KR101860262B1 - 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법 - Google Patents

지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간단한 구성과 작동구조를 갖는 장치에 의해 측정된 궤적을 이용하여 지하매설물의 위치와 심도를 측정하도록 된 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 지중관로(12)의 측정시점과 종점을 지상측정장치(20)에 의해 지상에서 좌표를 측정하고; 상기 지중관로(12) 상에 직접적으로 투입되는 관로투입장치(30)에 의해 관로의 궤적을 일정한 단위 지점의 좌표로 측정하며; 상기 지중관로(12)의 위치는 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 좌표값에 상기 지상측정장치(20)에 의해 좌표값을 대입하여 GRS80 좌표계로 치환함에 따라 표시되는 좌표로 측정하며; 상기 지중관로(12)의 심도는 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 단위 지점의 좌표 중에서 심도가 필요한 지점 상에 상기 지상측정장치(20)를 위치시켜 표층의 고도값(Z1)을 측정하고, 상기 관로투입장치(30)에 의한 지중의 고도값(Z2)과 표층의 고도값(Z1)의 차이에 의해 측정하도록 된 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법이 제공된다.

Description

지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법{Location and depth measuring method of a underground objects}
본 발명은 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구성과 작동구조를 갖는 장치에 의해 측정된 궤적을 이용하여 지하매설물의 위치와 심도를 측정하도록 된 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 급수관이나 가스공급관 또는 전기나 정보통신용 케이블 등을 지하에 매설한 지중관로는 공사현장의 굴착과정 중에 발생될 수 있는 손상이나 사고 등을 미연에 방지할 수 있도록 관로의 매설위치나 깊이(심도) 등을 파악하는 것이 중요한데, 이러한 지하매설물의 위치를 탐지하거나 심도를 측정하는 종래의 방법을 일례에 의해 설명하면 다음과 같다.
종래에는 교류 신호를 송출하는 발신기를 케이블에 연결한 후에, 케이블을 선통대의 단부에 부착하여 관로 속으로 밀어 넣으면서 지상에서 수신기로 신호레벨을 탐지하는 방법을 사용하는데, 이는 지중관로 상에 선통대를 밀어 넣는 작업이 상당히 불편할 뿐만 아니라 작업시간이 오래 소요되어 작업 효율성이 떨어지는 문제점이 있는 것이다.
일부에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 도전성 도체가 내부에 삽입된 경고용 표시테이프에 발신기를 연결하여 약정된 주파수의 교류신호를 도체에 공급하게 되면, 지상의 수신기로 도체에 흐르는 신호전류를 감지하여 지중관로의 매설위치 및 손상 지점을 탐지하도록 된 것이나, 이러한 경우에도 표시테이프를 관로 상에 연결하는 작업이 매우 번거로울 뿐만 아니라 지하의 다른 도체에 의한 신호간섭 등으로 인해 측정 신뢰성이 떨어질 수 있는 것이다.
국내 공개특허공보 특1999-0055739호(1999. 07. 15)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 지중관로를 직접적으로 이동하는 장치에 의해 획득한 궤적을 이용하여 측량장비나 기준의 좌표값으로 치환함에 따라 지하매설물의 위치와 심도를 측정하고, 이에 따라 측정작업 상의 편리함을 제공함과 동시에 측정 신뢰성을 높일 수 있는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 지중관로(12)의 측정시점과 종점을 지상측정장치(20)에 의해 지상에서 좌표를 측정하고;
상기 지중관로(12) 상에 직접적으로 투입되는 관로투입장치(30)에 의해 관로의 궤적을 일정한 단위 지점의 좌표로 측정하며;
상기 지중관로(12)의 위치는
상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 좌표값에 상기 지상측정장치(20)에 의해 좌표값을 대입하여 GRS80 좌표계로 치환함에 따라 표시되는 좌표로 측정하며;
상기 지중관로(12)의 심도는
상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 단위 지점의 좌표 중에서 심도가 필요한 지점 상에 상기 지상측정장치(20)를 위치시켜 표층의 고도값(Z1)을 측정하고, 상기 관로투입장치(30)에 의한 지중의 고도값(Z2)과 표층의 고도값(Z1)의 차이에 의해 측정하도록 된 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 관로투입장치(30)는 3차원 측정이 가능한 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)가 장착되되, 측정시점에서 상기 자이로스코프(36)의 영점을 지구의 자전 속도에 일치되게 보정하도록 상기 관로투입장치(30)를 지중관로(12) 상에 세팅한 상태에서 일정 시간 동안 대기하는 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 자이로스코프(36)의 오차는 상기 지상측정장치(20)의 측량값과 상기 자이로스코프(36)에 의한 좌표값을 비교하여 구해진 오차거리 및 이 오차거리를 이용한 오차각을 탄젠트값으로 보정하는 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법이 제공된다.
