KR102563211B1 - 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치 - Google Patents

방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치가 개시된다. 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치는, 방파제 및 안벽에 가해지는 충격으로 발생하는 진동에 따른 진동 정보를 획득하는 센서부, 진동 정보를 이용하여 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링하는 모니터링부, 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 획득하는 카메라부 및 모니터링부가 방파제 및 안벽의 이상진동을 감지하는 경우, 3차원 영상을 기반으로 방파제 및 안벽의 변형을 분석하여 방파제 및 안벽에 대한 변형 정보를 산출하는 영상분석부를 포함한다.

Description

방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치{Apparatus for monitoring breakwater and quay wall}
본 발명은 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치에 관한 것이다.
항구나 해안가에 접하는 항만 지역에는, 배를 대기 위한 항만 시설 및 방파제와 같은 구조물들이 설치되어 있다. 종래에는, 파력을 제체(提體)가 직접 받아 파를 외해(外海) 쪽으로 반사시키는 것을 목적으로 하여 사석 마운드로만 구성된 방파제가 사용된 바 있다. 그러나, 사석만으로 방파제를 형성한 경우, 파력이 크면 쉽게 파손되는 문제점이 있었다. 그래서, 수심이 깊거나 파력이 큰 경우에는, 해저지반에 구축된 기초위에 바닥판과 개구부로 구성된 케이슨으로 방파제를 시공하는 방법이 이용되었다. 그러나, 케이슨은 자중에 의해 파력에 저항하므로, 케이슨 구조물의 크기를 크게 하여야 하며, 이 경우도 지속적인 파력의 작용에 의해 케이슨 구조물이 밀리는 활동(sliding) 파괴 또는 전도 파괴가 발생하는 문제가 있었다.
도 1은 설치된 방파제 및 안벽이 일부 파괴된 모습의 예를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같은 방파제 및 안벽은, 중력식 구조물로서, 육상시설물인 교량, 건축물 등과는 다르게 자신의 중량으로 지지한다. 이러한 중력식 구조물의 외력에 의한 메커니즘은, 마찰력과 자중의 관계에 의하여 정의된다. 즉, 횡저항력=자중*마찰계수로 정의될 수 있다. 횡저항력을 넘어서는 파력이 가해짐으로써, 방파제 및 안벽은 파괴될 수 있다.
한편, 방파제 및 안벽을 구성하는 각각의 케이슨은 큐빅 형태로 형성되는데, 이러한 케이슨들 각각의 파괴를 감지하기 위하여 각각의 케이슨에 센서를 설치하는 것은 매우 비경제적이다.
따라서, 방파제 및 안벽의 파괴를 실시간 감지할 수 있는 경제적인 방법이 필요하다.
대한민국등록특허공보 제10-1437660호(2014.08.28)
본 발명은 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링하여 이상진동이 감지되면, 방파제 및 안벽에 대한 영상을 획득 및 분석하여 실시간으로 방파제 및 안벽의 변형 정보를 제공하는 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치는, 상기 방파제 및 안벽에 가해지는 충격으로 발생하는 진동에 따른 진동 정보를 획득하는 센서부, 상기 진동 정보를 이용하여 상기 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링하는 모니터링부, 상기 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 획득하는 카메라부 및 상기 모니터링부가 상기 방파제 및 안벽의 이상진동을 감지하는 경우, 상기 3차원 영상을 기반으로 상기 방파제 및 안벽의 변형을 분석하여 상기 방파제 및 안벽에 대한 변형 정보를 산출하는 영상분석부를 포함한다.
상기 영상분석부는, 상기 3차원 영상을 이용하여 변형좌표를 획득하고, 상기 획득된 변형좌표를 이용하여 상기 변형 정보를 산출한다.
상기 영상분석부는, 상기 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상에서 미리 설정된 복수의 목표점에 대하여 초기좌표를 설정하고, 상기 변형 발생 후의 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 각 목표점의 초기좌표에 대한 상대좌표를 추정하고, 상기 추정된 상대좌표를 이용하여 각 목표점의 변위를 산출하고, 변위량이 미리 설정된 임계치를 초과하는 목표점의 좌표를 상기 변형좌표로 획득한다.
