KR101552589B1 - 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법 - Google Patents

지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상라이다를 이용하여 가공철탑전선의 이도 및 실장에 필요한 데이터를 수집하고, 가공철탑전선로의 전선 이양에 요구되는 이도 및 실장 데이터를 효율적으로 확보할 수 있는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법은 측량자가 고공의 철탑에 올라가지 않고도 지상에서 라이다로 수집한 스캔데이터를 이용하여 가공철탑전선의 이도 및 실장을 정밀하게 측정하고, 분석 및 데이터의 저장을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 작업자의 오류에 의한 신뢰성 저하를 방지하면서 작업 신뢰성, 효율성 및 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 지상라이다의 스캔데이터를 분석하여 가공철탑전선을 지지하는 철탑 등의 지지물 변위를 측정할 수 있으므로, 이도 및 실장 산출 시, 철탑 변위를 고려한 정확한 이도 및 실장을 계산할 수 있다. 더불어, 지상라이다를 이용함으로써, 가공철탑전선의 전선 이양에 필요한 이도 및 실장 데이터를 신뢰성 있게 제공하며, 세미-프리팹 공법 또는 프리팹 공법 등에 필요한 해당 지형 데이터, 철탑 데이터 및 가공철탑전선의 이도 및 실장 데이터를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법{Method for measuring overhead transmission line and calculating dig and actual tension thereof using ground light detection and ranging}
본 발명은 지상라이다를 이용하여 가공철탑전선의 이도 및 실장에 필요한 데이터를 수집하고, 가공철탑전선로의 전선 이양에 요구되는 이도 및 실장 데이터를 효율적으로 확보할 수 있는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에 관한 것이다.
가공송전선로는 발전소에서 생산된 전기를 배전사업자에게 송전하는 선로로서 철탑 등의 지지물을 이용하여 공중에 설치되는 송전선로를 말한다.
현재 345kV 이하 송전선로 건설에 사용되고 있는 공법은 전선을 표준화된 길이로 제작하여 전선을 직선 슬리브(전선 또는 부품을 덮는 절연용 튜브)로 연결, 압축 및 접속하면서 철탑 경간 사이에 연선하고, 설계상의 이도(중력에 의한 변형량, Dig 혹은 Sag)가 되도록 지지물 상에서 전선 늘어짐을 조정한 후 전선을 절단하고 인류 클램프(애자로 전선을 지지할 때 전선을 파지하기 위하여 사용하는 쇠붙이)를 압축하여 애자장치(전선을 지지물에 장치하는데 이용되는 절연용 장치)를 연결하도록 이루어진다. 이러한 기존 가선공법은 단도체 작업 시 유리할 수 있으나, 탑상 압축 작업이 많으므로 안전성이 저하되고 작업 일수가 증가하며, 직선 슬리브 사용으로 인해 신뢰성이 다소 떨어지는 단점이 있다.
765kV 송전선 건설에 적용되고 있는 세미-프리팹(Semi-Prefab) 공법은, 전선을 내장철탑 간 길이로 분할 제작하여 전선의 일단부는 블록 통과형 압축인류 클램프를 지상에서 압축하여 링식 프로텍터(Ring type protector)를 압축한 클램프를 씌우고, 전선의 타단부는 쐐기식 클램프나 브레이드식 클램프(Braid type clamp)를 취부한 후, 클램프 간에 양쪽 애자련 길이만큼의 연결와이어를 사용하여 전력선을 연결하고, 상기 연결와이어 중간 지점이 내장철탑의 블록 중간에 위치하도록 연선하며, 연선 완료 후에 블록 통과형 압축 클램프는 내장애자련에 취부하고, 쐐기식 클램프 연결측은 설계상의 이도가 되도록 처짐 정도를 조정한 후 전선을 전단하여 탑상에서 클램프를 압축하고 애자련에 취부하는 공법이다. 상기 세미-프리팹 공법은 기존 가선공법에 비하여 절반 이상의 압축작업을 지상에서 수행하므로 품질을 향상시키고 무슬리브 공법으로 신뢰성은 확보할 수 있으나 연선클램프가 반드시 필요하고, 활차 통과 시 충격 하중이 발생할 수 있으며, 활차통과형 클램프, 프로텍터, 연결와이어 등 추가적인 자재가 필요하다는 단점이 있다.
