KR20130079106A - 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 누수 탐지 시스템은, 하천 제방의 깊이 방향으로 이동하여 유전상수 및 온도를 측정하는 유전상수 및 온도 측정센서와; 상기 유전상수 및 온도 측정센서에 의해 측정한 유전상수 및 온도에 의거하여 하천 제방의 깊이별 누수 여부를 탐지하는 계측장치를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, 한 개의 관측공과 한 개의 측정센서만을 이용하여 제방 깊이별 유전상수 및 온도를 경제적으로 측정할 수 있어 경제성이 우수하다는 장점이 있고, 계측장치의 이동성이 좋고 데이터 획득 시간이 짧아 전체 조사기간을 단축시킬 수 있게 되며, 소수의 인원으로 단기간에 조사가 가능하여 경제성이 뛰어나다는 장점이 있다.

Description

유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템 및 방법{System and Method for Detecting Water Leakage in Banks using Dielectric Constant and Temperature Measurement}

본 발명은 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 에 관한 것으로, 특히 유전상수 및 온도를 측정하는 센서를 관측공을 따라 이동하면서 연속적으로 유전상수 및 온도를 측정하여서 하천 제방의 깊이별 누수 위치를 효율적으로 측정하도록 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

제방은 유수의 원활한 소통을 유지시키고 제내지를 보호하기 위하여 하천을 따라 흙으로 축조한 공작물로서, 강우 및 유수, 동결융해, 건조습윤 등의 반복으로 강도 및 내침투기능 등의 저하가 발생되어 유지관리가 필요한 구조물이다.

하천제방의 누수현상은 제방 전면에 걸쳐 발생되는 것이 아니라 국부적으로 발생하는 경우가 대부분이며, 층상으로 존재하기보다는 일정한 유로를 따라 발생된다. 제체내 유로는 평상시 제방의 안전성에 거의 영향을 미치지 않으나 호우나 장마철과 같이 제외지측의 수위가 급상승할 경우 수압에 의한 파이핑 현상을 발생시켜, 대규모 누수 및 제방파괴를 발생시킨다. 따라서 이러한 제방 파괴 방지를 위해서는 누수의 원인이 되는 유로를 찾아 적절한 누수방지대책을 세우는 것이 무엇보다도 중요하다.

제방누수대의 확인방법은 현장답사에 의해 육안관측, 색소법에 의한 확인 방법 등과 같은 직접적인 방법과 전기 비저항 탐사법, 자연전위법, GPR 탐사법 등의 지구물리탐사 방법이 있다. 종래 제방 누수 확인방법으로 이용된 현지 답사에 의한 육안조사 방법은 전체적인 누수의 이동경로를 확인하기 힘들며, 근래 적용되고 있는 지구물리탐사방법은 지하매질의 물리적 성질 차이에 따라 발생하는 다양한 물리현상을 계측하고, 계측결과를 해석하여 지하 매질의 구조와 성질을 알아내는 비파괴 조사법의 일종으로 제방 내부의 침투수위 및 제체 구조 파악을 위한 계측방법을 제공한다. 그러나 이러한 물리탐사방법은 적용방법 및 현장 조건에 따라 한계점이 있어 분명한 이해 속에서 활용되는 것이 바람직하며, 보다 정확한 탐사를 위하여 현장 시추조사를 병행하여야 한다.

또한, 앞서 언급한 종래의 기술들은 누수 여부를 판단할 수 있는 자료를 얻을 수는 있으나 누수지점을 정확하게 예측할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 효율적인 제방의 안정성 평가 및 보수ㆍ보강 기법의 설계 등을 위해서는 제방 내 누수 여부 뿐만 아니라 제방 깊이별 데이터를 확보하여 누수 위치를 정확히 예측할 수 있는 방법과 장치가 요구되고 있는 실정이다.

도 1 및 도 2에는 각각 종래 기술에서 제방에 계측 센서를 설치한 상태를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 도 1은 제방(5) 전체에 와이어형 센서(10)를 설치한 것이고, 도 2는 제방(5) 전체에 탐침형 센서(20)를 깊이별로 설치한 것이다.

