KR101962946B1 - 도로포장 하부의 공동 평가 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일면에 의하면, 도로의 지반층에 수직하게 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율을 출력하기 위한 유전율 변화출력부(10), 상기 전자기파의 송수신되는 다른 강도를 가지는 전자기파의 진폭에 대응하는 각 매질의 깊이를 연산하며 각 매질에 의하여 반사되는 전자기파의 진폭 감쇄를 기준 매질에 대한 진폭 감쇄와 비교 연산하여 지반층 매질에 대한 공동의 존재와 그 종류에 관한 데이터를 출력하기 위한 공동 판별부(20), 및 공동 판별부(20)에 의하여 출력되는 공동에 관한 데이터를 매핑하여 디스플레이하기 위한 데이터 출력부(30)로 이루어지는 도로포장 하부의 공동 평가 장치가 제공된다.

Description

도로포장 하부의 공동 평가 장치 및 그 방법{Evaluation device for the cavum under the pavement of a road and method thereof}
본 발명은 도로 포장 하부에 형성된 공동을 평가하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로 포장 하부에 지하수나 상하수도의 누수에 의하여 발생되는 공동에 대하여 매립된 상하수도 관로나 가스관로 등의 매설 관로와의 구별을 보다 정확히 할 수 있으며, 지하 매설 관로와 공동에 대한 보다 정확한 정보를 획득하여 이에 대한 정보를 평가할 수 있는 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 관한 것이다.
공용으로 이용되고 있는 도로의 하부 지반에는 상하수도 관로와 가스 관로 등과 같은 공익에 필요한 매립 관로들이 일정한 설계에 따라 매립되어 있다. 그러나 현장에서 설계 기준에 따라 관로들이 매립되지 않거나 지하수의 흐름이나 상하수도 관로의 누수로 인하여 지반이 변형되어 매립 관로의 위치가 변위되거나 식별할 수 없는 공동들이 발생되고 있다.
이러한 상황으로 인하여 도로 하부의 지반에 대한 조사가 필요하다. 이와 관련하여 일반적으로 활용되고 있는 도로 하부의 지반의 정보는 GPR을 이용하여 그에 대한 정보를 획득하고 있다.
이와 관련하여 특허 제455315호에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 조사할 지반의 측선을 설정하는 단계와. 지반의 측선상의 적어도 한 곳에서 표면파를 발생시키는 단계와, 측선상에서 지반을 통해 전달된 표면파 자료를 얻는 단계와, 표면파 자료로부터 표면파의 각 주파수와 위상속도에 대해 에너지를 계산하고, 소정의 주파수에서 최대 에너지를 갖는 위상속도를 추출한 표면파 분산곡선을 얻는 단계와, 표면파 분산곡선을 역산하여 지반의 전단파 속도 단면을 얻는 단계를 포함하는 것을 지반 조사방법이 개시되어 있다.
이러한 기술에 의하면, 연속적인 지반상태의 자료를 획득할 수 있으나, 지반의 상부에서 지면의 단면에 대하여 전단파 속도에 따른 표면파 분산곡선의 역산을 통하여 지반의 정보를 획득하기 때문에, 실제로 획득되는 데이터는 지반의 각 깊이에 대한 정확한 관로의 물성을 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 그에 따라 매립 관로에 대한 정확한 정보를 획득할 수 없으며, 더욱이 매립관로와 공동에 대한 구별을 정확히 할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 도로포장 하부에 대하여 GPR 조사를 통하여 획득되는 지반에 대한 데이터에 대하여 각 매립된 관로에 대한 정보를 정확히 분석할 수 있는 도로포장 하부의 공동 평가 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 도로 포장 하부에 매립되는 매립 관로에 대하여 상하수도 누수나 지하수 유출입에 따른 공동을 정확하게 식별할 수 있는 도로포장 하부의 공동 평가 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일면에 의하면, 도로의 지반층에 수직하게 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율을 출력하기 위한 유전율 변화출력부(10), 상기 전자기파의 송수신되는 다른 강도를 가지는 전자기파의 진폭에 대응하는 각 매질의 깊이를 연산하며 각 매질에 의하여 반사되는 전자기파의 진폭 감쇄를 기준 매질에 대한 진폭 감쇄와 비교 연산하여 지반층 매질에 대한 공동의 존재와 그 종류에 관한 데이터를 출력하기 위한 공동 판별부(20), 및 공동 판별부(20)에 의하여 출력되는 공동에 관한 데이터를 매핑하여 디스플레이하기 위한 데이터 출력부(30)로 이루어지는 도로포장 하부의 공동 평가 장치가 제공된다.
