KR101917619B1 - 교량 처짐 계측 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결상 이미지를 이용하여 교량 처짐을 측정함에 있어서, 해당 교량의 수직 거동과 더불어 비수직 거동이 동반시 야기될 수 있는 교량 변위 계측 오차를 제거할 수 있는 교량 처짐 계측 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 교량 처짐 계측 시스템은, 교량에 설치되고 제1 미러, 제2 미러 및 결상 플레이트를 포함하는 결상부와; 상기 교량에 설치되어 상기 제1 미러로 제1 레이저 빔을 출사하는 제1 레이저 광원부와; 상기 교량에 설치되어 상기 제2 미러로 제2 레이저 빔을 출사하는 제2 레이저 광원부와; 상기 결상 플레이트에 맺히는 상기 제1 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제1 도트) 및 상기 제2 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제2 도트)를 촬영하는 촬상부; 및 상기 교량의 변위를 계측하는 관리서버를 포함한다.

Description

교량 처짐 계측 시스템{SYSTEM FOR MEASURING BRIDGE DEFLECTION}

본 발명은 교량의 처짐을 감시하기 위한 장치로서, 보다 상세하게는 레이저 빔 도트 이미지의 위치 이동량을 이용하여 교량의 처짐을 감시하고 그 처짐 변위를 측정하기 위한 교량 처짐 계측 시스템에 관한 것이다.

건설 구조물 상태 평가에 있어서, 외력에 의한 구조물의 변위 내지 변형은 가장 중요한 측정 항목 중 하나에 해당한다. 건설 구조물 중 특히 교량의 경우 그 처짐 변형에 대한 감시 및 측정이 중요한데, 종래 교량 처짐 측정 장치는 접촉식 변위계를 이용하여 교량의 처짐을 측정하는 것이 일반적이었다.

종래 교량 처짐 측정 장치는 조립식 작업대를 지상에 설치하고, 그 조립식 작업대 상단에 변위계를 설치하여, 해당 변위계가 교량 상부 구조물(예컨대, 거더 등)에 접촉된 상태에서 교량의 처짐 발생시 변위계에 가해지는 외력을 통해 해당 교량의 처짐을 측정하도록 구성된다.

그런데, 이러한 종래 접촉식 변위계는 교하 공간이 일반도로, 하천 또는 바다인 경우에는 고정점 설치가 불가능하기 때문에, 접촉식 변위계를 이용하여 교량의 처짐을 측정하는 것이 불가능한 단점이 있었다.

이러한 단점을 극복하기 위하여, 카메라와 이미지 프로세싱 기법을 적용한 교량의 처짐 측정 기술이 개발되어 유럽에서 상용화되어 있고 최근 국내에도 도입되고 있다.

그러나, 이와 같이 이미지 프로세싱 기법을 적용한 교량의 처짐 측정 기술은 원거리 측정을 위하여 고가의 망원렌즈 등이 요구되며, 원거리에서 망원렌즈를 사용하기 때문에 바람 등에 의해 기준점이 미세하게 떨리는 경우 오차가 발생하는 단점이 있었다. 또한, 교량의 안전진단은 주로 차량 통행이 적은 야간에 이루어지는 바, 시야확보를 위하여 별도의 조명을 설치하여야 하는 번거로움이 있었다.

본원 발명자는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 레이저 빔의 도트 이미지를 이용하여 교량의 처짐 변위를 측정하는 기술(한국공개특허 제10-2017-0136130호)을 제안하였다.

그러나, 한국공개특허 제10-2017-0136130호의 경우, 교량의 처짐시 수직거동과 함께 비수직방향 거동(예컨데, 수평/곡선형 거동 등)이 동반되면, 교량에 설치되어 있는 암실 케이스(40) 역시 수직이동과 함께 회전이동(즉, 암실 케이스의 기울어짐)이 유발되고, 이와 같은 암실 케이스(40)의 기울어짐은 결상 플레이트(50)의 기울어짐으로 이어지며, 이는 레이저 빔 도트의 결상 위치를 왜곡하여 결국 도트 이동량을 왜곡하는 요인으로 작용하게 된다. 그리고, 이러한 도트 이동량의 왜곡은 결국 교량의 수직 변위 계측에 오차를 유발하는 문제점이 있었다.

한편, 종래 레이저 광원을 이용한 교량 처짐 계측 장치의 경우, 하나의 교량에 대한 멀티 계측을 위해서는 적어도 하나의 레이저 광원마다 촬영장치가 하나씩 대응되게 설치되어야 했다. 즉, 교량의 다수 지점을 동시에 감시하기 위한 멀티 계측 시스템을 구축하기 위해서는 다수 개의 촬영장치가 필요하였다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제10-2017-0136130호 (2017.12.11. 공개)

본 발명의 목적은 카메라를 이용한 이미지 프로세스 기법을 기반으로 교량의 처짐을 감시하고 그 수직 변위를 측정할 수 있는 교량 처짐 계측 시스템을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 결상 이미지를 이용하여 교량 처짐을 측정함에 있어서, 해당 교량의 수직 거동과 더불어 비수직 거동이 동반시 야기될 수 있는 교량 변위 계측 오차를 제거할 수 있는 교량 처짐 계측 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 교량의 다수 지점을 동시 감시하는 멀티 계측 시스템을 구축함에 있어서, 하나의 촬상장치로 멀티 계측 시스템을 구현할 수 있는 교량 처짐 계측 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교량 처짐 계측 시스템은, 교량에 설치되고 제1 미러, 제2 미러 및 결상 플레이트를 포함하는 결상부와; 상기 교량에 설치되어 상기 제1 미러로 제1 레이저 빔을 출사하는 제1 레이저 광원부와; 상기 교량에 설치되어 상기 제2 미러로 제2 레이저 빔을 출사하는 제2 레이저 광원부와; 상기 결상 플레이트에 맺히는 상기 제1 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제1 도트) 및 상기 제2 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제2 도트)를 촬영하는 촬상부; 및 상기 교량의 변위를 계측하는 관리서버를 포함한다.

그리고, 상기 제1 미러는 입사되는 상기 제1 레이저 빔을 상기 결상 플레이트 측으로 반사시키고, 상기 제2 미러는 입사되는 상기 제2 레이저 빔을 상기 결상 플레이트 측으로 반사시키도록 구성된다.

그리고, 상기 제1 레이저 광원부는 상기 결상부를 기준으로 상기 교량의 좌측 영역에 배치되고, 상기 제2 레이저 광원부는 상기 결상부를 기준으로 상기 교량의 우측 영역에 배치되어, 상기 제1 레이저 광원부, 상기 결상부 및 상기 제2 레이저 광원부 순으로 배치되게 구성된다.

그리고, 상기 관리서버는 상기 제1 도트와 상기 제2 도트의 상기 결상 플레이트 내 위치변화에 따른 이동량을 계산하여 다음의 수학식 1에 따라 제1 최종 이동량을 산출하고, 상기 제1 최종 이동량을 이용하여 상기 교량의 변위를 계측하는 것을 특징으로 한다.

