KR20140018682A - 노면 프로파일 측정 시스템, 및 방법 - Google Patents

노면 프로파일 측정 시스템, 및 방법 Download PDF

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Abstract

노면 프로파일 측정 시스템, 및 방법이 개시된다. 노면 프로파일 측정 시스템은, 절대 경사 측정부, 상대 경사 측정부, 이동부, 이동 거리 측정부, 및 노면 프로파일 정보 생성부를 포함한다. 절대 경사 측정부는 절대 수평면에 대한 자신의 경사를 측정하고, 상대 경사 측정부는 노면에 대한 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정하고, 이동부는 절대 경사 측정부와 상대 경사 측정부를 이동시키고, 이동 거리 측정부는 이동부의 이동 거리를 측정하며, 노면 프로파일 정보 생성부는 절대 경사 측정부, 상대 경사 측정부, 및 이동 거리 측정부의 측정 결과로부터 노면의 프로파일 정보를 생성한다. 이와 같이, 절대 경사 측정부의 노면에 대한 상대 경사를 측정함으로써, 고속으로 이동하면서도 노면의 요철을 정확하게 측정할 수 있게 된다.

Description

노면 프로파일 측정 시스템, 및 방법{Method and system for measuring road surface profile}
본 발명은 계측 시스템, 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토목, 건축 분야에서 사용되는 계측 시스템, 및 방법에 관한 것이다.
도로나 교량에 있어서, 노면의 평탄성의 파악은 교량이나 도로의 시공 평가나 유지 관리 측면에 있어서 매우 중요한 자료로서 활용된다. 이러한 노면의 평탄성 파악을 위해 노면의 프로파일을 측정하게 된다.
노면 프로파일의 정의는 노면의 단면을 잘라 측면에서 관찰했을 때 보이는 노면의 상대 고도를 의미한다. 종래에는 이와 같은 노면의 요철(높낮이 형상)을 측정하기 위해 경사 센서를 이용하였다. 이 방법은 기본적으로 거리 측정기(엔코더 또는 동등 센서)와 데이터 처리부(CPU 또는 동등 연산장치)가 포함된다.
도 1은 경사 센서를 이용하여 노면의 요철을 측정하는 종래의 방법이 도시된 도면이다.
이 방법에서는 노면의 요철을 간격(L)으로 잘라 각 간격 사이의 요철 형태를 도 1에서와 같이 1차 식으로 근사화시키는데, 근사화된 요철은 간격(L)과 간격(L) 사이의 각도를 알 수 있으면 구할 수 있다.
따라서 각도 센서를 간격(L)만큼 이동시키면서 각 간격마다의 노면의 각도를 측정하면 1차 근사화된 노면의 요철을 얻을 수 있다. 이와 같이 획득한 1차 근사화된 노면의 요철은 간격(L)이 0에 가까워질수록 원래 노면의 요철 형상에 근접한다.
그런데 이렇게 측정하는 방식의 문제점은 노면의 각도를 측정하기 위해 경사 센서가 노면과 평행한 상태로 유지해야 한다는 것이다. 경사 센서는 항상 지구 중력 방향의 직교면을 기준으로 각도를 측정하기 때문에 노면의 면과 평행한 상태로 경사 센서가 놓여져 있어야만 경사 센서의 각도와 노면의 각도가 일치한다.
도 2는 경사 센서와 노면이 이루는 다양한 각도를 도시한 도면이다. 도 2의 첫 번째 그림과 같이 경사센서가 측정하려는 노면과 평행한 상태에서만 정확한 노면의 경사를 측정할 수 있다.
그런데 종래의 방법의 실제 예를 살펴보면 아래 같은 형태로 구현된다. 도 3은 종래의 노면 프로파일 측정 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 이동 장치에는, 자동차에서 볼 수 있는 것과 같은, 노면의 요철 충격을 흡수할 수 있는 서스펜션과 같은 역할을 하는 기구가 없다. 그 이유는 노면의 경사를 정확히 경사 센서에 전달하기 위해서이다. 이러한 제한으로 인해 이 방식은 고속으로 요철 측정이 불가능하다.
또한, 이와 같이 구성된 노면의 요철 측정 장비는 노면의 경사와 이동 장치가 항상 수평이 되도록 이동 장치를 천천히 움직여야만 한다. 왜냐하면, 고속으로 이동하게 되면 노면 요철의 영향으로 바퀴가 노면과 접촉하지 못하고 공중으로 떠 버리는 현상이 발생하여 측정값에 오차를 유발하기 때문이다. 이에 따라, 일반적으로 측정 속도는 보통 사람이 걷는 속도(4km/h 이하)로 제한된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고속으로 이동하면서도 노면의 요철을 정확하게 측정할 수 있는 계측 시스템, 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 노면 프로파일 측정 시스템은, 절대 경사 측정부, 상대 경사 측정부, 이동부, 이동 거리 측정부, 및 노면 프로파일 정보 생성부를 포함한다.
절대 경사 측정부는 절대 수평면에 대한 자신의 경사를 측정하고, 상대 경사 측정부는 노면에 대한 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정하고, 이동부는 절대 경사 측정부와 상대 경사 측정부를 이동시키고, 이동 거리 측정부는 이동부의 이동 거리를 측정하며, 노면 프로파일 정보 생성부는 절대 경사 측정부, 상대 경사 측정부, 및 이동 거리 측정부의 측정 결과로부터 노면의 프로파일 정보를 생성한다.
이와 같이, 절대 경사 측정부의 측정값을 노면에 대한 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정하여 보정함으로써, 절대 경사 측정부가 노면과 항상 평행이 아니더라도 고속으로 이동하면서 노면의 요철을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이때, 상대 경사 측정부는 노면과 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정하기 위해 2개 이상의 높이 측정부를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성으로 인해, 높이 측정부 간의 거리와 측정된 높이의 편차를 이용하여 절대 경사 측정부의 상대 경사를 구할 수 있게 된다.
또한, 높이 측정부는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 레이저 변위 센서를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수의 레이저 변위 센서를 이용하여 간단한 구성으로도 정확하게 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정할 수 있게 된다.