여기서, 유전율 변환부(10)는 도포 포장층인 아스팔트층에 대하여 수직하게 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파를 수신하기 위한 전자기파 송수신부(12)와, 전자기파 송수신부(12)에 의하여 수신되는 전자기파의 진폭에 대하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율로 변환하기 위한 유전율 연산부(14)로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 공기층과 아스팔트층 사이의 계면에서 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00001
과
Figure 112017084831130-pat00002
라 하며, 아스팔트층과 지반층 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00003
과
Figure 112017084831130-pat00004
라 하며, 지반층과 공동 또는 매립 관로 상부 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00005
과
Figure 112017084831130-pat00006
라 하며, 지반층과 공동 또는 매립 관로 하부 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00007
과
Figure 112017084831130-pat00008
라 하며, 전자기파가 공기층으로부터 도로의 아스팔트층으로 입사되는 전자기파의 진폭을
Figure 112017084831130-pat00009
라 하하며, 각 매질의 인덱스(
Figure 112017084831130-pat00010
)를 1 내지 5로 표기하며, 전자기파의 각진동수가
Figure 112017084831130-pat00011
라 할 때, 트랜스퍼 함수(transfer function)은
Figure 112017084831130-pat00012
로 주어지며,
Figure 112017084831130-pat00013
에 대한 인덱스는
Figure 112017084831130-pat00014
이며, 범위는
Figure 112017084831130-pat00015
부터
Figure 112017084831130-pat00016
로 주어지는 것이 바람직하다.
또한,
Figure 112017084831130-pat00017
번째 계면에 대한 반사계수는
Figure 112017084831130-pat00018
로 주어지며,
Figure 112017084831130-pat00019
은 각 매질에 대한 상대유전율이며,
Figure 112017084831130-pat00020
로 표현되며,
Figure 112017084831130-pat00021
은 상대유전율의 실수부이며,
Figure 112017084831130-pat00022
는 상대유전율의 허수부이며,
Figure 112017084831130-pat00023
번째 매질의 전도도가
Figure 112017084831130-pat00024
이며, 공기층의 유전율이
Figure 112017084831130-pat00025
일 때,
Figure 112017084831130-pat00026
로 주어지는 것이 바람직하다.
또한, 유전율 변환부(10)의 유전율 연산부(14)는 각 매질들 사이의 계면에 대한 투과와 반사에 따른 진폭에 의하여 각 매질에 대한 유전율의 값을 연산하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)는 지면에 수직하게 수신되는 전자기파의 피크치를 가진 전자기파의 진폭에 대응하는 송수신 시간에 의하여 각 계면에 대한 깊이의 데이터를 연산하기 위한 깊이 연산부(21)와, 지면에 수직하게 송신되는 전자기파의 진폭에 대하여 각 매질들 종류, 계면의 매질 특성과 그 깊이에 따라 수직하게 반사되는 전자기파의 진폭의 감쇄 변화율에 대한 기준 데이터와 각 매질에 대한 유전율 데이터가 저장되기 위한 데이터 베이스부(22), 및 현장에서 깊이 연산부(21)에 의하여 연산된 깊이에 관한 데이터와 전자기파 송수신부(12)에 의하여 수신되는 전자기파의 진폭에 관한 데이터에 대하여 기준 데이터에 따른 진폭의 감쇄 변화율과 비교 연산하기 위한 감쇄 비교연산부(23)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)는 감쇄 비교연산부(23)에 의하여 비교 연산된 진폭 감쇄 변화율의 데이터에 의하여 지반층 내의 공동 매질을 식별하기 위한 공동매질 식별부(24)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)는 공동매질 식별부(24)에 의하여 식별되는 지반층 내의 공동 매질의 지면 상에서 지면에 대하여 수평하게 이동하면서 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 지면에 수직하게 송수신되는 전자기파의 진폭의 데이터에 의하여 지표면에 대한 수평한 방향으로 공동매질의 정형성을 판별하기 위한 정형성 판별부(25)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 깊이 연산부(21)는 지면에 수직하게 수신되는 전자기파의 피크치를 가진 전자기파의 진폭에 대응하는 송수신 시간에 의하여 각 계면에 대한 깊이의 데이터를 연산하여 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 데이터 베이스부(22)는 지면에 수직하게 송신되는 전자기파의 진폭에 대하여 각 매질들 종류, 계면의 매질 특성과 그 깊이에 따라 수직하게 반사되는 전자기파 진폭의 감쇄 변화율에 대한 기준 데이터와 각 매질에 대한 유전율 데이터가 저장되는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 데이터 베이스부(22)에 저장되는 기준 데이터의 구성에 필요한 각 매질들은 공기, 물, 아스팔트 포장층, 토사층을 이루는 지반층, 및 시멘트 흄관, 금속관이나 합성수지재관과 같은 매립 관로를 이루는 매질층의 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 데이터 베이스부(22)에 저장되는 기준 데이터는 상기 조성물의 개별적인 유전율과 이러한 조성물의 깊이에 따른 조합에 의한 각 계면에서 전자기파의 각진동수에 에 대응하여 수직으로 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화율에 대한 데이터인 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 데이터 베이스부(22)에 저장되는 기준 데이터에는 상기 조성물의 각 매질에 대한 유전율에 관한 데이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 감쇄 비교연산부(23)는 현장에서 전자기파 송수신부(12)에 의하여 송수신되는 전자기파의 진폭에 대하여 각 매질층 별로 감쇄 변화율에 대한 데이터를 데이터 베이스부(22)의 기준 데이터를 이루는 진폭 감쇄 변화의 데이터와 비교하여 데이터 베이스부(22)에 저장된 기준 데이터에 근접한 공동 매질에 관한 데이터를 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 공동매질 식별부(24)는 감쇄 비교연산부(23)에 의하여 비교 연산된 진폭 감쇄 변화율의 데이터에 의하여 지반층 내의 공동 매질을 식별하는 것이 바람직하다.
