KR102208707B1 - 사면 거동 감지 장치 및 이를 구비하는 사면 붕괴 예·경보 시스템 - Google Patents

사면 거동 감지 장치 및 이를 구비하는 사면 붕괴 예·경보 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사면 붕괴 예·경보 시스템에 관한 것으로서, 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하기 위한 장치로서, 지중 변위와 체적함수비를 측정하고, 측정한 값을 이용하여 사면 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하는 사면 거동 감지 장치, IoT 전용망을 통해 상기 사면 거동 감지 장치로부터 사면 붕괴 위험 신호를 수신하는 IoT 클라이언트, 인터넷 망을 통해 상기 IoT 클라이언트로부터 상기 사면 붕괴 위험 신호를 전달받아 사면 상태를 모니터링하고, 사면 붕괴 위험을 예보하고 경보하는 IoT 서버 및 상기 IoT 서버로부터 푸시 메시지를 통해 사면 상태 모니터링 정보와 사면 붕괴 위험 예·경보 정보를 수신하는 관리자 단말을 포함한다.
본 발명에 의하면 사면 상태를 용이하게 파악할 수 있고, 붕괴 위험을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

사면 거동 감지 장치 및 이를 구비하는 사면 붕괴 예·경보 시스템 {Apparatus for sensing slope status and system for predicting and alarming slope failure implementing the same}
본 발명은 사면의 상태를 감시하여 사면붕괴 위험을 미리 예보하고 경보하는 사면 거동 감지 장치 및 사면 붕괴 예·경보 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 평지보다 산지가 많으므로, 산기슭에 인접한 주거지와 도로가 많다. 특히, 근래에는 주거지와 도로를 넓히기 위해 산을 깎아 만든 절토 사면을 흔하게 볼 수 있다. 이러한 절토 사면 또는 통상의 사면은 매우 가파른 경사를 이루고 있으므로 사태를 일으키기 쉽다.
또한, 연평균 강우량의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 기후 특성 때문에 사면 붕괴가 자주 발생하여 해마다 인명 및 재산의 손실뿐만 아니라 사회경제적으로도 커다란 피해를 입고 있다.
사면 붕괴는 국민의 안전과 재산에 막대한 피해를 발생시키므로 그동안 산사태나 사면 붕괴에 의한 피해를 줄이려는 노력을 하고 있음에도 불구하고, 기상이변 등에 의한 사면재해가 증가되고 있는 실정이다. 또한 지형적, 기후적 특성으로 인해 매해 여름에 내리는 집중호우, 태풍 등과 같은 기상이변으로 인하여 사면붕괴사고에 대한 예측과 예방이 쉽지 않다.
이에 더해 매년 전국적으로 절취사면의 붕괴나 산사태로 인해 많은 인적, 재산적인 피해가 발생되고 있으나, 이에 대한 대비가 미진한 실정이며, 장마철 및 태풍이 발생하는 시기에 겪게 되는 사면 붕괴, 산사태에 따른 사면붕괴로 인한 인적, 재산적 피해를 단지 자연재해로 치부하는 것이 현실이다.
이에 따라, 최근 사면 붕괴를 사전에 감지하여 피해를 줄이고자 하는 연구가 진행 중에 있으며, 우리나라에서도 방재에 대한 관심이 높아져서 사면에 관련된 여러 자동화 계측시스템이 개발되고 사용되고 있는 추세이다.
그러나, 단순히 사면 조사와 데이터베이스화를 통한 사면의 유지관리 단계를 넘어서, 위험 사면에 대한 계측을 통해 사면의 장·단기적 안정성을 평가하고, 사면의 불안정 요소에 대한 대책을 수립하는 방안이 필요하다.
특히, 원거리에서도 실시간으로 사면 거동 감시가 가능한 사면 붕괴 모니터링 시스템을 개발하여 원격지에 있는 사면의 상태를 모니터링하고, 붕괴를 조기에 예측 및 예보함으로써, 위험 사면에 대한 적절한 대책을 수립하고 사면 붕괴에 의한 피해를 최소화할 수 있는 방안이 필요하다.