종래의 탐침형 센서(20)를 이용하여 제방(5)의 누수를 측정하는 경우, 센서의 탐침 길이에 대한 제약이 있을 뿐만 아니라 측정에서 획득할 수 있는 유전상수값은 지중에 삽입된 센서(20)의 탐침 길이에 대한 평균값으로, 특정 위치에서의 유전상수값이 아닌 삽입된 센서(20)의 탐침 전체에 대한 유전상수값이 얻어지며, 특정 위치의 유전상수를 획득하기 위해서는 제방(5)을 굴착하여 해당 특정 위치에 탐침형 센서(20)를 삽입하여 유전상수값을 측정해야하는데, 이는 시공시 탐침형 센서(20)를 포함하는 측정장치를 매설하여 일시적인 측정만 가능하고 해당 측정장치를 지중에 영구적으로 매설하여 놓을 수 없기 때문에 지속적인 측정이 불가능하여 실시간으로 누수 측정을 할 수 없다.

그리고, 종래의 와이어형 센서(10)를 이용하여 제방(50)의 누수를 측정하는 경우, 와이어형 센서(10)의 매설을 위해서는 역시 시공시에 와이어를 매설하여 측정하는데, 지속적인 측정이 가능하지만 제방(5)의 단차 등에 의한 와이어의 절단시에 복구를 위해서는 제방(5)을 재굴착하여야 하며, 이와 같이 재굴착하는 경우 수분 침투 및 누수를 유발하게 되는 계기가 되어 제방 안정성의 저하를 야기하게 된다.

상술한 바와 같이, 종래의 탐침형 센서(20)를 이용하여 유전상수를 측정함으로써 제방의 누수를 탐지하는 경우에는 지중에 삽입된 센서의 탐침 길이에 대한 평균값이므로, 특정 위치에서의 유전상수 및 온도 값을 구하기 위해서는 깊이별로 보링을 하거나, 깊이별로 계측 센서를 설치해야 하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 와이어형 센서(10)를 이용하여 유전상수를 측정함으로써 제방의 누수를 탐지하는 경우에는 제방의 단차 등에 의한 와이어의 절단시에 복구를 위해서 제방을 재굴착하여야 함에 기인하여, 수분 침투 및 누수를 유발하게 되는 계기가 되어 제방 안정성의 저하를 야기하는 문제점이 있다.

하천지방시설물에 대해 누수 등의 상태를 파악하는 종래기술로는 한국 등록특허 제10-1022756호가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1022756호(2011. 03. 17. 공고) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점, 즉 제방의 누수 여부를 측정함에 있어서, 깊이별 측정값을 얻기 위해서는 깊이별로 보링을 하거나 계측 센서를 설치하고, 제방의 단차 발생시에 센서 설치를 위해 제방을 재굴착해야 하는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 기술을 제공함에 목적이 있다.

구체적으로 본 발명은 유전상수 및 온도를 측정하는 측정센서를 이동이 용이한 형태로 개선하여 관측공을 따라 측정센서를 이동하면서 연속적으로 유전상수 및 온도를 측정하여서 하천 제방의 깊이별 누수 위치를 효율적으로 측정하도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템은, 하천 제방의 깊이 방향으로 이동하여 유전상수 및 온도를 측정하는 유전상수 및 온도 측정센서와; 상기 유전상수 및 온도 측정센서에 의해 측정한 유전상수 및 온도에 의거하여 하천 제방의 깊이별 누수 여부를 탐지하는 계측장치를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템에 의하면, 상기 하천 제방을 보링하여 설치되어 상기 유전상수 및 온도 측정센서를 삽입하여 하천 깊이 방향으로 이동하는 이동 경로를 제공하는 케이싱을 더 포함한다.

