KR101470981B1 - 지상 라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지상라이다를 이용하여 가공송전 철탑의 변위를 측정하고 분석하는 방법에 관한 것으로, 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법은, 가공송전 철탑과 그 주변의 사전검사를 통해 선정된 스캔 위치에서 지상라이더로 가공송전 철탑을 측정하여 가공송전 철탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 준비하는 단계, 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하는 단계, 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계, 점군데이터와 가공송전 철탑의 설계데이터를 비교하는 단계, 및 점군데이터들 간의 차이 혹은 점군데이터와 설계데이터 간의 차이를 토대로 가공송전 철탑의 변위 결과를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

지상 라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법{Method for Analysis and Measurement of Displacement of Power Transmission Tower Using Ground Light Detection and Ranging}

본 발명의 실시예들은 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지상 라이다(LIDAR: Light Detection and Ranging)를 이용하여 가공송전 철탑의 변위를 측정하고 분석하는 방법에 관한 것이다.

가공송전 철탑은 지하에 매립된 기초부재의 상부에 다수의 프레임 부재로 탑 형상의 구조물을 설치하고, 구조물에 매달리는 송전선을 지지하도록 구성된다. 이러한 철탑은 탑 형상의 구조물 상부에서 지면과 대략 평행한 가로방향으로 연장하는 철탑암과 철탑암의 끝에 매달리는 애자장치를 포함한다. 애자장치의 하단에는 송전선이 고정된다.

가공송전 철탑은 기구적인 충돌이나 충격이 없어도 비, 바람, 눈 등의 자연 환경의 영향에 의해 흔들리면서 발생하는 응력과, 철탑기초에 영향을 미칠 수 있는 지반침하, 토사유실, 경사면의 붕괴, 혹은 철탑기초 주변의 타 공사로 인한 절토, 성토 등 주변상황의 변화 등의 원인에 의해 변위가 발생한다.

이러한 가공송전 철탑의 변위는, 수만 내지 수십만 볼트의 특고압의 전력을 전송하는 철탑의 특성상 큰 사고로 이어질 수 있어, 철탑의 변위 여부와 변위량은 지속적으로 측정되고 관리되어야 한다.

종래에는 가공송전 철탑의 변위를 측정하기 위하여 측량자가 소정의 도구나 장비(줄자, 실, 수평계 및 계산기 등)의 측정 수단을 가진 상태로 승탑하여 변위를 측정하였다. 따라서, 종래의 방법은 측량자에 따라 측정 오차가 발생하여 신뢰성이 떨어지고 측정 시간이 많이 소요되어 비용이 증가하는 문제가 있다.

또한, 종래의 방법은 주로 측량자의 수작업에 의해 이루어지므로 측정 결과를 누적하여 관리하거나 측정 결과를 가공송전 철탑의 유지관리에 적절히 이용하기 어려운 한계가 있어 효율성이 크게 떨어지는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0014290호(2012.02.17)

본 발명의 일실시예에서는 측량자가 가공송전 철탑에 올라가지 않고도 가공송전 철탑의 변위를 정확하게 측정하고, 측정한 철탑의 변위를 신뢰성 있게 분석할 수 있는 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법을 제공하고자 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법은, 가공송전 철탑과 그 주변의 사전검사를 통해 선정된 스캔 위치에서 지상라이더로 가공송전 철탑을 측정하여 가공송전 철탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 준비하는 단계, 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하는 단계, 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계, 점군데이터와 가공송전 철탑의 설계데이터를 비교하는 단계, 및 가공송전 철탑의 변위 결과를 산출하는 단계를 포함한다.

일실시예에서, 변위 결과를 산출하는 단계는, 철탑의 종류와 설계 조건을 토대로 설정되는 철탑의 변위에 대한 한계치와 설계데이터와의 차이를 토대로 산출한 실측 변위를 비교하여 철탑의 안전도를 평가하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법은, 지상라이다에 연결되는 송전탑 변위 측정 시스템에서 송전탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 입출력장치를 통해 입력받고, 송전탑 변위 측정 시스템의 프로세서가 메모리시스템에 저장된 프로그램에 의해 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하고, 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하고, 점군데이터와 데이터베이스에 기저장된 송전탑의 설계데이터를 비교하고, 점군데이터와 설계데이터의 차이를 토대로 송전탑의 변위 결과를 산출하도록 이루어진다.

