KR101472827B1 - 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 및 제어하는 시스템 및 그 방법 - Google Patents

해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 및 제어하는 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 광섬유 브래그 격자를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304)를 이용하여, 상기 해양 구조물(100)의 거동 및 구조적 변화를 감지하는 복합광계측기기(500)를 포함하는 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, 광학센서(304) 방식의 측정방법을 도입하여 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 실시간으로 정확하게 모니터링 할 수 있다.

Description

해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 및 제어하는 시스템 및 그 방법{real-time monitoring and controlling system and method for physical change of the marine structure}
본 발명은 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간으로 모니터링 및 제어하기 시스템 및 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 광학센서 방식의 측정방법을 도입하여 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 복합광계측기기에 의하여 실시간으로 모니터링 하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
해양의 유정에서 생산된 원유는 해양 구조물의 일종인 파이프라인을 이용하여 해상구조물로 이송한다. 상기 해상구조물에는 FPSO(Floating Production Storage and Offloading, 부유식 원유생산저장하역설비), TLP(Tension-Leg Platform), SPAR, Semi-Submersible, 고정플렛폼 (fixed Platform) 등이 있다.
이 때 파이프라인은 20년 이상의 운영기간을 목적으로 적게는 수km에서 많게는 수백km까지 심해에 설치된다.
이 경우, 심해에 설치된 파이프라인은 크게는 100도 이상의 온도 편차에 의해 수축 또는 팽창 현상이 발생하고, 파이프라인 내부의 압력 변화에 따라서 길이 변화를 포함하는 물리적 변화가 발생하게 된다.
이에 따라, 해양에 설치된 파이프라인은 특정 또는 불특정 다수의 지점에서 응력이 집중적으로 발생하여 좌굴(buckling) 및 변형이 발생하게 된다. 또한, 해상 및 해저에 설치된 파이프라인과 해상 운송장치의 라이저(riser)의 연결부인 터치다운존(touch down zone)에서는 해류, 파도, 조류, 바람, 온도 등의 다수의 환경외력에 의해 파이프라인의 요동을 유발한다.
이와 같은 요동을 측정하기 위해 현재 다양한 모니터링 방식이 사용되고 있다. 기존의 모니터링 방식은 파이프라인 자체의 변형률을 측정하는 방식으로, 전기식 또는 광섬유 방식의 변형률 센서가 사용되고 있다. 해양 구조물은 주로 용접부위가 구조적으로 가장 취약한 부분이기 때문에 20 ~50cm 간격으로 센서를 설치하여 운용하고 있다. 여기서 파이프라인의 길이 방향으로 센서를 설치하여 변형을 분석하는 형태로 되어 있다. 또 다른 모니터링 방식으로는 전기식 경사계를 이용하여 파이프라인의 변형을 감지하는 방식이 있다.
하지만, 기존의 모니터링 방식에 따르면 해양 구조물의 온도, 압력에 의해 발생하는 변형률이 좌굴 및 워킹 현상에 의해 발생하는 변형률 보다 훨씬 크게 발생하기 때문에, 정확한 현상 분석에 어려움이 있었다. 그리고 현재 전기식 경사계(510)는 해양에 설치되는 이유로 높은 수압에 의한 누수에 따른 망실 및 설치 시 전원공급장치 및 연결 방식의 복잡하여 사용이 용이한 새로운 측정방식에 대한 수요가 증가하고 있다. 또한 기존의 모니터링 방식에 사용되는 센서는 피로 측정 내구연한이 짧아 보다 장기간 사용할 수 있는 방식의 센서가 필요한 상황이다.
한국공개특허공보 제 10-2011-0045512 호 : 선박형 해양 구조물의 케이블 배선경로
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 광학센서(304) 방식의 측정방법을 도입하여 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간으로 모니터링 및 제어하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 광학센서 방식의 융합계측을 통하여 기존의 전기식 센서에 비하여 해양 구조물의 변화를 더욱 장기간 측정할 수 있고, 설치 및 운용이 간편한 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해양 구조물(200)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템에 따르면, 광섬유 브래그 격자를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304)를 이용하여, 상기 해양 구조물(200)의 거동 및 구조적 변화를 감지하는 복합광계측기기(500)를 포함하는 해양 구조물(200)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템이 제공된다.
