KR101760099B1

KR101760099B1 - 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템

Info

Publication number: KR101760099B1
Application number: KR1020160013204A
Authority: KR
Inventors: 문성모
Original assignee: 주식회사엔엔에프텍
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-07-20

Abstract

본 발명은 해저터널의 굴착 현장에서 각종 정보를 지상으로 전송하여 리스크 관리할 수 있도록 하는 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템에 관한 것으로서, 복수의 라우터(Router)를 해저터널 내에 간격을 두고 설치하고, 굴착 중인 TBM(tunnel boring machine)에 가장 근접한 라우터를 에이피(AP : Access Point)로 하여 TBM 측에 획득한 각종 정보를 수신한 후 다단 중계하여 해저터널 입구측의 게이트웨이(Gateway)에 전달하며, 각 라우터 사이의 구간, 및 해저터널 입구측의 라우터와 게이트웨이 사이의 구간에서 각각 무선통신 경로 및 광통신 경로로 이중화 다단 중계하되, 통신 장애가 발생한 구간에서는 통신 오류가 없는 통신 경로로만 중계 전송하게 한다.

Description

해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템{COMMUNICATION SYSTEM FOR RISK MANAGEMENT OF SUBMARINE TUNNEL}

본 발명은 해저터널의 굴착 현장에서 각종 센싱 정보 또는 취득 데이터를 지상으로 전송하여 리스크 관리할 수 있도록 하는 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템에 관한 것이다.

해저터널은 바다에 의해 서로 잇닿지 아니한 육지 사이에 교통 루트를 건설하기 위하여 해저지반 속을 굴착한 터널로서, 육지에서만 운행되던 자동차, 기차, 지하철 등의 교통수단이 육지에 건설한 일반 터널을 통과하듯이 육지 사이를 자유롭게 통행할 수 있게 하고, 수상 교통수단을 방해하지 아니하며, 부가적으로 육지 간의 케이블 배선을 위한 통로로도 사용될 수 있다.

이러한 해저터널은 TBM(tunnel boring machine)을 이용한 굴착 방법을 많이 사용한다. TBM은 굴착 단면이 원형인 디스크 커터를 사용하여 굴진함으로써 소음과 진동으로 인한 환경피해를 최소화할 뿐만 아니라 굴착하는 암반을 지지대로 활용함으로써 역학적으로 안정된 원형 구조의 터널을 형성하고, 지반변형을 최소화하며, 낙반을 줄여서, 안전성도 확보할 수 있다.

이러한 TBM으로 굴착하는 중에는 굴진면에 대한 필요한 정보를 수집하여 지상으로 전송함으로써, 지상에서 터널 시공 상태를 감시하고 시공에 수반되는 리스크를 관리할 수 있게 하여야 한다. 일반적으로 TBM에서 리스크 관리를 위해 측정 또는 관찰하여 얻는 센싱 정보를 굴착된 터널을 통해 지상의 게이트웨이(Gateway)로 전송하고, 게이트웨이에서 공중 통신망을 통해 올인원시스템에 전송함으로써, 올인원시스템에서 각지의 터널 시공 현장마다 설치된 게이트웨이로부터 현장별 센싱 정보를 취합 관리하고 모니터링하여 리스크를 관리한다.

여기서, 리스크 관리를 위한 센싱 정보는 TBM의 디스크 커터로 굴착할 전방 지형 정보, TBM의 굴진에 따른 굴착 진행상황 데이터, 터널 내부를 가시적으로 관찰할 영상 등을 예로 들 수 있다. 센싱 정보 중에 전방 지형 정보에 대해 구체적인 예를 들면 등록특허 제10-1394332호에서 기술한 바와 같이 디스크 커터를 이용하여 굴진면의 전기비저항을 검출함으로써 굴진면의 지반조건을 측정한다. 이에, 전방을 예측하며 TBM를 굴진시킴으로써, 지반조건에 따라 발생할 수 있는 리스크를 예방할 수 있다.

그런데, 센싱 정보에 근거하여 리스크를 관리하려면, TBM에서 측정 또는 관찰되는 센싱 정보를 정보의 누락, 정보의 손실 및 전송 오류 없이 안정적으로 지상의 게이트웨이에 전송하여야 하지만, 일반적으로 건설하는 해저터널의 길이가 길게는 수십 km에 이르고, 최근에는 육지 사이의 거리가 수백 km인 지역에도 타당성을 검토하고 있는 추세이므로, 터널 내에 장거리 중계 시스템을 구축하여야 한다.

이에, 장거리 중계 시스템를 구축하기 위해 광통신선을 지상에서 터널내의 TBM까지 배선하고 소정 거리마다 중계기를 설치하여 센싱 정보를 중계할 수 있으나, 시공 중인 터널 내의 여건상 광통신선로의 안정성을 보장하기 어렵고, 통신 장애의 발생 우려가 있다.