또한, 지반층 내의 공동 매질인 매립 관로나 공동의 상면 상에서 반사되는 전자기파의 진폭 변화에 대한 극성에 따라 공동의 유무를 판별하는 감쇄 비교연산부(23)를 선택적으로 또는 부가적으로 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 감쇄 비교연산부(23)는 지반층으로 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화를 수신할 때, 정상적인 극성(normal polarity) 변화를 가진 전자기파가 공동 매질층의 상부 표면으로부터 반사되는 경우 속이 비어 있지 않는 일반 관로로 판별하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 감쇄 비교연산부(23)는 지반층으로 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화를 수신할 때, 역극성 극성(reversed polarity) 변화를 가진 전자기파가 공동 매질층의 상부 표면으로부터 반사되는 경우 지반층에 속이 빈 공동(空洞)이 존재하는 것으로 판별하는 것이 바람직하다.
또한, 공동 판별부(20)의 정형성 판별부(25)는 지표면의 수평면 좌표에서 배열되는 공동매질의 형상이 지표면의 수평면 좌표 상에서 정형성을 가질 경우 매립 관로로 판별하며, 비정형성을 가진 경우 지하수나 상하수도의 누수에 따른 공동으로 판별하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터 출력부(30)는 공동 판별부(20)의 공동매질 식별부(24)와 정형성 판별부(25)에 의하여 출력되는 공동에 관한 데이터를 2차원 내지 3차원의 시계열적 배열에 따른 매립 관로나 공동으로 매핑하기 위한 공동매질 매핑부(32)와, 공동매질 매핑부(32)에 의하여 매핑된 차원 내지 3차원의 시계열적 배열에 따른 관로나 공동의 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이부(34)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일면에 의하면, 도로의 지반층에 수직하게 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율을 출력하기 위한 유전율 변화출력부(10), 상기 전자기파의 송수신되는 다른 강도를 가지는 전자기파의 진폭에 대응하는 각 매질의 깊이를 연산하며 각 매질에 의하여 반사되는 전자기파의 진폭 감쇄를 분석하여 매립 관로와 공동을 식별하기 위한 공동 판별부(20), 및 공동 판별부(20)에 의하여 식별되는 공동에 관한 데이터를 시계열적으로 매핑하여 디스플레이하기 위한 데이터 출력부(30)로 이루어지는 도로포장 하부의 공동 평가 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 일면에 의하면, 현장에서 전자기파를 지표면에 수직하게 송수신하는 단계, 지반층 내의 각 계면에서 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 각 계면의 깊이와 각 지반 내의 매질 층에 대한 유전율을 연산하는 단계, 현장에서 반사된 전자기파의 진폭 감쇄율 변화를 계면별로 분리한 후 전자기파의 진폭 감쇄율 변화에 관한 기준 데이터와 비교 연산하는 단계, 및 전자기파의 진폭 감쇄율 변화에 관한 기준 데이터와 비교 연산되는 현장에서 수신되는 전자기파의 진폭 감쇄율 변화에 의하여 공동 매질층을 식별하는 단계를 포함하는 도로포장 하부의 공동 평가 방법이 제공된다.
따라서 본 발명에 의하면, 도로 포장 하부에 매립되는 매립 관로에 대하여 상하수도 누수나 지하수 유출입에 따른 공동을 정확하게 식별할 수 있다.
도 1은 특허 제455315호에 따른 지반 조사방법에 대한 절차도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 따른 전자기파의 조사 상태를 나타낸 도면이다.
