KR20070063611A - 자기 마커의 극성을 이용한 지하 시설물 관리 시스템 - Google Patents

자기 마커의 극성을 이용한 지하 시설물 관리 시스템 Download PDF

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KR20070063611A
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Abstract

지하매설물에 영구자석으로 만들어진 자기마커를 부착하고 복토 후 이 자기마커로부터 발생하는 자기장을 탐지하여 그 위치를 측량을 통한 DB를 구축, GIS와 연계하여 정확한 관리를 하는 시스템에 관한 것으로, 자기마커의 자기장을 탐지하는 원리는 지구 자장의 방향을 감지할 수 있는 적어도 2개의 자기벡터센서가 평행선상에 정렬되어 있어 지구 자장을 상쇄하고 순수 왜곡 자계 만을 감지하는 센서 수단, 센서 수단에서 감지된 왜곡 자계의 방향과 크기를 탐지 수치로 변환하여 저장한 후 문자, 숫자 또는 그래픽으로 표시하는 제어 수단 및 자성체로 이루어지고, 원통형 관로에 부착되는 자기마커부를 포함하며, 자기마커부는 상단부와 하단부로 이루어지고, 하단부는 자성체의 중심부 위치가 지표면과 직교 되도록 곡면구조로 이루어지고, 자기마커부의 상단부에 자기의 극성이 표시되어 있는 구성을 마련한다.
상기와 같은 자기 마커의 극성을 이용한 지하 시설물 관리 시스템을 이용하는 것에 의해, 지하시설물의 위치를 효과적이고 정확하게 파악할 수 있다.
지하매설물, 자기마커, 탐지기, 영구자석,

Description

자기 마커의 극성을 이용한 지하 시설물 관리 시스템{A buried objects management system by using polar of magnetic markers}
도 1은 지하시설물에 설치된 자기마커의 자력선 분포 및 탐지 방법을 도시한 설명도,
도 2는 본 발명에 따른 지하시설물 탐지 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기마커부의 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기마커부의 상면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기 센서의 출력 특성 곡선을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 탐지 수치 변화 패턴을 나타내는 그래프,
도 7은 1회 탐지기 스캔시의 탐지 수치 변화 패턴을 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 자기마커의 자력선 분포 시뮬레이션의 그래프,
도 9는 지표면을 단면으로 한 자력선 밀도 시뮬레이션의 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 지하시설물 탐지기 11 : 자기마커
12 : 제1의 플럭스게이트 센서 13 : 제2의 플럭스게이트 센서
18 : 지하시설물 20 : 디지털 그래디오미터
22 : 마이크로 프로세서 24 : LCD 표시장치
25 : 디지털-아날로그 변환기 27 : 전압제어발진기
28 : 음성증폭기 30 : 스피커
100 : 자기마커부 101 : 자성체
102 : 피복재 105 : 극성 표시부
본 발명은 지하매설물의 위치를 정확하게 측정하기 위해 지하매설물에 영구자석으로 만들어진 자기마커를 부착하고 이 자기마커로부터 발생하는 자기장을 탐지하여 그 위치를 측량을 통한 DB를 구축하고, GIS와 연계하여 정확한 관리를 하는 지하시설물 관리 시스템에 관한 것이다.
도시화가 급속하게 진행되면서 전기, 통신, 상하수도 등의 기반시설 확충을 위하여, 상하수도관, 도시가스 공급관, 전기 및 통신선로 등의 설치가 급증하고 있는 추세에 있다. 이러한 설비들은 미관이나 설비보호로 인해 대부분 지중에 매립되고 있다. 그러나 이러한 지하시설물의 위치나 깊이에 대한 정보가 축적되지 않아 시각적으로 그 위치나 상태를 파악하기 어려워 지하시설물의 유지관리에 어렵다. 또한, 새로운 지하매설물을 설치하거나 건축물을 시공할 때, 기존 지하시설물의 위 치를 정확히 파악하기 위하여 시간 및 비용이 증가하고, 또한 공사중에 기존 지하매설물을 파괴하거나 이로 인해 작업자의 안전에도 위험하게 된다.