일실시예에서, 스캔데이터에서 점군데이터로의 변환은, 스캔데이터에서 송전탑을 샘플링하고, 샘플링한 송전탑의 깊이 이미지와 색상 이미지를 맵핑한 포인트 클라우드를 생성하고, 포인트 클라우드에서 송전탑을 모델링한 3차원 이미지를 추출하는 것을 포함한다.

일실시예에서, 변위 결과의 산출은, 철탑의 종류와 설계 조건을 토대로 설정되는 철탑의 변위에 대한 한계치와, 설계데이터와의 차이를 토대로 산출한 실측 변위를 비교하여, 철탑의 안전도를 평가하는 일련의 과정을 포함한다.

본 발명에 의하면, 측량자가 가공송전 철탑에 올라가지 않고도 가공송전 철탑의 변위를 정확하게 측정하고, 측정한 철탑의 변위를 신뢰성 있게 분석 가능한 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정 및 분석 방법을 제공할 수 있다.

즉, 지상라이다 장비를 이용하여 만들어진 스캔데이터는 점군데이터로 변환되어 철탑설치후, 가선후, 가압후, 시공 1개월 후, 시공 3개월후 등 시간이 지나면서 나타나는 편차(변위량)을 확인하는데 유용하게 이용될 수 있고, 그에 의해 변위 결과값을 도출하는데 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 데이터의 활용면에 있어서 기존 방식은 철탑의 다른 부분을 측정하려 한다면 측정자가 다시 철탑에 올라 재측정을 해야 하는 불편이 있지만, 지상라이다를 이용하면 언제 어디서라도 상대적으로 상당히 짧은 시간에 철탑의 전체적인 형상을 측정할 수 있으므로, 기존의 재측정을 위해 철탑으로 이동할 필요가 없다. 특히, 지상라이다 데이터는 철탑의 전체적인 형상이 다 표현되기 때문에 철탑의 기초부분이나, 철탑의 앵글부분에도 변형량을 간편하면서도 정확하게 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법(이하, 송전탑 변위 측정 방법)의 순서도
도 2는 도 1의 송전탑 변위 측정 방법을 실행하는 시스템(송전탑 변위 측정 시스템)의 동작 흐름도
도 3 내지 도 8은 도 2의 송전탑 변위 측정 시스템의 송전탑 변위 측정 과정에 대한 예시도
도 9는 도 2의 송전탑 변위 측정 시스템의 예시도
도 10 내지 도 18은 본 실시예의 송전탑 변위 측정 방법으로 변위 결과를 산출하는데 이용되는 가공송전 철탑의 종류, 철탑 설계 조건 및 철탑의 염력을 설명하기 위한 도면들

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 형태들에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.

송전 철탑의 변위 측정과 분석에는 외업작업과 내업작업으로 나누어 진행된다. 작업자의 위험도는 외업 작업시 주로 발생한다. 즉, 송전탑의 변위 측정을 위해서 작업자(측정자)가 철탑으로 올라가서 송전탑의 상태를 측정해야 하는 위험이 도사린다.

송전 선로에는 66kV에서 765kV 등의 특고압이 흐르는 선로가 피복도 없이 송전선로에 흐르고 있으므로 작업자의 위험도와 휴먼 오차로 인하여 실질적으로 송전탑 상태의 정확한 측정이 어렵다. 이러한 상황을 서포트하기 위하여 이하에서 설명하는 본 실시예에서는 건물이나 댐 교량을 스캔 모델링하는데 사용되었던 지상라이다를 이용하여 송전 철탑의 측정에 이용한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법(이하, 송전탑 변위 측정 방법)의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 지상 라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법(이하, 송전탑 변위 측정 방법)은, 사전검사 단계(S11), 스캔 단계(S12), 비교 및 분석 단계(S13), 그리고 결과 산출 단계(S14)를 포함한다.

사전검사 단계(S11)에서는 스캔 위치를 선정한다. 스캔 단계(S12)에서는 지상라이다를 이용하여 측정한 가공송전 철탑의 적어도 일부분에 대한 스캔 작업을 수행한다. 비교 및 분석 단계(S13)에서는, 스캔 데이터와 설계 데이터를 병합한다. 그리고, 이미지 및 수치 확인 등의 분석 작업을 수행한다. 마지막으로, 결과 산출 단계에서는, 분석 작업으로 얻은 결과를 미리 설정된 보고서 포맷에 따라 결과 보고서를 자동 작성한다(S14).

