KR20180012888A - 음향 분석을 이용한 배관 타공사 감시 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

음향 분석을 이용한 배관 타공사 감시 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 배관 내부에 설치되는 음향센서로부터의 측정값을 기반으로 타격의심 데이터를 추출하는 복수개의 감시 장치와 통신망을 통해 연결된 중앙 관리 장치에서 수행되는 타공사 감시 방법은, 감시 장치로부터 음향센서에 의한 측정값에 따른 타격의심 데이터를 수신하는 단계; 타격의심 데이터에 따른 음향 정보를 분석하여 타공사에 의한 타격 음향인지 여부를 확인하는 단계; 및 타격 음향인 것으로 판단되면, 타격 시간을 추정하며, 복수개의 감시 장치에 의해 추정된 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

음향 분석을 이용한 배관 타공사 감시 시스템 및 방법{Third-party damage monitoring system and method using analysis of sound}

본 발명은 가스배관과 같은 배관의 타공사를 타격에 의한 음향을 분석하여 감시하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

가스와 같은 에너지원 수송방법으로 배관을 이용한 수송방법이 크게 각광받고 있으며, 현재 많은 에너지원이 원거리 수송이 용이한 배관을 통해 이루어지고 있다. 이러한 배관 중 천연가스 수송에 사용되는 매설배관은 그 매설범위가 광범위하고 인구 밀집지역에도 설치되는 특징으로 인해 파손으로 인한 가스누출이나 폭발과 같은 대형사고를 유발할 수 있다.

따라서, 가스 배관에 가해지는 충격에 대한 모니터링이 필요하다. 일반적으로 천연가스 매설배관 손상은 배관 내부 압력변화나 부식을 원인으로 하는 것보다 배관 주변의 토목공사 중 굴착장비 등에 의한 직접적인 타격(이하, 타공사(Third-Party Damage)라 함)이 더 큰 위험요소로 작용하고 있는 것으로 분석되고 있다. 타공사는 배관 파손의 주요 원인일 뿐만 아니라 특히 사고가 발생한 경우에 유발될 수 있는 경제적, 인적 피해규모가 막대하다는 점에서 그 방지대책의 마련이 필수적이라고 할 수 있다. 더욱이 타공사에 의한 배관의 손상은 사고 즉시 보고되지 않는 경향이 있어, 시간이 경과함에 따라 커다란 위험을 초래하기도 하며, 그러한 손상부위가 보고되지 않고 적절 한 보수 없이 매설되는 경우 가스배관에 추가로 부식을 야기해 가스누설로 인한 가스폭발을 발생시킬 수 있다.

종래에는 매설된 배관의 점검 및 안전관리를 위한 모니터링을 관리자들이 직접 주기적인 현장 방문을 통해 수행하였는데, 이에 따라 많은 시간과 비용이 필요하였다. 게다가 이러한 관리방법은 매설배관의 이상상태 발생 시 적시의 조치로 이어지지 못하였다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0003843 (공개일자 2006년01월11일) 보조센서에 의한 타공사 감시 시스템 및 방법

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 음향 분석을 이용한 배관 타공사 감시 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배관 내부에 설치되는 음향센서로부터의 측정값을 기반으로 타격의심 데이터를 추출하는 복수개의 감시 장치와 통신망을 통해 연결된 중앙 관리 장치에서 수행되는 타공사 감시 방법에 있어서, 감시 장치로부터 음향센서에 의한 측정값에 따른 타격의심 데이터를 수신하는 단계; 상기 타격의심 데이터에 따른 음향 정보를 분석하여 타공사에 의한 타격 음향인지 여부를 확인하는 단계; 및 타격 음향인 것으로 판단되면, 타격 시간을 추정하며, 복수개의 감시 장치에 의해 추정된 상기 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출하는 단계를 포함하는 타공사 감시 방법이 제공된다.

