KR102095799B1 - 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치 및 그 맵핑방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 지표상의 특정 탐사구간에서 제1방향으로 이동하는 이동부; 상기 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하고, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 지표투과레이더; 및 상기 특정 탐사구간에서의 상기 지표투과레이더의 제1지점에서 상기 지하구조물의 특정 반사점으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점에서 상기 동일 특정 반사점으로부터 반사되는 제2반사파를 추출하여, 상기 특정 반사점의 길이와 심도를 연산하여 좌표를 산출하고, 상기 이동부의 이동에 따른 상기 지표투과레이더의 제1 및 제2지점을 특정 탐사진행간격만큼 연속적으로 변경하여 상기 특정 반사점의 분포좌표를 분석하여서, 상기 지하구조물의 길이와 심도와 형상을 맵핑하여 평가하는 제어부;를 포함하여, 상기 지하구조물의 구체적인 형상 및 크기를 평가하는, 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치를 개시한다.
Description
본 발명은 지하구조물과 공동형상 맵핑 관련기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하구조물의 존재유무이외에 구체적인 형상 및 크기를 정밀하게 맵핑하여 평가할 수 있는, 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치 및 그 맵핑방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지반조사시, 지표투과레이더를 이용하여 지층구조 및 지하 매설물의 유무를 확인하며, 심층적인 신호분석을 통해 지반 이상구간의 유무를 평가한다.
이와 관련된 종래의 신호분석기법은 아직까지 지하구조물 및 공동의 형상 평가에 한계가 있고, 지반구조, 지층구조, 지하구조물, 및 공동의 유무를 평가할 수는 있으나, 해당 지하구조물 및 공동의 형상을 직접적으로 평가할 수는 없다.
예컨대, 종래기술인 대한민국 등록특허 제10-1799813호에서는 “공통반사표면법을 이용한 지표투과레이더 탐사의 자료처리 결과 신호대잡음비 향상과 Vrms 역산과정을 이용한 씽크홀 탐사장치 및 그 방법”이 개시되어 있는데, 지하투과레이더 자료처리 및 신호분석을 이용하여 지층구조 영상의 정확도를 향상시킬 수는 있으나, 공동형상의 정밀한 평가에는 한계가 있다.
또한, 다른 종래기술인 대한민국 공개특허 10-2017-0124984호에서는 “지표 투과 레이더의 데이터 처리 방법”이 개시되어 있는데, 3차원이미지를 이용한 2차원 분석 기법을 이용하여 지하구조물, 지반구조 및 공동 유무를 평가할 수는 있으나, 마찬가지로 해당 구조물 및 공동형상을 직접적으로 평가할 수는 없다.
또한, 또 다른 종래기술인 대한민국 등록특허 10-1743580호에서는 “지반의 강도 및 전기비저항 측정용 동적 콘 관입기, 이를 이용하여 지반의 유전율 특성을 보정하는 지표투과레이더 탐사 시스템 및 방법”이 개시되어 있는데, 지반의 유전율을 산정하고, 지하투과레이더 탐사의 입력값을 제공하여 탐사결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 하지만, 마찬가지로 지하투과레이더 탐사결과로부터 도출되는 결과는 지하구조물 및 공동형상을 직접적으로 평가할 수는 없다.
