KR102332518B1 - 표준관입시험 자동측정장치 및 그 장치의 구동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표준관입시험 자동측정장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치는, 표준관입시험을 통해 측정되는 로드의 타격 횟수 및 관입량의 측정 결과 데이터를 데이터기록장치로부터 무선 통신에 의해 수신하는 통신 인터페이스부, 및 수신한 측정 결과 데이터 및 로드를 타격하는 드라이브 해머의 타격 높이에 관련되는 심도를 적어도 포함하는 추가 인자를 근거로 표준관입시험의 최종 결과를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 표준관입시험 자동측정장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 표준관입시험을 통해 측정되는 로드(load)의 타격횟수 및 관입량의 측정자료처리를 위한 연산프로그램상에 공경, 샘플러 종류, 로드 길이 등의 추가 인자를 반영하여 N값이 정확히 계산되도록 하는 표준관입시험 자동측정장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것이다.
표준관입시험은 원위치 지반의 단단한 정도와 다져짐 정도를 판정하고자 N값을 구하는 시험 방법으로 N값 측정시 회수된 시료 및 N값으로 토층의 구성성분 및 상태를 판정하는 것을 목적으로 한다. 표준관입시험은 질량 63.5±0.5㎏의 해머를 76±1㎝ 자유 낙하시켜 표준관입시험용 샘플러를 지반에 30㎝ 관입시키는 시험으로 한국산업규격(KS) KS F 2307을 적용한다. KS F 2307에 의한 N값 기록 방법은 예비박기 및 본박기의 시작 깊이와 종료 깊이를 기록 또는 출력한다. 그리고 타격 1회 마다의 관입량을 측정한 경우는 필요에 따라 타격 횟수와 누계 관입량의 관계를 도시 또는 출력한다. 본박기 30㎝에 대한 타격 횟수를 N값으로 기록한다.
그런데, 표준관입시험은 시험 결과의 객관적 기록 방법의 통일 곤란, 연약 지반 또는 경질 지반에서의 시험 결과의 평가 방법, 시험 결과(N값)의 품질 확보(예: 장치, 인위 오차의 제거 등), 예비박기에 대한 취급 방법, 사용 기재의 시방과 그 허용 범위의 애매함, 규격대로의 기록(예: 타격 1회마다의 누계 관입량의 측정)의 곤란함, 정밀도 향상 및 작업의 효율화를 위하여 개발된 자동화 장치(예: 낙하 장치, 기록 장치)에 대한 대응 등의 측면에서 여전히 문제가 남아있다.
이러한 측면에서 자동화 시험장치는 표준관입시험의 문제점인 시험자에 의한 측정오차 발생을 방지하여 시험 결과의 신뢰성을 높이고 아울러 시험의 작업환경을 개선하는 목적으로 시험장치 및 기구의 자동화가 보급됨에 따라 객관성 높은 측정이 가능하고, 자동 기록 장치에 의해 타격 및 관입량의 결과를 수치로 기록할 수 있다. 그리고 N값을 산출하는 것 외에 타격-관입량의 관계를 도시할 수 있으며, 결과 데이터를 회수하여 보존할 수 있다.
물론 종래에도 자동화 시험장치 또는 자동측정장치와 관련하여 다양한 유형이 공지된 바 있다. 프로젝트명, 시험심도, 날짜, 작업자 등등의 자료 또는 정보를 입력하기 위하여 케이블로 연결된 노트북을 사용하여 입력하고 있으며, 타격 구간과 관입 구간에 적외선 센서 등을 구비하여 측정하고 있다. 또한 측정자료 처리를 위하여 즉 타격횟수 및 관입량을 측정하기 위하여 연산프로그램으로 관입량에 의한 최종 N값 선정 및 에너지효율을 반영한 N60값을 계산하고, 이러한 측정자료 즉 데이터는 케이블로 연결된 노트북 또는 기록저장장치를 이용하고 있다.
그러나, 종래의 방식은 유선 케이블을 사용하는 관계로 작업의 많은 번거로움이 뒤따르고 있으며, 타격횟수 및 관입량의 측정시 에너지 효율만을 반영하여 N60을 계산하는 관계로 정밀도는 여전히 정확하지 못한 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 가령 표준관입시험을 통해 측정되는 로드의 타격횟수 및 관입량의 측정자료처리를 위한 연산프로그램상에 공경, 샘플러 종류, 로드 길이 등의 추가 인자를 반영하여 N값이 정확히 계산되도록 하는 표준관입시험 자동측정장치 및 그 장치의 구동방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치는, 표준관입시험을 통해 측정되는 로드의 타격 횟수 및 관입량의 측정 결과 데이터를 데이터기록장치로부터 무선 통신에 의해 수신하는 통신 인터페이스부, 및 상기 수신한 측정 결과 데이터 및 상기 로드를 타격하는 드라이브 해머의 타격 높이에 관련되는 심도를 적어도 포함하는 추가 인자(factor)를 근거로 상기 표준관입시험의 최종 결과를 계산하는 제어부를 포함한다.
