KR102290183B1 - 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광산 갱내 측벽 또는 천장에 설치된 지반변위센서에서 측정된 경사도 데이터를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 감시하는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 광산 갱내 측벽 또는 천장에 설치된 지반변위센서에서 측정된 경사도 데이터를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 감시함으로써 광산 갱내 붕괴 예측시 경보신호를 발생시켜 광산 갱내 작업자들의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광산 갱내 측벽 또는 천장에 설치된 지반변위센서에서 측정된 경사도 데이터를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 감시하는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지하광산의 갱도는 굴착 후 발생되는 공간인 주방(Room)과 붕괴를 방지하기 위해 채굴하지 않은 기둥 역할의 암주(Piller)로 이루어져 있으며, 주방은 각각의 굴착된 갱도 편(층)의 하부 바닥과 상부 천장으로 이루어져 있다.
지하 굴착이 진행됨에 따라 주방과 암주는 응력을 받아 변위가 지속되며, 임계치를 넘으면 취성 파괴가 발생되어 갱도의 붕괴와 인명피해를 유발할 수 있다. 이러한 변위는 주로 암주에 집중되고, 천장, 벽면 및 바닥이 미세하게 부풀어 오르는 변위를 발생시키며, 암반에 다수의 절리와 단층이 존재할 경우 임계 응력 전에 변위가 발생하기도 한다.
종래의 변위측정 방식은 1차원적 단일 게이지를 통한 계측 혹은 측량용 라이다를 현장에서 장비를 구성하여 비정기적으로 측정한 후 그 차이를 보는 방식이 대부분을 이루고 있다. 1차원적 계측은 넓은 범위를 대표할 수 없으며, 다수의 계측 시 경제성이 낮고, 관리의 어려움이 존재한다.
또한, 3차원적인 라이다는 측정 장비가 고가이며, 비정기적으로 측정하고, 다양한 자료처리 후 변위를 관측하므로 실시간 연속측정을 통한 예보 및 경보 자료를 획득하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광산 갱내 측벽 또는 천장에 설치된 지반변위센서에서 측정된 경사도 데이터를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 감시할 수 있도록 한 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템의 일측면에 따르면, 광산 갱내에 설치되어 암반의 경사도를 측정하는 다수개의 지반변위센서; 상기 다수개의 지반변위센서에서 각각 측정된 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집기; 상기 센서 데이터 수집기에서 수집한 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 네트워크망을 통해 실시간으로 수신하여 암반에서 나타나는 경사변화 상태를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 사전 예측하는 광산 갱내 붕괴 감시서버; 및 상기 광산 갱내 붕괴 감시서버로부터 광산 갱내 붕괴 사전 예측 경보 신호를 수신하는 경우 경보음을 송출하는 경보 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지반변위센서는 광산 갱내 측벽 또는 천장에 소정 영역의 셀 단위마다 설치되어 X축과 Y축의 2축 경사도를 동시에 측정할 수 있다.
또한, 상기 광산 갱내 붕괴 감시서버는 상기 센서 데이터 수집기에서 수집한 각 셀 영역에서의 경사도 데이터에 기초하여 암반에서 나타나는 경사변화 상태를 분석한 결과 특정 셀 영역에서의 경사도 변화값이 기설정된 기준값을 초과하는 경우 광산 갱내 붕괴가 시작된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 경보 장치는 상기 광산 갱내 붕괴 감시서버로부터 상기 특정 셀 영역에서의 경사도 변화값이 기설정된 기준값을 초과하여 경보 신호를 수신하는 경우 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보음을 소정 시간동안 주기적인 간격을 두고 송출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 광산 갱내 측벽 또는 천장에 설치된 지반변위센서에서 측정된 경사도 데이터를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 감시함으로써 광산 갱내 붕괴 예측시 경보신호를 발생시켜 광산 갱내 작업자들의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 지반변위센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에서 광산 갱내 붕괴 감시서버의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 객체위치 인식부에서의 객체위치 인식을 위한 앵커와 태그 간 통신방법의 일예를 나타내는 도면이다.
도 5는 3개의 앵커가 태그로부터 위치 데이터를 수신하는 경우의 3개의 현을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 지반변위센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에서 광산 갱내 붕괴 감시서버의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 객체위치 인식부에서의 객체위치 인식을 위한 앵커와 태그 간 통신방법의 일예를 나타내는 도면이다.
