KR102636286B1 - 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위해, 최적의 수진기 설계안을 도출함과 아울러 최적 수진기 설계에 따른 방향성 분석을 수행할 수 있는 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템은, 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 설치되는 복수의 수진기; 및 상기 수진기로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 분석하여 최적의 상기 수진기의 설계안을 도출하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템은, 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 설치되는 복수의 수진기; 및 상기 수진기로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 분석하여 최적의 상기 수진기의 설계안을 도출하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 방향성 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도심지 교통 차량 진동의 방향성을 추적하는 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.
지하 구조 탐사는 특정 지역의 지하 구조 및 지질학적 특성을 파악하고, 특히 석유와 같은 지하에 매장되어 있는 유용한 자원을 찾기 위하여 사용된다.
지하 자원의 사용량이 증가하면서, 지하 구조 탐사는 육상에서는 물론 바다에서도 널리 행해지고 있다.
지하 구조의 특성을 파악하기 위해 필요한 지질학적 물성으로 지하 매질의 탄성파 전파 속도가 있다.
즉, 육상이나 해상에서 원하는 지역에서의 지하 매질의 탄성파 전파 속도를 알기 위해, 측정 대상이 되는 지역으로부터 반사되거나 굴절되는 탄성파를 수신하여 분석하는 방법에 관한 연구가 진행되고 있다.
이에 의하면, 해당 지역으로 인위적으로 음파 등을 투사시킨 다음, 이 지역으로부터 반사되거나 굴절되는 탄성파 자료를 가지고 소정의 연산을 수행함으로써 지하 매질의 탄성파 전파 속도를 획득한다.
이와 같이, 지표나 수중에서 인공적으로 탄성파를 발생시키고, 지하 매질을 통과하여 수신된 탄성파 데이터를 분석하는 탄성파 탐사(seismic survey)로써 지하 매질의 속도나 밀도 등의 물성 정보를 알아낼 수 있고, 이를 통해 지하 매질의 구조를 파악함으로써 지하 자원의 유무, 매장 위치 등을 알아낼 수 있다.
최근, 도로망의 교통 차량 진동 자료에 대해 이와 같은 탄성파 전파 속도를 이용하여 지하 물성을 탐사하는 연구가 수행되고 있다.
종래에는 왕복 2차원 도로와 같이 단순한 도로망의 교통 차량 진동 자료를 통해서만 연구가 수행되었을 뿐, 사거리 또는 오거리 등의 교차로와 같이 복잡한 도로망의 교통 차량 진동 자료를 이용한 지하 물성 탐사는 수행하기 어려운 문제점이 있었다.
이는 복잡한 도로망에서 교통 차량의 방향성을 분석하기가 어렵기 때문이다.
즉, 복잡한 도로망의 경우, 우선 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악해야 하는데, 종래에는 이와 같이 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위한 방법과, 이러한 방법으로부터 방향성 분석을 수행하기 위한 방법이 없는 문제점이 있었다.
따라서, 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 방향성을 정확히 추정할 수 있는 방법에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위해, 최적의 수진기 설계안을 도출함과 아울러 최적 수진기 설계에 따른 방향성 분석을 수행할 수 있는 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템은, 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 설치되는 복수의 수진기; 및 상기 수진기로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 분석하여 최적의 상기 수진기의 설계안을 도출하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 수진기는 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 중 하나로 설치되고, 상기 서버는 각각의 배열에 따른 방향성 분석을 각각 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 서버는, 상기 진동 데이터를 역산하기 위해 방향성 분석을 실시하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 방향성 분석은 공간상 2D 푸리에 변환을 수행하여 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 방향성 분석은 특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역과, 상기 방위각-위상 속도 스펙트럼을 함께 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 서버는, 상기 분석부에 의해 분석된 상기 진동 데이터를 역산하여 도출되는 지하 물성 모델을 검증하는 검증부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서, 상기 검증부는, 능동형 송신원에 의해 생성된 진동 데이터를 십자가 배열로 설치되는 수진기에 의해 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법은, 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 복수의 수진기가 설치되는 단계; 및 상기 수진기로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 서버에 의해 분석하여 최적의 상기 수진기의 설계안을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 수진기는 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 중 하나로 설치되고, 상기 서버는 각각의 배열에 따른 방향성 분석을 각각 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 서버는, 상기 진동 데이터를 역산하기 위해 방향성 분석을 실시하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 방향성 분석은 공간상 2D 푸리에 변환을 수행하여 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 방향성 분석은 특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역과, 상기 방위각-위상 속도 스펙트럼을 함께 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 서버는, 상기 분석부에 의해 분석된 상기 진동 데이터를 역산하여 도출되는 지하 물성 모델을 검증하는 검증부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서, 상기 검증부는, 능동형 송신원에 의해 생성된 진동 데이터를 십자가 배열로 설치되는 수진기에 의해 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위해, 최적의 수진기 설계안을 도출함과 아울러 최적 수진기 설계에 따른 방향성 분석을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서 서버의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 공간상 불균일하게 존재하는 자료의 위치를 나타내는 그래프.