한편, 지표투과레이더 탐사에 이용되는 방사형 전자기파는 방향성에 관계없이 임의의 방향에서 수집된 전자기파 신호를 수직인 방향으로 인식하여 이미지화하여서, 실제 형상과는 상이한 결과를 제공하는 문제점이 있다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 지하구조물 및 공동의 구체적인 형상 및 크기를 보다 정확하고 정밀하게 맵핑하여 평가할 수 있는, 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치 및 그 맵핑방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 지표상의 특정 탐사구간에서 제1방향으로 이동하는 이동부; 상기 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하고, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 지표투과레이더; 및 상기 특정 탐사구간에서의 상기 지표투과레이더의 제1지점에서 상기 지하구조물의 특정 반사점으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점에서 상기 특정 반사점으로부터 반사되는 제2반사파를 추출하여, 상기 특정 반사점의 길이와 심도를 연산하여 좌표를 산출하고, 상기 이동부의 이동에 따른 상기 지표투과레이더의 제1 및 제2지점을 특정 탐사진행간격만큼 연속적으로 변경하여 상기 특정 반사점의 분포좌표를 분석하며, 분석된 상기 분포좌표를 이용하여 상기 지하구조물의 길이와 심도와 형상을 맵핑(Maping)하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 지표투과레이더에 의해 맵핑된 상기 특정 탐사구간 전체의 지하구조물의 상부 맵핑 포물선의 형태를 분석하여, 상기 특정 탐사진행간격을 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 특정 반사점의 좌표는, 
에 의해 산출되고, 
는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이의 거리이고, 
는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이를 잇는 직선과, 지표가 이루는 각도인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 이동부의 이동거리 또는 상기 특정 탐사진행간격을 측정하는 인코더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 이동부의 이동거리 또는 상기 특정 탐사진행간격을 측정하는 GPS 또는 레이저거리측정모듈을 더 포함하는 것을 특정한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 이동부는, 이동시 상기 특정 탐사구간의 지표의 고저를 보정하여 상기 지표투과레이더의 절대높이를 일정하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어부에 의해 분석된 상기 특정 반사점의 분포좌표를 상기 지하구조물의 형상으로 이미지변환하여 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 이동부에 의해 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 일정간격만큼 이동한 후, 상기 제어부에 의해 상기 반사점의 분포좌표 분석 수행과정을 반복하여, 상기 지하구조물에 대한 길이와 심도와 형상을 3차원으로 맵핑하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 이동부는 지표와 접촉하는 다수의 휠과, 상기 휠이 형성되는 서스펜션으로 구성되고, 상기 이동부의 하부 중앙에 설치되는 제1자이로스코프와, 상기 서스펜션에 결합되어 상기 휠의 높이를 조절하는 제1유압실린더로 구성되는 제1보정모듈과; 상기 서스펜션 상부에 형성된 차체 프레임의 중앙에 형성되는 제2자이로스코프와, 상기 차체 프레임의 모서리에 각각 형성되는 제2유압실린더로 구성되는 제2보정모듈과; 상기 차체 프레임의 상단에 형성된 상단 프레임의 중앙에 형성되는 제3자이로스코프와, 상기 차체 프레임과 상기 상단 프레임의 해당 모서리에 각각 형성되는 제3유압실린더로 구성되는 제3보정모듈; 및 상기 제1 내지 제3자이로스코프를 통해 측정된 지표면의 기울기 정보에 따라 상기 제1 내지 제3유압실린더를 각각 제어하여 상기 휠의 높이를 제어하는 보정 제어부;를 더 포함하여서, 상기 보정 제어부는, 상기 제3유압실린더, 상기 제2유압실린더 및 상기 제1유압실린더 순으로 순차적으로 제어하여 상기 이동부의 높낮이를 세밀하게 조절하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 지표투과레이더가 이동부에 의해 지표상의 특정 탐사구간에서 이동하는 단계; 상기 지표투과레이더에 의해 맵핑된 상기 특정 탐사구간 전체의 지하구조물의 상부 맵핑 포물선의 형태를 분석하여, 상기 특정 탐사진행간격을 설정하는 단계; 상기 지표투과레이더가 상기 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하고, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 단계; 및 제어부가 상기 특정 탐사구간에서의 상기 지표투과레이더의 제1지점에서 상기 지하구조물의 특정 반사점으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점에서 상기 특정 반사점으로부터 반사되는 제2반사파를 추출하여, 상기 특정 반사점의 길이와 심도를 연산하여 좌표를 산출하고, 상기 이동부의 이동에 따른 상기 지표투과레이더의 제1 및 제2지점을 특정 탐사진행간격만큼 연속적으로 변경하여 상기 특정 반사점의 분포좌표를 분석하여서, 상기 지하구조물의 길이와 심도와 형상을 맵핑하여 평가하는 단계;를 포함하여, 상기 지하구조물의 구체적인 형상 및 크기를 평가하되, 상기 특정 반사점의 좌표는, 
에 의해 산출되고, 
는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이의 거리이고, 
는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이를 잇는 직선과, 지표가 이루는 각도인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 지하구조물의 존재유무뿐만 아니라, 구체적인 형상 및 크기를 정밀하게 맵핑하여 평가할 수 있고, 지하구조물인 지하배관과 지중선의 보수공사 및 교체공사를 위한 지반굴착시의 굴착규모결정에 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공동의 정확한 길이와 심도와 형상을 맵핑하여 평가하여서, 싱크홀 발생 위험도를 사전에 평가할 수 있는 효과가 있다.
