KR102002904B1 - Structure deformation early monitoring system using radar and reflectors - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 사람이 직접 측량하지 않고도 지속적으로 구조물의 변형 상태를 감시할 수 있는 구조물 변형 감지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 구조물 변형 감지 시스템을 제공함에 있어서, 기상의 변화 등에 구조물이 아닌 센서 자체가 영향을 받을 염려가 적어 오차 문제가 적고 시공이 좀 더 용이한 기술 구성을 제공하고자 하는 것이기도 하다.
상기 목적에 따라 본 발명은 실시간으로 구조물의 외부 즉 표면의 변형을 측정하기 위하여, 구조물 표면에 다수의 전파 반사체를 부착하고, 부착된 반사체를 감지할 수 있는 전파 레이더를 설치하여, 레이더로 반사체의 거리, 각도, 반사량을 측정하여, 측정된 자료를 디지털화하고, 이를 데이터베이스로 구축하여 저장한 다음, 초기 데이터들에 대해 지속적으로 데이터의 변화량을 분석하여 구조물의 변형을 판단할 수 있는 구조물 변형 감지 시스템을 제공한다. 즉 레이더와 반사체를 이용하면, 구조물 표면의 변화 정도를 실시간으로 분석할 수 있다.
It is an object of the present invention to provide a structure deformation detection system capable of continuously monitoring a deformation state of a structure without direct measurement by a person.
In addition, it is an object of the present invention to provide a structure of a structure for detecting a deformation of a structure as described above, which is less likely to be influenced by a sensor itself, It is also to do.
According to the present invention, in order to measure the deformation of the outside of the structure, that is, the surface of the structure in real time, a plurality of radio wave reflectors are attached to the surface of the structure and a radio wave radar capable of detecting the attached reflector is installed. It is possible to digitize measured data by measuring distances, angles, and reflectances, build and store them in a database, and then analyze the amount of data continuously for initial data to determine the deformation of the structure. . In other words, by using radar and reflector, the degree of change of the structure surface can be analyzed in real time.

Description

레이더와 반사체를 이용한 구조물 변형 감지 시스템{STRUCTURE DEFORMATION EARLY MONITORING SYSTEM USING RADAR AND REFLECTORS}[0001] STRUCTURE DEFORMATION EARLY MONITORING SYSTEM USING RADAR AND REFLECTORS [0002]

본 발명은 절개지, 건물, 도로, 다리, 터널 등과 같은 각종 구조물의 형상의 변화를 감지하는 관제 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system for detecting a change in shape of various structures such as a cutout, a building, a road, a bridge, a tunnel,

구조물은 시간이 지남에 따라 사용 하중에 의하여 변형이 발생한다. 이러한 변형이 계속 누적되면 구조물의 붕괴로 이어질 수 있기 때문에, 구조물의 변형을 측정하는 것은 구조물의 상태를 판단하는데 있어서 매우 중요한 근거가 된다. 기존에는 구조물의 변형 정도를 측정함에 있어서, 측량으로 수평방향 및 수직방향의 변형 여부를 측정하여 구조물의 안전성을 판단하였다. 하지만 기존의 방법은 주기적으로 사람들이 직접 현장에서 측량을 실시하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 구조물의 표면이 대부분 옥외에 노출되어 있기 때문에 기상 상태가 좋지 않은 경우에는 측량이 어렵다는 문제도 있다. 또한, 측량자의 안전이 보장될 수 없다는 점과 함께 측량의 오차도 문제가 되었으며, 사람의 측량으로는 분 단위 또는 시간 단위로의 측량이 불가능하다.The structure is deformed by the use load over time. Since such deformation continues to accumulate, it can lead to the collapse of the structure, so measuring the deformation of the structure is a very important basis for judging the condition of the structure. In the past, in measuring the degree of deformation of the structure, the stability of the structure was evaluated by measuring the deformation in the horizontal direction and the vertical direction by the measurement. However, existing methods have the inconvenience that people should carry out surveying in the field on a regular basis. In addition, since the surface of the structure is mostly exposed to the outside, there is a problem that the measurement is difficult when the weather condition is poor. In addition to the fact that the safety of the surveyor can not be guaranteed, the error of surveying has also become a problem, and it is impossible to measure by minute or hour by human measurement.

또한, 구조물 중에서 사람의 활동이 원활하지 않은 곳의 측량은 더욱 어렵기 때문에 구조물의 변형에 즉각적으로 대응하기 어렵고, 실시간으로 변형을 측정하지 못하기 때문에 구조물의 변형에 따른 안전사고의 예방에 미흡한 측면이 있었다. 따라서 보다 쉽고 간단한 방법으로 구조물의 변형 여부를 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.In addition, it is difficult to immediately measure the deformation of the structure because it is more difficult to measure the place where the human activity is not smooth in the structure, and it is difficult to measure the deformation in real time. . Therefore, it is necessary to develop a technology that can precisely measure the deformation of a structure in real time in a simpler and easier way.

대한민국 공개번호 10-2014-0128508호에는 광섬유를 적용한 사면 변형 감지 시스템이 공개되어 있으나, 시공 상의 어려움이 있고, 눈, 비, 바람 등의 외부 환경에 따라 구조물이 아닌 광케이블 자체의 위치 변동 등으로 인해 오차가 발생하는 문제가 있다. Korean Patent Publication No. 10-2014-0128508 discloses a slope deformation detection system using an optical fiber. However, due to difficulties in construction and due to the external environment such as snow, rain, wind, etc., There is a problem that an error occurs.

따라서 본 발명의 목적은 사람이 직접 측량하지 않고도 지속적으로 구조물의 변형 상태를 감지할 수 있는 구조물 변형 감지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to provide a structure deformation detection system capable of continuously detecting a deformation state of a structure without direct measurement by a person.

또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 구조물 변형 감지 시스템을 제공함에 있어서, 기상의 변화 등으로 인해 구조물이 아닌 센서 자체가 영향을 받을 요인이 적기 때문에 측정 오차가 적고 시공이 좀 더 용이한 기술 구성을 제공하고자 하는 것이기도 하다. In addition, the object of the present invention is to provide a structure deformation detection system as described above, in which the sensor itself is less influenced due to a change in weather or the like, thereby reducing the measurement error, And the like.

상기 목적에 따라 본 발명은 실시간으로 구조물의 외부, 즉 표면의 변형을 측정하기 위하여, 구조물 표면에 다수의 전자파 반사체를 부착하고, 부착된 반사체를 감지할 수 있는 전자파 레이더를 설치하여, 레이더로 반사체의 거리, 각도, 반사량을 측정하여, 측정된 자료를 디지털데이터로 변환하고, 이를 데이터베이스로 구축하여 저장한 다음, 초기 데이터들에 대해 지속적으로 데이터의 변화량을 분석하여 구조물의 변형을 판단할 수 있는 구조물 변형 감지 시스템을 제공한다. 즉 레이더와 반사체를 이용하면, 구조물 표면의 변화 정도를 실시간으로 분석할 수 있다. According to the present invention, in order to measure the deformation of the outside of the structure, that is, the surface of the structure in real time, a plurality of electromagnetic wave reflectors are attached to the surface of the structure, and an electromagnetic wave radar capable of detecting the attached reflector is installed. The angle of the reflection, and the reflection amount of the data, converts the measured data into digital data, constructs it as a database, stores the data, and then analyzes the data of the initial data continuously to determine the deformation of the structure A structure deformation detection system is provided. In other words, by using radar and reflector, the degree of change of the structure surface can be analyzed in real time.

