KR20180137238A - 지표면 가속도 및 경사변화를 이용한 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법 및 장치 - Google Patents

지표면 가속도 및 경사변화를 이용한 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법은 비탈면에 설치된 복수의 센서로부터 변형감지정보를 수신하고, 수신된 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 여부를 판단하는 단계; 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 형태를 산출하는 단계; 및 비탈면의 좌표정보 및 센서의 변형감지정보에 기초하여 활동면 정보를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

지표면 가속도 및 경사변화를 이용한 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ESTIMATE SLIP SURFACE OF SLOPE USING VARIATION OF GROUND INCLINATION AND GROUND ACCELERATION}
본 발명은 지표면 가속도 및 경사변화를 이용한 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래에는 비탈면의 변형을 감시하기 위하여 지표면 변형(변위 및 경사 등)과 지중 변형(경사, 간극수압, 체적함수비 등)을 측정하여 센서 정보를 이용한 붕괴위험도를 판단하고 있다.
여기서, 비탈면 붕괴여부 판단은 전도, 단선 및 곡률변경 등을 적용한 단순한 방법을 적용하고 있다. 또한, 지중 정보를 이용한 활동면 추정방법(붕괴규모 판단)은 지중경사계의 변곡점을 이용하여 예측하거나 지표면 정보를 이용한 붕괴규모 판단에는 3차원 측량에 의하여 설정된 좌표의 벡터를 이용하고 있다.
그러나, 지중 정보를 이용할 경우, 비탈면에 다수의 시추공을 시공하여 센서를 매설하여야 하며, 비용 감소를 위해 주요 단면을 위주로 측정되기 때문에 전반적인 활동면 예측이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 3차원 측량의 경우, 후처리 시간이 많이 소요되며, 강우 등 자연조건 변화에 따른 사면불안정을 즉시 파악할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 종래의 비탈면 지중에 설치되는 센서에 의해, 활동면 위치에 따라서 붕괴 검지가 안되거나 신속하게 검지하지 못한다는 문제가 있으며, 센서가 설치된 제한된 영역의 지반상태만 감지하기 때문에 거시적인 붕괴규모 및 진행방향에 대한 추정이 어렵다는 문제가 있다. 더불어, 종래의 현지조사와 시추조사 등에 의한 활동면과 규모 추정방법은 붕괴이후에 수행되어 현장 안전성 확보가 어렵고 시간이 많이 소요된다는 문제가 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제 10-1457649호(발명의 명칭: 비탈면 붕괴 사전 감지시스템)는 격자형상으로 설치한 복수의 센서로부터 감지정보를 전달받아 사면붕괴를 감지하는 방법에 관하여 개시하고 있고, 대한민국 등록특허 제 10-0351745호(발명의 명칭: 사면붕괴 감지방법 및 장치)는 사면에 격자 형상으로 설치된 다수의 측정장치와 주제어부를 개시하고 있다.
본 발명의 일부 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 비탈면에 설치된 복수의 센서로부터 측정된 지표면의 위치, 방향 및 경사 등의 정보를 이용하여 비탈면 붕괴 발생여부 및 붕괴형태를 판별하며, 붕괴 활동면을 추정하고 나아가 붕괴 규모와 붕괴 방향을 추정하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법은 비탈면에 설치된 복수의 센서로부터 변형감지정보를 수신하고, 수신된 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 여부를 판단하는 단계; 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 형태를 산출하는 단계; 및 비탈면의 좌표정보 및 센서의 변형감지정보에 기초하여 활동면을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치는 비탈면에 설치된 복수의 센서로부터 변형감지정보를 수신하고, 수신된 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 여부를 판단하는 측정부; 및 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 형태를 산출하고, 비탈면의 좌표정보 및 센서의 변형감지정보에 기초하여 활동면을 산출하는 제어부를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 비탈면에 위치한 복수의 센서로부터 측정한 지표면 정보(가속도, 회전각 등)를 이용하여 비탈면 붕괴형태(원호, 평면, 전도 등) 및 붕괴발생 여부를 파악할 수 있다.