상기의 각 단계를 좀더 구체적으로 설명하면, 사전검사 단계(S11)에서는 송전탑이 위치한 장소나 주변 환경에 따라 어느 위치들에서 송전탑을 다중 스캔할지 선정한다.

다음, 스캔 단계(S12)에서의 3차원 스캔 작업은 먼 거리의 피사체를 레이저를 이용하여서 피사체의 형상을 받아드려서 3차원의 형상으로 만드는 작업이다. 지상라이다는 예컨대 스캔거리 약 600M를 가지며, 먼거리의 피사체에 대한 점군데이터(Point clould data)를 확인 및 산출할 수 있다. 작업방법은 피사체 주변에서 스캔시 표현이 되지 않는 부분이 없도록 여러 각도에서 스캔할 위치를 먼저 확인한다. 스캔할 때는 피사체의 표현 부분을 어디까지 할지에 대한 부분을 결정하여 스캔한다. 피사체의 표현 부분은 스캔 데이터의 점 밀도에 해당한다.

다음, 비교 및 분석 단계(S13)에서 얼라인(Align) 작업을 통하여 여러 각도에서 받은 데이터를 병합하여 하나의 파일로 생성한다. 그리고, 원하는 피사체(송전탑 등)의 형상을 점군데이터로 만들고 기존 설계데이터와의 차이를 비교 측정한다.

비교 측정된 결과 데이터는 결과 산출 단계(S14)를 통해 관리자가 확인할 수 있는 데이터로 변환되어 결과리포트로 출력 혹은 발송된다.

도 2는 도 1의 송전탑 변위 측정 방법을 실행하는 시스템(송전탑 변위 측정 시스템)의 동작 흐름도이다. 도 3 내지 도 8은 도 2의 송전탑 변위 측정 시스템의 송전탑 변위 측정 과정에 대한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 송전탑 변위 측정 방법은, 가공송전 철탑과 그 주변의 사전검사를 통해 선정된 스캔 위치에서 지상라이더로 가공송전 철탑을 측정하여 가공송전 철탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 준비하는 단계, 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하는 단계, 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계, 점군데이터와 가공송전 철탑의 설계데이터를 비교하는 단계, 및 점군데이터와 설계데이터의 차이를 토대로 가공송전 철탑의 변위 결과를 산출하는 단계를 포함한다.

변위 결과를 산출하는 단계는, 철탑의 종류와 설계 조건을 토대로 설정되는 철탑의 변위에 대한 한계치와 설계데이터와의 차이를 토대로 산출한 실측 변위를 비교하여 철탑의 안전도를 평가하는 것을 포함한다.

한편, 본 실시예에 따른 송전탑 변위 측정 방법은 소정의 컴퓨터 시스템(도 9 참조)에서 실행될 수 있다.

예를 들어, 지상라이다에 연결되는 송전탑 변위 측정 시스템에서 송전탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 입출력장치를 통해 입력받고, 송전탑 변위 측정 시스템의 프로세서가 메모리시스템에 저장된 프로그램에 의해 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하고, 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하고, 점군데이터와 데이터베이스에 기저장된 송전탑의 설계데이터를 비교하고, 점군데이터와 설계데이터의 차이를 토대로 송전탑의 변위 결과를 산출하도록 구성될 수 있다.

전술한 경우, 스캔데이터에서 점군데이터로의 변환은, 스캔데이터에서 송전탑을 샘플링하고, 샘플링한 송전탑의 깊이 이미지와 색상 이미지를 맵핑한 포인트 클라우드를 생성하고, 포인트 클라우드에서 송전탑을 모델링한 3차원 이미지를 추출하는 것을 포함한다.

송전탑을 샘플링한 3차원 이미지(점군데이터)를 예시하면, 도 3 및 도 4와 같다.

3차원 이미지를 이용하면, 송전탑의 상하부 단면에서 거리 또는 간격을 측정하는 것이 가능하다. 송전탑의 상하부 각각의 단면들의 3차원 이미지를 예시하면, 도 5와 같다.

