KR102580358B1 - Apparatus and method for structural health monitoring using distributed sensing technique based on random-accessibility and multi-spatial Resolution - Google Patents

Apparatus and method for structural health monitoring using distributed sensing technique based on random-accessibility and multi-spatial Resolution Download PDF

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Abstract

임의 위치 계측 및 다중 공간분해능 계측이 가능한 분포형 센싱 기법을 활용한 구조물 건전성 모니터링 장치 및 방법이 개시된다. 구조물 건전성 모니터링 방법은, 미리 설정된 낮은 공간분해능(Low-fidelity reference) 및 미리 설정된 높은 공간분해능(High-fidelity reference)으로 계측된 모니터링 대상 구조물의 초기 상태의 계측값을 획득하여 기준치를 생성하는 단계, 낮은 공간분해능으로 계측된 제1 계측 지점별 계측값을 획득하고, 획득된 제1 계측 지점별 계측값 및 기준치를 이용하여 낮은 공간분해능으로 모니터링 대상 구조물에 대한 모니터링을 수행하는 단계, 모니터링 결과, 획득되는 제1 계측 지점별 계측값 중에서 이상치가 발견된 경우, 이상치가 발견된 구간에서 높은 공간분해능으로 계측된 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계 및 획득된 제2 계측 지점별 계측값 중에서 이상치를 탐지하여 손상 위치를 산출하는 단계를 포함한다.A structure health monitoring device and method utilizing a distributed sensing technique capable of random position measurement and multi-spatial resolution measurement are disclosed. The structure health monitoring method includes the steps of obtaining measured values of the initial state of the monitoring target structure measured with a preset low-fidelity reference and a preset high-fidelity reference, and generating a reference value; Obtaining measurement values for each first measurement point measured at low spatial resolution, and performing monitoring on the structure to be monitored at low spatial resolution using the obtained measurement values and reference values for each first measurement point, monitoring results, acquisition If an outlier is found among the measured values for each first measurement point, obtaining the measured value for each second measurement point measured with high spatial resolution in the section where the outlier was found, and the step of obtaining the measured value for each second measurement point obtained, It includes the step of detecting the damage and calculating the damage location.

Description

임의 위치 계측 및 다중 공간분해능 계측이 가능한 분포형 센싱 기법을 활용한 구조물 건전성 모니터링 장치 및 방법{Apparatus and method for structural health monitoring using distributed sensing technique based on random-accessibility and multi-spatial Resolution}Structural health monitoring device and method using distributed sensing technique capable of random location measurement and multi-spatial resolution measurement {Apparatus and method for structural health monitoring using distributed sensing technique based on random-accessibility and multi-spatial resolution}

본 발명은 임의 위치 계측 및 다중 공간분해능 계측이 가능한 분포형 센싱 기법을 활용한 구조물 건전성 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structural health monitoring device and method using a distributed sensing technique capable of random position measurement and multi-spatial resolution measurement.

공용 중인 사회기반시설물의 노후화는 점차 세계적으로 중요한 이슈로서, 많은 연구가 진행 중이다. 우리나라도 미국과 일본의 사례와 같이, 향후 급속하게 SOC 시설물의 노후화가 문제가 될 것으로 인지하고 있으며, 이를 위한 효율적이고 신뢰성 높은 유지관리 기술에 대한 연구개발을 진행하고 있다. 구조물 건전성 모니터링은 사회기반시설물에 설치된 센서를 이용하여 시설물을 계측하고, 이를 토대로 손상을 조기에 감지하여 신속하게 관리주체에게 알람을 주어 추후 유지보수 등의 의사결정을 지원하는 시스템이다.The deterioration of public infrastructure is an increasingly important issue worldwide, and much research is in progress. Like the cases of the United States and Japan, Korea also recognizes that the rapid aging of SOC facilities will become a problem in the future, and is conducting research and development on efficient and reliable maintenance technology for this purpose. Structural health monitoring is a system that measures facilities using sensors installed in social infrastructure, detects damage early on based on this, and quickly alerts managers to support decision-making such as future maintenance.

일반적으로, 손상에 민감한 변형률을 활용한 계측 시스템이 많이 활용되고 있으며, 내구성이 높고 전자기 간섭에 영향을 받지 않아 영구적으로 활용이 가능한 광섬유 센서를 활용한 연구가 많이 진행되었다. 대표적인 광섬유 센서에는, 광섬유 격자 센서(Fiber Bragg grating sensor)가 있다.In general, measurement systems that utilize damage-sensitive strain rates are widely used, and much research has been conducted using optical fiber sensors that are highly durable and unaffected by electromagnetic interference and can be used permanently. A representative optical fiber sensor includes a fiber Bragg grating sensor.

도 1은 포인트 센서 및 분포형 센서의 센싱 개념을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the sensing concept of a point sensor and a distributed sensor.

도 1을 참조하면, 광섬유 격자 센서는 도 1에 도시된 포인트 센서의 센싱 개념과 같이, 광섬유의 특정 위치에 새겨진 격자에서 반사되어 돌아오는 빛을 이용하여 변형률과 온도를 계측하는 시스템이다. 즉, 광섬유 격자 센서는 광섬유의 특정 위치의 응답을 계측하는 포인트 센서(Point sensor)이다.Referring to Figure 1, an optical fiber grid sensor is a system that measures strain and temperature using light reflected from a grid engraved at a specific position of an optical fiber, similar to the sensing concept of the point sensor shown in Figure 1. In other words, an optical fiber grid sensor is a point sensor that measures the response of a specific location of an optical fiber.

대형 사회기반시설물에서, 포인트 센서를 활용한 구조물 건전성 모니터링의 한계점은 다음과 같다.In large infrastructure facilities, the limitations of structural health monitoring using point sensors are as follows.