더불어, 비탈면에 설치되는 다양한 종류의 센서 정보를 활용하여 비탈면 붕괴 발생여부, 비탈면 붕괴형태, 규모 및 방향을 추정하여 재난 발생 및 우려시 최적의 대응안을 마련할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치의 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면에 복수의 센서가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2b는 도 2a의 각 단면 별 활동면의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서에 의해 측정된 가속도 및 회전각 변위를 측정한 것으로서, 비탈면의 미끄러짐 붕괴 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서에 의해 측정된 가속도 및 회전각 변위를 측정한 것으로서, 비탈면의 회전 붕괴 형태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서에 의해 측정된 가속도 변위를 측정한 것으로서, 비탈면의 파괴시 거동 붕괴 형태를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 센서가 배치되고, 강체 거동하는 활동면에 위치한 블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 활동면의 선단 위치를 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 활동면의 경사각 변화 및 각 센서의 접선의 기울기를 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치에 의한 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치의 구성도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면에 복수의 센서가 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 2a의 각 단면 별 활동면의 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치(1)는 측정부(110)와 제어부(120)를 포함한다. 측정부(110)는 비탈면에 설치된 복수의 센서(10)로부터 변형감지정보를 수신하고, 수신된 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 여부를 판단할 수 있다. 제어부(120)는 수신된 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 형태를 산출하고, 비탈면의 좌표정보 및 센서(10)의 변형감지정보에 기초하여 활동면 정보를 산출할 수 있다. 여기서, 활동면은 지반에서 전단 파괴가 일어나 어느 연속된 면을 따라 엇갈림이 생길 경우 그 면을 의미한다.
예시적으로, 측정부(110)는 비탈면에 설치된 센서(10)의 변형(이동)을 감지하기 위한 것으로 일 예로, 강우에 의해 비탈면의 토체가 미끄러지는 경우 그 미끄러짐으로 인한 센서(10)에 의해 측정된 변위(가속도, 회전각 등)를 측정하여 산사태 등의 사면붕괴를 사전에 예측할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 센서(10)에 의해 수신된 변형감지정보인 가속도 및 회전각의 변위에 따라 비탈면 붕괴의 운동 형태를 산출할 수 있다. 이어서, 수신된 변형감지정보와 기존에 측정된 비탈면의 좌표 정보에 기초하여 비탈면 하단 활동면의 경사를 추정할 수 있다. 예시적으로, 도 2a 및 2b를 참조하면, 철도(20)의 비탈면에 복수의 센서(10)가 설치될 경우, 각 단면(section)별로 변형이 발생한 센서(10)로부터 측정된 변형감지정보에 기초하여, 비탈면 하단의 활동면의 경사를 추정할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법의 순서도이고, 도 4 내지 6은 본 발명의 일 시예에 따른 센서에 의해 측정된 가속도 및 회전각의 변위에 따라 비탈면 붕괴 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 센서가 배치되고, 강체 거동하는 활동면에 위치한 블록을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 활동면의 선단 위치를 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 활동면의 경사각 변화 및 각 센서의 접선의 기울기를 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법은 비탈면에 설치된 복수의 센서(10)로부터 변형감지정보를 수신하고, 수신된 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 여부를 판단하는 단계(S110), 변형감지정보에 기초하여 비탈면의 붕괴 형태를 산출하는 단계(S120) 및 비탈면의 좌표정보 및 센서(10)의 변형감지정보에 기초하여 활동면을 산출하는 단계(S130)를 포함한다. 또한, 각각의 센서(10)가 위치하고, 각각이 강체 거동하는 비탈면의 토체를 각각의 블록으로 설정하여 산출된 복수의 활동면의 면적에 기초하여 비탈면의 붕괴 규모를 산출하는 단계(S140) 및 활동면의 체적 및 체적의 무게중심에 기초하여 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 추정하는 단계(S150)를 포함한다. 여기서, S140단계 및 S150단계는 S130단계에 포함될 수 있으며, 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
붕괴 여부를 판단하는 단계(S110)는 비탈면에 위치한 복수의 센서(10)로부터 변형감지정보(센서 감지 정보 또는 센서 이동 정보)를 수신할 경우, 비탈면의 붕괴 발생을 예측할 수 있다. 여기서, 센서(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 비탈면의 지표면에 격자형태로 복수로 배치될 수 있으며, 이때, 센서(10)는 가속도계, 경사계, 자이로 센서 등을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 센서(10)가 비탈면의 지표면에 설치되기 때문에 다수의 시추공을 시공하여 센서를 매설할 필요가 없으며, 지중 정보를 이용하여 제한된 영역의 지반정보로만 사면붕괴를 예측하는 종래의 사면 붕괴 방법의 문제점을 해결할 수 있다.
