KR102266812B1 - Three Dimension Location Mapping System of Underground Passage Using Gyro Sensors and Encoder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초당 100회의 속도로 표본을 기록하는 감속 관성 탐색 기술을 지하관로의 위치를 매핑하는데 적용함으로써, 좌표계에서 관로의 정확한 위치를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 형태로 사용자가 관로에 대한 정보를 획득할 수 있고, 파이프라인 매핑 도구와 위성항법장치(GPS : Global Positioning System)와 자이로센서 기술을 결합하여 줌으로써, 상세한 2차원 및 3차원의 굽힘 반경 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보와 지진 및 기타 지반 운동이 파이프에 미치는 영향 관련 지하관로의 정보들을 파악하여 사용자에게 제공할 수 있으며, 파이프라인 매핑 도구에 장착되어 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더로부터 얻은 데이터를 데이터송수신모듈에서 통신부를 통해 좌표 데이터 처리모듈로 전송하여 줌으로써, 지하관로 관련 3차원(3D) 관로 프로파일, 심도 프로파일, 굽힘 반경, 방위각 및 경사도 정보를 얻을 수 있고, 좌표 데이터 처리모듈에서 얻은 출력 데이터가 PC에 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼 형식으로 저장됨으로써, AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 통해 이용할 수 있으며, 지하관로도 강철, 주철, HDPE, PVC, 콘크리트의 재료 중에서 다양하게 선택하여 적용할 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템에 관한 기술이다.The present invention applies a deceleration inertial search technique that records a sample at a rate of 100 times per second to mapping the location of an underground pipeline, so that the user can determine the exact location of the pipeline in the coordinate system in the form of two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D). It is possible to obtain information on pipelines, and by combining pipeline mapping tools, global positioning system (GPS) and gyro sensor technology, detailed 2D and 3D bending radius information and pipeline location analysis Information and information of underground pipelines related to the effects of earthquakes and other ground motions on pipes can be identified and provided to users, and a gyro sensor installed in the pipeline mapping tool to measure angular velocity to set position and direction and rotation of wheels By transmitting the data obtained from the encoder that measures the speed from the data transmission/reception module to the coordinate data processing module through the communication unit, it is possible to obtain underground pipeline-related three-dimensional (3D) pipeline profile, depth profile, bending radius, azimuth and inclination information. , the output data obtained from the coordinate data processing module is stored in the PC in the form of a Geographic Information System (GIS) platform, so it can be used through software of AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, and Report mergin. It is a technology related to a 3D location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and encoder that can be selected and applied in various ways from among the materials of , cast iron, HDPE, PVC, and concrete.
지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼의 지하 매설물 데이터가 계획(As-planned) 데이터 또는 준공(As-built) 데이터인지 여부와 설치시 디지털 GPS 데이터 또는 종이 지도에서 디지털화된 데이터인지 여부 및 가정된 표준 깊이가 있는 2D 데이터 또는 좌표 그리드에 기록된 3D 데이터인지에 대한 질문에 대하여 현재까지 거의 모든 기존의 지하 매설물 GIS 플랫폼 관련하여 확실하게 답할 수가 없었다.Whether the underground facility data of the Geographic Information System (GIS) platform is as-planned data or as-built data, and whether it is digital GPS data or data digitized from a paper map at the time of installation and assumptions The question of whether 2D data with standard depth or 3D data recorded on a coordinate grid could not be definitively answered in relation to almost all existing underground GIS platforms to date.
하지만 확실한 것은 최신 매핑 기술을 고려하지 않고 정확하지 않는 데이터가 GIS 플랫폼으로 계속 유입된다는 것이다. But what is certain is that inaccurate data continues to flow into the GIS platform without taking into account the latest mapping technologies.
지하 매설물의 부정확한 XYZ 데이터는 일반적으로 인근 건설 작업으로 인해 손상될 때 나타나며, 책임에 관련 없이 모든 관련 당사자는 물질적 피해 또는 이미지 훼손을 입게 된다.Inaccurate XYZ data for underground installations usually occurs when they are damaged by nearby construction work, subject to material or image damage to all parties, regardless of liability.
또한, 매핑 기술에 대한 인식이 점점 높아지면서 더 많은 당국이 지하 매설물의 정확한 XYZ 데이터만 GIS 플랫폼에 들어갈 수 있도록 규제 조치를 취하고 있지만, 인프라의 안전하고 중단 없는 운영을 위해서는 정확한 준공 (As-Built)정보가 필요한 실정이다.Additionally, with increasing awareness of mapping technology, more authorities are regulating measures to ensure that only accurate XYZ data from underground installations can enter GIS platforms, but as-built is required for safe and uninterrupted operation of the infrastructure. Information is needed.