아울러, 상기 시스템을 방법의 형태로 구현한 발명이 함께 개시된다.
본 발명에 의하면, 절대 경사 측정부와 노면과의 상대 경사를 측정하여 절대 경사 측정부가 노면에 대해 기울어진 경사를 보정함으로써, 절대 경사 측정부가 항상 노면과 평행을 유지할 필요가 없어 고속으로 이동하면서도 노면의 요철을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 복수의 레이저 변위 센서를 이용하여 간단한 구성으로도 정확하게 절대 경사 측정부가 노면에 대해 기울어진 경사를 보정할 수 있게 된다.
도 1은 경사 센서를 이용하여 노면의 요철을 측정하는 종래의 방법이 도시된 도면.
도 2는 경사 센서와 노면이 이루는 다양한 각도를 도시한 도면.
도 3은 종래의 노면 프로파일 측정 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 노면 프로파일 측정 시스템의 일 실시예의 개략적인 블록도.
도 5는 도 4의 노면 프로파일 측정 시스템의 실제 구현 예를 도시한 개략적인 블록도.
도 6은 고속으로 노면 프로파일을 측정하기 위한 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 7은 도 5의 노면 프로파일 측정 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 노면 프로파일 측정 시스템의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.
도 4에서 본 발명에 따른 노면 프로파일 측정 시스템(100)은, 절대 경사 측정부(110), 상대 경사 측정부(120), 이동부(130), 이동 거리 측정부(140), 및 노면 프로파일 정보 생성부(150)를 포함한다.
절대 경사 측정부(110)는 절대 수평면에 대한 자신(절대 경사 측정부;110)의 경사(기울어짐)를 측정한다.
상대 경사 측정부(120)는 노면에 대한 절대 경사 측정부(110)의 상대 경사를 측정한다. 이때, 상대 경사 측정부(120)는 노면과의 거리를 측정할 수 있는 복수의 높이 측정부(122)를 포함한다. 높이 측정부(122)는 2개 이상의 어떠한 숫자로도 구현 가능하지만 2개로 구현하는 것이 일반적일 것이다.
또한, 높이 측정부(122)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 레이저 변위 센서를 포함할 수 있다. 이와 같이, 2개의 레이저 변위 센서를 이용하는 경우 간단한 구성으로도 정확하게 절대 경사 측정부(110)와 노면의 상대 경사를 측정할 수 있게 된다.
이동부(130)는 절대 경사 측정부(110)와 상대 경사 측정부(120)를 이동시킨다. 이동부는 자동차와 같이 절대 경사 측정부(110)와 상대 경사 측정부(120)가 탑재될 수 있는 차량인 것이 일반적일 것이다.
이동 거리 측정부(140)는 이동부(130)의 이동 거리를 측정한다.
노면 프로파일 정보 생성부(150)는 절대 경사 측정부(110), 상대 경사 측정부(120), 및 이동 거리 측정부(140)의 측정 결과로부터 노면의 프로파일 정보를 생성한다.
이와 같이, 노면과 절대 경사 측정부(110)의 상대 경사를 측정하여 보정함으로써, 절대 경사 측정부(110)는 노면과 항상 평행을 유지할 필요 없이 정확한 노면의 경사를 얻게 되고, 고속으로 이동하면서 노면의 요철을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 5는 도 4의 노면 프로파일 측정 시스템의 실제 구현 예를 도시한 개략적인 블록도이다.
도 5에서, 노면 프로파일 측정 시스템은 절대 경사 측정부, 상대 경사 측정부, 데이터 처리부, 거리 측정부의 4가지 구성을 포함하고 있다.
절대 경사 측정부는 절대 수평면과 절대 경사 측정부간의 기울어진 경사를 측정한다. 이는 노면의 각도를 의미하는 것은 아니다. 상대 경사 측정부는 2개 이상의 레이저 변위 센서로 이루어지는데 노면과 노면 프로파일 측정 시스템간의 상대 경사 측정에 사용된다. 또한, 거리 측정부는 등간격의 데이터 취득을 위해 사용된다. 노면 프로파일 정보 생성부는 이러한 데이터를 종합하여 노면의 프로파일을 생성한다.
그런데 이미 언급한 바와 같이, 노면의 경사를 고속으로 이동하며 측정하기 위해서는 고속 이동 장치의 서스펜션 영향으로 인해 발생하는 측정 시스템과 노면과의 각도를 보정해 주어야만 한다.
도 6은 고속으로 노면 프로파일을 측정하기 위한 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바에 따르면, 노면의 각도는 0도인데 경사 센서에 의해 측정된 각도는 0도가 아니다. 이는 경사 센서와 노면 사이가 평행이 아니어서 발생하는 현상으로, 노면의 프로파일의 측정을 위해서는 절대 경사 측정부와 노면 사이의 상대 경사를 측정하고, 여기서 절대 경사 측정부에 의해 측정된 각도를 빼주면 노면의 경사를 얻을 수 있다.
노면의 경사 = 상대 경사 - 절대 경사
노면과 경사 센서 사이의 각을 얻기 위해 상대 경사 측정부를 사용한다. 상대 경사 측정부는 2개 이상의 레이저 변위 센서로 구성된다.
도 7은 도 5의 노면 프로파일 측정 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7에서와 같은 구성에서 레이저 변위 센서1에 의해 측정된 변위와 레이저 변위 센서2에 의해 측정된 변위로부터 노면과 경사센서 사이의 각을 구할 수 있다. 이렇게 측정된 사이각을 절대 경사 측정부에 의해 측정된 각에서 빼주면 정확한 노면의 경사를 얻을 수 있다.
도 7에서는 노면의 실제 각도는 0이 아닌 값이지만 절대 경사 측정부에 의해 측정된 각은 0이다. 따라서 이값에 상대 경사 측정부에 의해 측정된 0이 아닌 값의 사이각을 빼주면 정확한 노면의 각을 얻을 수 있다.
이렇게 구성된 노면 프로파일 측정 시스템은 노면과 평행을 유지하며 이동을 할 필요가 없어 고속 이동 장치에 부착할 수 있다. 즉, 고속으로 노면 프로파일을 측정할 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의해, 종래 기술에 있어서의 측정 속도의 한계를 극복함으로써 측정 시간의 제약을 받는 장소까지 노면의 프로파일 데이터를 측정할 수 있게 된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
100: 노면 프로파일 측정 시스템
110: 절대 경사 측정부
120: 상대 경사 측정부
122: 높이 측정부
130: 이동부
140: 이동거리 측정부
150: 노면 프로파일 정보 생성부

