KR101548322B1 - 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법은 맵핑 프로브 장치가 상하수도 관로 내부로 삽입하여 이동하는 하는 단계와, 맵핑 프로브 장치에 설치된 제어부가 원점 좌표(관로의 출발점을 원점으로 간주)를 초기값으로 하여 관로를 이용하는 동안 가속도 센서와 자이로 센서로부터 실시간으로 가속도 정보 및 각속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계와, 제어부가 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계와, 제어부가 각속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계와, 제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 산정하는 단계와, 제어부가 시스템 모델링에서 시스템 잡음과 측정치 잡음의 비를 정하기 위하여 시스템 잡음의 공분산과 측정 잡음의 공분산을 적용하는 단계와, 제어부가 상기 시스템 모델, 시스템 잡음 공분산 및 측정 잡음 공분산을 이용하여 3차원 위치 정보 모델링을 산정하는 단계와, 제어부가 맵핑 프로부 장치에 설치되는 엔코더로부터 맵핑 프로브 장치의 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계와, 제어부가 3차원 위치 정보 모델과 맵핑 장치의 실시간 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하고 메모리부에 저장하도록 하는 단계와, 서버가 메모리부에 저장된 맵핑 프로브 장치의 실시간 3차원 위치 정보를 수신하는 단계와, 지리 정보가 저장된 서버가 상기 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 지리 정보와 맵핑하는 단계와, 지리 정보에 맵핑된 맵핑 프로브 장치의 누적 위치 정보를 서버의 표시부를 통하여 표출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법{Position Trace Method of Pipe by Using Mapping Prove Device}
본 발명은 맵핑 프로브 장치를 이용하여 관로의 경로 위치를 정확히 파악하는 것에 관한 것이다. 일반적으로 상하수도 관로는 지하에 매설되어 있으며 육안으로나 통신 방식을 통하여서는 관로의 정확한 경로 파악이 어려운 것이다. 따라서 관로 내부로 맵핑 프로브 장치를 이동시켜 상기 맵핑 프로브 장치의 실시간 위치 정보를 파악함으로써 전체 관로의 경로 위치 파악을 할 수 있는 것이다.
본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 공개 특허 제10-2012-0133484호에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 맵핑 프로브용 관로 투입 및 인출 시스템 구성도이고, 도 2는 맵핑 프로브 장치를 관로로 이동하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 상기도 1에서 종래의 맵핑 프로브용 관로 투입 및 인출 시스템은 관로 (예를 들면, 지하에 매설된 상수도 관로) 내부를 따라 이동하면서 3차원 맵핑을 위한 각종 데이터를 수집하는 맵핑 프로브(P)를 관로(1) 내측으로 투입하기 위한 런처(launcher)(100)와, 관로 내부에서 맵핑 프로브(P)를 인출하기 위한 리시버(receiver)(200)를 포함하여 구성되는 것이다. 이 경우 맵핑구간의 관로의 시적지점과 종료지점에는 각각 관로의 단수 및 통수를 수행하기 위한 제1 및 제2 메인밸브(3,5)가 각각 배치되는 구조이다. 또한, 상기 런처(100)는 제1 점검구(110) 및 스톱퍼(150)를 포함하며, 상기 제1 점검구(110)는 맵핑 대상 관로(이하 ‘대상 관로’라 함)(1)의 맵핑구간의 시작지점인 대상 관로(1)의 일측과 제1 메인밸브(3) 사이에 배치되는 것이다. 또한, 상기 제1 점검구(110)는 상측에 맵핑 프로브(P)가 투입되는 소정 직경의 투입구멍이 형성되고 이 경우 투입구멍은 개폐도어(130)에 의해 개폐된다. 