KR200293128Y1 - 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템 - Google Patents

사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템 Download PDF

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KR200293128Y1
KR200293128Y1 KR2020020019929U KR20020019929U KR200293128Y1 KR 200293128 Y1 KR200293128 Y1 KR 200293128Y1 KR 2020020019929 U KR2020020019929 U KR 2020020019929U KR 20020019929 U KR20020019929 U KR 20020019929U KR 200293128 Y1 KR200293128 Y1 KR 200293128Y1
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KR2020020019929U
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조삼덕
윤수호
김춘식
이광우
김상봉
이승룡
Original Assignee
한국건설기술연구원
(재) 한국건설품질연구원
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야
본 고안은 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를 사전에 예경보할 수 있는 실시간 무인 감시 시스템에 관한 것임.
2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 고안은 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를 사전에 예경보하며, 인터넷 서비스를 통하여 위험 사면에 대한 정보를 제공하는 실시간 무인 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 고안의 해결방법의 요지
본 고안은, 표점이 설치된 사면에 대한 감시 영상을 획득하기 위한 사면 감시 영상 획득 수단; 사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 계측 데이터를 수집하여 처리하기 위한 사면 계측 데이터 수집 수단; 상기 사면 감시 영상 획득 수단에서 획득된 사면 감시 영상 데이터를 전달받아 디스플레이하고 상기 사면 감시 영상 데이터를 분석하여 사면의 움직임 여부를 판단하기 위한 사면 감시 영상 처리 수단; 상기 사면 계측 데이터 수집 수단에서 수집된 사면 계측 데이터를 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 사면 계측 데이터 처리 수단; 및 상기 사면 감시 영상 및 사면 계측 데이터 처리 수단으로부터 전달받은 사면 감시 영상 및 사면 계측 데이터를 저장·관리·분석하기 위한 중앙 제어 수단을 포함한다.
4. 고안의 중요한 용도
본 고안은 사면 관리 및 붕괴 예경보 시스템 등에 이용됨.

Description

사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템{Automated Monitoring System for Management of Slop}
본 고안은 실시간 무인 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를 사전에 예경보할 수 있는 실시간 무인 감시 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 산지가 많은 지형적 특성과 연평균 강우량(1300∼1500mm)의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 기후 특성 때문에 사면 붕괴가 자주 발생하여 해마다 인명 및 재산의 손실 뿐만 아니라 사회경제적으로도 커다란 피해를 입고 있다.
따라서, 사면의 붕괴를 사전에 예방하기 위한 대책으로 국내에서는 일반국도 및 고속도로 절토사면을 대상으로 현재 한국건설기술연구원과 한국도로공사의 도로연구소에서 사면 유지관리 시스템을 각각 개발 중에 있다. 이들 사면 유지관리 시스템은 공통적으로 위험 사면 분포현황 조사, 사면 조사 및 안정해석 수행, 대책공법 수립, 그리고 사면 자료에 대한 데이터베이스 구축 등을 근간으로 개발되고 있다.
그러나, 단순히 사면 조사와 데이터베이스화를 통한 사면의 유지관리 단계를 넘어서, 위험 사면에 대한 계측을 통해 사면의 장단기적 안정성을 평가하고, 사면의 불안정 요소에 대한 대책을 수립하는 방안이 필요하다.
특히, 원거리에서도 실시간으로 사면 거동 감시가 가능한 사면 자동계측 시스템을 개발하여 원격지에 있는 사면의 붕괴를 조기에 예측 및 예보함으로써, 위험 사면에 대한 적절한 대책을 수립하고 사면 붕괴에 의한 피해를 최소화할 수 있는 방안이 필요하다.
또한, 자동계측 시스템을 통해 사면 거동과 관련된 장기적인 자료(long term data)를 정확하게 효율적으로 축적하고, 이로부터 사면 붕괴 유발요인(강우량 등)과 사면 붕괴와의 상관관계를 파악하여 사면 재해 예방에 계측을 적극적으로 이용하고, 특히 붕괴재발 가능성이 있거나 소규모 붕괴가 진행중인 사면에 자동계측 시스템을 구축하여 예경보 시스템을 운영함으로써, 사면 붕괴로 인한 피해를 최소화하고, 예경보 시점의 정확성을 향상시키기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 고안은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하기 위한 실시간 무인 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 고안은 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를 사전에 예경보할 수 있는 실시간 무인 감시 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 고안은 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를사전에 예경보하며, 인터넷 서비스를 통하여 위험 사면에 대한 정보를 제공하는 실시간 무인 감시 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1 은 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 대한 개념도.