또한, 레이더와 함께 사람이 눈으로 직접 확인하기 위한 영상 감시를 추가하여, 구조물의 표면과 반사체를 영상으로도 감시할 수 있도록 한다. In addition, with video surveillance, which allows people to visually confirm with the radar, the surface of the structure and the reflector can be monitored by the image.

또한, 레이더에 의한 데이터베이스를 포함한 영상 감시 시스템을 앱으로 구축하여 관리자가 모바일단말기로 용이하게 상황을 파악할 수 있게 한다. In addition, a video surveillance system including a database by a radar is built as an app, allowing an administrator to easily grasp the situation with a mobile terminal.

상기 앱은, 실시간으로 분석된 정보를 토대로 변형 정도가 일정 수준을 넘게 되면, 구조물의 안전사고 예방을 위하여, 구조물 관리자, 상위 관리자, 관련 기관에 실시간으로 경고를 하는 시스템을 구비한다.The app includes a system for alerting a structure manager, an upper manager, and related organizations in real time to prevent a safety accident of a structure when the degree of deformation exceeds a predetermined level based on information analyzed in real time.

즉, 본 발명은,That is,

전파를 반사하는 반사체;A reflector for reflecting radio waves;

상기 반사체에 전파를 송신하고 반사체에 의해 반사된 반사파를 수신하는 레이더; 및A radar that transmits a radio wave to the reflector and receives a reflected wave reflected by the reflector; And

상기 레이더와 연결되어 반사체로부터 반사되는 반사파 신호에 대한 정보를 데이터베이스로 구축하고 반사파 신호를 지속적으로 업데이트 하는 컴퓨터;를 구비하고,And a computer connected to the radar for constructing information on the reflected wave signal reflected from the reflector in a database and continuously updating the reflected wave signal,

감시하고자 하는 구조물의 표면에 상기 반사체를 하나 이상 고정하고, Fixing at least one reflector on a surface of a structure to be monitored,

레이더를 반사체들에 대해 전파를 송수신할 수 있는 지점에 배치하여, By placing the radar at a point where it can transmit and receive radio waves to the reflectors,

특정 시점에 반사체들로부터 수신된 반사파들의 반사각, 반사량 또는 기준점으로부터 반사체의 위치 중 하나 이상의 데이터를 레이더로부터 받아 컴퓨터 서버에 데이터베이스로 구축하고,Receiving at least one of a reflection angle, a reflection amount of reflected waves received from the reflectors at a specific time point, and a position of the reflector from the reference point, from the radar,

반사체들로부터 반사각, 반사량 또는 기준점으로부터 반사체의 위치 중 하나 이상의 데이터를 지속적으로 수신하여 데이터베이스를 업데이트하면서 초기 데이터와 비교분석하는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감지시스템을 제공한다.Continuously receiving one or more data from the reflectors, the reflection angle, the reflection amount, or the position of the reflector from the reference point, and comparing the analyzed data with the initial data while updating the database.

상기에 있어서, 반사체까지의 거리는 레이더의 시스템 사양에 의해 결정되는 거리 해상도보다 정밀한 해상도를 얻기 위하여 매스 알고리즘(mass algorithm), 센트로이드(centroid), 내삽(interpolation) 중 하나 이상의 방법을 이용해 반사체로부터 반사되는 반사파의 주파수(frequency)를 추정하여 정밀한 결과값을 얻는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감지시스템을 제공한다.In the above, the distance to the reflector is determined by the reflection from the reflector using one or more methods of mass algorithm, centroid, interpolation to obtain a resolution that is finer than the distance resolution determined by the system specification of the radar. And estimating the frequency of the reflected wave to obtain a precise result value.

상기에 있어서, 레이더와 함께 비디오 카메라를 더 구비하여 구조물의 형상을 영상으로도 감시하는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.In the above, a video camera is further provided together with a radar to monitor the shape of the structure as an image.

상기에 있어서, 반사체의 형상은 구, 실린더, 평판, 평판을 접은 코너 형태, 삼각형 세 개를 이어 만든 오목부를 갖는 개방형 사면체, 사각형 세 개를 이어 만든 오목부를 갖는 개방형 다면체, 부채꼴 세 개를 이어 만든 오목부를 갖는 개방형 곡면체, 또는 개방부를 갖는 다면체 중 하나인 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.In the above, the shape of the reflector may be a sphere, a cylinder, a flat plate, a corners in which flat plates are folded, an open tetrahedron having concave portions formed by connecting three triangles, an open polyhedron having concave portions formed by connecting three rectangles, An opening-shaped curved body having a concave portion, or a polyhedron having an opening portion.

상기에 있어서, 관측되는 반사각, 반사량 또는 기준점으로부터 반사체의 위치 중 하나 이상의 데이터 종류별로 임계치를 설정하여 각 데이터의 변화량이 임계치에 도달하면 컴퓨터에서 경고 메시지를 발생하는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.In the above structure, a threshold is set for each of at least one data type from the observed reflection angle, the reflection amount, or the reflector position from the reference point, and a warning message is generated in the computer when the variation amount of each data reaches a threshold value. to provide.

상기에 있어서, 다수의 반사체 각각에 대해 특정 시점에 레이더에 의해 위치정보를 파악하여 구축된 상기 데이터베이스에 반사체별로 데이터를 관리하는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.The structure shape monitoring system according to the present invention is characterized in that data is managed for each reflector in the database constructed by grasping the positional information with respect to each of a plurality of reflectors at a specific time by a radar.

상기에 있어서, 다수의 반사체 각각에 대해 특정 시점에 레이더에 의해 위치정보를 파악하여 구축된 상기 데이터베이스에 반사체들의 데이터를 동일 시각에 대해 수집하여 관측대상 구조물의 전체적인 변화 추이를 파악하는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.In this case, the plurality of reflectors are collectively collected at the same time with the data of the reflectors in the database constructed by grasping the positional information by the radar at a specific time, and the overall trend of the observed structure is ascertained A structure shape monitoring system is provided.

또한, 상기 감시시스템을 앱으로 구축하여 관리자는 모바일 단말기를 이용하여 감시시스템에 접속할 수 있는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.Also, the surveillance system can be constructed as an app, and the administrator can access the surveillance system using the mobile terminal.