더 나아가, 다층의 보정모듈에 의해, 이동부의 높낮이를 세밀하게 조절하여서, 불규칙한 지표면에서 지표투과레이터의 송수신 높이가 동일하도록 구현하여 탐사구간의 울퉁불한 지표상에서도 오차없이 정확하게 맵핑할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 임의의 지하공동의 형상을 도시한 절개도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치를 이용한 맵핑방법 및 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 상부 맵핑 포물선 생성과정을 예시한 것이다.
도 5는 도 4의 상부 맵핑 포물선 생성과정에 의한 탐사결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 지하구조물의 특정 반사점 좌표 산출과정을 도시한 것이다.
도 7은 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 지하구조물의 특정 반사점의 분포좌표 맵핑과정을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑방법의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치를 이용한 맵핑방법 및 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 상부 맵핑 포물선 생성과정을 예시한 것이다.
도 5는 도 4의 상부 맵핑 포물선 생성과정에 의한 탐사결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 지하구조물의 특정 반사점 좌표 산출과정을 도시한 것이다.
도 7은 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 지하구조물의 특정 반사점의 분포좌표 맵핑과정을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑방법의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 임의의 지하공동의 형상을 도시한 절개도이며, 도 2는 본 발명에 따른 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치를 이용한 맵핑방법 및 원리를 설명하기 위한 설명도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 4는 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 상부 맵핑 포물선 생성과정을 예시한 것이며, 도 5는 도 4의 상부 맵핑 포물선 생성과정에 의한 탐사결과를 그래프로 도시한 것이며, 도 6은 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 지하구조물의 특정 반사점 좌표 산출과정을 도시한 것이며, 도 7은 도 3의 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치에 의한 지하구조물의 특정 반사점의 분포좌표 맵핑과정을 도시한 것이다.
도 3 내지 도 7를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치는, 전체적으로, 지표상을 이동하는 이동부(110)와, 지향성 전자기파를 송수신하는 지표투과레이더(120)와, 지하구조물을 맵핑하는 제어부(130)로 구성되어, 지하구조물의 구체적인 형상 및 크기를 맵핑하여 평가하는 것을 요지로 한다.
우선, 이동부(110)는, 지표상의 특정 탐사구간에서, 제1방향(X축방향), 또는 제1방향과 직교하는 제2방향(Y축방향)으로 이동한다.
여기서, 탐사구간은 지하구조물, 예컨대 특정 지층구조, 지하배관과 지중선의 지하매설물 또는 공동(cavity)이 지하에 형성된 지표구간을 의미한다.
한편, 이동부(110)는, 울퉁불퉁한 구간에서의 이동시, 특정 탐사구간의 지표의 고저를 보정하여 지표투과레이더(120)의 절대높이를 일정하게 유지하도록 하는 보정모듈(111)을 포함하여, 지표의 고저와 무관하게 특정 탐사구간에서 지표투과레이더(120)의 레이더 송수신 높이를 동일하게 하여서, 추후 제어부(130)에 의해 연산된 특정 반사점(R)의 좌표(x,z)의 정밀도를 높일 수도 있다.
예컨대, 보정모듈(111)은, 지표투과레이더(120)에 탄성부재의 댐퍼를 연동시켜, 이동부(110)의 휠 또는 캐터필러로부터 지표투과레이더(120)로 전달되는 진동을 흡수하여, 지표투과레이더(120)의 절대높이를 일정하게 유지하도록 지표투과레이더(120)의 높이변화로 인한 
과 
의 측정오차를 제거할 수 있다.
