KR101846314B1 - A system for measuring 3-dimension installed shape of underground pipelines by using three axis rotation sensors - Google Patents

A system for measuring 3-dimension installed shape of underground pipelines by using three axis rotation sensors Download PDF

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KR101846314B1
KR101846314B1 KR1020170117334A KR20170117334A KR101846314B1 KR 101846314 B1 KR101846314 B1 KR 101846314B1 KR 1020170117334 A KR1020170117334 A KR 1020170117334A KR 20170117334 A KR20170117334 A KR 20170117334A KR 101846314 B1 KR101846314 B1 KR 101846314B1
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김평
박종욱
김종만
왕덕상
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(주)이우티이씨
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Abstract

The present invention relates to a three-dimensional underground pipeline measuring system using multiple three-axis rotation sensors, which detects a three-dimensional embedment shape of an underground pipeline by inserting a measurement assembly in which multiple assembly nodes are assembled in series, into the pipeline and detecting a three-dimensional shape by using the rotation direction measured at each assembly node by installing the three-axis rotation sensor at the each assembly node. The three-dimensional underground pipeline measuring system using the multiple three-axis rotation sensors comprises: a measurement assembly formed as the multiple assembly nodes are assembled in the series, wherein the each assembly node includes the three-axis rotation sensor; a collection unit collecting three-axis rotation direction data measured by the three-axis rotation sensor of the each assembly node; and a calculation unit measuring the position of the each assembly node by using the collected three-axis rotation direction data and estimating the positions of the assembly nodes connected in the series in the three-dimensional shape of the underground pipeline. According to the present invention, after the multiple assembly nodes connected in the series are inserted into the underground pipeline, a three-dimensional connection shape of the whole assembly node is measured to estimate the shape of the pipeline. So, the three-dimensional embedment shape of the underground pipeline can be measured.

Description

다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템 { A system for measuring 3-dimension installed shape of underground pipelines by using three axis rotation sensors }[0001] The present invention relates to a three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors,

본 발명은 다수의 조립 노드가 직렬로 조립된 측량 조립체를 관로에 삽입하여 지중관로의 3차원 매설 형태를 탐지하되, 각 조립 노드에 3축 회전 센서를 장착하고 각 조립 노드에서 측정되는 회전 방향을 이용하여 3차원 형태를 탐지하는, 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 관한 것이다.In the present invention, a three-dimensional embedding type of an underground pipe is inserted by inserting a plurality of assembling nodes into a pipeline in which a plurality of assembling nodes are assembled in series, and a three-axis rotation sensor is installed at each assembling node, The present invention relates to a three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors for detecting a three-dimensional shape using a three-axis rotation sensor.

일반적으로, 토지의 효율적 이용을 위하여 가스관, 상하수도관, 전력선이나 통신선을 가설하기 위한 배관 등 다양한 목적의 관로가 지하에 매설되고 있다. 예를 들면, 지하에 전선을 가설하기 위해서는 먼저 관로를 매설한 후 필요한 때 이곳에 전력선들을 삽입한다.Generally, for efficient use of land, various purpose pipelines such as a gas pipe, a water supply and drainage pipe, and a piping for installing a power line or a communication line are buried underground. For example, in order to lay an underground wire, first place a power line and insert a power line here when necessary.

이와 같이 지중 관로에 전선 등을 삽입하고자 할 때는 먼저 지중 관로의 상황을 파악해 보아야 한다. 종래에는 관로의 도통 유무만을 검사하여 불량지점을 파악한 후 해당 부분을 재공사 하고 있다. 그러나 이처럼 관로의 도통 유무만을 파악하는 것은 체계적인 관로의 관리 및 전 국토의 관로 지중화를 위한 정보망을 구축하는데 많은 한계를 지니고 있다.When inserting wires into an underground pipe, it is necessary to first grasp the situation of the underground pipe. Conventionally, only the presence or absence of conduit conduits is inspected to determine a defective point, and the corresponding portion is re-constructed. However, understanding the existence of conduits in this way has many limitations in the construction of information network for systematic management of pipelines and underground pipelines throughout the country.

즉, 종래의 지중관로 탐지 방법은 관로가 막히지 않고 제대로 도통되어 있는지 아닌지만 검사하도록 되어 있기 때문에, 관로의 정확한 상태를 파악할 수가 없었다. 따라서, 관로가 어느 방향으로 굽어 있다던지 혹은 어느 부분이 어느 위치에서 어떻게 변형되었다는 등의 정확한 변형 위치를 파악할 수가 없어 재공사를 할 때도 상대적으로 어려움이 많았던 것이다. 또한, 지하에 설치된 여러 가지의 관로에 대한 입체적인 설치위치가 파악되어 있지 않기 때문에 각각의 관로에 대한 공사를 할 때나 여러 가지 도로 작업을 할 때도 어려움이 있었다.In other words, since the conventional method of detecting the underground pipe is required to inspect whether or not the pipe is not blocked, it is impossible to grasp the exact state of the pipe. Therefore, it was relatively difficult to reconstruct the pipeline because it was not able to grasp the precise deformation position, such as the direction in which the pipeline was bent or which part was deformed at any position. In addition, since the three-dimensional installation position of the various pipelines installed in the underground is not known, it has been difficult to perform construction work for various pipelines and various road works.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 카메라 등을 이용하여 지중 관로의 매설 상황을 파악하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 1]. 상기 선행기술은 디지털 도통봉을 지중 관로에 삽입하고, 도통봉에 연결된 카메라, 거리측정부, 및, 상태측정부를 통해 지중 관로의 상태 및 매설 형태를 측정한다. 특히, 거리측정부를 통해 관로 입구에서부터의 거리를 측정하여 매설 형태를 측정한다.In order to solve the above-described problems, a technology for grasping the buried state of the underground pipeline by using a camera or the like has been proposed [Patent Document 1]. In the prior art, a digital conduit is inserted into an underground conduit, and the state and burial state of the underground conduit are measured through a camera connected to the conduction rod, a distance measuring unit, and a state measuring unit. Particularly, the distance from the pipe inlet is measured through the distance measuring part to measure the buried form.

또한, 카메라, 거리측정센서 등을 구비한 배관검사로봇을 이용하여 배관 내부를 탐지하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 2]. 상기 선행기술은 배관검사로봇이 카메라와 여러 방향으로 거리를 측정하는 거리측정센서를 구비하여, 배관의 내부를 주행하면서 배관의 내부를 촬영하고 내경을 측정한다. 이때, 배관에 대한 모듈바디의 자세를 측정하여 오차 등을 보정한다.In addition, a technique for detecting the inside of a pipe using a piping inspection robot having a camera, a distance measuring sensor, and the like has been proposed (Patent Document 2). The prior art is equipped with a distance measuring sensor for measuring the distance in various directions from the camera of the pipe inspection robot, and the inside of the pipe is photographed while the inside of the pipe is traveling, and the inside diameter is measured. At this time, the posture of the module body with respect to the piping is measured to correct errors and the like.

그러나 상기 선행기술들은 단지 지중 관로의 길이와 내부 형태만을 측정하는 기술이다. 따라서 지중 관로가 직선 형태가 아니라 곡선 형태로 매설되는 경우, 어떤 곡선 형태로 형성되어 있는지를 전혀 측량할 수 없다.However, the prior art is only a technique for measuring the length and internal shape of an underground channel. Therefore, when the underground pipeline is buried in a curved form rather than a straight form, it can not be measured at all in what curved form it is formed.

또한, 상기 선행기술들은 배관검사 로봇 등 주로 측정기기가 배관 내부에서 이동하면서 측정하기 때문에, 센서 측정 오류에 이동시 측량 오류가 더해져서 상당한 오차가 발생한다. 또한, 이동함에 따라 이러한 오차들이 누적되므로, 배관의 길이가 길어질수록 더 큰 오차가 발생된다. In addition, since the above-described prior art measures a moving object such as a piping inspection robot while moving the measuring instrument from inside the pipe, a measurement error is added to the sensor measurement error and a considerable error occurs. Also, since these errors are accumulated as they move, a larger error occurs as the length of the pipe becomes longer.