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

전파를 송신하고 반사체에 의해 반사된 반사파를 수신하는 레이더; 및A radar that transmits a radio wave and receives a reflected wave reflected by the reflector; And

상기 레이더와 연결되어 반사체로부터 반사되는 반사파 신호에 대한 정보를 데이터베이스로 구축하고 반사파 신호를 지속적으로 업데이트 하는 컴퓨터;를 구비하고,And a computer connected to the radar for constructing information on the reflected wave signal reflected from the reflector in a database and continuously updating the reflected wave signal,

상기 레이더는 물의 수위(水位)를 측량할 수 있도록 수면 위에 설치되고,The radar is installed on the water surface so as to measure the water level of the water,

*반사체는 수면으로서,* The reflector is the water surface,

레이더에 의해 수면에 의해 반사된 반사파를 통해 레이더가 설치된 지점과 수면 사이의 거리를 측정함으로써 수위를 지속적으로 측량할 수 있는 것을 특징으로 하는 수위 측량 시스템을 제공한다. And the water level can be continuously measured by measuring the distance between the point where the radar is installed and the water surface through the reflected wave reflected by the water surface by the radar.

상기에 있어서, 수면까지의 거리는 레이더의 시스템 사양에 의해 결정되는 거리 해상도보다 정밀한 해상도를 얻기 위하여 수면에서 반사된 반사파의 주파수(frequency)를 매스 알고리즘(mass algorithm), 센트로이드(centroid), 내삽(interpolation) 중 하나 이상의 방법을 이용해 수면으로부터 반사되는 반사파의 주파수(frequency)를 추정하여 정밀한 결과값을 얻는 것을 특징으로 하는 수위 측량 시스템을 제공한다. In the above, the distance to the surface of the water is determined by the mass algorithm, the centroid, the interpolation (the interpolation), the frequency of the reflected wave reflected from the water surface in order to obtain a finer resolution than the distance resolution determined by the system specification of the radar interpolation to estimate the frequency of the reflected wave reflected from the water surface to obtain a precise result value.

상기에 있어서, 주파수 추정을 통해 구한 주파수에 해당하는 거리 값을 소정 시간 동안 저장하여 히스토그램(histogram)을 생성한 후 히스토그램이 나타내는 확률 분포를 확인하여 가장 높은 빈도를 가지는 거리를 수위값으로 판단하는 수위 측량 시스템을 제공한다. In the above, a distance value corresponding to a frequency obtained through frequency estimation is stored for a predetermined time to generate a histogram, and a probability distribution represented by the histogram is checked to determine a distance having the highest frequency as a water level value And provides a surveying system.

상기에 있어서, 레이더는 다수 지점의 수위를 측량하여, 동일 시각 대의 지점간 수위를 분석하고 시계열적으로 지점간의 수위 변화를 분석하여 파고를 파악하는 것을 특징으로 하는 수위 측량 시스템을 제공한다. In the above, the radar analyzes the water level at a plurality of points, analyzes the water level between points at the same time point, and analyzes the water level change between the points in a time-series manner to grasp the wave height.

상기에 있어서, 수위 또는 수위 변화량의 임계치를 설정하여 그 이상이 측량되면 경고를 발하는 것을 특징으로 하는 수위 측량 시스템을 제공한다. In the above, a threshold value of the water level or the water level change amount is set, and a warning is issued when the water level or the water level change amount is measured.

상기의 수위 측량 시스템을 하나 이상의 하천에 다수 설치하고 네트워크로 관리하여 홍수를 예보하는 것을 특징으로 하는 수위 관제 시스템을 제공한다.A water level management system is provided in which a plurality of water level surveying systems are installed in one or more rivers and managed by a network to predict a flood.

또한, 상기 수위관제 시스템을 앱으로 구축하여 관리자는 모바일 단말기를 이용하여 수위관제시스템에 접속할 수 있는 것을 특징으로 하는 수위 관제 시스템을 제공한다.Also, the water level management system can be constructed as an application, and the administrator can access the water level management system using the mobile terminal.

상기에 있어서, In the above,

상기 레이더는 훼손을 막기 위해 특정 높이 이상으로 설치되고, 이물질이 쌓이지 않도록 기울기를 가지는 외부 커버를 구비하되, 외부 커버의 재질은 금속성이 아닌 유전체 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.Wherein the radar is provided with an outer cover having a slope to prevent foreign matter from accumulating, and the outer cover is made of a dielectric material that is not metallic. do.

상기에 있어서, 상기 외부 커버에 열선을 매립하여 눈이 녹을 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.The present invention provides a structure shape monitoring system, wherein the outer cover is filled with hot wire to melt snow.

상기에 있어서, 감시대상 구조물은, 건물 외벽, 절개지, 도로공사장 또는 지하철 공사장 시설물, 상수도 배관 매립용 시설물, 전선 매립용 시설물, 쌓여진 건축자재를 포함하는 특징으로 하는 구조물 형상 감시시스템을 제공한다.In this case, the monitoring target structure includes a building exterior monitoring system including a building exterior wall, a cutout, a road construction site or a subway construction facility, a facility for water pipe filling, a facility for inserting a wire, and a building material piled up.