Claims (6)

  1. 절대 수평면에 대한 자신의 경사를 측정하는 절대 경사 측정부;
    노면에 대한 상기 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정하는 상대 경사 측정부;
    상기 절대 경사 측정부와 상기 상대 경사 측정부를 이동시키는 이동부;
    상기 이동부의 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부; 및
    상기 절대 경사 측정부, 상대 경사 측정부, 및 이동 거리 측정부의 측정 결과로부터 상기 노면의 프로파일 정보를 생성하는 노면 프로파일 정보 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 프로파일 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상대 경사 측정부는 상기 노면과의 거리를 측정할 수 있는 복수의 높이 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 프로파일 측정 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 높이 측정부는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 레이저 변위 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 프로파일 측정 시스템.
  4. 절대 수평면에 대한 자신의 경사를 측정하는 절대 경사 측정 단계;
    노면에 대한 상기 절대 경사 측정부의 상대 경사를 측정하는 상대 경사 측정 단계;
    상기 절대 경사 측정 단계를 수행하는 절대 경사 측정 장치와 상기 상대 경사 측정 단계를 수행하는 상대 경사 측정 장치를 이동시키는 이동 단계;
    상기 이동 단계의 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정 단계; 및
    상기 절대 경사 측정 단계, 상대 경사 측정 단계, 및 이동 거리 측정 단계의 측정 결과로부터 상기 노면의 프로파일 정보를 생성하는 노면 프로파일 정보 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 프로파일 측정 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상대 경사 측정 단계는 상기 노면과의 거리를 측정할 수 있는 복수의 높이 측정 장치를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 노면 프로파일 측정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 높이 측정 장치는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 레이저 변위 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 프로파일 측정 방법.
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