KR102124546B1 - 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 시스템은, 낙석 방지 울타리에 설치되고, 장치ID가 할당되며, 카메라와 충격 감지 센서가 구비된 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치; 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치로부터 수신된 상기 비탈면 경보장치의 장치ID, 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량을 저장하며, 카메라 영상 데이터를 스트리밍 서버에 저장하고, 상기 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량이 기 설정치를 초과하면 사용자 단말로 경보하며, 인공지능 프로그램을 사용하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 붕괴 징후를 감지하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템; 및 상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템과 유무선 통신망을 통해 연결되고, 상기 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석/토석의 충격량을 표시하고 상기 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 사용자 단말을 포함한다.
Description
본 발명은 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설로써 낙석방지 울타리에 장착되는 충격 감지 센서(3축 가속도 센서)가 구비된 비탈면 경보장치(IoT 디바이스)로부터 장치ID, 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석 충격량)를 통신망(LoRa, NB-IoT, RF, Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신망)을 통해 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(클라우드 시스템)으로 전송하며, 클라우드 시스템의 데이터베이스에 저장하며 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량)를 표시하고 기 설정치를 초과하면 스마트폰과 컴퓨터로 경보하며, 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 빅 데이터를 분석하여 낙석의 크기와 빈도와 통계 정보에 기초하여 비탈면 붕괴를 예측하여 붕괴 징후에 경보를 출력하는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법에 관한 것이다.
한국도로공사에서 관리하는 비탈면 수는 신규 노선 건설 및 도로 개량 사업에 의해 매년 꾸준히 증가하고 있다. 특히 2016년 비탈면 관련법 개정에 의해 법정 관리 비탈면 수가 크게 증가(2015년 대비 10배)하는 등 비탈면 관리 여건은 점점 어려워지고 있다.
이에 한국도로공사는 2013년 이후 비탈면 관리를 위해 비탈면 경보시스템을 도입하여 운행 중에 있으나, 설치 비용, 운영 및 유지 관리의 한계성에 의해 그 적용 범위가 매우 제한적으로 사용되고 있다.
따라서, 최근 급속한 속도로 발전하고 있는 정보통신(IT) 분야의 최신기술을 조사, 활용하여 비탈면 경보시스템의 성능 및 효율을 개선해야 한다.
1. 국외 비탈면 경보시스템 설치 현황 및 기준
1.1 미국
1.1.2 미국의 비탈면 경보시스템 현황
미연방 도로국(fedral Highway Administration, FHA)은 해마다 발생하는 도로 비탈면의 낙석 또는 암반 활동에 의한 피해를 줄이기 위해 위험이 예상되는 비탈면에 낙석 또는 암반의 평면활동에 의한 파괴를 사전에 감지할 수 있는 계측 시스템을 설치해 사용할 것을 권장하고 있다.
도 1은 미 연방도로국의 비탈면 계측 시스템을 나타낸 그림이다.
미 연방도로국이 제안한 비탈면 계측 시스템은 비교적 사용하기 쉽고 비용이 적게 소요되는 지표변위센서들로 구성되어 있으나, 위험이 예상되는 비탈면 또는 비탈면 정상후방에 발달한 인장균열의 이완을 계측하기 위한 신축계, 절개면 표면에 있는 암괴의 기울어짐을 감시하는 지표경사계, 그리고 비교적 큰 암괴가 불안정할 경우에암괴의 이동을 감시하는 전자거리측정장치를 포함하는 것을 제안하고 있다.
미 연방도로국은 절토비탈면이 원격지역에 존재하는 경우, 계측자료의 전송이 가능하고 관리기준 값을 초과할 경우 경보를 발령할 수 있는 자동계측시스템을 설치할 것을 권장하고 있다. 자동계측시스템에서 경보의 발령은 신축계 또는 전자거리측정장치를 통해 측정된 변위 속도에 근거하여 결정하는 것으로 제안하였다. 이외에도 미 연방도로국은 철도연변·비탈면의 낙석 위험을 경보하기 위해 낙석 위험 비탈면에 설치해온 낙석감지 펜스를 교통량이 비교적 적은 산악지대의 도로에도 낙석감지를 위해 적용하는 것을 제안하였다.
또한, 미국의 경보시스템을 이용한 산사태 관리는 미국 지질 조사소(United States Geological Survey, USGS)가 주관으로 미국의 일부 대학과 공동으로 연계하여 비탈면에 다양한 계측기기를 설치하고, 산사태 모니터링을 통해 지속적인 산사태 관리를 하고 있다.
도 2는 USGS 비탈면 계측 시스템을 나타낸 사진이다.
비탈면 현장에 설치되는 계측기기들은 주로 지표변위와 인장균열의 거동을 관측하기 위한 것들로서, 보통 자동신축계와 자동 측량기가 설치되어 활용되고 있다. 현장에서 자동으로 측정된 계측자료는 데이터 로거에 수집되고 분석을 위해 일정시간 간격으로 중앙의 컴퓨터로 전송된다. 이 때, 현장에서 측정된 변위량이 사전에 설정된 기준치를 초과할 때에는 경보도 함께 전송된다. 현장에 보통 전력공급용 배터리의 재충전을 위한 태양열 전자판이 설치되어 있다. 자료전송 수단으로는 무선통신, 전화선 또는 다른 종류의 유선망이 사용된다.
도로 비탈면 경보시스템을 구성하는 계측기기는 각 비탈면의 거동특성에 따라 다르며, 비탈면에 대책공법을 적용한 경우 비탈면 및 대책공법의 특성을 분석하여 선택된다. 일반적으로, 비탈면 붕괴와 강우량이 밀접한 상관관계를 보이는 비탈면의 경우, 강우량 측정을 위한 우량계와 지하수위변화 관측을 위한 진동현식 간극수압계가 경보시스템에 포함되며, 이외에 지중경사계 또는 지표면 신축계가 포함되기도 한다. 비탈면이 붕괴되어 앵커공법과 배수공법으로 보강된 도로 비탈면의 경우에는 하중계와 진동현식 간극수압계가 경보시스템에 포함된다. 도로 비탈면 경보시스템 역시 자료 수집시스템과 무선전송장치를 이용한 전송시스템으로 구성되며, 원활한 전원 공급을 위해 배터리의 재충전을 위해 태양열을 이용하기도 한다.
1.1.2 미국의 비탈면 경보시스템 설치 기준
○ 미 농림부(USDA,1994)의 국유림 비탈면 안정 참고 기준에 제시된 비탈면 모니터링 시스템의 설치 기준은 우선 산사태의 활동면과 깊이를 추정하여 산사태 원인에 대한 가설을 세우고, 가설과 복구 가능성의 지식을 바탕으로 특정 사이트에 대한 모니터링 계획을 수립해야 한다고 제안하였다.
○ 또한, 산사태의 크기가 크고 복잡한 경우, 산사태 활동의 추측이 어려운 경우, 경사계, 스탠드 파이프, 피에조 미터 등과 같은 계측기기 또는 유사한 장치로 모니터링하면 적절한 데이터를 수집할 수 있다고 제안하였다.
○ 미 연방도로국이 제시하고 있는 도로 비탈면 모니터링 시스템의 설치 기준은 비탈면 붕괴의 조짐이 관찰되지만 붕괴가 발생하지 않은 경우, 비탈면의 붕괴의 여부를 확인하기 위해 일정기간 동안 비탈면을 관찰하는 것을 제안하였으며, 이를 위해 비탈면의 붕괴 조짐이 나타난 부분에 대하여 모니터링을 수행하는 것을 제안하였다.
○ 미 연방도로국에서 도로 비탈면의 붕괴를 감시하기 위해 제안하는 방법으로 붕괴 조짐인 인장균열 및 변위 등을 거리측정기를 이용한 간단하고 저렴하게 수행할 수 있는 방법과 정량적인 계측을 위해 계측기기를 이용하는 2가지 방법이 제시되었다.
○ 또한, 모니터링의 목적으로 ① 활동이 일어나고 있고 지속되고 있는지를 확인, ② 이동 속도를 정하거나 이동 속도의 변경으로 인한 미끄러짐의 예측, ③ 잠재적인 붕괴 원인을 확립하거나 활동에 대한 사전 경보, ④ 붕괴 깊이 및 붕괴 속도와 같은 동적 특성에 관한 세부 정보 관측으로 정의하였으며, 이를 기반으로 비탈면 모니터링 계획을 수립하는 것을 제안하였다.
○ 정량적인 계측을 위한 계측기기는 지중경사계 및 파이프변형계, TDR, 지표측량, 피에조메터 등을 제시하였으며, 계측기기의 설치는 지반 공학 전문가와 협의하여 선정되어야 하며, 지반 공학 장비 설치에 경험이 있는 인원이 설치해야 한다.
1.2 유럽
1.2.1 유럽의 비탈면 경보시스템
도 3a를 참조하면, 스위스에서는 TDR(Time Domain Reflectometer), TPS(Terrestrial Positioning System) 및 GNSS(low cost Global Navigation Satellite System)를 중심으로 다양한 계측기기와 결합하여 Web GIS 환경에서, 알프스지역의 비탈면 모든 계측 데이터를 실시간으로 접속되는 조기경보 시스템(integrative 3D early waring system for instable alpine slopes)을 구축하고 있다. TDS는 안정되어 고정된 지점에서 관심 지점의 상대적인 변위를 계측하는 기술 넓은 지역에 대한 정밀도 높은 자료를 적은 비용으로 취득할 수 있는 장점이 있지만 지형에 피복상태에 따라 제약사항이 따르는 것으로 나타났다.
도 3b 이탈리아의 비탈면 경보시스템은, 인공위성을 적극 활용해 지표의 변화를 관측하는 공중관측 시스템을 이용해 비탈면 경보시스템, 및 하나의 기기 장치에 다양한 계측기기 장착한 DMS(Differenrial Multiparameteric system)를 이용해 산사태 모니터링 시스템을 보인 사진이다.
이탈리아는 인공위성을 적극 활용해 지표의 변화를 관측하는 공중관측 시스템 기술이 발달하고 있으며 이를 이용해 비탈면 경보시스템에 활용하고 있다.
최근, 하나의 기기 장치에 다양한 계측기기 장착한 DMS(Differenrial Multiparameteric system)를 이용해 산사태 모니터링 시스템을 개발하여 적용하고있다.
도 3c는 프랑스의 비탈면 경보시스템은, 광학카메라를 이용하여 산사태 모니터링을 수행하여 비탈면의 활동과 변위를 확인하는 광학카메라를 이용한 산사태 모니터링 시스템, UAV(Unmanned Aerial Vehicle)에 광학카메라를 장착하여 산사태 모니터링에 관한 연구를 보인 사진이다.
프랑스는 광학카메라를 이용한 저비용의 모니터링 기술을 알프스 지역의 비탈면 활동과 변위를 모니터링을 수행하였으며, 몇 년 동안 촬영한 이미지를 보정·분석하여 지표면의 변위를 산출하였으며, 기상, 명암, 장비의 미세한 흔들림 등에 따른 영향을 고려해야 하는 단점이 있다. 또한, 최근 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)에 광학카메라를 장착하여 동일한 방법의 모니터링에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
DMS는 변위에 따라 하나이상의 측정값을 동시에 계측할 수 있는 장비로 여러 개의 피에조미터로 압력을 측정하고 가속도, 온도, 변형을 동시에 계측할 수 있는 멀티 측정기기이다. DMS는 다양한 기능이 있는 센서를 하나의 통합된 시스템으로 구축하여 모니터링할 수 있는 장점이 있으며, DMS 시스템은 관절이 있는 원형강관모듈을 DMS의 회전 가능한 틀에 연결하여 경사지에도 설치가 가능한 장점이 있다.
