KR20080091664A

KR20080091664A - 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템

Info

Publication number: KR20080091664A
Application number: KR1020070034805A
Authority: KR
Inventors: 심덕선; 양철관; 박진우
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-14

Abstract

복수의 센서들의 계측 데이터들을 처리하는 무선계측장치와 무선계측장치로부터 입력되는 데이터를 처리하는 통합처리장치를 구비하는 다중센서 통합관리 시스템이 개시된다. 무선계측장치는 인터페이스부, GPS부, 샘플링 신호 발생부, A/D 변환부, 데이터 통합부 및 무선통신부를 구비한다. 인터페이스부는 센서로부터 측정된 데이터를 입력받고 GPS부는 수신된 GPS 신호로부터 위치정보 및 시각정보를 추출하여 출력하고, 시각정보와 시각 동기된 제1기준신호를 생성하여 출력한다. 샘플링 신호 발생부는 GPS부로부터 출력된 제1기준신호를 리셋 신호로 하여 소정의 주파수를 갖는 제2기준신호를 생성하고, 제2기준신호를 기초로 시각정보와 시각 동기된 상이한 주파수를 갖는 복수 개의 샘플링 신호를 생성한다. A/D 변환부는 복수 개의 샘플링 신호들 중에서 센서의 종류에 대응하는 주파수를 갖는 샘플링 신호에 의해 센서의 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 데이터 통합부는 디지털 데이터로 변환된 센서의 계측 데이터와 수신된 GPS 데이터가 연계된 데이터 패킷을 생성하고 무선통신부는 데이터 패킷을 통합처리장치로 무선으로 송신한다. 본 발명에 따르면, GPS 수신기로부터 제공된 UTC 시간과 동기된 신호를 리셋신호 이용하므로 정밀한 시각 동기화가 가능하고, 여러 주파수를 갖는 샘플링 신호를 발생하므로 계측 센서들의 특성에 맞게 샘플링 속도를 제어할 수 있다.

Description

구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템{Multi-sensor management system for structure measurement}

도 1은 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 대한 바람직한 일 실시예의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 구비되는 무선계측장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 무선계측장치에 구비되는 전원공급장치에서 출력되는 전원의 종류를 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 RTC회로와 UTC(universal time coordinated) 정보와의 시각 동기를 위한 구조를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 데이터 통합부에서 생성한 센서의 계측 데이터와 GPS 데이터가 연계된 통합 데이터 패킷의 구조에 대한 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면,

도 6은 통합 데이터 패킷에 포함된 데이터 중 계측 센서의 개수를 나타내는 데이터(instruments data length) 구조에 대한 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면,

도 7은 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 구비되는 통합처리장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 8은 본 발명에 따른 통합처리장치에 구비되는 모니터링부에 출력되는 출력화면의 일예를 도시한 도면, 그리고,

도 9는 본 발명에 따른 다중센서 통합관리 시스템을 이용한 구조물 계측방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 센서 120 : 무선계측장치 130 : 통합처리장치

210 : 인터페이스부 220 : GPS부 230 : 샘플링 신호 발생부

240 : A/D 변환부 250 : 데이터 통합부 260 : 무선통신부

720 : 저장부 730 : 제어부 740 : 모니터링부

본 발명은 구조물 계측 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수 개의 센서를 이용하여 측정한 구조물의 상태정보 및 환경정보를 통합적으로 관리하는 시스템에 관한 것이다.

안전성과 기능성이 중요시되는 댐, 교량, 항만 등 중요한 사회기반 시설물들은 시간이 지남에 따라 하중 조건의 변화와 구조 부재의 열화로 인하여 안전성과 기능성 등이 저하되고 지진, 태풍, 홍수 등 환경 영향에 의해서 심각한 구조적 손상을 받을 수 있다. 따라서 사회기반 시설물들의 구조적 결함에 의해 발생할 수 있 는 사고를 미연에 방지하기 위해서는 신뢰성이 매우 높은 유지관리 방법이 요구된다.

