KR101639636B1 - 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LF(Low Frequency) 대역에서 통신하는 RFID태그와 자성체가 내장되어 인식거리를 넓혀 측량 정확도를 높일 수 있도록 개선된 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템에 관한 것이다.

Description

지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템{Precision geodetic surveying system that improves positional changes of underground facilities}

본 발명은 측지측량 기술 분야 중 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LF(Low Frequency) 대역에서 통신하는 RFID태그와 자성체가 내장되어 인식거리를 넓혀 측량 정확도를 높일 수 있도록 개선된 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템에 관한 것이다.

최근 도시가 첨단화, 기능화하면서 지하는 그 어느 때보다 중요한 활용공간으로 자리매김을 하여 가고 있다.

그러나, 지금까지 매설된 수많은 상하수도, 전력, 통신, 가스 등의 지하시설물들은 그 위치와 심도가 부정확할 뿐만 아니라 관리주체가 다양하고 분산 관리되어 효율적인 관리에 걸림돌이 되고 있다.

따라서, 지하탐사 및 측량장비는 지하시설물에 의한 안전사고의 예방 및 효율적 관리를 위해 국가 차원의 지하시설물 측량을 정밀하게 행하고, 나아가 3차원 지하시설물의 지리정보시스템(GIS;Geographic Information System) 구축을 통해 풍요롭고 안전하며 쾌적한 안전 사회를 구현하고자 하는 기술 분야이다.

일반적으로, 측량은 지표면, 지하, 수중 및 공간의 일정한 점의 위치를 측정하여 그 결과를 도면 및 수치로 표시하고, 거리와 높이, 면적, 체적 및 변위의 계산을 하거나 도면 및 수치로 표시된 위치를 재현하는 것으로 정의한다.

그리고, 측량은 지도 제작, 연안 해역 측량, 측량용 사진촬영 등을 포함한다. 즉, 측량은 지구 및 우주공간에 존재하는 제점들 간의 상호 위치관계와 그 특성을 해석하는 학문으로서 지표면, 지하, 수중, 해양, 공간 및 우주 등 인간 활동이 미칠 수 있는 모든 영역내의 자연물, 인공 시설물 등을 포함한다.

나아가, 측량은 길이, 각, 시, 방향 등을 수치적으로 규명하며, 평면 및 곡면, 공간을 고려한 거리와 각의 조합 해석에 의하여 수평위치, 연직위치를 결정하고, 그 위치를 시간 또는 도형과 함께 3차원적으로 표현하는 정량적 해석을 한다.

그리고, 환경 및 자원에 대한 지형정보 수집, 해석 및 처리를 수행하는 의미로서 정성적 해석을 한다.

이와 같이, 측량은 대상물 조사, 관측, 해석, 계획 및 설계 그리고 평가 및 유지관리 등의 처리과정을 도출하게 된다.

지속적인 경제, 사회, 문화 및 산업수준의 향상으로 인하여 국가, 지방자치단체, 전기회사, 수자원공사, 가스공사, 통신회사, 지역난방공사 등의 수많은 기관에서 매설한 각종 지하시설물 및 지하철, 지하공동구 등의 지하공간이 거미줄처럼 지하공간(대부분 지표면에서 지하 3m 이내의 심도)을 자리 잡고 있다.

그러나 지하시설물의 정확한 위치파악을 하지 못한 결과로 공사 중에 발생하는 각종 사고의 피해 정도가 과거에 비하여 현저하게 증가하고 있는 실정이다.

지하시설물은 사회적 기반시설일 뿐만 아니라 정보화 사회 기간망인 관계로, 지하시설물과 관련된 각종 사고 및 재난은 직접적인 물질적, 신체적 피해뿐만 아니라, 국민의 경제적 피해가 그 어느 때보다 심대한 영향을 미치게 된다.

따라서, 지하시설물은 도시의 안전과 밀접한 관련이 있으며, 안전하고 쾌적한 도시(u-CITY)를 위해서는 체계적이고 과학적인 지하시설물의 관리가 필요하다.

그러나 현실은 건설교통부나 정보통신부 등의 지하시설물의 위치확인과 GIS화를 위한 정부의 적극적인 지원과 연구개발 투자에 비하여 그 성과는 선진국 대비 미미한 수준에 머물고 있다.

이러한 원인 중의 하나는 지하시설물의 매설단계에서부터 확인까지 철저하게 유기적으로 설계된 대로 시공되지 않는 원인도 있으며, 이렇게 매설된 지하시설물의 확인을 위한 지하탐사 및 측량의 현재 기술의 한계성과 제한성에도 그 원인이 있다.