상기 통신 인터페이스부는 상기 데이터기록장치와 블루투스 통신을 수행하여 상기 측정 결과 데이터를 수신할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 추가 인자로서 지반으로 삽입하기 위해 상기 로드의 일측에 체결하는 샘플러의 종류 및 상기 로드를 삽입하기 위해 상기 지반에 형성한 시추공의 공경 중 적어도 하나를 더 고려할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 최종 결과로서 상기 샘플러를 지반에 30㎝ 박아 넣는 데 필요한 타격 횟수인 N값을 계산할 수 있다.
또한, 상기 표준관입시험 자동측정장치는, 상기 추가 인자와 관련한 데이터가 설정되는 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 기저장된 복수의 모델 중 상기 설정한 추가 인자에 부합하는 모델(model)을 선택적으로 실행하여 상기 최종 결과를 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 구동방법은, 통신 인터페이스부가, 표준관입시험을 통해 측정되는 로드의 타격 횟수 및 관입량의 측정 결과 데이터를 데이터기록장치로부터 무선 통신에 의해 수신하는 단계, 및 제어부가, 상기 수신한 측정 결과 데이터 및 상기 로드를 타격하는 드라이브 해머의 타격 높이에 관련되는 심도를 적어도 포함하는 추가 인자를 근거로 상기 표준관입시험의 최종 결과를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표준관입시험을 위한 데이터 처리시 시험에서의 측정 데이터를 처리하는 데이터기록장치와 사용자 단말장치 사이에 무선 통신을 수행하도록 구성함으로써 유선에 의한 작업의 번거로움을 없앨 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예는 표준관입시험에 의한 측정 결과 산출시 가령 공경, 샘플러 종류 및 로드 길이 즉 심도와 같은 추가 인자를 반영함으로써 N값 또 에너지 효율을 반영한 N60의 계산 정확도를 증가시킬 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험을 위한 자동측정시스템을 나타내는 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치로서 사용자 단말장치의 화면에 표시되는 입력 화면 및 측정 화면의 예시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 세부구조를 예시한 블록 다이어그램, 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치로서 사용자 단말장치의 화면에 표시되는 입력 화면 및 측정 화면의 예시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 세부구조를 예시한 블록 다이어그램, 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험을 위한 자동측정시스템을 나타내는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치로서 사용자 단말장치의 화면에 표시되는 입력 및 측정 화면의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험을 위한 자동측정시스템(이하, 자동측정시스템)(90)은 시험장치(100 ~ 109), 데이터처리장치(110) 및 사용자 단말장치(120)의 일부 또는 전부를 포함하며, 복수의 장소에서 사용되는 사용자 단말장치(120)의 데이터를 통합 처리하기 위한 통신망, 통합관리서버 등을 더 포함할 수 있다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 사용자 단말장치(120)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 자동측정시스템(90)이 구성되거나, 사용자 단말장치(120)를 구성하는 구성요소의 일부 또는 전부가 데이터처리장치(110)에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
무엇보다 지반(97)으로 삽입되는 로드(101)의 일측의 시험장치(100 ~ 109)는 표준관입시험을 위해 기본적으로 사용되는 장치들을 포함한다. 예를 들어, 지반(97)에는 표준관입시험을 위하여 가령 시추공 즉 시험 구멍이 형성될 수 있으며, 이러한 시추공을 형성하기 위하여 보강관(100)이 사용될 수 있다. 이 보강관(100)의 내측으로 표준관입시험에 사용되는 로드(101)가 삽입된다. 여기서 로드(101)는 표준관입시험을 위해 지반(97)으로 삽입되는 부재로서, 장입부재라 명명될 수 있으며, 일측에는 샘플러(sampler)가 체결되어 역시 지반(97)으로 삽입된다. 산업표준심의회 심의를 거쳐 한국표준협회에서 발행하는 KS F 2307의 표준관입시험 방법에는 샘플러의 규격에 관하여 잘 설명하고 있다. 예를 들어, 해당 시험 방법에서 샘플러는 "슈, 2분할할 수 있는 스플릿 배럴 및 커넥터 헤드로 구성되는 강제의 것으로 치수의 것"으로서, "특히 슈는 손상이 잘 되지 않는 열처리를 한 구조용 합금 강제의 것으로 바깥면 및 내면은 마찰이 적은 다듬질면을 가진 것이어야 하며, 슈와 스플릿 배럴을 접속하는 나사는 각나사 4산 혹은 8산으로 하는데 8산은 2005년 12월 31일로 폐지한다"라고 기술하고 있다.