수학식 1

제1 최종 이동량 = (제1 도트의 이동량 + 제2 도트의 이동량) / 2

본 발명에 따른 교량 처짐 계측 시스템에 의하면, 교하 공간이 일반도로, 하천 또는 바다인 경우에도 교량의 처짐 계측이 가능하고, 특히 교량의 비수직 방향 거동이 동반될 시 야기될 수 있는 도트 이미지 이동량의 왜곡을 보정할 수 있는 바, 교량의 다양한 거동이 발생되더라도 항시 교량 변위를 정확하게 계측할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 교량 처짐 계측 시스템에 의하면, 교량의 다수 지점의 레이저 광원부가 한 쌍의 결상부와 촬상부를 공유할 수 있어, 촬상장치를 최소한으로 설치하면서도 정확한 변위 계측이 가능한 멀티 계측 시스템을 구축할 수 있는 바, 시스템 시공 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 교량 처짐 계측 시스템의 기본적인 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결상부와 촬상부를 도시한 단면도.
도 4(a)는 본 발명의 결상부가 설치된 교량의 수직 거동 변위를 나타낸 예시.
도 4(b)는 본 발명의 결상부가 설치된 교량의 수직 거동과 함께 비수직 방향 거동이 동반된 변위를 나타낸 예시.
도 5(a)는 도 4(a)의 경우 나타나는 제1,2 도트의 위치 변화를 나타낸 예시.
도 5(b)는 도 4(b)의 경우 나타나는 제1,2 도트의 위치 변화를 나타낸 예시.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템의 개략도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템을 개략적으로 도시한 상면도.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 발명에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 교량 처짐 계측 시스템의 기본적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 교량 처짐 계측 시스템은 기본적으로 레이저 광원부(10), 결상부(20), 촬상부(30) 및 관리서버(40)를 포함한다.

본 발명의 레이저 광원부(10)는 레이저 빔을 출사하는 장치로서, 레이저 광원부(10)로부터 출사되는 레이저 빔은 결상부(20) 측으로 직진하여 결상 플레이트에 입사될 수 있도록 구성된다.

레이저 광원부(10)는 교량에 설치되는데 그 구체적 실시예에 따라 설치 위치가 달라진다. 예컨대, 후술할 제1 실시예에 따르면 교량에 있어서 수직 변위가 없거나, 또는 상대적으로 더 작은 변위 내지 최소 변위가 발생하는 지점에 설치될 수 있고, 후술할 제2 실시예에 따르면 교량의 처짐 감시 영역 즉, 교량에 있어서 상대적으로 더 큰 변위 내지 최대 변위가 발생할 수 있는 지점에 설치될 수도 있다.

본 발명의 결상부(20)는 레이저 광원부(10)로부터 출사되는 레이저 빔의 도트 이미지가 맺히는 결상 플레이트를 포함하고, 바람직하게는 암실 케이스를 더 포함하며, 구체적 실시예에 따라 미러를 더 포함할 수 있다.

결상부(20)는 교량에 설치되는데 그 구체적 실시예에 따라 설치 위치가 달라진다. 예컨대, 후술할 제1 실시예에 따르면 교량의 처짐 감시 영역 즉, 교량에 있어서 상대적으로 더 큰 변위 내지 최대 변위가 발생할 수 있는 지점에 설치될 수 있고, 후술할 제2 실시예에 따르면 교량에 있어서 수직 변위가 없거나 또는 상대적으로 더 작은 변위 내지 최소 변위가 발생하는 지점에 설치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 레이저 광원부(10) 또는 결상부(20)가 설치되는 상기 "수직 변위가 없거나 최소인 지점"은 교량 하부 구조물일 수 있고, 상기 교량 하부 구조물은 예컨대 교량의 상부 구조물을 지지하는 교각 내지 교대 등일 수 있다. 그리고 상기 "교량의 처짐 감시 영역"은 교량 상부 구조물일 수 있고, 상기 교량 상부 구조물은 예컨대 교량의 하부 구조물에 의해 지지되는 교량 거더일 수 있다.

결상부(20)의 암실 케이스는 이의 내/외부가 연통될 수 있도록 적어도 하나의 개방구가 형성되어 있고, 상기 개방구를 제외한 나머지 면은 외부 입사광을 차폐할 수 있는 재질로 형성된다. 레이저 광원부(10)에서 출사되는 레이저 빔은 이 개방구를 경유하여 암실 케이스 내부로 진입하도록 구성된다.

이와 같은 암실 케이스를 더 구비할 경우, 레이저 빔 도트가 결상 플레이트에 보다 선명하게 결상될 수 있고, 촬상소자가 외부광에 노출될 경우 야기될 수 있는 신호 왜곡을 최소화할 수 있게 된다.

결상부(20)의 결상 플레이트는 개방구를 통해 암실 케이스 내부로 진입한 레이저 빔이 입사되어 그 입사 지점에 도트(dot) 형태의 이미지(이하, '레이저 빔 도트'라 칭함)가 맺히도록 하는 얇은 판체이다.

촬상부(30)가 결상 플레이트의 후방에 배치되게 구성하면, 촬상부(30)는 결상 플레이트의 후면을 촬영하게 된다. 그런데, 레이저 빔 도트는 결상 플레이트의 앞면에 맺히게 되는 바, 상기 경우 후면에서도 상기 레이저 빔 도트 이미지를 촬영할 수 있도록 해당 결상 플레이트는 투명 또는 반투명 재질로 형성되고, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질로 형성될 수 있다.

만약, 촬상부(30)를 결상 플레이트의 전방(예컨대, 전방 상측 영역)에 배치하여 결상 플레이트의 앞면을 촬영하도록 구성한다면, 촬상부(30)는 결상 플레이트의 앞면에 맺힌 레이저 빔 도트를 촬영하게 되는 바, 상기 경우 해당 결상 플레이트는 불투명 재질로 형성할 수도 있다.

본 발명의 촬상부(30)는 결상 플레이트에 맺히는 레이저 빔의 도트 이미지를 촬영하는 장치로서, 레이저 빔 도트를 촬영하여 해당 이미지를 획득하는 촬상소자를 포함하고, 상기 촬상소자는 예컨대 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라로 구성될 수 있다.

촬상부(30)는 교량 처짐에 따른 변위의 동적 측정이 가능해야 하는 바, 고속 프레임 측정이 가능한 일반 산업용 카메라로 구성되고, 구체적으로는 단위 시간당 100 프레임(100 frame per second) 이상의 신호처리가 가능한 카메라로 구성하는 것이 바람직하다.

촬상부(30)에 의해 획득되는 레이저 빔 도트 이미지는 유무선 통신 회선을 통해 관리서버로 전송되고, 관리서버(40)는 이에 탑재된 이미지 프로세싱 알고리즘을 통해 해당 도트 이미지 정보를 처리하여 해당 교량의 처짐을 계측하게 된다. 여기서, 관리서버에 의해 계측되는 교량의 처짐은 수직 변위일 수 있다.

본 발명의 교량 처짐 계측 시스템은 전술한 바와 같은 구성요소들을 기반으로 다음의 제1 내지 제3 실시예로 구체화될 수 있다. 따라서, 후술할 제1 내지 제3 실시예의 각 구성들은 기본적으로 도 1에서 설명한 각 구성요소의 특징을 포함한다.