이에 따라 현재 구조물의 상태를 평가하기 위한 정밀안전진단 및 유지관리계측 시스템의 도입은 증가하고 있는 추세에 있다. 이러한 구조물의 상태를 평가하기 위해 가속도계, 변형률계, 레이저 변위계, 광파기 등 다양한 계측기를 이용하는 계측시스템이 개발되고 있다. 하지만 이러한 계측시스템들은 유지 보수와 설치에 많은 시간과 비용이 소요되며, 시설물의 실제 거동을 정확히 예측하기에는 한계가 있다. 따라서 각종 센서를 부착하고 상태를 평가할 수 있는 정밀안전진단기법과 센서로부터 측정된 데이터를 온라인을 통해 관리자에게 전달하여 데이터 분석 및 판단을 통해 대상 시설물의 안전상태를 파악하고 예측하는 안전감시 시스템이 도입되고 있다.

종래의 계측 시스템은 센서를 구조물이나 측정 위치에 설치하고 수십 내지 수백m에 이르는 케이블을 이용해 계측장치까지 연결하여 제어하는 유선 방식의 계측시스템이다. 그러나 기존의 계측방식은 구조물의 정밀안전진단시 측정대상이 넓은 공간에 분포할 경우 또는 접근이 용이하지 않은 경우에 계측에 많은 어려움이 있다. 또한 기존의 유선 방식의 계측 시스템은 비경제적이며, 많은 인력과 시간이 소모되어 비용이 상승하고, 장기계측시 유지보수에 관련된 문제점 등을 내포하고 있다.

그리고 일반적으로 가공되지 않은 센서의 출력신호는 매우 미약하여 주변잡음에 대한 차폐가 효과적이라도 장거리 전송에서는 선로를 구성하고 있는 동선의 저항값 상승으로 인한 측정신호의 감쇠를 피할 수 없게 된다. 또한 스트레인 게이지에서 출력되는 신호는 신호증폭기에서 전압으로 출력된다. 그런데 케이블 길이가 길어지면 온도변화에 따른 케이블 저항값의 변화가 커지게 되고 신호증폭기에서 출력되는 전압이 컴퓨터나 기록장치로 입력되는 전압과 차이가 발생하게 되어 측정오차가 야기될 수 있다. 따라서 정확한 측정신호의 취득을 위하여 센서와 계측장치 사이의 간격을 최소화하여야 하나 토목 구조물의 특성상 광범위한 영역의 측정이 필요하기 때문에 기존의 케이블을 이용한 유선계측에 의존한 방식이 매우 비효율적임을 알 수 있다.

그래서 최근에는 무선데이터 전송기술의 발달과 더불어 기존의 측정장비에 부착 가능한 무선데이터 측정장비 등이 개발되고 있다. 그러나 다양한 형식의 센서를 연결하기 어려워 그 사용성 및 범용성에는 매우 제한적이다. 또한 각각의 센서마다 무선모듈이 장착되어 있어 각각의 센서에 의해 측정된 데이터 사이의 시각동기가 어려운 문제가 있다. 특히 구조물의 모드형상과 같은 동특성 분석시 시스템간의 동기화가 이루어지지 않아 미세한 시간차가 발생된다면 측정신호의 위상각이 달라져서 상이한 분석결과가 도출될 수 있는 점에서 시스템간의 동기화는 측정 데이터 분석시 매우 중요한 요소이다.

