KR101423152B1 - 구조물 진동 위치 추적 방법 및 시스템 - Google Patents

구조물 진동 위치 추적 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

구조물 진동 위치 추적 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 구조물 이상 부위 추적 시스템은, 구조물의 각기 다른 위치에 설치되어 가속도 정보들을 각각 생성하는 다수의 가속도 센서 노드들과 가속도 센서 노드들로부터 수신되는 가속도 정보들로부터 진동 위치를 계산하는 서버를 포함한다. 이에 의해, 저비용 및 실시간으로 구조물에서 발생하는 진동을 모니터링하고 진동 발생 위치를 파악할 수 있게 된다.

Description

구조물 진동 위치 추적 방법 및 시스템{Method and system for searching structure shake position}
본 발명은 위치 추적 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물 내에서 감지된 진동이 발생한 위치를 추적하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
구조물 중에는 설치가 완료된 후에 안전 진단이 불가능하거나 매우 어려운 것들이 존재한다. 주로 대형 구조물들의 경우가 그러한데, 이는 안전을 위협하는 요소가 된다.
구조물 안전 검사로 가장 많이 활용되는 비파괴 검사의 경우, 시험 결과 해석에 많은 시간이 소요되고, 무엇보다도 많은 비용이 소모되어, 단편적으로 수행된다.
따라서, 구조물에 대한 안전 검사를 저비용으로 영속적으로 수행하는 방법에 대한 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 저비용 및 실시간으로 구조물의 안정성을 확보하기 위한 방안으로, 구조물의 각기 다른 위치에 설치된 가속도 센서 노드들로부터 가속도들을 측정하고, 이를 분석하여 구조물 내에서의 진동 위치를 계산하는 구조물 진동 위치 추적 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 구조물 이상 부위 추적 시스템은, 구조물의 각기 다른 위치에 설치되어 가속도 정보들을 각각 생성하는 다수의 가속도 센서 노드들; 상기 가속도 센서 노드들과 하기 서버를 중계하는 게이트 웨이; 및 상기 게이트 웨이를 통해 상기 가속도 센서 노드들로부터 수신되는 가속도 정보들로부터 진동 위치를 계산하는 서버;를 포함한다.
그리고, 상기 서버는, 상기 가속도 정보들로부터 '상기 진동 위치와 상기 가속도 센서 노드들 간의 거리들'을 산출하고, 산출된 거리들과 상기 가속도 센서 노드들의 위치들을 이용하여, 상기 진동 위치를 계산할 수 있다.
또한, 상기 서버는, 상기 가속도 센서들이 위치한 환경을 기초로, 산출된 거리들을 보정할 수 있다.
그리고, 상기 환경은, 상기 가속도 센서들이 위치한 구조물의 매질 특성들일 수 있다.
또한, 상기 다수의 가속도 센서 노드들은, 시간 동기화 되어 있으며, 상기 가속도 정보들에는, 3축 가속도 데이터와 측정 시간 데이터가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 가속도 센서 노드들 중 적어도 하나는, 구조물의 매질 경계지점에 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 구조물 이상 부위 추적 방법은, 구조물의 각기 다른 위치에 설치된 다수의 가속도 센서 노드들이 가속도 정보들을 생성하는 단계; 및 상기 생성단계에서 생성된 가속도 정보들로부터 진동 위치를 계산하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구조물의 각기 다른 위치에 설치된 가속도 센서 노드들로부터 가속도들을 측정하고, 이를 분석하여 구조물 내에서의 진동 위치를 계산할 수 있어, 저비용 및 실시간으로 구조물에서 발생하는 진동을 모니터링하고 진동 발생 위치를 파악할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의해 계산된 진동 발생 위치에서 대해서만 정밀 진단/점검을 수행하면 되므로, 후속 처리에 소요되는 비용, 시간 및 노력을 효과적으로 절감시킬 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 측정 정보들을 누적 저장하여, 이상 발생 빈도를 위치 별로 파악할 수 있게 된다. 아울러, 다수의 가속도 센서들로 구조물 전 영역에 걸친 모니터링이 가능하므로, 연관 관계 등을 생성하여 구조물 전체 정보로 활용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 시스템을 도시한 도면,
도 2는 USN 노드들에 의해 생성되어 게이트 웨이로 전달되는 가속도 정보의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고,
도 4는, 도 1에 도시된 서버의 상세 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 시스템을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 시스템은, 대형 구조물에서 발생하는 진동을 모니터링 하면서, 진동 발생 위치를 계산하여 알려주는 시스템이다.
본 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, USN 노드들(110, 120, 130), USN 게이트 웨이(200) 및 서버(300)가 상호 통신가능하도록 연결되어 구축된다.
USN 노드들(110, 120, 130)은 구조물의 각기 다른 위치에 충분한 거리를 두고 설치되는 노드들로, 3축 가속도 센서를 포함하고 있다.
3축 가속도 센서는 X-축, Y-축 및 Z-축의 가속도들을 측정하는 센서로, USN 노드들(110, 120, 130)에 마련되는 가속도 센서들은 위치는 상이하지만 가속도 측정 기준이 되는 X-축, Y-축 및 Z-축은 동일하게 맞추어 설치된다.
또한, USN 노드들(110, 120, 130)은 시간 동기화 되어, 동일한 시간 정보를 갖는다.
USN 노드들(110, 120, 130)은 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성하고, 생성된 가속도 데이터를 측정 시간과 함께 가속도 정보로 생성하여 게이트 웨이(200)로 전달한다.
