KR20170092755A - 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템에 관한 것으로, UWB 임펄스 신호를 낙석을 감지하고자 하는 경사면을 향하여 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하도록 배열되어 설치되는 하나 이상의 초광대역 레이더 모듈(110);과, 상기 수신된 무선 신호를 통하여, 감지된 물체의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환시키는 변환모듈(120);과, 변환된 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른지 여부를 판단하는 낙석 감지 분석 모듈(130);과, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 전달받아 낙석 발생 상황 경보를 발생시키는 경보 모듈(160); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100)에 관한 것이다.

Description

초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템{Falling Rock Detecting System Using UWB RADAR}
본 발명은 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템에 관한 것으로, UWB 임펄스 신호를 낙석을 감지하고자 하는 경사면을 향하여 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하도록 배열되어 설치되는 하나 이상의 초광대역 레이더 모듈(110);과, 상기 수신된 무선 신호를 통하여, 감지된 물체의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환시키는 변환모듈(120);과, 변환된 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른지 여부를 판단하는 낙석 감지 분석 모듈(130);과, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 전달받아 낙석 발생 상황 경보를 발생시키는 경보 모듈(160); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100)에 관한 것이다.
국내에서는 전국을 연결하는 도로와 철도의 건설로 인하여 다수의 사면이 형성되어 있고, 시공 이후에도 폭우나 태풍, 지진과 같은 기상 재해 발생시 완전 붕괴나 낙석 등이 발생하여 인명과 재산에 피해를 주는 경우가 많다.
2002년 8월에 발생한 태풍 루사에 의해서 발생한 전국 국도변 도로의 유실과 절개사면 붕괴사고는 약 121개소에 달하였다.
이와 같은 사면 붕괴는 자연재해에 해당되기도 하지만 지속적인 연구와 대책을 마련해 간다면 피해 규모를 줄일 수 있다. 최근에 사면 붕괴를 예측하고 사전에 조치하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 이 중 IT분야의 기술을 도입하여 고속도로, 일반국도, 철도 사면 유지관리시스템이 관련 기관에 의해 운영되고 있다.
현재까지 개발되어 적용된 낙석감지 시스템은 주로 낙석 방지망에 와이어나 광섬유, 또는 경사계를 설치하여 와이어의 장력을 측정하거나 낙석 발생에 의해 와이어 단락이나 낙석 방지망의 변형, 또는 기울어지는 것을 감지하여 낙석을 확인하는 시스템들이다.
이러한 시스템들은 낙석방지망이 먼저 설치되어 있어야 하며, 낙석이 발생하면 일반적으로 관련 센서와 와이어 등에 대하여 재정비를 해야 다시 원래의 기능을 수행할 수 있기 때문에 유지의 어려움이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기존에는 하기 특허문헌 1의 "광센서를 이용한 비접촉식 낙석 감지 장치(대한민국 등록특허 제10-1004023호)" 와 같이, 낙석의 감지를 비접촉식 감지 센서로 감지하는 것을 특징으로 하는 구성이 개시되어 있다.
그러나, 이렇나 기존 발명은 낙석이 발괄부와 수광부 사이를 통과하는 경우에만 비로소 낙석을 감지할 수 있기에, 낙석의 발생 시점부터 막석을 감지하는 것은 불가능하다는 문제점이 있었다.
한편, 이와는 다른 구성으로, 하기 특허문헌 2의 "무선 메쉬 네트워크와 위치추적을 이용한 산사태 및 낙석 조기 경보 방법 및 시스템(등록특허 10-1454795)"에는, 무선 메쉬 네트워크를 통해 선형 부재(Lm)로 연결되며 각각이 충전 배터리로 동작하는 제1 태그 내지 제 n 태그(n은 2 이상의 자연수); 및 상기 각 태그의 위치 분석을 미리 설정된 주기 마다 수행한 뒤, 산사태 또는 낙석에 의한 각 태그의 위치 변위가 감지되면, 위치 변화가 감지된 태그의 위치를 통해 낙석 및 산사태 위치 파악을 수행하는 위치추적용 억세스포인트(Real time location system Access Point:RAP); 를 포함하는 무선 메쉬 네트워크와 위치추적을 이용한 산사태 및 낙석 조기 경보 시스템에 관한 구성이 개시되어 있다.
