KR20020036472A

KR20020036472A - 3차원 칼라 이동식 지표 레이다 장치 및 탐침 방법

Info

Publication number: KR20020036472A
Application number: KR1020000066650A
Authority: KR
Inventors: 강종욱
Original assignee: 주식회사 다안전자
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-05-16
Also published as: KR100684116B1

Abstract

본 발명은 휴대 레이다를 이용하여 땅 속의 매설물을 탐지하는 매설물 탐지방법과 장치에 관한 것으로, 특히 3D Color MUD를 구비하여 지표면을 따라 이동시키면서 땅 속을 탐지하고, 탐지된 매설물의 깊이와 위치를 실시간으로 사용자에게 인지시키며, 뿐만아니라 매설물의 3차원 입체 영상을 통해 그 본질도 판단할 수 있는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 탐색된 지하 매설물을 3D Color MUD에 의해 3차원 칼라 이미지로 제공할 뿐만아니라 그 매설물의 본질을 파악하여 매설물의 명암, 모양, 크기, 매설 위치 및 방향등의 정보를 사용자에게 현장에서 바로 확인할 수 있는 잇점이 있다.

Description

3차원 칼라 이동식 지표 레이다 장치 및 탐침 방법{3D Color Mobile Ground RADAR and Method for Managing it}

본 발명은 휴대 레이다를 이용하여 땅 속의 매설물을 탐지하는 매설물 탐지방법과 장치에 관한 것으로, 특히 3D Color MUD(Mobile underground Detector)를 구비하여 지표면을 따라 이동시키면서 땅 속을 탐지하고, 탐지된 매설물의 깊이와 위치를 실시간으로 사용자에게 인지시키며, 뿐만아니라 매설물의 3차원 입체 영상을 통해 그 본질도 판단할 수 있는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치 및 방법에 관한 것이다.

예전부터 지하 속에 위치한 물체모양과 물체의 위치를 파악하기 위한 많은 연구와 기계개발이 계속되어왔으며, 이러한 연구개발은 레이다와 전자파를 이용하여 어느 정도의 성공을 거두어고 있다.

이러한 기술은 6-1800MHz의 전자파를 송신 안테나에 의해 지하로 방사시키면 서로 전기적 물성이 다른 지하 매질의 경계면에서 전자파가 반사하고 이를 수신기로 수집, 기록하여 PC등의 디스플레이에서 자료처리와 해석과정을 거쳐 지하의 구조와 상태를 규명하여 영상화하는 것으로, 이러한 기술을 응용한 지하물체 탐지레이다를 일컬어 GPR(Ground Penetrating Radar)라 한다.

공지된 GPR을 이용한 전자파 탐사법은 크게 GPR 탐사와 시추공 탐사의 두 가지 영역으로 나뉘며, GPR 탐사는 지표에서 전자파를 지하에 반사시켜 탐사를 수행하는 것으로 전자파가 일차적으로 통과하게 되는 표토층의 전기 전도도가 비교적높아 전자파의 감쇠가 많이 일어나므로 지표아래 심부까지의 탐사가 불가능하며, 대략 30m 정도가 한계 심도인 것으로 알려져 있다.

한편 시추공 탐사는 시추공을 뚫고 안테나를 시추공속에 위치하도록 만든 후 탐사를 수행하는 것으로, 이 경우 전자파가 표토층에 비해 풍화가 덜 된, 즉 전기 전도도가 비교적 낮은 신선한 암반내를 전파하게 되므로 GPR탐사에서보다는 탐사 가능 거리가 길어 풍화도에 따라 다르지만 약 60m가 넘는다고 한다.

이러한 GPR을 이용한 전자파 탐사법의 단점은, 사용 주파수가 225MHz또는 400MHz대역의 범위인 다이폴(Dipole) 타입의 안테나를 광범위하게 이용하고 있어, 낮은 지향성, 안테나 공명(Ringing), 불안정한 특성 임피던스, 불요 주파수 확산, 기구적인 대형화 등과 같은 문제점을 수반한다.

