KR102073918B1 - 사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 측정봉 내부에 측정센서가 실장된 측정 모듈을 내장함으로써 간편하게 사면에 설치와 계측이 가능하고, 측정봉 별로 독립적인 계측이 가능하며, 측정봉 별로 설치위치좌표와 상호 통신이 가능하므로, 측정봉 별로 독립적인 경보 발령이 가능한 사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 사면 변위 측정장치는 사면에 하부가 매립되는 측정봉; 및 상기 측정봉 내부에 적층방식으로 조립되어 내장되는 복수의 보드를 구비하는 측정 모듈 조립체;를 포함하며, 상기 측정 모듈 조립체는 각각 적어도 사면의 변위를 측정하는 사면 변위 센싱 기능, 측정된 데이터를 수집하는 기능 및 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기능이 복수의 보드에 분리되어 구현된 복수의 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템{Slope Displacement Measuring Apparatus and Landslide Forecasting System Using the Same}

본 발명은 사면 변위 측정장치에 관한 것으로, 특히 하나의 측정봉 내부에 측정센서가 실장된 측정 모듈을 내장함으로써 간편하게 사면에 설치와 계측이 가능하고, 측정봉 별로 독립적인 계측이 가능하며, 측정봉 별로 설치위치좌표와 상호 통신이 가능하므로, 측정봉 별로 독립적인 경보 발령이 가능한 사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템에 관한 것이다.

산사태란 산지 사면에 내린 강우가 토양 내부로 침투하여 일정량 이상의 강우가 지속되면 토양 포화도가 증가하면서 암반과 흙의 경계가 분리되어 암반 상층의 흙이 떨어져 나가는 현상을 말한다.

우리나라는 연평균 강수량(약 1,300mm)의 대부분이 하절기에 집중되는 기상적 특성이 있으며, 산맥이 연속되어 강우가 모여드는 산간계곡이 많은 지형특성과 완경사(20∼40°)의 산지경사가 대부분인 지형적 특성이 있다.

아울러 화강암과 화강편마암이 모암의 주를 이뤄 생성된 토양의 응집력이 낮은 지질적 특성이 있으며 도시개발, 채석·광산개발, 타용도 산지전용 등으로 인위적인 산의 훼손 등의 요인을 갖고 있다.

최근 기후변화로 인하여 짧은 시간 안에 일정 지역에 많은 비가 계속 오는 국지성 집중호우가 늘어남에 따라 산은 산사태의 위험이 증가하고 있다.

산사태의 위험으로부터 국민들의 생명과 재산을 보호하기 위하여 산림청은 산사태 정보 시스템을 통해 산사태 예측정보와 공간정보를 제공하고 있다. 시장ㆍ군수ㆍ구청장은 산사태 예측정보 및 기상상황 등을 고려한 자체 상황판단회의 결과에 따라 산사태 위험예보(주의보ㆍ경보)를 발령하고 있다.

산림청의 산사태 정보 시스템에서 산사태 예측정보의 제공 과정은 기상청 강우자료(동네예보) 분석 → 권역별 산사태 토양함수지수 (예측기준) 분석 → 읍·면·동 단위로 예측정보를 제공하고 있다. 권역별 토양함수지수 80% 도달 시 주의보를 발령하고, 권역별 토양함수지수 100% 도달 시 경보를 발령하고 있다.

그러나, 상기 토양함수지수는 탱크모델을 이용하여 토양에 저류되어 있는 빗물을 산출한 지수로서 실제 빗물의 양과는 차이가 있고, 지역별 세부적인 토양특성(투수성, 지하수위 등)을 모두 반영하여 예측기준(탱크모델)을 설정하는 것은 현실적으로 거의 불가능하므로 국소적으로 발생하는 산사태 예측에는 한계가 있다.

따라서, 산사태 예측정보는 현지 기상 등을 고려하여 산사태발생 우려지역 주민에게 예·경보 발령 및 피해예방 기초자료로 활용하도록 가이드하고 있다.

산사태가 발생하면 인명피해 뿐 아니라 도로, 주택, 비닐하우스 등의 토목 건축물 파손 및 농작물 피해가 발생하므로 가능한 한 사면의 미세한 변위를 조기에 감지하여 산사태 발생 가능성을 미리 예측, 경고하여 대비하는 시스템 구축이 필요하다.

종래의 토목 현장에서의 사용되는 길이 변형량 측정 장치에는 적용 현장에 따라서, 레이저 광파기, 광섬유 측정기, 신축계(Extensometer), 신장계, 침하계 등이 사용되고 있다.

대부분의 계측기는 한 지점만을 측정하기 용이하도록 설계되어 있고, 고가 장비이므로 현장 계측 예산 측면을 고려할 때 다수의 지점을 다수의 장비를 채용하여 측정하는 데 많은 제한 사항이 있었다.

토목 계측 현장에서 고가의 장치를 사용하지 않는 방법에는 강선(Steel Wire)을 이용하는 방법이 있다.

한국 등록특허공보 제10-0220923호(특허문헌 1)에는 엔코더를 이용한 길이 변형량 자동 측정장치와 그 방법이 개시되어 있으며, 토목현장에서 지반이 수평으로 이동하는 도로 혹은 사면의 길이 변형량을 측정하는 기술이다.

상기 종래의 측정장치는 일정한 지점에 말뚝을 2개 세우고 강선(Wire)을 서로 연결하여 양단간에 변위가 발생되는 것을 감지하는 방식이다. 이 경우, 강선의 장력을 유지하기 위하여 스프링과, 상기 강선과 스프링을 보호하기 위한 보관함이 별도로 구성되는 복잡한 구조이므로 소형화가 불가능한 구조이다. 이 방식은 강선이 설치된 지역에 풀이나 나무가 성장하여 강선의 인위적인 변위를 야기하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 특허문헌 1을 이용한 길이 변형량 측정장치로서 종래의 측정장치는 무겁고 부피가 크므로, 측정단의 상단에 선반을 만들어서 그 위에 측정용 주바퀴 등이 들어 있는 보호박스를 올려놓고 측정하는 방법이 있다.

더욱이, 종래의 측정장치의 부피를 소형화하도록 사면 측정 지점에 말뚝을 박고, 그 상단에 박스 형태의 선반을 설치한 후 그 내부에 경사센서, 진동센서 등을 올려 놓고 말뚝이 기우는 정도를 측정하는 기술이 제안되고 있다.

상기 측정장치에서는, 말뚝 상단의 선반에 여러개의 측정센서를 설치할 경우 다채널 측정모듈(MUX)을 통하여 순차적으로 신호를 수신한 후, 로거를 통하여 데이터를 전송하는 측정 시스템을 채용하고 있다.

이러한 종래의 사면 변위 측정장치는 측정센서, 말뚝, 측정장치 등이 분리되어 있어 산속 비탈면에서 설치 조립해야 하므로 설치가 불편하고 설치 비용 및 시간이 증가하는 문제가 있다.

