KR101362979B1 - 지하시설물의 3차원 위치 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각종 지하시설물을 지하탐측장비로 실측하여 얻은 정보를 태블릿을 통해 다운로드 받을 수 있도록 함과 동시에 지피에스 인공위성 및 이동통신망을 활용하여 관리컴퓨터에 실시간 전송시켜 입력하고, 레이저 거리측정기를 이용하여 지하탐측장비의 이동경로 및 높이차를 입체적으로 감지할 수 있도록 함으로써 지하시설물의 실측 정보를 높은 신뢰성으로 관리할 수 있음은 물론 유지보수를 신속 정확하게 진행하며 지하시설물의 각종 정보를 필요한 양식으로 출력하여 분석할 수 있는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 관한 것으로 태그부와, 지하탐측장비와, 태블릿과, 이동통신망과, 관리컴퓨터로 이루어지고, 상기 지하탐측장비는 제어부를 포함하여 주파수가변기와, 믹서와, 증폭기로 구성된 송신부 및 저잡음 증폭기와, 위상변화기와, 믹서와, 로우패스필터와, 증폭기와, 하이패스필터와, 아날로그/디지탈변환기로 구성된 수신부를 포함하여 이루어지며, 또 지하시설물에 부착되는 측량타깃과, 지하탐측장비의 이동경로와 주행 높이를 제어하는 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기를 더 포함하여 구성되고, 상기 태블릿은 제 1 무선부와, 태블릿제어부와, 제 2 무선부와, 제 3 무선부와, 지아이에스 정보 저장부와, 터치표시부를 포함하여 구성된다.

Description

지하시설물의 3차원 위치 측정장치 {3D DETECTION APPARATUS FOR CONSTRUCTION IN UNDERGROUND}
본 발명은 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 지하시설물을 지하탐측장비로 실측하여 얻은 정보를 태블릿을 통해 다운로드 받을 수 있도록 함과 동시에 지피에스 인공위성 및 이동통신망을 활용하여 관리컴퓨터에 실시간 전송시켜 입력하고, 레이저 거리측정기를 이용하여 지하탐측장비의 이동경로 및 높이차를 입체적으로 감지할 수 있도록 함으로써 지하시설물의 실측 정보를 높은 신뢰성으로 관리할 수 있음은 물론 유지보수를 신속 정확하게 진행하며 지하시설물의 각종 정보를 필요한 양식으로 출력하여 분석할 수 있는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 관한 것이다.
현대에 이르러, 사회 및 문화, 산업수준의 향상으로 인하여 주거지 인근의 지중(地中)에는 가스관을 포함한 상·하수도관, 송유관, 통신 및 전력 케이블, 각종 덕트(duct) 및 저장 탱크 등과 같은 수많은 지하시설물들이 존재하고 있다.
우리나라의 경우, 10~70㎏/㎠의 고압 배관망을 1997년말 현재 1,300여 ㎞를 운영하고 있으며 수년 내에 2,000㎞에 이를 전망인 바, 지하시설물의 보수 및 관리를 위해 위치 정보가 정확히 확인되어야 함은 물론 기록에 의해 관리를 효과적으로 행할 필요가 있으나 정확성이 결여되어 여러 공사 진행중에 발생하는 각종 사고의 피해 정도가 과거에 비하여 현저하게 계속 증가하고 있는 실정이다.
지하시설물의 안전성에 위해를 주는 요소는 여러 가지를 들 수 있으나 그 중에서도, 굴착공사(굴삭기, 천공기)에 의한 파손이나 지반침하, 지하철 혹은 다른 지하시설물로부터의 누설전류에 의한 전기 부식 등을 꼽을 수 있다.
이에 대한 대책을 수립하기 위해서는 무엇보다도 먼저 지하시설물의 위치를 정확하게 파악하는 것이 필수적이며, 굴착공사의 위험을 억제하기 위해서는 공사 전 인허가시에 각종 시설물의 정확한 위치를 파악하여 통보해 주는 것이 최선의 방법이다.
종래에, 지하시설물이 매설되면 토사 등을 메우기 전에, 측정 작업자 중 1명은 타깃을 지지한 채 다른 작업자가 지상(地上)에서 토털스테이션과 같은 공지,공용의 측량장비를 이용해서 타깃의 위치를 확인하는 방식이나 혹은 표석을 이용하고는 있으나 정확성을 기대하기 어렵다는 문제를 내포하고 있다.
또, 파이프 로케이터를 사용하는 방법은 현재 가장 보편적으로 사용되는 방법으로 비교적 정확하고 간편하다는 장점이 있으나, 도심지와 같이 시설물이 복잡하게 매설된 곳에서는 간섭으로 인해 정확도가 크게 떨어지는 단점이 있고, 이러한 방식에서 발전하여 지금은 지피알(GPR) 탐사장비를 이용하는 수준에까지 이르렀다.
이 방식은 물체의 위치 탐지를 위해 고주파 전자파와 수신신호처리 방법을 이용하여 지하에 존재하는 각종 구조물과 지층구조 등을 탐지하는 장비이지만 전반적인 장비의 구성이 복잡하고 탐측결과를 정확하게 분석하기 위해서는 상당한 경험과 숙련도를 쌓아야 하며, 토양의 물성에 따라 탐측 결과가 매우 민감하게 달라지기 때문에 상용화하기에는 상당한 어려움이 있다.
이러한 지하시설물은 지리정보 시스템(GIS: geographic information system)으로 관리할 수 있다.
종래기술에 의하여 지적을 측량하는 기술로서 국내 특허공개 제2007-0080374호(2007.08.10. 공개)에 의한 “이동통신 단말기를 이용한 지적측량 서비스를 제공하는 방법 및 시스템”이 알려져 있다.