도 5는 3개의 앵커가 태그로부터 위치 데이터를 수신하는 경우의 3개의 현을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 방법을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템은 광산 갱내에 설치되는 다수개의 지반변위센서(100)와, 센서 데이터 수집기(200)와, 경보 장치(400) 및 네트워크망을 통해 센서 데이터 수집기(200)와 경보 장치(400)와 데이터 통신 및 제어신호를 송수신하는 광산 갱내 붕괴 감시서버(300)를 포함할 수 있다.
지반변위센서(100)는 갱내 측벽 또는 천장에 소정 영역의 셀 단위마다 설치되어 암의 붕락, 낙석 등이 발생하기전 암반에서 나타나는 미세한 경사변화 상태를 측정할 수 있으며, 측정된 각 셀 영역에서의 경사도 데이터는 근거리 무선통신 방식에 의해 센서 데이터 수집기(200)로 전송될 수 있다.
센서 데이터 수집기(200)는 다수개의 지반변위센서(100)에서 각각 측정된 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 근거리 무선통신 방식에 의해 수신하여 통합적으로 수집할 수 있다.
광산 갱내 붕괴 감시서버(300)는 센서 데이터 수집기(200)에서 통합적으로 수집한 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 네트워크망을 통해 실시간으로 수신하여 암의 붕락, 낙석 등이 발생하기전 암반에서 나타나는 미세한 경사변화 상태를 분석할 수 있다. 분석 결과, 특정 셀 영역에서의 경사도 변화값이 기설정된 기준값을 초과하는 경우에는 광산 갱내 붕괴가 시작된 것으로 판단하여 이에 대한 경보 신호를 발생시킬 수 있다. 여기서, 네트워크는 각각의 모듈 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(network)의 일 예에는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크, WiFi, V2V, V2I, V2X, DSRC 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
경보 장치(400)는 광산 갱내 붕괴 감시서버(300)와 네트워크망을 통해 연결되어 광산 갱내 붕괴 감시서버(300)로부터 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보 신호를 수신하는 경우 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보음을 소정 시간동안 주기적인 간격을 두고 송출할 수 있다. 이에 따라, 갱내에서 작업중인 작업자들은 경보 장치(400)에서 소정 시간 간격을 두고 주기적으로 송출되는 경보음을 인지함으로써 신속하게 갱내에서 대피할 수 있다.
도 2는 도 1에서 지반변위센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 지반변위센서(100)는 2축 경사를 측정하는 정밀경사계로서 X축, Y축을 동시에 측정할 수 있는 센서로 구성할 수 있다. 지반변위센서 코어의 경우 센서로부터 원하는 샘플링 주파수로 데이터를 취득하기 위해서 '12C' 모듈 설계가 적용될 수 있으며, 디지털 통신으로 최종 출력될 수 있도록 구성할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 지반변위센서(100)는 변위센서모듈(110)과, 아날로그 디지털 컨버터(120)와, 내부 레지스터(130)와, 디지털 신호처리 제어모듈(140)과, 오프셋 제거모듈(150) 및 전처리 필터(160)를 포함할 수 있다.
변위센서모듈(110)에서 측정된 경사도 신호는 설정된 값에 따라 센서 내부의 아날로그 디지털 컨버터(120)에 의해 16비트 디지털 신호로 변환되어 내부 레지스터(130)에 저장될 수 있다.
데이터 취득을 위한 디지털 신호처리 제어모듈(140)에서는 샘플링 주파수(100Hz)에 동기되어 있는 Fsync 신호가 감지될 때마다 센서의 내부 레지스터(130)에 저장된 경사도 데이터를 12C 프로토콜을 사용하여 직렬로 취득할 수 있다. 이후 16비트 크기의 X축, Y축 데이터로 정렬하여 오프셋 제거모듈(150)로 전송할 수 있다. 여기서, 회로에 사용된 12C 통신속도는 표준모드(100kbis/s)일 수 있다.