또한, 도시정보시스템(UIS) 및 지능형 국토정보체계를 실현할 수 있기 위해서는 고해상, 장심도의 3차원 지하시설물 탐사 및 측량 기술에 의한 위치 파악이 매우 필요하다.

이를 위한 방법 중 하나라 RFID 태그를 이용한 매설물 위치 파악 시스템이 있으며, 이 시스템은 수동형 또는 능동형 RFID 태그를 지중 시설물 상단에 위치하게 하고 매설된 후에 필요시 리더기를 이용하여 RFID 태그에 수록된 각종 정보를 받아들여 PDA, 노트북 등을 이용하여 매설된 시설물을 표시하고 관리한다.

이러한 RFID 태그를 이용한 매설물 위치파악하고 관리하는 시스템에 있어서 수동형 RFID 태그는 전원이 없고 영구적으로 사용하는 반면, RFID 태그 와 리더기간의 인식거리가 짧거나 장애물에 의해 인식률이 좋지 않고, 능동형 RFID 태그는 전원을 공급하여 인식거리가 넓고 장애물에 대한 인식률이 좋으나 지하시설물이 30년한에 비해 전원공급의 수명이 최대 5년으로 너무 짧아 사용에 제한을 두고 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1172944호(2012.08.03.) 'ＲＦＩＤ 와 자성체를 이용한 지하시설물 위치 식별자장치'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, LF(Low Frequency) 대역에서 통신하는 RFID태그와 자성체가 내장되어 인식거리를 넓혀 측량 정확도를 높일 수 있도록 개선된 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 전면에 걸쳐 방수 및 방습을 위해 표면처리된 방수방염층을 갖는 수지재질로 이루어진 피복재를 구비한 지중매설물 식별자 장치를 포함하는 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템에 있어서;

상기 지중매설물 식별자 장치는 상단부가 곡면구조로 되어있어 자기장의 극성을 표시하는 원통형상의 몸체(310)와; 상기 몸체(310)의 내부에 간격을 두고 형성되는 내벽(420)과; 상기 내벽(420) 안쪽 공간에 설치된 자성체(320)와; 상기 내벽(420) 둘레에 감긴 코일로 된 안테나(340)와; 상기 자성체(320)의 상면에 설치된 RFID 태그(330)를 포함하고,

상기 몸체(310)를 고정할 수 있는 파지형 트레이(900)를 더 구비하되, 상기 파지형 트레이(900)는 몸체(310)가 안착될 수 있도록 중앙이 비어 있는 반원형상의 안착플레이트(910)를 구비하며; 상기 몸체(310)의 하단부 둘레에는 고정플랜지(920)가 더 형성되; 상기 고정플랜지(920)에는 다수의 플랜지볼트공(922)이 형성되며; 상기 안착플레이트(910)는 전자파차단을 위해 알키드수지 40중량%와 SMC(Sheet Molding Compound) 40중량%, 아민 4차 암모늄 15중량% 및 실리콘유 5중량%로 이루어진 수지혼합물을 시트상으로 압출성형한 다음 반원형상으로 절단하여 제조된 것을 사용하고; 상기 안착플레이트(910)에는 상기 고정플랜지(920)를 고정하기 고정기둥(930)이 상기 플랜지볼트공(922)과 대응되는 위치에 돌출되게 고정되어 일체를 이루며; 상기 고정기둥(930)의 상면에는 고정기둥(930) 보다 작은 끼움통(932)이 돌출되고; 상기 끼움통(932)에는 일정깊이 나사산이 형성된 플레이트볼트공(934)이 형성되며; 상기 안착플레이트(910)의 둘레 중앙에는 손잡이(940)가 일정길이 돌출되고; 상기 손잡이(940)에는 시트형 축전지(EV)가 고정되며; 상기 끼움통(932)에는 다수의 실리콘링(SR)이 끼워지고; 상기 실리콘링(SR) 사이에는 다수의 압전소자(PS)가 개재되며; 상기 압전소자(PS)로부터 인출된 리드선은 상기 안착플레이트(910)의 표면에 매립되거나 혹은 홈을 가공하여 매설하는 형태로 배선된 후 상기 시트형 축전지(EV)와 연결되고; 상기 실리콘링(SR)중 최상부의 링이 고정플랜지(920)의 하면에 접촉된 상태에서 상기 플랜지볼트공(922)을 관통한 고정볼트(BT)가 와셔(WA)의 개재하에 상기 실리콘링(SR), 압전소자(PS)를 관통한 다음 끼움통(932)의 플레이트볼트공(934)에 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, LF(Low Frequency) 대역에서 통신하는 RFID태그와 자성체가 내장되어 인식거리를 넓혀 측량 정확도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 LF 대역에서 통신하는 RFID 태그가 내장된 지중매설물 식별자 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 지중매설물 식별자 장치의 몸체를 도시한 단면구성도.
도 3은 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 지중매설물 식별자 장치를 도시한 평면구성도.
도 4는 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 지중매설물 식별자 장치를 도시한 측면구성도.
도 5는 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 지중매설물 식별자 장치를 도시한 단면구성도.
도 6은 자성체의 자기장과 RFID 안테나코일의 전기장이 결합되어 전자기장을 형성하는 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 지중매설물 식별자 장치 몸체의 상단부 윗면에 표시되는 매설물의 정보를 도시한 도면.
도 8은 RFID칩 과 안테나로 구성된 RFID태그의 블록개념도.
도 9는 본 발명에 따른 시스템에 대한 전체적인 구조를 나타내는 전체구성도.
도 10은 본 발명에 따른 시스템에서 사용되는 파지형 트레이의 예시도.
도 11은 도 10에서 파지형 트레이의 조립예를 보인 부분 확대도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 지중매설물 식별자 장치는 몸체(310), 자성체(320), RFID 칩(330), 및 안테나(340)로 구성된다.

