KR101889042B1 - Network system for risk remote monitoring and managing of tunnel under construction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 통신 환경상 악조건인 시공 중 터널 내에서 원격 리스크(risk) 감시 관리에 필요한 데이터를 선별적 및 안정적으로 수집하여 지상 터널 입구까지 다단 중계한 후 원격 감시 관리하기 위한 올인원시스템과의 사이에서 중개 역할을 수행하는 미들웨어에 전송하며, 미들웨어에서는 터널을 위한 다양한 원격 감시 관리 프로그램의 요구를 충족시키게 한 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an all-in-one system for selectively and reliably collecting data necessary for remote risk (risk) monitoring management in a tunnel, which is a bad condition in a communication environment, and for multi-step relaying to a ground tunnel entrance, And to a network system for monitoring tunnel remote risk monitoring during construction in order to meet the requirements of various remote monitoring management programs for tunnels in middleware.
TBM(tunnel boring machine)을 이용한 터널 시공 공법은 터널 굴착부터 구조체 시공, 버럭 배출까지 모든 터널 시공과정을 기계화 및 자동화한 공법으로서, 발파공법과 비교해 소음 진동 등으로 인한 주변 환경 피해가 거의 없는 친환경적 공법으로 평가받음은 물론이고, 굴진, 버럭 반출, 지보 작업을 연속 수행함으로써 고속시공이 가능하고, 역학적으로 안정된 원형 구조의 터널을 형성하고, 지반변형을 최소화하며, 낙반을 줄여 안전성도 확보할 수 있다.Tunnel construction method using tunnel boring machine (TBM) is a method of mechanizing and automating all tunnel construction processes from tunnel excavation to structure construction and burk discharge. It is an eco-friendly method with little harm to surrounding environment due to noise vibration compared with blasting method In addition to being evaluated, it is possible to perform high speed construction by continuously performing excavation, buckle removal, and support work, to form a tunnel with a mechanically stable circular structure, minimize ground deformation, and secure safety by reducing fallout.
이에, TBM 공법은 장대 터널 시공에 유리하여, 특히, 해저터널의 굴착 방법으로도 많이 사용된다. Thus, the TBM method is advantageous for construction of a long tunnel, and is also widely used as a method for excavating an underwater tunnel.
그런데, 굴착면(또는 막장) 전방에 예기치 못한 이상대의 출현, 보강 영역에서의 암반 탈락 등으로 인해서 터널 시공 도중 굴착면의 붕괴사고가 일어날 수 있다. 이에, 터널 시공 도중에 굴착면 전방을 탐사하여 사전에 위험요소를 탐지하고 대책을 수립하여야 하며, 이를 위해서 굴착면 전방 예측시스템을 사용한다.However, the collapse of the excavation surface may occur during the construction of the tunnel due to the appearance of an unexpected fault zone in front of the excavation surface (or closure) and the removal of the rock in the reinforced area. Therefore, during the construction of the tunnel, it is necessary to probe the excavation front to detect the dangerous elements in advance and establish countermeasures. For this purpose, the excavation surface forward prediction system is used.
굴착면 전방 예측시스템으로는 전기비저항 탐사 방법, 선진수평시추 방법, 탄성파 탐사 방법 등이 있다. The excavation surface forward prediction system includes electrical resistivity survey method, advanced horizontal drilling method, and seismic survey method.
이와 같이 TBM 및 굴착면 전방 예측시스템을 가동하며 굴착 시공 중인 터널 내부는 많은 부속 장비, 자재, 인력 등이 투입되므로, 실질적으로 실시간 현장 감시 관리하기에 어렵고, 현장 감시 관리의 대안으로 원격 감시 관리를 위한 통신망 구축도 어렵다.In this way, TBM and excavation surface forward prediction system are operated and many attached equipments, materials, manpower, etc. are inserted in the tunnel in excavation construction. Therefore, it is difficult to practically manage the on-site monitoring in real time. It is also difficult to establish a communication network.
이에, 본 발명의 출원인은 TBM 및 굴착면 전방 예측시스템으로부터 터널 관리 데이터를 수신한 후 터널 입구까지 안정적으로 중계 전송하는 해저터널 라우팅 시스템을 창안하였으며, 등록특허 제10-1646969호로도 특허 등록받았다.Accordingly, the applicant of the present invention has developed a submarine tunnel routing system that reliably relays transmission from the TBM and the excavation surface forward prediction system to the entrance of the tunnel after receiving the tunnel management data, and has also been patented in the registered patent No. 10-1646969.
그렇지만, 일반적으로 TBM에서 제공하는 굴착 진행상황 데이터가 198 항목에 이르고, 이러한 굴착 진행상황 데이터를 일괄 제공하게 되어 있으며, 굴착면 전방 예측시스템이 TBM에 탑재되어 있더라도 TBM 제어기와 별도로 운용되어서, 원격 감시 관리를 위한 데이터만 선별적으로 수집하기 어렵게 되어 있다. 이에 따라, 실시간 원격 감시하기 위해서 본 발명의 출원인이 창안한 해저터널 라우팅 시스템을 활용하여 안정적으로 데이터를 확보하더라도 데이터량이 필요 이상으로 많게 된다.However, in general, the excavation progress data provided by the TBM reaches 198 items, and this excavation progress status data is collectively provided. Even if the excavation surface forward prediction system is installed in the TBM, it operates separately from the TBM controller, It is difficult to selectively collect data for management. Accordingly, even though the submarine tunnel routing system invented by the applicant of the present invention is utilized for real-time remote monitoring, the amount of data is increased more than necessary even if the data is stably secured.