또한, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(200) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점과 상기 해양 구조물(200) 상에 설정된 지점 사이의 거리 변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 신장계(300)를 포함하여 구성되며, 상기 광학센서(304)는, 상기 거리 변화로 인하여 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광학센서(304)를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
상기 신장계(300)는, 상기 기준점과 상기 해양 구조물(200) 상에 설정된 지점 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 와이어(310)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 와이어(310)는, 인바(invar)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 신장계(300)는, 상기 와이어(310)를 일정 장력으로 권취하는 와인딩부(301), 광학센서(304)를 이용하여 상기 와인딩부(301)의 회전수를 측정하는 감지부(302)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 신장계(300)는 상기 감지부(302)로부터 측정된 회전수에 상응하여 주기적으로 상기 광학센서(304)를 자극하는 자극부(303)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(200) 상의 적어도 1개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(320)가 구비되어 상기 해양 구조물(200)의 길이변화를 측정하는 신장계(300)를 포함한다. 상기 광섬유 와이어(320)는 상기 해양 구조물(200) 상의 거리 변화로 인하여 광학센서(304)에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 구조물 상의 동일한 지점에 적어도 1개 이상 설치되며, 광섬유로 이루어지는 와이어(310)를 포함하여 구성되며, 상기 와이어(310)는, 상기 해양 구조물(200) 상의 거리 변화로 인하여 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 삼각측정법을 이용하여 상기 와이어(310) 각각의 인장 정도를 환산하여 상기 지점의 절대적인 위치 정보를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(200) 상의 복수 지점 간의 경사변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 경사계(510)를 포함한다. 또한, 상기 경사계(510)는, 중력방향으로 설치된 무게추, 상기 무게추에 연결된 적어도 하나 이상의 광섬유로 이루어진 광학센서(304)를 포함하며, 상기 경사계(510)가 설치된 해양 구조물(200) 상의 지점의 경사변화로 인하여, 상기 무게추에 의해 상기 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 기준점의 위치 변화를 측정하기 위한 지진계(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 해양 구조물(200)의 진동을 측정하는 진동계(530)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)로부터 광신호의 파장 변화를 감지하는 측정장치(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 측정장치(600)로서 데이터 로거 또는 인터로게이터를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복합광계측기기(500)는 OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer), 라만스텍트럼법(Raman), 브릴루앙 산란(Brillouin scattering), 레일리파(Rayleigh wave), DAS(Distributed Acoustic Sensing), 음향방출법(Acoustic Emission), 간섭법(Interferometry) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 목표로 하는 구조물의 변화를 감지한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 측정장치(600)는, 파장을 제어할 수 있는 레이저가 구비된 광학부, 상기 광학부에 의해 반사된 광신호의 파장을 광학센서(304)별로 구별하는 광참조기, 상기 광참조기로부터 출력된 각 광학센서(304)의 광섬유 브래그 격자를 다수로 연결하고, 브래그 반사 파장을 채널별로 분배하는 광 결합기(optical coupler); 및 상기 광 결합기로부터 전달받은 브래그 반사 파장을 전기신호로 변환하는 포토다이오드(photo diode)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 측정장치(600)는 산란된 광신호를 취합하는 기능을 구비한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해양 구조물의 물리적 변화를 모니터링 하는 방법에 따르면, 해양 구조물(200) 상 및/또는 기준점에 설치된 적어도 하나 이상의 복합광계측기기(500)를 이용하여, 상기 해양 구조물(200)의 거동 또는 구조적 변화에 따라 상기 광학센서(304)를 통과하는 광신호의 파장 및/또는 광량을 변화시키는 (a)단계, 상기 복합광계측기기(500)가 상기 파장 및/또는 광량이 변화된 상기 광신호를 상기 측정장치(600)로 전달하는 (b)단계, 측정장치(600)에 의해 상기 광신호의 파장 및/또는 광량 변화를 감지하는 (c)단계를 포함하며, 상기 복합광계측기기(500)는 광섬유 브래그 격자를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304)를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 해양 구조물(200) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점과 상기 해양 구조물(200)의 설정된 위치 사이의 거리 변화를 측정하는 신장계(300)로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는 상기 기준점과 상기 해양 구조물(200) 상에 설정된 지점 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 와이어(310), 상기 와이어(310)를 일정 장력으로 권취하는 와인딩부(301), 광섬유를 이용하여 상기 와인딩부(301)의 회전수를 측정하는 감지부(302) 및 상기 감지부(302)로부터 측정된 회전수에 상응하여 주기적으로 상기 광섬유를 자극하는 자극부(303)를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 해상 구조물 상의 적어도 1개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(310)가 구비되어 상기 해양 구조물(200)의 길이변화를 측정하며, 상기 광섬유 와이어(310)는, 상기 해양 구조물(200) 상의 거리 변화로 인한 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 구조물 상의 동일한 지점에 적어도 1개 이상 연결되며, 광섬유로 이루어지는 와이어(310)를 포함하여 구성되며, 상기 와이어(310)는, 상기 해양 구조물(200) 상의 거리 변화로 인하여 상기 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 삼각측정법을 이용하여 상기 와이어(310) 각각의 인장 정도를 환산하여 상기 지점의 절대적인 위치 정보를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(200) 상의 복수 지점 간의 경사변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 경사계(510)를 포함한다. 