765kV 송전선 건설에 적용되고 있는 프리팹 공법은 긴선 작업 구간별로 제작된 전선 양단에 연선 시 지상에서 블록 통과형 압축인류 클램프를 압축하여 취부하고 연선한 후, 내장 철탑에서는 지상에서 압축한 압축인류 클램프를 애자련에 취부하고 이도의 미세 조정만 함으로써, 긴선 작업이 완료되는 공법이다. 상기 공법은 경간 내에 직선 슬리브 개소가 없을 뿐 아니라 탑상 압축 작업이 불필요하므로 가선 작업의 효율성, 품질확보 및 높은 안전성을 확보할 수 있다.
그러나, 상기 프리팹 공법을 적용하기 위해서는 전선 지지점 간의 정확한 측량과 소도체별로 애자련의 길이 및 이도 등을 고려한 전선 실장, 블록 통과 등으로 인한 신장 등을 정밀하게 계산하여 전선 제작을 수행해야 하는 고도의 제작기술 및 시공 공법상 충분한 경험과 기술이 요구된다.
한국 등록특허 제10-0694444호(2007.03.06.) 한국 등록특허 제10-1007503호(2011.01.04.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출(案出)된 것으로서, 본 발명의 목적은 세미-프리팹 공법 또는 프리팹 공법 등에 적용할 수 있는 지상라이다를 이용하여 가공철탑전선의 이도 및 실장에 요구되는 데이터를 수집하거나, 가공철탑전선의 전선 이양에 필요한 이도 및 실장 데이터를 효율적으로 확보할 수 있는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법을 제공하는데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법은,
(a) 지상라이다 측량 시스템으로 스캔데이터를 획득하는 단계(S11);
(b) 상기 단계(S11)에서 획득된 스캔데이터를 얼라인 작업으로 병합하는 단계(S12);
(c) 상기 단계(S12)에서 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계(S13);
(d) 상기 단계(S13)의 점군데이터를 기초로 철탑 모델과 가공철탑전선 모델을 생성하는 단계(S14); 및
(e) 상기 단계(S14)의 철탑 모델과 가공철탑전선의 제1 이도를 산출하는 단계(S15);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는, 스캔데이터에서 철탑 및 가공철탑전선을 샘플링(S131)하고, 상기 샘플링된 데이터의 깊이를 나타낸 이미지와 이를 색상으로 나타낸 이미지를 맵핑한 포인트 클라우드를 생성(S132)하며, 상기 포인트 클라우드에서 상기 철탑과 가공철탑전선을 모델링한 3차원 이미지가 추출(S133)되면서 불필요한 영역은 제거(S134)되는 것을 특징으로 한다.