또한, 3차원 이미지를 이용하면, 송전탑의 기둥부에서 각 측면 기둥부의 높이나 경사각을 측정하는 것이 가능하다. 송전탑의 기둥부의 3차원 이미지를 예시하면, 도 6, 도 7 및 도 8과 같다. 도 6은 상부에서 본 평면도 형태의 3차원 이미지이고, 도 7은 제1측면에서 본 3차원 이미지이며, 도 8은 제1측면과 다른 제2측면에서 본 3차원 이미지이다.

위에서 설명한 바와 같이, 3차원 데이터를 이용하면, 기초 부분, 앵글 부분 등의 송전탑 각 부분에 대한 치수 측정이 가능하다.

본 실시예의 신기술에 의하면, 기존방법 대비 우수한 효과(비고 참조)를 얻을 수 있다. 이를 간략히 나타내면 표 1과 같다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 종래에는 사전검사, 측량자 측량, 비교 및 분석, 그리고 결과 산출의 과정을 통해 송전탑의 변위를 측정하므로, 휴먼오차, 반복 정밀도 저하 등의 문제가 있으나, 본 실시예에 의하면 종래 기술의 문제점을 해결할 뿐 아니라 송전탑의 3차원 이미지를 시간에 따라 데이터베이스에 저장하여 관리할 수 있으므로, 매우 효율적으로 송전탑의 변위를 측정 및 분석하고 송전탑의 안전도를 평가할 수 있다.

도 9는 도 2의 송전탑 변위 측정 시스템의 예시도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 송전탑 변위 측정 시스템은, 데이터베이스(DB, 11), 메모리시스템(12), 프로세서(13) 및 입출력장치(14)를 포함한다. 또한, 송전탑 변위 측정 시스템은 통신인터페이스(15)를 더 포함할 수 있다.

데이터베이스(11)는 지상 라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging)에 의해 수집된 송전탑의 스캔데이터 등을 저장한다. 데이터베이스(11)는 시간별 혹은 일자별 측정 및 분석된 스캔데이터, 군집데이터 등을 저장하고, 유지관리하고자 하는 송전압의 설계데이터를 저장한다.

메모리시스템(12)은 프로그램 등을 저장한다. 메모리시스템(12)은 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory) 같은 저장 매체 형태의 메인 메모리(121)와, 플로피 디스크, 하드 디스크, 테이프, CD-ROM, 플래시 메모리 등의 장기(long-term) 저장 매체 형태의 보조 메모리(122)를 포함할 수 있다. 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법을 구현한 프로그램(123)은 프로세서(13)에 의해 실행될 때 메인메모리(121)에 로딩될 수 있다. 여기서, 프로그램(123)은 도 2를 참조하여 앞서 설명한 송전탑 변위 측정 방법을 포함한다.

프로세서(13)는 시스템의 중앙 처리 장치로서, 계산을 수행하는 연산장치(Arithmetic Logic Unit: ALU, 131), 데이터 및 명령어의 일시적인 저장을 위한 레지스터(132), 및 시스템의 각 구성요소를 제어하는 컨트롤러(133)를 구비한다.

프로세서(13)는 디지털(Digital) 사의 알파(Alpha), MIPS 테크놀로지, NEC, IDT, 지멘스(Siemens) 등의 MIPS, 인텔(Intel)과 사이릭스(Cyrix), AMD 및 넥스젠(Nexgen)을 포함하는 회사의 x86 및 IBM과 모토롤라(Motorola)의 파워PC(PowerPC)와 같이 다양한 아키텍쳐(Architecture)를 갖는 마이크로프로세서일 수 있다.

입출력 장치(14)는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 장치(14)는 입력 포트, 출력 포트, 키보드, 마우스, 디스플레이 장치, 터치 패널 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 키보드나 마우스는 예컨대 터치 스크린 또는 마이크로폰과 같은 물리적 변환기(Physical transducer) 등을 포함할 수 있다. 또한, 입출력 장치(14)는 사용자의 질의에 응답하거나 장치의 관리를 위한 그래픽 화면을 제공하기 위해 동영상 보드를 포함하여 구현될 수 있다.