대한민국 등록특허 10-0712475
흙사면의 체적함수비 계측을 통한 사면파괴 예측기법 개발(지질공학회지, 2006년, 16권 2호, pp.135-143, 김만일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사면 상태를 모니터링하고, 사면 붕괴 위험을 사전에 예측하여 경보함으로써, 피해를 예방할 수 있는 사면 거동 감지 장치 및 사면 붕괴 예·경보 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하기 위한 사면 거동 감지 장치에서, 사면의 지중에 인입되도록 하단부가 스크류 형태로 형성된 스크류부, 봉의 일부에 위치하여 지중 거동을 감지하기 위한 하나 이상의 변형률 센서, 상단부에 위치하여 사면의 지중 인입시 지표면에 돌출되도록 형성되며 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하는 표출부 및 외부 기기와의 무선통신을 위한 통신부를 구비하는 지중 거동 감지봉 및 상기 지중 거동 감지봉과 전선을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 지중 거동 감지봉이 인입된 곳의 주변 지중에 인입되며, 지중의 체적함수비를 감지하기 위해 끝단에 형성된 체적함수비 센서를 구비하는 함수비 측정봉을 포함하며, 상기 표출부는 상기 변형률 센서로부터 수신한 변위 신호와 상기 체적함수비 센서로부터 수신한 체적함수비 신호를 이용하여 사면의 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신한다.
본 발명의 일 실시예에서 두 개 이상의 함수비 측정봉이 상기 지중 거동 감지봉에 연결되어 사면의 지중에 인입되는 경우, 상기 표출부는 함수비 측정봉들로부터 수신한 체적함수비 값 중에서 최댓값을 이용하여 사면의 거동을 분석할 수 있다.
상기 변형률 센서는 스트레인 게이지로 구현될 수 있다.
본 발명의 사면 붕괴 예·경보 시스템은 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하기 위한 장치로서, 지중 변위와 체적함수비를 측정하고, 측정한 값을 이용하여 사면 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하는 사면 거동 감지 장치, IoT 전용망을 통해 상기 사면 거동 감지 장치로부터 사면 붕괴 위험 신호를 수신하는 IoT 클라이언트, 인터넷 망을 통해 상기 IoT 클라이언트로부터 상기 사면 붕괴 위험 신호를 전달받아 사면 상태를 모니터링하고, 사면 붕괴 위험을 예보하고 경보하는 IoT 서버 및 상기 IoT 서버로부터 푸시 메시지를 통해 사면 상태 모니터링 정보와 사면 붕괴 위험 예·경보 정보를 수신하는 관리자 단말을 포함한다.
상기 사면 거동 감지 장치는 사면의 지중에 인입되도록 하단부가 스크류 형태로 형성된 스크류부, 봉의 일부에 위치하여 지중 거동을 감지하기 위한 하나 이상의 변형률 센서, 상단부에 위치하여 사면의 지중 인입시 지표면에 돌출되도록 형성되며 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하는 표출부 및 외부 기기와의 무선통신을 위한 통신부를 구비하는 지중 거동 감지봉 및 상기 지중 거동 감지봉과 전선을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 지중 거동 감지봉이 인입된 곳의 주변 지중에 인입되며, 지중의 체적함수비를 감지하기 위해 끝단에 형성된 체적함수비 센서를 구비하는 함수비 측정봉을 포함하며, 상기 표출부는 상기 변형률 센서로부터 수신한 변위 신호와 상기 체적함수비 센서로부터 수신한 체적함수비 신호를 이용하여 사면의 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신한다.
본 발명의 일 실시예에서 두 개 이상의 함수비 측정봉이 상기 지중 거동 감지봉에 연결되어 사면의 지중에 인입되는 경우, 상기 표출부는 함수비 측정봉들로부터 수신한 체적함수비 값 중에서 최댓값을 이용하여 사면의 거동을 분석할 수 있다.
