KR20160090073A - 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템 - Google Patents

지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템 Download PDF

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이석주
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세명이엔시 (주)
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Abstract

본 발명은 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 케이스부 내에 광을 이용한 측정부를 설치하는 구성을 통해 측정부의 안정성과 내구성을 향상시키는 동시에, 지반의 변형에 적절하게 대응하도록 하여 더욱 효과적인 모니터링을 달성할 수 있는 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 지반의 침하에 따른 변형을 검출하는 지반침하 검출 센서로서, 광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 적어도 하나 이상의 측정부; 및 상기 측정부의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부가 고정되도록 지지하는 케이스부를 포함하고, 상기 케이스부는 설치대상 지반의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 플라스틱 재질인 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 케이스부 내에 측정부를 설치하는 구성을 통해 측정부의 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있으며, 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 케이스부를 통해 지반의 침하에 따른 변형에 적절하게 대응할 수 있는 장점이 있다.

Description

지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법{GROUND SUBSIDENCE SENSOR AND SYSTEM AND METHOD FOR MONITERING HYBRID TYPE GROUND SUBSIDENCE USING THEREOF}
본 발명은 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 케이스부 내에 광을 이용한 측정부를 설치하는 구성을 통해 측정부의 안정성과 내구성을 향상시키는 동시에, 지반의 변형에 적절하게 대응하도록 하여 더욱 효과적인 모니터링을 달성할 수 있는 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법에 관한 것이다.
현대사회가 발전하면서, 다양한 시설물들이 시공되고 있으며, 그에 따라 지반의 중요성이 함께 수반되고 있는 실정이다.
예컨대, 가스관, 상하수도관, 송유관, 맨홀, 댐, 교량, 건축물, 발전소 등의 지중(지하) 토목건축물은 지반에 기초하여 시공되어야 함은 물론이고, 이에 따라 지반침하의 여부를 확인할 수 있는 기술이 절실하다.
또한, 지반침하는 다양한 토목건축물의 물적 피해와, 지반 붕괴로 인한 인명 피해 등을 발생시키며, 이는 국민의 경제와 생명에 직결되기 때문에 지반침하에 대한 대응방안이 시급하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 지반침하를 측정할 수 있는 다양한 계측기기 또는 계측센서가 등장하였고, 대표적으로는 지표침하계(판), 간극수압계가 주로 사용되고 있다.
그러나, 상기 지표침하계(판) 또는 간극수압계를 활용한 지반침하 측정은 전기/전자식 센서로서, 수분 및 습도에 매우 취약하여 수명이 비교적 짧고, 국부적인 영역에서만 측정 가능하여, 한정적이라는 문제점이 있다.
또한, 정확성이 떨어지고, 넓은 지역이나 장거리 전송에도 매우 불안정하다는 단점을 지니고 있다.
한국 등록특허번호 제10-1226280호(2013.01.18.)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 케이스부 내에 광을 이용한 측정부를 설치하는 구성을 통해 측정부의 안정성과 내구성을 향상시키는 동시에, 지반의 변형에 적절하게 대응하도록 하여 더욱 효과적인 모니터링을 달성할 수 있는 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지반의 침하에 따른 변형을 검출하는 지반침하 검출 센서로서, 광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 적어도 하나 이상의 측정부; 및 상기 측정부의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부가 고정되도록 지지하는 케이스부를 포함하고, 상기 케이스부는 설치대상 지반의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 플라스틱 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 케이스부는 내면에 상기 측정부가 삽입되어 수용될 수 있도록 측정부 수용홈을 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 케이스부는 일정길이를 갖는 띠 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 측정부는 설치된 위치가 식별가능하도록 고유정보가 설정되어 일정한 간격으로 설치되고, 광신호를 반사하는 다수개의 반사광 센서; 및 상기 반사광 센서로부터 출력되는 광신호가 흐르는 광섬유로 구성한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 측정부는 상기 반사광 센서로 광신호를 출력하고, 상기 반사광 센서로 입력된 광신호가 상기 지반에 가해지는 외력에 따라 상기 반사광 센서에서 반사되는 광신호를 수신하여 변위 정보를 검출하는 인테로게이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 반사광 센서는 광 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating)센서 