그리고, 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템에 의하면, 상기 유전상수 및 온도 측정센서는, 상기 계측장치로부터 인가되는 유전상수 측정용 송신신호를 인가받고서 주변의 유전상수에 대응되는 반사신호를 상기 계측장치에 전송하는 유전상수 측정 프로브와; 상기 유전상수 측정 프로브의 표면 일부에 설치되어 하천 제방 지중의 온도를 측정하여 온도 측정 신호를 상기 계측장치에 전송하는 온도 센서를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템에 의하면, 상기 유전상수 측정 프로브와 상기 온도 센서의 사이에 스프링을 구비하고, 상기 스프링에 의해 상기 온도 센서를 케이싱 벽면에 밀착시킨다.

그리고, 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템에 의하면, 상기 계측장치는, 케이블을 통해 상기 유전상수 및 온도 측정센서를 접속하여 송수신 되는 신호를 전달하는 접속부와; 제어부의 제어에 따라 유전상수 측정용 송신신호를 상기 접속부를 통해 유전상수 및 온도 측정센서에 전송하고, 상기 유전상수 및 온도 측정센서로부터 접속부를 통해 인가되는 반사신호와 온도 검출 신호를 수신하고 해당 수신 신호를 제어부에서 처리 가능하도록 디지털 타입으로 변환하여서 제어부에 인가하는 신호송수신부와; 제어부의 제어에 따라 누수 탐지 관련 정보를 표시하는 표시부와; 측정된 유전상수 및 온도에 의거하여 제방의 누수를 탐지하기 위한 프로그램을 저장하여 제어부에 제공하고, 누수 탐지시에 발생하는 누수 여부 판정 결과 데이터를 제어부의 제어에 따라 저장하는 저장부와; 수동 조작에 따라 누수 탐지 명령 및 제반 데이터를 제어부에 입력하는 조작부와; 상기 조작부를 통해 입력된 명령에 따라 상기 신호송수신부를 통해 유전상수 측정용 송신신호를 전송하고 상기 신호송수신부를 통해 반사신호와 온도 검출 신호를 인가받고서, 해당 반사신호에 의거하여 유전상수를 측정함과 아울러 해당 온도 검출 신호에 의거하여 온도를 측정하고, 해당 측정된 유전상수와 온도에 의거하여 누수 여부를 판정하는 상기 제어부를 포함한다.

아울러, 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템에 의하면, 상기 제어부는 상기 측정된 유전상수가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 유전상수 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하고, 상기 측정된 온도가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 온도 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정한다.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 방법은, 유전상수 및 온도를 측정하기 위한 측정센서를 제방 깊이 방향으로 이동하는 중에 계측장치가 상기 측정센서를 통해 유전상수 및 온도를 측정하는 단계와; 상기 계측장치가 상기 측정된 유전상수와 온도에 의거하여 누수 여부를 판정하는 단계와; 상기 계측장치가 상기 누수 여부 판정 결과를 표시하고 해당 누수 여부 판정 결과 데이터를 저장하는 단계를 포함하여 이루어진다.

그리고, 본 발명에 따른 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 방법에 의하면, 상기 누수 여부를 판정하는 단계는, 상기 계측장치가 상기 측정된 유전상수가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 유전상수 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하는 단계와; 상기 계측장치가 상기 측정된 온도가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 온도 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 유전상수 및 온도를 측정하는 측정센서를 이동이 용이한 형태로 개선하여 관측공을 따라 측정센서를 이동하면서 연속적으로 유전상수 및 온도를 측정함으로써, 한 개의 관측공과 한 개의 센서만을 이용하여 제방 깊이별 유전상수 및 온도를 경제적으로 측정할 수 있어 경제성이 우수하게 되는 효과가 발휘된다. 또한, 본 발명은 측정장치의 이동성이 좋고 데이터 획득 시간이 짧아 전체 조사기간을 단축할 수 있게 되며, 소수의 인원으로 단기간에 조사가 가능하여 경제성이 뛰어나다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 각각 종래 기술에서 제방에 계측 센서를 설치한 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제방의 누수를 탐지하기 위한 누수 탐지 시스템을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 유전상수와 함수율의 관계를 보여주는 그래프도이다.
도 5는 누수지점의 계절별 지반내 온도 변화를 보여주는 그래프도이다.
도 6은 본 발명의 누수 탐지 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 누수 탐지 시스템에 적용된 유전상수 및 온도 측정센서를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 누수 탐지 시스템에 적용된 유전상수 및 온도 측정센서를 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명에서 제방에 삽입 시공하여 측정센서를 이동시키기 위한 케이싱을 도시한 사시도이다.
도 10은 케이싱 내부로 이동하는 측정센서를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 누수 탐지 시스템에 적용된 계측장치를 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명에 따른 누수 탐지 시스템에 의한 제방 누수 탐지 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