본 발명 또 다른 특징에 따르면, 상기 지중관로(12)의 위치를 측정하기 위해 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 좌표값에 상기 지상측정장치(20)에 의해 좌표값을 대입할 때에는 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)에 의한 측정오차를 보정한 좌표값을 사용하는 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법이 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 지상측정장치(20)에 의해 지상에서 좌표를 측정하고, 관로투입장치(30)를 지중관로(12) 상에 직접적으로 투입하여 궤적에 대한 좌표를 측정한 후에, 각 장치에 의해 좌표값을 대입 및 GRS80 좌표계로 치환하여 지중관로(12)의 위치를 측정함과 동시에 각 장치에 의한 표층과 지중의 고도값(Z1,Z2)의 차이에 의해 심도를 측정함으로써, 관로투입장치(30)에 의해 지중관로(12)를 직접적으로 이동하는 과정에서 좌표값을 획득하여 데이터의 신뢰성이 매우 높을 뿐만 아니라 그 데이터값을 대입 및 치환하는 방법에 의해 간단하게 변환 처리하여 측정상의 편리함을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 3차원 측정이 가능한 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)를 사용한 관로투입장치(30)를 사용하고, 간단한 계산방법과 측정방법에 의해 구성 자체의 작동특성에 따른 오차를 보정함에 따라 측정상의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 도시한 구성도
도 2는 도 1의 (b)에 따른 세부구성을 도시한 구성도
도 3은 도 1의 (b)에 따른 측정방법을 도시한 예시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 측정방법을 도시한 블록도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 측정방법을 도시한 블록도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 측정방법을 도시한 예시도
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지상에서 좌표를 측정하는 지상측정장치(20)와 지중관로(12) 상에 직접적으로 투입되어 관로의 궤적을 측정하는 관로투입장치(30)를 이용하여 각 장치에 의해 측정된 좌표값을 이용하여 지중관로(12)의 위치 및 심도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 지상측정장치(20)는 폴대(21) 상에 위성수신기(22) 등이 구비되어 가상기준점 방식으로 좌표를 측정할 수 있는 통상의 VRS장비 등을 사용할 수 있는 것으로, 통상의 VRS(Virtual Reference Station) 측량은 GPS 상시관측소나 네트워크 내의 기준국을 이용하여 기상기준국을 생성한 후에, 기준국에 형성된 네트워크를 이용해 오차를 보정하여 정확한 위치를 결정하는 방식이다.
또한 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 관로투입장치(30)는 지중관로(10)의 내부에 삽입되어 관로의 궤적을 측정함에 따라 위치와 심도를 측정하기 위한 좌표정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 관의 내부상태를 촬영하여 결함상태나 위치를 파악하거나 관의 내경 또는 곡률을 측정할 수 있도록 된 것이다.
이러한 관로투입장치(30)의 구성은 케이블(31)의 선단측에 관내를 촬영하기 위한 카메라모듈(32)이 장착되고, 상기 카메라모듈(32)의 후단에 관경이나 궤적 및 위치 등을 측정하기 위한 검사유닛(33)이 장착되며, 이 검사유닛(33)은 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)을 포함하게 되는데, 이를 도 2와 도 3에 의해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)는 검사본체(34)에 내장된 상태로 상호 직교하는 3축 방향으로 배치되어 장치의 측정과정에서 방위나 자세 또는 속도 등을 측정한 후에, 이를 일정한 기준으로 변환함에 따라 지중관로(12)의 곡률반경 등을 포함한 궤적을 측정할 수 있게 되는데, 구체적으로 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)는 검사본체(34) 상에 3축 방향으로 배치되는 통상의 3축형 가속도센서(35a~35c)와 3축형 자이로스코프(36a~36c)를 장착하게 된다.