또는, 이동부(110)는 자이로스코프(112)를 포함하여, 경사 구간에서의 이동시, 지표투과레이더(120)의 절대높이를 보정하여 제어부(130)에 의해 연산된 특정 반사점(R)의 좌표(x,z)의 정밀도를 높일 수도 있다.
예컨대, 자이로스코프(112)에 의해, 이동부(110)의 특정 탐사구간 이동시의 오르막 또는 내리막의 경사도를 측정하고, 후술하는 지하구조물형상의 이미지변환시, 경사진 지표를 고려하여 지하구조물의 심도를 연산하여 좌표(x,z)를 산출하여서, 실제 탐사구간의 지형지물 형상을 정확하게 맵핑하여 제공할 수도 있다.
또는, 도시되지는 않았으나, 이동부(110)는 지표와 접촉하는 다수의 휠과, 휠이 형성되는 서스펜션으로 구성되고, 이동부(110)의 하부 중앙에 설치되는 제1자이로스코프와 서스펜션에 결합되어 휠의 높이를 조절하는 제1유압실린더로 구성되는 제1보정모듈, 서스펜션 상부에 형성된 차체 프레임의 중앙에 형성되는 제2자이로스코프와 차체 프레임의 모서리에 각각 형성되는 제2유압실린더로 구성되는 제2보정모듈, 차체 프레임의 상단에 형성된 상단 프레임의 중앙에 형성되는 제3자이로스코프와 차체 프레임과 상단 프레임의 해당 모서리에 각각 형성되는 제3유압실린더로 구성되는 제3보정모듈, 및 제1 내지 제3자이로스코프를 통해 측정된 지표면의 기울기 정보에 따라 제1 내지 제3유압실린더를 각각 제어하여 휠의 높이를 제어하는 보정 제어부를 더 포함할 수 있다.
즉, 보정 제어부는, 제3유압실린더, 제2유압실린더 및 제1유압실린더 순으로 순차적으로 제어하여 이동부(110)의 높낮이를 조절할 수 있는데, 제3자이로스코프에 의해 측정된 기울기에 따라 제3유압실린더를 구동하고, 후속하여 제2자이로스코프에 의해 측정된 기울기에 따라 제2유압실린더를 구동하여 세밀하게 이동부(110)의 높낮이를 조절하고, 후속하여 제1자이로스코프에 의해 측정된 기울기에 따라 제1유압실린더를 구동하여 보다 세밀하게 이동부(110)의 높낮이를 조절하여서, 불규칙한 지표면에서 지표투과레이터(120)의 송수신 높이가 동일하도록 구현할 수도 있다.
다음, 지표투과레이더(GPR;Ground Penetrating Radar)(120)는, 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하는 송신모듈(121)과, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 수신모듈(122)로 구성된다.
다음, 제어부(130)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 특정 탐사구간에서의 지표투과레이더(120)의 제1지점(A)에서 지하구조물의 특정 반사점(R)으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점(B)에서 동일 특정 반사점(R)으로부터 반사되는 제2반사파를 추출한다.
여기서, 제2지점(B)은 제1지점(A)으로부터 특정 탐사진행간격(Δx)만큼 이동부(110)에 의해 전진 이동된 지점이고, 선행적으로, 지표투과레이더(120)에 의해 맵핑된 특정 탐사구간 전체의 지하구조물의 상부 맵핑 포물선의 형태를 분석하여, 특정 탐사진행간격(Δx)을 설정할 수 있다.
이후, 제어부(130)는 특정 반사점(R)의 길이와 심도를 연산하여 좌표(x,z)를 산출하고, 이동부의 이동에 따른 지표투과레이더(120)의 제1 및 제2지점(A,B)을 특정 탐사진행간격(Δx)만큼 전진시켜 연속적으로 변경하여 특정 반사점의 분포좌표(
)를 분석한다.
