KR20140065165A - Uwb 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Uwb 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감시대상인 해당 사면의 임의의 목표지점에 다수 개가 설치되어, 입사되는 UWB 주파수 대역의 전파를 반사하는 타겟부, 상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치되어 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하고, 상기 타겟부로부터 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하는 기준국 및, 상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이를 포함한 변위를 검출하는 변위측정용 정보처리장치를 포함하여 이루어진 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정시스템에 관한 것으로, UWB 레이다를 이용하여 사면의 임의의 목표물에 대한 절대위치(좌표)를 결정하는 한편 사면의 변위를 정밀하게 측정함으로써 사면의 붕괴 조짐을 사전에 효과적으로 감지할 수 있는 효과가 있다.

Description

UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템 및 그 방법{System for measuring displacement of the slope using a UWB radar and method thereof}
본 발명은 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 UWB 레이다를 이용해 감시대상인 해당 사면의 변위를 정밀하게 측정함으로써 사면의 붕괴 조짐을 사전에 효과적으로 감지할 수 있도록 하는, UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 사면붕괴 감지방법은 파이프에 센서를 수직 방향으로 적층 설치하여 사면에 대하여 파이프를 수직으로 박아 고정시켜 사면의 내부로부터 지층별로 사면의 붕괴 조짐을 감지할 수 있도록 되어 있고, 이의 감지에 의해 붕괴 조짐이 보이는 위치를 검출하여 보수작업을 해오고 있다.
도 1은 이러한 종래의 사면붕괴 감지 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 사면붕괴 감지 시스템(한국 등록특허 10-0351745 참조)은 사면에 격자 형태로 설치되는 이동말뚝(110)과, 이 이동말뚝(110)들의 상단에 각각 고정되며, 그 내부에는 엔코더와 온도센서가 각각 구비되어 있는
다수의 측정장치(101)와, 상기 다수의 측정장치(101)들을 격자 형태로 서로 연결하는 와이어(102)와, 상기 측정장치(101)들과 전기적으로 연결되며, 측정장치 내의 엔코더와 온도센서의 데이터를 수신받는 분기 제어부(103) 및, 상기 분기 제어부(103)들에서 송신되는 데이터를 수신받아 온도 보정을 한 데이터를 기록, 저장, 표시할 수 있도록 디스플레이부(104a), 연산부(104b) 및 저장부(104c)를 가지는 주제어부(104)로 구성된다.
이상과 같은 구성을 가지는 종래 사면붕괴 감지 시스템은 사면 표면의 변화량을 다수의 측정장치(101)와 이를 서로 연결하는 와이어(102)를 통해 측정하게 되는데, 측정값이 상대값이기 때문에 기준점이 포함된 대규모 붕괴에 대해서는 예측이 불가능한 단점이 있다.
그리고, 이동말뚝(110) 간의 상대적인 거리 변화만이 측정 가능하므로, 수직방향 변위에 대해서는 측정이 불가능하다.
또한, 각 측정장치(101)들이 와이어(102)에 의해 연쇄적으로 연결되어 있으므로, 그 중에 어느 한 선만 단선되어도 전체 측정 메커니즘에 문제가 발생할 수 있다.
더불어, 와이어(102)의 측정범위가 1m 내외로 제한적이라는 문제점이 있다.
또한, 외부 환경 요인(온도 및 습도 등)에 의한 와이어(102)의 선팽창 계수에 오차가 발생할 소지가 있어 측정상의 정밀도에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, UWB 레이다를 이용해 감시대상인 해당 사면의 변위를 정밀하게 측정함으로써 사면의 붕괴 조짐을 사전에 효과적으로 감지할 수 있도록 하는, UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정시스템은,
감시대상인 해당 사면의 임의의 목표지점에 다수 개가 설치되어, 입사되는 UWB 주파수 대역의 전파를 반사하는 타겟부, 상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치되어 상기 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하고, 상기 타겟부로부터 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하는 기준국 및, 상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이를 포함한 변위를 검출하는 변위측정용 정보처리장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 타겟부는 단일 사면 또는 서로 다른 위치의 복수의 사면 각각에 다수 개가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정방법은,
감시대상인 해당 사면에 다수 개 설치된 타겟부와, 상기 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치된 기준국 간의 전파 송수신에 의해 사면의 변위를 검출하는 사면의 절대변위 측정방법에 있어서, 상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치된 기준국에서 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하는 단계, 상기 기준국에서 상기 감시대상인 해당 사면의 임의의 목표지점에 다수 개가 설치된 타겟부로부터 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하는 단계 및, 상기 기준국과 네트워크를 통해 연결된 변위측정용 정보처리장치가 상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이를 포함한 변위를 검출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 UWB 레이다를 이용하여 사면의 임의의 목표물에 대한 절대위치(좌표)를 결정하는 한편 사면의 변위를 정밀하게 측정함으로써 사면의 붕괴 조짐을 사전에 효과적으로 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 사면붕괴 감지 시스템의 일 예를 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템을 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 방법을 도시한 플로우 챠트
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 UWB 레이다(radar)를 이용해 감시대상인 해당 사면의 변위를 정밀하게 측정함으로써 사면의 붕괴 조짐을 사전에 효과적으로 감지할 수 있도록 하는 구조로 된 것이다.
