KR101584963B1 - Ｇｐｓ를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법 - Google Patents

Ｇｐｓ를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝을 박고, 그 중 복수의 특정 지점의 말뚝에 GPS 수신기를 설치하며, 말뚝들 사이에 감지선(wire)을 통해 상호 연결하여 일정시간 주기별로 측정된 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기 및 사용자 단말로 전송하며, 제어기 및 사용자 단말이 경사면의 붕괴 조짐을 예측한다.

Description

ＧＰＳ를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법{Appratus and method for prediction of collapse symptom of slope using GPS}
본 발명은 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝을 박고, 그 중 몇 개의 특정 지점의 말뚝에 GPS 수신기를 설치하며, 말뚝들 사이에 감지선(wire)으로 상호 연결하여 일정시간 주기별로 측정된 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기 및 사용자 단말로 전송하고, 제어기 및 사용자 단말기가 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호에 따라 두 말뚝 사이의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는, GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
경사면은 집중 호우, 태풍, 눈, 지진 등의 자연적인 원인 뿐만 아니라 토목 공사 등의 인위적인 원인에 의해 경사면의 붕괴되거나 또는 지반 침하가 발생한다. 특히 연약 지반이 형성되는 경우에 상기 원인으로 인한 경사면의 변화가 발생하면, 경사면의 토사 슬라이딩, 지면 침하, 도로나 경사면의 붕괴, 산사태 등의 사고가 발생하며 그로 인해 산사태, 도로 유실, 차량 사고가 발생하게 된다.
그러므로, 상기와 같은 사고를 막기 위해 사고가 발생될 우려가 있는 경사면에서 붕괴 조짐이 예측되는 지점에 말뚝들을 박고 이를 감지선(wire)을 통해 상호 연결하고, 감지선의 길이 변화에 대한 신호에 따라 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장비가 필요하다.
도 1은 종래의 감지선의 길이 변화에 따른 경사면의 붕괴를 예측하는 지면 이동 계측 시스템의 구성도이다.
경사면의 붕괴를 예측하는 지면 이동 계측 시스템은 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝(110)을 박고, 말뚝 사이(110)를 신축계가 포함된 감지선(120)으로 각각 연결하고, 측정 장비(130)가 각 말뚝(110) 사이의 감지선(120)의 길이 변화를 측정하여 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측한다.
그러나, 종래의 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치는 감지선의 길이 변화로부터 경사면과 평행한 성분만의 경사면의 위치 이동만을 감지하기 때문에 경사면에 수직하게 경사면 이동이 발생하는 경우 측정 지점이 공간상에서 실제로 이동하는 방향 및 그 이동량에 오차가 있었다. 그로 인하여 경사면의 이동에 대한 정확한 예측이 힘들고, 지면의 수직 이동에 대한 측정이 불가능하여 지면 침하/융기 등이 발생하기 쉬운 평탄한 지역에는 적용할 수 없었다.