몸체(310)는 방수와 방염에 강하게 제작되어야 하며, 사용용도, 회사명, 제품번호 등이 표시되고, 내부에는 자성체(320)가 안정되게 위치하도록 만들어 지중에 매설된다.

RFID 태그는 RFID 칩(330)및 안테나(340)로 구성되며 RFID 칩(330)은 몸체 상단부나 몸체 내부 어느 한 곳에 부착된다.

또한, RFID 칩(330)은 고유번호를 갖고, 그 고유번호는 변경되거나 삭제되지 않는다.

RFID 칩(330)에는 매설물의 정보가 저장된 메모리(720)가 포함된다.

이 메모리에는 매설물의 크기, 종류, 매설깊이, 위치정보, 설치날짜, 책임자의 정보 등이 포함된다.

RFID 칩(330)의 메모리는 매설물의 자세한 정보가 암호화하여 아무나 읽을 수 없고 아무나 수정할 수 없도록 보안조치를 취해야 한다.

이는 정보가 지워지거나 왜곡되는 것을 방지하기 위함이다.

또한, RFID 칩(330)은 자체전원이 필요한 능동형(Active Type)과 자체전원이 필요없는 수동형(Passive Type)이 적용되는데, 지중매설물의 경우 사용연한이 30년 이상을 요구하므로 밧데리의 수명이 짧고 외부에서 지중에 매설된 지중매설물 식별자 장치에 전원을 공급하기도 어렵고 필요한 경우에만 리더기를 통해 매설물의 정보를 제공하므로 수동형으로 하는 것이 좋지만 감도면에서 불리하여 인식거리가 짧다.

따라서, 본 발명에서는 도 10 및 도 11과 같은 파지형 트레이(900)를 구비하여 배터리를 교체사용할 수 있도록 하거나 혹은 축전지, 특히 두께를 얇게 할 수 있는 시트형 축전지(EV)를 이용하여 능동형으로 구성한다.

이를 위해, 상기 파지형 트레이(900)는 몸체(310)가 안착될 수 있도록 중앙이 비어 있는 반원형상의 안착플레이트(910)를 포함한다.

그리고, 상기 몸체(310)의 하단부 둘레에는 고정플랜지(920)가 더 형성되고, 상기 고정플랜지(920)에는 다수의 플랜지볼트공(922)이 형성된다.

이때, 상기 고정플랜지(920)는 상기 몸체(310)의 하단보다 상기 안착플레이트(910)의 두께만큼 단차를 두고 높은 위치에 형성되도록 함으로써 상기 몸체(310)가 상기 안착플레이트(910)의 빈 공간에 끼워질 수 있도록 하고 끼워졌을 때 몸체(310)의 하단면이 상기 안착플레이트(910)의 하단면과 동일 평면을 갖도록 구성함이 특히 바람직하다.

이렇게 구성하는 이유는 측정시 노이즈를 최소화시켜 왜곡을 줄이기 위함이다.

