KR102382374B1 - 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 기둥에 배치되는 적어도 2 이상의 마커를 촬영하는 영상촬영부, 상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 이용하여 기둥의 층간변위를 판단하는 판단부 및 상기 판단부에서 상기 층간변위가 기설정된 변위를 초과하는 경우, 거주자에게 위험신호를 전송하는 알림부를 포함하는 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템을 제공한다.

Description

변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템{Real-time safety evaluation and risk notification system of columns in earthquake using displacement measurement}

실시예는 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 카메라를 이용하여 비접촉식 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템에 관한 것이다.

우리나라는 비교적 안정된 지각판 내부에 존재하지만, 동일본 대지진의 여파로 최근 경주 및 포항 지진과 같이 리히터 지진계로 50 이상의 중규모 지진이 빈번하게 발생하고 있어서 더 이상 지진 안전 지역이라고 단언할 수 없는 실정이다.

또한, 국내에서는 여진이 1년에 수백차례 발생되기 때문에 시설물에 지진에 의한 피로응력이 누적된 상태에서 건축물이나 시설물이 한계강도 이상의 급작스런 큰 지진이 발생되면 사전 대응도 하지 못하고 더 큰 인적 피해나 물적피해가 발생할 우려가 있다.

따라서, 민간 시설물 역시 잦은 여진에 의한 피로응력 증가하게 되며, 향후 갑작스런 대규모 지진으로 민간시설물이 갑작스런 취성파괴에 노출되기 때문에 사전 모니터링으로 지진에 취약한 체계적인 우선순위를 결정하고 빠른 보수보강으로 지진에 의한 피해 절감이 필요하다.

이러한 피해절감을 위해서는 지진 발생시 이를 모니터링 하기 위해서는 계측장치와 이를 취득하고 분석하는 시스템이 필요하다.

최근 대형 구조물의 경우에는 지진에 대비하기 위해 조기 경보 시스템이 개발되고 있다. 그러나, 중소형 구조물의 경우 그 설치비용과 지진 발생시 취득한 데이터를 기반으로 구조물에 대한 역해석을 수행하여 구조물의 손상을 추정하는 시간과 과정이 요구되는 문제가 있다.

실시예는 마커와 영상촬영부를 이용하여 저비용으로 지진에 대한 취약시설물 평가 및 시각적 분석이 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 구조물의 기둥에 배치되는 적어도 2 이상의 마커를 촬영하는 영상촬영부; 상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 이용하여 기둥의 층간변위를 판단하는 판단부; 및 상기 판단부에서 상기 층간변위가 기설정된 변위를 초과하는 경우, 거주자에게 위험신호를 전송하는 알림부;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 영상촬영부는 MEMS 가속도계를 구비하며, 상기 판단부는 상기 영상촬영부에 구비되는 상기 가속도계의 정보를 이용하여 상기 영상촬영부의 자체 기울기 및 변위발생여부를 확인하고, 상기 마커의 절대좌표를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 판단부는 상기 가속도계의 가속도 값이 0.1g 이상인 시점을 기준으로 전후 각각 30~60초의 영상기록을 분석하여 층간변위를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 판단부는 상기 영상촬영부에서 촬영된 영상 중 관심영역의 영상을 추출하여 층간변위를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 관심영역은 상기 마커를 중심으로 기둥 높이의 10%의 폭과 5%의 높이를 가지도록 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시예에 따르면, 저비용으로 지진 발생시 건축물의 손상도를 예측하고, 이를 기반으로 위험을 알려 지진 발생시 피해를 최소화 할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템의 구조도이고,
도 2는 도 1의 구성요소인 영상촬영부에서 기둥의 상태를 촬영하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1의 구성요소인 판단부에서 관심영역을 추적하는 이미지를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템의 작동 순서를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 4는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템의 구조도이고, 도 2는 도 1의 구성요소인 영상촬영부에서 기둥의 상태를 촬영하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 구성요소인 판단부에서 관심영역을 추적하는 이미지를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변위 계측을 이용한 지진시 기둥(10)의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템은 영상촬영부(100), 판단부(200), 알림부(300)를 포함할 수 있다.