따라서 지중 관로의 입체적인 매설 형태를 측량할 수 있고, 배관 길이에 상관없이 오차의 크기를 허용범위 내로 제한하여 측량할 수 있는 기술이 필요하다.Therefore, it is necessary to measure the three-dimensional buried shape of the underground channel and to measure the size of the error within the allowable range irrespective of the pipe length.

한국등록특허공보 제10-0814642호(2008.03.20.공고)Korean Patent Registration No. 10-0814642 (published on March 20, 2008) 한국등록특허공보 제10-1748095호(2017.06.14.공고)Korean Registered Patent No. 10-1748095 (published on June 14, 2017)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 조립 노드가 직렬로 조립된 측량 조립체를 관로에 삽입하여 지중관로의 3차원 매설 형태를 탐지하되, 각 조립 노드에 3축 회전 센서를 장착하고 각 조립 노드에서 측정되는 회전 방향을 이용하여 3차원 형태를 탐지하는, 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of detecting a three-dimensional buried form of an underground channel by inserting a measuring assembly, in which a plurality of assembly nodes are assembled in series, Dimensional underground channel surveying system using a plurality of three-axis rotation sensors, which detect a three-dimensional shape by using a rotation direction measured at each assembly node by mounting a sensor.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 관한 것으로서, 다수의 조립 노드가 직렬로 조립되어 구성되는 측량 조립체로서, 각 조립 노드는 3축 방향 센서를 구비하는 측량 조립체; 각 조립 노드의 3축 회전 센서로부터 측정된 3축 회전 방향 데이터를 수집하는 수집부; 및, 수집된 3축 회전 방향 데이터를 이용하여 각 조립 노드의 위치를 파악하고, 직렬로 연결된 조립 노드의 위치들을 지중 관로의 3차원 형태로 추정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors, wherein a plurality of assembly nodes are assembled in series, A metering assembly comprising: A collecting unit for collecting three-axis rotation direction data measured from the three-axis rotation sensor of each assembly node; And an operation unit for estimating the position of each assembly node using the collected 3-axis rotation direction data and estimating positions of the assembly nodes connected in series in a three-dimensional form of the underground pipe.

또, 본 발명은 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서, 상기 조립 노드의 3축 회전 센서는 3축의 회전 방향을 측정하되, 상기 조립 노드의 3축 회전 방향은 직전에 연결된 조립노드를 기준으로 측정되는 방향인 것을 특징으로 한다.In the three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors, the three-axis rotation sensor of the assembly node measures the three-axis rotation direction, and the three- And is a direction measured with reference to a connected assembly node.

또, 본 발명은 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서, 상기 연산부는 직렬로 조립된 각 조립노드의 위치 및 방향을 산정하되, 직전 조립노드의 방향에 해당 조립노드에서 측정된 방향을 곱하여 해당 조립노드의 방향을 산정하고, 직전 조립노드의 위치에 해당 조립노드의 방향에 해당 조립노드의 길이를 더한 것을 직전 조립노드의 위치에 더하여 해당 조립노드의 위치를 산정하는 것을 특징으로 한다.In the three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors, the calculation unit calculates the position and direction of each assembly node assembled in series, The direction of the assembly node is calculated by multiplying the direction of the assembly node and the position of the assembly node is added to the position of the immediately preceding assembly node by adding the length of the assembly node to the direction of the assembly node at the position of the previous assembly node .

또, 본 발명은 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서, 상기 조립노드는, 일 방향으로 연장되는 제1 탐지모듈, 일 방향으로 연장되며 상기 제1 탐지모듈에 길이방향으로 연결되는 제2 탐지모듈; 및, 상기 제2 탐지모듈의 일단에 연결되고, 다른 조립노드의 제1 탐지모듈과 연결될 수 있는 연결모듈을 포함하고, 상기 제1 및 제2 탐지모듈은 상기 일 방향으로 상대적인 회전이 가능하도록 하는 제1 및 제2 롤링 힌지부를 각각 포함하되, 상기 제1 및 제2 롤링 힌지부는 길이방향을 향해 상대 회전하는 롤링 운동을 수행하도록 구성되며, 상기 롤링 운동의 방향을 센싱하는 롤링센서를 구비하고, 상기 제1 탐지모듈에서 상기 제2 탐지모듈과 결합되는 반대쪽 단부에는 제1 요잉 힌지부가 형성되며, 상기 제2 탐지모듈에서 상기 제1 탐지모듈과 결합되는 반대쪽 단부에는 제1 피칭 힌지부가 형성되고, 상기 연결모듈의 일단에는 다른 조립 노드의 제1 탐지모듈의 제1 요잉 힌지부와 결합할 수 있는 제2 요잉 힌지부가 형성되며, 타단에는 상기 제2 탐지모듈의 제1 피칭 힌지부와 결합하는 제2 피칭 힌지부가 형성되고, 상기 제1 탐지모듈의 일단부와 제2 탐지모듈의 타단부에서 상기 연결모듈이 제1 탐지모듈과 제2 탐지모듈에 대하여 각각 상대적인 요잉 운동과 피칭 운동이 가능하도록, 상기 요잉 힌지부와 피칭 힌지부는 서로 가로지르는 방향으로 형성되고, 상기 요잉 운동과 피칭 운동을 각각 센싱하는 요잉 센서와 피칭 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors, the assembly node comprising: a first detection module extending in one direction; A second detection module connected to the second detection module; And a connection module connected to one end of the second detection module, the connection module being connectable to a first detection module of another assembly node, wherein the first and second detection modules are configured to allow relative rotation in the one direction Wherein each of the first and second rolling hinge portions includes a first and a second rolling hinge portion and is configured to perform a rolling motion relative to the longitudinal direction of the first and second rolling hinge portions and includes a rolling sensor for sensing a direction of the rolling motion, A first yawing hinge portion is formed at an opposite end of the first detection module to be coupled with the second detection module, a first pitching hinge portion is formed at an opposite end of the second detection module, which is coupled to the first detection module, A second yawing hinge part engageable with the first yawing hinge part of the first detection module of another assembly node is formed at one end of the connection module, 1 pitching hinge portion is formed on a side of the first detection module and a second pitching hinge portion is formed on the other end of the second detection module so as to be coupled to the first detection module and the second detection module, The yawing hinge portion and the pitching hinge portion are formed in a direction transverse to each other and include a yawing sensor and a pitching sensor for sensing the yawing motion and the pitching motion, respectively, so that the motion and the pitching motion can be performed.

또, 본 발명은 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서, 상기 롤링 센서, 요잉 센서, 또는 피칭 센서는 각각 마그넷과 마그넷의 자력을 감지하는 자력센서를 쌍으로 구비되어 센싱된 자력으로 회전방향을 측정하고, 상기 마그넷과 자력센서의 쌍은 각각 힌지로 연결되는 2개의 모듈에 각각 나누어 구비되는 것을 특징으로 한다.In the three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors, the rolling sensor, the yawing sensor, or the pitching sensor is provided with a pair of magnetic force sensors for sensing the magnetic force of the magnet and the magnet, And the pair of the magnet and the magnetic force sensor are respectively divided into two modules connected by a hinge.

