KR102441570B1 - Ae카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산사태 및 급경사지의 붕괴를 조기에 감지하고 예보할 수 있는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 사면에 도파관을 설치하고, 사면의 이동시 발생되는 미소진동에 의한 일종의 탄성파인 음향을 감지하여 상기 감지된 음향의 음향방출 진동횟수를 카운트(AE카운터)하여 음향 발생 빈도를 통한 사면의 변위속도를 측정함으로써, 사면의 변위속도에 따른 사면의 붕괴를 조기에 감지하여 붕괴 위험을 미리 예보하고 경보할 수 있는 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템에 관한 기술분야가 개시된다.
Description
본 발명은 산사태 및 급경사지의 붕괴를 조기에 감지하고 예보할 수 있는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 사면에 도파관을 설치하고, 사면의 이동시 발생되는 미소진동에 의한 일종의 탄성파인 음향을 감지하여 상기 감지된 음향의 음향방출 진동횟수를 카운트(AE카운터)하여 음향 발생 빈도를 통한 사면의 변위속도를 측정함으로써, 사면의 변위속도에 따른 사면의 붕괴를 조기에 감지하여 붕괴 위험을 미리 예보하고 경보할 수 있는 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템에 관한 기술분야이다.
일반적으로, 우리나라는 평지보다 산지가 많으므로, 산기슭에 인접한 주거지와 도로가 많다. 특히, 근래에는 주거지와 도로를 넓히기 위해 산을 깎아 만든 절토 사면을 흔하게 볼 수 있다. 이러한 절토 사면 또는 통상의 사면은 매우 가파른 경사를 이루고 있으므로 사태를 일으키기 쉽다.
또한, 연평균 강우량의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 기후 특성 때문에 사면 붕괴가 자주 발생하여 해마다 인명 및 재산의 손실뿐만 아니라 사회경제적으로도 커다란 피해를 입고 있다.
사면 붕괴는 국민의 안전과 재산에 막대한 피해를 발생시키므로 그동안 산사태나 사면 붕괴에 의한 피해를 줄이려는 노력을 하고 있음에도 불구하고, 기상이변 등에 의한 사면재해가 증가되고 있는 실정이다. 또한 지형적, 기후적 특성으로 인해 매해 여름에 내리는 집중호우, 태풍 등과 같은 기상이변으로 인하여 사면붕괴사고에 대한 예측과 예방이 쉽지 않다.
이에 더해 매년 전국적으로 절취사면의 붕괴나 산사태로 인해 많은 인적, 재산적인 피해가 발생되고 있으나, 이에 대한 대비가 미진한 실정이며, 장마철 및 태풍이 발생하는 시기에 겪게 되는 사면 붕괴, 산사태에 따른 사면붕괴로 인한 인적, 재산적 피해를 단지 자연재해로 치부하는 것이 현실이다.
이에 따라, 최근 사면 붕괴를 사전에 감지하여 피해를 줄이고자 하는 연구가 진행 중에 있으며, 우리나라에서도 방재에 대한 관심이 높아져서 사면에 관련된 여러 자동화 계측시스템이 개발되고 사용되고 있는 추세이다.
종래의 사면 자동화 계측시스템은 강우계, 습도센서, 간극수압센서, 기울기센서, 신축계, 토양수분센서, 토석류센서 등을 활용하고 있고, 근래에는 지표변위 계측기 GNSS, 광섬유센서 등을 활용하고 있다.
이러한 종래의 사면 자동화 계측시스템에 사용되는 센서들은 무엇보다 측정결과가 바로 예보기준으로 반영되기 어렵다는 문제가 있다.
부가하여 설명하면, 강우와 연계된 센서, 즉 강우계, 습도센서, 토양수분센서, 간극수압센서 등은 산사태가 발생할 수 있는 요인을 감지하는 지반 환경센서로 분류될 수 있고, 여기서 간극수압이 높다거나 토양수분이 많으면 토석류가 움직일 수 있는 요인은 될 수 있겠으나 그것이 바로 토석류의 움직임을 직접적으로 대변하는 것은 아니다. 마치 담배를 많이 피우면 암이 발생할 큰 요인은 되지만 그것으로 암 말기 등을 차별화할 수 있는 기준이 될 수는 없다는 것과 마찬가지이다.