상기 (e)단계는, 철탑 모델에서 획득한 철탑의 지반고와 가공철탑전선 모델에서 획득한 복수의 이도 측량 지점을 동일 평면 상에 배열하는 단계;
상기 단계에서 이도 측량 지점의 고저차에 따라 철탑 모델에서 획득한 철탑과 이도 측량 지점을 단일 곡선 형태로 연결하는 제1 피라미터를 부가하는 단계; 및
상기 단계의 철탑과 제1 피라미터를 토대로 현재의 온도에서의 제1 이도를 계산하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 (e)단계 이후에, 제1 이도를 바탕으로 최악조건의 온도에서 변화이도를 구하여 변경 피라미터를 계산하고, 상기 변경 피라미터를 토대로 최악조건에서의 실장을 산출하는(S16);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (e)단계 이후에, 제1 이도, 전선 지지점의 고저차 및 경간을 이용하여 상기 가공철탑전선의 최악조건 실장을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 지상라이다 측량시스템은 300nm 내지 535nm 중심파장의 레이저를 발진하고, 접속된 콘트롤러에 의해 작동이 제어되며, 광원에 연결되고 상기 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절 모듈(110)과 상기 초점 조절 모듈(110)과 연결되며, 상기 광원을 고정하는 마운트(120)와 상기 광원과 측정거리와의 정렬을 가능케하는 정렬 모듈(130)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법은 측량자가 고공의 철탑에 올라가지 않고도 지상에서 라이다로 수집한 스캔데이터를 이용하여 가공철탑전선의 이도 및 실장을 정밀하게 측정하고, 분석 및 데이터의 저장을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 작업자의 오류에 의한 신뢰성 저하를 방지하면서 작업 신뢰성, 효율성 및 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 지상라이다의 스캔데이터를 분석하여 가공철탑전선을 지지하는 철탑 등의 지지물 변위를 측정할 수 있으므로, 이도 및 실장 산출 시, 철탑 변위를 고려한 정확한 이도 및 실장을 계산할 수 있다. 더불어, 지상라이다를 이용함으로써, 가공철탑전선의 전선 이양에 필요한 이도 및 실장 데이터를 신뢰성 있게 제공하며, 세미-프리팹 공법 또는 프리팹 공법 등에 필요한 해당 지형 데이터, 철탑 데이터 및 가공철탑전선의 이도 및 실장 데이터를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑 전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법(이하, '이도 실장 산출방법' 이라 한다)을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에서의 이도 실장 산출 방법(이하 '이도 실장 산출방법' 이라 한다)의 스캔데이터 변환 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에서의 이도 실장 산출 방법의 점군데이터를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에서 이도 실장 산출방법을 실행하는 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에서 이도 실장 산출방법 중 이도 산출 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에서 전선 지지점의 높이가 동일한 경우의 이도 산출 과정을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에서 전선 지지점 간의 고저차를 고려한 이도 산출 과정을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에 이용되는 지상라이더를 도시한 평면도이다.
본 발명은 일면에 있어서,
가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법은,
(a) 지상라이다 측량 시스템으로 스캔데이터를 획득하는 단계(S11);
(b) 상기 단계(S11)에서 획득된 스캔데이터를 얼라인 작업으로 병합하는 단계(S12);
(c) 상기 단계(S12)에서 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계(S13);
(d) 상기 단계(S13)의 점군데이터를 기초로 철탑 모델과 가공철탑전선 모델을 생성하는 단계(S14); 및
(e) 상기 단계(S14)의 철탑 모델과 가공철탑전선의 제1 이도를 산출하는 단계(S15);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석하지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
송전 철탑의 변위 측정 또는 이도 및 실장 분석은 크게 외업 작업과 내업 작업으로 나누어 행해질 수 있는데, 작업자의 위험 발생도는 외업 작업 시 주로 발생한다. 다시 말하면, 철탑 등의 지지물에 매달린 가공철탑전선의 이도 및 실장을 위해서는 작업자(측정자)가 반드시 상기 철탑 상부로 올라가야 하는데, 이때 철탑 상태를 측정할 때 발생되는 위험이 잠재적으로 내재되어 있다.
한편, 철탑의 선로에는 66kV 내지 765kV 등의 특고압이 흐르고 있으므로 작업자의 위험도 및 실측 오차로 인하여, 가공철탑 상태의 정확한 측정이 어려울 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 건물이나 댐 교량을 스캔 모델링하는데 주로 사용되었던 지상라이다를 본 발명에 적용시켜 철탑과 가공철탑전선을 정확하게 측정하고, 이도 및 실장을 효율적으로 산출함으로써, 전술한 문제점 등을 해소하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법(이하 '이도 실장 산출방법' 이라 한다)을 나타낸 순서도이다.
도 1에 나타낸 순서도를 참조하면, 먼저 이도 실장 산출을 위한 지상라이다를 이용하여 철탑과 가공철탑전선에 대한 스캔데이터 획득 단계를 수행할 수 있다(S11).