상기 변형률 센서는 스트레인 게이지로 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면 지중변위와 체적함수비를 이용하여 사면의 지반거동을 측정하여 상태를 판단하고, 붕괴 위험을 표출하는 사면 거동 감지 장치를 제공함으로써, 사면 상태를 용이하게 파악할 수 있고, 붕괴 위험을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 지중 거동 감지봉과 함수비 측정봉이 분리되어 사면에 인입되는 구조로서, 지중 거동 감지봉은 시멘트밀크에 삽입하여 고정시키고, 함수비 측정봉은 주변의 토양에 인입시켜서 지중 토양의 함수비를 측정할 수 있으므로, 시공시 사용자의 편의에 기여하고 보다 정확한 사면 붕괴를 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 통신망을 통해 사면 상태를 원격지의 서버나 사용자의 단말에 전달할 수 있으므로, 원거리에서도 용이하게 사면 상태를 파악할 수 있고, 붕괴 위험을 알 수 있으므로, 사면 붕괴에 따른 인적/재산적 피해를 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 붕괴 예·경보 시스템의 전체 구조를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 거동 감지 장치의 설치예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 거동 감지 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 붕괴 예·경보 시스템에서의 사면 붕괴 예·경보 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 붕괴 위험 판단 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 붕괴 예·경보 시스템의 전체 구조를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 사면 붕괴 예·경보 시스템은 사면 거동 감지 장치(100, 200), IoT(Internet of Things) 클라이언트(client)(300), IoT 서버(400), 관리자 단말(500)을 포함한다.
사면 거동 감지 장치(100, 200)는 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하기 위한 장치로서, 지중 변위와 체적함수비를 측정하고, 측정한 값을 이용하여 사면 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신한다.
IoT 클라이언트(300)는 IoT 전용망을 통해 사면 거동 감지 장치(100, 200)로부터 사면 붕괴 위험 신호를 수신하고, 이를 인터넷 망을 통해 IoT 서버(400)에 전달한다.
IoT 서버(400)는 인터넷 망을 통해 IoT 클라이언트(300)로부터 사면 붕괴 위험 신호를 전달받아 사면 상태를 모니터링하고, 사면 붕괴 위험을 예보하고 경보한다.
관리자 단말(500)은 관리자가 소지하는 단말로서, IoT 서버(400)로부터 푸시 메시지(Push message)를 통해 사면 상태 모니터링 정보와 사면 붕괴 위험 예·경보 정보를 수신하여 디스플레이한다. 예를 들어, 관리자 단말(500)은 관리자 및 시·군·구 재난담당자, 정부 부처 관련 담당자의 단말일 수 있으며, 스마트 폰, 태블릿 PC 등의 이동통신 단말기로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 거동 감지 장치의 설치예를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 사면 거동 감지 장치(100, 200)는 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하는 역할을 수행한다.
사면 거동 감지 장치는 지중 거동 감지봉(100)과 함수비 측정봉(200)으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 거동 감지 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 지중 거동 감지봉(100)은 표출부(110), 통신부(120), 변형률 센서(130), 스크류부(140)를 구비한다.
표출부(110)는 상단부에 위치하여 사면의 지중 인입시 지표면에 돌출되도록 형성되며 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보한다.
통신부(120)는 외부 기기와의 무선통신 기능을 제공한다. 예를 들어, 통신부(120)는 LoRa망과 같은 IoT(Internet of Things) 망을 통해 외부 기기와 통신할 수 있으며, 또한 망 내에 게이트웨이와 같은 모듈을 포함시키고 내부망 형태로 통신망을 구성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서 표출부(110)와 통신부(120)는 봉에 대하여 탈착가능한 구조로 구현될 수 있다. 예를 들어, 봉의 상단이 육각형 돌출 구조로 형성될 수 있고, 렌치 등의 기구를 이용하여 봉 상단의 육각형 돌출구조를 체결하여 회전시키면서, 용이하게 지중에 인입시킬 수 있다. 그리고, 봉을 지중에 완전히 인입시킨 후에는, 표출부(110)와 통신부(120)를 봉 상단의 육각형 돌출 구조에 체결하도록 하여, 용이하게 사면 거동 감지 장치를 구현할 수 있다.
변형률 센서(130)는 봉의 일부에 위치하여 지중 거동을 감지하는 역할을 한다. 본 발명에서 변형률 센서(130)는 봉의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 형성될 수 있다. 이에 따라 다양한 지중 깊이에 따른 변위를 감지할 수 있으며, 보다 정확한 사면의 상태를 감지하여 붕괴 위험을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 변형률 센서(130)는 스트레인 게이지(Strain gauge)로 구현될 수 있다. 스트레인 게이지를 이용할 경우 변위가 각변위로 감지되므로 보다 효율적인 변위 감지가 가능하다.
