KR101367167B1 - 동특성 분석기능을 포함한 통합형 gnss 기반 교량 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GNSS 안테나를 교량에 설치하는 단계; GNSS 위치좌표값을 도출하는 단계; GNSS 위치좌표값에 의해 동특성을 분석하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법에 관한 것이다.

Description

동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법{A Method For Bridge Monitoring Based On The Global Navigation Satellite System including postprocessing and dynamic characteristic analysis module}

본 발명은 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System: 이하 "GNSS"라 함)을 이용해서 케이블 교량의 실시간 거동 및 동특성을 모니터링하기 위한 기술에 관한 것이다.

최근 들어 설계, 시공, 유지관리 과정에서 예기치 못한 요인으로 인해 구조물에 손상이 발생하여 공용 중 구조물의 붕괴로 이어지는 경우가 생기고 있다. 따라서 위와 같은 예기치 못한 사고를 미연에 방지하기 위해서 구조건전성 모니터링(Structure Health Monitoring, SHM)에 대한 관심이 증가하게 되었다.

교량구조는 준공 초기 건전한 상태로부터 시간의 경과에 따라 열화 및 손상의 발생 등으로 인하여 성능이 저하되며, 이러한 교량의 시간 의존적 특성에 대하여 사용성 및 안전성을 확보하고 교량의 수명기간동안 건전한 상태를 유지하기 위한 계측시스템 적용이 필요하다. 또한 구조가 복잡한 케이블 교량의 경우 일반교량과 달리 단위 조직에 의한 지속적인 유지관리가 요구되며, 정기적인 시스템 점검 및 보수가 이루어져야 한다.

현재 교량의 계측이나 모니터링은 재하시험을 수행하거나 시공 시 교량 내부에 가속도계, 응력계, 침하계, 변위계 등 다수의 계측 장비를 내부에 삽입하여 유선으로 직접 데이터를 입력받는 방법 등이 사용되고 있다.

그러나 재하시험의 경우 많은 인력과 비용이 소요되어 수시 계측작업을 수행하기 어렵고 계측 시 교통 통제 등이 필요하기 때문에 교량의 사용성을 제약해야 하며, 다수의 계측장비를 삽입하여 계측하는 경우 장비의 손상이나 환경조건에 따른 데이터 훼손 등의 문제로 인한 어려움이 있다(윤홍식, 2001; 김성곤, 2006). 또한 교량이 점차 장경간화 되면서 기상의 영향, 관측점 확보의 어려움, 상대변위 측정 등 기존 거동 모니터링 시스템의 문제점이 발생하고 있다.

또한, 가속도계, 응력계, 침하계, 변위계 등의 경우도 점차 교량이 장대화 되고 구조계가 복잡해지면서 기존 교량 계측 시스템에 설치된 센서가 한계점을 보이고 있다. 예를 들어 레이저 기반 변위계의 경우 주경간이 400m 이상인 구간에서는 계측이 힘들어 지며, 교량 구간이 곡선일 경우 사용이 불가능하다는 단점이 있다. 이러한 문제는 다른 센서에서도 마찬가지로 발생되는 문제이다. 하기 표 1은 기존 교량 계측에 사용되던 센서와의 비교표이다.

[표 1] GPS와 타계측센서와의 비교

이와 같이 가속도계 등을 사용하는 기술로서 대한민국 특허공개 제10-2009-0131802호 등이 제시되고 있으나, 이러한 기술의 경우도 상기에서 언급하고 있는 문제점을 갖고 있다.

한편 GNSS는 이러한 기존 센서들을 이용한 모니터링 방법(시스템)의 한계성을 극복할 수 있는 대안으로 제시되는 바, 위성 항법 시스템을 이용하여 기후조건에 관계없이 상시 3차원 절대 좌표를 출력할 수 있으며, 지점간의 거리 및 가시거리에 영향을 받지 않는 케이블교량에 특화된 시스템을 제공할 수 있다. 이미 해외 선진국에서는 GNSS를 이용해 교량, 댐을 포함한 대형 주요구조물에 대한 계측사례들이 지속적으로 보고되고 있으며 효용성을 인정받고 있다(박성욱, 2006).