또한, 측정 시스템은 복수의 센서와 다채널 측정모듈(MUX) 사이에 각각 케이블로 연결되어 있고 측정 채널, 로거, 입출력 장치가 통합되어 있으므로 설치도 어렵고 부피가 커지며, 고장 수리도 어려운 단점이 있다.

한편, 종래의 레이저 광파기, 광섬유 측정기, 신축계(Extensometer), 신장계, 침하계 등을 이용한 길이 변형량 측정장치는 대부분 mm 이하의 정밀한 길이 측정이 가능한 고가의 것으로 구조물의 미시적인 거동을 측정하는 데 적합한 것이나, 상기한 사면, 지반의 변위나 갈라짐(crack)은 4 내지 5m로 크게 발생한다.

따라서, 이러한 사면, 지반의 변위나 갈라짐(crack)이 발생할 때 다수의 사면, 지면의 변위량은 mm 단위를 측정할 수 있는 저정밀 측정장치라도 사용자가 원하는 충분히 원하는 사면, 지반 변위 데이터를 측정할 수 있게 된다.

: 한국 등록특허공보 제10-0220923호 : 한국 등록특허공보 제10-1096730호

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 하나의 측정봉 내부에 측정센서가 실장된 측정 모듈을 내장함으로써 간편하게 사면에 설치할 수 있고, 사면 변위 측정이 가능한 사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 측정센서와 측정 모듈을 적층식으로 배치하여 하나의 측정봉 내부에 내장함으로써 많은 수의 센서를 한 측정 지점에 간편하게 설치 가능한 사면 변위 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 일정 길이의 측정관 속에 복수의 센서를 선별하고 내장하여 한 센서그룹을 형성하고, 각각의 센서그룹을 일정 간격의 관절(joint)로 연결하여 설치함에 따라 사면 지표면 뿐만 아니라 지중의 깊이별로 변위를 측정할 수 있는 사면 변위 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 측정 모듈단위로 신호처리장치와 통신 기능이 내장되어 모듈단위별로 시스템 서버와의 디지털 통신을 수행하므로 각 센서별로 디지털 정밀 계측이 가능하고, 1라인 버스 방식으로 하나의 케이블 만으로 각 모듈의 전기적인 상호 연결이 가능하므로 전체적인 시스템 조립이 간편하고, 고장수리도 쉽게 이루어질 수 있는 사면 변위 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 측정봉 별로 독립적인 계측이 가능하고, 측정봉 별로 설치위치좌표와 상호 통신이 가능하므로, 측정봉 별로 독립적인 경보 발령이 가능한 사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달설하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 사면 변위 측정장치는 사면에 적어도 하부가 매립되는 측정봉; 및 상기 측정봉 내부에 적층방식으로 조립되어 내장되는 복수의 보드를 구비하는 측정 모듈 조립체;를 포함하며, 상기 측정 모듈 조립체는 각각 적어도 사면의 변위를 측정하는 사면 변위 센싱 기능, 측정된 데이터를 수집하는 기능 및 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기능이 복수의 보드에 분리되어 구현된 복수의 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정봉은 내부가 비어 있는 중공형 말뚝으로서, 하단부는 뾰족한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 측정봉의 하부에는 외부와 연통된 복수개의 슬롯이 형성되어 있을 수 있다.

상기 측정봉은 상부의 방수 실링 공간과 복수개의 슬롯을 통하여 외부와 연통이 이루어지는 하부의 비방수 공간으로 구획되며, 상기 복수의 측정 모듈 중 최하부에 위치한 최하부 측정 모듈은 상부의 방수 실링 공간과 하부의 비방수 공간으로 구획하도록 측정봉의 내주부와의 사이에 방수 실링이 이루어지고, 상기 비방수 공간에는 슬롯을 통하여 유입된 수분을 검출하기 위한 함수비 센서 또는 수압 센서가 배치될 수 있다.

또한, 상기 측정봉은 하부에 외부와 연통된 복수개의 슬롯이 형성되어 있고 지중에 묻히는 비방수 공간의 하부 측정봉; 및 상기 하부 측정봉의 상부에 착탈 가능하게 결합되며 지상으로 노출되는 방수 실링 공간의 상부 측정봉을 포함하며, 상기 상부 측정봉의 하단에 배치된 최하부 측정 모듈은 상부 측정봉과의 사이에 방수 실링이 이루어질 수 있다.

더욱이, 사면 변위 측정장치는 상기 측정봉의 상단에 실링결합되는 캡을 더 포함하며, 상기 캡의 중앙부에 연장 설치되어 안테나, 강우량계, 카메라, 솔라셀 모듈 중 하나가 결합되는 콘넥터를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 보드는 복수의 지지대에 의해 상호 간격을 두고 적층될 수 있다.

상기 복수의 측정 모듈은 각각 시리얼 통신이 이루어질 수 있도록 데이터 로거와의 사이에 1채널 케이블을 사용한 1라인 버스 방식으로 연결되며, 각각 아날로그/디지털(A/D) 변환기, 통신모듈 및 신호처리장치를 구비할 수 있다.

또한, 상기 복수의 측정 모듈은, 상기 사면의 변위를 측정하는 데 필요한 적어도 하나의 측정 센서가 실장된 센서 보드; 상기 측정 센서로부터 시리얼 통신방식으로 디지털 계측 데이터를 수신하여 메모리에 저장하고 무선 모뎀을 통하여 계측 데이터를 무선 통신으로 인터넷망에 연결된 시스템 서버로 전송하는 데이터 로거 보드; 및 무선 모뎀을 내장하고 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기기 보드;를 포함할 수 있다.

상기 센서 보드는 금속재로 이루어지고, 측정봉과의 사이에 방수 실링이 이루어지며, 진동 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 측정봉 상단의 콘넥터에 결합되는 GPS(Global Positioning System) 안테나를 더 포함하며, 상기 기기 보드는 상기 GPS 안테나와 연결되어 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신하여 사면 변위 측정장치에 현재의 위치좌표를 제공하는 GPS 수신기를 더 포함할 수 있다.