또는 브릴루앙 산란 분포형(BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis)센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템으로서, 광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 적어도 하나 이상의 측정부와, 상기 측정부의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부가 고정되도록 지지하고, 설치대상 지반의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 플라스틱 재질로 이루어진 케이스부를 포함한 지반침하 검출 센서; 상기 지반침하 검출 센서의 측정부에 의해 측정된 변위 값을 입력받아 미리 저장된 데이터와 비교 분석하며, 상기 비교 분석된 데이터 값을 재조합하고, 임의의 그래프 정보로 변환하여 출력하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈에 의해 출력된 그래프 정보를 입력받아 상기 지반침하 검출 센서의 변형상태를 가상 시뮬레이션하여 화면에 시각적으로 표시하는 관리 단말기를 포함하여 구성한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 측정부는 설치된 위치가 식별가능하도록 고유정보가 설정되어 일정한 간격으로 설치되고, 광신호를 반사하는 다수개의 반사광 센서; 및 상기 반사광 센서로부터 출력되는 광신호가 흐르는 광섬유로 구성한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 측정부는 상기 반사광 센서로 광신호를 출력하고, 상기 반사광 센서로 입력된 광신호가 상기 지반에 가해지는 외력에 따라 상기 반사광 센서에서 반사되는 광신호를 수신하여 변위 정보를 검출하는 인테로게이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 반사광 센서는 광 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating)센서 또는 브릴루앙 산란 분포형(BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis)센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어모듈은 상기 측정부로부터 측정되는 변위 값을 입력받아 그에 대응하는 각 반사광 센서의 고유정보와 함께 수집하는 데이터 수집부; 상기 반사광 센서의 고유정보를 미리 설정하여 저장하는 데이터 저장부; 상기 데이터 수집부에 의해 수집된 데이터를 상기 데이터 저장부에 미리 저장된 데이터와 비교 분석하는 연산부; 상기 연산부에 의해 비교 분석된 데이터 값을 재조합하고, 상기 재조합된 데이터 값들을 임의의 그래프 정보로 변환하는 정보 변환부; 및 상기 정보 변환부에 의해 변환된 그래프 정보를 상기 관리 단말기로 전송하는 통신부로 구성한다.
또한, 본 발명은 지표침하계 또는 간극수압계 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 하이브리드형 지반침하 모니터링 방법으로서, a) 지반침하 검출 센서의 측정부가 지반침하에 따른 변위를 측정하는 단계; b) 제어모듈이 상기 a)단계에서 측정된 변위 값을 입력받아, 그에 대응하는 각 반사광 센서의 고유정보와 함께 수집하는 단계; c) 상기 제어모듈이 상기 b)단계에서 수집된 데이터를 미리 저장된 데이터와 비교 분석하는 단계; d) 상기 c)단계에서 비교 분석된 데이터 값을 제어모듈이 재조합하여 임의의 그래프 정보로 변환하는 단계; e) 상기 d)단계에서 변환된 그래프 정보를 제어모듈이 미리 설정된 관리 단말기로 전송하는 단계; 및 f) 상기 관리 단말기가 상기 그래프 정보를 입력받아, 상기 그래프 정보에 기초한 모형을 만들어내어 가상 시뮬레이션하는 단계로 구성한다.
본 발명에 따른 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법은 케이스부 내에 측정부를 설치하는 구성을 통해 측정부의 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 케이스부를 통해 지반의 침하에 따른 변형에 적절하게 대응할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 광을 이용한 측정부에 의해 장거리 전송이 용이하고, 습도, 온도 등의 외부환경에 구애받지 않아 더욱 효과적으로 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 수집된 데이터와 저장된 데이터를 비교 분석하고, 비교 분석된 결과를 재조합하여 지반침하 검출 센서의 형태를 가상 시뮬레이션하는 시스템을 통해 실시간으로 지반침하 검출 센서의 변형상태 및 지반의 변형상태를 모니터링 할 수 있고, 그에 따라 지반침하의 위험도를 신속하게 인식할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법의 활용예시를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 지반침하 검출 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도 및 측면도.
도 3 은 본 발명의 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 4 는 도 3에 따른 측정부 및 제어모듈의 구성을 나타낸 블록도.
도 5 는 본 발명의 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 방법을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지반침하 검출 센서 및 이를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템과 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(지반침하 검출 센서)
도 2는 본 발명에 따른 지반침하 검출 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도 및 측면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 지반침하 검출 센서(100)는 측정부(210) 및 케이스부(110)를 포함하여 구성된다.