또, 본 발명은 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서, 상기 조립노드는, 일 방향으로 연장되며 내부에 제1 수용공간이 형성되는 제1 탐지모듈; 일 방향으로 연장되며 내부에 제2 수용공간이 형성되고 상기 제1 탐지모듈에 길이방향으로 연결되는 제2 탐지모듈; 및, 상기 제2 탐지모듈의 일단에 연결되고, 다른 조립노드의 제1 탐지모듈과 연결될 수 있는 연결모듈을 포함하고, 상기 제1 및 제2 탐지모듈은 상기 일 방향으로 상대적인 회전이 가능하도록 하는 제1 및 제2 롤링 힌지부를 각각 포함하되, 상기 제1 및 제2 롤링 힌지부는 길이방향을 향해 상대 회전하는 롤링 운동을 수행하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 탐지모듈 중 어느 하나의 내부 공간에는 롤링 센서가 부착된 롤링 센서 보드가 설치되고, 상기 롤링 센서 보드가 설치되지 않은 탐지모듈의 롤링 힌지부에는 제1 마그넷이 설치되고, 상기 제1 탐지모듈에서 상기 제2 탐지모듈과 결합되는 반대쪽 단부에는 제1 요잉 힌지부가 형성되며, 상기 제2 탐지모듈에서 상기 제1 탐지모듈과 결합되는 반대쪽 단부에는 제1 피칭 힌지부가 형성되고, 상기 연결모듈의 일단에는 상기 제1 탐지모듈의 제1 요잉 힌지부와 결합하는 제2 요잉 힌지부가 형성되며, 타단에는 상기 제2 탐지모듈의 제1 피칭 힌지부와 결합하는 제2 피칭 힌지부가 형성되고, 상기 제1 탐지모듈의 일단부와 제2 탐지모듈의 타단부에서 상기 연결모듈이 제1 탐지모듈과 제2 탐지모듈에 대하여 각각 상대적인 요잉 운동과 피칭 운동이 가능하도록, 상기 요잉 힌지부와 피칭 힌지부는 서로 가로지르는 방향으로 형성되고, 상기 제2 요잉 힌지부 및 제2 피칭 힌지부에는 각각 제2 마그넷과 제3 마그넷을 구비하고, 상기 제1 수용공간에는 상기 제2 마그넷과 마주보도록 요잉센서가 부착된 요잉 센서 보드가 설치되고, 상기 제2 수용공간에는 상기 제3 마그넷과 마주보도록 피칭센서가 부착된 피칭 센서 보드가 설치되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors, the assembly node including: a first detection module extending in one direction and having a first accommodation space formed therein; A second detection module extending in one direction and having a second accommodation space formed therein and connected to the first detection module in the longitudinal direction; And a connection module connected to one end of the second detection module, the connection module being connectable to a first detection module of another assembly node, wherein the first and second detection modules are configured to allow relative rotation in the one direction Wherein each of the first and second rolling hinges is configured to perform a rolling motion that relatively rotates in the longitudinal direction, and the first and second rolling hinges A first magnet is installed on the rolling hinge portion of the detection module in which the rolling sensor board is not installed, and a second magnet is installed on the opposite side of the first detection module, which is coupled with the second detection module And a first pitching hinge portion is formed at an opposite end of the second detecting module to be coupled to the first detecting module, A second yawing hinge part for engaging with the first yawing hinge part of the first detection module is formed and a second pitching hinge part for engaging with the first pitching hinge part of the second detection module is formed at the other end, The yawing hinge portion and the pitching hinge portion of the first detection module and the second detection module are arranged such that the yawing hinge portion and the pitching hinge portion of the first detection module and the second detection module are mutually movable relative to the first detection module and the second detection module, And a second magnet and a third magnet are respectively provided on the second yawing hinge portion and the second pitching hinge portion, and a yawing sensor is attached to the first accommodation space so as to face the second magnet A yawing sensor board is installed in the second housing space, and a pitching sensor board having a pitching sensor is provided to face the third magnet in the second housing space.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 의하면, 직렬로 연결된 다수의 조립 노드를 지중 관로에 삽입한 후 전체 조립 노드의 3차원 연결 형태를 파악하여 관로 형태를 추정함으로써, 지중 관로의 입체적인 매설 형태를 측량할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of triaxial rotation sensors according to the present invention, a plurality of assembly nodes connected in series are inserted into an underground channel, and then the three- By estimating the pipe shape, it is possible to measure the three-dimensional buried form of the underground pipe.

또한, 본 발명에 따른 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 의하면, 다수의 조립 노드를 지중 관로에 삽입한 후 조립 노드 전체의 회전방향을 일괄적으로 측정함으로써, 이동시 발생할 수 있는 오차를 제거하고, 이를 통해, 배관 길이에 상관없이 오차의 크기를 제한할 수 있는 효과가 얻어진다.In addition, according to the three-dimensional underground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors according to the present invention, a plurality of assembly nodes are inserted into an underground channel, and the rotational direction of the whole assembly node is collectively measured. The error can be eliminated and the effect of limiting the size of the error regardless of the pipe length can be obtained.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 회전 센서의 3축 방향을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지중관로 측량 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3에서 일부 주요 모듈의 결합구조를 나타내는 확대도이다.
도 5은 도 4의 일부를 확대한 단면 사시도이다.
도 6의 (a)~(c)는 도 5에서 요잉 운동을 위한 결합구조를 나타내는 단면 사시도이다.
도 7는 롤렁 운동을 위한 결합구조를 나타내는 단면 사시도이다.
도 8은 도 5에서 피칭 센서 보드를 나타내는 도면이다.
도 9은 도 5에서 요잉 센서 보드를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 5에서 롤링 센서 보드를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 측량 조립체가 지중 관로에 삽입되어 각 조립 노드에서 측정되는 3축 회전 방향을 나타낸 예시도이다.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 연산부에서 측량 조립체의 각 조립 노드의 위치를 산정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 4개의 노드가 연결된 측량 조립체의 위치를 산출하는 것을 예시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 각 조립노드에서의 절대적인 위치를 산출한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a three-dimensional underground channel surveying system using a plurality of three-axis rotation sensors according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a three-axis direction of a three-axis rotation sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a three-dimensional underground channel surveying system according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view showing a coupling structure of some main modules in Fig.
5 is an enlarged cross-sectional perspective view of part of FIG.
6 (a) to 6 (c) are cross-sectional perspective views showing a coupling structure for yawing motion in FIG.
7 is a cross-sectional perspective view showing a coupling structure for rolling movement.
8 is a view showing the pitching sensor board in FIG.
Fig. 9 is a view showing the yawing sensor board in Fig. 5. Fig.
10 is a view showing a rolling sensor board in FIG.
11 is an exemplary view illustrating a three-axis rotation direction of a measurement assembly inserted into an underground channel according to an embodiment of the present invention and measured at each assembly node.
12 is a flowchart illustrating a method for estimating the position of each assembled node of a measurement assembly in an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating calculating the position of a metering assembly in which four nodes are connected in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing a result of calculating an absolute position at each assembly node according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.First, the configuration of a three-dimensional underground channel surveying system using a plurality of three-axis rotation sensors according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 지중관로 탐지 시스템은 다수의 조립 노드(10)로 조립되는 측량 조립체(30), 각 조립 노드(10)의 3축 회전 센서(20)로부터 측정된 3축 회전 방향 데이터를 수집하는 수집부(40), 및, 수집된 3축 회전 방향 데이터를 이용하여 지중 관로의 3차원 형태를 탐지하는 연산부(50)로 구성된다. 또한, 측량 조립체(30)를 관로(1)에 삽입하기 위한 와이어 풀링장치(60)를 추가로 포함하여 구성될 수 있다.1, a three-dimensional underground pipe detection system according to the present invention includes a measurement assembly 30 assembled into a plurality of assembly nodes 10, a measurement unit 30 for measuring from three-axis rotation sensors 20 of each assembly node 10, And a calculation unit 50 for detecting the three-dimensional shape of the underground channel by using the collected three-axis rotation direction data. It may further comprise a wire pulling device 60 for inserting the metering assembly 30 into the conduit 1.

먼저, 조립 노드(10)는 3축 회전 센서(20)를 구비하는 단위체로서, 길이 방향의 양측으로 연결모듈이 구비된다. 따라서 조립 노드(10)는 연결모듈을 통해 다른 조립 노드와 조립할 수 있다.First, the assembly node 10 is equipped with a three-axis rotation sensor 20, and a connection module is provided on both sides in the longitudinal direction. Thus, the assembly node 10 can be assembled with other assembly nodes through the connection module.

조립 노드(10)의 연결모듈은 다른 조립 노드와 쉽게 조립하거나 분리할 수 있도록 구성된다.The connection module of the assembly node 10 is configured to be easily assembled or separated with other assembly nodes.

또한, 3축 회전 센서(20)는 3축으로의 회전 방향을 측정할 수 있는 센서이다.The three-axis rotation sensor 20 is a sensor capable of measuring the rotation direction in three axes.

