KR101432469B1 - 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 및 그 제공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지진 감시 시스템은 기준 펄스를 기준으로 지진 정보에 대한 샘플링의 수행시에 샘플링 주기의 틀어진 오차를 보정해 줌으로써 감지정보에 대한 시간의 동기화가 더 정확해진 지진 감시 시스템의 구현이 가능한 효과가 있다.

Description

시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 및 그 제공 방법 {SEISMIC MONITORING SYSTEM HAVING ENHANCED CLOCK SYNCHRONIZATION AND THE PROVIDING METHOD THEREOF}
본 발명은 지진 감시 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지진 감시 시스템의 시간 동기화를 더욱 정확하게 하기 위한 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 및 그 제공 방법에 관한 것이다.
지진이 발생 될 경우 이에 대한 신속한 감지 및 경보 발령을 위하여 여러 지자체, 공공기관, 사회기반시설 운영기관 등에서는 감시 장소에 지진 감시 시스템을 설치하여 운영한다. 한국 등록 특허 제 10-1128491 호에서는 지진 발생 시 지진에 대한 정확한 정보를 감지하기 위하여 GPS 모듈, 리얼 타임 클럭(RTC : Real Time Clock), NTP(Network Time Protocl) 모듈을 이용하여 수집한 시간 정보를 통해 시간 동기를 구현하고 있다.
그러나, 이러한 종래 문헌에서는 시간 동기화를 위한 구체적인 보정 방법은 개시되지 않았으며 단지 이더넷 통신을 수행하는 지진계를 이용하여 채널을 확장하는 지진 감시 시스템을 제공할 뿐이었다.
또한, 종래 기술은 짧은 시간 동안만 데이터를 샘플링 할 경우에는 오차가 크지 않아 무시되거나 비교적 장시간 주기에서도 일방적으로 파형을 맞춰줌으로써 동기화를 수행했을 뿐이었다.
따라서, 정확하게 지진 발생 시각을 감지하고 측정할 수 있는 지진 감시 시스템의 구현이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지진 발생 시 샘플링 클럭의 틀어진 오차를 보정함으로써 샘플링 클럭이 기준 펄스와 정확하게 대응할 수 있도록 하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 및 그 제공 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 위성 시간 정보 또는 네트워크 시간 정보에 기반하여 초당 1회 주기로 기준 펄스를 수신하는 펄스 수신 모듈; 미세 클럭을 생성하는 CPU 클럭 생성부; 생성된 미세 클럭의 횟수에 대응하여 일정 주기로 샘플링 클럭을 생성하는 샘플링 클럭 생성부; 기준 펄스와 샘플링 클럭과의 오차인 제 1 오차 값을 미세 클럭을 기반으로 산출하여 입력 받고, 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분 값이 합산된 제 1 합산 값을 획득함으로써 샘플링 클럭을 보정하고, 보정된 샘플링 클럭으로 시간 동기화된 제 1 결과 값과 기준 펄스와의 오차를 연산하여 제 2 오차 값을 획득하며 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임하여 폐루프 연산함으로써 샘플링 클럭을 보정하는 보정 처리부; 지진 정보를 감지하여 감지정보를 획득하는 감지부; 및 감지정보를 수신하여 보정된 샘플링 클럭으로 시간 동기화를 수행하는 제어부;를 포함하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.
그리고, 펄스 수신 모듈은 GPS 모듈 또는 NTP 모듈로 구비될 수 있다.
또한, 제 1 합산 값
Figure 112014021202624-pat00001
은 하기의 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014021202624-pat00002
상기 수학식 1에서,
Figure 112014021202624-pat00003
,
Figure 112014021202624-pat00004
,
Figure 112014021202624-pat00005
는 이득 값을 나타내고
Figure 112014021202624-pat00006
는 제 1 오차값을 나타낸다.
