KR101397620B1

KR101397620B1 - 지하시설물의 3차원 위치 측정장치

Info

Publication number: KR101397620B1
Application number: KR1020130097864A
Authority: KR
Inventors: 김유희
Original assignee: 주식회사 유성
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-05-27

Abstract

본 발명은 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자유도방식의 측량장비를 이용하여 지하시설물의 3차원 위치를 측정할 때 측량장비가 상시 중력방향을 향하도록 함과 동시에 상하 높이 조절이 가능하게 하여 측량 정확도를 높일 수 있도록 개선된 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 3면에서 수신되는 각 쌍의 상부 수신안테나와 하부 수신안테나의 반응도 차이를 활용하여 지하시설물의 직상부가 아니더라도 어느 방향으로 지하시설물이 위치하는 지를 정확하게 추정하는 것이 가능하므로, 지하시설물의 평면위치를 탐사하는 시간을 획기적으로 줄이는 것이 가능하고, 수신부가 항상 중력방향으로 수직하게 정렬하도록 유도하여 정확한 측정 및 높이 조절이 가능하여 측정오차를 줄일 수 있다.

Description

지하시설물의 3차원 위치 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING THREE DIMENSIONS POSITION OF UNDERGROUND CONSTRUCTION}

본 발명은 지하시설물이 매설된 위치를 좌표값과 깊이값이 포함된 3차원 정보에 의하여 지하탐사하므로 매설된 위치를 정확하게 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자유도방식의 측량장비를 이용하여 상하수도관, 가스관, 송유관, 통신관이 포함되는 지하시설물이 매설된 위치를 좌표와 깊이 정보가 포함된 3차원 정보로써 위치를 정밀하게 측량할 때 측정장치가 항상 중력방향을 향하도록 하고 지하시설물의 직상부가 아니어도 정확하게 측량하며 장치의 상하 높이 조절이 가능하여 지하시설물 측량의 오차를 줄이어 정확도를 높일 수 있도록 개선한 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 관한 것이다.

이하의 설명에서 측량과 측정은 같은 의미로 사용하고 문맥에 적합하게 선택적으로 사용하기로 한다.

최근 도시가 첨단화와 기능화로 발달하면서 지하는 그 어느 때보다 중요한 활용공간, 공공시설용 공간으로 자리매김하여 가고 있다.

그러나 지금까지 매설된 수많은 상하수도, 전력, 통신, 송유, 가스 등을 위한 지하시설물은 그 매설된 위치와 깊이에 대한 정보가 부정확할 뿐만 아니라 관리주체가 다양하고 분산 관리되어 효율적인 운용에 걸림돌이 되고 있다.

따라서 지하탐사 및 측량장비는 지하시설물에 의한 안전사고의 예방 및 효율적인 관리를 위해 국가 차원의 지하시설물 측량을 정밀하게 행하고, 나아가 3차원 지하시설물의 지리정보시스템(GIS;Geographic Information System) 구축을 통해 풍요롭고 안전하며 쾌적한 안전 사회 구현에 동참할 수 있다.

일반적으로 측량은 지표면, 지하, 수중 및 공간에서의 특정한 점 위치를 측정하여 그 결과를 도면 등에 수치로 표시하고, 거리와 높이, 면적, 체적 및 변위의 계산을 하거나 도면 및 수치로 표시된 위치를 재현하는 것으로 정의한다. 그리고 측량은 지도 제작, 연안 해역 측량, 측량용 사진촬영 등을 포함한다. 즉, 측량은 지구 및 우주공간에 존재하는 각 점들 간의 상호 위치관계와 그 특성을 해석하는 기술분야로서 지표면, 지하, 수중, 해양, 공간 및 우주 등 인간 활동이 미칠 수 있는 모든 영역 내의 자연물, 인공 시설물 등을 포함한다.

나아가 측량은 길이, 각, 시, 방향 등을 수치적으로 규명하며, 평면 및 곡면, 공간을 고려한 거리와 각의 조합 해석에 의하여 수평위치, 연직위치를 결정하고, 그 위치를 시간 또는 도형과 함께 3차원적으로 표현하는 정량적 해석을 한다. 그리고 환경 및 자원에 대한 지형정보 수집, 해석 및 처리를 수행하는 의미로서 정성적으로 해석한다.