레이더는 전파를 이용하는 방식으로 구조물의 표면이 옥외에 노출되어 있는 상황에서, 옥외의 주변 환경, 눈, 비, 바람, 안개, 주간, 야간에 관계없이 감지 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 반사체는 구조물 표면에 부착하는데, 레이더가 구조물과 반사체를 감지하더라도 반사체 고유의 반사 특성으로 구조물과 반사체를 구별할 수 있다. The radar has the advantage of using radio waves to sense the structure regardless of the surroundings, the snow, the rain, the wind, the fog, the daytime, and the nighttime when the surface of the structure is exposed to the outside. The reflector attaches to the surface of the structure. Even if the radar detects the structure and the reflector, the reflection characteristic inherent to the reflector can distinguish the structure from the reflector.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 변형 감지 시스템을 경사면에 구축한 일례를 도시한 개략도이다.
도 2는 반사체의 구조와 형상에 다른 반사율을 설명하는 그림이다.
도 3은 레이더의 구성과 기능을 설명하는 개략도이다.
도 4 내지 도 6는 영상 감시 시스템과 레이더-반사체 시스템이 결합되어 구축된 앱 화면을 보여주며 기능을 설명하는 도면이다.
도 7은 레이더가 절개지를 정면으로 바라보도록 설치한 예(상)와 절개지를 비스듬히 바라보도록 설치한 예(하)를 보여준다.
도 8은 frequency estimation의 예로 frequency peak의 무게중심을 찾거나 내삽(interpolation) 기법을 통해 정확도를 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.
도 9는 레이더(200)에 커버(250)를 씌운 것을 보여준다.
도 10에는 상술한 본 발명의 실례를 순서도로 나타내었다.
도 11은 본 발명의 반사체-레이더 관제 시스템을 건축물 감지에 적용한 것을 도시한다.
도 12는 본 발명에 따라 레이더로 수면의 높이를 측량하는 모습을 보여준다.
도 13은 실시간으로 수위를 계산하는 과정에서 과거 특정 시간 동안의 데이터를 저장하여 histogram을 만든 것이다.
FIG. 1 is a schematic view showing an example in which a structure deformation sensing system according to the present invention is constructed on an inclined plane.
Fig. 2 is a view for explaining the reflectance different from that of the reflector in structure and shape.
3 is a schematic diagram illustrating the configuration and function of the radar.
4 to 6 are views illustrating functions of an app screen constructed by combining a video surveillance system and a radar-reflector system.
FIG. 7 shows an example (top) in which the radar is installed so as to face the incision in front, and an example in which the incision is installed so as to observe the incision in an oblique direction.
FIG. 8 shows that an example of frequency estimation can improve the accuracy by finding the center of gravity of a frequency peak or interpolating it.
Fig. 9 shows the radar 200 covered with the cover 250. Fig.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the present invention.
11 illustrates application of the reflector-radar control system of the present invention to building detection.
12 shows a state in which the height of a water surface is measured by a radar according to the present invention.
13 is a histogram of data stored during a certain time in the process of calculating the water level in real time.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실례에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명에 따라 절개지 사면에 반사체들을 부착하여 레이더와 디지털 비디오 카메라를 결합하여 절개지의 형상을 감지하는 시스템 구축에 대한 일례를 보여준다. 즉, 레이더에 대해, 전자파를 반사하여 절개지의 형상을 지속적으로 감지할 수 있게 하는 반사체를 절개지 사면에 다수 분포시켜 전자파 반사량과 반사각도 및/또는 반사체와 기준점(레이더 위치일 수 있다)으로부터의 거리와 위치(방위)를 지속적으로 측정하고, 각 물리량에 대해 임계치를 설정하여 이를 벗어나면 경고메시지를 띄워 직접 사람이 시찰을 하거나 토목공사 등의 실질적인 조치를 취하도록 하려는 것이다. 즉, 감시대상 구조물은, 건물 외벽, 절개지, 도로공사장 또는 지하철 공사장 시설물, 상수도 배관 매립용 시설물, 전선 매립용 시설물, 쌓여진 건축자재 등에 적용될 수 있다. 지형이나 구조물의 위치나 형태에 영향을 줄 수 있는 현장에 설치하여 위험을 경보 할 수 있다. FIG. 1 shows an example of a system for detecting the shape of a cutout by attaching reflectors to a cut slope according to the present invention and combining a radar and a digital video camera. That is, a plurality of reflectors, which reflect the electromagnetic waves to continuously detect the shape of the cutouts, are distributed to the radar on the incision slope surface, and the distance from the reflector and the reference point (which may be the radar position) And the position (bearing), and set a threshold value for each physical quantity. If it is out of this range, a warning message will be displayed so that the person can inspect it directly or take practical measures such as civil works. That is, the monitored structure can be applied to an exterior wall of a building, a cut-out point, a road construction site or a subway construction site facility, a waterway pipeline landfill facility, a cable landfill facility, and a piled building material. It can be installed on site to influence the location or shape of the terrain or structure to warn of the risk.

즉, 본 실시 예는 산사태 경보 시스템과 마찬가지로 반사체를 위치/형태의 변화 관측이 필요한 여러 가지 대상체에 설치하고 레이더로 실시간 감시하여 형상 변화를 관찰하고 변화량이 일정 수준 이상이 되는 경우 경보를 하는 것이다.That is, in this embodiment, as in the case of a landslide warning system, a reflector is installed on various objects requiring observation of changes in position / shape and is monitored in real time by a radar to observe a shape change.

이를 위해 먼저, 다수의 반사체를 감지하고자 하는 구조물에 부착 설치하여야 한다. 반사체의 형상은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다. To this end, a number of reflectors should be attached to the structure to be detected. The shape of the reflector can be variously configured as needed.

반사체(100)의 형상은 다양하게 만들어질 수 있다.The shape of the reflector 100 can be made variously.

도 2에는 반사체에 대한 다양한 형상과 그에 따른 반사 표면적을 보여준다. 반사체 형상에 따라 전자파의 반사량이 달라지므로 반사체(100)를 설치한 후 초기 전자파 반사량 등의 물리량을 측정하여 데이터베이스를 구축한다. 반사체(100)의 형상은 구, 실린더, 평판, 평판을 접은 코너 형태, 삼각형 세 개를 이어 만든 오목부를 갖는 개방형 사면체, 사각형 세 개를 이어 만든 오목부를 갖는 개방형 다면체, 1/4 원형 등의 부채꼴 세 개를 이어 만든 오목부를 갖는 개방형 곡면체, 개방부를 갖는 다면체 등 다양하게 구성될 수 있다. 즉, 구조물 표면이 곡면인지 사면인지 평면인지의 여부에 따라 선택적으로 구성될 수 있다. Fig. 2 shows various shapes of the reflector and the corresponding reflective surface area. Since the reflection amount of the electromagnetic wave is changed according to the shape of the reflector, the reflector 100 is installed and then the physical quantity such as the initial reflection amount of electromagnetic waves is measured to construct a database. The shape of the reflector 100 may be any shape such as a sphere, a cylinder, a flat plate, a corners in which flat plates are folded, an open tetrahedron having concave portions formed by connecting three triangles, an open polyhedron having concave portions formed by connecting three rectangles, An open curved body having three concave portions, a polyhedron having an open portion, and the like. That is, the structure can be selectively constructed depending on whether the surface of the structure is a curved surface, a slant surface, or a flat surface.

도 2 하단에는 개방형 사면체(110)의 꼭지점에 막대(120)를 접속한 반사체(100)를 보여준다. 이러한 반사체(100)는 경사면에 거의 균일한 분포로 부착될 수 있다. 부착 방법은 반사체를 구조물 표면에 시멘트 등의 접착제를 이용하여 부착하는 것일 수 있다. 막대를 구비한 반사체는 막대를 이용하여 흙에 꽂아 두는 것도 가능하다. 건물의 벽면, 다리의 이음새 부분과 기타 구조물의 취약부분에 대해 건축 시에 반사체를 설치하면서 공사할 수도 있다. 2 shows a reflector 100 in which a bar 120 is connected to a vertex of an open tetrahedron 110. FIG. The reflector 100 may be attached to the inclined surface with a substantially uniform distribution. The attaching method may be to attach the reflector to the surface of the structure using an adhesive such as cement. It is also possible to place the reflector with the rod in the soil using a rod. It is also possible to construct the wall of the building, the joints of the legs and the fragile parts of other structures while installing the reflector at the time of construction.

전자파는 도체에 입사하면 전반사(total reflection)된다. 이러한 성질을 이용하여 도체로 전자파를 차폐하거나 반사판처럼 전자파를 특정 방향으로 보내는 것이 가능하다. The electromagnetic wave is totally reflected when it is incident on the conductor. By using this property, it is possible to shield the electromagnetic wave with a conductor or send the electromagnetic wave in a specific direction like a reflection plate.