그리고, 상기 획득된 스캔데이터를 얼라인 작업으로 병합하는 작업을 실시한다(S12).
상기 병합된 스캔데이터는 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계를 수행한다(S13).
다음, 상기 점군데이터에서 철탑을 추출한 철탑 모델과 가공철탑전선을 추출한 가공철탑전선 모델을 생성할 수 있다(S14).
그 다음으로, 상기 철탑 모델과 가공철탑전선을 모델로 구성한 3차원 가공철탑전선 영상데이터에서 전선의 이도를 산출하는 단계를 수행한다(S15).
추가로, 앞서 설명한 전선의 이도와 철탑 모델에서 획득한 경간 및 철탑 고저차를 적용하여 전선의 실장(실제 길이)를 산출하는 단계를 수행할 수 있다(S16).
전술한 이도 실장 산출방법은 PC에 탑재된 프로세서가 메모리 시스템에 저장된 프로그램을 수행하는 것으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 특정 철탑 사이의 가공철탑전선에 대한 이도 및 실장 산출방법은 스캔 단계, 비교 및 분석 단계 그리고 결과 산출 단계를 포함할 수 있는데, 스캔 단계를 수행하기 전에 사전 준비로서 스캔 위치를 선정할 수 있다. 상기 스캔 단계에서는 지상라이다를 이용하여 측정한 철탑과 가공철탑전선에 대한 스캔 작업을 수행한다. 한편, 비교 및 분석 단계에서는 복수의 스캔데이터를 얼라인하여 병합한다. 그리고, 이미지 및 수치 확인 등의 분석 작업을 수행 후에, 결과 산출 단계에서는 분석 작업으로 얻은 데이터를 토대로 가공철탑전선의 이도 및 실장을 계산하고, 계산 결과를 미리 설정된 보고서 포맷에 따라 결과 보고서를 생성하고 저장하거나 출력할 수 있다.
하기에서는 전술한 이도 및 실장 산출방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저, 스캔 단계 전에 철탑이 위치한 장소나 주변 환경에 따라 어떤 위치에서 철탑과 가공철탑전선을 다중 스캔할지 결정한다.
스캔 단계에서는 3차원 스캔 작업을 수행하는 단계로서, 지상라이다의 레이저를 이용하여 원거리의 피사체(철탑, 가공철탑전선 등)의 형상을 입력하여 3차원 이미지로 저장한다.
상기 지상라이다는 예컨대, 스캔 거리가 약 600m 이내이고, 원거리의 피사체에 대한 점군데이터(Point clould data)를 산출할 수 있다. 또한, 스캔 작업에서는 피사체 주변에서 표현이 되지 않는 피사체 부분이 없도록 다각도에서 피사체를 스캔한다. 스캔 시에는 피사체의 표현 부분을 어디까지 할지를 결정하여 스캔하는게 바람직하다. 한편, 피사체의 표현 부분은 스캔데이터의 다수의 점에 해당한다.
비교 및 분석 단계에서는 얼라인(align) 작업으로 다각도에서 획득한 스캔데이터를 병합하여 단일 파일로 생성할 수 있다. 또한, 원하는 피사체의 형상을 점군데이터로 만들 수 있다. 상기 점군데이터는 철탑 모델, 가공철탑전선 모델 또는 이들의 조합 모델로 생성될 수 있다.
결과 산출 단계에서는 철탑 모델과 가공철탑전선 모델에 의하여 생성되는 실제 형상과 동일한 구조의 3차원 이미지에서 가공철탑전선의 이도를 산출하고 실장을 계산한 후, 산출된 이도 및 실장에 대한 결과 데이터를 작업자나 관리자가 확인할 수 있는 데이터로 변환하여 결과 리포트로 저장, 출력 혹은 전송시킬 수 있다.
도 2는 이도 실장 산출방법에서의 점군데이터 변환 과정을 나타낸 흐름도이다.