스크류부(140)는 사면의 지중에 인입되도록 하단부가 스크류 형태로 형성된 부분이다.
함수비 측정봉(200)은 지중 거동 감지봉(100)과 전선(10)을 통해 전기적으로 연결되며, 지중 거동 감지봉(200)이 인입된 곳의 주변 지중에 인입되며, 지중의 체적함수비를 감지하기 위해 끝단에 형성된 체적함수비 센서(230)를 구비한다.
함수비 측정봉(200)은 상단에 형성된 헤드부(210)와, 몸체부(220)와, 체적함수비 센서(230)로 이루어진다.
본 발명에서 표출부(110)는 변형률 센서(130)로부터 수신한 변위 신호와 체적함수비 센서(230)로부터 수신한 체적함수비 신호를 이용하여 사면의 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 통신부(120)를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신한다.
이처럼, 본 발명에서는 지중 거동 감지봉(100)과 함수비 측정봉(200)이 분리되어 사면에 인입되는 구조이다. 예를 들어, 지중 거동 감지봉(100)은 시멘트밀크에 삽입하여 고정시키고, 함수비 측정봉(200)은 주변의 토양에 인입시켜서 지중 토양의 함수비를 측정할 수 있으므로, 시공시 사용자의 편의에 기여하고 보다 정확한 사면 붕괴를 예측할 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 두 개 이상의 함수비 측정봉(200)이 지중 거동 감지봉(100)에 연결되어 사면의 지중에 인입되는 경우, 표출부(110)는 함수비 측정봉들로부터 수신한 체적함수비 값 중에서 최댓값을 이용하여 사면의 거동을 분석할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 붕괴 예·경보 시스템에서의 사면 붕괴 예·경보 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 표출부(110)는 다수의 체적함수비 센서로부터 체적함수비 값을 수신하고(S401), 이 중에서 최댓값이 미리 정해진 기준치를 초과하는지 확인한다(S403).
최댓값이 기준치를 초과하면, 이 최댓값을 이용하여 사면 거동 상태를 분석하고, 이를 기반으로 사면 붕괴 위험 정도를 판단한다(S405).
본 발명에서 변형률 센서(130)에서 측정한 신호값을 이용하여 사면 상태를 판단하고, 붕괴 위험을 판정하는 구체적인 예를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 붕괴 위험 판단 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5에서, yi는 변위속도, Zi는 체적함수비, te는 시간, γv는 기준 변위속도, γvwc는 기준 체적함수비,
Figure 112019108156443-pat00001
분석은 평균-범위 분석,
Figure 112019108156443-pat00002
분석은 평균-표준편차 분석, LCL은 관리하한계, UCL은 관리상한계, A0는 1분간 변위속도 평균값, B0는 변위속도-시간 관계의 Y축 절편값, C0는 1분간 체적함수비 평균값, D0는 체적함수비-시간 관계의 Y축 절편값, α, β는 체적함수비에 따른 토질별 추가 상수, n은 수집된 데이터 수이다. 여기서, 체적함수비 Zi에 대하여 "흙사면의 체적함수비 계측을 통한 사면파괴 예측기법 개발(지질공학회지, 2006년, 16권 2호, pp.135-143, 김만일)”에 관련 내용이 기술되어 있다.
도 5를 참조하면, 표출부는 변형률 센서(130)로부터 변위 데이터를 수집한다(S501).
그리고, yi에서 n<10이면,
Figure 112019108156443-pat00003
분석을 수행하고, n이 10 이상이면,
Figure 112019108156443-pat00004
분석을 수행한다(S503, S505, S507).
그리고, yi가 LCL보다 크고 UCL보다 작으면, S501~S507 단계를 반복 수행하고, yi가 LCL보다 작거나 UCL보다 크면, 두 개의 직선의 방정식인 yi=A0·te+B0와, Zi=C0·te+D0가 성립한다(S509, S511, S513).
여기서, Zi가 γvwc에 근사하지 않으면, yi=A0·te+B0의 직선 방정식이 적용된다(S515, S517). Zi가 γvwc에 근사하면, yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식이 적용된다(S515, S521).
yi=A0·te+B0의 직선 방정식에서 A0가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 알람을 전송한다(S519, S525).
yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식에서 A0+α가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 알람을 전송한다(S523, S525).
