 도로포장(2)의 연직방향에 대한 프레임(12)의 수평을 맞춘 상태에서, 센서(4)를 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 이동시킨다. 그러면, 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 센서(14)와 도로포장(2)의 노면 사이의 높이가 센서(14)에 의해 센싱됨으로써, 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 도로포장(2)의 높낮이 변위 데이터를 확보할 수 있다.
그런데, 종래기술에 따른 도로 프로파일 측정장치(10)는 다음과 같이 문제점이 있다.
수평조절기(16)가 적어도 네 지점에 설치되는데, 측정시마다 각각의 수평조절기(16)를 조작하여 프레임(12)의 수평을 맞추는 작업을 해야되는데, 수평 맞춤 작업하는데 실제 소요되는 시간이 오래 걸린다.
또한, 아무리 능숙한 작업자라도 여러 개의 수평조절기(16)에 의해 오차없이 정확하게 수평을 맞추는 것은 현실적으로 불가능하여, 센서(14)가 오차없이 정확하게 센싱할 수 없다. 예컨대, 도로포장(2)의 횡방향을 'X축'이라 할 때, 도 2에 도시된 바와같이 프레임(12)이 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 수평으로 설치된 경우와 도 3에 도시된 바와 같이 프레임(12)이 X축방향으로 기울어진 상태인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 프레임(12)의 수평으로 설치된 경우의 데이터(a)와 비교해볼 때, 프레임(12)의 X축 방향으로 기울어진 경우의 데이터(b)에는 프레임(2)이 X축의 기울어진 각도만큼의 옵셋(offset)이 더해진 자료가 수집됨으로써, 정확한 측정이 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 높이측정센서의 데이터를 프레임의 경사각도를 이용해 보정하여 오차를 없앰으로써 정확한 프로파일을 할 수 있도록 한 도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 프로파일방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치되는 프레임(110); 상기 프레임(110)의 소정 높이에서 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 수평 이동하면서 도로포장(2)의 높낮이를 측정하는 높이측정센서(112); 상기 프레임(110)의 경사를 측정하는 경사센서(114); 상기 경사센서(114)와 상기 높이측정센서(112)의 센싱 데이터에 의해 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A) 높낮이 변위 데이터를 산출하여 프로파일하는 프로파일부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정장치(100)를 제시할 수 있다.
상기 경사센서(114)는 2축 경사센서(114) 또는 3축 경사센서(114)로 이루어질 수 있다.
상기 경사센서(114)는 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 상기 프레임(110)의 중앙에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명은 소정 높이에 높이측정센서(112)가 설치된 프레임(110)을 상기 프레임(110)의 수평조절작업을 생략한 상태로 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치하는 제1단계; 상기 제1단계 후, 상기 높이측정센서(112)를 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 이동시켜 상기 도로포장(2)의 횡단면 높낮이를 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 측정된 상기 도로포장(2)의 횡단면 높낮이를 상기 프레임(110)의 경사에 따라 보정하는 제3단계; 상기 제3단계에서 보정된 도로포장(2)의 횡단면 높낮이의 상대 높낮이를 산출하여 도로포장(2)을 프로파일하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정방법을 제시할 수 있다.
상기 제3단계에서 상기 도로 포장의 횡단면 높낮이 보정은 다음과 같은 식에 의해 산출되는 것으로,
hi=hai×cosθ
여기서, 'i'는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 측정 포인트이고, 'hi'는 각 포인트에서의 보정된 실제수직높이이며, 'hai'는 각 포인트에서의 보정 전 수직높이이고, θ는 프레임(110)의 경사인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제4단계에서 상기 상대 높낮이는 다음과 같은 식에 의해 산출되는 것으로,
Hi=H'i-(i×I×tanθ), H'i=hi-h0
여기서, 'i'는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 측정 포인트이고, 'Hi'는 보정된 실제상대수직높이이며, 'I'는 측정 포인트 사이 간격, 즉 i와 i-1 사이 간격이며, θ는 프레임(110)의 경사이고, 'h0'은 측정 포인트 '0'에서의 보정된 실제수직높이인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 프레임의 기울임으로 인한 높이측정센서의 데이터의 오차를 경사센서의 데이터에 의해 보정함으로써 오차없는 실제수직높이를 산출할 수 있으며, 이로부터 정확도가 매우 우수한 도로포장의 프로파일을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 프레임의 수평조절작업을 생략할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 도로 프로파일 측정장치 사시도.
도 2는 도 1의 측정장치를 수평하게 설치된 상태 단면 모식도.
도 3은 도 1의 측정장치가 기울어지게 설치된 상태 단면 모식도.
도 4는 도 1의 측정장치에 의한 측정 결과 데이터 그래프.
도 5 이하는 본 발명에 따른 도로 프로파일 측정장치에 관한 것으로서,
도 5는 정면도.
도 6은 측면도.
도 7은 설치 상태 단면 모식도.
도 8은 프레임의 경사에 따른 높이측정센서의 측정 상태를 모식한 도면.
도 9는 센서측정높이 그래프.
도 10은 센서측정상대높이 그래프.
도 11은 실제수직상대높이 그래프.
도 12는 프로파일 과정 블록도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 5 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도로 프로파일 측정장치(100)는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치되는 프레임(110)과, 프레임(110)의 소정 높이에서 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 수평 이동하면서 도로포장(2)의 높낮이를 측정하는 높이측정센서(112)와, 프레임(110)의 경사를 측정하는 경사센서(114)와, 경사센서(114)와 높이측정센서(112)의 센싱 데이터에 의해 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A) 높낮이 변위 데이터를 산출하여 프로파일하는 프로파일부를 포함할 수 있다.
