KR20140079676A - Rfid의 태그효율을 높이는 연장포스트를 갖는 지하매설물식별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매설물의 위치 및 정보를 파악하고 식별하는 식별자장치에 관한 것으로서, 매설물을 지중에 설치한 후에 복토가 시행하여 도로 밖에 매설물이 노출되지 않으면서도 개보수 등을 시행하고자 할 때 쉽게 그 위치를 식별할 수 있도록 하는 수단을 제공하고자 한다.
일반적으로, 지중에 매설된 시설물을 위치파악하고 관리하는 시스템들 중 대표적인 것으로는 자성체 또는 RFID를 이용한 매설물위치파악시스템이 있다.

Description

RFID의 태그효율을 높이는 연장포스트를 갖는 지하매설물식별장치{RFID Finder}

본 발명은 지하에 묻히는 매설물의 위치 및 정보를 파악하고 식별하여 관리하는 시스템 또는 식별자장치에 관한 것이다. 매설물 즉, 상하수도, 가스파이프, 전기선 및 통신 케이블 등은 파손을 방지하기 위해 지중에 은폐된다. 그러나 공사로 인해 빈번하게 도로는 굴착되어 오픈되는 경우가 많다. 또한, 새로운 시설물을 설치하거나 건축물을 시공할 때, 기존에 매설된 시설물의 위치를 정확히 파악하지 못하여 공사에 소요되는 시간 및 물적 비용이 증가하고, 공사중에 기존 시설물에 손상을 주거나 파괴하는 경우에는 경제적 손실 및 작업자의 안전에 큰 위협이 된다. 이에 따라서, 공사시 매설된 케이블 및 관의 손상을 방지하기 위해 매설된 시설물을 위치파악하고 관리하는 시스템들이 제공되고 있으며 본 발명은 이에 관한 것이다.

지중에 매설된 시설물을 탐지하여 위치파악하고 관리하는 시스템들 중 대표적인 것으로 RFID를 이용한 매설물위치파악시스템이 있는 바, 이 시스템은 수동형 또는 능동형 RFID태그를 지중의 매설물 상단에 위치하게 하고 복토를 한 후에 RFID판독기(Reader)를 이용하여 RFID태그에 기록된 정보를 받아들여 전용단말기, 스마트폰, 휴대용피시 등을 이용하여 지하 매설물을 표시하고 관리한다.

상기 수동형 RFID태그는 리더의 전파 에너지를 사용하므로 별도의 전원이 없고 영구 사용이 가능하므로 지하 매설물에 주로 채택된다. 하지만 RFID태그 와 RFID판독기간의 인식거리가 짧은데다가 장애물이 있으면 인식률이 더욱 나빠지는 단점이 있어서 이를 개선하고자 등록특허 제1172944호가 제시되어 있다.

상기 등록특허는 RFID 태그의 안테나와 자성체를 결합하여 인식거리를 넓게 한다고 하지만 그것만으로 실질적으로 인식거리를 크게 확장하기에는 무리가 있어서 지상에서 인식되는 인식률을 높이는데에 한계가 있다. 더욱이 심도가 깊게 매설되어거나 강력한 방해물이 있어서 전파 및 자성체의 지상 인식이 불가능할 수가 있는 것이다.

본 발명은 매설물이 묻히는 심도에 관계없이 매설물에 부여되는 RFID 태그 또는 자성체의 인식율을 탁월하게 높일 수 있는 수단을 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 RFID의 태그효율을 높이는 연장포스트를 갖는 지하매설물식별장치는,

상단부에 RFID칩이 배치되어 고유번호를 부여받고 매설물의 정보가 저장되고; 중간부에 자성체가 배치되고 그 주변에 태그안테나코일이 감겨서 상기 RFID칩과 함께 RFID태그를 구성하고; 하단부는 다른 곳에 부착할 수 있도록 하여서 이루어지는 지하매설물식별장치에 있어서,

길이 1m 이상의 바 형상을 취하고, 상단에는 더 적은 직경의 바 형상을 취하여 위로 돌출되는 끼움부가 형성되고, 하단에는 상기 끼움부에 대응하여 내부로 요입되는 끼움받이부가 형성되는 복수의 연장포스트와;

상기 연장포스트가 수직방향으로 다단으로 결합되어 쌓아지되, 밑에 위치하는 연장포스트의 끼움부에 위에 쌓아 올리는 연장포스트의 끼움받이부가 끼워져서 결합되고;

맨 위에 배치되는 연장포스트는 그 상단에 부착면이 형성되어 상기 지하매설물식별장치의 하단을 고정하고;

맨 밑에 배치되는 연장포스트는 그 하단에 부착면을 형성하여 상기 지하매설물에 고정되는; 것을 특징으로 한다.