또한 제1 점검구(110)는 일측에 제1 압력계(113)를 구비하며, 상기 제1 압력계(113)는 리시버(200)의 바디(210)에 설치된 제2 압력계(217)와 함께 대상 관로(1) 내부의 압력 변화를 파악하여 맵핑 프로브(P)의 현재 위치를 간접적으로 파악할 수 있는 것이다. 또한, 개폐도어(130)는 상면에 제1 점검구(110) 내부와 연통되는 공기배출밸브(131)를 구비하며, 개폐도어(130)를 용이하게 열고 닫을 수 있도록 아이너트가 체결되는 구조이다. 또한 스톱퍼(150)는 투입구멍을 통해 제1 점검구(110) 내부로 투입된 맵핑 프로브(P)를 일시적으로 강제 고정하는 역할을 한다. 또한, 상기 스톱퍼(150)는 개폐도어(130)에 관통 설치되는 슬라이드축과, 슬라이드 축을 승/하강시키는 가압볼트를 구비하는 것이다. 이 경우 가압볼트는 설치 위치를 가변할 수 있도록 이동볼트에 연결되는 것이다. 또한 스톱퍼(150)는 슬라이드축의 하단에 결합되어 런처 내측에서 맵핑 프로브(P)의 일부를 가압 고정시키는 가압부재를 포함한다. 이 경우 상기 가압부재는 슬라이드 축 하단에 힌지(H) 연결된다. 또한, 리시버(200)는 바디(210), 개폐도어(230), 한 쌍의 유량조절포트, 후방배출포트(270) 및 완충부(290)를 포함한다. 바디(210)는 제2 점검구(170)로부터 분지된 연장관(171)과 연통되며 상측에는 맵핑 프로브(P)를 바디(210)로부터 인출하기 위한 인출구멍이 형성되고, 인출구멍을 개폐하기 위한 개폐도어(230)가 설치된다. 또한 바디(210)는 일측에 제2 압력계(217)가 설치된다. 이 경우, 제2 점검구(170) 일측에는 제2 메인밸브가 설치되어 있어 상술한 제1 메인밸브(3)와 함께 대상 관로(1)의 단수 및 통수를 제어한다. 개폐도어(230)는 상면에 바디(210) 내부와 연통되는 공기배출밸브(231)를 구비하며, 개폐도어(230)를 용이하게 열고 닫을 수 있도록 아이너트가 체결된다. 한 쌍의 유량조절포트는 대상 관로(1) 내부에 충진되는 물의 배출을 제어하여 유속을 조정함에 따라 맵핑 프로브(P)의 대상 관로(1) 내 이동속도를 제어한다. 이와 같은 한 쌍의 유량조절포트는 동일한 사이즈 및 길이로 이루어지며, 바디(210) 양측으로부터 분지되어 바디(210)를 중심으로 상호 대칭으로 배치된다. 상기 한 쌍의 유량조절포트는 각각, 대상 관로(1)에 충진되는 물의 배출을 제어하기 위한 밸브와 유량계가 설치된다. 작업자는 상기 유량계를 통해 대상 관로(1) 내부의 유속을 파악하고 이를 통해 유속을 제어함으로써, 여러 번의 매핑 작업이 이루어지더라도 대상 관로(1) 내의 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 후방배출포트(270)는 바디(210)에 다다른 맵핑 프로브(P)를 바디(210) 내부로 유도하여 완전한 도킹 상태가 되도록 바디(210) 내부에 충진된 물을 배출한다. 이 경우 후방배출포트(270)는 물 배출을 제어하기 위한 밸브(271)를 구비한다. 완충부(290)는 바디(210) 내부로 도킹되는 맵핑 프로브(P)를 정지시키되, 정지 시 맵핑 프로브(P)에 발생하는 충격력을 흡수하여 맵핑 프로브(P)에 의해 수집되는 최종 충돌 값이 급격하게 증가되는 것을 방지한다. 상기 완충부(290)는 피충돌부재 및 다수의 도착표시봉을 포함한다. 피충돌부재는 바디(210)의 내측에 설치되며 대략 맵핑 프로브(P)의 선단의 중심에 대응하는 높이에 배치된다. 이와 같은 피충돌부재는 소정의 탄력을 가지는 재질로 이루어질 수 있다. 다수의 도착표시봉은 피충돌부재를 맵핑 프로브(P)의 이방향에 평행한 방향으로 이동하도록 피충돌부재를 탄력 지지하도록 바디(210)에 설치된다. 이 경우 피충돌부재와 다수의 도착표시봉 사이에 는 코일스프링이 배치된다. 또한 다수의 도착표시봉은 일부가 바디(210) 외부로 미리 돌출되는데, 이 경우 맵핑 프로브(P)가 바디(210) 내부로 도킹된 후 완충부(290)와 충돌할 때 미리 돌출된 길이보다 더 길게 바디(210) 외부로 돌출되므로 작업자는 맵핑 프로브(P)가 리시버(200)에 도착했다는 것을 육안으로 쉽게 파악할 수 있는 것이다.