따라서, 파이프라인 매핑 도구와 위성항법장치(GPS)와 자이로센서 기술을 결합하여 주므로 상세한 2차원 및 3차원의 굽힘 반경 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보와 지진 및 기타 지반 운동이 파이프에 미치는 영향 관련 지하관로의 정보들을 파악하여 사용자에게 제공할 수 있고, 파이프라인 매핑 도구에 장착되어 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더로부터 얻은 데이터를 데이터송수신모듈에서 통신부를 통해 좌표 데이터 처리모듈로 전송하여 주어 지하관로 관련 3차원(3D) 관로 프로파일, 심도 프로파일, 굽힘 반경, 방위각 및 경사도 정보를 얻을 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, by combining the pipeline mapping tool, GPS, and gyro sensor technology, detailed 2D and 3D bending radius information, pipeline location analysis information, and the effects of earthquakes and other ground motions on the pipe are related. The information of the underground pipeline can be identified and provided to the user, and the data obtained from the gyro sensor that is installed in the pipeline mapping tool to set the position and direction by measuring the angular velocity and the encoder that measures the rotational speed of the wheel is transmitted from the data transmission/reception module 3D location mapping system of underground pipelines using gyro sensors and encoders that can obtain information on the three-dimensional (3D) pipeline profile, depth profile, bending radius, azimuth and inclination related to the underground pipeline by sending it to the coordinate data processing module through the communication unit development is urgently required.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 초당 100회의 속도로 표본을 기록하는 감속 관성 탐색 기술을 지하관로의 위치를 매핑하는데 적용함으로써, 좌표계에서 관로의 정확한 위치를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 형태로 사용자가 관로에 대한 정보를 획득할 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was conceived to solve the above problems, and by applying a deceleration inertial search technique that records a sample at a rate of 100 times per second to mapping the location of the underground pipeline, the exact position of the pipeline in the coordinate system is determined in two dimensions ( An object of the present invention is to provide a three-dimensional location mapping system for an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder that allows a user to obtain information about the pipeline in the form of 2D) or three-dimensional (3D).
본 발명의 다른 목적은 파이프라인 매핑 도구와 위성항법장치(GPS : Global Positioning System)와 자이로센서 기술을 결합하여 줌으로써, 상세한 2차원 및 3차원의 굽힘 반경 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보와 지진 및 기타 지반 운동이 파이프에 미치는 영향 관련 지하관로의 정보들을 파악하여 사용자에게 제공할 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to combine a pipeline mapping tool, a global positioning system (GPS), and a gyro sensor technology, thereby providing detailed two-dimensional and three-dimensional bending radius information, pipeline position analysis information, earthquake and Another object of the present invention is to provide a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder that can provide users with information on the underground pipeline related to the effects of other ground motion on the pipe.
본 발명의 다른 목적은 파이프라인 매핑 도구에 장착되어 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더로부터 얻은 데이터를 데이터송수신모듈에서 통신부를 통해 좌표 데이터 처리모듈로 전송하여 줌으로써, 지하관로 관련 3차원(3D) 관로 프로파일, 심도 프로파일, 굽힘 반경, 방위각 및 경사도 정보를 얻을 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to transfer the data obtained from the gyro sensor that is mounted on the pipeline mapping tool to set the position and direction by measuring the angular velocity and the encoder that measures the rotational speed of the wheel from the data transmission/reception module to the coordinate data processing module through the communication unit. It is to provide a three-dimensional position mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder that can obtain information on a three-dimensional (3D) pipeline profile, depth profile, bending radius, azimuth and inclination related to the underground pipeline by transmitting it.
본 발명의 다른 목적은 좌표 데이터 처리모듈에서 얻은 출력 데이터가 PC에 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼 형식으로 저장됨으로써, AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 통해 이용할 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is that the output data obtained from the coordinate data processing module is stored in the PC in the form of a Geographic Information System (GIS) platform, so that it can be used through software of AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin. An object of the present invention is to provide a three-dimensional position mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder.
