KR102534587B1 - 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치에 관한 것으로, 교량 등 구조물의 변위측정을 위하여 상기 구조물로부터 멀리 떨어진 곳에서 상기 구조물을 촬영하는 촬영장비를 외부 환경으로부터 보호하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치는, 내부에는 공간이, 둘레부에는 1개 이상의 출입구가 구비되며 상기 공간에 변위측정을 위한 카메라(1)가 거치되는 방풍막(10)과; 상기 방풍막에, 상기 카메라가 구조물의 변위측정을 위하여 상기 구조물을 촬영할 수 있도록 투명하게 형성되는 1개 이상의 투명창(20)과; 상기 방풍막의 내부에 거치되며 상기 카메라에 전원을 공급하는 배터리가 수납되는 배터리 수납함(30)을 포함한다. 상기 투명창은 둘레부가 신축 가능한 신축형 연결띠(40)를 통해 장착되며, 상기 카메라의 렌즈를 감싸는 카메라 홀더(50)를 포함한다.

Description

무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치{Windproof device for real-time displacement measurement without target}

본 발명은 구조물의 변위측정기기의 보호를 위한 방풍막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물로부터 떨어진 곳에서 상기 구조물을 촬영하여 실시간으로 변위를 측정하기 위한 변위측정기기를 보호하는 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

토목 또는 건축 구조물은 교통, 지진, 돌풍 등과 같은 외부 하중에 노출된다. 따라서, 구조물의 정확한 설계 방법도 좋지만 특히 오늘날 사용 연수가 30년이 지난 노후 시설물이 점차 급증하는 시기이므로 구조물의 사용성을 장기간적으로 검토하는 구조물 안전 모니터링(Structural health monitoring, SHM)이 중요시되고 있다.

이러한 구조물 안전 모니터링은 주로 여러개의 센서를 통해 시간의 흐름에 따른 샘플의 데미지를 측정하고 관찰하여 구조물의 현 상태를 결정한다.

교량과 도로망과 같은 사회기반시설물의 관리는 공공의 안전에 있어 매우 중요하기 때문에 빠르게 변화하는 사회에 적응하여 머신러닝, 컴퓨터 비젼기술과 같이 데이터 기반으로 정보를 처리하는 기술들을 접목시켜 구조물의 안전을 실시간으로 확인할 필요가 있다.

일반적으로 구조물 안전 모니터링에서 구조물의 변위를 측정하기 위해 직선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer, LVDT) 방식을 사용한다. 이 방식은 하부에 안정적인 기준점을 필요로 하는 접촉 형태의 센서를 사용한다. 그러나 이러한 접촉 형태의 센서는 안정적인 기준점(stationary reference)을 찾는데 제약이 있기 때문에 실용적이지 않다는 문제점이 있다.

변위를 직접적으로 측정하는 방법 중 하나인 Laser Doppler vibrometer (LDV)는 비접촉식 고해상도 변위 데이터를 얻을 수 있지만 비용이 비싸고 레이저가 조사되는 방향에 한해 변위를 얻을 수 있는 문제점이 따른다.

간접적 변위 측정방법으로 쓰이는 Global positioning system(GPS)는 안정적인 기준점을 필요로 하지 않고 센서 부착도 용이하다. 하지만 일반적으로 GPS는 큰 변위를 갖는 구조물의 장기적 안전진단에 주로 쓰이므로 교량과 같은 mm측정 단위의 변위를 갖는 구조물에는 실효성이 떨어진다는 문제점이 있다.

최근 영상기반(computer vision, CV) 구조물 안전진단 분야가 활발히 연구되고 있는 분야 중 하나이다. 고해상도의 데이터를 얻을 수 있고 실험장치도 간단하다. 영상기반 구조물 안전진단은 타겟을 이용하는 방법과 무타겟 방법으로 나뉜다.

타겟기반 변위 측정기술은 이미 알고 있는 특징점을 가진 타겟을 이용하여 변위를 추적하기 때문에 비교적 데이터의 신뢰도가 높다. 또한 열악한 현장 조건을 보완한 기술들이 많이 개발 되었지만 타겟의 설치가 어려운 교량에는 적용하기 어려우므로 이 기술은 무의미하다.

따라서 번거로운 타겟 설치 과정을 없애고 기지의 기하구조를 갖는 구조광 투사하여 이를 타겟으로 활용한 무타겟 구조물의 변위 측정 시스템을 개발할 필요가 있다.