도 2 는 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 대한 구체적인 일실시예 구성도.
도 3 은 본 고안에 따라 구현된 데이터 로거 시스템의 실물 사진.
도 4 는 본 고안에 따른 인터페이스 회로(플로팅 전류-전압 변환기 회로)의 일실시예 상세 회로도.
도 5 는 본 고안에 따른 영상처리 알고리즘에 대한 일실시예 흐름도.
도 6 은 본 고안에 따른 D/B 및 인터넷 서비스 방식에 대한 설명도.
도 7 은 본 고안에 따른 예경보 방식에 대한 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : CCD 카메라 220 : 신축계 및 온도 센서
230 : 우량계 240 : 데이터 로거 시스템
250 : 전원 공급부 260 : 감시 영상 및 계측 데이터 처리부
270 : 중앙 제어부
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 장치는, 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 있어서, 표점이 설치된 사면에 대한 감시 영상을 획득하기 위한 사면 감시 영상 획득 수단; 사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 계측 데이터를 수집하여 처리하기 위한 사면 계측 데이터 수집 수단; 상기 사면 감시 영상 획득 수단에서 획득된 사면 감시 영상 데이터를 전달받아 디스플레이하고 상기 사면 감시 영상 데이터를 분석하여 사면의 움직임 여부를 판단하기 위한 사면 감시 영상 처리 수단; 상기 사면 계측 데이터 수집 수단에서 수집된 사면 계측 데이터를 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 사면 계측 데이터 처리 수단; 및 상기 사면 감시 영상 및 사면 계측 데이터 처리 수단으로부터 전달받은 사면 감시 영상 및 사면 계측 데이터를 저장·관리·분석하기 위한 중앙 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 고안에 따른 다른 장치는, 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 있어서, 사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 데이터를 계측하기 위한 다수의 계측 수단; 상기 다수의 계측 수단에서 계측된 전류 신호 형태의 사면 계측 데이터를 전압 신호 형태의 사면 계측 데이터로 변환시키기 위한 전류-전압 변환 수단; 상기 전류-전압 변환 수단에서 전압 신호 형태로 변환된 아날로그 형태의 사면 계측 데이터를 디지털 형태로 변환·처리하여 전달하기 위한 데이터 로깅 수단; 상기 데이터 로깅 수단으로부터 사면 계측 데이터를 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 사면 계측 데이터 처리 수단; 및 상기 사면 계측 데이터 처리 수단으로부터 전달받은 사면 계측 데이터를 저장·관리·분석하기 위한 중앙 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 장치는, 상기 사면 계측 데이터를 사면의 붕괴 특성에 근거한 관리 기준치와 비교하여 사전에 사면의 붕괴를 예경보를 하기 위한 예경보 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 장치는, 상기 중앙 제어 수단에서 저장·관리·분석된 데이터를 인터넷을 통하여 서비스하기 위한 인터넷 서비스 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이처럼 본 고안은 사면 붕괴에 의한 인적·물적 자원의 손실을 최소한으로 억제하고 수집된 계측자료를 사면 붕괴의 원인분석과 대책수립에 효과적으로 이용할 수 있도록 하기 위하여, 위험 사면을 실시간으로 무인감시하고 사면 붕괴를 사전에 예경보할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 고안은 전국에 산재한 위험 사면에 적용할 수 있는 경제적인 감시 시스템의 개발을 위해, 센서와 데이터 로거 등을 이용하여 데이터 수집 및 처리 장치를 구현하고, 시각적으로 사면 감시를 하기 위한 비쥬얼 모니터링 기술로서 이미지 프로세싱 알고리즘을 적용한다. 또한, 실시간 무인감시가 가능하도록 하기 위해, 현장에 관리자가 상주할 필요 없이 원격지의 중앙 제어부(중앙 관리소)에서 근거리및 원거리 데이터 통신을 통하여 많은 현장을 동시에 관리할 수 있도록 한다(그러나, 본 고안의 실시예에서는 설명과 이해의 편리를 위하여 하나의 사면만을 감시하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.). 