또한, 기울기센서나 신축계는 지반의 거동센서(일종의 변위센서)로 분류될 수 있고, 이들은 근원적으로 토석류의 움직임과 연관되나 센싱결과가 토석류의 이동하는 상태(예로서, 느림 혹은 빠름)를 차별화하는 데에는 불확실성이 있다.
나아가 위 센서들은 무엇보다 점형측정방식(point sensing)에 바탕을 두고 있기 때문에 우선 현실적으로 많은 지점에 센서를 설치하기 어렵고, 나아가 그로 인한 측정결과가 바로 예보를 위한 바람직한 정보가 될 수 없다는 문제점이 발생한다.
또한, 지표변위 계측기 GNSS는 사면에 GPS 수신기를 4개 이상 설치하여 위성을 이용하여 수신기의 위치변화를 계측한다. 그러나 적용된 수신기의 좌표정확도가 약 10mm이므로 강풍에 의한 수신기의 흔들림이 실제 지표면의 이동보다 클 수 있어 단순한 변위측정만으로는 골든타임을 확보하기 위한 예보기준설정에서 불확실성이 있다. 즉 이러한 불확실성을 보완하기 위하여 측정된 변위에 지반환경을 바탕으로 둔 별도의 해석프로그램이 적용되어 예보기준을 설정하게 되나 그에 따른 불확실성이 추가로 발생된다.
또한, 광섬유센서는 광케이블로써, 상기 광케이블이 변형률 측정장비에 연결되면 광케이블 전체 길이는 바로 변형률을 측정하는 센서가 되고, 주로 천천히 움직이는 대규모 산사태 경계를 결정하기 위해 사용되나, 이러한 정보가 우리가 기대하는 예보기준설정에 미흡하여 사면에 밀림이 계측되면 빠르게 붕괴로 이어질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 안출된 기술로서, 종래의 사면 자동화 계측 시스템은 우선 측정방법이 점형측정방식(point sensing)에 바탕을 두고 있어, 이로 인해 현실적으로 많은 지점에 센서를 설치하기 어렵고, 그로 인한 측정결과가 예보를 위한 바람직한 정보가 될 수 없다는 문제점이 발생하며, 또한 상위 토석류가 움직이는 과정은 단지 상위 토석류가 움직이는 속도, 즉 변위속도에 의해 유일하게 대변될 수 있기 때문에 변위나 강우와 연관된 정보를 제시하는 종래기술은 무엇보다 예보기준설정 면에서 간접적인 방법으로 간주되며 그에 따라 예보적중율이 크게 떨어지게 된다. 즉 변위속도측정만이 바로 예보기준설정 면에서 최적이면서 직접적인 방법이 된다.
