KR102097778B1 - 자동 지반거동 계측시스템 - Google Patents
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Abstract
자동 지반거동 계측시스템이 개시된다. 본 발명의 자동 지반거동 계측시스템은, 원지반층, 샌드매트층, 복토층이 순차적으로 적층되는 매립지에서 지반 상태 변화를 확인 및 계측 하기 위한 지반 계측 시스템으로서, 연약지반인 상기 원지반층 상에 서로 이격되게 배치되되 각각 개별식별번호가 부여되며 외부로 무선신호 발송이 가능한 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기; 상기 원지반층과 이격된 경질로 이루어진 경질지반층에 서로 이격되게 고정 설치되며 상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기로부터 송신된 신호를 수신 가능한 복수의 수신기; 상기 수신기에 수신된 지반침하 및 이동감지 송신기의 무선신호를 전달받아 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기 각각의 위치정보와 삼각측량법을 이용하여 원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 제어부; 및 상기 제어부와 신호 연결되어 상기 산출된 정보를 전달받아 디스플레이 가능한 위치정보 확인부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 연약지반 상부에 설치되는 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기와 경질지반층에 고정 설치된 복수의 수신기 간의 데이터 통신과, 원지반층의 지중 침하 상태와 전후 및 좌우 방향 이동상태를 설정 기준과 비교하여 원지반층의 위험도를 판별하는 위험도 판별부를 통해 원지반층의 지반침하, 지반의 전후/좌우 방향 이동을 실시간으로 신속하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 원지반층의 이상 변화(침하, 측방향 이동)에 따른 위험도를 판단하여 작업자의 휴대용 스마트 단말 또는 관제소의 관리 웹으로 실시간 전달하여 신속한 후속 처리를 가능하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 원지반 연약층의 지반침하, 지반의 전후/좌우 방향 이동을 공사초기부터 실시간으로 신속하게 확인할 수 있고 원지반 연약층의 지반 변화를 실질적으로 감지하도록 그 상부에 설치되는 구성을 간단하게 적용하여 전체 시스템 구축에 소요되는 시간을 절감하고 계측 작업자의 노동력 비용을 월등히 절감할 수 있는 자동 지반거동 계측시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연약지반을 개량하여 조성되는 매립지의 경우, 배수를 통해 연약지분 상부가 굳은 후 매트, 모래, 양질의 흙 등을 연약지반 위에 덮어 지면을 조성하게 된다. 이러한 연약지반은 개량 초기 중기계 투입 시기부터 압축 거동이 시작되며 상부 성토하중의 정도에 따라 연약점토층 원지반은 압밀 침하가 발생하게 된다.
연약지반의 침하정도를 계측하는 것은 건조물 축조를 위한 시공전 자료검토와 시공중의 안전관리 및 거동예측, 시공후의 유지관리 목적으로하여 중요한 자료로 활용되며 큰 규모의 건설비가 투자되는 공사에 있어 정확한 계측으로 절감할 수 있는 예산이 적지않고 무엇보다 안전과 관련된 문제이기에 그 중요도는 더 높다.
대한민국 공개특허 1999-030353호 '자동계측 가능한 매립형 지반침하 계측장치'(특허문헌 1), 대한민국 등록특허 10-0670976호 '도르래를 이용한 지반 침하량 측정장치' (특허문헌 2)에는 연약지반을 보링작업하여 형성된 보링공벽에 주름관을 관입하고 주름관내로 지중의 견고한지반과 원지반에 연결된 와이어가 구성되어 와이어의 변위를 측정하는 계측장치가 게시되어 있으나, 보링공벽내로 주름관이 관입될 시 주름관의 말림현상으로 측정이 불가하게 되는 경우가 발생할 뿐만 아니라 침하 계측데이터가 원지반의 설정 지점에서 수직한 아래 방향으로의 침하량으로 국한된다는 단점이 있었다.