본 발명은 매설물 상단에 위에 설치되어 RFID 태그의 안테나 또는 자성체를 이용하여, 상세한 정보를 판독기를 이용하여 바로 확인하므로 공사시 정확하고 효율적으로 작업을 진행하되,

지상으로부터의 인식거리를 가깝게 하여 RFID 태그 또는 자성체의 자기장 인식률을 높게 하고, 물 및 암석과 같은 지하 장애물에 의한 변수가 많은 지하환경으로부터 비교적 영향을 적게 받으므로 안정적으로 송수신이 가능하여 전송률이 높다. 따라서, 매설물을 효율적으로 관리할 수 있다.

도 1 A RFID 태그가 내장된 매설물 식별자 장치를 부분 단면으로 도시하여 나타낸 사시도,; B 매설물 식별자 장치의 바디(케이스)의 세부 구성을 도시한 단면도;
도 2 A 매설물 식별자 장치의 평면 구성을 보인 평면도; B 측면 구성을 보인 부분 측단면도;
도 3 A 자기장과 전기장이 결합되어 전자기장을 형성하는 예시도; B RFID칩 과 안테나로 구성된 RFID태그의 개념을 예시한 블록도;
도 4 매설물관리시스템에 대한 전체구조의 개념을 예시하는 전체구성도
도 5 연장포스트(710)에 관한 도시로서, A 하단의 부분을 투시하여 보인 사시도; B 상단의 끼움부를 생략한 실시의 예시도; C 하단의 끼움받이부를 생략한 예시도; D 매설물식별부(300)의 하단에 끼움받이부(730)가 형성된 보조 연장포스트(710`)를 결합하고 밑에 배치되는 연장포스트의 끼움부(720)에 결합을 시도하는 실시를 보인 예시도;
도 6 A 연장부를 매설물에 설치하는 상태를 보인 예시도; B 다른 예시도; C 연장포스트의 다른 실시도;

먼저, 도 1의 A, 도 2의 A 및 도 2의 B의 도시와 함께 매설물을 식별하는 매설물식별부(300)에 관하여 살펴보면,

바디(body)(310); 자성체(320); RFID칩(330); 안테나(340);를 포함하고, 상기 바디는 방수가 되며 또 사용용도; 회사명; 제품번호; 등의 정보가 표시되고, 내부 즉 중간부에는 자성체(320)가 고정되어 지하에 매설된다.

RFID태그는 RFID칩(330)및 안테나(340)로 구성되며, RFID칩(330)은 고유번호를 갖고 바디 상단부나 내부에 부착된다. 또한, RFID칩(330)에는 매설물의 정보가 암호로 저장된 메모리가 포함되며 여기에는 매설물의 크기, 종류, 매설깊이, 위치정보, 설치날짜, 책임자의 정보 등이 기록된다.

상기 RFID칩(330)은 자체전원이 필요없는 수동형이 바람직한 바, 매설물은 30년 이상의 사용연한을 요구하므로 밧데리 또는 외부 전원공급은 한계가 있고 필요시에만 RFID 판독기를 통해 매설물의 정보를 제공할 수 있어서 그렇다.

RFID태그는 RFID칩(330)에 내장되는 메모리의 정보를 판독기로 전송하며, 판독기와의 통신주파수는 LF대역(125KHz~150KHz)을 이용한다. RFID태그가 LF 주파수 대역을 통해 판독기와 통신하기 위해서는 LF 주파수대역에 상응하는 길이의 안테나가 요구된다.

요구되는 안테나(340) 사양은 LF 대역의 RFID태그는 전자기파의 자기파만을 이용하므로 전력을 얻는 데에 효율적인 루프안테나를 사용하는 것이 바람직하다.

이때 안테나(340)는 자성체(320)의 외주면을 따라 감겨서 형성 가능하다. 안테나의 길이는 RFID태그와 판독기의 통신 주파수에 의해 그 길이가 정해지고, 안테나(340)는 통신 주파수에 따라 정해지는 길이의 코일을 자성체에 감아서 형성한다.