도체에 대한 전자기파의 반사 원리는, 정확히 표현하면 반사라기보다는 재생산의 의미로 볼 수 있다. 전자파는 전기를 잘 전달하는 도체에 닿으면서 거의 모든 에너지가 순간적으로 도체의 표면 전류로 변화된다. 이로 인해 갑작스럽게 발생 된 표면 전류는 입사각과 같은 각도의 전자기파를 생성한다. 여기서, 전자기파의 생성 원리 자체가 전류의 변화라는 점을 상기할 필요가 있다. 이 과정에서 도체에 의한 손실 성분, 즉 도전율에 따라 약간의 손실이 발생한다. 도체에 의한 반사 현상을 고려하여 반사체에 의한 전자파 반사각을 관찰하면, 반사체의 형상 변화를 알 수 있고 이것은 구조물에 고정된 반사체가 구조물의 형상 변화에 의해 나타난 변화로 판단될 수 있다. 반사체의 의한 반사각뿐만 아니라 반사량과 거리 데이터를 함께 관측하여 변화 상태를 좀 더 명확하게 파악할 수 있다. The principle of reflection of electromagnetic waves on conductors can be seen as reproduction rather than reflection. Almost all the energy is instantaneously changed into the surface current of the conductor while the electromagnetic wave touches the conductor which transmits electricity well. As a result, suddenly generated surface currents produce electromagnetic waves of the same angle as the incident angle. It should be noted that the principle of electromagnetic wave generation itself is a change in current. In this process, a slight loss occurs depending on the loss component caused by the conductor, that is, the conductivity. Observing the electromagnetic wave reflection angle by the reflector in consideration of the reflection phenomenon by the conductor, the change of the reflector shape can be seen. This can be judged by the change of the reflector fixed to the structure by the change of the shape of the structure. It is possible to observe not only the reflection angle of the reflector but also the reflection amount and the distance data together to grasp the change state more clearly.

레이더는 개개의 반사체에 대해 전자파를 송신하고 돌아오는 전자파를 수신하며, 레이더와 연결된 컴퓨터에는 수신 신호를 초기 데이터베이스와 비교 분석하여 구조물의 형상 변화를 지속적으로 감지한다. The radar receives the electromagnetic waves transmitted to and from the individual reflectors, and the computer connected to the radar continuously compares the received signals with the initial database to detect changes in the shape of the structures.

만일 어느 구조물에 n개의 반사체가 설치된 경우, 레이더는 각 반사체까지의 거리와 방위각과 같은 위치를 인식하여 각 반사체를 구별되게 인식할 수 있으므로 컴퓨터(또는 프로세서를 갖춘 보드)에서 데이터베이스 구축 시 개개의 반사체에 대해 순번을 부여하고, 이후 반사 신호에 대한 변화 분석을 실시하여 관리한다. If n reflectors are installed on a structure, the radar recognizes the position of each reflector, such as the distance to each reflector and the azimuth angle, so that each reflector can be distinguished. Therefore, And then analyzes and analyzes the change of the reflection signal.

한편, 레이더에 의한 정보만으로 구조물을 감시하기에는 명백한 확인이 되지 않는다는 점이 있다. On the other hand, there is no clear confirmation to monitor the structure by only information by radar.

그에 따라 본 실시예에서는 영상으로도 구조물의 형상을 감시할 수 있도록 디지털 비디오 카메라를 레이더와 함께 설치하여 영상을 함께 관찰할 수 있게 하였다. 즉, 비디오 카메라를 레이더와 함께 설치하여 레이더가 바라보는 방향을 바라보도록 함으로써, 구조물의 영상을 지속적으로 수신하여 레이더에 의한 데이터 분석 결과와 함께 영상을 관찰하여 문제 발생을 직관적으로 조기 판단할 수 있으며, 문제 발생 시에도 영상으로 먼저 확인하고 인력을 파견할 수 있다. Accordingly, in this embodiment, a digital video camera is installed together with a radar so that images of the structure can be observed even with images. In other words, by installing a video camera together with a radar and looking at the direction in which the radar looks, it is possible to intuitively determine the occurrence of a problem by continuously receiving the image of the structure and observing the image with the data analysis result by the radar , It is possible to check the image first and dispatch the workforce when a problem occurs.

레이더와 비디오 카메라에 의한 영상 감시 시스템은 컴퓨터 서버를 이용하여 웹 사이트를 구축하고 앱으로 구현될 수 있다. 그에 따라 스마트 폰과 같은 단말기를 소지한 관리자는 편리하게 구조물을 감시할 수 있다. A video surveillance system using radar and video camera can be implemented as an app by building a website using a computer server. As a result, a manager having a terminal such as a smart phone can conveniently monitor the structure.

본 실시예의 구현에 대해 정리 요약하면 다음과 같다. The summary of the implementation of this embodiment is summarized as follows.

① 다수의 반사체를 구조물 표면에 부착Attach a number of reflectors to the surface of the structure

② 레이더를 이용하여 구조물 표면의 다수의 반사체를 감지② Detect multiple reflectors on the surface of the structure using radar

③ 감지된 반사체 거리, 각도, 반사량을 기초로 초기 감지 기준 설정③ Set the initial detection standard based on the detected reflector distance, angle, and reflection

④ 레이더를 이용하여 지속적으로 반사체의 거리, 각도, 반사량 측정④ Using the radar to continuously measure the distance, angle and reflection of the reflector

⑤ 측정된 자료를 누적하고, 표준편차 알고리즘을 이용하여 자료를 가공⑤ Accumulate the measured data and process the data using the standard deviation algorithm

⑥ 초기 감지 기준과 가공된 자료를 비교하여, 반사체의 변화를 분석⑥ Analyze the change of the reflector by comparing the initial detection standard with the processed data

⑦ 반사체의 변화가 설정된 값 이상일 경우 구조물이 변형된 것으로 판단하고, 구조물 관리자에게 경고⑦ If the change of the reflector exceeds the set value, it is judged that the structure is deformed.

⑧ 구조물 관리자는 반사체 변화량과 영상감지 자료를 확인, 안전사고 예방을 위한 조치를 취함⑧ Structural supervisor confirms reflector variation and image sensing data and takes action to prevent safety accidents

도 3에는 레이더의 기능에 대한 이해를 돕는 개략도가 나와 있다. Fig. 3 shows a schematic diagram for helping to understand the function of the radar.

본 실시예에서는 레이더를 구조물에 부착된 반사체들을 감시할 수 있는 지점에 설치하여 구조물 형상을 감시하도록 한 것이다. 레이더는 야간은 물론, 폭설, 폭우, 안개와 같은 기상악화 환경 하에서도 신뢰성 있는 데이터를 수집할 수 있는 장점이 있다. 이는 곧 위험 상황이 발생 될 수 있는 환경에 처하여 진 경우, 구조물에 대한 정보를 정확히 수집할 수 있는 장점이 되며, 그에 따라 안전 대피 조처 등이 신속히 발하여 질 수 있게 한다. In this embodiment, the radar is installed at a position where the reflectors attached to the structure can be monitored to monitor the shape of the structure. Radar has the advantage of collecting reliable data even in nighttime, weather conditions such as heavy snow, heavy rain, and fog. This is an advantage in that information on the structures can be accurately collected when an environment where a dangerous situation may occur may occur, thereby enabling a safe evacuation measure to be promptly issued.

본 실례에 사용된 디지털 비디오 카메라와 그에 따른 영상 감시에 대해 도 4에 도시하였다. The digital video camera used in this example and its video surveillance are shown in Fig.