도 2에서 보는 바와 같이, 3축은 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw)로 나타낸다. 피치는 이동방향에 대하여 수직의 수평면에 있는 축 주위의 회전을 나타내고, 롤은 이동방향에 대한 평행한 수평면에 있는 축 주위의 회전을 나타낸다. 또한, 요는 이동방향에 수직의 수직면에 있는 축 주위의 회전을 나타낸다.As shown in FIG. 2, the three axes are represented by pitch, roll, and yaw. The pitch represents the rotation around the axis in a horizontal plane perpendicular to the direction of movement and the roll represents the rotation around the axis in the parallel horizontal plane to the direction of movement. Also, the yaw represents rotation around an axis in a vertical plane perpendicular to the direction of movement.

또한, 바람직하게는, 조립 노드(10)는 연결모듈에 통신 케이블을 구비하여, 다른 조립 노드와 조립되어 연결되면, 통신 케이블을 통해 연결될 수 있다. 조립 노드(10)의 통신 케이블은 3축 회전 센서(20)와도 연결된다. 따라서 3축 회전 센서(20)는 자신이 측정한 회전 방향 데이터를 통신 케이블을 통해 외부로 전송할 수 있다.Also, preferably, the assembly node 10 is provided with a communication cable to the connection module so that it can be connected via a communication cable when assembled and connected with other assembly nodes. The communication cable of the assembly node 10 is also connected to the three-axis rotation sensor 20. Therefore, the 3-axis rotation sensor 20 can transmit the rotation direction data measured by itself to the outside through the communication cable.

다음으로, 측량 조립체(30)는 다수의 조립 노드(10)들이 직렬로 조립되어 연결된 조립체이다. 각 조립 노드(10)는 연결 모듈을 통해 다른 조립 노드와 쉽게 조립되거나 분리될 수 있다.Next, the metering assembly 30 is an assembly in which a plurality of assembly nodes 10 are assembled in series. Each assembly node 10 can be easily assembled or separated with other assembly nodes through a connection module.

따라서 필요한 개수만큼 조립 노드(10)들을 조립하여 측량 조립체(30)를 만들 수 있다. 즉, 도 1에서 보는 바와 같이, 맨홀(2a,2b)을 거쳐 지중 관로(1)에 삽입될 수 있도록, 조립 노드(10)들을 직렬로 연결 조립하여 필요한 길이만큼의 긴 측량 조립체(30)를 생성한다.Thus, the required number of assembly nodes 10 can be assembled to form the metering assembly 30. That is, as shown in FIG. 1, the assembly nodes 10 are connected and assembled in series so as to be inserted into the underground conduit 1 through the manholes 2a and 2b, .

한편, 각 조립 노드(10)의 연결 모듈에는 통신 케이블이 구비되고, 연결 모듈을 통해 조립 노드(10)가 조립되어 연결되면, 해당 통신 케이블도 연결되어 서로 간에 데이터 통신이 가능하다. 따라서 서로 인접하게 조립된 두 조립 노드들 간에 통신 케이블을 통해 데이터 통신이 가능하므로, 직렬로 연결된 다수의 조립 노드(10)들 전체가 데이터 통신이 가능하다.Meanwhile, when a communication cable is provided in the connection module of each assembly node 10, and the assembly node 10 is assembled and connected through the connection module, the communication cable is also connected to enable data communication with each other. Accordingly, since data communication is possible between the two assembled nodes adjacent to each other via the communication cable, the entire plurality of assembly nodes 10 connected in series can perform data communication.

따라서 측량 조립체(30)는 마지막 조립 노드(10)의 통신 케이블을 통해, 전체 조립 노드(10)들과 통신이 연결될 수 있다. 즉, 측량 조립체(30)는 통신 케이블을 통해, 조립된 모든 조립 노드(10)의 3축 회전 센서(20)로부터 측정된 데이터가 전송될 수 있다.Thus, the metering assembly 30 can be in communication with the entire assembly nodes 10, via the communication cable of the last assembly node 10. That is, the metering assembly 30 can transmit measured data from the three-axis rotation sensor 20 of all the assembled nodes 10 through the communication cable.

다음으로, 수집부(40)는 측량 조립체(30)의 모든 조립 노드(10)에서 측정된 3축 회전 방향 데이터를 모두 수집한다.Next, the collecting unit 40 collects all of the measured three-axis rotational direction data at all the assembly nodes 10 of the metering assembly 30.

즉, 수집부(40)는 측량 조립체(30)의 마지막 조립 노드(10)와 연결되고, 마지막 조립 노드(10)의 통신 케이블을 통해 다른 모든 조립 노드들과 통신으로 연결된다. 따라서 수집부(40)는 측량 조립체(30)의 모든 조립 노드들과 통신으로 연결되어, 각 조립 노드의 3축 회전 센서(20)에서 측정된 측정값, 즉, 회전 방향 데이터를 수신할 수 있다.That is, the collector 40 is connected to the final assembly node 10 of the metering assembly 30 and is communicatively coupled to all other assembly nodes through the communication cable of the last assembly node 10. [ Thus, the collection unit 40 may be communicatively coupled with all of the assembly nodes of the metering assembly 30 to receive measurement measurements, i. E., Rotation direction data, at the three-axis rotation sensor 20 of each assembly node .

다음으로, 연산부(50)는 수집부(40)를 통해 수집된 3축 회전 방향 데이터를 모두 수신한다. 즉, 측량 조립체(30)의 모든 조립 노드(10)에서 측정된 3축 회전 방향 데이터를 모두 수신한다.Next, the operation unit 50 receives all of the three-axis rotation direction data collected through the collecting unit 40. Then, That is, all the three-axis rotation direction data measured at all the assembly nodes 10 of the measurement assembly 30 are received.

또한, 연산부(50)는 수신된 회전 방향 데이터를 이용하여, 직렬로 연결된 조립 노드의 3차원 형태를 연산한다. 그리고 모든 조립 노드의 3차원 형태로부터 지중 관로(1)의 3차원 형태를 추정한다.The arithmetic unit 50 calculates the three-dimensional shape of the assembly node connected in series using the received rotation direction data. And we estimate the 3D shape of the underground channel (1) from the 3D shape of all the assembled nodes.

다음으로, 와이어 풀링장치(60)는 측량 조립체(30)의 첫번째 조립 노드(10)에 연결된 와이어(61)를 견인한다. 와이어(61)는 측량 조립체(30)를 지중 관로(1)에 삽입하기 위한 장치이다. 첫번째 조립 노드(10)에 와이어(61)가 연결되고, 와이어 풀링장치(60)로 견인하면, 측량 조립체(30)가 지중 관로(1) 삽입될 수 있다.Next, the wire pulling device 60 pulls the wire 61 connected to the first assembly node 10 of the metering assembly 30. The wire 61 is a device for inserting the metering assembly 30 into the underground conduit 1. Once the wire 61 is connected to the first assembly node 10 and towed by the wire pulling device 60 the metering assembly 30 can be inserted into the underground conduit 1.

와이어 풀링장치(60)는 측량 조립체(30)를 관로(1)에 삽입하기 위한 장치의 일례일 뿐이고, 측량 조립체(30)를 삽입하기 위한 다른 모든 수단이 적용될 수 있다. 예를 들어, 견인 로봇 장치를 이용할 수 있다. 즉, 견인 로봇 장치와 첫번째 조립 노드(10)를 연결하고, 견인 로봇 장치가 지중 관로(1)를 지나가서 반대편 맨홀(2b)로 나오게 할 수 있다.The wire pulling device 60 is only one example of a device for inserting the metering assembly 30 into the conduit 1 and any other means for inserting the metering assembly 30 may be applied. For example, a traction robot can be used. That is, the traction robot apparatus may be connected to the first assembly node 10, and the traction robot apparatus may pass through the underground conduit 1 and exit to the opposite manhole 2b.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 조립 노드(10)의 세부 구성을 도 3 내지 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the detailed configuration of the assembly node 10 according to one embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3 to FIG.