아울러, 터널 시공 과정을 원격 감시 관리하기 위해 운영할 올인원시스템에서 사용하는 관리 프로그램의 경우, 다양하면서 복잡하고, 보다 나은 감시 관리를 위해 프로그램을 지속적으로 업그레이드하므로, 중계하여 전송한 데이터를 직접 올인원시스템에 인계하는 경우, 관리 프로그램의 복잡도는 더욱 증가하게 되고, 관리 프그램의 동작도 원활하지 않게 된다.In addition, the management program used in the all-in-one system that is operated to remotely monitor and control the construction process of the tunnels is continuously upgraded for various and complicated and better monitoring management, The complexity of the management program is further increased, and the operation of the management program is not smooth.
한편, 등록특허 제10-1671209호는 터널 공사현장을 원격 감시하기 위한 시스템을 개시하였으나, 이때의 원격 감시는 작업자 안전관리를 위한 것으로서, 작업자의 위치, 작업자가 이용하는 장비 정보 및 작업 환경 정보를 이용하여 작업자 위주의 안전관리한다. 즉, 굴착면 전방을 예측하며 복잡한 장비로 굴착중인 터널 시공 과정 중심의 원격 감시에 적용하긴 어렵다. 또한, 다양한 정보를 취득하고, 안정적 및 효율적으로 원격지에 전송하며, 다양한 정보를 효율적으로 활용하게 하여야 하는 원격 감시 시스템에 적용하기엔 미흡하다.On the other hand, Japanese Patent No. 10-1671209 discloses a system for remotely monitoring the tunnel construction site. However, the remote monitoring is for the safety management of the worker, and it uses the location of the worker, the equipment information used by the worker, and the work environment information So that safety management is carried out based on the operator. In other words, it is difficult to predict the excavation front and apply it to the remote monitoring of the tunnel construction process while excavating with complicated equipment. In addition, it is not applicable to a remote monitoring system that acquires various information, transmits it to a remote place stably and efficiently, and efficiently utilizes various information.
이에, 본 발명의 출원인이 개시한 해저터널 라우팅 시스템으로 터널 내 중계 통신을 안정적으로 수행하는 것 이외에도, 원격 감시 관리를 위해 필요한 터널 관리 데이터를 TBM 및 굴착면 전방 예측시스템으로부터 수집하고, 안정적으로 중계하여 올인원시스템에 제공함은 물론이고, 올인원시스템에 효과적 및 효율적으로 사용할 수 있는 환경을 제공하여야 한다.Thus, in addition to stably performing intra-tunnel relay communication with the undersea tunnel routing system disclosed by the applicant of the present invention, tunnel management data necessary for remote monitoring management is collected from the TBM and excavation surface forward forecasting system, It is necessary to provide an all-in-one system and an environment that can be effectively and efficiently used in an all-in-one system.
따라서, 본 발명의 목적은 터널 시공에 투입된 TBM 및 굴착면 전방 예측시스템으로부터 원격 감시 관리에 필요한 터널 관리 데이터를 선별적 및 안정적으로 수집한 후 원격 감시 관리 프로그램에서 효율적으로 사용하도록 중개 역할을 할 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템을 제공하는 데 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and system for collecting tunnel management data necessary for remote monitoring and management from a TBM and an excavation surface forward prediction system used for tunnel construction, The purpose of this paper is to provide a network system for remote tunnel monitoring and management.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템에 있어서, 굴착면 전방 예측시스템(20)에 배치되어 굴착면 데이터를 획득하는 자동화 모듈(120), 및 TBM(tunnel boring machine, 10)의 굴착 진행상황 데이터를 획득한 후 터널 관리를 위해 미리 선정한 항목을 선별하고, 자동화 모듈(120)에서 획득한 굴착면 데이터를 전달받으며, 선별한 굴착 진행상황 데이터 및 굴착면 데이터를 터널 관리 데이터로 하여 사전에 규정한 데이터 포멧으로 근거리 무선 송신하는 데이터 로거(110) 를 포함하는 데이터 수집 시스템(100); 데이터 로거(110)에서 송신한 터널 관리 데이터를 에이피(AP : Acceess Point, 210)로 수신한 후 터널 내에 간격을 두고 설치한 복수의 라우터(220)로 다단 중계하여 터널 입구에 배치한 게이트웨이(230)에 의해서 공중 통신망(40)을 통해 송신하게 한 터널 라우팅 시스템(200); 및 터널 관리 데이터를 가공 및 분석하여 모니터링 또는 리스크 평가하기 위한 관리 프로그램이 실행되는 올인원시스템(30)에 탑재 또는 연동되게 설치되며, 터널 관리 데이터를 공중 통신망(40)을 통해 전송받아 정합성 여부를 판단한 후 분류하여 데이터베이스(331)에 실시간 저장하고, 올인원시스템(30)의 질의에 대한 응답으로 터널 관리 데이터를 올인원시스템(30)에게 제공하거나 또는 올인원시스템(30)의 지령에 대한 응답으로 지령을 굴착면 전방 예측 시스템(20)에 전달하여 전방 예측 시스템(200)을 제어하게 하기 위한 API(Application Programming Interface)를 지원하는 미들웨어(middle-ware, 300); 를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a network system for remote tunnel monitoring and management during construction, comprising: an automation module (120) disposed in an excavation surface forward prediction system (20)