현재 국내교량의 경우 2008년 영종대교, 2009년 서해대교를 시작으로 5개의 공용중 교량에 GNSS 기반 교량 모니터링 시스템이 운영되고 있다. 상기와 같은 교량의 경우 안테나에서 취득되는 위성신호를 처리하는 S/W와 교량 모니터링 시스템이 따로 구성되어 있고 이러한 시스템에서 추출되는 데이터를 모니터링 시스템에서 불러들여 조회하는 방식을 사용하고 있다. 하지만 이러한 시스템 구성은 서버PC의 과부화, 데이터 쿼리 오류 등 각 시스템간의 호환성 문제가 나타나고 있는 실정이다.

따라서 위와 같은 문제들을 해결하고 보다 경제성 있는 시스템 구축을 위해 GNSS 데이터 처리 S/W가 내장되어 있는 통합형 GNSS 기반 케이블교량 모니터링 방법(시스템)을 개발하고 추가적으로 GNSS 데이터를 이용하여 교량 동특성 분석까지 가능한 방법(시스템) 개발이 필요하다.

대한민국 특허공개 제10-2009-0131802호

따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, GNSS 데이터를 기반으로 하여 교량의 실시간 변위거동 조회, 실시간 또는 후처리 동특성 분석이 가능한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법은, GNSS 안테나를 교량에 설치하는 단계; GNSS 위치좌표값을 도출하는 단계; GNSS 위치좌표값에 의해 동특성을 분석하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서 GNSS 안테나를 교량에 설치하는 단계에는, GNSS 안테나를 지지하는 내관과, 상기 내관을 둘러싸며 유격을 형성하는 외관과, 상기 외관의 끝단에서 원뿔형상으로 상기 내관에 연결되는 덮개부와, 상기 내관과 상기 외관 사이 유격에 충진된 단열재로 구성되는 GNSS 안테나 지그를 설치하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, GNSS 위치좌표값을 도출하는 단계에 있어, 상기 GNSS 위치좌표값은 NMEA 형식의 데이터로서, 위치정보(GGA), 품질정보(GSA), 위성정보(GSV)인 것을 특징으로 한다.

또한, GNSS 위치좌표값에 의해 동특성을 분석하는 단계는, GNSS 위치좌표값을 가속도신호로 변환시키는 단계; 고속푸리에변환(FFT)을 통해 고유진동수를 추출하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 열팽창이 제어될 수 있는 GNSS 안테나 지그를 사용함으로써 보다 신뢰성 있는 데이터를 취득할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 기존의 광케이블 등 라인을 그대로 이용하여도 데이터통신의 오류, 서버 과부하가 제어됨으로써 호환성에 있어 장점이 있다.

셋째, 기존 동특성 분석에서 사용되는 레이저변위계, 경사계, 가속도계를 GNSS로 대체함으로써 유지관리면에서 경제성이 높은 장점이 있다.

넷째, GNSS 데이터만을 이용하여 교량의 형상관리 뿐만 아니라 동특성 분석이 가능하여 통합적인 모니터링이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법을 나타내는 블록도이고,
도 2는 GNSS와 기존 계측센서와의 LCC 비교 분석 그래프이고,
도 3은 본 발명의 일 구성으로 GNSS 안테나 지그를 나타내는 측단면도이고,
도 4는 도 3의 GNSS 안테나 지그가 설치된 예를 나타내는 사진이고,
도 5는 본 발명에 있어 따른 GNSS 위치좌표값을 도출함에 있어 기준국 및 측정국간의 데이터 흐름도이고,
도 6은 본 발명의 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법의 작용 예를 나타내는 블록도이고,
도 7은 도 6에 있어 본 발명의 작용예로서 실시간 거동분석이 화면에 구현된 예를 나타내는 것이고,
도 8은 GNSS와 가속도계를 이용한 교량 동특성 분석 결과를 비교한 그래프이고,
도 9는 교량 동특성 분석방법 검증 Test 전경을 나타내는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 따른 동특성 분석기능을 포함한 통합형 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System: 이하 "GNSS"라 함)기반 교량 모니터링 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법은 GNSS 안테나를 교량에 설치하는 단계(S10); GNSS 위치좌표값을 도출하는 단계(S20); GNSS 위치좌표값에 의해 동특성을 분석하는 단계(S30);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 GNSS 위치좌표값을 기본 데이터로 하여 교량의 실시간 분석거동은 물론, 실시간 GNSS 위치좌표값 또는 저장된 GNSS 위치좌표값을 이용하여 교량의 동특성 분석도 가능한 통합형 모니터링 방법에 관한 것이다.