또한, 상기도 2에서 맵핑 프로브 장치를 관로로 이동하는 과정은 맵핑을 위한 대상 관로(1)의 양단 측에 설치되는 제1 및 제2 메인밸브(3,5)를 폐쇄하여 단수를 한다(S1). 이 경우 단수 상태에서 맵핑 대상 관로(1)에는 자연 배수가 이루어지고 대상 관로(1) 내부에 소정의 빈 공간이 형성된다. 이어서, 런처(100)의 제1 점검구(110)를 통해 맵핑 프로브(P)를 투입한 후 개폐도어를 닫는다(S2). 이 상태에서 스토퍼(150)의 가압부재를 하강시켜 맵핑 프로브(P)의 일부분을 가압하면 맵핑 프로브(P)는 가압부재와 제1 점검구(110) 내주면 사이에서 강제 고정된다(S3). 계속해서, 대상 관로(1)의 맵핑 종료지점에 설치된 리시버(200)의 한 쌍의 유량조절포트를 개방하고(S4), 폐쇄되어 있는 제1 및 제2메인밸브(3,5)를 개방하여 대상 관로(1) 내부를 충수한다(S5). 이와 같이 충수가 되면 대상 관로(1) 내부에 형성된 빈공간은 제거된다. 충수가 이루어진 후, 한 쌍의 유량조절포트의 밸브를 조작하여 유량을 제어한다(S6). 이에 따라 대상 관로(1) 내부는 원하는 값으로 압력 및 유속이 설정된다. 이어서, 스토퍼(150)를 개방하여 맵핑 프로브(P)의 고정을 해제한다(S7). 이 경우 맵핑 프로브(P)는 대상 관로(1)를 따라 흐르는 물에 의해 안정적인 속도 즉, 맵핑 데이터를 수집할 수 있는 최적의 속도로 이동하면서 맵핑데이터를 수집하게 된다. 그 후, 맵핑 프로브(P)가 리시버(200)의 바디(210) 내부에 완전히 도착하면 제1 및 제2 메인밸브(3,5)를 폐쇄하여 대상 관로(1)의 단수를 실시한다(S8). 이 경우 맵핑 프로브(P)는 바디(210) 내부에 도킹 시 완충부(290)에 의해 충격을 최소화하면서 안정적으로 정지한다. 마지막으로, 리시버(210)의 개폐도어를 개방하여 바디(210)로부터 맵핑 프로브(P)를 인출한다(S9). 상기한 바와 같이 대상 관로(1)의 유량 및 유속을 안정화된 상태로 제어함으로써, 맵핑 프로브(P)가 대상 관로(1)를 따라 안정적으로 이동하면서 신뢰성이 있는 맵핑 데이터를 수집할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 종래의 맵핑 프로브용 관로 투입 및 인출 시스템 및 방법은 맵핑 프로브 장치를 관로를 통하여 이동할 수 있으나 상기 맵핑 프로브 장치가 어떻게 하여 위치 데이터를 실시간으로 수집하고 상기 수집된 데이터를 이용하여 관로의 경로 위치 정보를 획득할 수 있는지에 대하여 구체적이지 아니한 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 맵핑 프로브 장치가 관로를 이동하면서 자신의 위치 정보를 수집 저장하고 수집 저장된 자신의 위치 정보를 이용하여 관로의 경로 위치 정보를 산출하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 8에서 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법은 맵핑 프로브 장치가 상하수도 관로 내부로 삽입하여 이동하는 하는 단계와, 맵핑 프로브 장치에 설치된 제어부가 원점 좌표(관로의 출발점을 원점으로 간주)를 초기값으로 하여 관로를 이용하는 동안 가속도 센서와 자이로 센서로부터 실시간으로 가속도 정보 및 각속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계와, 제어부가 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계와, 제어부가 각속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계와, 제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 산정하는 단계와, 제어부가 시스템 모델에서 시스템 잡음과 측정치 잡음의 비를 정하기 위하여 시스템 잡음의 공분산과 측정 잡음의 공분산을 적용하는 단계와, 제어부가 상기 시스템 모델, 시스템 잡음 공분산 및 측정 잡음 공분산을 이용하여 3차원 위치 정보 모델링을 산정하는 단계와, 제어부가 맵핑 프로부 장치에 설치되는 엔코더로부터 맵핑 프로브 장치의 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계와, 제어부가 3차원 위치 정보 모델과 맵핑 장치의 실시간 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하고 메모리부에 저장하도록 하는 단계와, 서버가 메모리부에 저장된 맵핑 프로브 장치의 실시간 3차원 위치 정보를 수신하는 단계와, 지리 정보가 저장된 서버가 상기 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 지리 정보와 맵핑하는 단계와, 지리 정보에 맵핑된 맵핑 프로브 장치의 누적 위치 정보를 서버의 표시부를 통하여 표출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법은 지하 매설물인 관로의 경로 위치를 지도상에서 정확히 파악할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명은 지하 매설물의 깊이나 종류에 관계없이 관로의 지도상에서의 위치 정보를 정확히 파악할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 맵핑 프로브용 관로 투입 및 인출 시스템 구성도이고,