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 조립 노드(10)는, 일 방향으로 연장되며 내부에 제1 수용공간(150)이 형성되는 제1 탐지모듈(100), 일 방향으로 연장되며 내부에 제2 수용공간(250)이 형성되고 상기 제1 탐지모듈(100)에 길이방향으로 연결되는 제2 탐지모듈(200), 서로 연결된 상기 제1 탐지모듈(100) 또는 제2 탐지모듈(200)의 일단에 각각 연결되는 연결모듈(300)을 포함한다.3 to 5, the assembly node 10 includes a first detection module 100 extending in one direction and having a first accommodation space 150 formed therein, a first detection module 100 extending in one direction, A second detection module 200 formed with a second accommodation space 250 and connected to the first detection module 100 in the longitudinal direction, the first detection module 100 or the second detection module 200 connected to each other, And a connection module 300 connected to one end of the connection module 300, respectively.

한편, 각 조립 노드(10)는 제1 탐지모듈(100)-제2 탐지모듈(200)-연결모듈(300)로 구성되어 다른 조립 노드들과 연속적으로 조립될 수 있는 구성을 포함한다. 따라서 조립노드들은 이러한 직렬 순서에 따라 반복적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 조립노드의 제1 탐지모듈(100)-제2 탐지모듈(200)-연결모듈(300)와, 제2 조립노드의 제1 탐지모듈(100)-제2 탐지모듈(200)-연결모듈(300)가 연속적으로 조립된다. 또는, 각 조립 노드(10)들은 연결모듈(300)-제1 탐지모듈(100)-제2 탐지모듈(200)-로 구성되고, 이러한 순서대로 다른 조립 노드들과 연속적으로 조립될 수 있다. 즉, 제1 조립노드의 연결모듈(300)-제1 탐지모듈(100)-제2 탐지모듈(200)와, 제2 조립노드의 연결모듈(300)-제1 탐지모듈(100)-제2 탐지모듈(200)가 연속적으로 조립될 수 있다.Each of the assembly nodes 10 includes a first detection module 100, a second detection module 200, and a connection module 300, and can be continuously assembled with other assembly nodes. Thus, the assembled nodes can be repeatedly connected in this serial order. That is, the first detection module 100, the second detection module 200, and the connection module 300 of the first assembly node, the first detection module 100 and the second detection module 200 of the second assembly node, The connection module 300 is assembled consecutively. Alternatively, each assembly node 10 may consist of a connection module 300, a first detection module 100, and a second detection module 200, and may be assembled successively with other assembly nodes in this order. That is, the connection module 300 of the first assembly node, the first detection module 100, the second detection module 200, the connection module 300 of the second assembly node, the first detection module 100, 2 detection module 200 can be assembled continuously.

구체적으로, 제1 탐지모듈(100)과 제2 탐지모듈(200)은 상기 일 방향으로 상대적인 회전이 가능하도록 하는 제1 롤링 힌지부(110)와 제2 롤링 힌지부(210)를 각각 포함한다. 이를 위해, 상기 제1 롤링 힌지부(110)와 제2 롤링 힌지부(210)는 둘레방향을 따라 홈(111)과 걸림턱(211)이 형성된 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 롤링 힌지부(110)와 제2 롤링 힌지부(210)는 길이방향을 향해 상대 회전하는 롤링 운동을 수행한다.Specifically, the first detection module 100 and the second detection module 200 include a first rolling hinge part 110 and a second rolling hinge part 210, respectively, which allow relative rotation in one direction . The first rolling hinge part 110 and the second rolling hinge part 210 may have a structure in which a groove 111 and an engagement step 211 are formed along the circumferential direction. Accordingly, the first rolling hinge part 110 and the second rolling hinge part 210 perform a rolling motion relative to the longitudinal direction.

이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 제1 탐지모듈(100)과 제2 탐지모듈(200) 중 어느 하나의 내부 공간에는 롤링(roll) 센서(또는 센싱모듈)(511)가 부착된 롤링 센서 보드(510)가 설치될 수 있으며, 상기 롤링 센서 보드(510)가 설치되지 않은 탐지모듈의 롤링 힌지부에는 제1 마그넷(541)이 설치될 수 있다. 즉, 롤링 센서는 마그넷과, 마그넷의 자력을 센싱하는 센싱 모듈(자력센서)로 구성되어, 센싱되는 자력으로 회전방향을 측정한다.In this case, as shown in FIG. 7, a roll sensor (or a sensing module) 511 is attached to the inner space of any one of the first detection module 100 and the second detection module 200 A rolling sensor board 510 may be installed and a first magnet 541 may be installed on a rolling hinge portion of the detection module where the rolling sensor board 510 is not installed. That is, the rolling sensor is composed of a magnet and a sensing module (magnetic force sensor) that senses the magnetic force of the magnet, and measures the direction of rotation by the magnetic force to be sensed.

도면에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 마그넷(541)은 상기 제1 롤링 힌지부(110)의 둘레 방향을 따라 내장되어 있으며 상기 롤링 센서(511)가 상기 자석의 자력을 감지하여 롤링 각도를 감지할 수 있게 되어 있다.As shown in the figure, the first magnet 541 is built along the circumferential direction of the first rolling hinge part 110, and the rolling sensor 511 senses the magnetic force of the magnet and senses the rolling angle It is possible.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 롤링 센서 보드(510)가 설치되지 않은 탐지모듈의 롤링 힌지부(도면에서는 제1 롤링 힌지부(110))에는 슬립 링(512)이 설치될 수 있다. 상기 슬립 링(512)에는 플랜지가 형성되어 상기 롤링 회전부의 격벽에 적절한 볼트를 통해 견고하게 고정될 수 있다.As shown in FIG. 5, a slip ring 512 may be installed on the rolling hinge portion (the first rolling hinge portion 110 in the drawing) of the detection module in which the rolling sensor board 510 is not installed. A flange may be formed on the slip ring 512 to be firmly fixed to the partition wall of the rolling rotating part through a suitable bolt.

상기 롤링 센서 보드(510)는 상기 롤링 운동이 이루어지는 평면과 동일 평면에 배치될 수 있다.The rolling sensor board 510 may be disposed on the same plane as the plane in which the rolling motion is performed.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제1 탐지모듈(100)에서 상기 제1 탐지모듈(100)과 제2 탐지모듈(200)의 결합부의 반대쪽 단부에는 제1 요잉 힌지부(120)가 형성되며, 상기 제2 탐지모듈(200)에서 상기 제1 탐지모듈(100)과 제2 탐지모듈(200)의 결합부의 반대쪽 단부에는 제1 피칭 힌지부(230)가 형성된다.6, a first yawing hinge part 120 is provided at the opposite end of the first detection module 100 and the second detection module 200 on the opposite side of the coupling part of the first detection module 100 and the second detection module 200, And a first pitching hinge part 230 is formed at the opposite end of the coupling part between the first detection module 100 and the second detection module 200 in the second detection module 200.

상기 연결모듈(300)의 일단에는 상기 제1 탐지모듈(100)의 단부에 형성된 제1 요잉 힌지부(120)와 결합하는 제2 요잉 힌지부(320)가 형성되며, 타단에는 상기 제2 탐지모듈(200)의 단부에 형성된 제1 피칭 힌지부(230)와 결합하는 제2 피칭 힌지부(330)가 형성된다.A second yawing hinge part 320 coupled to a first yawing hinge part 120 formed at an end of the first detection module 100 is formed at one end of the connection module 300, A second pitching hinge part 330 is formed to engage with the first pitching hinge part 230 formed at the end of the module 200. [

이에 따라, 상기 제1 탐지모듈(100)의 일단부와 제2 탐지모듈(200)의 타단부에서 상기 연결모듈(300)이 제1 탐지모듈(100)과 제2 탐지모듈(200)에 대하여 각각 상대적인 요잉 운동과 피칭 운동이 가능하게 된다.The connection module 300 is connected to the first detection module 100 and the second detection module 200 at one end of the first detection module 100 and at the other end of the second detection module 200 Relative yawing and pitching movements, respectively.