이외에도 본 고안에 따라 수집·저장되는 자료를 관리자 및 정보 이용자가 전국 어디에서든 실시간으로 확인·분석·활용할 수 있도록 데이터베이스(D/B) 및 인터넷 서비스를 제공한다. 또한, 본 고안은 사면의 붕괴를 사전에 감지하여 예경보를 발령할 수 있는 예경보 시스템을 더 구비한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 대한 개념도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템은, 지표변위계 및 우량계 등과 같은 센서와 데이터 로거 등을 이용하여 사면에 대한 데이터를 수집하여 처리하고, CCD 카메라를 이용하여 사면에 대한 영상을 획득하기 위한 데이터 수집부(101)와, 상기 데이터 수집부(101)에서 수집된 사면관련 감시 영상 및 계측 데이터를 근거리 유·무선통신망을 통하여 인접관리 시스템(103)으로 전송하기 위한 근거리 통신부(102)와, 상기 근거리 통신부(102)를 통하여 전달받은 사면 감시 영상 데이터를 디스플레이하고 해당 데이터를 분석하여 변위량을 측정하며, 상기 근거리 통신부(102)를 통하여 전달받은 사면 계측 데이터를 분석하여 디스플레이하기 위한 인접관리 시스템(103)과, 현장에 관리자가 상주할 필요 없이 실시간 무인감시가 가능하도록 하기 위해, 상기 인접관리 시스템(103)에서 처리된 감시 영상 및 계측 데이터를 원거리 유·무선통신망을 통하여 중앙관리 시스템(105)으로 전송하기 위한 원거리 통신부(104)와, 상기 원거리 통신부(104)를 통하여 전달받은 감시 영상 및 계측 데이터를 저장·관리·분석하여 사전에 사면의 붕괴를 예경보를 하기 위한 중앙관리 시스템(105)과, 상기와 같이 수집·저장된 자료를 정보 이용자가 전국 어디에서든 실시간으로 확인·분석·활용할 수 있도록 인터넷을 통하여 제공하기 위한 인터넷 서비스 시스템(106)을 포함한다. 여기서, 예경보 기능과 인터넷 서비스 등은 본 고안의 필수 구성요소가 아니라 본 고안의 활용도를 극대화하기 위한 부가적인 구성요소이다. 그리고, 사면에 대한 감시 영상 및 계측 데이터 둘 다를 이용하는 방법을 일예로 들어 설명하고 있으나, 그 중 어느 하나의 데이터만을 이용하여도 본 고안의 목적을 달성할 수 있다.
도 2 는 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 대한 구체적인 일실시예 구성도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템은, 표점이 설치된 사면에 대한 감시 영상을 획득하기 위한 CCD 카메라(210), 사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 계측 데이터를 수집하여 처리하기 위한 신축계 및 온도 센서(220)와 우량계(230) 및 데이터 로거 시스템(240), 상기 CCD 카메라(210)에서 획득된 사면 감시 영상 데이터를 근거리 유선 통신망을 통하여 전달받아 디스플레이하고 해당 사면 감시 영상 데이터를 분석하여 사면의 움직임 여부를 판단하며, 상기 신축계 및 온도 센서(220)와 우량계(230) 및 데이터 로거 시스템(240)에서 수집된 사면 계측 데이터를 근거리 무선 통신망을 통하여 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 감시 영상 및 계측 데이터 처리부(260), 및 상기 감시 영상 및 계측 데이터 처리부(260)로부터 원거리 유·무선통신망을 통하여 전달받은 감시 영상 및 계측 데이터를 저장·관리·분석하여 사전에 사면의 붕괴를 예경보를 하기 위한 중앙 제어부(270)를 포함한다.
다음으로, 본 고안에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템의 구체적인 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 먼저, 데이터 수집 과정에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
상기 데이터 수집 과정은 사면 계측 자료의 생성에서부터 근거리 자료 전송 이전 과정까지를 관리하는 과정으로서, 사면의 물리적 환경 정보를 획득하는 과정, 획득된 정보를 처리하는 과정, 그리고 정보를 송신하는 과정 및 이를 수행하는 모든 장치에 전원을 공급하는 과정을 포함한다.
이때, 사면의 거동을 감시하기 위한 계측 센서로는 국내 사면 특성, 경제성, 그리고 국외 사면 무인 감시 시스템 등을 고려하여 지표면 신축계 센서(220)와 자동 우량계(230)를 기본 항목으로 채택하였으며, 필요시에는 온도 센서, 지중 경사계, 지하 수위계, 간극 수압계 등의 여타 센서를 더 사용할 수 있다.