상기 측정부(210)는 광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하도록 구성된 것으로서, 이에 대한 하위구성과 작용은 후술될 도 3 및 도 4의 설명에서 더 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 '변위'는 파장 값이 바람직하다.
상기 케이스부(110)는 상기 측정부(210)의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부(210)를 외부로부터 보호하기 위한 것으로, 상기 측정부(210)가 고정되도록 지지하는 기능을 수행하기도 한다.
또한, 상기 케이스부(110)는 그 외부형상이 일정길이를 가지는 띠 형상으로 이루어진 것이 바람직하며, 도 2와 같이, 상부케이스(110a) 및 하부케이스(110b)로 구분되어 구성될 수 있다.
본 발명의 도면에서는 상기 케이스부(110)를 상부케이스(110a)와 하부케이스(110b)가 결합되는 탈착형으로 도시하고 있으나, 이는 설명의 용이를 위한 구성임을 미리 언급하는 바이며, 이에 한정되지 않고, 별도의 상부케이스(110a) 및 하부케이스(110b) 구성없이 일체로 피복된 하나의 케이스부 형태를 취할 수도 있다.
또한, 상기 케이스부(110)는 지반(300)의 침하에 따른 변형에 적절하게 대응할 수 있도록 설치대상 지반의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 유연성의 플라스틱 재질이 바람직하며, 상기 재질은 플라스틱에 한정되지 않고, 대상 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 재질이라면, 관련분야의 통상지식을 가진자에 의해 다양한 재질선택이 가능함은 물론이다.
또한, 상기 케이스부(110)의 내면 즉, 상기 상부케이스(110a)의 하면 및 하부케이스(110b)의 상면에는 상기 측정부(210)가 삽입되어 수용될 수 있도록 측정부 수용홈(111)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 측정부 수용홈(111)은 상기 측정부(210)가 설치되는 지표가 되는 것이므로, 지반 침하의 변형에 따라 그 변형상태를 상기 측정부(210)가 정확하게 시현할 수 있도록 상기 상부케이스(110a) 및 하부케이스(110b)의 길이방향 일측 말단부터 타측 말단까지 중앙을 가로질러 형성한 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에서 의미하는 '길이방향'이라 함은, 본 발명에 따른 상기 고정부(110)의 직사각형 구조에서 길이가 상대적으로 더 긴 방향을 의미한다.
도면과 같이, 상기 하부케이스(110b)의 측정부 수용홈(111)에는 상기 측정부(210)의 어느 일부가 안착되고, 상기 상부케이스(110b)의 측정부 수용홈(111)에 상기 측정부(210)의 노출된 잔부가 맞물리도록 결합함으로써, 상기 측정부(210)가 수용된 하나의 케이스부(110)를 형성하게 된다.
(하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템)
도 3은 본 발명의 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 측정부 및 제어모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템(200)은 상기 지반침하 검출 센서(100)의 측정부(210)와, 제어모듈(220)과, 관리단말기(230)를 포함하여 구성된다.
상기 지반침하 검출 센서(100)는 광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 적어도 하나 이상의 측정부(210)와, 상기 측정부(210)의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부(210)가 고정되도록 지지하고, 설치대상 지반(300)의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 플라스틱 재질로 이루어진 케이스부(110)로 구성된다.
상기 측정부(210)는 광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 것으로, 반사광 센서(212) 및 광섬유(213)로 구성된다.
상기 반사광 센서(212)는 임의의 광원(미도시)으로부터 입력받은 광신호를 반사하도록 구성된 것으로, 후술되는 상기 광섬유(213) 내에 일정한 간격으로 다수개 설치된다.
또한, 상기 반사광 센서(212)는 설치된 위치를 식별할 수 있도록 고유정보가 설정될 수 있으며, 이때, 상기 고유정보는 제품별 코드 또는 고유의 파장 값 또는 설치된 위치정보 등이 포함된다.
여기서, 본 실시예에 따른 상기 반사광 센서(212)는 광 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating)센서가 바람직하나, 음향 진동파에 의해 세기가 큰 빛이 브릴루앙 산란하면서 반사되는 현상을 이용한 브릴루앙 산란 분포형(BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis)센서가 적용될 수도 있다.