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 미들웨어(300)는 데이터 로거(110), 자동화 모듈(120), 에이피(210), 복수 라우터(220) 및 게이트웨이(230)를 포함한 각 노드에 대한 정보를 올인원시스템(30)에 제공한다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 미들웨어(300)는 수신한 터널 관리 데이터에서 사전 정의한 이벤트를 감지하여 올인원시스템(30)에 알린다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 터널 라우팅 시스템(200)은 에이피(210)에서 게이트웨이(230)까지 다단 중계 구간 중에 중계 에러가 발생한 구간이 발생하는 경우, 해당 중계 구간을 담당한 기기 정보로 하는 이벤트 데이터를 중계하여 미들웨이(300)에 전달하고, 미들웨이(300)는 중계 에러 구간을 올인원시스템(30)에 통지한다.According to an embodiment of the present invention, when an interval where a relay error occurs in the multi-stage relay section from the AP 210 to the
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 데이터 로거(110)에서 선별하는 굴착 진행상황 데이터의 항목은 굴착시간, 스트로크, 커터 압력, 잭 압력, 총 추력, 토압/슬러리압 및 커터 토크를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, items of excavation progress data selected by the
상기와 같이 구성되는 본 발명은 원격 감시 관리를 위한 올인원시스템에서 터널 관리 데이터를 효율적으로 사용할 환경을 제공하는 미들웨어를 구축함으로써, 올인원시스템에서 실행되는 관리 프로그램의 요구 사항에 부합하는 터널 관리 데이터를 제공할 수 있으며, 이에 원격 감시 관리에 만전을 기할 수 있다.According to the present invention configured as above, the middleware providing the environment for efficiently using the tunnel management data in the all-in-one system for the remote monitoring and management can be constructed, thereby providing the tunnel management data meeting the requirements of the management program executed in the all- And it is possible to do the remote monitoring and management completely.
또한, 본 발명은 원격 감시 관리에 필요한 터널 관리 데이터만을 TBM 및 굴착면 전방 예측시스템으로부터 취득하여 전송하게 함으로써, 네트워크를 보다 효과적으로 운용할 수 있다.Further, according to the present invention, only the tunnel management data necessary for the remote monitoring and management is acquired from the TBM and the excavation surface forward prediction system and transmitted, so that the network can be operated more effectively.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템의 개략적 구성도.
도 2는 터널 내에 설치하는 구성요소의 배치 상태를 보여주는 도면.
도 3은 터널 내에 설치한 터널 라우팅 시스템(200)의 구성도를 보여주는 도면.
도 4는 미들웨어(300)의 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a network system for managing tunnel remote risk monitoring during construction according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a view showing an arrangement state of components installed in a tunnel;
3 is a diagram showing a configuration of a
4 is a block diagram of the
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, TBM(tunnel boring machine, 10), TBM(10)의 동작 상태를 나타내는 굴착 진행상황 데이터, 굴착면 전방 예측시스템(20), 및 굴착면 전방 예측시스템(20)으로 획득하는 굴착면 데이터는 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 기술인 바, 이와 관련 상세 설명은 생략하고, 본 발명의 특징적 구성요소 및 그 작용을 위주로 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템의 개략적 구성도로서, TBM(10) 및 굴착면 전방 예측시스템(20)에서 획득한 터널 관리 데이터를 올인원시스템(30)에 배치 또는 올인원시스템(30)에 탑재한 미들웨어(300)에서 수집하여 올인원시스템(30)에서 활용할 수 있게 하고, 올인원시스템(30)의 지령을 전달하게도 네트워크로 구성됨을 볼 수 있다.FIG. 1 is a schematic block diagram of a network system for managing tunnel remote risk monitoring during construction according to an embodiment of the present invention. The tunnel management data acquired from the
도 2는 터널(1) 내에 설치하는 구성요소의 배치 상태를 보여주는 도면으로서, 시공 중인 터널(1)을 절개 단면도로 도시한 후 터널(1) 내에 배치한 구성요소의 위치를 그 단면도 상에 표시하여 터널 내 구축한 통신망을 보여준다.Fig. 2 is a view showing an arrangement state of the components installed in the tunnel 1, showing the position of a component placed in the tunnel 1 in a sectional view, And shows the network built in the tunnel.