그리고, 데이터 로거 시스템(240)은 무인 감시 시스템의 목적에 적합하도록 도 3 에 도시된 실물 사진과 같이 구현하였다. 이러한 데이터 로거 시스템(240)은 인텔(Intel)사의 16비트 마이크로프로세서 80C196KC(242)를 기반으로 한 메인보드,상기 메인보드와 상기 센서류와의 인터페이스를 위한 인터페이스 회로(242)를 포함하고 있다. 일반적으로 공사현장에서 사용되는 센서의 출력 신호는 노이즈에 약한 전압 신호보다 노이즈에 강한 전류 신호를 주로 이용하는데, 마이크로프로세서(242)는 전류 신호를 인식할 수 없으므로 전류 신호를 전압 신호로 변환할 수 있는 회로가 필요해서 상기 메인보드와 센서와의 사이에 인터페이스 회로(241)가 구비되어 있다.
이외에 취득한 사면 계측 데이터를 감시 영상 및 계측 데이터 처리부(260)로 전송하기 위한 송신용 RF 모듈(Radio Frequency module)(243)을 포함하고 있다. 상기 송신용 RF 모듈(243)은 원활한 무선 송신을 위해서 내부에 버퍼를 내장하고 있는 타입을 채택하여 데이터의 입력이 25ms(milisecond)이상 지연되었을 경우에 순차적으로 송신하도록 되어 있다.
한편, 전원 공급부(250)는 일반적인 공지 방식과 같이 태양열 전지판(251)을 이용해서 충전지(252)에 충전하고, 레귤레이터(253)를 통하여 상기 센서류와 데이터 로거 시스템(240)에 필요한 전력을 공급하도록 한다. 이때, 전력이 충분한 경우에는 CCD 카메라(210)에도 전력을 공급하도록 할 수도 있다. 한편, 근거리에 전력원이 있거나 상기와 같이 현지에서 전력을 공급하는 방식이 불가할 경우에는 해당 전력원이나 원격지에서 전력을 공급하도록 할 수도 있다.
다음으로, 도 4 를 참조하여 상기 인터페이스 회로(I-V 변환 회로)(241)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 아날로그 회로의 특성상 사용 시간이 경과함에 따라 회로의 특성이 변화되어질 가능성이 높다. 만약, 시스템의 사용중 회로의 특성이 변화한다면 심각한 데이터 오류가 발생하게 되며, 이럴 경우에는 통상 장치 자체를 교환하든지 아니면 통신 소프트웨어를 변경해야 한다. 그러나, 본 고안에서는 도 4 에 도시된 바와 같이 인터페이스 회로(전류/전압 변환 회로)에 가변저항을 추가함으로 이러한 문제를 해결하였다.
이러한 전류-전압 변환 회로의 설계 방식으로는, 접지 부하 전류-전압 변환 방식과 플로팅 부하 전류-전압 변환 방식의 두 가지 경우를 고려할 수 있다.
상기 접지 부하 전류-전압 변환 방식은 입력 전류를 부하저항 RL에 의해서 전압으로 변환시킨다. 이 변환 방식은 송수신부 사이에 전류루프 공통선이 있어야 하며, 이 공통선은 전압강하를 일으키는 문제점이 있다. 따라서, 본 고안에서는 상기 문제점을 플로팅 부하 전류-전압 변환 방식을 사용하여 해결하였다. 즉, 본 고안에서는 4mA에서 20mA 전류신호를 0V에서 5V의 전압신호로 변환시킬 수 있는 플로팅 전류-전압 변환 회로를 도 4 에 도시된 바와 같이 설계하였다.
상기 플로팅 부하 전류-전압 변환 방식에서, 전류는 입력 전선을 통해서 부하로 보내지며, 또한 도 4 에 도시된 바와 같이 루프를 형성한다. 따라서, 이들 전선사이의 동위상 잡음은 부하단에서 동시에 제거된다.
본 고안에 따른 전압/전류 변환 회로의 작동 원리는 다음과 같다. 상기 센서류부터 전송받은 전류는 저항 Rspan양단의 전위차로 변환된다. 또한 OP 앰프 U1과 저항 Ri, Rf는 차동증폭기로 작용한다. 이때, 다음과 같은 부하 오차 관계식을 만족하여야 한다.
RiRspan
또한, 출력 전압 Vout은 다음과 같다.