도 1은 종래기술의 일 실시예에 의한 것으로 지피에스를 이용한 측지측량 시스템의 기능 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 종래기술에 의한 측지측량 시스템은 이동통신 단말기(100), 무선접속망(110), 이동통신 교환국(120), SMS 센터(130), 홈 위치 등록기(135), 망간 연동 장치(140), WAP 게이트웨이(145), LBSP (150), 위치결정서버(152), 위치 센터(154), 지적정보서버(180), 인터넷 등기소 서버(190) 및 U-지적도 서버(160)로 이루어져 있다.
이동통신 단말기(100)는 측량을 위한 지적정보를 제공받기 위하여 U-지적도 서버(160)에 접속하고, U-지적도 서버(160)는 사용자 인증을 요청한다.
U-지적도 서버(160)는 인증에 성공한 이동통신 단말기(100)의 위치를 파악하고, 해당 지역의 전자지도에 이동통신 단말기(100)의 위치를 표시하여 제공한다.
U-지적도 서버(160)는 지적 정보 서버(180)가 제공하는 지적도 정보와 매핑 (Mapping) 된 전자지도 정보를 관리 및 제공한다.
U-지적도 서버(160)는 UI(User Interface)에 의하여 지번 및 경계선 표기 서비스의 이용 여부를 질의하고, 이동통신 단말기(100)가 서비스를 이용하지 않으면 지적 측량 서비스를 종료한다.
이동통신 단말기(100)가 서비스를 이용하면, U-지적도 서버(160)는 지적 정보 서버(180)에 접속하여 이동통신 단말기(100)가 위치한 지점의 지번 및 지번의 경계선이 포함된 지적도 정보를 수신하고, 지적도 정보와 전자지도 정보를 매칭 및 오버랩시켜 제공하는 동시에 과금 처리한다.
U-지적도 서버(160)는 UI를 이용하여 등기부 등본 열람 서비스의 이용 여부를 문의하며 서비스를 이용하지 않으면 지적 측량 서비스를 종료하고, 서비스를 이용하면 인터넷 등기소 서버(190)에 접속하여 이동통신 단말기(100)가 위치한 지점 또는 지번의 등기부 등본을 수신하여 전송하고 과금 처리한다.
종래기술은 임의 지역 또는 위치에 대한 지번 단위의 경계, 지적도 등의 정보를 신속하게 확인할 수 있는 장점이 있다.
그러나 종래기술은 지하에 지형과 인공 구조물(시설물)을 포함하는 지물에 대한 정보를 기록하고 갱신 등 관리할 수 없는 문제가 있다.
따라서 지하 시설물 및 지형 변동의 정보를 기록하고 정확하게 갱신 관리하는 기술을 개발할 필요가 있다.
대한민국 특허공개 제2007-0080374호(2007.08.10. 공개) 발명의 명칭 : 이동통신 단말기를 이용한 지적측량 서비스를 제공하는 방법 및 시스템.
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 이동이 용이한 태블릿을 이용하여 관리중인 지하시설물의 GIS 정보를 다운로드 받고 지하탐측장비로 현장에서 실측된 지하시설물의 규격정보나 위치, 좌표 정보 등을 태블릿에 직접 입력하고, 또 레이저 거리측정기에 의해 지하탐측장비의 이동경로 및 주행 높이차를 입체적으로 감지하여 실측 정보의 입력오류를 줄이고 실시간으로 관리컴퓨터를 통해 신속하고 정확하게 관리할 수 있는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 지하시설물의 관리 정보와 실측된 정보를 분석하여 다양한 통계자료를 생성할 수 있는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 과제를 달성하기 위한 것으로 지하시설물의 3차원 위치 측정장치는, 지하시설물에 부착되고 지하설치정보를 저장하며 알에프아이디 방식으로 출력하는 태그부; 태그부의 지하설치정보를 읽고 지피에스의 좌표정보를 확인하여 출력하는 지하탐측장비; 지하시설물에 일측단이 결속되고 타측단이 지상으로 표출되는 측량타깃; 지하탐측장비에 탑재되어 측량타깃에 수평빔과 수직빔을 각각 조사하고 반사된 신호를 분석하여 위치정보를 분석하는 것에 의해 지하탐측장비의 이동경로를 제어하는 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기; 지하탐측장비의 지하설치정보를 수신하고 지하조사앱을 운용하며 지피에스 정보를 표시하는 태블릿; 태블릿과 이동통신 방식으로 접속하고 통신경로를 할당하는 이동통신망; 이동통신망과 접속하여 지아이에스 정보를 관리하고 지하조사앱을 제공하며 지하설치정보를 저장하고 통계용 프로그램에 의해 분석된 정보를 출력하는 관리컴퓨터로 이루어지되, 상기 지하탐측장비는 태그부로 전송할 주파수 제어신호를 발생하며 태그부에서 수신되는 데이터를 인식하는 제어부; 제어부의 제어에 의하여 주파수를 가변하는 주파수가변기, 주파수 제어신호와 가변주파수를 혼합 변조하는 믹서, 믹서의 변조신호를 증폭하는 증폭기로 구성된 송신부; 태그부의 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기, 송신부의 가변주파수를 90도 위상변화하는 위상변화기, 위상변화기의 주파수신호와 저잡음증폭기의 출력신호를 혼합하여 I신호로 복조하고 주파수가변기의 가변주파수와 저잡음증폭기의 출력신호를 혼합하여 Q신호로 복조하는 믹서, 믹서의 출력 I/Q신호를 필터링하는 로우패스필터, 로우패스필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기, 믹서의 출력 I/Q신호를 필터링하는 하이패스필터, 증폭기의 출력신호를 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기로 구성된 수신부를 포함하며, 상기 측량타깃은 지하시설물에 장착되는 자성체 재질의 고정자 및 이 고정자의 상단에 결속된 힌지를 매개로 회동 설치되는 막대로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기는 측량타깃과 지표면으로부터 반사된 수평빔 및 수직빔을 수신 분석하여 지하탐측장비의 이동을 제어하는 지하탐측장비 제어부, 지하탐측장비 제어부의 신호에 따라 전진과 후진, 좌회전과 우회전에 의한 이동방향을 제어하는 제 1 모터 및 제 2 모터, 지하탐측장비의 주행용 바퀴 높이를 높거나 낮게 조절하는 유압실린더를 구비하며, 상기 태블릿은 지하탐측장비와 접속하여 지하설치정보가 포함된 데이터를 송신 수신하는 제 1 무선부; 제 1 무선부와 접속하고 지하조사앱을 다운로드받아 운용하며 시설물 지아이에스 정보의 다운로드를 요청하고 태블릿의 전체 운용을 제어하는 태블릿제어부; 태블릿제어부의 제어에 의해 지피에스 정보를 수신하는 제 2 