상기 영상분석부는, 상기 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 방파제 및 안벽에 대한 3차원 모델을 생성하거나, 상기 방파제 및 안벽의 설계도 정보를 입력받고, 상기 입력된 설계도 정보로부터 포인트 클라우드 방식으로 3차원 모델을 생성한다.
상기 영상분석부는, 상기 변형좌표를 상기 3차원 모델에 적용하여 상기 3차원 모델을 업데이트하여 상기 변형 정보를 산출한다.
본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치는, 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링하여 이상진동이 감지되면, 방파제 및 안벽에 대한 영상을 획득 및 분석하여 실시간으로 방파제 및 안벽의 변형 정보를 제공함으로써, 방파제와 안벽의 파손에 따른 재난에 대하여 실시간으로 대응 가능하게 할 수 있다.
도 1은 설치된 방파제 및 안벽이 일부 파괴된 모습의 예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치의 동작 방법을 예시하여 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치는, 센서부(10), 카메라부(20), 모니터링부(30), 영상분석부(40) 및 출력부(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
센서부(10)는 방파제 및 안벽에 임의의 적어도 하나의 지점에 설치되어 방파제 및 안벽에 가해지는 충격으로 발생하는 진동에 따른 진동 정보를 획득한다.
예를 들어, 센서부(10)는 가속도계, 경사계 등을 포함할 수 있다. 그래서, 센서부(10)는 방파제 및 안벽에 가해지는 충격으로 발생한 진동, 기울어짐 여부 및 정도 등을 측정하여 진동 정보를 획득할 수 있다.
카메라부(20)는 방파제 및 안벽을 촬영 가능하도록 설치되어 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 실시간으로 획득한다.
예를 들어, 카메라부(20)는 3차원 카메라 또는 모션 캡처 카메라일 수 있으며, 각 방향의 변형위치 지점을 3차원 좌표 또는 깊이(depth) 방향의 정보를 획득할 수 있다. 이를 통해, 구조물의 변형 형상의 변형 전후의 변위정보가 정확하게 획득될 수 있다.
모니터링부(30)는 센서부(10)에 의하여 획득되는 진동 정보를 이용하여 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링한다. 이때, 모니터링부(30)는 사용자의 실시간 모니터링이 가능하도록 후술할 출력부(50)를 통해 획득되는 진동 정보를 출력한다. 예를 들어, 모니터링부(30)는 지도 상에 방파제 및 안벽의 위치에 획득된 진동 정보를 표시하여 디스플레이에 출력할 수 있다.
그리고, 모니터링부(30)는 진동 모니터링에 따라 방파제 및 안벽의 이상진동을 감지하면, 출력부(50)를 통해 알람신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 모니터링부(30)는 가속도계에 의하여 측정된 진동값이 미리 설정된 임계치를 초과하는 경우, 이상진동이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 모니터링부(30)는 방파제 및 안벽의 이상진동이 발생함에 따라 영상분석부(40)가 영상기반으로 방파제 및 안벽의 변형을 분석하도록, 영상분석부(40)로 영상분석 명령신호를 전송할 수 있다.
영상분석부(40)는 모니터링부(30)로부터 영상분석 명령신호의 수신에 따라 방파제 및 안벽에 대한 변형 정보를 산출하기 위하여, 카메라부(20)를 이용한 방파제 및 안벽의 영상 분석을 수행한다.
우선, 영상분석부(40)는 카메라부(20)를 통해 방파제 및 안벽의 전반적인 3차원 영상을 획득하고, 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상으로부터 변형좌표를 획득한다.
예를 들어, 영상분석부(40)는 사전에, 즉 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상에서 미리 설정된 복수의 목표점에 대하여 초기좌표를 설정할 수 있다. 그리고, 영상분석부(40)는 변형 발생 후 즉, 모니터링부(30)로부터 영상분석 명령신호의 수신에 따라 카메라부(20)를 통해 변형 후의 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 획득하고, 변형 후의 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 각 목표점의 초기좌표에 대한 상대좌표를 추정할 수 있다. 그리고, 영상분석부(40)는 추정된 상대좌표를 이용하여 각 목표점의 변위를 산출할 수 있으며, 변위량이 미리 설정된 임계치를 초과하는 목표점의 좌표를 변형좌표로 획득할 수 있다.