본 발명의 다른 목적은 지하관로도 강철, 주철, HDPE, PVC, 콘크리트의 재료 중에서 다양하게 선택하여 적용할 수 있는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional position mapping system for an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder that can be selected and applied from various materials of steel, cast iron, HDPE, PVC, and concrete as an underground pipeline.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템은 파이프의 형태이며, 파이프의 양쪽 끝단부가 뾰쪽하게 형성되어 있는 파이프 몸체부와, 상기 파이프 몸체부의 중간부분에 파이프라인 매핑 도구에 전원을 공급하는 배터리부와, 상기 배터리부와 나란하게 장착되어 데이터를 모으고 기록하며, 로깅 프로브 내부에 장착되어 로깅 프로브가 회전할 때 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더가 장착되어 있는 로깅 프로브와, 상기 로깅 프로브와 배터리부 끝단부분에 결합되며, 파이프라인 매핑 도구를 이동시키는 바퀴와 연결된 링크를 결합 고정하며, 원통의 형태인 제1 연결조인트와, 상기 제1 연결조인트에 결합되며, 파이프라인 매핑 도구가 지하관로를 이동시 지하관로의 크기에 맞게 접철식으로 접어지거나 펴지는 링크와, 상기 링크가 접어지거나 펴지기 용이하게 스프링이 삽입되어 있고 파이프 몸체부의 양쪽 끝단부의 일측에 링크가 밀리지 않게 하는 지지부재와, 상기 제1 연결조인트와 대항되게 링크와 연결되며, 막대의 형태인 제2 연결조인트와, 상기 제1 연결조인트 및 제2 연결조인트가 링크들과 고정부재에 의해 결합되며, 파이프라인 매핑 도구가 지하관로로 이동하게 링크들 사이에 장착되는 복수개의 바퀴를 포함하며, 지하관로 내부를 이동하면서 지하관로 관련 3차원 관로 프로파일 및 심도 정보와 굽힘 반경 정보와 방위각 정보와 경사도 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보를 측정하여 데이터를 획득하는 파이프라인 매핑 도구와; 상기 파이프라인 매핑 도구의 위치 좌표를 파악할 수 있게 하는 위성항법장치(GPS)와; 상기 파이프라인 매핑 도구로부터 획득된 데이터를 수신하고 통신부로 전송하는 데이터송수신모듈과; 상기 데이터송수신모듈로부터 데이터를 전송받고 좌표 데이터 처리모듈로 전송하는 통신부와; 상기 통신부로부터 데이터를 전송받고 지하관로 내부의 정보를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태로 처리하는 좌표 데이터 처리모듈과; 상기 좌표 데이터 처리모듈로부터의 데이터를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태의 출력 데이터는 PC에 일반 지도와 같은 지형정보와 함께 지하시설물 관련 정보를 인공위성으로 수집, 컴퓨터로 작성해 검색, 분석할 수 있도록 한 복합적인 시스템인 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼 형식으로 저장되고, AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 통해 이용하여 디스플레이하는 PC; 을 포함함을 특징으로 한다.A three-dimensional position mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is in the form of a pipe, and a pipe body in which both ends of the pipe are sharply formed; A battery part for supplying power to the pipeline mapping tool in the middle part of the pipe body part, is mounted in parallel with the battery part to collect and record data, and is mounted inside the logging probe to measure the angular velocity when the logging probe rotates. A logging probe equipped with a gyro sensor for setting the position and direction and an encoder for measuring the rotational speed of the wheel, coupled to the logging probe and the end of the battery unit, and a link connected to the wheel for moving the pipeline mapping tool a first connecting joint in the form of a cylinder, a link coupled to the first connecting joint, and foldable or unfolded according to the size of the underground conduit when the pipeline mapping tool moves the underground conduit, and the link is folded A support member having a spring inserted therein for easy extension or unfolding and preventing the link from being pushed to one side of both ends of the pipe body, and a second connecting joint in the form of a rod and connected to the link opposite to the first connecting joint; The first connection joint and the second connection joint are coupled by links and a fixing member, and the pipeline mapping tool includes a plurality of wheels mounted between the links to move to the underground pipe, and while moving inside the underground pipe. a pipeline mapping tool for obtaining data by measuring the underground pipeline-related three-dimensional pipeline profile and depth information, bending radius information, azimuth information, inclination information, and location analysis information of the pipeline; a global positioning system (GPS) capable of determining the location coordinates of the pipeline mapping tool; a data transmission/reception module for receiving the data obtained from the pipeline mapping tool and transmitting it to a communication unit; a communication unit for receiving data from the data transmitting/receiving module and transmitting the data to the coordinate data processing module; a coordinate data processing module for receiving data from the communication unit and processing information inside the underground pipeline in the form of a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) map; The output data in the form of a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) map of the data from the coordinate data processing module collects information related to underground facilities together with topographic information such as a general map on a PC with artificial satellites , PC that is stored in the form of a Geographic Information System (GIS) platform, a complex system that enables analysis, and displayed using software of AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, and Report mergin; It is characterized in that it includes.
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상기 본 발명에 있어서, 상기 통신부에서의 통신방식은 적외선 통신(Infrared Radiation), 블루투스(Bluetooth), 무선 랜, 5G 통신의 무선통신방식 중에서 선택되는 것을 포함함을 특징으로 한다.In the present invention, the communication method in the communication unit is characterized in that it comprises a wireless communication method selected from infrared communication (Infrared Radiation), Bluetooth (Bluetooth), wireless LAN, and 5G communication.