무선부; 태블릿제어부의 제어에 의해 이동통신망에 데이터 신호를 송신과 수신하는 제 3 무선부; 태블릿제어부의 제어에 의해 시설물 지아이에스 정보를 저장하는 지아이에스 정보 저장부; 태블릿제어부의 제어에 의해 시설물 지아이에스 정보를 출력하고 터치에 의해 정보와 명령을 입력하는 터치표시부를 포함하여 구성하되, 상기 태블릿은 관리컴퓨터에 접속하여 지하조사앱을 다운로드 받고 운용하며, 지하시설물의 관리번호 또는 좌표정보를 입력하여 대응되는 지아이에스 정보를 다운로드하여 표시하고, 지하탐측장비와 접속하여 지하시설물 정보를 읽고 현장정보를 입력받아 저장하고, 실측된 현장정보의 실시간 입력으로 설정되어 있으면 관리컴퓨터에 실시간 접속하여 현장정보를 입력하고 실시간 입력 설정상태가 아니면 관리컴퓨터에 온라인 접속하여 현장정보를 입력하고, 상기 관리컴퓨터는 지하시설물이 매설된 위치의 좌표정보와 각 위치별 관리번호가 연계된 시설물 지아이에스 정보와 지하조사앱과 통계용 프로그램을 저장하고 통계용 프로그램을 운용하며, 지하조사앱을 운용하여 지하시설물에 대한 시설물 지아이에스 정보를 다운로드하고, 태블릿으로부터 지하설치정보와 현장에서 실측된 현장정보를 입력 저장하며, 통계용 프로그램 운용에 의하여 지하설치정보와 실측된 현장정보와 시설물 지아이에스 정보의 분류 결과를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 태블릿을 이용하여 관리중인 지하시설물의 GIS 정보를 다운로드 받고 현장에서 좌표정보, 규격정보 등을 실측하여 태블릿에 직접 입력함과 동시에 지하탐측장비의 이동경로 및 주행 높이차를 레이저 거리측정기에 의해 입체적으로 감지할 수 있도록 함에 따라 실측 정보의 입력오류를 줄이고 신속 정확하게 실시간으로 갱신 관리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 지하시설물의 기존 관리정보와 실측된 갱신 관리정보를 분석하여 다양한 통계자료를 생성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술의 일실시예에 의한 것으로 이동통신 단말기를 이용한 지적측량 서비스를 제공하는 시스템의 기능 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 대한 기능 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하탐측장비의 기능 블럭도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 측량타깃의 설치 예를 나타낸 구성도,
도 5a, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하탐측장비에 탑재된 제 1 및 제 2 레이저 거리 측정기의 작동상태를 나타낸 평면 및 정면 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기에 의한 기능 블럭도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 태블릿의 세부 기능 구성도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 관리컴퓨터의 운용예를 설명하기 위한 순서도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 태블릿의 운용예를 설명하기 위한 순서도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하시설물에 관리번호를 부여하여 운용하는 상태 설명도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 통계용 프로그램 운용에 의하여 분석 출력된 지하시설물의 주변환경 정보 도시도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 통계용 프로그램 운용에 의하여 분석 출력된 지하시설물의 상태정보 도시도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 통계용 프로그램 운용에 의하여 분석 출력된 규격정보의 도시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 대한 기능 구성도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하탐측장비의 기능 블럭도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 측량타깃의 설치 예를 나타낸 구성도, 도 5a, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하탐측장비에 탑재된 레이저 거리 측정기의 작동상태를 나타낸 평면 및 정면 구성도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 레이저 거리측정기의 기능 블럭도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 태블릿의 세부 기능 구성도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 관리컴퓨터의 운용예를 설명하는 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 태블릿의 운용예를 설명하는 순서도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 지하시설물에 관리번호를 부여하여 운용하는 상태 설명도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 통계용 프로그램 운용에 의하여 분석 출력된 지하시설물의 주변환경 정보 도시도이며, 도 12은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 통계용 프로그램 운용에 의하여 분석 출력된 지하시설물의 상태정보 도시도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 통계용 프로그램 운용에 의하여 분석 출력된 규격정보의 도시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치는 지피에스 인공위성(300), 태그부(1000), 지하탐측장비 (2000), 측량타깃(400), 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기(500A,500B), 태블릿 (3000), 이동통신망(4000), 관리컴퓨터(5000)로 구성되어 있다.