상기 경사계(510)는, 중력방향으로 설치된 무게추와 상기 무게추에 연결된 광섬유를 포함하며, 상기 (a)단계는, 상기 해양 구조물(200)에 발생한 경사변화에 따라 상기 무게추가 상기 광섬유를 자극하여 응력 변화를 발생시키고, 발생 된 응력 변화를 광신호로 변환한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(200) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점의 위치 변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 지진계(520)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 해양 구조물(200)의 진동을 측정하는 진동계(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 측정장치(600)는, 데이터 로거 또는 인터로게이터를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 측정장치(600)는, 파장을 제어할 수 있는 레이저가 구비된 광학부, 상기 광학부에 의해 반사된 광신호의 파장을 광학센서(304)별로 구별하는 광참조기, 상기 광참조기로부터 출력된 각 광학센서(304)의 광섬유 브래그 격자를 다수로 연결하고, 브래그 반사 파장을 채널별로 분배하는 광 결합기(optical coupler); 및 상기 광 결합기로부터 전달받은 브래그 반사 파장을 전기신호로 변환하는 포토다이오드(photo diode)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해양 구조물의 실시간 물리적 변화 모니터링을 통한 제어 방법에 따르면, 수조에서 실험에 의한 해양 구조물(200)의 물리적 변화에 대한 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터를 축적하여 룩업테이블(Lookup table)을 생성하는 (a)단계, 측정장치(600)로부터 출력된 해양 구조물(200)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 획득하는 (b)단계, 상기 (b)단계에서 획득한 데이터를 상기(a)단계의 룩업테이블에 축적된 데이터와 비교하여, 해양 구조물(200)의 물리적 변화에 대한 예측데이터를 생성하는 (c)단계, 상기 예측데이터를 전달받은 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램에 의하여 구조물 제어 동작정보, 유지보수가 필요한 위치정보, 유지보수비용정보, 유지보수소요시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유지보수정보 및 해양 구조물(200)에서의 가스 누출, 화재 또는 폭발에 대한 경고정보를 생성하는 (d)단계를 포함하며, 상기 물리적 변화는, 상기 해양 구조물(200) 상의 적어도 하나 이상의 지점에 대한 길이변화, 경사변화, 온도변화, 압력변화, 비체적변화 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (c)단계 이후에, 상기 예측데이터와 해양 구조물(200)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 비교하여, 룩업테이블을 수정하는 (c-1)단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기(d)단계 이후에, FSI프로그램(Fluid Structure Interaction)에 의해 상기 해양 구조물(200) 제어정보를 시뮬레이터로 생성하고, 상황인식 미들웨어에 의해 상기 시뮬레이터를 상기 (b)단계에서 획득한 상기 해양 구조물(200)의 실제 물리적 변화량에 대한 데이터와 실시간으로 연동시켜, 상기 해양 구조물(200)을 자동으로 제어하는 알고리즘을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (d)단계의 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램은 유한요소해석법(FEM) 및 전산유체역학(CFD)를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (d)단계는, 상기 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램이, 상기 해양 구조물(200)의 거동 및 구조적 변화에 따라 발생할 수 있는 가스 누출/확산, 화재 또는 폭파 등의 가상상황 및 상기 가상상황에 따른 대응방안에 대한 데이터가 저장된 상황해석모듈과 연동되어, 유지보수정보를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 구조물 자동제어부(400)가 상기 제어 동작 정보에 따라 상기 해양 구조물(200)의 위치 또는 각도를 변화시켜 제어하는 (e)단계를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 해양 구조물(200) 상의 적어도 하나의 지점에 연결되는 결합수단(410) 및 상기 결합수단(410)과 연결되어 상기 해양 구조물(200)을 상하좌우로 이동시키는 변위조절수단(420)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 경고정보는, 상기 측정장치(600)가 TDLAS, DTS, DAS, FBG 또는 RMLD 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정한 상기 해양 구조물(200)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 이용하여 생성된다.
본 발명에 의하면, 광학센서 방식의 측정방법을 도입하여 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간으로 정확하게 모니터링 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 광학센서 방식의 측정방법을 통하여 기존의 전기식 센서에 비하여 해양 구조물의 변화를 더욱 장기간 안정적으로 측정할 수 있고, 설치 및 운용이 간편한 모니터링 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 해양 구조물의 실시간 모니터링을 통하여 해양 구조물에 대한 즉각적인 유지, 보수가 가능하므로, 해양 구조물의 운용에 필요한 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 해양 구조물의 실시간 모니터링을 통하여 해양 구조물로부터 원유 누출과 같은 환경오염을 사전에 감지하고 예방할 수 있다.
도 1은 해저의 파이프라인 및 라이저(riser)를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 전기식 또는 광섬유 방식의 변형률 센서를 이용하여 파이프라인 자체의 변형률을 측정하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해저의 파이프라인에 연결된 신장계(300)를 이용하여 기준점과 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이의 거리 변화 측정 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신장계(300)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해양 구조물(100) 상의 적어도 2개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(310)가 구비되어 상기 해양 구조물(100)의 길이변화를 측정하는 신장계(300)를 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신장계(300)가 삼각측정법을 이용하여 상기 해양 구조물(100)의 길이변화를 측정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구조물 자동제어부(400)가 상기 제어 동작 정보에 따라 상기 해양 구조물(100)의 위치 또는 각도를 변화시키는 것을 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해서 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 임의의 실시예는 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
본 발명에서 사용되는 해양 구조물이라는 용어는, 예를 들어, 잭 업 리그, 세미서브 리그, 자켓, 컴플라이언트 타워, TLP, 부체식 석유생산,저장,적출시설, 풍력발전기, 파력발전기 등을 의미하며, 또한 직간접적으로 연계된 복합구조물(예를 들어, non-subsea structure/Flare tower, Top-side, 접안하는 관계의 해양 구조물(100)들, Drill Rig, 유전에서 오일 및 가스 채취용 Production Casing, Risers, Flowline, Production line, mooring line, hawser line, Lowering line, ROV용 Tethering Cable line, 친환경 연료절감용 돗/세일의 구조 지지대 및 연결 케이블, 광섬유센서가 인입된 tentioner, 풍력발전기의 블래이드 및 타워, jacket, foundation과 인입하는 tensioner, 교량/사장교용 케이블, 해상, 해중 또는 해저구조물의 지지대/받침대 등의 구조물과 이러한 구조물용의 concrete tensioner 등 해상 또는 해저(submersible)의 모든 구조물을 포괄하는 광의의 용어임을 밝혀둔다. 또한, 해양 구조물은 Coupled Riser와 Un-coupled Riser를 포함하는 용어이다. Coupled Riser에는 Steel Catenary Riser(SCRs), Weight-Distributes SCRs, Steel Lazy Wave Risers(SLWRs), Flexible riser systems 등이 있으며, Un-coupled Riser에는 Single Hybrid Riser Tower, Grouped SLOR, Hybrid Riser Tower, Buoyancy Supported Risers (commonly known as BSR system) 등이 있다.