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상기 본 발명에 있어서, 상기 지하관로는 강철, 주철, HDPE, PVC, 콘크리트의 재료 중에서 선택하는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, the underground pipe is characterized in that it comprises a material selected from steel, cast iron, HDPE, PVC, and concrete.
상술한 바와 같이, 본 발명인 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템은 다음과 같은 효과를 가진다. As described above, the three-dimensional position mapping system of the underground pipeline using the gyro sensor and the encoder according to the present invention has the following effects.
첫째, 본 발명은 초당 100회의 속도로 표본을 기록하는 감속 관성 탐색 기술을 지하관로의 위치를 매핑하는데 적용함으로써, 좌표계에서 관로의 정확한 위치를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 형태로 사용자가 관로에 대한 정보를 획득할 수 있다. First, the present invention applies a deceleration inertial search technique that records a sample at a rate of 100 times per second to mapping the location of an underground pipeline, so that the exact location of the pipeline in the coordinate system is converted into a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) form. A user may obtain information about a pipeline.
둘째, 본 발명은 파이프라인 매핑 도구와 위성항법장치(GPS : Global Positioning System)와 자이로센서 기술을 결합하여 줌으로써, 상세한 2차원 및 3차원의 굽힘 반경 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보와 지진 및 기타 지반 운동이 파이프에 미치는 영향 관련 지하관로의 정보들을 파악하여 사용자에게 제공할 수 있다.Second, the present invention combines a pipeline mapping tool, a global positioning system (GPS), and a gyro sensor technology, thereby providing detailed 2D and 3D bending radius information, pipeline position analysis information, earthquake and other The information of the underground pipeline related to the effect of the ground motion on the pipe can be identified and provided to the user.
셋째, 본 발명은 파이프라인 매핑 도구에 장착되어 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더로부터 얻은 데이터를 데이터송수신모듈에서 통신부를 통해 좌표 데이터 처리모듈로 전송하여 줌으로써, 지하관로 관련 3차원(3D) 관로 프로파일, 심도 프로파일, 굽힘 반경, 방위각 및 경사도 정보를 얻을 수 있다.Third, the present invention transmits the data obtained from the gyro sensor that is mounted on the pipeline mapping tool to set the position and direction by measuring the angular velocity and the encoder that measures the rotation speed of the wheel from the data transmission/reception module to the coordinate data processing module through the communication unit. By doing this, it is possible to obtain information on a three-dimensional (3D) pipeline profile, depth profile, bending radius, azimuth and inclination related to the underground pipeline.
넷째, 본 발명은 좌표 데이터 처리모듈에서 얻은 출력 데이터가 PC에 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼 형식으로 저장됨으로써, AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 통해 이용할 수 있다.Fourth, according to the present invention, the output data obtained from the coordinate data processing module is stored in the PC in the form of a Geographic Information System (GIS) platform, so that it can be used through software of AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, and Report mergin.
다섯째, 본 발명은 지하관로도 강철, 주철, HDPE, PVC, 콘크리트의 재료 중에서 다양하게 선택하여 적용할 수 있다. Fifth, the present invention can be applied to the underground pipe by selecting various materials from steel, cast iron, HDPE, PVC, and concrete.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템의 구성을 블록으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파이프라인 매핑 도구의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지하관로에 파이프라인 매핑 도구가 들어가 이동되는 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 깊이 프로파일을 PC로 출력한 화면을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 X 좌표와 Y 좌표에 대한 top view와, 거리와 깊이에 대한 길이 깊이 view를 나타낸 도면.1 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of a pipeline mapping tool according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a shape in which a pipeline mapping tool is moved into an underground pipe according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a screen outputting a depth profile to a PC using a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a top view for X and Y coordinates and a length and depth view for distance and depth using a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention; .
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 위치 매핑시스템을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, referring to preferred embodiments of the present invention together with the accompanying drawings, it is as follows. In the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof The description will be omitted, and the terms to be described later are terms defined in consideration of the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the definition is defined as the underground pipeline using the gyro sensor and encoder of the present invention. It should be made based on the content throughout this specification describing the location mapping system.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional location mapping system for an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템의 구성을 블록으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파이프라인 매핑 도구의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지하관로에 파이프라인 매핑 도구가 들어가 이동되는 형상을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 깊이 프로파일을 PC로 출력한 화면을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 X 좌표와 Y 좌표에 대한 top view와, 거리와 깊이에 대한 길이 깊이 view를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a pipeline mapping tool according to an embodiment of the present invention. It is a view showing the configuration, and FIG. 3 is a view showing a shape in which a pipeline mapping tool is moved into an underground pipe according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention. It is a view showing a screen outputting a depth profile to a PC using a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using the used three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the top view for X and Y coordinates and the length and depth view for distance and depth using .