도 2는 맵핑 프로브 장치를 관로로 이동하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 3은 본 발명에 적용되는 맵핑 프로브 장치의 사시도,
도 4는 본 발명에 적용되는 맵핑 프로브 장치과 관로 내에 위치한 상태도,
도 5는 본 발명에 적용되는 맵핑 프로브 장치의 단면 구성도,
도 6은 본 발명에 적용되는 제2피그 내부 몸체부 사시 구성도,
도 7은 본 발명 맵핑 프로브 장치에 적용되는 장력 조절장치 구성도,
도 8은 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법에 대한 제어 흐름도,
도 9는 본 발명에 적용되는 제어부 구성도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법을 도 3 내지 도 9를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치(500)는 제1피그(100) 내부 몸체부(140-1) 일측의 연결 축 내부에 형성되는 나사산에 체결되는 축 부재(110)에 삽입되어 볼트로 체결되는 제1원판(120)과, 상기 제1원판 외측에서 상기 축 부재(110) 일측에 체결되는 캡(115)과, 상기 축 부재와 체결되는 제1피그(100)와, 상기 제1피그 외부 몸체부(140) 타측에 체결되는 3개의 스프링으로 구성되어 휘어질 수 있는 탄성 부재(300)와, 상기 제1피그(100)의 배터리, 센서부, 제어 보드부와 제2피그의 엔코더를 전기적으로 연결하는 것으로 제1피그의 외부 몸체부에 체결되는 제1케이블 연결구(180)를 통하여 배터리와 연결되고 제2피그(200) 일측에 체결되는 제2플레이트(230)의 중앙에 구성되는 제2케이블 연결구(280) 및 제2피그 내부 몸체부(240-1) 내부에 장착되어 있는 엔코더의 상부에 구성되는 엔코더 연결구(264)를 통하여 엔코더(260)와 연결되는 케이블(111)과, 상기 제2피그(200) 일측인 상기 탄성 부재의 타측에 체결되고 제2케이블 연결구(280)가 중앙에 체결 구성되는 제2플레이트(230)가 일측에 체결되는 제2피그(200)와, 상기 제2피그 외부 몸체부(240) 타측 끝단에 구성되는 제2원판(220)으로 구성된 것임을 나타내고 있는 것이다.
도 4는 관로 내부에 장착되어 있는 본 발명 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치 구성도이다. 상기도 4에서 본 발명 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치(500)는 관로(700) 내에서 수압을 가하면 제2피그(200) 내부 몸체부의 릴부에 감겨진 강선 와이어(221-1)가 릴부에서 풀리면서 유속에 의하여 상기 맵핑 프로브 장치가 전방향으로 전진할 수 있는 것이다. 상기와 같이 본 발명 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치(500)는 지하에 매설된 관로(700)를 수압의 힘으로 이동하면서 실시간으로 센서부(3개의 가속도 센서와 3개의 자이로 센서)에 의하여 관로 맵핑 프로브 장치의 3차원 각 축의 가속도 정보 및 각속도 정보를 생성하여 메모리부에 저장하며 또한 엔코더(260)에 의하여 이동 시작점(원점)으로부터의 이동 거리 정보를 생성하여 메모리부에 저장하는 것으로 상기 메모리부에 저장된 정보를 가지고 서버에서 지리 정보에 맵핑하면 지도상에서의 관로의 실제 경로 위치 정보를 확인할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치 단면 구성도이다. 상기도 5에서 관로의 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치(500)는 내부에 3개의 가속도 센서와 3개의 자이로 센서가 내부에 장착되고 베어링부(190)에 의하여 내부 몸체부(140-1) 일측에 체결되고 전면에 오토 밸런싱(155)이 구성되어 맵핑 프로브 장치가 좌우로 기울어져도 항상 평형을 유지하도록 하는 센서부(150)와, 상기 3개의 가속도 센서에서 생성되는 3차원의 각 축의 가속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하고, 상기 3개의 자이로 센서에서 생성되는 3차원 각축의 각속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하며 제2피그(200)의 엔코더(260)로부터 수신되는 