여기서, 상기 음향 정보를 분석하는 단계는, 상기 음향 정보를 타임도메인에서의 타격 음향 식별에 따른 제1 타격시간을 추정하는 단계; 상기 음향 정보를 주파수도메인에서 미리 설정된 X-주파수대역으로의 필터링 이후 감지되는 타격 음향에 따른 제2 타격시간을 추정하는 단계; 및 상기 제1 타격 시간과 상기 제2 타격 시간이 일정 수치 이내로 유사한지 여부를 판단함으로써 타격 음향 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 타격시간을 추정하는 단계는, 상기 음향 정보를 상기 X-주파수대역으로 밴드패스필터(Band-Pass-Filter)를 사용하여 필터링하는 단계; 필터링된 PSD(power spectrum density)를 산출하는 단계; 및 산출된 PSD를 이용하여 상기 제2 타격 시간을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 X-주파수대역은 150~400Hz일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배관 내부에 설치되는 음향센서; 상기 음향센서로부터의 측정값을 기반으로 타격의심 데이터를 추출하는 감시 장치; 및 감시 장치로부터 통신망을 통해 수신되는 상기 타격의심 데이터에 따른 음향 정보를 분석하여 타공사에 의한 타격 음향인지 여부를 확인하고, 타격 음향인 경우 타격 시간을 추정하며, 복수개의 감시 장치에 의해 추정된 상기 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출하는 중앙 관리 장치를 포함하는 타공사 감시 시스템이 제공된다.

여기서, 상기 중앙 관리 장치는 상기 음향 정보를 타임도메인에서의 타격 음향 식별에 따른 제1 타격시간을 추정하고, 주파수도메인에서 미리 설정된 X-주파수대역으로의 필터링 이후 감지되는 타격 음향에 따른 제2 타격시간을 추정하며, 상기 제1 타격 시간과 상기 제2 타격 시간이 일정 수치 이내로 유사한 경우에만 타공사가 수행된 것으로 결정할 수 있다.

또한, 상기 X-주파수대역의 PSD(power spectrum density)를 이용하여 상기 제2 타격 시간을 추정할 수 있다.

또한, 상기 X-주파수대역은 150~400Hz일 수 있다.

본 발명에 따르면, 배관 내부의 음향을 분석하여 타공사를 감시함으로 인해, 보다 먼 거리의 원격에서 타공사를 감시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 타공사에 따른 타격이 갖는 주파수 대역에 대한 분석에 의해 보다 신뢰성있는 타공사 감시를 수행할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 분석을 이용한 배관 타공사 감시 시스템의 개략적인 구성을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타공사 감시 과정을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 각 실시예에 따른 타격 감지 과정을 도시한 흐름도들.
도 5는 일례에 따른 PSD값을 색으로 표시하는 3D그래프.
도 6은 일례에 따른 PSD그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 후술될 제1 임계값, 제2 임계값 등의 용어는 실질적으로는 각각 상이하거나 일부는 동일한 값인 임계값들로 미리 지정될 수 있으나, 임계값이라는 동일한 단어로 표현될 때 혼동의 여지가 있으므로 구분의 편의상 제1, 제2 등의 용어를 병기하기로 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 분석을 이용한 배관 타공사 감시 시스템의 개략적인 구성을 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전체 시스템은 배관에 설치되는 음향센서(10-1, 10-2, ..., 10-n, 이하 10으로 통칭), 음향센서(10)에 의한 측정값을 수신하는 감시 장치(20-1, 20-2, ..., 20-n, 이하 20으로 통칭) 및 감시 장치(20)들과 통신망을 통해 연결되는 중앙 관리 장치(30)를 포함한다.

음향센서(10)는 음향(sound)을 측정하는 센서장치로서 예를 들어, 하이드로폰(hydrophone) 센서일 수 있다.

일례에 따르면, 도면에 도시된 바와 같이 음향센서(10)는 배관 내의 음향을 측정할 수 있도록 일부가 내부에 매설되도록 설치될 수 있다. 그리고, 음향센서(10) 및 감시 장치(20)는 약 16km의 간격을 두고 설치될 수 있으며, 하나의 중앙 관리 장치(30)는 총 10대의 감시 장치(20)를 관리할 수 있다.

감시 장치(20)는 음향센서(10)로부터의 측정값을 기반으로 타격의심 데이터를 추출한다. 즉, 감시 장치(20)는 음향센서(10)에 의한 음향정보를 분석하고, 타격에 의한 음향이라 의심되는 음향 데이터를 중앙 관리 장치(30)로 전송한다. 감시 장치(20)는 음향정보의 상세 분석을 수행하는 것이 아니라, 측정된 음향정보에 따른 크기(dB)가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 타격이 의심되는 데이터라 인식하는 방식으로 구현될 수 있다.

여기서 감시 장치(20)가 중앙 관리 장치(30)로 전송하는 음향 데이터는 타격이 의심되는 구간을 포함한 일정 시간 구간(예를 들어, 10초 등)의 음향 정보이다. 이해의 편의를 위해 하나의 예를 들자면, 오전 11시01분에 타격이 의심되는 음향정보가 측정되었다면, 감시 장치(20)는 11시00분55초~11시01분05초의 음향 데이터를 추출하여 중아 관리 장치로 전송한다.