더구나, 상기 안착플레이트(910)는 전자파차단 효과가 뛰어난 소재로 구성되어야 하는데, 이를 위해 알키드수지 40중량%와 SMC(Sheet Molding Compound) 40중량%, 아민 4차 암모늄 15중량% 및 실리콘유 5중량%로 이루어진 수지혼합물을 시트상으로 압출성형한 다음 도시와 같은 반원형상으로 절단하여 제조된 것을 사용한다.

이때, 알키드수지는 열가소성수지로서 전자파 차폐 및 성형성을 위한 기존성분이고, SMC는 강도 향상을 위해 첨가되며 전자파 차폐능력도 증대시키기 위해 첨가된다. 다만, SMC는 첨가량을 높일수록 전자파 차폐능력이 향상되지만 40중량%를 초과하면 성형성이 저하되기 때문에 상기 범위로 한정해야 한다.

그리고, 아민 4차 암모늄은 대전방지 기능이 뛰어나기 때문에 첨가되며, 실리콘유는 활제로서 혼합 및 성형시 유동성을 높이기 위해 첨가된다.

이렇게 제조된 안착플레이트(910)의 전자파 차폐능력은 통상적인 차폐소재가 최대 20dB 밖에 차폐하지 못했던 것에 반해, 차폐성능 확인 결과 최대 60dB까지 확인되었다.

또한, 상기 안착플레이트(910)에는 상기 고정플랜지(920)를 고정하기 고정기둥(930)이 상기 플랜지볼트공(922)과 대응되는 위치에 돌출되게 고정되어 일체를 이루며, 상기 고정기둥(930)의 상면에는 고정기둥(930) 보다 작은 끼움통(932)이 돌출되는데, 상기 끼움통(932)에는 일정깊이 나사산이 형성된 플레이트볼트공(934)이 형성된다.

그리고, 상기 안착플레이트(910)의 둘레 중앙에는 손잡이(940)가 일정길이 돌출되고, 상기 손잡이(940)에는 시트형 축전지(EV)가 고정된다.

뿐만 아니라, 상기 끼움통(932)에는 다수의 실리콘링(SR)이 끼워지고, 상기 실리콘링(SR) 사이에는 다수의 압전소자(PS)가 개재되며, 상기 압전소자(PS)로부터 인출된 리드선(미도시)은 상기 안착플레이트(910)의 표면에 매립되거나 혹은 홈을 가공하여 매설하는 형태로 배선된 후 상기 시트형 축전지(EV)와 연결된다.

이에 따라, 시트형 축전지(EV)는 본 발명 식별자 장치에 전원을 공급할 수 있게 된다.

그리고, 상기 실리콘링(SR)중 최상부의 링은 고정플랜지(920)의 하면에 접촉되고, 상기 플랜지볼트공(922)을 관통한 고정볼트(BT)가 와셔(WA)의 개재하에 상기 실리콘링(SR), 압전소자(PS)를 관통한 다음 끼움통(932)의 플레이트볼트공(934)에 볼트 체결된다.

따라서, 실리콘링(SR)의 신축성 때문에 미세하게 발생되는 압전소자(PS)들 사이에서의 유동은 압전소자(PS)를 가압하여 미소전기를 만들고, 이는 시트형 축전지(EV)에 축전되게 된다.

덧붙여, 축전효율을 더욱 높이기 위해 상기 몸체(310)의 둘레에는 다수의 태양전지(SOLA)가 부착되고, 시트형 축전지(EV)와 연결될 수 있다.

RFID 태그는 RFID 칩(330)에 내장되는 메모리의 정보를 리더로 전송하며, 리더와의 통신주파수는 LF 대역(125KHz~150KHz)을 이용한다.

RFID 태그가 LF 주파수 대역을 통해 리더와 통신하기 위해서는 LF 주파수대역에 상응하는 길이의 안테나가 요구된다.

요구되는 안테나길이는 일반 안테나의 경우 2파장, 1파장, 1/2파장, 1/4파장 등으로 설계제작 하는데 LF 대역의 RFID 태그는 전자기파의 자기파만을 이용하므로 루프안테나로 전력을 얻는 것이 효율적이므로 루프안테나로 제작하고 안테나(340)는 파장의 길이와 관계되어 정해진다.

