KR20120000943A - 터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정 방법 - Google Patents

Abstract

터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정 방법이 개시된다. 터널 단면의 내공변위를 측정하기 위한 장치로서, 터널 단면 라인을 따라 터널 내부에 설치되는 레일프레임과, 레일프레임을 따라 이동하는 캐리지(carriage) 및 캐리지에 결합되며 터널 단면을 촬영하는 한 쌍의 카메라를 포함하여, 사진측량 기법을 이용함으로써 터널 내공변위를 3차원 좌표로 나타낼 수 있다.

Description

터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정 방법{Apparatus for measuring tunnel convergence displacements and Method of measuring tunnel convergence displacements}

본 발명은 터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정 방법에 관한 것이다.

터널의 계측항목은 시공관리를 위해 필수적으로 실시되어야 할 일상계측항목과 지반조건에 따라 추가적으로 계측하는 추가항목들이 있다. 터널의 시공관리를 위한 필수 항목으로는 내공변위 측정과 천단침하 측정이 있으며 내공변위 측정 및 천단침하 측정은 터널주위의 지반거동과 이에 따라 발생하는 터널 벽체의 변위를 측정하는 것이 주요 목적이다.

한편, 터널의 시공 후 사용 중에도 유리관리 측면에서 터널의 거동을 지속적으로 살피기 위한 계측이 이루어지는데, 터널의 내구성 및 안정성 측면에서 터널 내공변위에 대한 자동 계측이 필요한 실정이다.

내공변위 계측은 단면을 계측하는 센서의 형식과 발생 변위 계측 방법에 따라서 구분될 수 있는데, 일반적으로 터널 벽체 내부에 센서를 부착하여 발생된 변위와 경사를 측정하는 방법, 터널 벽체에 타겟을 부착하여 광파기 및 사진측량법에 의해 벽체면의 발생변위를 측정하는 방법, 광섬유 센서 시스템에 의한 방법 등이 있다. 또한, 위의 방법은 광파기나 사진측량에 의하여 수동으로 행해지는 방법과 센서를 부착하여 자동으로 감시하는 방법으로 재분류될 수 있다.

그러나, 종래의 터널의 내공변위를 자동으로 계측하기 위해 설치되는 센서들은 전기저항식이나 진동현식 원리로 변위를 계측하게 되는데, 이러한 센서는 온도나 습도에 민감하고 진동이나 전자파에 의한 간섭으로 오동작을 일으킬 우려가 있어 자동계측의 목적을 충족시킬 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 터널의 내공변위 계측 방법은, 측정의 시작점이 되며 변위발생이 없는 고정점의 획득이 사실상 어려워, 측정의 시작점을 고정점으로 가정하고 각 측점의 위치변화를 상대적 거리변화를 측정하여 2차원 좌표로 표현하는 것으로, 이러한 터널 벽면 간의 상대적 거리변화 측정으로는 터널의 내공변위를 정확하게 계측할 수 없다. 이는 기준측점이 변위가 발생하고 있는 터널 내벽에 위치하는 가변점이라는 데서 기인하며, 고정점으로 간주하고 측정하는 기준점이 이동됨으로써 기준이 되는 센서와 종속적으로 연결된 나머진 센서 들은 고정점으로 간주하고 측정하는 기준점의 변위발생에 따라서 계측오차를 누적시키는 결과를 초래한다.

본 발명은 사진측량 기법을 이용함으로써 터널 내공변위를 3차원 공간좌표를 이용하여 나타낼 수 있는 터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 터널의 이완영역 외측으로부터 도출되어 변위가 발생하지 않는 고정점에 대한 3차원 좌표로 터널의 내공변위를 나타낼 수 있는 터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 터널 단면의 내공변위를 측정하기 위한 장치로서, 터널 단면 라인을 따라 터널 내부에 설치되는 레일프레임과; 레일프레임을 따라 이동하는 캐리지(carriage); 및 캐리지에 결합되며 터널 단면을 촬영하는 한 쌍의 카메라를 포함하는 터널 내공변위 측정 장치가 제공된다.

상기의 터널 내공변위 측정 장치는, 터널 내벽에 터널 단면 라인을 따라 일정 간격으로 설정되며, 한 쌍의 카메라에 의해 촬영되는 복수의 촬영타겟을 더 포함할 수 있다.