안테나(340)는 자성체(320)의 외주 면을 따라서 감싸는 경우 LF 대역에서 필요한 만큼의 길이 확보가 가능하다. 그리고 자성체(320)는 LF 대역의 주파수 특성을 갖는 자성체인 것이 좋다. 자성체(320)에 코일이 감긴 원형 안테나 타입으로 구성된다. 자성체(320)는 안테나코일과 결합하여 전자기장을 형성하는 경우에, 안테나코일에서 생기는 전기장은 정전하의 주위에, 자성체에서 나오는 자기장은 자극(磁極)의 주위에 생기는 것으로 각각 독립된 물리대상이지만, 전기장이 시간적으로 변동하는 곳에서는 전하가 운동하여 반드시 자기장이 생기고, 역으로 자기장이 변동하면 전기장이 동반되는 등, 동시에 나타난다. 또한 안테나코일에서 생기는 전기장과 자성체에서 나오는 자기장 간의 관계는 맥스웰 방정식으로 연결되어 있어 한 장의 변화는 다른 장의 변화로 이어진다.

도 1의 B의 도시는 자성체(320) 와 RFID태그(330)가 배치될 수 있게 해주는 바디에 관한 것으로, 바디의 상단부(311)와 하단부(313)는 외부의 충격 및 압력과 수분으로부터 자성체(320) 와 RFID태그(330)를 보호하기 위한 것으로, 바디의 내부(312)는 자성체(320) 와 RFID태그(330) 및 안테나(340)의 위치를 마련하고 충격을 완화하기 위한 것이며, 온도차에 따른 변화가 적고, 내구성 및 방수성이 우수한 플라스틱 수지 제품을 채택한다. 바디의 상단부(311)는 곡면구조로 하여서 자기장의 N극성을 표시하고 윗면에는 매설물의 방향, 종류, 규격등을 표시한다.

바디의 내부(312)는 외주면을 따라 안테나(340)의 코일이 잘 감기도록 주변 돌기를 두고 자성체가 중심에 위치하도록 한다. 바디의 하단부(313)는 매설물의 종류에 따라 형상이 틀려지므로 성형이 가능한 접착제를 이용해접착이 용이하도록 한다..

도 3의 A의 도시는 RFID 안테나코일의 전기장(510)과 자성체의 자기장(520)이 결합되어 전자기장(530)을 형성하는 것을 보이는 것이다. 전자기장(530)은 페러데이의 법칙에 의해 전기장(510)과 자기장(520)으로 구성되며 넓어진 전자기장(530)은 전자유도의 영역을 넓게 하여 RFID태그의 인식거리를 확장한다.

도 3의 B는 일반적으로 공지된, RFID칩과 안테나로 구성된 기존의 RFID태그의 블록 개념도를 예시한다. RFID태그는 송수신부(610) 및 태그(620)로 구성되고, 송수신부(610)는 무선 주파수(611), 안테나(612)로 나뉘고, 무선 주파수(611)로 변환하여 안테나(612)를 통해 송수신한다. 본 발명에서도 이와 같이 일반적으로 공지된 것을 따른다.

태그(620)에는 아날로그 증폭 부(621), 디지털 부(622) 및 메모리부(623)로 나뉘고, 송수신부(610) 에서 나온 데이터를 아날로그 증폭 부(621)에서 추출 변환하여 디지털 부(622) 통해 메모리 부(623)에 데이터를 저장하거나 추출하여 판독기로 송수신한다. 상기 데이터에 저장되는 매설물정보는 매설물의 매설 종류, 크기, 위치정보, 날짜, 및 매설 기관의 정보 등이 포함된다.

도 4의 전체구성도는 매설물표시시스템에 대한 전체적인 구조를 나타내는 것으로서,

지면(100) 밑에 매설물(200)이 매설되어 있고, 상기 매설물(200)이 매설됨을 알리는 매설물식별부(300)가 구비된다. 이러한 매설물(200)에 대한 정보가 담긴 매설물식별부(300)는 판독기(400)와 무선 주파수를 통해 송수신하거나 자기신호를 자기센서를 통해 데이터 처리한다.

판독기(400)는 매설물식별부(300)의 안테나, 및 RFID칩으로 구성된 RFID태그와 통신하기 위한 송수신부, RFID태그를 컨트롤하는 컨트롤러부, 매설물식별부(300)의 자성체의 자기신호를 탐지하는 자기센서, RFID태그의 정보데이터, 자기센서를 통해 잡은 자기장 성분의 데이터, GPS위성(420)으로 부터 받은 정보를 처리하는 중앙처리 장치부 , GPS수신부, 지도데이터 및 각종 정보를 보여주는 LCD플레이어 및 호스트컴퓨터와 같은 서버(430)와 통신하는 이동통신 인터페이스부로 구성된다.