특히, 경사도를 정확히 측정하기 위해 센서의 각 축은 부착되는 표면과의 정확한 정렬이 요구될 수 있다. X축은 표면의 동서방향, Y축은 남북방향의 연장선 방향에 정렬될 수 있다. 그러나, 정렬오차 발생시 각 축의 성분은 분산되어 센서 데이터의 오프셋 또는 직류 성분으로 작용할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 이러한 DC 성분을 제거하기 위해 센서에 오프셋 제거모듈(150)이 포함되어 구성될 수 있다. 이러한 본 발명의 오프셋 제거모듈(150)에서는 N개 샘플 기반의 평균값을 추정하고 각 축의 실시간 데이터에서 추정된 평균을 제거함으로써 정렬오차로 발생하는 오프셋 성분을 제거할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 오프셋 제거를 위해서 하기의 수학식 1을 이용한 평균값 추정방법을 사용할 수 있다.
여기서, Xoffset은 시스템의 초기 취득단계에서 추정된 X축의 오프셋 값이고, Off_X(n)은 오프셋이 제거된 X축 신호이다. 각 축 데이터는 정렬오차가 제거되었더라도 고주파 배경잡음을 포함하고 있으므로 전처리 필터(160)를 사용하여 고주파 잡음제거를 할 수 있다. 여기서, 전처리 필터(160)로서 저역통과필터(LPF)가 사용될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 지반변위센서(100)는 갱내 측벽 또는 천장에 설치되어 암의 붕락, 낙석 등이 발생하기전 암반에서 나타나는 미세한 경사변화 상태를 측정할 수 있으며, 관리 기준치 설정을 통해 관리자 및 작업자에게 암반상태 변화에 따른 경보를 제공하기 위한 주요 요소로서 사용될 수 있다. 또한, 센서는 RS485 통신을 이용해 디지털로 변환된 데이터를 제공할 수 있으며, 다수의 센서를 연결해 게이트웨이를 통한 통합데이터 수집이 가능하도록 구성할 수 있다.
특히, 지반변위센서 보드는 전원부와 센싱부를 분리하여 회로를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 신호 노이즈를 줄이기 위해 주요 IC 전원회로에 디커플링 커패시터(미도시됨)를 추가할 수 있고 센서 신호처리회로의 접지를 전원과 시그널 접지로 구분하여 구성할 수 있다.
또한, PCB 제작을 위해 전원부 보드와 센싱 보드의 크기는 지반변위센서의 유지관리 측면에서 오류 수정이 용이하도록 부품 번호, 부품 간격, 테스트 포인트 등을 고려하여 PCB 상의 부품 배치와 부품간 라우팅(routing)을 진행할 수 있도록 크기와 구성을 설계할 수 있다.
또한, 지반변위센서의 센싱 코어 신호를 검출하는 IC들은 윗면에 배치하고, 보정 변환 및 발진 관련 부품은 바닥면으로 배치함으로써 노이즈를 최소화할 수 있다. 또한, 시그널 그라운드와 전원 그라운드를 분리하여 전원 노이즈를 줄일 수 있도록 구성할 수 있으며, PCB 라우팅을 진행하기 전에 배치된 IC들의 핀 방향, 커넥터 위치, 부품 크기 등 전체적인 배치 상황을 확인하여 최적화할 수 있다.
도 3은 도 1에서 광산 갱내 붕괴 감시서버의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 광산 갱내 붕괴 감시서버(300)는 경사도 데이터 수신부(301)와, 경사도 데이터 분석부(302)와, 통신부(303)와, 제어부(304)와, 경사도 데이터베이스(305)와, 객체위치 인식부(306) 및 경보신호 발생부(307)를 포함할 수 있다.
경사도 데이터 수신부(301)는 센서 데이터 수집기(200)에서 수집되어 게이트웨이를 통해 통합적으로 전송되는 경사도 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 경사도 데이터는 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 설치된 지반변위센서에서 실시간으로 측정되는 경사도 데이터일 수 있다.
경사도 데이터 분석부(302)는 경사도 데이터 수신부(301)에서 수신한 경사도 데이터에 기초하여 갱내에서 암의 붕락,낙석 등이 발생하기전 암반에서 나타나는 미세한 경사변화 상태를 분석할 수 있다. 여기서, 경사도 데이터 분석은 예를 들어,경사도 데이터 수신부(301)에서 통합적으로 수신되는 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 대한 경사도 데이터 중에서 경사도 데이터 변화값이 기설정된 기준값을 초과한 경우가 발생되면 광산 갱내 붕괴가 시작된 것으로 판단하여 경보신호 발생부(307)로 경보신호 발생을 요청할 수 있다.
