KR20160126763A - 관로 레이더 탐사 장치 및 이를 이용한 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법 - Google Patents

관로 레이더 탐사 장치 및 이를 이용한 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법 Download PDF

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Abstract

전자기파를 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사하고 수신된 반사파를 기초로 하여 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태와 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하는 지하 탐사 레이더 및 방법이 제공된다. 지하 탐사 레이더는 하수관로를 따라 일정한 거리 간격으로 이동 및 회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사시키고 상기 하수관로 및 상기 외부 지중의 불연속면에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하고 자이로스코프가 탑재된 송수신기; 상기 송수신기를 상기 하수관로의 내부 전방 혹은 후방으로 자동으로 이동시키는 이동부; 상기 송수신기를 순차적으로 전방위 회전시키고 송신/수신 개폐를 동기화하는 스테퍼 모터를 제어하는 회전부; GPS 위성 신호 및 상기 송수신기에 탑재된 상기 자이로스코프로부터의 신호를 기초로 하여 상기 지하 탐사 레이더의 현재 위치를 추출하는 위치 추출부; 및 상기 이동부 및 상기 회전부의 동작을 제어하고 상기 위치 추출부로부터의 상기 송수신기의 현재 위치 및 상기 회전부에 의해 회전된 상기 송수신기의 방사 방향을 기초로 하여 상기 송수신기가 상기 전자기파를 방사한 지하 영역을 인식하고, 상기 송수신기에 의해 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태 및 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하는 제어부를 포함한다.