도 4a는 도 3에 있어서 공기의 매질을 내포하고 있는 공동 매질이 지반층에 있는 경우 수신되는 전자기파의 세기를 모식적으로 나타낸 그래프를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 도 4a에 있어서 공기의 매질을 내포하고 있는 공동 매질 대신에 금속관로가 지반층에 있는 경우 수신되는 전자기파의 세기를 모식적으로 나타낸 그래프를 나타낸 그래프이다.
도 4c는 도 4a에 있어서 공기의 매질을 내포하고 있는 공동 매질 대신에 합성수지재의 관로가 지반층에 있는 경우 수신되는 전자기파의 세기를 모식적으로 나타낸 그래프를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 있어서 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화에 따른 그래픽 사진이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 방법에 따른 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 따른 전자기파의 조사 상태를 나타낸 도면이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 의하면, 도로 포창층인 아스팔트층에 대하여 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율을 출력하기 위한 유전율 변화출력부(10), 상기 전자기파의 송수신되는 다른 강도를 가지는 전자기파의 진폭에 대응하는 각 매질의 깊이를 연산하며 각 매질에 의하여 반사되는 전자기파의 진폭 감쇄를 기준 매질에 대한 진폭 감쇄와 비교 연산하여 지반층의 매질에 대한 공동의 존재와 그 종류에 관한 데이터를 출력하기 위한 공동 판별부(20), 및 공동 판별부(20)에 의하여 출력되는 공동에 관한 데이터를 매핑하여 디스플레이하기 위한 데이터 출력부(30)로 이루어진다.
유전율 변환부(10)는 도로 포창층인 아스팔트층에 대하여 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파를 수신하기 위한 전자기파 송수신부(12)와, 전자기파 송수신부(12)에 의하여 수신되는 전자기파의 진폭에 대하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율로 변환하기 위한 유전율 연산부(14)로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도로의 아스팔트층 아래에 있는 지반층 내에 깊이
Figure 112017084831130-pat00027
에 폭
Figure 112017084831130-pat00028
에 해당하는 공동 내지 관로가 위치되어 있는 경우를 예로 들기로 한다. 도 3에 있어서, 공기층과 아스팔트층 사이의 계면에서 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00029
과
Figure 112017084831130-pat00030
라 하며, 아스팔트층과 지반층 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00031
과
Figure 112017084831130-pat00032
라 하며, 지반층과 공동 또는 관로 상부 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00033
과
Figure 112017084831130-pat00034
라 하며, 지반층과 공동 또는 관로 하부 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
Figure 112017084831130-pat00035
과
Figure 112017084831130-pat00036
라 하며, 전자기파가 공기층으로부터 도로의 아스팔트층으로 입사되는 전자기파의 진폭을
Figure 112017084831130-pat00037
라 하면, 각 매질에 대한 전자기파의 반사와 투과되는 진폭의 세기는 도 3과 같다.
도 3에 있어서 각 매질의 인덱스(
Figure 112017084831130-pat00038
)를 1 내지 5로 표기할 경우, 전자기파의 각진동수가
Figure 112017084831130-pat00039
라 할 때, 트랜스퍼 함수(transfer function)은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112017084831130-pat00040
여기서,
Figure 112017084831130-pat00041
에 대한 인덱스는
Figure 112017084831130-pat00042
이며, 범위는
Figure 112017084831130-pat00043
부터
Figure 112017084831130-pat00044
이며,
Figure 112017084831130-pat00045
번째 계면에 대한 반사계수는 다음과 같다.
Figure 112017084831130-pat00046
여기서,
Figure 112017084831130-pat00047
은 각 매질에 대한 상대유전율이며,
Figure 112017084831130-pat00048
로 표현되며,
Figure 112017084831130-pat00049
은 상대유전율의 실수부이며,
Figure 112017084831130-pat00050
는 상대유전율의 허수부이며, 맥스웰 방정식에 의하면
Figure 112017084831130-pat00051
번째 매질의 전도도가
Figure 112017084831130-pat00052
이며, 공기층의 유전율이
Figure 112017084831130-pat00053
일 때, 다음과 같은 관계식이 성립한다.
Figure 112017084831130-pat00054
예를 들면, 공기층으로부터 아스팔트층으로 입사된 전자기파의 진폭이
Figure 112017084831130-pat00055
일 경우 공기층과 아스팔트층 사이의 계면에서 반사된 전자기파의 진폭은
Figure 112017084831130-pat00056
이 되듯이, 이식과 상기 식들에 의하여, 아스팔트층에 대한 유전율이 얻어지는 것처럼, 도 3에 도시된 바와 같이, 유전율 변환부(10)의 유전율 연산부(14)는 각 매질들 사이의 계면에 대한 투과와 반사에 따른 진폭의 값, 바람직하게는 최종적으로 각 매질에 대한 반사와 투과의 과정을 거친 후 각각 최대 반사의 진폭을 가지고 공기층의 전자기파 송수신부(12)에 수신되는 전자기파의 진폭값에 의하여 각 매질에 대한 유전율의 값을 연산한다.