한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 펄스 수신 모듈이 기준 펄스를 수신하는 단계와 CPU 클럭 생성부가 미세 클럭을 생성하는 단계가 동시 또는 순차적으로 발생되는 단계(S100); 샘플링 클럭 생성부가 생성된 미세 클럭에 대응하여 일정 주기로 샘플링 클럭을 생성하는 단계(S200); 보정 처리부가 기준 펄스와 샘플링 클럭과의 오차인 제 1 오차 값을 미세 클럭을 기반으로 산출하여 입력 받은 단계(S300); 보정 처리부가 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분 값이 합산된 제 1 합산 값을 산출하는 단계(S400); 제어부가 산출된 제 1 합산 값에 기반하여 감지부의 감지정보와 시간 동기화를 수행하는 단계(S500); 및 보정 처리부가 시간 동기화의 결과인 제 1 결과 값과 기준 펄스와의 오차를 연산하여 제 2 오차 값을 획득하며, 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임하여 폐루프 연산함으로써 샘플링 클럭을 보정하는 단계(S600);를 포함하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 제공 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 지진 감시 시스템의 GPS 모듈 또는 NTP 모듈의 기준 펄스를 기준으로 샘플링 클럭의 틀어진 오차를 보정해 줌으로써 시간의 동기화가 더 정확해진 지진 감시 시스템의 구현이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본원 발명인 동기화가 개선된 지진 감시 시스템의 일 실시예 구성들을 나타낸 블럭도,
도 2는 본원 발명인 동기화가 개선된 지진 감시 시스템의 일 실시예 구성들 중 미세 클럭과 샘플링 클럭이 보정된 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본원 발명인 동기화가 개선된 지진 감시 방법의 일 실시예를 순차적으로 나타낸 순서도이다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음을 유의해야 할 것이다.
<시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템>
본 발명에 따른 일 실시예는 펄스 수신 모듈(21)과, CPU 클럭 생성부(23)와, 샘플링 클럭 생성부(25)와, 보정 처리부(28)와, 감지부(11) 및 제어부(15)를 포함한다.
본 실시예인 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템은, 샘플링 클럭 생성부(25)가 샘플링 클럭(4)을 생성하고, 보정 처리부(28)가 기 획득된 기준 펄스(3)와 샘플링 주기를 각기 수신하여 폐루프 연산을 수행하며, 제어부(15)가 제 1 합산 값으로 감지정보에 대한 시간 동기화를 수행하여 샘플링 클럭(4)의 틀어진 오차를 기준 펄스(3)에 맞게 보정해 줌으로써 시간의 동기화가 더 정확해진 지진 감시 시스템을 구현하도록 작용한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예인 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명인 동기화가 개선된 지진 감시 시스템의 일 실시예 구성들을 나타낸 구성도이다. 도 1를 참조하면 펄스 수신 모듈(21)은 위성 시간 정보 또는 네트워크 시간 정보에 기반하여 초당 1회 주기로 기준 펄스(3)를 수신할 수 있다. 펄스 수신 모듈(21)로는 GPS(Global Positioning system) 모듈 또는 NTP(Network time protocol) 모듈이 될 수 있다.
CPU 클럭 생성부(23)는 미세 클럭(5)을 생성하고, 샘플링 클럭 생성부(25)는 생성된 미세 클럭(5)의 횟수에 대응하여 일정 주기로 샘플링 클럭(4)을 생성할 수 있다. 예컨대, 미세 클럭(5)이 초당 40 M회의 미세 클럭(5)을 생성하고, 이 미세 클럭(5)을 사용하여 샘플링 클럭 생성부(25)는 미세클럭 400k개당 샘플링 클럭(4)을 하나 생성한다면 초당 100회의 샘플링 주기로 샘플링 클럭(4)을 생성하게 되는 것이다.
보정 처리부(28)는 기준 펄스(3)와 샘플링 클럭(4)과의 오차인 제 1 오차 값을 미세 클럭(5)을 기반으로 하여 입력 받고, 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분 값이 합산된 제 1 합산 값을 획득함으로써 제 1 합산 값에 기반하여 샘플링 클럭(4)이 보정될 수 있다. 그리고, 보정된 샘플링 클럭(4)으로 시간 동기화된 제 1 결과 값과 기준 펄스와의 오차를 연산하여 제 2 오차 값을 획득하며 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임하여 폐루프 연산함으로써 샘플링 클럭(4)을 보정할 수 있게 된다. 예컨대, 도 2에 도시된 C와 같이 하나의 샘플링 클럭(4)을 생성하기 위한 미세 클럭(5)의 갯수가 보정되어 그에 대응하는 샘플링주기(4)가 기준 펄스(3)와 일치하게 될 수 있는 것이다.