도 4 내지 6을 참조하면, 붕괴 형태를 산출하는 단계(S120)는 센서(10)에 의해 측정된 가속도 및 회전각의 변위에 따라 회전운동, 직선운동 및 파괴시 운동 중 적어도 하나 이상의 운동형태를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적으로, 비탈면에 위치한 복수의 센서(10)의 변형감지정보(센서 감지 정보 또는 센서 이동 정보)에 의하여, 비탈면의 미끄러짐(Sliding), 회전 (Rotation)및 파괴시 거동(Failure)으로 구분될 수 있다.
일 예로, 도 4 내지 6은 복수의 비탈면 경사(15-30˚) 및 비탈면에 대한 센서 위치(10-50cm)에서, 측정된 센서(10)의 가속도 및 회전각 변위를 나타낸 것이다. 도 4는 센서(10)의 가속도 및 회전각 변위를 측정한 것으로서 비탈면의 미끄러짐 붕괴 형태를 나타낸 도면이다. 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 가속도(㎨) 및 회전각(˚)이 일정 시간(sec) 동안 변화가 없다가 데이터를 발산한 경우, 미끄러짐으로 구분될 수 있다. 도 5는 센서(10)의 가속도 및 회전각 변위를 측정한 것으로서, 비탈면의 회전 붕괴 형태를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 가속도 및 회전이 일정 시간 동안 비례하여 증가하다가 데이터를 발산한 경우, 회전으로 구분될 수 있다. 도 6은 센서(10)의 가속도 변위를 측정한 것으로서, 비탈면의 파괴시 거동 붕괴 형태를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 갑작스러운 가속도 증폭에 의하여 데이터를 발산한 경우, 파괴시 거동으로 구분될 수 있다. 여기서, 비탈면 붕괴 형태는 미끄러짐(직선운동)의 경우, 평면파괴 및 쐐기파괴로 구분될 수 있다. 이어서, 회전운동의 경우, 원호파괴, 전도파괴 및 복합파괴로 구분될 수 있다. 다음으로, 파괴시 운동의 경우, 토체 파괴에 따른 센서(10)의 On/Off 거동으로 구분될 수 있다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 활동면을 산출하는 단계(S130)는 각각의 센서(10)가 위치하고, 각각이 강체 거동하는 비탈면의 토체를 각각의 블록으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 강체 거동은 물체가 그 자체의 형상을 바꾸는 일 없이 운동하는 상태를 의미한다. 일 예로, 먼저 비탈면에 대한 초기 좌표(xi, yi, zi)를 확보할 수 있다. 이때, 초기 좌표는 측량, GPS좌표, 라이더(LiDar) 등을 이용하여 측정할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이어서, 센서(10) 설치 위치에 대한 공간 정보(지표면 경사, 센서 설치 좌표)를 확보할 수 있다. 일 예로, 도 7a는 블록(Block i)을 개략적으로 나타낸 것이며, 도 7b에 도시된 바와 같이, 비탈면에 위치한 각각의 센서(10)를 이용하여 지표면의 경사값을 측정하고, 기본값으로 저장할 수 있다. 이때, 센서(10)는 자이로 센서일 수 있다.