통신부(303)는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템의 각 구성요소와 통신하여 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시에 필요한 정보를 송수신하거나 제어신호를 전송할 수 있다.
제어부(304)는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템의 각 구성요소와 제어신호를 송수신하여 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시에 관련된 일련의 전반적인 제어를 수행할 수 있다.
경사도 데이터베이스(305)는 경사도 데이터 수신부(301)에서 실시간으로 수신되는 광산 갱내 각 셀 영역에 대한 경사도 데이터를 데이터베이스화하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 광산 갱내 각 셀 영역에 설치된 지반변위센서에서 각각 측정되는 X축, Y축에 대한 2축 경사 측정 데이터를 저장할 수 있다. 이때 광산 갱내 각 셀 영역에 설치된 지반변위센서는 각각 고유 번호가 할당될 수 있으며, 할당된 고유 번호별로 각 센서에서 실시간으로 측정되는 2축 경사 측정 데이터를 저장할 수 있다.
객체위치 인식부(306)는 광산 갱내에서 작업중인 작업자나 작업 차량의 위치정보를 인식할 수 있다. 이러한 작업자나 작업 차량 등 광산 갱내에 위치한 객체위치 파악은 광산 갱내 구역 내에 소정 거리마다 설치된 앵커가 작업자의 작업모나 작업 차량에 설치된 태그와 통신하여 객체의 위치를 인식할 수 있다. 이러한 객체 인식 방법에 대해서는 하기의 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
경보신호 발생부(307)는 경사도 데이터 분석부(302)에서 경사도 데이터를 분석한 결과 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 대한 경사도 데이터 중에서 경사도 데이터 변화값이 기설정된 기준값을 초과한 경우가 발생되어 경보신호 발생이 요청되는 경우 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보신호를 발생시킬 수 있다. 이와 같이 발생된 광산 갱내 붕괴 시작을 알리기 위한 경보신호는 네트워크망을 통해서 광산 갱내에 설치된 경보 장치(400)를 통해 송출될 수 있다.
특히, 경보신호 발생부(307)는 경보신호 발생시 객체위치 인식부(306)에서 인식된 작업자나 작업 차량 등 객체의 위치정보를 전달받을 수 있으며, 전달받은 객체의 위치정보에 기초하여 갱내 객체가 위치한 구역에 배치된 경보 장치로 갱내 붕괴 시작을 알리기 위한 경보신호를 송출할 수 있다. 이에 따라, 광산 갱내에서 작업중인 작업자들은 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보신호를 듣고서 최대한 빠른 시간 내에 갱내 작업 현장에서 대피할 수 있다.
도 4는 도 3의 객체위치 인식부에서의 객체위치 인식을 위한 앵커와 태그 간 통신방법의 일예를 나타내는 도면이고, 도 5는 3개의 앵커가 태그로부터 위치 데이터를 수신하는 경우의 3개의 현을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에서는 실시간 위치분석 및 근접탐지 알고리즘으로서 측정시스템 거리정보를 이용한 위치추적 및 거리 산출 알고리즘을 제공할 수 있다. 즉, 위치(거리) 산출을 위한 앵커(Anchor)와 태그(Tag)간 통신 흐름에서, 태그의 MCU 펌웨어에 정의된 순서에 따라 순차적으로 앵커와의 데이터 통신이 이루어질 수 있으며, 갱내 설치된 다수의 앵커에 순차적으로 1회씩 데이터 통신을 수행하여 거리정보를 산출할 수 있다. 갱도의 길이를 고려할 때 앵커는 고정식으로 직병렬 다수개의 장비가 설치될 수 있으며, 태그는 작업차량 내외부 및 작업자 스마트 헬맷에 장착되어 이동식으로 다수개의 위치정보를 각각 앵커(리더)측에 송신할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 광산 갱내 차량 및 작업자의 위치를 실시간 측위하기 위해서 갱내 실시간 위치추적 알고리즘을 적용할 수 있다. 측위 기능은 갱내 측벽 또는 천장에 설치된 각 앵커(리더)가 태그로부터 위치 관련 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 바탕으로 알고리즘을 처리해 태그의 정확한 위치를 판단할 수 있다.