또한, 종래의 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 지면 이동 계측 장비는 일정 지역의 지면 또는 경사면에 설치된 말뚝 사이의 전체 감지선의 길이 변화를 측정하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하였지만, 특정 지점의 기준 말뚝과 감지선으로 연결된 상대 말뚝 사이의 감지선의 길이 변화만으로는 두 말뚝의 위치 이동을 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 종래의 두 말뚝 사이의 감지선만을 사용함으로써 거리를 측정하여 두 말뚝의 이동을 정확하게 측정하기 위해 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝을 박고, 그 중 특정 지점의 말뚝에 GPS 수신기를 설치하며, 말뚝들 사이에 감지선(wire)으로 상호 연결하여 일정시간 주기별로 측정된 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기 및 사용자 단말로 전송하며, 제어기 및 사용자 단말이 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호에 따라 두 말뚝 사이의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는, GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치는 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 수직으로 설치된 복수의 말뚝과; 상기 말뚝들 사이에 감지선(wire)을 통해 상호 연결되며, 경사면의 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기(A,B)와; 상기 경사면의 특정 지점의 말뚝과 감지선으로 연결된 상대 말뚝에 설치된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)와; 상기 경사면의 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기(A, B)와 유무선 통신을 통해 일정 시간 주기별로 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기(A, B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)로부터 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받는 통신부를 구비하는 제어기와; 상기 제어기의 통신부를 통해 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)에 의해 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받아 복수의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴를 예측하는 사용자 단말을 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 방법은 (a) 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝을 수직 방향으로 박고, 몇 개 정도의 특정 지점의 말뚝에 GPS 수신기(A, B)가 설치되며, 경사면의 특정 지점의 GPS 수신기(A,B)가 유무선 통신을 통해 제어기와 연결되고, 상기 제어기가 통신부를 통해 통신망을 통해 사용자 단말과 연결되는 단계; (b) 상기 경사면의 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기(A,B)로부터 일정 시간 주기별 측정된 GPS 위치정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화 측정 장치로부터 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 상기 제어기로 전송하는 단계; (c) 상기 제어기의 통신부를 통해 유무선 통신 방식으로 상기 사용자 단말로 상기 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 전송하는 단계; 및 (d) 상기 제어기 또는 상기 사용자 단말이 시간대별 복수의 특정 지점의 GPS 수신기가 설치된 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 계측하여 여러 곳의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동을 측정하여 경사면의 붕괴를 예측하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법은 집중 호우, 눈, 지진 등의 자연적인 원인 뿐만 아니라 토목 공사 등의 인위적인 원인에 의해 지면 또는 경사면의 변화가 발생되어 경사면의 토사 유실, 지면 침하, 경사면의 붕괴에 의한 산사태 등의 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝을 박고, 그 중 여러 곳의 특정 지점의 말뚝에 GPS 수신기를 설치하며, 말뚝들 사이에 감지선(wire)을 통해 상호 연결하여 일정시간 주기별로 측정된 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기 및 사용자 단말로 전송하며, 제어기 또는 사용자 단말이 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화에 대한 신호에 따라 두 말뚝 사이의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하여 경고함으로써 사전에 조치를 취하게 하여 경사면 붕괴를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 감지선의 길이 변화에 따른 경사면의 붕괴를 예측하는 지면 이동 계측 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 GPS 사용한 경사면의 붕괴를 예측하는 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 말뚝에 GPS 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치의 두 말뚝의 위치 이동을 분석한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지면 이동 계측 시스템의 구성도이다.
도 5는 경사면에 구비된 말뚝의 GPS 수신기가 설치된 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보를 측정하고, 상대 말뚝의 측정 장치에 의해 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 측정하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 말뚝에 GPS를 사용한 경사면의 붕괴를 예측하는 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치는, 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 수직으로 설치된 복수의 말뚝(110)과; 말뚝(110)들 사이에 감지선(wire)(120)을 통해 상호 연결되며, 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)와; 상기 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)과 감지선으로 연결된 상대 말뚝(110-2)에 설치된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)와; 상기 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)와 유무선 통신을 통해 일정 시간 주기별로 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)로부터 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받는 통신부를 구비하는 제어기(140)와; 상기 제어기(140)의 통신부를 통해 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1,W2,W3,W4,W5,W6)에 의해 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받아 복수의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴를 예측하는 사용자 단말(141)을 포함한다.
경사면의 특정 지점에 설치된 말뚝에 GPS 수신기를 사용한 경사면의 붕괴를 예측하는 장치는 집중 호우, 눈, 지진 등의 자연적인 원인 뿐만 아니라 토목 공사 등의 인위적인 원인에 의해 지면 또는 지중의 변화가 발생되어 경사면의 토사 유실, 지면 침하, 경사면의 붕괴에 의한 산사태 등의 사고를 방지하기 위해 지면 침하/융기에 의해 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝(110)을 수직 방향으로 박고, 그 중 경사면의 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 GPS 수신기(A, B)를 설치하며, 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)과 감지선으로 연결되는 상대 말뚝(110-2)은 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1,W2)와 연결되고, 각각의 말뚝(110)들 사이에 감지선(wire)(120)으로 상호 연결된다.
감지선은 일괄적으로 하나의 라인 형태로 경사면에 설치된 말뚝 사이를 연결하며, 광섬유를 사용할 수 있다.