지피에스(GPS; Global Positioning System 인공위성(300)은 지상 고도 2만 내지 2.5 만 킬로미터(Km)의 상공, 바람직하게는 평균 약 20,183 km의 고도를 일정하게 운항하는 24개 이상으로 구성되며, 각 지피에스 인공위성(300)은 해발, 경도, 위도 및 시간으로 분석될 수 있는 지피에스 정보 신호를 무상으로 방송하는 범세계적인 위치 결정 시스템이다. 지피에스 인공위성(300)은 미국에서 제작 운용하는 것이며 중국, 러시아, 유럽은 독자적인 시스템을 운용하는 것으로 알려져 있다.
상기 태그부(1000)는 RFID(Radio frequency identification)를 이용하는 것으로 태그(tag)라고도 불리우며, 코일과 캐패시터, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구성되어 지하시설물(200)의 길이에 따라 5∼10m 간격으로 설치될 수 있다.
태그는 RFID 칩에 안테나를 부탁한 것으로 칩에 저장된 데이터를 안테나를 통하여 무선으로 전송할 수 있고, 안테나가 송신하는 주파수와 동일한 주파수를 갖는 RFID 리더 또는 스캔 기구에서 수신할 수 있다. FRID 칩에는 다양한 정보를 저장할 수 있으며 FRID 리더를 이용하여 저장된 정보를 갱신할 수 있다.
태그는 125 KHz 내지 915 MHz 사이의 무선주파수 중에서 선택된 어느 하나의 주파수를 사용하며 능동형과 수동형 방식이 있다.
능동형 방식은 배터리 또는 전원장치가 내장되어 있어 약 30 미터 정도의 거리까지 데이터를 무선 송수신할 수 있고, 수동형 방식은 리더에서 송신한 무선주파수로부터 동작전원을 공급받으며 약 30 센티미터 내지 6 미터 정도의 거리까지 무선 송수신할 수 있다.
태그부(1000)는 지하에 매설된 지하시설물(200)의 상측부 표면에 고정설치되며 칩의 메모리 영역에는 지하시설물(200)의 규격, 매설된 일자, 매설된 레벨 및 좌표정보, 시공자, 기타 사항 등이 저장되고 이하의 설명에서 태그 칩에 저장된 정보를‘지하설치정보’라 하기로 한다.
그러므로 지하시설물(200)을 관리하는 관리자는 일정한 거리 단위 또는 일정한 영역 단위에 매설된 지하시설물(200)에 하나 이상 다수의 태그부(1000)를 설치하고 지정된 소정의 관리번호를 부여하여 관리할 수 있다. 첨부된 도 8에는 지도에 지하시설물(200)이 설치된 위치를 그려넣고 일정한 구역 단위로 관리번호를 부여하여 관리하는 상태가 일 실시예로 도시되어 있다.
태그부(1000)는 지하시설물(200)에 다수가 설치되므로 각각을 구분하는 고유의 일련번호가 할당되며 저장된 정보를 출력하는 경우 해당 일련번호를 함께 출력한다.
상기 지하탐측장비(2000)는 태그부(1000)에 저장된 ‘지하설치정보’를 읽거나 스캔하는 것으로서, 본체 바닥에 장착되는 바퀴를 이용하여 지표면(L)을 따라 사용자가 지정한 방향으로 이동할 수 있도록 구성된다.
상기 지하탐측장비(2000)는 지피에스 인공위성(300)이 방송하는 지피에스 정보를 수신 분석하여 현재 위치에서의 경도, 위도, 해발, 시간 등으로 이루어지는 좌표정보로 저장하며, 태그부(1000)의 정보를 읽고 해당 위치에서의 좌표정보와 연계시켜 저장함과 동시에 와이파이(Wi-Fi) 방식으로 접속된 단말기 또는 태블릿 (3000)의 요청에 의하여 출력 전송할 수 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 지하탐측장비(2000)는 제어부(2100)와, 송신부(2200), 수신부(2300)로 이루어져 있으며, 상기 송신부(2200)는 제어부 (2100)에 의해 주파수를 가변하는 주파수가변기(2201)와, 상기 제어부에서 출력되는 주파수 제어신호와 상기 주파수가변기(2201)의 가변주파수를 혼합하여 변조하는 믹서(2202)와, 이 믹서에서 출력되는 변조신호를 소정 레벨로 증폭하는 증폭기 (2203)를 구비한다.
여기서, 상기 주파수가변기(2201)는 일반적으로 피엘엘(PLL)을 주로 사용하며, 상기 송신부(2200)는 주파수 제어신호를 전송 주파수와 직접 변조시키는 ASK 방식으로 변조된다.
상기 수신부(2300)는 저잡음증폭기(2301), 위상변화기(2302), 믹서(2303, 2304), 로우패스필터(2305,2306), 증폭기(2307,2308), 하이패스필터(2309,2310), 아날로그/디지탈변환기(2311,2312)를 구비한다.
상기 저잡음증폭기(2301)는 태그부(1000)로부터 수신되는 신호를 저잡음 증폭하며, 상기 위상변화기(2302)는 송신부(2200)의 주파수가변기(2301)에서 출력되는 가변주파수를 90도 위상변화한다.
상기 믹서(2303)는 위상변화기(2302)에서 출력되는 주파수신호와 저잡음 증폭기(2301)의 출력신호를 혼합하여 I신호로 복조하고, 상기 믹서(2304)는 주파수가변기(2201)에서 출력되는 가변주파수와 저잡음증폭기(2301)의 출력신호를 혼합하여 Q신호로 복조한다.
상기 로우패스필터(2305,2306)는 믹서(2303,2304)에서 각기 출력되는 I/Q신호를 로우패스 필터링하고, 상기 증폭기(2307,2308)는 로우패스필터(2305,2306)에서 출력되는 신호를 소정 레벨로 각기 증폭하며, 상기 하이패스필터(2309,2310)는 믹서(2303,2304)에서 각기 출력되는 I/Q신호를 하이패스 필터링한다.