본 명세서에서 사용되는 광학센서(304)란, 광섬유를 지나가는 빛의 세기, 광섬유의 굴절률 및 길이, 모드, 그리고 편광상태의 변화 등을 이용하여 피측정량을 추정하는 센서를 의미하는 용어이다. 또한, 상기 광학센서(304)의 측정량으로는 온도, 압력, 스트레인, 회전율 등 다양하며 센서부에서 전기를 사용하지 않으며, 실리카 재질의 뛰어난 내부식성으로 사용 환경에 대한 제약이 거의 없다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 광 브래그 격자란, 광섬유가 자외선에 일정 시간 노출되었을 때 노출된 정도에 따라 광 굴절률의 변화를 일으켜 생성된 일정한 굴절률 변화 패턴을 의미하는 용어이다. 또한, 광 브래그(Bragg) 격자는 굴절률의 변화 주기에 따라 특정한 파장의 빛을 선택적으로 반사 또는 제거하는 특성이 있으므로 이러한 특성을 이용하면, 광통신용 필터, 광 분산 보상기, 광섬유 레이저 등에 이용할 수 있다. 또한 외부의 인장력이나 온도 변화에 따른 광 선택성의 변화를 이용하여 광학센서(304)로도 폭넓게 응용되고 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 신장계(300)(extensometer)라는 용어는 일반적으로 표점 거리에 생긴 길이의 변화, 즉 신장을 정밀하게 측정하는 장치를 말하며, 경사계(510)(inclinometer)란 용어는 일반적으로 측정 대상물에 발생하는 각도 변화를 측정하는 장치를 말한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치해석(numerical analysis)이란, 구조물의 형태나 실제모형을 컴퓨터 프로그램 등을 이용 모델화 하여 실제로 거기에 적용되는 응력 등 여러 가지 변수들을 입력자료로 하고, 변위나 응력상태 등을 출력자료로 하여 적용모델의 변형거동을 수치적으로 규명하는 해석법을 의미하며, 전산유체역학, 유한요소해석(FEM), 유체-구조연동해석(FSI), 유한 차분법(FDM), 유한 체적법(FVM), IFEM(Inverse Finite Element Method) 등을 포괄하는 용어이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 유한요소해석법(FEM)은, 상기 유한요소해석법(FEM)은 연속체인 구조물을 1차원인 막대, 2차원인 삼각형이나 사각형, 3차원인 중실체(사면체, 6면체)의 유한 개의 요소로 분할하여 각기의 영역에 관하여 에너지원리를 기초로 하는 근사해법에 기하여 계산을 해나가는 수치계산방법을 의미하는 용어이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는, 상기 전산유체역학(CFD)은 유체 또는 기체의 동적인 움직임을 컴퓨터를 이용해서 수치해석적 방법으로 계산해 내는 것을 의미하는 용어이다.
본 발명은, 광섬유를 이용하여 해양 구조물(100)의 좌굴(buckling), 워킹(walking) 현상을 측정하고 이에 따라 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템 및 방법으로, 해양 구조물(100) 상의 각 설정된 위치에서 기준점으로부터의 거리 변화를 측정할 수 있는 신장계(300)(extensometer), 상기 해양 구조물(100) 상의 각 설정된 위치에 설치되어 변화 방향을 측정할 수 있는 경사계(510)(inclinometer) 또는 기준점의 변화를 감지할 수 있는 지진계(520)가 포함되는 복합광계측기기(500)를 이용한다. 또한, 온도계, 유량계(Flow meter), 압력계를 포함될 수 있다.
광섬유를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304)를 이용하여, 상기 해양 구조물(100)의 거동 및 구조적 변화를 감지하는 복합광계측기기(500)를 포함하는 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템이 제공된다.
또한, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(100) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점과 상기 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이의 거리 변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 신장계(300)를 포함하여 구성되며, 상기 광학센서(304)는, 상기 거리 변화로 인하여 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광학센서(304)를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
도 3을 참조하면, 상기 신장계(300)는, 상기 기준점과 상기 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 와이어(310)를 포함하여 구성된다. 상기 와이어(310)는, 철 63.5%에 니켈 36.5%를 첨가하여 열팽창계수가 작은 합금인 인바(invar)로 제작한 줄자로 제작할 수 있다. 인바선(invar wire)을 이용하여 외부 온도변화에 영향을 받지 않고 높은 정밀도의 거리측정에 이용되도록 한다.
