KR102260783B1 - Measuring device for predicting collapse of slope land and system for predicting collapse of slope land with the device - Google Patents

Measuring device for predicting collapse of slope land and system for predicting collapse of slope land with the device Download PDF

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임우석
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Abstract

The present invention relates to a slope collapse risk prediction system. An embodiment of the present invention provides the slope collapse risk prediction system, which includes: a plurality of measuring instruments installed spaced apart from each other on a slope; and a server device which receives measurement data from the plurality of measuring instruments and calculates a risk degree of a slope collapse risk, wherein the server device is configured to perform calculating a primary risk for a collapse risk based on acceleration-related measurement data applied to each measurement device among the received measurement data, and calculating a secondary risk for the collapse risk based on the received measurement data when the primary risk is greater than or equal to a preset threshold. Therefore, it is possible to evaluate and predict the risk of slope collapse with high accuracy.

Description

경사지 붕괴위험 예측용 계측기 및 이를 구비하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템 {Measuring device for predicting collapse of slope land and system for predicting collapse of slope land with the device} Measuring device for predicting collapse of slope land and system for predicting collapse of slope land with the device

본 발명은 경사지나 절토사면 등에서의 산사태나 붕괴 위험을 예측하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가속도, 음향파 및 함수율을 이용하여 경사지 등에서의 붕괴 위험을 예측하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system for predicting the risk of landslides or collapse on a slope or a cut slope, etc., and more particularly, to a system for predicting the risk of collapse on a slope using acceleration, acoustic waves and moisture content. will be.

급경사지 및 절토사면, 산사태 등 토사 혹은 사면 전체가 무너지는 사고는 수시로 일어나는 재난 중 하나이다. 국내 대부분의 산사태 및 급경사지 붕괴감지 계측은 붕괴가 발생된 이후 감지하여 관리자 및 위험발생구간 주변에 경보하고 있다. 계측기의 첨단기술은 발전하고 있으나 해석기술이 포함되지 않아 사후 분석하는 시스템으로 구축되어 있다. Accidents in which the soil or the entire slope collapses, such as steep slopes, cut slopes, and landslides, is one of the frequent disasters. Most of the landslides and steep slope collapse detection instruments in Korea detect the collapse after it has occurred and alert the manager and the area around the dangerous area. The advanced technology of measuring instruments is developing, but analysis technology is not included, so it is built as a system for post-analysis.

산사태나 경사지 붕괴에 대한 위험을 미리 감지하고 측정하여 붕괴를 예측할 수 있는 노력이 지속되어 왔음에도 불구하고 아직까지는 예측 시스템이 복잡하거나 비용이 고가여서 실제 위험지에 설치하여 실시간으로 위험을 예측하기가 어려운 실정이다. Although efforts have been made to predict the collapse by detecting and measuring the risk of landslide or slope collapse in advance, it is difficult to predict the risk in real time by installing it in an actual hazardous area because the prediction system is complicated or expensive. the current situation.

선행문헌1: 한국 공개특허 제2018-0057817호 (2018년 5월 31일 공개)Prior Document 1: Korean Patent Publication No. 2018-0057817 (published on May 31, 2018) 선행문헌2: 한국 등록특허 제10-2091758호 (2020년 3월 20일 공고)Prior Document 2: Korean Patent Registration No. 10-2091758 (Announced on March 20, 2020)

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 가속도를 측정하여 충격량과 이동평균값을 해석하고 함수율과 음향파 예측 기법을 사용하여 산사태 붕괴 위험에 대한 등급을 결정하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve this problem, and it is an object of the present invention to provide a system that measures the acceleration to interpret the impact amount and the moving average value, and determines the grade for the risk of landslide collapse by using the moisture content and acoustic wave prediction technique. .

본 발명은 가속도 측정을 통한 충격량 및 충격량의 이동평균(충격량의 변화값)을 계측하여 해석하여 1차 위험도를 산출하고, 계측기의 기울기, 함수율, 및 음향파 파라미터를 추가로 더 고려하고 인공신경망 알고리즘을 이용하여 2차 위험도를 산출함으로써 경사지 붕괴위험에 대한 실시간 예측을 하는 방법을 제공한다. The present invention calculates the primary risk by measuring and interpreting the impact amount and the moving average (change value of the impact amount) of the impact amount through the acceleration measurement, further considering the slope, moisture content, and acoustic wave parameters of the measuring instrument, and artificial neural network algorithm It provides a method for real-time prediction of the risk of slope collapse by calculating the secondary risk using

본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사지 붕괴위험 예측 시스템으로서, 경사지에 소정 간격 이격되어 설치된 복수개의 계측기; 및 상기 복수개의 계측기로부터 계측 데이터를 수신하여 경사지 붕괴위험에 대한 위험도를 산출하는 서버장치;를 포함하고, 상기 서버장치는, 상기 수신한 계측 데이터 중 각 계측기에 가해지는 가속도 관련 계측 데이터에 기초하여 붕괴위험에 대한 1차 위험도를 산출하는 단계, 및 상기 1차 위험도가 기설정한 임계값 이상인 경우 상기 수신한 계측 데이터에 기초하여 붕괴위험에 대한 2차 위험도를 산출하는 단계를 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a system for predicting the risk of collapse of a slope, comprising: a plurality of measuring instruments installed at a predetermined interval on a slope; and a server device that receives measurement data from the plurality of measuring instruments and calculates a degree of risk for slope collapse risk, wherein the server device includes, on the basis of the measurement data related to acceleration applied to each measuring device among the received measurement data Calculating a primary risk for collapse risk, and calculating a secondary risk for collapse risk based on the received measurement data when the primary risk is greater than or equal to a preset threshold value It provides a system for predicting the risk of slope collapse.

본 발명에 따르면 가속도에 의한 충격량과 이동평균값에 기초하여 1차 위험도를 판단하고 그 후 충격량, 이동평균값, 계측기의 기울기, 함수율, 및 음향파 파라미터를 입력데이터로서 인공신경망 알고리즘에 입력하여 2차 위험도를 산출함으로써 높은 정확도로 경사지 붕괴 위험성을 평가하고 예측할 수 있다. According to the present invention, the primary risk is determined based on the amount of impulse caused by the acceleration and the moving average value, and then the amount of impulse, the moving average, the slope of the instrument, the moisture content, and the acoustic wave parameters are inputted into the artificial neural network algorithm as input data to enter the secondary risk. By calculating , it is possible to evaluate and predict the risk of slope collapse with high accuracy.