또한, 감지선(120)으로 연결된 경로에 있는 최하단의 말뚝은 감지선을 통해 지면 이동 계측 시스템(130)과 연결될 수 있다.
본 발명의 특정 지점의 말뚝에 구비된 GPS 수신기를 사용한 경사면의 붕괴를 예측하는 장치는 일정 시간 주기별로 GPS 수신기(A, B)가 설치된 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 수신기(A, B)로부터 측정된 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)과 연결된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 일정 시간 주기별로 제어기(140)로 전송하고, 이를 제어기(140)의 통신부를 통해 사용자 단말(141)로 전송하며, 제어기(140) 또는 사용자 단말(141)이 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보과 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호에 따른 복수의 특정 지점들의 두 말뚝의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측한다.
복수의 말뚝(110)들이 설치된 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1,110-2)에 설치된 GPS 수신기(A,B)는 제어기(140)와 연결되며, 제어기(140)의 내부에 구비된 통신부를 통해 유무선 통신 방식으로 사용자 단말(PC, 스마트폰, 태블릿 PC)(141)로 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)로부터 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기(140)를 통해 사용자 단말(141)로 전송한다. 제어기(140) 또는 사용자 단말(141)은 경사면의 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)에 의해 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 계측하여 복수의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동 및 감지선의 길이 변화의 움직임을 계측하여 경사면의 붕괴를 예측한다.
상기 제어기(140) 또는 상기 사용자 단말(141)은 경사면의 특정 지점들에 설치된 두 말뚝 사이의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴를 예측하며, 경사면의 붕괴 예측을 위한 수직 및 수평 위치이동 기준치가 초과되면 화면에 경고 상태를 출력하고 경보음을 스피커로 출력하거나 또는 램프를 점멸하여 관리자에게 경사면 붕괴 조짐을 알리는 것을 특징으로 한다.
경사면 붕괴 예측을 위한 수직 및 수평 위치이동 기준치는 지반의 연약 정도, 지면의 이동 경향, 지면의 경사도에 의해 특정 값으로 결정되거나 재설정될 수 있다. 경사면 붕괴 조짐에 대한 경고 신호는 스피커에 경고음을 출력하거나, 또는 램프를 점멸하거나, 또는 화면에 경고 화면을 출력할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예로 지면 이동 계측 시스템(130)이 경사면의 전체 말뚝 사이에 설치된 전체 감지선(120)의 길이 변화를 측정하여 경사면의 붕괴를 예측하며, 경사면의 붕괴 예측을 위한 수직 및 수평 위치이동 기준치가 초과되면 관리자에게 경사면 붕괴 조짐을 경고하여 사전에 이를 방지하도록 조치를 취하게 한다.
지면 이동 계측 시스템(130)은 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝(110)을 박고, 말뚝 사이를 신축계가 포함된 감지선(120)으로 각각 연결하며, 측정 장비(130)가 각 말뚝(110) 사이의 전체 감지선(120)의 길이 변화를 측정하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하고, 경사면의 붕괴 예측을 위한 수직 및 수평 위치이동 기준치가 초과되면 관리자에게 경사면 붕괴 조짐을 경고한다.
예를 들면, 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 20~30개의 말뚝(110)을 수직 방향으로 박고, 예를 들면 경사면의 상부, 중부, 하부의 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 GPS 수신기(A, B)를 설치하며, 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 수신기(A, B)는 유무선 통신을 통해 통신부를 구비하는 제어기(140)와 연결되고, 제어기(140)는 통신부를 통해 사용자 단말(141)과 연결된다. 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 하나의 GPS 수신기(A,B)는 계측의 필요에 따라 경사면의 복수의 특정 지점에 3~4개, 4~5개의 GPS 수신기가 구비될 수 있다.
GPS의 해상도는 사용하는 용도에 따라 해상도가 다르지만, 건설현장에서 통상적으로 사용하는 GPS의 측정 해상도는 대략 5-10mm 정도이다. 본 발명에서는 측정정밀도 향상을 위한 GPS의 해상도를 높이기 위해 움직이지 않는 고정된 위치에 레퍼런스 GPS 안테나(170)의 기준점을 두고, 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)들은 상기 레퍼런스 GPS 안테나(170)의 위치를 참조하여 위치 측정 해상도를 1~2mm까지 보다 정밀하게 측정하도록 보정하며, 상기 레퍼런스 GPS 안테나를 통해 측정 해상도를 높이는 방법은 공지된 기술이므로 본 발명에서는 이에 대하여 설명하지 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 말뚝에 GPS 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치의 두 말뚝의 위치 이동을 분석한 도면이다.