통신인터페이스(15)는 사용자 단말이나 유무선 네트워크의 접속을 위한 통신 모듈을 포함한다. 통신인터페이스(15)는 근거리 무선통신, 차량간 통신, 이동통신망, 위성망 등의 통신 방식 중 적어도 어느 하나를 지원하도록 구현될 수 있다.

도 10 내지 도 18은 본 실시예의 송전탑 변위 측정 방법으로 변위 결과를 산출하는데 이용되는 가공송전 철탑의 종류, 철탑 설계 조건 및 철탑의 염력을 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서 설명하는 철탑의 종류, 철탑 설계 조건 및 철탑에서 고려되어야 하는 염력은 철탑의 변위를 측정하고 분석한 결과의 유의성 있는 결과를 산출하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 철탑의 종류와 철탑 설계 조건은 해당 철탑에 작용하는 염력을 고려하여 철탑의 변위 한계치를 설정하는데 이용될 수 있다.

철탑의 종류

철탑은 산형강 또는 강관 등으로 된 부재 하나 하나를 조립한 구조물로서 각 다리 마다 1개씩 독립된 기초를 가진 지지물을 말한다. 철탑은 가장 일반적인 지지물로서 모든 전압의 선로에 사용하며 여러가지의 모양의 것을 만들 수가 있다.

그러나 배전선로와 같이 가는 전선의 경우에는 비경제적이므로 강, 바다, 계곡횡단의 특수개소에 사용되며 대부분 송전선로에 사용되고 있다.

철탑은 구조특성, 형상 및 사용재료에 따라 여러가지가 있으며 상정된 하중을 완전히 자체가 지지할 수 있도록 설계된 고정철탑과 상정된 하중을 지선 등이 분담하는 가요성 철탑구조로 구분되며, 형상으로 보면 사각철탑, 방형철탑, 문형철탑, 회전철탑 및 지선철탑 등이 있다. 우리나라에서 표준적으로 사용하는 철탑은 고정식(자립식이라고도 함) 사각 격자형철탑이다.

이 밖에도 현재 일본에서는 기설 송전철탑을 대체하는 방법으로 기설 철탑의 여유공간인 철탑각 사이에 신규 기초를 설치하여 주주재를 V자형으로 배치하여 상부 구조와 연결하는 일명 트위스트(Twist) 철탑이라든가 철탑부지 확보 및 건설비 절감을 목적으로 한 삼각철탑도 개발되고 있다.

철탑은 345kV 이하에서는 주로 등변산형강을 재료로 하고 있는 격자형 철탑(Lattice Tower)을 사용하고 있으며 적용 하중이 커지면 강관(Pipe)을 재료로 하는 격자형 구조의 파이프 철탑(Pipe Tower)을 사용한다.

도심지내에서는 미관 등을 고려하여 격자형 철탑보다 강판을 6각 이상의 다각형 강관형태로 접어 붙여 슬립(Slip)연결이 되는 구조의 관형철탑이나 강관에 플랜지를 붙여 볼트로 연결되는 강관주 구조의 철탑을 사용한다. 이 밖에 강관에 콘크리트를 채운 MC철탑이 있는 데 이것은 강도가 크고 구조가 간단하며 강재량이 절감된다.

철탑설계조건

철탑은 전선로 방향의 강도와 전선로와 직각 방향의 강도 등을 동일하게 설계하는 것과 전선로 방향의 강도와 전선로와 직각 방향의 강도 등을 동일하지 않게 설계하는 것이 있다. 전자는 철탑주체가 4면 동형의 구성으로 4각철탑이라 하고 후자는 철탑주체의 마주보는 2면이 각각 동형의 구성으로 방형(方形)철탑이라 한다.

표준철탑은 전선로의 표준경간에 대하여 설계하는 것으로서 직선철탑, 각도철탑, 보강철탑, 인류철탑의 4 종류와 기타 특수철탑으로 분류한다.

직선철탑이라 함은 수평각도가 적은 개소에 사용하는 현수애자장치 철탑을 말하며 그 철탑형의 기호를 “A, F, SF”로 한다.

각도철탑이라 함은 수평각도가 발생되는 개소에서 사용하는 내장애자장치 철탑을 말하며 그 철탑형의 기호를 “Ba, Bb, C, E, D”로 한다.