특히, 차량 또는 작업자에게 부착된 태그의 위치에 따라 태그로부터 데이터 수신이 가능한 앵커(리더)의 수가 달라지는데 태그의 위치 데이터를 수신한 앵커의 수에 따라 각각 다른 측위 알고리즘을 적용할 수 있다. 즉, 태그의 위치정보를 수신한 앵커의 수를 각각 2개, 3개 또는 그 이상인 경우로 구분할 수 있으며, 이때 각각 적용한 측위 알고리즘은 아래와 같다.
피타고라스 정리 및 공통현의 방정식을 이용한 태그 측위 알고리즘은 다음과 같다. 예를 들어, 태그의 중심을 (0,0) 좌표로 정의할 수 있으며, 
는 사전에 정의된 앵커의 좌표이고, 
는 구하고자 하는 태그의 좌표이며, 
는 각 앵커가 측정한 태그와의 거리일 수 있다. 즉, 태그의 데이터를 수신한 앵커가 2개, 3개, 4개 이상인 경우로 구분하고 연산 알고리즘을 적용해 태그의 위치를 측정할 수 있다.
먼저, 2개의 앵커로부터 태그의 데이터 수신 시 적용한 공통현의 방정식은 하기의 수학식 2와 같이 표기될 수 있다.
또한, 3개의 앵커로부터 태그의 데이터 수신 시 적용한 공통현의 방정식은 하기의 수학식 3과 같이 표기될 수 있다.
또한, 4개 이상의 앵커로부터 태그의 데이터 수신 시 적용한 공통현의 방정식은 하기의 수학식 4와 같이 표기될 수 있다.
4개 이상의 앵커로부터 태그의 데이터를 수신한 경우에는 3개 앵커 조합을 선택해 각각 측위 후 결과값의 중심좌표를 계산할 수 있다.
즉, 2개의 앵커가 태그로부터 위치 데이터를 수신하는 경우에는, 2개의 앵커로부터 태그와의 거리 데이터가 수신된 경우 앵커와 태그간 측정거리에 따라 두 원이 만나지 않는 경우와 한 점에서 만나는 경우 및 두 점에서 만나는 경우에 대한 각각의 경우를 고려하여 연산 처리할 수 있다. 여기서, 두 원이 만나지 않는 경우는 외부에서 만나지 않거나 내부에 포함되거나 동심원인 경우로 구분될 수 있으며, 두 원이 한 점에서 만나는 경우는 외접하거나 내접하는 경우로 구분될 수 있다.
한편, 3개의 앵커가 태그로부터 위치 데이터를 수신하는 경우에는, 3개의 앵커로부터 태그와의 거리 데이터가 수신된 경우 앵커와 태그간 측정거리에 따라 도 5에서와 같이 3개의 현이 그려질 수 있으며, 태그의 위치는 3개의 현이 만나는 지점으로 연산할 수 있다.
한편, 4개 이상의 앵커가 태그로부터 위치 데이터를 수신하는 경우, 4개 이상의 앵커로부터 각각 태그와의 거리 정보를 수신한 경우에는 3개 앵커를 선택하여 태그와의 각 거리 정보를 이용해 연산 수식에 따라 측위할 수 있다. 태그와의 거리 정보를 수신한 4개 이상의 앵커 중 앵커 3개의 조합에 따라 N개의 태그 좌표가 취득될 수 있으며, N개 좌표의 중심 좌표를 계산한 값을 최종 측위값으로 결정할 수 있다.
특히, 측위 교점간 거리가 멀어 측위 정확도가 의심되는 경우, 3개의 앵커로 계산된 좌표값(교점)간 거리가 먼 경우 최종 계산된 태그의 위치결과는 실제 위치와 오차가 커지게 될 수 있다. 따라서, 이러한 오차를 줄이기 위해 각 교점의 정확도를 확인하여 기준 이하의 교점은 태그 좌표 계산시 제외 처리하여 정확도를 확보할 수 있도록 할 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시간 위치추적 알고리즘에 대해 설명하기로 한다.