도1은 경사지 붕괴위험 예측을 위해 다수의 계측기를 경사지에 설치한 모습을 나타내는 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측기를 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 경사지 붕괴위험 예측 방법의 흐름도,
도4는 가속도를 이용하여 1차 위험도를 산출하는 예시적 방법의 흐름도,
도5는 2차 위험도 산출에 사용하는 변수 및 그에 따른 위험도 분류를 예시적으로 나타내는 도면,
도6은 음향파의 파라미터를 설명하기 위한 도면,
도7은 인공신경망을 이용하여 2차 위험도를 산출하는 예시적 방법을 나타내는 도면이다.
1 is a view showing a state in which a number of instruments are installed on a slope for predicting the risk of collapse of a slope;
2 is a view for explaining a measuring instrument according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart of a method for predicting the risk of slope collapse according to an embodiment;
4 is a flowchart of an exemplary method for calculating a primary risk using acceleration;
5 is a diagram exemplarily showing variables used for calculating secondary risk and risk classification accordingly;
6 is a view for explaining the parameters of the acoustic wave;
7 is a diagram illustrating an exemplary method of calculating a secondary risk using an artificial neural network.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서의 도면에 있어서, 구성요소들의 길이, 두께, 넓이 등의 수치는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장하여 표시될 수 있다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~을 포함한다', '~으로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 이 표현에서 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In the drawings of the present specification, numerical values such as length, thickness, and width of components may be exaggerated for effective description of technical content. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. The expressions 'comprising', 'consisting of', and 'consisting of' as used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the elements mentioned in this expression.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically explain and help the understanding of the invention. However, a reader having enough knowledge in this field to understand the present invention may recognize that it may be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts which are commonly known in describing the invention and which are not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the present invention.

도1은 경사지 붕괴위험 예측을 위해 다수의 계측기를 경사지에 설치한 모습을 개략적으로 나타내었다. 도시한 것처럼, 본 발명의 붕괴위험 예측 방법을 수행하기 위해, 예측 대상이 되는 경사지의 지표면에 복수개의 계측기(10)가 설치된다. 계측기(10)는 붕괴위험 예측 대상 지역의 경사면에 소정 간격으로 이격되어 설치될 수 있다. 1 schematically shows a state in which a plurality of measuring instruments are installed on a slope for predicting the risk of collapse of a slope. As shown, in order to perform the collapse risk prediction method of the present invention, a plurality of measuring instruments 10 are installed on the ground surface of the slope to be predicted. The measuring instrument 10 may be installed to be spaced apart from each other at predetermined intervals on the slope of the collapse risk prediction target area.

각 계측기(10)는 예컨대 원통 형상의 케이스로 구성되고 케이스 내에 가속도 센서, 음파센서 등 각종 센서를 구비하고 있다. 또한 계측기(10)는 이러한 각종 센서에 전력을 공급하는 전원부, 각종 센서들이 측정한 데이터를 처리하는 데이터 처리회로, 및 처리된 데이터를 중계기(20)로 전달하는 전송부를 더 포함할 수 있다. Each measuring instrument 10 is configured in a cylindrical case, for example, and is provided with various sensors such as an acceleration sensor and a sound wave sensor in the case. In addition, the measuring instrument 10 may further include a power supply for supplying power to these various sensors, a data processing circuit for processing data measured by the various sensors, and a transmitter for transmitting the processed data to the repeater 20 .

이와 관련하여 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측기(10)를 도시하였다. 도2(a)는 외관 사시도이고 도2(b)는 측면도로서 내부 일부를 측단면으로 표시하였다. 도2를 참조하면 일 실시예에 따른 계측기(10)는 헤더(11), 상부 하우징(12), 하부 하우징(13), 및 하부 웨이트(14)를 포함한다. In this regard, Fig. 2 shows a measuring instrument 10 according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 (a) is an external perspective view, and Fig. 2 (b) is a side view, in which a part of the interior is shown as a side cross-section. Referring to FIG. 2 , the instrument 10 according to an embodiment includes a header 11 , an upper housing 12 , a lower housing 13 , and a lower weight 14 .

상부 하우징(12)과 하부 하우징(13)은 내부에 빈 공간을 갖는 통형상의 부재이다. 상부 하우징(12) 내부에는 PCB 기판(16)이 수용되고 PCB(16)에는 가속도 센서, 음파센서 등 여러 종류의 센서들 및 데이터 처리회로가 실장되어 있을 수 있다. 가속도 센서는 소정 시간동안 계측기(10)에 가해지는 가속도를 측정할 수 있고 음파센서는 지표면 내부의 음향파(음향 탄성파)를 측정할 수 있다. 하부 하우징(13)의 내부에는 빈 공간이 형성되어 있으며 이 공간은 음파를 증폭하고 음파센서로 안내하는 웨이브 가이드 역할을 한다. The upper housing 12 and the lower housing 13 are cylindrical members having an empty space therein. A PCB board 16 is accommodated in the upper housing 12 , and various types of sensors such as an acceleration sensor and a sound wave sensor and a data processing circuit may be mounted on the PCB 16 . The acceleration sensor may measure the acceleration applied to the instrument 10 for a predetermined period of time, and the acoustic wave sensor may measure an acoustic wave (acoustic acoustic wave) inside the earth's surface. An empty space is formed inside the lower housing 13, and this space serves as a wave guide for amplifying sound waves and guiding them to the sound wave sensor.

하부 하우징(13)과 하부 웨이트(14) 사이에는 지표면 내 수분량(함수율)을 측정하기 위한 함수율 센서(15)가 개재되어 설치된다. 함수율 센서(15)가 PCB 기판(16)에서 떨어져 있으므로 함수율 센서(15)와 PCB 기판(16)이 케이블(17)로 연결되며 이를 통해 함수율 센서(15)의 측정 데이터를 PCB 기판(16)으로 전송할 수 있다. 헤더(11)는 상부 하우징(12)을 밀봉하는 부재이며 PCB 기판(16)과 전기적으로 연결된 커넥터 핀이 상단부에 형성되어 있고, 이 커넥터 핀에 케이블을 연결하여 외부와 유선으로 통신할 수 있다. Between the lower housing 13 and the lower weight 14, a moisture content sensor 15 for measuring the amount of moisture (moisture content) in the ground surface is interposed and installed. Since the moisture content sensor 15 is separated from the PCB board 16 , the moisture content sensor 15 and the PCB board 16 are connected by a cable 17 , and through this, the measured data of the moisture content sensor 15 is transferred to the PCB board 16 . can be transmitted The header 11 is a member that seals the upper housing 12, and a connector pin electrically connected to the PCB board 16 is formed at the upper end, and a cable is connected to the connector pin to communicate with the outside by wire.

PCB 기판(16)에 실장된 데이터 처리회로는 가속도 센서, 함수율 센서, 및 음파센서 등 각종 센서들로부터 측정값을 수신하고 이 측정값들로부터 계측 데이터를 생성할 수 있다. 일 실시예에서 계측 데이터는 적어도 (i) 가속도 변화량에 기초하여 계측기(10)에 가해지는 충격량의 변화량(I), (ii) 소정 시간 동안의 상기 변화량의 이동평균(Ima), (iii) 계측기(10)의 기울기, (iv) 경사지 지표면 내부의 함수율, 및 (v) 소정 시간 동안의 음향파 피크의 개수를 포함할 수 있으며 각 계측 데이터에 대해서는 후술하기로 한다. The data processing circuit mounted on the PCB board 16 may receive measurement values from various sensors, such as an acceleration sensor, a moisture content sensor, and a sound wave sensor, and generate measurement data from the measurement values. In one embodiment, the measurement data includes at least (i) the amount of change (I) in the amount of impulse applied to the instrument 10 based on the amount of change in acceleration, (ii) a moving average of the amount of change over a predetermined time (Ima), (iii) the instrument It may include the slope of (10), (iv) moisture content inside the sloping ground surface, and (v) the number of acoustic wave peaks for a predetermined time, and each measurement data will be described later.