1.2.1 유럽의 비탈면 경보시스템 설치 기준
○ 유로코드에서 제시하고 있는 모니터링 시스템의 설치는 지반 변형 및 하중, 접지압 등의 측정과 구조물의 성능평가 등을 포함하여 계획되어야 한다고 제안하였을뿐 구체적인 설치 기준은 제시되지 않았다.
○ 유럽의 SafeLand의 공동연구 결과 자료에 의하면 비탈면 모니터링 시스템은 지도 및 지형, 지형 데이터, 지반 공학 자료, 비탈면 활동 기록 및 비탈면 활동 가능범위를 포함하여 최대한 많은 정보를 수집하고, 안정성 분석과 위해도 평가를 수행한 결과를 기초하여 모니터링 시스템에 사용될 계측기기와 유형을 고려하여 설치 위치와 밀도를 결정한다고 제안하였다.
1.3 대만
1.3.1 대만의 비탈면 경보시스템
도 4는 대만은 산사태 재해 저감을 위해 전국을 대상으로 산사태 DB를 구축하고 국가재해저감과학기술센터(NCDR, National Science and Technology Center)와 수토보호구(SWCB, Soil and Water Conservation Bureau)를 중심으로 비탈면 관리를 수행하고 있으며, 산사태 위험지역 중 13개 고위험 지역에 구축된 토석류 산사태 모니터링 시스템을 보인 사진이다. 토석류 산사태 모니터링 시스템은 비탈면 관리를 위해 관찰을 실시하고 있으며, 경보의 정확도를 위해 고정식과 이동식 모니터링 시스템을 운영하고 있다.
대만은 태풍이 많이 상륙하는 지리적 여건에 의해 토석류 산사태에 대한 모니터링 활동이 체계적으로 수행되고 있으며, 집중호우 발생 시 매 10분 단위로 강우량 모니터링을 수행하고 기상 위성을 통해 위험을 감시하며 긴급 상황 시 신속하게 정보를 전파하고 있다.
비탈면에서 계측되는 영상자료 및 계측 데이터는 유무선 통신망을 통해 이동식/고정식 관측소로 전송되고, 다시 인공위성을 통해 GIS 연구센터 및 중앙재해운영센터(CEOC, Central Emergency Operation Center)로 전송된다. 위성통신이 원활하지 않았을 때를 대비하여 보조적인 수단으로 ADSL(Aysmmetric Digital Subscriber Line), GSM(Global System for Mobile Communication), GPRS(General Packet Radio Service)를 적용하고 있으며 실시간 산사태 모니터링 정보를 매우 안정적으로 확인할 수 있다. 분석된 위험 정보는 모바일 기기 또는 인터넷을 통해 국민들에게 전파하게 하고 있다.
경보시스템에 사용되는 계측기기는 기상 관측 장비, 강우량계, 초음파 수위계, 간극 수압계, 지오폰, 초음파 수위계, 와이어 센서, 적외선 카메라 등이 있으며 2대의컴퓨터와 전원공급장치 및 안정적인 전원 공급을 위한 UPS와 제너레이터를 구비하고 있다. 또한, 비상시 차선의 방법으로 위성을 적극적으로 사용하고 있다.
1.3.2 대만의 비탈면 경보시스템 설치 기준
NCDR과 SWCB을 중심으로 관리하는 대만의 비탈면 경보시스템은 대부분 토석류 감시를 위한 것으로, 대만 전역에 대한 각종 지질재해 연구를 기반으로 전국을 485개의 토석류 하천 권역으로 구분하고, 이들에 대한 DB 구축 및 산사태 발생 가능성 평가를 통해 붕괴 가능성이 있는 비탈면에 대하여 GIS를 기반으로 비탈면 경보시스템을 구축하였으나, GIS 기반인 비탈면 경보시스템 설치 기준 및 GIS 기반에 포함되는 다양한 계측기기의 설치에 대한 기준은 정확하게 제시되지 않았다.
그러나, GIS 기반 경보시스템에 포함되는 보조적인 계측기기(와이어 센서 및 강우량계, 지오폰, 초음파 수위계 등)는 토석류 발생이 예상되는 구역을 중심으로 설치하고 있는 것으로 조사되었다.
1.4 일본
1.4.1 일본의 비탈면 경보시스템
일본은 1996년과 1997년에 훗카이도의 서해안을 따라 발생된 일련의 낙반재해를 사전에 감시하기 위해 일본의 건설성 토목연구소가 암반 비탈면의 낙반재해를 사전에 감지하기 위한 감시시스템을 개발하였다. 이 감시시스템은 1998년 이래 13개소의 암반 비탈면에 계측을 수행하거나 진행 중에 있다
도 5는 일본의 비탈면 경보시스템은 비탈면 모니터링, GPS 자동 계측, 광섬유센서 모니터링 사진이다.
암반 비탈면의 붕괴를 감시하기 위한 경보시스템은 공통적으로 지표면 신축계 및 지표경사계, 지표균열변위계, 지중균열변위계 지중경사계, AE, 온도계, 우량계가 포함된다. 이외에 비탈면 붕괴형태 및 현장조건을 고려하여 간극수압계, 낙석감지 센서, 풍향측정기, 풍속계, 지진계 등이 추가로 설치하여 운영되고 있다. 또한, 일부 현장에서는 전자 거리측정장치와 디지털 카메라를 이용해 특정 타깃을 감시하는 시도가 수행되고 있다.
일본의 비탈면 붕괴 경보시스템은 크게 붕괴발생을 예측하기 위한 기기와 붕괴발생을 감지하기 위한 기기로 구성되어 있다. 붕괴발생예측을 위한 기기는 우량계, 지하수위계, 경사계 및 신축계 등이 사용되며, 그 중에서도 특히 우량계가 가장 많이 쓰이고 있다. 우량계는 붕괴유형 중에서 토석류와 산사태를 대상으로 사용되며, 지하수위계, 경사계, 신축계는 산사태와 벼랑붕괴를 대상으로 사용된다. 상황 감시에는 감시카메라를 이용하기도 한다. 와이어 센서는 붕괴발생을 직접 감지하며, 진동센서나 음향센서는 붕괴발생의 전조현상을 파악하는데 이용된다. 현장에서 수집된 정보는 무선, 전화선, 위성회선, 광섬유회선 등을 통해 감시국이라고 할 수 있는 지역을 관할하는 행정기관으로 전송된다. 감시국에서는 수집된 정보를 처리하고 판정하여 피난권고 등을 발령한다.
1.4.2 일본의 비탈면 경보시스템 설치 기준
일본은 암반 비탈면에 대한 안정해석과 계측에 관한 기준을 마련하기 위해 일본토목학회에서 암반사면의 안정해석과 계측에 관한 실무서를 제안하였다(일본토목학회, 1996). 암반사면의 안정해석과 계측에 관한 실무서에서는 암반 비탈면의 붕괴를 사전에 예측하기 위해 암반 비탈면의 변형이나 붕괴 형태를 정확히 예상하고, 파악한 다음에 계측의 목적을 명확하게 하여 그 목적에 맞는 계측기기의 선정이나 배치, 계측방법, 관리 기준치 등을 검토해야 한다고 제안하였다.
계측기기의 배치는 계측기기의 선정과 동시에 중요한 검토사항으로 제안하였으며, 사면의 붕괴나 활동 등의 블록의 분포 상황, 블록의 위험상황, 계측기기의 특성, 현지조건 등을 고려하여 암반의 거동을 효율적으로 파악할 수 있는 위치에 적절히 배치하는 것이 중요하다.
최소한의 계측기기로 효율적으로 암반 비탈면의 활동 상황을 파악하기 위해 먼저 암반 비탈면의 U동 가능한 구역을 파악해야 한다고 제시하였으며, 계측기기는 이러한 활동 구역에 1개 또는 1개 이상을 배치하는 것이 바람직하다고 제안하였다.
또한, 계측기기의 밀도는 암반의 활동 규모나 위험도를 판단하고 다양한 종류의 계측기기의 특성을 고려해 암반에 적절히 설치하고 상호 계측데이터를 비교·검토해야 한다고 제안하였다.
구체적인 계측기기의 배치는 상세한 현지조사나 지질조사를 통하여 비탈면의 활동 가능한 구역과 붕괴 형태를 추정하여 암반 비탈면의 주요 활동 방향을 중심으로 측선을 설정하고, 이것들의 측선에 대해서 계측기기의 특성을 검토하여 배치해야 한다고 제안하였다.
도 5b는 일본 RIPRO사 사면붕괴 센서 제품을 보인 그림이다.
사면의 붕괴나 토석류나 지표면의 붕괴를 발생 직전에 사면이나 법면의 움직임을 검지하여 경보를 발생하는 사면붕괴 센서를 구비한 무선 센서 모듈 장치를 사용한다. 장치의 구성은 완전 방수 처리되며, 3축 중력 가속도 센서와 1차 전지 배터리를 일체화 한 복수의 무선 센서 모듈; 중계 장치; 원격지의 수신 장치, AC 110V 전원장치와 CDMA를 사용하는 MMS 송신 장치와 기록 장치(데이터 로거)와 경보 장치로 구성된다. 사면이나 법면에 말뚝을 타격 설치하고, 말뚝의 각도의 변화를 계측하여 임의 설정한 각도 이상의 변동이 검지되는 경우 무선으로 말뚝의 ID와 각도를 중계 장치를 통해 원격지에 설치된 수신 장치로 전송하여 기록 장치(데이터 로거)에 기록하며, 경보 장치를 작동시키거나, 문자를 전송한다.
1.5 홍콩
1.5.1 홍콩의 비탈면 경보시스템
홍콩은 비탈면 붕괴가 많고 붕괴의 주요 원인으로 알려진 지질 및 강우 특성이 국내의 경우와 유사하다. 또한, 홍콩에서 발생하는 비탈면 붕괴의 주요 원인은 강우로서 대부분의 비탈면 붕괴가 5월에서 8월 사이의 집중호우와 밀접한 관계가 있다. 이러한 홍콩은 비탈면의 붕괴와 산사태 등에 대비하기 위해 자치정부내에 토력공정처(Geotechnical Engineering Office, GEO)를 설립하여 경보시스템으로 “산사태 방지 대책(Landslip Preventive Measure, LPM)”을 운영하고 있다
LPM의 세부연구내용은 홍콩 전역 비탈면 분포 현황 및 비탈면 정밀조사 실시, 산사태 위험등급도 작성, 주요 비탈면에 대한 산사태 상시감시 및 사후 관리, 분기별 비탈면 조사 보고서 작성, 비탈면 재해 데이터베이스(database, DB)구축 등이다. LPM은 비탈면 붕괴에 의한 인명과 재산상의 손실을 최소화함과 동시에 한정된 영역에서 도시 개발을 극대화하기 위해 지반 안정성을 확보하고, 비탈면의 안정성 평가 및 보강을 위한 방법에 대하여 표준화된 기준을 제공하는데 목적을 두고 있다. 홍콩의 경우, 많은 비탈면들이 토사와 암석이 혼합된 혼합비탈면으로 구성되어 있으며, 비탈면 붕괴 시 예고 없이 갑작스럽게 일어나므로, 비탈면 붕괴의 조기경고를 위해 사면활동에 대한 장기적인 계측보다 강우와 지하수위 변화에 따른 국지적인 계측을 우선으로 수행하고 있다.