본 발명에서는 물리탐사 기법(TDR 기법)에 의해 유전상수를 측정함과 아울러 온도 센서를 이용하여 온도를 측정함으로써 해당 유전상수 및 온도에 의거하여 제방의 누수를 탐지하도록 구현된다.

TDR(Time Domain Reflectometry) 기법은 전기신호를 발생하여 전달매체를 통해 전송하고 그에 대한 반사신호를 측정하여서, 전달매체 주변의 변화를 탐지하는 방법이다. 이 기법은 계측장치에서 신호를 보낸 후 신호가 반사되어 돌아오는 시간을 측정하는 방식으로 케이블을 따라 전달되는 파형화된 전자기신호의 탐사시간은 신호속도와 안내선 길이에 의존한다. 신호속도는 안내선 주변의 유전상수에 영향을 받으며 이 관계는 다음의 수학식 1과 같다.

위의 수학식 1에서

는 겉보기 유전상수, C는 자유공간속에서의 전자기파 속도,

는 탐사시간, L은 안내선 길이를 각각 의미한다.

앞서 살펴본 것처럼, 종래의 측정방법에서 구할 수 있는 유전상수 값은 지중에 삽입된 센서 길이에 대한 평균값이므로, 특정 위치에서의 유전상수 및 온도 값을 구하기 위해서는 깊이별로 보링을 하거나, 깊이별로 계측 센서를 설치해야 하는 번거로움이 있었다. 이와 달리 본 발명에서는 유전상수 및 온도를 측정하는 측정센서를 이동이 용이한 형태로 구현하여 관측공을 따라 해당 측정센서를 제방 깊이방향으로 자유롭게 이동하면서 연속적으로 유전상수 및 온도를 측정함으로써, 한 개의 관측공과 한 개의 센서만을 이용하여 제방 깊이별 유전상수 및 온도를 경제적으로 측정하게 된다.

도 3에는 유전상수 및 온도 측정센서(50)(이하에서는 측정센서(50)라 칭함)를 화살표로 나타낸 바와 같이 제방(5)의 깊이 방향으로 자유롭게 이동하여 계측장치(60)에 의해 연속적으로 유전상수 및 온도를 측정하여서 깊이별로 제방(5)의 누수를 조사하는 본 발명에 따른 누수 탐지 시스템을 도시한 개략도가 도시되어 있다.

구체적으로 본 발명에서는 제방의 유전상수를 측정함에 있어서 물리탐사 기법(TDR)을 이용한다.

TDR(Time Domain Reflectometry) 기법은 전기신호를 발생하여 전달매체를 통해 전송하고 그에 대한 반사신호를 측정하여서, 전달매체 주변의 변화를 탐지하는 방법이다. 전자기신호의 속도는 주변의 유전상수에 영향을 받으며, 이때 유전상수는 지반의 함수율과 일정한 상관관계를 나타낸다. 도 4에는 유전상수와 함수율의 관계를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다.

제방(5) 내에 누수가 발생하여 물이 침투하면 흙의 함수율이 증가하게 되며, 본 발명에서는 이러한 원리를 바탕으로 하여, 계측장치(60)가 TDR 기법으로 측정센서(50)에 의해 제방(5) 내의 유전상수를 측정함으로써 제방의 누수 여부를 효과적으로 조사하게 된다.

또한, 본 발명에서는 계측장치(60)가 측정센서(50)에 의해 제방의 지중 온도를 측정함으로써 누수 여부를 조사한다.