*종래에는 지면 위에서 지하의 매설물을 탐지하기 위해 지반으로 전자파, 초음파 또는 초고주파 등을 전파시킨 후 매질 및 매설물을 통해 전파되어온 파장 변화를 탐지하는 방법들이 사용되었다.
또 다른 방법으로는 지하매설물의 상층부에 자기코일을 설치하여, 지상의 탐지기가 자기를 유도하여 설치된 자기코일에서 발생되는 전류의 자기장을 파악하는 방법이 제시되고 있다.
그러나, 상술한 기술은 추후 굴착 및 매설 시공을 할 때, 자기코일을 잘못 설치하면 위치 파악이 어렵거나 자기코일이 분실될 우려가 크다는 단점이 있다.
또, 상기와 같은 종래의 기술은 측량된 파장의 주파수의 분석에 의해 지하매설물의 위치를 파악하는 것이므로, 분석을 위해 푸리에 변환, 오차 보정, 기능진단테스트 등 복잡하고 난해한 알고리즘을 만들어 적용하여야 하고, 이러한 처리를 위해 고가의 장비가 필요하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 지하매설물 탐지기의 종래의 기술에 있어서는 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 지하시설물 탐사를 위하여 자기탐지기를 사용할 경우 일반적으로 지구 자장 변화를 증폭시키기 위해 자성체를 지하매설물 주위에 부착하여 사용하나 방향성이 없어 일반 금속체와 자성체와의 구분이 어렵다.
둘째, 기존의 일반 탐지기는 탐지 수치를 순시적으로 표시하므로 탐지 수치의 변화 패턴을 탐지자가 인식하기 어렵다.
셋째, 지구 자장 변화의 증폭을 위하여 사용하는 자성체를 원통형의 관로에 부착시 일반적으로 관로와 접촉하는 면이 평면 구조로 되어 있어 지표면과 수직하도록 부착하기가 어렵다. 그로 인해 지표에서의 관로의 정확한 위치를 찾기가 어렵다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 영구 자석에서 발생하는 자력선의 방향에 의해 발생하는 지구 자장의 변화의 패턴 혹은 변화량을 측정하여 자기마커부가 부착된 지하 시설물의 평면적 매설 위치를 오류없이 포착함으로써 설계와 시공의 불일치로 초래하는 지하 굴착 안전 사고를 사전에 방지할 수 있는 지하 시설물 관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 영구자석으로 만든 자기마커부를 지하매설물에 용이하게 부착할 수 있고, 자력선의 방향을 일정하게 하여 자기장을 용이하게 측정할 수 있는 지하 시설물 관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자기마커부에서 발생되는 자기장을 탐지하여 그 크기를 디지털 데이터로 변환하여 숫자나 그래픽 등의 처리가 용이하도록 하여, 탐지 결과를 다양한 시각적 형태로 출력할 수 있고, 여러 가지 분석이 용이하게 하는 지하 시설물 관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템은 지하에 매립된 원통형 관로의 시설물을 관리하는 시스템으로서, 지구 자장의 방향을 감지할 수 있는 적어도 2개의 자기벡터센서가 평행선상에 정렬되어 있어 지구 자장을 상쇄하고 순수 왜곡 자계 만을 감지하는 센서 수단, 상기 센서 수단에서 감지된 왜곡 자계의 방향과 크기를 탐지 수치로 변환하여 저장한 후 문자, 숫자 또는 그래픽으로 표시하는 제어 수단 및 자성체로 이루어지고, 상기 원통형 관로에 부착되는 자기마커부를 포함하며, 상기 자기마커부는 상단부와 하단부로 이루어지고, 상기 하단부는 상기 자성체의 중심부 위치가 지표면과 직교 되도록 곡면구조로 이루어지고, 상기 자기마커부의 상단부에 자기의 극성이 표시되어 있는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 