결국 여러 센서로부터 데이터를 획득하는 경우 정확한 분석을 위해 시각을 동기시키는 것이 필수적인데 그러기 위해서는 센서가 서로 연결되어 동기신호를 공유하거나 초정밀 시계를 사용하여야 한다. 이 경우 멀리 떨어져 있는 경우 센서를 서로 연결시키는 것이 곤란하며, 초정밀 시계를 사용할 경우 비용이 매우 높아 사 용하기에 어렵다. 또한, 기존 방식의 계측시스템으로는 우천시 등의 환경에 따라 계측에 문제가 발생하는 등의 주위 환경에 크게 영향을 받는 한계가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하나의 무선모듈에 복수개의 센서를 장착할 수 있는 구조를 구현함으로써 각각의 센서에 의해 계측된 데이터들 사이에 정밀한 시각 동기화를 이루고, 센서의 종류에 따른 샘플링 속도를 조절할 수 있는 구조물 계측을 위한 통합 관리 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 복수의 센서와 상기 센서들의 계측 데이터들을 처리하는 무선계측장치와 상기 무선계측장치로부터 입력되는 데이터를 처리하는 통합처리장치를 포함하는 다중센서 통합관리 시스템에 있어서, 상기 무선계측장치는, 상기 센서로부터 측정된 데이터를 입력받는 인터페이스부; 수신된 GPS 신호로부터 위치정보 및 시각정보를 추출하여 출력하고, 상기 시각정보와 시각 동기된 제1기준신호를 생성하여 출력하는 GPS부; 상기 GPS부로부터 출력된 상기 제1기준신호를 리셋 신호로 하여 소정의 주파수를 갖는 제2기준신호를 생성하고, 상기 제2기준신호를 기초로 상기 시각정보와 시각 동기된 상이한 주파수를 갖는 복수 개의 샘플링 신호를 생성하는 샘플링 신호 발생부; 상기 복수 개의 샘플링 신호들 중에서 상기 센서의 종류에 대응하는 주파수를 갖는 샘플링 신호에 의해 상기 센서의 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부; 상기 디지털 데이터로 변환된 상기 센서의 계측 데이터와 수신된 GPS 데이터가 연계된 데이 터 패킷을 생성하는 데이터 통합부; 및 상기 데이터 패킷을 상기 통합처리장치로 무선으로 송신하는 무선통신부;를 구비한다.

이에 의해, GPS 수신기로부터 제공되는 UTC(unversal time coordinated) 시간과 동기된 신호를 리셋신호로 이용하므로 정밀한 시각 동기화가 가능하고, 여러 주파수를 갖는 샘플링 신호를 발생하므로 계측 센서들의 특성에 맞게 샘플링 속도를 제어할 수 있다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 대한 바람직한 일 실시예의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템은 센서(110), 무선계측장치(120) 및 통합처리장치(130)를 구비한다.

센서(110)는 교량과 같은 구조물에 부착되어 구조물의 상태를 아날로그 신호로 무선계측장치(120)에 전달한다. 센서(110)의 예로 가속도계, 변형률계, 온도계, LVDT(linear variable differentive transformer), 로드셀(load cell) 등을 들 수 있다.

무선계측장치(120)는 센서(110)로부터 입력된 아날로그 데이터를 GPS 위성 또는 DGPS(differential GPS) 시스템으로부터 수신된 신호를 기초로 동기화된 샘플링 신호에 의해 디지털화한 후 GPS 데이터와 통합한다. 또한 무선계측장치(120)는 통합된 데이터 패킷을 생성하여 통합처리장치(130)로 송신한다. 무선계측장치(120) 는 센서(110)와 물리적으로 연결되어 있을 수도 있고, 물리적으로 떨어져서 센서(110) 가 측정한 데이터를 무선으로 수신받을 수도 있다.

통합처리장치(130)는 무선계측장치(120)로부터 수신된 데이터들을 저장하고, 분석 및 처리한다. 통합처리장치(130)는 무선계측장치(120)와 무선으로 데이터를 송수신하므로 무선계측장치(120)와 물리적으로 격리되어 위치한다.

도 2는 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 구비되는 무선계측장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무선계측장치(120)는 인터페이스부(210), GPS(global positioning system)부(220), 샘플링 신호 발생부(230), A/D(analog to digital) 변환부(240), 데이터 통합부(250) 및 무선통신부(260)를 구비한다.

인터페이스부(210)는 구조물의 계측을 위한 센서(110)로부터 데이터를 입력받는 수단을 제공한다. 이를 위해 인터페이스부(210)는 센서(110)의 데이터 출력포트에 대응하는 입력포트를 구비한다. 인터페이스부(210)를 통해 수신된 센서(110)의 신호는 A/D 변환부(230)로 전달된다. 인터페이스부(210)는 센서(110)를 용이하게 탈착 가능하도록 블록화되어 있으며, 복수 개의 센서(110)가 서로 독립적으로 장착될 수 있는 병렬 입력구조를 갖는다. 센서(110)와 인터페이스부(210)는 일체형으로 구성될 수 있다.