본 발명인 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템(80)은 파이프라인 매핑 도구(10), 파이프 몸체부(11), 배터리부(12), 로깅 프로브(13), 제1 연결조인트(14), 링크(15), 고정부재(15-1), 제2 연결조인트(16), 바퀴(17), 지지부재(18), 스프링(18-1), 자이로센서(19), 엔코더(19-1), 지하관로(20), 데이터송수신모듈(30), 통신부(40), 좌표 데이터 처리모듈(50), PC(60), 위성항법장치(GPS)(70) 등으로 구성된다.The three-dimensional location mapping system 80 of the underground pipeline using the gyro sensor and the encoder of the present invention is a
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템(80)은 로깅 프로브(13)가 회전할 때 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서(19)와 바퀴(17)의 회전속도를 측정하는 엔코더(19-1)가 장착되며, 지하관로(20) 내부를 이동하면서 지하관로(20)의 심도 정보와 굽힘 반경 정보와 방위각 정보와 경사도 정보 및 위치정보를 측정하여 데이터를 획득하는 파이프라인 매핑 도구(10)와; 상기 파이프라인 매핑 도구의 위치 좌표를 파악할 수 있게 하는 위성항법장치(GPS)(70)와; 상기 파이프라인 매핑 도구(10)로부터 획득된 데이터를 수신하고 통신부(40)로 전송하는 데이터송수신모듈(30)과; 상기 데이터송수신모듈(30)로부터 데이터를 전송받고 좌표 데이터 처리모듈(50)로 전송하는 통신부(40)와; 상기 통신부(40)로부터 데이터를 전송받고 지하관로(20) 내부의 정보를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태로 처리하는 좌표 데이터 처리모듈(50)과; 상기 좌표 데이터 처리모듈(50)로부터의 데이터를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태의 출력 데이터로 디스플레이하는 PC(60); 을 구비한다.1 to 3, the three-dimensional position mapping system 80 of the underground pipe using the gyro sensor and encoder of the present invention measures the angular velocity when the
상기 본 발명인 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.The function of each technical means constituting the three-dimensional position mapping system of the underground pipeline using the gyro sensor and the encoder according to the present invention will be described as follows.
상기 파이프라인 매핑 도구(10)는 로깅 프로브(13)가 회전할 때 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서(19)와 바퀴(17)의 회전속도를 측정하는 엔코더(19-1)가 장착되며, 지하관로(20) 내부를 이동하면서 지하관로(20)의 심도 정보와 굽힘 반경 정보와 방위각 정보와 경사도 정보 및 위치정보를 측정하여 데이터를 획득하는 것이다.The
여기서, 상기 파이프라인 매핑 도구(10)는 파이프의 형태이며, 파이프의 양쪽 끝단부가 뾰쪽하게 형성되어 있는 파이프 몸체부(11)와; 상기 파이프 몸체부(11)의 중간부분에 파이프라인 매핑 도구(10)에 전원을 공급하는 배터리부(12)와; 상기 배터리부(12)와 나란하게 장착되어 데이터를 모으고 기록하는 로깅 프로브(13)와; 상기 로깅 프로브(13)와 배터리부(12) 끝단부분에 결합되며, 파이프라인 매핑 도구(10)를 이동시키는 바퀴(17)와 연결된 링크(15)를 결합 고정하는 제1 연결조인트(14)와; 상기 제1 연결조인트(14)에 결합되며, 파이프라인 매핑 도구(10)가 지하관로(20)를 이동시 지하관로(20)의 크기에 맞게 접철식으로 접어지거나 펴지는 링크(15)와; 상기 제1 연결조인트(14)와 대항되게 링크(15)와 연결되는 제2 연결조인트(16)와; 상기 제1 연결조인트(14) 및 제2 연결조인트(16)가 링크(15)들과 고정부재(15-1)에 의해 결합되며, 파이프라인 매핑 도구(10)가 지하관로(20)로 이동하게 링크(15)들 사이에 장착되는 복수개의 바퀴(17); 을 포함하는 것이다.Here, the
상기 위성항법장치(GPS : Global Positioning System)(70)는 상기 파이프라인 매핑 도구의 위치 좌표를 파악할 수 있게 하는 것이다.The Global Positioning System (GPS) 70 is to determine the location coordinates of the pipeline mapping tool.
상기 지하관로(20)의 재료는 강철, 주철, HDPE, PVC, 콘크리트 중에서 선택하여 사용하는 것이다.The material of the
또한, 지지부재(18)는 상기 파이프라인 매핑 도구(10)의 링크(15)가 접어지거나 펴지기 용이하게 스프링(18-1)이 삽입되어 있고 파이프 몸체부(11)의 양쪽 끝단부의 일측에 링크(15)가 밀리지 않게 하는 것이다. In addition, the
상기 파이프라인 매핑 도구(10)의 로깅 프로브(13) 내부에 장착되어 로깅 프로브(13)가 회전할 때 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서(19)와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더(19-1)가 장착되는 것이다.It is mounted inside the
또한, 상기 제1 연결조인트(14)는 원통의 형태이고, 상기 제2 연결조인트(16)는 막대의 형태인 것이다.In addition, the first connecting joint 14 is in the form of a cylinder, and the second connecting joint 16 is in the form of a rod.