첫번째로, 결함(손상) 탐지를 누락할 가능성이 존재한다. 포인트 센서가 위치한 곳의 응답만을 계측하기 때문에, 포인트 센서 인근에서 발생된 손상만 탐지가 가능하다. 따라서, 포인트 센서 근방이 아닌 다른 위치에서 손상이 발생된 경우, 이를 탐지하기 어렵다. 나아가, 탐지되지 않은 손상은 구조물의 성능 및 내구성에 크게 영향을 줄 수 있으며, 최악의 경우 사고를 유발할 수 있다.First, there is the possibility of missing fault (corruption) detection. Since only the response where the point sensor is located is measured, only damage occurring near the point sensor can be detected. Therefore, if damage occurs in a location other than near the point sensor, it is difficult to detect it. Furthermore, undetected damage can significantly affect the performance and durability of a structure and, in the worst case, cause an accident.

두번째로, 유지관리 시스템의 구축 및 운영 시, 경제성 및 기술적 난제가 존재한다. 댐과 같은 대형 사회기반시설물에 적용하는 경우, 방대한 영역에 수많은 포인트 센서를 설치하는 것은 초기 시스템 구축 비용을 과다하게 상승시킨다. 그리고, 결함(손상) 정보는 사전에 알 수 없으므로, 가용한 예산 범위 내에서 센서 시스템을 설계 및 구축할 수밖에 없다. 이는 결국, 손상 탐지를 누락할 가능성이 여전히 존재함을 의미한다.Second, there are economic and technical challenges when building and operating a maintenance system. When applied to large-scale infrastructure such as dams, installing numerous point sensors in a vast area excessively increases the initial system construction cost. Additionally, since defect (damage) information cannot be known in advance, there is no choice but to design and build the sensor system within the available budget. This means that there is still a chance of missing corruption detection.

다시, 도 1을 참조하면, 포인트 센서의 한계점을 극복하는 방법으로서, 도 1에 도시된 분포형 센서와 같이, 광섬유 내 산란현상에 기인하여 광섬유 케이블의 길이방향으로 연속적인 계측이 가능한 분포형 센서를 활용하는 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 분포형 센서의 장점 및 단점은 다음과 같다.Referring again to Figure 1, as a method of overcoming the limitations of point sensors, like the distributed sensor shown in Figure 1, a distributed sensor capable of continuous measurement in the longitudinal direction of the optical fiber cable due to the scattering phenomenon within the optical fiber. Research utilizing . The advantages and disadvantages of such a distributed sensor are as follows.

첫번째 장점은, 일반적인 광섬유 케이블을 센싱 유닛으로 활용할 수 있다는 점이다. 분포형 광섬유 센싱 기법은 일반적인 통신용 광섬유 케이블을 사용하여 수행될 수 있다. 그래서, 일반 통신용 광섬유 케이블을 대형 사회기반시설물에 부착하여 변형률 및 온도를 측정하는데 사용할 수 있다. 일반적으로, 광섬유 격자 센서는 격자 생성을 위한 비용이 발생하나, 일반적인 통신용 광섬유 케이블은 생산 및 구입 비용이 별도로 발생되지 않는다.The first advantage is that a common optical fiber cable can be used as a sensing unit. Distributed fiber optic sensing techniques can be performed using common telecommunication fiber optic cables. Therefore, optical fiber cables for general communication can be attached to large infrastructure and used to measure strain and temperature. In general, optical fiber grid sensors incur costs for generating the grid, but general communication optical fiber cables do not incur separate production and purchase costs.

두번째 장점은, 광섬유 길이방향으로 연속적인 센싱이 가능하다는 점이다. 구조물 전반에 광섬유 케이블을 부착할 경우, 구조물 전반에 걸쳐 변형률 계측이 가능하고, 이를 통해 손상의 발생 유무를 파악하기 용이하다.The second advantage is that continuous sensing is possible along the length of the optical fiber. When optical fiber cables are attached throughout the structure, strain can be measured throughout the structure, making it easy to determine whether damage has occurred.

다음으로, 첫번째 단점은, 산란파 내 낮은 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)로 인하여 반복 측정이 필요하다는 점이다. 광섬유 내 산란현상을 통해 계측을 수행하기 때문에, 낮은 신호대잡음비를 가진다. 그래서, 동일 위치에 대하여 다수의 센싱을 수행하여, 이를 평균화하여 잡음을 줄여야 한다. 그래서, 대형 사회기반시설물에 대하여 다수의 측정점(수천~수만 포인트)에 대한 계측이 필요할 경우(1km 길이의 센싱 구간), 계측에 많은 시간이 소요되어 신속한 손상 감지가 어렵다. Next, the first disadvantage is that repeated measurements are required due to the low signal to noise ratio (SNR) in the scattered waves. Because measurement is performed through scattering within the optical fiber, it has a low signal-to-noise ratio. Therefore, multiple sensing must be performed for the same location and averaged to reduce noise. Therefore, when measurement of multiple measurement points (thousands to tens of thousands of points) is required for large infrastructure facilities (1 km long sensing section), it takes a lot of time to measure, making it difficult to quickly detect damage.

두번째 단점은, 공간분해능에 따른 정밀한 손상 위치 탐지의 유무가 존재한다는 점이다. 분포형 센싱 기법은 공간분해능이라는 개념을 가진다. 공간분해능은 길이 단위로 표현되며, 공간분해능에 따른 계측값은 단위길이마다 계측되는 변형률 또는 온도의 평균값을 의미할 수 있다. 수 센티미터(cm)의 높은 공간분해능은 광섬유 길이방향으로 수 센티미터 단위로 계측 지점을 촘촘하게 생성할 수 있다. 반면에, 수 미터(m)의 낮은 공간분해능은 광섬유 길이방향으로 수 미터 단위로 계측 지점을 생성할 수 있다.The second drawback is that there is no precise damage location detection depending on spatial resolution. Distributed sensing techniques have the concept of spatial resolution. Spatial resolution is expressed in units of length, and the measured value according to spatial resolution may mean the average value of strain or temperature measured for each unit length. High spatial resolution of several centimeters (cm) can produce measurement points densely in units of several centimeters along the length of the optical fiber. On the other hand, a low spatial resolution of several meters (m) can generate measurement points in units of several meters along the length of the optical fiber.