GPS부(220)는 GPS 위성 또는 DGPS 시스템으로부터 수신된 GPS 신호로부터 위치정보 및 시각정보를 추출하여 출력한다. GPS부(220)는 GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기를 구비하고, GPS를 통한 오차범위를 줄이기 위해 DGPS 안테나를 추가적으로 구비할 수 있다. GPS부(220)는 GPS 신호로부터 추출한 UTC(Universal Time Coordinated) 시간 및 상호간에 시각동기가 이루어진 제1기준신호인 1pps(pulse per second) 신호를 생성하여 샘플링 신호 발생부(230)에 제공한다.

GPS 수신기는 24개의 NAVSTAR(navigation satellite timing and ranging) 위성 중에서 4개 이상의 위성으로부터 시각정보와 위성번호 정보를 수신한다. 이때 시각정보는 GPS 신호의 수신이 이루어지는 각각의 위성에 탑재되어 있는 원자 시계로부터 획득된다. GPS 수신기는 위성의 정확한 위치와 위성에서 발생시키는 신호의 발생시점과 수신시점의 시간 차이로부터 계산한 위성과 GPS 수신기 사이의 거리를 통해 GPS 수신기의 정확한 위도, 경도 및 고도의 정보를 연산한다.

GPS 수신기는 센서(110)의 계측 데이터들의 정밀한 시각 동기화를 위해 오차범위가 200ns(nano second) 이내인 1pps 신호의 출력이 가능한 장치가 채용된다. 그리고 GPS 수신기는 무선계측장치(120)에 별도의 하드웨어 추가 없이 쉽게 제어할 수 있도록 하기 위해서 직렬 통신만으로 제어가 가능하도록 한다. 또한 GPS 수신기는 실외에서 장시간 사용이 가능하도록 수신기의 내구성이 우수하고 전력소모가 작은 장치가 채용한다.

샘플링 신호 발생부(230)는 GPS부(220)에서 출력된 1pps 신호를 리셋신호로 하여 제2기준신호인 100Hz의 주파수를 갖는 기준신호를 생성하고, 이를 기초로 UTC 시간과 시각 동기된 상이한 주파수를 갖는 샘플링 신호를 생성한다. 샘플링 신호 발생부(230)는 클럭 발생회로인 RTC(real time clock) 회로를 구비한다. RTC 회로는 정밀도를 높이기 위해 GPS부(220)에서 출력된 1pps 신호를 회로의 리셋신호로 사용하여 100Hz의 주파수를 갖는 기준신호를 생성한다. 샘플링 신호 발생부(230)는 제2기준신호를 기초로 다양한 주파수를 갖는 신호를 생성할 수 있는 주파수 변환장치를 구비한다. 주파수 변환 장치는 100Hz의 주파수를 갖는 기준신호를 기초로 하여 UTC 시간 및 상호간에 시각 동기된 다양한 주파수(1Hz, 10Hz, 100Hz 등)를 갖는 샘플링 신호를 생성한다. 다양한 주파수를 갖는 샘플링 신호를 생성하는 이유는 센서(110)의 종류에 따라 샘플링 속도를 제어할 필요성이 있기 때문이다.

A/D 변환부(240)는 인터페이스부(210)로부터 입력받은 센서(110)의 계측 데이터를 샘플링 신호 발생부(230)에서 발생된 샘플링 신호를 이용하여 디지털 데이터로 변환한다. A/D 변환부(240)는 센서(110)의 계측 데이터를 센서(110) 종류에 대응하는 주파수를 갖는 샘플링 신호로써 디지털 데이터로 변환한다. 이때 각각의 계측 데이터에 대응하는 주파수를 갖는 샘플링 신호의 선택 동작은 소프트웨어적으로 이루어지도록 설계되며, 센서(110)의 추가시 제어명령을 통해 추가된 센서(110)로부터 입력된 데이터의 A/D 변환 동작은 제어명령에 의해 수행되도록 설계된다.