파장의 길이는 예를 들어 125KHz 일 경우 λ= f /c 로 2,400m가 안테나 길이가 되어야 하지만 태그 내부의 캐패시터(Capacitor) 값이 존재하므로, 안테나 효율은 안테나의 공진 주파수를 125KHz로 하여야 최대 이득을 얻을 수 있으므로 내부 병렬 캐패시터 값과 루프코일값의 곱으로 하여 공진 주파수가 결정되며 이로써 안테나 길이를 산정한다.

즉, 내부 캐패시터의 값이 클수록 루프코일의 길이는 작아진다. 이는 병렬 캐패시터를 추가하면 안테나 코일의 길이를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

안테나(340)는 자성체(320)의 외주면을 따라 감겨서 형성된다. 안테나의 길이는 RFID 태그와 리더기의 통신 주파수에 의해 그 길이가 정해지고, 안테나(340)는 통신 주파수에 따라 정해지는 길이의 코일을 자성체에 감아서 형성한다.

일반적으로 사용되는 RFID의 HF, UHF 등의 대역들은 지중에서 사용이 거의 불가능한데 HF, UHF 대역의 안테나는 안테나가 짧고 그로 인해 유전율에 대한 영향을 크게 받는다.

지중이라는 물 및 돌과 같은 다양한 장애물이 있는 환경에서 지중매설물 식별자 장치는 쉽게 손상되며 고장 날 우려가 많다.

또한, 기상의 영향을 많아 받아서 비 또는 눈이 올 경우에도 마찬가지로 작동이 멈추거나 오동작으로 인해 안정적으로 신호를 송수신하는데 어려움이 있다.

그러므로, 지중이라는 다양한 장애물의 영향을 적게 받고 외부환경에도 강한 LF 대역을 사용함으로써 지중매설물 식별자 장치는 안정성을 갖게 된다.

안테나(340)는 자성체(320)의 외주 면을 따라서 감싸므로 LF 대역에서 필요한 만큼의 길이 확보가 가능하다.

그리고, 자성체(320)는 LF 대역의 주파수 특성을 갖는 자성체인 것이 좋다. 자성체(320)에 코일이 감긴 원형 안테나 타입으로 구성된다.

자성체(320)는 이방성 페라이트 자석(anisotropic ferrite magnet)가 바람직하며, 항시 지구에는 지구자기장이 존재하므로 지구자기장(0.3 내지 0.6 Gauss)의 흐름을 변화시켜 특이점으로 인정될 수 있을 정도의 자기장의 크기(1,600~2,000 Gauss)를 가져야 한다.

자성체(320)는 안테나 코일과 결합하여 전자기장을 형성하는데 안테나코일에서 생기는 전기장은 정전하(靜電荷)의 주위에, 자성체에서 나오는 자기장은 자극(磁極)의 주위에 생기는 것으로 각각 독립된 물리대상이지만, 전기장이 시간적으로 변동하는 곳에서는 전하가 운동하여 반드시 자기장이 생기고, 역으로 자기장이 변동하면 전기장이 동반되는 등, 동시에 나타난다.

또한, 안테나코일에서 생기는 전기장과 자성체에서 나오는 자기장 간의 관계는 맥스웰 방정식으로 연결되어 있어 한 장의 변화는 다른 장의 변화로 이어진다.

도 2는 자성체(320)와 RFID태그(330)가 배치될 수 있게 해주는 몸체에 관해 도시한 도면이다.

몸체(310)의 상단부(410)와 하단부(430)는 외부의 충격 및 압력과 수분으로부터 자성체(320)와 RFID태그(330)를 보호하기 위한 것으로, 몸체의 내벽(420)은 자성체(320)와 RFID태그(330) 및 안테나(340)의 위치를 마련하고 충격을 완화하기 위한 것으로, 온도에 따른 성질변화가 적고, 내구성 및 방수성이 우수한 플라스틱 수지 제품으로 이루어진다.

이를 위해, 상기 내벽(420)과 몸체(310)의 외벽 사이 공간, 즉 코일 외측에는 온도변화가 급격하지 일어나지 않도록 하는 온도변화저감재가 채워지는데, 상기 온도변화저감재는 폴리우레탄 수지 50중량%에 파라핀왁스 20중량%, 목분 10중량%, 폴리옥시에틸렌 20중량%를 혼합한 상태에서 이중 압출하여 봉상으로 압출되는 코어를 둘러싸 표피를 이루도록 한 이중 구조를 갖추도록 구성된다.

그러면, 열차단능력이 우수한 이트리아의 특성이 발현되면서, 대표적인 상변화물질인 파라픽왁스, 목분이 열을 보지(保持)하는 능력이 뛰어나 열변화를 안정화시키기 때문에 온도변화가 크게 일어나지 않고 항온에 가깝게 유지하게 된다.