예를 들어, 정밀하게 손상을 탐지하고자, 높은 공간분해능인 2cm단위로 1km의 광섬유를 길이방향으로 계측하면, 50,000포인트가 생성된다. 실제 현장에서 SNR 향상을 위하여 N번 반복 측정을 할 경우, 반복 횟수만큼 계측시간이 선형적으로 증가할 수 있다(50,000포인트*N번). 반면에, 10m의 낮은 공간분해능으로 1km의 광섬유를 계측하면, 100포인트가 생성된다. SNR 향상을 위하여 N번 반복 측정을 할 경우, 반복 횟수만큼 계측시간이 선형적으로 증가할 수 있다(100포인트*N번).For example, in order to precisely detect damage, if 1 km of optical fiber is measured in the longitudinal direction with high spatial resolution of 2 cm, 50,000 points are generated. When repeating measurements N times to improve SNR in an actual field, the measurement time can linearly increase by the number of repetitions (50,000 points * N times). On the other hand, when measuring 1 km of optical fiber with a low spatial resolution of 10 m, 100 points are generated. When repeating measurements N times to improve SNR, the measurement time can linearly increase by the number of repetitions (100 points * N times).

광섬유의 길이방향을 따라 단위 길이마다 측정되는 산란파는 신호처리를 통해 변형률 또는 온도와 연관된 물리량(예를 들어, 브릴루앙 주파수)으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 1초에 처리 가능한 포인트 수가 10포인트라면, 높은 공간분해능에서 생성된 50,000포인트의 처리에 소요되는 시간은 5,000초(50,000/10)이다. 반면에, 낮은 공간분해능에서 생성된 100포인트의 처리에 소요되는 시간은 10초(100/10)로서, 소요시간이 크게 감소된다.Scattered waves measured for each unit length along the longitudinal direction of the optical fiber can be converted into a physical quantity (for example, Brillouin frequency) related to strain or temperature through signal processing. For example, if the number of points that can be processed per second is 10, the time required to process 50,000 points generated at high spatial resolution is 5,000 seconds (50,000/10). On the other hand, the time required to process 100 points generated at low spatial resolution is 10 seconds (100/10), which greatly reduces the time required.

따라서, 분포형 센서가 댐, 초장대교량 등과 같은 대형 구조물의 건전성 모니터링에 활용될 경우, 다음과 같은 트레이드 오프(trade-off)가 발생한다. 즉, 높은 공간분해능을 사용할 경우, 계측 지점이 조밀해져서 손상 위치를 정확하게 탐지할 수 있으나, 계측 시간이 과다하게 증가하여 실효성이 떨어질 수 있다. 반면에, 낮은 공간분해능을 사용할 경우, 계측 지점이 드물어져서 계측 시간이 가용한 수준으로 소요되지만, 손상 위치를 정확하게 탐지하기가 어려워질 수 있다.Therefore, when distributed sensors are used to monitor the health of large structures such as dams and long-span bridges, the following trade-off occurs. In other words, when high spatial resolution is used, the measurement points become denser and the damage location can be accurately detected, but the measurement time may increase excessively, reducing effectiveness. On the other hand, when using low spatial resolution, measurement points may become rare, making it difficult to accurately detect damage location, although measurement time is usable.

대한민국등록특허공보 제10-0879601호(2009.01.13)Republic of Korea Patent Publication No. 10-0879601 (2009.01.13)

본 발명은 임의 위치 계측 및 다중 공간분해능 계측이 가능한 분포형 광섬유 센서 시스템을 이용하여 구조물을 모니터링하되, 공간분해능을 적응적으로 조정하여 구조물의 손상을 정확히 탐지하는 구조물 건전성 모니터링 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention monitors a structure using a distributed optical fiber sensor system capable of random position measurement and multi-spatial resolution measurement, and provides a structure health monitoring device and method that accurately detects damage to the structure by adaptively adjusting the spatial resolution. It is for.

본 발명의 일 측면에 따르면, 모니터링 대상 구조물의 모니터링 구간을 따라 설치된 계측용 광섬유 케이블을 통해 계측값을 산출하는 분포형 광섬유 센서 장치로부터 상기 계측값을 획득하는 구조물 건전성 모니터링 장치가 수행하는 구조물 건전성 모니터링 방법이 개시된다.According to one aspect of the present invention, structural health monitoring is performed by a structural health monitoring device that obtains the measured value from a distributed optical fiber sensor device that calculates the measured value through a measurement optical fiber cable installed along the monitoring section of the monitoring target structure. A method is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 방법은, 미리 설정된 낮은 공간분해능(Low-fidelity reference) 및 미리 설정된 높은 공간분해능(High-fidelity reference)으로 계측된 상기 모니터링 대상 구조물의 초기 상태의 계측값을 획득하여 기준치를 생성하는 단계, 상기 낮은 공간분해능으로 계측된 제1 계측 지점별 계측값을 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값 및 상기 기준치를 이용하여 상기 낮은 공간분해능으로 상기 모니터링 대상 구조물에 대한 모니터링을 수행하는 단계, 상기 모니터링 결과, 상기 획득되는 제1 계측 지점별 계측값 중에서 이상치가 발견된 경우, 상기 이상치가 발견된 구간에서 상기 높은 공간분해능으로 계측된 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계 및 상기 획득된 제2 계측 지점별 계측값 중에서 이상치를 탐지하여 손상 위치를 산출하는 단계를 포함한다.The structure health monitoring method according to an embodiment of the present invention includes the measured value of the initial state of the monitoring target structure measured with a preset low-fidelity reference and a preset high-fidelity reference. Obtaining and generating a reference value, obtaining measured values for each first measurement point measured at the low spatial resolution, and using the obtained measured value for each first measurement point and the reference value to monitor the target at the low spatial resolution. Performing monitoring on a structure, when an outlier is found among the obtained measurement values for each first measurement point as a result of the monitoring, measurement for each second measurement point measured with the high spatial resolution in the section where the outlier was found. It includes a step of acquiring a value, and a step of detecting an anomaly among the obtained measured values for each second measurement point and calculating a damage location.