이에 대한 해결점으로, 사면에 도파관을 설치하고, 사면의 이동시 발생되는 미세진동에 의한 일종의 탄성파인 음향을 AE센서를 통해 감지하며, 상기 AE센서를 통해 감지된 음향의 음향방출 진동횟수를 AE카운터를 이용하여 카운트하여 시간(분)당 카운트 횟수 즉, 음향 발생 빈도를 통해 사면의 변위속도를 측정함으로써, 사면의 변위속도에 따른 사면의 붕괴를 조기에 감지하여 붕괴 위험을 미리 예보하고 경보할 수 있는 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템을 통하여 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자, 사면에 하부가 관입되어 설치되는 도파관(10);와 상기 사면의 지중에 설치되되, 상기 도파관(10)의 외주연에 설치되는 음향발생매체(20);와 상기 사면의 상부로 돌출된 상기 도파관(10)의 상부 끝단에 설치되어 음향을 감지하는 AE센서(30);와 상기 도파관(10)의 상부를 둘러싸도록 상기 사면의 표면에 설치되되, 상기 도파관(10)과 이격되도록 설치되는 방음부(40);와 상기 방음부(40)의 내벽에 설치되어 AE센서(30)와 연결되고, 상기 AE센서(30)로부터 감지된 음향의 기설정된 진폭 크기의 음향방출 진동횟수를 카운트하여 변위속도를 측정하는 AE카운터(50); 및 상기 AE카운터(50)로부터 변위속도 정보를 전달받아 산사태 및 붕괴 여부를 판단하여 예보 또는 경보를 전파하는 중앙관리부(100);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명의 상기 변위속도는 단위시간(분당)마다 카운트된 음향방출 진동횟수에 비례하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도파관(10)은 표토층(200)의 하부에 위치된 기반층(300)까지 하부가 관입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 도파관(10)의 상부 외주연에 시공되어 사면에 상기 도파관(10)의 상부와 일체화되도록 고정하는 시멘트몰탈부(60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도파관(10)은 하부 내주면에 설치되는 초음파감쇄매질(70);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도파관(10)은 내측 하부 말단에 설치되는 흡음재(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템은 사면 즉, 상위 토석류가 슬라이딩 할 때 발생하는 음파 즉, 음향을 감지하고, 감지된 음향의 음향방출 진동횟수를 카운트하여 단위시간당 카운트된 횟수를 통해 토석류의 변위속도를 측정할 수 있으므로, 변위속도에 의해 직접적으로 보다 정확하게 사면의 붕괴를 조기에 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 도파관을 시멘트몰탈을 통해 사면에 견고하게 고정시켜 붕괴 가능성이 있는 표토층과 일체화시킴으로써, 사면의 붕괴를 보다 정확하게 감지할 수 있는 것은 물론 도파관의 주위 설치된 음향발생매체에 물이 침투하는 것을 최소화하여 물에 의한 오차발생을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 도파관의 상부에 방음부를 설치함으로써, 지표에서 전달되는 표면파에 의한 오차발생을 최소화하고, 사면의 상부 즉, 지표면으로 노출된 도파관의 상부 끝단에 설치된 AE센서와 방음부의 내측에 설치된 AE카운터를 보호하여 고장발생을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 도파관의 내측 하부에 초음파감쇄매질을 설치하여 노이즈로 간주되는 하향하는 음향이 제거되도록 함으로써, 노이즈 음향에 의한 오차발생을 최소화함으로써, 보다 정확한 사면 붕괴 등 산사태를 사전에 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 가속도 센서를 이용한 산사태 예보 시스템을 나타낸 도면.(A:가속도 측정부, B:기울기측정부, C:제어서버, D:알림부, 10:가속도 측정장치)
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템을 나타낸 부분 투영사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템 측단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템 음향 전달을 나타낸 측단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음향방출 진동횟수 카운트를 나타낸 측정 그래프.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음향방출 진동횟수 카운트와 변위속도와의 관계를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템을 나타낸 부분 투영사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템 측단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템 음향 전달을 나타낸 측단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음향방출 진동횟수 카운트를 나타낸 측정 그래프.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음향방출 진동횟수 카운트와 변위속도와의 관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 산사태 및 급경사지 즉, 사면의 붕괴 등 산사태를 조기에 감지하고 예보할 수 있는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 사면에 시추공을 형성한 후 상기 시추공에 도파관(10)의 하부를 관입시켜 설치하고, 상기 시추공에 설치하되, 상기 도파관(10)의 외주연에 위치되도록 쇄석과 같은 음향발생매체(20)를 설치하여 사면 즉, 토석류의 이동시 상기 음향발생매체(20)가 마찰되어 음향이 발생되도록 함으로써, 발생된 음향을 감지 후 상기 음향의 음향방출 진동횟수를 카운트하여 음향발생 빈도를 통한 사면의 변위속도를 측정하여 사면의 변위속도에 따른 사면의 붕괴를 조기에 감지하여 붕괴 위험을 미리 예보하고 경보할 수 있는 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템에 관한 기술이다.
