KR200303736Y1 - Gps를 이용한 대형 구조물의 변형 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 대형 구조물의 소정 위치에 GPS 수신기를 장착한 기지국을 부착하여 소정시간 간격마다 수신한 GPS 좌표를 기준국을 거쳐 중앙제어국으로 송신함으로써 중앙 제어국에서는 현장에 나가 실측을 통하지 않고도 기지국의 좌표 변화를 통하여 대형 구조물의 변형 정도를 파악할 수 있도록 하는 것이다.

Description

GPS를 이용한 대형 구조물의 변형 측정 시스템{Modification mesuring system of large structure using GPS}

본 고안은 GPS 위성으로부터 받은 신호를 이용하여 대형 구조물의 변형 정도를 측정하여 그 안전성 정도를 판단하고자 하는 것이다.

종래에는 빌딩이나 교량, 댐 등 대형 구조물의 변형정도를 측정함에 있어서 측량에 의하여 수평방향 및 수직방향의 변형 여부를 측정하여 안전성 여부를 판단하였다.

그러나, 종래의 방법은 주기적으로 인원이 직접 현장에 나가서 측량을 실시하여야 하는 등의 불편함이 있었던 것이 사실이다.

본 고안에서는 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 수신장치를 이용하여 대형 구조물의 변형정도를 측정하고 또한 이를 풍속, 기온 등의 데이터와 실시간으로 연계시켜 그 측정값을 구함으로써 현재 구조물의 변형정도를 측정할 수 있고 또, 풍속, 기온 등의 외부 변수와의 함수를 구함으로써 위험에 대비할 수도 있는 장치를 제공하고자 한다.

제1도는 본 고안에 의한 대형 구조물의 변형 측정 시스템의 전체도면이다.

본 고안은 GPS를 이용하여 GPS 수신기의 3차원적 위치를 결정하는 것을 기본원리로 하고 있다. 먼저, GPS를 이용한 3차원 위치 결정 시스템에 관하여 설명한다.

GPS 위성은 그 궤도 측정을 통하여 정확한 위치를 파악할 수 있고, GPS 수신기는 GPS 위성에서 발신하는 전파를 수신하여 위성으로부터의 전파 도달시간을 측정하여 수신기의 공간적 위치를 알아낸다. GPS 수신기는 4개의 위성으로부터의 신호를 수신하여 X, Y, Z 의 3차원 좌표를 알아낼 수 있다.

한편, GPS로 얻어지는 좌표는 동일지점의 좌표라도 위성궤도 예측 편차, 전리층의 전파지연, 대류권의 전파지연 등의 원인으로 오차가 생길 수 있다. 본 고안에서는 이러한 오차를 보상하기 위해 기준국을 설정하고 기준국으로부터의 GPS 측정값을 통하여 오차를 보상하는 DGPS 시스템을 사용한다.

제1도는 본 고안의 전체적인 시스템도이다.

본 고안은 기준국, 변형 측정 대상 구조물에 설치되는 다수개의 기지국, 기 준국에 통신링크된 중앙제어국으로 구성된다.

기준국은 측정 대상 구조물의 주변의 단단한 지반위 또는 콘크리트 기초위에 설치되고 실측을 통하여 정확한 3차원 좌표를 설정해놓는다. 기준국에는 또한 GPS 수신을 위한 GPS수신부가 설치되며, 기지국들과 데이터통신을 위한 통신부가 설치된다.

기지국은 측정 대상 구조물의 소정 위치에 다수개 설치된다. 그 설치되는 위치 및 개수는 측정 대상 구조물의 종류에 따라 달라진다. 통상적으로 대상 구조물의 좌우/상하 편향 정도를 측정할 수 있는 위치에 적정 수량 설치된다. 기지국은 GPS 수신부를 포함하며, 기준국과 데이터 통신을 위한 기지국 통신부를 구비한다.

중앙 제어국은 기준국과 통신링크로 연결된다. 중앙 제어국에서는 실시간으로 기준국의 GPS 3차원 좌표, 기지국들의 GPS 3차원 좌표를 수신한다. 또한 중앙제어국에는 기온계, 풍속계, 풍향계 등이 설치되어 각각의 실시간 측정값들이 상기 GPS 3차원 좌표값들과 함께 기록된다.

다음으로 본 고안의 대형 구조물 변형 측정 장치의 동작을 설명한다.