이때, 폴리우레탄 수지는 성형성 및 바인딩을 위해 첨가되며, 폴리옥시에틸렌은 정전기 발생을 억제하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 몸체(310)의 외표면에는 방수방염층이 코팅 형성되는데, 상기 방수방염층은 에폭시수지 40중량% 및 용제 60중량%로 이루어지되, 상기 용제는 N,N-디메틸포름아마이드(N,N-Dimethyl Formamide) 22중량%, 과산화벤조일(BPO:Benzoyl Peroxide) 4중량%, 디아릴프탈레이트(diarylphthalae) 15중량%, 2-히드록시에틸메타크릴산(2-HEMA) 4중량%, 실리콘 4중량%, 다이클로로다이메틸실란 6중량%, 아미노프로필트리에톡시실란 4중량%, 트라가칸타 4중량% 및 나머지 메틸메타크릴레이트(MMA)로 조성된다.

여기에서, 에폭시수지는 코팅액의 주성분이며, 용제를 구성하는 N,N-디메틸포름아마이드(N,N-Dimethyl Formamide)는 고극성 유기용매이며, 과산화벤조일(BPO:Benzoyl Peroxide)은 백색의 고체로서 코팅액 형성 및 코팅층 강성 향상을 위해 첨가되고, 디아릴프탈레이트(diarylphthalae)는 에폭시수지와의 하이브리드화에 의한 접착성과 인성을 개선하여 부착안정성을 포함한 내열성, 치수안정성, 내약품성, 특히 염해저항성을 높이며, 2-히드록시에틸메타크릴산(2-HEMA)은 빛과 수분에 민감하고 모노머는 친수성을 띠는데, 주로 도료 및 접착제의 원료로 사용되는 물질이고, 실리콘은 대표적인 발수기능을 수행하는 물질이며, 다이클로로다이메틸실란은 전기음성도가 불소(F) 다음으로 큰 염소 원자 2개가 있어 매우 강한 소수성을 보이는 물질로서 발수코팅면이 수분과 친하지 않도록 하여 수분 침투를 억제하기 위해 첨가되고, 아미노프로필트리에톡시실란은 수지와 무기계 첨가물의 커플링성을 증대시키기 위해 첨가되며, 트라가칸타는 일종의 고무성분으로서 점도 조절을 위해 첨가되고, 메틸메타크릴레이트(MMA)는 중합을 잘 일으키는 무색 투명한 액체 유기화합물이다.

이러한 방수방염층의 특성을 확인하기 위해 표면에 물을 스프레이 한 후 흡수 여부를 확인하였다. 실험시작과 동시에 발수코팅층에 뿌려진 물은 둥글게 뭉치면서 곧바로 흘러내렸다. 이를 통해 물의 소수화에 따른 발수특성을 확인할 수 있었다.

몸체의 상단부(410)는 곡면구조로 되어있어 자기장의 N극성을 표시하고 윗면에는 매설물의 방향, 종류, 규격 등을 표시한다.

몸체의 내벽(420)은 외주면을 따라 안테나(340)의 코일이 감는데 불편하지 않게 주변 돌기를 두고 자성체가 중심에 위치하도록 마련한다.

몸체의 하단부(430)는 매설물의 종류에 따라 형상이 틀려지므로 수평을 만들고 성형이 가능한 접착제를 이용해 접착이 용이하도록 한다.

도 6은 RFID 안테나코일의 전기장(510)과 자성체의 자기장(520)이 결합되어 전자기장(530)을 형성하는 개념도이다.

전자기장(530)은 페러데이의 법칙에 의해 전기장(510)과 자기장(520)으로 구성되며 넓어진 전자기장(530)은 전자유도의 영역을 넓게 하여 RFID태그의 인식거리를 넓게 해준다.

도 7은 본 발명에 따른 지중매설물 식별자 장치 몸체의 상단부(410) 윗면에 표시되는 매설물의 정보를 도시한 도면이다.

상단부에 표시되는 형식은 단방향매설물표지(610), 우측분기매설물표지(620), 좌측분기매설물표지(630) 등과 같이 표시되며 매설물의 정보는 상단부 윗면의 공간적인 제약에 의해 표시내용을 매설물의 진행방향, 매설물의 종류, 크기, 규격, 책임자정보 등으로 제한하여 표시한다.