더욱이, 탐지하여 얻어진 이미지가 물체의 2차원적인 단면만을 탐지함으로 물체의 위치 및 입체적인 모양 파악에 낮은 신뢰도를 갖게된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로, 탐색된 지하 매설물을 3D Color MUD(Mobile Underground Detector)에 의해 3차원 칼라 이미지로 제공할 뿐만아니라 그 매설물의 본질을 파악하여 매설물의 명암, 모양, 크기, 매설 위치 및 방향등의 정보를 사용자에게 현장에서 바로 확인할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전자파가 시간과 공간 좌표의 함수라는 사실에 기초하여, 땅 속 매설물의 깊이와 위치에 대한 정확한 정보를 얻으면서도, 사용 주파수가 1GHz 에서 2GHz인 고주파를 사용하여 전파의 감쇠를 줄여 매설물의 탐침 효과를 극대화하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 따른 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치의 계략도이다.

도 2는 도 1의 단말부의 일실시예를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예를 따른 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치의 땅 속 탐지 수행과정을 나타내는 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이다 탐침부 11-14 : 송신 안테나부

15 : 수신 안테나부 16 : 지지대(16)

20 : 연결넥 30 : 단말부

31 : 매설물 자료 D/B부 32 : 입력부

33 : 좌표조합부 34 : 중앙처리부

35 : 디스플레이부 36 : 이미지 칼라링부

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 십자형으로 일정 간격을 이격시킨 4개의 송신 안테나와 중앙에 하나의 수신 안테나를 갖추고 지표면을 따라 이동하면서 땅 속에 전자파를 방사/수신하며 지하 매설물의 3차원 좌표파라메타로 얻는 레이다 탐침부와, 레이다 탐침부와 연결되며 사용자에 의해 레이다 탐침부를 지표면 가까이에서 이동 가능하게 하며 레이다 탐침부에서 얻어진 지하 매설물의 3차원 좌표파라메타를 전송하는 연결넥과, 연결넥 일단의 연결포트에 연결되며 3차원 좌표파라메타를 조합하여 입체적인 형상을 시현하는 단말부을 구성되는 3D Coler MOD를 구비하고,

지표면을 따라 이동하며 땅 속을 탐지하고 3차원 영상을 실시간으로 사용자에게 매설물의 존재 뿐만아니라 그 본질도 인지시킬 수 있는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치 및 방법을 제시한다.

본 발명은 수신 안테나의 입력으로 수신된 전자파가 시간과 각도의 함수라는 사실에 기초하며, 이에 따라 변수 전환에 있어 전자파 반사지점의 깊이 뿐만아니라 위치의 좌표를 얻을 수 있다.

또한 각도의 분해능을 개선하기 위해서는 수신 안테나들을 4방향으로 배치시켜 수평면적을 증가시키고, 고주파인 1GHz 에서 2GHz 사이의 값을 사용하여 전파의 감쇠도 감소시킨다.

이하에서 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 이동식 지표 레이다 장치는 십자형으로 일정 간격을 이격시킨 4개의 송신 안테나와 중앙에 하나의 수신 안테나를 갖추고 지표면을 따라 이동하면서 전자파의 방사와 수신을 반복수행하여 지하 매설물의 3차원 좌표파라메타로 얻는 레이다 탐침부(10)와, 레이다 탐침부(10)와 연결되며 사용자에 의해 레이다 탐침부(10)를 지표면 가까이에서 이동 가능하게 하며, 레이다 탐침부(10)에서 얻어진 지하 매설물의 3차원 좌표파라메타를 전송하는 연결넥(20)과, 연결넥(20) 일단의 연결포트에 연결되며 3차원 좌표파라메타를 조합하여 입체적인 형상을 시현하는 단말부(30)로 구성된다.

레이다 탐침부(10)은 4방향에 십자형으로 위치하며 각각의 시간차이를 두고 순차적으로 땅 속으로 전자파를 방사시키는 4개의 송신 안테나부(11,12,13,14)과, 송신 안테나부(11,12,13,14)와의 동일 거리상에 위치하며, 땅 속의 주변매질과 전기적 성질이 다른 위치에서 반사되는 전자파를 수신하고, 전자파의 반사각과 시간 지연을 측정하여, 전자파가 반사된 위치에 대한 3차원 좌표파라메타를 계산 처리하는 수신 안테나부(15)와, 4개의 송신 안테나부(11,12,13,14)와 수신 안테나부(15) 사이의 회로선을 보호하고 물리적인 연결을 하고 있는 십자형의 지지대(16)로 구성된다.