있어서, 상기 자기마커부는 상기 자성체의 전면에 걸쳐 방수 및 방습을 위해 표면처리된 피복재를 구비하고, 상기 자기마커부의 상단부에는 상기 자기의 극성을 나타내는 극성 표시부가 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 있어서, 상기 극성 표시부에 표시된 자기의 극성은 N극인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 센서 수단의 2개의 자기벡터센서의 출력을 입력으로, 두 신호의 주파수 차에 해당하는 주파수를 생성하여 디지털 데이터로 출력하는 디지털 그래디오미터, 상기 디지털데이터를 입력받아 그 크기를 아날로그 신호로 발생시키는 디지털-아날로그 변환기, 상기 디지털-아날로그 변화기에서 발생된 아날로그 신호를 청각이 느낄 수 있는 주파수대로 출력하는 전압제어발진기, 상기 전압제어발진기의 출력을 음성으로 보낼 수 있도록 증폭하는 음성증폭기, 상기 디지털 그래디오미터의 출력을 마이크로 프로세서에 입력하기 위한 인터페이스부, 상기 인터페이스부에서 출력되는 신호를 처리하는 마이크로 프로세서, 상기 마이크로 프로세서에서 출력되는 데이터를 숫자 또는 그래픽으로 출력하기 위한 LCD 표시장치, GPS를 통해 현재의 위치를 수신하여 상기 마이크로 프로세서로 입력하는 GPS 수신부 및 외부의 GIS 시스템으로부터 입력되는 GIS 정보를 무선 또는 유선으로 연결하는 외부 시스템 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 GPS 수신부로부터 수신된 위치정보와 상기 외부의 GIS시스템으로부터 측정지역의 매설정보를 비교하고 검색하여, 수신된 위치에 해당하는 매설정보를 상기 LCD 표시장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 있어서, 상기 제어 수단은 탐지 수치의 변화 패턴에 의해 자연 자화되는 일반 금속물 또는 지하에 매립된 시설물 주변의 자계 교란 물체와 상기 자기마커부를 구분하도록, 스캔 방식에 따라 지표에서 탐지되는 탐지 수치를 일정한 패턴으로 유지하게 하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는 1주기 스캔 동안의 탐지 수치를 높은 해상도로 저장하여 연속적으로 상기 LCD 표시장치를 통하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 및 그밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저 본 발명의 개념에 대해 설명한다.
본 발명에 있어서는 첫째, 지하 시설물 상단에 부착되는 영구자석으로 만들어진 자기마커부의 극성중 N극 성분을 항상 상부로 위치함으로써 자석으로부터 발생하는 자력선의 방향을 일정하게 유지하여 지구 자장의 공간적 변화의 패턴(지자장의 방향 왜곡)을 일정하게 유지한다. 이는 자연 자화되는 지하시설물 자체의 금속 성분 또는 지하시설물 주위의 금속 성분에서 발생하는 자력선으로 인한 지구 자장의 불규칙한 변화 패턴과 구분되게 하여 금속 성분과 자기마커부를 분별하게 한다.
둘째, 지구 자장의 변화 패턴은 자기탐지기에 일직선으로 장착된 자기 벡터 센서들의 출력 차이를 표시하는 탐지 수치에 의해 가시적으로 표현되고, 이 탐지 수치는 자기 탐지 작업의 특성상 순시적으로 발생하며 그로 인해 순시적 변화의 누적된 특성을 탐지자가 기억하기 어렵다. 일정 시간 범위 내의 탐지 수치 변화를 자기탐지기에 내의 반도체 메모리 소자를 구비한 마이크로 프로세서에 순차적으로 저장한 후 연속적인 그래프 형태로 표시하여 변화 패턴을 쉽게 인식하도록 한다.