필름 없이 전자 센서를 이용하여 영상을 감지하여, 촬영한 영상 정보를 MPEG, DV, MJPEG 등의 디지털 동영상 파일 형식으로 저장할 수 있는 카메라가 디지털 비디오 카메라이다. 일반 카메라는 영상을 아날로그 데이터로 저장하는 데 비해 영상을 비트맵으로 분할하고, 각각의 휘도를 디지털 데이터로 기록한다. 사진 촬영 후 외부 컴퓨터와 연결하여 영상을 전송할 수 있으며, 컴퓨터로 간편하게 편집, 수정, 출력 등을 할 수 있다.A digital video camera is a camera that can detect images using electronic sensors without film and store the captured image information in digital movie file formats such as MPEG, DV, and MJPEG. Conventional cameras divide an image into bitmaps and record each luminance as digital data, while storing images as analog data. After taking a picture, you can connect to an external computer to transfer the image, and you can easily edit, modify, and print it with your computer.

도 5는 전국적으로 반사체와 레이더가 설치된 지역을 영상으로 동시 다발적인 감지를 할 수 있도록 네트워크로 구축된 감지 시스템으로 감지하는 중앙의 관리자 컴퓨터 화면의 일례를 보여준다. 지도와 더불어 각 지역별 썸네일 영상이 도시되고 특정 썸네일을 클릭하여 확대 영상을 볼 수 있다.FIG. 5 shows an example of a central manager computer screen for detecting regions where reflectors and radar are installed nationwide by a sensing system constructed as a network so that images can be simultaneously detected. A thumbnail image for each region is displayed along with a map, and a specific thumbnail can be clicked to view the enlarged image.

도 6은 앱으로 구축하여 관리자가 스마트폰으로 관찰하는 장면을 보여준다.FIG. 6 shows a scene in which an administrator builds an application and observes with a smartphone.

도 7은 레이더가 절개지를 정면으로 바라보도록 설치한 예(상)와 절개지를 비스듬히 바라보도록 설치한 예(하)를 보여준다. 레이더 설치 지점은 주변 환경에 맞추어 적절한 곳으로 선택되고, 절개지 내에 하나의 반사체의 위치를 기준점으로 선택한다. 레이더는 하나의 절개지에 대해 하나 또는 다수가 설치될 수 있다. FIG. 7 shows an example (top) in which the radar is installed so as to face the incision in front, and an example in which the incision is installed so as to observe the incision in an oblique direction. The radar installation point is selected to be appropriate for the surrounding environment, and the position of one reflector is selected as a reference point within the cutout. One or more radar may be installed for one incision.

반사체들의 설치 위치의 한계는 레이더가 바라보는 평면 방향에 대해 거리(radial) 방향으로는 레이더의 사용 전파 주파수의 대역폭(bandwidth)에 따른 거리 분해능에 의해 결정되고 각도(azimuth) 방향으로는 안테나 구경(aperture)에 의한 빔 폭(beamwidth)에 따른 각도 분해능에 의해 결정된다. 안정적인 감지를 위해 각각의 방향으로 적어도 거리/각도 분해능에 해당하는 대역폭과 빔 폭의 두 배 이상에 해당되는 위치까지 반사체를 설치하는 것이 바람직하다. The limits of the location of the reflectors are determined by the distance resolution according to the bandwidth of the radar frequency in the radial direction with respect to the plane direction viewed by the radar and by the distance resolution along the azimuth direction, is determined by the angular resolution according to the beamwidth by the aperture. For reliable detection, it is desirable to provide reflectors at positions corresponding to at least twice the bandwidth and beam width, at least corresponding to distance / angle resolution in each direction.

레이더에 의해 측정된 물리량들에 대해 반사체의 위치별로 수집/관리된다. 이때 반사체의 위치는 (r,θ)에서 (x,y)로 변환되어 관리될 수 있다. And are collected / managed by the positions of the reflectors with respect to the physical quantities measured by the radar. At this time, the position of the reflector can be managed by converting from (r,?) To (x, y).

레이더의 거리 분해능은 대역폭(bandwidth)에 의해 결정되는데 예를 들어 24GHz ISM band의 경우에 200MHz 이하의 bandwidth를 사용할 수 있고, 이 경우에 거리 정확도는 0.75m로 산사태 경보를 위한 센서로는 적합하지 않다. 이러한 거리 부정확성(ambiguity)을 극복하기 위하여 주파수 도메인에서 frequency estimation 기법을 사용한다. 도 8은 frequency estimation의 예로 frequency peak의 무게중심을 찾거나 내삽(interpolation) 기법을 통해 정확도를 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다. 그 외 mass algorithm, centroid 법도 적용될 수 있다. The distance resolution of the radar is determined by the bandwidth. For example, in the case of the 24GHz ISM band, a bandwidth of less than 200MHz can be used, and the distance accuracy is 0.75m, which is not suitable as a sensor for landslide alarm . In order to overcome this ambiguity, frequency estimation is used in the frequency domain. FIG. 8 shows that an example of frequency estimation can improve the accuracy by finding the center of gravity of a frequency peak or interpolating it. Other mass algorithms, centroid methods can be applied.

레이더를 통해 반사체의 각도 정보를 추출할 때 기본적인 conventional beamforming 알고리즘에서 steering vector의 각도 단위를 작게 할수록 정확도는 높아진다. 각도 단위가 너무 작은 경우 필요 메모리가 매우 크고 연산량도 많기 때문에 각도 단위를 필요수준보다 크게 설정하는 경우 frequency estimation과 마찬가지로 angular power spectrum의 estimation을 통해 정확도를 향상시킬 수 있다.When extracting the angle information of the reflector through the radar, the accuracy becomes higher as the angle unit of the steering vector becomes smaller in the conventional conventional beamforming algorithm. If the angular unit is too small, the required memory is very large and the calculation amount is large. Therefore, when the angle unit is set to be larger than the required level, the accuracy can be improved by estimating the angular power spectrum like frequency estimation.

또한, angle estimation을 두 단계 이상으로 나누어 처음의 각도 단위는 크게 설정하여 대략적인 피크(coarse peak)를 찾은 후 해당 피크 주변으로 각도를 세밀하게 나누어 계산을 하면 연산량 증가가 심하지 않으면서도 정확한 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 단계에서는 각도 단위를 1도로 하여 연산 후 피크를 찾고 그 피크 주변으로 0.1도 단위의 각도 추정을 수행할 수 있다. 더 높은 정밀도가 필요하면 더 작은 각도 단위로 반복 수행하면 된다. In addition, by dividing the angle estimation into two or more steps and finding the coarse peak by setting the initial angle unit to be large, and dividing the angle around the corresponding peak finely, it is possible to obtain an accurate result . For example, in the first step, the angular unit is 1, the peak is calculated, and the angle estimation is performed in the unit of 0.1 degree around the peak. If higher precision is required, repeat it in smaller angular increments.

또한 기본적인 각도추정 알고리즘 외에 고해상도 알고리즘(MUSIC, ESPRIT, Maximum Likelihood)을 이용하여 각도 정확도를 높일 수 있다.In addition to the basic angular estimation algorithm, high-resolution algorithms (MUSIC, ESPRIT, Maximum Likelihood) can be used to increase the angular accuracy.