다른 방편으로 무선통신용 라우터(Router)를 소정 간격으로 설치하여 다단 중계하여도 되지만, 이 또한 시공 중인 터널 내의 여건상 안정성을 보장하기 어렵고, 통신 장애의 발생 우려가 있으며, 안정적 중계 전송을 위해 이중화하더라도 터널 내의 시공 현장 여건에 의해서 무선 통신에 장애가 발생할 수 있으며, 이 경우에 무선 통신 자체가 안되므로, 통신이 두절될 수 있다.

이에, 시공 중인 해저터널 내의 다양한 악조건에 의해 통신 장애가 발생할 수 있는 상황에서도 TBM에서 측정 또는 관찰한 센싱 정보를 보다 안정적으로 지상의 게이트웨이에 중계할 수 있는 터널 내 중계 시스템를 구축하여서, 올인원시스템에서 해저터널의 시공 상황을 누락 오류 없이 모니터링하고 시공 상황에 따라 리스크를 관리하게 하여야 할 것이다.

또한, 수십 km 또는 수백 km의 터널을 굴착함에 있어, 굴착한 구간이 점차 늘어나는 데, 이때, 중계 통신망의 구축을 용이하게 할 필요가 있다.

또한, 등록특허 제10-0925724호에 개시된 바와 같이, 굴진하는 TBM이 지나간 자리에는 터널이 형성되는 데, 이때 형성된 터널의 내면을 3차원 레이저 스캐너를 예로 들 수 있는 터널 스캐너(tunnel scanner)로 스캔하여 정밀 분석하는 데, 이때, 취득한 터널 스캔 데이터는 스캔 데이터 분석 프로그램을 설치한 PC를 이용하여 정밀 분석하여야 한다. 이를 위해서, 통상적으로 지상에서 굴착면을 정밀 분석하여야 하므로, 터널 스캔 데이터도 지상, 특히, 터널 입구에서 스캔 데이터를 안정적으로 취득하여 리스크 관리하여야 한다.

KR 10-1025071 B1 2011.03.18. KR 10-1394332 B1 2014.05.07. KR 10-0925724 B1 2009.11.02.

따라서, 본 발명은 해저터널의 시공 현장에서 리스크 관리를 위해 TBM에서 측정 또는 관찰하는 센싱 정보와 터널 스캐너로 획득한 터널 스캔 데이터를 굴착 중인 터널 내에서 다양한 통신 장애 요인이 발생하더라도 센싱 정보를 보다 안정적으로 지상의 게이트웨이에 중계함으로써 리스크 관리에 만전을 기할 수 있고, 굴착 구간이 늘어남에 따라 증가하는 구간에 중계 통신망을 구축할 시에 보다 용이하게 한 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템을 제공하는 데 목적을 둔다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 해저터널(1) 내에서 굴진하는 TBM(tunnel boring machine, 3)으로부터 리스크 관리를 위한 센싱 정보를 수신하는 에이피(AP : Acceess Point, 10)와, 에이피(10)부터 터널 입구까지의 해저터널(1) 내에 간격을 두고 설치되어 센싱 정보를 다단중계(multi-step relay)하는 복수의 라우터(20)와, 다단중계된 센싱 정보를 터널 입구에서 수신하여 공중통신망을 통해 올인원시스템(40)에 중계 전송하는 게이트웨이(30)를 포함하여 구성되는 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템에 있어서, 각각의 라우터(20)는 무선신호의 송수신을 담당하는 RF 모듈(22)과, 광신호의 송수신을 담당하는 광통신 모듈(23)을 구비하여 센싱 정보를 무선통신 경로 및 광통신 경로로 이루어진 2중화 통신 경로를 통해 중계 전송하되, TBM(3)으로부터 센싱 정보를 수신하기 위한 AP 모듈(Access Point Module, 24)을 더욱 구비하고, TBM(3)의 굴진에 따라 늘어나는 구간에 추가로 연장 설치되며, TBM(3)에 가장 근접하게 설치한 라우터를 상기 에이피(10)로 사용하여 TBM(3)으로부터 센싱 정보를 수신하는 즉시 순방향으로 센싱 정보를 다단 중계 전송하고, 상기 게이트웨이(30)은 무선신호의 송수신을 담당하는 RF 모듈(32)과, 광신호의 송수신을 담당하는 광통신 모듈(33)을 구비하여 2중화 통신 경로로 중계되는 센싱 정보를 전송받은 후 공중통신망을 통해 올인원시스템(40)에 중계 전송함을 특징으로 한다.

상기 에이피(10)는 터널 내부를 3차원적으로 스캔하여 얻는 터널 스캔 데이터를 터널 스캐너(tunnel scanner, 4)로부터 수신하여 센싱 정보에 포함시키며, 복수의 라우터(20)를 통해 중계된 후 게이트웨이(30)에 전달되게 하며, 상기 게이트웨이(30)는 터널 스캔 데이터 분석용 프로그램이 설치된 PC에 터널 스캔 데이터를 전달하기 위한 인터페이스(35)를 구비함을 특징으로 한다.