(1) 제1 실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결상부와 촬상부를 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템은 복수의 레이저 광원부(10a,10b), 결상부(20a), 촬상부(30a) 및 관리서버 (40)를 포함한다.

구체적으로, 제1 실시예의 레이저 광원부는 제1 레이저 광원부(10a)와 제2 레이저 광원부(10b)로 구분된다. 제1 레이저 광원부(10a)는 후술할 제1 미러(21a)로 레이저 빔(이하, '제1 레이저 빔(P1)'이라 함)을 출사하도록 구성되고, 제2 레이저 광원부(10b)는 후술할 제2 미러(21b)로 레이저 빔(이하, '제2 레이저 빔(P2)'이라 함)을 출사하도록 구성된다.

제1 실시예의 경우, 제1,2 레이저 광원부(10a,10b)는 교량에 있어서 수직 변위가 없거나 또는 상대적으로 더 작은 변위 내지 최소 변위가 발생하는 지점에 설치된다. 구체적으로, 상기 설치 지점은 예컨대 교각, 교대와 같은 교량 하부 구조물(1)일 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 레이저 광원부(10a)는 결상부(20a)를 기준으로 교량의 좌측 영역에 배치되고, 제2 레이저 광원부(10b)는 결상부(20a)를 기준으로 교량의 우측 영역에 배치되게 구성된다.

따라서, 제1 실시예의 제1 레이저 광원부(10a), 결상부(20a) 및 제2 레이저 광원부(10b)는 해당 교량의 길이방향(D1)을 따라 차례대로 배치되고, 상기 경우 그 배치 순서는 제1 레이저 광원부(10a), 결상부(20a) 및 제2 레이저 광원부(10b) 순서로 위치하게 된다. 여기서, 상기 '교량의 길이방향(D1)'이란 교량의 장축방향으로서 예컨대 차량 주행방향일 수 있다.

보다 바람직하게는, 제1 레이저 광원부(10a)는 제1 방향(A1)으로 제1 레이저 빔(P1)을 출사하도록 구성되고, 제2 레이저 광원부(10b)는 상기 제1 방향(A1)과 평행하면서 동시에 반대방향인 제2 방향(A2)으로 제2 레이저 빔(P2)을 출사하도록 구성될 수 있다. 상기 경우, 제1 레이저 광원부(10a)로부터 출사되어 직진하는 제1 레이저 빔(P1)의 진행 방향(즉, 제1 방향(A1))과 제2 레이저 광원부(10b)로부터 출사되어 직진하는 제2 레이저 빔(P2)의 진행 방향(즉, 제2 방향(A2))은 상호 평행하고 또한 상호 반대 방향이 된다.

전술한 바와 같은 제1,2 레이저 광원부(10a,10b)와 결상부(20a) 간의 배치 구조에 의해, 후술할 수학식 1에 따른 최종 이동량을 산출할 수 있게 되고, 이를 통해 교량의 비수직 방향 거동에 따른 오차를 보정할 수 있게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

참고로, 도 2의 일 실시예의 경우, 제1 레이저 광원부(10a)는 도 2를 기준으로 결상부(20a)의 좌측 전방에 설치되고, 제2 레이저 광원부(10b)는 결상부(20a)의 우측 전방에 설치되며, 제1 레이저 광원부(10a), 결상부(20a) 및 제2 레이저 광원부(10b)는 동일 선상에 배치되어, 제1 레이저 광원부(10a)의 제1 방향과 제2 레이저 광원부(10b)의 제2 방향이 상호 평행하면서 반대방향을 향하도록 구성하였다.

상기 경우, 제1 개방구는 암실 케이스(23)의 좌측면에 형성되고, 제2 개방구는 우측면에 형성되어 상호 대향하는 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 미러(21a)는 제1 개방구 측에 설치되고, 제2 미러(21b)는 제2 개방구 측에 설치될 수 있다.

제1 실시예의 결상부(20a)는 결상 플레이트(22a)를 포함하고, 제1 미러(21a)와 제2 미러(21b)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 실시예의 경우, 결상부(20a)는 교량의 처짐 감시 영역 즉, 교량에 있어서 상대적으로 더 큰 변위 내지 최대 변위가 발생할 수 있는 지점에 설치된다. 구체적으로, 상기 설치 지점은 예컨대 교량 거더와 같은 교량 상부 구조물(2)일 수 있다.

제1 미러(21a)는 제1 레이저 광원부(10a)로부터 입사되는 제1 레이저 빔(P1)을 결상 플레이트(22a) 측으로 반사시키도록 구성되고, 제2 미러(21b)는 제2 레이저 광원부(10b)로부터 입사되는 제2 레이저 빔(P2)을 결상 플레이트(22a) 측으로 반사시키도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 미러(21a)와 제2 미러(21b)는 상호 대칭 구조로 설치될 수 있고, 결상 플레이트(22a)는 제1,2 미러의 전방(즉, 제1,2 레이저 빔의 광 경로)에 제1,2 미러와 대향하는 구조로 배치될 수 있다.

이러한 제1 미러(21a)와 제2 미러(21b)는 암실 케이스(23) 내부에 설치될 수 있으며, 암실 케이스(23)의 개방구는 제1 개방구와 제2 개방구로 분리 구성될 수 있다. 상기 경우, 제1 레이저 빔(P1)은 제1 개방구를 경유하여 제1 미러(21a)로 입사되고, 제2 레이저 빔(P2)은 제2 개방구를 경유하여 제2 미러(21b)로 입사되도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 미러(21a)는 결상 플레이트(22a)에 대하여 0°초과 90°미만의 경사각(θ1)을 갖도록 설치되고, 제2 미러(21b) 역시 결상 플레이트(22a)에 대하여 0°초과 90°미만의 경사각(θ2)을 갖도록 설치될 수 있다.

보다 바람직하게는, 제1 미러(21a)와 제2 미러(21b)는 동일한 경사각 즉,"θ1=θ2 "을 갖도록 구성될 수 있다. 그리고, 제1 레이저 광원부(10a)와 제2 레이저 광원부(10b)는 제1 레이저 빔(P1)의 제1 미러(21a) 입사각(θ3)과 제2 레이저 빔(P2)의 제2 미러(21b) 입사각(θ4)이 상호 동일하도록 구성될 수 있다. 여기서, 입사각(θ3)와 입사각(θ4)이 동일하게 구성됨이란, 제1,2 레이저 광원부(10a,10b)와 결상부(20a)의 최초 설치 시점을 기준으로 입사각(θ3,θ4)이 상호 동일하도록 구성되는 것을 의미한다.

제1 실시예의 촬상부(30a)는 제1,2 미러에 의해 반사된 후 결상 플레이트(22a)로 입사되어 맺히는 제1 레이저 빔(P1)의 도트 이미지(이하, '제1 도트'라 함)와 제2 레이저 빔(P2)의 도트 이미지(이하, '제2 도트'라 함)를 촬영하도록 구성된다.