셋째, 영구 자석에서 발생하는 자력선은 자력선 발생 면에 직교하는 성분이 가장 멀리 영향을 끼치므로 자기마커부의 상단면이 지표면 수직 방향과 직교가 되 도록 지하시설물에 부착하여야 한다. 지하 관로는 대부분 원통형이므로 자기마커부의 하단부를 곡면 구조로 하여 관로에 부착시 지표면과 직교하도록 용이하게 하며 자기마커부 상단에 극성 표시를 한다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
도 1은 지하시설물에 설치된 자기마커의 자력선 분포 및 탐지 방법을 도시한 것이다.
자기마커(11)는 수명이 영구적인 것으로서 일정자력의 영구자석(페라이트)을 방수 및 방습을 위해 니켈도금, 우레탄 표막 코팅 처리 등을 하여 이루어지고, 상하수도관, 도시가스 공급관, 전기 및 통신선로 등의 지하시설물(18)을 설치하는 공사시 이 시설물에 부착된다.
지하시설물 탐지기(10)는 지지봉(15)과 이 지지봉(15) 내에 마련된 제1 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)를 구비하여 자기마커(11)의 정자계 자속(14)을 측정하며, 제1 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)는 벡터 센서들이고, 각 센싱 축에 해당하는 평균적인 자장성분을 측정한다.
또한, 제1 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)는 서로 측정된 자장의 극성이 반대가 되도록 서로 다른 방향에 위치하고, 플럭스게이트 센서(12)와 제2의 플럭스게이트 센서(13)에서 측정된 신호들을 합하면 지자장과 같이 두 센서에 공통으로 감지되는 성분들을 제거할 수 있어 차액의 자장성분만 남는다.
자기마커(11)에 가까이 있는 제1의 플럭스게이트 센서(12)에서 측정된 자장은 제2의 플럭스게이트 센서(13)에서 특정된 값보다 훨씬 큰 값을 갖는다. 따라서, 이들의 차액은 자기성분을 띠고 있는 자기마커(11)의 자장세기 정도를 나타내며 이렇게 만들어진 차액의 자장은 지하시설물 탐지기(10)에 내장된 스피커 또는 LCD 표시장치를 통하여 측정된 자장의 강약을 출력한다.
도 2는 본 발명에 따른 지하시설물 탐지 시스템의 블록도 이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1의 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)는 지지봉(15)에 축이 일직선이 되도록 설치되어 있다. 제1의 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)는 자기마커(11)에서 발생되는 자기장을 각자의 위치에서 측정하고, 측정된 자기장은 디지털 그래디오미터(20)로 입력시킨다.
디지털 그래디오미터(20)는 제1의 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)로부터 입력된 자기장 파형을 디지털 믹싱을 한다. 즉, 입력된 두 신호의 주파수 차에 해당하는 주파수 신호를 만들어 주고, 두 파형의 혼합된 주파수의 크기를 디지털 데이터로 출력한다.
디지털 그래디오미터(20)로부터 출력된 디지털 데이터는 숫자나 그래프로 출력하기 위하여, 입력 인터페이스(21)를 통해 마이크로 프로세서(22)로 전달된다. 마이크로 프로세서(22)는 저장수단을 구비하고, 자기장의 세기에 해당하는 디지털 신호를 입력받아 자기마커(11)에서 발생하는 자기장의 세기를 계산하고, 이렇게 계 산된 값은 출력 인터페이스(23)를 통하여 LCD 표시장치(24)에 문자, 숫자나 그래프의 형식으로 표현된다.
또한, 마이크로 프로세서(22)에는 GPS 수신부(32)와 외부 시스템 연결부(33)와 연결되어 있다. GPS 수신부(32)는 GPS를 통해 지하시설물 탐지기(10)의 현재 위치를 수신받을 수 있다. 수신받은 위치정보는 마이크로 프로세서(22)가 처리하여 마이크로 프로세서(22)의 저장수단에 기록저장한다.