도 3은 터널(1) 내에 설치한 터널 라우팅 시스템(200)의 구성도를 보여주는 도면으로서, 데이터 수집 시스템(100)에서 수집한 터널 관리 데이터를 2중화 통신 경로(201, 202)로 동시 다단 중계함을 보여준다.3 is a diagram showing a configuration of a
도 4는 미들웨어(300)의 구성도로서, 수집한 터널 관리 데이터를 올인원서버(30)에서 활용하게 하고 이벤트 발생에 따른 동작 및 지령에 따른 동작을 수행하게 하기 위한 아키텍처를 보여준다.FIG. 4 is a block diagram of the
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템은 데이터 로거(110) 및 자동화 모듈(120)을 포함한 데이터 수집 시스템(100), 데이터 수집 시스템(100)을 터널 입구까지 통신망으로 이어지게 하는 터널 라우팅 시스템(200) 및 공중통신망(40)을 통해 터널 라이팅 시스템(200)에 통신적으로 연결되는 미들웨어(300)로 구성된다.1 and 2, a network system for managing tunnel remote risk monitoring during construction according to an embodiment of the present invention includes a
상기 데이터 수집 시스템(100)은 TBM(10)의 TBM 제어기(11)와 유선 연결되어 TBM(10)의 동작 상태를 나타내는 굴착 진행상황 데이터를 획득하는 데이터 로거(110) 및 굴착면 전방 예측시스템(20)에 유선 연결되어 굴착면 전방 예측시스템(20)에서 검출되는 굴착면 데이터를 획득하는 자동화 모듈(120)를 포함하여 구성되며, 자동화 모듈(120)과 데이터 로거(110) 사이를 근거리 무선통신으로 연결하여 자동화 모듈(120)에서 획득한 굴착면 데이터를 데이터 로거(110)에서 수집할 수 있게 되어 있다.The
굴착면 전방 예측시스템(20)은 TBM(10)으로 터널 시공하는 중에 굴착면(굴진면 또는 막장, 2) 전방의 지질 특성을 파악하여 이상대 등의 위험요소를 사전 탐지 및 대처 계획 수립하기 위한 시스템으로서, 예를 들어 등록특허 제10-1394332호에 기술된 전기비저항 탐사방법이 있다. 이 탐사방법은 굴착면(2)을 굴착하는 TBM(10)의 커터헤드에 다수의 전위 측정 모듈을 설치하여 굴착 중에 전기비저항을 측정하고, 측정값을 분석하는 컴퓨터에서 전방 암반상태를 평가하고 이상대를 예측하게 되어 있다. 이외에도 탄성파 탐사방법, 선진수평시추 방법 등이 있으나, TBM 공법에서는 전기비저항 측정방법을 많이 사용한다. The excavation surface
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 자동화 모듈(120)은 굴착면 전방 예측시스템(20)이 설치된 곳에 배치되어 전기비저항 측정값으로 하는 굴착면 데이터를 자동으로 획득하도록 굴착면 전방 예측시스템(20)에 유선 연결하고, 획득한 굴착면 데이터를 근거리 무선 통신으로 상기 데이터 로거(110)에 전송한다.According to an embodiment of the present invention, the
TBM(10)은 전방의 커터헤드를 커터헤드 구동장치로 회전시키며 굴진하는 기계화 굴진머신으로서, TBM(10)을 전방으로 추진하기 위한 추진장치, 세그먼트의 조립을 위한 이렉터, 굴착에 따라 발생한 버럭을 처리하기 위한 버럭처리장치(배토장치 및 컨베이어) 등의 여러 구성요소로 구성되어, 굴진, 버럭 반출 및 지보 작업 등의 모든 터널 시공과정을 연속 수행할 수 있다. 그리고, TBM(10) 내에 설치한 TBM 제어기(11)를 통해 작업자가 전반적인 동작을 제어할 수 있게 되어 있다. The TBM 10 is a mechanized punching machine that rotates and rotates the front cutter head with a cutter head driving device. The TBM 10 includes a propulsion device for propelling the
이러한 TBM 제어기(11)는 TBM(10)의 동작에 따라 나타나는 굴착 진행상황 데이터를 감지하게 되어 있다. 굴착 진행상황 데이터는 일반적으로 198개 항목으로 되어 있어, TBM(10)의 동작상태를 종합적으로 파악할 수 있다.The
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 데이터 로거(110)는 TBM(10) 내의 TBM 제어기(11)와 유선 연결되도록 TBM(10) 내에 배치되어 굴착 진행상황 데이터를 획득하고, 상기 자동화 모듈(120)에서 근거리 무선 통신으로 전송하는 굴착면 데이터도 수신한다.The
그리고, 상기 데이터 로거(110)는 획득한 198 항목의 굴착 진행상황 데이터 중에 터널 관리를 위해 미리 선정한 항목을 선별하는 데이터 선별기(111)와, 선별한 굴착 진행상황 데이터 및 상기 자동화 모듈(120)로부터 전송받은 굴착면 데이터를 터널 관리 데이터로 하여 취합한 후 사전에 규정한 데이터 포맷으로 변환하는 데이터 변환기(112)를 구비하여서, 데이터 포맷으로 변환된 터널 관리 데이터를 근거리 무선 통신으로 하기의 에이피(210)에 전송할 수 있다. The
여기서, 선별한 굴착 진행상황 데이터는 굴착시간, 스트로크, 커터 압력, 잭 압력, 총 추력, 토압/슬러리압 및 커터 토크를 포함하여서, 커터헤드의 동작 상태, TBM의 추진 상태, 및 굴착시간을 포함한 TBM(10)의 굴착 진행상황을 잘 반영하게 하였다. 즉, TBM(10)의 굴착 진행상황을 원격지에서 정확하게 파악할 수 있는 데이터로 한다.Here, the selected excavation progress data includes excavation time, stroke, cutter pressure, jack pressure, total thrust, earth pressure / slurry pressure and cutter torque, including the operation state of the cutter head, the propulsion state of the TBM, To reflect the progress of excavation of the TBM (10). That is, data on drilling progress status of the TBM 10 can be accurately grasped at a remote site.