상기 점군데이터 변환 과정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 프로세서에 지상라이다로부터 다양한 측량 지점 혹은 스캔 지점에서의 스캔데이터를 수신하여 샘플링할 수 있다(S131). 다시 말하면, 상기 프로세서는 스캔데이터에서 철탑 등의 가공철탑전선 지지물과 가공철탑전선을 중심으로 스캔데이터를 샘플링하는 것이다.
다음, 샘플링된 데이터를 깊이를 나타내는 이미지와 색상 이미지로 맵핑한 포인트 클라우드를 생성한다(S132).
그리고, 상기 포인트 클라우드에서 철탑과 가공철탑전선을 모델링한 3차원 이미지를 추출할 수 있다(S133). 추출된 철탑의 3차원 이미지는 철탑 모델로 저장되고, 가공철탑전선의 3차원 이미지를 가공철탑전선 모델로 저장할 수 있다. 이 경우에는, 3차원 이미지가 각각의 레이어(층)로 저장될 수 있고, 원하는 복수 레이어를 중첩되게 표시할 수 있다.
한편, 구현에 따라서 3차원 이미지를 추출할 때, 미리 기록된 위치 정보에 따라 스캔데이터와 동시에 촬영된 고해상도 카메라의 영상데이터를 토대로 추출된 3차원 이미지에서의 불필요한 영역을 제거할 수 있는 단계를 수행할 수 있다(S134).
전술된 3차원 이미지는 점군데이터로 표시될 수 있는데, 상기 점군데이터를 예시하면 도 3a 및 도 3b와 같다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 점군데이터를 이용하면 철탑의 높이, 지반고, 지반고저차 및 경간을 즉각적으로 계산할 수 있는 용이성이 있다. 즉, 3차원 이미지의 점군데이터로 실제와 동일한 철탑과 가공철탑전선을 포함하는 가공철탑전선로를 생성하고, 가공철탑전선로 구조에서 철탑의 지지점 고저차, 경간 및 변위를 실시간으로 계산하여 산출할 수 있다.
또한, 측정 위치 또는 측정 시간과 함께 측정 위치에서의 온도를 스캔데이터와 동시에 저장하면, 스캔을 수행할 시의 온도를 근거로 특정 온도에서의 현재 이도를 계산할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 이도를 계산하면, 피라미터를 변경하여 최악의 조건을 가정하여 예상적 피라미터를 갖는 이도를 계산할 수도 있다. 참고로, 상기 최악 조건 이도는 실제로 가선이나 이양 작업 시 실장을 계산하기 위하여 필수적으로 요구되는 데이터이다.
한편, 상기 점군데이터를 이용하면 철탑의 평면 데이터를 추출하거나, 기초 부분 또는 앵글 부분의 높이를 측정할 수 있으며, 측면 기둥부의 높이나 경사각을 측정할 수도 있다. 따라서, 2차원 평면 상에서 철탑의 수직 중심축이 어떤 방향에서 얼마만큼 기울어졌는지에 대한 변위를 측정할 수 있는 것이다.
도 4는 도 1에 나타낸 이도 실장 산출방법을 실행하는 시스템을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이도 실장 산출방법을 실행하는 시스템(이하 '이도 실장 산출시스템' 이라 한다)은 데이터베이스(DB), 메모리시스템, 프로세서, 입출력장치 및 통신 인터페이스를 포함하여 구현될 수 있다.
상기 데이터베이스는 지상라이다에 의해 수집된 철탑 등의 지지물과 상기 지지물에 매달린 가공철탑전선의 스캔데이터 등을 저장한다. 한편, 상기 데이터베이스는 시간별 혹은 일자별로 측정 및 분석된 스캔데이터, 상기 스캔데이터를 변환하여 얻어진 3차원 이미지의 점군데이터 등을 저장할 수 있다.