다수의 반사체에 대해 개개의 위치, 반사량 및/또는 반사각도 등의 물리량을 각각 데이터베이스에 저장하고 전체적인 지형에 대한 통계치를 생성하여 이에 대해서도 데이터베이스에 저장한다. 이들 데이터는 저마다 분, 시, 일, 월 단위로 지속적으로 갱신되며, 통계처리 된 데이터도 시계열적으로 갱신되고, 평균, 분산, 표준편차와 같은 수량을 포함한다. 한편, 반사체에 의한 물리량 외에 반사체 주변부에 대한 지형 데이터도 수집될 수 있으므로 이들을 반사체를 기준으로 하여 일정 반경 내로 한정하여 주변 데이터를 수집하여 참조데이터베이스로 한다. For each of a number of reflectors, physical quantities such as individual locations, reflectances, and / or reflectance angles are stored in the database, and statistical values for the entire terrain are generated and stored in the database. These data are continuously updated in minutes, hours, days, and months, and statistically processed data is also updated in a time series, including quantities such as mean, variance, and standard deviation. On the other hand, since the terrain data about the reflector peripheral portion can be collected in addition to the physical quantity by the reflector, they are limited to a certain radius based on the reflector, and peripheral data is collected as a reference database.

또한, 각각의 반사체에 대한 물리량들을 위치별로 같은 시각을 연결하여 측량치를 분석하면 전체 지형이나 구조물의 형상의 전반적인 변화추이를 파악할 수 있다. 통계는 개별 반사체의 시간적 통계, 동일 시각의 지역적 통계를 포함한다. Also, by analyzing the measurement values by connecting the physical quantities of the respective reflectors at the same time for each location, it is possible to grasp the overall change in the shape of the entire terrain or the structure. Statistics include temporal statistics of individual reflectors, local statistics at the same time.

도 9는 레이더(200)에 커버(250)를 씌운 것을 보여준다. 레이더는 주변 동물 등에 의한 훼손을 막기 위해 특정 높이 이상으로 설치하고 눈이나 빗물이 고이지 않도록 기울기를 갖는 외부 커버(250)를 포함하도록 한다. 외부 커버의 재질은 금속성이 아닌 전자파의 반사율이 낮은 유전체 재질로 한다. Fig. 9 shows the radar 200 covered with the cover 250. Fig. The radar includes an outer cover 250 which is installed at a specific height or higher to prevent damage by nearby animals and the like and has a slope so that snow or rainwater does not accumulate. The material of the outer cover is a dielectric material that is not metallic but has low reflectance of electromagnetic waves.

강설이 많은 지역의 경우에, 외부 커버에 열선을 매립하여 눈이 녹을 수 있도록 설치할 수 있다. In areas with high snowfall, heat can be embedded in the outer cover to allow snow to melt.

도 10에는 상술한 본 발명의 실례를 순서도로 나타내었다. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the present invention.

도 11과 도 12는 본 발명의 반사체-레이더 관제시스템을 건축물 감지와 수면 감지에 적용한 것을 각각 도시한다.11 and 12 show application of the reflector-radar control system of the present invention to the building detection and the sleep detection, respectively.

레이더를 이용한 관제/감지 시스템은 절개지뿐만 아니라 지하철 공사장, 상수도 배관 매립 공사장, 전선 매립 현장 주변 등 지형 및 구조물의 위치나 형태의 변화가 안전에 영향을 줄 수 있는 현장에 설치하여 위험을 경보 할 수 있다. The radar-based control / detection system can be used to alert the user of danger by installing in a site where changes in the location or shape of the terrain or structure, such as the subway construction site, waterworks piping construction site, have.

도 11의 실시 예는 산사태 경보 시스템과 마찬가지로 반사체를 위치/형태의 변화 관측이 필요한 대상체에 설치하고 레이더로 실시간 감지하여 반사체를 통한 물리량 변화를 관찰하고 변화량이 일정 수준 이상이 되는 경우 경보를 발한다.  In the embodiment of FIG. 11, a reflector is installed on a target object requiring observation of change of position / shape and a real time sensing is performed by a radar to observe a physical quantity change through a reflector, and an alert is issued when the change amount becomes a certain level or more.

도 12는 레이더를 이용하여 수위(水位) 변화를 감지하는 것을 보여준다. Fig. 12 shows the detection of a water level change using a radar.

수위 측량의 경우, 인력으로 실시하는 데에는 오차 포함을 비롯하여 악천후에는 측량이 불가능하다는 문제 그리고 분 단위 시간단위 측량이 어렵다는 문제를 지닌다. In the case of water level surveying, there is a problem that it is impossible to survey in bad weather including error, and difficult to measure in minute unit of time.

따라서 이러한 수위 측량을 위한 관제 시스템으로서 레이더를 적용한다. Therefore, radar is applied as a control system for this level survey.

도 12와 같이 레이더를 교량과 같은 곳에 설치하여 수면으로부터 반사되는 반사파를 관찰하면 수위를 지속적으로 측량할 수 있다. 물 자체가 전자파를 반사하는 도체이기 때문에 별도의 반사체를 요하지 않는다. 단지 레이더를 설치함으로써 기존의 카메라에 의한 감지보다 더 정확하게 수위를 측량할 수 있다. 즉, 레이더를 이용하여 수면에 전자기파를 송수신하여 거리 정보를 추출할 수 있고 이를 통해 수위를 측정할 수 있다. 이러한 수위 측정은 안개, 눈, 비 등의 악천후 상황에서도 안정적인 감지 성능을 가지기 때문에 항상 안정적인 수위 측정이 가능하며 악천후 상황에서 사람이 직접 확인할 필요가 없기 때문에 인명사고 위험을 없앰으로써 시스템 관리상의 안전도도 높일 수 있다.As shown in FIG. 12, when the radar is installed at the same place as the bridge and the reflected wave reflected from the water surface is observed, the water level can be continuously measured. Since water itself is a conductor that reflects electromagnetic waves, it does not require a separate reflector. Just by installing a radar, you can measure the water level more accurately than by conventional cameras. That is, the radar can be used to send and receive electromagnetic waves to the water surface, extract distance information, and measure the water level. This water level measurement has stable detection performance even in bad weather such as fog, snow, rain, etc., so it can always measure stable water level. .

바람 등에 의해 수면의 높이가 변화하는 경우 이를 정확히 측정하여 파고 정보도 제공 가능하다.When the height of the water surface changes due to the wind, it is possible to accurately measure the height of the water surface and provide information about the depth of the water surface.

또한, 현재의 수위뿐만 아니라 원하는 시간 단위로 변화량을 계산하여 정보를 제공할 수 있고 수위의 변화량이 급격히 변하는 경우 위험 상황을 경보 할 수 있다.In addition, information can be provided by calculating the amount of change not only at the current water level but also at a desired time unit, and can warn a dangerous situation when the water level variation rapidly changes.