상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 사면에 하부가 관입되어 설치되는 도파관(10);와 상기 사면의 지중에 설치되되, 상기 도파관(10)의 외주연에 설치되는 음향발생매체(20);와 상기 사면의 상부로 돌출된 상기 도파관(10)의 상부 끝단에 설치되어 음향을 감지하는 AE센서(30);와 상기 도파관(10)의 상부를 둘러싸도록 상기 사면의 표면에 설치되되, 상기 도파관(10)과 이격되도록 설치되는 방음부(40);와 상기 방음부(40)의 내벽에 설치되어 AE센서(30)와 연결되고, 상기 AE센서(30)로부터 감지된 음향의 기설정된 진폭 크기의 음향방출 진동횟수를 카운트하여 변위속도를 측정하는 AE카운터(50); 및 상기 AE카운터(50)로부터 변위속도 정보를 전달받아 산사태 및 붕괴 여부를 판단하여 예보 또는 경보를 전파하는 중앙관리부(100);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 변위속도는 단위시간당 카운트된 음향방출 진동횟수에 비례하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도파관(10)은 표토층(200)의 하부에 위치된 기반층(300)까지 하부가 관입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 도파관(10)의 상부 외주연에 시공되어 사면에 상기 도파관(10)의 상부가 고정되도록 하는 시멘트몰탈부(60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도파관(10)은 하부 내주면에 설치되는 초음파감쇄매질(70);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도파관(10)은 내측 하부 말단에 설치되는 흡음재(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도시한 도면 2 내지 6을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 도파관(10)은
사면에 하부가 관입되어 설치되는 것으로서, 사면에 일정 크기의 직경을 가지는 시추공을 천공한 후 상기 시추공에 하부가 관입되어 설치되고, 이후에 자세히 설명될 음향발생매체(20)가 외주연에 위치되도록 시추공에 채워짐에 따라 하부가 견고하게 고정된다.
이러한 본 발명의 도파관(10)은 토석류 즉, 본 발명에서 언급되는 기반층(기반암)(300)의 상부에 위치한 표토층(200)이 밀려 이동될 때 서로 마찰하며 붕괴되는데, 그 과정에서 발생되는 미세진동[일종의 탄성파인 음향:AE(Acoustic Emission)]을 길이방향 즉, 상부와 하부로 유도한다.
즉, 본 발명의 도파관(10)은 이후에 자세히 설명될 음향발생매체(20)로부터 보다 정확하게 발생되는 음향을 길이방향 즉, 상부와 하부로 유도함으로서, 이후에 자세히 설명될 AE센서(30)에서 상기 음향을 효과적으로 감지할 수 있도록 한다.
부가하여 설명하면, 본 발명에서 언급되는 표토층(200)이 밀려 이동될 때에 흙 입자의 마찰에서 발생하는 음향의 직접적인 감지는 흙의 높은 에너지 흡수성으로 인해 현실적으로 불가능하므로, 이후에 자세히 설명될 음향발생매체(20)를 에너지의 감쇠가 흙에 비해 상대적으로 대단히 낮은 도파관(10)을 따라 보다 원활하게 전달될 수 있도록 상기 도파관(10)의 주위에 설치함으로써, 정확하고 명확한 음향을 감지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 도파관(10)의 재질은 일예로, 철 재질로 이루어진 것이 바람직하고, 부식에 강할 수 있도록 방청 처리된 재질을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
아울러, 본 발명의 도파관(10)은 표토층(200)의 하부에 위치된 기반층(300)까지 하부가 관입되는 것을 특징으로 하는데, 이는 산사태 또는 급경사지의 붕괴는 도 4에 도시된 바와 같이, 토석류인 표토층(200)이 재질이 다른 기반층(300)의 상부에서 슬라이딩되므로, 슬라이딩 면에 가장 근접한 표토층의 이동을 음향으로 감지할 수 있도록 함과 동시에 도파관(10)이 보다 안정적이고 견고하게 설치된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다.