한편, 공동 판별부(20)는 지면에 수직하게 수신되는 전자기파의 피크치를 가진 전자기파의 진폭에 대응하는 송수신 시간에 의하여 각 계면에 대한 깊이의 데이터를 연산하기 위한 깊이 연산부(21), 지면에 수직하게 송신되는 전자기파의 진폭에 대하여 각 매질들 종류, 계면의 매질 특성과 그 깊이에 따라 수직하게 반사되는 전자기파의 진폭의 감쇄값에 대한 기준 데이터와 각 매질에 대한 유전율 데이터가 저장되기 위한 데이터 베이스부(22), 깊이 연산부(21)에 의하여 연산된 깊이에 관한 데이터와 전자기파 송수신부(12)에 의하여 수신되는 전자기파의 진폭에 관한 데이터에 대하여 기준 데이터에 따른 감쇄율과 비교 연산하기 위한 감쇄 비교연산부(23), 감쇄 비교연산부(23)에 의하여 비교 연산된 감쇄율의 데이터에 의하여 지반층 내의 공동 매질을 식별하기 위한 공동매질 식별부(24), 및 공동매질 식별부(24)에 의하여 식별되는 지반층 내의 공동 매질의 지면 상에서 지면에 대하여 수평하게 이동하면서 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 지면에 수직하게 송수신되는 전자기파의 진폭의 데이터에 의하여 지표면에 대한 수평한 방향으로 공동매질의 정형성을 판별하기 위한 정형성 판별부(25)로 이루어진다.
깊이 연산부(21)는 지면에 수직하게 수신되는 전자기파의 피크치를 가진 전자기파의 진폭에 대응하는 송수신 시간에 의하여 각 계면에 대한 깊이의 데이터를 연산한다. 예를 들면, 도 3에 있어서 공기의 매질을 내포하고 있는 공동 매질이 지반층에 있는 경우 수신되는 전자기파의 세기를 모식적으로 나타낸 그래프를 나타낸 도 4a에 도시된 바와 같이, 공기층과 아스팔트층 사이의 계면 깊이는 실제로 0인 위치로서
Figure 112017084831130-pat00057
로 표시하며, 이후 순차적으로 아스팔트층과 그 아래에 있는 지반층 표면 사이의 계면 위치의 깊이를
Figure 112017084831130-pat00058
, 지반층 내의 공동 상면 상에서 지반층과 공동 상면 사이의 계면 위치의 깊이를
Figure 112017084831130-pat00059
, 공동의 하면과 지반층 사이의 계면 위치의 깊이를
Figure 112017084831130-pat00060
로 표시할 때, 각 위치의 깊이에서 수직으로 수신되는 전자기파의 피크치 세기
Figure 112017084831130-pat00061
내지
Figure 112017084831130-pat00062
가 전자기파 송수신부(12)에 의하여 송수신되는 시간
Figure 112017084831130-pat00063
내지
Figure 112017084831130-pat00064
과 전자기파 속도
Figure 112017084831130-pat00065
에 의하여 각 위치에 대한 깊이의 데이터(D_d)를 연산하여 출력한다.
데이터 베이스부(22)는 지면에 수직하게 송신되는 전자기파의 진폭에 대하여 각 매질들 종류, 계면의 매질 특성과 그 깊이에 따라 수직하게 반사되는 전자기파 진폭의 감쇄값에 대한 기준 데이터와 각 매질에 대한 유전율 데이터가 저장된다. 데이터 베이스부(22)에 저장되는 기준 데이터의 구성에 필요한 각 매질들은 예를 들면, 공기, 물, 아스팔트 포장층, 토사층을 이루는 지반층, 및 시멘트 흄관, 금속관이나 피브이씨관 등과 같은 각종 관로를 이루는 매질층의 조성물로 이루어진다. 한편, 데이터 베이스부(22)에 저장되는 기준 데이터는 상기 조성물의 개별적인 유전율과 이러한 조성물의 깊이에 따른 조합에 의한 각 계면에서 전자기파의 각진동수에 에 대응하여 수직으로 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화에 대한 데이터와 각 매질에 대한 유전율에 관한 데이터를 포함한다.