따라서, 본 출원인은 연약지반의 수직방향 침하, 측방향 이동까지 모두 감지할 수 있을 뿐만 아니라 종래에 비해 연약지반 변화를 계측하기 위한 구성을 간단하게 적용하여 연약지반 개량 초기부터 계측이 가능하며, 전체 계측 시스템 구축이 간단하고 지속적인 계측을 위한 작업자의 노동력 비용을 월등히 절감시킬 수 있는 자동 계측 시스템을 제안하는 바이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원지반층의 지반침하, 지반의 전후/좌우 방향 이동을 공사 초기부터 실시간으로 신속하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 원지반층의 이상 변화(침하, 측방향 이동)에 따른 위험도를 판단하여 작업자 또는 관리자에게 신속하게 전달하여 후속 처리를 가능하게 할 수 있는 자동 지반거동 계측시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 원지반층의 지반 변화를 실질적으로 감지하도록 원지반층 상부에 설치되는 구성을 간단하게 적용하여 전체 시스템 구축이 비교적 용이하고 지속적 계측을 위한 작업자의 노동력 비용을 월등히 절감할 수 있는 자동 지반거동 계측시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원지반층, 샌드매트층, 복토층이 순차적으로 적층되는 매립지에서 지반 상태 변화를 확인 및 계측 하기 위한 지반 계측 시스템으로서, 연약지반인 상기 원지반층 상에 서로 이격되게 배치되되 각각 개별식별번호가 부여되며 외부로 무선신호 발송이 가능한 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기; 상기 원지반층과 이격된 경질로 이루어진 경질지반층에 서로 이격되게 고정 설치되며 상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기로부터 송신된 신호를 수신 가능한 복수의 수신기; 상기 수신기에 수신된 지반침하 및 이동감지 송신기의 무선신호를 전달받아 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기 각각의 위치정보와 삼각측량법을 이용하여 원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 제어부; 및 상기 제어부와 신호 연결되어 상기 산출된 정보를 전달받아 디스플레이 가능한 위치정보 확인부를 포함하는 자동 지반거동 계측시스템이 제공된다.
상기 제어부는, 원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 산출부와, 상기 원지반층의 지중 침하 상태와 전후 및 좌우 방향 이동상태를 설정 기준과 비교하여 원지반층의 위험도를 판별하는 위험도 판별부를 포함하고, 상기 위치정보 확인부는 이동기기 단말 또는 웹이고, 상기 제어부는 상기 산출부의 산출 정보와 상기 위험도 판별부를 통해 판별된 위험도 판별 정보를 상기 위치정보 확인부로 송신할 수 있다.
상기 위험도 판별부는, 상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기가 설치된 초기상태에서 상기 수신기에 전송되는 초기 신호정보가 저장되는 기준 메모리; 상기 기준 메모리에 저장된 값과 상기 원지반층의 침하, 전후 및 좌우 이동에 따른 수신기로 전송되는 신호와의 차이를 판별하는 판별부; 상기 판별부의 판별 수치가 허용범위를 초과하는지 여부를 판단하여 원지반층의 위험상황을 판단하는 위험상태 판단부; 및 상기 위험상태 판단부의 판단결과에 따라 선택적으로 위험신호를 생성하는 위험신호 생성부를 포함할 수 있다.
상기 위험도 판별부는, 제1 측정시점의 상기 산출부의 산출값과 제2 측정시점의 상기 산출부의 산출값을 비교하여 단위 감지시간 차 대비 원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 시간대비 산출부; 단위 감지시간 차 대비 원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량의 설정 안전기준값이 저장되는 시간대비 메모리; 상기 시간대비 산출부와 상기 시간대비 메모리의 값을 비교하여 원지반층의 위험상황을 판단하는 시간대비 위험상태 판단부; 및 상기 시간대비 위험상태 판단부의 판단결과에 따라 선택적으로 위험신호를 생성하는 시간대비 위험신호 생성부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기는 각각, 구형 또는 원통형의 하우징; 상기 원지반층 내부로 삽입 가능하도록 상기 하우징 외면으로부터 돌출되는 복수의 다리; 상기 하우징 내부 공간에 설치되는 배터리; 상기 수신기와 통신 가능하도록 상기 하우징의 상부에 설치되는 안테나; 상기 원지반층과 맞닿는 하우징의 하부에 설치되는 간극 수압센서를 포함할 수 있다.
상기 하우징 내부에는 상기 배터리 주변을 감싸도록 마련되어 원지방층의 수분이 상기 배터리 측으로 유입되는 것을 차단 가능한 수분차폐판이 마련될 수 있다.
상기 하우징 내부에는 동심원 구조의 다중 격벽이 마련되거나 미로 구조의 격벽이 마련될 수 있다.
상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기의 비중은, 원지반층 상부에 샌드매트층, 복토층이 적층되기 전 상기 원지반층과 동일한 비중을 갖도록 마련될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 자동 지반거동 계측시스템에 의하면, 연약지반 상부에 설치되는 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기와 경질지반층에 고정 설치된 복수의 수신기 간의 데이터 통신과, 원지반층의 지중 침하 상태와 전후 및 좌우 방향 이동상태를 설정 기준과 비교하여 원지반층의 위험도를 판별하는 위험도 판별부를 통해 원지반층의 지반침하, 지반의 전후/좌우 방향 이동을 실시간으로 신속하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 원지반층의 이상 변화(침하, 측방향 이동)에 따른 위험도를 판단하여 작업자의 휴대용 스마트 단말 또는 관제소의 관리 웹으로 실시간 전달하여 신속한 후속 처리를 가능하게 할 수 있다.