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 제어하는 제어부가 구성된 것으로 내부 몸체부(140-1)의 타측에 체결되는 제어 보드부(160)와, 상기 센서부, 제어 보드부 및 엔코더에 전원을 공급하는 것으로 제어 보드부에 체결되는 배터리와, 상기 내부 몸체부 및 배터리를 둘러싸도록 구성되는 외부 몸체부(140)와, 외부 몸체부 일측에서 내부 몸체부(140-1)와 체결되는 연결축에 삽입되는 제1원판(120)과, 상기 연결축의 내부 나사산에 체결되는 축 부재(110)와, 상기 외부 몸체부(140) 타측에서 체결되는 것으로 케이블이 통하는 제1케이블 연결구(180)가 구성되는 제1플레이트(130)로 이루어지는 제1피그(100)와, 상기 배터리로부터 전원을 가속도 센서, 자이로 센서, 제어 보드부 및 엔코더부에 공급하고 상기 가속도 센서, 자이로 센서 및 엔코더부에서 생성된 정보를 제어 보드부(160)에서 수신하도록 연결하는 케이블(111)과, 상기 제1피그(100)와 제2피그(200)를 연결하는 다수의 스프링으로 구성되는 탄성 부재(300)와, 상기 탄성 부재의 타측에서 제2케이블 연결부(280)가 중앙에 구성되는 제2플레이트(230)가 일측에 체결되는 것으로 내부에 강선 와이어(221-1)가 감겨지고 풀리는 릴부(220)와, 상기 릴부의 회전의 조절하는 장력조절부(224)와, 상기 릴부의 상부에 부착되어 강선 와이어의 풀림을 가이드하는 제1가이드부(221)와 상기 제1가이드부에서 인출되는 강선 와이어를 중앙으로 인도되도록 하는 가이드 홀(222)과 상기 가이드 홀에서 인출되는 강선 와이어를 강선 연결구(227)로 인도되도록 하는 제2가이드부(223)와, 케이블(111)이 엔코더와 연결하기 위하여 삽입되는 엔코더 연결구(264)와, 상기 릴부(220)에서 강선 와이어(221-1)가 풀리는 길이를 기초로 관로 내에서 맵핑 프로브 장치의 이동 거리를 산정하고 제어 보드부(160)로 케이블을 통하여 전송하는 엔코더(260)가 내부에 장착되는 제2피그 내부 몸체부(240-1)와, 상기 내부 몸체부(240-1) 외측으로 구성되는 외부 몸체부(240)와, 상기 외부 몸체부(240) 타측에 체결되는 제2원판(220)이 장착되는 제2피그(200)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기와 같이 구성된 본 발명 관로 맵핑 프로브 장치(500)는 관로의 원점에서 런처에 강선 와이어를 고정하고 관로에 삽입한 후 관로에 수압을 가하면 상기 관로 맵핑 프로브 장치가 관로를 이동하게 되고 맵핑 프로브 장치가 관로를 이동하는 동안 상기 관로 맵핑 프로브 장치의 3차원 각 축의 가속도 정보, 3차원 각 축의 각속도 정보 및 이동 거리 정보를 생성하여 자체 메모리부에 저장하도록 구성된 것이다. 또한, 본 발명에 적용되는 경로 위치 파악을 위한 관로 맵핑 프로브 장치의 센서부를 더 상세히 설명하면 본 발명은 3차원(x, y, z)의 각축에 대한 가속도 정보를 생성하는 3개의 가속도 센서와 3차원(x, y, z)의 회전 축에 대한 각속도 정보를 생성하는 3개의 자이로 센서가 구성되는 것으로 내부 몸체부와 베어링부로 체결되는 센서부(150)와, 센서부에서 생성되는 3차원 각 축에 대한 가속도 정보, 3차원 각 축에 대한 각속도 정보 및 제2피그(200)의 엔코더(260)에서 생성되는 맵핑 프로브 장치가 이동한 이동 거리 정보를 수신하고 메모리부에 저장하도록 제어하는 것으로 제1피그(100) 내부 몸체부 타측에 체결되는 제어 보드부(160)가 구성되는 구조인 것이다. 상기에서 제2케이블 연결구(280)는 제2플레이트(230)의 중앙과 내부 몸체부(240-1)의 일측에 구성되며 중앙에 홀 및 경사 홈(283)이 형성된 패드 지지구(282)에 일측이 팽이 모양이고 내부에 홀이 형성된 우레탄 패드(284)가 상기 경사 홈에 삽입되며 케이블이 패드 지지구 및 우레탄 패드(284)의 홀을 통과하는 것으로 방수에 적합한 구조인 것이다. 또한 강선 연결구(227)도 상기 제2케이블 연결구와 같은 구조의 방수구조일 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 제2피그 내부 몸체부 내부 사시 구성도이다. 