또한, 도 4를 참조하면 상기 신장계(300)는, 상기 와이어(310)를 일정 장력으로 권취하는 와인딩부(301), 광학센서(304)를 이용하여 상기 와인딩부(301)의 회전수를 측정하는 감지부(302)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 신장계(300)는 상기 감지부(302)로부터 측정된 회전수에 상응하여 주기적으로 상기 광학센서(304)를 자극하는 자극부(303)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(100) 상의 적어도 2개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(310)가 구비되어 상기 해양 구조물(100)의 길이변화를 측정하는 신장계(300)를 포함한다. 상기 광섬유 와이어(310)는 상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인하여 광학센서(304)에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 상기 신장계(300)는, 상기 구조물 상의 동일한 지점에 적어도 3개 이상 설치되며, 광섬유로 이루어지는 와이어(310)를 포함하여 구성되며, 상기 와이어(310)는, 상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인하여 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 삼각측정법을 이용하여 상기 와이어(310) 각각의 인장 정도를 환산하여 상기 지점의 절대적인 위치 정보를 제공한다. 여기서 삼각측정법이란 삼각측량법이란 어떤 한 점의 좌표와 거리를 삼각형의 성질을 이용하여 알아내는 방법이다. 그 점과 두 기준점이 주어졌으면, 그 점과 두 기준점이 이루는 삼각형에서 밑변과 다른 두 변이 이루는 각을 각각 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 일련의 계산을 수행함으로써, 그 점에 대해 좌표와 거리를 알아내는 방법이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(100) 상의 복수 지점 간의 경사변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 경사계(510)를 포함한다. 또한, 상기 경사계(510)는, 중력방향으로 설치된 무게추, 상기 무게추에 연결된 적어도 하나 이상의 광섬유로 이루어진 광학센서(304)를 포함하며, 상기 경사계(510)가 설치된 해양 구조물(100) 상의 지점의 경사변화로 인하여, 상기 무게추에 의해 상기 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 기준점의 위치 변화를 측정하기 위한 지진계(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 해양 구조물(100)의 진동을 측정하는 진동계(530)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)로부터 광신호의 파장 변화를 감지하는 측정장치(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 측정장치(600)로서 데이터 로거 또는 인터로게이터를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복합광계측기기(500)는 OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer), 라만스텍트럼법(Raman), 브릴루앙 산란(Brillouin scattering), 레일리파(Rayleigh wave), DAS(Distributed Acoustic Sensing), 음향방출법(Acoustic Emission), 간섭법(Interferometry) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 목표로 하는 구조물의 변화를 감지한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 측정장치(600)는, 파장을 제어할 수 있는 레이저가 구비된 광학부, 상기 광학부에 의해 반사된 광신호의 파장을 광학센서(304)별로 구별하는 광참조기, 상기 광참조기로부터 출력된 각 광학센서(304)의 광섬유 브래그 격자를 다수로 연결하고, 브래그 반사 파장을 채널별로 분배하는 광 결합기(optical coupler); 및 상기 광 결합기로부터 전달받은 브래그 반사 파장을 전기신호로 변환하는 포토다이오드(photo diode)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 측정장치(600)는 산란된 광신호를 취합하는 기능을 갖출 수 있다.
신장계(300)는 해양 구조물(100)의 설정된 위치 사이의 길이변화를 감지하여 해양 구조물(100)의 거동량을 측정하며, 경사계(510)는 해양 구조물(100)의 거동방향을 감지하여 각도변화를 측정한다. 측정된 결과는 유선 또는 무선방식의 전기, 전자, 소나(sonar) 또는 광학 방식 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정장치(600)와 통신하여 전달된다.
수십m 내지 수백m의 거리에 걸쳐 거시적으로 발생하는 해저면의 수평 방향으로 발생하는 좌굴을 측정하기 위하여 다수의 신장계(300)와 경사계(510)를 구성하여 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링 한다.
해저 기준점의 설치가 어려운 경우 90도 간격으로 신장계(300)를 설치하고, 경사계(510)를 이용하여 경사변화를 측정하여 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링 한다.
상기 기준점으로부터 길이 변화를 측정할 수 있는 신장계(300);와 각도 변화를 측정할 수 있는 경사계(510)로 구성된다. 기준점에는 지반의 움직임을 측정할 수 있는 지진계(520)를 더 포함하여 설치될 수 있으며, 경사계(510)와 신장계(300)로부터 광신호를 전달받는 광학 방식의 측정장치(600)로 구성된다. 상기 측정장치(600)로부터의 출력은 해상 및 원격에서 확인할 수 있도록, 유선 또는 무선방식의 전기, 전자, 소나(sonar) 또는 광학 방식 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전달된다. 또한, 복수개의 상기 신장계(300) 또는 경사계(510)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 기준점에는 지반의 움직임을 측정할 수 있는 지진계(520)를 더 포함하여 설치될 수 있으며, 경사계(510)와 신장계(300)로부터 광신호를 전달받는 광학 방식의 측정장치(600)로 구성된다. 상기 측정장치(600)로부터의 출력은 해상 및 원격에서 확인할 수 있도록, 유선 또는 무선방식의 전기, 전자, 소나(sonar) 또는 광학 방식 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전달된다. 또한, 복수개의 상기 신장계(300) 또는 경사계(510)가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링 하는 방법은, 해양 구조물(100) 상 및/또는 기준점에 설치된 적어도 하나 이상의 복합광계측기기(500)를 이용하여, 상기 해양 구조물(100)의 거동 또는 구조적 변화에 따라 상기 광학센서(304)를 통과하는 광신호의 파장 및/또는 광량을 변화시키는 (a)단계, 상기 복합광계측기기(500)가 상기 파장 및/또는 광량이 변화된 상기 광신호를 상기 측정장치(600)로 전달하는 (b)단계, 측정장치(600)에 의해 상기 광신호의 파장 및/또는 광량 변화를 감지하는 (c)단계를 포함하며, 상기 복합광계측기기(500)는 광섬유 브래그 격자를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304)를 포함한다.