Description

관로 레이더 탐사 장치 및 이를 이용한 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법{Hole radar exploration apparatus and method for evaluating soundness of sewage pipe and disturbance of foundation around sewage pipe using the same}
본 발명은 관로 레이더 탐사(Hole radar exploration; 이하 'HRE'라 함) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HRE 장치 및 이를 이용하여 하수관로를 탐사하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공공 하수관의 직경이 대략 800 mm 이상인 경우에는 작업자가 직접 투입되어 하수관로의 이상 유무를 판단하게 되지만, 하수관의 직경이 작을 경우에는 작업자의 투입이 불가능하여, 현재로서 하수관로의 이상 유무를 판단케 하는 방법은 하수관로를 주행하는 주행대차의 상부에 CCTV 카메라를 탑재시켜 하수관로를 촬영하고 평가하는 것이 유일한 방법이다. 그러나 이 같은 CCTV 촬영 방법은 사람의 육안으로 확인할 수 있는 결함만 평가할 수 있으며, 하수관로 내에 탁도가 높은 하수로 차있을 경우, 하수관로로 유입된 토사가 퇴적된 경우, 그리고 하수관로의 결함부분에 이물질이 부착된 경우에는 하수관로 결함을 찾아낼 수 없다는 심각한 단점을 갖고 있다.
최근 지반을 대상으로 건설 공사의 규모가 대형화되고 있다. 대상 심도도 증가됨에 따라 지반에 대한 정보의 중요성이 증가하고 있는 추세이며, 도심의 공사 현장의 경우, 불규칙하게 매설된 상하수도관, 가스관 등과 같은 지하 공공 시설물들이 시공상 장애 요인으로 작용함에 따라, 이들 지하 매설물들에 대한 정확한 정보의 파악도 중요한 시공 과정의 일부로 간주되고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 물리 탐사 기술을 응용한 지표 투과 레이더(Ground penetration radar; GPR) 탐사 기법이 각광받고 있다. 지표 투과 레이더 탐사는 건설 분야뿐만 아니라 지하 매설물 탐사, 특정 폐기물의 안전한 폐기 장소 선정, 유적지 발굴 등 다양한 분야에서 그 활용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 지표 투과 레이더 탐사는 지하매질의 전기전도도와 유전율에 따라 그 가탐심도가 필연적으로 제한을 받는다. 우리나라의 토양은 다량의 점토성분과 습기를 포함하고 있어 대부분의 지역에서 가탐심도가 1~2 m 내이다. 또한 상기 하수관로의 열화상태를 포함한 건전도 평가를 위해서는 고주파수(GHz 이상)의 레이더를 사용해야하는데, 이런 경우에는 가탐심도가 수십cm 내이며, 또한 천부지하의 토석류와 지중에 매설된 다른 구조물에 의한 난반사로 인해 지면에서 수행되는 지표 투과 레이더 탐사로는 하수관로 건전도 평가 및 주변지역 지반침하를 평가하는 것이 실질적으로 불가능하다.
특허 등록번호 10-0847772에는 휴대와 설치 및 작동이 용이하며 최대 5 km까지의 심부 지질, 지반 및 암반의 정확한 구조 및 물성 파악이 용이하고 지하의 공간 정보를 정확하게 탐사할 수 있는 인공 및 자연 송신원 전자기파 지하 탐사 장치가 개시되어 있지만, 이 방법에서 사용된 송신 주파수대역은 .수 Hz~수십 KHz로서 전자파의 분해능은 송신주파수에 따라 수십 m~수백 m이다. 그러므로 지표 투과 레이더 탐사의 가탐심도의 제한은 극복할 수 있으나, 그 분해능에서 수 cm ~수십 cm 를 요구하는 지하 영역 내의 하수관로 열화 상태 그리고 하수관로 주변 2~3 m 내의 지반 교란을 평가할 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,하수관로 내에서 주파수가 수십 MHz 이상의 전자기파를 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사하고 수신된 반사파를 기초로 하여 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태와 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하는 HRE 장치 및 하수관로의 건전도 및 하수관로 주변 지반 침하 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 지하 탐사 레이더는 하수관로를 따라 일정한 거리 간격으로 이동 및 회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사시키고 상기 하수관로 및 상기 외부 지중의 불연속면에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하고 자이로스코프가 탑재된 송수신기; 상기 송수신기를 상기 하수관로의 내부 전방 혹은 후방으로 자동으로 이동시키는 이동부; 상기 송수신기를 순차적으로 전방위 회전시키고 송신/수신 개폐를 동기화하는 스테퍼 모터를 제어하는 회전부; GPS 위성 신호 및 상기 송수신기에 탑재된 상기 자이로스코프로부터의 신호를 기초로 하여 상기 지하 탐사 레이더의 현재 위치를 추출하는 위치 추출부; 및 상기 이동부 및 상기 회전부의 동작을 제어하고 상기 위치 추출부로부터의 상기 송수신기의 현재 위치 및 상기 회전부에 의해 회전된 상기 송수신기의 방사 방향을 기초로 하여 상기 송수신기가 상기 전자기파를 방사한 지하 영역을 인식하고, 상기 송수신기에 의해 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태 및 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에 따른 하수관로의 건전도 및 하수관로 주변 지반 침하 평가 방법은 GPS 위성 신호 및 하수관로 내에 위치한 송수신기에 탑재된 자이로스코프로부터의 신호를 기초로 하여 상기 송수신기의 현재 위치를 추출하는 단계; 상기 하수관로를 따라 상기 지하 탐사 레이더가 일정한 거리 간격으로 이동 및 정지하고, 일정한 회전 각도로 360ㅀ회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 순차적으로 방사시키고 상기 하수관로를 포함한 상기 외부 지중에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하는 단계; 상기 추출된 송수신기의 현재 위치 및 전자기파 방사 방향에 따라 상기 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 전자기파를 방사한 지하 영역과 반사면을 인식하는 단계; 및 상기 송수신기에 의해 수신된 상기 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 하수관로의 열화 상태 및 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하고 GIS를 기초로 측정 처리 자료를 공간적으로 표현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 송수신기를 하수관로를 따라 일정한 거리 간격으로 이동 및 회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사시키고 상기 하수관로와 상기 외부 지중의 불연속면에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하고 수신된 반사파를 기초로 하여 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태와 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 HRE 장치의 구성을 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 HRE 장치 및 이를 이용한 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 HRE 장치의 구성을 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 HRE 장치는 송수신기(100), 이동부(200), 회전부(300), 위치 추출부(400), 및 제어부(500)를 포함한다.
송수신기(100)는 하수관로(미도시)를 따라 일정한 거리 간격으로 이동 및 회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사시키고 상기 하수관로와 상기 외부 지중의 불연속면에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하고 자이로스코프(110)가 탑재되어 있다.
이동부(200)는 상기 송수신기(100)를 상기 하수관로의 내부 전방 혹은 후방으로 자동으로 이동시킨다.
회전부(300)는 상기 송수신기(100)를 순차적으로 전방위 회전시키고, 송신/수신 개폐를 동기화하는 스테퍼 모터(310)를 제어한다.
위치 추출부(400)는 GPS 위성 신호 및 상기 송수신기(100)에 탑재된 상기 자이로스코프(110)로부터의 신호를 기초로 하여 상기 송수신기(100)의 현재 위치를 추출한다.
제어부(500)는 상기 이동부(200) 및 상기 회전부(300)의 동작을 제어한다. 제어부(500)는 상기 위치 추출부(400)로부터의 상기 송수신기(100)의 현재 위치 및 상기 회전부(300)에 의해 회전된 상기 송수신기(100)의 방사 방향을 기초로 하여 상기 송수신기(100)가 상기 전자기파를 방사한 지하 영역을 인식하고, 상기 송수신기(100)에 의해 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태와 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하수관로 건전도 및 주변 지반 교란 평가 방법을 설명하는 흐름도이다.
위치 추출부(400)는 GPS 위성 신호 및 하수관로 내에 위치한 송수신기(100)에 탑재된 자이로스코프(110)로부터의 신호를 기초로 하여 상기 송수신기(100)의 현재 위치를 추출한다(단계 S210).
상기 송수신기(100)은 상기 하수관로를 따라 일정한 거리 간격으로 이동 및 정지하고, 일정한 회전 각도로 360ㅀ회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 순차적으로 방사시키고 상기 하수관로를 포함한 상기 외부 지중에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신한다 (단계 S220).
제어부(500)는 상기 추출된 송수신기(100)의 현재 위치 및 전자기파 방사방향에 따라 상기 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 전자기파를 방사한 지하 영역과 반사면을 인식한다 (단계 S230).
제어부(500)는 상기 송수신기(100)에 의해 수신된 상기 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 하수관로의 열화 상태 및 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하고 GIS를 기초로 측정 처리 자료를 공간적으로 표현한다 (단계 S240).
100: 송수신기
110; 자이로스코프
200: 이동부
300: 회전부
310: 스테퍼 모터
400: 위치 추출부
500: 제어부