외부 시스템 연결부(33)는 외부의 GIS 시스템과 무선 또는 유선으로 연결하여 현재 측정하는 지역의 매설정보를 조회한다. 마이크로 프로세서(22)는 디지털 그래디오미터(20)로부터 출력된 디지털 데이터를 참조하여, 만약 자기마커(11)가 매설된 것을 확인하면, GPS 수신부로부터 현재의 위치정보를 수신받고, 외부시스템 연결부(33)를 통해 외부의 GIS 시스템으로부터 현재의 위치에 해당하는 매설정보를 조회하여 수신받는다. 그리고, 마이크로 프로세서(22)는 매설정보와 위치를 비교하여 검색하여 지하매설물에 대한 매설정보를 확인하여 출력 인터페이스(23)를 통하여 LCD 표시장치(24)에 문자, 숫자 또는 그래픽의 형식으로 출력한다.
또한, 마이크로 프로세서(22)는 자기마커(11)의 유무에 상관없이 GPS 수신부(32)를 통해 수신된 현재 위치정보나 사용자가 검색하고자 하는 지하매설물의 정보를 수신받아, 이 정보만을 LCD 표시장치(24)에 문자, 숫자 또는 그래픽의 형식으로 출력할 수 있다.
또한, 디지털 그래디오미터(20)로부터 출력된 디지털 데이터는 그 크기에 상응하는 세기의 외부음성으로 출력하기 위하여, 디지털-아날로그 변환기(25)의 입력 으로 보내진다. 디지털-아날로그 변환기(25)는 입력된 디지털데이터를 그 크기대로 0 ~ 2.5 V의 범위의 아날로그 형태의 음성신호로 출력한다. 민감도 조절기(26)는 디지털-아날로그 변환기(25)의 문턱전압을 조절함으로서 신호의 민감도를 조절한다.
변환된 아날로그 신호는 전압제어발진기(27)에 처리되어 다시 사람의 청각이 들을 수 있는 주파수대로 출력되고, 음성증폭기(28)에 의해 증폭되어 스피커(30)를 통해 외부음성으로 출력된다. 즉, 신호 차의 크기를 표현하기 위하여 예를 들어 스피커(30)가 사용되고, 이러한 스피커(30)를 구동하기 위하여 신호 차에 해당하는 발진 주파수를 만들어주는 전압제어 발진기(27)가 필요하고, 이의 출력을 받아 스피커 구동에 필요한 음성 증폭기(28)가 필요하다. 음성 증폭기(28)에 연결된 볼륨 조절기(29)는 스피커(30)의 볼륨을 조절하기 위한 것이다.
또한, 제1의 플럭스게이트 센서(12), 제2의 플럭스게이트 센서(13)와 디지털 그래디오미터(20)는 한 개의 정전압원에 의해서 +5V의 전원이 공급되고, 디지털-아날로그 변환기(25)와 전압제어발진기(27)와 음성증폭기(28)에는 또 다른 정전압원에 의해서 구동이 된다. 이렇게 전압원을 분리하는 것은 정전압원의 변동으로 센서가 오동작하는 것을 막기 위한 것이다.
또 본 발명에 따른 지하시설물 탐지기(10)는 자기마커(11)의 존재유무를 알리는 신호를 발생시키기 위해 제1의 플럭스게이트 센서(12)와 제2의 플럭스게이트 센서(13)에서 나오는 출력 주파수를 측정된 자장의 차이를 얻기 위하여 믹싱(Mixing)한다. 이 믹싱은 디지털 그래디오미터(20)에서 실행된다. 디지털 그래디 오미터(20)에서 나오는 출력은 혼합된 주파수의 크기에 따라 변하는 병렬 데이터 구조로 되어있다. 또한 sign bit를 나타내는 출력도 더 갖고 있다. 이는 제1의 플럭스게이트 센서(12)와 제2의 플럭스게이트 센서(13) 중에서 어느 쪽 센서의 자기장이 큰가를 나타낸다. 따라서 출력 "0" 은 두 센서가 같은 크기의 자장을 탐지하는 것을 뜻하고 최고치(예를 들어 255)의 출력은 자장의 차이가 크다는 것을 의미한다.