상기 메모리시스템은 수집되어 분석된 프로그램 등을 저장한다. 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법을 구현한 프로그램은 프로세서에 의해 실행될 때, 메인메모리에 로딩될 수 있다. 여기서, 상기 프로그램은 도 1을 참조하여 설명한 이도 실장 산출방법 또는 도 2을 참조하여 설명한 스캔데이터 변환을 위한 일련의 절차를 표현하도록 구현될 수 있다.
또한, 상기 메모리시스템은 RAM 및 ROM과 같은 저장 매체 또는 하드디스크, CD, DVD, 블루레이 및 플래시 메모리 등의 저장 매체 형태인 보조메모리를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 프로세서는 시스템의 중앙처리장치로서, 일반적인 PC 등에 사용되는 CPU를 사용할 수 있다. 상기 프로세서는 계산을 수행하는 연산장치, 데이터 및 명령어의 일시적인 저장을 위한 레지스터 및 시스템의 각 구성요소를 제어하는 콘트롤러를 포함하여 구성된다.
상기 입출력 장치는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 장치는 사용자의 명령어를 수행하거나, 수행한 명령에 대한 응답을 텍스트 또는 그래픽으로 표현하여 구동될 수 있는데, 이러한 입출력 장치는 입력 포트, 출력 포트, 키보드, 마우스 및 터치 패널 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
상기 통신 인터페이스는 유무선 네트워크를 통하여 작업자의 단말기나 관리자의 서버에 접근하기 위한 수단 또는 구성부를 지칭한다. 통신 인터페이스는 근거리 무선통신, 차량간 통신, 이동통신망 및 위성망 등의 통신 방식 중 적어도 어느 하나를 지원하는 통신 모듈로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공철탑전선의 이도 및 실장 등의 데이터를 수집하기 위해 차량을 이용할 경우, 좁은 도로 또는 산악 지형 등과 같은 차량 진입이 곤란한 경우가 발생할 수 있는데, 이때에는 소위 '드론'과 같은 소형 무인 항공기를 이용하여 항공라이다 방식의 장치로 구현할 수도 있다.
도 5a 및 5b는 도 1에 나타낸 방법 중 하나인 이도 산출 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 실시예의 이도 실장 산출시스템은 점군데이터에서 철탑 중심을 측량하여 상기 철탑의 지반고를 계산한다. 철탑의 지반고는 상기 철탑의 측정 위치와 철탑의 사거리 및 수직각을 이용하여 피타고라스 정리의 공식에 적용되어 계산할 수 있다.
철탑의 지반고가 계산되면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 각각의 이도 측량 지점(H2, H3, H4)과 철탑의 지반고(H1)를 동일 평면상에 표시한다.
그 다음, 도 5b에 도시한 바와 같이 철탑과 각각의 이도 측량 지점의 고저차(H2, H3, H4)에 맞는 피라미터를 자연스런 곡선 형태로 부가하여 그려준다. 선 형태의 피라미터가 그려지면, 철탑 사이의 경간을 계산할 때, 그은 직선과 평행한 접선을 이용하여 상기 직선과 가장 멀리 위치한 피라미터 곡선상의 위치를 추출하여 이도를 계산할 수 있다. 계산된 이도는 특정 시간과 그 시간의 온도 조건에서의 현재 이도가 된다.
현재 이도가 계산되어 산출되면, 이를 바탕으로 최악 조건 피라미터를 예측하기 위해 이도의 조건 변경을 수행할 수 있다. 즉, 특정 온도에서의 현재 이도를 이용하여 최악 조건 온도(예를 들어 75℃ 이상)의 피라미터를 산출할 수 있는 것이다.
상기에서 얻어진 기초자료(이도, 경간, 전선 지지점 및 고도차)를 이용하여 전선 실장을 계산할 수 있다.