또한, 원지반층의 상부에 설치되는 복수의 송신기에 의해 3차원 거동을 실시간으로 계측할 수 있으므로 초기 침하량을 포함해 보다 정확한 계측값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 계측 작업자의 노동력 비용을 월등히 절감할 수 있다.
또한, 송신기 자체의 비중이 원지반층을 구성하는 물질 비중과 동일하도록 적용하여 송신기 자체 하중에 의한 가라앉음 또는 부유를 방지할 수 있으므로 한층 정확한 원지반층의 침하, 측방향 이동을 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템이 개략적으로 설치된 상태를 나타내는 평면도,
도 2는 도 1의 측단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템의 제어 관계를 나타내는 블록도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 제어부의 다양한 구성을 나타내는 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기를 나타내는 단면도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기의 다양한 예를 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 원지반층 침하에 따른 송신기의 설치 위치를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 측단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템의 제어 관계를 나타내는 블록도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 제어부의 다양한 구성을 나타내는 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기를 나타내는 단면도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기의 다양한 예를 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 원지반층 침하에 따른 송신기의 설치 위치를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템에서 송신기의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템은 원지반층(원지반 점토층 또는 준설점토층) 상부에 샌드매트층, 복토층이 순차적으로 적층되는 매립지에서 연약지반인 원지반층의 지반 상태 변화를 확인 및 계측 하기 위한 지반 계측 시스템으로서, 구체적으로 원지반층의 지반침하, 지반의 전후/좌우 방향 이동을 실시간으로 신속하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 지반의 붕괴, 지반의 급격한 측방향 이동에 따른 고위험 상황 발생 또한 효율적으로 감지하여 신속한 후속 처리를 가능하도록 할 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동 지반거동 계측시스템은 원지반층(10), 샌드매트층(20), 복토층(30)이 순차적으로 적층되는 매립지에서 연약지반인 원지반층(10)의 지반 상태 변화를 확인 및 계측 하기 위한 지반 계측 시스템으로서, 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100), 수신기(200), 제어부(300) 및 위치정보 확인부(400)를 포함한다. 여기서, 원지반층은 원지반 점토층으로 적용될 수 있고 이외에도 준설점토층으로 적용 가능하다.
먼저, 지반침하 및 이동감지 송신기(100, 이하 '송신기'라 함)는 연약지반인 원지반층(10) 상에 서로 이격되게 복수로 배치되고 각각 개별적인 개별식별번호(식별코드, 예를 들면 A1, A2, A3, A4, ..., An)가 부여되며 각각 외부로 무선신호 송출이 가능하도록 이루어진다.
송신기(100)는 원지반층(10) 상측에 샌드매트층(20), 복토층(30)이 적층되기 전에 원지반층(10) 상부면에 설치되는데 설치후 그 자중에 의해 하강 이동하면 정확한 원지반층의 침하, 전후/좌우 이동을 감지할 수 없으므로, 본 발명은 이러한 하강을 방지할 수 있는 구조가 마련된다. 송신기(100)는 종래 원지반층 침하를 계측하기 위한 구성에 비해 월등히 간략화된 구조로 이루어지며 이에 따라 계측작업자의 노동력 비용을 크게 절감할 수 있게 된다. 이러한 송신기는 외력에 의해 파손/손상되지 않는 구조로 이루어지며 좀 더 자세한 설명은 후술한다.
다음, 수신기(200)는 원지반층(10)과 이격된 경질로 이루어진 경질지반층(40)에 서로 이격되게 복수로 고정 설치되며 복수의 송신기(100)로부터 송신된 신호를 수신 가능하도록 이루어진다. 본 발명의 실시예에서, 수신기(200)는 적어도 2개 이상 설치되며 관련 도면에서는 3개 설치된 상태가 도시되어 있고 이하 설명의 편의를 위해 3개를 기준으로 설명한다.
수신기(200)는 원지반층(10)의 침하, 전후/좌우 방향 이동에 따른 송신기(100)의 위치 변화를 정확하게 감지하도록 경질지반층(40)에 이동이 불가한 상태로 고정 설치되며, 안테나가 구비되어 복수의 송신기(100)와 무선 데이터 통신을 할 수 있도록 이루어지는데 각각 개별 식별번호가 구비된 복수의 송신기(100)로부터 송신된 무선 정보를 각각 개별적으로 수신한다.