터널 내벽에서 터널의 이완영역 외측까지 기준홀이 천공될 수 있으며, 이 경우 일단부가 이완영역 외측까지 도달하도록 기준홀에 삽입되는 파이프와; 파이프에 삽입되어 일단부가 이완영역에 위치하도록 파이프의 일단부에 고정되는 기준봉을 포함하는 기준척을 더 포함할 수 있다.

그리고, 기준봉의 타단에 결합되며, 기지점 촬영타겟이 설정되는 플레이트를 더 포함할 수 있다.

레일프레임을 따라 더 래크가 구비될 수 있으며, 이 경우 캐리어는, 래크에 치합되는 피니언 기어와; 피니언 기어에 회전력을 제공하는 모터; 및 모터의 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더를 포함할 수 있다.

카메라는 CCD 카메라일 수 있다.

한 쌍의 카메라는 터널 단면 라인에 대해 수직을 이루도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 터널의 단면 라인을 따라 3개 이상의 기지점 촬영타켓 및 복수의 미지점 촬영타겟이 순차적으로 설정되어 있으며, 한 쌍의 카메라를 이용하여 터널 단면의 내공변위를 측정하는 방법으로서, 한 쌍의 카메라가 기지점 촬영타겟 중 적어도 3개 이상의 기지점 촬영타겟 및 미지점 촬영타겟 중 적어도 하나 이상의 미지점 촬영타겟을 동시에 촬영하여 두 개의 영상데이터를 생성하고, 두 개의 영상데이터로부터 촬영된 미지점 촬영타겟의 3차원 좌표를 생성하는 제1 단계; 3차원 좌표가 생성된 미지점 촬영타겟을 기지점 촬영타겟으로 설정하는 제2 단계; 및 한 쌍의 카메라를 터널 단면 라인을 따라 이동시킴에 따라, 제1 단계 및 제2 단계를 반복적으로 수행하는 제3 단계를 포함하는 터널 단면의 내공변위를 측정하는 방법이 제공된다.

터널 내벽에서 터널의 이완영역 외측까지 기준홀이 천공되고, 일단부가 상기 이완영역 외측까지 도달하도록 상기 기준홀에 삽입되는 파이프와 상기 파이프에 삽입되어 일단부가 상기 이완영역에 위치하도록 상기 파이프의 일단부에 고정되는 기준봉을 포함하는 기준척이 상기 기준홀에 삽입될 수 있으며, 이 경우 3개 이상의 기지점 촬영타켓 중 어느 하나는 기준봉의 타단에서 도출될 수 있다.

한 쌍의 카메라는 터널 단면 라인에 대해 수직을 이루도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 사진측량 기법을 이용함으로써 터널 내공변위를 3차원 좌표로 나타낼 수 있다.

또한, 터널의 이완영역 외측으로부터 도출되어 변위가 발생하지 않는 고정점에 대한 3차원 좌표로 터널의 내공변위를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 기준척의 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 단면도.
도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법의 순서도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 터널 내공변위 측정 장치 및 터널 내공변위 측정 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 기준척의 설치 상태도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 터널 단면 라인(12), 이완영역(14), 레일프레임(16), 캐리지(18), 파이프(20), 기준홀(21), 기준봉(22), 기준척(24), 고정부(26), 플레이트(28), 촬영타겟(30), 카메라(32), 래크(34), 몸체(36), 피니언 기어(38), 모터(40), 롤러(42), 카메라 지지부(43)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치는, 터널 단면의 내공변위를 측정하기 위한 장치로서, 터널 단면 라인(12)을 따라 터널 내부에 설치되는 레일프레임(16)과, 레일프레임(16)을 따라 이동하는 캐리지(18)(carriage) 및 캐리지(18)에 결합되며 터널 단면을 촬영하는 한 쌍의 카메라(32)를 포함하여, 사진측량 기법을 이용함으로써 터널 내공변위를 3차원 좌표로 나타낼 수 있다.

레일프레임(16)은 터널 내부에 터널 단면 라인(12)을 따라 설치되며, 후술할 촬영부가 탑재되는 캐리지(18)가 터널 단면 라인(12)을 따라 이동된다.