상기와 연관하여, 본 발명의 도파관(10)은 하부 내주면에 설치되는 초음파감쇄매질(70)을 포함하여 구성되는데, 보다 상세하게 설명하면, 상기 초음파감쇄매질(70)은 상기 도파관(10)의 하부 내주면에 설치되되, 슬라이딩 면의 하부에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파감쇄매질(70)은 슬라이딩 면의 하부에 위치되도록 설치됨에 따라 슬라이딩 면에서 발생되는 음향 중 도파관(10)의 하부로 이동되는 음향이 제거될 수 있도록 함으로써, 노이즈로 간주되는 음향이 감지되지 않도록 하는 효과를 실현케 한다.
부가하여 설명하면, 슬라이딩 면에서 토석류의 이동에 따라 발생되는 음향은 슬라이딩 면을 중심으로 도파관(10)을 따라 상부와 하부방향으로 이동되지만, 하부방향으로 이동된 음향이 도파관(10)의 하부 내주면과 기반층(300)에 부딪혀 상부방향으로 이동됨에 따라 중복된 음향이 감지되어 정확한 산사태 및 급경사지 붕괴를 조기에 감지 및 예보하기 어려울 수 있으므로, 상기 초음파감쇄매질(70)은 중복된 음향이 감지되지 않도록 제거하여 보다 정확한 산사태 및 급경사지 붕괴를 조기에 감지 및 예보할 수 있도록 하는 효과를 실현케 한다.
또한, 본 발명의 도파관(10)은 내측 하부 말단에 설치되는 흡음재(80)를 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 흡음재(80)는 앞서 설명된 초음파감쇄매질(70)이 도파관(10)의 하부 내주면에 설치됨에 따라 상기 도파관(10)의 하부 말단에 위치한 기반층(300)에 음향이 부딪혀 반사되는 것을 최소화하여 노이즈가 제거되도록 한다.
이때, 상기 초음파감쇄매질(70)과 흡음재(80)는 동일한 재질일 수 있으나, 서로 다른 재질로 이루어져 보다 효율적으로 음향을 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 종래에 사용되는 초음파감쇄매질 및 흡음재 중 어떠한 것을 사용하여도 무방하므로 자세한 내용은 생략하도록 한다.
한편, 본 발명의 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템은 상기 도파관(10)이 사면에 보다 견고하고 안정적으로 설치된 상태를 유지할 수 있도록 상기 도파관(10)의 상부에 시공되는 시멘트몰탈부(60)를 포함하여 구성된다.
다시 말해, 상기 시멘트몰탈부(60)는 상기 도파관(10)의 상부 외주연에 시공되어 사면에 상기 도파관(10)의 상부가 고정되는 것으로, 상기 사면의 표층에 시공되어 상기 도파관(10)의 상부가 주위와 일체화되도록 견고하게 고정될 수 있도록 한다.
이에 따라, 본 발명의 도파관(10)은 상부가 시멘트몰탈부(60)에 의해 고정되고, 하부가 기반층(300)에 관입되어 고정되므로 산사태가 발생되려고 하는 경우 상부와 하부가 고정된 상태에서 중단에 위치된 슬라이딩 면에서 보다 정확하고 명확하게 음향을 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 시멘트몰탈부(60)는 도파관(10)의 외주연에 밀접한 토석류 즉, 표토층(200)으로 물이 유입되는 것을 최소화함으로써, 상기 도파관(10)이 물에 의해 부식되는 것을 최소화함은 물론 이후에 자세히 설명될 음향발생매체(20)의 사이사이에 물이 채워져 음향 발생이 원활하게 이루어지지 않는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과를 실현케 한다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 음향발생매체(20)는
상기 사면의 지중에 설치되되, 상기 도파관(10)의 외주연에 설치되는 것으로서, 앞서 설명된 바와 같이, 흙의 높은 에너지 흡수성으로 인해 흙 입자의 마찰에서 발생하는 음향의 직접적인 감지가 불가능하기 때문에 상기 흙 입자 이동될 때, 보다 큰 음향을 상기 도파관(10)의 주위에서 발생시켜 상기 도파관(10)을 따라 음향이 유도될 수 있도록 한다.