도 4의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 315도 방위각의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 5의 (a)는 송수신기 위치에 좌표계의 원점과 수진기 배열 원점이 일치하지 않는 경우를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 6의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 45도 방위각의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 7의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 점 및 선 형태의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 각각 송신원 형태에 따른 8.28 ㎐ 주파수에서의 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 8의 (a)는 자료 취득 현장 위성 사진(노란색은 수진기를 나타냄)을 나타내고, (b)는 전체 수진기 배열도를 나타내며, (c)는 측정한 자료를 나타내는 도면.
도 9의 (a)는 다중 삼각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 10의 (a)는 다중 육각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 11의 (a)는 다중 삼각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 12의 (a)는 단일 육각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 13의 (a)는 L자형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법의 전체 흐름을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서 서버의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 공간상 불균일하게 존재하는 자료의 위치를 나타내는 그래프.
도 4의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 315도 방위각의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 5의 (a)는 송수신기 위치에 좌표계의 원점과 수진기 배열 원점이 일치하지 않는 경우를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 6의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 45도 방위각의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 7의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 점 및 선 형태의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 각각 송신원 형태에 따른 8.28 ㎐ 주파수에서의 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 8의 (a)는 자료 취득 현장 위성 사진(노란색은 수진기를 나타냄)을 나타내고, (b)는 전체 수진기 배열도를 나타내며, (c)는 측정한 자료를 나타내는 도면.
도 9의 (a)는 다중 삼각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 10의 (a)는 다중 육각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 11의 (a)는 다중 삼각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 12의 (a)는 단일 육각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 13의 (a)는 L자형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법의 전체 흐름을 나타내는 블록도.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템(1000)은 복수의 수진기(100)와, 서버(200)를 포함한다.
여기서 복수의 수진기(100)는 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 설치된다.
즉, 복수의 수진기(100)는 제 1 수진기(1)와, 제 2 수진기(2)와, 제 3 수진기(3), …, 제 12 수진기(12), … 등을 포함한다.
여기서, 복수의 수진기(100)는 복잡한 도로망에서 교통 차량에 의해 발생하는 진동, 즉 진동파를 수신할 수 있도록 복수 개가 설치되는 것이 바람직하다.
특히, 복수의 수진기(100)는 상기 진동파의 배열을 도출할 수 있도록 설치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 수진기(100)는 후술하는 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 등으로 설치될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 복잡한 도로망에서 교통 차량에 의해 발생하는 진동, 즉 진동파를 수신할 수 있도록 복수 개의 배열을 도출할 수 있게 설치될 수 있다.
다음, 서버(200)는 복수의 수진기(100)로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 분석하여 최적의 수진기 설계안을 도출한다.
좀 더 상세하게는 서버(200)는 복수의 수진기(100)의 각각의 배열에 따른 방향성 분석을 각각 실시한다.
이러한 서버(200)의 구성에 대해서는 후술하도록 한다.
이와 같은 복수의 수진기(100)와, 서버(200)의 구성에 의해, 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위해, 최적의 수진기 설계안을 도출함과 아울러 최적 수진기 설계에 따른 방향성 분석을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템에서 서버의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템(1000)에서 서버(200)는 분석부(210)와, 검증부(220)를 포함한다.