상술한 A/D 변환부(240)의 동작에 있어서, 온도계와 변형률계와 같이 동적 변화가 작은 센서에 의해 측정된 데이터는 10Hz 이하의 샘플링 속도로 16bit의 분해능을 갖는 디지털 데이터로 변환된다. 이에 반해 가속도계와 같이 정밀한 분해능을 요구하는 센서에 의해 측정된 데이터는 100Hz 이상의 샘플링 속도를 갖는 샘플링 신호를 이용하여 디지털 데이터로 변환된다. 따라서 온도계와 변형률계에 대한 A/D 변환은 마이크로 프로세서 내부에 내장되어 있는 A/D 변환기를 사용할 수 있으나, 가속도계에 대한 A/D 변환은 정밀한 A/D 변환이 가능한 별도의 A/D 변환기를 사용한다.

상술한 바와 같이, GPS부(220)의 UTC 시간과 시각동기가 된 1pps 신호를 RTC회로의 100Hz의 기준신호 발생시 리셋신호로 이용하여 샘플링 신호가 발생되므로, 여러 샘플링 신호는 시각이 동기화되어 있다. A/D 변환부(240)는 이와 같이 시각동기된 샘플링 신호를 이용하여 센서(110)에 의해 측정된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 것이므로, 변환된 디지털 데이터는 시각이 동기화된다. 또한 GPS의 시각정보는 여러 무선계측장치들에서 모두 동일하므로 무선계측장치들 간의 시각 동기화 또한 자연스럽게 이루어진다.

데이터 통합부(250)는 데이터를 효율적으로 관리하기 위하여 A/D 변환부(240)를 통해 디지털 신호로 변환된 센서(110)의 계측 데이터와 GPS부(220)에서 수신된 GPS 데이터를 연계시켜 통합 데이터 패킷을 생성한다. 데이터 통합부(250)는 이와 같이 생성한 통합 데이터 패킷을 무선통신부(260)를 통해 통합처리장치(130)에 송신한다.

무선통신부(260)는 무선계측장치(120)와 통합처리장치(130) 사이에서 데이터를 무선으로 송수신한다. 무선 방식은 기존의 유선 방식에 따른 노이즈 발생, 전압 감쇠현상을 극복할 수 있어 신뢰성 있는 데이터 취득이 가능하며, 유선 케이블 공사 없이 장비 재배치가 가능하여 설치환경에 대한 제약이 없게 된다. 무선 방식으로는 근거리 무선통신의 국제 표준인 블루투스(bluetooth)를 이용한다. 블루투스는 다른 무선 통신방식보다 신뢰성 있는 무선 통신을 구현할 수 있으며, 또한 다른 블루투스 장치와도 통신이 가능하여 다양한 통신환경을 구축할 수 있다.

한편, 무선계측장치(120)의 독립적인 부분들 중 GPS부(220)가 전력을 가장 많이 소모하므로, 다른 부분들과 분리하여 독립적으로 GPS부(220)에 전원을 공급한다. 이는 GPS부(220)의 전원이 약해지더라도 다른 부분들에 영향을 주지 않게 하기 위함이다. 또한 기존의 센서(110)를 다른 종류의 센서(110)로 대체할 경우 필요한 전원이 달라질 수 있으므로, 전원을 쉽게 제어할 수 있도록 스위칭 방식의 정전압 모듈을 구비한다. 도 3에는 본 발명에 따른 무선계측장치에 구비되는 전원공급장치에서 출력되는 전원의 종류가 도시되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 RTC 회로와 UTC 시간정보와의 시각 동기를 위한 구조를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 일반적으로 GPS부(220)에서 제공하는 UTC 시간(x시 y분 z초)은 소프트웨어적으로 제공하므로 물리적인 UTC 시간과는 시간 지연이 존재한다. 그러나 이러한 시간지연은 1초 미만이므로 이후 바로 1pps 신호가 출력되는 시점은 GPS의 UTC 시간과 동기가 된 시점이 된다. 이 시점의 동기가 된 UTC 시간은 x시 y분 z+1초가 된다.

도 5는 본 발명에 따른 데이터 통합부에서 생성한 센서의 계측 데이터와 GPS 데이터가 연계된 통합 데이터 패킷의 구조에 대한 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 통합 데이터 패킷은 계측 데이터들의 시각 동기를 위하여 1초 단위의 UTC 시간 정보에 0.01초(100 Hz) 단위의 시간이 포함된 시간 정보를 포함한다. 또한 통합 데이터 패킷에는 수신된 GPS 신호 중에서 필요한 데이터만을 통 합 데이터에 포함시키기 위하여 GPS message ID라는 1byte 정보가 추가된다.