또한, 로드(101)의 타측에는 로드(101)의 타측을 드라이브 해머(107)로 타격하기 위한 즉 타격되는 타격 헤드부가 구성된다. 위의 표준관입시험 방법의 설명서상에는 이를 보링로드 머리부(103), 또 해당 보링로드 머리부(103)에 부착한 부분은 노킹 블록(105)이라 명명하고 있으며, 보링로드 머리부(103)의 하측(도면상)은 나사산이 형성되어 로드(101)와 결합될 수 있다. 또한 보링로드 머리부(103)의 상측은 홈이 형성되어 해당 홈에 노킹 블록(105)이 끼워질 수 있다. 노킹 블록(105)의 상측에는 다시 로드(101)가 체결되는 형태로 시험장치(100 ~ 109)가 구성될 수 있다. 물론, 드라이브 해머(107)는 중공을 형성할 수 있으며, 해당 중공으로 로드(101)가 관통함으로써 드라이브 해머(107)는 로드(101)를 따라 상측으로 지정된 높이만큼 상승한 후 자유 낙하하면서 노킹 블록(105)을 타격하는 형태로 작동한다.
드라이브 해머(107)는 표준관입시험 방법의 설명서에서 기술한 바와 같이, 체인 등을 연결하며 보링 기계 등에 연결되고 이를 통해 자동으로 작동하는 것도 얼마든지 가능하다. 설명의 편의상 본 발명의 실시예에서는 보링 기계 등을 도시하지는 않았지만, 표준관입시험 방법의 설명서에서는 이를 잘 보여주고 있다. 또한, 드라이브 해머(107)의 낙하 방법은 자동 낙하법과 수동 낙하법이 가능하다. 따라서, 시험 목적에 따라 적절히 선택될 수 있는 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 낙하 기구 및 장치 등과 관련하여 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 통상 드라이브 해머(107)를 매다는 방법에는 크게 나누어 로프를 드럼에 감아서 매다는 수동형(이른바, 반자동형)과 완전히 자동으로 매다는 자동형(이른바, 전자동형)의 두가지 방법이 있다. 또한 수동 낙하법에는 드라이브 해머(107)의 낙하 방법으로 콘풀리법과 통비법이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 노킹 블록(105)과 드라이브 해머(107)를 외부에서 감싸는 외부 케이스(109)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 드라이브 해머(107)에 의한 타격이 이루어지는 노킹 블록(105)은 해당 외부 케이스(109)의 내부에 포함되고, 노킹 블록(105)의 하부는 외부 케이스(109)의 외부로 노출되어 보링로드 머리부(103)에 체결된다.
한편, 데이터처리장치(110)는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측장치로서 또는 장치 중 하나로서 동작할 수 있으며, 브라켓부(111a, 111b), 데이터기록장치(113), 센서부(115, 117) 및 케이블(119) 등을 포함한다. 브라켓부(111a, 111b)는 제1 브라켓(111a) 및 제2 브라켓(111b)으로 구성될 수 있다. 제1 브라켓(111a)은 보강관(100)에 연결되거나 상측의 제2 브라켓(111b)의 하부면에 대응하여 고정되어 구비되는 것이 바람직하다. 시스템 설계자의 의도에 따라 다양하게 구성될 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
제1 브라켓(111a)의 상측에는 센서부(115, 117)를 구성하는 센서들에 의해 측정되는 데이터를 기록하는 데이터기록장치(113)가 구비된다. 본 발명의 실시예에 따른 데이터기록장치(113)는 일종의 컴퓨팅장치로서 또는 시험을 측정하는 측정장치로서 센서부(115, 117)의 센서들로부터 수집되는 데이터를 처리하여 주변의 사용자 단말장치(120)로 무선으로 전송할 수 있다. 이에 따라, 데이터기록장치(113)는 데이터를 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 블루투스 통신을 예시하고 있지만 데이터를 안정적으로 처리할 수 있다면 지그비(Zigbee)나 적외선 통신, 와이파이 등 다양한 유형의 근거리 무선통신에 의해 데이터를 처리할 수 있다.
물론 본 발명의 실시예에서는 데이터기록장치(113)가 센서부(115, 117)로부터의 센싱데이터를 수신하여 데이터 처리(예: 데이터 패킷 처리 등)한 후 주변의 사용자 단말장치(120)로 전송하는 것을 보여주고 있으나, 사용자 단말장치(120)에서 이루어지는 데이터 연산 처리를 데이터기록장치(113)에서 직접 처리한 후 연산 즉 계산 결과만을 전송하는 것도 얼마든지 가능하고, 또 사용자 단말장치(120)와 연계하지 않는 경우에도 외부에 형성되는 디스플레이 화면을 통해 측정 결과를 사용자에게 보여주는 것도 얼마든지 가능하므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
또한, 데이터기록장치(113)는 무선 통신모듈을 포함하여 소형으로 제작될 수 있다. 따라서, 주변의 사용자 단말장치(120)와 서로의 장치 식별정보를 인식하기 위한 페어링 동작을 수행한 후 서로의 장치를 인식한 후 데이터 처리 동작이 이루어질 수 있다. 페어링 동작을 위한 설정은 데이터기록장치(113)나 사용자 단말장치(120) 중 어느 쪽에서 시도해도 관계는 없을 것이다. 다만, 사용자 단말장치(120)의 경우 본 발명의 실시예에 따른 동작을 위한 어플리케이션(이하, 앱)을 설치할 수 있으므로, 이를 통해 데이터기록장치(113)의 설정이 이루어질 수 있다.