다음으로, 블록으로 설정하는 단계를 구체적으로 설명하면, 붕괴에 따라 비탈면의 원지반은 균열과 단차로 분리될 수 있다. 각 블록은 활동면(점선)을 따르는 토체가 여러 개로 분할된 것으로, 각 블록에는 하나의 센서(10)가 배치될 수 있다. 또한, 각 블록은 강체 거동하도록 변형량 보다 활동량이 많은 토체가 하나의 단위로 구성될 수 있다. 블록 경계부인 지표면의 상부 구배와 높이(Di)는 활동면의 상부 구배 및 높이와 동일한 것으로 정의할 수 있다. 이어서, 지표면에 대한 변형(각도, 벡터 등)은 활동면과 동일한 것으로 정의할 수 있다. 다음으로, 비탈면 붕괴에 따라 발생하는 지표면 변형 기울기는 활동면의 접선의 기울기와 평행한 것으로 정의할 수 있다. 여기서, 활동면의 접선의 기울기를 산출하는 방법은 도9a 및 9b를 참조하여 후술하기로 한다. 활동면 선단의 위치(붕괴 발생위치)는 비탈면의 상부와 하부 균열위치에 기초하여 정의될 수 있다. 여기서, 활동면 선단의 위치를 산출하는 방법은 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
도 8을 참조하면, S130 단계는 변형이 발생한 센서(11)가 위치한 비탈면의 하부 및 상부의 위치를 산출하는 단계, 변형 발생 센서(11)의 배면에 위치한 변형이 미발생한 센서(12)가 위치한 비탈면의 하부 및 상부 위치를 산출하는 단계 및 변형 발생 센서(11)와 변형 미발생 센서(12)의 하부 및 상부 위치 정보에 기초하여 복수의 활동면 선단 위치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 활동면 선단의 위치는 과소, 과대 및 적정 평가로 구분될 수 있다. 바람직하게, 적정평가의 경우, 활동면 선단의 위치는 변형 발생 센서(11)와 변형 미발생 센서(12)가 위치한 비탈면의 하부(11a, 12a) 및 상부(12a, 12b) 위치의 중간 지점(13a, 13b)일 수 있다. 과소평가의 경우, 활동면 선단 위치는 변형 발생 센서(11)가 위치한 비탈면의 하부(11a) 및 상부(11b) 위치일 수 있다. 과대 평가의 경우, 활동면 선단 위치는 변형 발생 센서(11)의 하부 및 상부의 배면에 배치된 변형 미발생 센서(12)가 위치한 비탈면의 하부(12a) 및 상부(12b) 위치일 수 있다.
도 9a 및 9b를 참조하면, S130 단계는 변형 발생 센서(11)가 위치한 복수의 블록의 비탈면 경사각의 변화를 산출하는 단계, 블록에 위치한 복수의 변형 발생 센서(10)의 x좌표 위치에 대하여 접선의 기울기를 산출하는 단계 및 비탈면 경사각 및 접선의 기울기에 기초하여, 다양한 형상을 갖는 복수의 곡선을 산출하고, 산출된 복수의 곡선을 중첩할 때 도출되는 하나의 선을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법은 산출된 복수의 활동면 선단 위치에 대응하는 복수의 활동면을 산출하고, 복수의 활동면의 면적에 기초하여 비탈면의 붕괴 규모를 산출하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다. 비탈면의 붕괴 규모를 산출하는 단계(S140)는 각각의 활동면의 면적에 기초하여 비탈면의 면적당 붕괴량을 산출하는 단계, 복수의 활동면의 면적에 기초하여 활동면의 체적 및 체적의 무게중심을 산출하는 단계 및 산출된 체적 및 무게중심에 기초하여 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 추정하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
예시적으로, 활동면 추정을 위하여, 임의의 다차방정식 혹은 이차곡선 f(zi)을 정의할 수 있다. 여기서, 일차, 이차, 삼차방정식, 원, 타원, 포물선 및 쌍곡선의 순서대로 반복 계산할 수 있다. 이때, 비탈면 붕괴의 시작점과 끝점(활동면 선단 위치)은 기지값으로 활용될 수 있다. 센서(10)로부터 측정된 변형감지정보를 이용하여 특정 xi좌표에서의 접선의 기울기(tani(θi))를 계산할 수 있다. 여기서, 식 f(zi)= tani(θi)에 대한 각 xi에서의 접선의 기울기를 산정하여 다차방정식 또는 이차곡선의 계수(ai, bi, ci 등)에 대하여 정해 또는 최적해(각 지점의 변형감지정보에 따라 정해 산정이 어려운 경우)를 산정할 수 있다. 다음으로, 식에 의하여 산출된 이차방정식, 삼차방정식, 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 등을 중첩할 때 도출되는 하나의 선을 활동면으로 산출할 수 있다.