가속도 정보는 USN 노드들(110, 120, 130)로부터 게이트 웨이(200)에 주기적으로 전달된다.
도 2는 USN 노드들(110, 120, 130)에 의해 생성되어 게이트 웨이(200)로 전달되는 가속도 정보의 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가속도 정보에는, 센서 ID 필드, Time 필드, Accel Data(X) 필드, Accel Data(Y) 필드, Accel Data(Z) 필드가 포함된다.
센서 ID 필드에는 USN 노드에 마련된 가속도 센서에 부여된 고유 ID가 수록되고, Time 필드에는 가속도 측정 시간이 수록된다. 그리고, Accel Data(X) 필드에는 X-축 가속도 데이터가 수록되고, Accel Data(Y) 필드에는 Y-축 가속도 데이터가 수록되며, Accel Data(Z) 필드에는 Z-축 가속도 데이터가 수록된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 센서 ID 필드의 길이는 4 바이트이고, Time 필드의 길이는 8 바이트이며, Accel Data 필드들의 길이는 각각 4 바이트임을 확인할 수 있다.
하지만, 도 2에서 제시된 필드들의 길이는 예시적인 것으로, 제시된 길이와 다른 길이로 필드들을 구현할 수 있음은 물론이다.
USN 게이트 웨이(200)는 USN 노드들(110, 120, 130)과 서버(300)를 중계하는 수단으로, USN 노드들(110, 120, 130)로부터 수신되는 가속도 정보를 서버(300)에 전달한다.
서버(300)는 USN 게이트 웨이(200)를 통해 USN 노드들(110, 120, 130)로부터 수신한 가속도 정보들을 이용하여 구조물 내에서의 진동 발생 위치를 계산하는 바, 이 과정에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서버(300)는, USN 노드들(110, 120, 130)을 시간 동기화 시키고(S410), USN 게이트 웨이(200)를 통해 USN 노드들(110, 120, 130)로부터 수신되는 가속도 정보를 저장한다(S420).
S420단계에서 저장되는 가속도 정보에는 3축의 가속도 데이터들 외에 가속도 측정 시간 정보가 포함되어 있다.
수신/저장된 가속도 정보에 포함된 가속도 데이터로부터 구조물 내에 진동이 발생한 것으로 판단되면(S430-Y), 서버(300)는 진동 발생 시간 정보를 취득한다(S440).
S430단계에서 구조물 내에 진동이 발생한 것으로 판단되는 경우는, 수신된 가속도 데이터들 중 적어도 하나가 임계치를 넘어선 경우이다. S440단계에서 취득되는 진동 발생 시간은, 임계치를 넘어선 가속도 데이터가 수록된 가속도 정보에 수록되어 있는 가속도 측정 시간이다.
이후, 서버(300)는, USN 노드 별로 가속도 데이터를 적분하여 속도 데이터를 생성하고(S450), S450단계에서 생성된 속도 데이터를 적분하여 거리 데이터를 생성한다(S460).
다음, 서버(300)는 USN 노드의 설치 환경을 반영하여, S460단계에서 생성된 거리 데이터를 보정한다(S470). S470단계에서의 보정시에 고려하는 환경 요소에는 여러 가지가 있는데, 그 중 하나가 USN 노드가 설치된 지점의 매질 정보이다.
구체적으로, 센서 노드가 설치된 매질에 따라 동일 진동에 대해 측정되는 가속도의 크기가 달라질 수 있음을 고려한 것이며, S460단계에서 생성된 거리 데이터에 센서 노드가 설치된 매질에 따라 각기 다른 계수를 곱하여 거리 데이터를 보정할 수 있다.
이에 의해, 진동 위치로부터 USN 노드들(110, 120, 130)까지의 거리인 USN 노드 별 진동 거리 데이터가 생성된다(S480).
이후, 서버(300)는 S480단계에서 생성된 USN 노드 별 진동 거리 데이터들과 USN 노드들(110, 120, 130)의 위치들에 기반한 삼각측량 기법으로 진동이 발생한 위치를 계산한다(S490).
S490단계에서 계산된 진동 위치는 관리자에 전달된다.
지금까지, 구조물 진동 위치 추적 시스템 및 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서 제시한 구조물 진동 위치 추적 시스템을 구성하는 USN 노드의 개수는 3개로 되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. USN 노드의 개수는 3개 이상으로 구현 가능하며, 개수가 늘어날수록 진동 위치가 정확히 계산될 수 있지만, 설치 비용이 상승하므로 적정 수로 구현할 것이 요구된다.
이때, 다수의 USN 노드들 중 동일한 환경조건을 갖는 USN 노드들을 그룹화하여 각각의 거리 측정을 통해 정밀도를 향상시키는 방법도 가능하다.
또한, 구조물에서 매질이 다른 지점(즉, 매질 경계지점)에 USN 노드들을 설치가능하며, 이 경우 진동 위치는 보다 정확하게 계산될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 진동 위치 추적 시스템이 구축된 상태에서, 임의의 진동을 발생시키고 발생된 진동에 따른 구조물의 위치들에 대한 상관 관계를 파악함은 물론, 구조물의 취약지역 등과 같은 부가정보를 생성할 수도 있다.
또한, 가속도 정보들을 누적 저장하여, 진동 발생 빈도를 위치별로 파악하는 것도 가능하다.
도 4는, 도 1에 도시된 서버(300)의 상세 블럭도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 서버(300)는 통신부(310), 프로세서(320) 및 저장부(330)를 포함한다.
통신부(310)는 USN 게이트 웨이(200)를 통해 USN 노드들(110, 120, 130)이 생성한 가속도 정보들을 수신한다.
프로세서(320)는 통신부(310)를 통해 수신된 가속도 정보들을 저장부(330)에 저장하는 한편, 수신된 가속도 정보들로 진동 위치를 산출하고 산출된 진동 위치 정보를 저장부(330)에 저장한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110, 120, 130 : USN 노드
200 : USN 게이트 웨이
300 : 서버 310 : 통신부
320 : 프로세서 330 : 저장부