구체적으로는 타겟부(200), 기준국(201) 및, 변위측정용 정보처리장치(202)를 포함하여 이루어진 구조이다.
즉, 감시대상인 해당 사면의 임의의 목표지점에 다수 개가 설치되어, 입사되는 UWB 주파수 대역의 전파를 반사하는 타겟부(200), 상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치되어 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하고, 상기 타겟부(200)로부터 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하는 기준국(201) 및, 상기 기준국(201)에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부(200)에 대한 거리, 방향을 포함한 변위를 검출하는 변위측정용 정보처리장치(202)를 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
여기서, 상기 타겟부(200)는 해당 감시대상의 사면의 소정 위치에 다수 개 설치되는 것으로, 상기 기준국(201)에서 사면의 변위 측정을 위해 소정의 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하는 경우, 그 송출한 UWB 주파수 대역의 전파를 다시 기준국(201)을 향해 반사시키는 것이다.
기준국(201)은 상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치되는 것으로, 사면의 변위 측정을 위해 상기 타겟부(200)를 향해 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하고, 타겟부(200)에 의해 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하여 신호 처리한 후 변위측정용 정보처리장치(202)로 전송하는 것이다.
변위측정용 정보처리장치(202)는 상기 기준국(201)에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부(200)에 대한 거리, 방향을 포함한 변위를 검출하는 것으로, 상기 기준국(201)과 유선 또는 무선으로 신호 송수신이 가능하도록 설치된다.
도 3은 본 발명에 따른 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정 방법을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 해당 감시대상의 사면에 설치된 다수의 타겟부와, 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치된 기준국 간의 전파 송수신에 의해 사면의 변위를 검출하여 사면의 붕괴를 감지하기 위한 방법으로서,
(a) 상기 해당 감시대상의 사면의 소정 위치에 타겟부를 다수 개 설치하고, 그 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에는 상기 타겟부를 향해 UWB 주파수 대역의 전파를 송출 및 타겟부에 의해 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하기 위한 기준국을 설치하는 한편, 그 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파에 대한 데이터를 전송받아 UWB 주파수 대역의 기준 데이터와 비교/분석하여 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이 등의 변위를 검출 및 연산하는 변위측정용 정보처리장치를 상기 기준국과 유선 또는 무선으로 신호 송수신이 가능하도록 설치하는 단계;
(b) 전파를 송출하는 3개의 서로 다른 지점에 위치하는 기준국에 의해 상기 다수의 타겟부의 각각에 대한 절대위치(또는, 좌표)를 측정하여 그 데이타를 상기 변위측정용 정보처리장치에 저장하는 단계;
(c) 상기 기준국에서 UWB 주파수 대역의 전파를 상기 사면에 설치된 다수의 타겟부를 향해 송출하는 단계;
(d) 상기 사면에 설치된 다수의 타겟부에 의해 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 상기 기준국에서 수신하는 단계; 및
(e) 상기 기준국과 유선 또는 무선으로 신호 송수신이 가능하게 설치된 변위측정용 정보처리장치가 상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 기저장된 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석을 통해 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이 등의 변위를 검출 및 연산하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
먼저, 해당 감시대상의 사면의 소정 위치에 다수의 타겟부를 설치한다.
그리고, 그 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에는 상기 타겟부를 향해 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하고, 타겟부에 의해 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하기 위한 기준국을 설치한다.