일 실시 예로서, 상기 데이터 로거(110)에 구비된 상기 데이터 선별기(111)는 수집한 터널 관리 데이터에 사전 정의한 특정 데이터가 존재하는 경우, 해당 특정 데이터의 존재를 알리는 이벤트 신호를 생성하여 하기의 에이피(210)에게 전송하도록 구성할 수도 있다. 예를 들어, 스트로크, 커터 압력, 잭 압력, 총 추력 또는 커터 토크가 사전 시공 계획 과정에서 도출한 예상치에 벗어난 경우를 이벤트로 정의하여서, 이벤트 발생을 상기 미들웨어(300)에 알리게 하는 것이다.The
하지만, 상기 미들웨어(300)에서 터널 관리 데이터를 분석하여 사전 정의한 이벤트의 발생 여부를 감지하는 것이, 상기 데이터 선별기(111)의 구성을 간소화하는 데 유리하고, 상기 미들웨어(300)에서 분석하는 것이 정확하고 다양한 분석 결과를 얻는 데도 유리하다. 물론, 미들웨어(300)로부터 터널 관리 데이터를 제공받는 올인원시스템(30)에서 분석 프로그램을 이용하여 이벤트 상황을 파악하게 하는 것도 좋다.However, it is advantageous to simplify the configuration of the
이와 같이 데이터 로거(110)에서 근거리 무선 통신으로 전송한 터널 관리 데이터는 TBM(10)에 의해 굴착된 터널(1)에 구축한 상기 터널 라우팅 시스템(200)에 의해 다단 중계된 후 공중 통신망(40)을 통해 상기 미들웨어(300)에 전달된다.The tunnel management data transmitted from the
상기 터널 라우팅 시스템(200)은 도 2에 도시한 바와 같이 TBM(10)의 후단과 소정 거리 이격된 지점에 설치되어 데이터 로거(110)에서 송신한 터널 관리 데이터를 근거리 무선통신으로 수신하는 에이피(AP : Acceess Point, 210), 터널(1) 입구에 배치하여 공중 통신망(40)에 접속할 수 있게 한 게이트웨이(230), 및 에이피(210)와 게이트웨이(230) 사이의 터널(1) 내에 간격을 두고 배치하여 에이피(210)와 게이트웨이(230) 사이에 터널 관리 데이터를 다단 중계하는 복수의 라우터(220)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
상기 터널 라우팅 시스템(200)은 도 3에 도시한 바와 같이 무선통신 경로(201)와 광통신 경로(202)로 2중화한 통신 경로를 통해 터널 관리 데이터를 동시 중계하며, 본 발명의 출원인이 출원 등록받은 등록특허 제10-1646969호에 개시한 해저터널 라우팅 시스템으로 구성할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
등록특허 제10-1646969호에 따르면, 각각의 라우터(220) 및 게이트웨이(230)는 무선통신 경로(201)와 광통신 경로(202)로 각각 수신한 데이터를 상호 대조하여 일치하는 경우에 순방향(에이피에서 게이트웨이를 향하는 방향) 통신 경로 상의 후단 라우터 또는 게이트웨이(230)에게 중계 전송하고, 일치하지 아니하는 경우 무선통신 경로(201)와 광통신 경로(202)로 각각 수신한 데이터에 대해 에러 검출(예를 들어 CRC(Cyclic Redundancy Check, 순환 중복 검사))을 수행하여 오류 없는 통신 경로를 통해 재전송하라는 역방향 신호를 역방향의 앞단 라우터 또는 에이피(210)에게 전송하여서, 오류 없는 통신 경로를 통해 데이터를 재전송받고 이후 순방향으로 중계 전송한다. 또한, 전송 오류 구간 사이를 중계하는 양측 기기(에이피와 라우터, 라우터와 라우터, 또는 라우터와 게이트웨이)의 장비 코드, 및 무선통신 경로(201)와 광통신 경로(202) 중에 전송 오류가 있는 통신 경로를 나타내는 식별자를 결합한 통신 장애 정보를 포함하는 이벤트 신호를 생성하여 중계 전송한다. According to the patent document 10-1646969, each of the
이에, 게이트웨이(230)는 에이피(210)에서 게이트웨이(230)까지 다단 중계 구간 중에 중계 에러가 발생한 구간이 발생하는 경우, 해당 중계 구간을 담당하는 기기 정보, 즉, 장비 코드를 포함하는 이벤트 신호를 중계하여 미들웨이(300)에 전달하게 된다.When an interval in which a relay error occurs in the multi-stage relay section from the
또한, 각각의 라우터(220)는 동작모드의 전환에 의해 에이피(210) 기능을 할 수 있게 함으로써, TBM(1)의 굴진에 따라 늘어난 구간에 새로운 라우터(220)를 설치하되 에이피(210) 기능을 하게 하고, 이전 에이피(210) 기능을 하였던 라우터(220)를 새로 설치한 에이피(210)와 통신하게 하여 중계 기능을 하게 하는 방식으로 중계 전송 경로를 확장할 수 있다.Each of the
이와 같이 구성한 상기 터널 라우팅 시스템(200)은 데이터 로거(110)에 수집된 터널 관리 데이터를 공중 통신망(40)에 접속 가능한 지상의 게이트웨이(230)에 의해서 미들웨어(300)에 전달하게 함으로써, 미들웨어(300)에서 터널 관리 데이터를 활용한 원격 감시 관리를 지원할 수 있게 한다.The
여기서, 공중 통신망(40)은 알려진 바와 같이 CDMA 또는 LTE 통신에 의한 데이터 통신을 지원하는 통신망일 수 있다.Here, the
상기 미들웨어(300)는 터널 관리 데이터를 가공 및 분석하여 모니터링 또는 리스크 평가하기 위한 관리 프로그램이 실행되는 올인원시스템(30)에 탑재 또는 연동되게 설치된다. 즉, 상기 미들웨어(300)는 별도의 미들웨어 서버로 구성하여 올인원시스템(30)과 연동되게 하거나, 아니면 올인원시스템(30)에서 프로그램적으로 동작하게 탑재할 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 별도 서버로 구성하는 것으로 도시하였다.The
여기서, 올인원시스템(30)의 관리 프로그램은 예를 들어 TBM(10)의 실시간 동작상태 점검, TBM(10)의 굴진에 따른 터널(1) 길이의 증가를 반영한 시공 진척도 파악, TBM(10)의 동작상태에 따라 예측되는 리스크 관리, 굴착면 데이터를 기반으로 한 굴착면 전방 분석, 이상대(파쇄대, 연약대 등) 및 암반 상태 예측, 위험요소 검토 및 대처 방안 계획 수립, 의사결정 지원 등을 위한 프로그램이며, 각 노드에 지령 하달도 가능하게 하는 것이 좋으며, 올인원시스템(30)에서 실행되어 그 기능을 수행하기 위해서는 실시간 수집되는 터널 관리 데이터를 필요로 한다.Here, the management program of the all-in-one