또한, 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 해양 구조물(100) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점과 상기 해양 구조물(100)의 설정된 위치 사이의 거리 변화를 측정하는 신장계(300)로 이루어질 수 있다.
또한, 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 상기 신장계(300)는 상기 기준점과 상기 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 와이어(310), 상기 와이어(310)를 일정 장력으로 권취하는 와인딩부(301), 광섬유를 이용하여 상기 와인딩부(301)의 회전수를 측정하는 감지부(302) 및 상기 감지부(302)로부터 측정된 회전수에 상응하여 주기적으로 상기 광섬유를 자극하는 자극부(303)를 포함한다.
또한, 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 상기 신장계(300)는, 상기 해상 구조물 상의 적어도 2개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(320)가 구비되어 상기 해양 구조물(100)의 길이변화를 측정하며, 상기 광섬유 와이어(320)는, 상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인한 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 상기 신장계(300)는, 상기 구조물 상의 동일한 지점에 적어도 3개 이상 연결되며, 광섬유로 이루어지는 와이어(310)를 포함하여 구성되며, 상기 와이어(310)는, 상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인하여 상기 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 신장계(300)는, 상기 삼각측정법을 이용하여 상기 와이어(310) 각각의 인장 정도를 환산하여 상기 지점의 절대적인 위치 정보를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(100) 상의 복수 지점 간의 경사변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 경사계(510)를 포함한다. 상기 경사계(510)는, 중력방향으로 설치된 무게추와 상기 무게추에 연결된 광섬유를 포함하며, 상기 (a)단계는, 상기 해양 구조물(100)에 발생한 경사변화에 따라 상기 무게추가 상기 광섬유를 자극하여 응력 변화를 발생시키고, 발생 된 응력 변화를 광신호로 변환한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는 상기 해양 구조물(100) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점의 위치 변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 지진계(520)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합광계측기기(500)는, 상기 해양 구조물(100)의 진동을 측정하는 진동계(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 측정장치(600)는, 데이터 로거 또는 인터로게이터를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 측정장치(600)는, 파장을 제어할 수 있는 레이저가 구비된 광학부, 상기 광학부에 의해 반사된 광신호의 파장을 광학센서(304)별로 구별하는 광참조기, 상기 광참조기로부터 출력된 각 광학센서(304)의 광섬유 브래그 격자를 다수로 연결하고, 브래그 반사 파장을 채널별로 분배하는 광 결합기(optical coupler); 및 상기 광 결합기로부터 전달받은 브래그 반사 파장을 전기신호로 변환하는 포토다이오드(photo diode)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 해양 구조물(100)에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법에 따르면, 수조에서 실험에 의한 해양 구조물(100)의 물리적 변화에 대한 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터를 축적하여 룩업테이블(Lookup table)을 생성하는 (a)단계, 측정장치(600)로부터 출력된 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 획득하는 (b)단계, 상기 (b)단계에서 획득한 데이터를 상기(a)단계의 룩업테이블에 축적된 데이터와 비교하여, 해양 구조물(100)의 물리적 변화에 대한 예측데이터를 생성하는 (c)단계, 상기 예측데이터를 전달받은 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램에 의하여 구조물 제어 동작정보, 유지보수가 필요한 위치정보, 유지보수비용정보, 유지보수소요시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유지보수정보 및 해양 구조물(100)에서의 가스 누출, 화재 또는 폭발에 대한 경고정보를 생성하는 (d)단계를 포함하며, 상기 물리적 변화는, 상기 해양 구조물(100) 상의 적어도 하나 이상의 지점에 대한 길이변화, 경사변화, 온도변화, 압력변화, 비체적변화 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (c)단계 이후에, 상기 예측데이터와 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 비교하여, 룩업테이블을 수정하는 (c-1)단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기(d)단계 이후에, FSI프로그램(Fluid Structure Interaction)에 의해 상기 해양 구조물(100) 제어정보를 시뮬레이터로 생성하고, 상황인식 미들웨어에 의해 상기 시뮬레이터를 상기 (b)단계에서 획득한 상기 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화량에 대한 데이터와 실시간으로 연동시켜, 상기 해양 구조물(100)을 자동으로 제어하는 알고리즘을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (d)단계는, 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램은 유한요소해석법(FEM) 및 전산유체역학(CFD)를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (d)단계는, 상기 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램이, 상기 해양 구조물(100)의 거동 및 구조적 변화에 따라 발생할 수 있는 가스 누출/확산, 화재 또는 폭파 등의 가상상황 및 상기 가상상황에 따른 대응방안에 대한 데이터가 저장된 상황해석모듈과 연동되어, 유지보수정보를 생성할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면, 구조물 자동제어부(400)가 상기 제어 동작 정보에 따라 상기 해양 구조물(100)의 위치 또는 각도를 변화시켜 제어하는 (e)단계를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 해양 구조물(100) 상의 적어도 하나의 지점에 연결되는 결합수단(410) 및 상기 결합수단(410)과 연결되어 상기 해양 