또한, 상기 기준국에 의해 송출되어 타겟부에 의해 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파에 대한 데이터를 전송받아 UWB 주파수 대역의 기준 데이터와 비교/분석하여 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이 등의 변위를 검출 및 연산하는 변위측정용 정보처리장치를 상기 기준국과 유선 또는 무선으로 신호 송수신이 가능하도록 설치한다.
이렇게 하여 각 장치요소들의 설치가 완료되면, 전파를 송출하는 3개의 서로 다른 지점에 위치하는 제1 기준국을 통해 상기 다수의 타겟부의 각각에 대한 절대위치(좌표)를 측정하고, 그 데이타를 상기 변위측정용 정보처리장치에 저장한다.
즉, 타겟부의 절대적인 위치(좌표)(xB, yB, zB)를 결정하기 위하여 3개의 기준국을 두게 된다.
그래서, 먼저 제1 기준국에 의한 타겟부 "B"에 대한 거리측정이 끝나면, 제2 기준국, 제3 기준국의 순서대로 차례로 거리를 측정한다.
이에 의해 목표물 "B"의 절대적인 위치를 정확히 구해낼 수 있게 된다.
그리고, 이와 같은 방식에 의해 나머지 목표물들에 대한 절대위치를 모두 정확히 구해내게 된다.
이렇게 하여 얻은 데이터는 상기 변위측정용 정보처리장치에 저장되며, 이 데이터는 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터가 된다(S301).
한편, 이렇게 사전 준비작업이 완료되면, 상기 기준국에서 UWB 주파수 대역의 전파를 상기 사면에 설치된 다수의 타겟부를 향해 송출한다(S302).
그리고, 상기 사면에 설치된 다수의 타겟부에 의해 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 상기 기준국에서 다시 수신한다(S303).
그러면, 변위측정용 정보처리장치가 상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파에 대한 데이터를 전송받아(이때, 기준이 되는 대표 기준국을 설정하고, 설정된 대표 기준국에서 다른 기준국으로부터 데이터를 취합하여 변위측정용 정보처리장치로 전송할 수 있음) 설정 기준 데이터와 비교, 분석한다(S304).
그리고, 그 비교, 분석한 결과에 따라 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이 등의 변위를 검출 및 연산한다.
상기 목표물에 대한 거리와 방향, 높이 등의 변위에 대한 연산은 시스템 설계자에 의해 미리 작성되어 변위측정용 정보처리장치 내에 저장되어 있는 특정 알고리즘(소프트웨어 프로그램)의 수행에 의해 자동으로 이루어지게 된다(S305).
이상과 같이, 본 발명은 UWB 레이다를 이용하여 사면의 임의의 목표물에 대한 절대위치(또는, 좌표)를 결정하는 한편 사면의 변위를 정밀하게 측정함으로써 사면의 붕괴 조짐을 사전에 효과적으로 감지할 수 있는 효과가 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 타겟부 201 : 기준국
202 : 변위측정용 정보처리장치

Claims (3)

  1. 감시대상인 해당 사면의 임의의 목표지점에 다수 개가 설치되어, 입사되는 UWB 주파수 대역의 전파를 반사하는 타겟부;
    상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치되어 상기 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하고, 상기 타겟부로부터 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하는 기준국; 및
    상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이를 포함한 변위를 검출하는 변위측정용 정보처리장치를 포함하여 이루어진 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟부는
    단일 사면 또는 서로 다른 위치의 복수의 사면 각각에 다수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정시스템.
  3. 감시대상인 해당 사면에 다수 개 설치된 타겟부와, 상기 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치된 기준국 간의 전파 송수신에 의해 사면의 변위를 검출하는 사면의 절대변위 측정방법에 있어서,
    상기 감시대상의 사면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 설치된 기준국에서 UWB 주파수 대역의 전파를 송출하는 단계;
    상기 기준국에서 상기 감시대상인 해당 사면의 임의의 목표지점에 다수 개가 설치된 타겟부로부터 반사되어 나온 UWB 주파수 대역의 전파를 수신하는 단계; 및
    상기 기준국과 네트워크를 통해 연결된 변위측정용 정보처리장치가 상기 기준국에서 수신한 UWB 주파수 대역의 전파 데이터와 설정 UWB 주파수 대역의 기준 데이터 간의 비교, 분석 결과에 따라 상기 타겟부에 대한 거리, 방향, 높이를 포함한 변위를 검출하는 단계를 포함하여 이루어진 UWB 레이다를 이용한 사면의 절대변위 측정방법.
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