터널은 도로, 철도, 수로 등을 통하게 하기 위해 땅속을 뚫는 통로로 의미하는 것으로 지중에 설치되는 일 방향으로 긴 지중 구조물을 의미한다. 따라서, 일 방향으로 긴 터널에 대해 일정 간격 마다의 터널 단면에 대해 내공변위를 측정하게 된다. 여기서, 터널 단면 라인(12)은 내공변위를 측정하고자 하는 터널 단면이 형성하는 가상의 선을 의미한다.

레일프레임(16)은 터널 형상에 상응하여 터널 단면 라인(12)을 따라 설치될 수 있다. 레일프레임(16)은 터널 내벽으로부터 일정 간격을 유지하도록 설치되거나 터널 벽면에 부착되어 설치될 수 있다.

본 실시예에서는 레일프레임(16)으로서 플랜지가 터널 내벽을 향하도록 설치된 H형 강재가 사용된 형태를 제시한다. 이외에 I형 강재, 채널형, 중공의 사각형, 원형 강재, 합성수지 등 다양한 형태의 프레임이 사용될 수 있다.

캐리지(18)는 레일프레임(16)을 따라 이동하는 것으로, 한 쌍의 카메라(32)가 탑재되어 한 쌍의 카메라(32)를 터널 단면 라인(12)을 따라 이동시킨다. 캐리지(18)의 이동거리는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.

한 쌍의 카메라(32)는 캐리지(18)에 탑재된다. 캐리지(18)의 이동에 따라 한 쌍의 카메라(32)가 터널 단면 라인(12)을 따라 이동하고 한 쌍의 카메라(32)가 터널 단면의 한 지점을 촬영한다. 한 쌍의 카메라(32)는 터널 단면의 한 지점을 촬영하여 두 개의 이미지를 획득하고 두 개의 이미지에 상응하는 영상데이터가 제어부(미도시)를 통해 생성된다. 이러한 두 개의 영상데이터를 처리하여 터널 단면의 한 지점에 대한 3차원 좌표를 추출하게 된다. 한 쌍의 카메라(32)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(32)일 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 통해 본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 1를 참조하면, 이완영역(14)은 지반에 터널이 굴착되면 터널 주변의 지반응력 재분배로 인해 다소 느슨한 상태로 되는 범위이다. 이완영역(14) 내의 지반은 불안정한 상태로 터널의 변위를 유발시킨다. 이러한 이완영역(14)은 수치해석을 통해 추정하거나 경험칙에 의해 추정될 수 있다.

레일프레임(16)은 터널 단면 형상에 상응하여 터널 단면 라인(12)을 따라 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 H형 강재를 레일프레임(16)으로 사용한 형태를 제시한다. H형 강재는 터널 단면 형상에 상응하여 반원 또는 아치 형태로 절곡될 수 있다. 또한, 이를 부분 절개하여 터널 내부에서 서로 조립하는 설치하는 것도 가능하다.

레일프레임(16)에는 래크(34)(rack)가 부착될 수 있고, 캐리지(18)에는 래크(34)에 치합하는 피니언 기어(38)가 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 터널 단면을 향하는 H형 강재의 플랜지에 길이방향으로 래크(34)가 부착되어 있다.

촬영타겟(30)은 터널 내벽에 측정하고자 하는 터널 단면 라인(12)을 따라 일정 간격으로 설정되며 촬영부의 한 쌍의 카메라(32)에 의해 촬영된다. 촬영타겟(30)은 촬영대상이 되는 터널 내벽의 미리 설정된 위치를 지시하는 것으로, 터널 내벽에 고정되는 기구물이거나 터널 내벽에 표시되는 마크일 수 있다.

촬영타겟(30)은 측정의 시작점이 되고 변위발생이 없는 고정점이 되는 기지점 촬영타겟(도 7의 44, 46, 48) 및 변위가 발생하여 측정의 대상이 되며 기지점 촬영타겟(도 7의 44, 46, 48)으로부터 위치좌표가 산출되는 미지점 촬영타겟(도 7의 50, 52)으로 구분될 수 있다.

기지점 촬영타겟은 터널의 내공변위를 측정함에 있어 계측기간 동안 실질적으로 변위발생이 없어 좌표가 변하지 않도록 구성될 수 있다. 다만, 여기서 '계측기간 동안 실질적으로 좌표가 변하지 않는다'는 의미는 계측오차 범위, 터널 주변의 진동에 의해 발생하는 변위 등을 고려하여 실질적으로 좌표가 변하지 않는다는 의미이다.