이에 따라 본 발명의 음향발생매체(20)는 사면의 토석류보다 입자가 큰 자갈 또는 쇄석으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 AE센서(30)는
상기 사면의 상부로 돌출된 상기 도파관(10)의 상부 끝단에 설치되어 음향을 감지하는 것으로서, 앞서 설명된 음향발생매체(20)에서 발생된 음향이 상기 도파관(10)에 의해 상부로 유도되면 유도되어 이동된 음향을 감지하여 이후에 자세히 설명될 AE카운터(50)에서 음향방출 진동횟수를 카운트할 수 있도록 한다.
이러한 AE센서(30)는 종래에 사용되는 음향감지센서 중 어떠한 것을 사용하여도 무방하고, 도 5에 도시된 바와 같은, 음향의 파형 즉, 파동을 감지하여 이후에 자세히 설명될 AE카운터(50)에 전달함으로써, 상기 AE카운터(50)에서 음향방출 진동횟수를 카운트할 수 있도록 한다.
이때, 본 발명의 AE센서(30)는 상기 도파관(10)의 상부 외주연 즉, 외주연 상부 말단에 설치되는 것이 바람직한데, 이는 음향 파동의 특성상 도파관(10)에 의해 유도되어 이동되는 음향의 파동 진폭이 증폭되어 상기 AE센서(30)에서의 감지가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 방음부(40)는
상기 도파관(10)의 상부를 둘러싸도록 상기 사면의 표면에 설치되되, 상기 도파관(10)과 이격되도록 설치되는 것으로서, 표토층(200)의 상부로 노출된 도파관(10)의 내부로 이물질 및 물이 유입되어 침투되는 것을 방지함은 물론 상기 도파관(10)의 파손을 방지하며, 지표에서 전달되는 표면파를 약화 및 제거하여 표면파에 의한 오측정이 이루지지 않도록 한다.
이러한 방음부(40)는 도파관(10)이 사면에 설치되어 장기간 감지 및 예측이 이루어질 수 있도록 부식에 강하고, 표면파 즉, 음향의 제거가 원활하게 이루질 수 있다면 종래에 사용되는 어떠한 재질을 사용여도 무방하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
다만, 본 발명의 방음부(40)는 외측면과 내측면에 보두 방음 즉, 음향을 제거할 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 지표에서 발생되는 표면파를 약화 및 제거함과 동시에 도파관(10)을 통해 유동되어 이동된 음향이 앞서 설명된 AE센서(30)에서 감지된 후 상기 방음부(40)의 내측면에 부딪혀 다시 상기 AE센서(30)에서 감지되지 않도록 즉, 노이즈가 제거되도록 함으로써, 측정의 오차 발생을 최소화하기 위함이다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 AE카운터(50)는
상기 방음부(40)의 내벽에 설치되어 AE센서(30)와 연결되고, 상기 AE센서(30)로부터 감지된 음향의 기설정된 진폭 크기의 음향방출 진동횟수를 카운트하여 변위속도를 측정하는 것으로서, 단위시간당 카운트된 음향방출 진동횟수에 의해 변위속도를 측정한다.
이러한 본 발명의 AE카운터(50)는 상기 방음부(40)의 내벽에 설치되어 보호되고, AE센서(30)로부터 감지된 음향 즉, 전달된 파동의 진폭에서 기설정된 진폭 크기에 해당되는 음향방출 진동횟수(RDC:Ring Down Count)를 카운트한 후 단위시간당 카운트된 음향방출 진동횟수에 비례하는 변위속도를 측정한 후 이후에 자세히 설명될 중앙관리부(10)에 측정된 변위속도를 전달하여 산사태 및 붕괴 여부를 판단하여 예보 또는 경보를 전팔 수 있도록 한다.