이와 같이 측량은 대상물의 조사, 관측, 해석, 계획 및 설계 그리고 평가 및 유지관리 등의 처리과정을 도출할 수 있다.

지속적인 경제, 사회, 문화 및 산업수준의 향상으로 인하여 국가, 지방자치단체, 전기회사, 수자원공사, 가스공사, 통신회사, 지역난방공사 등의 수많은 기관에서 매설한 각종 지하시설물이 거미줄처럼 지하공간(대부분 지표면으로부터 지하 3m 정도의 심도)을 자리 잡고 있다.

그러나 지하시설물의 정확한 위치를 파악하지 못하고 각종 토목 및 건설 공사를 진행한 결과에 의하여 공사 중 각종 사고가 발생하고, 사고의 피해 정도는 과거에 비하여 현저하게 증가하고 있는 실정이다.

지하시설물은 사회적인 기반시설이면서 정보화 사회의 기간망인 관계로, 지하시설물과 관련된 각종 사고와 재난은 개인의 물질과 신체에 직접적인 피해를 줄 뿐만 아니라, 국가경제에도 심대한 영향을 미치게 된다.

따라서 지하시설물은 도시의 안전과 밀접한 관련이 있으며, 안전하고 쾌적한 도시(U-CITY)를 위해서는 체계적이고 과학적인 지하시설물의 관리가 필요하다. 그러나 현실은 건설교통부 및 정보통신부 등으로부터 지하시설물 위치확인 및 GIS화를 위한 적극적인 정부지원과 연구개발 투자가 있으나 그 성과는 선진국 대비 미미한 수준에 머물고 있다.

이러한 원인 중에 하나는 지하시설물이 매설단계에서부터 확인단계까지 철저하게 유기적으로 설계도에 따라 시공되지 않은 것도 있으며, 매설된 지하시설물 확인을 위한 지하탐사 및 측량 기술의 미진함, 한계성, 제한성에도 그 원인이 있다.

또한, 도시정보시스템(UIS) 및 지능형 국토정보체계를 실현하기 위해서는 고해상, 정밀한 좌표, 깊은 심도의 3차원 지하시설물 탐사 및 측량 기술을 이용한 정밀한 위치 파악이 매우 필요하다.

종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 지하시설물의 탐사와 측량을 위한 대표적인 탐사 및 측량기술로 전자유도 탐사법(유도자장 탐사법)이 있다.

전자유도 방식은 전도체에 전기가 흐르면 도체 주변에 자장이 형성되는 전자기장의 법칙(Maxwell 법칙)에 따라 전류가 통하는 물체는 동심원적인 자장을 형성하며, 그 크기는 전류의 강도 및 거리에 따라 좌우되는 특성을 이용하는 기술이다.

그러므로 전자유도 탐사법은 동심원적인 자장을 수신기로 수신하고 증폭시켜 그 크기를 음향이나 지시계에 나타나도록 구성하여 지하시설물의 탐사를 진행한다.

전자유도 탐사법은 지하에 매설된 금속성 관로나 도전성 케이블 등의 위치 및 심도를 측정하는 방법으로서 매우 편리하고, 비금속성 관로(non-metallic pipe)의 탐지가 불가능한 단점이 있으나 탐침(Sonde)을 이용하면 부분적으로 비금속 관로나 공관로를 탐지하는 것도 가능하기 때문에 가장 많이 사용한다.

전자유도 탐사법으로 평면위치 측정과 매설 심도 측정을 행하며, 평면위치 측정에는 최대법(Peak method)과 최소법(Null Method)이 있다.

이때, 최대법은 수신기를 전류가 흐르는 전도체에 대하여 수평으로 이동시키면, 자력선은 코일의 방향에 따라 진행하므로 전도체 위에서는 최대신호(Peak Signal)가 발생하며, 매설물의 양단에서의 자력선이 코일 축의 방향으로 진행하므로 자력선은 점점 작아져서 신호가 감소되는 점을 이용한다. 즉 매설된 전도체의 가장 근접한 곳에서 직각을 이루어 정확한 배열일 때에는 전류가 가장 높은 반응을 나타내는 점을 이용한다.

그리고, 최소법은 지하시설물의 중심(자장 세기의 최고점)을 수신기의 수치가 "0"에 가까운 데서 찾는 방법으로, 개략적인 위치를 측정하는 데 사용된다. 즉 수직 안테나(Vertical Antenna)의 수신기를 전류가 흐르는 매설물에 대하여 수직으로 이동시키면, 코일의 축방향으로 진행하는 자력선(Magnatic Force line)이 최소로 되어 시설물 위에서는 최소의 신호(Null Signal)가 발생하는 점을 이용한다.