상기 요잉 운동과 피칭 운동의 방향이 서로 가로지르도록 상기 요잉 힌지부(120, 320)와 피칭 힌지부(230, 330)는 서로 가로지르는 방향으로 형성된다. The yawing hinge portions 120 and 320 and the pitching hinge portions 230 and 330 are formed to cross each other such that the directions of the yawing motion and the pitching motion cross each other.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 제2 요잉 힌지부(320)에는 제2 마그넷(542)이 내장되어 있다.As shown in the figure, a second magnet 542 is embedded in the second yaw hinge portion 320.

또한, 상기 제1 요잉 힌지부(120)가 상기 제2 마그넷(542)이 내장된 제2 요잉 힌지부(320)를 덮은 상태에서 상대 회전 가능하게 되어 있다.The first yawing hinge portion 120 is rotatable relative to the second yawing hinge portion 320 in which the second magnet 542 is embedded.

또한, 도면에 자세히 도시되지는 않았으나. 제2 피칭 힌지부(330)에는 제3 마그넷(미도시)이 상기 제2 마그넷(542)과 동일한 방식으로 설치되어 있으며, 상기 제1 피칭 힌지부(230)가 상기 제3 마그넷이 내장된 제2 피칭 힌지부(330)를 덮은 상태에서 상대 회전 가능하게 되어 있다.Also, although not shown in detail in the drawings, A third magnet (not shown) is installed in the second pitching hinge part 330 in the same manner as the second magnet 542, and the first pitching hinge part 230 is provided with the third magnet 2 pitching hinge portion 330 in a state of being covered.

또한, 도 5과 도 6 및 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 제1 탐지모듈(100)의 내부에 형성된 제1 수용공간(150)에는 요잉 센서(또는 센싱모듈)(521)가 부착된 요잉 센서 보드(520)가 설치된다.5, 6, and 9, a first receiving space 150 formed in the first detecting module 100 is provided with a yawing sensor (or a sensing module) A sensor board 520 is installed.

이 경우, 상기 요잉 센서 보드(520)는 상기 요잉 운동이 이루어지는 평면과 동일 평면을 이루도록 배치되어 요잉 각도를 정확히 측정하도록 하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the yawing sensor board 520 is arranged to be flush with the plane where the yawing motion is performed, so that the yawing angle can be accurately measured.

또한, 도 5과 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 탐지모듈(100)의 내부에 형성된 제2 수용공간(250)에는 피칭 센서(또는 센싱모듈)(531)가 부착된 피칭 센서 보드(530)가 설치된다.5 and 8, a second sensing space 250 formed in the second sensing module 100 is provided with a pitching sensor board (or sensing module) 530 are installed.

상기 요잉 센서(521)와 피칭 센서(531)가 상기 제2 마그넷(542)과 제3 마그넷(543)와 각각 마주보도록 설치되어, 자력을 감지함으로써 요잉 각도와 피칭 각도를 감지할 수 있게 된다. 즉, 요잉 센서와 피칭 센서 각각 마그넷과, 마그넷의 자력을 센싱하는 센싱 모듈(또는 자력센서)을 쌍으로 구성되어, 센싱되는 자력으로 회전방향을 측정한다.The yawing sensor 521 and the pitching sensor 531 are provided to face the second magnet 542 and the third magnet 543 so that the yawing angle and the pitching angle can be detected by sensing the magnetic force. That is, each of the yawing sensor and the pitching sensor is composed of a magnet and a sensing module (or magnetic force sensor) sensing the magnetic force of the magnet, and the direction of rotation is measured by the magnetic force sensed.

이 경우, 상기 피칭 센서 보드(530)는 상기 피칭 운동이 이루어지는 평면과 동일 평면을 이루도록 배치되어 피칭 각도를 정확히 측정하도록 하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the pitching sensor board 530 is arranged to be flush with the plane where the pitching motion is performed, so that the pitching angle can be accurately measured.

한편, 통신 케이블(400)이 요잉 센서 보드(520)와 롤링 센서 보드(510)와 연결되고, 롤링 센서 보드(510)와 피칭 센서 보드(530)와 연결된다. 따라서, 통신 케이블(400)은 요잉 센서 보드(520), 롤링 센서 보드(510), 및, 피칭 센서 보드(530)의 순으로 직렬 연결된다.The communication cable 400 is connected to the yawing sensor board 520 and the rolling sensor board 510 and is connected to the rolling sensor board 510 and the pitching sensor board 530. Therefore, the communication cable 400 is connected in series in the order of the yawing sensor board 520, the rolling sensor board 510, and the pitching sensor board 530 in this order.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 연산부(50)의 3차원 관로 형태를 추정하는 방법을 도 11 내지 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, a method of estimating the three-dimensional channel shape of the calculation unit 50 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 11 to 10. FIG.

도 11에서 보는 바와 같이, 측량 조립체(30)는 관로(1)에 삽입되면, 각 조립 노드(10)들은 직렬로 서로 연결된다. 이때, 관로(1)의 배관 곡률에 따라 각각의 조립 노드(10)가 일정한 방향을 향하게 되고, 각 조립 노드(10)의 3축 방향 센서(20)들이 해당 3축 방향을 측정한다.11, when the metering assembly 30 is inserted into the conduit 1, each assembly node 10 is connected in series with one another. At this time, the respective assembly nodes 10 are oriented in a certain direction according to the pipe curvature of the pipeline 1, and the three-axis direction sensors 20 of the respective assembly nodes 10 measure the corresponding three-axis directions.

도 11은 6개의 조립 노드들로 구성된 측량 조립체가 관로(1)에 삽입된 것을 예시하고 있다. 가장 왼쪽의 조립 노드를 1번, 그 다음 조립 노드를 2번 등으로 순번을 갖는다고 가정한다. 그리고 각 조립 노드들은 z축 또는 수직방향으로만 기울어지는 것으로 가정한다.Figure 11 illustrates that a metering assembly comprised of six assembly nodes is inserted into the conduit 1. Assume that the leftmost assembly node has a sequence number of 1, the next assembly node is 2, and so on. It is assumed that each assembly node is tilted only in the z-axis or vertical direction.

이때, 도 11의 예에서, 1번째 조립 노드는 0도, 2번째 조립 노드는 10도, 3번째 조립 노드는 -5도 등으로, 각 조립 노드에서 3축 방향이 측정된다. 그런데, 이때, 각 조립 노드의 3축 방향은 직전에 연결된 조립 노드를 기준으로 하여 측정된 3축 방향이다. 즉, 각 조립 노드에서 측정되는 상대적인 z축 방향은 다음과 같다.11, the first assembly node is 0 degrees, the second assembly node is 10 degrees, the third assembly node is -5 degrees, and the three axis directions are measured at each assembly node. However, at this time, the three-axis directions of the respective assembly nodes are the three-axis directions measured with reference to the assembly node connected immediately before. That is, the relative z-axis direction measured at each assembly node is as follows.

(0°, 10°, -5°, -10°, 2°, 13°)(0 °, 10 °, -5 °, -10 °, 2 °, 13 °)

그런데, 위의 각도들은 모두 상대적인 것이고, 이들의 상대적인 방향을 누적한 것이 각 조립 노드의 실제 방향이다. 이때, 실제 방향이란 절대적인 방향으로서, 도 11의 예에서 지표면에서의 각도를 나타낸다. 절대적인 z축의 방향은 다음과 같다.However, the above angles are all relative, and their relative orientation is the actual direction of each assembly node. At this time, the actual direction is an absolute direction, and represents the angle on the surface of the earth in the example of Fig. The absolute z-axis direction is as follows.

(0°, -10°, 5°, -5°, -3°, 10°)(0 °, -10 °, 5 °, -5 °, -3 °, 10 °)

그런데 3축 방향은 롤(roll), 요(yaw), 피치(pitch)로 나타내므로, 오일러 회전 공식을 이용하여, 3축 방향을 통합된 행렬로 표시할 수 있다.However, since the three-axis directions are represented by roll, yaw, and pitch, the three-axis directions can be displayed as an integrated matrix using the Euler rotation formula.