경사면의 토사 유실, 지면 침하, 경사면의 붕괴에 의한 산사태 등의 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝(110)을 수직 방향으로 박고, 일정 시간 주기별로 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)로부터 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기(140)와 사용자 단말(141)로 전송한 후, 제어기(140) 또는 사용자 단말(141)은 일정 시간 주기별로 GPS 수신기(A)로부터 측정된 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보와 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1)에 의해 측정된 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 계측하여 복수의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴를 예측한다.
i) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 없으면, 특정 지점의 말뚝(110-1)은 위치 이동이 있었고 상대 말뚝(110-2)은 위치 이동이 없는 경우이다.
ii) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 측정되면, 특정 지점의 말뚝(110-1)과 상대 말뚝(110-2)은 둘 다 위치 이동이 된 경우이다.
iii) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되지 않았고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 측정되면, 특정 지점의 말뚝(110-1)은 위치 이동이 없었고 상대 말뚝(110-2)은 위치 이동 된 경우이다.
iv) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되지 않았고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 없으면, 특정 지점의 말뚝(110-1)과 상대 말뚝(110-2)은 둘 다 위치 이동이 없는 경우이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 지면 이동 계측 시스템의 구성도이다.
각 기준 지점(241~244) 및 측정 지점(245)의 위치를 공간좌표 상에 나타낸다.
지면 이동 계측 시스템(130)은 제1 기준 지주(210), 제2 기준 지주(220), 측정 지주(230), 제1 내지 제4 광섬유(251~254)를 포함하는 광섬유(250), 변형 측정부(260) 및 제어부(270)를 포함하며, 추가로 저장부(280) 및 경고부(290)를 더 포함할 수 있다.
제1 기준 지주(210)와 제2 기준 지주(220)는 지면에 수직으로 설치되며, 하부가 지중에 묻히고 상부가 지상에 노출된다. 제1 기준 지주(210)는 지면에서 소정 거리(h1)만큼 상부에 위치한 제1 기준 지점(241)과 제1 기준 지점(241)으로부터 소정 거리(d1)만큼 상부에 위치한 제2 기준 지점(242)을 가진다. 제2 기준 지주(220)는 지면에서 소정 거리(h2)만큼 상부에 위치한 제3 기준 지점(243)과 제3 기준 지점(243)으로부터 소정 거리(d2)만큼 상부에 위치한 제4 기준 지점(244)을 가진다.
측정 지주(230)는 이동하는 지면에 수직으로 설치되며, 하부가 지중에 묻히고 상부가 지상에 노출된다. 측정 지주(230)는 지면에서 소정 거리(h3)만큼 상부에 위치한 측정 지점(245)을 가진다.
제1 기준 지주(210), 제2 기준 지주(220) 및 측정 지주(230)는 서로 소정 거리만큼 이격되어 지면에 설치된다. 제1 기준 지점(241)과 제3 기준 지점(243)간의 거리는 d3이고, 제2 기준 지점(242)과 제4 기준 지점(244) 간의 거리는 d4이다.
d1~d4,및 h1~h3은 제1 및 제2 기준 지주(210, 220)와 측정 지주(230)의 설치 시에 결정되므로, 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지점(245)까지의 거리를 시간별로 알면 측정 지점(245)의 위치가 시간별로 계산될 수 있다. 측정 지점(245)의 위치가 시간별로 계산되면 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동 역시 계측될 수 있다.
제1 기준 지점과 제2 기준 지점 간의 거리(d1) 및 제3 기준 지점과 상기 제4 기준 지점 간의 거리(d2)가 서로 동일하고(d1=d2), 제1 기준 지점(241),제3 기준 지점(243) 및 측정 지점(245)이 지면으로부터 동일한 거리 (h1=h2=h3)만큼 상부에 위치한 지점일 수 있다.