이와 같이 시설물 양단에서의 강한 신호 레벨과 시설물 위에서의 약한 신호 레벨을 검출하여 지하시설물의 위치를 확인하는 것이 가능하다.

지하시설물이 매설된 심도(깊이) 측정은 탐사대상 관로의 직상부에서 최대법에 의하여 정밀한 위치를 측정한 후에, 두 개의 수평 안테나가 일정 간격(일 실시 예로 400mm) 떨어져 있는 이중 안테나(Twin Aerial Antenna)를 사용하여 탐사한다.

예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부 수평안테나(t)와 하부 수평 안테나(b)를 일정 간격(x)을 두고 설치한 수신기를 사용하여 전도체에 흐르는 전류(I)를 측정하면, 상부 수평안테나(t)의 반응도와 하부 수평안테나(b)의 반응도는 각각 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.

수학식 1

수학식 2

상기 수학식 1 및 수학식 2에서, Et는 상부 수평안테나에서의 반응도를 나타내고, Eb는 하부 수평안테나에서의 반응도를 나타내고, I는 전도체에 흐르는 전류의 세기를 나타내고, x는 상부 수평안테나와 하부 수평안테나 사이의 간격을 나타내고, d는 하부 수평안테나로부터 전도체 까지의 심도를 나타낸다.

그리고 하부 수평안테나(b)에서의 반응도(Eb)에서 상부 수평안테나(t)에서의 반응도(Eb)를 차감하여 정리하면 다음의 수학식 3과 같다.

수학식 3

상기 수학식 3에 수학식 1을 전도체에 흐르는 전류(I)에 대하여 정리하여 대입하면, 다음의 수학식 4와 같이 나타내어진다.

수학식 4

따라서 수학식 4를 정리하면, 하부 수평안테나(b)로부터 전도체(지하시설물)까지의 심도(d)는 다음의 수학식 5와 같이 나타내어진다.

수학식 5

그리고 전자파 장애지역에서는 삼각법을 이용하여 매설 깊이를 구한다.

상기와 같이 전자유도 탐사법은 지하시설물인 관로나 케이블 등에 교류 전류를 흐르게 하여 그 주변에 교류자장을 발생시켜 지표면에서 발생된 교류 자장을 수신기의 측정 코일 감도 방향성을 이용하여 평면 위치를 측정하고, 지표면으로부터 전위 경도에 대해 심도를 측정한다. 전류를 통과시키는 토질은 국지적으로 변하는 데, 젖은 토양은 건조한 모래보다 훨씬 좋은 도체로 작용한다.

상기와 같이 이루어지는 종래기술에 의한 전자유도 탐사법에 있어서는 지하시설물의 직상부에서만 측정이 가능하며, 탐사 결과가 지상의 임의 위치에서의 직하부 몇 m(심도)에 지하시설물이 존재한다는 1차원적인 정보라는 한계가 있다.

즉, 어느 지역에서 정확한 위치를 알 수 없는 지하시설물을 탐사하는 경우에, 의심되는 지역 전체에 대한 정밀한 탐사를 행하여 지하시설물의 평면 위치에 대한 정확한 정보를 획득하여야만, 이를 바탕으로 직상부에서 심도에 대한 측정을 행하는 것이 가능하다. 따라서 지하시설물의 평면 위치에 대한 정확한 정보를 획득하기 위한 탐사 시간이 매우 오래 소요된다는 문제가 있다. 특히, 지하시설물이 존재하는 위치를 잘못 판단하여 어느 정도 떨어진 지역에서 탐사를 행하는 경우 정확한 지하시설물의 위치를 찾아내지 못할 가능성도 배제할 수 없다.

이를 개선하기 위한 종래기술로 공개특허 제2011-0058313호(2011.06.01.) "지하 시설물 측량용 3차원 전자유도 측량장비"가 개시된 바 있다.

하지만, 상기와 같이 개선된 종래기술은 수신기가 리지드(Rigid)하게 고정된 구조이므로 측량작업시 수직도를 정확하게 유지할 수 없고, 이로 인해 측량 불량이 발생되는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 길이 조절이 불가능한 구조여서 작업자의 숙력도에 따라 높낮이가 달라져 측량값의 오차가 심한 문제가 있었다.