소정 간격을 갖는 시간 t0, t1, t2, ... 에서 기지국의 GPS 3차원 좌표가 측정되어 기준국으로 전송된다. 기준국에서는 상기 각 시간 t0, t1, t2, ...에서 기준국의 3차원 GPS 좌표, 기온, 풍향, 풍속을 측정한다. 이후 기준국에서는 상기 측정값과 실측값을 바탕으로 하여 기지국에서 전송되어 오는 좌표값을 보상하여 아래 표와 같이 보상된 기지국의 좌표값, 기온, 풍향, 풍속을 하나의 데이터 필드로 기록된다. 아래 표에 기록된 값들은 실제 값의 형태가 아닌 설명을 용이하게 하기 위한 예시 데이터이다.

이때 기지국들의 좌표는 GPS 수신좌표에서 기준국 실측좌표와 기준국 GPS 좌표와의 차만큼을 보상한 값으로 기록된다.

상기 데이터 필드에서 기지국들의 좌표들은 각각 그 시간에서 기지국들이 설치된 대상 구조물의 각 부분의 위치 변화, 즉, 변형 정도를 나타낸다. 예를 들면 시간 t0에서 기지국1의 3차원 좌표가 (2, 3, 4)이고 시간 t1에서 좌표가 (2, 4, 4)였다면, 대상구조물의 기지국1이 설치된 부분이 y축상으로 1만큼의 변위가 발생하였다는 사실을 나타낸다. 여기에 각 시간에서의 기온, 풍속, 풍향 데이터까지 고려해보면, 시간 t0에서 기지국1의 3차원 좌표 및 기온, 풍속, 풍향 데이터가 (2, 3, 4, 2, 2, N)이고 시간 t1에서 (2, 4, 4, 2, 3, N)이었다면, 풍속이 1만큼 변화되고 이때 y축으로 1만큼 변위가 있었다는 것을 나타낸다.

상기 표와 같이 기록되는 데이터를 기준국에서는 백업용으로 기록하여 보관하는 동시에 통신링크를 통하여 중앙제어국으로 전송함으로써, 중앙제어국은 대상 구조물의 각 시간에 따른 각 부분의 변위를 체크할 수 있게 되며, 이를 실시간으로 그래프화하여 표시할 수도 있으며, 기온, 풍속, 풍향 등의 주위 환경 변화와의 함수 관계도 산출한다.

중앙제어국은 관리회사의 사무실내에 설치될 수 있으며, 여러 구조물의 주변에 설치된 기준국들로부터 데이터를 받아, 관리회사의 사무실에서는 직접 현장에 나가 실측을 통하지 않고도 대상 구조물의 변형정도를 알 수 있게 되며, 관리하는 여러 가지 대상물의 변형정도를 사무실에서 간편하게 확인하고 진단할 수 있게 된다.

그 변위정도를 측정하려 하는 대상물의 각 부분에 GPS수신기가 장착된 기지 국을 설치하여 그 3차원 좌표를 시간적으로 해석함으로써 대상물의 변위정도를 측정할 수 있으며, 이들 데이터를 통신망을 통하여 중앙제어국으로 전송함으로써 현장에 나와 실측을 통하지 않고도 대상물의 변위정도를 측정할 수 있고, 장시간 동안 지속적으로 측정을 수행할 수 있으므로 매번 실측을 나오는 번거로움도 없는 효과가 있다. 또한, 좌표 측정시의 풍향, 풍속, 기온등 기상 상태를 함께 측정하여 데이터화 함으로써 기상 상태에 따른 대상물의 변위 정도를 측정할 수 있으며, 이러한 데이터를 축적하여 새로운 대상물을 건축하려 할 때, 기본 데이터로 활용할 수도 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 대형 구조물의 변형정도를 측정하는 시스템에 있어서,

   GPS 수신기, 유/무선 통신 링크, 기온 측정수단, 풍향 측정수단, 풍속 측정수단, 타이머, 제어장치를 포함하여 구성되며, 기지국으로부터 기지국의 GPS 좌표를 수신하여 타이머에 의한 소정 시간 간격마다 기온, 풍향, 풍속과 함께 기지국의 GPS 좌표를 데이터 필드화하여 중앙제어국으로 송신하는 기준국;

   GPS 수신기, 무선 통신 링크, 타이머, 제어장치를 포함하여 구성되며, 대형구조물에 부착되어 소정 시간 간격마다 기준국으로 기지국의 GPS 좌표를 송신하는 기지국;

   기준국으로부터 수신되는 데이터 필드를 바탕으로 대형 구조물의 변형정도를 계산하는 중앙제어국;

   으로 구성된 것을 특징으로 하는 대형구조물의 변형 측정 시스템.