본 실시예에서는 변위가 발생하지 않는 고정점을 선정하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 기준척(24)을 사용한다. 기준척(24)은 파이프(20)와, 컨틸레버(cantilever)와 같이 파이프(20)에 삽입되어 일단부가 고정부(26)에 의해 파이프(20)의 일단부에 고정되는 기준봉(22)을 포함하다.

기준척(24)을 설치하는 방법은 먼저, 터널 내벽에서 터널의 이완영역(14) 외측까지 기준홀(21)을 천공하고, 파이프(20)의 일단부가 이완영역(14) 외측까지 도달하도록 기준척(24)를 삽입한다. 기준척(24)의 외면과 기준홀(21) 사이에는 그라우트를 주입하여 기준척(24)을 고정할 수 있다.

한편, 변위가 발생하지 않는 고정점을 선정하기 위하여, 터널 내벽에서 터널의 이완영역(14) 외측까지 기준홀(21)을 천공하고, 일단부가 이완영역(14) 외측까지 도달하도록 파이프(20)를 삽입한 후 파이프(20)의 외측에 그라우트를 주입하고, 기준봉(22)을 컨틸레버(cantilever)와 같이 일단이 이완영역(14) 외측에 위치하도록 파이프(20)에 삽입하여 그라우트 등의 고정부(26)에 의해 파이프(20)의 일단부에 고정하는 것도 가능하다.

기준척(24)의 기준봉(22)의 일단은 터널의 이완영역(14) 외측에 있어 터널 주변 지반의 거동에 따른 변위가 발생하더라도 위치가 고정되고 이에 따라 기준봉(22)의 타단을 고정점으로 사용할 수 있다.

한편, 사진측량에 의해 미지점의 3차원 좌표를 산출하기 위해서는 두 개 이상의 카메라(32)와 3개 이상의 기지점을 필요로 함으로, 상기 기준봉(22)의 타단의 고정점으로 부터 좌표를 알 수 있는 3개 이상의 촬영타겟(30)이 형성된 플레이트(28)가 기준봉(22)의 타단에 부착될 수 있다. 이와 같이, 플레이트(28)에 형성되어 기준봉(22) 타단의 고정점으로부터 좌표를 알 수 있는 3개 이상의 촬영타겟(30)을 기지점 촬영타겟이라 한다. 한편, 이러한 고정점으로부터 도출되는 기지점 촬영타겟으로 부터 미지점 촬영타겟의 3차원 좌표가 산출된 경우에는 이 또한 기지점이 되므로 이를 기지점 촬영타겟으로 할 수 있다.

이러한 기지점 촬영타겟은 터널 단면 라인(12)을 따라 배치되고 최외각 기지점 촬영타겟에 인접하여 복수의 미지점 촬영타겟이 터널 단면 라인(12)을 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다.

캐리지(18)는 레일프레임(16)에 형성된 래크(34)와 치합되는 피니언 기어(38), 피니언 기어(38)에 회전력을 제공하는 모터(40) 및 모터(40)의 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우 모터(40)는 모터(40)의 회전축의 회전량을 감축하는 기어가 구비된 기어드 모터(40)를 포함하는 개념이다. 엔코더에 의해 모터(40)의 회전축의 회전량을 측정할 수 있고 이에 따라 피니언 기어(38)의 회전량을 알 수 있으므로 레일프레임(16)의 래크(34)를 따라 이동하는 캐리지(18)의 이동량을 제어할 수 있다.

캐리지(18)를 레일프레임(16)을 따라 슬라이딩 되도록 이동시키기 위해 캐리지(18)의 몸체(36)에는 터널 내벽을 향하는 플랜지의 하부에 지지되며 캐리지(18)의 이동에 따라 회전하는 롤러(42)가 구비될 수 있으며, 캐리지(18)의 몸체(36)의 상부에는 한 쌍의 카메라(32)를 지지하기 위한 카메라 지지부(43)가 구비될 수 있다. 카메라 지지부(43)는 카메라(32)의 렌즈가 촬영타겟(30)을 향하도록 한 쌍의 카메라(32)를 지지한다. 카메라 지지부(43)는 본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 설치위치에 따라 촬영타겟(30)을 향하는 카메라(32)의 방향을 조절할 수 있도록 구성될 수 있고, 한 쌍의 카메라(32)의 이격 거리를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

한 쌍의 카메라(32)는 촬영타겟(30)을 동시에 촬영할 수 있도록 다양한 형태로 배치될 수 있으나, 본 실시예에서는 한 쌍의 카메라(32)가 형성하는 가상이 라인이 터널 단면 라인(12)에 대해 수직을 이루도록 배치된 형태를 제시한다.