대한민국 특허 출원 제10-2009-0115061호(2009.11.26.) "지하 시설물 측량용 3차원 전자유도 측량장비"

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 지하시설물의 직상부가 아니더라도 지하시설물의 정확한 위치를 탐사하는 것이 가능하고 탐사 시간을 획기적으로 단축하는 것이 가능하며, 무엇보다도 수신부가 항상 중력방향으로 수직하게 정렬하도록 유도하여 정확한 측정 및 높이 조절이 가능하여 측정오차를 줄일 수 있도록 한 지하시설물의 3차원 위치 측정장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 탐사하려는 지하시설물에 교류 전류를 전파하는 송신기와, 상기 송신기로부터 전파된 교류 전류에 의하여 지하시설물에서 발생하는 유도 자기장을 수신하여 매설 위치와 깊이를 탐사하는 수신기를 포함하되, 상기 수신기는 정삼각기둥 형상, 정삼각통 형상, 원기둥 형상, 원통 형상, 구형상 중에서 선택한 형상으로 구성되고, 설정된 간격을 두고 평행하게 위치하는 한쌍의 상부 수신안테나와 하부 수신안테나가 평면에서 보아서 360도를 3으로 등분할한 3면에 각각 하나씩 배치하여 설치되며; 지면과 수직으로 위치하며 상기 송신기와 수신기가 설치되는 지지봉과, 상기 지면과 수평으로 위치하며 상기 지지봉의 상단부에 연결 설치되는 손잡이와, 상기 하부 수신안테나와 상부 수신안테나로부터 수신되는 신호를 처리하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 입력되는 조건 및 처리된 결과를 표시하는 표시부와, 상기 제어부에 설정되는 값을 입력하기 위한 키패드부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 송신기의 작동여부를 알려주는 신호음을 발생시키는 스피커부와, 상기 제어부와 외부 컴퓨터를 연결할 수 있도록 시리얼 포트와 USB 포트를 갖는 포트부를 더 포함하는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 있어서; 상기 포트부의 하면에 고정된 내부 중공형 고정대; 상기 고정대에 삽입되는 인출대; 상기 인출대의 일측면에 형성된 래크기어; 상기 고정대의 하단 일측에 회전가능하게 축고정되고, 상기 고정대를 관통하여 상기 래크기어와 맞물리는 피니언기어; 상기 피니언기어의 일측면에 일체로 형성된 종동베벨기어; 상기 종동베벨기어와 맞물리는 구동베벨기어; 상기 구동베벨기어가 회전축 상에 고정되고, 모터리드선을 통해 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 고정대의 일측면에 고정설치된 인출모터; 상기 인출대의 하단에 일체로 고정되고, 구 형상의 하단 일부가 절단된 형태를 갖는 파지컵; 상기 파지컵의 내주면에 매립고정되고, 상기 제어부와 전자석리드선을 통해 전기적으로 연결된 전자석; 상기 파지컵의 내경과 대응되는 외경을 갖고, 상기 파지컵에 볼 죠인트되며, 내부에는 자성금속이 인서트되고, 상기 수신부를 구성하는 지지봉의 상단에 일체로 형성된 수용볼;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 3면에서 수신되는 각 쌍의 상부 수신안테나와 하부 수신안테나의 반응도 차이를 활용하여 지하시설물의 직상부가 아니더라도 어느 방향으로 지하시설물이 위치하는 지를 정확하게 추정하는 것이 가능하므로, 지하시설물의 평면위치를 탐사하는 시간을 획기적으로 줄이는 것이 가능하다.

또한, 수신부가 항상 중력방향으로 수직하게 정렬하도록 유도하여 정확한 측정 및 높이 조절이 가능하여 측정오차를 줄일 수 있다.

도 1은 전자유도 탐사법의 심도를 측정하는 상황을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치의 일실시예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치의 일실시예에 있어서 수신기를 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치의 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치의 일실시예를 사용하여 지하시설물을 탐사하는 상태와 표시부의 화면을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치의 개량된 추가 실시예를 보인 요부 확대도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 후술되는 선 공개특허 제2011-0058313호(2011.06.01.)를 그대로 이용한다. 때문에, 이하 설명되는 장치 구성상 특징들은 모두 공개특허 제2011-0058313호에 기재된 사항들이다.