구조물(100)을 상하좌우로 이동시키는 변위조절수단(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구조물 자동제어부(400)에 의하여 해양 구조물(100)의 거동 및 구조적 변화가 최소화될 수 있도록 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 경고정보는, 상기 측정장치(600)가 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), DTS(Distributed Temperature Sensing), DAS(Distributed Acoustic Sensing), FBG(Fiber Bragg Grating) 또는 RMLD(Remote Methane Leak Detector) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정한 상기 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 이용하여 생성된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명을 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 해양구조물 200 : 해양 구조물
300 : 신장계 301 : 와인딩부
302 : 감지부 303: 자극부
304 : 광학센서 310 : 와이어
320 : 광섬유 와이어 400 : 구조물 자동제어부
410 : 결합수단 420 : 변위조절수단
500 : 복합광계측기기 510 : 경사계
520 : 지진계 530 : 진동계
600 : 측정장치

Claims (35)

  1. 해양 구조물(100)의 물리적 변화를 모니터링하는 시스템에 있어서,
    광섬유 브래그 격자를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304)를 이용하여, 상기 해양 구조물(100)의 거동 및 구조적 변화를 감지하는 복합광계측기기(500);를 포함하고,
    상기 복합광계측기기(500)는,
    상기 해양 구조물(100) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점과 상기 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이의 거리 변화를 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 신장계(300);를 포함하여 구성되며,
    상기 신장계(300)는,　
    상기 기준점과 상기 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 와이어(310);
    상기 와이어(310)를 일정 장력으로 권취하는 와인딩부(301);
    광학센서(304)를 이용하여 상기 와인딩부(301)의 회전수를 측정하는 감지부(302);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학센서(304)는,
    상기 거리 변화로 인하여 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광학센서(304)를 통과하는 광신호의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는　해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 와이어(310)는, 인바(invar)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신장계(300)는,
    상기 감지부(302)로부터 측정된 회전수에 상응하여 주기적으로 상기 광학센서(304)를 자극하는 자극부(303);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는
    상기 해양 구조물(100) 상의 적어도 1개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(320)가 구비되어 상기 해양 구조물(100)의 길이변화를 측정하는 신장계(300);를 포함하여 구성되며,
    상기 광섬유 와이어(320)는,
    상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인하여 광학센서(304)에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신장계(300)는,
    상기 구조물 상의 동일한 지점에 적어도 1개 이상 설치되며, 광섬유로 이루어지는 와이어(310)를 더 포함하여 구성되며,
    상기 와이어(310)는,
    상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인하여 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 신장계(300)는,
    삼각측정법을 이용하여 상기 와이어(310) 각각의 인장 정도를 환산하여 상기 지점의 절대적인 위치 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는
    상기 해양 구조물(100) 상의 복수 지점 간의 경사변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 경사계(510);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경사계(510)는,
    중력방향으로 설치된 무게추;
    상기 무게추에 연결된 적어도 하나 이상의 광섬유로 이루어진 광학센서(304);를 포함하며,
    상기 경사계(510)가 설치된 해양 구조물(100) 상의 지점의 경사변화로 인하여, 상기 무게추에 의해 상기 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는,
    상기 기준점의 위치 변화를 측정하기 위한 지진계(520);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는,
    상기 해양 구조물(100)의 진동을 측정하는 진동계(530);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)로부터 광신호의 파장 변화를 감지하는 측정장치(600);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 측정장치(600)는,
    데이터 로거 또는 인터로게이터인 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 측정장치(600)는 산란된 광신호를 취합하는 기능을 갖추되,
    파장을 제어할 수 있는 레이저가 구비된 광학부;
    상기 광학부에 의해 반사된 광신호의 파장을 광학센서(304)별로 구별하는 광참조기;
    상기 광참조기로부터 출력된 각 광학센서(304)의 광섬유 브래그 격자를 다수로 연결하고, 브래그 반사 파장을 채널별로 분배하는 광 결합기(optical coupler); 및
    상기 광 결합기로부터 전달받은 브래그 반사 파장을 전기신호로 변환하는 포토다이오드(photo diode);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는 OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer), 라만스텍트럼법(Raman), 브릴루앙 산란(Brillouin scattering), 레일리파(Rayleigh wave), DAS(Distributed Acoustic Sensing), 음향방출법(Acoustic Emission), 간섭법(Interferometry) 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 시스템.