따라서, 차동증폭기의 출력 전압은 전류 I, 제로 오프셋 전압 Vz, 이득 Ri/Rf와 플로팅 저항 Rspan에 의해서 정해진다. 즉, 차동증폭기의 출력 전압은 마이크로프로세서(242)의 아날로그/디지털 변환부의 입력 전압 범위(0V∼5V)로 정해진 후에 마이크로프로세서(242)의 아날로그/디지털(A/D) 변환부로 전송된다.
전류-전압 관계에서,
I(a) = 4mA, V(a) = 0V
I(b) = 20mA, V(b) = 5V
Rf/Ri= 10으로 하면,
따라서, 15Ω 고정저항을 갖는 33Ω 멀티 턴 퍼텐쇼미터(Multi-turn potentiometer)를 선정한다.
한편, RiRspan이므로 Ri= 2.2㏀으로 결정한다. 이것을 토대로 Rf, Vz를 계산하면 아래와 같은 결과가 나온다.
다음으로, 상기 마이크로프로세서(242)에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
본 고안의 데이터 로거 시스템(240)에 사용된 원칩 마이크로프로세서 80C196KC(242)는 인텔(Intel)사의 16비트 마이크로프로세서인 8096계열 중의 하나로서, 다목적 용도에 알맞게 설계되어 광범위한 응용 분야를 가지고 있다. 그리고, 상기 마이크로프로세서 80C196KC(242)는 칩내에 8채널의 아날로그/디지털 변환기를 가지고 있으므로 별도의 아날로그/디지털 변환 모듈을 제작할 필요 없이 간단히 아날로그/디지털 변환이 가능하다. 상기 마이크로프로세서(242)는 아날로그 신호를 인식하지 못하므로 아날로그/디지털 변환 기능을 이용하여 인터페이스 회로(241)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이렇게 아날로그/디지털 변환된 신호를 마이크로프로세서내의 소프트웨어를 이용하여 무선 전송 등을 위하여 원하는 데이터 형태로 만든 후에, 이 데이터를 다시 아스키 코드(ASCII Code)로 변환한 다음에, 데이터 로거 시스템(240)의 일부인 송수신용 무선 모듈(243)을 통하여 전송한다.
본 고안에 사용되는 원칩 마이크로프로세서 80C196KC(242) 및 주변 장치들은아래의 기능을 가진다.
- PWM(Pulse Width Modulation) 파형의 출력
- 내부 및 외부 클럭에 의한 타이머
- 고속의 입력을 받아들일 수 있는 HSI(High Speed Input)
- 고속의 출력을 할 수 있는 HSO(High Speed Output)
- 다른 장치들과 데이터를 주고받을 수 있는 확장 직렬 입출력 포트
- 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 A/D 변환기(10비트 분해능)
- 기본적인 입출력을 할 수 있는 입출력 포트
- 특수한 목적을 위해 정상 모드 이외의 여러 가지 특수 기능 모드
본 고안에서는 신축계 센서와 온도 센서의 신호를 처리하기 위해 A/D 변환기를 사용하고, 우량계 센서의 신호를 처리하기 위해 HSI 기능과 타이머 기능 등을 사용하며, 부가적으로 확장 출력 포트를 발광다이오드 구동에 사용한다.
다음으로, 감시 영상을 획득하여 처리하는 과정에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
본 고안에서는 낙석 발생 등의 사면 변형을 눈으로 직접 관찰할 수 있도록 하기 위해 영상 감시 기능을 포함하고 있다. 이 과정에서는 사면의 실시간 영상자료를 획득할 뿐만 아니라, 획득한 아날로그 영상신호에 대한 일련의 영상처리를 통해 지표의 변위량도 자동으로 산정할 수 있도록 한다. 이러한 과정은 영상 정보 획득을 위한 CCD 카메라(210)와 감시 대상 사면의 현장에 설치되는 표점(지표변위 측정 타겟 포인트), 후술되는 도 5 의 영상 처리 알고리즘의 수행을 위한 감시 영상처리부(260), 그리고 일시적인 정전에 대비하기 위한 무정전 전원장치 등으로 구현된다.
상기 감시 영상 처리부(260)에는 CCD 카메라(210)로부터 얻은 아날로그 영상신호를 유선 케이블을 통하여 전달받아 컴퓨터가 인식할 수 있는 신호로 변화시켜주는 영상 그래버 카드(Image Grabber Card)와 영상 처리 자료를 중앙 제어부(270)으로 전송하기 위한 전용선 인터페이스 카드 등이 장착된다.