이러한 매설물(200)에 대한 정보가 담긴 매설물식별부(300)는 판독기(400)와 무선 주파수를 통해 송수신한다. 그리고 판독기(400) 상단에 부착된 디스플레이어에 각종 수치및 그래프 등의 각종 데이터로 표시되며 GPS위성(420)과 연동하여 매설물식별부(300)의 현재 위치를 수신받을 수 있다. 수신받은 위치정보는 중앙처리장치를 통해 기록 저장되어 진다. 또 판독기(400)를 통해 송수신 된 매설물(200)의 정보는 이동통신망(410)을 통해 서버(430)에서 디코딩되어 이용자에게 제공된다.

서버(430)는 판독기(400)로부터 검색된 정보에 의해 여러 개의 매설물식별부(300)를 구분하거나, 서버(430)의 데이터베이스에 저장된 매설물식별부(300)를 검색하기도 한다. 또한 판독기(400)가 RFID 기능이 포함된 스마트폰 또는 노트북인 경우에는 서버(430)의 역할을 대신하는 것이 가능하다.

서버(430)는 지하에 매설된 모든 매설물식별부(300)의 정보가 저장된 데이터 베이스를 더 구비하며, 데이터 베이스에는 각 매설물식별부(300)의 고유 번호가 저장된 고유 번호 관리모듈, 각 매설물식별부(300)의 매설물정보가 저장된 매설물정보 관리 모듈, 각 매설물식별부(300)의 위치좌표가 저장된 위치좌표 관리모듈 및 매설물식별부(300)와 송수신하는 판독기(400)의 정보를 관리하는 판독기 관리 모듈이 포함된다. 이상에 있어서 더욱 상세한 바는 상기 제1172944호를 참조 하기로 한다. 그리하여 매설물관리시스템은 매설물(200) 상단에 배치되는 매설물식별부(300)로부터 판독기(400)를 통해 RFID태그의 정보를 받거나 자기신호를 받아 GPS위성(420)으로부터 위치좌표를 받은 정보를 토대로 이동통신망(410)을 통해 서버(430)와 연계하여 매설물(200)에 대한 정보를 취득하여 유지보수를 용이하게 실시할 수 있다.

한편, 지상에서 RFID 또는 자기장의 인식률이 낮은 가장 큰 이유는 매설물이 지하 깊이 묻히기 때문이다. 특히, 매설물에 사용되는 RFID태그는 보통 수동형을 채택하게 되는데 판독기로부터 전파가 땅을 뚫고 지하 깊숙히 묻혀있는 매설물에 도달하기는 쉽지 않은 것이다.

이와 같은 점을 고려하여 도 5 및 도 6의 도시된 실시는 지상으로부터 RFID 전파 또는 자성체 자기력의 인식률을 높이기 위해, 매설물식별부(300)를 지하에 매설하되 지상에 최대한 근접시키기 위하여 다수의 연장포스트(710)를 다단으로 위로 쌓아서 이루는 연장부(700)에 관한 것이다.

도 5 A의 도시에서 상기 연장포스트(710)는, 원통형 바(bar) 형상을 취하는 몸통과; 상단에는 상단면보다 직경이 더 적은 또 다른 원통형 바 형상을 취해서 상기 상단면으로부터 더 위로 돌출시켜 형성되는 끼움부(720)와; 하단에는 상기 끼움부(720)에 대응되는 형태를 취하도록 구멍을 파서 오목하게 내부로 요입시켜 형성되는 끼움받이부(730)를; 포함하여 구성된다.

도 6 A의 도시에서 상기 연장포스트(710)는 3개 이상을 구비하여 수직방향으로 다단으로 쌓아 올리되, 밑에 위치하는 연장포스트의 끼움부(720)에 위에 쌓아 올리는 연장포스트의 끼움받이부(730)가 끼워지도록 결합하여 쌓아 올린다.

맨 밑에 배치되는 연장포스트(710)는 그 하단이 매설물(200)에 직접 고정되고 상기 고정의 방법은 접착, 리베팅, 용접, 체결 등 기존의 공법을 인용하기로 한다. 이때, 매설물(200)에 직접 고정되는 연장포스트(710)는 도 5 C의 실시처럼 끼움받이부를 생략하고 그 대신에 하단에 부착면(730`)을 형성하여 부착, 고정의 용이성을 제고할 수 있다.

그리고 매설물식별부(300)와 연장포스트(710)와의 결합에 관하여서 도 5 B의 도시를 참조하면, 상단에 끼움부 대신에 부착면(720`)을 형성한 연장포스트(710)를 구비하여 상기 매설물식별부(300)의 하단을 상기 끼움면(720`)에 부착, 접착하여 고정할 수 있다.