따라서, 로컬 즉 감시 장치(20)에서는 임계값을 이용한 간단한 분석 절차에 의해 타격의심데이터를 추출하고, 중앙 관리 장치(30)에서 상세한 분석을 수행함으로 인해, 중앙 관리 장치(30)에서의 처리 부하를 예방할 수 있으며, 보다 신뢰성 있고 효율적인 타공사 감시를 수행할 수 있다.

중앙 관리 장치(30)는 감시 장치(20)로부터 통신망을 통해 수신되는 타격의심 데이터에 따른 음향 정보를 분석하여 타공사에 의한 타격 음향인지 여부를 확인하고, 타격 음향인 경우 타격 시간을 추정하며, 복수개의 감시 장치(20)에 의해 추정된 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출한다.

예를 들어, 제1 감시 장치(20-1)과 제2 감시 장치(20-2)가 타격의심데이터를 전송한 경우, 중앙 관리 장치(30)는 두 감시 장치(20-1, 20-2)에 의해 분석된 타격 시간을 기반으로 두 감시 장치(20-1, 20-2) 사이의 특정위치를 타격 위치로서 산출할 수 있다.

이하, 중앙 관리 장치(30)에서 수행되는 타공사 감시 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타공사 감시 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이고, 도 3 내지 도 4는 본 발멸의 각 실시예에 따른 타격 감지 과정을 도시한 흐름도들이다.

먼저 도 2를 참조하면, 중앙 관리 장치(30)는 타격의심 데이터를 감시 장치(20)로부터 수신하면(S10), 음향 정보를 분석하여(S20) 타격에 따른 타격 음향인지 여부를 판단한다(S30).

여기서, 단순히 타격에 의한 음향값만을 이용하는 경우, 신뢰성 있는 타공사를 구별하기 어려우므로, 본 발명에서는 시간 도메인에서의 분석과 함께 주파수 도메인에서의 분석을 함께 수행한다.

도 3을 함께 참조하면, 음향 정보를 시간 도메인에서 분석하여, 타격이 의심되는 음향데이터를 갖는 타격 시간인 제1 타격시간을 추정한다(S310).

그리고, 주파수 도메인에서 특정 주파수 대역의 값들을 분석하여 타격이 의심되는 음향데이터들에 대한 제2 타격시간을 추정한다(S320). 일반적으로 타공사에 의한 음향정보는 상술한 바와 같은 특정 주파수대역을 갖는다. 이하에서는 그 특정 주파수대역을 X-주파수대역이라 칭하기로 한다. X-주파수대역은 약 150~400Hz이다. 다시 말해, 타격의심 데이터에 따른 음향정보에서 X-주파수대역의 값들만을 분석하여 제2 타격시간을 추정하는 것이다.

제1 타격시간과 제2 타격시간을 비교하여 일치하는지 여부(또는 일정 수치 이내로 유사한지 여부)를 판단함으로써(S330), 해당 타격의심 데이터가 타격 음향인지(S350) 아닌지(S340) 여부를 결정한다. 만일 제1 타격시간과 제2 타격시간이 서로 상이하다면, 해당 음향은 타공사가 아닌 다른 음향 정보(예를 들어, 평소와 다른 노이즈 또는 감시 장치(20) 주변에서의 작업에 의한 소음)라 판단하는 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 중앙 관리 장치(30)는 타격의심 데이터가 타격 음향으로 결정되는 경우, 적어도 2개 이상의 감시 장치(20)로부터 수신된 타격의심 데이터에 따른 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출한다(S50).

이하, 전술한 X-주파수대역의 분석에 의한 제2 타격시간을 추정하는 방식에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 4를 참조하면, 타격의심 데이터에 따른 음향정보를 X-주파수대역의 주파수만 통과시키는 밴드패스필터(Band-Pass Filter)를 이용하여 필터링하고(S321), 필터링된 데이터들의 주파수 밀도인 PSD(Power Spectrum Density)를 산출하여 분석한다(S323).

도 5는 일례에 따른 PSD값을 색으로 표시하는 3D그래프이며, 도 6은 일례에 따른 PSD그래프이다.