전선 실장의 계산법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
가공철탑전선로의 전선은 강한 장력을 가하여 수평으로 당겨도 약간의 처짐은 발생하게 된다. 이러한 전선의 처짐 정도를 이도라고 한다. 상기 이도는 전선의 길이를 일정하게 형성한다 해도 온도차에 의한 전선의 팽창 및 수축, 전선에 부착되는 빙설의 무게 및 풍압하중 등에 의하여 변형이 발생된다. 따라서, 전선의 최대사용장력은 가공철탑전선로의 최악상태에서 전선의 안전율이 일정기준(예를 들어, 경도선 또는 내열 동합금선 2.2, 그 밖에 전선 2.5) 이상이 되는 이도로서 정해질 수 있다.
여기서, 전술된 최악상태란 온도, 빙설 및 풍압 등을 감안한 연중 전선에 가장 큰 장력이 걸리는 상태를 의미하고, 최대사용장력은 인장하중/안전율로 계산된다.
전선의 설치 시 이도는 최악상태에서 최대사용장력을 초과하지 않고 EDS(Every day stress) 조건을 만족하도록 하기 위해 가선 당시의 온도 및 경간에 해당하는 이도를 계산하거나 이도 테이블에 기초하여 일정 범위 내에서 유지되어야 한다. 여기서, EDS 조건은 10℃, 무풍, 무빙설 시 알루미늄 전선은 인장하중이 25% 이하, 동계전선은 인장하중이 30% 이하를 유지하는 것을 의미한다.
가공철탑전선로 종단도 상의 이도(y)는 기온 40℃(일반전선 온도 75℃, 내열전선온도 110℃, 초내열전선온도 150℃), 무풍, 무빙설 시의 이도로서 등가 경간(ruling span)인 경우 하기 수학식 1이 성립할 수 있다.
Figure 112015056637917-pat00001
한편, 전선의 이도(D)의 고저차가 없는 경우와 있는 경우를 각각 나타내면 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112015056637917-pat00002
그리고, 고저차가 없는 경우의 전선의 실장은 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015056637917-pat00003
수학식 1 내지 3에서, x/c는 종단도 상의 이도 조건에 따른 상수이고, C는 T/W이며, T는 전선의 수평 방향의 장력(kg)이고, W는 전선의 단위 길이당 중량(kg/m)이며, D는 최악조건에서의 전선의 허용 이도(m, 늘어짐 또는 늘어짐 정도)이고, S는 경간(m, 지지물 간의 거리), L은 전선의 실장(m, 실제 길이)이다.
전술한 이도 산출 과정은 전선 지지점의 높이가 동일한 경우로서, 이를 도면으로 간략히 나타내면 도 6과 같다. 도 6에서 S는 제1 철탑 또는 제1 철탑의 전선 지지점(A)과 제2 철탑 또는 제2 철탑의 전선 지지점(B) 사이의 경간을 나타내고, D1은 전선의 이도를 나타낸다. 그리고, T1은 전선의 최대 수평 장력을 나타낸다.
한편, 전선 지지점 간의 고저차를 고려한 가공철탑전선의 이도 산출 과정을 나타내면 도 7의 모식도와 같다.
도 7에 도시한 바와 같이, 전선 지지점의 높이가 상이하면, 전선의 이도가 하기 수학식 4에 의하여 계산되고, 전선의 실장은 하기 수학식 5에 의하여 계산될 수 있다.
Figure 112015056637917-pat00004
Figure 112015056637917-pat00005
수학식 5에서, L은 전선의 실장, S는 철탑 중심들(H, L) 사이의 거리인 수평경간, D는 초기 가선 이도이다. 그리고, h는 전선 지지점의 고저차로서 자기 지지점에서 상대 지지점이 높으면 포지티브 값을 갖고, 낮으면 네거티브 값을 갖는다.