상기도 6에서 본 발명에 적용되는 제2피그(200)의 내부 몸체부(240-1) 내부에는 내부 몸체부(240-1) 하부에 고정되는 2개의 지지대 사이에 설치되어 회전할 수 있는 것으로 강선 와이어(221-1)가 감기고 풀리는 릴부(220)와, 상기 릴부의 일측 지지대(229)에 구성되는 장력조절부(224)와, 상기 릴부(220) 상부에 형성되고 강선 와이어를 가이드하는 제1가이드부(221)와, 상기 제1가이드부(221)를 통하여 안내되는 강선이 통과하고 상기 강선이 제2가이드부의 중심으로 안내되도록 하는 가이드 홀(222)과, 가이드 홀(222)을 통과한 강선 와이어(221-1)를 강선 연결구(227)에 형성된 홀로 안내하는 제2가이드부(223)와, 상기 가이드 홀(222), 제2가이드부(223) 및 강성 연결구(227)가 부착되고 케이블이 삽입되는 엔코더 연결부(264)가 형성된 엔코더(260)가 장착되고, 상기 내부 몸체부(240-1)를 둘러싸는 형태의 외부 몸체부(240)와, 내부 몸체부(240-1)와 외부 몸체부(240) 타측에 방수구조로 이루어지고 상기 제2가이드부(223)에 의하여 가이드 된 강선 와이어를 제2피그(200) 외부로 도출하는 강선 연결구(227)와, 상기 외부 몸체부 타측에서 강선 연결구(227)와 함께 체결되는 제2원판(220)로 구성되는 구조임을 나타내고 있는 것이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 릴부에 구성되는 장력 조절부 단면 구성도이다. 상기도 7에서 본 발명에 적용되는 릴부에 구성되는 장력 조절부(224)는 릴부의 일측에 구성되는 것으로 릴 부의 중심축(220-1) 일측 끝단에 구성된 나사부(220-2)와, 상기 나사부에 체결되는 장력조절 우레탄 패드(220-3)와, 상기 장력조절 우레탄 패드 외측으로 삽입 구성되는 베어링부(220-4) 및 나사부에 삽입하여 베어링부에 의하여 회전되어 장력 조절 우레탄 패드에 가해지는 힘을 조절하여 릴부의 회전력을 조절하는 조절 나사(220-5)로 구성된 것임을 나타내고 있는 것이다. 상기와 같이 구성된 장력 조절부(224)는 조절 나사를 시계방향 또는 반 시계 방향으로 회전시키면 장력조절 우레탄 패드(220-3)가 릴부에 가해지는 힘을 조절함으로써 릴부의 회전력이 조절되고 따라서 강선 와이어(221-1)의 장력을 조절할 수 있는 것이다. 상기와 같이 조절 나사를 조절하여 릴부의 원판 회전 속도를 조절하고 상기 릴부의 원판 회전 속도 조절을 통하여 강선 와이어의 풀림 속도를 조절할 수 있는 것으로 이런 방식을 통하여 강선 와이어의 아이들 상태의 풀림 및 꼬임을 방지할 수 있는 것이다.
도 8은 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 8에서 본 발명 맵핑 프로브 장치를 이용한 관로의 경로 위치 추적 방법은 맵핑 프로브 장치가 상하수도 관로 내부로 삽입되어 관로 내부에서 이동하는 단계(S11)와, 맵핑 프로브 장치에 설치된 제어부가 원점 좌표(관로의 출발점을 원점으로 간주)를 초기값으로 하여 관로를 이용하는 동안 가속도 센서와 자이로 센서로부터 실시간으로 가속도 정보 및 각속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S12)와, 제어부가 가속도 센서에 의해 생성되는 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계(S13)와, 제어부가 자이로 센서에서 생성되는 각속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계(S14)와, 제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 산정하는 단계(S15)와, 제어부가 시스템 모델에서 시스템 잡음과 측정치 잡음의 비를 정하기 위하여 시스템 잡음의 공분산과 측정 잡음의 공분산을 산정하고 적용하는 단계(S16)와, 제어부가 상기 시스템 모델, 시스템 잡음 공분산 및 측정 잡음 공분산을 이용하여 3차원 위치 정보 모델링을 산정하는 단계(S17)와, 제어부가 맵핑 프로브 장치에 설치되는 엔코더로부터 맵핑 프로브 장치의 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S18)와, 제어부가 3차원 위치 정보 모델, 공분산과 맵핑 프로브 장치의 실시간 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하고 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S19)와, 서버가 메모리부에 저장된 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 수신하여 저장하는 단계(S20)와, 지리 정보가 저장된 서버가 상기 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 지리 정보와 맵핑하는 단계(S21)와, 지리 정보에 맵핑된 맵핑 프로브 장치의 누적 위치 정보를 서버의 표시부를 통하여 표출하는 단계(S22)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 제어부가 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계(S13)는 3개의 가속도 센서로 이루어지고 3개의 가속도 센서에서 생성되는 3축 가속도 정보를 이용한 오일러 각(roll, pitch)의 산정은 아래 1과 같다.
[아래 1]
3축 가속도 센서에서 측정한 가속도에는 중력가속도,센서의 가속에 의한 다양한 가속도가 포함되어 있는 것으로 이를 식으로 표시하면 다음 1과 같다.