즉, 오일러 회전 공식에 의한 롤(roll), 요(yaw), 피치(pitch)의 각 회전 행렬은 다음과 같다.That is, each rotation matrix of roll, yaw, and pitch by the Euler rotation formula is as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017089078105-pat00001
Figure 112017089078105-pat00001

이로부터, 오일러 회전 공식을 이용하여, 3축 방향을 통합된 행렬로 표시하면, 다음 수학식 2와 같다.From this, the three-axis directions are represented by an integrated matrix using the Euler rotation formula.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112017089078105-pat00002
Figure 112017089078105-pat00002

여기서, TM(θ1,θ2,θ3)은 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 방향이 각각 θ1,θ2,θ3 일때의 통합 회전행렬을 나타낸다.Here, TM (θ 1 , θ 2 , θ 3 ) represents the integrated rotation matrix when the directions of roll, pitch, and yaw are θ 1 , θ 2 , and θ 3 , respectively.

각 조립 노드(10)에서 측정되는 3축 방향은 직전 조립 노드(10)를 기준으로 하는 상대적인 방향이므로, 각 조립 노드(10)에서 상기 수학식 2를 이용하여 각 조립노드의 회전행렬을 구하고 이들을 누적하여 절대적 방향을 구할 수 있다.Since the directions of the three axes measured at the respective assembly nodes 10 are relative to the previous assembly node 10, the respective assembly nodes 10 obtain the rotation matrix of each assembly node using Equation (2) The absolute direction can be obtained cumulatively.

도 12의 흐름도를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 12은 3차원 관로 형태를 추정하는 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.Will be described in more detail with reference to the flowchart of Fig. 12 is a flowchart showing a method of estimating the shape of a three-dimensional pipe.

이하의 설명에서는 측량 조립체(30)가 N(N은 자연수)개의 조립 노드(10)들이 연결되어 조립된 것으로 본다. 그리고 각 조립 노드들의 순번은 가장 마지막에 조립되는 조립 노드를 1번으로 정하고, 맨 처음에 관로(1)로 삽입되는 조립 노드를 마지막 번, 즉, N번 노드로 인덱스를 정하는 것으로 설명한다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 반대로부터 순차적으로 진행하여도 무방한다.In the following description, it is assumed that the measurement assembly 30 is assembled by assembling N (N is a natural number) assembly nodes 10 together. The order number of each assembly node is determined by setting the assembly node to be the last to be assembled to be 1, and the assembly node to be inserted into the pipe 1 at the beginning is indexed to the last node, that is, Nth node. However, this is for the sake of convenience of explanation, and it may proceed sequentially from the opposite side.

도 13은 4개의 노드가 연결된 것을 예시한 도면이다.13 is a diagram illustrating the connection of four nodes.

먼저, 초기화 한다(S10).First, initialization is performed (S10).

위도와 경도와 깊이를 원점으로부터 기울어져 있는 만큼 방향벡터로 변환한다. 여기서 초기 누적위치벡터는 위/경도, 깊이를 기준으로 기울어져 있지 않다고 가정한다. 즉, z축을 기본(Default) 방향벡터로 설정한다.Converts latitude, longitude and depth to a direction vector as much as it is tilted from the origin. Here, it is assumed that the initial cumulative position vector is not skewed with respect to the stomach / hardness and depth. That is, the z axis is set as a default direction vector.

즉, 초기값 입력 x, y = 0, z만 1이 되도록 한다. 따라서 최초 방향벡터는 [0 0 1]로 설정할 수 있다.That is, the initial value input x, y = 0, and z are all 1s. Therefore, the initial direction vector can be set to [0 0 1].

한편, 바람직하게는, 벡터 연산을 위하여 각도를 라디안으로 변환하여 사용한다.On the other hand, preferably, angles are converted into radians for vector calculation and used.

다음으로, 수학식 2를 이용하여 n번째 노드의 측정벡터를 추출한다(S20).Next, the measurement vector of the n-th node is extracted using Equation (2) (S20).

현재 조립노드, 즉, n번째 조립노드에서 측정된 3축 방향, 즉, 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 방향값을 수학식 2에 대입하여, n번째 노드(또는 현재 조립노드)의 측정된 방향벡터를 산출한다. 이때의 측정된 방향벡터(이하 측정 벡터)는 이전 조립 노드(n-1번째 조립노드)를 기준으로 측정된 상대적인 방향벡터이다.The direction values of the roll axis, pitch, and yaw measured at the current assembly node, i.e., the nth assembly node, are substituted into the equation (2) 0.0 > assembly node). ≪ / RTI > The measured direction vector (hereinafter referred to as a measurement vector) is a relative direction vector measured based on the previous assembly node (n-1th assembly node).

다음으로, n번째 측정벡터를 n-1번째 방향벡터에 곱하여 n번째 방향벡터를 결정한다(S30).Next, the n-th direction vector is determined by multiplying the (n-1) th direction vector by the n-th measurement vector (S30).

즉, 이전 조립노드, 즉, n-1번째 조립노드의 방향벡터(또는 절대적 방향벡터)에 앞서 단계(S20)에서 구한 n번째 측정벡터를 곱한다. 그 결과 값으로 현재 조립노드의 절대적인 방향벡터, 즉, n번째 방향벡터를 산출할 수 있다.That is, the nth measurement vector obtained in step S20 is multiplied by the direction vector (or the absolute direction vector) of the previous assembly node, i.e., the (n-1) th assembly node. As a result, the absolute direction vector of the current assembly node, i.e., the n-th direction vector, can be calculated.

다음으로, n번째 방향벡터에 n번째 노드의 길이를 곱하여 n번째 위치벡터를 산정한다(S40).Next, the n-th position vector is calculated by multiplying the n-th direction vector by the length of the n-th node (S40).

앞서 단계(S30)에서 구한 현재 조립노드의 방향벡터(또는 절대적 방향벡터)에 노드의 길이를 곱하면, 현재 조립노드의 위치벡터(또는 n번째 위치벡터)를 산정할 수 있다. 이때의 현재 위치벡터는 직전 조립노드(n-1번째 조립노드)를 기준으로 하는 위치 벡터이다.The position vector (or the n-th position vector) of the current assembly node can be calculated by multiplying the length of the node by the direction vector (or absolute direction vector) of the current assembly node obtained in step S30. The current position vector at this time is a position vector based on the immediately preceding assembly node (n-1th assembly node).

다음으로, n-1번째 누적위치벡터에 n번째 위치벡터를 더하여 n번째 누적위치 벡터를 산정한다(S50).Next, an n-th accumulation position vector is added to the n-1 accumulation position vector to calculate an n-th accumulation position vector (S50).

이전 조립노드까지의 누적된 위치벡터(또는 n-1번째 누적위치 벡터)에 현재 위치벡터(또는 현재 조립노드의 위치벡터)를 더하여, 현재 조립노드까지의 누적된 위치벡터(또는 n번째 누적위치 벡터)를 구한다.(Or the n-1 cumulative position vector) to the current assembly node by adding the current position vector (or the position vector of the current assembly node) to the cumulative position vector Vector).

그리고, n이 N에 도달하기 전까지 위의 과정을 반복한다(S60).Then, the above process is repeated until n reaches N (S60).

모든 조립노드에 대하여 앞서 단계들을 반복하여, 모든 조립노드에서의 누적위치 벡터를 산출한다. 즉, 노드 1, 2, ..., N의 누적 위치 벡터를 산출할 수 있다.The above steps are repeated for all the assembled nodes to calculate the cumulative position vector at all the assembled nodes. That is, the cumulative position vectors of the nodes 1, 2, ..., N can be calculated.

상기와 같은 반복 과정을 통해, 각 조립노드에서의 절대적인 위치를 산출한 결과를 도 14에 도시되고 있다. 도 14(a)는 측면에서 본 위치, 즉, y축과 z축에 대한 위치를 나타낸 그래프이고, 도 14(b)는 위에서 본 위치, 즉, x축과 z축에 대한 위치를 나타낸 그래프이다.The result of calculating the absolute position at each assembly node through the above-described iteration process is shown in FIG. 14 (a) is a graph showing positions on a side view, that is, positions on the y-axis and the z-axis, and Fig. 14 (b) is a graph showing positions on the x-axis and the z-axis .