일 실시예에서 계측기(10)와 중계기(20)가 유선으로 연결될 수 있다. 각 계측기(10)마다 하나씩 중계기(20)가 연결될 수도 있고 여러 개의 계측기(10)가 하나의 중계기(20)에 연결될 수도 있다. 중계기(20)는 하나 이상의 계측기(10)로부터 수신한 계측 데이터를 임의의 무선통신망을 통해 서버장치(도시 생략)로 전송할 수 있다. In one embodiment, the measuring instrument 10 and the repeater 20 may be connected by wire. One repeater 20 may be connected to each measuring instrument 10 , or several instruments 10 may be connected to one repeater 20 . The repeater 20 may transmit the measurement data received from one or more measuring instruments 10 to a server device (not shown) through any wireless communication network.

서버장치는 일정 영역의 산사태 위험구간을 한 단위의 위험 영역으로 관리할 수 있다. 예를 들어 서버장치는 이 한 단위의 위험 영역에 설치된 계측기(10)들로부터 계측 데이터를 수신하고 이 위험 영역의 경사지 붕괴위험에 대한 위험도를 산출할 수 있다. The server device may manage the landslide risk section of a certain area as a unit risk area. For example, the server device may receive the measurement data from the measuring instruments 10 installed in the danger area of one unit and calculate the risk level for the risk of collapse of the slope in the danger area.

일 실시예에서 각 계측기(10)마다 경사지 붕괴위험에 대한 위험도를 산출할 수도 있다. 예컨대 각 계측기(10)의 데이터 처리회로에서 실행될 수 있다. 또는 또 다른 대안적 실시예에서 각 계측기(10)에 연결된 중계기(20)에서 본 발명의 붕괴위험 예측 방법이 실행될 수도 있고, 또는, 중계기(20)가 각 계측기(10)의 계측 데이터를 서버장치에 무선 또는 유선으로 전송하고 서버장치에서 본 발명의 예측 방법을 실행할 수도 있다. In one embodiment, it is also possible to calculate the degree of risk for the slope collapse risk for each measuring instrument (10). For example, it may be implemented in the data processing circuit of each instrument 10 . Alternatively, in another alternative embodiment, the method for predicting the collapse risk of the present invention may be executed in the repeater 20 connected to each instrument 10, or the repeater 20 transmits the measurement data of each instrument 10 to the server device. It can also be transmitted wirelessly or by wire to the server and the prediction method of the present invention can be executed on the server device.

이하의 실시예에서는 서버장치가 하나 이상의 계측기(10)로부터 계측 데이터를 수신하고 이에 기초하여 서버장치에서 경사지 붕괴위험 예측 방법을 실행하는 것으로 가정하고 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. In the following embodiment, it is assumed that the server device receives the measurement data from one or more measuring instruments 10 and executes the method for predicting the risk of slope collapse in the server device based on this, and the embodiment of the present invention will be described.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사지 붕괴위험 예측 방법의 흐름도이다. 도면을 참조하면, 서버장치가 하나 이상의 계측기(10)로부터 계측 데이터를 수신하면 단계(S10)에서 이 계측 데이터에 기초하여 1차 위험도를 산출한다. 일 실시예에서 서버장치는 계측 데이터 중 각 계측기에 가해지는 가속도 관련 계측 데이터에 기초하여 붕괴위험에 대한 1차 위험도를 산출할 수 있고, 이 때 가속도 관련 계측 데이터는 가속도 변화량에 기초하여 계측기(10)에 가해지는 충격량의 변화량(I) 및 소정 시간 동안의 상기 변화량의 이동평균(Ima)을 포함한다. 3 is a flowchart of a method for predicting the risk of slope collapse according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, when the server device receives measurement data from one or more measuring instruments 10 , a primary risk is calculated based on the measured data in step S10 . In an embodiment, the server device may calculate the primary risk for the collapse risk based on the acceleration-related measurement data applied to each instrument among the measurement data, and in this case, the acceleration-related measurement data is based on the amount of change in the acceleration. ) includes the amount of change (I) of the amount of impact applied to it and the moving average (Ima) of the amount of change for a predetermined time.

그 후 단계(S20)에서, 단계(S10)에서 산출된 1차 위험도가 기설정된 소정 임계값 이상인지를 판단한다. 1차 위험도가 임계값 보다 작으면(S20_No) 붕괴 위험이 없는 경우이므로 2차 위험도 산출할 필요없이 다시 단계(S10)로 복귀하여 소정 주기 이후에 다시 단계(S10)를 실행할 수 있다. Thereafter, in step S20, it is determined whether the primary risk calculated in step S10 is equal to or greater than a predetermined threshold value. If the primary risk is less than the threshold value (S20_No), since there is no risk of collapse, it is possible to return to the step S10 again without calculating the secondary risk and execute the step S10 again after a predetermined period.

임계값과 관련하여 도5는 가속도 관련 계측 데이터를 사용하여 위험도를 산출할 때 사용되는 위험도 기준을 나타내는 예시적 도표이다. 도5에 나타낸 값은 예시적인 수치이며 구체적 실시 형태나 실시 상황에 따라 이 기준값이 달라질 수 있음은 물론이다. 일 실시예에서 서버장치는 계측기(10)에 가해지는 충격량의 변화량(I) 및 소정 시간 동안의 상기 변화량의 이동평균(Ima)을 이용하여 1차 위험도를 판단하고(S10) 1차 위험도를 임계값과 비교한다. 이 때 예를 들어 도5를 참조할 때 충격량의 변화량(I)의 임계값을 100으로 설정하고 이동평균(Ima)의 임계값을 25라고 설정할 수 있고, 두 계측값(즉 충격량 변화량(I) 및 이동평균(Ima)) 모두 각 임계값 이하인 경우 위험도가 '안심'이라고 판단하여 단계(S10)로 다시 복귀하고, 두 계측값 중 어느 하나라도 각 임계값보다 크면 위험도가 '관심' 이상일 수 있으므로 단계(S30)로 진행할 수 있다. In relation to the threshold, FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating the risk criterion used when calculating the risk using the acceleration-related measurement data. The values shown in FIG. 5 are exemplary values, and it goes without saying that the reference values may vary depending on specific embodiments or implementation situations. In one embodiment, the server device determines the primary risk using the amount of change (I) of the amount of impact applied to the measuring instrument (10) and the moving average (Ima) of the amount of change for a predetermined time (S10) and threshold the primary risk Compare with value. At this time, for example, referring to FIG. 5, the threshold value of the amount of change (I) of the impulse can be set to 100 and the threshold value of the moving average (Ima) can be set to 25, and two measured values (that is, the amount of change of the impulse (I) and moving average (Ima)), if both are below each threshold, it is determined that the risk is 'safe' and returns to step S10 again, and if any of the two measured values is greater than each threshold, the risk may be more than 'interest' It may proceed to step S30.