영상촬영부(100)는 구조물의 기둥(10)에 배치되는 적어도 2이상의 마커(20)를 촬영하여 영상이미지를 생성하고 생성된 영상이미지는 판단부(200)로 전송될 수 있다.

본 발명에서는 기둥(10)의 층간변위를 측정하기 위해 복수의 마커(20)를 기둥(10)에 부착하게 되며, 이를 영상으로 촬영하여 기둥(10)의 변위를 촬영할 수 있다.

본 발명에서 기둥(10)은 구조물 내에서 주요 변위가 예측되는 기둥(10)을 관찰의 대상으로 할 수 있다. 일실시예로, 마커(20)가 부착되는 기둥(10)은 지진에 의해 변형이 크게 발생하는 기둥(10)이 대상이 될 수 있다.

일실시예로, 복수의 마커(20)는 한 쌍으로 구비되어 기둥(10)의 상단과 하단에 각각 부착될 수 있다.

또한, 마커(20)는 야간에도 관측이 가능하도록 형광 마커(20) 또는 LED를 이용한 발광 마커(20)가 사용되거나, 별도의 라이트를 이용하여 마커(20)를 비추는 방식이 사용될 수 있다.

영상촬영부(100)는 MEMS 경사계가 구비된 카메라가 사용될 수 있다. 영상촬영부(100)는 MEMS 경사계가 내장된 카메라를 이용하여 카메라 화각의 절대 좌표계(중력) 대비 기울기를 측정할 수 있다. 또한, 영상촬영부(100)는 카메라 자체 기울기 및 변위 발생을 체크함으로써 대상기둥(10)에 부착된 마커(20)의 절대 좌표를 확인할 수 있다.

또한, 영상촬영부(100)는 30FPS 이상의 카메라가 사용될 수 있다. 저층 구조물의 경우 5~10Hz의 진동주기를 가지게된다. 이러한 진동주기의 범위에서 구조물의 변위를 관측하기 위해서는 구조물의 주기에 최소 2배가 되는 것이 바람직하며, 이를 위해서 최소 30FPS 이상의 카메라가 사용되는 것이 바람직하다.

판단부(200)는 영상촬영부(100)에서 촬영된 영상을 이용하여 기둥(10)의 층간변위를 판단할 수 있다.

판단부(200)는 지진이 발생되는 경우, 특정 시점의 영상을 분석하여 구조물의 층간변위를 판단할 수 있다. 일실시예로, 판단부(200)는 영상촬영부(100)에 구비되는 가속도계의 가속도 값이 0.1g 이상으로 감지되는 경우, 시점을 기준으로 전후 각각 30~60초의 영상기록을 분석하여 층간변위를 판단할 수 있다.

또한, 판단부(200)는 영상촬영부(100)에서 얻은 이미지 내의 관심영역(30)(ROI, Rigion Of Interest)의 영상을 추출하여 층간변위를 판단할 수 있다.

이는 특정 이벤트가 발생하는 경우, 분석을 수행하여 수많은 데이터량을 처리해야하는 부담을 줄일 수 있다.

일실시예로, 관심영역(30)은 마커(20)를 중심으로 마커(20)가 설치되는 기둥(10) 높이의 10%의 폭과 5%의 높이를 가지도록 설정될 수 있다.

판단부(200)에서는 층간변위가 기설정된 변위를 초과하는 경우 위험 신호를 알림부(300)로 송출할 수 있다. 일실시예로, 구조물의 층간변위가 기둥(10) 높이의 1%이상인 경우 알람을 송신할 수 있다.

알림부(300)는 판단부(200)에서 구조물의 층간변위가 기설정된 변위를 초과하는 것으로 판단되어 위험신호가 수신되는 경우, 거주자에게 위험신호를 송출할 수 있다.