상기 측정봉의 하단에 결합되며 각각 복수의 측정 센서가 선택적으로 내장되어 단위모듈을 형성하는 복수의 센서그룹; 및 상기 복수의 센서그룹 사이에 삽입되어 인접한 센서그룹을 상호 연결하는 복수의 연결관절;을 더 포함하며, 상기 복수의 센서그룹과 연결관절은 각각 일정한 길이로 이루어지며, 사면의 지표면을 포함하여 지중의 깊이별로 변위를 측정할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 사면 변위 측정장치는 하단부가 뾰족한 형상으로 이루어져 있으며 하부에 외부와 연통된 복수개의 슬롯이 형성되어 있고 지중에 묻히는 비방수 공간의 하부 측정봉과 상기 하부 측정봉의 상부에 착탈 가능하게 결합되며 지상으로 노출되는 방수 실링 공간의 상부 측정봉으로 분할되고, 상기 상부 측정봉의 상단에 캡이 실링결합되는 측정봉; 및 상기 상부 측정봉 내부에 적층방식으로 조립되어 내장되는 복수의 측정 모듈을 구비하는 측정 모듈 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 복수의 측정 모듈은, 금속재로 이루어지고, 상부 측정봉과의 사이에 방수 실링이 이루어지며, 상기 사면의 변위를 측정하는 데 필요한 적어도 하나의 측정 센서가 실장된 센서 보드; 상기 측정 센서로부터 시리얼 통신방식으로 디지털 계측 데이터를 수신하여 메모리에 저장하고 무선 모뎀을 통하여 계측 데이터를 무선 통신으로 인터넷망에 연결된 시스템 서버로 전송하는 데이터 로거 보드; 및 상기 무선 모뎀을 내장하고 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기기 보드;를 포함하며, 상기 비방수 공간에는 슬롯을 통하여 유입된 수분을 검출하기 위한 함수비 센서 또는 수압 센서가 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 산사태 발생 예보 시스템은 각각 사면에 간격을 두고 설치되며 사면의 변위를 측정하여 측정된 디지털 계측 데이터를 전송하는 복수의 사면 변위 측정장치; 및 상기 사면 변위 측정장치로부터 공중망을 통하여 전송된 디지털 계측 데이터를 수신한 후 계측 데이터를 누적하여 종합한 후 미리 설정된 표준 기준값과 비교하여 사면의 안정도를 판단하는 시스템 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 종래와 같이 강선 말뚝과 측정 선반을 사용하지 않고, 하나의 측정봉 내부에 측정센서가 실장된 측정 모듈을 내장함으로써 간편하게 사면에 설치할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 복수의 측정센서와 측정 모듈을 적층식으로 배치하여 하나의 측정봉 내부에 내장함으로써 많은 수의 센서를 한 측정 지점에 간편하게 설치 가능하다.

더욱이, 본 발명에서는 일정 길이의 측정관 속에 복수의 센서를 선별하고 내장하여 한 센서그룹을 형성하고, 각각의 일정한 길이의 센서그룹을 일정 간격의 관절(joint)로 연결하여 설치함에 따라 사면 지표면 뿐만 아니라 지중의 깊이별로 변위를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 측정 시스템도 종래와 같이 복수의 센서를 하나의 다채널 측정모듈(MUX)과 로거(Logger)를 사용하여 연결하지 않고, 측정 모듈단위별로 신호처리장치와 통신 기능이 내장되어 모듈단위별로 시스템 서버와의 디지털 통신을 수행하므로 각 센서별로 디지털 정밀 계측이 가능하고, 1라인 버스 방식으로 하나의 케이블 만으로 각 모듈의 전기적인 상호 연결이 가능하므로 전체적인 시스템 조립이 간편하고, 고장수리도 쉽게 이루어질 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 산사태 예보 시스템에서는 측정봉 별로 독립적인 계측이 가능하고, 측정봉 별로 설치위치좌표와 상호 통신이 가능하므로, 측정봉 별로 독립적인 경보 발령이 가능하다. 또한, 본 발명의 측정봉은 측정봉마다 설치위치의 좌표 인식이 가능하여 많은 수의 측정봉을 넓은 지역에 설치하여도 분실하지 않고 정확한 위치에서 깊이별로 계측 가능하다.

본 발명의 산사태 예보 시스템에서는 원격지로부터 사면에 변위가 발생하는 경우 사면의 안전 상태를 상시 자동 계측하여 산사태 발생여부를 미리 예보할 수 있다.

본 발명의 사면 변위 측정장치는 측정봉의 상단에 유니버셜 조인트 콘넥터를 구비하여, 필요에 따라 유니버셜 조인트 콘넥터에 안테나, 강우량계, 솔라셀 모듈, 풍향계 등의 다양한 기능과 센서를 결합하여 쉽게 확장할 수 있다.

또한, 본 발명의 사면 변위 측정장치는 측정봉을 상하로 분리 가능하여 하단부를 사면에 묻히도록 설치하고 상단부를 하단부에 조립하는 구조를 채용하여, 설치가 용이하고 유지 보수도 편리하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 사면 변위 측정장치의 측정봉이 사면에 설치된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 사면 변위 측정장치의 개략 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 상하 분리형 측정봉을 사면에 설치한 개략도 및 측정봉의 하단부만 먼저 사면에 설치한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 측정봉의 상부에 유니버셜 조인트 콘넥터가 설치된 모습을 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 사면 변위 측정장치를 이용한 산사태 발생 예보 시스템에 대한 개략 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 상하 분리형 측정봉을 이용하여 구현되는 본 발명의 제2실시예에 따른 사면 변위 측정장치의 길이방향 단면도 및 이에 내장된 측정 모듈 조립체의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 사면 변위 측정장치의 다단식 측정봉이 사면에 설치된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 3단 구조의 사면 변위 측정장치에 대한 길이방향 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명의 사면 변위 측정장치는 예를 들어, 산사태 발생이 우려되는 산허리나 산기슭의 사면 또는 경사면 절개지에 설치될 수 있다.

첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 사면 변위 측정장치의 측정봉이 사면에 설치된 상태를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 사면 변위 측정장치의 측정봉 내부에 수납되는 측정 모듈 조립체를 나타내는 도 1의 개략 단면도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 사면 변위 측정장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 말뚝형태로 이루어지며 사면(1)에 설치되는 측정봉(10)과 상기 측정봉(10) 내부에 내장되어 사면의 변위를 측정하는 측정 모듈 조립체(20)를 포함한다. 측정봉(10)은 사면(1)의 지중(5)에 적어도 하부의 일부 또는 전부가 매립되어 설치된다.

우선, 상기 측정봉(10)은 금속재로 이루어지며 대략 1m 정도의 길이, 100mm의 직경으로 이루어지고, 내부가 비어 있는 중공형 말뚝으로서, 하단부는 햄머 등을 이용하여 사면(1)에 쉽게 박을 수 있도록 뾰족한 형상으로 이루어져 있다.

상기 측정봉(10)의 하단부에는 측정봉(10)의 내부에 내장된 함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)가 수분을 검출할 수 있도록 외부와 연통된 복수개의 슬롯(14)이 형성되어 있으며, 상단부에는 기능 확장을 위해 안테나, 강우량계, 카메라, 솔라셀 모듈 등을 착탈 가능하게 결합이 이루어질 수 있도록 외부 연결용 고정구멍(12)이 형성되어 있다.

이 경우, 상기 측정봉(10)의 상단부에는 도 4에 도시된 바와 같이, 유니버셜 조인트 콘넥터(universal joint connector)(16)가 설치될 수 있다.