보강철탑이라 함은 전선로를 보강하기 위하여 사용하는 내장애자장치 철탑을 말하며 그 철탑형의 기호를 “Bu”, “Cu”, “Eu”, “Du”로 하며, 전선로의 보강은 다음의 (a) 내지 (d)와 같다.

(a) 전선로 중 양측 경간의 경간차가 매우 큰 경우(지지물의 좌우 경간비가 2 이상)

(b) 전선로의 장경간(표준경간에 250m를 가산한 값을 초과) 개소의 당해 지지물 또는 인접 지지물

(c) 직선철탑이 연속하는 경우 10기 이하마다 1기

(d) 좌우경간의 불평형장력률이 10% 이상인 경우

인류철탑이라 함은 전체의 가섭선을 인류하는 개소에 사용하는 내장애자장치 철탑을 말하며 그 철탑형의 기호를 “D0"로 한다.

그리고, 송전선로 분기개소, 하천, 계곡횡단 등의 장경간개소, 표준철탑의 허용 수평각도를 초과하는 중각도개소 등의 특수성으로 표준철탑을 사용할 수 없는 개소에 적용하도록 특수 설계된 것을 말하며, 기호는 표준철탑의 기호 뒤에 S자를 표기하며 연가 철탑 기호는 “TC”로 한다.

표준철탑을 현지에 사용하는 경우, 철탑 및 가섭선의 기계적 강도와 아울러 선간거리 및 전선과 탑체간의 거리를 고려하고 이를 허용하는 범위에서 전선로의 수평각에 따라 철탑의 경간을 상관적으로 증감할 수 있다.

철탑의 높이는 가섭선의 수직선간 거리, 전선의 최대이도, 최하전선의 지상고 등에 의하여 결정한다. 최하전선의 지상고는 설계기준 1020(송전선로 지상고기준)에 의한다.

345kV 이하 표준철탑의 설계조건은 하기 표 2와 같이 함을 원칙으로 하고 특수철탑에 대하여는 이를 기본으로 하여 적절히 조정하여 정한다.

765kV 표준철탑의 설계조건은 하기 표 3과 같이 함을 원칙으로 하고 특수철탑에 대하여는 이를 기본으로 하여 적절히 조정하여 정한다.

염력(Q, Qo )

가섭선의 배치를 비대칭으로 인류하는 경우, 좌우 가섭선 장력에 차이가 있는 경우 등 상시 불평형장력에 의해서 탑체구면에 발생하는 염력을 상시 염력이라 하고 가섭선 절단 등 이상시 불평형장력에 의해서 탑체구면에 발생하는 염력을 이상시 염력이라 한다.

일반적인(대칭 암)인 경우의 염력을 나타내면 수학식 1과 같다(도 10 참조).

비대칭 암의 경우의 염력을 나타내면, 수학식 2와 같다(도 11 참조).

염력 중 상시 염력(Qo)은 상시 불평형장력 및 전상 불평형장력에 의한 염력으로서 좌우 비대칭 암 및 직각인류형의 경우에 고려한다.

상시 불평형장력에 의한 염력(Qo)에 있어서, 합장암의 경우의 일례(도 12 참조)는 수학식 3 및 수학식 4와 같다.

합장암의 경우(도 13 참조)에 있어서, 불평형장력에 의한 염력(Qo)의 다른 계산 예는 수학식 5와 같다.

그리고, 합장암의 경우(도 14 참조)에 있어서, 불평형장력에 의한 염력(Qo)의 또 다른 계산 예는 수학식 6과 같다. 동방향의 경우 가산하고, 역방향의 경우 작은 쪽을 무시한다.

한편, 이상시 불평형장력에 의한 염력(Q)은 상정장력에 의해 불평형장력을 고려한다.

참고로, 염력은 장력과 다음의 관계가 있다.

- 완금선단(腕金先端)에 불평형장력이 가해지면 염력 즉, 뒤틀림 힘이 발생한다. 따라서 염력과 불평형장력과는 불가분의 관계에 있다.

- 염력은 상시에 전후경간의 불평형장력에 의해 생기는 상시염력과 이상시, 즉 전선이 단선되는 경우에 발생하게 되는 이상시 염력으로 구분된다.