분석부(210)는 복수의 수진기(100)로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터를 역산하기 위해 방향성 분석을 실시한다.
이러한 방향성 분석은 특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역과, 방위각-위상 속도 스펙트럼을 함께 도출한다.
또한, 방향성 분석은 공간상 2D 푸리에 변환을 수행하여 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출한다.
여기서, 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
좀 더 바람직하게는 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 등에 균일하게 위치할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
또한, 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
좀 더 바람직하게는 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 등에 불균일하게 위치할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
한편, 검증부(220)는 분석부(210)에 의해 분석된 진동 데이터를 역산하여 도출되는 지하 물성 모델을 검증한다.
이때, 검증부(220)는, 능동형 송신원에 의해 생성된 진동 데이터를 십자가 배열로 설치되는 복수의 수진기(100)에 의해 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출한다.
환언하면, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법은, 교통 차량 진동 자료로부터 지하 물성을 파악할 시, 파동장이 전파하는 방향의 수진기를 이용한다.
특히, 복잡한 도로망의 경우, 먼저 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악해야 한다.
복잡한 도로망에서 삼각형, 육각형, L자형 등의 수진기 설계에 따른 방향성분석을 실시하고, 최적의 수진기 설계안을 도출한다.
한편, 분석부(210)는 공간상 2D 푸리에 변환에 기반하여 방향성 분석을 실시한다.
다음, 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 구성에 대해 설명한다.
진동 데이터를 송신하는 수진기(100)가 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
공간상 균일(Uniform) 2D 푸리에 변환은 다음과 같다.
복수의 수진기(100)에 의해 측정된 자료를 시간상 푸리에 변환을 한 자료는 한 주파수에서 공간상 2D로 표현되며, 이는 하기 수식 1과 같다.
[수식 1]
여기서, 는 공간 좌표 에서 측정한 자료이며, 는 각 주파수 에서의 푸리에 변환된 자료이다.
주파수 영역의 자료 를 공간상에서 2D 푸리에 변환을 한 파동장은 하기 수식 2와 같다.
[수식 2]
여기서, 는 각각 방향의 파수(Wavenumber)를 나타낸다.
파수 벡터는 로 표현되며, 이고, 는 파동의 위상 속도를 나타낸다.
축에 대한 파동 전파 방향의 방위각을 라 할 때, 를 이용하여 하기 수식 3과 같이 표현한다.
[수식 3]
진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
공간상 불균일(non-uniform) 2D 푸리에 변환은 다음과 같다.
적분을 이용한 푸리에 변환을 위해서는 자료가 공간 상에 바둑판 형식으로 전체 영역에서 균일하게 존재해야 한다.
예를 들어, 진동 데이터를 송신하는 수진기(100)가 다중 육각형 배열에 균일하게 위치해야 한다.
그러나 실제 측정하는 자료의 경우 도 3과 같이 공간상 위치가 일정하지 않은 불균일 형태를 가지는 경우가 일반적이다.
도 3은 공간상 불균일하게 존재하는 자료의 위치를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 공간 상에 불균일하게 존재하는 자료에 대해 적분 대신 중합(summation)을 이용한 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform)을 이용한다.
공간상 2D 이산 푸리에 변환은 하기 수식 4와 같이 표현한다.
[수식 4]
여기서, 이며, 이를 이용하여 위상 속도 와, 방위각 를 함수로 하는 공간상 푸리에 변환의 진폭 스펙트럼을 하기 수식 5와 같이 표현할 수 있다.
[수식 5]
도 4의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 315도 방위각의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
방향성 분석 알고리즘(상기 수식 5)의 실제 측정 자료 적용에 앞서 알고리즘의 정확성을 판단하기 위해 인공 합성 자료에 적용한다.
이러한 인공 합성 자료로는 능동형 음원(해머)을 이용한다.
첫 번째 예제로, 도 4의 (a)와 같이 매질 속도를 2 ㎞ / s 로 가정하고, 십자 형태의 수진기(100)를 설치한다.
송신원은 315 각도로 원점에서 707 m 떨어진 곳에 위치한다.