다만, 본 발명은 상기 공개특허 제2011-0058313호에 개시된 구성들 중 높이조절 및 중력방향 정렬 기능을 개선한 부분이 가장 핵심적인 구성상 특징을 이룬다.

따라서, 이하 설명되는 장치 구성과 특징 및 작동관계는 상기 공개특허 제2011-0058313호의 내용을 그대로 인용하기로 하며, 후단부에서 본 발명의 주된 특징과 관련된 구성에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하시설물의 3차원 위치 측정장치는 탐사하려는 지하시설물에 교류 전류를 전파하는 송신기(10)와, 상기 송신기(10)로부터 전파된 교류 전류에 의하여 지하시설물에서 발생하는 유도 자기장을 수신하여 매설 위치와 깊이를 탐사하는 수신기(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 송신기(10)는 지하시설물의 재질에 따라 간접탐사법(유도법), 직접연결법 등을 선택하여 실시하는 것이 가능하도록 구성하는 것이 가능하다.

상기에서 간접탐사법은 송신기(10)를 유도 안테나(guidance antennas)로 구성하여, 일정 주파수(예를 들면, 50Hz, 60Hz, 1KHz, 8KHz, 33KHz, 128KHz 등)의 교류 전류를 전파하도록 구성한다.

상기 직접연결법은 송신기(10)와 연결된 단자를 지면에 접지시켜 일정 주파수(예를 들면, 50Hz, 60Hz, 1KHz, 8KHz, 33KHz, 128KHz 등)의 교류 전류를 전파하도록 구성한다.

상기 송신기(10)의 구성은 종래 전자유도 탐사법에서 사용하는 송신기의 구성을 적용하여 실시하는 것도 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 수신기(20)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 설정된 간격을 두고 평행하게 위치하는 한쌍의 상부 수신안테나(22)와 하부 수신안테나(24)가 평면에서 보아서 360도를 3으로 등분할한 3면에 각각 하나씩 배치하여 구성된다.

상기 상부 수신안테나(22)와 하부 수신안테나(24)는 서로 평행하게 배치되어 설치되고, 지면과 수평으로 배치되어 설치된다.

예를 들면, 상기 수신기(20)는 정삼각기둥이나 정삼각통 형상으로 구성하는 것도 가능하고, 원기둥이나 원통 형상으로 구성하는 것도 가능하다.

그리고, 본 발명에 따른 지하시설물 측량용 3차원 전자유도 측량장비의 일실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 지면과 수직으로 위치하는 지지봉(30)과, 지면과 수평으로 위치하는 손잡이(40)를 포함한다.

상기 수신기(20)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 평면에서 보아서 360도를 3등분할한 3면에 각각 하부 수신안테나(24)를 배치하여 구성하는 하부 수신블럭(23)과, 평면에서 보아서 360도를 3등분할한 3면에 각각 상부 수신안테나(22)를 배치하여 구성하는 상부 수신블럭(21)으로 구성하는 것도 가능하다.

상기 하부 수신블럭(23) 및 상부 수신블럭(21)은 상기 지지봉(30)에 설정된 일정 간격(예를 들면 400mm, 800mm, 1m)을 두고 고정 설치된다.

상기 지지봉(30)의 하단에는 하부 수신블럭(23)이 설치되고, 상기 하부 수신블럭(23)으로부터 일정 간격을 두고 상부 수신블럭(21)이 설치된다.

상기 하부 수신블럭(23)과 상부 수신블럭(21)은 각각 3면에 설치되는 하부 수신안테나(24)와 상부 수신안테나(22)가 서로 대응되는 동일 평면상에 위치하도록 배치하여 설치한다.

상기 하부 수신블럭(23) 및 상부 수신블럭(21)은 각각 구형상으로 구성하는 것도 가능하고, 원기둥형상이나 원통형상, 삼각기둥형상이나 삼각통형상, 육각기둥형상이나 육각통형상 등으로 형성하는 것도 가능하다.

상기 지지봉(30)에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 서로 180도로 위치하는 한쌍의 유도 안테나로 이루어지는 송신기(10)를 상기 하부 수신블럭(23) 위쪽에 설치한다.