또한, 이에 한정되지 않고, 상기 반사광 센서(212)를 다수개 배치하여, 각각의 특징적인 반사율을 갖도록 하는 본 발명의 기술적 범위 내에서 다양한 광 센서의 자유로운 선택이 이루어질 수 있고, 해당관련분야의 통상지식을 가진 전문가에 의해 다양한 변경설계가 가능함은 물론이다.
이때, 상기 측정부(210)는 임의의 광신호를 출력하고, 상기 출력한 광신호가 반사되어 도달하는 시간으로 변위(파장) 값을 측정하는 인테로게이터(211)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 인테로게이터(211)는 상기 광섬유(213)의 어느 일측에 연결될 수 있으며, 상기 반사광 센서(212)로 광신호를 출력하고, 상기 반사광 센서(212)로 입력된 광신호가 상기 지반(300)에 가해지는 외력에 따라 상기 반사광 센서(212)에서 반사되는 광신호를 수신하여 변위 정보를 검출한다.
예컨대, 도 2와 같이, 상기 광섬유(213)에 일정 간격으로 가공된 다수개의 반사광 센서(212), 즉, 광 브래그 격자센서는 격자를 통해 상기 인테로게이터(211)에서 출력된 광신호를 반사하는 특성을 가지며, 상기 각각의 반사광 센서(212)로부터 반사된 빛의 파장은 응력이나 온도에 의해 생성되는 점진적 변형률에 비례하는 만큼 시프트될 수 있고, 상기 인테로게이터(211)는 이러한 변위(파장) 값을 측정할 수 있다.
상기 광 브래그 격자센서는 통상적으로 게재된 공지기술이므로, 더 구체적인 설명은 생략한다.
즉, 상기와 같이 일정 간격으로 구성되는 반사광 센서(212)에 의해 도 1과 같이, 상기 지반침하 검출 센서(100)의 각 구역(C1, C2, C3, C4)의 변형률 및 그에 따른 지반침하 정도 파악이 용이해진다.
상기 광섬유(213)는 인테로게이터(211) 및 반사광 센서(212)로부터 출력되는 광신호가 흐르는 통로가 되는 것으로, 그 종류는 폴리머 물질을 이용한 플라스틱 광섬유(POF : Plastic Optic Fiber)가 바람직하나, 실리카로 이루어진 유리 광섬유(GOF:Glass Optical Fiber)가 사용될 수도 있으며, 이에 한정되지 않고 해당관련분야의 통상지식을 가진 전문가에 의해 굴절률 분포, 빛의 전파 형태, 재료 및 제조 공법을 고려하여 다양한 광섬유 선택이 가능하다.
한편, 본 발명의 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템(200)은 전기/전자식 센서를 이용한 지표침하계(100a) 또는 간극수압계(100b)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
즉, 상기 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템(200)은 광을 이용한 지반침하 검출 센서(100) 뿐만 아니라, 상기 지표침하계(100a) 또는 간극수압계(100b) 중 어느 하나 이상을 함께 사용할 수도 있으며, 이에 따라 더 정확하고 효율적인 지반(300)의 침하율 측정이 가능해진다.
상기 지표침하계(100a) 및 간극수압계(100b)는 해당관련분야에서 통상적으로 게재된 일반적인 공지기술로서, 더 구체적인 설명은 생략하는 바이며, 이에 한정되지 않고, 지반침하를 측정할 수 있는 본 발명의 기술적 범위 내에서 해당분야의 통상지식을 가진 전문가에 의해 다양한 계측기기 및 계측센서의 변경설계가 가능함은 물론이다.
상기 제어모듈(220)은 지반침하 검출 센서(100)의 측정부(210)에 의해 측정된 변위 값을 입력받아 미리 저장된 데이터와 비교 분석하며, 상기 비교 분석된 데이터 값을 재조합하고, 임의의 그래프 정보로 변환하여 출력하는 것으로, 데이터 수집부(221), 데이터 저장부(222), 연산부(223), 정보 변환부(224) 및 통신부(225)로 구성된다.
상기 데이터 수집부(221)는 상기 측정부(210)로부터 측정되는 변위 값을 입력받아 데이터화하는 것으로, 상기 측정부(210)로부터 측정된 각각의 변위 값을 입력받고, 그에 대응하는 각 반사광 센서(212)의 고유정보와 함께 수집하여 조합한다.