표 1에는 GPS message ID에 따른 GPS 데이터 패킷을 구성하는 데이터의 필드명 및 필드값이 기재되어 있다.

message ID	내 용
#00	계측 센서들의 데이터 정보
#20(default)	GPS 수신기의 위치(위도, 경도, 고도) 및 속도(m/s) 정보
#21	ECEF 위치, 속도, 시계 및 드리프트 바이어스 정보
#33	검색 위성수와 위성 상태에 관한 정보
#49	시스템의 모드와 항법에 사용하는 모델에 관한 정보

표 1을 참조하면, #20에 해당하는 정보인 GPS 수신기의 위치 및 속도에 관한 정보는 언제나 통합 데이터 패킷에 포함되게 된다. 그 외에 그 외에 ECEF(earth centered earth fixed) 좌표, 속도, 검색 위성수, 위성상태, 시스템 모드, 항법에 사용하는 모델 정보 등은 경우에 따라서 포함된다.

도 6은 통합 데이터 패킷에 포함된 데이터 중 계측 센서의 개수를 나타내는 데이터(instruments data length) 구조에 대한 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 데이터 구조에 해당하는 무선계측장치(120)는 가속도계, 변형률계 및 온도계를 각각 4개, 4개, 3개씩 하나의 보드에 연결할 수 있도록 되어 있다. 연결된 센서의 개수를 시스템에 알려주기 위해서는 도 4의 Data Length 라는 1byte 정보를 사용한다.

표 2에는 계측 센서의 개수를 나타내는 데이터 패킷을 구성하는 데이터의 필드명 및 필드값이 기재되어 있다.

1byte	내 용
[7~5]	000: 가속도계 없음, 001: 1개의 가속도계 사용, 010: 2개의 가속도계 사용, 011: 3개의 가속도계 사용, 100: 4개의 가속도계 사용
[4~2]	000: 변형률계 없음, 001: 1개의 변형률계 사용, 010: 2개의 변형률계 사용, 011: 3개의 변형률계 사용, 100: 4개의 변형률계 사용
[1~0]	00: 온도계 없음, 01: 1개의 온도계 사용, 10: 2개의 온도계 사용, 11: 3개의 온도계 사용

도 7은 본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 구비되는 통합처리장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 통합처리장치(130)는 통합처리장치측 무선통신부(710), 저장부(720), 제어부(730) 및 모니터링부(740)를 구비한다.

통합처리장치측 무선통신부(710)는 무선계측장치측 무선통신부(260)와 마찬가지로 무선계측장치(120)와 통합처리장치(130) 사이에서 데이터를 무선으로 송수신이 가능하게 한다. 또한 무선계측장치측 무선통신부(260)와 마찬가지로 무선 방식은 근거리 무선통신의 국제 표준인 블루투스(bluetooth)를 이용한다. 저장부(720)에는 통합처리장치측 무선통신부(710)를 통해 수신된 센서(110)의 데이터와 GPS부(220)의 데이터가 연계된 통합 데이터 패킷이 저장된다. 제어부(730)는 저장부(720)에 저장되어 있는 데이터를 분석 및 처리하여 그 결과를 모니터링부(740)에 표시되도록 한다. 또한 제어부(730)는 모니텅링부(740)를 통해 입력된 데이터에 의해 무선계측장치(120)와 센서(110)의 작동을 제어한다. 모니터링부(740)는 제어부(730)에서 분석한 데이터를 출력하고 사용자가 시스템을 제어할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공한다.

도 8은 본 발명에 따른 통합처리장치에 구비되는 모니터링부에 출력되는 출력화면의 일 예를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 모니터링부(740)에 출력되는 출력화면에는 위도, 경도 및 고도의 위치정보와 ECEF 좌표계에서의 위치정보가 표시된다. 또한 모니터링부(740)에 출력되는 출력화면에는 가속도계, 온도계, 변형률계 각각에 대하여 A/D 변환 결과 값, 환산계수(scale factor) 값 및 환산 값이 표시된다. 그리고 GPS의 UTC 시간정보를 일, 시, 분 및 초로 표시하고 DGPS 신호의 유무가 포함된다. 또한 모니터링부(740)에 출력되는 출력화면에는 시스템을 제어하기 위한 입력을 할 수 있는 입력 수단이 포함된다.