도 2는 도 1의 단말부의 일실시예를 나타내는 블록도이다.

단말부(30)는, 레이다 탐침부(10)가 탐지할 가능성이 있는 다수의 매설물에 대한 정보를 미리 내장하고 있으며 추후에 새롭게 추가되는 매설물의 정보의 갱신을 가능하게 한 매설물 자료 D/B부(31)와, 연결넥(20)과 연결포트로 연결되며 레이다 탐침부(10)에서 얻어진 3차원 좌표파라메타등의 땅 속 탐지 자료를 받아들이는 입력부(32)와, 입력부(32)를 통해 얻어진 3차원 좌표파라메타를 바탕으로 입체적인 형상 구현하는 좌표조합부(33)와, 좌표조합부(33)에서 구현된 입체형상과 매설물 자료 D/B부(31)의 내장된 자료를 비교하여 구현된 입체형상의 본질을 판단하며, 단말기부(30)의 각 부분을 제어하는 중앙처리부(34)와, 좌표조합부(33)에서 구현된 입체형상과 본질이 파악된 영상을 병행 시현시키는 디스플레이부(35)와, 좌표조합부(33)에 구현된 형상의 시각 효과를 얻기위해 입체 형상에 색을 입히는 이미지 칼라링부(36)로 구성된다.

탐지하고 싶은 지역을 선정한 후, 소정의 영역에 탐지 신호의 발산과 매설물에 반사되는 귀환 신호의 수신을 반복하는 매설물 서치 과정(S1)과, 귀환 신호의 지연 시간 및 반사 각도를 이용하여 매설물의 깊이 및 좌표 파라메타를 측정하는 매설물 심도 및 좌표 측정 과정(S2)과, 측정된 좌표 파라메타를 조합하여 3차원적인 입체 형상을 구현하여 디스플레이부(35)에 시현시키는 1차 영상 시현 과정(S3)과, 매설물 자료 DB부(31)에 내장되어 있는 자료와 시현된 입체 형상의 명암, 모양, 크기, 매설 위치 및 방향등을 비교하여 매설물과 가장 근접한 물체를 판단해 내는 매설물 본질파악 과정(S4)과, 본질파악 과정(S4)에서 판단된 물체의 영상을 매설물 자료 DB부(31)에서 추출하여, 디스플레이부(35)에서 영상시현시키는 2차 영상 시현 과정(S5)과, 이미지 칼라링부(36)의 작업을 통해 1차 영상 시현 과정(S3)에서 구현된 형상에 색을 입혀 탐지 매설물의 시각 효과를 얻는 이미지 칼라링 과정(S6)으로 구성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 도 1, 도 2, 도 3을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

레이다 탐지부(10)는 4방향에 십자형으로 위치한 4개의 송신 안테나부(11,12,13,14)와 수신 안테나(15)를 서로 물리적으로 연결하고 있는 십자형의 지지대(16)로 구성되며, 전자파를 방사시키고 땅 속 소정의 지점에서 반사되어 수신된 전자파로부터 땅 속 매설물의 거리와 위치를 자료를 얻는다.

레이다 탐지부(10)의 4개의 송신 안테나부(11,12,13,14)은 서로 다른 시간차를 두며 내부에서 반치폭(half power width)이 수nsec인 쇼트 비디오 펄스를 발진시키며, 이를 송신 안테나에서 전자파로 변환하여 땅속으로 여기시킨다. 방사된 전자파들은 땅 속으로 전파하고, 땅 속의 주변매질과 전기적 성질이 다른 위치에서 반사되는데, 이때 반사된 전자파에는 반사된 위치의 시간과 각도의 변위 정보를 지니게 된다.(S1)

반사된 전자파를 수신한 수신 안테나부(15)에서는 수신된 전자파가 시간과 각도의 함수라는 사실에 기초하여, 반사 지점의 거리와 위치로 구성된 3차원 좌표파라메타를 얻게된다. 송신 안테나부(11,12,13,14)은 방사와 수신이 지속적으로 반복 수행하며, 주위의 매질과 다른 전기적성질을 띄며서 소정의 체적를 가지는 지점의 3차원 좌표파라메타를 얻는다.