상기 데이터 저장부(222)는 상기 데이터 수집부(221)에서 수집된 데이터와 비교 대상이 될 수 있는 기준 데이터를 저장한 것으로, 상기 각 반사광 센서(212)의 고유정보가 미리 설정되어 저장될 수 있다.
상기 연산부(223)는 데이터 간의 비교 분석을 통해 임의의 수치 데이터를 획득하는 것으로, 상기 데이터 수집부(221)에 의해 수집된 데이터를 상기 데이터 저장부(222)에 미리 저장된 데이터와 비교 분석하여 수치 데이터를 획득하고, 상기 비교 분석된 데이터 값을 출력한다.
상기 정보 변환부(224)는 상기 연산부(223)에서 비교 분석되어 출력된 데이터 값을 입력받아 재조합하는 것으로서, 수치로 구성된 최종 데이터 값을 조합하고, 임의의 그래프 정보로 변환하여 출력한다.
상기 통신부(225)는 상기 정보 변환부(224)에 의해 재조합하여 변환된 결과를 미리 설정된 관리 단말기(230)로 알리도록 구성된 것으로, 상기 정보 변환부(224)에서 출력된 그래프 정보를 유/무선 통신회로 및 원격서버를 통해 상기 관리 단말기(230)로 전송한다.
상기 관리 단말기(230)는 제어모듈(220)에 의해 출력된 그래프 정보를 입력받아 사용자에게 상기 지반침하 검출 센서(100)의 변형상태를 시각적으로 알리는 것으로, PC(230a) 또는 이동통신 단말기(230b)가 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위 내에서 다양한 단말기의 사용이 가능하다.
상기 관리 단말기(230)는 상기 정보 변환부(224)에서 출력된 그래프 정보를 입력받아 상기 지반침하 검출 센서(100)의 모형을 만들어내고, 상기 모형의 이미지를 통해 지반의 변형상태까지 파악할 수 있도록 한다.
즉, 상기 관리 단말기(230)는 상기 지반침하 검출 센서(100)의 변형상태를 가상 시뮬레이션하여 화면에 시각적으로 표시될 수 있도록 하며, 이를 위해 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 그래프 정보를 3D 도형으로 형상화할 수 있는 3D 그래픽 서버를 포함한 별도의 디스플레이부(미도시)와, 이러한 시뮬레이션 동작을 제어하는 시뮬레이션 제어부(미도시)가 포함되어 구성될 수도 있다.
여기서, 상기 그래픽 서버를 통해 디스플레이부에 시각적으로 시뮬레이션하는 기술은 통상적으로 게재된 공지기술이므로, 더 상세한 설명은 생략하며, 이는 해당관련분야의 전문가에 의해 다양한 변경설계가 가능하다.
또한, 상기 관리 단말기(230)는 도 1과 같이, 상기 그래프 정보가 일정 기준 위험도 값(S)을 초과하면 특정 경고문구가 시각적으로 표시되거나, 특정 경고음이 울려 위험상황을 알리도록 구성할 수도 있다.
여기서, 상기 위험도 값(S)은 지반(300)의 침하정도가 위협적인 값을 의미하며, 그 기준 값은 해당관련분야의 통상지식을 가진 전문가에 의해 다양하게 책정될 수 있음은 물론이다.
(하이브리드형 지반침하 모니터링 방법)
도 5는 본 발명의 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 방법은 변위 값 측정단계(S100), 데이터 수집단계(S200), 데이터 비교분석단계(S300), 데이터 재조합단계(S400), 그래프 정보 전송단계(S500) 및 시뮬레이션 단계(S600)을 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 S100단계의 변위 값 측정단계에서는, 상기 측정부(210)의 인테로게이터(211)가 임의의 광신호를 출력하여 상기 반사광 센서(212)로 향하도록 하고, 상기 반사광 센서(212)는 각각의 변위 값이 측정되도록 상기 인테로게이터(211) 또는 제어모듈(220)로 광신호를 반사한다.
본 실시예에 따라 상기 인테로게이터(211)를 구성할 경우, 상기 인테로게이터(211)가 반사된 광신호를 입력받아 상기 반사광 센서(212)의 각 변위 값을 측정하고, 상기 인테로게이터(211)가 별도로 구성되지 않을 경우, 상기 제어모듈(220)이 반사광에 대한 변위 값을 측정하는 상기 인테로게이터(211)의 측정기능을 대체할 수 있도록 구성하여 상기 반사광 센서(212)의 각 변위 값을 측정한다.