다음, 제어부(300)는 수신기(200)에 수신된 송신기(100)의 무선신호를 전달받아 복수의 송신기(100) 각각의 위치정보와 삼각측량법을 이용하여 원지반층(10)의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(300)는 원지반층(10)의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 산출부(310)를 포함한다. 제어부(300)는 송신기(100)에서 출력되는 개별 식별코드가 수신기(200)로 전달되는 전달속도가 저장된 메모리(미도시)를 구비하고 복수의 송신기(100)에서 송출된 개별식별코드가 각 수신기(200)에 수신되기까지 소요된 시간을 측정하여 각 수신기(200)와 송신기(100) 사이의 거리를 계산하고, 이를 바탕으로 삼각 측량을 하여 각 수신기(200)가 이루는 삼각평면(미도시)과 송신기(100)의 상대위치를 산출하여 산출된 상대위치데이터를 메모리(미도시)에 저장함과 동시에 위치정보 확인부(400)로 송신한다. 여기서, 상기 상대위치는 각 수신기(200)가 이루는 삼각평면(미도시)과 송신기(100) 사이의 거리를 의미한다. 삼각측량을 통해 위치정보(침하, 전후/좌우 이동)를 산출하는 것에 대한 자세한 내용은 당업자에게 자명한 사항이므로 이하 생략한다.
본 발명에서, 제어부(300)의 산출부(310)는 각각의 수신기(200)에 수신된 복수 송신기(100)의 위치정보(즉, 개별식별코드 정보)와 삼각 측량법을 이용하여 원지반층(10)의 지중방향 침하량과 전후/좌우 방향 이동량을 산출하게 되며, 전술한 바와 같이 송신기(100)가 설치된 초기 기준 상태 대비 정보 수신소요시간 변동 확인을 통해 지중 침하, 전후/좌우 이동량을 복합적으로 산출할 수 있다.
본 발명에서, 제어부(300)는 원지반층(10)의 단순한 지중 침하값과 전후/좌우 방향 이동값을 산출하는 것에 그치지 않고 원지반층(10)의 침하, 이동에 따른 위험상황 발생 여부를 판별하고 이를 위치정보 확인부(400)를 통해 사용자로 전달할 수 있는 추가 구성이 마련된다.
구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 제어부(300)는 원지반층(10)의 지중 침하 상태와 전후 및 좌우 방향 이동상태를 설정 기준과 비교하여 원지반층의 위험도를 판별하는 위험도 판별부(330a,330b)를 포함한다.
즉, 제어부(300)는 위치정보 확인부(400)로 산출된 정보를 송신하기 위한 별도의 송신부(320)를 포함하고 있으며, 산출부(310)를 통해 산출된 지중침하, 전후/좌우 이동에 따른 원지반층의 위치정보(수치적 정보 포함)와 위험도 판별부(330a,330b)를 통해 판별된 위험도 판별 정보를 위치정보 확인부(400)로 송신하여 사용자가 실시간으로 원지반층(10)의 침하값, 전후/좌우 방향 이동값, 한계 이상의 심한 침하와 이동에 따른 원지반층의 붕괴 위험도 판별정보 등을 신속하게 확인 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 도 4에 도시한 바와 같이 위험도 판별부(330a)는 송신기(100)가 설치된 초기 위치에서 수신기(200)에 수신된 기준 정보와 송신기(100)의 위치가 변화된 상태에서 수신기(200)에 수신된 정보를 상호 비교하여 원지반층의 위험상태를 판별하는 제1의 방법을 적용할 수 있다.
또한, 제1의 방법과 달리, 도 5에 도시한 바와 같이 위험도 판별부(330b)는 수신기(200)에 수신된 송신기(100)의 위치정보 데이터를 시간차를 두고 복수회 입력받은 후 시간차 대비 위치정보 변화정도를 기준값과 비교하여 원지반층의 위험상태를 판별하는 제2 방법을 적용할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서 위험도 판별부(330a,330b)는 2가지의 적용 예로 실시 가능하며, 이하 구분하여 각각의 경우를 설명한다.
먼저, 전자인 제1의 방법을 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같이 위험도 판별부(330a)는 기준 메모리(331), 판별부(332), 위험상태 판단부(333), 위험신호 생성부(334)를 포함한다.
기준 메모리(331)는 복수의 송신기(100)가 설치된 초기상태에서 수신기(200)에 전송되는 초기 신호정보가 저장된다. 구체적으로 기준 메모리(331)에는 초기 설치 상태에서 정상적인 전파 수신 소요시간과 수신된 소요시간을 통해 산출된 송신기(100)와 수신기(200) 사이의 이격거리 정보 등이 저장된다.