Figure 112015030350720-pat00001
[식 1]
여기서, v : 선속도, ω : 각속도, g : 중력가속도
상기 식 1에서 v = 0, ω = 0, 일 때 오일러 각은 다음과 같이 산정되는 것이다.
Figure 112015030350720-pat00002
여기서, a= [ax, ay, az]T
또한, 상기에서 제어부가 각속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계(S14)는 3개의 자이로 센서로 이루어지고 상기 3개의 자이로 센서에서 생성되는 3축 각속도 정보를 이용한 오일러 각(roll, pitch, yaw)의 회전 속도 즉 자이로 센서의 각가속도 산정은 아래 식 2와 같이 할 수 있는 것이다.
Figure 112015030350720-pat00003
Figure 112015030350720-pat00004
[식 2]
여기서,
Figure 112015030350720-pat00005
또한, 자이로 센서의 각속도에 대한 오일러 각(roll, pitch, yaw) = (Φ, θ, ψ)이고 상기 오일러 각의 미분은 3축 각속도의 미분이므로 3축 각가속도 정보를 얻을 수 있는 것이다.
또한, 상기 제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 산정하는 단계(S15)는 오일러 각(Φ, θ, ψ)을 상태 변수로 하고 측정값과 상태 변수의 미분 값을 이용하여 산정한 시스템 모델은 아래 식 3과 같다.
Figure 112015030350720-pat00006
[식 3]
여기서, p, q, r은 자이로 센서가 측정한 각속도, w : 시스템 잡음, Z = 측정값, v : 측정 잡음이다.
또한 시스템 모델의 잡음의 공분산 Q 및 측정 잡음의 공분산 R의 실험치는
아래 식 4와 같다.
Figure 112015030350720-pat00007
[식 4]
따라서 제어부가 시스템 모델링, 공분산과 맵핑 장치의 실시간 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하는 단계는 아래 식 5에 의하여 산정할 수 있는 것이다.
Figure 112015030350720-pat00008
[식 5]
여기서
Figure 112015030350720-pat00009
,
또한, 상기에서 예를 들어, xK -1은 xK의 바로 직전 스텝에 대한 샘플 값이고 xK는 현재 샘플 값을 나타내는 것이고, 상기 식 5는 맵핑 프로스 센서의 자세(roll, pitch, yaw)를 3차원(x, y, z)에서 움직인 거래로 변환하여 표현한 것입니다.
또한, enck : 엔코더에서 수신되는 현재 샘플 값,
enck -1 : 엔코더에서 수신되는 현재 샘플 바로 이전 샘플 값,
enck -2 : 엔코더에서 수신되는 현재 샘플에서 2 step 이전 샘플 값과 같은 값을 나타내고 있는 것입니다.
도 9는 본 발명에 적용되는 제어부 구성도이다. 상기도 9에서 본 발명에 적용되는 제어부(165)는 3개의 가속도 센서(152)로부터 수신되는 3축의 가속도 정보와, 3개의 자이로 센서(154)로부터 수신되는 각속도 정보 및 엔코더(260)로부터 수신되는 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부(156)에 저장하고 상기 메모리부에 저장된 3축의 가속도 정보와 3축의 각속도 정보를 이용하여 오일러 각을 산정하며, 상기 오일러 각과 메모리부에 저장된 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 수행하고, 상기 시스템 모델의 시스템 잡음과 측정 잡음에 대한 공분산을 산정하며, 상기 시스템 모델과 공분산을 이용하여 시스템에 대한 3차원 위치 정보 모델링을 산정하고, 3차원 위치 정보 모델링, 공분산 및 엔코더로부터 수신되는 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하고 메모리부에 저장하도록 제어하는 것이다.