제1 실시예의 관리서버(40)는 제1 도트와 제2 도트의 결상 플레이트(22a) 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여, 다음의 수학식 1에 따라 최종 이동량(이하, '제1 최종 이동량'이라 함)을 산출한 후, 이 제1 최종 이동량을 이용하여 해당 교량의 변위를 계측하도록 구성된다. 여기서, 관리서버에 의해 계측되는 교량 변위는 수직 변위일 수 있다.

[수학식 1]

제1 최종 이동량 = (제1 도트의 이동량 + 제2 도트의 이동량) / 2

여기서, 상기 '제1 최종 이동량'은 교량의 비수직 방향 거동에 의한 도트 이미지의 이동량 왜곡이 제거된 값으로서, 이를 통해 교량의 처짐 즉 수직 변위를 산출할 수 있게 된다.

여기서, 교량의 비수직 방향 거동이란, 교량의 처짐 발생시 교량의 수직 거동과 함께 유발될 수 있는 수평/회전/곡선형 거동 등을 지칭하는데, 이와 같이 교량의 처짐시 비수직 방향 거동이 동반되면 도 4(b)와 같이 교량에 설치되어 있는 결상부(20a) 역시 수직 방향 이동과 함께 비수직 방향 이동(즉, 결상부(20a)의 기울어짐 내지 회전 등)이 발생되게 된다. 그리고, 이와 같은 결상부(20a)의 기울어짐은 교량의 수직 변위 계측에 오차를 유발하는 요인 작용하게 된다.

이에 대하여, 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 4(a)는 본 발명의 결상부가 설치된 교량의 수직 거동 변위를 나타낸 예시이고, 도 4(b)는 본 발명의 결상부가 설치된 교량의 수직 거동과 함께 비수직 방향 거동이 동반된 변위를 나타낸 예시이고, 도 5(a)는 도 4(a)의 경우 나타나는 제1,2 도트의 위치 변화를 나타낸 예시이고, 도 5(b)는 도 4(b)의 경우 나타나는 제1,2 도트의 위치 변화를 나타낸 예시이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 예를 들어 교량에 처짐의 두 가지 경우를 가정하자. 그리고, 첫 번째 경우는 단지 수직변위(T1)만 발생하였고, 이 때의 도트 이동량이 M1으로 계산된다고 가정한다. 그리고, 두 번째 경우는 첫 번째 경우와 동일한 양의 수직변위(T1)와 함께 결상부(20a)의 회전이 동반된 변위가 발생된 경우를 가정한다.

상기 첫 번째 경우(도 4(a) 및 도 5(a) 참조), 수직 위치 변동이 발생한 결상부(20a)는 수직 위치 변화가 발생하지 않는 레이저 빔 경로에 대하여 그 상대적 위치가 변경되게 되고, 이에 의해 결상 플레이트(22a)의 레이저 빔 조사점 역시 최초 조사점 대비 그 위치가 변경되게 된다. 그리고, 이로부터 최초 도트 이미지 대비 이동 도트 이미지의 이동량을 도출(예컨대, 도트 이동량 = M1)할 수 있게 되며, 이와 같이 도출된 이동량에 환산계수를 대입함으로써 'T1'에 해당하는 처짐 변위가 산출된다.

그러나, 상기 두 번째 경우(도 4(b) 및 도 5(b) 참조), 교량의 비수직 거동에 의해 결상부(20a)의 기울어짐이 유발되고, 이로 인해 레이저 빔 도트(C1,C2)의 결상 위치를 왜곡하여 결국 도트 이동량을 왜곡하는 요인으로 작용하게 되며, 이로 인해 두 번째 경우는 도트(C1,C2)의 이동량이 M1 초과 또는 M1 미만으로 도출되게 된다.

환언하면, 첫 번째 경우와 두 번째 경우 모두 동일한 수치의 수직 변위가 발생되었음에도 불구하고, 두 번째 경우는 비수직 방향 거동이 동반되어 이에 의한 도트(C1,C2) 이동량의 왜곡이 유발되고, 이로 인해 잘못된 수직 변위가 계측되게 된다. 결국, 교량의 비수직 거동이 함께 발생될 경우, 교량의 처짐 즉, 수직 변위를 정확히 계측하기 어렵게 된다.

그러나, 본 발명은 종래(선행특허 1)와 달리 레이저 광원부(10a,10b)를 두 개로 구성하고, 레이저 광원부(10a,10b)와 결상부(20a)의 특징적인 배치구조를 통해, 교량의 비수직 방향 거동이 동반될 시 야기될 수 있는 도트 이미지 이동량의 왜곡을 보정(즉, 수학식 1에 따른 제1 최종 이동량 산출)할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 특징적인 배치구조를 전제로 하는 수학식 1에 따르면, 도 4(b)와 같이 수직 거동과 함께 결상부(20a)의 회전이 동반된 경우, 예컨대 도 5(b)와 같이 제1 도트(C1)의 이동량은 실제치 'M1'보다 큰 값(M1+N1)으로 초과하는 왜곡이 발생되고, 제2 도트(C2)의 이동량은 실제치 'M1'보다 작은 값(M1-N1)으로 미달되는 왜곡이 발생하더라도, 수학식 1에 따라 처리함으로써, 제1 도트(C1) 이동량의 초과분(+N1)이 제2 도트(C2) 이동량의 미달분(-N1)에 의해 상쇄되어, 결국 교량 수직변위의 실제치 즉, 제1 최종 이동량 'M1'을 획득할 수 있게 된다. 여기서, 도트 이동량의 실제치란, 교량의 수직 변위량에 부합하는 도트 이동량을 의미하고, 이 도트 이동량 즉, 제1,2 도트(C1,C2)의 결상 플레이트(22a) 내 이동량은 촬영영상 내 제1,2 도트(C1,C2)의 이동 픽셀(Pixel)량을 이용하여 계산될 수 있다.

그리고, 결상 플레이트(22a)와 촬상부(30a) 간의 거리에 의하여 결정되는 환산계수를 이와 같이 획득된 제1 최종 이동량에 대입함으로써 실질적인 변위값을 최종 산출할 수 있게 된다.

(2) 제2 실시예

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템은 제1 실시예와 마찬가지로, 두 개의 레이저 빔 도트 이미지 즉, 제1 도트와 제2 도트 이미지를 이용하여 수학식 1에 따라 제1 최종 이동량을 산출하고, 이를 통해 교량의 비수직 방향 거동이 동반될 시 야기될 수 있는 도트 이미지 이동량의 왜곡을 보정하도록 구성된다.

다만, 결상부(20a)를 중심으로 이의 좌우측 영역에 레이저 광원부가 각각 설치되어 제1,2 도트 이미지를 획득하는 제1 실시예와 달리, 제2 실시예는 레이저 광원부 (10c)를 중심으로 이의 좌우측 영역에 결상부(20b,20c)가 각각 설치되어 제1,2 도트 이미지를 획득하도록 구성되는 것이 차이점이다. 이하에서는, 제1 실시예 대비 그 차이점 위주로 설명하도록 한다.