데이터기록장치(113)의 가령 상측에는 제1 센서(115)가 설치된다. 제1 센서(115)는 가령 적외선 센서가 사용될 수 있다. 상측으로 위치하는 제2 브라켓(111b)의 하측면과의 상호 작용에 의해 데이터기록장치(113)상에 설치되는 제1 센서(115)와 제2 브라켓(111b) 사이의 거리를 측정하게 된다. 여기서, 거리를 측정한다는 것은 드라이브 해머(107)로 로드(101) 더 정확하게는 노킹 블록(105)을 타격할 때마다 그 하측에 위치하는 로드(101)가 얼마만큼 관입되는지를 측정할 수 있게 되는 것이다. 예를 들어, 제1 센서(115)는 적외선 센서로서 그 상측으로 적외선을 방사하고, 제2 브라켓(111b)의 하부면으로부터 반사되는 광을 측정하여 거리를 측정할 수 있다. 가령, 데이터기록장치(113)를 구성하는 CPU나 MPU 등은 적외선을 방사하는 시간을 이미 알 수 있으므로, 반사되어 입사될 때의 시간을 계산하고, 계산한 시간을 다시 미분 연산하면 거리가 측정되므로, 이를 통해 거리를 측정하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 측정된 거리는 곧 관입량이 될 수 있다. 물론, 제2 브라켓(111b)의 하부면의 반사 특성은 거리 측정에 영향을 미칠 수 있으며, 이를 고려하여 거리가 측정되는 것이 바람직하다. 예를 들어 데이터기록장치(113)는 보강관(100)에 고정되어 설치되는 경우, 위치가 가변하지 않으며, 따라서 위치가 가변하는 제2 브라켓(111b)의 위치 측정이 가능하게 됨으로써 타격시의 관입량을 정확히 측정할 수 있게 된다.
데이터기록장치(113)상에 구성되는 제2 센서부는 제2 브라켓(111b)과 제2 센서(117)를 포함할 수 있다. 제2 브라켓(111b)은 다양한 형태로 구성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 외부 케이스(109)의 하부 일측 모서리 부위에 설치될 수 있다. 제2 브라켓(111b)은 "L"자 형상으로 형성될 수 있으며, 그 내측벽에는 제2 센서(117)가 구비될 수 있다. 제2 센서(117)는 외부 케이스(109) 내에서 상하로 직선 운동하는 드라이브 해머(107)의 움직임을 감지한다. 예를 들어, 드라이브 해머(107)가 감지된 상태에서 사라진 후 다시 감지되면 타격이 이루어졌다고 판단할 수 있도록 한다. 가령 제2 센서(117)는 드라이브 해머(107)가 감지되면 2진 비트정보 "11"을 출력하고, 감지되지 않으면 "00"으로 출력함으로써 움직임을 쉽게 판단할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 제2 센서(117)는 적외선 센서를 사용하고 물체감지센서라 명명될 수 있다. 드라이브 해머(107)의 감지 신호를 케이블(119)을 통해 데이터기록장치(113)로 전송한다. 제1 센서(115)는 지면에 대하여 수직한 방향으로 가령 적외선 광 등을 조사한다면, 제2 센서(117)는 지면에 대하여 수평한 방향으로 광을 조사한다는 점에서 차이가 있을 수 있다.
따라서, 제1 센서(115)는 거리 측정을 통해 관입량을 계산하기 위해 사용된다면, 제2 센서(117)는 외부 케이스(109) 내에서 상하 운동하는 드라이브 해머(107)의 움직임을 감지하여 타격 횟수를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 표준관입시험은 통상 드라이브 해머(107)의 타격에 의해 원칙적으로 15㎝의 예비박기, 30㎝의 본박기를 한다. 이때 본박기 개시 깊이 및 본박기 종료 깊이를 측정한다. 예비박기는 드라이브 해머 낙하 높이를 작게 하여 경타격에 의해 관입 저항을 확인하면서 관입한다. 다만, N값 50회 이상으로 상정되는 지반에서는 드라이브 해머 낙하 높이를 76±1 cm로 하여 드라이브 해머(107)를 자유 낙하시키고 본박기를 대신할 수 있다.