상기 데이터송수신모듈(30)은 상기 파이프라인 매핑 도구(10)로부터 획득된 데이터를 수신하고 통신부(40)로 전송하는 것이다.The data transmission/
상기 통신부(40)는 상기 데이터송수신모듈(30)로부터 데이터를 전송받고 좌표 데이터 처리모듈(50)로 전송하는 것이다.The
여기서, 상기 통신부(40)에서의 통신방식은 적외선 통신(Infrared Radiation), 블루투스(Bluetooth), 무선 랜, 5G 통신의 무선통신방식 중에서 선택되는 것이다.Here, the communication method in the
상기 좌표 데이터 처리모듈(50)은 상기 통신부(40)로부터 데이터를 전송받고 지하관로(20) 내부의 정보를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태로 처리하는 것이다.The coordinate
상기 PC(60)는 상기 좌표 데이터 처리모듈(50)로부터의 데이터를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태의 출력 데이터로 디스플레이하는 것이다.The
여기서, 상기 PC(60)에서의 출력 데이터는 PC(60)에 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼 형식으로 저장되며, AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 통해 이용할 수 있는 것이다. Here, the output data from the
상기 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System)은 일반 지도와 같은 지형정보와 함께 지하시설물 등 관련 정보를 인공위성으로 수집, 컴퓨터로 작성해 검색, 분석할 수 있도록 한 복합적인 시스템이며, 국토계획 및 도시계획, 수자원관리, 통신/교통망 가설, 토지관리, 지하매설물 설치의 분야에서 필요한 것이고, 구체적으로 기상항공 정보분석, 상. 하수도망, 통신망, 전력망, 도시가스망, 도로 등의 지상 및 지하 시설물 설치 및 관리, 공장부지, 농작물 재배지역, 산업단지선정에 운용되는데 적용할 수 있는 것이다.The Geographic Information System (GIS) is a complex system that collects topographic information such as general maps, as well as related information such as underground facilities with artificial satellites, writes it on a computer, and enables search and analysis. , water resource management, communication/transport network hypothesis, land management, and underground facility installation. Specifically, weather and aviation information analysis, phase. It can be applied to installation and management of ground and underground facilities such as sewage network, communication network, power grid, city gas network, road, etc., and operation of plant site, crop cultivation area, and industrial complex selection.
또한, 상기 PC(60)는 AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 내장하여 구동시킬 수 있는 테블릿 PC, 노트북은 물론 스마트 폰으로 대체하여 사용하여도 무방할 것이다.In addition, the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 깊이 프로파일을 PC로 출력한 화면을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram illustrating a screen outputting a depth profile to a PC using a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 측정한 깊이 프로파일을 PC로 출력한 화면으로서, 지하관로가 지하에 어떤 깊이와 형태로 매설되어 있는지의 변화를 볼 수 있는 것이다. As shown in Fig. 4, it is a screen that outputs the depth profile measured using the three-dimensional position mapping system of the underground pipeline using the gyro sensor and the encoder to the PC, and it shows the depth and shape of the underground pipeline buried underground. change can be seen.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 X 좌표와 Y 좌표에 대한 top view와, 거리와 깊이에 대한 길이 깊이 view를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a top view for X and Y coordinates and a length and depth view for distance and depth using a three-dimensional location mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder according to an embodiment of the present invention; to be.
도 5에 도시한 바와 같이, 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템을 사용하여 X 좌표와 Y 좌표에 대한 top view와, 거리와 깊이에 대한 길이 깊이 view를 나타낸 그래프로서, 거리와 깊이에 대한 길이 깊이 view와, X 좌표와 Y 좌표에 대한 top view를 분석 프로그램을 사용하여 그래프의 형태로 나타낸 것이다. As shown in FIG. 5, using a three-dimensional position mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder, a top view for X coordinates and Y coordinates, and a length and depth view for distance and depth are graphs showing the distance The length, depth view for and depth, and the top view for X and Y coordinates are shown in graph form using an analysis program.