판별부(332)는 기준 메모리(331)에 저장된 값과 원지반층(10)의 침하, 전후 및 좌우 이동에 따른 수신기(200)로 전송되는 신호와의 차이, 구체적으로 수신 소요시간 차이를 판별한다.
위험상태 판단부(333)는 판별부(332)의 판별 수치가 허용범위를 초과하는지 여부를 판단하여 원지반층(10)의 파괴에 대한 위험상황을 판단한다.
구체적으로, 위험상태 판단부(333)는 상기 수신 소요시간 차이(ΔT)가 설정된 허용범위를 초과한 경우, 원지반층이 안전 허용범위 이상으로 지중 침하하거나 전후/좌우 방향으로 이동한 것으로 판단한다.
위험신호 생성부(334)는 위험상태 판단부(333)의 판단결과에 따라 선택적으로 위험신호를 생성하며, 제어부(300)는 위험신호 발생부(334)에서 생성된 위험신호를 위치정보 확인부(400)로 송신하여 사용자에게 원지반층의 심각한 지중 침하, 전후/좌우 방향 이동 상황 정보를 전달하게 된다. 위치정보 확인부(400)는 사용자가 휴대하면서 사용 가능한 이동기기 단말 또는 관제센터의 웹 등으로 적용 가능하고 제어부(300)는 위험신호 생성부(334)의 위험신호를 푸시 메시지, 문자 메시지, 앱 상 알람 등의 방법을 통해 전달 가능하다.
다음, 후자인 제2의 방법을 설명하면, 도 5에 도시한 바와 같이 위험도 판별부(330b)는 수신기(200)에 수신된 송신기(100)의 위치정보 데이터를 시간차를 두고 복수회 입력받은 후 시간차 대비 위치정보 변화정도를 기준값과 비교하여 원지반층의 위험상태를 판별하는 것으로서, 시간대비 산출부(351), 시간대비 메모리(352), 시간대비 위험상태 판단부(353), 시간대비 위험신호 생성부(354)를 포함한다.
시간대비 산출부(351)는 제1 측정시점의 산출부(310)의 산출값(원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량 수치)과 제1 측정시점에서 일정 이상의 시간이 경과된 제2 측정시점의 산출부(310)의 산출값을 비교한다. 시간대비 산출부(351)는 일정 이상의 시간차를 갖는 두 시점 상에서 산출된 산출부(310) 값을 비교하여 단위 감지시간 차이 대비 원지반층의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량(원지반층의 지중 방향 침하량/단위 감지시간 차), (원지반층의 전후 및 좌우 방향 이동량/단위 감지시간 차)을 산출한다.
시간대비 메모리(352)는 시공업체에서 원지반층의 침하, 측방향 이동량의 안전 기준으로 선택한 정보가 저장되며, 구체적으로 일정 시간차를 두고 원지반층의 침하, 측방향 이동이 발생하는 경우 원지반층의 안전 판단을 위한 시간 대비 침하량, 측방향 이동량의 설정 허용 안전기준값(범위)이 저장된다.
시간대비 위험상태 판단부(353)는 시간대비 산출부(351)와 시간대비 메모리(352)의 값을 상호 비교하여 원지반층(10)의 위험상황을 판단하며, 구체적으로 시간대비 산출부(351)의 산출값이 설정 허용 안전기준값을 초과한 경우 현재 원지반층(10)이 급격한 속도로 침하하거나 측방향으로 이동하고 있는 중이라고 판단한다.
시간대비 위험신호 생성부(354)는 시간대비 위험상태 판단부(353)의 판단결과에 따라 선택적으로 위험신호를 생성하며, 제어부(300)는 시간대비 위험신호 생성부(354)에서 생성된 위험신호를 위치정보 확인부(400)로 송신하여 사용자에게 원지반층이 급격한 속도로 지중 침하, 전후/좌우 방향 이동중인 상황 정보를 전달하게 된다.
본 발명에서, 상기 제1 방법을 통해 작업자는 원지반층(10)이 허용 한도 이상으로 심하게 침하, 측방향 이동했는지의 여부를 원거리에서도 쉽게 확인할 수 있고, 상기 제2 방법을 통해 작업자는 원지반층(10)이 현재 급속도로 침하, 측방향 이동 중인지의 여부를 쉽게 확인할 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 위치정보 확인부(400)는 제어부(300)와 신호 연결되어 산출된 정보를 전달받아 작업자가 용이하게 확인하도록 디스플레이 가능한 것으로서, 사용자가 휴대하면서 사용 가능한 이동기기 단말 또는 관제센터의 웹 등으로 적용 가능하고 제어부(300)는 위험신호 생성부(334)의 위험신호를 푸시 메시지, 문자 메시지, 앱 상 알람 등의 방법을 통해 전달 가능하다. 위치정보 확인부(400)는 연약지반 거동을 실시간으로 디스플레이하게 된다.