제1 및 제2 기준 지주(210, 220)는 지면이동을 계측하는데 있어서 기준이 되는 위치에 설치되는 지주이고, 측정 지주(230)는 지면이동이 계측되는 위치에 설치되는 지주이다. 따라서, 제1 및 제2 기준 지주(210, 220)는 지면 이동이 거의 없는 지역에 설치되고, 측정 지주(230)는 연약 지반이나 경사면 등 지면이동이 예측되는 지역에 설치된다.
광섬유(250)는 제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)를 포함한다. 제1 광섬유(251)는 제1 기준 지점(241)에서 측정 지점(245)까지 연결되고, 제2 광섬유(252)는 제2 기준 지점(242)에서 측정 지점(245)까지 연결되고, 제3 광섬유(253)는 제3 기준 지점(243)에서 측정 지점(245)까지 연결되며, 제4 광섬유(254)는 제4 기준 지점(244)에서 측정 지점(245)까지 연결된다.
측정지주(230)가 지면이동에 따라 이동할 때, 제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)는 각각 인장력을 받아 길이 변형이 발생하도록 연결돼야 한다. 따라서 제1 광섬유(251)의 일단을 제 1 기준 지주(210)의 제1 기준 지점(241)에 부착하고, 제1 광섬유의 타단을 측정 지주(230)의 측정 지점(245)에 부착하여 연결한다. 측정 지주(230)가 지면 이동에 따라 이동할 때 제1 광섬유(251)가 인장력을 받아야 하므로, 제1 광섬유(251)는 도시된 것처럼 제1 기준 지점(241)에서 측정 지점(245)까지 늘어짐이 없도록 연결되어야 한다. 제2 내지 제4 광섬유(252~254)는 전술한 제1 광섬유(251)를 연결하는 방식과 동일하게 제2 내지 제4 기준 지점(242~244)과 측정 지점(245) 사이에 각각 연결된다.
변형 측정부(260)는 광섬유에 빛을 입사하여 제1 내지 제4 광섬유(251~254)의 변형률을 각각 측정하며, 측정된제1 내지 제4 광섬유(251~254)의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성하여 제어부(270)에 제공한다. 변형 측정부(260)는 시간별로 즉, 소정의 단위 시간마다 광섬유에 빛을 입사하여, 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 시간별로 측정하고, 그에 따른 광섬유 변형정보를 시간별로 생성할 수 있다. 광섬유의 변형률은 광섬유에 입사된 빛의 반사광 또는 산란광 중의 어느 하나를 검출하여 측정될 수 있다.
측정된 제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)의 변형률은 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지주(230)의 측정지점(245)까지의 거리인 제1 내지 제4 측정거리를 계측하는데 이용된다. 변형률은 단위 길이당 변형된 길이를 의미하므로, 광섬유 길이와 측정된 광섬유의 변형률을 곱하면 광섬유의 길이변형량을 구할 수 있고, 그로부터 변형된 후의 광섬유 길이를 구할 수 있다.
광섬유에 빛을 입사하여 광섬유의 길이 또는 변형률을 구하는 방식에는 여러 가지가 있다. 반사광의 시간지연을 측정하고 다음의 [수학식 1]을 이용하여 광섬유의 길이를 구할 수 있다. 이때 광섬유의 길이를 시간별로 구하고, 광섬유의 변형된 길이를 기존의 광섬유 길이로 나누면 변형률도 구할 수 있다.
D = (t x c)/(2n) [수학식 1]
D: 광섬유 길이, t: 시간지연, c: 빛의 속도, n: 광섬유 굴절률
또한, 그 외에도 입사된 빛의 브래그 반사 파장의 변화량을 이용하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서, 페브리-페롯(febry-perot)과 마하젠더(mach zenhnder)와 마이켈슨(michelson) 등의 간섭형 센서, 분포형 광섬유 센서(distributed fiber optic sensor)로서 레일리 후방 산란(Rayleigh back scattering)을 이용하는 OTDR(Optical Time Domain Reflectometry) 센서, 분포형 광섬유 센서로서 브릴루앙 산란(Brillouin scattering)을 이용하는 BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) 센서와 BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis) 센서 등을 이용하여 광섬유의 변형률 또는 길이를 구할 수 있다.