디지털 그래디오미터(20)는 수정 발진기 주파수에 따라 다르지만 스위치가 켜졌을 때부터 10초에서 20초 동안 자동적으로 조정( calibration )을 하면서, 지자장의 최대값과 최소값을 관측한다. 이때, 디지털 그래디오미터(20)를 남북방향으로 배열시키되 끝부분이 지자계의 경사각도 만큼 기울이게 하여 시행한다. 그리고, 스위치를 켜고 조정시간(약 10초) 동안 디지털 그래디오미터(20)를 180°회전시킴으로서 센서에 대한 민감도와 제로 옵셋을 결정하고 센서 차이에서 오는 에러를 보정하게 된다.
지하시설물 탐지기(10)의 성능을 극대화하는데 가장 어려운 부분은 제1의 플럭스게이트 센서(12)와 제2의 플럭스게이트 센서(13)를 기계적으로 배열시키는 것이다. 제1의 플럭스게이트 센서(12)와 제2의 플럭스게이트 센서(13)의 고정은 제1의 플럭스게이트 센서(12)가 제2의 플럭스게이트 센서(13)의 축과 정확히 맞도록 배치시키는 것이다. 본 발명에 잇어서는 먼저 제1의 플럭스게이트 센서(12)를 고정시키고 비자성체의 성질을 가지는 고정나사로 제2의 플럭스게이트 센서(13)를 고정시킨다. 이와 같은 방법으로 센서 기구물을 측정하는 동안 계속 돌려 보면서 일 정한 측정값들이 유지되도록 고정나사를 돌려가면서 제1의 플럭스게이트 센서(12)와 제2의 플럭스게이트 센서(13)의 축을 맞추어 나간다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기마커부(100)의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기마커부(100)의 상면도 이다.
도 3 및 도 4에 있어서. (101)은 영구 자석으로 이루어진 자성체로서, 상부가 N극으로 형성되고 하부가 S극으로 형성된다. (102)는 자성체(101)의 전면에 걸쳐 방수 및 방습을 위해 니켈도금, 우레탄 표막 코팅 처리 등을 한 후 플라스틱, 아크릴 수지 등으로 피복한 피복재로서, 상단부(103)와 하단부(104)로 이루어진다.
이 상단부(103)에는 자성체(101)의 극성을 나타내는 극성 표시부(105)가 마련되고, 하단부(104)는 상하수도관, 도시가스 공급관, 전기 및 통신선로 등의 지하시설물(18)인 원통형 관로에 부착성을 좋게 하고 지표면과의 직교 위치를 찾기 용이하도록 곡면 구조로 이루어진다.
본 발명에 있어서는 도 4에 도시된 바와 같이 자기마커부(100)의 극성 표시부(105)에 N극을 표시하였다.
본 발명에 있어서는 지하시설물의 탐사 방식 중 자기장을 이용한 탐사 방식에서 시설물에 부착되는 자기마커부(100)의 부착 방법에 있어서 자성체의 부착 상태를 일정하게 하고, 즉 극성 표시부(105)에 N극으로 표시한 부분이 상부로 되게 하고, 지표에서 탐지되는 탐지 수치가 탐지기(10)의 스캔 방식에 따라 일정한 패턴을 유지하게 하면, 탐지 수치의 변화 패턴에 의해 자연 자화되는 일반 금속물 혹은 매설물 주변의 자계 교란 물체와 시설물에 부착된 자기마커부(100)를 쉽게 구분하여 탐지 오류를 제거할 수 있게 된다.