여기서, 제 1 결과 값은 제 1 합산 값을 기준 펄스(3)와 동기화하여 나온 결과 값일 수 있다.
한편, 여기서, 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분값을 각기
Figure 112014021202624-pat00007
,
Figure 112014021202624-pat00008
,
Figure 112014021202624-pat00009
로 나타낼 수 있는데,
Figure 112014021202624-pat00010
은 현재 상태에서의 오차 값의 크기에 비례한 제어작용을 하고,
Figure 112014021202624-pat00011
는 정상상태(stead-state) 오차를 없애는 작용을 하며,
Figure 112014021202624-pat00012
는 출력 값의 급격한 변화에 제동을 걸어 오버슛(overshoot)을 줄이고 안정성(stability)을 향상시킬 수 있게 해준다.
또한, 제 1 합산 값
Figure 112014021202624-pat00013
은 하기의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112014021202624-pat00014
여기서,
Figure 112014021202624-pat00015
,
Figure 112014021202624-pat00016
,
Figure 112014021202624-pat00017
는 이득 값을 나타내고,
Figure 112014021202624-pat00018
는 제 1 오차 값을 나타낸다. 즉, 보정 처리부(28)에서는 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임하여 제 2 합산 값을 구하는 과정을 동일하게 반복하여 다시 제 2 결과 값이 도출되고, 제 2 결과 값과 기준 펄스(3)와 오차 값을 연산하여 그 오차 값인 제 3 오차 값이 생성될 경우 제 3 오차 값을 입력으로 하는 등 일련의 과정을 제 N 오차 값(제 N 결과 값과 기준 펄스(3)와의 오차 값)이 0이 될 때까지 반복 수행하게 되는 것이다.
한편, 감지부(11)는 지진 정보를 감지하여 감지정보를 생성하고, 제어부(15)는 감지부(11)의 감지정보를 수신하여 전술한 보정된 샘플링 클럭(4)의 횟수로 시간 동기화를 수행할 수 있다.
여기서, 감지부(11)는 임의의 방향 X, Y, Z 축 중 적어도 어느 하나로 이루어져 지진 시 발생하는 진동 신호 등의 지진 정보를 감지할 수 있는데, 이러한 감지부(11)는 단수 또는 복수의 지진 센서로 적당히 구비해 줄 수 있다.
그리고, A/D 변환기(13)는 감지부(11)로부터 생성되는 감지정보에 대한 노이즈를 제거하여 디지털 신호로 변환하도록 구비될 수 있다.
<시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 제공 방법>
도 3은 본원 발명인 동기화가 개선된 지진 감시 방법의 일 실시예를 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 4를 참조하면, 우선, 펄스 수신 모듈(21)이 기준 펄스(3)를 수신하는 단계와 CPU 클럭 생성부(23)가 미세 클럭(5)을 생성하는 단계가 동시 또는 순차적으로 발생될 수 있다(S100).
다음, 샘플링 클럭 생성부(25)가 생성된 미세 클럭(5)에 대응하여 일정 주기로 샘플링 클럭(4)을 생성할 수 있다(S200).
다음, 보정 처리부(28)가 기준 펄스(3)와 샘플링 클럭(4)과의 오차인 제 1 오차 값을 미세 클럭(5)을 기반으로 산출하여 입력 받을 수 있다(S300).
다음, 보정 처리부(28)가 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분 값이 합산된 제 1 합산 값을 산출한다(S400).
여기서, 산출되어진 제 1 합산 값은 제어부(15)가 시간 동기화를 위해 필요한 수치와 근접하거나 동일한 값으로 보정된 값일 수 있고, 제 1 결과 값은 제 1 합산 값에 기반하여 지진 감지 정보와 시간 동기화 결과 도출된 값일 수 있다.