이와 같이 단계(S20)에서 1차 위험도가 임계값 이상이라고 판단하면(S20_Yes) 경사지 붕괴 위험성이 있는 경우이므로 이 경우 단계(S30)로 진행하여 2차 위험도를 산출한다. 일 실시예에서 서버장치는 계측기(10)로부터 수신한 계측 데이터, 즉 (i) 충격량의 변화량(I), (ii) 상기 변화량의 이동평균(Ima), (iii) 계측기(10)의 기울기, (iv) 경사지 지표면 내부의 함수율, 및 (v) 소정 시간 동안의 음향파 피크의 개수에 기초하여 2차 위험도를 산출할 수 있다. 일 실시예에서 서버장치는 인공신경망 알고리즘을 이용하여 2차 위험도를 산출할 수 있다. As such, if it is determined in step S20 that the primary risk is greater than or equal to the threshold (S20_Yes), since there is a risk of slope collapse, in this case, the process proceeds to step S30 to calculate the secondary risk. In one embodiment, the server device includes the measurement data received from the measuring instrument 10, that is, (i) the amount of change in the amount of impulse (I), (ii) the moving average of the amount of change (Ima), (iii) the slope of the measuring instrument 10, The secondary risk can be calculated based on (iv) the moisture content inside the ground surface of the slope, and (v) the number of acoustic wave peaks for a predetermined time. In an embodiment, the server device may calculate the secondary risk using an artificial neural network algorithm.

2차 위험도의 산출 결과로서는 예컨대 도5에 도시한 것처럼 위험도를 다섯 레벨, 즉 '안심', '관심', '주의', '위험', 및 '경보' 레벨로 분류하고 이 중 어느 레벨에 속하는지를 표시하는 방식일 수 있다. 예컨대 인공신경망을 이용하여 2차 위험도를 산출하는 경우 이 인공신경망은 상기 (i) 내지 (v)의 계측 데이터를 입력 데이터로 하고 위험도가 상기 다섯 레벨 중 어디에 속하는지를 예측하여 출력 데이터로 출력하는 분류(classification) 문제를 해결하는 알고리즘이다. As a result of calculating the secondary risk, for example, as shown in FIG. 5, the risk is classified into five levels, namely 'safe', 'interest', 'caution', 'danger', and 'alarm' level, and belongs to any of these levels. It may be a way to indicate For example, when calculating the secondary risk using an artificial neural network, the artificial neural network uses the measurement data of (i) to (v) as input data, predicts where the risk belongs to among the five levels, and outputs it as output data. (classification) It is an algorithm that solves a problem.

이와 같이 단계(S30)에서 2차 위험도를 산출하면 산출된 위험도 레벨에 따라 소정의 후속 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어 위험도 레벨에 따라 통합관제시스템 등 상위 레벨의 서버장치로 전송하여 위험도를 종합적으로 실시간 관리할 수 있다. As such, if the secondary risk is calculated in step S30, a predetermined subsequent operation may be performed according to the calculated risk level. For example, according to the level of risk, it can be transmitted to a higher level server device such as an integrated control system to comprehensively manage the level of risk in real time.

도4는 도3에서 가속도를 이용하여 1차 위험도를 산출하는 단계(S10)의 구체적이고 예시적인 방법을 나타낸다. 도4를 참조하면, 우선 단계(S110)에서 본 발명의 경사지 붕괴위험 예측 방법에 사용되는 변수 및 각종 파라미터를 초기화한다. 여기서 변수 및 각종 파라미터는 예컨대 충격량의 변화량(I), 변화량의 이동평균(Ima), 시간주기 측정용 타이머의 시작시간 등을 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 4 shows a specific and exemplary method of calculating the primary risk by using the acceleration in FIG. 3 ( S10 ). Referring to FIG. 4 , in step S110 , variables and various parameters used in the method for predicting the risk of slope collapse of the present invention are initialized. Here, the variable and various parameters may include, for example, the amount of change (I) of the impulse amount, the moving average (Ima) of the change amount, the start time of a timer for measuring a time period, and the like, but is not limited thereto.

단계(S110)에서 이러한 변수와 각종 파라미터를 초기화한 후 계측기(10)의 가속도 센서가 소정 시간주기 동안 가속도를 측정한다. 일반적으로 경사지에서 붕괴 위험성에 관여하는 근본적인 힘은 중력이며 중력에 영향을 받는 강우량, 낙석, 지진에 의한 지중 암석의 변화 등이 붕괴에 관여한다. 중력에 의해 자유낙하 움직임이 발생하는데 이를 중력 가속도라고 하며 중력 가속도(9.8m/s2)는 x축, y축, z축 가속도 성분을 합한 값이며 다음과 같이 수식1로 표현된다. After initializing these variables and various parameters in step S110, the acceleration sensor of the measuring instrument 10 measures the acceleration for a predetermined time period. In general, the fundamental force involved in the risk of collapse on a slope is gravity, and rainfall influenced by gravity, falling rocks, and changes in underground rocks due to earthquakes are involved in the collapse. Free-fall motion is caused by gravity. This is called gravitational acceleration. The gravitational acceleration (9.8m/s2) is the sum of the x-axis, y-axis, and z-axis acceleration components, and is expressed in Equation 1 as follows.

Figure 112020127221764-pat00001
--- 수식1
Figure 112020127221764-pat00001
--- Formula 1

위 수식의 의미는 적어도 어떤 물체는 놓인 위치와 비틀어 놓여진 정도 등과 관계없이 3개의 축 방향으로 작용하는 가속도의 합이 9.8 m/s2 이라는 것이며 이를 1G로 표현한다. 그러므로 외부의 힘(지진, 풍화, 중력 등)에 의해 재난으로 이어질 수 있는 곳에서의 변화된 가속도 값은 안전상태 판단에 상당히 중요한 인자가 된다. The meaning of the above formula is that the sum of the accelerations acting in the three axial directions is 9.8 m/s2, regardless of the position where at least an object is placed and the degree of twisting, and this is expressed as 1G. Therefore, the changed acceleration value in a place that can lead to a disaster by external forces (earthquake, weathering, gravity, etc.) becomes a very important factor in determining the safety condition.

변화된 가속도 값은 충격량(힘)으로 환산될 수 있으며 이는 정확하게 비례하므로 (F=ma에서 F와 a와의 관계는 비례) 가속도의 변화된 값에 의한 판단으로 붕괴 위험도를 정의할 수 있다, 즉 단계(S120)에서, 아래 수식2와 같이 소정 시간주기 전후의 시간(t1,t2)의 가속도 값의 차이를 계산하여 이를 계측기(10)에 가해지는 충격량의 변화량(I)으로 환산할 수 있다. The changed acceleration value can be converted into an impulse (force), and since it is precisely proportional (in F = ma, the relationship between F and a is proportional), the risk of collapse can be defined by judging by the changed value of the acceleration, that is, step (S120) ), as shown in Equation 2 below, it is possible to calculate the difference between the acceleration values of the times t1 and t2 before and after a predetermined time period, and convert this to the change amount (I) of the amount of impact applied to the measuring instrument 10 .

Figure 112020127221764-pat00002
--- 수식2
Figure 112020127221764-pat00002
--- Formula 2

위 수식2에서 ax1,ay1,az1은 시간주기 시작시간(t1)에서의 각 성분의 가속도이고 ax2,ay2,az2는 시간주기 종료시간(t2)에서의 각 성분의 가속도 값을 각각 나타내며 가속도 센서는 위 수식2에서의 각 성분의 가속도 값을 측정할 수 있다. In Equation 2 above, ax1, ay1, and az1 are the accelerations of each component at the time period start time (t1), and ax2, ay2, az2 indicate the acceleration values of each component at the time period end time (t2), respectively, and the acceleration sensor is The acceleration value of each component in Equation 2 above can be measured.