GEO에서 운영하는 경보시스템인 LPM의 일환으로 비탈면 계측분야는 자동계측시스템을 개발하여 운영하고 있으며, 비탈면의 원격감시를 위해 계측기기 중 일반적으로 전도형 자동우량계를 기본 항목으로 적용하고 있다. 그리고, 이 외에 비탈면의 붕괴양상 및 현장조건을 고려해 진동현식 간극수압계 또는 지중경사계 등의 계측기기를 포함시킬 수 있다고 제안하였다. 이들 계측기기는 하나의 데이터 로거에 연결되어 있으며, 모뎀을 사용하여 데이터를 회수하고 계측기를 원격제어하며, 조기 경보시스템이 발동될 수 있도록 적용해 비탈면 경보시스템을 운영하고 있다.
홍콩의 경보시스템은 1963년부터 1982년까지 20년간 수립된 산사태·강우 자료를 이용하여 1980년대 초에 수행한 산사태 발생과 강우의 상관관계에 대한 연구 결과를 바탕으로 개발되었다. 이 연구에 의하면 24시간 강우량이 100mm 미만일 때, 산사태가 별로 발생하지 않았으나, 174mm를 초과하면 산사태가 거의 틀림없이 발생하는 것으로 분석되었다. 특히, 후자의 경우, 1시간당 강우량이 70mm를 초과할때 막대한 산사태가 자주 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서, 산사태 경보는 24시간의 강우량과 1시간의 강우량에 근거하여 발령되며, 팩시밀리와 라디오 및 TV를 통하여 정부기구와 시민들에게 통보되는 시스템으로 운영되고 있다.
1.5.2 홍콩의 비탈면 경보시스템 설치 기준
홍콩의 GEO에서 제시하는 다양한 비탈면 설계기준(Geotechnical Manula for Slopes, Guide to Slope Maintenace, Guidelines on Safe Access for Slope Maintenance, Highway slpoe manual 등)에서는 비탈면 붕괴를 감지하기 위한 비탈면 경보시스템 설치에 대한 기준은 명확히 제시되지 않았다.
그러나, 도로 비탈면 설계 기준에서 설계 시 고려사항으로 붕괴징후가 있거나 지반의 활동 또는 변형이 예상되는 곳, 붕괴 조짐이 의심되는 지역을 도로가 가로지르는 곳에 설치하여 지형의 안정성과 도로에 영향을 주는 정보를 제공해야 한다고 제안하였으며, 이를 위해 비탈면의 모니터링을 수행해야 한다고 제시하였다.
2. 국내 비탈면 경보시스템
도 7a는 한국지질자원 연구원의 산사태 조기탐지 융합시스템의 비탈면에서 발생되는 토석류를 관측하기 위해 강원도 인제군 산지류계에 와이어 센서 및 함수량계, 경사계, 지오폰 등의 계측기기를 설치하여 토석류 모니터링 시스템을 구축 사진이다.
도 7b는 국립산림원의 "지상 레이더를 사용한 지형 변화 모니터링" 사진이다. 국립산림원은 "지상 레이더를 사용한 지형 변화 모니터링"을 위해 비탈면의 특정 지점에 대한 변위를 확인하기 위해 지상 레이다를 이용한 지형을 3D 이미지로 연속 측정하고, 측정된 지형 이미지를 중첩하여 지형자료를 분석하는 방법으로 정량적인 지표면의 변화를 도출하는 형태의 산사태 모니터링 기법을 구축하였다.
도 7c는 국토교통부의 “도로절개면 유지관리시스템 개발 및 운영”의 일환으로 지자체에서 관리하는 국도 비탈면 중 4개 지구를 선별하고, 선별된 비탈면에 대한 붕괴 감지를 위해 신축계 및 경사계, TDR, 강우계 등을 설치한 비탈면 모니터링 시스템을 구축한 사진(강원도 인제 상수내 현장 계측기 설치 모식도)이다. 비탈면에 설치된 계측기기는 선정된 4개 지구에 대한 현장조사를 통해 적절히 선정한 것으로 조사되었다.
또한, 국토교통부 산하 3개의 국토관리사무소에서 관리하는 8개의 도로 비탈면에 대하여 2016년부터 한국도로공사에서 개발한 "올빼미 비탈면 경보시스템"을 시범적으로 적용하여 비탈면 붕괴를 감지하고 있는 것으로 조사되었다.
도 7d는 도로 비탈면의 붕괴 또는 위험을 감지하여 도로주행 중인 운전자 또는 주변에 경보를 발령하여 피해를 최소화하는 목적으로 경사계 및 토양 수분센서를 활용한 도로변 위험감지 시스템을 구축한 사진이다.
한국전자통신연구원은 도로 비탈면의 붕괴 또는 위험을 감지하여 도로주행 중인 운전자 또는 주변에 경보를 발령하여 피해를 최소화하는 목적으로 경사계 및 토양 수분센서를 활용한 도로변 위험감지 시스템을 개발하였다.
도 7e는 한국 도로공사의 비탈면 경보시스템(올빼미)의 사진이다.
도 8a는 계측항목에 따른 계측기기, 도 8b는 계측대상을 고려한 계측기기 설치장소 및 방법, 도 8c는 붕괴형태를 고려한 계측항목 별 계측기기와 문제점, 도 8d는 비탈면 붕괴형태와 계측기기의 적합성을 보인 표이다.
도 9와 10은 비탈면 경보 시스템으로써, 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 개념도이다.
도 11은 비탈면 경보장치의 설치 기준 제안을 보인 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 구성도이다.
도 13은 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법을 나타낸 플로차트이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설로써 낙석방지 울타리에 장착되는 충격 감지 센서(3축 가속도 센서)가 구비된 비탈면 경보장치(IoT 디바이스-무선센서노드)로부터 장치ID, 센서 계측 데이터(낙석과 토석 충격량)를 통신망(LoRa, NB-IoT, RF, Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신망)을 통해 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(클라우드 시스템)으로 전송하며, 클라우드 시스템의 데이터베이스에 저장하며 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량)를 표시하고 기 설정치를 초과하면 스마트폰과 컴퓨터로 경보하며, 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 빅 데이터를 분석하여 낙석의 크기와 빈도와 통계 정보에 기초하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 비탈면 붕괴 징후를 감지하며 경보를 출력하는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법을 제공한다.
한국도로공사에서 운영하는 "비탈면 경보시스템"의 성능 및 효율을 개선하기 위한 목적으로 본 연구는 정보통신(IT) 분야의 최신기술을 사용한 국내·외 비탈면 경보시스템 현황을 조사하였으며, 효율적인 비탈면 경보시스템의 운용하기 위해 비탈면 경보시스템의 경보장치 설치기준과 최신 기술을 제안하였다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은, 낙석 방지 울타리에 설치되고, 장치ID가 할당되며, 카메라와 충격 감지 센서와 지반경사 변위량을 계측하는 지반 경사계가 구비되는 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치; 상기 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치로부터 수신된 상기 비탈면 경보장치의 장치ID, 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량, 상기 지반경사 변위량을 저장하며, 카메라 영상 데이터를 스트리밍 서버에 저장하고, 상기 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량이 기 설정치를 초과하면 사용자 단말로 경보하며, 인공지능 프로그램을 사용하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 붕괴 징후를 감지하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템; 및 상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템과 유무선 통신망을 통해 연결되고, 상기 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량을 표시하고 상기 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 사용자 단말을 포함하며,
상기 비탈면 경보 장치는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비된다.
상기 비탈면 경보 장치는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비된다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법은 (a) 사면붕괴 관리지역의 낙석 방지 울타리에 설치되는 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치의 장치ID, 충격감지센서의 기울기와 3축 가속도 값의 센서 계측 데이터, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 및 카메라 영상 데이터를 통신망을 통해 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템으로 전송하는 단계; (b) 상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은 낙석 또는 토석의 충격 이벤트 발생시 또는 일정 주기로 수신된 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치의 장치ID, 상기 충격감지센서의 센서 계측 데이터와 상기 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량, 낙석과 토석의 충격량 데이터 및 카메라 영상 데이터를 제공하며, 비탈면의 낙석 또는 토석 충격 시에 기 설정된 기준치를 초과하면 사용자 단말로 경보하는 단계; 및 (c) 상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은 비탈면 경보 장치의 장치ID, 상기 충격감지센서의 센서 계측 데이터와 낙석과 토석의 충격량 데이터, 상기 지반경사계의 지반경사 변위량 및 카메라의 영상 데이터를 참조하여 인공지능 프로그램을 사용하여 태풍,강우량.우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 사용자 단말로 제공하는 단계를 포함하며,
상기 비탈면 경보 장치는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비된다.
상기 비탈면 경보 장치는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비된다.
본 발명의 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법은 사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설로써 낙석방지 울타리에 장착되는 충격 감지 센서(3축 가속도 센서), 지반 경사계가 구비된 비탈면 경보장치(IoT 디바이스-무선센서노드)로부터 장치ID, 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량), 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 및/또는 경사진 비탈면의 활동 거동 카메라 영상 데이터를 통신망(LoRa, NB-IoT, RF, Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신망)을 통해 원격지의 낙석/토석 대책시설의 관리 및 경보 시스템으로 전송하고, 컴퓨터 또는 스마트폰/태블릿 PC를 사용하여 충격감지센서의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값)와 낙석/토석 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 및/또는 비탈면의 카메라 영상 데이터를 표시하며, 기존 사면붕괴 지역의 붕괴 원인과 붕괴 규모, 붕괴 이력과 통계 정보를 참조하여 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 빅 데이터를 분석하여 폭풍,폭우,강우량,폭설 기후조건에 도로 비탈면의 붕괴 위험을 미리 감지하고 예측하여 사면붕괴 예상 지역의 인근 주민 및 도로주행 운전자에게 미리 경보를 발령하여 비탈면 붕괴 피해를 미리 방지하게 되었다.
도 1은 미 연방도로국의 비탈면 계측 시스템을 나타낸 그림이다.
도 2는 USGS 비탈면 계측 시스템을 나타낸 사진이다.
도 3a는 유럽의 비탈면 경보시스템으로써, 스위스에서는, TDR(Time Domain Reflectometer), TPS(Terrestrial Positioning System) 및 GNSS(low cost Global Navigation Satellite System)를 중심으로 다양한 계측기기와 결합하여 WebGIS 환경에서, 알프스지역의 비탈면 모든 계측 데이터를 실시간으로 접속되는 조기경보 시스템(integrative 3D early waring system for instable alpine slopes)을 보인 사진이다.
도 3b 이탈리아의 비탈면 경보시스템은, 인공위성을 적극 활용해 지표의 변화를 관측하는 공중관측 시스템을 이용해 비탈면 경보시스템, 및 하나의 기기 장치에 다양한 계측기기 장착한 DMS(Differenrial Multiparameteric system)를 이용해 산사태 모니터링 시스템을 보인 사진이다.
도 3c는 프랑스의 비탈면 경보시스템은, 광학카메라를 이용하여 산사태 모니터링을 수행하여 비탈면의 활동과 변위를 확인하는 광학카메라를 이용한 산사태 모니터링 시스템, UAV(Unmanned Aerial Vehicle)에 광학카메라를 장착하여 산사태 모니터링에 관한 연구를 보인 사진이다.
도 4는 대만은 산사태 재해 저감을 위해 전국을 대상으로 산사태 DB를 구축하고 국가재해저감과학기술센터(NCDR, National Science and Technology Center)와 수토보호구(SWCB, Soil and Water Conservation Bureau)을 중심으로 비탈면 관리를 수행하고 있으며, 산사태 위험지역 중 13개 고위험 지역에 구축된 토석류 산사태 모니터링 시스템을 보인 사진이다.