무타겟 방식은 카메라 광축과 평행하게 사출되는 사각형의 구조광을 교량 표면에 투영하고, 구조광의 변형으로 교량과 카메라 사이의 기하관계를 추정하며, 기하 관계를 통해 영상의 화소를 물리적 길이로 변환하는 기술을 포함한다.

무타겟과 타겟 방식 모두 구조물을 촬영하는 카메라를 이용한 방식으로, 상기 카메라를 상기 구조물로부터 멀리 떨어진 곳에 일정 기간 동안 거치하여 변위를 측정하며, 이 때, 장시간 동안 카메라를 측정자 없이 무인으로 사용하기 때문에 카메라를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 보호시설이 요구된다. 예를 들어, 비나 눈이 오는 경우 비와 눈의 침투로 인한 카메라의 고장을 막아야 하고 바람의 영향으로 카메라가 쓰러지면서 파손되는 것을 막아야 한다.

등록특허 제10-2271251호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 교량 등 구조물의 변위측정을 위하여 상기 구조물로부터 멀리 떨어진 곳에서 상기 구조물을 촬영하는 촬영장비를 외부 환경으로부터 보호하는 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치는, 내부에는 공간이, 둘레부에는 1개 이상의 출입구가 구비되며 상기 공간에 변위측정을 위한 카메라가 거치되는 방풍막과; 상기 방풍막에, 상기 카메라가 구조물의 변위측정을 위하여 상기 구조물을 촬영할 수 있도록 투명하게 형성되는 1개 이상의 투명창과; 상기 방풍막의 내부에 형성되며 상기 카메라에 전원을 공급하는 배터리가 수납되는 배터리 수납함을 포함하고, 상기 투명창은 상기 방풍막에 형성되는 개구부에 결합되며 상기 카메라에 의해 촬영된 영상의 화질의 선명도를 높이기 위하여 유연성이 없는 딱딱한 판형인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치에 의하면, 교량 등 구조물의 변위측정을 위한 측정기기(카메라 등)를 외부 요인(비, 눈, 바람 등)의 영향을 받지 않도록 보호하여 측정기기의 보수비용을 절감하고 측정자에 의한 측정작업이 매우 용이해지는 효과가 있고, 측정자가 항상 측정기기 옆에서 측정기기를 관리할 필요가 없으므로 효율성을 향상하는 효과가 있다.

그리고, 카메라의 렌즈와 구조물 사이를 투명창을 통해 투명하게 조성하여 구조물의 변위 측정값에 대한 신뢰도를 높일 수 있고 더욱이 방풍막이 흔들리더라도 투명창이 위치를 유지하여 투명창의 흔들림으로 인한 선명도 저하를 막으므로 신뢰도를 더욱 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치의 내부를 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치에 적용된 투명창과 카메라 홀더를 보인 측면도.
도 4는 본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치에 적용된 투명창과 카메라 홀더의 다른 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치에 적용된 투명창과 카메라 홀더의 다른 예시도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치는, 내부에 외부와 차단된 공간이 형성되며 측정자의 출입을 위한 출입구가 구비된 방풍막(10), 방풍막(10)의 둘레부에 형성되는 것으로 무타겟 실시간 변위측정기기의 카메라(1)에 의해 원거리에 있는 구조물을 촬영할 수 있도록 투명하게 형성되는 투명창(20), 무타겟 실시간 변위측정기기의 카메라(1)에 사용되는 배터리(2)가 수납되는 배터리 수납함(30)을 포함한다.

방풍막(10)은 내부에 거치되어 사용되는 카메라(1)가 기상조건(비, 눈, 바람 등)의 영향을 받아 오염되거나 흔들리거나 쓰러지는 등의 현상을 막기 위한 구조로서 둘레부에 벽(4면, 6면, 8면 등)이 형성되면서 천정이 막힌 구조이며 이 때 바닥은 없는 것이 가능하다. 물론, 방풍막(10)은 측정자가 출입할 수 있도록 1면 이상에 출입구(11)(도난 방지를 위한 시건장치가 포함될 수 있음)가 포함된다.

방풍막(10)은 방수 처리된 소재이고 부피를 줄여 보관할 수 있도록 유연성이 있는 소재이며, 뼈대를 구성하는 프레임(철, 알루미늄 등)이 함께 사용될 수 있고, 원터치 설치나 프레임 연결 등 다양한 방법으로 설치 가능하다.