제방(5)의 지중 온도는 유로의 물의 영향을 받아 주변 지반과 다른 경향을 나타내게 된다. 따라서, 제방(5)에 누수가 발생하여 물이 침투하게 되면, 누수지점의 온도는 누수가 발생하지 않은 지점의 온도와 비교하여 변화하게 된다. 즉, 여름의 경우 누수구간에서는 다른 지반보다 물의 침투에 의해 온도가 낮게 나타나며, 겨울의 경우 누수구간의 온도는 지반의 온도에 비해 높게 나타나게 된다. 본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여 계측장치(60)가 측정센서(50)에 의해 제방(5) 내의 지중 온도를 측정함으로써, 제방의 누수 여부를 효과적으로 조사한다.

도 5에는 누수지점의 계절별 지반내 온도 변화를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다.

계측장치(60)는 측정센서(50)에 의해 유전상수와 온도가 측정되면, 특정된 값을 이용하여 제방(5)의 누수 여부를 판단하게 된다. 구체적으로 본 발명에서는 계측장치(60)가 관측공을 따라 자유로이 이동되는 측정센서(50)를 통해 깊이별로 측정한 제방 누수의 판단근거가 될 수 있는 유전상수 및 온도에 의거하여 제방(5)의 누수 여부를 판정하여 누수 탐지 작업자에게 알려준다.

도 6에는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 개략도가 도시되어 있다.

즉, 계측장치(60)는 관측공을 통해 이동하는 측정센서(50)에 의해 제방(5) 내부의 유전상수와 온도를 연속적으로 측정하되, 해당 측정된 유전상수와 온도가 변화되면 해당 위치에 누수가 발생한 것으로 판정하여 해당 판정 결과를 누수 탐지 작업자에게 알려준다.

도 7에는 본 발명의 누수 탐지 시스템에 적용된 측정센서(50)의 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 누수 탐지 시스템에 적용된 측정센서(50)의 측면도가 도시되어 있다.

본 발명의 누수 탐지 시스템에 적용되는 측정센서(50)는 TDR 기법의 물리탐사를 위한 신호를 송수신하는 유전상수 측정 프로브(51)와, 온도를 측정하는 온도센서(53)를 일체로 구비하여 이루어진다. 유전상수 측정 프로브(51)의 일부 표면상에 온도센서(53)가 배치되어 일체로 설치되며, 유전상수 측정 프로브(51)와 온도센서(53) 사이에 스프링을 설치하여 온도센서(53)가 온도측정 대상 면에 밀착되도록 구현된다. 유전상수 측정 프로브(51)의 상단부에는 계측장치(60)와의 신호 송수신을 위한 케이블(CA)이 접속되며, 해당 케이블(CA)을 통해 TDR 기법으로 유전상수를 측정하기 위한 신호를 계측장치(60)에 송수신함과 아울러 온도 검출 신호를 계측장치(60)에 송신한다.

유전상수 측정 프로브(51)는 TDR 기법으로 유전상수를 측정하기 위한 신호를 송수신하되, 계측장치(60)로부터 케이블(CA)을 통해 신호를 인가받아서 주변의 유전상수에 대응되는 반사신호를 케이블(CA)을 통해 계측장치(60)에 전송한다. 그리고, 온도센서(53)는 제벡(Seebeck) 효과를 이용하여 온도를 측정하는 열전대로 이루어지고, 온도 측정시에 열전대에 의해 발생되는 기전력을 온도 검출 신호로서 케이블(CA)을 통해 계측장치(60)에 전송한다.

이와 같이 측정센서(50)는 제방 깊이방향으로 용이하게 이동 가능하도록 구현되는데, 제방의 지반에 삽입되는 도 9에 도시된 바와 같은 케이싱(30)을 통하여 제방 깊이방향으로 이동된다. 케이싱(30)은 측정센서(50)를 삽입하기 위한 홀(35)을 구비하고 있으며, 측정센서(50)는 케이싱(30)의 홀(35)에 삽입됨으로써 해당 케이싱(30)의 내부를 통해 제방의 깊이 방향으로 자유로이 이동할 수 있다.