  19. 해양 구조물(100) 또는 기준점에 설치된 적어도 하나 이상의 복합광계측기기(500)를 이용하여, 상기 해양 구조물(100)의 거동 또는 구조적 변화에 따라 광학센서(304)를 통과하는 광신호의 파장 또는 광량을 변화시키는 (a)단계;
    상기 복합광계측기기(500)가 상기 파장 또는 광량이 변화된 상기 광신호를 측정장치(600)로 전달하는 (b)단계;
    상기 측정장치(600)에 의해 상기 광신호의 파장 또는 광량의 변화를 감지하는 (c)단계;를 포함하며,
    상기 복합광계측기기(500)는,
    광섬유 브래그 격자를 이용한 적어도 하나 이상의 광학센서(304); 및
    상기 해양 구조물(100) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점과 상기 해양 구조물(100)의 설정된 위치 사이의 거리 변화를 측정하는 신장계(300);를 포함하며,
    상기 신장계(300)는
    상기 기준점과 상기 해양 구조물(100) 상에 설정된 지점 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 와이어(310);
    상기 와이어(310)를 일정 장력으로 권취하는 와인딩부(301);
    광섬유를 이용하여 상기 와인딩부(301)의 회전수를 측정하는 감지부(302); 및
    상기 감지부(302)로부터 측정된 회전수에 상응하여 주기적으로 상기 광섬유를 자극하는 자극부(303);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,　
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 하는 방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제19항에 있어서,
    상기 신장계(300)는,
    상기 해양 구조물 상의 적어도 1개 이상의 지점을 상호 연결하는 광섬유 와이어(310)가 구비되어 상기 해양 구조물(100)의 길이변화를 측정하며,
    상기 광섬유 와이어(310)는,
    상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인한 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 모니터링 하는 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 신장계(300)는,
    상기 구조물 상의 동일한 지점에 적어도 1개 이상 연결되며, 광섬유로 이루어지는 와이어(310)를 포함하여 구성되며,
    상기 와이어(310)는,
    상기 해양 구조물(100) 상의 거리 변화로 인하여 상기 광섬유에 인가되는 응력 변화에 대응하여 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 하는 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 신장계(300)는,
    삼각측정법을 이용하여 상기 와이어(310) 각각의 인장 정도를 환산하여 상기 지점의 절대적인 위치 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 모니터링 하는 방법.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는
    상기 해양 구조물(100) 상의 복수 지점 간의 경사변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 경사계(510);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 경사계(510)는,
    중력방향으로 설치된 무게추와 상기 무게추에 연결된 광섬유를 포함하며,
    상기 (a)단계는,
    상기 해양 구조물(100)에 발생한 경사변화에 따라 상기 무게추가 상기 광섬유를 자극하여 응력 변화를 발생시키고, 발생 된 응력 변화를 광신호로 변환하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 방법.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는
    상기 해양 구조물(100) 외부에 설정된 적어도 하나 이상의 기준점의 위치 변화를 상기 광학센서(304)를 이용하여 측정하는 지진계(520);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 복합광계측기기(500)는,
    상기 해양 구조물(100)의 진동을 측정하는 진동계(530);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 하는 방법.
  29. 해양 구조물(100)의 실시간 물리적 변화 모니터링을 통한 제어 방법에 있어서,
    수조에서 실험에 의한 해양 구조물(100)의 물리적 변화에 대한 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터를 축적하여 룩업테이블(Lookup table)을 생성하는 (a)단계;
    측정장치(600)로부터 출력된 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 획득하는 (b)단계;
    상기 (b)단계에서 획득한 데이터를 상기(a)단계의 룩업테이블에 축적된 데이터와 비교하여, 해양 구조물(100)의 물리적 변화에 대한 예측데이터를 생성하는 (c)단계;
    상기 예측데이터를 전달받은 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램에 의하여 구조물 제어 동작정보, 유지보수가 필요한 위치정보, 유지보수비용정보, 유지보수소요시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유지보수정보 및 해양 구조물(100)에서의 가스 누출, 화재 또는 폭발에 대한 경고정보를 생성하는 (d)단계;
    를 포함하며,
    상기 물리적 변화는, 상기 해양 구조물(100) 상의 적어도 하나 이상의 지점에 대한 길이변화, 경사변화, 온도변화, 압력변화, 비체적변화 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
  30. 제29항에 있어서,
    상기 (c)단계 이후에,
    상기 예측데이터와 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 비교하여, 룩업테이블을 수정하는 (c-1)단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
  31. 제29항에 있어서,
    상기(d)단계 이후에, FSI프로그램(Fluid Structure Interaction)에 의해 상기 해양 구조물(100) 제어정보를 시뮬레이터로 생성하고, 상황인식 미들웨어에 의해 상기 시뮬레이터를 상기 (b)단계에서 획득한 상기 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화량에 대한 데이터와 실시간으로 연동시켜, 상기 해양 구조물(100)을 자동으로 제어하는 알고리즘을 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
  32. 제29항에 있어서,
    상기 (d)단계의 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램은 유한요소해석법(FEM) 및 전산유체역학(CFD)를 이용하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
  33. 제29항에 있어서,
    상기 (d)단계는, 상기 3차원 수치해석(numerical analysis) 프로그램이, 상기 해양 구조물(100)의 거동 및 구조적 변화에 따라 발생할 수 있는 가스 누출, 확산, 화재 또는 폭파 등의 가상위험상황 및 상기 가상위험상황에 따른 대응방안에 대한 데이터가 저장된 상황해석모듈과 연동되어, 유지보수정보를 생성하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
  34. 제29항에 있어서,
    (e)구조물 자동제어부(400)가 상기 제어 동작 정보에 따라 상기 해양 구조물(100)의 위치 또는 각도를 변화시켜 제어하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 구조물 자동제어부(400)는,
    상기 해양 구조물(100) 상의 적어도 하나의 지점에 연결되는 결합수단(410);
    상기 결합수단(410)과 연결되어 상기 해양 구조물(100)을 상하좌우로 이동시키는 변위조절수단(420);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
  35. 제29항에 있어서,
    상기 경고정보는,
    상기 측정장치(600)가 TDLAS, DTS, DAS, FBG 또는 RMLD 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정한 상기 해양 구조물(100)의 실제 물리적 변화에 대한 데이터를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물에 대한 물리적 변화의 실시간 모니터링을 통한 제어 방법
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