상기의 동작에 따라 가령 데이터기록장치(113)는 타격 1회마다의 관입량을 밀리미터(mmm) 단위로 기록하고, 또 타격 횟수와 누계 관입량의 표기와 기록을 담당할 수 있다. 따라서, N값은 질량 63.5±0.5 kg의 드라이브 해머(107)를 76±1 cm 자유 낙하시키고 보링로드 머리부(103)에 부착한 노킹 블록(105)을 타격하여 보링로드 앞 끝에 부착한 표준 관입 시험용 샘플러를 지반에 30cm 박아 넣는 데 필요한 타격 횟수로 정의할 수 있다. 자세한 내용은 한국산업규격에 따른 표준관입시험 방법 KS F 2307의 내용으로 설명을 대신하고자 한다.
사용자 단말장치(120)는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치로서 또는 그 중 하나로서 동작할 수 있으며, 데이터기록장치(113)와 무선 통신이 가능하도록 주변에 위치한다. 표준관입시험을 수행하는 관리자가 소지하는 단말장치로서 모바일 기반의 다양한 장치를 포함할 수 있다. 주변의 데이터기록장치(113)와 근거리 무선통신을 수행하기 위하여 근거리 무선통신모듈을 포함할 수 있으며, 블루투스 통신을 위한 블루투스 통신모듈을 포함할 수 있다. 블루투스 3.0은 전송속도 24Mbit/s까지 통신이 가능하며, 블루투스 4.0의 경우에는 저전력을 주목표로 한다. 가령 블루투스 비콘은 최대 50m 거리에서 작동할 수 있으며, 블루투스 4.0의 주특징은 일방향 통신시 블루투스 기기의 정보를 송신할 수 있으면서도 수신하기 위해 대기(standby)할 필요가 없다는 것이다. 이러한 방법으로 비콘 이전의 블루투스 장치와 같이 페어링 연결을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말장치(120)는 근거리 무선통신이 가능한 노트북(121), 스마트폰(123), 태블릿PC, 넷북, 국내 S사의 갤럭**어 등의 웨어러블장치 등 다양한 장치가 사용될 수 있다. 무엇보다 휴대가 편한 스마트폰(123)이나 태블릿PC 등이 유용할 수 있다. 사용자 단말장치(120)는 데이터기록장치(113)에서 제공하는 측정 데이터를 연산하여 타격횟수 및 관입량 측정 동작을 수행할 수 있다. 이를 위하여 연산프로그램을 탑재할 수 있으며, 이는 앱의 형태로 탑재될 수도 있다. 연산 프로그램을 실행하여 관입량에 의한 최종 N값을 산정하고, 또 에너지효율을 반영한 N60을 계산할 수 있다. N60은 N값의 보정값을 의미할 수 있다.
이외에도 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말장치(120)는 에너지효율 이외에도 공경, 샘플러 종류, 로드 길이 등의 추가 인자(factor)를 고려하여 N값 또는 N60을 측정함으로써 측정의 정밀도를 증가시킬 수 있다. 여기서, 공경은 시험 구멍인 시추공의 직경을 의미하며, 로드 길이는 드라이브 해머(107)의 타격 높이를 의미할 수 있다. 타격 높이는 통상 심도라 명명될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 심도는 가령 1m에서 타격할 때와, 10m에서 타격할 때 등 복수의 상황이 기설정될 수 있다.
다시 말해, 표준관입시험에서 로드의 관입 상태 측정시 공경, 샘플러 종류(또는 유형), 그리고 로드 길이 등은 N값, 또는 N60의 측정시 상당량 영향을 미치게 된다. 예를 들어, 공경이 클 때보다는 작을 때 토압에 의해 로드의 관입량은 동일 조건에서 작을 수 있다. 또한, 샘플러는 열처리 등에 의해 강도가 높은 경우나 뾰족한 정도 즉 첨예화 정도에 따라 관입량을 다를 수 있다. 나아가, 로드 길이 즉 타격 높이에 따라 타격되는 힘은 상이하므로 이에 따라 관입량이 다를 것은 자명하다. 이에 따라 본박기 30㎝를 수행할 때 가령 10㎝마다 측정되는 타격 횟수와 관입량을 측정하는 것이 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.
사용자 단말장치(120)는 상기의 추가 인자들을 고려하여 타격횟수 및 관입량을 계산하고, 관리자의 요청에 따라 다양한 형태의 계산 결과를 화면상에 표시해 줄 수 있다. 사용자 단말장치(120)는 연산 프로그램 이외에 앱을 추가로 탑재할 수 있으며, 이를 통해 도 2 및 도 3에서와 같은 다양한 화면을 생성하여 화면에 표시할 수 있다. 도 2의 (a)는 장비번호 등의 부가정보를 입력하는 입력 화면, 그리고 도 2의 (b) 및 (c)는 측정 결과 화면을 각각 보여준다. 그리고 도 3의 (a) 내지 (c)는 측정결과 출력 화면을 보여준다. 사용자 단말장치(120)를 통해 관리자는 필요시 앱을 실행하여 서비스에 접속한 후, 또는 프로그램을 실행하여 측정 결과를 확인하는 등의 다양한 인터페이스 동작을 수행할 수 있다.