또, 본 발명에 있어서는 탐지 수치 변화 패턴을 탐지자가 쉽게 인식하게 하기 위하여 탐지기(10)에 내장된 마이크로프로세서(22)의 반도체 메모리 소자에 탐지기(10)의 1주기 스캔 동안의 탐지 수치를 높은 해상도로 저장하여 연속적으로 탐지기(10)의 LCD 표시장치(24)를 통하여 출력하여 자기마커부(100)와 자계 교란 물체와의 구별을 그래프의 형태로 구분하게 하여 판단을 쉽게 한다.
또한, 본 발명에 있어서는 지구 자장의 변화 정도가 매설물에 부착되어 있는 자성체에서 발생하는 자속 밀도의 크기와 비례한다는 점에 착안하여, 자성체의 중심부 위치가 지표면과 직교가 되도록, 원통형 관로에 부착하기 쉽게 하기 위하여 자기마커부(100)의 하단부(104)를 적합한 곡면 구조로 형성하고, 자성체의 부착 상태를 일정하게 하기 위하여 자기마커부(100)의 상단에 극성 표시부(105)를 마련하여 작업자가 극성 위치대로 쉽게 부착하게 한다.
다음에 상술한 바와 같은 특성을 갖는 본 발명에 따른 자기 마커의 극성을 이용한 지하 시설물 관리 시스템의 특성에 대해 도 5 내지 도 9에 따라 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기 센서의 출력 특성 곡선을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 탐지 수치 변화 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 7은 1회 탐지기 스캔시의 탐지 수치 변화 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 자기마커의 자력선 분포 시뮬레이션의 그래프이며, 도 9은 지표면을 단면으로 한 자력선 밀도 시뮬레이션의 그래프이다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 지구 자계의 범위는 -0.5G ~ +0.5G 이다. +/-는 지구 자계의 방향을 나타낸다.
본 발명에 있어서는 제1 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)가 플럭스게이트 방식의 자기 센서로서 방향성을 가지는 벡터 센서를 사용하며, 지구 자장의 방향이 제1 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)의 수직축에 일치하면 최대값을 가지고, 수평축에 일치하면 최소값을 갖는다. 따라서 제1 플럭스게이트 센서(12) 및 제2의 플럭스게이트 센서(13)의 벡터량의 차이는 지구 자장 변화의 크기이며, 벡터량의 방향은 자기마커부(100)의 극성 위치를 나타낸다.
즉, 본 발명에서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 탐지 수치 변화 패턴(자기마커부(100)의 상부가 N극으로 이루어짐)은 "+" 수치 이상의 값을 가지며 사인파 형태의 규칙적인 패턴을 갖는다. 또 금속의 경우는 탐지 수치에 규칙성이 없고, +/- 패턴이 불규칙하게 발생하며 이는 자연 자화되는 금속체의 자화 특성에 기인한 것이다.
그러나 본 발명에 따르면 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 전산 해석 결과 자기마커부(100) 상부 중심의 수직점을 중심으로 자속 밀도의 분포가 규칙적임을 알 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉 상기 실시예에 있어서는 하나의 영구 자석으로 이루어진 자성체(101)의 구조를 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니면 다수의 막대 자석으로 이루어진 자성체로 형성하고 이를 피복재로 도포하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 의하면, 자성체로부터 발생하는 자력선의 방향을 일정하게 하고 자기탐지기에 자력선의 방향을 구분할 수 있는 자기벡터센서를 장착하여 자력선의 방향 정보로부터 일반 금속체와 자기마커부를 구분할 수 있으므로 지하시설물의 위치를 효과적이고 정확하게 파악할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 의하면, 지구 자장의 변화 정도가 매설물에 부착되어 있는 자성체에서 발생하는 자속 밀도의 크기와 비례한다는 점에 착안하여 자성체의 중심부 위치가 지표면과 직교가 되도록 원통형 관로에 부착하기 쉽게 하기 위하여 자기 마커의 하단부가 곡면구조로 형성하고 자성체의 부착 상태를 일정하게 하기 위하여 자기 마커의 상단부에 극성 표시를 하여 작업자가 극성 위치대로 쉽게 부착할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 지하 시설물 관리 시스템에 의하면, 측정된 자장을 숫자나 그래픽 등 다양한 형태로 탐지된 결과를 출력하여 탐지 작업자가 보다 용이하게 탐지 결과를 알 수 있다는 효과도 얻어진다.