구체적으로, 도 9b를 참조하면, 활동면의 선단 위치(xini down, zini down), (xini up, zini up)에 기초하여, 임의의 방정식 수식1 내지 3을 산출할 수 있다. 이때, 활동면 선단 위치 결정에 따라 복수개의 활동면을 산출할 수 있다.
[수식1]
Figure pat00001
[수식2]
Figure pat00002
[수식3]
Figure pat00003
도 9a에 도시된 바와 같이, 수식 2에 의해, 각 센서(10)에서 측정된 경사각을 이용하여 활동면 하부의 경사를 산출할 수 있다.
각 지점에서의 접선의 기울기(미분값):
Figure pat00004
(사면경사각 변화)
각 지점에서의 x 값은 기지값: x2i (x21, x22, x23, x24 ,x25)
수식 1 및 수식2의 기지점과 2차식의 접선의 기울기를 이용하여 활동면을 산출할 수 있다.
Figure pat00005
기지점: (xini down, zini down), (xini up, zini up)을 지나면서,
Figure pat00006
(사면경사각 변화)적용, x2i에서 기울기 산정
Figure pat00007
a2i, b2i, c2i 산정: 정해 또는 최적해
도 10에 도시된 바와 같이, 수식 3에 의해, 각 센서(10)에서 측정된 경사각을 이용하여 활동면의 붕괴 방향 및 경로를 산출할 수 있다.
Figure pat00008
기지점: (xini down, zini down), (xini up, zini up)을 지나면서,
Figure pat00009
(사면경사각 변화)적용, x3i에서 기울기 산정
Figure pat00010
a3i, b3i, c3i, c3i 산정: 정해 또는 최적해
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치에 의한 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 2a 및 2b에 도시된 각 단면(section)별로 변형이 발생한 센서(10)로부터 측정된 변형감지정보에 기초한 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법을 설명하고자 한다.
도 11을 참조하면, 우선 비탈면에 설치된 센서(10)로부터 비탈면의 변형을 감지한 센서 정보가 발생할 경우 비탈면에 붕괴 여부를 판단할 수 있다(S1). 이때, 센서 정보는 경사 변화, 가속도 변화 및 단순 경사변화(수은 스위치를 이용)를 포함한다. 이어서, 이러한 변형 감지 센서 정보의 변위에 기초하여 비탈면의 붕괴형태를 판단할 수 있다(S2). 이때, 붕괴형태는 미끄러짐의 경우 평면파괴를 포함하고, 회전의 경우 원호파괴 및 복합파괴를 포함하고, 센서의 오프 거동에 따른 파괴시 붕괴를 포함한다. 다음으로, 단면(섹션)별로 변형이 발생한 센서(10)로부터 측정된 변형 감지 센서 정보에 기초하여 비탈면 하단의 활동면 경사를 추정할 수 있다(S3). 각각의 단면에서 얻어진 정보(원지반선과 추정 활동면)을 이용하여 면적 및 단위m당 발생하는 붕괴량을 포함하는 2차원 붕괴규모를 평가(산출)할 수 있다(S4). 추가적으로, 복수의 단면에서 얻어진 정보를 이용하여 복수의 면적을 산정하고, 조합하여 체적의 무게 중심을 이용한 3차원 붕괴규모 및 경로를 추정할 수 있다(S5).