유니버셜 조인트 콘넥터(16)는 측정봉(10)의 상부에 결합되는 캡으로서, 하단부가 측정봉(10)의 상부에 고정되고 이로부터 돌출된 돌기에는 외주에 나사탭(16a)이 형성되어 있고, 중앙부에는 케이블이 통과할 수 있는 관통구멍(16b)이 형성되어 있다. 이 경우, 유니버셜 조인트 콘넥터(16)는 돌기의 외주에 나사탭(16a)이 형성되지 않고 기능 확장용 모듈이 압착결합방식으로 결합되는 것도 가능하다.

안테나, 강우량계, 솔라셀 모듈 등을 구성하는 케이스의 하단부에 스터드 너트(도시되지 않음)가 구비된 경우 측정봉(10)의 유니버셜 조인트 콘넥터(16)에 쉽게 나사결합방식으로 조립이 이루어질 수 있다.

상기 측정봉(10)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 금속재의 하부 측정봉(10a)과 상부 측정봉(10b)으로 이루어진 상하 분리형으로 구성될 수 있다.

후술하는 바와 같이, 상부 측정봉(10b)의 내부에 측정 모듈 조립체(20)가 내장되고, 하부 측정봉(10a)에는 함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)가 내장된다.

측정봉(10)이 상하 분리형으로 구성되는 경우, 먼저 도 3b와 같이, 하부가 뾰족한 형상으로 이루어져 있는 하부 측정봉(10a)만을 사면(1)의 지중(5)에 햄머 등을 이용하여 고정하고, 사면(1)에 고정설치된 하부 측정봉(10a)의 상부에 측정 모듈 조립체(20)가 내장된 상부 측정봉(10b)을 결합시킴에 의해 측정봉(10)의 설치가 쉽게 이루어질 수 있고, 유지보수시에도 측정 모듈 조립체(20)가 내장된 상부 측정봉(10b)만을 분리하여 고장수리할 수 있어 편리하다.

이 경우, 하부 측정봉(10a)에는 외부와 연통된 복수개의 슬롯(14)이 형성되어 있으며, 함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)는 하부 측정봉(10a)에 설치되어 수분을 검출할 수 있도록 한다.

측정봉(10)은 약 100mm의 소직경으로 이루어져 있으며 사면 변위 측정장치를 구성하는 측정 모듈 조립체(20)가 필수 센서인 경사 센서 이외에 강우량계, 수분 센서, 수압 센서, 진동 센서 등을 포함하는 복수의 측정 센서를 구비하며, GPS를 이용한 위치좌표 인식기능 등을 갖추는 경우 하나의 인쇄회로기판(PCB)에 모두를 실장하기 어렵다.

도 2와 같이 측정봉(10) 내부에 내장되는 측정 모듈 조립체(20)는 예를 들어, GPS 모듈(21), 무선 모뎀 모듈(22), 데이터 로거(23), 카메라 모듈(24), 강우량 모듈(25), 진동계 모듈(26), 경사계 모듈(27), 함수비 모듈(28) 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 예비 모듈(29)을 더 포함할 수 있다.

함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)는 함수비 모듈(28)로부터 연장된 케이블에 상단부가 연결되며 측정봉(10)의 최하부에 배치되어 있다.

상기한 각각의 모듈은 기본적으로 하나의 인쇄회로기판(PCB) 또는 보드에 해당 기능을 구현하기 위한 센서, 능동소자 및 수동소자가 실장되어 구성될 수 있다. 따라서, 복수의 모듈을 구성하는 복수의 인쇄회로기판(PCB)은 측정봉(10) 내부에 적층방식으로 내장되며, 복수의 인쇄회로기판(PCB)은 원형 또는 사각형으로 이루어질 수 있다.

측정 모듈 조립체(20)를 구성하는 복수의 모듈(21~28), 즉 복수의 인쇄회로기판(PCB)은 복수의 슬롯을 제공하는 조립 프레임을 이용하여 상호 간격을 두고 조립되어 적층체를 형성하며, 측정봉(10) 내부에 내장될 수 있다.

또한, 복수의 인쇄회로기판(PCB)은 도 6b에 도시된 바와 같이, 복수의 지지대를 사용하여 각격을 두고 조립될 수 있다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 사면 변위 측정장치에서 측정 모듈 조립체(20)는 상기한 복수의 모듈을 별개로 구성하거나 도 6b에 도시된 바와 같이 상호 연관된 기능별로 몇가지씩 조합하여 모듈의 수를 줄이는 것도 가능하다.

예를 들어, 안테나를 이용하여 외부와 무선통신이 이루어지는 것이 필요한 GPS 기능과 무선 모뎀 기능은 하나의 인쇄회로기판(PCB)에 설치되고, 경사 센서와 진동 센서 등은 정밀 측정을 위해 견고한 보드 위에 설치되는 것이 바람직하여 금속재로 이루어진 센서 보드에 함께 설치되는 것이 바람직하다.

우선, 사면 변위 측정장치는 대략 5m 내지 20m 간격을 두고 설치되며, 예를 들어, GPS를 이용한 좌표인식 기능은 비용적인 면을 고려할 때 모든 사면 변위 측정장치마다 구비할 필요는 없고, 대략, 5 내지 10개 중 하나의 사면 변위 측정장치에 구비되는 것으로 산사태 발생지역을 특정하여 인식하는 데 충분하다.

또한, 수압 센서나 카메라 모듈 등도 GPS 모듈과 유사하게 몇개의 사면 변위 측정장치마다 설치되면 충분하고 모든 사면 변위 측정장치마다 구비할 필요는 없다.

함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)가 설치되는 최하단 공간과 그의 상부 공간은 격리를 위해 방수 실링이 이루어지는 것이 요구된다. 예를 들어, 하부 측정봉(10a) 내부는 외부로부터 물이 유입될 수 있어야 하는 공간이고, 상부 측정봉(10b) 내부는 물 또는 수분이 유입되지 말아야 하는 공간이므로, 하부 측정봉(10a)과 상부 측정봉(10b) 사이는 센서 보드와 상부 측정봉(10b) 사이에 방수 실링이 이루어지는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 사면 변위 측정장치를 이용한 산사태 발생 예보 시스템에 대한 개략 블록도이다.

본 발명에 따른 산사태 발생 예보 시스템에서는 일정한 거리를 두고 사면(1)에 설치된 복수의 사면 변위 측정장치(100~N)가 분산되어 설치된다.

상기 복수의 사면 변위 측정장치(100~N)는 각각에 구비된 데이터 로거(23)가 시리얼 데이터 통신에 의해 디지털 계측 데이터를 수신하여 저장한 후, 무선 모뎀(22)을 통하여 무선 통신으로 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)로 보낸다.

상기 복수의 사면 변위 측정장치(100~N)는 측정봉(10)의 내부에 측정 모듈 조립체(20)를 포함한다.