- 불평형장력이 발생하면 주주재에서는 비틀리는 힘이 발생할 뿐 압축력에 의한 좌굴이 없으므로 염력에 의한 고려는 하지 않는다. 왜냐하면, 주주재 한 면에서는 인장력이, 한 면에서는 압축력이 작용하게 되어 서로 상쇄되기 때문이다.

- 복재 즉, 수평재나 사재의 경우는 아래 그림에서와 같이 염력이 발생하는 절간부터 ab면의 하중이 bc, cd, da로 전달되고 이것은 다시 아래절간으로 전달된다. 이렇게 염력은 지면에 수평으로 작용하면서 지점(기지점)인 기초까지 나선형으로 전달된다. 일례로, 단선으로 불평형장력이 발생할 경우, 반대 방향으로 모멘트가 발생한다(도 15 참조)

- 염력이 발생하는 절간에서 한 면에 전달된 하중을 복재가 받으면서 응력을 생기게 하고 응력을 받는 복재는 압축력을 받게 되므로 염력에 대한 하중은 복재에 대해서만 고려하게 된다. 하중이 나선형으로 아래로 전달되면서 탑체폭이 점차 넓어지므로 응력은 점차 줄어들게 된다. 이것은 응력도에서 확인해 볼 수 있다.

또한, 참고로, 불평형장력 P는 AB, CD 2개면에서 지지하게 된다(도 16 참조). 철탑 암에 불평형장력 P가 작용할 때 응력의 분담을 살펴보면 다음과 같다.

도 16의 (b)에 나타낸 바와 같이, 지지점 AB, BC, CD, DA에 각각 경첩이 달려 있다고 가정한다. 왜냐하면 철탑은 부재의 접합부 및 기초의 지점은 모두 핀(pin)접합으로 하기 때문이며 핀 접합은 힌지(hinge, 경첩)와 동일하게 취급한다. 힘 A에 대해서는 경첩이 자유롭게 움직이는 방향이므로 응력이 발생하지 않고 힘 B에 대해서는 저항하는 응력이 발생한다(도 17 참조).

따라서 불평형장력 P가 화살표와 같은 방향으로 작용하면 BC, DA 면에서는 자유롭게 회전하기 때문에 응력이 발생하지 않고 AB, CD 2개 면에서만 힘을 받게 되며, 이 힘은 P/2 만큼 분할된다. 그리고 힘의 지지점을 임의의 절점으로 이동하면 이 힘 P는 O점에서 임의의 절간까지의 높이 h와의 곱인 모멘트 M = P × h로 작용한다.

또한, 전술한 불평형장력과 염력의 관계에 있어서, 암 길이가 L이고 탑체 폭이 b인 철탑에 도 18의 (a)와 같은 방향으로 불평형장력 P가 발생하면 2항에서 설명한 바와 같이 탑체의 AB, CD 2개면에서 지지하게 되므로 AB, CD면에 작용하는 힘 p는 불평형장력의 1/2이 된다.

또한, 불평형장력 P에 의해 O점에서 힘 P가 작용하는 지점까지의 거리 L 과의 곱인 모멘트 M = P × L이 생기고 탑체 각 면에는 도 18의 (b)와 같은 방향으로 4개의 염력 q가 발생하게 된다.

불평형장력에 의한 응력 p는 도 18의 (c)와 같이 힘과 크기는 같고 방향이 반대로 된다. 이것을 A, B, C, D각으로 분할하면 도 18의 (e)와 같이 된다. 그리고 모멘트 M = P × L은 거리 1/2 × b를 가진 4개의 응력 q로 대응하게 되므로 P × L = 4 × q × 1/2 × b가 된다.

따라서, 염력에 의한 응력은 q = (P × L)/2b 로 표현되고 도 18의 (d)와 같이 힘과 반대방향으로 작용한다.

이 염력에 의한 응력을 A, B, C, D각으로 분할하면, 도 18의 (f)와 같이 되고 불평형장력과 염력에 의한 응력을 합하여 그리면 도 18의 (g)와 같이 된다.

또한 각 주주재에 작용하는 염력 q는 인접한 면에서 압축력과 인장력이 가해지는 것으로 되지만 4각 철탑의 경우는 이의 2개 힘이 서로 같고 응력을 상쇄시키는 방향으로 작용하여 합력은 0이 된다. 따라서 주주재는 염력에 의한 응력이 생기지 않는다. 염력은 복재에 대해서만 고려하면 충분하다.