본 발명은 이러한 올인원시스템(30)의 관리 프로그램 실행에 필요한 터널 관리 데이터를 수집 제공하기 위해서 올인원시스템(30)과 연계 동작하는 미들웨어(300)를 갖춘다.The present invention is equipped with the
도 4에 아키텍처 형식으로 도시한 구성도를 참조하면, 상기 미들웨어(300)는 네트워크 인터페이스 컴포넌트(310), 데이터 통합 모듈(320), 데이터 계층(330) 및 어플리케이션 인터페이스 컴포넌트(340)를 포함한다.4, the
네트워크 인터페이스 컴포넌트(310)는 공중 통신망(40)에 접속되어 게이트웨이(230)에서 전송하는 터널 관리 데이터를 수신하며, 터널 관리 데이터를 정합성 판단한 후 데이터 통합 모듈(320)에 전달한다. 정합성 판단의 경우, 예를 들어, 상기 데이터 로거(110)의 데이터 변환기(112)와 상호 약속한 데이터 포맷을 갖추었지 그 여부를 판단하는 것을 포함한다.The
데이터 통합 모듈(320)은 터널 관리 데이터를 굴착 진행상황 데이터 및 굴착면 데이터로 분류하고, 아울러, 분류한 각 데이터를 항목별로 세분화하여 데이터 계층(330)에 전달함으로써, 데이터베이스(331)에 실시간 저장되게 한다. 물론, 이벤트 신호가 전송되는 경우, 해당 이벤트를 목록에 추가 저장한다.The
데이터 계층(330)은 터널 관리 데이터를 분류 저장하여 두고 데이터 로거(110), 자동화 모듈(120), 에이피(210), 복수 라우터(220) 및 게이트웨이(230)를 포함한 각 노드에 대한 정보를 통신망 구성도에 따라 상호 연계하여 저장하여 두는 데이터 베이스(331), 분류 저장한 터널 관리 데이터의 조회 및 검색 기능을 담당하는 데이터 관리모듈(332), 터널 관리 데이터를 분석하여 사전 정의한 이벤트를 감지하거나 이벤트 목록이 추가되는 지의 여부를 확인하는 이벤트 관리모듈(333), 및 노드 정보의 조회 및 검색 기능을 담당하는 노드 매칭모듈(334)을 포함한다. The
여기서, 이벤트 관리모듈(333)은 터널 관리 데이터를 분석하여 이벤트를 감지하는 기능을 갖지 아니하고, 대신에, 올인원시스템(30)에서 관리 프로그램에 의해 이벤트를 감지하도록 지원하여도 좋다.Here, the
어플리케이션 인터페이스 컴포넌트(340)는 데이터 계층(330)을 관리 프로그램이 실행되는 올인원시스템(30)과 연결한다.The
여기서, 터널 관리 데이터에 대한 질의에 응답하여 해당되는 터널 관리 데이터를 올인원시스템(30)에 제공하기 위한 질의 수행기(341), 올인원시스템(30)에서 내리는 지령을 노드에 하달하기 위한 지령 수행기(342) 및 이벤트가 발생할 시에 올인원시스템(30)에 알리기 위한 이벤트 수행기(343)를 구비하여서, 올인원시스템(30)과 데이터 계층(330)이 상호 연동 하에 동작하게 한다. Here, a
특히, 터널 라우팅 시스템(200)에서의 다단 중계 구간 중에 중계 에러가 발생한 구간을 나타내는 이벤트 데이터가 수신될 때에는, 즉시, 올인원시스템(30)에 통지한다.In particular, when event data indicating a section in which a relay error has occurred in the multi-stage relay section in the
아울러, 지령을 하달받을 시에 역방향 통신 경로를 통해 지령을 전달할 노드를 특정하여 지령 전달하기 위한 지령 중계기(311)도 구비한다. 특히, 올인원시스템(30)에서 하달할 수 있게 한 지령에는 굴착면 전방 예측 시스템(20)에게 전달하는 지령이 있어야 하며, 이에, 지령 하달할 노드는 자동화 모듈(120)을 포함하여서, 지령을 자동화 모듈(120)을 통해 굴착면 전방 예측 시스템(20)에 전달되게 하여야 한다. 물론, 자동화 모듈(120) 이외의 노드로서, 데이터 로거(110), 에이피(210), 복수의 라우터(220), 및 게이트웨이(230)에게 개별적으로 지령 전달하게 하여서, 다양하게 활용할 수 있게 하는 것이 좋다.In addition, a
이와 같이 상기 미들웨어(300)는 데이터 계층(330) 상의 정보를 올인원시스템(30)이 활용할 수 있도록 API(Application Programming Interface)를 지원한다.Thus, the
이때의 API는 데이터 요청, 조건 등을 포함한 다양한 유형의 질의에 대해 대응할 수 있고, 관리 프로그램에서 쉽게 질의할 수 있도록 하고, 데이터를 쉽게 검색/조회할 수 있게 하며, 하부네트워크(데이터 수집 시스템 및 터널 라우팅 시스템)에 속한 각 노드를 쉽게 파악하게 하고, 지령 하달 및 이벤트 알림을 위한 인터페이스를 제공하여야 할 것이다.In this case, the API can respond to various types of queries including data requests and conditions, can easily query the management program, can easily retrieve / query data, Routing system), and provide an interface for command delivery and event notification.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템은 굴착 시공 장비인 TBM(10) 및 굴착면 전방 예측시스템(20)의 정보를 수집하기 위한 데이터 수집 시스템(100)을 TBM(10) 및 굴착면 전방 예측시스템(20)에 직접 연결되게 배치하여 정보 수집이 원활하고, 원격 감시 관리에 필요한 데이터를 선별적으로 수집하게 함으로써 중계할 데이터량을 최적화하며, 시공 중인 터널 내의 악조건하에서도 터널 라우팅 시스템(200)을 이용하여 안정적으로 지상으로 중계 전송하며, 공중 통신망(40)을 통해 터널 라우팅 시스템(200)과 연결된 미들웨어(300)에서 올인원시스템(30)의 다양한 요구에 대응할 수 있게 함으로써, 올인원시스템(30)에 의한 원격 리스크 감시 관리에 만전을 기할 수 있게 한다.As described above, the network system for managing tunnel remote risk monitoring during construction according to the embodiment of the present invention includes a