본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치를 이용하여 터널의 내공변위를 측정하는 방법을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 레일프레임(16)에 캐리지(18)를 매개로 설치된 한 쌍의 카메라(32)를 이용하여 플레이트(28)에 형성된 제1, 제2 및 제3의 기지점 촬영타겟(44, 46, 48) 및 그에 인접한 제1 미지점 촬영타겟(50)이 한 화면에 위치하도록 동시에 촬영하여 두 개의 이미지를 획득한다. 두 개의 이미지에 대해 영상데이터를 각각 생성하고, 두 개의 영상데이터를 이용하여 제1 미지점 촬영타겟(50)의 3차원 공간좌표를 추출한다.

다음에, 캐리지(18)를 이용하여 제2 기지점 촬영타겟(46), 제3 기지점 촬영타겟(48), 제1 미지점 촬영타겟(50) 및 제1 미지점 촬영타겟(50)에 인접한 제2 미지점 촬영타겟(52)이 한 화면에 위치하도록 한 쌍의 카메라(32)를 이동시키고 동시에 촬영한다. 이 때 제1 미지점 촬영타겟(50)의 위치가 3차원 표로 추출되어 있으므로 제2 기지점 촬영타겟(46), 제3 기지점 촬영타겟(48) 및 제1 미지점 촬영타겟(50)의 3차원 좌표로부터 제2 미지점 촬영타겟(52)의 3차원 좌표를 산출할 수 있다. 이와 같은 방법으로 캐리지(18)를 이용하여 한 쌍의 카메라(32)를 이동시키면서 터널 단면 라인(12)을 따라 형성된 미지점 촬영타겟의 3차원 좌표를 산출할 수 있다. 이러한 3차원 좌표로부터 터널의 전단면에 대한 내공변위를 계측할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 레일프레임(16), 캐리지(18), 촬영타겟(30), 카메라(32), 래크(34), 몸체(36), 피니언 기어(38), 모터(40), 롤러(42), 카메라 지지부(43)가 도시되어 있다.

본 실시예는 레일프레임(16)으로서 웨브(web)의 길이가 짧은 H형 강재를 설치한 경우로서 H형 강재는 터널 내벽에서 일정거리 이격되어 플랜지(flange)가 터널 내벽을 향하도록 설치된다. 본 실시예는 상기 제1 실시예와 달리 터널 내부 공간이 협소하여 카메라(32)의 초점거리 확보가 어려운 경우 적용될 수 있다.

레일프레임(16)은 터널 단면 형상에 상응하여 터널 단면 라인을 따라 설치된다. 래크(34)는 하부 플랜지의 하단에 길이방향을 따라 부착된다.

캐리지(18)는 레일프레임(16)에 형성된 래크(34)와 치합되는 피니언 기어(38), 피니언 기어(38)에 회전력을 제공하는 모터(40) 및 모터(40)의 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더(미도시)를 포함할 수 있다.

캐리지(18)를 레일프레임(16)을 따라 슬라이딩 되도록 이동시키기 위해 캐리지(18)의 몸체(36)에는 H형 강재의 하부 플랜지에 지지되며 캐리지(18)의 이동에 따라 회전하는 롤러(42)가 구비될 수 있다. 피니언 기어(38)은 하부 플랜지의 하단에 부착된 래크(34)의 하부에 위치하여 치합되도록 몸체(36)에 결합된다. 캐리지(18)의 몸체(36)의 양 측벽에는 한 쌍의 카메라(32)를 지지하기 위한 카메라 지지부(43)가 구비된다. 카메라 지지부(43)는 카메라(32)의 렌즈가 촬영타겟(30)을 향하도록 한 쌍의 카메라(32)를 지지한다. 카메라 지지부(43)는 몸체(36)의 측벽을 따라 상하로 이동되어 촬영타겟(30)에 대한 카메라(32)의 초점거리를 조절할 수 있다.