소정 지점의 거리와 위치 정보를 갖는 각각의 3차원 좌표파라메타는 연결넥(20)과 접속되어 있는 단말부(30)로 지속적으로 전송된다.(S2)

연결넥(20)는 상기한 바대로 3차원 좌표파라메타의 전송로이며, 또한 사용자가 레이다 탐지부(10)를 지표면 가까이에서 이동시킬 경우에 역학적인 힘의 전달체로 작용한다.

단말부(30)는 매설물 자료 D/B부(31), 입력부(32), 좌표조합부(33), 중앙 처리부(34), 디스플레이부(35), 이미지 칼라링부(36)로 구성되며, 전달된 3차원 좌표파라메타를 조합하여 3차원 입체형상으로 표현하고, 매설물 자료 D/B부(31)의 내장 자료와 비교하여 매설물의 본질을 판단하여 사용자에 인지시킨다.

연결넥(20)을 통해 전송된 3차원 좌표파라메타는 입력부(32)와 이어지는 좌표조합부(33)에 입력된다.

좌표조합부(33)는 입력된 3차원 좌표파라메타를 3차원 공간상에 일점으로 구현하며, 지속적인 3차원 좌표파라메타의 조합과 구현을 통해 탐침된 매설물의 3차원 입체형상을 얻는다. 이 3차원 입체형상은 중앙 처리부(34)를 거쳐 디스플레이부(35)에 시현된다.(S3)

이때 디스플레이부(35)에 시현된 3차원 입체형상은 흑백의 명암의 조합이므로 사용자가 매설물의 본질을 파악하다는데는 곤란한 점이 있다.

보다 명확한 매설물의 본질 파악을 위해, 다수의 매설물에 대한 정보를 미리 내장하고 있는 매설물 자료 D/B부(31)를 구비하여 이를 통해 제공되는 매설물 자료와 구현된 3차원 입체형상을 비교하게 한다.

중앙 처리부(34)는 구현된 3차원 입체형상과 매설물 자료 D/B부(31)의 내장된 자료와의 비교작업을 수행하여, 구현된 3차원 입체형상과 명암, 모양, 크기, 매설 위치 및 방향등에서 가장 근접하다고 판단되는 매설물을 제시하여 3차원 입체형상의 본질을 파악한다.(S4)

판단하여 제시되어진 매체물 영상을 디스플레이(35)를 통해 시현시키면, 디스플레이(35)에는 앞서 시현된 3차원 입체형상과 병행 시현되므로 사용자에게 두가지의 영상의 동일점과 차이점을 한 눈에 알게 한다.(S5)

또한, 이미지 칼라링부(36)에서 3차원 입체 형상에 인공적인 색상을 그래픽할 수 있게 하여 탐지 매설물의 시각 효과를 얻게 한다.(S6)

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변환 및 변경이 가능한 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백하다 할 것이다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 탐색된 지하 매설물을 3D Color MUD에 의해 3차원 칼라 이미지로 제공할 뿐만아니라 그 매설물의 본질을 파악하여 매설물의 명암, 모양, 크기, 매설 위치 및 방향등의 정보를 사용자에게 현장에서 바로 확인할 수 있는 잇점이 있다.

특히 사용자에게 탐지된 땅 속 매설물의 보여주는 단말부를 노트북등 휴대가 가능한 장비에 구현할 수 있도록 하여 현장에서 탐지 물체를 즉시 판단 할 수 있게 하고, 또한 무선 인터넷등 기존 인프라를 통해 인터넷과 연결하여 보다 다양한 작업 영역을 확보하게 한다.

또한 본 발명은, 매설물의 심도와 각도에서의 고분해능을 얻으면서도 비교적 고주파를 사용하여 전파의 감쇠를 줄이고, 매설물의 탐침 효과를 극대화시킬 수 있다.