상기 각각의 라우터(20) 및 상기 게이트웨이(30)는 순방향으로 수신한 무선통신 신호 및 광통신 신호로부터 각각 획득하는 센싱 정보를 상호 대조하여 일치하는 경우에, 획득한 센싱 정보를 중계 전송하고, 대조 결과 불일치하는 경우에, 수신 신호의 에러 검출을 수행하여 무선통신 경로와 및 광통신 경로 중에 오류 없는 통신 경로를 선택한 후 선택한 통신 경로를 통해 재전송 요청을 역방향 신호로 전송하여서, 선택한 통신 경로만으로 재수신받게 되는 신호로부터 센싱 정보를 획득하여 중계 전송함을 특징으로 한다.

상기 각각의 라우터(20) 및 상기 게이트웨이(30)는 재전송 요청에 응답하여 센싱 정보를 어느 하나의 통신 경로로 재전송하는 라우터의 장비 코드와 자신의 장비 코드에 의해 구분되는 구간 정보, 및 통신 장애를 표시하는 식별자를 결합하여 얻는 통신 장애 정보를 생성하고, 센싱 정보를 중계 전송할 시에 통신 장애 정보를 함께 전송함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 터널 내에서 센싱 정보를 중계할 시에 광통신과 무선통신으로 이중화하여 중계함으로써, 해저터널의 시공 중에 동시 다발적으로 발생할 우려가 거의 없는 광통신 통신 장애 요인이나 아니면 무선통신 통신 장애 요인이 발생하더라도 장애 요인이 없는 안정된 통신 경로를 통해 안정적으로 센싱 정보를 중계할 수 있으며, 늘어나는 굴착 구간에 라우터를 1개씩 추가하며 중계 통신망을 구축하므로, 중계 통신망의 구축이 용이하다.

또한, 본 발명은 게이트웨이에서 이중화 중계방식을 채용함으로써, 터널 내 라우터와 올인원시스템 사이를 안정적으로 중계할 수 있으며, 터널 내부를 스캔하여 얻는 스캔 데이터를 안정적으로 수신하여 용이하게 분석 결과를 얻을 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템이 설치된 해저터널(1)의 시공 상태도(a)와, TBM(3)으로 굴진면(2)을 굴착 중인 현장을 확대 도시한 시공 상태도(b).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템의 구성도.
도 3은 에이피(10) 및 라우터(20)의 블록 구성도.
도 4는 각각의 라우터(20)에서 이루어지는 통신 중계동작의 순서도.
도 5는 게이트웨이(30)의 블록 구성도.
도 6은 게이트웨이(30)에서 이루어지는 통신 중계동작의 순서도.

먼저, 용어를 정의한다.

순방향은 해저터널(1) 내에서 굴착하며 진행하는 TBM(tunnel boring machine, 3) 또는 TBM(3)의 근처나 아니면 후단에서 측정 또는 관찰하여 얻는 센싱 정보를 해저터널 입구의 지상에 설치한 게이트웨이(30)에 전송하는 통신경로의 방향이며, 순방향 통신에 의해 게이트웨이(30)에 전송한 센싱 정보는 공중통신망(41)을 통해 올인원시스템(40)에 전송된다.

순방향 신호는 순방향으로 전송되는 신호이다.

역방향은 지상의 게이트웨이(30)에서 해저터널 내의 TBM(3) 측으로 전송하는 통신경로의 방향이다. 여기서, TBM(3) 측이라 함은 TBM(3) 측에서 센싱 정보를 획득하는 센싱 장치, 센싱 장치로부터 센싱 정보를 직접 전송받는 에이피(AP : Access Point, 10) 및 에이피(10)와 가장 근접하게 설치되어 에이피(10)와 직접 통신하는 라우터(20-1) 중에 어느 하나가 될 수 있다.

역방향 신호는 역방향으로 전송되는 신호이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 터널굴착기 TBM(tunnel boring machine, 3), 터널 스캐너(tunnel scanner, 4), TBM을 이용한 해저터널 TBM 공법, TBM 측의 센싱 정보, 및 올인원시스템에서의 리스크 관리방법 등에 관련된 공지의 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 위해서 필요하다고 판단되는 공지의 기술에 대해서는 필요에 따라 간략하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템이 설치된 해저터널(1)의 시공 상태도(a)와, TBM(3)으로 굴진면(2)을 굴착 중인 현장을 확대 도시한 시공 상태도(b)이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템의 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템은, 해저터널(1) 내에서 굴진면(2)을 굴착하며 굴진하는 TBM(tunnel boring machine, 3) 또는 TBM(3)에 의해 굴착된 구간을 스캔하는 터널 스캐너(tunnel scanner, 4)로부터 리스크 관리를 위한 정보를 중계 없이 직접 수신하는 에이피(AP : Acceess Point, 10)와, 에이피(10)부터 해저터널 입구까지 센싱 정보를 2중화한 통신경로를 통해 다단중계(multi-step relay)하는 복수의 라우터(20)와, 다단중계된 센싱 정보를 해저터널 입구에서 수신하여 올인원시스템(40)에서 요구되는 정보를 추출하여 공중통신망(41)을 통해 올인원시스템(40)에 전송하는 게이트웨이(30)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서서 TBM(tunnel boring machine, 3), 터널 스캐너(tunnel scanner, 4) 및 올인원시스템(40)에 대해 간략하게 설명한다.