그러나, 이 경우 역시, 효율적인 감지를 위해서는 극히 많은 태그를 경사면 등 접근이 쉽지 않은 장소에 각각 설치하여야만 한다는 문제점이 있는 것은 물론, 태그의 위치 변화를 이용하는 감지 방식의 한계에 의하여 소규모의 낙석 발생과 같이 안전을 위협할 수는 있으나 태그의 위치는 별도롤 변하지 않는 경우를 감지하는 것은 불가능하다는 문제점이 있었다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1388872호 2. 대한민국 등록특허 제10-1454795호
본 발명은 상기한 기존 기술의 문제점을 해결하여, 주변 기상 상황 등에 영향을 받지 않으며, 낙석의 크기 및 낙하 속도를 정확하게 탐지할 수 있는 초광대역 레이더(UWB RADAR)를 이용하여, 낙석을 낙엽 등의 경량 낙하물과 구분하여 감지하는 것이 가능한 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 경사면 등 설치 장소의 제약을 받지 않고 그 조사 범위에 감지하고자 하는 지형이 위치하도록만 설치되는 것으로 낙석의 감지가 가능하여 그 설치가 극히 용이한 것은 물론, 조사 범위 내에서 낙석이 발생하는 시점부터 낙석을 감지하는 것이 가능하여 조기에 낙석 경보를 하는 것이 가능한 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템은, UWB 임펄스 신호를 낙석을 감지하고자 하는 경사면을 향하여 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하도록 배열되어 설치되는 하나 이상의 초광대역 레이더 모듈(110);과, 상기 수신된 무선 신호를 통하여, 감지된 물체의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환시키는 변환모듈(120);과, 변환된 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른지 여부를 판단하는 낙석 감지 분석 모듈(130);과, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 전달받아 낙석 발생 상황 경보를 발생시키는 경보 모듈(160); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은, 변환된 상기 위치 신호가 소정의 위험 위치 이내인 낙석 위험 지역 진입 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 위험 지역 진입 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 경보 모듈(160)로 전달하고, 상기 경보 모듈(160)은 낙석 위험 지역 진입 상황 경보를 더 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은, 변환된 상기 크기 신호가 소정의 크기 이상인 대형 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 대형 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 경보 모듈(160)로 전달하고, 상기 경보 모듈(160)은 대형 낙석 발생 상황 경보를 더 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통신 모듈(150)은, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 판단된 상기 낙석 발생 상황, 상기 낙석 위험 지역 진입 상황 및 상기 대형 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신망을 통해 외부 서버 또는 외부 단말(210,220)에 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 단말은 사용자 단말기(210) 또는 관련자 단말기(220) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 서버는 관제기관 서버(200)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하는 경우, 주변 기상 상황 등에 영향을 받지 않으며, 낙석의 크기 및 낙하 속도를 정확하게 탐지할 수 있는 초광대역 레이더(UWB RADAR)를 이용하여, 낙석을 낙엽 등의 경량 낙하물과 구분하여 감지하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 경사면 등 설치 장소의 제약을 받지 않고 그 조사 범위에 감지하고자 하는 지형이 위치하도록만 설치되는 것으로 낙석의 감지가 가능하여 그 설치가 극히 용이한 것은 물론, 조사 범위 내에서 낙석이 발생하는 시점부터 낙석을 감지하는 것이 가능하여 조기에 낙석 경보를 하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
도 1: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템의 설치 구성을 나타내는 모식도.
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템의 구성을 나타내는 모식도.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템의 충돌 발생 가능성을 판단하는 과정을 나타내는 모식도.