여기서, 탐사진행간격(Δx)과 특정 반사점(R)은 
의 관계식으로 정의되는데, 특정 반사점(R)의 좌표는, 
에 의해 산출되고, 
는 제2지점(B)과 특정 반사점(R) 사이의 거리이고, 
는 제2지점(B)과 특정 반사점(R) 사이를 잇는 직선과, 지표가 이루는 각도일 수 있다.
이후, 제어부(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 지하구조물의 길이와 심도와 구체적인 형상을 맵핑하여 평가한다.
여기서, 제어부(130)는, 이동부(110)의 이동거리 또는 특정 탐사진행간격(Δx)을 측정할 수 있는 인코더(131)를 포함하거나, 이동부(110)의 이동거리 또는 특정 탐사진행간격(Δx)을 측정하는 GPS(132) 또는 레이저거리측정모듈(133)을 포함할 수 있다.
예컨대, 선택적으로, 소규모의 지하구조물 탐사인 경우에는, 초정밀 거리측정이 가능한 인코더(131) 또는 레이저거리측정모듈(133)이 적용되고, 대규모의 지하구조물 탐사인 경우에는, GPS(132)가 적용될 수 있다.
한편, 이동부(110)는 휠 또는 캐터필러로 구성되고, 인코더(131)는 휠의 회전 또는 캐터필러의 주회전롤러의 회전을 감지하여 이동거리 또는 특정 탐사진행간격(Δx)을 정밀하게 측정할 수 있다.
또한, 디스플레이부(미도시)를 통해, 제어부(130)에 의해 분석된 특정 반사점의 분포좌표(
)를 지하구조물의 형상으로 이미지변환하여 디스플레이하여 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다.
추가로, 이동부(110)에 의해 제1방향(X축방향)과 직교하는 제2방향(Y축방향)으로 일정간격만큼 지표상에서 수평으로 이동한 후, 제어부(130)에 의해 특정 반사점의 분포좌표 분석 수행과정을 반복하여, 지하구조물에 대한 길이와 심도와 형상을 3차원으로 맵핑할 수도 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑방법의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다. 여기서, 제1실시예와 중복되는 구성에 대해서는 이하 생략하고자 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 의한 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑방법은, 이동부에 의해, 지표상의 특정 탐사구간에서 이동하는 단계(S11)와, 지표투과레이더에 의해 맵핑된 특정 탐사구간 전체의 지하구조물의 상부 맵핑 포물선의 형태를 분석하여, 특정 탐사진행간격(Δx)을 설정하는 단계(S120)와, 지표투과레이더에 의해, 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하고, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 단계(S130)와, 제어부에 의해, 특정 탐사구간에서의 지표투과레이더의 제1지점(A)에서 지하구조물의 특정 반사점(R)으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점(B)에서 동일 특정 반사점(R)으로부터 반사되는 제2반사파를 추출하여, 특정 반사점(R)의 길이와 심도를 연산하여 좌표를 산출하고(S140), 이동부의 이동에 따른 지표투과레이더(120)의 제1 및 제2지점(B)을 특정 탐사진행간격(Δx)만큼 연속적으로 변경하여 특정 반사점의 분포좌표를 분석하여서(S150), 지하구조물의 길이와 심도와 형상을 맵핑하여 평가하는 단계(S160)로 구성된다.
여기서, 특정 반사점(R)의 좌표는, 
에 의해 산출되고, 
는 제2지점(B)과 특정 반사점(R) 사이의 거리이고, 
는 제2지점(B)과 특정 반사점(R) 사이를 잇는 직선과, 지표가 이루는 각도이다.
이에, 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑방법에 의해, 지하구조물의 구체적인 형상 및 크기를 맵핑하여 평가할 수 있다.