다시 정리하면, 표출부(110)는 변형률 센서(130)로부터 변위 데이터를 수집하여, yi에서 n<10이면,
Figure 112019108156443-pat00005
분석을 하고, n이 10이상이면,
Figure 112019108156443-pat00006
분석을 하는 제1과정을 수행한다.
그리고, 표출부는 yi가 LCL보다 크고 UCL보다 작으면, 상기 제1과정을 반복하여 수행하고, yi가 LCL보다 작거나 UCL보다 크면, 두 개의 직선의 방정식인 yi=A0·te+B0와, Zi=C0·te+D0가 성립하며, 여기서 Zi가 γvwc에 근사하지 않으면, yi=A0·te+B0의 직선 방정식이 적용되고. Zi가 γvwc에 근사하면, yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식이 적용되도록 한다.
그리고, 표출부(110)는 yi=A0·te+B0의 직선 방정식에서 A0가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 알람 메시지를 송신한다.
그리고, 표출부(110)는 yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식에서 A0+α가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 알람 메시지를 송신한다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 지중 거동 감지봉 200 함수비 측정봉
110 표출부 120 통신부
130 변형률 센서 140 스크류부
210 헤드부 220 몸체부
230 함수비 센서

Claims (7)

  1. 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하기 위한 사면 거동 감지 장치에서,
    사면의 지중에 인입되도록 하단부가 스크류 형태로 형성된 스크류부, 봉의 일부에 위치하여 지중 거동을 감지하기 위한 하나 이상의 변형률 센서, 상단부에 위치하여 사면의 지중 인입시 지표면에 돌출되도록 형성되며 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하는 표출부 및 외부 기기와의 무선통신을 위한 통신부를 구비하는 지중 거동 감지봉; 및
    상기 지중 거동 감지봉과 전선을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 지중 거동 감지봉이 인입된 곳의 주변 지중에 인입되며, 지중의 체적함수비를 감지하기 위해 끝단에 형성된 체적함수비 센서를 구비하는 함수비 측정봉을 포함하며,
    상기 표출부는 상기 변형률 센서로부터 수신한 변위 신호와 상기 체적함수비 센서로부터 수신한 체적함수비 신호를 이용하여 사면의 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하되,
    yi는 변위속도, Zi는 체적함수비, te는 시간, γv는 기준 변위속도, γvwc는 기준 체적함수비,
    Figure 112020100762158-pat00012
    분석은 평균-범위 분석,
    Figure 112020100762158-pat00013
    분석은 평균-표준편차 분석, LCL은 관리하한계, UCL은 관리상한계, A0는 1분간 변위속도 평균값, B0는 변위속도-시간 관계의 Y축 절편값, C0는 1분간 체적함수비 평균값, D0는 체적함수비-시간 관계의 Y축 절편값, α, β는 체적함수비에 따른 토질별 추가 상수, n은 수집된 데이터 수라고 할 때,
    상기 표출부는 상기 변형률 센서로부터 수집한 변위 데이터에서, yi에서 n<10이면,
    Figure 112020100762158-pat00014
    분석을 수행하고, n이 10 이상이면,
    Figure 112020100762158-pat00015
    분석을 수행하고(제1 과정),
    yi가 LCL보다 크고 UCL보다 작으면, 상기 제1 과정을 반복 수행하고, yi가 LCL보다 작거나 UCL보다 크면, 두 개의 직선의 방정식인 yi=A0·te+B0와, Zi=C0·te+D0가 성립하며,
    Zi가 γvwc에 근사하지 않으면, yi=A0·te+B0의 직선 방정식이 적용되고,
    Zi가 γvwc에 근사하면, yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식이 적용되고,
    yi=A0·te+B0의 직선 방정식에서 A0가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하고,
    yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식에서 A0+α가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 사면 거동 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    두 개 이상의 함수비 측정봉이 상기 지중 거동 감지봉에 연결되어 사면의 지중에 인입되는 경우,
    상기 표출부는 함수비 측정봉들로부터 수신한 체적함수비 값 중에서 최댓값을 이용하여 사면의 거동을 분석하는 것을 특징으로 하는 사면 거동 감지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형률 센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 사면 거동 감지 장치.