이외의 구성요소는 상술한 바와 같으므로 설명을 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 장치의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 레일프레임(16), 캐리지(18), 촬영타겟(30), 카메라(32), 래크(34), 몸체(36), 피니언 기어(38), 모터(40), 롤러(42), 연결대(58), 회전플레이트(60), 회전축(62)이 도시되어 있다.

본 실시예 또한 상기 제2 실시예와 같이 터널 내부 공간이 협소하여 카메라(32)의 초점거리 확보가 어려운 경우 적용될 수 있다.

본 실시예는 레일프레임(16)으로서 웨브(web)의 길이가 짧은 H형 강재를 설치한 경우로서 상부 플랜지(flange)가 터널 내벽(56)에 직접 결합되어 있는 형태이다. 레일프레임(16)을 터널 내벽(56)에 용이하게 설치하기 위해 상부 플랜지는 하부 플래지에 비해 폭이 넓을 수 있다. 레일프레임(16)은 촬영타겟(30)이 설치되는 터널 단면 라인에서 이격되어 설치된다.

래크(34)는 H형 강재의 하부 플랜지의 하단에 길이방향을 따라 부착된다. 캐리지(18)를 레일프레임(16)을 따라 슬라이딩 되도록 이동시키기 위해 캐리지(18)의 몸체(36)에는 H형 강재의 하부 플랜지에 지지되며 캐리지(18)의 이동에 따라 회전하는 롤러(42)가 구비될 수 있다. 피니언 기어(38)은 하부 플랜지의 하단에 부착된 래크(34)의 하부에 위치하여 치합되도록 몸체(36)에 결합된다.

캐리지(18)의 몸체(36) 하부에는 터널 단면 라인을 향하는 연결대(58)가 결합된다. 회전플레이트(38)는 터널 단면 라인의 아래 방향에 위치하도록 회전축(62)에 의해 연결대(58)에 결합된다. 회전플레이트(60)에는 한 쌍의 카메라(32)를 지지하기 위한 카메라 지지부(43)가 구비된다. 회전플레이트(60)는 회전축(62)을 중심으로 회전이 가능하므로, 회전플레이트(60)에 설치된 한 쌍의 카메라(32)의 촬영방향을 다양하게 조절할 수 있다.

카메라 지지부(43)는 카메라(32)의 렌즈가 촬영타겟(30)을 향하도록 한 쌍의 카메라(32)를 지지한다. 카메라 지지부(43)는 촬영타겟(30)을 향하는 카메라(32)의 방향을 조절할 수 있도록 구성될 수 있고, 한 쌍의 카메라(32)의 이격 거리를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

이외의 구성요소는 상술한 바와 같으므로 설명을 생략하기로 한다.

도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법의 순서도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 터널 단면 라인(12), 화면(33), 제1 기지점 촬영타겟(44), 제2 기지점 촬영타겟(46), 제3 기지점 촬영타겟(48), 제1 미지점 촬영타겟(50), 제2 미지점 촬영타겟(52)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법은, 터널의 단면 라인을 따라 3개 이상의 기지점 촬영타켓(44, 46, 48) 및 복수의 미지점 촬영타겟(50. 52)이 순차적으로 설정되어 있으며, 한 쌍의 카메라를 이용하여 터널 단면의 내공변위를 측정하는 방법으로서, 한 쌍의 카메라가 기지점 촬영타겟(44, 46, 48) 중 적어도 3개 이상의 기지점 촬영타겟(44, 46, 48) 및 미지점 촬영타겟(50, 52) 중 적어도 하나 이상의 미지점 촬영타겟(50)을 동시에 촬영하여 두 개의 영상데이터를 생성하고, 상기 두 개의 영상데이터로부터 촬영된 상기 미지점 촬영타겟(50)의 3차원 좌표를 생성하는 제1 단계, 3차원 좌표가 생성된 미지점 촬영타겟(50)을 기지점 촬영타겟으로 설정하는 제2 단계 및 한 쌍의 카메라를 터널 단면 라인(12)을 따라 이동시킴에 따라, 제1 단계 및 제2 단계를 반복적으로 수행하는 제3 단계를 포함한다.