예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 공기층, 아스팔트층 및 지반층이 순차적으로 지표면에서부터 위치한 상태에서 지반층 내에 공동을 이루는 매질이 존재할 경우, 데이터 베이스부(22)에 저장되는 진폭의 감쇄 변화에 대한 데이터는 아스팔트층의 깊이(두께), 지반층의 종류와 공동이 위치하는 깊이에 따른 지반층의 깊이, 공동 매질층의 종류와 그 깊이 폭에 따라 해당 각진동수를 가진 전자기파의 진폭 감쇄의 관계에 대한 데이터가 차후에 현장에서 전자기파 송수신부(12)에 의하여 송수신되는 전자기파를 분석하기 위한 기준 데이터를 이룬다. 참고적으로 도 4a에 있어서 공동의 상면과 하면의 수직 깊이에 해당하는 위치는 각각
Figure 112017084831130-pat00066
와
Figure 112017084831130-pat00067
로 표기된다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 도 4a에 있어서 공기의 매질을 내포하고 있는 공동 매질 대신에 동일한 조건하에서 금속관로가 지반층에 있는 경우, 데이터 베이스부(22)에 저장된 기준 데이터는 도 4a의 기준 데이터에 비하여 금속관로의 상면(
Figure 112017084831130-pat00068
)에서 반사되어 수신되는 전자기파의 진폭 세기
Figure 112017084831130-pat00069
은 공동매질일 경우의 진폭 세기
Figure 112017084831130-pat00070
에 비하여 상대적으로 높은 반사계수에 따른 진폭 감쇄 변화의 데이터를 가진다.
한편, 도 4c에 도시된 바와 같이, 도 4a에 있어서 공기의 매질을 내포하고 있는 공동 매질 대신에 동일한 조건하에서 합성수지재의 관로가 지반층에 있는 경우, 데이터 베이스부(22)에 저장된 기준 데이터는 도 4a의 기준 데이터에 비하여 합성수지재의 관로의 상면(
Figure 112017084831130-pat00071
)에서 반사되어 수신되는 전자기파의 진폭 세기
Figure 112017084831130-pat00072
은 공동매질일 경우의 진폭 세기
Figure 112017084831130-pat00073
에 비하여 상대적으로 높은 반사계수를 갖지만 도 4b의 기준 데이터에 따른 금속관로의 상면(
Figure 112017084831130-pat00074
)에서 반사되어 수신되는 전자기파의 진폭 세기
Figure 112017084831130-pat00075
에 비하여 상대적으로 낮은 반사계수에 따른 진폭 감쇄 변화의 데이터를 가진다.
이와 같이 동일한 조건하에서 공동 매질층의 구성 성분에 따라 각 매질의 유전율에 따른 서로 다른 진폭 감쇄율의 변화를 갖는 기준 데이터가 데이터 베이스부(22)에 저장된다.
감쇄 비교연산부(23)는 현장에서 전자기파 송수신부(12)에 의하여 송수신되는 전자기파의 진폭에 대하여 각 매질층 별로 감쇄 변화에 대한 데이터를 데이터 베이스부(22)의 기준 데이터를 이루는 진폭 감쇄 변화의 데이터와 비교하여 데이터 베이스부(22)에 저장된 기준 데이터에 근접한 공동 매질에 관한 데이터를 출력한다.
공동매질 식별부(24)는 감쇄 비교연산부(23)에 의하여 비교 연산된 감쇄율의 데이터에 의하여 지반층 내의 공동 매질을 식별한다.
공동매질 식별부(24)는 감쇄 비교연산부(23)에 의하여 비교 연산된 전자기파의 각 계면, 특히 공동 매질층 상면 상에서 반사되는 전자기파의 진폭의 감쇄 변화율의 비교 결과값에 따라 지반층 내에 매립된 관로와 지하수 유출입이나 상하수도 누수에 따른 공동을 식별하여 그에 대한 데이터를 출력한다.
한편, 본 발명의 바람직한 변형예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 의하면, 감쇄 비교연산부(23)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 속이 비어 있는 공동(空洞)이 지반층 내에 존재할 경우에 대하여 송수신되는 전자기파의 진폭의 변화와 전자기파의 극성 변화를 분석하여 공동의 식별에 관한 데이터를 출력한다.
도 5에 있어서, 좌측의 사진(trace A)은 속이 비어 있는 공동 대신에 일반 관로가 지반층 내에 존재할 경우 송수신되는 전자기파의 진폭의 변화와 전자기파의 극성 변화를 나타낸 그래픽이며, 우측의 사진(trace B)은 동일한 조건하에서 속이 비어 있는 공동(空洞)이 지반층 내에 존재할 경우 송수신되는 전자기파의 진폭의 변화와 전자기파의 극성 변화를 나타낸 그래픽이다.