레이더의 특성 상 거리 정확도는 주파수 bandwidth에 반비례하기 때문에 정밀한 측정을 위해서는 bandwidth가 넓어야 한다. 하지만 주파수 규제 등에 의해 bandwidth를 넓게 사용하지 못하는 경우, 본 발명에서는 주파수 추정 기법을 사용하여 주파수 정확도를 높이고 추출된 주파수를 통해 계산되는 거리(수위)의 정확도를 높일 수 있다.Due to the nature of the radar, the distance accuracy is inversely proportional to the frequency bandwidth, so the bandwidth must be wide for precise measurements. However, when bandwidth can not be widely used due to frequency regulation, the present invention can increase the frequency accuracy by using the frequency estimation technique and increase the accuracy of the distance (water level) calculated through the extracted frequency.

예를 들어, 대역폭(bandwidth)가 200MHz인 경우 거리 정확도는 0.75m로For example, if the bandwidth is 200MHz, the distance accuracy is 0.75m

수위 측정에 적합하지 않지만 제안 방법을 통해 수 cm 단위로 측정 가능하다.It is not suitable for water level measurement but it can be measured in several centimeters through the proposed method.

여기서도 도 8과 같이 frequency peak 추출을 통해 수면까지의 거리를 구하는 경우 주파수 bandwidth의 한계 및 FFT의 resolution에 의해 거리 정확도가 정밀하지 않지만, 이를 frequency estimation을 통해 정확도를 높일 수 있다. Frequency estimation의 방법은 mass algorithm, centroid, interpolation 등 다양하게 결정할 수 있다.As shown in FIG. 8, if the distance to the water surface is obtained through extraction of the frequency peak, the distance accuracy is not precise due to the limitation of the frequency bandwidth and the resolution of the FFT, but the accuracy can be improved by frequency estimation. The method of frequency estimation can be determined in various ways such as mass algorithm, centroid, and interpolation.

Frequency estimation을 통해 매 scan(cycle)마다 거리 정확도를 높인 다 하더라도 레이더의 특성 상 fluctuation에 의해 순간의 거리 정보는 변화할 수 있다. 이러한 이유 때문에 실시간으로 수위를 계산하는 과정에서 과거 특정 시간 동안의 데이터를 저장하여 histogram을 만들면 수위의 확률 분포를 구할 수 있고 통계적 특성이 반영된 더욱 정밀한 수위 측정이 가능하다(도 13 참조). Even though the frequency estimation improves the distance accuracy for each scan cycle, the distance information of the moment may change due to the fluctuation due to the characteristics of the radar. For this reason, in the process of calculating the water level in real time, if the histogram is made by storing the data of the past specific time, the probability distribution of the water level can be obtained and more accurate water level measurement reflecting the statistical characteristics is possible (refer to FIG.

또한, 과거 특정 시간 동안의 데이터를 저장하여 표준 편차(standard deviation)를 계산함으로써 수면에서 바람이나 조류에 의한 파고 정보를 추출할 수 있다. 즉, 특정 점의 수위와 이와 인접한 지점의 수위를 연계시켜 히스토그램을 그리면 파고를 파악할 수 있다. In addition, by storing the data for a specific time in the past and calculating the standard deviation, it is possible to extract wave and tide information from the water surface. In other words, if you draw a histogram by linking the water level of a certain point to the water level of an adjacent point, you can grasp the wave height.

이러한 수위 측정 시스템은 하천의 여러 곳에 설치하여 이들을 네트워크로 관리할 수 있다. 서버를 설치하고 각 하천의 수위 측정 시스템에서 수집된 정보를 통합하여 홍수 예보를 할 수 있으며, 다수의 하천에 수위 측정 시스템을 설치하여 서버에서 지도상에 수위 측정 시스템 설치 지점에 대한 정보를 통합 관제할 수 있다. 수위 관제시스템에서도 필요 시 레이더의 설치는 도 9에서와 같이 높이 및 덮개, 덮개에 대한 열선 설치 등을 적용할 수 있고 앱으로 구축되어 모바일 단말기로 관리할 수 있다. These water level measurement systems can be installed in various places in rivers and they can be managed by a network. It is possible to install flood forecasting by integrating information gathered from the water level measurement system of each stream and installing a server, and installing a water level measurement system in a plurality of streams, can do. In the water level control system, if necessary, the installation of the radar can be implemented as an application and can be managed by a mobile terminal.

이와 같이 하여, 구조물 및 수위의 관리를 전천후로 지속 감시할 수 있는 레이더-반사체 구조물 변형 감지 시스템을 구현할 수 있다.In this way, it is possible to implement a radar-reflector structure deformation detection system capable of continuously monitoring the structure and the water level management all over the world.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실례에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the example described above and that various changes and modifications may be made therein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. It is obvious.

100: 반사체
110: 개방형 사면체
120: 막대
200: 레이더
250: 커버
100: reflector
110: Open tetrahedron
120: Rod
200: Radar
250: cover

Claims (1)

감시하고자 하는 구조물의 표면에 배치되어 전파를 반사하는 복수의 반사체; 및
상기 복수의 반사체에 전파를 송신하고 상기 복수의 반사체에 의해 반사된 반사파를 수신하는 레이더
를 포함하고,
상기 레이더를 통해 상기 복수의 반사체로부터 반사되는 반사파에 대한 정보가 데이터베이스에 구축되는 것이되,
상기 복수의 반사체는 하나의 레이더가 바라보는 평면 방향에 대해 거리 방향 및 각도 방향에 기초하여 설치 위치의 한계가 결정되고,
상기 설치 위치의 한계 내에 설치된 복수의 반사체에 대한 위치 정보는 특정 시점에 상기 하나의 레이더에 의해 상기 각각의 반사체에 대한 거리 및 각도가 파악되어 결정되는 것이되,
상기 거리 방향은 상기 레이더의 사용 전파 주파수의 대역폭에 따른 거리 분해능에 의해 결정되고,
상기 각도 방향은 안테나 구경에 의한 빔 폭에 따른 각도 분해능에 의해 결정되는 것이되,
상기 레이더를 통한 반사체의 각도 정보 추출을 두 단계 이상으로 나누어 수행하며, 첫 단계의 각도 단위는 두 번째 단계의 각도 단위보다 크게 설정하여 먼저 대략적인 피크(coarse peak)를 찾은 후 두 번째 단계에서 각도를 작은 단위로 나누어 해당 피크 주변에서 각도 추정을 수행하는 것인, 구조물 형상 감지시스템.
A plurality of reflectors disposed on a surface of a structure to be monitored and reflecting a radio wave; And
A plurality of reflectors for receiving reflected waves reflected from the plurality of reflectors,
Lt; / RTI >
Information about reflected waves reflected from the plurality of reflectors through the radar is built in a database,
The limit of the installation position is determined based on the distance direction and the angle direction with respect to the plane direction in which the plurality of reflectors are viewed by one radar,
The position information on the plurality of reflectors provided within the limits of the installation position is determined by grasping the distance and the angle to each of the reflectors by the one radar at a specific point in time,
The distance direction is determined by the distance resolution according to the bandwidth of the radar frequency of use,
The angular direction is determined by the angular resolution depending on the beam width by the antenna aperture,
The angle unit of the first step is set to be larger than the angle unit of the second step so that a coarse peak is found first and then an angle Is divided into small units to perform angle estimation around the peak.
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