TBM(tunnel boring machine, 3)은 전방에 장착한 디스크 커터로 굴진면(2)을 굴착하며 전진하는 굴착기로서, 이를 이용한 TBM 공법에 의하면 굴착, 버럭처리, 지보 시공 등의 일련의 과정을 수행하며, 원형의 단면으로 굴착하므로 역학적으로 안정된 터널을 형성하고, 무진동/무발파 기계화 굴착이므로 지반굴착에 따른 지반변화를 최소화함으로써 시공중 안정성을 최대한 확보할 수 있으며, 갱내 작업 환경을 청결하게 유지할 수 있는 친환경적이다.

TBM(3)를 투입하여 해저터널을 건설할 시에는 해저터널로 연결할 육지에서 TBM(3)으로 굴착하기 시작하여 해저지반으로 굴진하며, 해저터널의 길이는 수십 km에서 길게는 수백 km에 이를 수 있으므로, 굴진 중인 TBM(3)에 의해 굴착되어 있는 후방의 터널공 길이가 점차 증가하여서 TBM(3)과 지상 간의 해저터널 길이도 점차 증가하여 수십 km(또는 수백 km)에 이를 수 있다.

이러한 TBM(3)은 굴진면(2)을 향하여 굴착하는 디스크 커터를 굴진 방향에 장착한 본체와, 본체의 작동을 위한 각종 설비가 적재되는 후속트레일러와, 버럭반출을 위한 후속설비를 갖추게 구성됨은 물론이고, TBM(3)의 각 구성요소에 대한 동작 상태 및 전방 예측을 위한 굴진면(3)의 지반조건 등을 검출하기 위한 각종 센서도 장착되고, 가시적으로 모니터링하기 위한 카메라도 설치되며, 카메라의 경우에 TBM(3)에 이격된 위치에 설치되어 TBM(3)의 굴진 상황을 모니터링하게 하기도 한다.

이러한 각종 센서로 측정되는 데이터 또는 카메라로 관찰되는 영상을 포함하는 센싱 정보는 굴착 현장에서 발생할 수 있는 사고 또는 시공 오차 등을 미연에 예측하고 방지하기 위해서 리스크 관리가 필요하므로, 센싱 정보를 모니터링하고 리스크를 관리하기 위해 구축된 올인원시스템(40)에 안정적으로 전송하여야 한다.

터널 스캐너(tunnel scanner, 4)는 TBM(3)에 의해 굴착된 해저터널을 스캐닝하여 3차원적으로 형상화하는 터널 모델을 생성하는 것으로서, 레이저를 활용하여 프로파일(profile) 방식으로 스캔 데이터를 획득하는 3D 레이저 스캐너 또는 카메라로 촬영한 영상 형태의 스캔 데이터를 획득하는 영상 촬영장치로 구성된다. 이러한 터널 스캐너(4)로 획득한 스캔 데이터는 굴착되어 형성된 해저터널의 내면에 대한 리스크 관리를 위해서 전용 분석 프로그램에 의한 정밀 분석이 요구되며, 이에 일반적으로 해저터널 입구 측에서 전달받아 분석 프로그램이 설치된 PC로 정밀 분석한다.

올인원시스템(40)은 굴착 중인 해저터널 내에서 획득한 센싱 정보를 공중통신망(41)을 통해 수신받아 취합하여 데이터베이스화, 모니터링 자료 생성/재생 및 리스크 관리를 수행하며, 서로 다른 해저터널 공사 지역에서 송신하는 공사 현장별 센싱 정보를 수신받아 취합할 수도 있다.

이러한 올인원시스템(40)은 센싱 정보를 분석하여 굴진 방향의 지반 예측, 사고 위험 요인 추출, TBM(3)의 고장 여부 판단 등의 리스크 관리를 한다.

이와 같이 TBM(3) 측의 센싱 정보를 올인원시스템(40)에 전달하여 리스크 관리하고, 터널 스캐너(4)의 터널 스캔 데이터를 지상에 전달하여 리스크 관리하기 위해서는, 통신 장애 요인의 발생 우려가 큰 굴착 중인 해저터널(1)을 통해 해저터널 입구까지 안정적으로 중계하여야 하며, 이에, 본 발명에서는 복수의 라우터(20)를 해저터널(1)을 따라 간격을 두고 배치 설치하여 다단중계(multi-step relay)하되, 서로 다른 통신방식으로 이중화하고 통신 장애가 발생한 구간이 있을 시에 해당 구간에서는 오류 없이 전송할 수 있는 통신방식을 택일하여 안정적으로 중계 전송하며, 또한, TBM(3)의 굴진에 따라 늘어나는 해저터널 구간에 라우터(20)를 추가 설치하는 방식으로 중계 통신망을 구축하며, 이에, 다양한 통신 장애 요인이 해저터널 굴착 공사 현장에서 발생하더라도 센싱정보의 무결성, 완전성 및 확실성을 보장하고, 중계 통신망의 구축도 용이하게 한다.