상기 측정 모듈 조립체(20)를 구성하는 복수의 모듈(21~28)은 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 로거(23)와의 사이에 1채널 케이블(20a)을 사용한 1라인 버스 방식으로 연결되어, 통신 거리에 따라 RS-232, RS-422, RS-485 중 하나의 시리얼 통신방법으로 전송이 이루어질 수 있다.

복수의 모듈(21~28), 즉 인쇄회로기판(PCB)은 2개의 신호선과 2개의 전원선을 포함하는 1채널 케이블(20a)에 4구 콘넥터를 통하여 각각 병렬 접속이 이루어져 있다.

이 경우, 복수의 모듈(21~28)은 시리얼 통신이 이루어질 수 있도록 각각 A/D 컨버터, 통신모듈 및 신호처리장치를 구비한다. A/D 컨버터는 복수의 모듈(24~28)이 측정한 아날로그 계측신호를 디지털 데이터 통신에 적합한 디지털 데이터로 변환하기 위한 아날로그/디지털(A/D) 변환기이고, 통신모듈은 각 모듈(24~28)로부터 데이터 로거(23)로 디지털 데이터를 전송하기 위한 통신칩이며, 신호처리장치는 A/D 컨버터와 통신모듈을 제어하여 디지털 데이터를 시리얼 통신방법으로 전송하는 것을 제어하는 역할을 하며, 메모리장치를 내장한 마이콤(micom)이나 별도의 메모리장치를 구비하는 마이크로프로세서(microprocessor), 프로그래밍 가능한 논리 소자나 어레이(programmable logic array), 마이크로컨트롤러, 신호 처리기, 또는 이들의 일부 또는 전부를 포함하는 조합일 수 있다.

복수의 모듈(21~28)은 각각 데이터 로거(23)와 1라인 버스 방식으로 연결되어 시리얼 통신이 이루어짐에 따라 모듈단위별로 시스템 서버(40)와의 디지털 통신을 수행하므로 각 센서별로 디지털 정밀 계측이 가능하고, 1라인 버스 방식으로 하나의 케이블 만으로 각 모듈의 전기적인 상호 연결이 가능하므로 전체적인 시스템 조립이 간편하고, 고장수리도 쉽게 이루어질 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 사면 변위 측정장치(100)의 데이터 로거(23)는 수신된 디지털 계측 데이터를 메모리에 저장하고 무선 모뎀 모듈(22)을 통하여 계측 데이터를 무선 통신으로 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)로 전송한다.

상기 실시예 설명과 도 5에는 무선 모뎀 모듈(22)과 GPS 모듈(21)이 1채널 케이블(20a)을 이용한 1라인 버스 방식으로 데이터 로거(23)에 연결되어 있는 것으로 예시되어 있으나, 무선 모뎀 모듈(22)과 GPS 모듈(21)은 데이터 로거(23)에 직접 연결되어 동작될 수 있는 것으로, 사용자가 필요에 따라 선택 가능하다.

이하에 도 2 및 도 5를 참고하여 본 발명에 따른 측정 모듈 조립체(20)에 포함되는 각 모듈의 상세 구성을 설명한다.

GPS 모듈(21)은 GPS 안테나(21a)와 연결되어 GPS(Global Positioning System) 위성에서 보내는 신호를 수신하여 현재의 위치(좌표)를 계산하며, 무선 모뎀 모듈(22)은 예를 들어, CDMA 무선 모뎀을 내장하고 데이터 로거(23)에 연결되어 계측 데이터를 무선 통신용 안테나(22a)를 통하여 무선 통신으로 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)로 전송한다.

데이터 로거(23)는 각종 측정 센서로부터 수신된 디지털 계측 데이터를 메모리에 저장하고 무선 모뎀을 통하여 계측 데이터를 무선 통신으로 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)로 전송하는 역할을 한다.

카메라 모듈(24)은 카메라를 구비하고 주변 지역에 대한 감시용 영상을 촬영하고, 강우량 모듈(25)은 강우량계를 구비하고 강우량을 측정하며, 진동계 모듈(26)은 진동 센서를 구비하고 진동을 측정하고, 경사계 모듈(27)은 경사 센서(기울기 센서 또는 틸트 센서)를 구비하고 사면의 경사를 측정한다.

상기 경사 센서는 현장 여건에 따라 전기 저항식 센서, EL(ELECTRO LEVEL) 센서, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 센서, 및 가속도계 센서 중 어느 하나의 센서를 사용할 수 있다.

이 경우, 상기 경사 센서는 사면의 기울기를 측정할 때 초소형 반도체 타입으로 상대적으로 가격 경쟁력이 우수한 MEMS(Micro Electro Mechanical System)형의 가속도 센서를 사용하는 것이 바람직하다. MEMS형의 가속도 센서는 전자저울의 로드셀과 유사하게 자세변화에 따라 용량의 변화가 발생하는 반도체 장치로서 용량 변화에 대응하는 전압을 기울기값으로 검출하고, 검출된 아날로그 신호값을 A/D 변환기를 이용하여 디지털 신호로 변환한 후, 시리얼 데이터 통신에 의해 디지털 데이터를 출력할 수 있다.

또한, 복수의 모듈 중 최하부에 함수비 센서(수분 센서)(28a)가 배치되어 있으며, 함수비 센서(수분 센서)(28a)는 그 상부에 위치한 함수비 모듈(28)에 연결되어 있다. 함수비 센서(수분 센서)(28a)는 예를 들어, 유전율의 차이를 검출하여 지질내 수분 포화도를 측정하는 나이프형 함수비 센서를 사용할 수 있다. 또한, 주지된 다른 형태/방식의 함수비 센서를 사용할 수 있다.

함수비 센서(수분 센서)(28a)는 측정봉(10)에 구비된 복수개의 슬롯(14)을 통하여 내부로 유입된 토사와 물로부터 지질내 수분량을 측정한다.

이하에 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 사면 변위 측정장치와 산사태 발생 예보 시스템의 동작을 도 2 및 도 5를 참고하여 설명한다.

본 발명에 따른 사면 변위 측정장치(100)는 복수의 모듈(21~28)로 구성되는 측정 모듈 조립체(20)가 말뚝형태로 이루어진 하나의 측정봉(10) 내부에 내장되도록 조립되어 설치된다.

먼저, 산사태 우려 지역의 사면(1)에 간격을 두고 복수개의 측정봉(10)의 일정 길이 부분이 지중(5)에 묻히도록 설치한 후, 그 내부에 측정 모듈 조립체(20)를 설치하고, 측정봉(10)의 상부에 캡을 결합하여 마감하거나, 도 4의 유니버셜 조인트 콘넥터(16)를 설치하고 안테나, 강우량계, 카메라, 솔라셀 모듈 중 하나를 유니버셜 조인트 콘넥터(16)에 나사결합방식으로 조립하여 마감할 수 있다.