프레임(110)은 높이측정센서(112)가 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 이동될 수 있도록 구성된 것이라면 어떠한 것이든 무방하며, 예컨대 트러스 구조로 이루어질 수 있다.
프레임(110)의 소정 높이에는 높이측정센서(112)가 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 수평으로 이동될 수 있도록 가이드레일(116)이 설치되며, 또한 프레임(110)의 일측에는 높이측정센서(112)를 가이드레일(116)을 따라 이동시키는 모터 등을 포함하는 수평이송장치 등이 설치된다.
이러한 프레임(110)은 바로 도로포장(2) 위에 설치될 수도 있고, 본 발명에서는 생략되어도 무방하지만 프레임(110)과 도로포장(2) 사이에 수평조절기(118)가 설치됨으로써 프레임(110)이 수평조절기(118)에 의해 지지될 수 있다.
높이측정센서(112)는 높이측정센서(112)로부터 도로포장(2)까지의 수직높이를 측정하는 것으로, 다양한 실시가 가능하며 예컨대 레이저 변위센서로 이루어질 수 있다.
경사센서(114)는 프레임(110)의 기울어진 각도의 절대값을 측정하는 것이다. 특히, 높이측정센서(112)에 의해 측정된 수직높이에 대응되는 상하방향을 Z축, Z축의 연직면 중 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 X축 그 나머지 방향을 Y축이라 할 때, 본 발명은 Z축에 따른 수직높이를 측정하기 위한 것이므로, 경사센서(114)는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 프레임(110)의 X축 경사각도는 물론 보다 정확한 보정을 위해 프레임(110)의 Y축 경사각도도 함께 측정할 수 있도록 2축 경사센서(114)로 구성되는 것이 바람직하다. 나아가, 경사센서(114)는 도로포장(2)의 특성에 따라 X축, Y축과 함께 Z축 보정도 가능토록 3축 경사센서(114)로 구성될 수도 있다. 이하, 경사센서(114)는 계측 등의 기술분야에서 많이 알려진 기술사항이므로, 본 발명의 요지를 흐트리지 않기 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
경사센서(114)는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 프레임(110)의 중앙에 하나만 설치되어도 충분하며, 필요에 따라서는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 복수 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 도로 프로파일 측정장치(100)를 이용한 도로 프로파일은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
먼저, 프레임(110)을 프로파일 작업을 하고자 하는 도로포장(2) 위에 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치한다. 이때, 수평조절기(118)에 의한 프레임(110)의 수평조절작업은 생략하여도 무방하다. 수평조절기(118)가 있더라도 프레임(110)의 수평을 오차없이 맞출 수 있도록 정밀작업을 하는 것보다는 프레임(110)의 안정적인 안착을 위한 정도로만 의의를 두는 정도로 프레임(110)의 수평작업을 할 수 있다.
프레임(110)의 설치가 완료되면, 수평이송장치에 의해 높이측정센서(112)를 가이드레일(116)을 따라 이동시키면서 높이측정센서(112)에 의해 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A) 높낮이를 측정하여 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 수직높이 데이터(이하, "센서측정높이'라 표기함)를 확보한다. 이때, 수평이송장치에 의해 각 측정포인트의 위치 신호가 함께 발생함으로써 2차원 변위 데이터가 생성될 수 있다. 예컨대, 도 9와 같이, 프레임(110)이 X축방향으로 기울어진 경우 측정 포인트에 따른 센서측정높이 그래프가 나타날 수 있다.
다음, 센서측정높이를 경사센서(114)를 통해 기 확보한 프레임(110)의 경사에 따라 다음과 같은 [수학식 1]에 의해 보정하여 Z축에 수직한 방향으로의 실질 수직높이 데이터(이하, '실제수직높이'라 표기함)를 산출한다.
[수학식 1]
hi=hai×cosθ
여기서, 'i'는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 측정 포인트로서 i=0,1,2,3,4...(i≥0)이며, 'hi'는 각 포인트에서의 보정된 실제수직높이이며, 'hai'는 각 포인트에서의 보정 전 수직높이, 즉 센서측정높이이고, θ는 프레임(110)의 경사이다.
이때, 경사센서(114)가 2축 경사센서(114)인 경우, 프레임(110)의 경사는 각각 X축, Y축의 경사각 θx, θy가 측정되며, X축 및 Y축, 2축의 보정이 이루어질 수 있도록, 다음과 같이 [수학식 1]로부터 [수학식2]가 산출될 수 있다.
[수학식 2]
hi=hai×cosθx×cosθy
물론, 경사센서(114)가 3축 경사센서(114)인 경우, X축 및 Y축, Z축의 경사 보정이 이루어질 수 있도록 [수학식 1]로부터 다음과 같은 [수학식 3]이 산출될 수 있다.
[수학식 3]
hi=hai×cosθx×cosθy×cosθz
이와 같이 실제수직높이 'hi'가 산출 후, 도로포장(2)의 각 측정포인트 간 상대 높낮이인 실제상대수직높이 'Hi'를 다음과 같은 [수학식 4]에 의해 산출함으로써, 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A) 프로파일을 할 수 있다.
[수학식 4]
Hi=H'i-(i×I×tanθ), H'i=hi-h0
여기서, 'i'는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 측정 포인트이고, 'Hi'는 보정된 실제상대수직높이이며, 'I'는 측정 포인트 사이 간격, 즉 i와 i-1 사이 간격이며, θ는 프레임(110)의 경사이고, 'h0'은 측정 포인트 '0'에서의 보정된 실제수직높이이다. 물론, 상술한 바와 같이 프레임(110)의 경사(θ)는 X축, Y축, Z축으로 나눠 보정될 수 있다.
예컨대, 프레임(110)이 X축 방향으로 기울어진 경우, 도 10과 같이 측정 포인트에 따른 센서측정상대높이 그래프가 나타날 수 있으며, 이를 프레임(110)의 경사에 따라 보정하게 되면 도 11와 같이 측정 포인트에 따른 실제수직상대높이 그래프가 나타날 수 있으며, 이 그래프로부터 도로포장(2)의 실질적인 상대 높낮이를 프로파일 할 수 있다.
한편, 이러한 도로포장(2) 프로파일 자료는 도 9 내지 도 11에 도시된 그래프 등과 같이 2차원으로 시각화하여 표현하여 프로파일 분석자료로서 활용할 수 있으며, 나아가 다중 조사된 프로파일 자료를 확장하여 3차원 도로 포장면 프로파일로 시각화함으로써 보다 다양한 프로파일 작업을 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100; 도로 프로파일 측정장치 110; 프레임
112; 높이측정센서 114; 경사센서
116; 가이드레일