또는 도 D의 도시처럼 매설물식별부(300)의 하단에, 끼움받이부(730)가 형성된 보조 연장포스트(710`)를 형성하고 그 밑에 배치되는 연장포스트(710)의 끼움부(720)에 결합시키는 것도 가능하다.

그리고 도 6 B의 도시처럼, 다단의 연장포스트(710)의 규격을 일정하게 하고 각 연장포스트(710)의 높이정보 즉, 매설물의 깊이정보를 숫자, 문자 등의 기호로 표시하는 표시부(740)를 상기 연장포스트(710)의 측면에 형성할 수 있다. 그리하면, 땅을 파서 연장포스트(710)의 표시부(740)를 확인하게 되면 그곳으로부터 얼만큼 깊은 곳에 매설물이 묻혀 있는지 확인하기가 무척 용이하다. 즉, 매설물(200)의 심도를 손쉽고 정확하게 인식할 수 있는 것이다.

상기 표시의 방법은 이용자가 숫자로 직접 표기하여 표시할 수 있고, 미리 상기 표시부(740)에 기호가 표시되어 이루어진 연장포스트(710)를 기호의 순서에 따라 쌓아 올릴 수 있다. 가령, 도 6 B 도시의 기호(n1) 표시는 1cm를, 기호(n2) 표시는 2m를, 기호(n3) 표시는 3m를 가르키도록 정할 수 있는 것이다.

상기 연장포스트(710)는 그 길이가 너무 짧아서 공사 중에 쌓아올려 높이를 연장시키는 시간을 많이 차지하지 않도록 적어도 30cm의 이상의 길이로 하는 것이 바람직하며 특히, 정확하게 1m 단워로 제공되면 계수하기가 편하다. 그러나 그 길이가 너무 길게 되면 도 4의 도시에서와 같이 지면에 최대한 근접시키도록 설치하기 어려워질 수가 있다. 물론, 너무 지면에 근접시키면 자연현상이나 굴착 등으로 지면이 패일 때 쉽게 노출될 수 있다.

더하여, 도 6 C 도시와 같이, 상기 끼움부(720) 및 끼움받이부(730)의 단면 형태를 각각 다르게 하면 연장포스트(710)를 쌓아 올리는 작업 중에 매설물의 매설깊이를 표시하는 상기 기호(n1, n2, n3)의 순서가 실수로 틀려지는 것을 방지하여 정확한 설치를 할 수 있다. 여기에서 도 6 C의 실시예는, 기호(n2)가 표시된 표시부를 갖는 연장포스트(710)의 끼움부(720)는 사각형상(re)으로, 끼움받이부(730)는 원형상(ci)으로 이루어져 있다. 이에따라 기호(n3)가 표시된 연장포스트(710)는 당연히 사각형상(re)의 끼움받이부(730)를, 기호(n1)가 표시된 연장포스트(710)는 당연히 원형상(ci)의 끼움부(720)를 구비해야 하는 것이다.

매설물식별부(300); 자성체(320); RFID칩(330); 안테나(340); 전기장(510); 자기장(520);

Claims (1)

1. 상단부에 RFID칩이 배치되어 고유번호를 부여받고 매설물의 정보가 저장되고; 중간부에 자성체가 배치되고 그 주변에 태그안테나코일이 감겨서 상기 RFID칩과 함께 RFID태그를 구성하고; 하단부는 다른 곳에 부착할 수 있도록 하여서 이루어지는 지하매설물식별장치에 있어서,
   길이 1m 이상의 바 형상을 취하고, 상단에는 더 적은 직경의 바 형상을 취하여 위로 돌출되는 끼움부가 형성되고, 하단에는 상기 끼움부에 대응하여 내부로 요입되는 끼움받이부가 형성되는 복수의 연장포스트와;
   상기 연장포스트가 수직방향으로 다단으로 결합되어 쌓아지되, 밑에 위치하는 연장포스트의 끼움부에 위에 쌓아 올리는 연장포스트의 끼움받이부가 끼워져서 결합되고;
   맨 위에 배치되는 연장포스트는 그 상단에 부착면이 형성되어 상기 지하매설물식별장치의 하단을 고정하고;
   맨 밑에 배치되는 연장포스트는 그 하단에 부착면을 형성하여 상기 지하매설물에 고정되는; 것을 특징으로 하는 RFID의 태그효율을 높이는 연장포스트를 갖는 지하매설물식별장치

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