감쇄 비교연산부(23)는, 도 5의 좌측 사진과 그래프(trace A)에 도시된 바와 같이, 지반층으로 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화를 수신하는 전자기파 송수신부(12)에 있어서 정상적인 극성(normal polarity) 변화를 가진 전자기파가 공동 매질층의 상부 표면으로부터 반사되는 경우 속이 비어 있지 않는 일반 관로로 판단한다. 한편, 감쇄 비교연산부(23)는, 도 5의 우측 사진과 그래프(trace B)에 도시된 바와 같이, 지반층으로 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화를 수신하는 전자기파 송수신부(12)에 있어서 도 5의 좌측 그래프(trace A)의 정상적인 극성 변화를 가진 전자기파의 진폭 변화와 달리 역극성 극성(reversed polarity) 변화를 가진 전자기파가 전자기파 송수신부(12)에 수신될 경우, 지반층에 속이 빈 공동(空洞)이 존재하는 것으로 판단한다.
이와 같이, 감쇄 비교연산부(23)는 지반층 내의 공동 매질 상부에서 반사되는 전자기파의 진폭에 대한 극성 변화를 분석하여 지반층 내에 속이 비어 있는 공동의 존재 여부를 식별하여 판단하도록 한다.
한편, 정형성 판별부(25)는 공동매질 식별부(24)에 의하여 식별되는 지반층 내의 공동 매질의 지면 상에서 지면에 대하여 수평하게 이동하면서 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 지면에 수직하게 송수신되는 전자기파의 진폭의 데이터에 의하여 지표면에 대한 수평한 방향으로 공동매질의 정형성을 판별한다.
정형성 판별부(25)에 의하면, 지표면의 수평면 좌표에서 배열되는 공동매질의 형상을 2차원적인 형상으로 배열하며, 그에 따른 정형성을 분석하여 관로와 속이 빈 공동의 식별을 보다 정확히 하도록 한다. 정형성 판별부(25)에 의하여 지표면의 수평면 좌표에서 시계열적으로 배열되는 공동매질의 형상이 일정한 정형성을 가질 경우 매립 관로로 판별하며, 비정형성을 가진 경우 지하수나 상하수도의 누수에 따른 공동으로 판별한다.
데이터 출력부(30)는 공동 판별부(20)의 공동매질 식별부(24)와 정형성 판별부(25)에 의하여 출력되는 공동에 관한 데이터, 예를 들면 2차원 내지 3차원의 시계열적 배열에 따른 관로나 공동을 매핑하기 위한 공동매질 매핑부(32)와, 공동매질 매핑부(32)에 의하여 매핑된 차원 내지 3차원의 시계열적 배열에 따른 관로나 공동의 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이부(34)로 이루어진다.
공동매질의 매핑부(32)는 공동매질 식별부(24)에 의하여 식별되는 관로나 공동에 대하여 지표면에 대응하는 좌표면상에서 2차원적으로 연속적 배열로 매핑하며, 지표면의 깊이에 대한 관로나 공동의 형상을 3차원적으로 매핑한다.
디스플레이부(34)는 공동매질 매핑부(32)에 의하여 2차원 내지 3차원으로 매핑된 관로나 공동의 이미지를 LCD 패널에 디스플레이한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 방법에 의하면, 현장에서 전자기파를 지표면에 수직하게 송수신하는 단계, 그 이후에 지반층 내의 각 계면에서 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 각 계면의 깊이와 각 지반 내의 매질 층에 대한 유전율을 연산하는 단계, 현장에서 반사된 전자기파의 진폭 감쇄율 변화를 계면별로 분리한 후 전자기파의 진폭 감쇄율 변화에 관한 기준 데이터와 비교 연산하는 단계, 및 전자기파의 진폭 감쇄율 변화에 관한 기준 데이터와 비교 연산되는 현장에서 입력되는 전자기파의 진폭 감쇄율 변화에 의하여 공동 매질층을 식별하는 단계로 이루어진다.