이하, 본 발명의 구성요소인 에이피(10), 라우터(20) 및 게이트웨이(30)에 대해 도 3 내지 도 6을 참조하며 설명한다.

도 3은 에이피(10) 및 라우터(20)의 블록 구성도이고,

도 4는 각각의 라우터(20)에서 이루어지는 통신 중계동작의 순서도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 에이피(10)는 라우터(20 : 20-1, 20-2, ..., 20-N-1, 20-N)와 동일하게 구성된다.

이에, 복수의 라우터(20)를 TBM(3)이 굴진하여 형성된 해저터널(1) 내에 간격을 두고 설치하여 TBM(3)부터 해저터널 입구 측의 게이트웨이(30)까지 다단중계(multi-step relay) 통신망을 구축하되, TBM(3)에 가장 가깝게 설치한 라우터(20)를 에이피(10)로 사용하게 하여서, TBM(3)의 굴진에 따라 늘어나는 구간에 추가로 설치한 라우터(20)를 에이피(10)로 동작하게 하는 방식으로 다다중계 통신망을 구축할 수 있다.

이를 위해서, 기능적으로 구분되는 에이피(10) 및 라우터(20)로 이루어지는 각각의 라우터는 도 3에 도시한 바와 같이 무선신호의 송수신을 담당하는 RF 모듈(22)과, 광신호의 송수신을 담당하는 광통신 모듈(23)과, TBM(3) 측에서 획득하는 센싱 정보 또는 터널 스캐너(4)에서 획득하는 터널 스캔 데이터를 중계 없이 직접 수신하기 위한 AP 모듈(Access Point Module, 24)과, AP 모듈(24)을 이용한 중계 전송동작 및 AP 모듈(24)을 이용하지 아니한 중계 전송동작 중에 어느 하나의 동작을 수행하도록 라우터의 동작을 설정하기 위한 인터페이스(25)와, 라우터의 소요 전기를 공급하기 위한 전원부(26)와, 센싱 정보를 무선통신 경로 및 광통신 경로로 이루어진 2중화 통신 경로를 통해 중계 전송하도록 RF 모듈(22) 및 광통신 모듈(23)을 제어하는 컨트롤러(21)를 포함하여 구성된다.

이에, 라우터(10, 20)는 TBM(3)의 굴진에 따라 해저터널(1) 입구부터 늘어나는 구간에 간격을 두고 하나씩 추가 설치하되, TBM(3)에 가장 근접하게 추가한 것을 에이피(10)로 사용하도록 설정 변경하여 TBM(3)의 센싱 정보 또는 터널 스캐너(4)의 터널 스캔 데이터를 직접 전송받아 RF 모듈(22) 및 광통신 모듈(23)으로 즉시 순방향 전송하게 하고, 이전에 에이피(10)로 사용하던 것은 에이피(10)에서 전송한 센싱 정보 또는 터널 스캔 데이터를 터널 입구측 게이트웨이(30)를 향해 순방향으로 중계 전송하게 하는 방식으로 설정한다.

일반적으로 TBM(3)의 센싱 정보 및 터널 스캐너(4)의 터널 스캔 데이터를 에이피에 전달하기 위한 무선통신 주파수 대역은 2.4GHz 대역을 사용하므로, 상기 AP 모듈(24)은 2.4GHz 대역을 사용하게 하였다. 상기 RF 모듈(22)의 경우는 5GHz 대역의 무선통신 주파수를 사용하여서 데이터 전송 속도를 높일 수 있게 하였다. 이와 같은 주파수 대역을 사용함에 있어서, 대한민국 주파수 분배표에 따른 비면허 대역 중 2.4GHz 밴드 13개 채널과 5GHz 밴드의 19개 채널을 지원하는 것이 좋다. 또한, 터널 내부 무선통신 환경을 고려한 채널 간섭 제거 또는 최소화를 위해서 파워 및 채널 자동 조절 기능을 갖게 하는 것이 좋다.

한편, 에이피(10)를 제외한 각각의 라우터(20 : 20-1, 20-2, ..., 20-N-1, 20-N)는 가장 근접한 순방향의 라우터 및 역방향의 라우터와 순방향 통신을 하여서 센싱 정보 또는 터널 스캔 데이터를 중계 전송하며, 더불어, 후술하는 바와 같이 가장 근접한 역방향의 라우터에게 요청 정보를 전송할 수도 있으며, 순방향 통신 및 역방향 통신에 있어서 무선통신 및 광통신을 동시에 하는 것과 통신 장애 발생 시에 무선통신 및 광통신 중 어느 하나를 택일하는 것이 가능하다.

에이피(10)와 게이트웨이(30) 사이에 간격을 두고 배치한 각각의 라우터(20 : 20-1, 20-2, ..., 20-N-1, 20-N)에서 컨트롤러(21)의 제어에 따라 이루어지는 통신 중계 절차를 도 4에 도시한 통신 중계동작의 순서도를 참조하여 설명한다.