장마철에 누적 강수량이 증가하거나 짧은 시간에 집중호우가 발생하여 사면(1)의 변위가 발생하는 경우, 카메라 모듈(24), 강우량 모듈(25), 진동계 모듈(26), 경사계 모듈(27), 함수비 모듈(28)과 데이터 로거(23) 사이에는 각 모듈(24~28)로부터 측정한 측정값이 A/D 변환한 후, 시리얼 데이터 통신에 의해 데이터 로거(23)에 전송한다.

카메라 모듈(24)은 카메라를 구비하고 주변 지역에 대한 감시용 영상을 촬영하고, 강우량 모듈(25)은 강우량계를 구비하고 강우량을 측정하며, 진동계 모듈(26)은 진동 센서를 구비하고 진동을 측정하고, 경사계 모듈(27)은 경사 센서(기울기 센서 또는 틸트 센서)를 구비하고 사면(1)의 경사를 측정한다.

함수비 센서(수분 센서)(29a)는 지중(5)에 묻힌 측정봉(10) 하부에 구비된 복수개의 슬롯(14)을 통하여 내부로 유입된 토사와 물로부터 지질내 수분량을 측정한다.

일정한 거리를 두고 사면(1)에 설치된 복수의 사면 변위 측정장치(100~N)로부터 사면의 변위를, 예를 들어, 경사센서에 의해 감지한 기울기 변위에 대한 아날로그 변위 신호를 A/D 변환한 후, 데이터 통신에 의해 데이터 로거(23)에 전송한다.

상기 데이터 로거(23)는 시리얼 데이터 통신에 의해 디지털 계측 데이터를 수신하여 저장한 후, 무선 모뎀(22)을 통하여 무선 통신으로 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)로 보낸다.

이 경우, 상기 데이터 로거(23)는 무선 모뎀(22) 대신에 유선 모뎀을 사용하여 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)로 계측 데이터를 전송하는 것도 가능하다.

본 발명의 산사태 예보 시스템은 사면의 변위가 예상되는 계측 장소가 복수로 분산되어 있고, 따라서, 사면 변위 측정장치(100~N)마다 복수의 데이터 로거(23)를 각각 구비하고 무선 모뎀 모듈(22)을 통하여 무선 통신으로 인터넷망(41)에 직접 접속이 가능하다.

본 발명에 따른 사면 변위 측정장치(100~N)의 복수의 데이터 로거(23)는 필요에 따라 각각 무선 모뎀 모듈(22)을 통하여 무선 통신으로 인터넷망(41)에 직접 접속하는 대신 근거리통신망(LAN)을 통하여 먼저 게이트웨이(gateway)에 접속한 후, 게이트웨이로부터 인터넷망(41)에 접속하여 시스템 서버(40)로 계측 데이터를 전송할 수 있다. 게이트웨이를 이용하면 네트워크 간 통신을 행할 때 통신 속도의 제어, 트래픽 제어, 네트워크 사이에서의 컴퓨터 어드레스의 변환 등을 처리할 수 있다.

본 발명에서는 데이터 로거(23)로부터 주지된 공중망, 예를 들어, 무선 통신 또는 유선 통신과 연결된 인터넷망(41)에 사면 변위 측정장치(100~N)의 위치좌표와, 사면의 변위, 수분 포화도, 수압, 사면의 영상 등에 대한 계측 데이터를 전송함에 따라 인터넷망(41)에 연결된 시스템 서버(40)는 현장의 계측 데이터를 실시간으로 받아볼 수 있다.

그 후, 시스템 서버(40)는 복수개의 사면 변위 측정장치(100~N)로부터 수신된 위치좌표와, 사면의 변위, 수분 포화도, 수압, 사면의 영상 등에 대한 계측 데이터를 저장하고 저장된 계측 데이터로부터 누적 변화된 변위량으로 환산하며, 이를 미리 설정된 표준 기준값과 비교함에 의해 사면의 안정성 등의 분석이 이루어진다. 시스템 서버(40)는 분석된 데이터에 기초하여 측정값이 표준 기준값을 벗어나서 사면 안정성이 떨어지는 경우 자동으로 산사태 관리책임자의 휴대용 단말기(43) 등에 경보 메시지로서 문자, 예를 들어, SMS(Short Message Service) 통신방식으로 전송이 이루어진다.

또한, 복수의 산사태 관련 공무원, 즉, 산림청 관리자는 인터넷망(41)에 접속된 관리자 컴퓨터(42)를 통하여 사면 안정성에 대한 분석된 데이터를 확인할 수 있다. 산사태 관리자는 관리자 컴퓨터(42)에 자동으로 제공되는 사면 안정성에 대한 분석된 시간별 진행 데이터와 산사태 위험예보(주의보ㆍ경보) 안내를 확인하고, 산사태 위험예보(주의보ㆍ경보)를 발령할 수 있다.

따라서, 본 발명의 산사태 예보 시스템에서는 원격지로부터 사면에 변위가 발생하는 경우 사면의 안전 상태를 상시 자동 계측하여 산사태 발생여부를 미리 예보할 수 있다.

도 6a 및 도 6b에는 각각 상하 분리형 측정봉을 이용하여 구현되는 본 발명의 제2실시예에 따른 사면 변위 측정장치와 이에 내장된 측정 모듈 조립체가 도시되어 있다.

제2실시예에 따른 사면 변위 측정장치(100)는 상하 분리형 측정봉을 이용하여 구현된 것으로, 측정봉(10)은 하측에 복수개의 슬롯(14)이 형성되어 있으며 사면의 지중에 매설되는 하부 측정봉(10a)과 하부 측정봉(10a)의 상부에 결합되며 지상에 노출되는 상부 측정봉(10b)을 포함한다.

하부 측정봉(10a)은 먼저 사면에 예를 들어, 햄머를 사용하여 박은 후, 내부에 대략 함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)까지 흙을 채우고, 하부 측정봉(10a)의 상부에 상부 측정봉(10b)을 조립한다.

상부 측정봉(10b) 내부에 내장되는 측정 모듈 조립체(20b)는 복수, 예를 들어, 4개의 지지대(63)에 의해 간격을 두고 적층되어 설치된 4개의 보드(60,70,80,90)를 포함하고 있다.

이 중에 상부 측정봉(10b)의 최하부에 배치되는 센서 보드(90)는, 하부 측정봉(10a)과 상부 측정봉(10b)을 구획하면서 하부 측정봉(10a) 내부로부터 상부 측정봉(10b) 내부로 물이 유입되는 것을 차단하도록 O-링(도시되지 않음) 등을 사용한 방수 실링 구조로 상부 측정봉(10b)의 내주부와 결합된다.

센서 보드(90)에는 사면 변위 측정장치에서 가장 중요한 경사 센서(91)와 진동 센서(92)가 실장되는 기판이므로 떨림이 없는 정밀 측정이 요구되므로 견고한 보드를 이루는 Al, SUS와 같은 금속재로 이루어진 보드를 사용하는 것이 좋다.