또한, 좌표계의 원점은 수진기(100) 배열의 원점과 일치한다.
수진기(100)에서 기록된 인공 합성 자료에 대해 상기 수식 5를 적용하여 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출(도 4의 (b))한다.
송신원은 방위각이 315 도이며, 파동이 원점을 지나 나아가는 방향은 145 도이다.
도 4의 (b)는 각각의 주파수에서 145 도 방위각, 그리고 2 ㎞ / s 위상 속도에서 가장 큰 진폭을 갖는 것을 보여준다.
이를 통해 인공 합성 자료에 대해서 상기 수식 5를 적용하여 정확한 방위각과 위상 속도를 찾을 수 있음을 보여준다.
도 5의 (a)는 송수신기 위치에 좌표계의 원점과 수진기 배열 원점이 일치하지 않는 경우를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
두 번째 예제로, 상술한 도 4의 (a)와 같은 수진기(100)와 송신원의 배열을 갖지만, 좌표계의 원점과 수진기(100) 배열의 원점이 일치하지 않는 경우(도 5의 (a)), 상기 수식 5를 적용할 때 좌표계의 원점에 따른 스펙트럼의 양상을 나타낸다.
도 5의 (b)는 주파수 별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도시한다.
좌표계의 원점과 수진기(100) 배열의 원점이 일치하지 않을 때 정확한 방위각과 위상 속도에 에너지가 집중되지 못하고 잡음 형태의 이미지에 의해 훼손된 형태를 보여존다.
실제 자료 적용에 있어서 좌표계의 원점과 수진기(100) 배열의 원점을 최대한 일치시켜야 함을 알 수 있다.
도 6의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 45도 방위각의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 4 ㎐, 8 ㎐, 12 ㎐, 28 ㎐ 주파수에 따른 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
세 번째 예제로, 상술한 도 4의 (a)와 같은 수진기(100) 배열에 송신원이 45 도의 방위각을 갖는 경우, 파동이 원점을 지나 전파되는 방위각은 225 도가 된다.
도 6의 (b)는 방위각-위상 속도 스펙트럼에서 225 도 방위각, 2 ㎞ / s 위상 속도에 에너지가 집중되어 있다.
이를 통해 다양한 방위각의 송신원에 대해서 상기 수식 5를 이용하여 정확하게 방향성을 도출할 수 있다.
도 7의 (a)는 십자 형태의 수진기 배열(적색)과 점 및 선 형태의 송신원 위치를 나타내고, (b)는 각각 송신원 형태에 따른 8.28 ㎐ 주파수에서의 방위각-위상 속도 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
네 번째 예제로, 송신원이 점 형태 및 선 형태일 때(도 7의 (a) 참조), 각각의 방위각-위상 속도 스펙트럼이 도시되어 있다.
선 형태 송신원에 의한 방위각-위상 속도 스펙트럼은 점 형태 송신원 경우의 결과와 거의 비슷하게 나옴을 알 수 있다(도 7의 (b) 참조).
송신원이 점 형태라도 수진기(100)로부터 충분히 멀 경우, 수진기(100)에 도달하는 파동은 평면파(Plane wave)로 가정할 수 있다.
도 8의 (a)는 자료 취득 현장 위성 사진(노란색은 수진기를 나타냄)을 나타내고, (b)는 전체 수진기 배열도를 나타내며, (c)는 측정한 자료를 나타내는 도면이다.
실제 측정 자료의 예를 설명하면 다음과 같다.
복잡한 도로망이 존재하는 곳에서 복수의 배열을 도출할 수 있도록 예를 들어, 48개의 수진기(100)를 설치(도 8의 (a) 참조)한다.
도 8의 (c)는 32초 동안 기록한 자료를 나타낸다.
48개의 수진기(100) 배열(도 8의 (b) 참조)에서 다중 육각형, 다중 삼각형, 단일 원형, 단일 육각형, 단일 삼각형, L자형 배열 등을 분리하여 수진기(100) 배열에 따른 방향성 분석을 실시한다.
자동차는 주로 큰 도로로 다니면서 표면파를 발생시킨다.