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

10 : 조립 노드 20 : 3축 방향 센서
30 : 측량 조립체 40 : 수집부
50 : 연산부 60 : 와이어 풀링장치
61 : 와이어
100 : 제1 탐지모듈 110 : 제1 롤링 힌지부
120 : 제1 요잉 힌지부 150 : 제1 수용공간
200 : 제2 탐지모듈 210 : 제2 롤링 힌지부
230 : 제1 피칭 힌지부 250 : 제2 수용공간
300 : 연결모듈
320 : 제2 요잉 힌지부 330 : 제2 피칭 힌지부
400 : 통신케이블
510 : 롤링센서 보드 511 : 롤링센서
520 : 요잉센서 보드 521 : 요잉센서
530 : 피칭센서 보드 531 : 피칭센서 보드
541 : 제1 마그넷 542 : 제2 마그넷
543 : 제3 마그넷10: Assembly node 20: 3-axis direction sensor
30: measuring assembly 40: collecting part
50: operation unit 60: wire pulling device
61: wire
100: first detection module 110: first rolling hinge part
120: first yawing hinge part 150: first accommodation space
200: second detection module 210: second rolling hinge part
230: first pitching hinge part 250: second accommodation space
300: connection module
320: second yawing hinge 330: second pitching hinge part
400: Communication cable
510: Rolling sensor board 511: Rolling sensor
520: yawing sensor board 521: yawing sensor
530: Pitching sensor board 531: Pitching sensor board
541: first magnet 542: second magnet
543: Third magnet

Claims (5)

다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서,
다수의 조립 노드가 직렬로 조립되어 구성되는 측량 조립체로서, 각 조립 노드는 3축 방향 센서를 구비하는 측량 조립체;
각 조립 노드의 3축 회전 센서로부터 측정된 3축 회전 방향 데이터를 수집하는 수집부; 및,
수집된 3축 회전 방향 데이터를 이용하여 각 조립 노드의 위치를 파악하고, 직렬로 연결된 조립 노드의 위치들을 지중 관로의 3차원 형태로 추정하는 연산부를 포함하고,
상기 조립노드는, 일 방향으로 연장되는 제1 탐지모듈, 일 방향으로 연장되며 상기 제1 탐지모듈에 길이방향으로 연결되는 제2 탐지모듈; 및, 상기 제2 탐지모듈의 일단에 연결되고, 다른 조립노드의 제1 탐지모듈과 연결될 수 있는 연결모듈을 포함하고,
상기 제1 및 제2 탐지모듈은 상기 일 방향으로 상대적인 회전이 가능하도록 하는 제1 및 제2 롤링 힌지부를 각각 포함하되, 상기 제1 및 제2 롤링 힌지부는 길이방향을 향해 상대 회전하는 롤링 운동을 수행하도록 구성되며, 상기 롤링 운동의 방향을 센싱하는 롤링센서를 구비하고,
상기 제1 탐지모듈에서 상기 제2 탐지모듈과 결합되는 반대쪽 단부에는 제1 요잉 힌지부가 형성되며, 상기 제2 탐지모듈에서 상기 제1 탐지모듈과 결합되는 반대쪽 단부에는 제1 피칭 힌지부가 형성되고,
상기 연결모듈의 일단에는 다른 조립 노드의 제1 탐지모듈의 제1 요잉 힌지부와 결합할 수 있는 제2 요잉 힌지부가 형성되며, 타단에는 상기 제2 탐지모듈의 제1 피칭 힌지부와 결합하는 제2 피칭 힌지부가 형성되고,
상기 제1 탐지모듈의 일단부와 제2 탐지모듈의 타단부에서 상기 연결모듈이 제1 탐지모듈과 제2 탐지모듈에 대하여 각각 상대적인 요잉 운동과 피칭 운동이 가능하도록, 상기 요잉 힌지부와 피칭 힌지부는 서로 가로지르는 방향으로 형성되고,
상기 요잉 운동과 피칭 운동을 각각 센싱하는 요잉 센서와 피칭 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템.
In a three-dimensional underground channel surveying system using a plurality of three-axis rotation sensors,
A metering assembly in which a plurality of assembly nodes are assembled in series, each assembly node comprising a metrology assembly having a three-axis direction sensor;
A collecting unit for collecting three-axis rotation direction data measured from the three-axis rotation sensor of each assembly node; And
And a computing unit for determining positions of the respective assembly nodes using the collected 3-axis rotation direction data and estimating positions of the assembly nodes connected in series in a three-dimensional form of the underground channel,
The assembly node includes a first detection module extending in one direction, a second detection module extending in one direction and longitudinally connected to the first detection module, And a connection module connected to one end of the second detection module and connectable to a first detection module of another assembly node,
Wherein the first and second detection modules each include first and second rolling hinges for allowing relative rotation in the one direction, wherein the first and second rolling hinges rotate in a relatively rotating direction And a rolling sensor configured to sense a direction of the rolling motion,
A first yawing hinge portion is formed at an opposite end of the first detection module to be coupled with the second detection module, a first pitching hinge portion is formed at an opposite end of the second detection module, which is coupled to the first detection module,
A second yawing hinge portion capable of engaging with a first yawing hinge portion of a first detection module of another assembly node is formed at one end of the connection module and a second yawing hinge portion engaging with a first pitching hinge portion of the second detection module Two pitching hinge portions are formed,
And the yawing hinge portion and the pitching hinge portion are disposed on the other side of the first detection module and the second detection module so that the connection module can perform relative yawing motion and pitching motion with respect to the first detection module and the second detection module, Portions are formed in a direction transverse to each other,
And a yawing sensor and a pitching sensor for sensing the yawing motion and the pitching motion, respectively, and a three-dimensional underground channel surveying system using a plurality of three-axis rotation sensors.
제1항에 있어서,
상기 조립 노드의 3축 회전 센서는 3축의 회전 방향을 측정하되, 상기 조립 노드의 3축 회전 방향은 직전에 연결된 조립노드를 기준으로 측정되는 방향인 것을 특징으로 하는 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the three-axis rotation sensor of the assembly node measures a rotation direction of three axes, and the three-axis rotation direction of the assembly node is a direction measured based on an assembly node connected immediately before. 3 - Dimensional Underground Pipeline Surveying System.
제2항에 있어서,
상기 연산부는 직렬로 조립된 각 조립노드의 위치 및 방향을 산정하되, 직전 조립노드의 방향에 해당 조립노드에서 측정된 방향을 곱하여 해당 조립노드의 방향을 산정하고, 직전 조립노드의 위치에 해당 조립노드의 방향에 해당 조립노드의 길이를 더한 것을 직전 조립노드의 위치에 더하여 해당 조립노드의 위치를 산정하는 것을 특징으로 하는 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템.
3. The method of claim 2,
The arithmetic unit calculates the position and direction of each assembled node assembled in series, calculates the direction of the corresponding assembled node by multiplying the direction of the previous assembled node by the measured direction at the corresponding assembled node, Wherein the position of the assembly node is added by adding the length of the node to the position of the immediately preceding assembly node.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 롤링 센서, 요잉 센서, 또는 피칭 센서는 각각 마그넷과 마그넷의 자력을 감지하는 자력센서를 쌍으로 구비되어 센싱된 자력으로 회전방향을 측정하고, 상기 마그넷과 자력센서의 쌍은 각각 힌지로 연결되는 2개의 모듈에 각각 나누어 구비되는 것을 특징으로 하는 다수의 3축 회전 센서를 이용한 3차원 지중관로 측량 시스템.The method according to claim 1,
Each of the rolling sensor, the yawing sensor, and the pitching sensor is provided with a pair of magnetic force sensors for sensing the magnetic force of the magnet and the magnet, respectively, and measures the rotational direction by the sensed magnetic force. The pair of the magnet and the magnetic sensor are connected by hinges Dimensional ground channel measurement system using a plurality of three-axis rotation sensors.
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