KR101992122B1 - 구조물 상태 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조물의 상태를 감지하기 위한 장치로서, 구조물의 일부 영역에 부착되는 자석; 및 상기 구조물의 다른 영역에 부착되어, 상기 자석의 자력 및 자력의 방향을 센싱한 후, 벡터값으로 출력하는 자기 센서를 포함하는, 구조물 상태 감지 장치가 제공된다.

Description

구조물 상태 감지 시스템{SYSTEM FOR DETECTING STATE OF CONSTRUCTION}

본 발명은 구조물 상태 감지 시스템에 관한 것으로, 자석과 자기 센서를 이용하여 균열을 감지 또는 측정할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.

모든 시설물은 수명이 증가함에 따라 반드시 균열이 발생한다. 균열은 시설물의 상품가치를 하락시키고 구조적인 안전성을 저하시키는 주요 원인이다. 균열을 방치할 경우 시간이 경과됨에 따라 균열의 폭이 점차 확대되고 후속 균열을 발생시킬 뿐만 아니라 구조물의 붕괴를 초래할 수도 있다.

균열 실링 작업은 시설물의 유지보수 작업 중 가장 중요하고 빈번하게 수행되는 작업 중 하나로서 균열 발생 초기에 균열 실링이 이루어지면 후속 균열의 발생을 예방할 수 있고 시설물의 수명을 연장시킬 수 있다. 그러나 도로면이나 교량, 공동주택 외벽 등에 대한 균열 탐지 및 실링은 매우 위험한 작업 환경 내에서 수행되므로 안전성, 생산성, 품질 면에서 지속적으로 문제가 발생되어 왔다.

균열 탐지 및 실링 작업의 문제점을 해결하기 위해 국내ㆍ외에서는 도로면 자동 분석 장비(Automated Road Analizer; ARAN), 도로면 유지 보수 장비(Automated Road Maintenance Machine; ARMM), 공동주택 외벽의 균열 진단을 위한 벽면 검사 로봇, 교량 외관조사 자동화 시스템 등의 균열 탐지 및 실링 자동화 장비를 개발해 왔으나 공통적 핵심 요소 기술인 균열 인식 알고리즘의 정확성이 실용화 단계에 이르지 못한 점이 가장 큰 문제점으로 인식되어 왔다.

기존의 균열 인식 알고리즘은 자동화 장비의 CCD 카메라에 의해 촬영된 시설물의 영상을 대상으로 디지털 영상처리(digital image processing) 과정을 통해 자동으로 균열을 인식하고, 자동화 장비의 매니퓰레이터가 균열을 실링할 수 있도록 균열의 위치 정보를 선형 네트워크로 모델링하는 알고리즘이다.

그러나, 이러한 방식 및 보수 시스템은 고가의 영상 인식 장비 및 보수 장비를 필요로 한다.

따라서, 간소화된 시스템으로 구조물의 균열을 감지할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조물에 부착된 자석으로부터의 자력과 자력의 방향을 누적적으로 감지하여, 구조물의 상태 변화를 감지할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조물의 상태를 감지하기 위한 장치로서, 구조물의 일부 영역에 부착되는 자석; 및 상기 구조물의 다른 영역에 부착되어, 상기 자석의 자력 및 자력의 방향을 센싱한 후, 벡터값으로 출력하는 자기 센서를 포함하는, 구조물 상태 감지 장치가 제공된다.

상기 자기 센서는, 상기 벡터값을 서버로 전송하여, 상기 서버가 서로 다른 시각의 상기 자력의 크기 또는 방향의 변화를 통해 상기 자석과 자기 센서 사이의 구조물 변형을 감지할 수 있도록 할 수 있다.

상기 자기 센서는 3축 자기 센서로 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구조물의 상태를 감지하기 위한 서버에 있어서, 구조물의 일부 영역에 부착되는 자석으로부터의 자력 및 자력의 방향에 대한 벡터값 정보를 상기 구조물의 다른 영역에 부착되는 자기 센서로부터 수신하는 센싱 정보 수신부; 및 각기 다른 시각에 상기 자기 센서로부터 획득된 벡터값 정보를 토대로, 상기 구조물의 변형을 감지하는 구조물 상태 분석부를 포함하는, 서버가 제공된다.