Claims (7)

  1. 구조물의 각기 다른 위치에 설치되어 가속도 정보들을 각각 생성하는 다수의 가속도 센서 노드들;
    상기 가속도 센서 노드들과 하기 서버를 중계하는 게이트 웨이; 및
    상기 게이트 웨이를 통해 상기 가속도 센서 노드들로부터 수신되는 가속도 정보들로부터 진동 위치를 계산하는 서버;를 포함하고,
    상기 가속도 센서 노드들 중 적어도 하나는, 구조물의 매질 경계지점에 설치되며,
    상기 서버는, 상기 가속도 정보들로부터 '상기 진동 위치와 상기 가속도 센서 노드들 간의 거리들'을 산출하고, 산출된 거리들과 상기 가속도 센서 노드들의 위치들을 이용하여 상기 진동 위치를 계산하며, 상기 가속도 센서들이 위치한 구조물의 매질 특성들을 기초로 산출된 거리들을 보정하는 것을 특징으로 하는 구조물 이상 부위 추적 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 가속도 센서 노드들은,
    시간 동기화 되어 있으며,
    상기 가속도 정보들에는,
    3축 가속도 데이터와 측정 시간 데이터가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물 이상 부위 추적 시스템.
  6. 삭제
  7. 구조물의 각기 다른 위치에 설치된 다수의 가속도 센서 노드들이 가속도 정보들을 생성하는 단계; 및
    상기 생성단계에서 생성된 가속도 정보들로부터 진동 위치를 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 가속도 센서 노드들 중 적어도 하나는, 구조물의 매질 경계지점에 설치되며,
    상기 계산단계는, 상기 가속도 정보들로부터 '상기 진동 위치와 상기 가속도 센서 노드들 간의 거리들'을 산출하고, 산출된 거리들과 상기 가속도 센서 노드들의 위치들을 이용하여 상기 진동 위치를 계산하며, 상기 가속도 센서들이 위치한 구조물의 매질 특성들을 기초로 산출된 거리들을 보정하는 것을 특징으로 하는 구조물 이상 부위 추적 방법.
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