부가하여 설명하면, 본 발명의 AE카운터(50)는 앞서 설명된 AE센서(30)로부터 감지된 음향을 상기 AE센서(30)로부터 음향의 파형 즉, 파동을 전달받아 상기 음향의 파동에서 기설정된 진폭 크기에 해당하는 음향방출 진동횟수를 카운트한다.
이때, 상기 음향방출 진동횟수는 음향의 파형 즉, 파동의 1주기에서 상승되거나 하강되는 진폭 중 어느 하나의 기설정된 진폭 크기에 해당되는 경우 카운트될 수 있도록 한다.
이는 1주기에서 상승되거나 하강되는 진폭 모두에서 기설정된 진폭 크기에 해당되는 경우를 카운트할 경우 음향의 발생을 중복으로 판단해서 다시 제거해야 하므로 처음부터 1주기에서 상승되거나 하강되는 진폭 중 어느 하나의 기설정된 진폭 크기에 해당되는 경우를 카운트하는 것이다.
즉, 본 발명의 AE카운터(50)는 기설정된 진폭 크기 이상을 갖는 진폭을 갖는 음향이 발생된 경우를 카운트함으로써, 토석류의 이동을 감지하고 이를 통해 토석류의 변위속도를 산출하여 측정될 수 있도록 하는 것이다.
부가하여 설명하면, 본 발명의 AE카운터(50)는 도 5에 도시된 바와 같이, 음향의 파형 즉, 파동에서 1주기당 기준레벨의 진폭 즉, 기설정된 진폭 크기에 해당되는 경우를 확인하여 이를 음향방출 진동횟수로 판단한 후 카운트함으로써, 토석류의 이동을 감지하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 시간당(분당) 카운트된 음향방출 진동횟수 즉, 카운트 횟수에 비례되는 변위속도를 산출하여 측정한다.
이때, 본 발명에서 언급되는 시간당은 단위시간에 해당되는 것으로, 본 발명에서는 단위시간이 분에 해당되고, 기설정된 카운트 횟수당 토석류의 움직임이 mm로 설정되어 카운트 횟수에 따른 토석류의 변위속도를 도 6에 도시된 바와 같이, 시간당 음향방출 진동횟수에 비례하는 값으로 산출하여 측정한다.
간략하게 설명하면, 본 발명에서 산출되어 측정되는 변위속도는 일례로, 도 6에 도시된 바와 같이, 10만 음향방출 진동횟수 즉, 10만 카운트 횟수당 토석류가 1분에 1mm 이동되었다는 것을 의미하고, 이는 국제 산사태등급분류에서 보통등급에 해당되어 충분한 조기 감지 및 예보가 이루어질 수 있음은 확인할 수 있다.
이하에서는 국제 산사태등급분류인 표1과 본 발명에서 측정된 변위속도를 국제 산사태등급분류 적용하여 대조한 표2를 설명하도록 한다.
<표1> 국제 산사태등급분류
표1에서 아주느림(very slow)은 토석류가 분당 0.0001mm,로부터 0.0034mm까지 이동하였을 경우이다. 이해를 돕기 위해 이정도의 미세한 토석류 이동이 1년 간 지속되었다면 0.06m로부터 1.8m까지 이동한 거리가 된다.
표1에서 빠름(rapid)은 분당 1.044mm과 300mm 사이일 경우이며 이와 같은 속도로 토석류가 이동한다면 하루에 1.5m와 432m 사이 이동거리가 된다. 이 정도 등급에서 사면은 이미 토석류가 도로를 덮친 후가 될 가능이 높으며, 산사태의 경우에는 산 입구까지 그나마 충분한 골든타임은 확보될 수는 있을 것이다.
표1에서 보통(moderate)등급에서는 골든타임 확보는 물론 붕괴대처도 어느정도 가능할 시간을 갖게 된다.