상기 구조물 상태 분석부는, 각기 다른 시각에 획득된 벡터값을 기초로, 자력의 변화가 임계값 이상인 경우, 상기 자석과 자기 센서 사이에 균열이 발생하였다고 판단할 수 있다.

상기 구조물 상태 분석부는, 각기 다른 시각에 획득된 벡터값을 기초로, 자력의 방향이 임계값 이상인 경우, 상기 자석과 자기 센서 사이에 뒤틀림이 발생하였다고 판단할 수 있다.

상기 서버는, 상기 임계값을 외부 환경에 따라 상이하게 설정하는 임계값 설정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조물에 부착된 자석으로부터의 자력과 자력의 방향을 누적적으로 감지하여, 구조물의 상태 변형을 분석하고, 이를 통해 구조물 균열 등으로 인한 위험성을 판단함으로써 사용자로 하여금 신속한 대처를 할 수 있도록 한다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 상태 감지 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 상태 감지 장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 구조물의 상태 변화를 분석하는 서버의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 센서에 의해 획득되는 정보의 일례를 나타내는 도면이다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 상태 감지 시스템의 구성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 건물, 교량 등에는 다양한 종류의 구조물이 존재한다.

이러한 구조물, 예를 들면, 벽면에는 시간이 지남에 따라 변형이 발생할 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따르면, 자석과 자기 센서를 통해 구조물의 변형에 대한 정보를 획득할 수 있고, 획득된 정보가 서버(100)로 전송될 수 있다. 구조물의 변형을 감지하는 구체적인 방식에 대해서는 후술하기로 한다.

서버(100)는 구조물에 부착된 자기 센서로부터의 신호를 획득하고, 이를 분석한다. 일 실시예에 따르면, 자기 센서는 저전력 장거리통신(예를 들면, LoRaWAN)을 통해 획득된 정보를 게이트웨이(110)로 전송할 수 있고, 게이트웨이(110)는 해당 정보를 서버(100)로 전송할 수 있다.

일 실시예에 따른 서버(100)는 수신한 정보를 토대로 구조물의 변형을 분석할 수 있고, 그에 따른 위험도를 판단할 수 있다. 구체적인 판단 방법에 대해서는 후술하기로 한다. 서버(100)에 의해 판단된 정보는 사용자 단말기(200)로 전송되어, 해당 사용자 또는 관리자로 하여금 구조물의 상태 및 위험 정보 등을 파악할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 변형 감지 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 구조물 변형 감지 장치는 구조물(300)의 일부 영역에 장착되는 자석(410) 및 자석(410)으로부터의 자력선 크기와 방향을 센싱하는 자기 센서(420)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 구조물(300)에는 설치 후 시간이 경과함에 따라 변형 또는 균열(C)이 생길 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따르면, 자기 센서(420)가 자석(410)으로부터의 자력선 크기와 방향을 벡터값으로서 획득함으로써 자석(410)과 자기 센서(420) 사이에 발생한 구조물(300)의 변형을 파악할 수 있게 된다.

자석(410)과 자기 센서(420)는 구조물에 공지의 접착제를 이용하여 접착될 수 있다.

일 실시예에 따른 자기 센서(420)는 자석(410)으로부터의 자력과 그 방향을 주기적 또는 비주기적으로 센싱하는 기능을 한다.

도 2에서는 자석(410)과 자기 센서(420)가 수평 방향의 일직선 상에 배치되는 것으로 예시되었으나, 수직 방향의 직선 상에 배치될 수도 있고, 이와 달리 배치될 수도 있다.

자기 센서(420)는 자석(410)의 자력과 방향을 벡터값으로 획득하고, 획득된 정보를 서버(100, 도 1 참조)에 전송한다.