또한, 방풍막(10)은 내부의 통풍을 위하여 하나 이상의 통풍구가 포함될 수 있고, 상기 통풍구는 가림막의 개폐를 통해 필요에 따라 선택되어 사용된다.

또한, 방풍막(10)은 교량 등의 구조물에서 떨어진 곳의 지면에서 바람에 의해 날리지 않도록 고정되어야 하고, 둘레부의 저부에 앵커를 연결하여 지중에 정착하는 방법, 와이어를 방풍막(10)과 주변의 구조물에 연결하여 고정하는 방법 등 다양한 방법이 가능하다.

이상에서 설명한 방풍막(10)의 구성은 그늘막 텐트 등으로부터 다양하게 실시 가능하므로 구체적인 설명을 생략하고 방풍막 분야에서 공지된 다양한 구성도 적용될 수 있다.

투명창(20)은 카메라(1)가 원거리의 구조물을 촬영할 수 있도록 투명으로 구성된 것이며, 또한, 바람의 영향으로 흔들리거나 접히는 유연성이 있는 비닐 등의 소재 대신에 딱딱한 판형(사각형, 원형 등 다양한 형상 가능)이 바람직하고, 아울러, 카메라(1)에 의한 촬영을 간섭하고 오류를 유발하지 않도록 개구부(21)가 포함된다. 즉, 카메라(1)와 구조물은 개구부(21)를 통해 간섭되는 구조물이 없이 서로 대향된다. 개구부(21)는 원형, 사각형 등 다양한 형상이 가능하며, 또한, 개구부(21)는 다단으로 형성되고 이 때, 높은 부분을 촬영 시 더 큰 개구부가 필요할 수 있으므로 상부의 개구부(21)로 가면서 크기가 커지는 것이 바람직하다. 개구부(21)는 횡방향으로 다수열로 형성되는 것도 가능하다.

즉, 개구부(21)를 통해 투명창(20)은 반드시 투명으로 형성되지 않는 것이 가능하고, 즉, 불투명의 판재에 개구부(21)가 형성되는 것도 가능하다.

판형의 투명창(20)의 설치를 위하여 방풍막(10)에는 개구부가 형성되고, 상기 개구부에 투명창(20)이 결합된다. 투명창(20)의 결합은 접착, 투명창(20)와 주변의 방풍막(10)에 끼워지는 고리의 결합 등 다양한 방법이 가능하지만, 방풍막(10)이 흔들리더라도 투명창(20)의 흔들림을 줄일 수 있도록 신축형 연결띠(40)(도 3에 도시됨)로 연결되는 것이 바람직하다.

투명창(20)이 판형인 경우 방풍막(10)의 부피를 줄이는데 한계가 될 수 있으므로 방풍막(10)에 탈착식으로 구성되는 것도 가능하고, 방풍막(10)의 개구부를 따라 다수개의 고리를 고정하고 투명창(20)의 가장자리에 상기 고리가 끼워지는 구멍을 형성하여 상기 고리를 상기 구멍에 끼워 장착하고 분리하는 방법, 반대로 투명창(20)의 가장자리에 다수개의 고리를 고정하고 방풍막(10)의 개구부에 구멍을 형성하는 방법이 가능하다. 상기 고리와 구멍은 고정수단의 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며 벨스로 파스너, 단추 등으로 대체 가능하다.

신축형 연결띠(40)는 탄성력이 있는 재질 또는 탄성력이 없지만 신축이 가능한 주름막을 구성으로 하며, 양쪽이 방풍막(10)과 투명창(20)에 각각 고정되어 투명창(20)을 지지하면서 투명창(20)의 흔들림을 완충하고, 즉, 투명창(20)을 고정 상태로 하는 경우 방풍막(10)이 흔들릴 때 신축형 연결띠(40)가 신축하면서 완충하여 투명창(20)에는 흔들림이 전달되지 않도록 한다.

신축형 연결띠(40)는 신축부재의 일 예이며, 코일스프링도 가능하다.

물론, 투명창(20)은 방풍막(10)에 형성되는 구멍으로도 대체 가능하다.

한편, 투명창(20)은 카메라(1)를 지지하는 기능도 겸할 수 있도록 카메라(1)와 연결을 위한 카메라 홀더(50)를 포함할 수 있다.

카메라 홀더(50)는 카메라(1)의 렌즈(1-1)(또는 카메라(1) 본체)를 감싸도록 원형 또는 각형의 링 형태이며 일측은 투명창(20)에 연결(일체 또는 결합)되고 타측은 렌즈(1-1)가 삽입되도록 개방된 구조이고 투명으로 구성된다.