따라서, 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치 및 그 맵핑방법의 구성에 의해서, 지하구조물의 존재유무뿐만 아니라, 구체적인 형상 및 크기를 정밀하게 맵핑하여 평가할 수 있으며, 지하구조물인 지하배관과 지중선의 보수공사 및 교체공사를 위한 지반굴착시의 굴착규모결정에 활용할 수 있으며, 공동의 정확한 길이와 심도와 형상을 평가하여 싱크홀 발생 위험도를 사전에 효과적으로 평가할 수 있고, 탐사구간의 울퉁불한 지표 또는 경사진 지표상에서도, 반사점의 좌표를 보정하여, 정확하게 맵핑하여 보정할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편 본 명세서에 개시된 기술에 관한 설명은 단지 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
또한, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소로 제1구성요소로 명명될 수 있다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “~사이에”또는 “~에 이웃하는” 과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않은 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 이동부 111 : 보정모듈
112 : 자이로스코프 120 : 지표투과레이더
121 : 송신모듈 122 : 수신모듈
130 : 제어부 131 : 인코더
132 : GPS 133 : 레이저거리측정모듈
A : 제1지점 B : 제2지점
R : 특정 반사점
112 : 자이로스코프 120 : 지표투과레이더
121 : 송신모듈 122 : 수신모듈
130 : 제어부 131 : 인코더
132 : GPS 133 : 레이저거리측정모듈
A : 제1지점 B : 제2지점
R : 특정 반사점
Claims (7)
- 지표상의 특정 탐사구간에서 제1방향으로 이동하는 이동부;
상기 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하고, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 지표투과레이더; 및
상기 특정 탐사구간에서의 상기 지표투과레이더의 제1지점에서 상기 지하구조물의 특정 반사점으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점에서 상기 특정 반사점으로부터 반사되는 제2반사파를 추출하여, 상기 특정 반사점의 길이와 심도를 연산하여 좌표를 산출하고, 상기 이동부의 이동에 따른 상기 지표투과레이더의 제1 및 제2지점을 특정 탐사진행간격만큼 연속적으로 변경하여 상기 특정 반사점의 분포좌표를 분석하며, 분석된 상기 분포좌표를 이용하여 상기 지하구조물의 길이와 심도와 형상을 맵핑(Mapping)하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 지표투과레이더에 의해 맵핑된 상기 특정 탐사구간 전체의 지하구조물의 상부 맵핑 포물선의 형태를 분석하여, 상기 특정 탐사진행간격을 설정하며,
상기 특정 반사점의 좌표는 [D2cos(180°- θ), D2sin(180°- θ)]에 의해 산출되고, D2는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이의 거리이고, θ는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이를 잇는 직선과 지표가 이루는 각도로서로 정의되며,
상기 이동부는, 이동시 상기 특정 탐사구간의 지표의 고저를 보정하여 상기 지표투과레이더의 절대높이를 일정하게 유지하도록 보정모듈을 포함하여, 지표투과레이더의 레이더 송수신 높이를 동일하게 하여, 제어부에 의해 연산된 특정 반사점의 좌표의 정밀도를 높이도록 구성되며,
상기 이동부는 지표와 접촉하는 다수의 휠과, 상기 휠이 형성되는 서스펜션으로 구성되고, 상기 이동부의 하부 중앙에 설치되는 제1자이로스코프와, 상기 서스펜션에 결합되어 상기 휠의 높이를 조절하는 제1유압실린더로 구성되는 제1보정모듈; 상기 서스펜션 상부에 형성된 차체 프레임의 중앙에 형성되는 제2자이로스코프와, 상기 차체 프레임의 모서리에 각각 형성되는 제2유압실린더로 구성되는 제2보정모듈; 상기 차체 프레임의 상단에 형성된 상단 프레임의 중앙에 형성되는 제3자이로스코프와, 상기 차체 프레임과 상기 상단 프레임의 해당 모서리에 각각 형성되는 제3유압실린더로 구성되는 제3보정모듈; 및 상기 제1 내지 제3자이로스코프를 통해 측정된 지표면의 기울기 정보에 따라 상기 제1 내지 제3유압실린더를 각각 제어하여 상기 휠의 높이를 제어하는 보정 제어부;를 더 포함하여서, 상기 보정 제어부가 상기 제3유압실린더, 상기 제2유압실린더 및 상기 제1유압실린더 순으로 순차적으로 제어하여 상기 이동부의 높낮이를 세밀하게 조절하는 것을 특징으로 하는 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이동부의 이동거리 또는 상기 특정 탐사진행간격을 측정하는 인코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이동부의 이동거리 또는 상기 특정 탐사진행간격을 측정하는 GPS 또는 레이저거리측정모듈을 더 포함하는 것을 특정하는 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 이동부에 의해 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 일정간격만큼 이동한 후, 상기 제어부에 의해 상기 특정 반사점의 분포좌표 분석 수행과정을 반복하여, 상기 지하구조물에 대한 길이와 심도와 형상을 3차원으로 맵핑하는 것을 특징으로 하는 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑장치.