한편, 비합장 암의 수직하중에 의한 염력을 검토로서, 암주재 평면이 합장하지 아니하는 암의 양측 지지점에 수직하중차가 심한 경우, 암에 발생되는 염력에 대하여 따로 검토하여야 하며, 이때 발생되는 염력은 편의상 암 측면의 2개면에 분담되는 것으로 가정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 전술한 실시예에 의하면 다음과 같은 작용효과가 있다.

먼저, 기존의 측량에는 베이스데이터가 수치적인 일회성 데이터로만 이루어 져서 추후 사용에 대한 부분에는 신뢰성이 떨어진다는 내용이 있다. 하지만, 본 실시예에서와 같이 지상라이다 장비를 이용하여 만들어진 데이터는 점군데이터로 철탑설치후, 가선후, 가압후, 시공 1개월 후, 시공 3개월후 등 시간이 지나면서 나타나는 편차(변위량)을 확인하고 그 결과값을 도출하는데 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 데이터의 활용면에 있어서 기존 방식은 철탑의 다른 부분을 측정하려 한다면 측정자가 다시 철탑에 올라 재측정을 해야 하는 불편이 있지만, 지상라이다를 이용하면 언제 어디서라도 상대적으로 상당히 짧은 시간에 철탑의 전체적인 형상을 측정할 수 있으므로, 기존의 재측정을 위해 철탑으로 이동할 필요가 없다.

또한, 지상라이다 데이터는 철탑의 전체적인 형상이 다 표현되기 때문에 철탑의 기초부분이나, 철탑의 앵글부분에도 변형량을 간편하면서도 정확하게 확인할 수 있다.

아울러, 3차원 모델링 데이터의 솔루션을 이용하여 관리자가 직접 필요부분의 측정하도록 프로그램화되어 있어 철탑의 관리에 효율적인 도움을 줄 수 있다.

이상에서와 같이 실시 예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 가공송전 철탑과 그 주변의 사전검사를 통해 선정된 스캔 위치에서 지상라이더로 가공송전 철탑을 측정하여 가공송전 철탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 준비하는 단계;
   상기 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하는 단계;
   상기 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계;
   상기 점군데이터와 상기 가공송전 철탑의 설계데이터를 비교하는 단계; 및
   상기 점군데이터와 상기 설계데이터의 차이를 토대로 상기 가공송전 철탑의 변위 결과를 산출하는 단계;
   를 포함하는 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 변위 결과를 산출하는 단계는, 상기 철탑의 종류와 설계 조건을 토대로 설정되는 상기 철탑의 변위에 대한 한계치와 상기 설계데이터와의 차이를 토대로 산출한 실측 변위를 비교하여 상기 철탑의 안전도를 평가하는 단계를 포함하는 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법.
3. 지상라이다에 연결되는 송전탑 변위 측정 시스템에서 송전탑에 대한 여러 각도의 스캔데이터를 입출력장치를 통해 입력받고, 상기 송전탑 변위 측정 시스템의 프로세서가 메모리시스템에 저장된 프로그램에 의해 상기 여러 각도의 스캔데이터를 얼라인 작업에 의해 병합하고, 상기 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하고, 상기 점군데이터와 데이터베이스에 기저장된 상기 송전탑의 설계데이터를 비교하고, 상기 점군데이터와 상기 설계데이터의 차이를 토대로 상기 송전탑의 변위 결과를 산출하는, 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 스캔데이터에서 상기 점군데이터로의 변환은, 상기 스캔데이터에서 상기 송전탑을 샘플링하고, 샘플링한 상기 송전탑의 깊이 이미지와 색상 이미지를 맵핑한 포인트 클라우드를 생성하고, 상기 포인트 클라우드에서 상기 송전탑을 모델링한 3차원 이미지를 추출하는 것을 포함하는, 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 변위 결과의 산출은, 상기 송전탑의 종류와 설계 조건을 토대로 설정되는 상기 송전탑의 변위에 대한 한계치와 상기 설계데이터와의 차이를 토대로 산출한 실측 변위를 비교하여 상기 송전탑의 안전도를 평가하는 일련의 과정을 포함하는 지상라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법.

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