  4. 사면에 설치되어 사면 거동을 감지하기 위한 장치로서, 지중 변위와 체적함수비를 측정하고, 측정한 값을 이용하여 사면 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하는 사면 거동 감지 장치;
    IoT 전용망을 통해 상기 사면 거동 감지 장치로부터 사면 붕괴 위험 신호를 수신하는 IoT 클라이언트;
    인터넷 망을 통해 상기 IoT 클라이언트로부터 상기 사면 붕괴 위험 신호를 전달받아 사면 상태를 모니터링하고, 사면 붕괴 위험을 예보하고 경보하는 IoT 서버; 및
    상기 IoT 서버로부터 푸시 메시지를 통해 사면 상태 모니터링 정보와 사면 붕괴 위험 예·경보 정보를 수신하는 관리자 단말을 포함하며,
    상기 사면 거동 감지 장치는,
    사면의 지중에 인입되도록 하단부가 스크류 형태로 형성된 스크류부, 봉의 일부에 위치하여 지중 거동을 감지하기 위한 하나 이상의 변형률 센서, 상단부에 위치하여 사면의 지중 인입시 지표면에 돌출되도록 형성되며 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하는 표출부 및 외부 기기와의 무선통신을 위한 통신부를 구비하는 지중 거동 감지봉; 및
    상기 지중 거동 감지봉과 전선을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 지중 거동 감지봉이 인입된 곳의 주변 지중에 인입되며, 지중의 체적함수비를 감지하기 위해 끝단에 형성된 체적함수비 센서를 구비하는 함수비 측정봉을 포함하며,
    상기 표출부는 상기 변형률 센서로부터 수신한 변위 신호와 상기 체적함수비 센서로부터 수신한 체적함수비 신호를 이용하여 사면의 거동을 분석하고, 사면 상태가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되면 빛과 소리를 표출하여 사면붕괴를 경보하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하되,
    yi는 변위속도, Zi는 체적함수비, te는 시간, γv는 기준 변위속도, γvwc는 기준 체적함수비,
    Figure 112020100762158-pat00016
    분석은 평균-범위 분석,
    Figure 112020100762158-pat00017
    분석은 평균-표준편차 분석, LCL은 관리하한계, UCL은 관리상한계, A0는 1분간 변위속도 평균값, B0는 변위속도-시간 관계의 Y축 절편값, C0는 1분간 체적함수비 평균값, D0는 체적함수비-시간 관계의 Y축 절편값, α, β는 체적함수비에 따른 토질별 추가 상수, n은 수집된 데이터 수라고 할 때,
    상기 표출부는 상기 변형률 센서로부터 수집한 변위 데이터에서, yi에서 n<10이면,
    Figure 112020100762158-pat00018
    분석을 수행하고, n이 10 이상이면,
    Figure 112020100762158-pat00019
    분석을 수행하고(제1 과정),
    yi가 LCL보다 크고 UCL보다 작으면, 상기 제1 과정을 반복 수행하고, yi가 LCL보다 작거나 UCL보다 크면, 두 개의 직선의 방정식인 yi=A0·te+B0와, Zi=C0·te+D0가 성립하며,
    Zi가 γvwc에 근사하지 않으면, yi=A0·te+B0의 직선 방정식이 적용되고,
    Zi가 γvwc에 근사하면, yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식이 적용되고,
    yi=A0·te+B0의 직선 방정식에서 A0가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하고,
    yi=(A0+α)·te+(B0+β)의 직선 방정식에서 A0+α가 γv가 되면, 해당 사면의 변위 속도가 증가한 상태로서, 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, 이때의 데이터를 저장하고, 상기 통신부를 통해 외부 기기에 사면 붕괴 위험을 알리는 알람 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 사면 붕괴 예·경보 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    두 개 이상의 함수비 측정봉이 상기 지중 거동 감지봉에 연결되어 사면의 지중에 인입되는 경우,
    상기 표출부는 함수비 측정봉들로부터 수신한 체적함수비 값 중에서 최댓값을 이용하여 사면의 거동을 분석하는 것을 특징으로 하는 사면 붕괴 예·경보 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 변형률 센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 사면 붕괴 예·경보 시스템.
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