상기 아날로그/디지탈변환기(2311,2312)는 상기 증폭기(2307,2308)에서 출력되는 신호를 디지탈신호로 변환한다.
상기 제어부(2100)는 주파수가변기(2201)의 가변주파수를 제어하고, 아울러 태그부(1000)로 전송해야 할 주파수 제어신호를 발생하며, 상기 수신부(2300)에서 출력되는 디지탈신호를 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 태그부(1000)에서 수신되는 데이터를 인식한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 측량타깃(400)은 지하시설물(200)에 일측단이 결속된 상태에서 타측단이 지상으로 표출되도록 자성체 재질의 고정자(410) 및 이 고정자의 상단에 결속된 힌지(420)를 매개로 회동 가능하도록 설치되는 막대 (430)로 구성된다.
상기 측량타깃(400)은 지하시설물(200)의 매설깊이에 상관없이 길이 조정이 가능하게 구성되며, 막대(430)의 상단부에는 도시하지 않은 반사체가 부착되어 지상의 레이저 거리측정기(500)로부터 조사되는 수평빔을 반사시킬 수 있고, 지하시설물(200)의 위치나 좌표정보, 관리번호 등이 입력된 바코드 등을 부착하여 스캔할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기(500A,500B)는 지하탐측장비(2000)의 상단부 전방과 바닥부에 각각 탑재되어 지하탐측장비와 함께 이동한다.
이에 따라, 상기 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기(500A,500B)는 지하시설물 (200) 상의 지상에 일정 간격을 두고 설치된 측량타깃(400)에 수평빔을 조사함으로써 위치정보를 파악하거나 지표면(L)으로 수직빔을 조사하여 지하탐측장비(2000)의 주행 높이를 파악하도록 구성되어 지하시설물(200)을 입체적으로 감지할 수 있다.
즉, 도 6에서와 같이, 상기 제 1 레이저 거리측정기(500A)에 의해 감지된 신호는 지하탐측장비(2000)에 설치된 지하탐측장비 제어부(510)에서 수신하여 분석하고, 다시 제 1 모터(520) 및 제 2 모터(530)의 구동 여부를 판단함에 따라 지하탐측장비(2000)의 바퀴를 정,역 회전시키거나 혹은 좌,우 방향으로의 이동경로를 제어할 수 있다.
또, 상기 제 2 레이저 거리측정기(500B)에 의해 감지된 신호는 지하탐측장비 제어부(510)에서 수신하여 분석하고, 다시 유압실린더(540)의 구동 여부를 판단함에 따라 지하탐측장비(2000)의 바퀴를 상,하 유격을 제어한다.
이 경우, 바퀴 중심에는 통상 구조의 회동축이 가설되어 있기 때문에 유압실린더(540)의 신축봉을 바퀴 회전에 영향을 주지 않는 범위 내에서 베어링 등을 개재하여 일반적인 방식으로 결속시킬 수 있으므로 이에 대한 상세 구성은 생략한다.
상기 태블릿(3000)은 정보를 입력하는 키보드(key-board)와 마우스(mouse)가 구비되지 않고 터치식 자판을 사용하는 휴대용 간이 컴퓨터(PC)로서 이미 알려진 이동통신용 스마트폰보다 컴퓨팅 기능이 우수하고 업무용으로 사용하는 컴퓨터 보다는 그 기능이 낮은 것이 일반적이다.
태블릿(3000)은 이동성이 좋고 소형 경량이어서 휴대가 간편하고, 운영체제(OS)가 일반 컴퓨터와 다르며 앱(APP) 등의 어플 프로그램을 다운받아 운용될 수 있으며 ODD, HDD 등이 없으며 일반 컴퓨터와 연결되어 음악, 동영상, 기타 데이터 파일을 송수신할 수 있다.
태블릿(3000)은 CDMA, W-CDMA, TDMA 방식 등의 이동통신과 와이파이(Wi-Fi) 방식 통신과 지피에스 인공위성(300)이 방송하는 지피에스 정보 신호를 무선수신하는 기능을 각각 구비하며 이러한 무선통신 방식의 기능은 일반적으로 알 수 있는 기술에 포함된다.
즉, 태블릿(3000)은 지하탐측장비(2000)와 와이파이 방식으로 무선접속하고 이동통신망(4000)과는 이동통신 방식으로 접속하며 지피에스 인공위성(300)과는 인공위성의 해당 주파수로 접속하여 지피에스 정보를 수신한다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 태블릿(300)은 제 1 무선부(3100), 태블릿제어부(3200), 제 2 무선부(3300), 제 3 무선부(3400), 지아이에스 정보저장부 (3500), 터치표시부 (3600)로 이루어져 있다.
제 1 무선부(3100)는 지하탐측장비(2000)와 와이파이 방식으로 무선접속하여 ‘지하설치정보’가 포함된 다양한 종류의 정보 데이터를 송신하고 수신한다.
제 1 무선부(3100)가 수신한 지하설치정보는 지피에스 정보를 분석하여 확인된 좌표정보 및 시간 등의 정보와 연계된 상태로 태블릿(3000)의 할당된 영역에 저장된다.
태블릿제어부(3200)는 제 1 무선부(3100)를 제어하여 ‘지하설치정보’를 수신하며 제 3 무선부(3400)를 제어하여 ‘지하조사앱’을 다운로드받고 설치 운용하며, 또한‘시설물 지아이에스 정보’를 다운로드 받아 표시하고 태블릿(3000)을 구성하는 각 기능부의 운용을 감시와 각각의 해당 제어신호를 출력하여 제어한다.