제2 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템은 레이저 광원부(10c), 복수의 결상부(20b,20c), 복수의 촬상부(30b,30c) 및 관리서버(40)를 포함한다.

제2 실시예의 레이저 광원부(10c)는 교량에 설치되어 제1 결상 플레이트 (22b)로 제1 레이저 빔(P3)을 출사하고, 제2 결상 플레이트(22c)로 제2 레이저 빔 (P4)을 출사하도록 구성된다.

환언하면, 제2 실시예의 제1 레이저 빔(P3)은 레이저 광원부(10c)를 기준으로 좌측 방향으로 출사하도록 구성되고, 제2 레이저 빔(P4)은 레이저 광원부(10c)를 기준으로 우측 방향으로 출사하도록 구성된다.

제2 실시예의 경우, 레이저 광원부(10c)는 교량의 처짐 감시 영역 즉, 교량에 있어서 상대적으로 더 큰 변위 내지 최대 변위가 발생할 수 있는 지점에 설치된다. 구체적으로, 상기 설치 지점은 예컨대 교량 거더와 같은 교량 상부 구조물(2)일 수 있다.

바람직하게는, 제1 레이저 빔(P3)은 제1 방향으로 출사되도록 구성되고, 제2 레이저 빔(P4)은 상기 제1 방향과 평행하면서 동시에 반대방향인 제2 방향으로 출사되도록 구성될 수 있다. 상기 경우, 레이저 광원부(10c)로부터 출사되어 직진하는 제1 레이저 빔(P3)의 진행 방향(즉, 제1 방향)과 제2 레이저 빔(P4)의 진행 방향(즉, 제2 방향)은 상호 평행하고 또한 상호 반대 방향이 된다.

제2 실시예의 결상부는 제1 결상부(20b)와 제2 결상부(20c)로 구분된다. 제1 결상부(20b)는 교량에 설치되고 제1 결상 플레이트(22b)를 포함한다. 제1 결상 플레이트(22b)는 제1 레이저 빔(P3)이 입사되어 제1 레이저 빔(P3)의 도트 이미지(이하, '제1 도트'라 함)가 맺히고, 제2 결상 플레이트(22c)는 제2 실시예의 제2 레이저 빔(P4)이 입사되어 제2 레이저 빔(P4)의 도트 이미지(이하, '제2 도트'라 함)가 맺히도록 구성된다.

제2 실시예의 제1 결상부(20b)와 제2 결상부(20c)는 교량에 있어서 수직 변위가 없거나 또는 상대적으로 더 작은 변위 내지 최소 변위가 발생하는 지점에 설치된다. 구체적으로, 상기 설치 지점은 예컨대 교각, 교대와 같은 교량 하부 구조물(1)일 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 결상부(20b)는 레이저 광원부(10c)를 기준으로 교량의 좌측 영역에 배치되고, 제2 결상부(20c)는 레이저 광원부(10c)를 기준으로 교량의 우측 영역에 배치되게 구성된다.

따라서, 제2 실시예의 제1 결상부(20b), 레이저 광원부(10c) 및 제2 결상부(20c)는 해당 교량의 길이방향을 따라 차례대로 배치되고, 상기 경우 그 배치 순서는 제1 결상부(20b), 레이저 광원부(10c) 및 제2 결상부(20c) 순서로 위치하게 된다.

참고로, 도 6의 실시예의 경우, 제1 결상부(20b)는 도 6을 기준으로 레이저 광원부(10c)의 좌측 전방에 설치되고, 제2 결상부(20c)는 레이저 광원부(10c)의 우측 전방에 설치되고, 제1 결상부(20b), 레이저 광원부(10c) 및 제2 결상부(20c)는 동일 선상에 배치되며, 레이저 광원부(10c)의 제1 방향과 제2 방향이 상호 평행하면서 반대방향을 향하도록 구성하였다.

한편, 제1,2 결상부(20b,20c)는 암실 케이스(23)를 각각 더 구비할 수 있으며, 상기 경우, 제1,2 결상 플레이트(22b,22c)는 암실 케이스(23) 내부에 각각 구비되고, 각 암실 케이스(23)에는 제1,2 레이저 빔이 통과할 수 있도록 개방구가 형성될 수 있다.

제2 실시예의 촬상부는 제1 촬상부(30b)와 제2 촬상부(30c)로 구분된다. 제1 촬상부(30b)는 제1 결상 플레이트(22b)에 맺히는 상기 제1 레이저 빔(P3)의 도트 이미지(즉, 제1 도트)를 촬영하고, 제2 촬상부(30c)는 제2 결상 플레이트(22c)에 맺히는 제2 레이저 빔(P4)의 도트 이미지(즉, 제2 도트)를 촬영하도록 구성된다.

제2 실시예의 구성에 따를 경우, 교량이 단지 수직 거동만 발생되면, 제1 실시예의 도 5(a)와 같은 제1,2 도트 위치 변화를 나타내어 도트 이동량 왜곡이 발생하지 않으나, 수직 거동과 함께 레이저 광원부(10c)의 회전이 동반될 경우 도 5(b)과 같이 어느 하나의 도트(C1)는 교량변위에 부합하는 이동량보다 큰 이동량을 나타내고, 다른 하나의 도트(C2)는 교량변위에 부합하는 이동량보다 작은 이동량을 나타내는 왜곡이 야기된다. 그리고, 이러한 왜곡은 제1 실시예와 마찬가지로 수학식 1에 따라 산출되는 제1 최종 이동량에 의해 보정된다.

제2 실시예의 관리서버는 제1 도트의 제1 결상 플레이트(22b) 내 위치변화와 제2 도트의 제2 결상 플레이트(22c) 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여, 전술한 제1 실시예의 수학식 1에 따라 최종 이동량(즉, 제1 최종 이동량)을 산출한 후, 이 제1 최종 이동량을 이용하여 해당 교량의 변위를 계측하도록 구성된다. 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 실시예의 제1,2 도트의 결상 플레이트 내 이동량은 촬영영상 내 제1,2 도트의 이동 픽셀(Pixel)량을 이용하여 계산될 수 있다.

이와 같은 제1 최종 이동량을 이용하여 교량 변위를 계측하는 방법은 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

결국, 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지로 교량의 비수직 방향 거동이 동반될 시 야기될 수 있는 도트 이동량의 왜곡을 보정(즉, 최종 이동량 산출)할 수 있고, 이에 따라 교량의 다양한 거동이 발생되더라도 항시 교량 변위를 정확하게 계측할 수 있게 된다.

(3) 제3 실시예

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템을 개략적으로 도시한 상면도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 교량 처짐 계측 시스템은 교량의 다수 지점을 동시 감시하는 멀티 계측 시스템에 관한 것으로서, 기본적으로 제2 실시예와 동일하게 구성되되, 다만 제1 실시예의 레이저 광원부(이하, '제1 레이저 광원부(10c)'라 칭함) 대비 또 다른 레이저 광원부(이하, '제2 레이저 광원부(10d)'라 칭함)를 더 포함하고, 제1,2 결상 플레이트에는 제1,2 도트 외에 또 다른 레이저 빔 도트 이미지가 더 형성되는 것이 차이점이다. 이하에서는 그 차이점 위주로 설명하도록 한다.