도 5a는 일본의 비탈면 경보시스템은 비탈면 모니터링, GPS 자동 계측, 광섬유센서 모니터링 사진이다.
도 5b는 일본 RIPRO사 사면붕괴 센서 제품을 보인 그림이다.
도 6은 홍콩의 GEO 비탈면 경보시스템을 보인 사진이다.
도 7a는 한국지질자원 연구원의 산사태 조기탐지 융합시스템의 비탈면에서 발생되는 토석류의 관측하기 위해 강원도 인제군 산지류계에 와이어 센서 및 함수량계, 경사계, 지오폰 등의 계측기기를 설치하여 토석류 모니터링 시스템을 구축 사진이다.
도 7b는 국립산림원의 "지상 레이더를 사용한 지형 변화 모니터링" 사진이다.
도 7c는 국토교통부의 “도로절개면 유지관리시스템 개발 및 운영”의 일환으로 지자체에서 관리하는 국도 비탈면 중 4개 지구를 선별하고 선별된 비탈면에 대한 붕괴 감지를 위해 신축계 및 경사계, TDR, 강우계 등을 설치한 비탈면 모니터링 시스템을 구축한 사진(강원도 인제 상수내 현장 계측기 설치 모식도)이다.
도 7d는 도로 비탈면의 붕괴 또는 위험을 감지하여 도로주행 중인 운전자 또는 주변에 경보를 발령하여 피해를 최소화하는 목적으로 경사계 및 토양 수분센서를 활용한 도로변 위험감지 시스템을 구축한 사진이다.
도 7e는 한국도로공사의 비탈면 경보시스템의 사진이다.
도 8a는 계측항목에 따른 계측기기, 도 8b는 계측대상을 고려한 계측기기 설치장소 및 방법, 도 8c는 붕괴형태를 고려한 계측항목 별 계측기기와 문제점, 도 8d는 비탈면 붕괴형태와 계측기기의 적합성을 보인 표이다.
도 9, 10은 비탈면 경보 시스템으로써, 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템의 개념도이다.
도 11은 비탈면 경보장치의 설치 기준 제안을 보인 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 구성도이다.
도 13은 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법을 나타낸 플로차트이다.
도 2는 USGS 비탈면 계측 시스템을 나타낸 사진이다.
도 3a는 유럽의 비탈면 경보시스템으로써, 스위스에서는, TDR(Time Domain Reflectometer), TPS(Terrestrial Positioning System) 및 GNSS(low cost Global Navigation Satellite System)를 중심으로 다양한 계측기기와 결합하여 WebGIS 환경에서, 알프스지역의 비탈면 모든 계측 데이터를 실시간으로 접속되는 조기경보 시스템(integrative 3D early waring system for instable alpine slopes)을 보인 사진이다.
도 3b 이탈리아의 비탈면 경보시스템은, 인공위성을 적극 활용해 지표의 변화를 관측하는 공중관측 시스템을 이용해 비탈면 경보시스템, 및 하나의 기기 장치에 다양한 계측기기 장착한 DMS(Differenrial Multiparameteric system)를 이용해 산사태 모니터링 시스템을 보인 사진이다.
도 3c는 프랑스의 비탈면 경보시스템은, 광학카메라를 이용하여 산사태 모니터링을 수행하여 비탈면의 활동과 변위를 확인하는 광학카메라를 이용한 산사태 모니터링 시스템, UAV(Unmanned Aerial Vehicle)에 광학카메라를 장착하여 산사태 모니터링에 관한 연구를 보인 사진이다.
도 4는 대만은 산사태 재해 저감을 위해 전국을 대상으로 산사태 DB를 구축하고 국가재해저감과학기술센터(NCDR, National Science and Technology Center)와 수토보호구(SWCB, Soil and Water Conservation Bureau)을 중심으로 비탈면 관리를 수행하고 있으며, 산사태 위험지역 중 13개 고위험 지역에 구축된 토석류 산사태 모니터링 시스템을 보인 사진이다.
도 5a는 일본의 비탈면 경보시스템은 비탈면 모니터링, GPS 자동 계측, 광섬유센서 모니터링 사진이다.
도 5b는 일본 RIPRO사 사면붕괴 센서 제품을 보인 그림이다.
도 6은 홍콩의 GEO 비탈면 경보시스템을 보인 사진이다.
도 7a는 한국지질자원 연구원의 산사태 조기탐지 융합시스템의 비탈면에서 발생되는 토석류의 관측하기 위해 강원도 인제군 산지류계에 와이어 센서 및 함수량계, 경사계, 지오폰 등의 계측기기를 설치하여 토석류 모니터링 시스템을 구축 사진이다.
도 7b는 국립산림원의 "지상 레이더를 사용한 지형 변화 모니터링" 사진이다.
도 7c는 국토교통부의 “도로절개면 유지관리시스템 개발 및 운영”의 일환으로 지자체에서 관리하는 국도 비탈면 중 4개 지구를 선별하고 선별된 비탈면에 대한 붕괴 감지를 위해 신축계 및 경사계, TDR, 강우계 등을 설치한 비탈면 모니터링 시스템을 구축한 사진(강원도 인제 상수내 현장 계측기 설치 모식도)이다.
도 7d는 도로 비탈면의 붕괴 또는 위험을 감지하여 도로주행 중인 운전자 또는 주변에 경보를 발령하여 피해를 최소화하는 목적으로 경사계 및 토양 수분센서를 활용한 도로변 위험감지 시스템을 구축한 사진이다.
도 7e는 한국도로공사의 비탈면 경보시스템의 사진이다.
도 8a는 계측항목에 따른 계측기기, 도 8b는 계측대상을 고려한 계측기기 설치장소 및 방법, 도 8c는 붕괴형태를 고려한 계측항목 별 계측기기와 문제점, 도 8d는 비탈면 붕괴형태와 계측기기의 적합성을 보인 표이다.
도 9, 10은 비탈면 경보 시스템으로써, 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템의 개념도이다.
도 11은 비탈면 경보장치의 설치 기준 제안을 보인 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 구성도이다.
도 13은 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법을 나타낸 플로차트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면 번호는 동일한 구성을 표기할 때에 다른 도면에서 동일한 도면 번호를 부여한다.
한국도로공사에서 운영하는 "비탈면 경보시스템"의 성능 및 효율을 개선하기 위해 본 연구는 정보통신(IT) 분야의 최신기술을 사용한 국내·외 비탈면 경보시스템 현황을 조사하였으며, 효율적인 비탈면 경보시스템의 운용하기 위해 비탈면 경보시스템의 경보장치 설치기준과 최신 기술을 제안하였다.
사면붕괴 관리 시스템은 원격 비탈면 경보 시스템으로써, 사면경사계측 무선센서노드 및 원격 무선게이트웨이장치(RRG:Remote Radio Gateway : 제어기능 및 통신모뎀 내장 형), 태양전지 장치 등을 포함하여, 한국도로공사에서 설치 운영되는 사면붕괴 관리시스템의 통합 관리를 위해 사면붕괴 관리 지역에서 기 설치된 계측장비들과의 호환성을 고려하여 원격경보 시스템을 설치해야 한다.
국토교통부가 제시한 국가핵심개발기술인 건설 생산성 혁신 및 안전성 강화를 위한 "스마트 건설기술"(2018년 10월 30일자 국토교통부 교통정책과)의 전자정부 클라우드 컴퓨팅 확산 계획에 따라 행정-공공부문의 민간 클라우드의 이용 활성화를 위한 "행정-공공기관 민간 클라우드 이용 가이드라인 2018년 12일"에 따라 최적화된 SKT의 LoRa 통신망을 사용하였다.
도 9, 10은 비탈면 경보 시스템으로써, 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템의 개념도이다.
본 발명의 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법은 사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설로써 낙석방지 울타리에 장착되는 충격 감지 센서(3축 가속도 센서), 지반 경사계가 구비된 비탈면 경보장치(IoT 디바이스-무선센서노드)로부터 장치ID, 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석/토석 충격량), 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 또는 경사진 비탈면의 활동 거동 카메라 영상 데이터를 통신망(LoRa, NB-IoT, RF, Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신망)을 통해 원격지의 낙석/토석 대책시설의 관리 및 경보 시스템으로 전송하고, 컴퓨터 또는 스마트폰/태블릿 PC를 사용하여 충격감지센서의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값)와 낙석/토석 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 또는 비탈면의 카메라 영상 데이터를 표시하며, 기존 사면붕괴 지역의 붕괴 원인과 붕괴 규모, 붕괴 이력과 통계 정보를 참조하여 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 빅 데이터를 분석하여 폭풍/폭우/강우량/폭설 기후조건에 도로 비탈면의 붕괴 위험을 미리 감지하고 예측하여 사면붕괴 예상 지역의 인근 주민 및 도로주행 운전자에게 미리 경보를 발령하여 비탈면 붕괴 피해를 미리 방지하기 위한 것이다.
500Kj급 포켓식 낙석방지 울타리에 장착될 수 있도록 초소형(가로 70mm, 세로 70mm, 두께 60mm)으로 제작된, 충격감지용 센서를 구비한 500Kj급 포켓식 낙석방지 울타리에 장착될 수 있도록 초소형 크기(가로 70mm, 세로 70mm, 두께 60mm)로 제작된, 충격감지용 센서를 구비한 비탈면 경보 장치를 장착하고 SKT 공용망인 LoRa 통신부 모뎀을 사용하여 사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면에 일정 각도로 설치된 낙석 방지 울타리에 낙석/토석이 떨어졌을 때 충격 이벤트 발생 상황을 감지하고 경보가 가능한 저전력 운용 시스템을 제공한다. 요약하면, 낙석방지 울타리 현장에서 낙석/토석이 떨어졌을때 발생한 상황을 네트워크를 통해 원거리에서 작업자가 컴퓨터나 노트북, 스마트폰을 보고 현장 상황을 알 수 있는 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템을 제공한다.
3. 비탈면 경보시스템의 경보장치의 구성
3.1 무선 센서 노드(wireless sensor node)- 비탈면 경보장치
○ 경사진 비탈면의 낙석 방지 울타리에 구비된 비탈면 경보 장치의 충격 감지 센서로 충격량[3축 가속도(X,Y,Z), 기울기]를 측정하고 일체 화된 무선센서노드의 RF 망을 통해 RRG로 측정 데이터를 전송한다. 비탈면 경보 장치의 충격 감지 센서는 X,Y,Z축 3축 가속도 센서(기울기 센서) 또는 자이로 센서(180°, 360°)를 사용하며, 비탈면의 낙석/토석의 충격량(기울기, 3축 가속도 성분)을 검출한다.
비탈면 경보 장치는 사면경사계측 무선센서노드(충격감지센서, 지면 경사계)와 자체 리튬 이온 배터리(2차전지) 또는 태양전지부-배터리를 더 구비할 수 있으며, 원격 무선게이트웨이장치(RRG:Remote Radio Gateway - 제어기능 및 통신모뎀 내장 형)을 통해 원격지 관리 및 경보 시스템의 연동되어 사면붕괴 관리지역에 기 설치된 계측장비들과의 호환하여 통합관리될 수 있다.
○ 비탈면 경보장치(무선센서노드)와 Master 게이트웨이와의 최대 거리는 반경 200m 이상으로 한다.
○ 비탈면 경보장치의 충격감지 센서(3축 가속도 센서, 기울기 센서)는 설치된 상태에서의 값을 0으로 하여 계측하도록 초기화 한다.