<표3> 변위속도(mm/min)와 국제 산사태등급기준 대조표
표3에서는 본 발명에서 산출하여 측정한 토석류의 변위속도(mm/min)을 국제 산사태등급분류와 대조하고 있고, 이는 정확한 변위속도(mm/min)를 측정할 수 있다면 국제 산사태등급분류를 통해 보다 정확하게 붕괴 감지 및 예보를 할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 AE카운터(50)에서 산출하여 측정된 변위속도를 중앙관리부(10)에 전달함으로써, 상기 중앙관리부(10)에서 산사태 및 붕괴 여부를 판단하여 예보 또는 경보를 정확하게 전파하여 골든타임 확보 및 산사태 및 붕괴에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 도파관
20 : 음향발생매체
30 : AE센서
40 : 방음부
50 : AE카운터
60 : 시멘트몰탈부
70 : 초음파감쇄매질
80 : 흡음재
100 : 중앙관리부
200 : 표토층
300 : 기반층
20 : 음향발생매체
30 : AE센서
40 : 방음부
50 : AE카운터
60 : 시멘트몰탈부
70 : 초음파감쇄매질
80 : 흡음재
100 : 중앙관리부
200 : 표토층
300 : 기반층
Claims (3)
- 사면에 하부가 관입되어 설치되는 도파관(10);와
상기 사면의 지중에 설치되되, 상기 도파관(10)의 외주연에 설치되는 음향발생매체(20);와
상기 사면의 상부로 돌출된 상기 도파관(10)의 상부 끝단에 설치되어 음향을 감지하는 AE센서(30);와
상기 도파관(10)의 상부를 둘러싸도록 상기 사면의 표면에 설치되되, 상기 도파관(10)과 이격되도록 설치되는 방음부(40);와
상기 방음부(40)의 내벽에 설치되어 AE센서(30)와 연결되고, 상기 AE센서(30)로부터 감지된 음향의 기설정된 진폭 크기의 음향방출 진동횟수를 카운트하여 변위속도를 측정하는 AE카운터(50); 및
상기 AE카운터(50)로부터 변위속도 정보를 전달받아 산사태 및 붕괴 여부를 판단하여 예보 또는 경보를 전파하는 중앙관리부(100);를 포함하고,
상기 도파관(10)의 상부 외주연에 시공되어 사면에 상기 도파관(10)의 상부와 일체화되도록 고정하는 시멘트몰탈부(60);를 포함하고,
상기 도파관(10)은
하부 내주면에 설치되는 초음파감쇄매질(70);을 포함하고,
상기 도파관(10)은 내측 하부 말단에 설치되는 흡음재(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AE카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템. - 삭제
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| KR1020220028670A KR102441570B1 (ko) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | Ae카운터의 변위속도를 통한 산사태 및 급경사지 붕괴 조기감지 및 예보 시스템 |
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| KR (1) | KR102441570B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117877213A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 江苏省水利科学研究院 | 一种基于声学传感器的崩岸实时监测预警系统及方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2010086584A2 (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-05 | Loughborough University | Apparatus and method for monitoring soil slope displacement rate by detecting acoustic emissions |
| KR101270923B1 (ko) | 2011-11-23 | 2013-06-03 | 한국지질자원연구원 | 사태 감시 시스템과 이에 사용되는 위치 센서 |
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2022
- 2022-03-07 KR KR1020220028670A patent/KR102441570B1/ko active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Sistema de pronóstico de derrumbes y derrumbes, esta es la respuesta (2). Blog de Naver (publicado el 7 de julio de 2019) (<URL> https://blog.naver.com/soamkjy11/221579890785)* * |
| 산사태 및 사면붕괴 예보시스템, 이것이 답입니다(2). Naver Blog(2019.7.7. 게시) (<URL> https://blog.naver.com/soamkjy11/221579890785 )* |
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| CN117877213A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 江苏省水利科学研究院 | 一种基于声学传感器的崩岸实时监测预警系统及方法 |
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