큰 도로로부터 수진기(100) 배열로 향하는 파동은 약 140 도의 방위각을 형성(도 8의 (a) 참조)하며 이를 방향성 분석 정확도의 검증 자료로 활용한다.
19번째 수진기(도 8의 (b)에서 적색 점)를 좌표계의 원점으로 설정한다.
특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역(fk 영역)의 스펙트럼을 같이 도시한다.
도 9 내지 도 13에 각 배열에 따른 공간상 파수 영역 및 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 도시한다.
도 9의 (a)는 다중 삼각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프이고, 도 10의 (a)는 다중 육각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
다중 삼각형 배열(도 9의 (a))과 다중 육각형 배열(도 10의 (a))을 비교할 때, 파수 영역 스펙트럼의 경우 다중 육각형 배열에서 에너지가 더 집중되는 양상을 보여준다.
방위각-위상 속도 영역 스펙트럼에서도 다중 육각형에서 140 도 방위각에서 에너지가 더 집중되며 편차가 적은 양상을 나타낸다.
다중 육각형 배열이 다중 삼각형 배열에 비해 방향성 분석에 더 유효하다.
도 11의 (a)는 다중 삼각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프이고, 도 12의 (a)는 단일 육각형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
단일 삼각형 배열(도 11의 (a))과 단일 육각형 배열(도 12의 (a))을 비교할 때, 파수 영역 스펙트럼의 경우 단일 육각형 배열에서 에너지가 목표 영역에 더 집중되는 양상을 보여준다.
방위각-위상 속도 영역 스펙트럼에서도 단일 육각형에서 140도 방위각에서 상대적으로 에너지가 더 집중되는 양상을 나타낸다.
단일 육각형 배열이 단일 삼각형 배열에 비해 방향성 분석에 좀 더 유효하다.
실제 탐사에 있어서 보유한 수진기 대수에 제한이 있을 경우, 단일 육각형 또는 단일 원형 형태의 수진기 배열이 가장 효과적이다.
도 13의 (a)는 L자형 배열(녹색 라인)을 나타내고, (b)의 상부는 20 ㎐ 공간상 파수 영역을 나타내며 하부는 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 13에서는 L자형 수진기(100) 배열에 대한 파수 영역 및 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 보여준다.
L자형 수진기(100) 배열은 육각형이나 삼각형 배열에 비해 파수 영역과 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼에서 에너지가 더 분산되며, 유일 해를 지정하는데 어려움이 있다.
환언하면, 복잡한 도로망에서 공간상 불균일하게 분포하는 수진기(100)를 이용하여 방향성 분석을 하기 위해 불균일 2D 푸리에 변환을 이용한다.
방향성 분석 알고리즘의 검증을 위해 십자형 수진기(100) 배열의 인공 합성 자료를 이용한다.
방위각이 다른 송신원 및 원점이 다른 좌표계에 대한 테스트를 통해서 구축한 알고리즘의 정확성을 검증한다.
송신파형의 위상에 따라서 방위각-위상 속도 스펙트럼에서 파동이 전파되어 오는 방위각 또는 전파되어 나아가는 방위각이 도출된다.
스펙트럼에서 구해지는 방위각에 180 도를 더한 방위각과 비교하여 합당한 각을 정해야 한다.
실제 측정 자료에 대해 각 수진기(100) 배열 별로 파수 영역(fk 영역) 및 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 도출한다.
방위각-위상 속도 영역 스펙트럼으로부터 주 도로에 대한 파동의 정확한 방향성을 도출할 수 있으며 파수 영역 스펙트럼에서는 에너지가 집중되어 나타난다.
실제 측정 자료에 대한 적용을 통해 다중 육각형 배열이 방향성 분석에 가장 효과적이다.
수진기 보유 대수에 제한이 있을 경우에는 단일 육각형 배열이 더 효율적이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법의 전체 흐름을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법에서는 상술한 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템(1000)에서 설명한 구성 요소와 동일한 구성 요소를 이용한다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법은 2개의 단계를 포함한다.
제 1 단계(S100)에서는, 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 복수의 수진기(100)가 설치된다.