○ 방수 인증 IP67인증을 받아야 한다(IP68은 상호 협의사항).
○ 비탈면 경보장치(무선 센서 노드)의 RF 통신망은 센서 노드 설치 장소와 주변의 다른 장치와의 주파수 혼신 및 데이터 통신장애가 발생하지 않아야 한다.
도 12는 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 구성도이다.
비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은
사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설로써 낙석방지 울타리에 장착되며, 일정 주기 또는 충격 이벤트 발생시 비탈면 경보장치(100)의 장치ID, 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량), 카메라 영상 데이터를 또는 비탈면 경보 장치(100)의 센서부(130) 내부에 충격감지센서(131)와 달리 별도로 구비되는 지반 경사계(132)로부터 비탈면의 지반경사 변위량을 통신망(LoRa, NB-IoT, RF, Wi-Fi, 또는 LTE 4G/5G 통신망)을 통해 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템으로 전송하는 카메라(120)와 충격 감지 센서(131)와 지반경사변위량을 계측하는 지반 경사계(132)를 구비하는 비탈면 경보 장치(100);
적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치(100)로부터 수신된 비탈면 경보장치(100)의 장치ID, 충격감지센서(3축 가속도 센서)(131)의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량), 지반 경사계(132)의 비탈면의 지반경사 변위량을 데이터베이스에 저장하며, 스트리밍 서버를 구비하며 카메라 영상 데이터를 스트리밍 서버에 저장하며, 상기 비탈면 경보 장치(100)의 충격 감지 센서(131)의 센서 계측 데이터(기울기, 3축 가속도 성분)의 비탈면 낙석/토석의 충격량이 기 설정치를 초과하면 스마트폰과 컴퓨터로 경보하며, 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 데이터 저장소의 데이터베이스에 저장된 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석/토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 붕괴 징후를 감지하여 경보하며, 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(200); 및
상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(200)과 유무선 통신망을 통해 연결되며, 비탈면 경보장치(100)의 장치ID, 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량), 지반 경사계(132)의 비탈면의 지반경사 변위량를 출력하며, 스트리밍 서버(230)를 통해 카메라 영상 데이터를 출력하며, 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하며, 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 비탈면 붕괴 징후를 감지하여 경보되며, 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 사용자 단말(300, 310)을 포함하며,
상기 비탈면 경보 장치(100)는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비된다.
상기 비탈면 경보 장치(100)는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비된다.
사용자 단말(300, 310)은 모니터링 클라이언트를 구비하는 컴퓨터(300) 및 스마트기기(스마트폰, 태블릿 PC)(310)를 포함한다.
상기 비탈면은 낙석발생가능 현장, 대규모의 평면이나 쐐기파괴, 활동파괴가 예상되는 사면에 적용하며, 계측대상 절토 비탈면의 선정 시 상부자연사면 30°이상의 경사가 급하고 높이가 40m 이상인 대규모 절토사면 또는, 대책공법 적용에 한계성을 가진 우회도로 개설이 불가한 위험한 절토사면에 상기 낙석 방지 울타리에 상기 비탈면 경보 장치(100)가 설치된다.
비탈면 경보 장치(100)의 충격 감지 센서(131)는 3축 가속도 센서(기울기 센서) 또는 자이로 센서(180°, 360°)를 사용하며, 3축 가속도 센서는 압전형, 압저항형, 정전용량형 3축 가속도 센서 중 어느 하나의 3축 가속도 센서를 사용하고, 충격 감지 센서(131)의 센서 계측 데이터(기울기, 3축 가속도 성분)의 비탈면의 낙석/토석의 충격량을 검출한다.
이 외에, 비탈면 경보장치(100)는 지반경사변위량을 계측하는 지반 경사계를 더 포함하며, 낙석, 붕락 발생 예측 장소에 LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나의 통신부를 구비하며,
낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 설치되도록 더 구비될 수 있다.
비탈면 경보 장치(100)의 센서부(130) 내에 충격감지센서(131)와 달리 별도로 구비되는 지반 경사계(132)를 더 구비한다. 지반 경사계(132)는 비탈면의 지반 경사 변위량을 측정한다.
비탈면 경보 장치(100)는 기본적으로 중력 가속도를 기준으로 3축 가속도를 계측하여 센서 계측 데이터(기울기, X,Y,Z 3축 가속도 성분)를 감지하는 충격 감지 센서(131)와, 지반경사 변위량을 측정하는 지반 경사계(132)를 구비하는 센서부(130); 센서부(130)와 연결되며, 낙석 또는 토석의 충격 발생시 또는 일정 주기로 상기 비탈면 경보 장치 ID와 상기 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터, 지반 경사계(132)의 지반경사 변위량, 상기 카메라 영상 데이터를 전송하도록 제어하는 센서 정보 처리부(110); 센서 정보 처리부(110)에 연결되는 저장부(147); 센서 정보 처리부(110)에 연결되며, LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나를 구비하는 통신부(170); 센서 정보 처리부(110)에 연결되는 타이머; 및 무보수형 축전지 또는 2차 전지 인 리튬 폴리머 배터리를 사용하는 배터리(141)를 포함한다.
비탈면 경보 장치(100)는 충격에 강한 외부 부재를 구비하며 방수 처리되며 무선 센서 노드 역할을 하는 IoT 디바이스로써, 추가적으로 비탈면의 활동 거동 영상을 촬영하는 카메라(120)와 카메라 회로를 구비하고, 카메라 영상 데이터를 인코딩하는 영상처리부(121)를 더 포함하며, 상기 영상처리부(121)는 상기 센서 정보 처리부(110)에 연결된다.
상기 비탈면 경보 장치는 태양전지 판넬을 구비하여 배터리(141)를 충전하는 태양 전지부를 더 포함할 수 있다.
비탈면 경보 장치(100)는 태양광 에너지로부터 배터리(141)를 충전하는 태양전지부(140)를 더 포함한다. 태양전지부는 태양전지 판넬부(Max Power 45 Watts, 전류 3.05A, 전압 17.4V); 과충전 방지회로 과방전 방지 회로를 구비하는 충전조절기; 및 무보수형 축전지 또는 2차 전지 인 리튬 폴리머 배터리를 사용하였다.
실시예에서는, 비탈면 경보 장치의 통신부는 LoRa 통신부 모뎀을 통해 LoRa 공용망을 사용하였으며, 이에 한정하지 않고 다양한 통신부를 사용할 수 있다.
통신망은 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network, WSN), LoRa 공용망, NB-IoT 통신망, RF, Wi-Fi 통신망, 및 LTE 4G/5G 통신망 중 어느 하나의 통신망을 사용한다.
충격 감지 센서는 VCC, GND, 데이터핀을 구비하는 진동 센서로써, 진동 센서 안의 스프링이 충격을 감지하며, 충격을 감지할 경우 전류의 흐름이 끊기면서 LOW 신호 상태가 되며, 충격을 감지하지 않을 경우 HIGH 상태가 된다.
충격 감지 센서로 사용된 3축 가속도 센서는 압전형, 압저항형, 정전용량형 3축 가속도 센서(가속도계)로 분류된다. 압전형 3축 가속도 센서는 다이어프램 위에 압전 세라믹들을 구성하는 하부전극, 압전 소자, 상부 전극을 포함하며, 가속도에 의해 압전소자가 변형되도록 추가 결합되어 있다. X,Y,Z 방향의 가속도가 작용했을 때, 압전소자는 다이어프램의 변위가 발생하여 양/음전하 발생하여 각 전극끼리 각각의 축에 연결함으로써 각 축 방향의 3축 가속도(X축 가속도, Y축 가속도, Z축 가속도)를 검출한다.
압저항형 3축 가속도 센서는 다이어프램 위에 압저항 소자를 구비하며, X,Y,Z 방향의 가속도가 작용했을 때, 압저항 소자의 저항 증감이 발생했기 때문에 브릿지 회로로 결선해 각 축 방향의 3축 가속도(X축 가속도, Y축 가속도, Z축 가속도)를 검출한다.
정전용량형 3축 가속도 센서는 다이어프램 위에 실리콘 기판 위에 고정 전극과 가동 전극을 구비하고 5개 커패시터와 C-V 변환 회로를 구비하며, X,Y,Z 방향의 가속도가 작용했을 때, 커패시턴스가 변하여 C-V 변환 회로를 통해 각 축 방향의 3축 가속도(X축 가속도, Y축 가속도, Z축 가속도)를 검출한다.
비탈면 경보 장치(IoT 디바이스-무선 센서 노드)는 충격감지 센서(예, 3축 가속도 센서 사용) 이외에 지반 경사계, 카메라와 영상처리부 모듈을 더 구비하였다.
비탈면 경보 장치(IoT 디바이스-무선 센서 노드)는 필요에 따라 충격감지 센서(예, 3축 가속도 센서 사용) 이외에 인공위성 계측 영상, 드론 카메라 영상, 지표 변위계, 지표 경사계, 지중변위계, 강우량계, 초음파수위계, 간극수압계, 지오폰, 함수량계 등의 다양한 계측기기를 사용 목적에 따라 하나 이상의 센서나 장비를 비탈면 경보장치에 더 구비할 수 있다.
비탈면 경보 장치(100)는 마이크로프로세서와 MEMS 센서에서 획득된 장치ID, 충격감지센서(131)의 낙석/토석의 충격량 데이터 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 및 카메라 영상 데이터를 저전력 통신 모듈인 통신부(LoRa 통신부 모뎀)를 통해 클라우드 상의 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템(200)으로 전송한다.
낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템은 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치(100)로부터 수신된 장치ID, 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량을 데이터베이스에 저장하고 그리고 카메라 영상 데이터를 스트리밍 서버(230)에 저장하며, 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 낙석의 크기와 빈도 경사와의 상관관계를 분석하고 시스템에 인공지능(AI) 프로그램을 통해 비탈면 경보 장치(100)의 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 낙석의 빈도와 크기 등을 참조하여 빅 데이터를 분석하고 비탈면 붕괴 및 위험을 예측하여 미리 사용자 단말(300,310)로 비탈면 경보 장치(100)의 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 낙석의 빈도와 크기, 비탈면 붕괴 예측 결과를 인공지능 빅 데이터 분석처리 소프트웨어를 제공한다.
상기 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템의 비탈면 경보 장치(100)의 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 낙석의 빈도와 크기, 비탈면 붕괴 예측 결과 데이터를 사용자 단말의 컴퓨터 또는 스마트폰으로 실시간으로 전송하여 표시하고 경보하며, 사용자 단말은 붕괴 위험 조치시에 긴급 대응시 메세징 소프트웨어를 더 구비할 수 있다.
* 클라우드 시스템
낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템(200)은, 기존 제품들과 가장큰 차이점은 클라우드 시스템 연동 기능을 제공한다. 타 시스템들의 데이타 흐름은 각 단말 센서에서 발생한 알람 및 경보 데이타는 하향통신(사설망)을 통해 공용망에 올려진 데이타는 사설운용 서버 및 시스템에 저장되는 방식인데 반면,
본 발명의 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템(200)의 가장 큰 차이점은 인공지능 프로그램을 사용하여 비탈면 경보 장치(100)의 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 카메라 영상 데이터, 낙석의 빈도와 크기, 지반조사 결과, 붕괴이력을 참조하여 인공지능 빅 데이터 분석, 붕괴 예측, 붕괴 위험 징후 알람 및 경보하며, 클라우드 시스템(200)의 데이터베이스에 저장되어 센서 계측 데이타의 유지보수, 접근성, 타 재해 방지 시스템과의 연동되는 점이 가장 큰 장점이다.