다음, 제어부(15)가 산출된 제 1 합산 값에 기반하여 감지부(11)의 감지정보와 시간 동기화를 수행한다(S500).
마지막으로 보정 처리부(28)가 시간 동기화의 결과인 제 1 결과 값과 기준 펄스(3)와의 오차를 연산하여 제 2 오차 값을 미세 클럭(5)에 기반하여 획득하며, 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임 하여 폐루프 연산함으로써 상기 샘플링 클럭(4)을 보정할 수 있게 된다(S600). 이로써 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 제공 방법의 일 실시예가 수행될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당 업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11 : 감지부
13 : A/D 변환기
15 : 제어부
21 : 펄스 수신 모듈
23 : CPU 클럭 생성부
25 : 샘플링 클럭 생성부
28 : 보정 처리부
30 : 허브

Claims (4)

  1. 위성 시간 정보 또는 네트워크 시간 정보에 기반하여 초당 1회 주기로 기준 펄스를 수신하는 펄스 수신 모듈;
    미세 클럭을 생성하는 CPU 클럭 생성부;
    상기 생성된 미세 클럭의 횟수에 대응하여 일정 주기로 샘플링 클럭을 생성하는 샘플링 클럭 생성부;
    상기 기준 펄스와 상기 샘플링 클럭과의 오차인 제 1 오차 값을 상기 미세 클럭 횟수로 산출하여 입력 받고, 상기 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분 값이 합산된 제 1 합산 값을 획득함으로써 상기 샘플링 클럭을 보정하고,
    상기 보정된 샘플링 클럭으로 시간 동기화된 제 1 결과 값과 상기 기준 펄스와의 오차를 연산하여 제 2 오차 값을 획득하며 상기 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임하여 폐루프 연산함으로써 상기 샘플링 클럭을 보정하는 보정 처리부;
    지진 정보를 감지하여 감지정보를 획득하는 감지부; 및
    상기 보정된 샘플링 클럭에 기반하여 상기 감지정보와 시간 동기화를 수행하는 제어부;를 포함하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 수신 모듈은 GPS 모듈 또는 NTP 모듈인 것을 특징으로 하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 합산 값은 하기의 수학식 1에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템:
    [수학식 1]
    Figure 112014021202624-pat00019

    상기 수학식 1에서,
    Figure 112014021202624-pat00020
    ,
    Figure 112014021202624-pat00021
    ,
    Figure 112014021202624-pat00022
    는 이득 값을 나타내고
    Figure 112014021202624-pat00023
    제 1 오차값을 나타낸다.
  4. 펄스 수신 모듈이 기준 펄스를 수신하는 단계와 CPU 클럭 생성부가 미세 클럭을 생성하는 단계가 동시 또는 순차적으로 발생되는 단계(S100);
    샘플링 클럭 생성부가 상기 생성된 미세 클럭에 대응하여 일정 주기로 샘플링 클럭을 생성하는 단계(S200);
    보정 처리부가 상기 기준 펄스와 상기 샘플링 클럭과의 오차인 제 1 오차 값을 상기 미세 클럭의 횟수로 산출하여 입력 받는 단계(S300);
    보정 처리부가 상기 제 1 오차 값에 대한 비례 값, 적분 값 및 미분 값이 합산된 제 1 합산 값을 산출하는 단계(S400);
    제어부가 상기 산출된 제 1 합산 값에 기반하여 감지부의 감지정보와 시간 동기화를 수행하는 단계(S500); 및
    보정 처리부가 상기 시간 동기화의 결과인 상기 제 1 결과 값과 상기 기준 펄스와의 오차를 연산하여 제 2 오차 값을 획득하며, 상기 제 2 오차 값을 입력으로 되먹임하여 폐루프 연산함으로써 상기 샘플링 클럭을 보정하는 단계(S600);를 포함하는 시간 동기화가 개선된 지진 감시 시스템 제공 방법.
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