구체적으로, 제3 실시예의 제2 레이저 광원부(10d)는 교량에 설치되어 제1 결상 플레이트(22b)로 제3 레이저 빔(P5)을 출사하고, 제2 결상 플레이트(22c)로 제4 레이저 빔(P6)을 출사하도록 구성된다.

제3 실시예의 제2 레이저 광원부(10d)는 교량의 처짐 감시 영역 즉, 교량에 있어서 상대적으로 더 큰 변위 내지 최대 변위가 발생할 수 있는 지점에 설치된다. 구체적으로, 상기 설치 지점은 예컨대 교량 거더와 같은 교량 상부 구조물(2)일 수 있다.

보다 구체적으로, 제3 실시예의 제1 레이저 광원부(10c)와 제2 레이저 광원부(10d)는 서로 다른 지점에 설치되는데, 예컨대 제1 레이저 광원부(10c)가 제1 거더에 설치되면, 제2 레이저 광원부(10d)는 제1 거더에 이웃하는 제2 거더에 설치될 수 있다.

제3 실시예의 제2 레이저 광원부(10d)는 제1 레이저 광원부(10c)와 마찬가지로 제2 레이저 광원부(10d)를 중심으로 이의 좌측 영역에 제1 결상부(20b)가 배치되고, 이의 우측 영역에 제2 결상부(20c)가 배치되게 구성된다.

환언하면, 제1 결상부(20b)는 제2 레이저 광원부(10d)를 기준으로 교량의 좌측 영역에 배치되고, 제2 결상부(20c)는 제2 레이저 광원부(10d)를 기준으로 교량의 우측 영역에 배치되어, 그 배치 순서는 제1 결상부(20b), 제2 레이저 광원부(10d) 및 제2 결상부(20c) 순서로 위치하게 된다.

제3 실시예의 제1 촬상부(30b)는 전술한 제1 도트를 촬영하고, 또한 제1 결상 플레이트(22b)에 맺히는 제3 레이저 빔(P5)의 도트 이미지(이하, 제3 도트)를 더 촬영하도록 구성된다.

제3 실시예의 제2 촬상부(30c)는 전술한 제2 도트를 촬영하고, 또한 제2 결상 플레이트(22c)에 맺히는 제4 레이저 빔(P6)의 도트 이미지(이하, 제4 도트)를 더 촬영하도록 구성된다.

한편, 제3 실시예의 제3 도트와 제4 도트는 다음과 같이 결상되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 제3 도트는 제1 도트보다 제1 결상 플레이트(22b)의 기준점에서 더 먼 영역에 맺히도록 구성된다. 즉, 제1,2 레이저 광원부의 제1 결상 플레이트(22b) 내 입사 지점에 있어서, 제2 레이저 광원부(10d)의 제3 레이저 빔(P5)이 제1 레이저 광원부(10c)의 제1 레이저 빔(P3)보다 상기 기준점 대비 더 먼 영역에 입사되도록 구성된다.

여기서, 제1 결상 플레이트(22b)의 기준점이란, 제1 촬상부(30b)가 촬영하여 획득되는 영상(이하, '제1 영상'이라 함) 내의 중심점에 해당하는 영역을 지칭한다. 따라서, 제1 영상에 있어서, 제1 도트는 제3 도트보다 제1 영상의 중심점에 더 가까운 지점에 표시되게 된다.

다음으로, 제4 도트는 제2 도트보다 제2 결상 플레이트(22c)의 기준점에서 더 먼 영역에 맺히도록 구성된다. 즉, 제1,2 레이저 광원부의 제2 결상 플레이트(22c) 내 입사 지점에 있어서, 제2 레이저 광원부(10d)의 제4 레이저 빔(P6)이 제1 레이저 광원부의 제2 레이저 빔(P4)보다 상기 기준점 대비 더 먼 영역에 입사되도록 구성된다.

여기서, 제2 결상 플레이트(22c)의 기준점이란, 제2 촬상부(30c)가 촬영하여 획득되는 영상(이하, '제2 영상'이라 함) 내의 중심점에 해당하는 영역을 지칭한다. 따라서, 제2 영상에 있어서, 제2 도트는 제4 도트보다 제2 영상의 중심점에 더 가까운 지점에 표시되게 된다.

제3 실시예의 관리서버는 전술한 제3 도트의 제1 결상 플레이트(22b) 내 위치변화와 제4 도트의 제2 결상 플레이트(22c) 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여, 다음의 수학식 2에 따라 최종 이동량(즉, 제2 최종 이동량)을 산출한 후, 이 제2 최종 이동량을 이용하여 해당 교량의 변위를 계측하도록 구성된다. 여기서, 제3 실시예의 제3,4 도트의 결상 플레이트 내 이동량은 촬영영상 내 제3,4 도트의 이동 픽셀(Pixel)량을 이용하여 계산될 수 있다.

[수학식 2]

제2 최종 이동량 = (제3 도트의 이동량 + 제4 도트의 이동량) / 2

여기서, 상기 '제2 최종 이동량'은 교량의 비수직 방향 거동에 의한 제3,4 도트 이미지의 이동량 왜곡이 제거된 값으로서, 이를 통해 교량의 또 다른 지점의 처짐 계측 즉, 수직 변위를 산출할 수 있게 된다.

즉, 제1 레이저 광원(10c)을 통해 산출되는 제1 최종 이동량을 이용하여 교량의 제1 영역에 대한 변위 계측이 가능하고, 제2 레이저 광원(10d)을 통해 산출되는 제2 최종 이동량을 이용하여 교량의 제2 영역에 대한 변위 계측이 가능하며, 제N 레이저 광원을 통해 산출되는 제N 최종 이동량을 이용하여 교량의 제N 영역에 대한 변위 계측이 가능하게 되어, 결국 교량의 다수 지점의 변위에 대한 멀티 계측이 가능하게 된다.

상기 경우, 제1 촬상부(30b)와 제2 촬상부(30c)를 가상의 직선으로 연결하는 경우를 가정할 때, 상기 제1 영역은 상기 가상의 직선 상에 해당하는 지점이고, 상기 제2 영역은 상기 가상의 직선을 벗어난 지점일 수 있다. 환언하면, 상기 제1 영역은 상기 가상의 직선 중 일부를 포함하는 지점이고, 상기 제2 영역은 상기 가상의 직선을 포함하지 않는 지점일 수 있다.

한편, 제3 실시예의 관리서버는 수학식 2에 따라 제2 최종 이동량을 산출하되, 수학식 2의 제3 도트의 이동량과 제4 도트의 이동량은 보정계수를 대입하여 계산하도록 구성된다.

제3,4 도트 이동량 계산을 위한 '보정계수'에 대하여 설명하면 다음과 같다. 제3 실시예의 보정계수는 제1,2 촬상부의 렌즈 굴곡에 의해 유발되는 촬영영상 내 위치변화 왜곡을 보정하기 위한 상수이다.