카메라 홀더(50)는 카메라(1)의 렌즈(1-1)가 다양한 크기인 것을 감안하여 여유있는 크기로 이루어지고, 그렇다 하더라도 렌즈(1-1)를 고정하기 위하여 고정구(51)가 포함된다.

고정구(51)는 카메라 홀더(50)에 형성되는 너트부에 나사 체결되는 볼트 형태이며 렌즈(1-1)를 향해 전진 및 반대로 후진하면서 최적의 위치에서 렌즈(1-1)에 고정되어 렌즈(1-1)를 카메라 홀더(50)와 고정한다.

카메라 홀더(50)는 전술한 신축형 연결띠(40)와 유기적 결합관계를 갖고 있으며, 카메라 홀더(50)를 통해 카메라(1)와 투명창(20)이 연결됨으로써 투명창(20)이 카메라(1)에 의해 지지되어 신축형 연결띠(40)의 완충력이 커지고 투명창(20)은 흔들림이 더욱 적어진다.

또한, 렌즈(1-1)를 카메라 홀더(50)에 결합한 상태에서 카메라(1)의 미세 위치 조정이 필요한 경우 신축형 연결띠(40)가 신축 거동하면서 카메라(1)의 위치 조정을 가능하게 함으로써 촬영 앵글의 셋팅에도 도움을 준다.

또한, 도 4에서 보이는 것처럼, 카메라 홀더(50)는 렌즈(1-1)의 다양한 길이, 카메라(1)의 위치 변경에 맞춰 고정측 카메라 홀더(52)와 가동측 카메라 홀더(53)로 구성될 수 있다.

고정측 카메라 홀더(52)는 투명창(20)에 고정되고, 가동측 카메라 홀더(53)는 고정구(51)가 구성되며 고정측 카메라 홀더(52)의 외경보다 큰 내경으로 형성되어 고정측 카메라 홀더(52)의 둘레부에 신축(슬라이딩) 가능하게 연결됨으로써 카메라 홀더(50)의 길이를 조절한다. 이 때, 가동측 카메라 홀더(53)가 길이 조절된 상태를 유지할 수 있도록 가동측 카메라 홀더(53)에는 고정측 카메라 홀더(52)에 고정되는 고정볼트가 포함될 수 있다.

이와 같은 길이조절식의 카메라 홀더(50)에 따르면 카메라 홀더(50)의 구속을 받지 않고 카메라(1)의 거치 위치를 잡은 후, 카메라 홀더(50)의 길이 조절을 통해 렌즈(1-1)를 카메라 홀더(50)에 연결할 수 있다.

물론, 카메라(1)의 렌즈(1-1)와 카메라 홀더(50)의 높이는 카메라(1)의 높이 조절을 통해 가능하다.

또한, 카메라 홀더(50)는 투명창(20)에 고정되지 않고 탄성부재(탄성재질의 주름막, 스프링 등)(54)를 통해 탄성 거동 가능하게 연결되는 것도 가능하고, 이러한 경우 카메라(1)의 흔들림을 더욱 확실하게 막을 수 있다.

배터리 수납함(30)은 내부에 배터리(2)를 수납할 수 있는 함체이며, 배터리(2)를 꺼낼 수 있도록 둘레부(상부나 옆)에 개방부가 형성되거나 개폐식으로 구성되며, 직물, 합성수지, 철, 알루미늄 등 다양한 재질로 구성된다. 또한, 배터리 수납함(30)은 방풍막(10)의 안쪽면에 주머니로 형성되는 일체형도 가능하며, 이 경우에도 배터리(2)의 중량으로 방풍막(10)을 지지하는 것이 가능하다.

배터리 수납함(30)은 배터리(2)의 수납과 함께 배터리(2)의 중량을 이용하여 방풍막(1)을 지지하는 것이 가능하고, 이를 위하여 연결부재(31)를 통해 방풍막(10)과 연결된다.

연결부재(31)는 와이어, 체인 등이 가능하고, 일측은 배터리 수납함(30)에 연결되어 있고 타측은 카라 비너 등이 구성되어 상기 카라 비너를 통해 방풍막(10)에 분리 가능하게 연결된다.

연결부재(31)는 카메라(1)의 다리에 연결되는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치의 사용 방법은 다음과 같다.

1. 보관.