Claims (7)

  1. 지하에 매립된 원통형 관로의 시설물을 관리하는 시스템으로서,
    지구 자장의 방향을 감지할 수 있는 적어도 2개의 자기벡터센서가 평행선상에 정렬되어 있어 지구 자장을 상쇄하고 순수 왜곡 자계 만을 감지하는 센서 수단,
    상기 센서 수단에서 감지된 왜곡 자계의 방향과 크기를 탐지 수치로 변환하여 저장한 후 문자, 숫자 또는 그래픽으로 표시하는 제어 수단 및
    자성체로 이루어지고, 상기 원통형 관로에 부착되는 자기마커부를 포함하며,
    상기 자기마커부는 상단부와 하단부로 이루어지고,
    상기 하단부는 상기 자성체의 중심부 위치가 지표면과 직교 되도록 곡면구조로 이루어지고,
    상기 자기마커부의 상단부에 자기의 극성이 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기마커부는 상기 자성체의 전면에 걸쳐 방수 및 방습을 위해 표면처리된 피복재를 구비하고,
    상기 자기마커부의 상단부에는 상기 자기의 극성을 나타내는 극성 표시부가 마련된 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 극성 표시부에 표시된 자기의 극성은 N극인 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어 수단은
    상기 센서 수단의 2개의 자기벡터센서의 출력을 입력으로, 두 신호의 주파수 차에 해당하는 주파수를 생성하여 디지털 데이터로 출력하는 디지털 그래디오미터,
    상기 디지털데이터를 입력받아 그 크기를 아날로그 신호로 발생시키는 디지털-아날로그 변환기,
    상기 디지털-아날로그 변화기에서 발생된 아날로그 신호를 청각이 느낄 수 있는 주파수대로 출력하는 전압제어발진기,
    상기 전압제어발진기의 출력을 음성으로 보낼 수 있도록 증폭하는 음성증폭기,
    상기 디지털 그래디오미터의 출력을 마이크로 프로세서에 입력하기 위한 인터페이스부,
    상기 인터페이스부에서 출력되는 신호를 처리하는 마이크로 프로세서,
    상기 마이크로 프로세서에서 출력되는 데이터를 숫자 또는 그래픽으로 출력하기 위한 LCD 표시장치,
    GPS를 통해 현재의 위치를 수신하여 상기 마이크로 프로세서로 입력하는 GPS 수신부 및
    외부의 GIS 시스템으로부터 입력되는 GIS 정보를 무선 또는 유선으로 연결하는 외부 시스템 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 GPS 수신부로부터 수신된 위치정보와 상기 외부의 GIS시스템으로부터 측정지역의 매설정보를 비교하고 검색하여, 수신된 위치에 해당하는 매설정보를 상기 LCD 표시장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어 수단은 탐지 수치의 변화 패턴에 의해 자연 자화되는 일반 금속물 또는 지하에 매립된 시설물 주변의 자계 교란 물체와 상기 자기마커부를 구분하도록, 스캔 방식에 따라 지표에서 탐지되는 탐지 수치를 일정한 패턴으로 유지하게 하는 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 1주기 스캔 동안의 탐지 수치를 높은 해상도로 저장하여 연속적으로 상기 LCD 표시장치를 통하여 출력하는 것을 특징으로 하는 지하 시설물 관리 시스템.
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