제 2 무선부(3300)는 태블릿제어부(3200)의 제어와 감시에 의하여 지피에스 인공위성(300)과 무선접속하고 지피에스 정보를 수신한다.
제 2 무선부(3300)가 수신한 지피에스 정보는 태블릿제어부(3200)에 제공되어 현재 위치에서의 위도, 경도, 해발(고도), 시간 등의 정보로 분석된다.
제 3 무선부(3400)는 태블릿제어부(3200)의 제어와 감시에 의하여 이동통신망(4000)과 접속하고 통신경로의 할당을 요청하여 관리컴퓨터(5000)와 접속하고 할당되어 점유하도록 설정된 통신경로를 통하여 관리컴퓨터(5000)와 데이터 신호를 송신 수신한다.
제 3 무선부(3400)가 관리컴퓨터와 접속하여 송신하고 수신하는 데이터 신호에는 시설물 지아이에스 정보, 지하조사앱, 지하설치정보, 환경정보가 포함된다.
지아이에스정보 저장부(3500)는 태블릿제어부(3200)의 제어와 감시에 의하여 시설물 지아이에스 정보를 할당된 영역에 저장 관리하는 동시에 지하설치정보, 환경정보, 지하조사앱이 포함된 다양한 종류의 정보를 각각 할당된 영역에 저장하고 검색에 의하여 출력한다.
터치표시부(3600)는 태블릿제어부(3200)의 제어와 감시에 의하여 시설물 지아이에스 정보가 포함된 각종 데이터를 시각적으로 표시하는 동시에 터치에 의하여 특정한 명령, 정보, 데이터를 입력받는다.
태블릿(3000)은 이동통신망(4000)을 통하여 관리컴퓨터(5000)와 접속한 후 ‘지하조사 앱(APP)’ 프로그램을 다운로드받아 설치 운용하고 지하탐측장비(2000)와 무선접속하여 지하설치정보를 수신 저장 또는 표시되도록 출력한다.
앱(APP)은 어플로 불리는 소규모 응용(application) 프로그램이고 전체 데이터의 크기가 작은 프로그램으로 스마트폰, 태블릿 등에 설치되어 운용된다.
지하조사앱 프로그램이 설치되어 운용되는 태블릿(3000)은 터치표시부(3600)의 터치로 입력되는 해당 명령에 의하여 관리컴퓨터(5000)에 자동 접속되고 데이터신호의 송신과 수신에 의하여 태블릿(3000)에서 운용중인 지하조사앱을 새로운 버전으로 갱신시키거나 저장된 지하설치정보와 실측된 환경정보와 확인 또는 실측한 해당 위치에서의 좌표정보를 서로 연계시켜 관리컴퓨터(5000)에 전송되도록 출력하는 기능을 구비한다.
한편, 지하조사앱이 운용되는 태블릿(3000)은 관리컴퓨터(5000)에 접속하여 태블릿(3000)이 지정한 좌표정보 또는 지하시설물의 관리번호 또는 지피에스 인공위성(300)으로부터 수신되어 분석된 현재 위치에서의 좌표정보에 해당하는 지역의 지하시설물(200)에 대한 ‘시설물 지아이에스 정보’를 스트리밍 방식으로 다운로드 받아 해당 표시부에 출력함에 따라 사용자에 의하여 확인될 수 있다.
스트리밍(streaming) 방식은 다운로드를 진행하면서 약간의 시간차이를 두고 재생하는 방식으로 실시간 재생할 수 있다는 장점이 있다.
일반적인 다운로드 방식은 해당 파일을 100% 다운로드 받은 후에 재생하므로 실시간으로 재생할 수 없었다.
태블릿(3000)은 지하탐측장비(2000)와 접속하여 수신한 지하설치정보를 할당된 영역에 저장하고 지하탐측장비(2000)가 위치한 또는 지하시설물(200)이 설치된 주변환경 정보, 지하시설물(200)이 설치된 상태를 확인한 정보, 지하시설물(200)의 확인된 규격 정보 등등을 터치표시부(3600)를 통하여 입력받고 할당된 영역에 저장하는 동시에 연계된 상태로 관리컴퓨터(5000)에 전송한다.
지하시설물(200)에는 하수관, 상수관, 통신관, 전기송배전관, 가스관, 송유관, 맨홀 등이 포함된다.
환경정보를 구성하는 주변환경 정보에는 관리사업소, 지번, 행정동 등이 포함되고, 상태정보에는 지하시설물의 파괴, 녹발생, 고장, 운용 여부 등이 포함되며, 규격정보에는 명칭, 설치일자, 관리번호, 제작회사, 형식, 재질, 크기, 구경, 회전방향 등이 포함된다.
이동통신망(4000)은 CDMA, WCDMA, TDMA를 포함하는 이동통신 방식 중 어느 하나로 태블릿(3000)과 서비스 영역 안에서 무선접속하고 요청에 의하여 지정된 상대방과 통신경로를 스위칭하므로 설정하며 설정된 통신경로로 다양한 종류의 데이터 신호를 송신과 수신한다.
관리컴퓨터(5000)는 이동통신망(4000)과 접속하고 지하시설물(200)의 시설물 지아이에스 정보를 저장과 갱신 관리하며 태블릿(3000)의 요청에 의하여 지하조사앱을 다운로드로 제공한다. 또한, 태블릿(3000)으로부터 지하설치정보를 제공받아 할당된 영역에 저장하고 통계용 프로그램의 운용에 의하여 분석정보를 출력한다.