도 8은는 RFID 칩과 안테나로 구성된 RFID 태그의 블록 개념도이다.

RFID 태그는 송수신부(710) 및 태그(720)로 구성된다.

송수신부(710)는 무선 주파수(RF: Radio Frequency)(711), 안테나(712)로 나뉘고, 무선 주파수(711)로 변환하여 안테나(712)를 통해 송수신한다.

태그(720)에는 아날로그 증폭 부(Front-end Analog part)(721), 디지털 부(Digital part)(722) 및 메모리부(Memory Part)(723)로 나뉘고, 송수신부(710) 에서 나온 데이터를 아날로그 증폭 부(721)에서 추출 변환하여 디지털 부(722) 통해 메모리 부(723)에 데이터를 저장하거나 추출하여 리더기로 송수신한다.

아날로그 증폭 부(721)는 복조기(demodulation), 변조기(modulation ), 전원발생기 같은 단위블록으로 구성되며, 전원 생성, 전송된 데이터의 추출 및 전송할 데이터의 송신을 한다.

디지털 부(722)는 Power on reset , 클럭 발생기, 컨트롤러 같은 단위블록으로 구성되며 클럭 발생, 추출된 데이터와 클럭 간의 동기를 맞추고 리더기에서 전송받은 명령에 의해서 메모리 부(723)를 제어한다.

메모리부(723)는 이이피롬(EEPROM: Electrically Erasable and Programmable ROM)과 승압 회로로 구성되며 데이터의 저장, 읽기, 지우기등을 한다.

이이피롬은 다시 RFID 태그의 고유번호와 매설물 정보가 저장되어 있다.

고유번호는 다른 지중매설물 식별자 장치와의 구별이 용이하며, 어떠한 시스템에 의해서도 변경되거나 삭제되지 않는다.

또한, 매설물 정보는 매설물의 매설 종류, 크기, 위치정보, 날짜, 및 매설 기관의 정보 등이 포함된다.

도 9는 지중 매설물 표시 시스템에 대한 전체적인 구조를 나타내는 전체구성도이다.

지중에 매설물(830)이 매설되어 있고, 그 매설물(830)이 매설됨을 알리는 지중매설물 식별자 장치(820)가 구비된다.

이러한 매설물(830)에 대한 정보가 담긴 지중매설물 식별자 장치(820)는 리더기(810)와 무선 주파수를 통해 송수신하거나 자기신호를 자기센서를 통해 데이터 처리한다.

리더기(810)는 지중매설물 식별자 장치(820)의 안테나, 및 RFID 칩으로 구성된 RFID 태그와 통신하기 위한 송수신부, RFID 태그를 컨트롤하는 컨트롤러부, 지중매설물 식별자 장치(820)의 자성체의 자기신호를 탐지하는 자기센서, RFID태그의 정보데이터, 자기센서를 통해 잡은 자기장 성분의 데이터, GPS위성(860)으로 부터 받은 정보를 처리하는 중앙처리 장치부, GPS수신부, 지도데이터 및 각종 정보를 보여주는 LCD플레이어 및 호스트컴퓨터와 같은 서버(850)와 통신하는 이동통신 인터페이스부로 구성된다.

이러한 매설물(830)에 대한 정보가 담긴 지중매설물 식별자 장치(820)는 일차적으로 리더기(810)와 무선 주파수를 통해 송수신한다.

이차적으로, 매설물의 심도가 깊어 RFID태그를 인식 못 할 경우에는 리더기(810)에 설치된 자기센서를 통해 자성체(320)의 자기신호를 받아 디지털 데이터인 자기장데이터로 변환하여 리더기(810) 상단에 부착된 LCD플레이어에 각종 수치및 그래프 등의 각종 데이터로 표시되며 GPS위성(860)과 연동하여 지중매설물 식별자 장치(820)의 현재 위치를 수신받을 수 있다.

수신받은 위치정보는 중앙처리장치를 통해 기록 저장되어 진다.

리더기(810)를 통해 송수신 된 매설물(830)의 정보는 이동통신망(840)을 통해 서버(850)에서 디코딩(decoding)되어 사용자에게 제공된다.

서버(850)는 리더기(810)로부터 검색된 정보에 의해 여러 개의 지중매설물 식별자 장치(820)를 구분하거나, 서버(850)의 데이터베이스에 저장된 지중매설물 식별자 장치(820)를 검색하기도 한다.

또한, 리더기(810)가 RFID 기능이 포함된 PDA, 노트북, 및 PC인 경우에는 서버(850)의 역할을 대신하는 것이 가능하다.