이하의 설명에서 사용하는 용어 중에 센싱 정보는 터널 스캔 데이터를 포함할 수 있는 정보로 하여 설명한다. 그리고, 역방향의 라우터는 상기 에이피(10)가 될 수 있는 것으로 설명하며, 이는 상기 에이피(10)가 라우터와 동일하게 구성되어, AP 모듈(24)의 활성화로 AP 기능을 수행하고 AP 모듈(24)로 수신한 센싱 정보를 RF 모듈(22) 및 광통신 모듈(23)을 통해 전송하기 때문이다.

각각의 라우터(20 : 20-1, 20-2, ..., 20-N-1, 20-N)는 RF 모듈(22)을 통한 무선신호 및 광통신 모듈(23)을 통한 광신호를 각각 순방향으로부터 수신하게 되는 경우(S11, S13), 즉, TBM(3) 측(TBM 또는 터널 스캐너)을 향하는 방향으로 가장 가까운 인접 라우터로부터 순방향 무선신호 및 광신호를 수신하는 경우, 수신한 무선신호 및 광신호로부터 각각 센싱 정보(또는 터널 스캔 데이터)를 획득한다(S12, S14).

다음으로, 무선신호 및 광신호로부터 각각 획득한 센싱 정보를 상호 대조하여(S21) 일치 여부를 확인한다(S22).

대조 결과 일치하면, 획득한 센싱 정보를 무선통신 신호 및 광통신 신호로 순방향을 향해 송신하여서, 게이트웨이(30)를 향하는 방향의 라우터 중에 가장 근접한 라우터에게 센싱 정보를 전달한다.

만약, 대조 결과 불일치하면, 무선신호 및 광신호로부터 각각 획득한 센싱 정보에 대해 개별적으로 오류 검출을 수행하여 무선통신 경로와 및 광통신 경로 중에 오류 없는 통신 경로를 선택한 후(S31), 선택한 통신 경로로 재전송 요청 신호를 역방향 신호로 전송한다(S32, S34). 이에, TBM(3) 측으로 가장 가까운 인접 라우터, 즉, 무선신호 및 광신호를 자신에게 송신한 라우터에게 재전송을 요청하여 재차 수신한다(S33, S35). 여기서, 재전송을 요청할 시에는 상기에서 선택한 통신 경로로 재전송하도록 요청하여서, 상기에서 선택한 통신 경로 수신받는다.

본 발명의 실시예에서 에러 검출은 신뢰도가 높은 CRC(Cyclic Redundancy Check, 순환 중복 검사)로 하였다.

다시 말해서, 에러 검출의 수행에 의해 무선신호로 수신한 센싱 정보에 오류가 없는 경우에 역방향 무선신호로 재전송을 요청하여서 순방향 무선신호로 다시 받고(S33), 광신호로 수신한 센싱 정보에 오류가 없는 경우에 역방향 광신호로 재전송을 요청하여서 순방향 광신호로 다시 받는다(S35). 오류가 없는 것으로 판정한 센싱 정보를 재수신 센싱 정보와 대조하여 일치하지 아니하는 경우, 선택한 통신 경로로 다시 한번 재전송하도록 요청하여 받는 것도 좋다.

물론, 각각의 라우터는 무선통신 경로 및 광통신 경로로 동시에 센싱 정보를 전송한 이후, 수신측에서 선택한 통신 경로로 재전송하라는 요청 신호를 받으면, 요청 정보에 따라 센싱 정보를 재전송한다.

한편, 에이피(10)와 가장 근접한 라우터(20-1)가 에이피(10)와 통신할 때와, 게이트웨이(30)에 가장 근접한 라우터(20-N)가 게이트웨이(30)와 통신할 때에도 동일한 통신방식으로 이루어진다.

즉, 에이피(10)와 라우터(20-1) 간에도 광통신과 무선통신으로 이중화하고, 에이피(10)는 재전송 요청에 응답하여 선택 통신 경로로 재전송하게 동작시키는 것이다.

다음으로, 재수신받은 센싱 정보를 순방향 무선신호 및 순방향 광신호로 송신한다(S41, S42).

이와 같이 통신 장애 요인이 발생하더라도 발생한 통신 장애 요인에 영향을 받지 아니하는 통신 경로로 재전송받은 후 중계함으로써, 중계하는 센싱 정보의 무결성을 보장할 수 있고, 통신 장애 요인이 발생한 해당 구간만 통신경로를 택일하게 하여서, 구간별로 서로 다른 통신 장애 요인이 발생하는 상황에 대처하여 센싱 정보를 게이트웨이(30)에 전달할 수 있다.

그리고, 각각의 라우터는 재전송 요청 및 재수신의 과정을 수행한 이후 중계 전송할 때에(S41, S42) 통신 장애 정보를 센싱 정보와 함께 전송한다.