갱내 차량 및 작업자의 실시간 위치 추적 알고리즘은 소지한 태그를 기준으로 한 2원 공통현 방정식과 동일하며, 다만 앵커 외곽 방향 교점만 좌표로 표시할 수 있다.
1개의 앵커(RF Reader)에서만 차량 및 작업자와의 거리정보를 검출한 경우 검출 앵커의 위치 및 태그 위치를 동일하게 표시할 수 있으며 거리는 검출된 거리값을 m 단위로 표현할 수 있다.
또한, 2개의 앵커가 추적체와의 거리를 검출한 경우에는 하기의 수학식 5와 같은 기본 방정식을 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 방법을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 센서 데이터 수집기에서 실시간으로 수집되어 게이트웨이를 통해 통합적으로 전송되는 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 수신하였는지를 판단(S10)할 수 있다. 이때, 경사도 데이터는 광산 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 설치된 지반변위센서에서 각각 측정되는 X축, Y축에 대한 2축 경사 측정 데이터를 포함할 수 있다.
이어서, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 센서 데이터 수집기에서 실시간으로 수집되어 게이트웨이를 통해 통합적으로 전송되는 경사도 데이터를 수신한 경우에는 수신한 적어도 하나 이상의 경사도 데이터를 경사도 데이터베이스에 저장(S11)할 수 있다.
이어서, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 센서 데이터 수집기에서 실시간으로 수집되어 게이트웨이를 통해 통합적으로 전송되는 경사도 데이터에 기초하여 갱내에서 암의 붕락, 낙석 등이 발생하기전 암반에서 나타나는 미세한 경사변화 상태를 분석(S12)할 수 있다.
이어서, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 적어도 하나 이상의 경사도 데이터를 분석한 결과 통합적으로 수신되는 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 대한 경사도 데이터 중에서 경사도 데이터 변화값이 기설정된 기준값을 초과하는지를 판단(S13)할 수 있다.
이어서, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 적어도 하나 이상의 경사도 데이터를 분석한 결과 통합적으로 수신되는 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 대한 경사도 데이터 중에서 경사도 데이터 변화값이 기설정된 기준값을 초과한 경우가 발생되면 광산 갱내 붕괴가 시작된 것으로 판단(S14)할 수 있다.
이어서, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 광산 갱내에서 작업중인 작업자나 작업 차량 등의 객체 위치정보를 인식(S15)할 수 있다. 이때, 작업자나 작업 차량 등 광산 갱내에 위치한 객체위치 파악은 광산 갱내 구역 내에 소정 거리마다 설치된 앵커가 작업자의 작업모나 작업 차량에 설치된 태그와 통신하여 객체의 위치를 인식할 수 있다.
이어서, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 S14단계에서 통합적으로 수신되는 갱내 붕괴 감시 대상 각 셀 영역에 대한 경사도 데이터 중에서 경사도 데이터 변화값이 기설정된 기준값을 초과한 경우가 발생되어 광산 갱내 붕괴 시작 신호로 판단된 경우에는 경보신호를 발생(S16)시킬 수 있다. 이때, 발생된 광산 갱내 붕괴 시작을 알리기 위한 경보신호는 네트워크망을 통해서 광산 갱내에 설치된 경보 장치를 통해 송출될 수 있다.