또한, 상기 수학식 5에서, DH1, DL1은 최악조건 하에서 지지점 H와 L로부터 최저점 0까지의 각각의 이도를 나타내고, SH1, SL1은 H 또는 L 지지점으로부터 0점까지의 각각의 수평거리를 나타내며, h는 H와 L점의 고저차를 나타내고, D1은 경간 S에서 고저차가 없을 때의 이도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 의하면, 최악조건 온도에서의 이도를 산정하고, 최악조건 이도를 바탕으로 변화된 이도에 맞는 변경 피라미터를 계산하여, 최악 조건에 요구되는 실장을 구할 수 있으며, 최악 조건의 이도에 맞는 최대허용장력을 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명에서 사용되는 지상라이다(100)를 도시한 평면도이다. 상기 지상라이다(100)는 초점 조절 모듈(110), 마운트(120) 및 정렬 모듈(130)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 초점 조절 모듈(110)은 광원에 연결되고, 상기 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절할 수 있는 장치이며, 상기 마운트(120)는 상기 초점 조절 모듈(110)과 연결되고, 상기 광원을 고정하는 역할을 할 수 있다. 상기 정렬 모듈(130)은 상기 광원과 라이더에 포함된 망원 장치(미도시)와의 정렬을 실시할 수 있도록 하는 장치이다. 한편, 본 명세서에서 도시되지 않았지만 상기 지상라이다는 콘트롤러(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 콘크롤러는 전류의 세기를 조절함으로써, 광원에서 조사되는 레이저의 세기를 가변적으로 조절할 수 있도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 지상라이다 120 : 마운트
110 : 초점 조절 모듈 130 : 정렬 모듈

Claims (6)

  1. 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법에 있어서,
    (a) 지상라이다 측량 시스템으로 스캔데이터를 획득하는 단계(S11);
    (b) 상기 단계(S11)에서 획득된 스캔데이터를 얼라인 작업으로 병합하는 단계(S12);
    (c) 상기 단계(S12)에서 병합된 스캔데이터를 3차원 이미지의 점군데이터로 변환하는 단계(S13);
    (d) 상기 단계(S13)의 점군데이터를 기초로 철탑 모델과 가공철탑전선 모델을 생성하는 단계(S14); 및
    (e) 상기 단계(S14)의 철탑 모델과 가공철탑전선의 제1 이도를 산출하는 단계(S15);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 스캔데이터에서 철탑 및 가공철탑전선을 샘플링(S131)하고, 상기 샘플링된 데이터의 깊이를 나타낸 이미지와 이를 색상으로 나타낸 이미지를 맵핑한 포인트 클라우드를 생성(S132)하며, 상기 포인트 클라우드에서 상기 철탑과 가공철탑전선을 모델링한 3차원 이미지가 추출(S133)되면서 불필요한 영역은 제거(S134)되는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 (e)단계는, 철탑 모델에서 획득한 철탑의 지반고와 가공철탑전선 모델에서 획득한 복수의 이도 측량 지점을 동일 평면 상에 배열하는 단계;
    상기 단계에서 이도 측량 지점의 고저차에 따라 철탑 모델에서 획득한 철탑과 이도 측량 지점을 단일 곡선 형태로 연결하는 제1 피라미터를 부가하는 단계; 및
    상기 단계의 철탑과 제1 피라미터를 토대로 현재의 온도에서의 제1 이도를 계산하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e)단계 이후에, 제1 이도를 바탕으로 최악조건의 온도에서 변화이도를 구하여 변경 피라미터를 계산하고, 상기 변경 피라미터를 토대로 최악조건에서의 실장을 산출하는 단계(S16);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e)단계 이후에, 제1 이도, 전선 지지점의 고저차 및 경간을 이용하여 상기 가공철탑전선의 최악조건 실장을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 지상라이다 측량시스템은 300nm 내지 535nm 중심파장의 레이저를 발진하고, 접속된 콘트롤러에 의해 작동이 제어되며, 광원에 연결되고 상기 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절 모듈(110)과 상기 초점 조절 모듈(110)과 연결되며, 상기 광원을 고정하는 마운트(120)와 상기 광원과 측정거리와의 정렬을 가능케하는 정렬 모듈(130)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지상라이다를 이용한 가공철탑전선의 이도, 실장 관측 및 산출방법.

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