Claims (2)

  1. 하수관로를 따라 일정한 거리 간격으로 이동 및 회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 방사시키고 상기 하수관로 및 상기 외부 지중의 불연속면에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하고 자이로스코프가 탑재된 송수신기;
    상기 송수신기를 상기 하수관로의 내부 전방 혹은 후방으로 자동으로 이동시키는 이동부;
    상기 송수신기를 순차적으로 전방위 회전시키고 송신/수신 개폐를 동기화하는 스테퍼 모터를 제어하는 회전부;
    GPS 위성 신호 및 상기 송수신기에 탑재된 상기 자이로스코프로부터의 신호를 기초로 하여 상기 지하 탐사 레이더의 현재 위치를 추출하는 위치 추출부; 및
    상기 이동부 및 상기 회전부의 동작을 제어하고 상기 위치 추출부로부터의 상기 송수신기의 현재 위치 및 상기 회전부에 의해 회전된 상기 송수신기의 방사 방향을 기초로 하여 상기 송수신기가 상기 전자기파를 방사한 지하 영역을 인식하고, 상기 송수신기에 의해 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 지하 영역 내의 관로 열화 상태 및 상기 하수관로 주변의 지반 교란을 평가하는 제어부를 포함하는 관로 레이더 탐사 장치.
  2. GPS 위성 신호 및 하수관로 내에 위치한 송수신기에 탑재된 자이로스코프로부터의 신호를 기초로 하여 상기 송수신기의 현재 위치를 추출하는 단계;
    상기 하수관로를 따라 상기 지하 탐사 레이더가 일정한 거리 간격으로 이동 및 정지하고, 일정한 회전 각도로 360ㅀ회전하면서 전자기파를 상기 하수관로를 포함한 외부 지중에 순차적으로 방사시키고 상기 하수관로를 포함한 상기 외부 지중에 부딪쳐 반사되는 반사파를 수신하는 단계;
    상기 추출된 송수신기의 현재 위치 및 전자기파 방사 방향에 따라 상기 수신된 반사파를 기초로 하여 상기 전자기파를 방사한 지하 영역과 반사면을 인식하는 단계; 및
    상기 송수신기에 의해 수신된 상기 반사파를 기초로 하여 상기 인식된 하수관로의 열화 상태 및 상기 하수관로 주변의 지반교란을 평가하고 GIS를 기초로 측정 처리 자료를 공간적으로 표현하는 단계를 포함하는 하수관로의 건전도 및 하수관로 주변 지반 침하 평가 방법.
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