1 : 터널 2 : 굴착면
10 : TBM(tunnel boring machine) 11 : TBM 제어기
20 : 굴착면 전방 예측시스템
30 : 올인원시스템
40 : 공중 통신망
100 : 데이터 수집 시스템
110 : 데이터 로거 111 : 데이터 선별기 112 : 데이터 변환기
120 : 자동화 모듈
200 : 터널 라우팅 시스템
210 : 에이피(AP : Access Point)
220 : 라우터(Router)
230 : 게이트웨이(Gateway)
300 : 미들웨어
310 : 네트워크 인터페이스 컴포넌트 311 : 지령 중계기
320 : 데이터 통합 모듈
330 : 정보 계층 331 : 데이터베이스
332 : 데이터 관리 모듈 333 : 이벤트 관리 모듈
334 : 노드 매칭 모듈
340 : 어플리케이션 인터페이스 컴포넌트 341 : 질의 수행기
342 : 지령 수행기 343 : 이벤트 수행기1: Tunnel 2: Excavation surface
10: TBM (tunnel boring machine) 11: TBM controller
20: Excavation surface forward prediction system
30: All-in-one system
40: Public communication network
100: Data acquisition system
110: data logger 111: data selector 112: data converter
120: Automation module
200: Tunnel routing system
210: AP (Access Point)
220: Router
230: Gateway
300: Middleware
310: Network interface component 311: Command relay
320: data integration module
330: information layer 331: database
332: Data management module 333: Event management module
334: Node Matching Module
340: application interface component 341: query execution unit
342: command execution unit 343: event execution unit
Claims (5)
데이터 로거(110)에서 송신한 터널 관리 데이터를 에이피(AP : Acceess Point, 210)로 수신한 후 터널 내에 간격을 두고 설치한 복수의 라우터(220)로 다단 중계하여 터널 입구에 배치한 게이트웨이(230)에 의해서 공중 통신망(40)을 통해 송신하게 한 터널 라우팅 시스템(200); 및
터널 관리 데이터를 가공 및 분석하여 모니터링 또는 리스크 평가하기 위한 관리 프로그램이 실행되는 올인원시스템(30)에 탑재 또는 연동되게 설치되며, 터널 관리 데이터를 공중 통신망(40)을 통해 전송받아 정합성 여부를 판단한 후 분류하여 데이터베이스(331)에 실시간 저장하고, 올인원시스템(30)의 질의에 대한 응답으로 터널 관리 데이터를 올인원시스템(30)에게 제공하거나 또는 올인원시스템(30)의 지령에 대한 응답으로 지령을 굴착면 전방 예측 시스템(20)에 전달하여 전방 예측 시스템(20)을 제어하게 하기 위한 API(Application Programming Interface)를 지원하는 미들웨어(middle-ware, 300);
를 포함하여 구성되는 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템.An automation module (120) disposed in the excavation surface forward prediction system (20) to obtain excavation surface data; And TBM (Tunneling Boring Machine) 10, selects the pre-selected items for tunnel management, receives the excavation surface data acquired by the automation module 120, and outputs the selected excavation progress status data And a data logger (110) for short-range wireless transmission of the excavation surface data as tunnel management data in a predefined data format; A data collection system 100 comprising:
A gateway 230 that receives the tunnel management data transmitted from the data logger 110 by an AP (Accept Point) 210 and then repeats multi-step transmission to a plurality of routers 220 installed at intervals in the tunnel, To the tunnel routing system 200 via the public communication network 40; And