그러므로 상술한 바와 같이, 본 발명은 초당 100회의 속도로 표본을 기록하는 감속 관성 탐색 기술을 지하관로의 위치를 매핑하는데 적용하여 좌표계에서 관로의 정확한 위치를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 형태로 사용자가 관로에 대한 정보를 획득할 수 있고, 파이프라인 매핑 도구와 위성항법장치(GPS : Global Positioning System)와 자이로센서 기술을 결합하여 주므로 상세한 2차원 및 3차원의 굽힘 반경 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보와 지진 및 기타 지반 운동이 파이프에 미치는 영향 관련 지하관로의 정보들을 파악하여 사용자에게 제공할 수 있으며, 파이프라인 매핑 도구에 장착되어 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더로부터 얻은 데이터를 데이터송수신모듈에서 통신부를 통해 좌표 데이터 처리모듈로 전송하여 주어 지하관로 관련 3차원(3D) 관로 프로파일, 심도 프로파일, 굽힘 반경, 방위각 및 경사도 정보를 얻을 수 있는 것이다.Therefore, as described above, the present invention applies a deceleration inertial search technique that records a sample at a rate of 100 times per second to mapping the location of an underground pipeline to determine the exact location of the pipeline in a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) coordinate system. In the form of , the user can obtain information about the pipeline, and since it combines the pipeline mapping tool, Global Positioning System (GPS) and gyro sensor technology, detailed 2D and 3D bending radius information and pipe A gyro sensor that measures the angular velocity and sets the position and direction by measuring the angular velocity and identifying information on the location of the line and the underground pipeline related to the effects of earthquakes and other ground motion on the pipe can be provided to the user. and the data obtained from the encoder that measures the rotational speed of the wheels are transmitted from the data transmission/reception module to the coordinate data processing module through the communication unit to obtain information on the underground pipeline-related three-dimensional (3D) pipeline profile, depth profile, bending radius, azimuth and inclination. that can be obtained
또한, 상술한 바와 같은, 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템은 각종 지하관로의 정보 조사는 물론 증강현실과, 가스배관과 굴착공사 경로까지의 이격거리를 파악하는데 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용대상이 광범위하다.In addition, as described above, the three-dimensional location mapping system of the underground pipeline using the gyro sensor and the encoder can be applied to not only survey information of various underground pipelines, but also to identify the separation distance between the augmented reality and the gas pipeline and the excavation route. Therefore, its use and applications are wide.
도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiment has been disclosed in the drawings and the specification, and the terms used herein are only used for the purpose of describing the present invention, and are not used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. Therefore, various modifications and equivalent other embodiments will be possible therefrom by those skilled in the art, and therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
10 : 파이프라인 매핑 도구 11 : 파이프 몸체부
12 : 배터리부 13 : 로깅 프로브
14 : 제1 연결조인트 15 : 링크
15-1 : 고정부재 16 : 제2 연결조인트
17 : 바퀴 18 : 지지부재
18-1 : 스프링 19 : 자이로센서
19-1 : 엔코더 20 : 지하관로
30 : 데이터송수신모듈 40 : 통신부
50 : 좌표 데이터 처리모듈 60 : PC
70 : 위성항법장치(GPS) 80 : 지하관로의 위치 매핑시스템10: pipeline mapping tool 11: pipe body part
12: battery unit 13: logging probe
14: first connection joint 15: link
15-1: fixing member 16: second connecting joint
17: wheel 18: support member
18-1: spring 19: gyro sensor
19-1: encoder 20: underground pipeline
30: data transmission/reception module 40: communication unit
50: coordinate data processing module 60: PC
70: satellite navigation system (GPS) 80: location mapping system of the underground pipeline
Claims (8)
파이프의 형태이며, 파이프의 양쪽 끝단부가 뾰쪽하게 형성되어 있는 파이프 몸체부와, 상기 파이프 몸체부의 중간부분에 파이프라인 매핑 도구에 전원을 공급하는 배터리부와, 상기 배터리부와 나란하게 장착되어 데이터를 모으고 기록하며, 로깅 프로브 내부에 장착되어 로깅 프로브가 회전할 때 각속도를 측정하여 위치와 방향을 설정하는 자이로센서와 바퀴의 회전속도를 측정하는 엔코더가 장착되어 있는 로깅 프로브와, 상기 로깅 프로브와 배터리부 끝단부분에 결합되며, 파이프라인 매핑 도구를 이동시키는 바퀴와 연결된 링크를 결합 고정하며, 원통의 형태인 제1 연결조인트와, 상기 제1 연결조인트에 결합되며, 파이프라인 매핑 도구가 지하관로를 이동시 지하관로의 크기에 맞게 접철식으로 접어지거나 펴지는 링크와, 상기 링크가 접어지거나 펴지기 용이하게 스프링이 삽입되어 있고 파이프 몸체부의 양쪽 끝단부의 일측에 링크가 밀리지 않게 하는 지지부재와, 상기 제1 연결조인트와 대항되게 링크와 연결되며, 막대의 형태인 제2 연결조인트와, 상기 제1 연결조인트 및 제2 연결조인트가 링크들과 고정부재에 의해 결합되며, 파이프라인 매핑 도구가 지하관로로 이동하게 링크들 사이에 장착되는 복수개의 바퀴를 포함하며, 지하관로 내부를 이동하면서 지하관로 관련 3차원 관로 프로파일 및 심도 정보와 굽힘 반경 정보와 방위각 정보와 경사도 정보와 파이프라인의 위치 분석 정보를 측정하여 데이터를 획득하는 파이프라인 매핑 도구와;
상기 파이프라인 매핑 도구의 위치 좌표를 파악할 수 있게 하는 위성항법장치(GPS)와;
상기 파이프라인 매핑 도구로부터 획득된 데이터를 수신하고 통신부로 전송하는 데이터송수신모듈과;
상기 데이터송수신모듈로부터 데이터를 전송받고 좌표 데이터 처리모듈로 전송하는 통신부와;
상기 통신부로부터 데이터를 전송받고 지하관로 내부의 정보를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태로 처리하는 좌표 데이터 처리모듈과;