서버(850)는 지중에 매설된 모든 지중매설물 식별자 장치(820)의 정보가 저장된 데이터 베이스(Data Base)를 더 구비하며, 데이터 베이스에는 각 지중매설물 식별자 장치(820)의 고유 번호가 저장된 고유 번호 관리모듈, 각 지중매설물 식별자 장치(820)의 매설물 정보가 저장된 매설물 정보 관리 모듈, 각 지중매설물 식별자장치(820)의 위치좌표가 저장된 위치좌표 관리모듈 및 지중매설물 식별자 장치(820)와 송수신하는 리더기(810)의 정보를 관리하는 리더 관리 모듈이 포함된다.

지중 매설물 관리 시스템에 대한 전체적인 구조는 매설물(830) 상단에 부착된 지중매설물 식별자 장치(820)로부터 리더기(810)를 통해 RFID태그의 정보를 받거나 자기신호를 받아 GPS위성(860)으로부터 위치좌표를 받은 정보를 토대로 이동통신망(840)을 통해 서버(850)와 연계하여 매설물(830)에 대한 정보를 취득하여 공사를 원활하게 하거나 유지보수를 한다.

310 : 몸체 320 : 자성체
330 : RFID 칩 340 : 안테나
710 : RF송수신 720 : 태그
810 : 리더

Claims (1)

1. 전면에 걸쳐 방수 및 방습을 위해 표면처리된 방수방염층을 갖는 수지재질로 이루어진 피복재를 구비한 지중매설물 식별자 장치를 포함하는 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템에 있어서;
   상기 지중매설물 식별자 장치는 상단부가 곡면구조로 되어있어 자기장의 극성을 표시하는 원통형상의 몸체(310)와; 상기 몸체(310)의 내부에 간격을 두고 형성되는 내벽(420)과; 상기 내벽(420) 안쪽 공간에 설치된 자성체(320)와; 상기 내벽(420) 둘레에 감긴 코일로 된 안테나(340)와; 상기 자성체(320)의 상면에 설치된 RFID 태그(330)를 포함하고,
   상기 몸체(310)를 고정할 수 있는 파지형 트레이(900)를 더 구비하되, 상기 파지형 트레이(900)는 몸체(310)가 안착될 수 있도록 중앙이 비어 있는 반원형상의 안착플레이트(910)를 구비하며; 상기 몸체(310)의 하단부 둘레에는 고정플랜지(920)가 더 형성되; 상기 고정플랜지(920)에는 다수의 플랜지볼트공(922)이 형성되며; 상기 안착플레이트(910)는 전자파차단을 위해 알키드수지 40중량%와 SMC(Sheet Molding Compound) 40중량%, 아민 4차 암모늄 15중량% 및 실리콘유 5중량%로 이루어진 수지혼합물을 시트상으로 압출성형한 다음 반원형상으로 절단하여 제조된 것을 사용하고; 상기 안착플레이트(910)에는 상기 고정플랜지(920)를 고정하기 고정기둥(930)이 상기 플랜지볼트공(922)과 대응되는 위치에 돌출되게 고정되어 일체를 이루며; 상기 고정기둥(930)의 상면에는 고정기둥(930) 보다 작은 끼움통(932)이 돌출되고; 상기 끼움통(932)에는 일정깊이 나사산이 형성된 플레이트볼트공(934)이 형성되며; 상기 안착플레이트(910)의 둘레 중앙에는 손잡이(940)가 일정길이 돌출되고; 상기 손잡이(940)에는 시트형 축전지(EV)가 고정되며; 상기 끼움통(932)에는 다수의 실리콘링(SR)이 끼워지고; 상기 실리콘링(SR) 사이에는 다수의 압전소자(PS)가 개재되며; 상기 압전소자(PS)로부터 인출된 리드선은 상기 안착플레이트(910)의 표면에 매립되거나 혹은 홈을 가공하여 매설하는 형태로 배선된 후 상기 시트형 축전지(EV)와 연결되고; 상기 실리콘링(SR)중 최상부의 링이 고정플랜지(920)의 하면에 접촉된 상태에서 상기 플랜지볼트공(922)을 관통한 고정볼트(BT)가 와셔(WA)의 개재하에 상기 실리콘링(SR), 압전소자(PS)를 관통한 다음 끼움통(932)의 플레이트볼트공(934)에 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 지하 시설물의 위치변화를 개선한 측지 측량 정밀시스템.
   

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