기존 제품들은 상향통신과 하향통신의 2단계 통신과정을 거쳐 알람 및 경보데이타를 얻을 수 있는 반면,
본 발명의 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은 센서와 일체형으로 연동된 LoRa 통신부 모뎀을 통해 클라우드 상의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템으로 직접 비탈면 경보 장치(100)의 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(낙석/토석의 충격량) 및 지반 경사계(132)의 지반 경사 변위량, 카메라 영상 데이터를 전송하는 구조로 구성된다.
이 방식은 연결 접점이 줄어들게 되어 전체 시스템의 오류가 줄어들고, 또한 낙석 토석 대책 시설의 구축 비용을 획기적으로 낮출수 있고, 비용을 절감하는 측면에서 많은 이점이 있다.
또한, 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템(200)은
웹서버(202);
낙석과 토석 대책 시설의 비탈면 경보장치(100)의 장치ID와 충격감지센서와 센서 계측 데이터와 비탈면 낙석과 토석의 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량을 표시하고, 인공지능 프로그램을 사용하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하도록 제어하는 제어부(203);
사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치(100)의 시설 관리 정보와 비탈면 경보장치의 장치ID, 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터(기울기, 3축 가속도 성분)와 비탈면 낙석/토석의 충격량, 지반 경사계(132)의 비탈면의 지반경사 변위량, 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석/토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보, 비탈면 붕괴 예측 결과를 저장하는 데이터 저장부(database)(207);
낙석 토석 대책시설의 비탈면 경보 장치ID와 설치 위치와 시설 정보를 관리하는 시설정보 관리부(210);
사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치(100)의 장치 ID와 충격 감지 센서(131)의 센서 계측 데이터(기울기, 3축 가속도 성분), 지반 경사계(132)의 비탈면의 지반경사 변위량을 제공하는 센서 계측 데이터 제공부(211);
사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치(100)의 충격 감지 센서(131)의 센서 계측 데이터(기울기, 3축 가속도 성분)의 낙석/토석 충격량을 제공하며, 비탈면 낙석 또는 토석의 충격량이 기 설정치를 초과하면 사용자 단말(스마트폰과 컴퓨터)로 경보하는 낙석 토석 충격량 경보부(212); 및
인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 시계열적으로 누적하여 데이터베이스에 저장된 비탈면 경보 장치의 장치ID, 충격감지센서의 센서 계측 데이터, 낙석과 토석의 충격량 데이터, 지반 경사계의 비탈면 지반경사 변위량, 카메라 영상 데이터를 참조하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 붕괴 징후를 감지하여 경보하며, 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 낙석과 토석 대책시설의 빅 데이터 분석 및 예측부(213)를 포함한다.
낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템(200)은 사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치(100)의 카메라 영상 데이터를 스트리밍 방식으로 유무선 통신망을 통해 사용자 단말(컴퓨터, 스마트폰)로 제공하는 스트리밍 서버(230)를 더 포함한다.
참고로, 건설교통부의 도로절토사면 유지관리 지침에서 제안되고 있는 도로 비탈면의 계측관리는 비탈면의 붕괴원인, 붕괴규모, 붕괴징후의 사전인지 및 붕괴 시의 예·경보시스템을 위한 계측행위에 대한 것으로 그 범위를 한정한다고 제안하였다.
또한, 붕괴 위험 요인의 제거나 보강공법의 적용이 제한되는 비탈면의 경우 위험도가 높은 절토 비탈면에 계측을 실시하고 정량적인 거동추이를 분석함으로써 사전에 붕괴를 예측하고 미리 적절한 대책을 강구하고 피해를 최소화할 수 있으며, 수집된 계측 데이터로부터 붕괴 원인이나 붕괴 규모를 예측함으로서 최적의 대책을 강구할 수 있다.
계측대상의 절토 비탈면은 주로 우발적인 낙석발생가능 현장보다 대규모의 평면이나 쐐기파괴, 활동파괴가 예상되는 사면에 대해 적용하는 것이 바람직하며, 계측대상 절토 비탈면의 선정 시 다음의 조건을 충족할 때 우선적으로 적용을 고려할 수 있다고 제안하였다.
- 상부자연사면 경사(30°이상)가 급하고 높이가 40m 이상인 대규모 절토사면 또는, 대책공법 적용에 한계성을 가지며 우회도로 개설이 불가한 위험한 절토사면
- 전문가 의견에 따라 지형, 지질 특성상 특별히 필요하다고 판단되는 경우
계측기기의 설치는 절토 비탈면의 정밀지질 조사나 보링에 의해 조사된 단층, 절리, 엽리 등의 불연속면의 방향성을 면밀히 검토하고, 활동면을 예상하여 계측기기를 설치할 것과 계측기기는 지반 조사 결과 및 현장 상황을 고려하여 계측한다.
도 13은 본 발명에 따른 비탈면 경보 장치와 연동된 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법을 나타낸 플로차트이다.
사면붕괴 관리 지역에서 각 지점에 설치된 경사진 비탈면의 낙석 방지 울타리에 설치된 비탈면 경보 장치(100)는 충격감지센서(3축 가속도 센서)에 의해 X,Y,Z축의 각 변위와 기울기를 측정하여 충격감지센서의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값:낙석/토석의 충격량 데이터)와 낙석/토석의 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량을 측정하고 비탈면 경보 장치(100)의 카메라로 비탈면의 활동 거동 영상을 촬영한다(S10).
본 발명의 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법은 (a) 사면붕괴 관리지역의 낙석 방지 울타리에 설치되는 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치(100)의 장치ID, 충격감지센서의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값), 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 및 비탈면 경보 장치의 카메라 영상 데이터를 통신망[무선 센서 네트워크(WSN), LoRa 공용망, NB-IoT 통신망, RF, Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신망]을 통해 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(200)으로 전송하는 단계(S20); (b) 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(200)은 낙석 또는 토석의 충격 이벤트 발생시 일정 주기로 수신된 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치의 장치ID, 상기 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터와 상기 지반 경사계(132)의 비탈면의 지반경사 변위량, 낙석과 토석의 충격량 데이터 및 카메라 영상 데이터를 제공하며, 비탈면의 낙석 또는 토석 충격 시에 기 설정된 기준치를 초과하면 사용자 단말(300,310)로 경보하는 단계(S30); 및 (c) 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템(200)은 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치(100)의 장치ID, 상기 충격감지센서(131)의 센서 계측 데이터와 낙석/토석의 충격량 데이터, 상기 지반경사계(132)의 비탈면의 지반경사 변위량 및 카메라의 영상 데이터를 참조하여 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 사용자 단말(300,310)로 제공하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 비탈면 경보 장치(100)는 충격 감지 센서(3축 가속도 센서)(131), 지반 경사계(132), 센서 정보 처리부(110), 카메라와 카메라 회로부(120) 및 영상 처리부(121), 저장부(147), 통신부(170) 및 2차 전지 배터리(141)를 구비한다.
상기 비탈면 경보 장치(100)의 충격 감지 센서는 3축 가속도 센서 또는 자이로 센서(180°, 360°)를 사용하며, 상기 3축 가속도 센서는 압전형, 압저항형, 정전용량형 3축 가속도 센서 중 어느 하나의 3축 가속도 센서를 사용한다.
이 외에, 상기 비탈면 경보 장치(100)는 지반경사변위량을 계측하는 지반 경사계를 더 포함하며,
낙석, 붕락 발생 예측 장소에 LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나의 통신부를 구비하며,
낙석, 붕락 발생 예측 장소에 LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나의 통신부를 구비하며,
상기 비탈면 경보 장치(100)는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 설치되도록 더 구비된다.
상기 비탈면 경보 장치(100)는 태양전지 판넬을 구비하여 배터리를 충전하는 태양 전지부를 더 포함할 수도 있다.
상기 방법은, 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치로부터 카메라 영상 데이터를 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템로 수신받아 실시간으로 스트리밍 서버를 통해 컴퓨터의 모니터링 클라이언트의 멀티 뷰어 화면으로 표시하는 단계를 더 포함한다.
도 11은 비탈면 경보장치의 설치 기준 제안을 정리하였다.
비탈면 경보장치의 설치 기준은 다음과 같이 정의하였다.
* 공통: 1) 비탈면에 인장균열이 있는 구간, 2) 우기 및 집중호우 시 유실이 잦은 구간, 3) 붕괴이력이 존재하는 지반 및 붕괴이력과 유사한 지질조건의 지반, 4) 접근이 어려운 구간으로 지반상태가 불량한 구간, 5) 지속적으로 낙석 및 표층붕괴가 발생되는 구간, 6) 비탈면 상부자연사면의 집수지형 구간에 설치되며,
* 토사구간: 1) 계곡부의 붕적층 및 풍화토층이 깊게 분포하는 구간, 2) 붕적토층 하부에 암반층이 존재하는 구간, 3) 동결융해가 발생한 습윤한 토사 비탈면 구간, 4) 비탈면 내 배부름 및 지반 변형이 발생된 구간, 5) 용수 발생지점이 다수인 구간, 6) 토질특성이 구분되는 구간, 7) 시공당시 토층구간에서 대규모의 원호파괴가 발생된 구간에 설치되며,
* 암반 구간: 1) 퇴적암 및 변성암 구간에 불연속면이 도로 방향으로 경사진 경우 별도 보강공법이 적용되지 않는 구간, 2) 이암 구간에 별도 보강공법이 적용되지 않은 구간, 3) 셰일이 포함된 암반 비탈면 구간, 4) 연약한 암석과 단단한 암석이 호층으로 분포된 구간, 5) 토사와 암반경계부로서 경계부가 뚜렷하고 습윤한 구간, 6) 낙석이 잦은 구간 또는 용출수 발생이 다수인 구간, 7) 비탈면 하부에 암괴들로 덮힌 비탈면 구간, 8) 동결융해가 발생한 암석 비탈면 구간에 설치된다.
4. 비탈면 경보장치 설치 기준 제안
4.1 공통구간
1) 비탈면에 인장균열이 있는 구간
비탈면 붕괴 활동면에 의해 발생되는 인장균열은 붕괴 규모에 따라 비탈면의 상부 자연사면에서부터 소단부, 산마루측구, 비탈면 등에서 발생하게 되며, 짧게는 수초에서 길게는 1년 이상의 기간 내에 비탈면 붕괴가 발생하게 된다.
2) 우기 및 집중호우 시 유실이 잦은 구간
강우 발생 시 지표수나 침투수에 의해 토층과 풍화토층으로 덮인 급경사지에선 토층부에서 얕은 붕괴가 발생하게 되며, 암반 비탈면은 불연속면에서 마찰 및 강도저하로 인한 붕괴가 발생하게 된다.
3) 붕괴이력이 존재하는 지반 및 붕괴이력과 유사한 지질조건의 지반
붕괴이력이 존재하는 지반과 유사한 지질조건이 반복되는 경우, 붕괴 이력과 유사한 붕괴 발생 가능성이 매우 높다.
또한, 붕괴이력이 존재하는 지반에 대하여 유사 지질조건의 경우 유사한 붕괴 발생 가능성을 내포하고 있다.
4) 접근이 어려운 구간으로 지반상태가 불량한 구간
비탈면의 상부자연비탈면의 경사가 30° 이상인 고각인 경우, 비탈면 높이가 30cm 이상인 대비탈면인 경우, 현장 여건상 보호·보강공법의 적용이 제한된 비탈면, 인공구조물에 인접한 비탈면, 정밀 조사가 어려운 자연비탈면과 같은 현장조건을 갖은 비탈면에 대하여 지반조건이 불량한 구간의 경우 비탈면 붕괴 가능성이 있다.