상기 기준치를 생성하는 단계는, 상기 낮은 공간분해능 및 상기 높은 공간분해능 별로 계측된 낮은 공간분해능 기준치 및 높은 공간분해능 기준치를 생성한다.The step of generating the reference value generates a low spatial resolution reference value and a high spatial resolution reference value measured for each of the low spatial resolution and the high spatial resolution.

상기 모니터링을 수행하는 단계는, 상기 분포형 광섬유 센서 장치가 상기 낮은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 상기 분포형 광섬유 센서 장치로부터 상기 제1 계측 지점별 계측값을 주기적으로 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값과 상기 낮은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지한다.The step of performing the monitoring includes controlling the distributed optical fiber sensor device to measure at the low spatial resolution, periodically acquiring measured values for each first measurement point from the distributed optical fiber sensor device, and obtaining the measured value for each first measurement point from the distributed optical fiber sensor device. A difference value between the measured value for each first measurement point and the low spatial resolution reference value is calculated, and an anomaly is detected by checking whether the calculated difference value exceeds a preset threshold.

상기 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계는, 상기 분포형 광섬유 센서 장치가 상기 이상치가 발견된 구간을 상기 높은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 상기 분포형 광섬유 센서 장치로부터 상기 제2 계측 지점별 계측값을 획득한다.The step of acquiring the measured value for each second measurement point includes controlling the distributed optical fiber sensor device to measure the section where the outlier is found with the high spatial resolution, and then measuring the second measurement value from the distributed optical fiber sensor device. Obtain measured values for each point.

상기 손상 위치를 산출하는 단계는, 상기 제2 계측 지점별 계측값과 상기 높은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지하고, 상기 이상치로 판정된 계측 지점을 상기 손상 위치로 산출한다.The step of calculating the damage location includes calculating a difference value between the measured value for each second measurement point and the high spatial resolution reference value, and detecting an outlier by checking whether the calculated difference value exceeds a preset threshold. And, the measurement point determined as the outlier is calculated as the damage location.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 모니터링 대상 구조물의 모니터링 구간을 따라 설치된 계측용 광섬유 케이블을 통해 계측값을 산출하는 분포형 광섬유 센서 장치로부터 상기 계측값을 획득하는 구조물 건전성 모니터링 장치가 개시된다.According to another aspect of the present invention, a structure health monitoring device that obtains the measured value from a distributed optical fiber sensor device that calculates the measured value through an optical fiber cable for measurement installed along the monitoring section of the monitored structure is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치는, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 미리 설정된 낮은 공간분해능(Low-fidelity reference) 및 미리 설정된 높은 공간분해능(High-fidelity reference)으로 계측된 상기 모니터링 대상 구조물의 초기 상태의 계측값을 획득하여 기준치를 생성하는 단계, 상기 낮은 공간분해능으로 계측된 제1 계측 지점별 계측값을 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값 및 상기 기준치를 이용하여 상기 낮은 공간분해능으로 상기 모니터링 대상 구조물에 대한 모니터링을 수행하는 단계, 상기 모니터링 결과, 상기 획득되는 제1 계측 지점별 계측값 중에서 이상치가 발견된 경우, 상기 이상치가 발견된 구간에서 상기 높은 공간분해능으로 계측된 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계 및 상기 획득된 제2 계측 지점별 계측값 중에서 이상치를 탐지하여 손상 위치를 산출하는 단계를 포함하는 구조물 건전성 모니터링 방법을 수행한다.A structural health monitoring device according to an embodiment of the present invention includes a memory for storing a command and a processor for executing the command, wherein the command has a preset low-fidelity reference and a preset high spatial resolution. Obtaining a measured value of the initial state of the monitoring target structure measured with a (high-fidelity reference) and generating a reference value, acquiring measured values for each first measurement point measured with the low spatial resolution, and 1. Monitoring the monitoring target structure at the low spatial resolution using measured values for each measurement point and the reference value, when an outlier is found among the obtained measurement values for each first measurement point as a result of the monitoring, Obtaining measured values for each second measurement point measured at the high spatial resolution in the section where the outlier was found, and calculating a damage location by detecting an outlier among the obtained measured values for each second measurement point. Implement structural health monitoring methods.

본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치 및 방법은, 임의 위치 계측 및 다중 공간분해능 계측이 가능한 분포형 광섬유 센서 시스템을 이용하여 구조물을 모니터링하되, 공간분해능을 적응적으로 조정하여 구조물의 손상을 정확히 탐지할 수 있다.The structure health monitoring device and method according to an embodiment of the present invention monitors the structure using a distributed optical fiber sensor system capable of random position measurement and multi-spatial resolution measurement, and adaptively adjusts the spatial resolution to prevent damage to the structure. It can be detected accurately.

도 1은 포인트 센서 및 분포형 센서의 센싱 개념을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치가 수행하는 구조물 건전성 모니터링 방법을 나타낸 흐름도.
도 3 내지 도 8은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
Figure 1 is a diagram showing the sensing concept of a point sensor and a distributed sensor.
Figure 2 is a flowchart showing a structural health monitoring method performed by a structural health monitoring device according to an embodiment of the present invention.
Figures 3 to 8 are diagrams for explaining the structural health monitoring method according to the embodiment of the present invention of Figure 2.
Figure 9 is a diagram schematically illustrating the configuration of a structural health monitoring device according to an embodiment of the present invention.