일 실시예에서 상기 시간주기는 예컨대 0.1초이다. 즉 0.1초 전후의 가속도 값을 측정하여 위 수식2애 따라 변화량(I)을 산출할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서 상기 시간주기가 0.01초일 수 있다. 즉 0.01초 전후의 가속도 값을 측정하고 수식2에 따라 변화량(I)을 산출할 수 있다. 이 경우 0.01초마다의 가속도 값 측정을 10회 반복하고 산술평균을 구하여 0.1초 동안의 변화량(I)을 구할 수도 있다. In one embodiment, the time period is, for example, 0.1 seconds. That is, the change amount (I) can be calculated according to Equation 2 above by measuring the acceleration value around 0.1 second. In another embodiment, the time period may be 0.01 seconds. That is, it is possible to measure the acceleration value around 0.01 second and calculate the change amount (I) according to Equation 2. In this case, it is also possible to obtain the change amount (I) for 0.1 second by repeating the measurement of the acceleration value every 0.01 second 10 times and obtaining the arithmetic mean.

다음으로 단계(S130)에서, 위 단계(S120)에서 산출된 변화량(I)을 이용하여 이 변화량의 이동평균(Ima)을 산출한다. "변화량(I)의 이동평균(Ima)"은 변화량(I)을 소정 시간동안 평균한 것으로, 예를 들어 0.1초 동안의 가속도 값의 차이에 의해 변화량(I)을 산출할 경우, 이 변화량(I)을 10회 산출하여 1초 동안의 이동평균(Ima)을 구할 수 있다.Next, in step S130 , a moving average Ima of the change amount I is calculated using the change amount I calculated in step S120 . "Moving average (Ima) of change amount I" is an average of change amount I for a predetermined time. For example, when calculating change amount I by the difference in acceleration values for 0.1 second, this change amount ( By calculating I) 10 times, the moving average (Ima) for 1 second can be obtained.

일 실시예에서, 변화량(I)에 대한 소정 시간주기마다의 평균(이하 “구간평균”이라 함)을 N개(N은 3이상의 정수) 구하고 상기 N개의 구간평균에 대한 이동평균(Ima)을 산출한다. 이 때 이동평균(Ima)은 [1번째 내지 (N-1)번째까지의 이동평균]과 N번째 구간평균의 산술평균으로 계산되며, 상기 [1번째 내지 (N-1)번째까지의 이동평균]은 [1번째 내지 (N-2)번째까지의 이동평균]과 (N-1)번째의 구간평균의 산술평균으로 계산될 수 있으며, 이 과정을 [1번째에서 2번째까지의 이동평균]과 3번째 구간평균을 산술평균할 때까지 반복한다. In one embodiment, N (N is an integer greater than or equal to 3) is obtained for each predetermined time period (hereinafter referred to as “interval average”) for the change amount I, and a moving average (Ima) of the N number of interval averages is obtained. Calculate. At this time, the moving average (Ima) is calculated as the arithmetic average of the [1st to (N-1)th moving average] and the Nth interval average, and the [1st to (N-1)th moving average] ] can be calculated as the arithmetic average of the [1st to (N-2)th moving average] and the (N-1)th interval average, and this process is [1st to 2nd moving average] and the third interval average are repeated until the arithmetic average is achieved.

예를 들어 설명하면, 일 실시예에서 0.01초마다의 변화량(I)을 10회 구하고 이를 산술평균하면 0.1초 동안의 변화량(I)의 '구간평균'을 얻을 수 있으며, 이러한 구간평균을 10회 연속하여 산출한다. 즉 변화량(I)에 대한 0.1초 동안의 구간평균 값을 10개 획득하고 이 10개의 구간평균 값을 이용하여 이동평균(Ima)을 구한다. For example, in one embodiment, if the amount of change (I) every 0.01 seconds is obtained 10 times and the arithmetic average is obtained, an 'interval average' of the amount of change (I) for 0.1 seconds can be obtained, and this interval average is obtained 10 times. are calculated continuously. That is, 10 interval average values for 0.1 second are obtained for the amount of change (I), and the moving average (Ima) is obtained using the 10 interval average values.

이 때 10개의 구간평균 값으로부터 이동평균을 구하기 위해, 우선 10개의 구간평균 중 (시간적으로 앞선 순서부터 "제1 내지 제10" 구간평균이라고 정의할 경우) 제1 및 제2 구간평균을 산술평균하여 제1 이동평균으로 정하고, 그 후 제1 이동평균과 제3 구간평균을 산술평균하여 제2 이동평균으로 정한다. 마찬가지로 제2 이동평균과 제4 구간평균을 산술평균하여 제3 이동평균으로 정하고, 이러한 계산을 반복하여 제8 이동평균과 제10 구간평균을 산술평균하여 최종적인 이동평균(Ima)을 산출할 수 있다. 이와 같이 변화량(I)의 이동평균(Ima)을 산출하면 경사지에 미치는 외력(지진, 풍화, 중력 등)의 변화 추세를 알 수 있으므로 경사지 붕괴위험 예측의 정확성을 높일 수 있다. At this time, in order to obtain a moving average from the 10 interval average values, first and second interval averages are calculated as the arithmetic average of the 10 interval averages (when defined as the “first to tenth” interval averages from the temporally preceding order). This is determined as the first moving average, and then the first moving average and the third section average are arithmetic averaged to determine the second moving average. Similarly, the second moving average and the fourth section average are arithmetic averaged to determine the third moving average, and by repeating this calculation, the 8th moving average and the tenth section average are arithmetic averaged to calculate the final moving average (Ima). have. By calculating the moving average (Ima) of the amount of change (I) in this way, the change trend of external forces (earthquake, weathering, gravity, etc.) on the slope can be known, so that the accuracy of the slope collapse risk prediction can be improved.

이상과 같이 단계(S120 및 S130)에서 각각 변화량(I)과 이동평균(Ima)을 산출한 후 단계(S140)에서 1차 위험도를 산출한다. 예를 들어, 도5를 참조하여 상술한 것처럼 도5에 나타낸 충격량 변화량(I)과 이동평균(Ima)의 예시적 수치에 따라 1차 위험도의 위험 레벨을 결정할 수 있다. As described above, after calculating the amount of change I and the moving average Ima in steps S120 and S130, respectively, the primary risk is calculated in step S140. For example, as described above with reference to FIG. 5 , the risk level of the primary risk may be determined according to exemplary values of the impulse change amount I and the moving average Ima shown in FIG. 5 .