도 10에는 케이싱(30)의 내부로 이동하는 측정센서(50)가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 시공한 후 보링을 통하여 제방(5)에 케이싱(30)을 삽입하여 해당 케이싱(30)을 지반과 밀착시키고 케이싱(30) 내부로 측정센서(50)를 이동시키되 제방 깊이방향으로 이동하면서 측정센서(50)에 의해 측정범위(MZ) 내의 지중에 대한 유전상수 및 온도를 측정한다. 이처럼 케이싱(30) 내부로 측정센서(50)를 제방 깊이방향으로 이동하면서 유전상수 및 온도를 측정하는 경우, 측정센서(50)의 이동에 따라 측정범위(MZ)가 그에 대응하여 이동하게 되므로, 하나의 측정센서(50)에 의해 깊이별 누수 탐지를 할 수 있게 된다.

그리고, 측정센서(50)에서 유전상수 측정 프로브(51)와 온도센서(53)의 사이에 스프링이 설치되어 있음에 기인하여 온도센서(53)가 케이싱(30)의 내부 벽면에 밀착되어서 온도측정 대상 면에 밀착하여 온도를 측정하여 온도 검출신호를 케이블(CA)을 통해 계측장치(60)에 송신한다. 또한, 케이싱(30)은 TDR 기법으로 유전상수를 측정하기 위한 신호의 송수신에 영향을 미치지 않는 아크릴, PVC 등의 비금속물질로 이루어진다. 이에, 케이싱(30) 내부로 이동하는 측정센서(50)의 유전상수 측정 프로브(51)는 유전상수를 측정하기 위한 신호를 송수신하게 되는데, 계측장치(60)로부터 케이블(CA)을 통해 유전상수 측정용 송신신호를 인가받고서 주변의 유전상수에 대응되는 반사신호를 케이블(CA)을 통해 계측장치(60)에 송신한다.

도 11에는 본 발명에 따른 누수 탐지 시스템에 적용된 계측장치(60)가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 누수 탐지 시스템에 적용된 계측장치(60)는 접속부(61), 신호송수신부(62), 제어부(63), 표시부(64), 저장부(65) 및 조작부(66)를 포함하여 이루어진다.

접속부(61)는 케이블(CA)을 통해 측정센서(50)를 접속하여 측정센서(50)에 대하여 송수신 되는 신호를 전달하되, 신호송수신부(62)로부터 인가되는 유전상수 측정용 송신신호를 측정센서(50)에 전달하고, 측정센서(50)로부터 인가되는 반사신호 및 온도 검출 신호를 신호송수신부(62)에 전달한다.

신호송수신부(62)는 제어부(63)의 제어에 따라 유전상수 및 온도 측정을 위한 신호를 송수신하되, 유전상수 측정용 송신신호를 접속부(61)를 통해 측정센서(50)에 전송하고, 측정센서(50)로부터 접속부(61)를 통해 인가되는 반사신호와 온도 검출 신호를 수신하고 해당 수신 신호를 제어부(63)에서 처리 가능하도록 디지털 타입으로 변환하여서 제어부(63)에 인가한다.

제어부(63)는 제방의 누수를 탐지하기 위한 프로그램에 의거하여 제반 누수 탐지 처리를 수행한다. 제어부(63)는 조작부(66)를 통해 누수 탐지 명령이 입력되면 신호송수신부(62)를 제어하여 신호송수신부(62)로 하여금 TDR 기법에 의하여 유전상수를 측정하기 위한 유전상수 측정용 송신신호를 측정센서(50)에 전송케 하고, 측정센서(50)로부터의 반사신호와 온도 검출 신호를 신호송수신부(62)를 통해 수신하여 해당 반사신호에 의거하여 유전상수를 측정함과 아울러 해당 온도 검출 신호에 의거하여 온도를 측정하고, 해당 측정된 유전상수와 온도에 의거하여 누수 여부를 판정한다.