상부 측정봉(10b)의 상단에 결합되는 캡(65)은 상부 측정봉(10b)의 내주부와의 사이에 방수 실링구조를 가지며, 캡(65)의 중앙부에는 도 4에 도시된 유니버셜 조인트 콘넥터(universal joint connector)와 동일한 구조로 콘넥터가 돌출되어 형성될 수 있으며, GPS 안테나(21a)는 케이스의 하단부에 구비된 스터드 너트를 돌출된 콘넥터에 나사결합방식으로 조립이 이루어질 수 있다.

캡(65)에는 예를 들어, CDMA 안테나와 같은 무선 통신용 안테나(22a)가 관통구멍에 설치되어 있으며, 무선 통신용 안테나(22a)와 GPS 안테나(21a)로부터 연장된 케이블(20a)은 최상단에 배치된 기기 보드(60)에 연결되어 있다.

기기 보드(60)에는 GPS 안테나(21a)와 연결되는 GPS 수신기(61)와, 무선 통신용 안테나(22a)와 연결되는 CDMA 무선 모뎀(62)이 실장되어 있다.

기기 보드(60)와 센서 보드(90) 사이에는 예를 들어, 데이터 로거(23)가 실장되는 로거 보드(70)와 다른 종류의 센서가 탑재되는 센서 보드(80)가 순차적으로 삽입되어 있다. 상기 로거 보드(70)와 센서 보드(80)는 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 구현되는 것이 바람직하다.

4개의 보드(60,70,80,90)에는 케이블(20a)이 통과하는 관통구멍(64)이 형성되어 있으며, 케이블(20a)은 각각의 보드에 탑재된 전자 회로를 데이터 로거(23)와 1라인 버스 방식으로 연결하여 각 보드 사이에 시리얼 데이터 통신을 수행할 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성된 제2실시예에 따른 사면 변위 측정장치(100)는 상하 분리형 측정봉을 이용하여 구현된 것으로, 측정장치의 설치와 유지보수가 쉽게 이루어질 수 있다.

제2실시예의 동작은 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 생략한다.

상기한 본 발명의 제1실시예에 따른 사면 변위 측정장치는 복수의 모듈로 구성되는 측정 모듈 조립체(20)가 하나 또는 상하부 분리형 측정봉(10) 내부에 수용되어 조립되는 구조를 가지고 있다.

그러나, 본 발명의 사면 변위 측정장치(101)는 도 7 및 도 8에 도시된 제3실시예와 같이 각각 복수의 센서가 선택적으로 내장되어 구성되는 복수의 센서그룹으로 모듈화될 수 있다.

제3실시예에서는 사면 변위 측정장치(101)가 3개 모듈로 이루어진 제1 내지 제3 센서그룹(31~33)을 포함하며, 제1 내지 제3 센서그룹(31~33)은 각각 일정 길이의 제1 내지 제3 측정봉(31a,32a,33a) 내부에 복수의 센서가 선택적으로 내장되어 구성되며, 센서그룹(31~33) 사이에는 일정 간격의 연결관절(joint)(34,35)로 연결되어 있다.

상기 연결관절(joint)(34,35)은 유니버셜 연결잭으로 구성될 수 있으며, 지중(5)에 매설된 제1 내지 제3 센서그룹(31~33)의 제1 내지 제3 측정봉(31a,32a,33a)이 지중(5)의 깊이별로 서로 다른 변위가 발생할 때, 각각의 제1 내지 제3 센서그룹(31~33)이 독립적인 변위가 발생할 수 있도록 힌지 변형이 이루어지도록 한다.

최상부에 배치된 제1센서그룹(31)은 제1측정봉(31a) 내부에 내장되는 측정 모듈 조립체는 도 6a에 도시된 제2실시예와 동일한 기능을 수행하도록 동일한 측정 모듈 조립체가 내장될 수 있다.

이 경우, 제1측정봉(31a)의 하부에는 함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)가 내장되고, 복수의 슬롯(14)이 형성되어 있다. 따라서, 제1측정봉(31a)은 함수비 센서(즉, 수분 센서)(28a)가 내장된 부분이 사면의 지중에 묻히도록 시공하여야 한다.

또한, 최하부에 배치된 제3센서그룹(33)은 제3 측정봉(33a)의 하부에 수압 센서(28b)가 내장되어 있고, 복수의 슬롯(14)이 형성되어 있다.

한편, 제1 내지 제3 센서그룹(31~33)의 제1 내지 제3 측정봉(31a,32a,33a) 내부에 내장되는 제1 내지 제3 측정 모듈 조립체에는 기본적으로 지중의 깊이별로 변위를 측정하는 데 필요한 제1 내지 제3 경사 센서(91a~91c)가 내장되어 있다.

제1 내지 제3 센서그룹(31~33)의 각 센서로부터 측정한 신호는 제1 내지 제3 센서그룹(31~33)이 1라인 버스 방식으로 연결되어 로거 보드(70)에 실장된 데이터 로거(23)로 전송된 후 데이터 로거(23)에 의해 시스템 서버(40)로 전송된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제3실시예에 따른 모듈식 사면 변위 측정장치에서는 측정하고자 하는 지중의 깊이와 측정 데이터 종류에 따라 각 센서그룹에 포함되는 센서의 종류가 다르게 구성되며, 이 경우 사면 지표면 뿐만 아니라 지중의 깊이별로 원하는 변위를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 산사태 예보 시스템에서는 하나의 측정봉 내부에 측정센서가 실장된 측정 모듈을 내장함으로써 간편하게 사면에 설치와 계측이 가능하고, 측정봉 별로 독립적인 계측이 가능하고, 측정봉 별로 설치위치좌표와 상호 통신이 가능하므로, 측정봉 별로 독립적인 경보 발령이 가능하다.

또한, 본 발명의 측정봉은 측정봉마다 설치위치의 좌표 인식이 가능하여 많은 수의 측정봉을 넓은 지역에 설치하여도 분실하지 않고 정확한 위치에서 깊이별로 계측 가능하다.

본 발명은 하나의 측정봉 내부에 측정센서가 실장된 측정 모듈을 내장함으로써 간편하게 사면에 설치와 계측이 가능하고, 측정봉 별로 독립적인 계측이 가능하여, 측정봉 별로 독립적인 경보 발령이 가능한 사면 변위 측정장치와 산사태 예보 시스템에 적용될 수 있다.