- 지표투과레이더가 이동부에 의해 지표상의 특정 탐사구간에서 이동하되, 보정모듈에 의해 상기 특정 탐사구간의 지표의 고저를 보정하여, 지표투과레이더의 절대높이를 일정하게 유지하고, 상기 이동부에 설치된 제1보정모듈, 제2보정모듈 및 제3보정모듈이 보정 제어부에 의해 작동 제어되어 상기 이동부의 높낮이가 세밀하게 조절되며 지표상의 특정 탐사구간에서 이동하는 단계;
상기 지표투과레이더에 의해 맵핑된 상기 특정 탐사구간 전체의 지하구조물의 상부 맵핑 포물선의 형태를 분석하여, 특정 탐사진행간격을 설정하는 단계;
상기 지표투과레이더가 상기 탐사구간의 지반으로 지향성 전자기파를 송신하고, 지하구조물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 단계; 및
제어부가 상기 특정 탐사구간에서의 상기 지표투과레이더의 제1지점에서 상기 지하구조물의 특정 반사점으로부터 최단경로로 반사되는 제1반사파와, 제2지점에서 상기 특정 반사점으로부터 반사되는 제2반사파를 추출하여, 상기 특정 반사점의 길이와 심도를 연산하여 좌표를 산출하고, 상기 이동부의 이동에 따른 상기 지표투과레이더의 제1 및 제2지점을 특정 탐사진행간격만큼 연속적으로 변경하여 상기 특정 반사점의 분포좌표를 분석하여서, 상기 지하구조물의 길이와 심도와 형상을 맵핑하여 평가하는 단계;를 포함하여, 상기 지하구조물의 구체적인 형상 및 크기를 평가하되, 상기 특정 반사점의 좌표는 [D2cos(180°- θ), D2sin(180°- θ)]에 의해 산출되고, D2는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이의 거리이고, θ는 상기 제2지점과 상기 특정 반사점 사이를 잇는 직선과 지표가 이루는 각도로서로 정의되며,
상기 이동부는 지표와 접촉하는 다수의 휠과, 상기 휠이 형성되는 서스펜션으로 구성되고, 상기 이동부의 하부 중앙에 설치되는 제1자이로스코프와, 상기 서스펜션에 결합되어 상기 휠의 높이를 조절하는 제1유압실린더로 구성되는 제1보정모듈; 상기 서스펜션 상부에 형성된 차체 프레임의 중앙에 형성되는 제2자이로스코프와, 상기 차체 프레임의 모서리에 각각 형성되는 제2유압실린더로 구성되는 제2보정모듈; 상기 차체 프레임의 상단에 형성된 상단 프레임의 중앙에 형성되는 제3자이로스코프와, 상기 차체 프레임과 상기 상단 프레임의 해당 모서리에 각각 형성되는 제3유압실린더로 구성되는 제3보정모듈; 및 상기 제1 내지 제3자이로스코프를 통해 측정된 지표면의 기울기 정보에 따라 상기 제1 내지 제3유압실린더를 각각 제어하여 상기 휠의 높이를 제어하는 보정 제어부;를 더 포함하여서, 상기 보정 제어부가 상기 제3유압실린더, 상기 제2유압실린더 및 상기 제1유압실린더 순으로 순차적으로 제어하여 상기 이동부의 높낮이를 세밀하게 조절하는 것을 특징으로 하는 전자기파 분석을 통한 지하구조물과 공동형상 맵핑방법. - 삭제
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