상기 지지봉(30)은 필요에 따라 접어서 보관할 수 있도록 중간부분에 접이식 결합(folding joint)(34)을 적용하는 것도 가능하다. 여기에서 접이식 결합(34)은 일반적으로 기계구조에서 많이 사용하는 방식(예를 들면, 힌지를 이용하여 회전하여 접는 방식 또는 경첩 등을 이용하여 접는 방식 등)을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.

상시 지지봉(30)의 상단에는 손잡이(40)를 연결한다.

그리고, 본 발명에 따른 지하시설물 측량용 3차원 전자유도 측량장비의 일실시예는 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 하부 수신안테나(24)와 상부 수신안테나(22)로부터 수신되는 신호를 처리하는 제어부(50)와, 상기 제어부(50)와 연결되어 입력되는 조건 및 처리된 결과 등을 표시하는 표시부(58)와, 소정의 설정되는 입력값 및 상기 송신기(10)로부터 전파되는 교류 전류의 주파수 등을 입력하기 위한 키패드부(56)를 설치하는 것도 가능하다.

상기에서 제어부(50)와 표시부(58), 키패드부(56)는 지지봉(30)과 손잡이(40)에 의해 지지되도록 하나의 세트를 구성하여 설치한다.

또, 상기 손잡이(40)에는 상기 제어부(50)와 연결되어 상기 송신기(10)의 작동여부를 알려주는 신호음을 발생시키는 스피커부(59)를 설치하는 것도 가능하다.

상기 제어부(50)에는 외부 컴퓨터와 연결할 수 있도록 시리얼 포트(serial port), USB 포트(USB port) 등으로 이루어지는 포트부(57)가 연결 설치된다.

그리고 상기 손잡이(40)에는 상기 제어부(50) 등에 전원을 공급하기 위한 배터리부(60)를 더 설치하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성하게 되면, 손잡이(40)를 잡은 상태로 용이하게 이동하면서, 지하시설물의 탐사를 행하기에 매우 편리한다.

도 5에는 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지하시설물 측량용 3차원 전자유도 측량장비의 일실시예를 이용하여 지하시설물(2)에 대한 탐사를 행하는 과정을 나타낸다.

예를 들면, 지하시설물(2)의 직상방 위치에 수신기(20)가 위치하는 경우(㉯위치의 경우)에는 표시부(58)에 중앙에 위치하는 것으로 표시되고, 좌측 또는 우측으로 치우쳐 위치하는 경우(㉮ 또는 ㉰ 위치의 경우)에는 표시부(58)에 중앙에서 치우쳐 위치하는 것으로 표시된다.

상기에서 상기 수신기(20)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 등분할된 3면에 각각의 상부 수신안테나(22)와 하부 수신안테나(24)가 위치하므로, 지하시설물(2)이 위치하는 방향에 따라 각 면의 상부 수신안테나(22) 및 하부 수신안테나(24)로부터 얻어지는 신호가 다르게 된다.

즉, 어느 한면의 신호가 다른 2면의 신호보다 상대적으로 큰 값을 나타내게 되며, 상대적으로 큰 값을 나타내는 면과 수직한 방향과 평행한 방향으로 지하시설물(2)이 위치하는 것으로 해석된다.

상기와 같이 지하시설물(2)의 길이방향과 평행한 방향을 확인한 다음, 이 방향과 수직하게 이동하면서 신호의 크기를 분석하면, 용이하게 지하시설물(2)의 직상방 위치를 찾아내는 것이 가능하다. 즉, 지하시설물(2)과 근접될수록 신호의 크기가 상대적으로 커지므로, 신호가 커지는 방향으로 이동하면 용이하게 지하시설물(2)의 위치를 확인하는 것이 가능하다.

상기와 같이 상기 제어부(50)에서는 3면의 하부 수신안테나(24)와 상부 수신안테나(22)로부터 입력되는 신호를 분석하여 현재 수신기(20)의 위치를 중심으로 지하시설물(2)이 어느 방향으로 위치하고 있는 지를 도 5에 나타낸 바와 같이, 표시부(58)를 통하여 표시하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 지하시설물 측량용 3차원 전자유도 측량장비의 실시예에 의하면, 3면으로부터 얻어지는 하부 수신안테나(24)와 상부 수신안테나(22)의 신호를 분석하여, 각 면에서 얻어지는 신호의 크기를 비교하여 분석하는 것으로, 용이하게 지하시설물(2)의 배치방향과 위치를 찾아내는 것이 가능하다. 따라서 탐사시간을 획기적으로 줄이는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 추가 실시예는 상기 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 구성을 그대로 포함하면서 도 6에 도시된 바와 같이, 포트부(57)와 상기 수신기(20) 중 상부 수신블럭(21) 사이에 높이조절수단 및 중령방향정렬수단을 더 포함함으로써 상기 수신기(20)가 자동적으로 상시 중력방향으로 정렬하도록 하고, 정확한 위치에 세팅시킬 수 있어 측정오차를 줄이고, 측량작업의 정확도를 높일 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 높이조절수단은 고정대(500), 인출대(510), 인출모터(520) 및 구동베벨기어(530), 종동베벨기어(540), 피니언기어(550), 래크기어(560)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 고정대(500)는 상기 포트부(57)의 하면에 견고히 고정되고, 내부는 비어 있는 중공형의 부재이다.