Is installed or linked to the all-in-one system 30 in which a management program for processing and analyzing tunnel management data and monitoring or risk evaluation is executed. The tunnel management data is received through the public communication network 40 to determine whether or not the tunnel management data is consistent In-one system 30 in response to an inquiry from the all-in-one system 30 or to provide the tunnel management data to the all-in-one system 30 in response to the inquiry of the all-in-one system 30, Middleware (300) supporting API (Application Programming Interface) for transferring the forward prediction system (20) to the forward prediction system (20) and controlling the forward prediction system (20);
A network system for monitoring and managing tunnel remote risk during construction.
상기 미들웨어(300)는 데이터 로거(110), 자동화 모듈(120), 에이피(210), 복수 라우터(220) 및 게이트웨이(230)를 포함한 각 노드에 대한 정보를 올인원시스템(30)에 제공하는 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템.The method according to claim 1,
The middleware 300 includes a data logger 110, an automation module 120, an AP 210, a plurality of routers 220, and a gateway 230, Network system for remote tunnel monitoring and management.
상기 미들웨어(300)는 수신한 터널 관리 데이터에서 사전 정의한 이벤트를 감지하여 올인원시스템(30)에 알리는 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템.3. The method of claim 2,
The middleware (300) senses a predefined event from the received tunnel management data and informs the all-in-one system (30).
상기 터널 라우팅 시스템(200)은 에이피(210)에서 게이트웨이(230)까지 다단 중계 구간 중에 중계 에러가 발생한 구간이 발생하는 경우, 해당 중계 구간을 담당한 기기 정보로 하는 이벤트 데이터를 중계하여 미들웨이(300)에 전달하고,
상기 미들웨이(300)는 중계 에러 구간을 올인원시스템(30)에 통지하게 한 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템.The method of claim 3,
When a section in which a relay error occurs in the multi-stage relay section from the AP 210 to the gateway 230 occurs, the tunnel routing system 200 relays the event data having the device information in which the relay interval occurred, 300,
Wherein the middleway (300) notifies the all-in-one system (30) of the relay error period.
상기 데이터 로거(110)에서 선별하는 굴착 진행상황 데이터의 항목은 굴착시간, 스트로크, 커터 압력, 잭 압력, 총 추력, 토압/슬러리압 및 커터 토크를 포함하는 시공중 터널 원격 리스크 감시 관리를 위한 네트워크시스템.5. The method of claim 4,
The items of the excavation progress data selected by the data logger 110 include a tunnel for managing the tunnel remote risk monitoring during construction including excavation time, stroke, cutter pressure, jack pressure, total thrust, earth pressure / slurry pressure and cutter torque system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170044943A KR101889042B1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | Network system for risk remote monitoring and managing of tunnel under construction |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111401653A (en) * | 2020-03-25 | 2020-07-10 | 华中科技大学 | Tunnel water leakage risk spatial dependency prediction method and prediction system |
KR20200098817A (en) | 2019-02-13 | 2020-08-21 | 한국도로공사 | Multilateral integrated management system and tunnel excavation method on construction site |
KR102212954B1 (en) | 2020-11-23 | 2021-02-05 | 주식회사 엠티비엠 | Automation system for constructing of underground horizontal tunnel and the method thereof |
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- 2017-04-06 KR KR1020170044943A patent/KR101889042B1/en active IP Right Grant
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