이러한 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)는 3축 방향에서 각각의 가속도와 각속도를 검출하고, 이를 이용하여 자세각과 방위각 및 속도 등을 구하여 수평면 상태에서의 경사각을 구하여 곡률반경을 계산하는 데에 사용되는데, 이러한 곡률반경을 구하는 과정에서는 수평면 상태에서의 경사각에 의해 지중관로(12)의 궤적의 단구간에서의 3개의 지점(A,B,C)을 사용하여 구하게 된다.
구체적으로는, 선분AB(=a)와 선분BC(=b) 간의 거리가 같은 지점(a=b)을 이용한 다음과 같은 공식으로
Figure 112018026125021-pat00011
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계산하는 것이고, 본 발명에서는 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)에 의해 측정되는 각 단위 지점의 좌표값을 이용하여 지중관로(12)의 위치를 측정하는 데에 사용하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지중관로(12)의 위치를 측정하는 방법은 상기 지상측정장치(20)에 의해 지중관로(12)의 측정시점과 종점의 좌표를 측정하고, 상기 관로투입장치(30)에 의해 관로의 궤적에 관한 좌표를 측정한 후에, 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 좌표값에 상기 지상측정장치(20)에 의해 좌표값을 대입하여 GRS80 좌표계로 치환함에 따라 측정이 가능하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지중관로(12)의 심도를 측정하는 방법은 상기 지상측정장치(20)에 의해 지중관로(12)의 측정시점과 종점의 좌표를 측정하고, 상기 관로투입장치(30)에 의해 관로의 궤적에 관한 좌표를 측정한 후에, 상기 관로투입장치(30)에 의한 지중의 고도값(Z2)과 상기 지상측정장치(20)에 의한 표층의 고도값(Z1)의 차이에 의해 측정하게 된다.
이와 같은 본 발명의 측정방법에 대한 구체적인 예를 도 6에 의해 설명하면 다음과 같다. 도 6에 도시된 바와 같이, 맨홀(10)과 맨홀(11) 사이에 연장 형성되는 지중관로(12)의 곡률형상이나 방향 등을 포함한 위치를 측정하기 위해서는 맨홀(10,11)의 뚜껑을 개방하여 내부의 유해 가스나 산소 농도 등을 측정함과 동시에 양수작업 등의 선행작업과 시점의 맨홀(10)과 종점의 맨홀(11) 사이에 위치된 측정대상의 지중관로(12)에 대한 상태를 파악하는 작업을 미리 행하게 된다.
이러한 준비작업이 완료되면 실제적인 측량작업을 행하게 되는데, 먼저 시점과 종점에서의 맨홀(10,11) 뚜껑의 중심지점에서 지중관로(12)의 시점과 종점까지의 수평거리(H)를 측정하고, 그 수평거리(H)에 상응하여 상기 지상측정장치(20)를 이동하여 그 좌표를 측량하게 된다. 이때에 지상측정장치(20)에 의해서는 평면상의 좌표 및 고도의 좌표를 3축 방향에서 입체적으로 측정하게 되며, 이후에는 맨홀(10,11)의 뚜껑으로부터 지중관로(12)의 시점까지의 수직거리(V)를 측정하여 전술된 바와 같이 측정된 좌표값에서 수직거리(V)에 상응한 수치를 보정하여 Z축 방향의 좌표에 대한 오차를 수정하게 된다.
또한 상기 관로투입장치(30)는 PC 등에 연결한 상태로 프로그램의 작동을 준비함과 동시에 관로투입장치(30) 자체를 지중관로(12) 상에 정위치시키게 되는데. 이때에 관로투입장치(30)는 지중관로(12) 상에 정위치된 상태에서 대략 30초 정도의 대기시간을 가진 후에 그 작동이 시작되게 된다. 이는 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)의 작동 특성상 지구의 자전에 영향을 받아 일정한 오차를 가지는 것을 감안하여 각 센서의 영점을 지구의 자전 속도에 일치되게 보정하는 것이며, 이러한 대기동작은 상기 관로투입장치(30)의 이동이 완료되는 맨홀(11)의 종점에서도 동일하게 이루어지게 된다.
이러한 관로투입장치(30)의 측정이 완료되면 그에 연결된 프로그램에 의해 각 센서에 의해 획득한 소정의 단위 지점의 좌표값에 대한 데이터를 연산 처리하게 되고, 그 과정에서는 상기 관로투입장치(30)에 의한 좌표값의 시점과 종점에 상기 지상측정장치(30)의 좌표값을 대입하여 관로의 3차원 궤적을 구하게 된다.