5) 지속적으로 낙석 및 표층붕괴가 발생되는 구간
지속적으로 낙석 및 표층붕괴가 발생되는 구간은 배부름이 발생되는 구간으로 비탈면 붕괴 활동면의 형성에 의해 붕괴가 발생되는 구간이다.
6) 비탈면 상부자연사면의 집수지형 구간
비탈면의 상부자연사면이 집수되기 좋은 지형조건이나 밭으로 사용되는 경우 우수에 의한 붕괴가 발생할 수 있다.
4.2 토사구간
1) 계곡부의 붕적층 및 풍화토층이 깊게 분포하는 구간
계곡부의 붕적층이 분포하거나 풍화토층이 깊게 분포하는 경우, 약한 지반상태를 가지므로 비탈면 붕괴가 발생하게 된다.
2) 붕적토층 하부에 암반층이 존재하는 구간
붕적토층이 두껍게 덮여 있는 지반을 절토하는 경우, 하부의 암반층을 경계로 붕적 토층이 활동하는 경우가 있다.
3) 동결융해가 발생한 습윤한 토사 비탈면 구간
기후조건에 의한 동결융해가 장기간 반복적용이 가능한 산간지방이나 고지대, 고개정상부에 위치한 절토 비탈면의 경우, 표층의 동상에 의한 들뜸 현상으로 녹화의 박락이나 표층유실이 발생하게 된다.
토사의 응집력은 동결과 융해에 의해 감소한다. 토사지반은 동절기 기간 동안 동결 과정에서 전단 강도를 파괴하는 온도 수축에 의한 균열이 토사지반 내에 발생하게 되며, 발생된 균열에 수분이 응집하여 해방기 기간에 얼어붙은 물이 빠르게 녹으면서 비탈면에 수분함량을 증가시키고 전단강도를 감소시켜 비탈면 붕괴가 발생된다.
화강풍화토의 경우, SM인 경우가 SP인 경우에 비해 동결융해에 의한 전단강도 감소율이 크게 나타난다.
4) 비탈면 내 배부름 및 지반 변형이 발생된 구간
비탈면에서 배부름 현상은 비탈면의 활동면이 형성된 경우로 활동면을 따라 비탈면이 이동하는 경우 배부름 및 비탈면 하부의 융기 및 상부의 침하 등과 같은 지반 변형을 발생시킨다. 그리고 지속적인 이동은 비탈면의 붕괴를 유발하게 된다.
5) 용수 발생지점이 다수인 구간
비탈면에 급격한 유량의 변화나 용출수의 탁도 증가는 비탈면의 붕괴를 발생시킬 수 있다.
6) 토질특성이 구분되는 구간
토질 특성이 다른 지층으로 구성된 비탈면은 차별침식으로 침식되지 않은 층이 침식이 진행되는 층과 함께 붕괴가 발생하게 된다.
7) 시공당시 토층구간에서 대규모의 원호파괴가 발생된 구간
대규모 원호파괴는 느슨한 토사 지반으로 구성된 토사 비탈면 또는 균열과 풍화가 심한 파쇄 암석들로 구성된 암반 비탈면에서 발생되며 붕괴이력을 갖는 비탈면의 경우 지속적인 계측관리가 필요하다.
4.3 암반 구간
1) 퇴적암 및 변성암 구간에 불연속면이 도로 방향으로 경사진 경우 별도 보강공법이 적용되지 않는 구간
퇴적암이나 변성암과 같이 질서정연한 지질구조를 갖는 암반 비탈면에서 층리, 절리, 엽리면이 발달하며, 이러한 층리 및 절리 엽리면이 비탈면과 평행하게 비탈면 전면으로 기울어져 발달하는 경우 평면파괴 및 쐐기파괴에 의한 비탈면 붕괴를 발생시킨다.
2) 이암 구간에 별도 보강공법이 적용되지 않은 구간
이암의 구성물질은 점토로 풍화 시 암석 표면이 잘게 부서지는 슬래이킹(slaking) 현상이 나타나며, 풍화가 진행되고 수분을 흡수하면 암이 팽창하면서 시멘트밀크처럼 흐르면서 비탈면 붕괴를 발생시킨다.
3) 셰일이 포함된 암반 비탈면 구간
셰일은 풍화에 대한 저항성이 약하고 강도정수가 낮아 공학적인 측면에서 취약함으로 다른 암과 교호될 경우 차별풍화로 먼저 침식됨에 따라 낙석붕괴 및 층리면과 더불어 대규모 평면파괴를 발생시킬 수 있다.
4) 연약한 암석과 단단한 암석이 호층으로 분포된 구간
연약한 암석(셰일, 이암 등)과 단단한 암석(사암, 석회암 등)이 호층으로 분포되어 있는 경우에 낙석붕괴가 흔히 발생한다.
5) 토사와 암반경계부로서 경계부가 뚜렷하고 습윤한 구간
암반과 토사가 상하로 분포되어 있는 혼합 비탈면의 경우 토사가 암반 상부에 있으면 집중 강우시 상부 토층이 쉽게 붕괴된다.
6) 낙석이 잦은 구간 또는 용출수 발생이 다수인 구간
불연속면 강도저하와 활동면 형성 등의 조합으로 암반 비탈면에 낙석이 발생하게 되며, 암반 비탈면의 용출수는 암반 내 불연속면을 통해 용출수로 토출되는 경우로 불연속면의 강도저하를 발생시켜 암반 비탈면의 붕괴를 발생시키게 된다.
7) 비탈면 하부에 암괴들로 덮힌 비탈면 구간
사면하부에 암괴들로 덮힌 경우는 암주와 암석 블록들이 고정된 어떤 기준점에 대해 회전하면서 파괴되어 발생하게 되며, 이는 암반 내에 인장균열 및 절리의 변위에 의해 발생된다. 이러한 변형에 의해 지속적인 붕괴가 발생하게 된다.
8) 동결융해가 발생한 암석 비탈면 구간
암반에 동결융해 작용이 발생하면, 결빙풍화 및 동결쇄기작용과 같은 풍화 작용을 받게 된다. 이러한 풍화 작용은 신선한 암반의 경우에도 불연속면을 증가시키거나, 전단강도를 저하시켜 붕괴를 발생시키게 된다.
또한, 다공질 암석에서 공극내에 공극수가 존재하는 경우 동결융해 과정에서 공극률이 증가하였으며, 암석에 변형을 발생시킨다. 이러한 공극률의 증가와 암석의 변형은 암반 비탈면에 붕괴를 발생시킬 수 있다.
경보시스템의 경보장치인 계측기기의 비탈면 설치는 대상 비탈면에 대한 현장 조사와 예상되는 붕괴형태 및 붕괴원인을 고려하여 국내·외 계측관련 기준 및 전문가들을 통해 대상 비탈면에 적합한 계측기기를 결정하고 설치위치 및 밀도, 심도를 결정해야 한다. 비탈면 붕괴는 다양한 환경조건 및 지반조건에 따라 발생되기 때문에 필요에 따라 다양한 계측기기가 경보장치로 운영되어야 한다.
다양한 계측기기를 비탈면 경보장치로 사용하여 낙석/토석 대책 시설에 대하여 인공 지능(AI) 프로그램을 사용하여 낙석의 크기와 빈도와 빅데이터 분석 및 통계 정보에 따라 비탈면 붕괴 예측을 통해 미리 정밀한 비탈면 붕괴 징후를 감지할 수 있는 효율적인 비탈면 경보시스템을 제공하게 되었다.
비탈면 경보시스템을 운영하기 위해 비탈면의 붕괴징후 및 붕괴원인을 기반으로 경보장치 설치기준이 제시되어 있으나, 동결융해와 같은 기후의 변화에 의해 발생하는 비탈면 붕괴 및 지반 구성 조건에 의한 비탈면 붕괴와 같은 추가적인 사항 및 세부사항이 필요할 것으로 보여 상기 경보장치 설치기준을 제안하였다. 그러나 보다 정확하고 효율적으로 비탈면 경보시스템을 운영하기 위해 도 11에서 제안한 비탈면 경보장치 설치기준 이외에 토목건설 전문가의 활용이 필요하다.
비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템 및 방법은 사면붕괴 관리 지역의 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설로써 낙석방지 울타리에 장착되는 충격 감지 센서(3축 가속도 센서), 지반 경사계가 구비된 비탈면 경보장치(IoT 디바이스-무선센서노드)로부터 장치ID, 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값->낙석과 토석의 충격량), 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 또는 경사진 비탈면의 활동 거동 카메라 영상 데이터를 통신망(LoRa, NB-IoT, RF, Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신망)을 통해 원격지의 낙석/토석 대책시설의 관리 및 경보 시스템으로 전송하고, 컴퓨터 또는 스마트폰/태블릿 PC를 사용하여 충격감지센서의 센서 계측 데이터(기울기:3축 가속도 값)와 낙석과 토석의 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 또는 비탈면의 카메라 영상 데이터를 표시하며, 기존 사면붕괴 지역의 붕괴 원인과 붕괴 규모, 붕괴 이력과 통계 정보를 참조하여 인공지능(AI) 프로그램을 사용하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석/토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 태풍,강우량,우박,폭설 기후조건에 도로 비탈면의 붕괴 위험을 미리 감지하고, 이를 미리 예측하여 사면붕괴 예상 지역의 인근 주민 및 도로주행 운전자에게 미리 경보를 발령하여 비탈면 붕괴 피해를 미리 방지하게 되었다.