이렇게 본 발명에서 GNSS를 기반으로 하는 이유는 GNSS가 기후에 영향을 받지 않고 주경간의 길이에 상관없이 측정점의 정확한 위치정보값을 출력할 수 있어 상기에서 언급한 기존 센서를 이용한 기술의 한계점을 극복할 수 있기 때문이다. 또한 GNSS기반의 위치정보값은 상대변위가 아닌 절대변위를 출력하기 때문에 상대변위 계측시 발생하는 오차를 제거할 수 있으며, 본 발명에서는 교량의 동특성 분석을 위해 GNSS 위치좌표값을 시간에 대해 2계 미분을 통해 가속도 신호가 추출되도록 함으로써 기존의 센서들을 완벽히 대체할 수 있기 때문이다.

이에 더하여 도 2에서 보는 바와 같이 GNSS는 기존 센서보다 내구성이 우월하여 센서 사용년수가 길기 때문에 장기간 유지관리 비용도 크게 절감할 수 있다. 물론 아직까지 GNSS는 최신식 장비이기 때문에 기존 센서보다 단가가 높아 초기 설치비용이 크다. 그러나 최근 들어 장비의 개발이 급속화 되면서 GNSS H/W의 단가 또한 크게 줄어들고 있는 실정인 바, 이러한 초기비용을 점점 더 줄여갈 수 있을 것으로 판단된다.

우선 본 발명에서는 GNSS 안테나를 교량에 설치하는 단계(S10)를 갖는다.

GNSS 안테나 설치 시 GNSS 안테나 상부에 위성신호를 방해할 수 있는 요소가 있으면 치명적인 오차를 유발시키게 된다. 따라서 GNSS 안테나는 교량에 있어 케이블 및 주변 시설물에 영향을 받지 않도록 높게 제작되는 것이 바람직하다. 그런데 GNSS 안테나를 높은 위치에서 설치하기 위해 지그를 설치하는 경우 지그의 높이가 높아질수록 주변 온도에 따른 길이방향 열팽창율이 높아지게 되며, 이러한 열팽창율에 의한 지그의 변형은 측정치의 오차를 유발하는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 교량에 GNSS 안테나(10) 설치 시 열팽창을 제어할 수 있는 GNSS 안테나 지그(20)에 의해 설치하도록 하여 이러한 오차발생을 방지하도록 함에 특징이 있다.

상기 GNSS 안테나 지그(20)는 도 3에서 보는 바와 같이 GNSS 안테나(10)를 지지하는 내관(21)과, 상기 내관(21)을 둘러싸며 유격을 형성하는 외관(22)과, 상기 내관(21)과 상기 외관(22) 사이 유격에 충진된 단열재(23)로 구성됨에 특징이 있다.

상기 내관(21)은 상단에서 GNSS 안테나(10)가 부착되며, GNSS 안테나(10)를 구조적으로 지지하도록 하는 기능을 하는 것이다.

상기 외관(22)은 상기 내관(21)과 더불어 구조적 기능을 보완하되, 상기 내관(21)과 상단부에서 원뿔형의 덮개부(24)에 의해 연결됨으로써 외부로부터 외관(22)에 전달된 열이 GNSS 안테나(10)로 바로 전달됨을 방지하고, 원뿔형의 덮개부(24)가 구조적으로 GNSS 안테나(10) 등 상재 하중을 상기 내관(21)은 물론 원뿔형의 덮개부(24)에 의해 외관(22)으로 전달되도록 함으로써 구조적 안정성을 도모하도록 하는 것이다.

특히 상기 내관(21)과 상기 외관(22) 사이에는 단열재(23)가 충진됨으로써 외관(22)에서의 열이 내관(21)으로 전달되는 것을 방지하여 열변형에 의해 측정치의 오차가 발생되는 것을 방지하도록 한다.

상기 내관(21) 및 상기 외관(22)은 그 재질을 한정하지 않으나, 구조적 강성이 있으면서 열팽창율이 낮은 재질을 사용하는 것이 타당한 바, SUS 304가 사용될 수 있다. 또한 단열재(23)의 경우도 그 재질을 한정하지 않으나, 예로서 우레탄폼이 제시될 수 있다.

한편 상기 지그(20)는 GNSS를 이용하여 교량 동특성을 분석하기 위해 교량 주부재에 고정되어 교량과 일체 거동이 가능하도록 하여야 하는 바, 도면에 도시된 바는 없으나, 콘크리트 교량의 경우 지그(20)를 앵커로 고정시켜야 하며, 강교의 경우 앵커볼트가 용접된 플레이트판을 먼저 주부재에 용접한 후 그 위에 지그(20)를 고정시켜야 한다. 플레이트판을 먼저 용접하는 이유는 지그 손상 시 유지관리 및 교체가 용이하기 때문이다.