또한 상기 관로투입장치(30)의 좌표값에 지상측정장치(20)의 좌표값을 대입하는 과정에서는 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)의 오차를 보정한 좌표값을 사용하게 된다. 이는 상기 지상측정장치(20)의 좌표값에 비교하여 상기 관로투입장치(30)의 좌표값의 벗어난 정도(방향 및 거리)를 구하게 되는데, 각 장치의 종점 좌표값(x,X)의 벗어난 거리를 Xy 값이라 하면, 오차(A°)는 tan( A˚) = Xy/X 의 수식으로 구하고, 각 단위 지점마다 그 오차각에 상응한 수치를 보정하게 된다.
이후에는 GRS80 좌표계로 치환하여 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 각 단위 지점에서의 좌표값을 데이터로 하여 PC의 프로그램에서 지중관로(12)의 위치를 3차원으로 도시하게 되는데, 상기 GRS80 좌표계는 국제적인 표준으로 정해진 타원체의 중심을 원점으로 한 통상의 기준 좌표계이므로, 전술된 바와 같은 방법에 의해 측정된 좌표값을 기준좌표로 치환하여 표시함에 따라 본 발명의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
한편 본 발명에 의한 지중관로(12)의 심도를 측정하기 위해서는 전술된 바와 같이 상기 관로투입장치(30)에 의해 관로의 궤적으로 3차원으로 구함에 따라 특정 지점에서의 고도값(Z2)이 측정된 상태이고, 이를 이용하여 원하는 위치에서의 심도를 구하게 되는데, 이를 위해서는 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 단위 지점의 좌표 중에서 측정 지점 상에 상기 지상측정장치(20)를 위치시킨 후에, 상기 지상측정장치(20)에 의해 그 위치에서의 고도값(Z1)을 측정하게 된다.
이러한 지상측정장치(20)에 의해 측정된 Z축 방향의 좌표는 표층의 고도값(Z1)을 나타낸 것으로, 이 표층의 고도값(Z1)과 그 위치에서 상기 관로투입장치(30)에 의한 지중의 고도값(Z2)의 차이를 구하여 지중관로(12)의 심도를 측정하는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10,11: 맨홀 12: 지중관로
20: 지상측정장치 21: 폴대
22: 위성수신기 30: 관로투입장치
31: 케이블 32: 카메라모듈
33: 검사유닛 34: 검사본체
35: 가속도센서 36: 자이로스코프

Claims (4)

  1. 지중관로(12)의 측정시점과 종점을 지상측정장치(20)에 의해 지상에서 좌표를 측정하고;
    상기 지중관로(12) 상에 직접적으로 투입되는 관로투입장치(30)에 의해 관로의 궤적을 일정한 단위 지점의 좌표로 측정하며;
    상기 지중관로(12)의 위치는
    상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 좌표값에 상기 지상측정장치(20)에 의해 좌표값을 대입하여 GRS80 좌표계로 치환함에 따라 표시되는 좌표로 측정하며;
    상기 지중관로(12)의 심도는
    상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 단위 지점의 좌표 중에서 심도가 필요한 지점 상에 상기 지상측정장치(20)를 위치시켜 표층의 고도값(Z1)을 측정하고, 상기 관로투입장치(30)에 의한 지중의 고도값(Z2)과 표층의 고도값(Z1)의 차이에 의해 측정하도록 된 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관로투입장치(30)는 3차원 측정이 가능한 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)가 장착되되, 측정시점에서 상기 자이로스코프(36)의 영점을 지구의 자전 속도에 일치되게 보정하도록 상기 관로투입장치(30)를 지중관로(12) 상에 세팅한 상태에서 일정 시간 동안 대기하는 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자이로스코프(36)의 오차는 상기 지상측정장치(20)의 측량값과 상기 자이로스코프(36)에 의한 좌표값을 비교하여 구해진 오차거리 및 이 오차거리를 이용한 오차각을 탄젠트값으로 보정하는 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 지중관로(12)의 위치를 측정하기 위해 상기 관로투입장치(30)에 의해 측정된 좌표값에 상기 지상측정장치(20)에 의해 좌표값을 대입할 때에는 상기 가속도센서(35)와 자이로스코프(36)에 의한 측정오차를 보정한 좌표값을 사용하는 것을 특징으로 하는 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법.
KR1020170062856A 2017-05-22 2017-05-22 지중관로의 위치탐사 및 심도측정방법 KR101860262B1 (ko)

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