일실시예로, 알림부(300)는 거주자들이 소유하고 있는 스마트폰이 사용될 수 있으며, 클라우드와 연동하는 시스템이 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변위 계측을 이용한 지진시 기둥(10)의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템의 작동 순서를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 우선 구조물의 주요 기둥(10)을 선정하고, 기둥(10)의 경사도를 측정하게 된다. 이때, 경사계를 이용한 직접적인 측정도 가능하며, 영상촬영부(100)의 일실시예인 MEMS 경사계가 내장된 카메라를 이용하여 카메라 화각의 절대 좌표계 대비 기울기를 계산할 수도 있다.

이후, 측정 대상 기둥(10)의 상단과 하단에 마커(20)를 부착하게 되며, 영상촬영부(100)와 마커(20) 사이의 거리를 측정하게 된다. 이때, 레이저 변위계, IR Depth camera 등이 사용될 수 있다.

거리 측정이후에는 관심영역(30)의 상거 위치를 결정하게 된다. 이는 하단 위치대비 상단의 x,y 초기좌표를 측정하여 저장하게 된다.

MEMS 가속도계가 내장된 카메라를 이용하여 영상을 촬영하게 된다. 영상 촬영에 사용되는 영상촬영부(100)는 건물의 진동주기를 고려하여 30FPS 이상으로 실시간으로 촬영하게 되며, 가속도계에서 감지되는 감지값이 0.1g 이상일때를 전후해서 각각 30~60초 동영상 기록을 판단부(200)에서 분석하게 된다.

판단부(200)는 동여상을 분석하여 최대 층간변위를 측정하게 된다.

판단부(200)는 동영상 내 기둥(10) 상하단에 부착된 마커(20)의 추적을 통해 기둥(10) 상하단에서의 최대 층간 변위를 측정할 수 있다. 이때, 판단부(200)는 관심영역(30)을 추출하고 이를 분석함으로 데이터 처리의 효율을 증대할 수 있다.

일실시예로, 판단부(200)는 관심영역(30) 추출시 마커(20)를 중심으로 기둥(10) 높이의 10%의 폭과 5%의 높이를 가지도록 설정할 수 있다.

이후 판단부(200)에서 구조물의 층간변위가 기설정된 변위를 초과하는 것으로 판단하는 경우, 알림부(300)를 통해 위험신호를 전송하게 되며, 위험 경고를 전송받은 거주자들은 대피할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 기둥
20 : 마커
30 : 관심영역
100 : 영상촬영부
200 : 판단부
300 : 알림부

Claims (5)

1. 구조물의 기둥에 배치되는 적어도 2 이상의 마커를 촬영하는 영상촬영부;
   상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 이용하여 기둥의 층간변위를 판단하는 판단부; 및
   상기 판단부에서 상기 층간변위가 기설정된 변위를 초과하는 경우, 거주자에게 위험신호를 전송하는 알림부를 포함하고,
   상기 영상촬영부는 MEMS 가속도계를 구비하며,
   상기 판단부는 상기 영상촬영부에 구비되는 상기 가속도계의 정보를 이용하여 상기 영상촬영부의 자체 기울기 및 변위발생여부를 확인하고, 상기 마커의 절대좌표를 계산하는 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 판단부는 상기 가속도계의 가속도 값이 0.1g 이상인 시점을 기준으로 전후 각각 30~60초의 영상기록을 분석하여 층간변위를 판단하는 것을 특징으로 하는 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 판단부는 상기 영상촬영부에서 촬영된 영상 중 관심영역의 영상을 추출하여 층간변위를 판단하는 것을 특징으로 하는 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 관심영역은 상기 마커를 중심으로 기둥 높이의 10%의 폭과 5%의 높이를 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 변위 계측을 이용한 지진시 기둥의 실시간 안전성 평가 및 위험 알림 시스템.
   

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