예컨대, 레이저 빔A는 제1 결상 플레이트(22b)의 기준점(즉, 제1 촬상부(30b)의 촬영 영상의 중심점)에 도트A가 맺히도록 설정되고, 레이저 빔B는 제1 결상 플레이트(22b)의 기준점에서 단위거리'K1' 만큼 떨어진 지점에 도트B가 맺히도록 설정되었다고 가정하자. 그리고, 이후 교량의 처짐이 발생되어 도트A,B 모두 단위거리'K1' 만큼 위치변화가 발생하였다고 가정하자.

상기 경우, 도트A의 경우 'K1' 만큼 위치이동하더라도 렌즈 굴곡에 의한 이미지 왜곡이 거의 발생하지 않아 촬영 영상 내에서도 'K1' 만큼의 위치변화를 검출하게 된다. 그러나, 도트B의 경우 'K1' 만큼 위치이동하면 렌즈 굴곡(예컨대, 볼록렌즈)에 의해 이미지 왜곡이 발생되어, 실제로는 'K1' 만큼 위치이동하였으나 촬영 영상 내에서는 'K1'을 초과하는 거리를 위치이동한 것으로 검출될 수 있다.

본 발명의 보정계수는 이와 같이 멀티 계측을 위해 레이저 광원부를 다수 지점에 설치시, 결상 플레이트의 기준점(즉, 촬영 영상의 중심점)에서 상대적으로 더 먼 곳에 최초 도트 이미지가 맺히게 설정되는 레이저 광원부의 도트 이미지 왜곡을 보정하기 위한 상수이다.

따라서, 보정계수는 결상 플레이트 내 레이저 빔 결상 위치에 따라 그 값이 달라진다. 예컨대, 보정계수는 최초 도트 이미지(즉, 처짐 발생전 도트)가 결상 플레이트의 기준점(즉, 촬영 영상의 중심점)에서 멀어질수록 그 값이 더 커질 수 있으며, 그 커짐의 정도는 기준점에 대한 최초 도트 이미지의 이격도가 단위거리만큼 그 증가할 때마다 더 커질 수 있다.

그리고, 보정계수의 구체적인 수치는 결상 플레이트의 기준점(즉, 촬영 영상의 중심점) 및 이 기준점 주변의 다수 지점에 다수의 표식이 형성된 보정계수 시트를 이용하여 산출될 수 있다.

즉, 결상 플레이트에 상기 보정계수 시트를 부착하고, 기준점 및 다수의 표식에 각각 레이저 빔을 조사한 후, 기준점 대비 거리 증가에 따른 왜곡의 정도를 파악하여 이를 수치화함으로써 결상 플레이트 내 도트 위치에 따른 보정계수들을 산출할 수 있다.

그리고, 다수의 표식들의 거리 증가는 기준점 대비 단위거리씩 증가하도록 구성될 수 있다. 상기 경우, 보정계수는 제1 결상 플레이트(22b)의 기준점으로부터 제1 거리범위에 제3 도트가 맺힐 시 적용되는 제1 보정계수, 제2 거리범위에 제3 도트가 맺힐 시 적용되는 제2 보정계수, 및 제N 거리범위에 제3 도트가 맺힐 시 적용되는 제N 보정계수로 구분될 수 있다. 여기서, 상기 '거리범위'란 예컨대 기준점으로부터 10~20mm 거리에 있는 영역과 같이 특정 보정계수가 적용되는 범위를 의미한다.

결국, 제3 실시예에 의하면, 특히 멀티 계측시 렌즈 굴곡에 의해 유발되는 촬영영상 내 도트 위치변화의 왜곡을 보정할 수 있고, 이렇게 보정된 제3,4 도트 이미지를 이용하여 수학식 2에 따라 제2 최종 이동량을 산출함으로써 교량의 비수직 방향 거동이 동반될 시 야기될 수 있는 도트 이동량의 왜곡 역시 보정할 수 있게 된다. 그리고, 이 제2 최종 이동량을 이용하여 제1,2 실시예와 동일한 방식으로 해당 교량의 변위를 계측하도록 구성된다.

따라서, 제3 실시예에 따르면, 다수 지점의 레이저 광원부가 한 쌍의 결상부와 촬상부를 공유할 수 있어, 촬상장치를 최소한으로 설치하면서도 정확한 변위 계측이 가능한 멀티 계측 시스템을 구축할 수 있는 바, 시스템 시공 비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 제3 실시예의 확장예로서, 교량에 또 다른 지점에 설치되어 제1 결상 플레이트(22b)로 제5 레이저 빔(P7) 출사하고, 제2 결상 플레이트(22c)로 제6 레이저 빔(P7)을 출사하는 또 다른 레이저 광원부(10e)를 더 포함할 수 있다.

상기 경우, 제1 촬상부(30b)는 제1 결상 플레이트(22b)에 맺히는 상기 제5 레이저 빔(P7)의 도트 이미지(이하, 제5 도트)를 더 촬영하도록 구성되고, 제2 촬상부(30c)는 제2 결상 플레이트(22c)에 맺히는 상기 제6 레이저 빔(P7)의 도트 이미지(이하, 제6 도트)를 더 촬영하도록 구성된다.

그리고, 상기 제5 도트는 상기 제1 도트보다 상기 제1 결상 플레이트(22b)의 기준점에서 더 먼 영역에 맺히도록 구성되고, 상기 제6 도트는 상기 제2 도트보다 상기 제2 결상 플레이트(22c)의 기준점에서 더 먼 영역에 맺히도록 구성된다.

상기 경우, 관리서버(40)는 상기 제5 도트와 상기 제6 도트의 제1 결상 플레이트(22b)와 제2 결상 플레이트(22c) 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여 전술한 수학식 2에 따라 제2 최종 이동량을 산출하고, 상기 제2 최종 이동량을 이용하여 교량의 해당 지점의 변위를 계측하되, 상기 제5 도트의 이동량과 상기 제6 도트의 이동량은 제1,2 촬상부의 렌즈 굴곡에 의해 유발되는 촬영영상 내 위치변화 왜곡을 보정하기 위한 보정계수를 대입하여 계산하도록 구성된다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10a: 제1 레이저 광원부 10b: 제2 레이저 광원부
10c: 레이저 광원부 20a: 결상부
20b: 제1 결상부 20c: 제2 결상부
21a: 제1 미러 21b: 제2 미러
22a: 결상 플레이트 22b: 제1 결상 플레이트
22c: 제2 결상 플레이트 23: 암실 케이스
30a: 촬상부 30b: 제1 촬상부
30c: 제2 촬상부

Claims (10)