이와 같은 누수 여부 판정시에, 제어부(63)는 도 4에 도시된 바와 같은 측정된 유전상수와 함수율의 관계에 의거하여 누수 여부를 판정하되, 누수 발생 가능한 기준 유전상수 범위를 미리 설정하고, 해당 측정된 유전상수가 미리 설정된 기준 유전상수 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정한다. 또한, 누수 여부 판정시에, 제어부(63)는 도 5에 도시된 바와 같은 누수지점의 계절별 온도 변화에 의거하여 누수 여부를 판정하되, 누수 발생 가능한 기준 온도 범위를 미리 설정하고, 해당 측정된 온도가 미리 설정된 기준 온도 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정한다. 그리고, 해당 누수 판정에 사용하기 위한 기준 유전상수 범위 및 기준 온도 범위는 저장부(65)에 미리 저장되는데, 제어부(63)는 조작부(66)를 통한 작업자의 측정 계절 선택에 따라 누수 측정하는 계절에 대응되는 기준 온도 범위를 저장부(65)에 설정하여 저장한다.

제어부(63)는 누수 여부 판정시에 해당 누수 여부 판정 결과를 표시부(64)에 표시하여 누수 탐지 작업자에게 알려줌과 아울러 해당 누수 여부 판정 결과 데이터를 저장부(63)에 저장하여 차후에 누수 탐지 데이터베이스로서 활용할 수 있게 한다.

그리고, 표시부(64)는 제어부(63)의 제어에 따라 누수 탐지 관련 정보를 표시하여 누수 탐지 작업자로 하여금 시각적으로 확인 가능케 한다. 저장부(65)는 TDR 기법으로 측정된 유전상수 및 온도에 의거하여 제방의 누수를 탐지하기 위한 프로그램을 저장하여 제어부(63)에 제공하며, 누수 탐지시에 발생하는 누수 여부 판정 결과 데이터를 제어부(63)의 제어에 따라 저장한다. 또한, 조작부(66)는 수동 조작에 따라 누수 탐지 명령 및 제반 데이터를 제어부(63)에 입력한다.

도 12에는 상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 누수 탐지 시스템에 의한 제방 누수 탐지 처리 과정의 흐름도가 도시되어 있다.

지반을 보링하여 케이싱(30)을 제방(5)의 지반에 삽입하여 놓은 상태에서 케이싱(30)의 홀(35)에 측정센서(50)를 삽입하여 케이싱(30) 내부로 측정센서(50)를 제방 깊이 방향으로 이동한다(S100). 이와 같이 측정센서(50)를 제방 깊이 방향으로 이동하는 중에 계측장치(60)는 제방(5) 내부의 유전상수와 온도를 연속적으로 측정하는데, TDR 기법에 의하여 유전상수를 측정하기 위한 유전상수 측정용 송신신호를 측정센서(50)에 전송하고, 측정센서(50)로부터의 반사신호와 온도 검출 신호를 수신하여 해당 반사신호에 의거하여 유전상수를 측정함과 아울러 해당 온도 검출 신호에 의거하여 온도를 측정한다(S110).

그리고, 계측장치(60)는 해당 측정된 유전상수와 온도에 의거하여 누수 여부를 판정하되, 계측장치(60)는 해당 측정된 유전상수가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 유전상수 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하고, 해당 측정된 온도가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 온도 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정한다(S120). 그리고, 계측장치(60)는 해당 누수 여부 판정 결과를 표시하여 누수 탐지 작업자에게 알려줌과 아울러 해당 누수 여부 판정 결과 데이터를 저장한다(S130).

그 후에, 계측장치(60)는 작업자에 의해 계측 종료 명령이 입력되었는지의 여부를 확인하고(S140), 계측 종료 명령이 입력되지 않았으면 S100으로 귀환하여 상술한 반복 처리를 수행하고, 계측 종료 명령이 입력되었으면 처리 종료한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 누수 탐지 시스템에 의하면, 한 개의 관측공과 한 개의 측정센서(50)만을 이용하여 제방 깊이별 유전상수 및 온도를 경제적으로 측정할 수 있어 경제성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 계측장치(60)의 이동성이 좋고 데이터 획득 시간이 짧아 전체 조사기간을 단축시킬 수 있게 되며, 소수의 인원으로 단기간에 조사가 가능하여 경제성이 뛰어나다는 장점이 있다.