제 2 단계(S200)에서는, 복수의 수진기(100)로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 서버(200)에 의해 분석하여 최적의 수진기의 설계안을 도출한다.
여기서 복수의 수진기(100)는 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 설치된다.
즉, 복수의 수진기(100)는 제 1 수진기(1)와, 제 2 수진기(2)와, 제 3 수진기(3), …, 제 12 수진기(12), … 등을 포함한다.
여기서, 복수의 수진기(100)는 복잡한 도로망에서 교통 차량에 의해 발생하는 진동, 즉 진동파를 수신할 수 있도록 복수 개가 설치되는 것이 바람직하다.
특히, 복수의 수진기(100)는 상기 진동파의 배열을 도출할 수 있도록 설치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 수진기(100)는 후술하는 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 등으로 설치될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 복잡한 도로망에서 교통 차량에 의해 발생하는 진동, 즉 진동파를 수신할 수 있도록 복수 개의 배열을 도출할 수 있게 설치될 수 있다.
다음, 서버(200)는 복수의 수진기(100)로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 분석하여 최적의 수진기 설계안을 도출한다.
좀 더 상세하게는 서버(200)는 복수의 수진기(100)의 각각의 배열에 따른 방향성 분석을 각각 실시한다.
이러한 서버(200)의 구성에 대해서는 후술하도록 한다.
이와 같은 복수의 수진기(100)와, 서버(200)의 구성에 의해, 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위해, 최적의 수진기 설계안을 도출함과 아울러 최적 수진기 설계에 따른 방향성 분석을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템(1000)에서 서버(200)는 분석부(210)와, 검증부(220)를 포함한다.
분석부(210)는 복수의 수진기(100)로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터를 역산하기 위해 방향성 분석을 실시한다.
이러한 방향성 분석은 특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역과, 방위각-위상 속도 스펙트럼을 함께 도출한다.
또한, 방향성 분석은 공간상 2D 푸리에 변환을 수행하여 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출한다.
여기서, 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
좀 더 바람직하게는 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 등에 균일하게 위치할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
또한, 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
좀 더 바람직하게는 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 등에 불균일하게 위치할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
한편, 검증부(220)는 분석부(210)에 의해 분석된 진동 데이터를 역산하여 도출되는 지하 물성 모델을 검증한다.
이때, 검증부(220)는, 능동형 송신원에 의해 생성된 진동 데이터를 십자가 배열로 설치되는 복수의 수진기(100)에 의해 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출한다.
환언하면, 본 발명에 따른 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법은, 교통 차량 진동 자료로부터 지하 물성을 파악할 시, 파동장이 전파하는 방향의 수진기를 이용한다.
특히, 복잡한 도로망의 경우, 먼저 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악해야 한다.
복잡한 도로망에서 삼각형, 육각형, L자형 등의 수진기 설계에 따른 방향성분석을 실시하고, 최적의 수진기 설계안을 도출한다.
한편, 분석부(210)는 공간상 2D 푸리에 변환에 기반하여 방향성 분석을 실시한다.
다음, 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 구성에 대해 설명한다.
진동 데이터를 송신하는 수진기(100)가 진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
공간상 균일(Uniform) 2D 푸리에 변환은 다음과 같다.
복수의 수진기(100)에 의해 측정된 자료를 시간상 푸리에 변환을 한 자료는 한 주파수에서 공간상 2D로 표현되며, 이는 하기 수식 6과 같다.
[수식 6]
여기서, 는 공간 좌표 에서 측정한 자료이며, 는 각 주파수 에서의 푸리에 변환된 자료이다.
주파수 영역의 자료 를 공간상에서 2D 푸리에 변환을 한 파동장은 하기 수식 7과 같다.
[수식 7]
여기서, 는 각각 방향의 파수(Wavenumber)를 나타낸다.
파수 벡터는 로 표현되며, 이고, 는 파동의 위상 속도를 나타낸다.
축에 대한 파동 전파 방향의 방위각을 라 할 때, 를 이용하여 하기 수식 8과 같이 표현한다.
[수식 8]
진동 데이터를 송신하는 복수의 수진기(100)가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행한다.
공간상 불균일(non-uniform) 2D 푸리에 변환은 다음과 같다.