일 실시예에서 도5의 위험도 레벨 분류를 2차 위험도를 산출할 때 사용할 수 있다. 도5의 표에서 세로 방향은 위험도 레벨을 나타낸다. 도5에서는 예시적으로 위험도를 다섯 단계로 위험도 레벨을 분류하였다. 위험도 레벨의 등급 중 "안심"은 현재 상태가 안정적인 상태임을 의미하고 "관심"은 예를 들어 비탈면에 약간의 변형이 발생하거나 낙석이 발생하는 상황일 수 있다. 이 상태에서는 육안 관찰이 어려울 수 있고 동물의 이동에 의한 것일 수도 있으며 지속적인 관찰과 조사가 요구된다. 위험도 레벨의 "주의"는 예컨대 강풍이나 강우 등에 의해 주변 피해가 예상되는 상황으로서 일반 조사 및 조치가 요구되는 상황일 수 있다. 위험도 레벨의 "위험"은 예컨대 비탈면의 변형 가능성 크다고 판단되거나 계측기(10)에 근접하여 낙석이 발생하는 상황일 수 있고 정밀조사가 요구되는 상태일 수 있으며, 위험도 레벨의 "경보"는 비탈면에 심각한 문제 발생하거나 경사면 붕괴가 일어날 수 있는 상황으로 정밀조사와 신속대응이 요구되는 상태이다. 위험도 레벨을 이와 같이 5단계로 분류하는 것은 예시적인 것이며 분류 단계나 각 레벨의 정의는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. In an embodiment, the risk level classification of FIG. 5 may be used when calculating the secondary risk. In the table of FIG. 5, the vertical direction indicates the risk level. In FIG. 5, the risk level is classified into five levels of risk by way of example. Among the grades of the risk level, "safe" means that the current state is a stable state, and "interest" may be a situation in which a slight deformation occurs on a slope or a rockfall occurs, for example. In this state, it may be difficult to observe with the naked eye, it may be due to the movement of animals, and continuous observation and investigation are required. "Caution" of the risk level is, for example, a situation in which surrounding damage is expected due to strong wind or rain, and may be a situation in which general investigation and action are required. The "danger" of the risk level may be, for example, a situation in which it is determined that the slope is highly deformable or a rockfall occurs close to the measuring instrument 10, and may be a state that requires a detailed investigation, and the "alarm" of the risk level is serious on the slope It is a situation in which a problem may occur or the slope may collapse, and a detailed investigation and prompt response are required. Classifying the risk level into five steps is exemplary, and the classification step or the definition of each level may vary according to specific embodiments.

도5의 표에서 가로 방향은 다섯 가지 계측 데이터를 나타낸다. 계측 데이터 중 "각도변화"는 계측기(10)의 기울기로서, 계측기(10)가 처음 설치된 상태에 비해 어느 정도 기울어져 있는지를 나타낸다. 각도변화(기울기)를 산출하기 위해 가속도 센서 또는 자이로 센서를 사용할 수 있다. 가속도 센서를 사용하는 경우 가속도 벡터의 각 성분의 가속도 값으로부터 삼각함수를 이용하여 각 축에 대해 기울어진 각도를 구할 수 있다. 예를 들어 아래 수식3으로 나타내는 것과 같이 각 축에 대한 기울어진 각도를 계측기(10)의 최초 설치시의 각도와 비교하여 계측기(10)의 기울기 중분(ф)을 구한다. In the table of FIG. 5 , the horizontal direction indicates five pieces of measurement data. Among the measurement data, “angle change” is the inclination of the measuring instrument 10 and indicates how much the measuring instrument 10 is tilted compared to the first installed state. An accelerometer or gyro sensor can be used to calculate the angle change (slope). When an acceleration sensor is used, the angle of inclination with respect to each axis can be obtained using a trigonometric function from the acceleration value of each component of the acceleration vector. For example, as shown in Equation 3 below, the angle of inclination with respect to each axis is compared with the angle at the time of initial installation of the measuring instrument 10 to obtain the intermediate inclination ф of the measuring instrument 10 .

Figure 112020127221764-pat00003
--- 수식3
Figure 112020127221764-pat00003
--- Equation 3

위 수식3에서 θx, θy, θz는 현재 측정한 각도이고 θxi, θyi, θzi는 계측기의 최초 설치시의 각도를 의미한다.In Equation 3 above, θx, θy, and θz are the currently measured angles, and θxi, θyi, and θzi are the angles when the instrument is initially installed.

그 후 단계(S170)에서 수식3에서 산출한 기울기 증분(ф)을 이용하여 장기경보 위험도를 산출한다. 이 때 예컨대 도5에 나타낸 위험도 기준에 따라 장기경보 위험도를 결정할 수 있다. 예를 들어 기울기 증분(ф)이 10도 미만이면 '안심' 레벨이고 11도에서 30도 사이이면 '관심' 레벨 등으로 각각 결정할 수 있다. Thereafter, the long-term alarm risk is calculated using the slope increment (ф) calculated in Equation 3 in step S170. At this time, for example, the long-term alarm risk may be determined according to the risk standard shown in FIG. 5 . For example, if the slope increment ф is less than 10 degrees, it may be determined as a 'safe' level, and if it is between 11 and 30 degrees, it may be determined as a 'interest' level, respectively.

계측 데이터 중 음향탄성파(간단히 '음향파' 또는 '탄성파'라고도 함)는 계측기(10)의 음파 센서에 의해 측정될 수 있다. 산사태, 사면붕괴 등의 발생 전에 음향파의 발생량과 발생빈도가 급격히 증가하는 경향이 있으며 센서 주변의 일정범위를 계측하기 때문에 기존의 계측방법에 비해 광범위한 계측영역에서 산사태 등의 사전 징후를 포착하는데 유용하게 이용될 수 있다. Acoustic acoustic waves (also simply referred to as 'acoustic waves' or 'elastic waves') among the measurement data may be measured by the acoustic wave sensor of the measuring instrument 10 . Before the occurrence of landslides and slope collapses, the amount and frequency of acoustic waves tend to increase rapidly, and since a certain range around the sensor is measured, it is useful for capturing preliminary signs of landslides in a wider range than the existing measurement methods. can be used

일반적으로 경사지의 붕괴 직전 파괴음의 발생 횟수가 증가하는 전조현상이 발생하며 이 때 가장 큰 음향파 에너지가 발생하며, 예를 들어 도6은 음향파의 예시적인 특징 파라미터를 나타낸다. 도6에 도시한 것처럼, 계측된 하나의 음향파 파형으로부터 최대 진폭, 상승시간, 주파수, 피크의 개수, 지속시간(Td), 및 에너지(E) 등의 특징 파라미터를 추출할 수 있다. 도6에 나타낸 것처럼 일반적으로 음향파 측정시 배경 잡음의 전압 레벨보다 큰 전압을 임계값(At)으로 설정해 두고 이 임계값(At)을 넘는 파형을 유효한 음향파로서 검출한다. 음향파의 최대 진폭은 음향파의 진폭 중 최대값을 의미하며, 상승시간은 음향파의 시작 후 최대 진폭에 도달하기까지 걸린 시간이며, 피크의 개수는 1분당 음향파 내의 피크(peak)들의 개수이다. 주파수는 단위시간당 피크의 개수로 계산될 수 있다. 지속시간(Td)은 음향파의 시작부터 소멸까지 시간이며 에너지(E)는 음향파의 포락선의 면적을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 계측 데이터로서 피크의 개수를 사용한다. 즉 소정 시간(예컨대 1분) 동안 측정한 음향파 피크의 개수를 계측 데이터로서 이용한다. In general, an aura occurs in which the number of occurrences of a destructive sound increases just before the collapse of a slope, and at this time, the largest acoustic wave energy is generated. For example, FIG. 6 shows exemplary characteristic parameters of the acoustic wave. As shown in FIG. 6 , characteristic parameters such as maximum amplitude, rise time, frequency, number of peaks, duration Td, and energy E may be extracted from one measured acoustic wave waveform. As shown in FIG. 6 , when measuring acoustic waves, a voltage greater than the voltage level of background noise is generally set as a threshold value At, and a waveform exceeding the threshold value At is detected as an effective acoustic wave. The maximum amplitude of the acoustic wave means the maximum value among the amplitudes of the acoustic wave, the rise time is the time taken from the start of the acoustic wave to the maximum amplitude, and the number of peaks is the number of peaks in the acoustic wave per minute. to be. The frequency may be calculated as the number of peaks per unit time. The duration Td is the time from the start to the extinction of the acoustic wave, and the energy E may mean an area of an envelope of the acoustic wave. In an embodiment of the present invention, the number of peaks is used as the measurement data. That is, the number of acoustic wave peaks measured for a predetermined time (eg, 1 minute) is used as measurement data.