도 4: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템의 작동을 나타내는 흐름도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템을 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템은 크게 도 1에 나타낸 것과 같이, UWB 임펄스 신호를 낙석을 감지하고자 하는 경사면을 향하여 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하도록 배열되어 설치되는 하나 이상의 초광대역 레이더 모듈(110);과, 상기 수신된 무선 신호를 통하여, 감지된 물체의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환시키는 변환모듈(120);과, 변환된 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른지 여부를 판단하는 낙석 감지 분석 모듈(130);과, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 전달받아 낙석 발생 상황 경보를 발생시키는 경보 모듈(160); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)에 관하여 설명한다. 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)는 수MHz - 수GHz 범위의고주파의 신호를 방사시킨 후 목표물의 탐지 및 위치를 파악하는 탐사 장치의 일종으로, 넓은 주파수 대역폭을 활용할 수 있기 때문에 다양한 매질에 대한 탐사가 가능하며, 기상 상태 또는 주변 상태황의 변화에도 불구하고 높은 해상도로 정밀하게 대상물의 탐지가 가능한 레이더이다. 또한, 대상물의 위치는 물론, 그 크기 및 형상까지에 대하여 실시간으로 고분해능의 탐지 데이터를 획득하는 것이 가능하다.
통상적으로, 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)는 수㎒ 내지 수 ㎓ 범위의 고주파 신호를 방사하는 신호 송신부와, 측정 대상물에 따라 반사되는 상기 고주파 신호를 수신하는 신호 수신부와, 상기 신호 수신부에서 수신된 신호를 처리하여 상기 측정 대상물의 특성 데이터로 변환하는 신호 처리부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)는 도 1에 나타낸 것과 같이, UWB 임펄스 신호를 낙석을 감지하고자 하는 경사면을 향하여 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하도록 배열되어 하나 이상 설치된다. 즉, 경사면 등 설치 장소의 제약을 받지 않고 그 조사(凋謝) 범위에 감지하고자 하는 지형이 위치하도록 설치되는 것만으로도 낙석의 감지가 가능하여 그 설치가 극히 용이하다. 한편, 다수 개의 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)를 배열하여 설치하는 경우, 각각의 조사(凋謝) 범위가 소정 부분 서로 중첩되도록 하되, 낙하 거리가 길어져서 떨어지는 낙석의 속도가 증가되므로 그 위험도가 더욱 높은 경사면 상단부를 사각(死角) 없이 좀 더 집중적으로 감시할 수 있도록 도 1에 나타낸 것과 같이, 경사면의 하단에 배열되어 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)를 설치하는 공정 역시 더욱 손쉽게 수행될 수 있다.
다음으로, 변환모듈(120)에 관하여 설명한다. 상기 변환모듈(120)은 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 수신된 무선 신호를 통하여, 감지된 물체의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환시키는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)로부터 잔달 받은 신호를 처리하여 측정 대상물의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환하는 기술은, 레이더 측정 분야에서 널리 알려진 기술 수준에 속하므로 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 낙석 감지 분석 모듈(130)에 관하여 설명한다. 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은 도 1에 나타낸 것과 같이, 변환된 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른지 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 즉, 낙석(R)의 운동 특성을 고려하여 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른 경우, 낙석 발생 상황으로 판단한다. 이 경우, 낙석이 발생하는 경우의 특성을 감안하여 상기 속도 벡터 신호의 방향도 함께 고려하여, 상기 속도 벡터 신호의 방향이 주로 하방을 향하는 경우를 낙석 발생 상황으로 판단하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 나타낸 것과 같이 나뭇잎 등의 경량 낙하물(L)의 경우에는 그 낙하 속도가 상기 소정의 한도 속도보다 느린 것이 통상적이며, 바람 등의 영향에 따라 낙하하는 상기 속도 벡터 신호의 방향 역시 측면 방향 성분을 많이 포함하게 된다. 따라서, 이러한 상기 경량 낙하물(L)을 상기 낙석(R)과 구별하여 판단하여, 오작동의 가능성을 줄이는 것이 바람직하다.
한편, 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)가 상기 위치 신호를 함께 감지하는 것이 가능한 특성을 이용하여, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은 변환된 상기 위치 신호가 소정의 위험 위치 이내인 낙석 위험 지역 진입 상황으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 초광대역 레이더(UWB RARAR)(110)가 상기 크기 신호를 함께 감지하는 것이 가능한 특성을 이용하여, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은, 변환된 상기 크기 신호가 소정의 크기 이상인 대형 낙석 발생 상황으로 판단하는 것이 바람직하다.