즉, 상기 반사광에 대한 변위 값을 측정하는 기술은 일반적인 공지기술로서, 상기 인테로게이터(211)를 적용하는 구성에 한정하지 않고, 해당관련분야의 통상적인 지식을 가진 전문가에 의해 다양하게 변경설계될 수 있다.
상기 S200단계의 데이터 수집단계에서는, 상기 제어모듈(220)의 데이터 수집부(221)가 상기 S100단계에서 측정된 변위 값을 입력받고, 그에 대응하는 상기 각 반사광 센서(212)의 고유정보와 함께 수집하여 조합함으로써, 하나의 데이터를 형성한다.
상기 S300단계의 데이터 비교분석단계에서는, 상기 제어모듈(220)의 연산부(223)가 상기 데이터 수집부(221)에 의해 수집된 데이터를 데이터 저장부(222)에 미리 저장된 기준 데이터와 비교 분석하여 임의의 수치 데이터를 획득한다.
상기 S400단계의 데이터 재조합단계에서는, 상기 S300단계에서 비교 분석된 데이터 값, 즉, 수치 데이터를 제어모듈(220)의 정보 변환부(224)가 입력받아 재조합하고, 상기 재조합된 데이터 값을 임의의 그래프 정보로 변환한다.
상기 S500단계의 그래프 정보 전송단계에서는, 상기 S400단계에서 변환된 그래프 정보를 제어모듈(220)의 통신부(225)가 미리 설정된 관리 단말기(230)로 전송한다.
상기 S600단계의 시뮬레이션 단계에서는, 상기 관리 단말기(230)가 상기 그래프 정보를 입력받아, 상기 그래프 정보에 기초한 모형을 만들어내어 가상 시뮬레이션한다.
즉, 상기 측정부(210)에서 실시간으로 측정되는 파장 값에 따라서 상기 그래프 정보까지 실시간으로 변동될 수 있으며, 그에 따라 그래프 정보에 기초한 모형 또한 변형되어, 지반(300)의 변형까지 유추할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명은 케이스부 내에 측정부를 설치하는 구성을 통해 측정부의 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있으며, 토양의 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 케이스부를 통해 지반의 침하에 따른 변형에 적절하게 대응할 수 있게 된다.
또한, 광을 이용한 측정부에 의해 장거리 전송이 용이하고, 습도, 온도 등의 외부환경에 구애받지 않아 더욱 효과적으로 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 수집된 데이터와 저장된 데이터를 비교 분석하고, 비교 분석된 결과를 재조합하여 지반침하 검출 센서의 형태를 가상 시뮬레이션하는 시스템을 통해 실시간으로 지반침하 검출 센서의 변형상태 및 지반의 변형상태를 모니터링 할 수 있고, 그에 따라 지반침하의 위험도를 신속하게 인식할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 지반침하 검출 센서 100a : 지표침하계(판)
100b : 간극수압계 110 : 케이스부
110a : 상부케이스 110b : 하부케이스
111 : 측정부 수용홈 200 : 지반침하 모니터링 시스템
210 : 측정부 211 : 인테로게이터
212 : 반사광 센서 213 : 광섬유
220 : 제어모듈 221 : 데이터 수집부
222 : 데이터 저장부 223 : 연산부
224 : 정보 변환부 225 : 통신부
230 : 관리 단말기 300 : 지반
A : 지하 매설물

Claims (13)

  1. 지반(300)의 침하에 따른 변형을 검출하는 지반침하 검출 센서로서,
    광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 적어도 하나 이상의 측정부(210); 및
    상기 측정부(210)의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부(210)가 고정되도록 지지하는 케이스부(110)를 포함하고,
    상기 케이스부(110)는 설치대상 지반(300)의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스부(110)는 내면에 상기 측정부(210)가 삽입되어 수용될 수 있도록 측정부 수용홈(111)을 형성한 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스부(110)는 일정길이를 갖는 띠 형상인 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부(210)는 설치된 위치가 식별가능하도록 고유정보가 설정되어 일정한 간격으로 설치되고, 광신호를 반사하는 다수개의 반사광 센서(212); 및
    상기 반사광 센서(212)로부터 출력되는 광신호가 흐르는 광섬유(213)로 구성한 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정부(210)는 상기 반사광 센서(212)로 광신호를 출력하고, 상기 반사광 센서(212)로 입력된 광신호가 상기 지반(300)에 가해지는 외력에 따라 상기 반사광 센서(212)에서 반사되는 광신호를 수신하여 변위 정보를 검출하는 인테로게이터(211)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사광 센서(212)는 광 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating)센서 또는 브릴루앙 산란 분포형(BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis)센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서.