상기 좌표 데이터 처리모듈로부터의 데이터를 2차원(2D) 또는 3차원(3D)의 지도형태의 출력 데이터는 PC에 일반 지도와 같은 지형정보와 함께 지하시설물 관련 정보를 인공위성으로 수집, 컴퓨터로 작성해 검색, 분석할 수 있도록 한 복합적인 시스템인 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 플랫폼 형식으로 저장되고, AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, Report mergin의 소프트웨어를 통해 이용하여 디스플레이하는 PC; 을 포함함을 특징으로 하는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템.In the three-dimensional position mapping system of the underground pipeline using a gyro sensor and an encoder,
A pipe body in the form of a pipe, both ends of the pipe are sharply formed, a battery part supplying power to a pipeline mapping tool in the middle of the pipe body part, and mounted in parallel with the battery part to store data A logging probe equipped with a gyro sensor that collects and records, and is mounted inside the logging probe to measure the angular velocity to set the position and direction when the logging probe rotates, and an encoder to measure the rotational speed of the wheel, the logging probe and the battery It is coupled to the lower end, and the link connected to the wheel that moves the pipeline mapping tool is coupled and fixed, and the first connecting joint in the form of a cylinder and the first connecting joint are coupled to the first connecting joint, and the pipeline mapping tool connects the underground pipe. A link that can be folded or unfolded according to the size of the underground pipe during movement, a support member having a spring inserted therein to facilitate folding or unfolding of the link and preventing the link from being pushed to one side of both ends of the pipe body, and the first The second connecting joint in the form of a rod is connected to the link opposite to the connecting joint, and the first connecting joint and the second connecting joint are coupled by the links and the fixing member, and the pipeline mapping tool moves to the underground pipeline the links includes a plurality of wheels that are mounted between, by moving the inside underground pipelines underground pipelines associated 3-D pipeline profile and depth information and bend radius information and azimuth information, and measures the position analysis information of the tilt information and the pipeline a pipeline mapping tool for acquiring data;
a global positioning system (GPS) capable of grasping the location coordinates of the pipeline mapping tool;
a data transmission/reception module for receiving the data obtained from the pipeline mapping tool and transmitting it to a communication unit;
a communication unit for receiving data from the data transmitting/receiving module and transmitting the data to the coordinate data processing module;
a coordinate data processing module for receiving data from the communication unit and processing information inside the underground pipeline in the form of a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) map;
The output data in the form of a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) map of the data from the coordinate data processing module collects information related to underground facilities together with topographic information such as a general map on a PC with artificial satellites , PC that is stored in the form of a Geographic Information System (GIS) platform, a complex system that enables analysis, and displayed using software of AutoCAD, Microstation, ESRI, Excel, and Report mergin; A three-dimensional position mapping system of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder, characterized in that it comprises a.
상기 통신부에서의 통신방식은 적외선 통신(Infrared Radiation), 블루투스(Bluetooth), 무선 랜, 5G 통신의 무선통신방식 중에서 선택되는 것을 포함함을 특징으로 하는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템.The method of claim 1,
The communication method in the communication unit is a three-dimensional location of an underground pipeline using a gyro sensor and an encoder, characterized in that it includes a wireless communication method selected from infrared communication, Bluetooth, wireless LAN, and 5G communication. mapping system.
상기 지하관로는 강철, 주철, HDPE, PVC, 콘크리트의 재료 중에서 선택하는 것을 포함함을 특징으로 하는 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템. The method of claim 1,
The three-dimensional position mapping system of the underground pipeline using a gyro sensor and encoder, characterized in that the underground pipeline includes selecting from materials of steel, cast iron, HDPE, PVC, and concrete.
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- 2020-12-01 KR KR1020200165715A patent/KR102266812B1/en active IP Right Grant
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