그리고, 이러한 과정은 CCD 카메라(210)를 이용한 화상 처리 기술을 채택함으로써 주변온도에 영향을 받지 않으며, 또한 CCD 카메라(210)의 성능, 개수 및 설치 위치를 조정함으로써 영상획득 가능영역과 변위계측의 정밀도를 조절할 수 있는 장점을 가진다.
상기 영상 처리 알고리즘의 일예를 도 5 를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 이 영상 처리 알고리즘은 공지의 기술들을 이용하므로 그 처리 순서만을 개략적으로 살펴보기로 한다.
우선, CCD 카메라에 의해 획득된 아날로그 영상은 영상처리보드에 의해 디지털화 된다(501). 이때의 영상 데이터는 칼라 형태의 영상 데이터이다. 이후, 상기 영상 데이터에 대하여 배경과 표점을 분리한다(502). 이때, 공지의 Otsu's 방식 등을 이용한다. 이후, 공지의 가우시안 라플라스 변환 등을 이용하여 필터링을 수행하고(503) 최소 제곱 추정(least square estimation) 등을 이용하여 직선화 처리 과정을 수행한다(504). 이후, 매칭(Matching) 알고리즘을 이용하여 변위량을 측정하여(505) 최종적으로 사면의 움직임 여부를 판단한다(506).
다음으로, 계측 데이터를 처리하는 과정에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
인접장소에 위치한 계측 데이터 처리부(260)에서는 송신 RF 모듈(243)와 수신 RF 모듈(280)을 통하여 데이터 로거 시스템(240)의 마이크로프로세서(242)로부터 사면 계측 데이터를 전송받아서 그 데이터를 분석 처리하여 텍스트 및 그래프 형태로 디스플레이하여 실시간으로 모니터링할 수 있도록 해준다. 그리고, 전송받은 사면 계측 데이터를 상용 네트워크 통신망을 이용하여 원거리에 위치한 중앙 제어부(270)에 전송함으로써, 중앙 제어부(270)에서도 데이터를 유지·관리할 수 있도록 한다.
다음으로, 데이터 전송 과정에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
데이터 전송 과정은 사면 계측 데이터를 실시간에 경제적이면서 안정적으로 계측 데이터 처리부(260) 및 중앙 제어부(270)에 전송하기 위한 근거리 통신과 원거리 통신, 그리고 원격지에서 사면 현장 시스템을 제어하기 위한 양방향 통신 기능을 포함하고 있다.
상기 계측 데이터 처리부(260)까지 계측 데이터를 전송하기 위한 근거리 통신에는 RF 모듈(Radio Frequency Modues)(243,280)을 이용한 무선통신 방식을 사용한다. 상기 RF 모듈(243,280)은 RS232C 시리얼 통신 방식을 이용하여 마이크로프로세서(242) 및 계측 데이터 처리부(260)와 각각 인터페이스되며, 송신측 및 수신측 RF 모듈간의 통신시 데이터의 누락에 의한 에러발생을 제거하기 위해 링버퍼 알고리즘을 사용하여 통신 데이터의 신뢰성 및 안정성을 높였다. 그리고, 사면 감시 영상 데이터의 경우는 영상 자료를 포함하고 있어 데이터량이 방대하기 때문에 CCD 카메라(210)에서 감시 영상 처리부(260)까지 자료를 안정적으로 전송하기 위해서 케이블을 이용한 근거리 유선통신 방식을 활용한다.
한편, 원거리 통신의 경우 현재의 무선데이터 통신기술 수준으로는 데이터 전송의 안정성 및 경제성 측면에서 많은 문제점이 있는 것으로 나타나, 상용 네트워크 통신망(예 : PC통신망, 인터넷 통신망, 전용선 등)을 이용하여 원격지의 중앙 제어부(270)에 감시 영상 및 계측 데이터를 전송하는 방법을 사용한다. 또한, 원격지에 위치한 중앙 제어부(270)의 관리자가 사면의 현장상황에 따라 데이터의 전송 시간간격을 조절할 수 있고, 시스템의 오작동여부를 검토할 수 있도록 하기 위해서 ODBC 드라이버와 오라클 서버 데이터베이스를 이용하여 양방향 통신 기능을 구현한다.