평상 시 방풍막(10)을 접어 부피를 줄인 후 전용의 가방에 보관하거나 접어 보관하고, 별도로 배터리 수납함(30)을 보관한다. 투명창(20)이 분리식인 경우 투명창(20)을 별도로 보관한다.

2. 방풍장치 설치 및 카메라 거치.

무타겟 실시간 변위측정을 위하여 카메라(1)의 촬영 위치를 선정하고, 선정된 위치에 방풍막(10)을 펼쳐 설치하며, 투명창(20)을 카메라(1)의 촬영 위치 즉 카메라(1)의 렌즈(1-1)가 피촬영물인 구조물을 향하는 위치로 맞춘다.

배터리 수납함(30)을 방풍막(10) 내부의 바닥에 거치하고 방풍막(10)과 연결하며, 투명창(20)이 분리식인 경우 투명창(20)을 방풍막(10)에 장착한다.

방풍막(10)의 설치 완료 후, 방풍막(10)의 내부에 카메라(1)를 거치하고, 다리의 높이 조절을 통해 렌즈(1-1)를 투명창(20)에 맞춘다.

카메라 홀더(50)가 적용된 경우 렌즈(1-1)를 카메라 홀더(50) 안에 삽입하고 고정구(51)를 체결하여 카메라 홀더(50)에 렌즈(1-1)를 고정한다.

방풍막(10)에는 카메라(1)와 함께 사용되는 기타 장비를 거치할 수도 있다.

3. 무타겟 실시간 변위측정.

카메라(1)를 온 작동시켜 피촬영물인 구조물을 촬영하며, 촬영 영상을 근거로 하여 구조물의 변위를 측정한다.

카메라(1)가 구조물을 촬영하는 중에 비나 눈이 오는 경우 비와 눈 모두 방풍막(10)에 의해 방풍막(10)의 내부에는 유입되지 못하고, 결국 비와 눈은 카메라(10)에 침투하지 못하기 때문에 카메라(10)는 오동작을 일으키지 않고 정상적으로 구조물을 촬영한다.

또한, 바람이 부는 경우 방풍막(10)은 고정 상태에서 흔들릴 수 있지만, 방풍막(10)이 내부의 카메라(10)에 부딪치지 못하기 때문에 카메라(10)는 흔들림없이 촬영 상태를 유지하고, 이 때, 투명창(20)이 흔들리더라도 투명창(20)의 면적이 카메라(1) 렌즈(1-1)의 면적에 비해 매우 크기 때문에 렌즈(1-1) 앞에는 항상 투명한 부분이 유지되므로 항상 구조물을 촬영하게 된다. 투명창(20)이 신축형 연결띠(40)를 통해 설치되는 경우에는 방풍막(10)이 흔들리더라도 투명창(20)은 움직임이 없거나 매우 적기 때문에 촬영 영상의 해상도를 최상으로 유지한다.

4. 방풍장치 해체.

무타겟 실시간 변위측정을 완료한 경우, 카메라(1)과 배터리(2)를 방풍막(10)의 외부로 빼내고, 방풍막(10)을 접어 해체한다. 투명창(20)이 분리식인 경우 투명창(20)을 방풍막(10)에서 분리한 후 방풍막(10)을 접는다.

1 : 카메라,
10 : 방풍막, 11 : 출입구
20 : 투명창,
30 : 배터리 수납함, 31 : 연결부재
40 : 신축형 연결띠,
50 : 카메라 홀더, 51 : 고정구
52 : 고정측 카메라 홀더, 53 : 가동측 카메라 홀더

Claims (4)

1. 내부에는 공간이, 둘레부에는 1개 이상의 출입구가 구비되며 상기 공간에 변위측정을 위한 카메라가 거치되는 방풍막과;
   상기 방풍막에, 상기 카메라가 구조물을 촬영할 수 있도록 개구부를 갖는 1개 이상의 투명창과;
   상기 방풍막의 내부에 거치되며 상기 카메라에 전원을 공급하는 배터리가 수납되는 배터리 수납함을 포함하고,
   상기 투명창은 둘레부가 신축부재를 통해 상기 방풍막에 형성되는 개구부에 결합되며 상기 카메라에 의해 촬영된 영상의 화질의 선명도를 높이기 위하여 유연성이 없는 딱딱한 판형이고,
   상기 투명창은 상기 카메라의 렌즈를 감싸는 카메라 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 카메라 홀더는 상기 투명창에 탄성 거동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 무타겟 실시간 변위측정기기 방풍장치.
   

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