여기서, 통신 장애 정보는 재전송 요청에 응답하여 센싱 정보를 어느 하나의 통신 경로로 재전송하는 라우터, 즉, TBM(3) 측으로 가장 가까운 인접 라우터의 장비 코드와 자신의 장비 코드에 의해 구분되는 구간 정보와, 통신 장애를 표시하는 식별자를 결합한 정보이다.

이에, 본 발명에 따르면, 에이피(10) 및 복수의 라우터(20)에 의해 다단 중계 전송할 시에, 통신 장애 구간이 발생하는 경우에도 게이트웨이(30)까지의 중계 전송을 안정적으로 수행할 뿐만 아니라, 통신 장애가 발생한 구간 및 광통신 경로 및 무선통신 경로 중에 장애가 발생한 통신 경로도 게이트웨이(30)에 전달하여서, 신속한 장애 복구에 유용하게 활용할 수 있다.

도 5는 게이트웨이(30)의 블록 구성도이고, 도 6은 게이트웨이(30)에서 이루어지는 통신 중계동작의 순서도이다.

본 발명에 따르면, 게이트웨이(Gateway, 30)는 자신과 가장 근접한 라우터(20-N)에서 2중화 통신경로 전송하는 정보(TBM(3)의 센싱 정보 이외에 터널 스캔 데이터 또는 통신 장해 정보가 포함될 수 있는 정보)를 수신하기 위한 RF 모듈(32)과 광통신 모듈(33), 공중 통신망(41)을 통해 올인원시스템(40)과 통신 연결하기 위하여 CDMA 통신 모듈 및 LTE 통신 모듈을 포함하여 구성되는 통신 모듈(34), 게이트웨이(30)에 수신된 정보를 인출하기 위한 인터페이트(35), 게이트웨이(30) 동작에 필요에 전기를 공급하는 전원부(36), 및 RF 모듈(32)과 광통신 모듈(33)을 통해 수신된 센싱 정보를 자동 기록하여 데이터 로거(data logger) 기능을 수행하기 위한 저장부(37), 게이트웨이(30)의 동작을 제어하는 컨트롤러(31)를 포함하여 구성된다.

컨트롤러(31)의 제어에 따른 게이트웨이(30)의 동작 순서는 도 6에 도시되어 있다.

게이트웨이(30)에서 라우터가 전송하는 정보를 수신하는 과정은 라우터와 동일하므로, 간략하게 설명한다.

게이트웨(30)는 RF 모듈(32) 및 광통신 모듈(33)을 구비하여 복수의 라우터를 통해 중계 전송된 센싱 정보를 가장 가까운 라우터(20-N)으로부터 무선 통신 경로 및 광신호 통신 경로로 2중화된 통신 경로 전송받아(S51, S53) 센싱 정보를 개별적으로 획득한 후(S52, S54), 상호 대조한다(S61).

그리고, 대조 결과 일치하지 아니하면(S62), 수신 신호의 에러 검출을 수행하여 무선통신 경로와 및 광통신 경로 중에 오류 없는 통신 경로를 선택한 후(S71) 선택한 통신 경로를 통해 재전송 요청을 역방향 신호로 전송한다(S72, S74). 이때, 재전송 요청은 오류 없는 통신 경로로 선택한 통신 경로로 재전송하라는 요청이다.

이에, 라우터(20-N)가 오류 없는 통신 경로로 선택된 통신 경로로 센싱 정보를 재전송하게 되고, 게이트웨이는 센싱 정보를 수신 획득한다(S73, S75, S76).

그리고, 라우터(20-N)와 게이트웨이(30) 사이의 구간에 대한 통신 장애 정보를 생성한다. 만약, 라우터(20-N)로부터 통신 장애 정보가 수신되는 경우에는 여기서 생성한 통신 장애 정보를 추가한다.

물론, 대조 결과 일치하면 획득한 센싱 정보를 그대로 적용한다.

센싱 정보(TBM의 센싱 정보 또는 터널 스캔 데이터) 및 통신 장애 정보는 데이터 로거 기능을 수행하여 저장부(37)에 저장하고(S81), TBM(3)의 센싱 정보 및 통신 장애 정보는 공중 통신망(41)을 통해 올인원시스템(40)에 전송하여서, 중계 전송 기능을 수행한다(S91).

이때, 통신 모듈(34)은 LTE(Long Term Evolution)/WiBro 기반의 4세대를 지원하는 공중통신망(41)의 무선 환경을 통해 통신하는 LTE 통신 모듈과 CDMA(Code Division Multiple Access) 기반의 2세대 또는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 기반의 3세대를 지원하는 공중통신망(41)의 무선 환경을 통해 통신하는 CDMA 통신 모듈 중에 어느 하나를 이용할 수 있는데, 한쪽 통신 모듈을 이용한 전송이 실패하면 다른 한쪽 통신 모듈을 이용하도록 구성하는 것이 좋다.

한편, 예를 들어 등록특허 제10-0925724호에 개시한 터널 스캔 데이터를 분석하기 위한 프로그램이 설치된 PC가 인터페이스(35)에 연결되는 경우, 저장부(37)에 저장된 터널 스캔 데이터를 PC로 읽어들여 분석할 수 있다.