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.As used herein, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consists of” or “comprises” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or steps may be included in the specification. It may not be included, or it should be interpreted as including additional components or steps. In addition, terms such as "... unit" and "module" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. .

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치가 수행하는 구조물 건전성 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3 내지 도 8은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 2를 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 방법을 설명하되, 도 3 내지 도 8을 참조하기로 한다.Figure 2 is a flowchart showing a structural health monitoring method performed by a structural health monitoring device according to an embodiment of the present invention, and Figures 3 to 8 are for explaining the structural health monitoring method according to an embodiment of the present invention in Figure 2. It is a drawing. Hereinafter, a structural health monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described, focusing on FIG. 2, with reference to FIGS. 3 to 8.

S210 단계에서, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는, 미리 설정된 낮은 공간분해능(Low-fidelity reference) 및 미리 설정된 높은 공간분해능(High-fidelity reference)으로 계측된 모니터링 대상 구조물(10)의 초기 상태의 계측값을 획득하여 기준치를 생성한다.In step S210, the structure health monitoring device 100 measures the initial state of the monitoring target structure 10 measured with a preset low spatial resolution (low-fidelity reference) and a preset high spatial resolution (high-fidelity reference). Obtain a value and create a reference value.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 시스템을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram schematically illustrating a structural health monitoring system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 시스템은 구조물 건전성 모니터링 장치(100), 분포형 광섬유 센서 장치(200) 및 계측용 광섬유 케이블(210)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the structural health monitoring system according to an embodiment of the present invention may be configured to include a structural health monitoring device 100, a distributed optical fiber sensor device 200, and an optical fiber cable 210 for measurement.

본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 분포형 광섬유 센서 장치(200)로부터 모니터링 대상 구조물(10)의 모니터링 구간의 연속적인 계측값을 획득할 수 있다. 여기서, 분포형 광섬유 센서 장치(200)는 모니터링 대상 구조물(10)의 모니터링 구간을 따라 설치된 계측용 광섬유 케이블(210)을 통해 계측값을 산출할 수 있다. The structure health monitoring device 100 according to an embodiment of the present invention can obtain continuous measured values of the monitoring section of the monitoring target structure 10 from the distributed optical fiber sensor device 200. Here, the distributed optical fiber sensor device 200 can calculate measured values through the optical fiber cable 210 for measurement installed along the monitoring section of the monitoring target structure 10.

예를 들어, 분포형 광섬유 센서 장치(200)는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 장치일 수 있으며, 미리 설정된 공간분해능에 따른 계측용 광섬유 케이블(210)의 계측 지점마다 산란파를 수신하고 수신된 산란파의 신호처리를 통해 산란파를 변형률 또는 온도와 연관된 물리량으로 변환하여 계측값을 산출할 수 있다. 그리고, 계측용 광섬유 케이블(210)은 단일모드 광섬유 코어가 적용된 일반적인 통신용 광섬유 케이블일 수 있다.For example, the distributed optical fiber sensor device 200 may be a BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) device, and receives scattered waves at each measurement point of the optical fiber cable 210 for measurement according to a preset spatial resolution and receives the received scattered waves. Through signal processing, scattered waves can be converted into physical quantities related to strain or temperature to calculate measured values. Additionally, the measurement optical fiber cable 210 may be a general communication optical fiber cable to which a single-mode optical fiber core is applied.

분포형 광섬유 센서 장치(200)는 계측 변수 설정에 따라 가변되는 다중 공간분해능(Spatial Resolution)으로 동작하도록 구현될 수 있다. 여기서, 다중 공간분해능은 낮은 공간분해능 및 높은 공간분해능을 포함할 수 있다.The distributed optical fiber sensor device 200 may be implemented to operate with multiple spatial resolutions that vary depending on measurement variable settings. Here, multiple spatial resolutions may include low spatial resolution and high spatial resolution.

예를 들어, 낮은 공간분해능은 수 센티미터(cm)의 단위길이로 설정될 수 있고, 높은 공간분해능은 수 미터(m)의 단위길이로 설정될 수 있다. 이때, 계측 지점 간격(Readout)이 수 센티미터(cm)~수 미터(m)로 설정될 수 있다. 분포형 광섬유 센서 장치(200)는 수 킬로미터(km)까지 분포형 센싱을 통한 계측을 수행할 수 있다.For example, low spatial resolution may be set to a unit length of several centimeters (cm), and high spatial resolution may be set to a unit length of several meters (m). At this time, the measurement point interval (Readout) can be set to several centimeters (cm) to several meters (m). The distributed optical fiber sensor device 200 can perform measurement through distributed sensing up to several kilometers (km).

또한, 분포형 광섬유 센서 장치(200)는 계측용 광섬유 케이블(210)의 길이 방향으로 순차적으로 계측하지 않고, 임의의 계측 지점에서 계측을 수행할 수 있다.In addition, the distributed optical fiber sensor device 200 can perform measurement at an arbitrary measurement point rather than sequentially measuring the measurement optical fiber cable 210 in the longitudinal direction.

예를 들어, 대형 사회기반시설물에서 요구되는 분포형 광섬유 센서 장치(200)의 계측 성능은 도 4에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.For example, the measurement performance of the distributed optical fiber sensor device 200 required for large-scale social infrastructure may be defined as shown in FIG. 4.