그 다음으로 본 발명은 GNSS 위치좌표값을 도출하는 단계(S20)를 갖는다.

본 단계에서는 도 5에서 보는 바와 같이 고정된 위치에 설치되고 GNSS데이터를 수신하도록 GNSS안테나가 구성된 기준국(30)과, 교량에 설치되어 GNSS데이터를 수신하도록 GNSS안테나가 구성된 복수의 측정국(40)과, 상기 측정국(40)으로부터 전송되는 GNSS 위치좌표값을 저장하는 상황실의 중앙서버(70)가 설치되는 단계가 선행되어야 한다.

그 다음으로 상기 기준국(30) 및 각각의 측정국(40)에서는 각각 도면에 도시된 바는 없으나, 위성으로부터 GNSS데이터를 수신하여 정확한 GNSS 위치좌표값을 도출하는 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면 상기 기준국(30)은 미리 정적측량을 실시하여 매우 정밀한 위치를 알고 있는 지점에 설치하여 기준 위치좌표값이 설정되어 있는 바, 상기 기준국(30)에서는 GNSS안테나를 이용하여 위성으로부터의 수신된 신호를 처리하여 그 신호에 따른 3차원 좌표값을 산출함에 의해 기 설정된 위치좌표값과 산출된 위치좌표값의 차이를 도출하게 된다. 이러한 차이가 그 시점에서의 여러 요인에 의한 오차로 간주되고, 이러한 차이에 대한 신호(보정신호)를 상기 측정국(40)으로 전송하게 되는 것이다.

상기 측정국(40)에서는 위성으로부터의 수신된 신호에 그 시점에서 상기 기준국(30)으로부터의 보정신호를 반영하여 보정된 GNSS 위치좌표값을 도출하게 되는 것이며, 이렇게 도출된 GNSS 위치좌표값은 상기 중앙서버(70)로 전송되어 저장 및 이하에서 설명할 교량의 실시간 거동분석, 동특성 분석에 기본 데이터로서 사용되는 것이다.

이러한 기준국(30)과 측정국(40) 간의 데이터흐름을 더욱 상세히 설명하면 본 발명에 있어 상기 기준국(30)의 보정신호는 CMR+ 신호이며, 이는 도 5에서 보는 바와 같이 광케이블 라인(50)을 통해 현장에 있는 측정국(40)으로 전송된다. 측정국에서(40)는 기준국(30)에서 출력된 CMR+ 값을 취하여 자체적인 RTK(Real Time Kinematic)를 실시하며, 위치좌표값을 NMEA 형식의 데이터로서, GGA(위치정보), GSA(품질정보), GSV(위성정보)를 출력하여 광케이블 라인(60)을 통해 중앙서버(70)로 전송토록 하는 것이다. 더욱 바람직하게는 상기 측정국(30)에서 출력하는 NMEA GGA는 교량의 동특성 분석을 위해 최소 10Hz 이상의 샘플링이 요구되며, GSA, GSV는 과부화를 최소화하기 위해 초당 1개의 샘플링을 취하는 것이 타당하다.

이와 같이 기준국(30)과 측정국(40)간의 통신 및 측정국(40)의 NMEA 출력신호는 광케이블(50, 60)을 통해 이루어질 수 있다. 기존에 어떠한 모니터링 시스템이 구축된 교량의 경우 현장과 현장사무실(계측실)간에 광케이블 혹은 기타 통신라인이 구축되어 있는 바, 이러한 교량에 추가적으로 본 발명의 방법을 구현하려면 기존 설치된 통신라인을 사용하여도 중앙서버(70)까지 데이터 통신이 가능하게 되는 것이다. 특히 본 시스템은 NMEA 신호만을 출력하기 때문에 데이터의 이동량이 적고 가벼워 기존의 통신라인으로도 충분히 양방향 통신이 가능하게 되어 호환성, 현장적용성이 우수하게 되는 것이다.