Claims

주위 환경의 원격 조사를 위한 휴대용 레이다를 통해 땅 속의 매설물을 레이다 이미징하는 장치에 있어서,

4방향에 십자형으로 위치하며 각각의 시간차이를 두고 순차적으로 땅 속으로 전자파를 방사시키는 4개의 송신 안테나부(11,12,13,14)와,

상기 각 송신 안테나부(11,12,13,14)와의 동일 거리상에 위치하며, 땅 속의 주변매질과 전기적 성질이 다른 위치에서 반사되는 전자파를 수신하고, 전자파의 반사각과 시간 지연을 측정하여, 전자파가 반사된 위치에 대한 3차원 좌표파라메타를 계산 처리하는 수신 안테나부(15)와,

상기 4개의 송신 안테나부(11,12,13,14)와 수신 안테나부(15) 사이의 회로선을 보호하고 물리적인 연결을 하고 있는 십자형의 지지대(16)를 포함하여, 땅 속에 전자파를 방사/수신하며 지하 매설물의 3차원 좌표파라메타로 얻는 레이다 탐침부(10)와,

상기 레이다 탐침부(10)와 연결되며 사용자에 의해 레이다 탐침부(10)를 지표면 가까이에서 이동 가능하게 하며, 상기 레이다 탐침부(10)에서 얻어진 지하 매설물의 3차원 좌표파라메타를 전송하는 연결넥(20)과,

상기 연결넥(20) 일단의 연결포트에 연결되며 상기 3차원 좌표파라메타를 조합하여 입체적인 형상을 시현하는 단말부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치.
제 1항에 있어서 상기 단말부(30)는, 상기 레이다 탐침부(10)가 탐지할 가능성이 있는 다수의 매설물에 대한 정보를 미리 내장하고 있으며 추후에 새롭게 추가되는 매설물의 정보의 갱신을 가능하게 한 매설물 자료 D/B부(31)와,

상기 연결넥(20)과 연결포트로 연결되며 상기 레이다 탐침부(10)에서 얻어진 3차원 좌표파라메타등의 땅 속 탐지 자료를 받아들이는 입력부(32)와,

상기 입력부(32)를 통해 얻어진 3차원 좌표파라메타를 바탕으로 입체적인 형상을 구현하는 좌표조합부(33)와,

상기 좌표조합부(33)에서 구현된 형상과 상기 매설물 자료 D/B부(31)의 내장된 자료를 비교하여 구현된 형상의 본질을 판단하고, 상기 단말기부(30)의 각 부분을 제어하는 중앙처리부(34)와,

상기 좌표조합부(33)에서 구현된 형상과 본질이 파악된 영상을 병행 시현시키는 디스플레이부(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치.
제 2항에 있어서 상기 단말부(30)는, 상기 좌표조합부(33)에 구현된 형상의 시각 효과를 얻기위해 입체 형상에 색을 입히는 이미지 칼라링부(36)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 장치.
주위 환경의 원격 조사를 위한 휴대용 레이다를 통해 땅 속의 매설물을 레이다 이미징하는 방법에 있어서,

탐지하고 싶은 지역을 선정한 후, 소정의 영역에 탐지 신호의 발산과 매설물에 반사되는 귀환 신호의 수신을 반복하는 매설물 서치 과정(S1)과,

상기 귀환 신호의 지연 시간 및 반사 각도를 이용하여 매설물의 깊이 및 좌표 파라메타를 측정하는 매설물 심도 및 좌표 측정 과정(S2)과,

상기 측정된 좌표 파라메타를 조합하여 3차원적인 입체 형상을 구현하여 상기 디스플레이부(35)에 시현시키는 1차 영상 시현 과정(S3)과,

상기 매설물 자료 DB부(31)에 내장되어 있는 자료와 상기 시현된 입체 형상의 명암, 모양, 크기, 매설 위치 및 방향등을 비교하여 매설물과 가장 근접한 물체를 판단해 내는 매설물 본질파악 과정(S4)과,

상기 본질파악 과정(S4)에서 판단된 물체의 영상을 매설물 자료 DB부(31)에서 추출하여, 상기 디스플레이부(30)에서 영상시현시키는 2차 영상 시현 과정(S5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 탐침 방법.
제 4항에 있어서 상기 이미지 칼라링부(36)의 작업을 통해 1차 영상 시현 과정(S3)에서 구현된 형상에 색을 입혀 탐지 매설물의 시각 효과를 얻는 이미지 칼라링 과정(S6)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 입체 시현이 가능한 이동식 지표 레이다 탐침 방법.