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조를 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 스토리지, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과, 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로써 작동하도록 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 저장될 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기와 같이 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100: 비탈면 경보 장치 110: 센서 정보 처리부
120: 카메라 121: 영상처리부
130: 센서부 131: 충격 감지 센서
132: 지반 경사계 140: 태양전지부
141: 배터리 147: 저장부
170: 통신부 201: 통신부
200: 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템
202: 웹서버 203: 제어부
207: 데이터 저장부 210: 시설정보 관리부
211: 센서 계측 데이터 제공부 212: 낙석 토석 충격량 경보부
213: 낙석/토석 대책시설의 빅 데이터 분석 및 예측부
230: 스트리밍 서버 300: 컴퓨터
310: 스마트폰
120: 카메라 121: 영상처리부
130: 센서부 131: 충격 감지 센서
132: 지반 경사계 140: 태양전지부
141: 배터리 147: 저장부
170: 통신부 201: 통신부
200: 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템
202: 웹서버 203: 제어부
207: 데이터 저장부 210: 시설정보 관리부
211: 센서 계측 데이터 제공부 212: 낙석 토석 충격량 경보부
213: 낙석/토석 대책시설의 빅 데이터 분석 및 예측부
230: 스트리밍 서버 300: 컴퓨터
310: 스마트폰
Claims (14)
- 낙석 방지 울타리에 설치되고, 장치ID가 할당되며, 카메라와 충격 감지 센서와 지반경사변위량을 계측하는 지반 경사계가 구비되는 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치;
상기 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치로부터 수신된 비탈면 경보장치의 장치ID, 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량, 상기 지반경사변위량을 저장하며, 카메라 영상 데이터를 스트리밍 서버에 저장하고, 상기 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량이 기 설정치를 초과하면 사용자 단말로 경보하며, 인공지능 프로그램을 사용하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 붕괴 징후를 감지하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템; 및
상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템과 유무선 통신망을 통해 연결되고, 상기 센서 계측 데이터의 비탈면 낙석과 토석의 충격량, 지반경사변위량을 표시하고 상기 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 사용자 단말을 포함하며,
상기 비탈면 경보 장치는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치의 충격 감지 센서는 3축 가속도 센서 또는 180°, 360° 자이로 센서를 사용하며, 상기 3축 가속도 센서는 압전형, 압저항형, 정전용량형 3축 가속도 센서 중 어느 하나의 3축 가속도 센서를 사용하며,
이 외에, 상기 비탈면 경보 장치는 낙석, 붕락 발생 예측 장소에 LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나의 통신부를 구비하는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치는
기본적으로 중력 가속도를 기준으로 3축 가속도를 계측하여 기울기와 3축 가속도 성분의 센서 계측 데이터를 감지하는 충격 감지 센서와, 지반경사 변위량을 측정하는 지반 경사계를 구비하는 센서부;
상기 센서부와 연결되며, 낙석 또는 토석의 충격 발생시 또는 일정 주기로 상기 비탈면 경보 장치 ID와 상기 센서 계측 데이터, 상기 카메라 영상 데이터를 전송하도록 제어하는 센서 정보 처리부;
상기 센서 정보 처리부에 연결되는 저장부;
상기 센서 정보 처리부에 연결되며, LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나를 구비하는 통신부;
상기 센서 정보 처리부에 연결되는 타이머; 및
무보수형 축전지 또는 2차 전지 인 리튬 폴리머 배터리를 사용하는 배터리를 포함하는 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치는 충격에 강한 외부 부재를 구비하며 방수 처리되며 무선 센서 노드 역할을 하는 IoT 디바이스로써, 추가적으로 비탈면의 활동 거동 영상을 촬영하는 카메라와 카메라 회로; 및 상기 카메라 영상 데이터를 인코딩하는 영상처리부를 더 포함하며, 상기 영상처리부는 상기 센서 정보 처리부에 연결되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치는 태양광 에너지로부터 상기 배터리를 충전하는 태양전지부를 더 포함하며, 상기 태양전지부는 태양전지 판넬부, 과충전 방지회로 과방전 방지 회로를 구비하는 충전조절기, 및 무보수형 축전지 또는 2차 전지 인 리튬 폴리머 배터리를 사용하는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 비탈면은 낙석발생가능 현장, 대규모의 평면이나 쐐기파괴, 활동파괴가 예상되는 사면에 적용하며, 계측대상 절토 비탈면의 선정 시 상부자연사면 30°이상의 경사가 급하고 높이가 40m 이상인 대규모 절토사면 또는, 대책공법 적용에 한계성을 가진 우회도로 개설이 불가한 위험한 절토사면에 상기 낙석 방지 울타리에 상기 비탈면 경보장치가 설치되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은
웹서버;
낙석과 토석 대책 시설의 상기 비탈면 경보장치의 장치ID와 충격감지센서의 기울기와 3축 가속도 성분의 센서 계측 데이터와 비탈면 낙석과 토석의 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량을 표시하고, 인공지능 프로그램을 사용하여 빅 데이터를 분석하여 상기 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하도록 제어하는 제어부;
사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치의 시설 관리 정보와 장치ID, 충격감지센서의 기울기와 3축 가속도 성분의 센서 계측 데이터와 비탈면 낙석과 토석의 충격량, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량, 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보, 비탈면 붕괴 예측 결과를 저장하는 데이터 저장부;
낙석 토석 대책시설의 비탈면 경보 장치ID와 설치 위치와 시설 정보를 관리하는 시설정보 관리부;
사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치의 장치ID, 충격 감지 센서의 기울기와 3축 가속도 성분의 센서 계측 데이터와 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량을 제공하는 센서 계측 데이터 제공부;
사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 비탈면 경보장치의 충격 감지 센서의 기울기와 3축 가속도 성분의 센서 계측 데이터의 낙석과 토석 충격량을 제공하며, 비탈면 낙석과 토석의 충격량이 기 설정치를 초과하면 상기 사용자 단말로 경보하는 낙석 토석 충격량 경보부; 및
상기 인공지능 프로그램을 사용하여 비탈면 경보 장치의 장치ID, 센서 계측 데이터, 낙석과 토석의 충격량 데이터, 지반 경사계의 비탈면 지반경사 변위량, 카메라 영상 데이터를 참조하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴를 예측하고 미리 붕괴 징후를 감지하여 경보하며, 상기 비탈면 붕괴 예측 결과를 제공하는 낙석과 토석 대책시설의 빅 데이터 분석 및 예측부;
를 포함하는 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 낙석 토석 대책시설 관리 및 경보 시스템은 사면붕괴 관리 지역의 각 지역에 설치된 상기 비탈면 경보장치의 카메라 영상 데이터를 스트리밍 방식으로 유무선 통신망을 통해 상기 사용자 단말로 제공하는 스트리밍 서버를 더 포함하는 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 비탈면 경보장치는 설치 기준으로써,
* 공통: 1) 비탈면에 인장균열이 있는 구간, 2) 우기 및 집중호우 시 유실이 잦은 구간, 3) 붕괴이력이 존재하는 지반 및 붕괴이력과 유사한 지질조건의 지반, 4) 접근이 어려운 구간으로 지반상태가 불량한 구간, 5) 지속적으로 낙석 및 표층붕괴가 발생되는 구간, 6) 비탈면 상부자연사면의 집수지형 구간에 설치되며,
* 토사구간: 1) 계곡부의 붕적층 및 풍화토층이 깊게 분포하는 구간, 2) 붕적토층 하부에 암반층이 존재하는 구간, 3) 동결융해가 발생한 습윤한 토사 비탈면 구간, 4) 비탈면 내 배부름 및 지반 변형이 발생된 구간, 5) 용수 발생지점이 다수인 구간, 6) 토질특성이 구분되는 구간, 7) 시공당시 토층구간에서 대규모의 원호파괴가 발생된 구간에 설치되며,
* 암반 구간: 1) 퇴적암 및 변성암 구간에 불연속면이 도로 방향으로 경사진 경우 별도 보강공법이 적용되지 않는 구간, 2) 이암 구간에 별도 보강공법이 적용되지 않은 구간, 3) 셰일이 포함된 암반 비탈면 구간, 4) 연약한 암석과 단단한 암석이 호층으로 분포된 구간, 5) 토사와 암반경계부로서 경계부가 뚜렷하고 습윤한 구간, 6) 낙석이 잦은 구간 또는 용출수 발생이 다수인 구간, 7) 비탈면 하부에 암괴들로 덮힌 비탈면 구간, 8) 동결융해가 발생한 암석 비탈면 구간에 설치되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템. - (a) 사면붕괴 관리지역의 낙석 방지 울타리에 설치되는 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치의 장치ID, 충격감지센서의 기울기와 3축 가속도 값의 센서 계측 데이터, 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량 및 카메라 영상 데이터를 통신망을 통해 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템으로 전송하는 단계;
(b) 상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은 낙석 또는 토석의 충격 이벤트 발생시 또는 일정 주기로 수신된 적어도 하나 이상의 비탈면 경보 장치의 장치ID, 상기 충격감지센서의 센서 계측 데이터와 상기 지반 경사계의 비탈면의 지반경사 변위량, 낙석과 토석의 충격량 데이터 및 카메라 영상 데이터를 제공하며, 비탈면의 낙석 또는 토석 충격 시에 기 설정된 기준치를 초과하면 사용자 단말로 경보하는 단계; 및
(c) 상기 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 시스템은 비탈면 경보 장치의 장치ID, 상기 충격감지센서의 센서 계측 데이터와 낙석과 토석의 충격량 데이터, 상기 지반경사계의 지반경사 변위량 및 카메라의 영상 데이터를 참조하여 인공지능 프로그램을 사용하여 태풍,강우량,우박,폭설의 기후 조건과 비탈면 지반 조사 결과와 낙석과 토석의 크기와 빈도와 비탈면 붕괴이력과 통계 정보에 기초하여 빅 데이터를 분석하여 비탈면 붕괴 예측 결과를 사용자 단말로 제공하는 단계를 포함하며,
상기 비탈면 경보 장치는 낙석을 검지하는 검지선식 낙석검지기가 추가로 더 구비되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법. - 제10항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치의 충격 감지 센서는 3축 가속도 센서 또는 180°, 360° 자이로 센서를 사용하며, 상기 3축 가속도 센서는 압전형, 압저항형, 정전용량형 3축 가속도 센서 중 어느 하나의 3축 가속도 센서를 사용하며,
이 외에, 상기 비탈면 경보 장치는 낙석, 붕락 발생 예측 장소에 LoRa 통신부 모뎀, NB-IoT 통신부, RF 통신부, Wi-Fi 통신부, 및 LTE 4G 통신부 또는 5G 통신부 중 어느 하나의 통신부를 구비하는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법. - 제10항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치는 충격에 강한 외부 부재를 구비하며 방수 처리되며 무선 센서 노드 역할을 하는 IoT 디바이스로써, 추가적으로 비탈면의 활동 거동 영상을 촬영하는 카메라와 카메라 회로; 및 상기 카메라 영상 데이터를 인코딩하는 영상처리부를 더 포함하며, 상기 영상처리부는 센서 정보 처리부에 연결되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법. - 제10항에 있어서,
상기 비탈면 경보 장치는 태양광 에너지로부터 배터리를 충전하는 태양전지부를 더 포함하며, 상기 태양전지부는 태양전지 판넬부, 과충전 방지회로 과방전 방지 회로를 구비하는 충전조절기, 및 무보수형 축전지 또는 2차 전지 인 리튬 폴리머 배터리를 사용하는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법. - 제10항에 있어서,
상기 비탈면 경보장치는 설치 기준으로써,
* 공통: 1) 비탈면에 인장균열이 있는 구간, 2) 우기 및 집중호우 시 유실이 잦은 구간, 3) 붕괴이력이 존재하는 지반 및 붕괴이력과 유사한 지질조건의 지반, 4) 접근이 어려운 구간으로 지반상태가 불량한 구간, 5) 지속적으로 낙석 및 표층붕괴가 발생되는 구간, 6) 비탈면 상부자연사면의 집수지형 구간에 설치되며,
* 토사구간: 1) 계곡부의 붕적층 및 풍화토층이 깊게 분포하는 구간, 2) 붕적토층 하부에 암반층이 존재하는 구간, 3) 동결융해가 발생한 습윤한 토사 비탈면 구간, 4) 비탈면 내 배부름 및 지반 변형이 발생된 구간, 5) 용수 발생지점이 다수인 구간, 6) 토질특성이 구분되는 구간, 7) 시공당시 토층구간에서 대규모의 원호파괴가 발생된 구간에 설치되며,
* 암반 구간: 1) 퇴적암 및 변성암 구간에 불연속면이 도로 방향으로 경사진 경우 별도 보강공법이 적용되지 않는 구간, 2) 이암 구간에 별도 보강공법이 적용되지 않은 구간, 3) 셰일이 포함된 암반 비탈면 구간, 4) 연약한 암석과 단단한 암석이 호층으로 분포된 구간, 5) 토사와 암반경계부로서 경계부가 뚜렷하고 습윤한 구간, 6) 낙석이 잦은 구간 또는 용출수 발생이 다수인 구간, 7) 비탈면 하부에 암괴들로 덮힌 비탈면 구간, 8) 동결융해가 발생한 암석 비탈면 구간에 설치되는, 비탈면 경보 장치와 연동된 경사진 비탈면의 낙석과 토석 대책 시설의 관리 및 경보 방법.
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