1: 사면 5: 지중
10,10a,10b: 측정봉 12: 고정구멍
14: 슬롯 16: 유니버셜 조인트 콘넥터
20: 측ㅈ어 모듈 조립체 20a: 케이블
21: GPS 모듈 21a: GPS 안테나
22: 무선 모뎀 모듈 22a: 무선 통신 안테나
23: 데이터 로거 24: 카메라 모듈
25: 강유량계 모듈 26: 진동계 모듈
27: 경사계 모듈 28: 함수비 모듈
28a: 함수비 센서 28b: 수압 센서
29: 예비모듈 31~33: 센서 그룹
31a~33a: 측정봉 34,35: 연결관절
40: 시스템 서버 41: 인터넷망
60~90: 보드 61: GPS 수신기
62: CDMA 무선 모뎀 63: 지지대
64: 관통구멍 91,91a~91c: 경사 센서
92: 진동센서 100~N: 사면 변위 측정장치

Claims (15)

1. 사면에 적어도 하부가 매립되는 측정봉; 및
   상기 측정봉 내부에 적층방식으로 조립되어 내장되는 복수의 보드를 구비하는 측정 모듈 조립체;를 포함하며,
   상기 측정 모듈 조립체는 각각 적어도 사면의 변위를 측정하는 사면 변위 센싱 기능, 측정된 데이터를 수집하는 기능 및 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기능이 복수의 보드에 분리되어 구현된 복수의 측정 모듈을 포함하는 사면 변위 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정봉은 내부가 비어 있는 중공형 말뚝으로서, 하단부는 뾰족한 형상으로 이루어져 있는 사면 변위 측정장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 측정봉의 하부에는 외부와 연통된 복수개의 슬롯이 형성되어 있는 사면 변위 측정장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 측정봉은 상부의 방수 실링 공간과 복수개의 슬롯을 통하여 외부와 연통이 이루어지는 하부의 비방수 공간으로 구획되며,
   상기 복수의 측정 모듈 중 최하부에 위치한 최하부 측정 모듈은 상부의 방수 실링 공간과 하부의 비방수 공간으로 구획하도록 측정봉의 내주부와의 사이에 방수 실링이 이루어지고,
   상기 비방수 공간에는 슬롯을 통하여 유입된 수분을 검출하기 위한 함수비 센서 또는 수압 센서가 배치되는 사면 변위 측정장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 측정봉은
   하부에 외부와 연통된 복수개의 슬롯이 형성되어 있고 지중에 묻히는 비방수 공간의 하부 측정봉; 및
   상기 하부 측정봉의 상부에 착탈 가능하게 결합되며 지상으로 노출되는 방수 실링 공간의 상부 측정봉을 포함하며,
   상기 상부 측정봉의 하단에 배치된 최하부 측정 모듈은 상부 측정봉과의 사이에 방수 실링이 이루어지는 사면 변위 측정장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 측정봉의 상단에 실링결합되는 캡을 더 포함하며,
   상기 캡의 중앙부에 연장 설치되어 안테나, 강우량계, 카메라, 솔라셀 모듈 중 하나가 결합되는 콘넥터를 더 포함하는 사면 변위 측정장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 보드는 복수의 지지대에 의해 상호 간격을 두고 적층되는 사면 변위 측정장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 측정 모듈은 각각 시리얼 통신이 이루어질 수 있도록 데이터 로거와의 사이에 1채널 케이블을 사용한 1라인 버스 방식으로 연결되며, 각각 아날로그/디지털(A/D) 변환기, 통신모듈 및 신호처리장치를 구비하는 사면 변위 측정장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 측정 모듈은,
   상기 사면의 변위를 측정하는 데 필요한 적어도 하나의 측정 센서가 실장된 센서 보드;
   상기 측정 센서로부터 시리얼 통신방식으로 디지털 계측 데이터를 수신하여 메모리에 저장하고 무선 모뎀을 통하여 계측 데이터를 무선 통신으로 인터넷망에 연결된 시스템 서버로 전송하는 데이터 로거 보드; 및
   무선 모뎀을 내장하고 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기기 보드;를 포함하는 사면 변위 측정장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 센서 보드는 금속재로 이루어지고, 측정봉과의 사이에 방수 실링이 이루어지며,
    진동 센서를 더 포함하는 사면 변위 측정장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 측정봉 상단의 콘넥터에 결합되는 GPS(Global Positioning System) 안테나를 더 포함하며,
    상기 기기 보드는 상기 GPS 안테나와 연결되어 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신하여 사면 변위 측정장치에 현재의 위치좌표를 제공하는 GPS 수신기를 더 포함하는 사면 변위 측정장치.
12. 사면에 하부가 매립되는 복수의 측정봉;
    상기 복수의 측정봉 내부에 각각 설치되며 복수의 측정 센서가 선택적으로 내장된 복수의 측정 모듈 조립체를 구비하며 단위모듈을 형성하는 복수의 센서그룹; 및
    상기 복수의 센서그룹 사이에 삽입되어 인접한 센서그룹을 상호 연결하는 복수의 연결관절;을 포함하며,
    상기 복수의 센서그룹과 연결관절은 각각 일정한 길이로 이루어지며, 사면의 지표면을 포함하여 지중의 깊이별로 변위를 측정하는 사면 변위 측정장치.
13. 하단부가 뾰족한 형상으로 이루어져 있으며 하부에 외부와 연통된 복수개의 슬롯이 형성되어 있고 지중에 묻히는 비방수 공간의 하부 측정봉과 상기 하부 측정봉의 상부에 착탈 가능하게 결합되며 지상으로 노출되는 방수 실링 공간의 상부 측정봉으로 분할되고, 상기 상부 측정봉의 상단에 캡이 실링결합되는 측정봉; 및
    상기 상부 측정봉 내부에 적층방식으로 조립되어 내장되는 복수의 측정 모듈을 구비하는 측정 모듈 조립체;를 포함하는 사면 변위 측정장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 측정 모듈은,
    금속재로 이루어지고, 상부 측정봉과의 사이에 방수 실링이 이루어지며, 상기 사면의 변위를 측정하는 데 필요한 적어도 하나의 측정 센서가 실장된 센서 보드;
    상기 측정 센서로부터 시리얼 통신방식으로 디지털 계측 데이터를 수신하여 메모리에 저장하고 무선 모뎀을 통하여 계측 데이터를 무선 통신으로 인터넷망에 연결된 시스템 서버로 전송하는 데이터 로거 보드; 및
    상기 무선 모뎀을 내장하고 수집된 데이터를 무선 통신에 의해 시스템 서버로 전송하는 기기 보드;를 포함하며,
    상기 비방수 공간에는 슬롯을 통하여 유입된 수분을 검출하기 위한 함수비 센서 또는 수압 센서가 배치되는 사면 변위 측정장치.
15. 각각 사면에 간격을 두고 설치되며 사면의 변위를 측정하여 측정된 디지털 계측 데이터를 전송하는 복수의 사면 변위 측정장치; 및
    상기 사면 변위 측정장치로부터 공중망을 통하여 전송된 디지털 계측 데이터를 수신한 후 계측 데이터를 누적하여 종합한 후 미리 설정된 표준 기준값과 비교하여 사면의 안정도를 판단하는 시스템 서버를 포함하며,
    상기 복수의 사면 변위 측정장치는 각각 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 사면 변위 측정장치인 산사태 예보 시스템.

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