Claims (6)

  1. 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치되는 프레임(110);
    상기 프레임(110)의 소정 높이에서 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 수평 이동하면서 도로포장(2)의 높낮이를 측정하는 높이측정센서(112);
    상기 프레임(110)의 경사를 측정하는 경사센서(114);
    상기 경사센서(114)와 상기 높이측정센서(112)의 센싱 데이터에 의해 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A) 높낮이 변위 데이터를 산출하여 프로파일하는 프로파일부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정장치(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사센서(114)는 2축 경사센서(114) 또는 3축 경사센서(114)로 이루어진 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정장치(100).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사센서(114)는 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 상기 프레임(110)의 중앙에 설치된 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정장치(100).
  4. 소정 높이에 높이측정센서(112)가 설치된 프레임(110)을 상기 프레임(110)의 수평조절작업을 생략한 상태로 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 설치하는 제1단계;
    상기 제1단계 후, 상기 높이측정센서(112)를 상기 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)을 따라 이동시켜 상기 도로포장(2)의 횡단면 높낮이를 측정하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 측정된 상기 도로포장(2)의 횡단면 높낮이를 상기 프레임(110)의 경사에 따라 보정하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 보정된 도로포장(2)의 횡단면 높낮이의 상대 높낮이를 산출하여 도로포장(2)을 프로파일하는 제4단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3단계에서 상기 도로 포장의 횡단면 높낮이 보정은 다음과 같은 식에 의해 산출되는 것으로,
    hi=hai×cosθ
    여기서, 'i'는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 측정 포인트이고, 'hi'는 각 포인트에서의 보정된 실제수직높이이며, 'hai'는 각 포인트에서의 보정 전 수직높이이고, θ는 프레임(110)의 경사인 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 상대 높낮이는 다음과 같은 식에 의해 산출되는 것으로,
    Hi=H'i-(i×I×tanθ), H'i=hi-h0
    여기서, 'i'는 도로포장(2)의 횡방향(화살표 A)에 따른 측정 포인트이고, 'Hi'는 보정된 실제상대수직높이이며, 'I'는 측정 포인트 사이 간격, 즉 i와 i-1 사이 간격이며, θ는 프레임(110)의 경사이고, 'h0'은 측정 포인트 '0'에서의 보정된 실제수직높이인 것을 특징으로 하는 도로 프로파일 측정방법.
KR1020110133154A 2011-12-12 2011-12-12 도로 프로파일 측정장치 및 이를 이용한 프로파일방법 KR101265221B1 (ko)

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JP2016130648A (ja) * 2015-01-13 2016-07-21 株式会社ナガセインテグレックス 測定方法及び測定装置
JP2017049119A (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 日本道路株式会社 路面測定装置
KR20180076749A (ko) * 2016-12-28 2018-07-06 한국도로공사 노면 프로파일러, 노면 프로파일러 성능 측정기 및 이를 이용하여 노면 프로파일러의 성능을 평가하는 방법

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Title
논문.2001

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