도7은 일 실시예에 따라 2차 위험도 산출을 위한 인공신경망 알고리즘을 나타낸다. 도면을 참조하면 일 실시예에서 인공신경망은 입력층(Lin), 하나 이상의 은닉층(Lh1,Lh2), 및 출력층(Lout)로 구성된다. 입력층(Lin)은 상술한 (i) 내지 (v)의 계측 데이터를 각각 입력변수로 하는 5개의 입력노드를 가진다. 도시한 실시예에서 인공신경망은 2개의 은닉층(Lh1,Lh2)을 가지며 각 은닉층은 4개의 은닉노드로 구성된다. 출력층(Lout)은 5개의 출력노드를 가지며 각 출력노드는 경사지 붕괴위험에 대한 안심, 관심, 주의, 위험, 및 경보의 5개 위험도 레벨에 각각 대응한다. 7 shows an artificial neural network algorithm for calculating secondary risk according to an embodiment. Referring to the drawings, in an embodiment, the artificial neural network includes an input layer (Lin), one or more hidden layers (Lh1, Lh2), and an output layer (Lout). The input layer Lin has five input nodes each having the above-described measurement data of (i) to (v) as input variables. In the illustrated embodiment, the artificial neural network has two hidden layers Lh1 and Lh2, and each hidden layer is composed of four hidden nodes. The output layer Lout has five output nodes, and each output node corresponds to five risk levels of reassurance, concern, caution, danger, and warning for slope collapse risk, respectively.

각각의 입력노드와 은닉노드 사이를 연결하는 화살표 및 각각의 은닉노드와 은닉노드 사이를 연결하는 화살표, 그리고 각각의 은닉노드와 출력노드를 연결하는 화살표는 가중치(weight)와 편향(bias)을 의미하며 학습데이터에 의한 학습에 의해 가중치와 편향이 결정된다. 일 실시예에서 도5의 위험도 레벨 분류 기준에 따라 과거의 계측 데이터와 각 계측 데이터에 대한 정답(즉, 위험도 레벨)을 학습데이터로서 미리 준비하여 학습시킬 수 있다. The arrow connecting each input node and the hidden node, the arrow connecting each hidden node and the hidden node, and the arrow connecting each hidden node and the output node mean weight and bias. And weight and bias are determined by learning by learning data. In one embodiment, according to the risk level classification criterion of FIG. 5 , past measurement data and correct answers (ie, risk level) for each measurement data may be prepared and learned in advance as learning data.

상술한 것처럼 입력층(Lin)의 각 입력노드의 각각은 각 계측 데이터(즉, 충격량의 변화량, 변화량의 이동평균, 기울기, 함수율, 및 탄성파 피크 개수)에 대응한다. 일 실시예에서 각 계측 데이터의 계측값이 직접 각 입력노드에 입력될 수 있다. 그러나 대안적 실시예에서 계측 데이터를 전처리한 후 각 입력노드에 입력한다. 예를 들어 이러한 전처리로는 예컨대 측정단위를 통일시키거나 평균이 0, 표준편차가 1이 되도록 정규화하는 것일 수 있다. 단위 차이에 의한 영향, 최대최소값의 차이에 의한 영향, 평균값 차이에 의한 영향, 분포도 차이에 의한 영향 등은 데이터의 본질과 무관한 것이며 인공신경망에서 가중치와 편향을 학습시키기 위해서는 이러한 전처리를 통해 학습데이터의 본질만 남기고 학습에 방해가 되는 요소를 제거하는 것이 바람직하다. As described above, each of the input nodes of the input layer Lin corresponds to each measurement data (ie, the amount of change in the amount of impact, the moving average of the amount of change, the slope, the moisture content, and the number of elastic wave peaks). In an embodiment, the measurement value of each measurement data may be directly input to each input node. However, in an alternative embodiment, the measurement data is pre-processed and then input to each input node. For example, such preprocessing may be, for example, unifying measurement units or normalizing so that the mean is 0 and the standard deviation is 1. The effect of the unit difference, the effect of the difference of the maximum and minimum values, the effect of the average value difference, the effect of the distribution difference, etc. are irrelevant to the essence of the data, and in order to learn the weights and biases in the artificial neural network, It is desirable to remove the factors that hinder learning while leaving only the essence of

한편 일 실시예에서 강우정보와 지질특성을 인공신경망 모델에 적용할 수 있다. 예를 들어 강우정보로서 시간당 30mm, 40mm, 60mm, 및 80mm의 강우량에 따라 위험도를 점진적으로 높이도록 가중치를 줄 수 있는데, 이 경우 예컨대 강우정보에 따라 5개의 입력 데이터 중 적어도 어느 하나의 입력 데이터 값을 증감시켜서 입력노드에 입력시킬 수 있다. 유사하게, 지질특성의 경우 계측기(10)가 설치되는 지반이 토사(사질토, 점성토), 리핑암(풍화암), 연암(발파암), 및 경암(발파암) 중 어느 것인지에 따라 위험도를 점진적으로 높이도록 가중치를 줄 수 있고 이 경우에도 예컨대 5개의 입력 데이터 중 적어도 어느 하나의 입력 데이터 값을 지질 특성에 따라 증감시켜서 입력노드에 입력시킬 수 있다. Meanwhile, in an embodiment, rainfall information and geological characteristics may be applied to an artificial neural network model. For example, as rainfall information, weights may be given to gradually increase the risk according to the rainfall of 30 mm, 40 mm, 60 mm, and 80 mm per hour. In this case, for example, according to the rainfall information, at least one input data value among five input data can be input to the input node by increasing or decreasing . Similarly, in the case of geological properties, weights to increase the risk gradually depending on which of the soil (sandy soil, cohesive soil), ripping rock (weathered rock), soft rock (blast rock), and hard rock (blast rock) on which the measuring instrument 10 is installed , and even in this case, for example, the input data value of at least one of the five input data may be increased or decreased according to the geological characteristics and input to the input node.