이외에도 본 발명의 실시예에는 이러한 표준관입시험과 관련한 데이터를 통합 관리하기 위하여 별도의 통합관리서버를 구축하여 운영할 수 있다. 이에 따라, 사용자 단말장치(120)는 앱을 실행해 통신사에서 운영하는 유무선 사설통신망을 경유해 통합관리서버에 접속하여 도 2 및 도 3에서와 같은 데이터를 체계적으로 관리하고, 이를 주기적으로 확인하는 것도 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 세부구조를 예시한 블록 다이어그램이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치(110/120)는 데이터처리장치(110) 및 사용자 단말장치(120) 중 적어도 하나의 장치로서, 통신 인터페이스부(400), 제어부(410), 표준관입측정부(420) 및 저장부(430)의 일부 또는 전부를 포함하며, 디스플레이부 등을 더 포함할 수 있다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함"한다는 것은 저장부(430)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 표준관입시험 자동측정장치(110/120)가 구성되거나, 표준관입측정부(420)와 같은 일부 구성요소가 제어부(410)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
설명의 편의상, 이하 표준관입시험 자동측정장치(110/120)는 사용자 단말장치(120)로 가정하여 설명한다.
통신 인터페이스부(400)는 주변의 데이터처리장치(110)와 무선 통신을 수행한다. 물론 데이터처리장치(110)는 표준관입시험이 이루어지는 시험장치(100 ~ 109)에 설치되어 시험에 의한 측정 데이터를 기록하고 처리할 수 있다. 통신 인터페이스부(400)는 주변의 사용자 단말장치(120)와 통신하기 위한 통신 모듈을 포함하며, 이를 통해 블루투스 통신을 수행하여 데이터기록장치(113)에 기록되는 로드(101)의 타격 횟수 및 관입량 등과 관련한 측정 데이터를 수신할 수 있다. 가령, 통신 인터페이스부(400)는 센싱 데이터를 지정된 규격으로 처리한 데이터 패킷을 데이터기록장치(113)로부터 수신하여 처리할 수 있다.
제어부(410)는 표준관입시험 자동측정장치(110/120), 가령 사용자 단말장치(120)를 구성하는 통신 인터페이스부(400), 표준관입측정부(420) 및 저장부(430)의 전반적인 제어 동작을 담당한다. 대표적으로 제어부(410)는 표준관입시험의 정밀 측정을 위하여 타격 횟수 및 관입량 계산시 추가 인자를 기설정하고, 기설정한 추가 인자를 고려하여 N값을 계산하거나 계산된 N값을 보정할 수 있다. 이를 위하여 제어부(410)는 표준관입측정부(420)를 제어하여 내부에 탑재된 연산 프로그램을 실행시킬 수 있다.
또한, 제어부(410)는 디스플레이부가 터치패널 등을 포함하여 구성되는 경우 터치 동작에 의해 사용자 명령을 수신하거나 데이터를 입력받고, 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 사용자 요청에 따라 다양한 화면을 생성하여 디스플레이부에 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어부(410)는 사용자 요청에 따라 표준관입시험과 관련한 장비번호, 용역명 등의 시험과 관련한 부가 정보를 입력한 후 측정을 시작하여 현재 심도, 타격수, 누적 관입량, 도 타격종료시에는 타격종료심도, N값과 관련한 그래프 등 다양한 화면을 디스플레이부의 화면에 표시할 수 있다.
표준관입측정부(420)는 데이터기록장치(113)에서 제공하는 센싱 데이터를 근거로 타격 횟수나 관입량 등을 측정할 수 있다. 만약, 데이터기록장치(113)에서 이러한 타격 횟수나 관입량과 관련해 1차적으로 측정이 이루어진 경우에는 표준관입측정부(420)는 추가 인자를 고려하여 해당 N값을 보정하기 위한 동작을 수행할 수도 있다. 이는 어디까지나 시스템 설계자가 어떠한 형태로 데이터기록장치(113)와 사용자 단말장치(120)가 동작하도록 설계하였는지에 따라 동작은 상이할 수 있다.