이하, 송신기(100)에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 1, 도 2, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 송신기(100)는 연약지반인 원지반층(10) 상에 서로 이격되게 복수로 배치되며 외부로 무선신호 송출이 가능하도록 이루어지는 것으로서, 하우징(110), 다리(120), 배터리(130), 안테나(140) 및 간극 수압센서(150)를 포함한다.
하우징(110)은 외관을 형성하는 것으로서 샌드매트층(20), 복토층(30)의 상당한 하중으로부터 가해지는 압력에 의해 하우징(110)이 손상 및 파손되는 것을 방지하도록, 구체적으로 상당한 압력이 예를 들면 모서리 부분에 집중되어 파손 등이 발생하는 것을 방지하도록 일정 각도 이하의 모서리 발생이 최소화된 구형 또는 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
다리(120)는 원지반층 내부로 삽입 가능하도록 하우징(110) 외면으로부터 복수개 돌출되며, 작업자는 원지반층 상부에 복수개의 송신기(100)를 설치하는 과정에서 다리(120)를 원지반층 내부로 삽입함으로써 바람이나 기타 외력에 의해 하우징(110)이 쉽게 이동하는 것을 방지할 수 있다.
배터리(130)는 하우징(110) 내부 공간에 설치되어 안테나(140), 간극 수압센서(150)의 동작 전원을 제공하는 것으로서, 적어도 수년 이상의 충분한 수명을 갖도록 이루어지는 것이 바람직하다.
안테나(140)는 안테나 칩(141)과 안테나 칩(141)을 감싸는 안테나 케이스(142)를 포함하고 수신기(200)와 통신 가능하도록 하우징(110)의 상부에 설치되며 배터리(130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받는다. 전술한 바와 같이, 샌드매트층(20), 복토층(30)의 상당한 중량에 의한 압력이 작용하여 안테나(140) 부위가 파손/손상되는 것을 최대한 방지하도록 안테나(140)는 하우징(110) 외면으로부터 돌출되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 하우징(110) 상면에 안테나 삽입홈(111)이 마련되어 안테나(140)가 삽입 가능하도록 하고, 안테나(140)가 삽입 완료된 상태에서 안테나 케이스(142) 외면과 하우징(110) 외면은 서로 간에 단턱이나 돌출된 연결부분 없이 매끄럽게 연결되는 것이 바람직하다.
이에 따라 전술한 바와 같이 샌드매트층(20), 복토층(30)의 상당한 하중이 안테나(140), 하우징(110)에 작용하더라도 안테나(140)와 하우징(110)의 연결 부분으로의 하중 집중을 최소화하거나 집중되는 상황이 발생하지 않도록 함으로써 결국 송신기(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
간극 수압센서(150)는 복수의 송신기 중 주요지점에 설치되는 송신기에 한해 선택적으로 적용될 수 있으며, 토양이나 암석의 공극을 채우고 있는 간극수에 작용하는 압력을 측정하기 위한 센서로서, 간극 수압센서(150)의 수분 감지값은 안테나(140)를 통해 수신기(200) 측으로 전달가능하고, 결국 작업자의 스마트 단말 또는 관제소의 모니터링 웹으로 전달되어 실시간 확인이 가능하다. 간극 수압센서(150)는 원지반층(10)과 맞닿는 하우징(110)의 하부에 설치되며 구체적으로는 하우징(110) 하부의 센서 삽입홈(112) 내측에 삽입된다.
여기서, 센서 삽입홈(112)은 하우징(110) 내부 공간과 연통되지 않고 서로 분리되는 것이 바람직하며, 이에 따라 간극수가 하우징(110) 내부로 유입되어 심하게는 배터리(130)까지 전달되어 배터리 방전이 발생하거나 배터리 수명을 급격히 하락시키는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 원지반층(10)은 상당한 공극수를 포함하고 있는 지반으로서 원지반층의 공극수가 하우징(110) 내부로, 구체적으로 배터리(130) 측으로 유입되면 전술한 바와 같은 문제가 발생하여 송신기(100)의 수명이 급감하는 현상이 발생한다.
본 발명은 원지반층(10)의 공극수가 결국 배터리(130) 측으로 유입되는 것을 차단하여 내구성 하락을 방지하기 위한 추가적인 구조를 포함하고 있다.
구체적으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 일 예로 하우징(110) 내부에는 배터리(130) 주변을 감싸도록 마련되어 원지반층(10)의 수분이 배터리(130)측으로 유입되는 것을 차단 가능한 수분차폐판(113)이 마련된다.