일 실시예에 따른 자기 센서(420)는 3축 자기 센서로 구현될 수 있다.

도 3은 자기 센서로부터 전송된 정보를 토대로 구조물의 변형을 분석하는 서버의 동작을 설명하기 위한 블록도이며, 도 4는 서버가 자기 센서로부터 수신하는 정보의 예를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 서버(100)는 센싱 정부 수신부(110), 구조물 상태 분석부(120), 임계값 설정부(130)를 포함할 수 있다. 센싱 정부 수신부(110), 구조물 상태 분석부(120), 임계값 설정부(130)는 외부 장치와 통신할 수 있는 프로그램 모듈 또는 하드웨어들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈 또는 하드웨어는 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 서버(100) 또는 이와 통신 가능한 다른 장치에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈 또는 하드웨어들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.

센싱 정부 수신부(110)는 자기 센서(420)에 의해 획득된 자석(410)의 자력과 방향을 벡터값으로 수신한다. 수신 주기는 주기적 또는 비주기적일 수 있고, 자기 센서(420)로부터 수신되는 벡터값 및 수신 시각은 데이터베이스(미도시됨)에 누적적으로 저장될 수 있다.

구조물 상태 분석부(120)는 센싱 정보 수신부(110)에 의해 수신된 벡터값을 토대로 현재 구조물(300)의 상태를 분석하는 기능을 수행한다.

도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 자기 센서(420)는 각기 다른 시각에 자석(410)의 자력과 방향을 나타내는 벡터값을 획득한 후, 서버(100)에 전송한다.

먼저, 도 4의 (a)를 참조하여, P1 을 자기 센서(420)의 위치, P1과 P2 간의 거리 및 방향은 제1 시각에 센싱된 자석(410)의 자력 세기 및 방향, P1과 P3 간의 거리 및 방향은 제2 시각에 센싱된 자석(410)의 자력 세기 및 방향이라고 가정하기로 한다.

제1 시각과 제2 시각에 센싱된 벡터값을 분석한다면, 제1 시각과 제2 시각 사이에 자석(410)과 자기 센서(420) 간의 상대적 위치 변화가 산출될 수 있다.

위치 변화 산출은 기하학적 방법으로 이루어질 수 있다. 제1 시각이 자석(410)과 자기 센서(420)를 구조물(300)에 부착한 시각이라고 한다면, 제1 시각에서의 자석(410)과 자기 센서(420)의 위치는 알고 있기 때문에, P1과 P2 사이의 거리, P1과 P3 간의 거리, 및 P1-P2 와 P1-P3 간 각도(θ)를 통해, 제1 시각 대비 제2 시각에서의 자기 센서(420)를 기준으로 한 자석(410)의 위치 변화가 산출될 수 있다.

만약, 도 4의 (a)와 같이, 제1 시각과 제2 시각 사이에 자기 센서(420)에 의해 획득된 자력의 크기는 큰 차이가 없으나, 자력의 방향 변화, 즉, 벡터값 간의 각도(θ)가 임계값 이상인 경우에는, 구조물(300)에 있어서, 자석(410)과 자기 센서(420) 사이의 영역에 균열은 없으나 뒤틀림이 발생하였다고 판단할 수 있다.

한편, 도 4의 (b)와 같이, 제1 시각과 제2 시각에서 획득한 벡터값 간의 각도(θ)에는 큰 변화가 없으나, 자력의 크기 차이가 임계값 이상인 경우에는, 구조물(300)에 있어서, 자석(410)과 자기 센서(420) 사이의 영역에 균열이 발생하였다고 판단할 수 있다.

서버(100)는 자기 센서(420)로부터 수신되는 정보들을 누적하여 저장함으로써, 구조물(300)의 뒤틀림 또는 균열의 정도를 시간의 경과에 따라 지속적으로 판단할 수 있고, 구조물 변형에 따른 위험성 정도를 판단할 수 있다.