즉, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 분포형 광섬유 센서 장치(200)를 이용하여 미리 설정된 높은 공간분해능 및 미리 설정된 낮은 공간분해능 별로 모니터링 대상 구조물(10)의 초기 상태를 계측하여 낮은 공간분해능 기준치 및 높은 공간분해능 기준치를 생성할 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, the structure health monitoring device 100 uses the distributed optical fiber sensor device 200 to monitor the initial state of the monitoring target structure 10 for each preset high spatial resolution and preset low spatial resolution. By measuring , low spatial resolution reference values and high spatial resolution reference values can be generated.

예를 들어, 계측용 광섬유 케이블(210) 인근의 모니터링 대상 구조물(10)에서 손상이 발생하면, 손상이 발생된 지점의 계측값은 손상 전의 계측값(즉, 기준치)과 큰 차이를 보일 수 있다.For example, if damage occurs in the monitoring target structure 10 near the measurement optical fiber cable 210, the measured value at the point where the damage occurred may show a large difference from the measured value before damage (i.e., reference value). .

S220 단계에서, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는, 낮은 공간분해능으로 계측된 계측 지점별 계측값을 획득하여 낮은 공간분해능으로 모니터링 대상 구조물(10)에 대한 모니터링을 수행한다.In step S220, the structure health monitoring device 100 acquires measured values for each measurement point measured at low spatial resolution and performs monitoring on the monitoring target structure 10 at low spatial resolution.

즉, 도 6을 참조하면, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 분포형 광섬유 센서 장치(200)가 낮은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 분포형 광섬유 센서 장치(200)로부터 낮은 공간분해능으로 계측된 계측 지점별 계측값을 주기적으로 획득하고, 획득된 계측 지점별 계측값과 낮은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출할 수 있다. 그리고, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지할 수 있다.That is, referring to FIG. 6, the structure health monitoring device 100 controls the distributed optical fiber sensor device 200 to measure at low spatial resolution, and then measures the data at low spatial resolution from the distributed optical fiber sensor device 200. Measured values for each measurement point can be periodically acquired, and the difference between the obtained measurement value for each measurement point and the low spatial resolution standard value can be calculated. Additionally, the structural health monitoring device 100 may detect an outlier by checking whether the calculated difference value exceeds a preset threshold.

예를 들어, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 산출된 계측 지점별 차이값에 대하여 MAD(Median Absolute Deviation) 알고리즘을 이용하여 이상치 탐지(Anomaly Detection)를 수행할 수 있다. 여기서, MAD 알고리즘은 중앙값 절대편차로 이상치(outlier)를 탐지하는 방법이다.For example, the structural health monitoring device 100 may perform anomaly detection using the Median Absolute Deviation (MAD) algorithm on the calculated difference values for each measurement point. Here, the MAD algorithm is a method of detecting outliers using the median absolute deviation.

S230 단계에서, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는, 낮은 공간분해능으로 계측된 계측 지점별 계측값에서 이상치가 발견되는지 여부를 판단한다.In step S230, the structural health monitoring device 100 determines whether an outlier is found in the measurement values for each measurement point measured at low spatial resolution.

구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 계측 지점이 포함된 이상치 발견 구간을 개략적인 손상 구간으로 판단할 수 있다.The structural health monitoring device 100 may determine an outlier discovery section including a measurement point where the calculated difference value exceeds a preset threshold as a rough damage section.

S240 단계에서, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는, 이상치가 발견된 경우, 모니터링 구간 중 이상치가 발견된 구간에서 높은 공간분해능으로 계측된 계측 지점별 계측값을 획득한다.In step S240, when an outlier is found, the structural health monitoring device 100 acquires measured values for each measurement point measured with high spatial resolution in the section where the outlier was found among the monitoring sections.

즉, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 분포형 광섬유 센서 장치(200)가 이상치 발견 구간을 높은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 분포형 광섬유 센서 장치(200)로부터 높은 공간분해능으로 계측된 이상치 발견 구간의 계측 지점별 계측값을 획득할 수 있다.That is, the structure health monitoring device 100 controls the distributed optical fiber sensor device 200 to measure the outlier detection section with high spatial resolution, and then discovers the outliers measured with high spatial resolution from the distributed optical fiber sensor device 200. Measured values for each measurement point in the section can be obtained.

예를 들어, 분포형 광섬유 센서 장치(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 임의의 계측 지점에서 계측하는 임의 위치 계측(Random-accessibility) 기능을 이용하여 높은 공간분해능으로 계측을 수행할 수 있다.For example, as shown in FIG. 7, the distributed optical fiber sensor device 200 can perform measurement with high spatial resolution using a random-accessibility function that measures at a random measurement point. .

S250 단계에서, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는, 높은 공간분해능으로 계측된 계측 지점별 계측값 중에서 이상치를 탐지하여 손상 위치를 산출한다.In step S250, the structural health monitoring device 100 detects outliers among the measured values for each measurement point measured with high spatial resolution and calculates the damage location.

즉, 도 8을 참조하면, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 획득된 이상치 발견 구간의 계측 지점별 계측값과 높은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지할 수 있고, 차이값이 이상치로 판정된 계측 지점을 최종적인 손상 위치로 산출할 수 있다.That is, referring to FIG. 8, the structural health monitoring device 100 calculates the difference value between the measured value for each measurement point in the acquired outlier detection section and the high spatial resolution standard value, and the calculated difference value exceeds the preset threshold value. Outliers can be detected by checking whether the difference value is an outlier, and the measurement point where the difference value is determined to be an outlier can be calculated as the final damage location.

예를 들어, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 산출된 계측 지점별 차이값에 대하여 MAD(Median Absolute Deviation) 알고리즘을 이용하여 이상치 탐지(Anomaly Detection)를 수행할 수 있다.For example, the structural health monitoring device 100 may perform anomaly detection using the Median Absolute Deviation (MAD) algorithm on the calculated difference values for each measurement point.

그리고, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 산출된 손상 위치를 모니터링 대상 구조물(10)의 관리자에게 통보할 수 있다.In addition, the structure health monitoring device 100 may notify the manager of the monitoring target structure 10 of the calculated damage location.