수분차폐판(113)은 배터리(130) 둘레를 사방으로 감싸는 형태로 이루어지며 수분 흡수를 허용하지 않는 재질로 이루어지거나 그 표면이 수분흡수 제한물질로 코팅되는 것이 바람직하다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 다른 예로 하우징(110) 내부에는 동심원 구조의 다중 격벽(114)이 마련되고, 도 9에 도시한 바와 같이 또 다른 예로 하우징(110) 내부에는 미로 구조의 격벽(115)이 마련된다.
이러한 다중 격벽(114) 및 격벽(115)은 원지반층(10)의 공극수가 혹시라도 하우징(110) 내부로 유입되더라도 배터리(130)까지 이동하는 경로를 이중, 삼중 이상의 다중으로 차단함으로써 배터리 불량 발생 및 수명 하락에 따른 송신기(100)의 내구성 하락을 방지하게 된다.
본 발명에서, 송신기(100)는 원지반층(10)의 상부에 위치하여 수신기(200)와 무선통신함으로써 원지반층(10)의 침하, 측방향 이동을 확인하도록 하는 주요 구성인데 원지반층(10) 상부에 설치한 초기 상태에서 그 자체 하중에 의해 원지반층(10) 내측(하측 방향)으로 점차 삽입되는 현상이 발생하게 되면 원지반층의 정확한 위치변화를 계측할 수 없는 문제가 발생한다.
이러한 문제의 발생을 방지하고 더욱 정확한 위치변화를 계측하도록, 송신기(100)의 비중은 원지반층(10) 상부에 샌드매트층(20), 복토층(30)이 적층되기 전 원지반층(10)과 동일한 비중을 갖도록 마련된다. 구체적으로, 도 10에 도시한 바와 같이 송신기(100)는 원지반층의 침하가 발생하더라도 항상 초기 설치 위치와 동일하게 원지반층의 상부에 위치한 상태를 유지하도록, 즉 가라앉거나 뜨지 않도록 점토층인 원지반층(10)의 비중 또는 단위중량과 동일하게 이루어지고 이에 따라 원지반층의 정확한 위치변화를 계측할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서, 도 11에 도시한 바와 같이 하우징(110) 내부 공간에는 스티로폼 등 재질로 이루어지는 부유체(116)가 추가적으로 마련될 수 있다. 이러한 부유체(116)는 하우징(110)에 부유성능을 제공하는 것으로서, 송신기(100) 상부에 샌드매트층(20), 복토층(30)이 적층되더라도 송신기(100)가 항상 원지반층(10)과 샌드매트층(20) 사이의 원지반층(10) 상부면에 위치한 상태를 유지하도록 하는데 바람직한 영향으로 작용하게 된다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 원지반층 20: 샌드매트층
30: 복토층 40: 경질지반층
100: 송신기 113: 수분차폐판
114: 다중 격벽 115: 격벽
116: 부유체 120: 다리
130: 배터리 140: 안테나
150: 간극 수압센서 200: 수신기
300: 제어부 310: 산출부
320: 송신부 330a,330b: 위험도 판별부
331: 기준 메모리 332: 판별부
333: 위험상태 판단부 334: 위험신호 생성부
351: 시간대비 산출부 352: 시간대비 메모리
353: 시간대비 위험상태 판단부
354: 시간대비 위험신호 생성부
400: 위치정보 확인부
30: 복토층 40: 경질지반층
100: 송신기 113: 수분차폐판
114: 다중 격벽 115: 격벽
116: 부유체 120: 다리
130: 배터리 140: 안테나
150: 간극 수압센서 200: 수신기
300: 제어부 310: 산출부
320: 송신부 330a,330b: 위험도 판별부
331: 기준 메모리 332: 판별부
333: 위험상태 판단부 334: 위험신호 생성부
351: 시간대비 산출부 352: 시간대비 메모리
353: 시간대비 위험상태 판단부
354: 시간대비 위험신호 생성부
400: 위치정보 확인부
Claims (8)
- 원지반층(10), 샌드매트층(20), 복토층(30)이 순차적으로 적층되는 매립지에서 지반 상태 변화를 확인 및 계측 하기 위한 지반 계측 시스템으로서,
연약지반인 상기 원지반층(10)과 샌드매트층(20) 사이의 지중에 전체가 매립되게 설치되되 각각 개별식별번호가 부여되며 외부로 무선신호 발송이 가능한 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100);
상기 원지반층(10)과 측방향으로 이격되어 상기 원지반층의 둘레 영역에 배치된 경질로 이루어진 경질지반층(40)에 서로 이격되게 고정 설치되며 상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100)로부터 송신된 신호를 개별적으로 수신 가능한 복수의 수신기(200);
상기 수신기에 수신된 지반침하 및 이동감지 송신기(100)의 무선신호를 전달받아 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100) 각각의 위치정보와 삼각측량법을 이용하여 원지반층(10)의 지중 방향 침하량을 산출하고, 원지반층(10)의 특정 영역이 복수의 수신기(200)를 기준으로 어느 방향으로 점차 이격되는지 또는 접근하는지의 이동 방향성과 점차 이격되는 정도 또는 접근하는 정도의 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 제어부(300); 및