적분을 이용한 푸리에 변환을 위해서는 자료가 공간 상에 바둑판 형식으로 전체 영역에서 균일하게 존재해야 한다.
예를 들어, 진동 데이터를 송신하는 수진기(100)가 다중 육각형 배열에 균일하게 위치해야 한다.
그러나 실제 측정하는 자료의 경우 상술한 도 3과 같이 공간상 위치가 일정하지 않은 불균일 형태를 가지는 경우가 일반적이다.
상술한 도 3을 참조하면, 공간 상에 불균일하게 존재하는 자료에 대해 적분 대신 중합(summation)을 이용한 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform)을 이용한다.
공간상 2D 이산 푸리에 변환은 하기 수식 9와 같이 표현한다.
[수식 9]
여기서, 이며, 이를 이용하여 위상 속도 와, 방위각 를 함수로 하는 공간상 푸리에 변환의 진폭 스펙트럼을 하기 수식 10과 같이 표현할 수 있다.
[수식 10]
이와 같이 복잡한 도로망에서 공간상 불균일하게 분포하는 수진기(100)를 이용하여 방향성 분석을 하기 위해 불균일 2D 푸리에 변환을 이용한다.
방향성 분석 알고리즘의 검증을 위해 십자형 수진기(100) 배열의 인공 합성 자료를 이용한다.
방위각이 다른 송신원 및 원점이 다른 좌표계에 대한 테스트를 통해서 구축한 알고리즘의 정확성을 검증한다.
송신파형의 위상에 따라서 방위각-위상 속도 스펙트럼에서 파동이 전파되어 오는 방위각 또는 전파되어 나아가는 방위각이 도출된다.
스펙트럼에서 구해지는 방위각에 180 도를 더한 방위각과 비교하여 합당한 각을 정해야 한다.
실제 측정 자료에 대해 각 수진기(100) 배열 별로 파수 영역(fk 영역) 및 방위각-위상 속도 영역 스펙트럼을 도출한다.
방위각-위상 속도 영역 스펙트럼으로부터 주 도로에 대한 파동의 정확한 방향성을 도출할 수 있으며 파수 영역 스펙트럼에서는 에너지가 집중되어 나타난다.
실제 측정 자료에 대한 적용을 통해 다중 육각형 배열이 방향성 분석에 가장 효과적이다.
수진기 보유 대수에 제한이 있을 경우에는 단일 육각형 배열이 더 효율적이다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 복잡한 도로망에서 교통 차량 진동의 주 에너지가 전파하는 방향을 파악하기 위해, 최적의 수진기 설계안을 도출함과 아울러 최적 수진기 설계에 따른 방향성 분석을 수행할 수 있는 효과가 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
100 : 복수의 수진기
200 : 서버
210 : 분석부
220 : 검증부
1000 : 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법
200 : 서버
210 : 분석부
220 : 검증부
1000 : 도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템 및 방법
Claims (18)
- 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 설치되는 복수의 수진기; 및
상기 수진기로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 분석하여 상기 수진기의 설계안을 도출하는 서버;를 포함하며,
상기 방향성 분석은 공간상 2D 푸리에 변환을 수행하여 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하고,
상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행하며,
상기 수진기는 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 중 하나로 설치되고, 상기 서버는 각각의 배열에 따른 방향성 분석을 각각 실시하고,
상기 서버는,
상기 진동 데이터를 역산하기 위해 방향성 분석을 실시하는 분석부;를 포함하며,
상기 불균일 2D 푸리에 변환은 중합을 이용한 이산 푸리에 변환을 이용하고,
상기 이산 푸리에 변환은 하기 수식 4 및 수식 5를 이용하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템.
[수식 4]
- 여기서, 이며, 이를 이용하여 위상 속도 와, 방위각 를 함수로 하는 공간상 푸리에 변환의 진폭 스펙트럼을 하기 수식 5와 같이 표현됨 -
[수식 5]
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 방향성 분석은 특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역과, 상기 방위각-위상 속도 스펙트럼을 함께 도출하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 서버는,
상기 분석부에 의해 분석된 상기 진동 데이터를 역산하여 도출되는 지하 물성 모델을 검증하는 검증부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 검증부는,
능동형 송신원에 의해 생성된 진동 데이터를 십자가 배열로 설치되는 수진기에 의해 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 시스템.