한편, 궁극적으로는 근·원거리에 관계없이 하나의 통신방법으로 자료를 전송할 수 있는 무선데이터 통신시스템을 구축하기 위하여, 급속도로 발전하고 있는 무선데이터 통신기술의 발전추이에 따라 보다 안정적이고 경제적인 IMT-2000 방식 등의 무선데이터 통신방식을 사용할 수 있다.
다음으로, 데이터베이스(D/B) 및 인터넷 서비스에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
본 고안에서는 도 6 에 도시된 바와 같이 위험 사면에 대한 계측(또는 감시) 자료를 체계적으로 저장·관리하여 국내 사면의 거동특성 및 붕괴메카니즘의 연구에 활용할 수 있도록 하기 위하여, 지속적으로 축적되는 방대한 양의 계측 자료를체계적으로 데이터베이스(D/B)에 저장·관리하고, 상기 저장된 자료를 관리자 및 사용자가 편리하게 분석·활용할 수 있도록 인터넷 서비스를 통하여 제공한다.
본 고안에서는 지속적으로 전송되어 오는 방대한 양의 자료를 분류별로 체계적으로 저장할 수 있도록 하기 위해 오라클사의 관계형 데이터베이스 관리시스템(DBMS)을 사용하여 테이블 구조로 데이터베이스(D/B)를 구축한다. 상기 데이터베이스(D/B)에 저장되는 자료는 크게 일반적인 사면 관련 자료와 감시 및 계측 관련 자료로 구분되어 진다. 사면 관련 자료는 사면에 대한 일반적인 사전 조사 자료이고, 감시 및 계측 관련 자료는 데이터 수집 및 영상 감시 장치로부터 수집·전송되어 온 자료이다.
본 고안에서 사용되는 데이터베이스(D/B) 및 인터넷 서비스의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
1) 시스템 관리자용 데이터베이스 관리프로그램을 별도로 구축하였기 때문에 시스템의 보안 및 관리가 용이하다.
2) 인터넷 서비스 구현에 객체지향언어인 자바(Java)를 사용하였기 때문에 서비스의 확장 및 업그레이드가 용이하고, 자바 가상 머신(Java Virtual Machine)이 설치되어 있는 플랫폼이면 운영체제에 상관없이 실행이 가능하다.
3) 인터넷 사용자 인터페이스(UI)는 자바의 AWT(Abstract Window Toolkit)를 이용하기 때문에 정보이용자들이 웹(Web)을 통해 쉽고 편리하게 데이터베이스(D/B)에 구축된 정보를 이용할 수 있다.
4) 지도를 이용한 검색과 사면의 현장 주소나 특징을 이용한 키워드 검색이모두 가능하도록 하여 사용자에게 검색의 편이를 제공한다.
5) 자바 언어의 그래픽 기능을 이용하여 계측 자료를 실시간에 웹상에 그래프로 나타낸다.
6) 자바 언어로 구현된 상기 과정을 범용 통계프로그램인 엑셀(Excel) 프로그램과 인터페이스시킴으로써, 기존 저장 자료 및 실시간 계측 자료의 분석 및 활용을 용이하게 한다.
다음으로, 예경보 과정에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
본 고안에서는 위험 사면의 거동을 실시간으로 계측하여 그 계측값이 사전에 결정된 사면 관리 기준치를 초과하게 되면 관리자에게 즉각 통보되도록 함으로써, 사면 붕괴에 미리 대비할 수 있도록 하는 예경보 기능을 도 7 에 도시된 바와 같이 수행한다. 이때, 붕괴의 예보를 위한 사면 관리 기준치 항목으로는 강우강도, 일강우량, 변위속도 등이 사용될 수 있다.
본 고안에서는 사면의 붕괴 위험에 대한 예보를 두 가지 등급(주의보와 경보)으로 구분하여 각각에 대한 관리 기준치를 설정하여 입력할 수 있도록 하고, 주의보와 경보 발령시 사면 붕괴의 위험을 사면 관리자에게 컴퓨터의 화면과 소리를 이용하여 알림과 동시에 관리자의 휴대폰으로 문자를 전송하여 알리도록 하여 위험 예보 전달이 확실히 되도록 한다. 또한, 효과적인 관리를 위하여 예경보 과정의 프로그램도 상기 인터넷 서비스에서 사용한 자바와 JDBC 기술을 활용한다.