한편 GNSS는 일반적으로 UTP 케이블을 통해 신호를 송출하며, 따라서 기존에 설치된 광 컨버터(80)까지 UTP 케이블이 연결되어야 한다. 이러한 UTP 케이블의 경우 통상적으로 90m 이상이 되면 데이터 손실이 발생하기 때문에 케이블이 길어질 경우 스위칭 허브(90)를 추가 설치하는 것이 바람직하다. 또한 기존 광컨버터(80)는 이미 계측 데이터로거와 연결되어 있기 때문에 추가적으로 스위칭 허브(90)를 설치하여야 한다. 각각의 리시버는 고유 IP를 필요로 하며 기존 계측시스템이 사용하는 IP에서 마지막 콜론 이후부터만 다르게 설정하여야 원활한 네트워크 통신이 가능하게 되는 것이다.

마지막으로 본 발명에서는 GNSS 위치좌표값에 의해 동특성을 분석하는 단계(S30)를 갖게 된다.

즉 본 발명에서는 도 6에서 보는 바와 같이 상기 단계(S20)에서 도출되는 GNSS에서 추출되는 실시간 위치 좌표 즉 실시간 GNSS 위치좌표값을 이용하여 교량의 실시간 거동분석 뿐만 아니라 동특성 분석까지 가능하게 되는 것이며, 동특성 분석에 있어서는 상기 중앙서버(70)에 저장된 데이터(RINEX 파일)를 사용하여 후처리(Post Processing)에 의해 정밀도가 높은 분석이 가능하도록 하는 것이다.

도 7은 상기에서 언급한 실시간 거동분석이 화면에 구현된 예를 나타내는 것으로, 10Hz의 빈도수로 추출되는 실시간 NMEA GGA 데이터는 위치좌표값을 표현하는 것으로, 최대 50Hz까지 지원 가능하다. 이러한 실시간 시계열 위치좌표값은 실시간 조회 화면에서 그래프로 표현되며, NMEA GSA에서 추출된 데이터 품질정보를 이용하여 실시간 품질조회 결과가 표출되고, NMEA GSV에서 출력되는 위성정보를 이용하여 실시간 Sky Plot이 구현되는 예가 도시된다.

한편 이러한 실시간 거동분석에 대한 정확도 검증을 수행하였는 바, 정확도 검증은 본 출원인의 "특허출원 제10-2011-0087913호"에서 제안된 "GNSS 데이터 정확도 측정장치"를 사용하였다. 실험 조건은 하기 표 2와 같다.

내용	실험조건
1. Motion Frequency	0.0758 Hz
2. Motion Amplitude	600 mm
3. Engine	NMEA RTK
4. Data Sampling	50 Hz
5. Output Form	NMEA GGA 50Hz
6. Duration time	50 sec

[표 2] RTK GNSS S/W 정확도 검증 실험 조건

이러한 검증에 대해 도 8에서는 결과를 그래프로 도출하였다. 결과 그래프는 모듈을 통해 출력된 시계열 위치좌표값을 엑셀시트에서 표현하였다. 본 검증에서 데이터 필터링은 Median Filter를 사용하였으며, 검증결과 수평방향 STD가 약 5.7 ~ 7.1mm로 측정되었다. 하기 표 3은 검증 결과표이다.

Errors(mm)	Non Filter		Filter
	Mean	STD	Mean	STD
N	-0.682	5.881	0.685	5.743
E	-0.076	7.140	0.182	5.697

[표 3] 정확도 검증 Test 결과

한편 상기에서 언급한 바와 같이 본 발명은 상기 실시간 거동분석은 물론 교량의 동특성 분석에 대해서도 제시하고 있는 바, 도 1에서 보는 바와 같이 GNSS 위치좌표값을 가속도신호로 변환시키는 단계(S11); 고속푸리에변환(FFT)을 통해 고유진동수를 추출하는 단계(S12);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 실시간 GNSS 위치좌표값을 이용하여 교량의 실시간 거동분석 뿐만 아니라 동특성 분석까지 가능하게 되는 것이며, 동특성 분석에 있어서는 실시간 GNSS 위치좌표값을 기본 데이터로 하여 분석할 수 있음은 물론 상기 중앙서버(70)에 저장된 GNSS 위치좌표값에 대한 데이터(RINEX 파일)를 사용하여 후처리(Post Processing)에 의해 정밀도가 높은 동특성 분석도 가능하도록 한다.