이 경우, 상기 고정대(500)는 원통형상이어도 무방하나, 동작의 원활성과 정확성을 고려하여 사각형상으로 형성됨이 특히 바람직하다.

그리고, 상기 고정대(500)에는 상기 인출대(510)가 삽입된다.

이때, 상기 인출대(510)의 일측면에는 래크기어(560)가 길이방향으로 형성되어 있고, 상기 래크기어(560)에는 피니언기어(550)가 치결합된다.

상기 피니언기어(550)는 일측면에 종동베벨기어(540)가 일체로 구성된 이중 기어 형태이며, 그 회전축은 상기 고정대(500)의 하단 일부에 고정된다.

따라서, 상기 고정대(500)의 하단 일부에는 상기 피니언기어(550)가 설치될 수 있도록 구멍(도면번호 생략)이 형성되며, 이 구멍을 통해 피니언기어(550)의 치면 일부가 고정대(500) 속으로 들어가 상기 래크기어(560)와 맞물리게 된다.

아울러, 상기 고정대(500)의 외주면 일부에는 인출모터(520)가 고정되고, 상기 인출모터(520)의 회전축에는 구동베벨기어(530)가 고정된다.

이때, 상기 구동베벨기어(530)는 상기 피니언기어(550)와 일체로 형성된 종동베벨기어(540)와 치결합된다.

때문에, 상기 인출모터(520)의 회동력은 상기 구동베벨기어(530)와 종동베벨기어(540)를 통해 인출모터(520)의 회전축과 직각방향으로 전달되고, 전달된 회동력은 피니언기어(550)를 통해 래크기어(560)로 전달될 수 있게 된다.

그리고, 상기 인출모터(520)는 모터리드선(L1)을 통해 제어부(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부(50)의 제어신호에 따라 회전방향 및 회전수가 제어된다.

따라서, 상기 인출모터(520)의 구동에 의해 상기 인출대(510)가 고정대(500)에 대하여 인출입되면서 높이 조절이 자연스럽고 정확하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 중력방향정렬수단은 파지컵(600), 전자석(610) 및 수용볼(620)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 파지컵(600)은 상기 인출대(510)의 하단에 형성되며, 구 형상의 하단 일부를 절단한 형태를 갖는다.

이것은 볼 죠인트 결합을 하기 위한 것으로, 상기 수용볼(620)이 상기 파지컵(600)에 삽입되어 볼 죠인트 됨으로써 360°자유 자재로 움직일 수 있도록 구성하기 위한 것이다.

그리고, 상기 수용볼(620)은 상기 지지봉(30), 즉 수신기(20)를 구성하는 상부 수신블럭(21)의 상단을 이루는 지지봉(30) 상단에 일체로 형성된다.

상기 수용볼(620)은 용어 그대로 볼, 다시 말해 상기 파지컵(600)의 내경과 대응되는 외경을 갖는 구 형상이며, 마그네트에 의한 흡착력을 갖추기 위해 금속으로 형성되면 좋으나, 통상 사출 성형하는 점을 감안할 때 내부, 특히 표면에 근접하도록 자성금속이 인서트되면 좋다.

아울러, 상기 파지컵(600)의 내주면에는 전자석(610)이 매립된다.

상기 전자석(610)은 전자석리드선(L2)을 통해 제어부(50)와 연결되어 전원을 공급받을 수 있도록 구성되며, 전원이 공급되었을 때 자력을 발하고, 전원이 끊기면 자력이 없어지는 통상의 전자석이다.