다음으로, 사면 무인감시 시스템에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
사면 무인감시 시스템을 전국에 분포하는 많은 사면에 대해 거시적으로 적용하기 위해서는 전국에 분포하는 사면 중에서 사면감시가 우선적으로 필요한 사면, 즉 붕괴위험이 높고 붕괴가 일어났을 때 예상되는 피해 정도가 큰 사면들을 선정하여 우선순위를 매겨 적용할 필요가 있다.
또한, 사면 무인감시 시스템을 설치하여 실시간 계측을 수행하는 중요한 이유 중의 하나는 사면 붕괴의 징조를 조기에 감지하여 붕괴 위험을 사전에 예보함으로써, 사전에 붕괴 방지를 위한 적절한 대책을 세우거나 혹은 붕괴를 피할 수 없는 경우에 붕괴에 의한 피해를 최소한으로 줄이기 위함이다. 이를 위해서는 사면 무인감시 시스템의 계측 항목별로 사면 붕괴 예보를 위한 관리 기준치를 설정하여, 계측치가 관리 기준치를 초과하는 경우에 자동으로 주의보 또는 경보를 발령함으로써, 그에 따른 적절한 대책이 수립될 수 있도록 해야 한다.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 고안은, 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를 사전에 예경보하며, 인터넷 서비스를 통하여 위험 사면에 대한 정보를 제공함으로써, 사면 붕괴에 의한 인적·물적 자원의 손실을 최소한으로 억제하고 수집된 계측자료를 사면 붕괴의 원인분석과 대책수립에 효과적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 있어서,
    표점이 설치된 사면에 대한 감시 영상을 획득하기 위한 사면 감시 영상 획득 수단;
    사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 계측 데이터를 수집하여 처리하기 위한 사면 계측 데이터 수집 수단;
    상기 사면 감시 영상 획득 수단에서 획득된 사면 감시 영상 데이터를 전달받아 디스플레이하고 상기 사면 감시 영상 데이터를 분석하여 사면의 움직임 여부를 판단하기 위한 사면 감시 영상 처리 수단;
    상기 사면 계측 데이터 수집 수단에서 수집된 사면 계측 데이터를 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 사면 계측 데이터 처리 수단; 및
    상기 사면 감시 영상 및 사면 계측 데이터 처리 수단으로부터 전달받은 사면 감시 영상 및 사면 계측 데이터를 저장·관리·분석하기 위한 중앙 제어 수단
    을 포함하는 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 데이터 수집 수단은,
    사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 데이터를 계측하기 위한 다수의센서;
    상기 다수의 센서에서 계측된 전류 신호 형태의 사면 계측 데이터를 전압 신호 형태의 사면 계측 데이터로 변환시키기 위한 전류-전압 변환 회로;
    상기 전류-전압 변환 회로에서 전압 신호 형태로 변환된 아날로그 형태의 사면 계측 데이터를 디지털 형태로 변환하여 처리하기 위한 마이크로프로세서; 및
    상기 마이크로프로세서로부터 전달받은 사면 계측 데이터를 링버퍼알고리즘을 이용하여 전송하기 위한 전송 모듈
    을 포함하는 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템.
  3. 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 있어서,
    사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 데이터를 계측하기 위한 다수의 계측 수단;
    상기 다수의 계측 수단에서 계측된 전류 신호 형태의 사면 계측 데이터를 전압 신호 형태의 사면 계측 데이터로 변환시키기 위한 전류-전압 변환 수단;
    상기 전류-전압 변환 수단에서 전압 신호 형태로 변환된 아날로그 형태의 사면 계측 데이터를 디지털 형태로 변환·처리하여 전달하기 위한 데이터 로깅 수단;
    상기 데이터 로깅 수단으로부터 사면 계측 데이터를 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 사면 계측 데이터 처리 수단; 및
    상기 사면 계측 데이터 처리 수단으로부터 전달받은 사면 계측 데이터를 저장·관리·분석하기 위한 중앙 제어 수단
    을 포함하는 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사면 계측 데이터를 사면의 붕괴 특성에 근거한 관리 기준치와 비교하여 사전에 사면의 붕괴를 예경보를 하기 위한 예경보 수단
    을 더 포함하는 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중앙 제어 수단에서 저장·관리·분석된 데이터를 인터넷을 통하여 서비스하기 위한 인터넷 서비스 수단
    을 더 포함하는 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101457649B1 (ko) * 2013-12-18 2014-11-07 한국도로공사 비탈면 붕괴 사전 감지시스템

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