다음으로, 경보 모듈(160)에 관하여 설명한다. 상기 경보 모듈(160)은 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 판단된 상기 낙석 발생 상황, 낙석 위험 지역 진입 상황 및 대형 낙석 발생 상황 등에 관한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 전달받아 각각 그에 해당하는 경보로 구분하여 경보를 발생시킨다. 이 경우, 상기 경보 모듈(160)은 도 1에 나타낸 것과 같이 경고등(161) 또는 경고음 발생 수단(162)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 통신 모듈(150)은, 상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 판단된 상기 낙석 발생 상황, 상기 낙석 위험 지역 진입 상황 및 상기 대형 낙석 발생 상황에 대한 정보를 도 1에 나타낸 것과 같이 통신망을 통해 외부 서버 또는 외부 단말(210,220)에 전송하는 것이 바람직하다. 즉, 단순히 상기 경보 모듈(160)을 통하여 경보를 발생시키는 것 뿐만이 아니라, 이상 상황을 외부에도 전달하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 상기 외부 단말은 내비게이션 등을 통하여 주변 도로를 운행하는 것으로 확인되는 운전자의 사용자 단말기(210) 또는 교통 통제/도로 유지 보수 등을 각각 담당하는 기관의 관련자가 사용하는 관련자 단말기(220) 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 외부 서버는 즉각적인 교통 통제 또는 도로의 유지 보수 등이 가능할 수 있도록, 교통 통제/도로 유지 보수 등을 각각 담당하는 관제 기관의 관제 기관 서버(200)인 것이 바람직하다.
이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
R: 낙석 L: 경량 낙하물
100: 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템
110: 초광대역 레이더(UWB RADAR)
120: 변환 모듈
130: 낙석 감지 분석 모듈
150: 통신모듈
160: 경보 모듈
161: 경고등 162: 경고음 발생 수단
200: 관제 기관 서버
210: 사용자 단말기
220: 관련자 단말기

Claims (6)

  1. UWB 임펄스 신호를 낙석을 감지하고자 하는 경사면을 향하여 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하도록 배열되어 설치되는 하나 이상의 초광대역 레이더 모듈(110);
    상기 수신된 무선 신호를 통하여, 감지된 물체의 위치 신호, 속도 벡터 신호 및 크기 신호로 변환시키는 변환모듈(120);
    변환된 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른지 여부를 판단하는 낙석 감지 분석 모듈(130);
    상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 상기 속도 벡터 신호가 소정의 한도 속도보다 빠른 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 전달받아 낙석 발생 상황 경보를 발생시키는 경보 모듈(160); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100).
  2. 청구항 제 1항에 있어서,
    상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은,
    변환된 상기 위치 신호가 소정의 위험 위치 이내인 낙석 위험 지역 진입 상황으로 판단되는 경우, 상기 낙석 위험 지역 진입 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 경보 모듈(160)로 전달하고,
    상기 경보 모듈(160)은 낙석 위험 지역 진입 상황 경보를 더 발생시키는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100).
  3. 청구항 제 2항에 있어서,
    상기 낙석 감지 분석 모듈(130)은,
    변환된 상기 크기 신호가 소정의 크기 이상인 대형 낙석 발생 상황으로 판단되는 경우, 상기 대형 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신 모듈(150)을 통하여 경보 모듈(160)로 전달하고,
    상기 경보 모듈(160)은 대형 낙석 발생 상황 경보를 더 발생시키는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100).
  4. 청구항 제 3항에 있어서,
    상기 통신 모듈(150)은,
    상기 낙석 감지 분석 모듈(130)에 의해 판단된 상기 낙석 발생 상황, 상기 낙석 위험 지역 진입 상황 및 상기 대형 낙석 발생 상황에 대한 정보를 통신망을 통해 외부 서버 또는 외부 단말(210,220)에 전송하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100).
  5. 청구항 제 4항에 있어서,
    상기 외부 단말은 사용자 단말기(210) 또는 관련자 단말기(220) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100).
  6. 청구항 제 5항에 있어서,
    상기 외부 서버는 관제기관 서버(200)인 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더를 이용한 낙석감시 시스템(100).
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