변형 측정부(260)는 상기 여러 센서 중의 어느 하나를 이용하여 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 각각 측정하고, 제1 내지 제4 광섬유의 변형률을 포함하는 광섬유 변형정보를 생성할 수 있다.
제1 광섬유 내지 제4 광섬유(251~254)는 한 가닥으로 연결된 광섬유일 수 있다. 상기 여러 센서 방식은 한 가닥의 광섬유를 이용하여 측정하고자 하는 측정구간에서의 물리량(인장력, 온도, 및 압력 등)을 시간별로 측정할 수 있다.
제어부(270)는 변형 측정부(260)로부터 광섬유 변형정보를 제공받아 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지주(230)의 측정 지점(245)까지의 거리인 제1 내지 제4 측정 거리를 각각 계측하고, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리로부터 측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동을 계측한다. 온도 변화가 없다면, 제1 내지 제4 광섬유의 길이가 각각 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지주(230)의 측정 지점(245)까지의 거리가 된다.
제어부(270)는 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 제1 기준 지점(241)과 제2 기준 지점(242) 간의 거리, 제3 기준 지점(243)과 제4 기준 지점(244) 간의 거리, 제1 기준 지점(241)과 제3 기준 지점(243) 간의 거리, 및 제2 기준 지점(242)과 제4 기준 지점(244) 간의 거리에 삼각법을 적용함으로써 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 계측할 수 있다.
제1 내지 제4 기준 지점(241~244)과 측정 지점(245)은 제1 및 제2 기준 지주(210, 220)와 측정 지주(230)의 설치 시에 이미 결정된다. 따라서 공간상의 임의의 한 점을 원점으로 하면, 측정 지주(230) 설치시의 측정 지점(245)과 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)이 공간좌표(공간상 위치)로 표시될 수 있다. 이때 원점이 되는 공간상의 임의의 한 점은, 예를 들면, 제 1 기준 지점(241)이 될 수 있다. 지면 이동에 따라 측정 지점(245)이 이동 하더라도 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)의 원점에 대한 공간상 위치는 변하지 않는다. 제어부(270)는 제1 내지 제4 기준 지점(241~244)에서 측정 지점(245)까지의 거리를 각각 시간별로 계측하고 이에 삼각법 또는 공간해석 방법을 적용함으로써 측정 지점(245)의 임의의 원점에 대한 공간상 위치를 시간별로 계산하여 저장부(280)에 저장할 수 있고, 그를 바탕으로 측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동을 시간별로 계측할 수 있다.
저장부(280)는 생성된 광섬유 변형정보, 계측된 제1 내지 제4 측정 거리, 및 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동을 저장한다.
제어부(270)는 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동에 대하여 통계 처리를 수행하는 통계처리부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 통계처리부는 저장부(280)로부터 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동에 대한 정보를 제공받아 통계정보를 처리하며, 저장부(280)에 통계처리의 결과를 저장한다.
측정 지점(245)의 수직 및 수평 위치 이동을 장기간 동안 계측하여 저장부(280)에 저장시키고 이를 분석함으로써 지면의 이동 경향을 3차원적으로 파악하여 지면의 수평 위치이동 이나 수직 위치이동, 지면의 침하/융기 또는 경사면의 붕괴의 사고 조짐에 대한 예측이 가능하다.
경고부(290)는 계측된 측정 지점의 수직 및 수평 위치 이동이 기준치가 초과되면 경고 신호를 생성하여 관리자에게 알려준다. 기준치는 지반의 연약 정도, 지면의 이동 경향, 지면의 경사도에 의해 적절하게 특정 값으로 결정되거나 재설정될 수 있다. 경고 신호는 스피커에 경고음을 출력하거나, 램프를 점멸하거나, 화면에 경고 화면을 출력하게 하는 제어신호로 구현되어, 경사면 또는 지면의 이상 상황이 예측되거나 이상 상황 발생 시에 관리자에게 경고해 줌으로써 지면 이동에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 5는 경사면에 구비된 말뚝의 GPS 수신기가 설치된 특정 지점의 말뚝의 GPS 위치 정보를 측정하고, 상대 말뚝의 측정 장치에 의해 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 측정하는 개념을 나타낸 도면이다.