100 : 제1피그, 120 : 제1원판,
140 : 외부 몸체부, 200 : 제2피그,
260 : 엔코더, 300 : 탄성 부재,
500 : 맵핑 프로브 장치, 700 : 관로

Claims (10)

  1. 관로의 경로 위치 파악을 위하여 관로 내부를 이동하는 관로 맵핑 장치의 실시간 위치 정보를 실시간으로 수집 저장하는 방식으로 이루어지는 관로의 위치 추적 방법에 있어서,
    상기 관로의 위치 추적 방법은,
    맵핑 프로브 장치가 상하수도 관로 내부로 삽입하여 이동하는 하는 단계(S11)와;
    맵핑 프로브 장치에 설치된 제어부가 원점 좌표를 초기값으로 하여 관로를 이용하는 동안 가속도 센서와 자이로 센서로부터 실시간으로 가속도 정보 및 각속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S12)와;
    제어부가 가속도 센서에 의해 생성되는 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계(S13)와;
    제어부가 자이로 센서에서 생성되는 각속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계(S14)와;
    제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 산정하는 단계(S15)와;
    제어부가 시스템 모델에서 시스템 잡음과 측정치 잡음의 비를 정하기 위하여 시스템 잡음의 공분산과 측정 잡음의 공분산을 산정하는 단계(S16)와;
    제어부가 상기 시스템 모델링, 시스템 잡음 공분산 및 측정 잡음 공분산을 이용하여 3차원 위치 정보 모델링을 산정하는 단계(S17)와;
    제어부가 맵핑 프로부 장치에 설치되는 엔코더로부터 맵핑 프로브 장치의 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S18)와;
    제어부가 3차원 위치 정보 모델, 공분산과 맵핑 프로브 장치의 실시간 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하고 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S19)와;
    서버가 메모리부에 저장된 맵핑 프로브 장치의 실시간 3차원 위치 정보를 수신하여 저장하는 단계(S20);
    및 지리 정보가 저장된 서버가 상기 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 지리 정보와 맵핑하는 단계(S21)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제어부가 가속도 센서에 의해 생성되는 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계(S13)는
    Figure 112015030350720-pat00010
    에 의하여 산정할 수 있는 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 자이로 센서에서 생성되는 각속도 정보를 이용하여 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계(S14)는,
    Figure 112015030350720-pat00011
    의하여 산정될 수 있는 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 산정된 시스템 모델은,
    Figure 112015030350720-pat00012
    인 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    시스템 모델의 잡음의 공분산 Q 및 측정 잡음의 공분산 R은 실험치로서,
    Figure 112015030350720-pat00013
    인 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 위치 정보 모델은,
    Figure 112015030350720-pat00014
    인 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관로의 위치 추적 방법은,
    지리 정보에 맵핑된 맵핑 프로브 장치의 누적 위치 정보를 서버의 표시부를 통하여 표출하는 단계(S22)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관로의 위치 추적 방법.
  8. 관로의 경로 위치 파악을 위하여 관로 내부를 이동하는 관로 맵핑 장치의 실시간 위치 정보를 실시간으로 수집 저장하는 방식으로 이루어지는 관로의 위치 추적 방법에 있어서,
    상기 관로 맵핑 장치의 실시간 위치 정보를 실시간으로 수집 저장하는 방식으로 이루어지는 관로의 위치 추적 방법은,
    맵핑 프로브 장치가 상하수도 관로 내부로 삽입하여 이동하는 하는 단계(S11)와;
    맵핑 프로브 장치에 설치된 제어부가 원점 좌표를 초기값으로 하여 관로를 이용하는 동안 가속도 센서와 자이로 센서로부터 실시간으로 가속도 정보 및 각속도 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S12)와;
    제어부가 가속도 센서에 의해 생성되는 상기 가속도 정보와 중력 가속도 정보를 이용하여
    Figure 112015078059537-pat00015
    에 의하여 오일러 각(roll, pitch)을 산정하는 단계(S13)와;
    제어부가 자이로 센서에서 생성되는 각속도 정보를 이용하여
    Figure 112015078059537-pat00016
    에 의한 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 산정하는 단계(S14)와;
    제어부가 상기 오일러 각 정보 및 칼만 필터를 이용하여 시스템 모델링을 산정하는 단계(S15)와;
    제어부가 시스템 잡음과 측정치 잡음의 비를 정하기 위하여 시스템 모델
    Figure 112015078059537-pat00017
    에서 시스템 잡음의 공분산과 측정 잡음의 공분산을 산정하는 단계(S16)와;
    제어부가 상기 시스템 모델, 시스템 잡음 공분산 및 측정 잡음 공분산
    Figure 112015078059537-pat00018
    을 이용하여 3차원 위치 정보 모델링을 산정하는 단계(S17)와;
    제어부가 맵핑 프로부 장치에 설치되는 엔코더로부터 맵핑 프로브 장치의 이동 거리 정보를 수신하여 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S18)와;
    제어부가 3차원 위치 정보 모델
    Figure 112015078059537-pat00019
    , 공분산과 맵핑 프로브 장치의 실시간 이동 거리 정보를 이용하여 맵핑 프로브 장치의 3차원 위치 정보를 실시간으로 산정하고 메모리부에 저장하도록 하는 단계(S19)와;
    서버가 메모리부에 저장된 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 수신하여 저장하는 단계(S20);
    및 지리 정보가 저장된 서버가 상기 맵핑 프로브 장치의 누적 실시간 3차원 위치 정보를 지리 정보와 맵핑하는 단계(S21)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관로 맵핑 장치의 실시간 위치 정보를 실시간으로 수집 저장하는 방식으로 이루어지는 관로의 위치 추적 방법.




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