- 복수의 도로가 교차하는 도로망에 복수 개의 배열을 도출할 수 있도록 복수의 수진기가 설치되는 단계; 및
상기 수진기로부터 수신되는 차량의 이동에 의해 발생하는 진동 데이터의 주 에너지가 전파하는 방향성을 서버에 의해 분석하여 상기 수진기의 설계안을 도출하는 단계;를 포함하며,
상기 방향성 분석은 공간상 2D 푸리에 변환을 수행하여 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하고,
상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 불균일하게 배열할 경우 공간상 불균일 2D 푸리에 변환을 수행하며,
상기 수진기는 다중 육각형 배열과, 다중 삼각형 배열과, 단일 원형 배열과, 단일 육각형 배열과, 단일 삼각형 배열과, L자형 배열 중 하나로 설치되고, 상기 서버는 각각의 배열에 따른 방향성 분석을 각각 실시하고,
상기 서버는,
상기 진동 데이터를 역산하기 위해 방향성 분석을 실시하는 분석부;를 포함하며,
상기 불균일 2D 푸리에 변환은 중합을 이용한 이산 푸리에 변환을 이용하고,
상기 이산 푸리에 변환은 하기 수식 9 및 수식 10을 이용하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법.
[수식 9]
- 여기서, 이며, 이를 이용하여 위상 속도 와, 방위각 를 함수로 하는 공간상 푸리에 변환의 진폭 스펙트럼을 하기 수식 10과 같이 표현됨 -
[수식 10]
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,
상기 진동 데이터를 송신하는 상기 수진기가 공간 상에 균일하게 배열할 경우 공간상 균일 2D 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법.
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,
상기 방향성 분석은 특정 주파수에 대해 공간상 파수 영역과, 상기 방위각-위상 속도 스펙트럼을 함께 도출하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 서버는,
상기 분석부에 의해 분석된 상기 진동 데이터를 역산하여 도출되는 지하 물성 모델을 검증하는 검증부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 검증부는,
능동형 송신원에 의해 생성된 진동 데이터를 십자가 배열로 설치되는 수진기에 의해 주파수별 방위각-위상 속도 스펙트럼을 도출하는 것을 특징으로 하는,
도심지 교통 차량 진동의 방향성 추적 방법.
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| CN118887965A (zh) * | 2024-09-30 | 2024-11-01 | 浙江杭望空间规划设计发展有限公司 | 一种城乡规划数据处理方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001249187A (ja) * | 2000-03-07 | 2001-09-14 | Sekisui Chem Co Ltd | 地盤構造の推定方法及び推定システム |
| KR100455315B1 (ko) * | 2001-06-08 | 2004-11-09 | 군산대학교산학협력단 | 지반 조사방법 |
| JP2006275914A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Toshibumi Matsuoka | 反射法地震探査による地下構造イメージング方法 |
| KR101820850B1 (ko) | 2014-07-25 | 2018-01-22 | 서울대학교 산학협력단 | 직접 파형 역산의 반복 적용을 이용한 탄성파 영상화 장치 및 방법 |
-
2023
- 2023-04-20 KR KR1020230051925A patent/KR102636286B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001249187A (ja) * | 2000-03-07 | 2001-09-14 | Sekisui Chem Co Ltd | 地盤構造の推定方法及び推定システム |
| KR100455315B1 (ko) * | 2001-06-08 | 2004-11-09 | 군산대학교산학협력단 | 지반 조사방법 |
| JP2006275914A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Toshibumi Matsuoka | 反射法地震探査による地下構造イメージング方法 |
| KR101820850B1 (ko) | 2014-07-25 | 2018-01-22 | 서울대학교 산학협력단 | 직접 파형 역산의 반복 적용을 이용한 탄성파 영상화 장치 및 방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118887965A (zh) * | 2024-09-30 | 2024-11-01 | 浙江杭望空间规划设计发展有限公司 | 一种城乡规划数据处理方法及系统 |
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