물론, 인터페이스(35)에 연결된 PC를 이용하여, TBM(3)의 센싱 정보 또는 통신 장애 정보도 확인할 수 있다.

다른 한편으로, 에이피(10)와 게이트웨이(30) 사이를 다단 중계하는 복수의 라우터(20)도 각각 AP 모듈(24)을 통해 터널 스캐너(4)와 통신 연결하여서, 터널 스캔 데이터를 수신할 수 있도록 동작시켜도 좋다. 즉, 해저터널(1) 내에서 어느 구간에서 터널 스캐너(4)로 터널 스캔 데이터를 획득하더라도, 가장 근접한 라우터(20)를 통해 수신하여 게이트웨이(30)까지 중계 전송하게 하여도 좋다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 해저터널 2 : 굴진면
3 : TBM(tunnel boring machine)
4 : 터널 스캐너(tunnel scanner)
10 : 에이피(AP : Access Point)
20 : 라우터(Router) 21 : 컨트롤러 22 : RF 모듈
23 : 광통신 모듈 24 : AP 모듈 25 : 인터페이스
26 : 전원부
30 : 게이트웨이(Gateway) 31 : 컨트롤러 32 : RF 모듈
33 : 광통신 모듈 34 : 통신 모듈 35 : 인터페이스
36 : 전원부 37 : 저장부
40 : 올인원시스템 41 : 공중통신망

Claims

해저터널(1) 내에서 굴진하는 TBM(tunnel boring machine, 3)으로부터 리스크 관리를 위한 센싱 정보를 수신하는 에이피(AP : Acceess Point, 10)와, 에이피(10)부터 터널 입구까지의 해저터널(1) 내에 간격을 두고 설치되어 센싱 정보를 다단중계(multi-step relay)하는 복수의 라우터(20)와, 다단중계된 센싱 정보를 터널 입구에서 수신하여 공중통신망을 통해 올인원시스템(40)에 중계 전송하는 게이트웨이(30)를 포함하여 구성되는 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템에 있어서,
각각의 라우터(20)는 무선신호의 송수신을 담당하는 RF 모듈(22)과, 광신호의 송수신을 담당하는 광통신 모듈(23)을 구비하여 센싱 정보를 무선통신 경로 및 광통신 경로로 이루어진 2중화 통신 경로를 통해 중계 전송하되,
TBM(3)으로부터 센싱 정보를 수신하기 위한 AP 모듈(Access Point Module, 24)을 더욱 구비하고, TBM(3)의 굴진에 따라 늘어나는 구간에 추가로 연장 설치되며, TBM(3)에 가장 근접하게 설치한 라우터를 상기 에이피(10)로 사용하여 TBM(3)으로부터 센싱 정보를 수신하는 즉시 순방향으로 센싱 정보를 다단 중계 전송하고,
상기 게이트웨이(30)는 무선신호의 송수신을 담당하는 RF 모듈(32)과, 광신호의 송수신을 담당하는 광통신 모듈(33)을 구비하여 2중화 통신 경로로 중계되는 센싱 정보를 전송받은 후 공중통신망을 통해 올인원시스템(40)에 중계 전송하며,
상기 각각의 라우터(20) 및 상기 게이트웨이(30)는
순방향으로 수신한 무선통신 신호 및 광통신 신호로부터 각각 획득하는 센싱 정보를 상호 대조하여 일치하는 경우에, 획득한 센싱 정보를 중계 전송하고,
대조 결과 불일치하는 경우에, 수신 신호의 에러 검출을 수행하여 무선통신 경로와 및 광통신 경로 중에 오류 없는 통신 경로를 선택한 후 선택한 통신 경로를 통해 재전송 요청을 역방향 신호로 전송하여서, 선택한 통신 경로만으로 재수신받게 되는 신호로부터 센싱 정보를 획득하여 중계 전송하고, 재전송 요청에 응답하여 센싱 정보를 어느 하나의 통신 경로로 재전송하는 라우터의 장비 코드와 자신의 장비 코드에 의해 구분되는 구간 정보, 및 통신 장애를 표시하는 식별자를 결합하여 얻는 통신 장애 정보를 생성하고, 센싱 정보를 중계 전송할 시에 통신 장애 정보를 함께 전송함을 특징으로 하는 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템.
제 1항에 있어서,
상기 에이피(10)는 터널 내부를 3차원적으로 스캔하여 얻는 터널 스캔 데이터를 터널 스캐너(tunnel scanner, 4)로부터 수신하여 센싱 정보에 포함시키며, 복수의 라우터(20)를 통해 중계된 후 게이트웨이(30)에 전달되게 하며,
상기 게이트웨이(30)는 터널 스캔 데이터 분석용 프로그램이 설치된 PC에 터널 스캔 데이터를 전달하기 위한 인터페이스(35)를 구비함을 특징으로 하는 해저터널 리스크 관리를 위한 통신시스템.
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