  7. 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템으로서,
    광신호를 주고받는 상호작용을 통해 지반침하에 따른 변위를 측정하는 적어도 하나 이상의 측정부와, 상기 측정부의 외면을 덮도록 형성하여, 상기 측정부가 고정되도록 지지하고, 설치대상 지반의 토양 탄성계수와 동일한 탄성계수를 갖는 플라스틱 재질로 이루어진 케이스부를 포함한 지반침하 검출 센서(100);
    상기 지반침하 검출 센서(100)의 측정부에 의해 측정된 변위 값을 입력받아 미리 저장된 데이터와 비교 분석하며, 상기 비교 분석된 데이터 값을 재조합하고, 임의의 그래프 정보로 변환하여 출력하는 제어모듈(220); 및
    상기 제어모듈(220)에 의해 출력된 그래프 정보를 입력받아 상기 지반침하 검출 센서(100)의 변형상태를 가상 시뮬레이션하여 화면에 시각적으로 표시하는 관리 단말기(230)를 포함하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정부는 설치된 위치가 식별가능하도록 고유정보가 설정되어 일정한 간격으로 설치되고, 광신호를 반사하는 다수개의 반사광 센서(212); 및
    상기 반사광 센서(212)로부터 출력되는 광신호가 흐르는 광섬유(213)로 구성한 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 반사광 센서(212)로 광신호를 출력하고, 상기 반사광 센서(212)로 입력된 광신호가 상기 지반에 가해지는 외력에 따라 상기 반사광 센서(212)에서 반사되는 광신호를 수신하여 변위 정보를 검출하는 인테로게이터(211)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사광 센서(212)는 광 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating)센서 또는 브릴루앙 산란 분포형(BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis)센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어모듈(220)은 상기 지반침하 검출 센서(100)의 측정부로부터 측정되는 변위 값을 입력받아 그에 대응하는 각 반사광 센서(212)의 고유정보와 함께 수집하는 데이터 수집부(221);
    상기 반사광 센서(212)의 고유정보를 미리 설정하여 저장하는 데이터 저장부(222);
    상기 데이터 수집부(221)에 의해 수집된 데이터를 상기 데이터 저장부(222)에 미리 저장된 데이터와 비교 분석하는 연산부(223);
    상기 연산부(223)에 의해 비교 분석된 데이터 값을 재조합하고, 상기 재조합된 데이터 값들을 임의의 그래프 정보로 변환하는 정보 변환부(224); 및
    상기 정보 변환부(224)에 의해 변환된 그래프 정보를 상기 관리 단말기(230)로 전송하는 통신부(225)로 구성한 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템은 지표침하계(100a) 또는 간극수압계(100b) 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 시스템.
  13. 하이브리드형 지반침하 모니터링 방법으로서,
    a) 지반침하 검출 센서(100)의 측정부(210)가 지반침하에 따른 변위를 측정하는 단계;
    b) 제어모듈(220)이 상기 a)단계에서 측정된 변위 값을 입력받아, 그에 대응하는 각 반사광 센서(212)의 고유정보와 함께 수집하는 단계;
    c) 상기 제어모듈(220)이 상기 b)단계에서 수집된 데이터를 미리 저장된 데이터와 비교 분석하는 단계;
    d) 상기 c)단계에서 비교 분석된 데이터 값을 상기 제어모듈(220) 재조합하여 임의의 그래프 정보로 변환하는 단계;
    e) 상기 d)단계에서 변환된 그래프 정보를 제어모듈(220)이 미리 설정된 관리 단말기(230)로 전송하는 단계; 및
    f) 상기 관리 단말기(230)가 상기 그래프 정보를 입력받아, 상기 그래프 정보에 기초한 모형을 만들어내어 가상 시뮬레이션하는 단계를 포함하는 지반침하 검출 센서를 이용한 하이브리드형 지반침하 모니터링 방법.
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