따라서, 본 발명은 사전에 비탈면 붕괴로 인한 재난 발생이 예측될 경우, 활동면에 따른 비탈면의 붕괴량, 붕괴 방향 및 경로를 추정할 수 있어, 대응안을 마련할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 측정부 120: 제어부
10: 센서 20: 철도
11: 변형 발생 센서 12: 변형 미발생 센서

Claims (15)

  1. 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법에 있어서,
    비탈면에 설치된 복수의 센서로부터 변형감지정보를 수신하고, 상기 수신된 변형감지정보에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 여부를 판단하는 단계;
    상기 변형감지정보에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 형태를 산출하는 단계; 및
    상기 비탈면의 좌표정보 및 상기 센서의 변형감지정보에 기초하여 활동면을 산출하는 단계를 포함하는, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 붕괴형태를 산출하는 단계는,
    상기 센서에 의해 측정된 가속도 및 회전각의 변위에 따라 회전운동, 직선운동 및 파괴시 운동 중 적어도 하나 이상의 운동형태를 산출하는 단계를 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활동면을 산출하는 단계는,
    상기 각각의 센서가 위치하고, 각각이 강체 거동하는 상기 비탈면의 토체를 각각의 블록으로 설정하는 단계를 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 활동면을 산출하는 단계는,
    상기 변형이 발생한 변형 발생 센서가 위치한 비탈면의 하부 및 상부의 위치를 산출하는 단계;
    상기 변형 발생 센서의 배면에 위치한 것으로서, 변형이 미발생한 센서가 위치한 비탈면의 하부 및 상부 위치를 산출하는 단계; 및
    상기 변형 발생 센서와 변형 미발생 센서의 하부 및 상부 위치 정보에 기초하여 복수의 활동면 선단 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 활동면 선단 위치를 산출하는 단계에서,
    상기 활동면 선단의 위치는, 상기 변형 발생 센서와 변형 미발생 센서가 위치한 비탈면의 하부 및 상부 위치의 중간 지점인 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 활동면을 산출하는 단계는,
    상기 변형 발생 센서가 위치한 복수의 블록의 비탈면 경사각의 변화를 산출하는 단계;
    상기 블록에 위치한 복수의 변형 발생 센서의 x좌표 위치에 대하여 접선의 기울기를 산출하는 단계; 및
    상기 비탈면 경사각 및 접선의 기울기에 기초하여, 다양한 형상을 갖는 복수의 곡선을 산출하고, 상기 산출된 복수의 곡선을 중첩할 때 도출되는 하나의 선을 산출하는 단계를 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 산출된 복수의 활동면 선단 위치에 대응하는 복수의 활동면을 산출하고, 상기 복수의 활동면의 면적에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 규모를 산출하는 단계를 더 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 붕괴 규모를 산출하는 단계는,
    상기 각각의 활동면의 면적에 기초하여 상기 비탈면의 면적당 붕괴량을 산출하는 단계를 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 붕괴 규모를 산출하는 단계는,
    상기 복수의 활동면의 면적에 기초하여 상기 활동면의 체적 및 체적의 무게중심을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 체적 및 무게중심에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 방향 및 경로를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 방법.
  10. 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치에 있어서,
    비탈면에 설치된 복수의 센서로부터 변형감지정보를 수신하고, 상기 수신된 변형감지정보에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 여부를 판단하는 측정부; 및
    상기 변형감지정보에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 형태를 산출하고, 상기 비탈면의 좌표정보 및 상기 센서의 변형감지정보에 기초하여 활동면을 산출하는 제어부를 포함하는, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서에 의해 측정된 가속도 및 회전각의 변위에 따라 회전운동, 직선운동 및 파괴시 운동 중 적어도 하나 이상의 운동형태를 산출하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각각의 센서가 위치하고, 각각이 강체 거동하는 상기 비탈면의 토체를 각각의 블록으로 설정하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변형이 발생한 변형 발생 센서가 위치한 비탈면의 하부 및 상부의 위치를 산출하고,
    상기 변형 발생 센서의 배면에 위치한 것으로서, 변형이 미발생한 센서가 위치한 비탈면의 하부 및 상부 위치를 산출하며,
    상기 변형 발생 센서와 변형 미발생 센서의 하부 및 상부 위치 정보에 기초하여 복수의 활동면 선단 위치를 산출하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변형 발생 센서가 위치한 복수의 블록의 비탈면 경사각의 변화를 산출하고,
    상기 블록에 위치한 복수의 변형 발생 센서의 x좌표 위치에 대하여 접선의 기울기를 산출하고,
    상기 비탈면 경사각 및 접선의 기울기에 기초하여, 다양한 형상을 갖는 복수의 곡선을 산출하고, 상기 산출된 복수의 곡선을 중첩할 때 도출되는 하나의 선을 산출하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 복수의 활동면 선단 위치에 대응하는 복수의 활동면을 산출하고, 상기 복수의 활동면의 면적에 기초하여 상기 비탈면의 붕괴 규모를 산출하는 것인, 비탈면 붕괴 및 활동면 추정 장치.
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