한편, 본 발명의 변형예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 방법에 의하면, 공동 매질의 계면에서 반사된 전자기파의 극성 변화에 따라 공동을 식별하는 단계를 선택적으로 또는 부가적으로 더 포함한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 방법에 있어서, 반사된 전자기파에 대하여 지표면 평면에서 연속하는 공동 매질의 이미지에 따라 정형성을 판별하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 매립 관로와 공동의 식별에 다른 데이터를 2차원 내지 3차원으로 매핑하여 출력하는 단계를 더 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 하부의 공동 평가 장치에 의하면, 전자기파의 송수신에 따른 진폭 감쇄 변화에 의하여 매립 관로와 공동을 판별할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의하면 전자기파를 이용하여 매립 관로와 공동의 판별에 있어서 반사되는 깊이와 전자기파의 진폭 감쇄 변화에 대하여 기준이 되는 기준 데이터를 기반으로 현장에서 송수신되는 전자기파의 진폭 감쇄 변화를 비교 연산함으로써, 보다 정확하게 매립 관로와 공동을 판별할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 선택적으로 또는 부가적으로 지반층 내의 공동 매질인 매립 관로나 공동의 상면 상에서 반사되는 전자기파의 진폭 변화에 대한 극성에 따라 공동의 유무를 보다 정확히 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 매립 관로의 정형성과 공동의 비정형성을 지표면에 수평한 평면 좌표상에서 2차원적 배열의 매핑에 따라 보다 정확히 매립 관로와 공동을 판별할 수 있다.
10: 유전율 변환부
12: 전자기파 송수신부
14: 유전율 연산부
20: 공동 판별부
21: 깊이 연산부
22: 데이터 베이스부
23: 감쇄 비교연산부
24: 공동매질 식별부
25: 정형성 판별부
30: 데이터 출력부
32: 공동매질 매핑부
34: 디스플레이부

Claims (25)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 도로의 지반층에 수직하게 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파의 진폭에 의하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율을 출력하기 위한 유전율 변화출력부(10);
    상기 전자기파의 송수신되는 다른 강도를 가지는 전자기파의 진폭에 대응하는 각 매질의 깊이를 연산하며 각 매질에 의하여 반사되는 전자기파의 진폭 감쇄를 기준 매질에 대한 진폭 감쇄와 비교 연산하여 지반층 매질에 대한 공동의 존재와 그 종류에 관한 데이터를 출력하기 위한 공동 판별부(20); 및
    공동 판별부(20)에 의하여 출력되는 공동에 관한 데이터를 매핑하여 디스플레이하기 위한 데이터 출력부(30)로 이루어지며,
    유전율 변환부(10)는 도포 포장층인 아스팔트층에 대하여 수직하게 전자기파를 송신한 후 반사되는 전자기파를 수신하기 위한 전자기파 송수신부(12)와, 전자기파 송수신부(12)에 의하여 수신되는 전자기파의 진폭에 대하여 도로 포장층 아래의 각 매질에 대한 유전율로 변환하기 위한 유전율 연산부(14)로 이루어지며,
    공기층과 아스팔트층 사이의 계면에서 반사계수와 투과계수를 각각
    Figure 112018090478258-pat00076
    과
    Figure 112018090478258-pat00077
    라 하며, 아스팔트층과 지반층 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
    Figure 112018090478258-pat00078
    과
    Figure 112018090478258-pat00079
    라 하며, 지반층과 공동 또는 매립 관로 상부 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
    Figure 112018090478258-pat00080
    과
    Figure 112018090478258-pat00081
    라 하며, 지반층과 공동 또는 매립 관로 하부 사이의 반사계수와 투과계수를 각각
    Figure 112018090478258-pat00082
    과
    Figure 112018090478258-pat00083
    라 하며, 전자기파가 공기층으로부터 도로의 아스팔트층으로 입사되는 전자기파의 진폭을
    Figure 112018090478258-pat00084
    라 하하며, 각 매질의 인덱스(
    Figure 112018090478258-pat00085
    )를 1 내지 5로 표기하며, 전자기파의 각진동수가
    Figure 112018090478258-pat00086
    라 할 때, 트랜스퍼 함수(transfer function)은
    Figure 112018090478258-pat00087
    로 주어지며,
    Figure 112018090478258-pat00088
    에 대한 인덱스는
    Figure 112018090478258-pat00089
    이며, 범위는
    Figure 112018090478258-pat00090
    부터
    Figure 112018090478258-pat00091
    로 주어지는 것을 특징으로 하는 도로포장 하부의 공동 평가 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    Figure 112017084831130-pat00092
    번째 계면에 대한 반사계수는
    Figure 112017084831130-pat00093
    로 주어지며,
    Figure 112017084831130-pat00094
    은 각 매질에 대한 상대유전율이며,
    Figure 112017084831130-pat00095
    로 표현되며,
    Figure 112017084831130-pat00096
    은 상대유전율의 실수부이며,
    Figure 112017084831130-pat00097
    는 상대유전율의 허수부이며,
    Figure 112017084831130-pat00098
    번째 매질의 전도도가
    Figure 112017084831130-pat00099
    이며, 공기층의 유전율이
    Figure 112017084831130-pat00100
    일 때,
    Figure 112017084831130-pat00101
    로 주어지는 것을 특징으로 하는 도로포장 하부의 공동 평가 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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