일 실시예에서 출력층(Lout)의 각 출력노드는 경사지 붕괴위험에 대한 안심, 관심, 주의, 위험, 및 경보의 5개 위험도 레벨에 각각 대응하며, 예컨대 출력값이 가장 높은 출력노드가 무엇인지에 따라 상기 5개 위험도 레벨 중 하나가 결정된다. 대안적 실시예에서 출력층(Lout) 후단에 소프트맥스(Softmax) 활성화 함수를 적용하여 위험도 레벨을 확률로서 출력할 수도 있다. 이 경우 5개 출력노드의 전체 출력값의 합이 1이 되며 가장 큰 출력값이 해당 입력 데이터에 대해 산출된 2차 위험도의 레벨이 되며 이 때의 출력값은 위험도 레벨의 확률을 의미하게 된다. In one embodiment, each output node of the output layer Lout corresponds to five risk levels of relief, concern, caution, danger, and warning for the risk of slope collapse, for example, depending on which output node has the highest output value. One of the five risk levels is determined. In an alternative embodiment, the risk level may be output as a probability by applying a Softmax activation function to the rear end of the output layer Lout. In this case, the sum of all output values of the five output nodes becomes 1, and the largest output value becomes the secondary risk level calculated for the input data, and the output value at this time means the probability of the risk level.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that various modifications and variations are possible from the description of this specification. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

10: 계측기 11: 헤더
12: 상부 하우징 13: 하부 하우징
14: 하부 웨이트 15: 함수율 센서
16: PCB 기판 17: 케이블
20: 중계기
10: Instrument 11: Header
12: upper housing 13: lower housing
14: lower weight 15: moisture content sensor
16: PCB board 17: cable
20: repeater

Claims (5)

경사지 붕괴위험 예측 시스템으로서,
경사지에 소정 간격 이격되어 설치된 복수개의 계측기; 및
상기 복수개의 계측기로부터 계측 데이터를 수신하여 경사지 붕괴위험에 대한 위험도를 산출하는 서버장치;를 포함하고,
상기 서버장치는, 상기 수신한 계측 데이터 중 각 계측기에 가해지는 가속도 관련 계측 데이터에 기초하여 붕괴위험에 대한 1차 위험도를 산출하는 단계, 및 상기 1차 위험도가 기설정한 임계값 이상인 경우 상기 수신한 계측 데이터에 기초하여 붕괴위험에 대한 2차 위험도를 산출하는 단계를 실행하도록 구성되고,
상기 계측 데이터는 (i) 가속도 변화량에 기초하여 상기 계측기에 가해지는 충격량의 변화량(I), (ii) 소정 시간 동안의 상기 변화량의 이동평균(Ima), (iii) 상기 계측기의 기울기, (iv) 경사지 지표면 내부의 함수율, 및 (v) 소정 시간동안의 음향파 피크의 개수를 포함하고,
상기 서버장치는 인공신경망 알고리즘을 이용하여 2차 위험도를 산출하도록 구성되고,
상기 인공신경망 알고리즘은, 상기 (i) 내지 (v)의 계측 데이터를 각각 입력변수로 하는 5개의 입력노드를 갖는 입력층; 복수개의 노드로 구성되는 하나 이상의 은닉층; 및 경사지 붕괴위험에 대한 위험도 레벨의 각 레벨에 대응하여 복수개의 출력노드를 갖는 출력층;으로 구성되며,
상기 입력변수를 인공신경망 알고리즘에 입력할 때 강우정보와 지질특성을 입력변수에 반영하도록 구성하되, 강우정보에 따라 상기 (i) 내지 (v)의 입력변수 중 적어도 하나의 입력값을 증감시켜서 입력하고, 상기 계측기가 설치되는 지반의 종류에 따라 상기 상기 (i) 내지 (v)의 입력변수 중 적어도 하나의 입력값을 증감시켜서 입력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템.
As a slope collapse risk prediction system,
A plurality of measuring instruments installed at a predetermined interval on a slope; and
A server device that receives measurement data from the plurality of measuring instruments and calculates a degree of risk for slope collapse risk;
The server device, the step of calculating a primary risk for the collapse risk based on the acceleration-related measurement data applied to each measurement among the received measurement data, and the reception if the primary risk is greater than or equal to a preset threshold configured to execute a step of calculating a secondary risk for a collapse risk based on one measurement data,
The measurement data includes (i) the amount of change in the amount of impact applied to the instrument based on the change in acceleration (I), (ii) a moving average of the amount of change over a predetermined time (Ima), (iii) the inclination of the instrument, (iv) ) including the moisture content in the interior of the inclined land surface, and (v) the number of acoustic wave peaks for a predetermined time,
The server device is configured to calculate the secondary risk using an artificial neural network algorithm,
The artificial neural network algorithm includes: an input layer having five input nodes, each using the measurement data of (i) to (v) as input variables; one or more hidden layers composed of a plurality of nodes; and an output layer having a plurality of output nodes corresponding to each level of the risk level for the slope collapse risk;
When the input variable is input to the artificial neural network algorithm, rainfall information and geological characteristics are reflected in the input variable, and the input value of at least one of the input variables of (i) to (v) is increased or decreased according to the rainfall information. And, the slope collapse risk prediction system, characterized in that configured to increase or decrease the input value of at least one of the input variables of the (i) to (v) according to the type of the ground on which the measuring instrument is installed.
제 1 항에 있어서, 각각의 상기 계측기가,
소정 시간동안 상기 계측기에 가해지는 가속도를 측정하는 가속도 센서;
경사지 지표면 내부의 수분량을 측정하는 함수율 센서;
경사지 지표면 내부의 음향파를 측정하는 음파센서; 및
상기 가속도 센서, 함수율 센서, 및 음파센서의 측정값으로부터 계측 데이터를 생성하는 데이터 처리회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템.
The method of claim 1 , wherein each meter comprises:
an acceleration sensor for measuring the acceleration applied to the instrument for a predetermined time;
a moisture content sensor that measures the amount of moisture inside the sloped surface;
a sound wave sensor that measures an acoustic wave inside the inclined surface; and
Slope collapse risk prediction system comprising a; data processing circuit for generating measurement data from the measurement values of the acceleration sensor, the moisture content sensor, and the sound wave sensor.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 서버장치가, 상기 1차 위험도를 산출하는 단계에서 상기 충격량의 변화량(I)과 상기 이동평균(Ima)에 기초하여 1차 위험도를 산출하는 것을 특징으로 하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템.
The method of claim 1,
Slope collapse risk prediction system, characterized in that the server device calculates the primary risk based on the amount of change (I) of the impact amount and the moving average (Ima) in the step of calculating the primary risk.
제 1 항에 있어서,
상기 인공신경망 알고리즘의 상기 은닉층은 적어도 4개의 노드로 구성되고,
상기 출력층은 경사지 붕괴위험에 대한 안심, 관심, 주의, 위험, 및 경보의 5개 위험도 레벨의 각 레벨에 대응하여 5개의 출력노드를 갖는 것을 특징으로 하는 경사지 붕괴위험 예측 시스템.
The method of claim 1,
The hidden layer of the artificial neural network algorithm consists of at least four nodes,
The output layer is a slope collapse risk prediction system, characterized in that it has five output nodes corresponding to each level of the five risk levels of relief, interest, caution, danger, and warning for the slope collapse risk.
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