일 실시예에 따른 임계값 설정부(130)는, 구조물 상태 분석부(120)가 판단하는 위험성의 기준이 되는 임계값을 설정하는 기능을 수행한다.

구조물(300)은 재질 또는 외부 환경(예를 들면, 온도 및 습도 등)에 따라 상이한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 구조물(300)이 금속성 재질로 이루어지는 경우, 온도가 높은 여름에는 구조물(300)에 자연스러운 변형이 일어날 수도 있고, 온도가 낮은 겨울에는 그 변형의 정도가 작을 수 있다. 따라서, 온도가 높은 여름에는 구조물(300)의 상태가 위험하다고 판단하기 위한 임계값(자력 크기 변화의 임계값 및 자력의 방향 변화의 임계값)을 낮춰, 자연스럽게 구조물(300)이 미세하게 변형되는 현상을 보상할 수 있고, 온도가 낮은 겨울에는 해당 임계값을 높일 수 있다. 또한, 이와 반대로 임계값을 조절할 수도 있다.

이처럼 임계값 설정부(130)는 구조물(300)의 위험성 판단을 위한 임계값을 외부 환경 조건에 따라 상이하게 설정하는 기능을 수행한다.

구조물 상태 분석부(120)는 자력의 크기 변화 및 자력의 방향 변화에 기초하여 구조물(300)의 현재 변형 정도를 산출하고, 산출된 변형 정도를 임계값 설정부(130)에 의해 설정된 임계값과 비교하여, 위험성을 판단할 수 있다.

서버(100)에 의해 분석된 구조물(300)의 상태 정보, 즉, 자력의 크기 또는 방향 변화값, 이에 기반한 위험성 판단 결과는 통신망을 통해 사용자 단말기(200)에 전송될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

1. 구조물의 상태를 감지하기 위한 장치로서,
   구조물의 일부 영역에 부착되는 자석; 및
   상기 구조물의 다른 영역에 부착되어, 상기 자석의 자력 및 자력의 방향을 센싱한 후, 벡터값으로 출력하고, 상기 벡터값을 서버로 전송하여, 상기 서버가 서로 다른 시각의 상기 자력의 크기 또는 방향의 변화를 통해 상기 자석과 자기 센서 사이의 구조물 변형을 감지할 수 있도록 하는 자기 센서를 포함하며,
   상기 서버는, 제1 시각과 제2 시각에 획득된 상기 벡터값을 기초로, 상기 벡터값 간의 각도가 임계값 이상인 경우, 상기 자석과 상기 자기 센서 사이의 영역에 뒤틀림이 발생한 것으로 판단하고, 상기 자력의 크기 차이가 임계값 이상인 경우, 상기 자석과 상기 자기 센서 사이의 영역에 균열이 발생한 것으로 판단하는, 구조물 상태 감지 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 자기 센서는 3축 자기 센서로 구현되는, 구조물 상태 감지 장치.
4. 구조물의 상태를 감지하기 위한 서버에 있어서,
   구조물의 일부 영역에 부착되는 자석으로부터의 자력 및 자력의 방향에 대한 벡터값 정보를 상기 구조물의 다른 영역에 부착되는 자기 센서로부터 수신하는 센싱 정보 수신부; 및
   각기 다른 시각에 상기 자기 센서로부터 획득된 벡터값 정보를 토대로, 상기 구조물의 변형을 감지하고, 제1 시각과 제2 시각에 획득된 상기 벡터값을 기초로, 상기 벡터값 간의 각도가 임계값 이상인 경우, 상기 자석과 상기 자기 센서 사이의 영역에 뒤틀림이 발생한 것으로 판단하고, 상기 자력의 크기 차이가 임계값 이상인 경우, 상기 자석과 상기 자기 센서 사이의 영역에 균열이 발생한 것으로 판단하는 구조물 상태 분석부를 포함하는, 서버.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제4항에 있어서,
   상기 임계값을 외부 환경에 따라 상이하게 설정하는 임계값 설정부를 더 포함하는, 서버.

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