영상분석부(40)는 획득된 변형좌표를 이용하여 방파제 및 안벽에 대한 변형 정보를 산출할 수 있다.
예를 들어, 영상분석부(40)는 사전에, 즉 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 방파제 및 안벽에 대한 3차원 모델을 생성할 수 있다. 또는, 영상분석부(40)는 방파제 및 안벽의 설계도 정보를 입력받고, 입력된 설계도 정보로부터 포인트 클라우드 방식으로 3차원 모델을 생성할 수 있다. 이후, 영상분석부(40)는 방파제 및 안벽의 변형 발생에 따라 획득된 변형좌표를 방파제 및 안벽에 대한 3차원 모델에 적용하여 3차원 모델을 업데이트할 수 있다. 이를 통해, 변형 정보가 산출될 수 있다.
즉, 변형 정보는 방파제 및 안벽의 변형 발생이 적용된 3차원 모델을 포함할 수 있다. 또한, 변형 정보는 변형된 방파제 및 안벽의 실제 영상, 변위량으로부터 추정되는 각 목표점의 파손 정도 정보, 수리예상비용 정보 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 파손 정도 정보는, 미리 설정된 보수 가능 임계치를 기준으로 변위량에 따라 보수 또는 교체 등으로 추정될 수 있다. 그리고, 수리예상비용은 보수인 경우 변위량에 따라 미리 설정된 비율에 따라 추정되거나, 교체인 경우 교체비용으로 추정될 수 있다.
영상분석부(40)는 모니터링부(30)와 같이, 사용자의 실시간 모니터링이 가능하도록 후술할 출력부(50)를 통해 획득되는 변형 정보를 출력한다. 예를 들어, 영상분석부(40)는 지도 상에 방파제 및 안벽의 위치에 획득된 변형 정보를 모니터링부(30)가 표시한 진동 정보와 함께, 표시하여 디스플레이에 출력할 수 있다.
한편, 영상분석부(40)는 산출한 변형 정보를 데이터베이스에 저장할 수 있으며, 데이터베이스에 저장된 변형 정보를 조회하도록 미리 설정된 사용자의 단말로 알림 메시지를 전송할 수 있다.
예를 들어, 영상분석부(40)는 변형 정보를 각종 문서 타입의 보고서로 데이터베이스에 저장할 수 있고, 보고서가 저장된 데이터베이스로의 접근정보를 포함하는 항구시설물 피해발생 알림 메시지를 해수부, 지방청, 공단 등의 관계자의 단말로 전송할 수 있다.
출력부(50)는 모니터링부(30)가 생성하는 진동 정보 및 알람 신호, 영상분석부(40)가 산출한 변형 정보를 출력한다.
예를 들어, 출력부(50)는 진동 정보, 변형 정보 및 알람 신호를 시각적 및 청각적으로 출력하기 위한 디스플레이, 스피커, 경광등 등을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치의 동작 방법을 예시하여 나타낸 도면이다.
S310 단계에서, 영상분석부(40)는 사전에, 즉 방파제 및 안벽의 변형이 발생하기 전에 방파제 및 안벽에 대한 3차원 모델을 생성한다.
예를 들어, 영상분석부(40)는 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 방파제 및 안벽에 대한 3차원 모델을 생성하거나, 또는 방파제 및 안벽의 설계도 정보를 입력받고, 입력된 설계도 정보로부터 포인트 클라우드 방식으로 3차원 모델을 생성할 수 있다.
이때, 영상분석부(40)는 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상에서 미리 설정된 복수의 목표점에 대하여 초기좌표를 설정할 수 있다.
S320 단계에서, 모니터링부(30)는 센서부(10)에 의하여 획득되는 진동 정보를 이용하여 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링한다.
S330 단계에서, 모니터링부(30)는 진동 모니터링에 따라 방파제 및 안벽의 이상진동이 감지되는지 여부를 판단한다.