관리컴퓨터(5000)가 통계용 프로그램에 의하여 출력하는 분석정보에는 지하시설물(200)의 주변환경정보, 상태정보, 규격정보 등이 있고, 주변환경정보는 일 실시예로 첨부된 도 11과 같으며, 상태정보는 일 실시예로 첨부된 도 12와 같고, 규격정보는 일 실시예로 첨부된 도 13과 같다.
이하, 관리컴퓨터(5000)에 의한 지하시설물의 운용방법을 설명하면, 지하시설물(200)이 매설된 위치의 좌표정보와 지하시설물이 매설되고 해당 관리자에 의하여 구분된 각 위치별 관리번호 등이 연계된 시설물 지아이에스 정보를 할당된 영역에 저장 관리한다. 여기서 관리는 갱신(update)을 포함하는 것으로 설명한다.
관리컴퓨터(5000)는 운용자 또는 사용자의 해당 제어명령에 의하여 통계용 프로그램을 운용한다. 그러므로 관리컴퓨터는 대기상태로 설정된다.
관리컴퓨터(5000)는 태블릿(3000)이 접속하였는지를 판단하고, 태블릿이 접속한 경우 태블릿이 현재 위치한 좌표정보를 제공하면서 요청한 지역 또는 지하시설물 관리번호를 입력하여 해당되는 지역(영역)의 시설물 지아이에스 정보를 스트리밍 방식으로 다운로드하여 제공한다.
관리컴퓨터(5000는 태블릿으로부터 현장에서 실측된 환경정보가 입력되는 것으로 판단되면, 할당된 영역에 저장하므로 갱신된 정보로 관리한다.
여기서 정보의 입력은 태블릿(3000)이 이동통신망(4000)을 통하여 실시간 접속 상태로 입력하는 정보와 태블릿이 관리컴퓨터(5000)에 온라인으로 직접 접속하여 입력하는 정보가 포함된다.
관리컴퓨터(5000)는 해당 관리자, 운용자가 입력하는 제어명령 또는 접속된 태블릿으로부터 입력된 제어명령을 분석하여 통계자료의 출력요청 신호로 판단되면 저장된 정보를 분석 및 분류하여 지정된 포맷으로 통계 처리하는 동시에 출력한다.
여기서 저장된 정보는 시설물 지아이에스 정보, 현장에서 실측된 환경정보가 포함된다.
또한, 관리컴퓨터(5000)에 이동통신망(4000)을 경유하거나 또는 온라인으로 접속하여 관리컴퓨터로부터 지하조사앱을 스트리밍 방식으로 다운로드 받고 설치하여 운용한다. 이하에서 설명을 간단하게 하기 위하여 태블릿은 이동통신망을 경유하여 관리컴퓨터와 접속하는 것으로 설명한다.
태블릿(3000)은 실측할 지하시설물(200)이 설치된 현장에서 지피에스 인공위성(300)으로부터 수신된 지피에스 정보가 분석된 현장의 좌표정보 또는 해당 영역이 도시된 지도로부터 확인된 지하시설물의 관리번호가 입력되는지를 판단한다.
여기서 지하시설물(200)의 관리번호가 표시된 지도는 첨부된 도 9에 일 실시예로 도시되어 있다.
태블릿(3000)은 이동통신망을 경유하여 관리컴퓨터에 접속하고 현장의 좌표정보 또는 지하시설물의 관리번호에 대응되는 시설물 지아이에스 정보를 스트리밍 방식으로 다운로드 받고 할당된 영역에 저장하며 터치표시부(3600)에 출력하여 표시한다.
태블릿(3000)은 시설물 지아이에스 정보가 멀티미디어로 이루어진 경우 멀티미디어로 출력할 수 있으며, 지하탐측장비(2000)와 와이파이 방식으로 무선 접속하여 지하탐측장비가 RFID 방식으로 운용되는 태그부(1000)로부터 읽은 지하설치정보를 확인(읽음)하여 할당된 영역에 저장한다.
태블릿(3000)은 현장에서 지하시설물 관련하여 실측된 환경정보를 입력하여 할당된 영역에 저장하며, 환경정보에는 주변환경 정보, 상태 정보, 규격 정보 등이 포함된다.
태블릿(3000)은 설정된 상태를 분석하여 현장에서 실측된 환경정보를 실시간으로 관리컴퓨터에 갱신 입력하도록 설정되어 있는지를 판단한다.
태블릿(3000)에 의하여 환경정보를 관리컴퓨터에 실시간 갱신 입력하도록 설정되어 있는 것으로 판단되면 이동통신망(4000)을 경유하여 관리컴퓨터(5000)에 실시간 접속한다.
한편, 태블릿(3000)에 의하여 환경정보를 관리컴퓨터에 온라인으로 직접 입력하도록 설정되어 있는 것으로 판단되면 관리컴퓨터에 온라인으로 접속한다.