우선 GNSS 위치좌표값을 가속도신호로 변환시키는 단계(S11)를 갖는다. 여기서 GNSS 위치좌표값은 상기에서 언급한 바와 같이 실시간으로 전달된 GNSS 위치좌표값이 될 수 있고, 더욱 정밀한 측정을 위해 저장된 GNSS 위치좌표값이 될 수 있다. 본 단계에서는 상기 단계(S20)에서 도출되는 실시간 GNSS 위치좌표값을 시간에 대한 2계 미분을 통해 가속도 신호로 변환하게 되는 것이다. 본 단계를 통해 변위 값에 포함되는 저주파수대역의 오차 및 장기거동이 2계 미분을 통해 제거되어 교량 고유 진동수 추출이 더욱 용이해 지는 것이다.

또한, 본 단계에서는 필터링이 수행되어 지는 바, Band Pass, Low Pass, High Pass 등 대역필터링에 의해 저역 주파수에 밀집되어 있는 교량 고유진동수 추출이 더욱 용이하게 되는 것이다.

그 다음으로 고속푸리에변환(FFT)을 통해 고유진동수를 추출하는 단계(S12)를 갖는다. 본 단계에서는 상기 단계(S11)에서 추출된 가속도신호에 관한 데이터를 고속푸리에변환(FFT, Fast Fourier Tranform)을 통해 고유진동수가 추출되도록 하는 것이다. 이 경우 GNSS 데이터는 기존 센서로서 가속도계보다 샘플링이 적기 때문에 장시간 데이터를 이용하는 경우가 아니라면 고유진동수 추출이 어렵다. 따라서 본 단계에서는 중첩분석 기능을 통해 부족한 데이터 샘플링을 보완하는 것이 타당하며, 중첩률은 최대 50%까지 지원된다.

한편 상기에서 언급한 교량 동특성 분석방법에 대한 검증하기 위해 케이블 Test를 실시하였다. 도 9는 교량 동특성 분석방법 검증 Test 전경이다. 본 검증에서는 한국 도로공사 도로교통기술원 차량충돌실험장에 설치된 케이블에 GNSS 안테나를 설치하여 실시간 데이터를 취득한 후 케이블의 고유진동수를 추출하여 구조계산을 통해 나온 결과와 가속도계를 통해 추출된 결과와 비교 분석을 실시하였다. 하기 표 4는 GNSS와 가속도계를 이용한 교량 동특성 분석 결과를 비교한 결과이다.

하기 표 4에서 보여지는 바와 같이 비교분석 결과 오차가 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 즉 본 발명에서는 기존의 센서로서 가속도계 등을 사용하지 않고 GNSS기반에 의해 위치좌표값을 가속도로 변환하여 수행되더라도 그 결과치가 거의 동일한 것으로 판단되는 바, 본 발명의 방법이 기존의 가속도계 등 센서에 의한 모니터링 방법을 대체할 수 있는 것으로 사료된다.

기관	1차 모드	2차 모드	3차 모드	4차 모드	5차 모드
이론식	0.912	1.824	2.736	3.648	4.560
도로교통연구원 (가속도계)	0.928	1.831	2.734	3.662	4.590
EJtech (GNSS)	0.928	-	2.734	-	4.541

[표 4] 케이블 실험 FFT 결과

10 : GNSS 안테나 20 : GNSS 안테나 지그
21 : 내관 22 : 외관
23 : 단열재 24 : 덮개부
30 : 기준국 40 : 측정국
70 : 중앙서버

Claims (4)

1. GNSS 안테나를 지지하는 내관과, 상기 내관을 둘러싸며 유격을 형성하는 외관과, 상기 외관의 끝단에서 원뿔형상으로 상기 내관에 연결되는 덮개부와, 상기 내관과 외관 사이에 충진되는 단열재로 구성되되 상기 내관 및 외관은 스테인리스 스틸로 구성되는 GNSS 안테나 지그를 교량에 설치하는 단계;
   정적측량이 실시된 기준 지점에 설치되어 기준 위치좌표값을 설정하며 위성으로부터 수신된 신호를 처리하여 그 신호에 따른 3차원 좌표값을 산출하고 기 설정된 상기 위치좌표값과 산출된 위치좌표값의 차이를 도출하여 보정 신호를 송신하는 기준국과, 상기 기준국으로부터 송신한 보정 신호를 수신하는 복수의 측정국으로 GNSS 안테나를 구성하며, 상기 측정국에서 위성으로부터 수신된 신호에 그 시점에서 상기 기준국으로부터 수신한 보정 신호를 반영하여 GNSS 위치좌표값을 도출하는 단계;
   GNSS 위치좌표값에 의해 동특성을 분석하는 단계; 및
   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 동특성 분석기능을 포함한 통합형 GNSS 기반 교량 모니터링 방법.
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