도 9를 참조하면, 구조물에 설치된 센서(110)가 구조물의 상태를 계측하여 계측 데이터를 출력한다. 센서(110)에 의해 계측된 계측 데이터들은 인터페이스부(210)를 통해 무선계측장치(120)에 전달된다(S900). 샘플링 신호 발생부(230)는 GPS부(220)로부터 제공된 1pps의 신호를 리셋신호로 하여 RTC 회로를 통해 100Hz 주파수를 갖는 기준신호를 생성하고, 주파수 변환 장치를 통해 100Hz 주파수를 갖는 기준신호를 기초로 100Hz, 10Hz, 1Hz 등의 주파수를 갖는 샘플링 신호를 발생한다(S910). A/D 변환부(240)는 센서(110)의 종류에 대응하는 주파수를 갖는 샘플링 신호에 의해 센서(110)의 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환한다(S920). 데이터 통합부(250)는 디지털 데이터로 변환된 계측 데이터와 GPS 데이터를 동일한 구조를 갖는 데이터 패킷으로 통합한다(S930). 통합된 데이터 패킷은 무선통신부(260)를 통해 통합처리장치(130)로 전송된다(S940). 전송된 통합 데이터 패킷은 저장부(720)에 저장되고, 제어부(730)를 통해 분석되며, 분석된 데이터는 모니터링부(740)에 의해 표시된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예들에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 구조물 계측용 다중센서 통합관리 시스템에 의하면, GPS 수신기로부터 제공된 UTC 시간과 시각동기된 신호를 리셋신호 이용하므로 정밀한 시각 동기화가 가능하다. 또한 기준신호로부터 여러 주파수를 갖는 샘플링 신호를 발생하므로 계측 센서들의 특성에 맞게 샘플링 속도를 제어할 수 있다. 그리고 다양한 계측 센서들을 하나로 통합하여 데이터를 한 번에 처리하도록 업그레이드를 하고 고정밀 3차원 위치 좌표를 취득할 수 있다. 또한 아날로그 유선 방식에서 발생하던 잡음과 전압 감쇠 현상 등이 발생하지 않으므로 보다 신뢰성 있는 데이터 취득이 가능하다.

Claims

복수의 센서와 상기 센서들의 계측 데이터들을 처리하는 무선계측장치와 상기 무선계측장치로부터 입력되는 데이터를 처리하는 통합처리장치를 포함하는 다중센서 통합관리 시스템에 있어서,

상기 무선계측장치는,

상기 센서로부터 측정된 데이터를 입력받는 인터페이스부;

수신된 GPS 신호로부터 위치정보 및 시각정보를 추출하여 출력하고, 상기 시각정보와 시각 동기된 제1기준신호를 생성하여 출력하는 GPS부;

상기 GPS부로부터 출력된 상기 제1기준신호를 리셋 신호로 하여 소정의 주파수를 갖는 제2기준신호를 생성하고, 상기 제2기준신호를 기초로 상기 시각정보와 시각 동기된 상이한 주파수를 갖는 복수 개의 샘플링 신호를 생성하는 샘플링 신호 발생부;

상기 복수 개의 샘플링 신호들 중에서 상기 센서의 종류에 대응하는 주파수를 갖는 샘플링 신호에 의해 상기 센서의 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부;

상기 디지털 데이터로 변환된 상기 센서의 계측 데이터와 수신된 GPS 데이터가 연계된 데이터 패킷을 생성하는 데이터 통합부; 및

상기 데이터 패킷을 상기 통합처리장치로 무선으로 송신하는 무선통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중센서 통합관리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 샘플링 신호 발생부는 상기 GPS부에서 생성하여 출력하는 1pps(pulse per second)신호인 상기 제1기준신호를 실시간 클럭발생회로의 리셋신호로 사용하여 100Hz의 주파수를 갖는 상기 제2기준신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 다중센서 통합관리 시스템.