본 발명의 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치는, 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 수직으로 설치된 복수의 말뚝(110)과; 말뚝(110)들 사이에 감지선(wire)(120)을 통해 상호 연결되며, 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)와; 상기 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)과 감지선으로 연결된 상대 말뚝(110-2)에 설치된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)와; 상기 경사면의 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)와 유무선 통신을 통해 일정 시간 주기별로 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)로부터 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받는 통신부를 구비하는 제어기(140)와; 상기 제어기(140)의 통신부를 통해 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)에 의해 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받아 복수의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동을 계측하여 경사면의 붕괴를 예측하는 사용자 단말(141)을 포함한다.
통상적으로 GPS의 측정 해상도는 용도에 따라 다르지만, 움직이지 않는 고정된 위치에 레퍼런스 GPS 안테나(170)의 기준점을 두고, 레퍼런스 GPS 안테나(170)는 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)들을 참조하여 위치 측정 해상도를 1~2mm까지 보다 정밀하게 측정하도록 보정하며, GPS 측정 해상도를 높이는 방법은 공지된 기술이므로 본 발명에서는 이에 대하여 설명하지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 방법을 나타낸 순서도이다.
GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 방법은 토사 유실, 지면 침하, 경사면 붕괴에 의한 산사태의 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 복수의 말뚝(110)을 수직 방향으로 박고, 몇 개 정도의 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1, 110-2)에 GPS 수신기(A, B)를 설치하는 단계(S100); GPS 수신기(A, B)는 유무선 통신을 통해 통신부를 구비하는 제어기(140)와 연결되고, 제어기(140)는 통신부를 통해 통신망을 통해 사용자 단말(PC, 스마트폰, 태블릿 PC)(141)과 연결되는(S200) 단계; 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1, 110-2)에 설치된 GPS 수신기(A, B)로부터 위성으로부터 수신된 위도, 경도, 고도에 따라 일정 시간 주기별로 측정된 GPS 위치정보와 상대 말뚝의 감지선의 길이 변화 측정 장치(130)로부터 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 제어기(140)로 전송하는(S300) 단계; 및 제어기(140)의 통신부를 통해 유무선 통신 방식으로 사용자 단말(141)로 상기 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)에 의해 측정된 감지선의 길이 변화를 전송하는 단계; (d) 제어기(140) 또는 사용자 단말(141)이 복수의 특정 지점의 말뚝(110-1)의 시간대별 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 계측하여 복수의 특정 지점의 두 말뚝의 위치 이동을 측정하여 경사면의 붕괴를 예측하는(S400) 단계;를 포함한다.
상기 단계(c)의 경사면 붕괴를 예측 하는 단계는 상기 제어기(140) 또는 상기 사용자 단말(141)에서 i) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 없으면, 특정 지점의 말뚝(110-1)은 위치 이동이 있고 상대 말뚝(110-2)은 위치 이동이 없는 것으로 분석하는 단계; ii) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 측정되면, 특정 지점의 말뚝(110-1)과 상대 말뚝(110-2)은 둘 다 위치 이동 된 것으로 분석하여 그 지점의 경사면의 붕괴가 예측되는 단계; iii) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되지 않았고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 측정되면, 특정 지점의 말뚝(110-1)은 위치 이동이 없었고 상대 말뚝(110-2)은 위치 이동 된 것으로 분석하는 단계; 및 iv) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되지 않았고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 없으면, 특정 지점의 말뚝(110-1)과 상대 말뚝(110-2)은 둘 다 위치 이동이 없는 것으로 분석하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은 (e) 상기 제어기(140) 또는 상기 사용자 단말(141)에서 지면 침하/융기 또는 경사면 붕괴의 사고 조짐에 대한 경사면의 붕괴를 예측하며, 경사면의 붕괴 예측 수직 및 수평 위치이동 기준치가 초과되면 화면에 경고 상태를 출력하고 경보음을 스피커로 출력하거나 또는 램프를 점멸하여 관리자에게 경사면 붕괴 조짐을 경고하는 단계를 더 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