도 5를 참조하면, X-주파수대역의 PSD를 산출하면 타격이 의심되는 구간(500)이 존재하며, 해당 구간에 따른 시간(도면에서는 약 6.7초)이 제2 타격시간으로 추정될 수 있다.

즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 타공사에 의한 타격이 존재하는 경우 X-주파수대역의 PSD값이 높게 나타나게 되는 것이다.

따라서, 다시 도 4를 참조하면, 중앙 관리 장치(30)는 타격의심 데이터의 X-주파수대역의 PSD를 산출하여 분석함으로써, 타격 여부를 판단할 수 있으며(S325), 또한 타격이라 판단되는 경우 그 타격시간인 제2 타격시간을 추정할 수 있다(S327).

만일, PSD 분석에 의해 타격이 아닌 것으로 판단되는 경우, 제2 타격시간을 추정할 수 없으므로, 해당 타격의심 데이터는 타격음향이 아닌 것으로 결정한다(S340). 그리고, 이러한 경우 도 3에서의 S330 절차는 수행되지 않고 바로 타격음향이 아닌 것으로 결정될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명에 따른 타공사 감시 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10-1, 10-2, ..., 10-n : 음향센서
20-1, 20-2, ..., 20-n : 감시 장치
30 : 중앙 관리 장치

Claims (8)

1. 배관 내부에 설치되는 음향센서로부터의 측정값을 기반으로 타격의심 데이터를 추출하는 복수개의 감시 장치와 통신망을 통해 연결된 중앙 관리 장치에서 수행되는 타공사 감시 방법에 있어서,
   감시 장치로부터 음향센서에 의한 측정값에 따른 타격의심 데이터를 수신하는 단계;
   상기 타격의심 데이터에 따른 음향 정보를 분석하여 타공사에 의한 타격 음향인지 여부를 확인하는 단계; 및
   타격 음향인 것으로 판단되면, 타격 시간을 추정하며, 복수개의 감시 장치에 의해 추정된 상기 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출하는 단계를 포함하는 타공사 감시 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 음향 정보를 분석하는 단계는,
   상기 음향 정보를 타임도메인에서의 타격 음향 식별에 따른 제1 타격시간을 추정하는 단계;
   상기 음향 정보를 주파수도메인에서 미리 설정된 X-주파수대역으로의 필터링 이후 감지되는 타격 음향에 따른 제2 타격시간을 추정하는 단계; 및
   상기 제1 타격 시간과 상기 제2 타격 시간이 일정 수치 이내로 유사한지 여부를 판단함으로써 타격 음향 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타공사 감시 방법.
   
3. 청구항 2있어서,
   상기 제2 타격시간을 추정하는 단계는
   상기 음향 정보를 상기 X-주파수대역으로 밴드패스필터(Band-Pass-Filter)를 사용하여 필터링하는 단계;
   필터링된 PSD(power spectrum density)를 산출하는 단계; 및
   산출된 PSD를 이용하여 상기 제2 타격 시간을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타공사 감시 방법.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 X-주파수대역은 150~400Hz인 것을 특징으로 하는 타공사 감시 방법.
   
5. 배관 내부에 설치되는 음향센서;
   상기 음향센서로부터의 측정값을 기반으로 타격의심 데이터를 추출하는 감시 장치; 및
   감시 장치로부터 통신망을 통해 수신되는 상기 타격의심 데이터에 따른 음향 정보를 분석하여 타공사에 의한 타격 음향인지 여부를 확인하고, 타격 음향인 경우 타격 시간을 추정하며, 복수개의 감시 장치에 의해 추정된 상기 타격 시간을 기반으로 타격 위치를 산출하는 중앙 관리 장치를 포함하는 타공사 감시 시스템.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 중앙 관리 장치는 상기 음향 정보를 타임도메인에서의 타격 음향 식별에 따른 제1 타격시간을 추정하고, 주파수도메인에서 미리 설정된 X-주파수대역으로의 필터링 이후 감지되는 타격 음향에 따른 제2 타격시간을 추정하며, 상기 제1 타격 시간과 상기 제2 타격 시간이 일정 수치 이내로 유사한 경우에만 타공사가 수행된 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 타공사 감시 시스템.
   
7. 청구항 6있어서,
   상기 X-주파수대역의 PSD(power spectrum density)를 이용하여 상기 제2 타격 시간을 추정하는 것을 특징으로 하는 타공사 감시 시스템.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 X-주파수대역은 150~400Hz인 것을 특징으로 하는 타공사 감시 시스템.

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