이때, 상기 전자석리드선(L2)은 인출대(510)의 내부를 통해 연장 인출되기 때문에 외관품위를 해치지 않으며 단선의 위험도 없다.

마찬가지로, 앞서 설명한 모터리드선(L1)도 동일한 형태로 배선됨이 바람직하다.

그리하여, 수용볼(620)이 파지컵(600)에 볼 죠인트되어 있는 상태에서 전원이 인가되지 않으면 수용볼(620)은 자중에 의해 항상 중력 방향으로 자동 정렬하게 된다.

따라서, 수직도는 항상 정확하게 유지되며, 지하시설물이 경사져 있는 경우라면 그 경사각을 이용하여 삼각함수법에 따라 산술적으로 계산하면 지하시설물에 대한 수직항력 방향이 정확하게 계산될 수 있다.

그리고, 상기 수용볼(620)이 정렬 완료될 경우, 제어부(50)를 통해 전원을 인가하면 전자석(610)이 자력에 의한 흡착력을 발생시키고, 이에 따라 수용볼(620)은 상기 파지컵(600) 내부에서 견고하게 고정된다.

때문에, 중력방향에 대한 수직도가 틀어지거나 잘못 산정되어 측정오차를 발생시키는 일이 없어지게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 추가 실시예는 수신기(20)를 포트부(57)에 대해 길이 조절, 더 정확하게는 높이 조절 가능하게 하면서 측량시 항상 중력방향으로 정렬되게 안내하므로 측량 불량이나 측량오차를 극소화시키는 잇점을 얻을 수 있다.

500: 고정대 510: 인출대
520: 인출모터 530: 구동베벨기어
540: 종동베벨기어 550: 피니언기어
560: 래크기어 600: 파지컵
610; 전자석 620: 수용볼

Claims

탐사하려는 지하시설물에 교류 전류를 전파하는 송신기와, 상기 송신기로부터 전파된 교류 전류에 의하여 지하시설물에서 발생하는 유도 자기장을 수신하여 매설 위치와 깊이를 탐사하는 수신기를 포함하되, 상기 수신기는 정삼각기둥 형상, 정삼각통 형상, 원기둥 형상, 원통 형상, 구형상 중에서 선택한 형상으로 구성되고, 설정된 간격을 두고 평행하게 위치하는 한쌍의 상부 수신안테나와 하부 수신안테나가 평면에서 보아서 360도를 3으로 등분할한 3면에 각각 하나씩 배치하여 설치되며; 지면과 수직으로 위치하며 상기 송신기와 수신기가 설치되는 지지봉과, 상기 지면과 수평으로 위치하며 상기 지지봉의 상단부에 연결 설치되는 손잡이와, 상기 하부 수신안테나와 상부 수신안테나로부터 수신되는 신호를 처리하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 입력되는 조건 및 처리된 결과를 표시하는 표시부와, 상기 제어부에 설정되는 값을 입력하기 위한 키패드부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 송신기의 작동여부를 알려주는 신호음을 발생시키는 스피커부와, 상기 제어부와 외부 컴퓨터를 연결할 수 있도록 시리얼 포트와 USB 포트를 갖는 포트부를 더 포함하는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치에 있어서;
상기 포트부의 하면에 고정된 내부 중공형 고정대;
상기 고정대의 내부 중공에 삽입되는 인출대;
상기 인출대의 일측면에 형성된 래크기어;
상기 고정대의 하단 일측에 회전가능하게 축고정되고, 상기 고정대를 관통하여 상기 래크기어와 맞물리는 피니언기어;
상기 피니언기어의 일측면 동일 회전축상에 일체로 형성된 종동베벨기어;
상기 종동베벨기어와 맞물리는 구동베벨기어;
상기 구동베벨기어가 회전축 상에 고정되고, 모터리드선을 통해 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 고정대의 일측면에 고정설치된 인출모터;
상기 인출대의 하단에 일체로 고정되고, 구 형상의 하단 일부가 절단된 형태를 갖는 파지컵;
상기 파지컵의 내주면에 매립고정되고, 상기 제어부와 전자석리드선을 통해 전기적으로 연결된 전자석;
상기 파지컵의 내경과 대응되는 외경을 갖고, 상기 파지컵에 볼 죠인트되며, 내부에는 자성금속이 인서트되고, 상기 수신기를 구성하는 지지봉의 상단에 일체로 형성된 수용볼; 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지하시설물의 3차원 위치 측정장치.