100: 위성 110: 말뚝
110-1: GPS 수신기(A)가 설치된 경사면의 특정 지점의 말뚝
110-2: 상대 말뚝
170: 레퍼런스 GPS 안테나
A,B: 경사면의 특정 지점의 말뚝에 설치된 GPS 수신기
W1,W2,W3,W4,W5,W6: 감지선의 길이 변화 측정 장치
120; 감지선 130: 지면 이동 계측 시스템
140: 제어기 141: 사용자 단말

Claims (8)

  1. 사고가 발생될 우려가 있는 경사면의 측정 지점들에 수직으로 설치된 복수의 말뚝(110)과;
    상기 말뚝(110)들 사이에 감지선(wire)(120)을 통해 상호 연결되며, 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A, B)와;
    상기 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)과 감지선으로 연결된 상대 말뚝(110-2)에 설치된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)와;
    상기 경사면의 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)와 유무선 통신을 통해 일정 시간 주기별로 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)로부터 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받는 통신부를 구비하는 제어기(140)와;
    상기 제어기(140)의 통신부를 통해 특정 지점의 말뚝(110-1)에 설치된 GPS 수신기(A,B)의 GPS 위치 정보와 상대 말뚝(110-2)에 연결된 감지선의 길이 변화 측정 장치(W1, W2, W3, W4, W5, W6)에 의해 측정된 감지선의 길이 변화에 대한 신호를 수신받는 사용자 단말;을 포함하고,
    상기 사용자 단말의 감지선은 광섬유를 사용하고, 이때 상기 광섬유의 길이변화량은 아래 수학식을 적용하여 구하며,
    D=(t x c)/(2n)
    (D : 구하고자하는 광섬유길이, t: 반사광의 시간지연, c : 빛의 속도 n: 광섬유 굴절률)
    상기 제어기 또는 상기 사용자 단말은 경사면의 붕괴를 예측하기 위해,
    i) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 없으면, 특정 지점의 말뚝(110-1)은 위치 이동이 있었고 상대 말뚝(110-2)은 위치 이동이 없는 것으로 분석하고;
    ii) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 측정되면, 특정 지점의 말뚝(110-1)과 상대 말뚝(110-2)은 둘 다 위치 이동 된 것으로 분석하여 그 지점의 경사면의 붕괴가 예측하며;
    iii) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되지 않았고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 측정되면, 특정 지점의 말뚝(110-1)은 위치 이동이 없었고 상대 말뚝(110-2)은 위치 이동 된 것으로 분석하고; 및
    iv) 특정 지점의 말뚝(110-1)의 GPS 위치 정보가 변경되지 않았고 상대 말뚝(110-2)의 감지선의 길이 변화에 대한 신호가 없으면, 특정 지점의 말뚝(110-1)과 상대 말뚝(110-2)은 둘 다 위치 이동이 없는 것으로 분석하는 것을 특징으로 하는 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기(140) 또는 상기 사용자 단말(141)은
    경사면의 복수의 특정 지점들에 설치된 두 말뚝 사이의 위치 이동을 분석하여 경사면의 붕괴를 예측하며, 경사면의 붕괴 예측을 위한 수직 및 수평 위치 이동 기준치가 초과되면 화면에 경고 상태를 출력하거나 또는 경보음을 스피커로 출력하거나 또는 램프를 점멸하여 관리자에게 경사면 붕괴 조짐을 알리는 것을 특징으로 하는 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준치는 지반의 연약 정도, 지면의 이동 경향, 지면의 경사도에 의해 특정 값으로 결정되거나 재설정되는 것을 특징으로 하는 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 말뚝(110)들 사이에 감지선(120)을 통해 상호 연결되며, 감지선(120)으로 연결된 경로에 있는 최하단의 말뚝은 감지선으로 연결되어 각 말뚝 사이의 전체 감지선의 길이 변화를 측정하여 경사면의 붕괴 조짐을 예측하여 상기 기준치를 초과하면 경사면 붕괴 조짐을 경고하는 지면 이동 계측 시스템(130);을 더 포함하는 GPS를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치.
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