상기 제어부(300)와 신호 연결되어 상기 산출된 정보를 전달받아 디스플레이 가능한 위치정보 확인부(400)를 포함하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제어부(300)는, 원지반층(10)의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 산출부(310)와, 상기 원지반층(10)의 지중 침하 상태와 전후 및 좌우 방향 이동상태를 설정 기준과 비교하여 원지반층의 위험도를 판별하는 위험도 판별부(330a,330b)를 포함하고,
상기 위치정보 확인부(400)는 이동기기 단말 또는 웹이고, 상기 제어부(300)는 상기 산출부(310)의 산출 정보와 상기 위험도 판별부(330a,330b)를 통해 판별된 위험도 판별 정보를 상기 위치정보 확인부(400)로 송신하는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제2항에 있어서,
상기 위험도 판별부(330a)는,
상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100)가 설치된 초기상태에서 상기 수신기에 전송되는 초기 신호정보가 저장되는 기준 메모리(331);
상기 기준 메모리(331)에 저장된 값과 상기 원지반층(10)의 침하, 전후 및 좌우 이동에 따른 수신기로 전송되는 신호와의 차이를 판별하는 판별부(332);
상기 판별부(332)의 판별 수치가 허용범위를 초과하는지 여부를 판단하여 원지반층(10)의 위험상황을 판단하는 위험상태 판단부(333); 및
상기 위험상태 판단부(333)의 판단결과에 따라 선택적으로 위험신호를 생성하는 위험신호 생성부(334)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제2항에 있어서,
상기 위험도 판별부(330b)는,
제1 측정시점의 상기 산출부(310)의 산출값과 제2 측정시점의 상기 산출부(310)의 산출값을 비교하여 단위 감지시간 차 대비 원지반층(10)의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량을 산출하는 시간대비 산출부(351);
단위 감지시간 차 대비 원지반층(10)의 지중 방향 침하량과 전후 및 좌우 방향 이동량의 설정 안전기준값이 저장되는 시간대비 메모리(352);
상기 시간대비 산출부(351)와 상기 시간대비 메모리(352)의 값을 비교하여 원지반층(10)의 위험상황을 판단하는 시간대비 위험상태 판단부(353); 및
상기 시간대비 위험상태 판단부(353)의 판단결과에 따라 선택적으로 위험신호를 생성하는 시간대비 위험신호 생성부(354)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100)는 각각,
구형 또는 원통형의 하우징(110);
상기 원지반층(10) 내부로 삽입 가능하도록 상기 하우징 외면으로부터 돌출되는 복수의 다리(120);
상기 하우징(110) 내부 공간에 설치되는 배터리(130);
상기 수신기(200)와 통신 가능하도록 상기 하우징(110)의 상부에 설치되는 안테나(140);
상기 원지반층(10)과 맞닿는 하우징의 하부에 설치되는 간극 수압센서(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제5항에 있어서,
상기 하우징(110) 내부에는 상기 배터리(130) 주변을 감싸도록 마련되어 원지방층의 수분이 상기 배터리(130) 측으로 유입되는 것을 차단 가능한 수분차폐판(113)이 마련되는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제5항에 있어서,
상기 하우징(110) 내부에는 동심원 구조의 다중 격벽(114)이 마련되거나 미로 구조의 격벽(115)이 마련되는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 지반침하 및 이동감지 송신기(100)의 비중은, 원지반층(10) 상부에 샌드매트층(20), 복토층(30)이 적층되기 전 상기 원지반층(10)과 동일한 비중을 갖도록 마련되는 것을 특징으로 하는 자동 지반거동 계측시스템.
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| KR1020180172794A KR102097778B1 (ko) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 자동 지반거동 계측시스템 |
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ID=70275705
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR19990030353A (ko) | 1998-11-18 | 1999-04-26 | 장찬수 | 자동계측 가능한 매립형 지반침하 계측장치 |
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-
2018
- 2018-12-28 KR KR1020180172794A patent/KR102097778B1/ko active IP Right Grant
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