무엇보다 표준관입측정부(420)는 표준관입시험과 관련한 추가 인자로서 공경, 샘플러 종류, 로드 길이 즉 타격 높이 또는 심도와 관련하여 데이터를 기설정한 후, 이를 N값 보정을 위해 적용한다. 예를 들어, 이를 반영하기 위하여 별도의 시험을 통해 데이터를 확보하고 확보한 데이터를 분석하여 보정값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 특정 유형의 샘플러를 사용하는 경우, 관입량에 있어 얼마 정도의 보정치를 반영해주어야 하는지 산출되어 있는 경우 이를 적용하여 보정할 수 있다.
예를 들어, 표준관입측정부(420)는 측정 정확도를 높이기 위하여 표준관입시험과 관련하여 빅데이터를 생성하고, 또는 다수의 시험을 통해 확보한 데이터를 인공지능(AI) 프로그램의 딥러닝을 통해 분석을 수행함으로써 데이터의 정확도를 높이는 것도 얼마든지 가능하다. 다시 말해, 10회 시험의 데이터를 통해 확보한 빅데이터를 분석 결과와 100회 시험의 데이터를 통해 확보한 빅데이터의 분석 결과를 비교해 보면 후자의 경우가 분석 결과에 더 객관성을 담보하는 것은 분명하다. 이러한 점에서, 본 발명의 실시예에서는 인공지능을 통한 빅데이터 분석을 통해 측정 정확도를 높이는 것도 얼마든지 가능할 수 있다.
가령, 표준관입측정부(420)는 관리자가 사용자 단말장치(120)를 통해 추가 인자와 관련한 데이터를 시험 전에 입력하거나, 이미 기설정되어 있는 경우에는 해당 입력 조건을 만족하는 모델(model)을 실행시킴으로써 별도의 보정 절차없이 바로 측정 결과를 산출하는 것도 얼마든지 가능하므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 예를 들어, 추가 인자의 제1 조건에 부합한 제1 모델, 또 제2 조건에 부합한 제2 모델을 각각 탑재하고, 입력된 조건에 관계되는 모델을 선택적으로 실행시킴으로써 연산 효율을 증대시킬 수 있을 것이다. 물론 여기서 모델은 서로 다른 특성의 연산프로그램이 될 수도 있다.
저장부(430)는 제어부(410)의 제어하에 처리되는 다양한 유형의 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(430)는 제어부(410)가 데이터기록장치(113)에서 수신한 센싱데이터를 저장하도록 요청한 경우 이의 데이터를 저장한 후 표준관입측정부(420)에 제공하기 위해 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서 제어부(410)는 CPU 및 메모리를 포함할 수 있으며, 원칩화하여 형성될 수 있다. CPU는 제어회로, 연산부(ALU), 명령어해석부 및 레지스트리 등을 포함하며, 메모리는 램을 포함할 수 있다. 제어회로는 제어동작을, 그리고 연산부는 2진비트정보의 연산동작을, 그리고 명령어해석부는 인터프리터나 컴파일러 등을 포함하여 고급언어를 기계어로, 또 기계어를 고급언어로 변환하는 동작을 수행할 수 있으며, 레지스트리는 소프트웨어적인 데이터 저장에 관여할 수 있다. 상기의 구성에 따라, 가령 도 1의 사용자 단말장치(120)의 동작 초기에 표준관입측정부(420)에 저장되어 있는 프로그램을 복사하여 메모리 즉 램(RAM)에 로딩한 후 이를 실행시킴으로써 데이터 연산 처리 속도를 빠르게 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 5를 도 1의 사용자 단말장치(120)와 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말장치(120)는 표준관입시험 자동측정장치로서, 표준관입시험을 통해 측정되는 로드(101)의 타격 횟수 및 관입량의 측정 결과 데이터를 데이터기록장치(113)로부터 무선 통신에 의해 수신한다(S500). 여기서, 무선은 블루투스와 같은 무선 통신이 사용될 수 있으며, 측정 결과 데이터는 센서에 의해 생성되는 센싱 데이터를 의미할 수 있다.
또한, 사용자 단말장치(120)는 수신한 측정 결과 데이터, 그리고 로드(101)를 타격하는 드라이브 해머(107)의 타격 높이에 관련되는 심도를 적어도 포함하는 추가 인자를 근거로 표준관입시험의 최종 결과를 계산한다(S510). 여기서, 최종 결과의 산출 과정은 물론 한정하려는 것은 아니지만 가령 2단계로 이루어질 수 있으며, 1차적으로 타격 횟수 및 관입량을 근거로 하는 측정값을 산출하고, 산출하는 측정값을 에너지 효율을 반영하여 보정하는 단계를 포함할 수 있다. 보정시 심도, 샘플러 종류 및 공경 등의 추가 인자를 종합적으로 고려하여 보정할 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말장치(120)는 1차적으로 측정한 측정 값을 보정하는 형태가 아니라, 시험의 조건을 만족하는 추가 인자(예: 공경, 샘플러 종류, 로드 길이 즉 심도 등)에 따라 기설치된 복수의 모델 중 하나의 모델을 선택하고 그 선택한 모델을 실행하여 계산되는 계산치를 자동측정장치의 측정 결과로서 사용할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 여기서, 모델은 서로 다른 특성의 연산 프로그램이거나, 특정 조건의 연산만을 수행하도록 특화된 또는 정형화된 연산 프로그램일 수 있다.