태블릿(3000)은 현장에서 실측된 환경정보를 출력하여 실시간 또는 온라인으로 접속된 관리컴퓨터에 전송한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 태블릿을 이용하여 관리중인 지하시설물의 GIS 정보를 다운로드 받고 현장에서 좌표정보, 규격정보 등을 실측하여 태블릿에 직접 입력하므로 정보의 입력오류를 줄이고 신속 정확하게 실시간으로 갱신 관리하는 동시에 지하시설물의 기존 관리정보와 실측된 갱신 관리정보를 분석하여 다양한 통계자료를 생성할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
200 : 지하시설물 300 : 지피에스 인공위성
400 : 측량타깃 410 : 고정자
420 : 힌지 430 : 막대
500A,500B : 레이저 거리측정기 510 : 지하탐측장비 제어부
520,530 : 제 1 및 제 2 모터 540 : 유압실린더
1000 : 태그부 2000 : 지하탐측장비
2100 : 제어부 2200 : 송신부
2201 : 주파수가변기 2202 : 믹서
2203 : 증폭기 2300 : 수신부
2301 : 저잡음증폭기 2302 : 위상변화기
2303,2304 : 믹서 2305,2306 : 로우패스필터
2307,2308 : 증폭기 2309,2310 : 하이패스필터
2311,2312 : 아날로그/디지탈변환기 3000 : 태블릿
3100 : 제 1 무선부 3200 : 태블릿제어부
3300 : 제 2 무선부 3400 : 제 3 무선부
3500 : 지아이에스정보저장부 3600 : 터치표시부
4000 : 이동통신망 5000 : 관리컴퓨터

Claims (1)

  1. 지하시설물에 부착되고 지하설치정보를 저장하며 알에프아이디 방식으로 출력하는 태그부; 태그부의 지하설치정보를 읽고 지피에스의 좌표정보를 확인하여 출력하는 지하탐측장비; 지하시설물에 일측단이 결속되고 타측단이 지상으로 표출되는 측량타깃; 지하탐측장비에 탑재되어 측량타깃에 수평빔과 수직빔을 각각 조사하고 반사된 신호를 분석하여 위치정보를 분석하는 것에 의해 지하탐측장비의 이동경로를 제어하는 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기; 지하탐측장비의 지하설치정보를 수신하고 지하조사앱을 운용하며 지피에스 정보를 표시하는 태블릿; 태블릿과 이동통신 방식으로 접속하고 통신경로를 할당하는 이동통신망; 이동통신망과 접속하여 지아이에스 정보를 관리하고 지하조사앱을 제공하며 지하설치정보를 저장하고 통계용 프로그램에 의해 분석된 정보를 출력하는 관리컴퓨터로 이루어지되,
    상기 지하탐측장비는 태그부로 전송할 주파수 제어신호를 발생하며 태그부에서 수신되는 데이터를 인식하는 제어부; 제어부의 제어에 의하여 주파수를 가변하는 주파수가변기, 주파수 제어신호와 가변주파수를 혼합 변조하는 믹서, 믹서의 변조신호를 증폭하는 증폭기로 구성된 송신부; 태그부의 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기, 송신부의 가변주파수를 90도 위상변화하는 위상변화기, 위상변화기의 주파수신호와 저잡음증폭기의 출력신호를 혼합하여 I신호로 복조하고 주파수가변기의 가변주파수와 저잡음증폭기의 출력신호를 혼합하여 Q신호로 복조하는 믹서, 믹서의 출력 I/Q신호를 필터링하는 로우패스필터, 로우패스필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기, 믹서의 출력 I/Q신호를 필터링하는 하이패스필터, 증폭기의 출력신호를 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기로 구성된 수신부를 포함하며,
    상기 측량타깃은 지하시설물에 장착되는 자성체 재질의 고정자 및 이 고정자의 상단에 결속된 힌지를 매개로 회동 설치되는 막대로 구성되고,
    상기 지하탐측장비는 상기 제 1 및 제 2 레이저 거리측정기가 상기 측량타깃과 지표면으로부터 각각 반사된 수평빔 및 수직빔을 각각 수신 분석하여 지하탐측장비의 이동을 제어하는 지하탐측장비 제어부, 지하탐측장비 제어부의 신호에 따라 전진과 후진, 좌회전과 우회전에 의한 이동방향을 제어하는 제 1 모터 및 제 2 모터, 지하탐측장비의 주행용 바퀴 높이를 높거나 낮게 조절하는 유압실린더를 더 구비하며,
    상기 태블릿은 지하탐측장비와 접속하여 지하설치정보가 포함된 데이터를 송신 수신하는 제 1 무선부; 제 1 무선부와 접속하고 지하조사앱을 다운로드받아 운용하며 시설물 지아이에스 정보의 다운로드를 요청하고 태블릿의 전체 운용을 제어하는 태블릿제어부; 태블릿제어부의 제어에 의해 지피에스 정보를 수신하는 제 2 무선부; 태블릿제어부의 제어에 의해 이동통신망에 데이터 신호를 송신과 수신하는 제 3 무선부; 태블릿제어부의 제어에 의해 시설물 지아이에스 정보를 저장하는 지아이에스 정보 저장부; 태블릿제어부의 제어에 의해 시설물 지아이에스 정보를 출력하고 터치에 의해 정보와 명령을 입력하는 터치표시부를 포함하여 구성하되,
    상기 태블릿은 관리컴퓨터에 접속하여 지하조사앱을 다운로드 받고 운용하며, 지하시설물의 관리번호 또는 좌표정보를 입력하여 대응되는 지아이에스 정보를 다운로드하여 표시하고, 지하탐측장비와 접속하여 지하시설물 정보를 읽고 현장정보를 입력받아 저장하고, 실측된 현장정보의 실시간 입력으로 설정되어 있으면 관리컴퓨터에 실시간 접속하여 현장정보를 입력하고 실시간 입력 설정상태가 아니면 관리컴퓨터에 온라인 접속하여 현장정보를 입력하고,
    상기 관리컴퓨터는 지하시설물이 매설된 위치의 좌표정보와 각 위치별 관리번호가 연계된 시설물 지아이에스 정보와 지하조사앱과 통계용 프로그램을 저장하고 통계용 프로그램을 운용하며, 지하조사앱을 운용하여 지하시설물에 대한 시설물 지아이에스 정보를 다운로드하고, 태블릿으로부터 지하설치정보와 현장에서 실측된 현장정보를 입력 저장하며, 통계용 프로그램 운용에 의하여 지하설치정보와 실측된 현장정보와 시설물 지아이에스 정보의 분류 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치.

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