5; 제방 10; 와이어형 센서
20; 탐침형 센서 30; 케이싱
50; 유전상수 및 온도 측정센서 51; 유전상수 측정 프로브
53; 온도센서 60; 계측장치
61; 접속부 62; 신호송수신부
63; 제어부 64; 표시부
65; 저장부 66; 조작부
CA; 케이블 MZ; 측정범위

Claims (8)

1. 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템으로서,
   하천 제방의 깊이 방향으로 이동하여 유전상수 및 온도를 측정하는 유전상수 및 온도 측정센서와;
   상기 유전상수 및 온도 측정센서에 의해 측정한 유전상수 및 온도에 의거하여 하천 제방의 깊이별 누수 여부를 탐지하는 계측장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하천 제방을 보링하여 설치되어 상기 유전상수 및 온도 측정센서를 삽입하여 하천 깊이 방향으로 이동하는 이동 경로를 제공하는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 유전상수 및 온도 측정센서는,
   상기 계측장치로부터 인가되는 유전상수 측정용 송신신호를 인가받고서 주변의 유전상수에 대응되는 반사신호를 상기 계측장치에 전송하는 유전상수 측정 프로브와;
   상기 유전상수 측정 프로브의 표면 일부에 설치되어 하천 제방 지중의 온도를 측정하여 온도 측정 신호를 상기 계측장치에 전송하는 온도 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 유전상수 측정 프로브와 상기 온도 센서의 사이에 스프링을 구비하고, 상기 스프링에 의해 상기 온도 센서를 케이싱 벽면에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 계측장치는,
   케이블을 통해 상기 유전상수 및 온도 측정센서를 접속하여 송수신 되는 신호를 전달하는 접속부와;
   제어부의 제어에 따라 유전상수 측정용 송신신호를 상기 접속부를 통해 유전상수 및 온도 측정센서에 전송하고, 상기 유전상수 및 온도 측정센서로부터 접속부를 통해 인가되는 반사신호와 온도 검출 신호를 수신하고 해당 수신 신호를 제어부에서 처리 가능하도록 디지털 타입으로 변환하여서 제어부에 인가하는 신호송수신부와;
   제어부의 제어에 따라 누수 탐지 관련 정보를 표시하는 표시부와;
   측정된 유전상수 및 온도에 의거하여 제방의 누수를 탐지하기 위한 프로그램을 저장하여 제어부에 제공하고, 누수 탐지시에 발생하는 누수 여부 판정 결과 데이터를 제어부의 제어에 따라 저장하는 저장부와;
   수동 조작에 따라 누수 탐지 명령 및 제반 데이터를 제어부에 입력하는 조작부와;
   상기 조작부를 통해 입력된 명령에 따라 상기 신호송수신부를 통해 유전상수 측정용 송신신호를 전송하고 상기 신호송수신부를 통해 반사신호와 온도 검출 신호를 인가받고서, 해당 반사신호에 의거하여 유전상수를 측정함과 아울러 해당 온도 검출 신호에 의거하여 온도를 측정하고, 해당 측정된 유전상수와 온도에 의거하여 누수 여부를 판정하는 상기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 측정된 유전상수가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 유전상수 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하고, 상기 측정된 온도가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 온도 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 시스템.
   
7. 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 방법으로서,
   유전상수 및 온도를 측정하기 위한 측정센서를 제방 깊이 방향으로 이동하는 중에 계측장치가 상기 측정센서를 통해 유전상수 및 온도를 측정하는 단계와;
   상기 계측장치가 상기 측정된 유전상수와 온도에 의거하여 누수 여부를 판정하는 단계와;
   상기 계측장치가 상기 누수 여부 판정 결과를 표시하고 해당 누수 여부 판정 결과 데이터를 저장하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 누수 여부를 판정하는 단계는,
   상기 계측장치가 상기 측정된 유전상수가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 유전상수 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하는 단계와;
   상기 계측장치가 상기 측정된 온도가 미리 설정된 누수 발생 가능한 기준 온도 범위 이내인 경우에 누수 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전상수 및 온도의 측정을 이용한 깊이별 하천 제방의 누수 탐지 방법.

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