예를 들어, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 유무선의 통신수단을 구비할 수 있으며, 구비된 통신수단을 통해 산출된 손상 위치를 포함하는 모니터링 메시지를 관리자의 단말로 전송할 수 있다.For example, the structural health monitoring device 100 may be equipped with wired or wireless communication means, and may transmit a monitoring message including the calculated damage location to the manager's terminal through the provided communication means.

이와 같이, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 모니터링 대상 구조물(10)의 전체 모니터링 구간을 낮은 공간분해능으로 계측하여 계측 소요 시간 및 연산 소요 자원을 최소화할 수 있고, 낮은 공간분해능의 계측을 통해 발견된 손상 예상 구간을 높은 공간분해능으로 임의 위치 계측하여 정확한 손상 위치를 산출할 수 있다. 이를 통해, 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 한정적 자원 내에서 효율적이고 정확도 높은 모니터링을 수행하여 객관적이고 다양한 미지의 손상 유형에도 효과적으로 적용될 수 있고, 구조물의 손상 탐지 외에도 파이프라인 또는 댐의 누수(Leakage)로 인한 온도 변화 등을 포착하는 데에도 확장 가능하며, 사회기반시설물의 생애주기 동안 효율적인 유지관리 계획, 보수 및 보강의 시긴 및 방법 등에 대한 의사결정이 가능할 수 있다.In this way, the structure health monitoring device 100 measures the entire monitoring section of the monitoring target structure 10 at low spatial resolution, thereby minimizing the time required for measurement and the resources required for computation, and the data discovered through measurement at low spatial resolution can be minimized. The exact location of damage can be calculated by randomly measuring the expected damage section with high spatial resolution. Through this, the structure health monitoring device 100 performs efficient and highly accurate monitoring within limited resources and can be effectively applied to objective and various unknown damage types. In addition to detecting damage to structures, it can also detect leakage of pipelines or dams. It can also be expanded to capture changes in temperature, etc., and it can be possible to make decisions about efficient maintenance plans, repair and reinforcement timing and methods, etc. during the life cycle of social infrastructure.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram schematically illustrating the configuration of a structural health monitoring device according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(120), 통신부(130) 및 인터페이스부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 9, the structural health monitoring device 100 according to an embodiment of the present invention includes a processor 110, a memory 120, a communication unit 130, and an interface unit 140.

프로세서(110)는 메모리(120)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다.The processor 110 may be a CPU or a semiconductor device that executes processing instructions stored in the memory 120.

메모리(120)는 다양한 유형의 휘발성 또는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 ROM, RAM 등을 포함할 수 있다.Memory 120 may include various types of volatile or non-volatile storage media. For example, memory 120 may include ROM, RAM, etc.

예를 들어, 메모리(120)는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 건전성 모니터링 방법을 수행하는 명령어들을 저장할 수 있다.For example, the memory 120 may store instructions for performing a structure health monitoring method according to an embodiment of the present invention.

통신부(130)는 통신망을 통해 다른 장치들과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.The communication unit 130 is a means for transmitting and receiving data with other devices through a communication network.

인터페이스부(140)는 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.The interface unit 140 may include a network interface and a user interface for accessing a network.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.Meanwhile, the components of the above-described embodiment can be easily understood from a process perspective. In other words, each component can be understood as a separate process. Additionally, the processes of the above-described embodiments can be easily understood from the perspective of the components of the device.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Additionally, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be possible. should be regarded as falling within the scope of the patent claims below.

10: 모니터링 대상 구조물
100: 구조물 건전성 모니터링 장치
110: 프로세서
120: 메모리
130: 통신부
140: 인터페이스부
200: 분포형 광섬유 센서 장치
210: 계측용 광섬유 케이블
10: Structure to be monitored
100: Structure health monitoring device
110: processor
120: memory
130: Department of Communications
140: Interface unit
200: Distributed optical fiber sensor device
210: Optical fiber cable for measurement

Claims (6)