상기한 내용 이외에도 본 발명의 실시예에 따른 표준관입시험 자동측정장치는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 보강관 101: 로드
103: 보링로드 머리부 105: 노킹 블록
107: 드라이브 해머 109: 외부 케이스
111a, 111b: 브라켓부 113: 데이터기록장치
115: 제1 센서 117: 제2 센서
119: 케이블 120: 사용자 단말장치
103: 보링로드 머리부 105: 노킹 블록
107: 드라이브 해머 109: 외부 케이스
111a, 111b: 브라켓부 113: 데이터기록장치
115: 제1 센서 117: 제2 센서
119: 케이블 120: 사용자 단말장치
Claims (6)
- 표준관입시험을 통해 측정되는 로드의 타격 횟수 및 관입량의 측정 결과 데이터를, 상측에 센서가 설치되는 데이터기록장치로부터 무선 통신에 의해 수신하는 통신 인터페이스부; 및
상기 수신한 측정 결과 데이터 및 상기 로드를 타격하는 드라이브 해머의 타격 높이에 관련되는 심도를 적어도 포함하는 추가 인자(factor)를 근거로 상기 표준관입시험의 최종 결과를 계산하는 제어부;를 포함하되,
상기 추가 인자와 관련한 데이터가 설정되는 디스플레이부;를 더 포함하며,
상기 제어부는, 지반으로 삽입하기 위해 상기 로드의 일측에 체결하는 샘플러의 종류 및 상기 로드를 삽입하기 위해 상기 지반에 형성한 시추공의 공경 중 적어도 하나를 상기 추가 인자로서 더 고려하고,
상기 제어부는, 상기 최종 결과로서 상기 샘플러를 지반에 30㎝ 박아 넣는 데 필요한 타격 횟수인 N값을 계산하며,
상기 제어부는, 서로 다른 특성의 연산프로그램을 나타내는 기저장된 복수의 모델 중 상기 설정한 추가 인자에 부합하는 모델(model)을 선택적으로 실행하여 상기 최종 결과를 계산하고,
상기 제어부는, 추가 인자의 제1 조건에 부합한 제1 모델 및 제2 조건에 부합한 제2 모델을 각각 탑재하고, 입력된 조건에 관계되는 모델을 선택적으로 실행시키는 표준관입시험 자동측정장치. - 제1항에 있어서,
상기 통신 인터페이스부는 상기 데이터기록장치와 블루투스 통신을 수행하여 상기 측정 결과 데이터를 수신하는 표준관입시험 자동측정장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 통신 인터페이스부가, 표준관입시험을 통해 측정되는 로드의 타격 횟수 및 관입량의 측정 결과 데이터를, 상측에 센서가 설치되는 데이터기록장치로부터 무선 통신에 의해 수신하는 단계; 및
제어부가, 상기 수신한 측정 결과 데이터 및 상기 로드를 타격하는 드라이브 해머의 타격 높이에 관련되는 심도를 적어도 포함하는 추가 인자를 근거로 상기 표준관입시험의 최종 결과를 계산하는 단계;를 포함하되,
디스플레이부가, 상기 추가 인자와 관련한 데이터를 설정받는 단계;
상기 제어부가, 지반으로 삽입하기 위해 상기 로드의 일측에 체결하는 샘플러의 종류 및 상기 로드를 삽입하기 위해 상기 지반에 형성한 시추공의 공경 중 적어도 하나를 상기 추가 인자로서 더 고려하는 단계;
상기 제어부가, 상기 최종 결과로서 상기 샘플러를 지반에 30㎝ 박아 넣는 데 필요한 타격 횟수인 N값을 계산하는 단계;
상기 제어부는, 서로 다른 특성의 연산프로그램을 나타내는 기저장된 복수의 모델 중 상기 설정한 추가 인자에 부합하는 모델(model)을 선택적으로 실행하여 상기 최종 결과를 계산하는 단계; 및
상기 제어부는, 추가 인자의 제1 조건에 부합한 제1 모델 및 제2 조건에 부합한 제2 모델을 각각 탑재하고, 입력된 조건에 관계되는 모델을 선택적으로 실행시키는 단계;를
더 포함하는 표준관입시험 자동측정장치의 구동방법.
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| KR1020210017640A KR102332518B1 (ko) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 표준관입시험 자동측정장치 및 그 장치의 구동방법 |
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- 2021-02-08 KR KR1020210017640A patent/KR102332518B1/ko active IP Right Grant
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