특히, 광산 갱내 붕괴 감시서버는 경보신호 발생시 S15단계에서 인식된 작업자나 작업 차량 등 객체의 위치정보를 전달받을 수 있으며, 전달받은 객체의 위치정보에 기초하여 갱내 객체가 위치한 구역에 배치된 경보 장치로 갱내 붕괴 시작을 알리기 위한 경보신호를 송출할 수 있다. 이에 따라, 광산 갱내에서 작업중인 작업자들은 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보신호를 듣고서 최대한 빠른 시간 내에 갱내 작업 현장에서 대피할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 지반변위센서
110 : 변위센서모듈
120 : 아날로그 디지털 컨버터
130 : 내부 레지스터
140 : 디지털 신호처리 제어모듈
150 : 오프셋 제거모듈
160 : 전처리 필터
200 : 센서 데이터 수집기
300 : 광산 갱내 붕괴 감시서버
301 : 경사도 데이터 수신부
302 : 경사도 데이터 분석부
303 : 통신부
304 : 제어부
305 : 경사도 데이터베이스
306 : 객체위치 인식부
307 : 경보신호 발생부
400 : 경보 장치
110 : 변위센서모듈
120 : 아날로그 디지털 컨버터
130 : 내부 레지스터
140 : 디지털 신호처리 제어모듈
150 : 오프셋 제거모듈
160 : 전처리 필터
200 : 센서 데이터 수집기
300 : 광산 갱내 붕괴 감시서버
301 : 경사도 데이터 수신부
302 : 경사도 데이터 분석부
303 : 통신부
304 : 제어부
305 : 경사도 데이터베이스
306 : 객체위치 인식부
307 : 경보신호 발생부
400 : 경보 장치
Claims (4)
- 광산 갱내에 설치되어 암반의 경사도를 측정하는 다수개의 지반변위센서;
상기 다수개의 지반변위센서에서 각각 측정된 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집기;
상기 센서 데이터 수집기에서 수집한 각 셀 영역에서의 경사도 데이터를 네트워크망을 통해 실시간으로 수신하여 암반에서 나타나는 경사변화 상태를 분석하여 광산 갱내 붕괴를 사전 예측하는 광산 갱내 붕괴 감시서버; 및
상기 광산 갱내 붕괴 감시서버로부터 광산 갱내 붕괴 사전 예측 경보 신호를 수신하는 경우 경보음을 송출하는 경보 장치를 포함하고,
상기 지반변위센서는 광산 갱내 측벽 또는 천장에 소정 영역의 셀 단위마다 설치되어 X축과 Y축의 2축 경사도를 동시에 측정하되,
상기 지반변위센서는 변위센서모듈, 아날로그 디지털 컨버터, 내부 레지스터, 디지털 신호처리 제어모듈, 오프셋 제거모듈 및 전처리 필터를 포함하고,
상기 변위센서모듈에서 측정된 경사도 신호는 설정된 값에 따라 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환되어 상기 내부 레지스터에 저장되며,
상기 디지털 신호처리 제어모듈은 샘플링 주파수에 동기되어 있는 Fsync 신호가 감지될 때마다 상기 내부 레지스터에 저장된 경사도 데이터를 직렬로 취득한 이후 16비트 크기의 X축, Y축 데이터로 정렬하여 상기 오프셋 제거모듈로 전송하고,
상기 오프셋 제거모듈은 N개 샘플 기반의 평균값을 추정하고 각 축의 실시간 데이터에서 추정된 평균을 제거함으로써 정렬오차로 발생하는 오프셋 성분을 제거하며,
상기 광산 갱내 붕괴 감시서버는 객체위치 인식부 및 경보신호 발생부를 포함하고,
상기 객체위치 인식부는 광산 갱내 구역 내 소정 거리마다 설치된 앵커가 작업자의 작업모 또는 차량에 설치된 태그와 통신하여 객체의 위치를 인식하며,
상기 경보신호 발생부는 상기 객체위치 인식부에서 인식된 상기 객체의 위치정보를 전달받고, 상기 전달받은 객체의 위치정보에 기초하여 갱내 객체가 위치한 구역에 배치된 경보 장치로 경보신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 광산 갱내 붕괴 감시서버는,
상기 센서 데이터 수집기에서 수집한 각 셀 영역에서의 경사도 데이터에 기초하여 암반에서 나타나는 경사변화 상태를 분석한 결과 특정 셀 영역에서의 경사도 변화값이 기설정된 기준값을 초과하는 경우 광산 갱내 붕괴가 시작된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 경보 장치는,
상기 광산 갱내 붕괴 감시서버로부터 상기 특정 셀 영역에서의 경사도 변화값이 기설정된 기준값을 초과하여 경보 신호를 수신하는 경우 광산 갱내 붕괴 시작을 알리는 경보음을 소정 시간동안 주기적인 간격을 두고 송출하는 것을 특징으로 하는 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200106644A KR102290183B1 (ko) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200106644A KR102290183B1 (ko) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102290183B1 true KR102290183B1 (ko) | 2021-08-17 |
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ID=77466133
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020200106644A KR102290183B1 (ko) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | 지반변위센서를 이용한 광산 갱내 붕괴 감시 시스템 |
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- 2020-08-25 KR KR1020200106644A patent/KR102290183B1/ko active IP Right Grant
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