모니터링 대상 구조물의 모니터링 구간을 따라 설치된 계측용 광섬유 케이블을 통해 계측값을 산출하는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 장치로부터 상기 계측값을 획득하는 구조물 건전성 모니터링 장치가 수행하는 구조물 건전성 모니터링 방법에 있어서,
미리 설정된 낮은 공간분해능(Low-fidelity reference) 및 미리 설정된 높은 공간분해능(High-fidelity reference)으로 계측된 상기 모니터링 대상 구조물의 초기 상태의 계측값을 획득하여 낮은 공간분해능 기준치 및 높은 공간분해능 기준치를 생성하는 단계;
상기 낮은 공간분해능으로 계측된 제1 계측 지점별 계측값을 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값 및 상기 낮은 공간분해능 기준치를 이용하여 상기 낮은 공간분해능으로 상기 모니터링 대상 구조물에 대한 모니터링을 수행하는 단계;
상기 모니터링 결과, 상기 획득되는 제1 계측 지점별 계측값 중에서 이상치가 발견된 경우, 상기 이상치가 발견된 구간에서 상기 높은 공간분해능으로 계측된 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계; 및
상기 획득된 제2 계측 지점별 계측값 중에서 이상치를 탐지하여 손상 위치를 산출하는 단계를 포함하되,
상기 모니터링을 수행하는 단계는,
상기 BOCDA 장치가 상기 낮은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 상기 BOCDA 장치로부터 상기 제1 계측 지점별 계측값을 주기적으로 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값과 상기 낮은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지하고,
상기 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계는,
상기 BOCDA 장치가 상기 이상치가 발견된 구간을 상기 높은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 상기 BOCDA 장치로부터 상기 제2 계측 지점별 계측값을 획득하고,
상기 손상 위치를 산출하는 단계는,
상기 제2 계측 지점별 계측값과 상기 높은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지하고, 상기 이상치로 판정된 계측 지점을 상기 손상 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 구조물 건전성 모니터링 방법.
In the structure health monitoring method performed by a structure health monitoring device that obtains the measured value from a BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) device that calculates the measured value through a measurement optical fiber cable installed along the monitoring section of the monitored structure,
Obtain measured values of the initial state of the monitored structure measured with a preset low-fidelity reference and a preset high-fidelity reference to generate low-fidelity reference values and high-fidelity reference values. steps;
Obtain measured values for each first measurement point measured at the low spatial resolution, and monitor the monitoring target structure at the low spatial resolution using the obtained measured value for each first measurement point and the low spatial resolution reference value. Steps to perform;
As a result of the monitoring, when an outlier is found among the obtained measured values for each first measurement point, acquiring a measured value for each second measurement point measured with the high spatial resolution in the section where the outlier is found; and
Detecting outliers among the obtained measurement values for each second measurement point and calculating the location of damage,
The steps for performing the monitoring are:
After controlling the BOCDA device to measure at the low spatial resolution, the measured value for each first measurement point is periodically obtained from the BOCDA device, and the obtained measured value for each first measurement point and the low spatial resolution reference value are combined. Detect outliers by calculating a difference value and checking whether the calculated difference value exceeds a preset threshold,
The step of acquiring measured values for each second measurement point is,
After controlling the BOCDA device to measure the section where the outlier was found with the high spatial resolution, obtaining measured values for each second measurement point from the BOCDA device,
The step of calculating the damage location is,
Calculate a difference between the measured value for each second measurement point and the high spatial resolution reference value, detect an outlier by checking whether the calculated difference exceeds a preset threshold, and detect the measurement point determined as an outlier. A structural health monitoring method, characterized in that calculating to the damage location.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 모니터링 대상 구조물의 모니터링 구간을 따라 설치된 계측용 광섬유 케이블을 통해 계측값을 산출하는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 장치로부터 상기 계측값을 획득하는 구조물 건전성 모니터링 장치에 있어서,
명령어를 저장하는 메모리; 및
상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 명령어는,
미리 설정된 낮은 공간분해능(Low-fidelity reference) 및 미리 설정된 높은 공간분해능(High-fidelity reference)으로 계측된 상기 모니터링 대상 구조물의 초기 상태의 계측값을 획득하여 낮은 공간분해능 기준치 및 높은 공간분해능 기준치를 생성하는 단계;
상기 낮은 공간분해능으로 계측된 제1 계측 지점별 계측값을 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값 및 상기 낮은 공간분해능 기준치를 이용하여 상기 낮은 공간분해능으로 상기 모니터링 대상 구조물에 대한 모니터링을 수행하는 단계;
상기 모니터링 결과, 상기 획득되는 제1 계측 지점별 계측값 중에서 이상치가 발견된 경우, 상기 이상치가 발견된 구간에서 상기 높은 공간분해능으로 계측된 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계; 및
상기 획득된 제2 계측 지점별 계측값 중에서 이상치를 탐지하여 손상 위치를 산출하는 단계를 포함하는 구조물 건전성 모니터링 방법을 수행하고,
상기 모니터링을 수행하는 단계는,
상기 BOCDA 장치가 상기 낮은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 상기 BOCDA 장치로부터 상기 제1 계측 지점별 계측값을 주기적으로 획득하고, 상기 획득된 제1 계측 지점별 계측값과 상기 낮은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지하고,
상기 제2 계측 지점별 계측값을 획득하는 단계는,
상기 BOCDA 장치가 상기 이상치가 발견된 구간을 상기 높은 공간분해능으로 계측하도록 제어한 후, 상기 BOCDA 장치로부터 상기 제2 계측 지점별 계측값을 획득하고,
상기 손상 위치를 산출하는 단계는,
상기 제2 계측 지점별 계측값과 상기 높은 공간분해능 기준치의 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값이 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하여 이상치를 탐지하고, 상기 이상치로 판정된 계측 지점을 상기 손상 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 구조물 건전성 모니터링 장치.
In a structure health monitoring device that obtains the measured value from a BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) device that calculates the measured value through an optical fiber cable for measurement installed along the monitoring section of the monitored structure,
Memory for storing instructions; and
Including a processor that executes the instructions,
The command is:
Obtain measured values of the initial state of the monitored structure measured with a preset low-fidelity reference and a preset high-fidelity reference to generate low-fidelity reference values and high-fidelity reference values. steps;
Obtain measured values for each first measurement point measured at the low spatial resolution, and monitor the monitoring target structure at the low spatial resolution using the obtained measured value for each first measurement point and the low spatial resolution reference value. Steps to perform;
As a result of the monitoring, when an outlier is found among the obtained measured values for each first measurement point, acquiring a measured value for each second measurement point measured with the high spatial resolution in the section where the outlier is found; and
Performing a structure health monitoring method including the step of detecting outliers among the obtained measurement values for each second measurement point and calculating the damage location,
The steps for performing the monitoring are:
After controlling the BOCDA device to measure at the low spatial resolution, the measured value for each first measurement point is periodically obtained from the BOCDA device, and the obtained measured value for each first measurement point and the low spatial resolution reference value are combined. Detect outliers by calculating a difference value and checking whether the calculated difference value exceeds a preset threshold,
The step of acquiring measured values for each second measurement point is,
After controlling the BOCDA device to measure the section where the outlier was found with the high spatial resolution, obtaining measured values for each second measurement point from the BOCDA device,
The step of calculating the damage location is,
Calculate a difference between the measured value for each second measurement point and the high spatial resolution reference value, detect an outlier by checking whether the calculated difference exceeds a preset threshold, and detect the measurement point determined as an outlier. A structural health monitoring device, characterized in that for calculating the damage location.
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