1. 교량의 처짐을 감시하기 위한 시스템에 있어서,
   상기 교량에 설치되고, 제1 미러, 제2 미러 및 결상 플레이트를 포함하는 결상부; 상기 교량에 설치되어 상기 제1 미러로 제1 레이저 빔을 출사하는 제1 레이저 광원부; 상기 교량에 설치되어 상기 제2 미러로 제2 레이저 빔을 출사하는 제2 레이저 광원부; 상기 결상 플레이트에 맺히는 상기 제1 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제1 도트) 및 상기 제2 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제2 도트)를 촬영하는 촬상부; 및 상기 교량의 변위를 계측하는 관리서버를 포함하고,
   상기 제1 미러는 입사되는 상기 제1 레이저 빔을 상기 결상 플레이트 측으로 반사시키고, 상기 제2 미러는 입사되는 상기 제2 레이저 빔을 상기 결상 플레이트 측으로 반사시키도록 구성되고,
   상기 제1 레이저 광원부는 상기 결상부를 기준으로 상기 교량의 좌측 영역에 배치되고, 상기 제2 레이저 광원부는 상기 결상부를 기준으로 상기 교량의 우측 영역에 배치되어, 상기 제1 레이저 광원부, 상기 결상부 및 상기 제2 레이저 광원부 순으로 배치되게 구성되며,
   상기 관리서버는 상기 제1 도트와 상기 제2 도트의 상기 결상 플레이트 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여 다음의 수학식 1에 따라 제1 최종 이동량을 산출하고, 상기 제1 최종 이동량을 이용하여 상기 교량의 변위를 계측하는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   수학식 1
   제1 최종 이동량 = (제1 도트의 이동량 + 제2 도트의 이동량) / 2
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 레이저 광원부는 상기 결상부의 좌측 전방에 배치되어, 제1 방향으로 상기 제1 레이저 빔을 출사하도록 구성되고,
   상기 제2 레이저 광원부는 상기 결상부의 우측 전방에 배치되어, 상기 제1 방향과 평행하면서 동시에 반대방향인 제2 방향으로 상기 제2 레이저 빔을 출사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 미러와 상기 제2 미러는 상기 결상 플레이트에 대하여 0°초과 90°미만의 경사각을 갖도록 설치되고,
   상기 제1 레이저 광원부와 상기 제2 레이저 광원부는 상기 제1 레이저 빔의 상기 제1 미러 입사각과 상기 제2 레이저 빔의 상기 제2 미러 입사각이 상호 동일하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   
4. 교량의 처짐을 감시하기 위한 시스템에 있어서,
   상기 교량에 설치되고 제1 결상 플레이트를 포함하는 제1 결상부; 상기 교량에 설치되고 제2 결상 플레이트를 포함하는 제2 결상부; 상기 교량에 설치되어 상기 제1 결상 플레이트로 제1 레이저 빔을 출사하고, 상기 제2 결상 플레이트로 제2 레이저 빔을 출사하는 레이저 광원부; 상기 제1 결상 플레이트에 맺히는 상기 제1 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제1 도트)를 촬영하는 제1 촬상부; 상기 제2 결상 플레이트에 맺히는 상기 제2 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제2 도트)를 촬영하는 제2 촬상부; 및 상기 교량의 변위를 계측하는 관리서버를 포함하고,
   상기 제1 결상부는 상기 레이저 광원부를 기준으로 상기 교량의 좌측 영역에 배치되고, 상기 제2 결상부는 상기 결상부를 기준으로 상기 교량의 우측 영역에 배치되어, 상기 제1 결상부, 상기 레이저 광원부 및 상기 제2 결상부 순으로 배치되게 구성되며,
   상기 관리서버는 상기 제1 도트의 상기 제1 결상 플레이트 내 위치변화와 상기 제2 도트의 상기 제2 결상 플레이트 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여 다음의 수학식 1에 따라 제1 최종 이동량을 산출하고, 상기 제1 최종 이동량을 이용하여 상기 교량의 변위를 계측하는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   수학식 1
   제1 최종 이동량 = (제1 도트의 이동량 + 제2 도트의 이동량) / 2
   
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 레이저 빔은 제1 방향으로 출사되고,
   상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 방향과 평행하면서 동시에 반대방향인 제2 방향으로 출사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   
6. 제4 항에 있어서,
   상기 교량 중 상기 레이저 광원부의 설치지점(이하, '제1 영역')과 상이한 지점(이하, '제2 영역')에 설치되어 상기 제1 결상 플레이트로 제3 레이저 빔을 출사하고, 상기 제2 결상 플레이트로 제4 레이저 빔을 출사하는 또 다른 레이저 광원부를 더 포함하고,
   상기 제1 촬상부는 상기 제1 결상 플레이트에 맺히는 상기 제3 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제3 도트)를 더 촬영하도록 구성되고,
   상기 제2 촬상부는 상기 제2 결상 플레이트에 맺히는 상기 제4 레이저 빔의 도트 이미지(이하, 제4 도트)를 더 촬영하도록 구성되며,
   상기 제3 도트는 상기 제1 도트보다 상기 제1 결상 플레이트의 기준점에서 더 먼 영역에 맺히도록 구성되고,
   상기 제4 도트는 상기 제2 도트보다 상기 제2 결상 플레이트의 기준점에서 더 먼 영역에 맺히도록 구성되며,
   상기 제1 결상 플레이트의 기준점은 상기 제1 촬상부의 촬영 영상의 중심점에 대응되고,
   상기 제2 결상 플레이트의 기준점은 상기 제2 촬상부의 촬영 영상의 중심점에 대응되며,
   상기 관리서버는 상기 제3 도트와 상기 제4 도트의 상기 제1 결상 플레이트와 상기 제2 결상 플레이트 내 위치변화에 따른 이동량을 각각 도출하여 다음의 수학식 2에 따라 제2 최종 이동량을 산출하고, 상기 제2 최종 이동량을 이용하여 상기 교량의 변위를 계측하되, 상기 제3 도트의 이동량과 상기 제4 도트의 이동량은 상기 제1,2 촬상부의 렌즈 굴곡에 의해 유발되는 촬영영상 내 위치변화 왜곡을 보정하기 위한 보정계수를 대입하여 계산하도록 구성되어,
   상기 관리서버는 상기 제1 최종 이동량을 이용한 상기 교량의 제1 영역에 대한 변위 계측과, 상기 제2 최종 이동량을 이용한 상기 교량의 제2 영역에 대한 변위 계측을 함께 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   수학식 2
   제2 최종 이동량 = (제3 도트의 이동량 + 제4 도트의 이동량) / 2
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 촬상부와 상기 제2 촬상부를 가상의 직선으로 연결하는 경우를 가정할 때,
   상기 제1 영역은 상기 가상의 직선 중 일부를 포함하는 지점이고,
   상기 제2 영역은 상기 가상의 직선을 포함하지 않는 지점인 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   
8. 제6 항에 있어서,
   상기 제3 도트 이동량의 계산시,
   상기 제1 결상 플레이트의 상기 기준점과 상기 제3 도트 간의 이격도에 따라 상이한 보정계수가 적용되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 보정계수는 상기 기준점으로부터 제1 거리범위에 상기 제3 도트가 맺힐 시 적용되는 제1 보정계수, 제2 거리범위에 상기 제3 도트가 맺힐 시 적용되는 제2 보정계수, 및 제N 거리범위에 상기 제3 도트가 맺힐 시 적용되는 제N 보정계수로 구분되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
   
10. 제1 항에 있어서,
    상기 결상 플레이트는 PET 재질의 판체로 형성되는 것을 특징으로 하는 교량 처짐 계측 시스템.
    
    
    

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