S340 단계에서, 영상분석부(40)는 방파제 및 안벽의 이상진동이 발생한 경우, 카메라부(20)를 통해 방파제 및 안벽의 전반적인 3차원 영상을 획득하고, 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상으로부터 변형좌표를 획득한다.
예를 들어, 영상분석부(40)는 이상진동 발생에 따라 카메라부(20)를 통해 변형 후의 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 획득하고, 변형 후의 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 각 목표점의 초기좌표에 대한 상대좌표를 추정할 수 있다. 그리고, 영상분석부(40)는 추정된 상대좌표를 이용하여 각 목표점의 변위를 산출할 수 있으며, 변위량이 미리 설정된 임계치를 초과하는 목표점의 좌표를 변형좌표로 획득할 수 있다.
S350 단계에서, 영상분석부(40)는 획득된 변형좌표를 이용하여 방파제 및 안벽의 변형에 분석을 수행하고, 분석정보를 사용자에게 제공한다.
즉, 영상분석부(40)는 획득된 변형좌표를 이용하여 방파제 및 안벽에 대한 변형 정보를 산출할 수 있다. 여기서, 변형 정보는 방파제 및 안벽의 변형 발생이 적용된 3차원 모델을 포함할 수 있다. 또한, 변형 정보는 변형된 방파제 및 안벽의 실제 영상, 변위량으로부터 추정되는 각 목표점의 파손 정도 정보, 수리예상비용 정보 등을 포함할 수 있다.
그리고, 영상분석부(40)는 모니터링부(30)와 같이, 사용자의 실시간 모니터링이 가능하도록 후술할 출력부(50)를 통해 획득되는 변형 정보를 출력한다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 센서부
20: 카메라부
30: 모니터링부
40: 영상분석부
50: 출력부

Claims (5)

  1. 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치에 있어서,
    상기 방파제 및 안벽에 가해지는 충격으로 발생하는 진동에 따른 진동 정보를 획득하는 센서부;
    상기 진동 정보를 이용하여 상기 방파제 및 안벽의 진동을 모니터링하는 모니터링부;
    상기 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 획득하는 카메라부; 및
    상기 모니터링부가 상기 방파제 및 안벽의 이상진동을 감지하는 경우, 상기 3차원 영상을 기반으로 상기 방파제 및 안벽의 변형을 분석하여 상기 방파제 및 안벽에 대한 변형 정보를 산출하는 영상분석부를 포함하되,
    상기 영상분석부는,
    상기 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상에서 미리 설정된 복수의 목표점에 대하여 초기좌표를 설정하고, 상기 변형 발생 후의 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 각 목표점의 초기좌표에 대한 상대좌표를 추정하고, 상기 추정된 상대좌표를 이용하여 각 목표점의 변위를 산출하고, 변위량이 미리 설정된 임계치를 초과하는 목표점의 좌표를 변형좌표로 획득하고,
    상기 변형이 발생하기 전에 획득된 방파제 및 안벽의 3차원 영상을 이용하여 방파제 및 안벽에 대한 3차원 모델을 생성하거나, 상기 방파제 및 안벽의 설계도 정보를 입력받고, 상기 입력된 설계도 정보로부터 포인트 클라우드 방식으로 3차원 모델을 생성하고,
    상기 변형좌표를 상기 3차원 모델에 적용하여 상기 3차원 모델을 업데이트하여 상기 변형 정보를 산출하고,
    상기 변형 정보는 방파제 및 안벽의 변형 발생이 적용된 3차원 모델, 변형된 방파제 및 안벽의 실제 영상, 상기 변위량으로부터 추정되는 각 목표점의 파손 정도 정보 및 수리예상비용 정보를 포함하고,
    상기 파손 정도 정보는 미리 설정된 보수 가능 임계치를 기준으로 상기 변위량에 따라 보수 또는 교체로 추정되고,
    상기 수리예상비용은 상기 보수인 경우 상기 변위량의 미리 설정된 비율에 따라 추정되거나, 상기 교체인 경우 미리 설정된 교체비용으로 추정되는 것을 특징으로 하는 방파제와 안벽에 대한 모니터링 장치.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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