본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법은 사진측량 기법을 이용함으로써 터널 내공변위를 3차원 좌표로 나타낼 수 있고, 터널의 이완영역 외측으로부터 도출되는 고정점을 기준으로 터널 내공변위를 3차원 좌표로 나타낼 수 있다.

본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법을 적용하기 위해서, 터널 내벽에 터널 단면 라인(12)을 따라 3개 이상의 기지점 촬영타켓(44, 46, 48) 및 복수의 미지점 촬영타겟(50, 52)이 순차적으로 설치되어 있어야 한다.

사진측량에 의해 미지점의 3차원 좌표를 산출하기 위해서는 두 개 이상의 카메라와 3개 이상의 기지점을 필요로 한다. 따라서, 터널 내벽에 미리 좌표를 알 수 있는 3개 이상의 기지점 촬영타겟(44, 46, 48)과 터널의 내공변위를 측정하기 위해 설정되는 복수의 미지점 촬영타겟(50, 52)을 터널 단면 라인(12)을 따라 순차적으로 설정한다.

본 실시예에서는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 기지점 촬영타겟(44), 제2 기지점 촬영타겟(46), 제3 기지점 촬영타겟(48) 및 제3 기지점 촬영타겟(48)에 인접하여 제1 내지 제N 미지점 촬영타겟(50, 52)이 설정된 경우에 대해서 터널 내공변위를 측정하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 여기서, N은 N>1의 정수를 의미한다.

도 7 및 도 8을 참조하여, 본 실시예에 따른 터널 내공변위 측정 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 제1 단계로서, 한 쌍의 카메라가 제1 내지 제3 기지점 촬영타겟(44, 46, 48)과 제1 미지점 촬영타겟(50)을 동시에 촬영하여 두 개의 영상데이터를 생성하고, 두 개의 영상데이터로부터 촬영된 제1 미지점 촬영타겟(50)의 3차원 좌표를 생성한다(S100). 즉, 한 쌍의 카메라(32)를 이용하여 카메라(32)의 화면(33)에 제1 내지 제3 기지점 촬영타겟(44, 46, 48) 및 제3 기지점 촬영타겟(48)에 인접해 있는 제1 미지점 촬영타겟(50)이 위치하도록 동시에 촬영하여 두 개의 영상데이터를 얻는다. 두 개의 영상데이터 및 3개의 기지점으로부터 제1 미지점 촬영타겟(50)의 3차원 좌표를 생성할 수 있다.

다음에, 제2 단계로서, 3차원 좌표가 생성된 제1 미지점 촬영타겟(50)을 기지점 촬영타겟으로 설정한다(S200). 상기의 제1 단계(S100)에 의하여 제1 미지점 촬영타겟(50)의 공간좌표를 알 수 있으므로 제1 미지점 촬영타겟(50)을 새로운 기지점 촬영타겟으로 설정한다. 따라서, 본 단계에 의해 총 4개의 기지점 촬영타겟이 설정될 수 있다.

다음에, 한 쌍의 카메라를 터널 단면 라인(12)을 따라 이동시킴에 따라, 제1 단계 및 상기 제2 단계를 반복적으로 수행한다(S300). 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 기지점 촬영타겟(46), 제3 기지점 촬영타겟(48), 제1 미지점 촬영타겟(50) 및 제1 미지점 촬영타겟(50)에 인접한 제2 미지점 촬영타겟(52)이 한 화면(33)에 위치하도록 한 쌍의 카메라를 터널 단면 라인(12)을 따라 이동시키고 한 쌍의 카메라를 이용하여 동시에 촬영하고 두 개의 영상데이터를 얻는다. 이 때 제1 기지점 촬영타겟(44)의 위치가 3차원 좌표로 추출되어 있으므로 제2 기지점 촬영타겟(46), 제3 기지점 촬영타겟(48) 및 제1 미지점 촬영타겟(50)의 공간좌표로부터 제2 미지점 촬영타겟(52)의 공간좌표를 산출할 수 있다. 따라서, 본 단계에서는 총 5개의 기지점 촬영타겟이 설정될 수 있다.

상기와 같은 방법으로 한 쌍의 카메라를 터널 단면 라인(12)을 따라 이동시킴에 따라, 제1 단계 및 상기 제2 단계를 반복적으로 수행하여 N개의 미지점 촬영타겟의 3차원 공간좌표를 산출할 수 있다. 반복측정에 의한 오차를 줄이기 위해 상기 단계에서의 카메라 이동방향과 역방향으로 한 쌍의 카메라를 이동시키면서 각 촬영타겟의 3차원 좌표를 설정할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

12 : 터널 단면 라인 14 : 이완영역
16 : 레일프레임 18 : 캐리지
20 : 파이프 21 : 기준홀
22 : 기준봉 24 : 기준척
26 : 고정부 28 : 플레이트
30 : 촬영타겟 32 : 카메라
34 : 래크 36 : 몸체
38 : 피니언 기어 40 : 모터
42 : 롤러 43 : 카메라 지지부
44, 46, 48 : 기지점 촬영타겟 50, 52 : 미지점 촬영타겟
56 : 터널 내벽 58 : 연결대

Claims (10)

1. 터널 단면의 내공변위를 측정하기 위한 장치로서,
   상기 터널 단면 라인을 따라 상기 터널 내부에 설치되는 레일프레임과;
   상기 레일프레임을 따라 이동하는 캐리지(carriage); 및
   상기 캐리지에 결합되며 상기 터널 단면을 촬영하는 한 쌍의 카메라를 포함하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 터널 내벽에, 상기 터널 단면 라인을 따라 설정되며, 상기 한 쌍의 카메라에 의해 촬영되는 복수의 촬영타겟을 더 포함하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 터널 내벽에서 상기 터널의 이완영역 외측까지 기준홀이 천공되며,
   일단부가 상기 이완영역 외측까지 도달하도록 상기 기준홀에 삽입되는 파이프와; 상기 파이프에 삽입되어 일단부가 상기 이완영역에 위치하도록 상기 파이프의 일단부에 고정되는 기준봉을 포함하는 기준척을 더 포함하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 기준봉의 타단에 결합되며, 기지점 촬영타겟이 설정되는 플레이트를 더 포함하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 레일프레임을 따라 더 래크가 구비되며,
   상기 캐리어는,
   상기 래크에 치합되는 피니언 기어와;
   상기 피니언 기어에 회전력을 제공하는 모터; 및
   상기 모터의 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 카메라는 CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 카메라는 상기 터널 단면 라인에 대해 수직을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 터널 내공변위 측정 장치.
   
8. 터널의 단면 라인을 따라 3개 이상의 기지점 촬영타켓 및 복수의 미지점 촬영타겟이 순차적으로 설정되어 있으며, 한 쌍의 카메라를 이용하여 상기 터널 단면의 내공변위를 측정하는 방법으로서,
   상기 한 쌍의 카메라가 상기 기지점 촬영타겟 중 적어도 3개 이상의 기지점 촬영타겟 및 상기 미지점 촬영타겟 중 적어도 하나 이상의 미지점 촬영타겟을 촬영하여 두 개의 영상데이터를 생성하고, 상기 두 개의 영상데이터로부터 촬영된 상기 미지점 촬영타겟의 3차원 좌표를 생성하는 제1 단계;
   상기 3차원 좌표가 생성된 상기 미지점 촬영타겟을 기지점 촬영타겟으로 설정하는 제2 단계; 및
   상기 한 쌍의 카메라를 상기 터널 단면 라인을 따라 이동시킴에 따라, 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 반복적으로 수행하는 제3 단계를 포함하는 터널 내공변위 측정 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 터널 내벽에서 상기 터널의 이완영역 외측까지 기준홀이 천공되고,
   일단부가 상기 이완영역 외측까지 도달하도록 상기 기준홀에 삽입되는 파이프와 상기 파이프에 삽입되어 일단부가 상기 이완영역에 위치하도록 상기 파이프의 일단부에 고정되는 기준봉을 포함하는 기준척이 상기 기준홀에 삽입되며,
   상기 3개 이상의 기지점 촬영타켓 중 어느 하나는 상기 기준봉의 타단에서 도출되는 것을 특징으로 하는 터널 내공변위 측정 방법.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 카메라는 상기 터널 단면 라인에 대해 수직을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 터널 내공변위 측정 방법.

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