KR20190001966A - 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법 - Google Patents

구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법 Download PDF

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김성일
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 구조물 장비 변위 계측 장치는, 구조물의 장기 변위를 원거리에서 비접촉식으로 측정하는 구조물 장기 변위 계측 장치로서, 구조물의 변위 계측 위치에 설치되는 제1 타겟부, 제1 타겟부를 설정기간 동안 촬영하여 제1 영상정보를 획득하는 제1 영상획득부, 제1 영상획득부를 사이에 두고 제1 타겟부의 반대편 고정물에 위치 고정되는 제2 타겟부, 제1 영상획득부와 일체로 결합되며 제2 타겟부를 촬영하여 제2 영상정보를 획득하는 제2 영상획득부, 및 제2 영상정보를 이용하여 제1, 2 영상획득부의 모션 변위를 계측하여 제1 영상정보를 통해 획득된 제1 타겟부의 설정기간 동안 변위 데이터를 보정하고, 보정된 변위 데이터를 구조물의 장기 변위 데이터로 관리하는 통합관리서버를 포함한다.

Description

구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING LONG TERM DISPLACEMENT OF STRUCTURES}
본 발명은 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
토목 또는 건축 구조물(이하, 간략히 '구조물'이라 함)은 교통, 지진, 돌풍 등과 같은 다양한 외부 환경 변화에 노출되므로, 합리적이고 정확한 설계 시공도 중요하지만, 구조물의 상태를 최적으로 유지하는 것이 중요하다. 이러한 연유로 구조물의 안전을 진단하는 장치에 대한 관심이 고조되고 있다.
특히, 철도 교량의 크리프 및 건조 수축에 따른 장기 변형은 공중 궤도 건설을 위한 변위 기준을 만족시키기에 문제로 작용되며, 선로 운영 중 지속적인 구조물의 변형으로 인하여 열차의 승차감을 저해할 수 있는 원인이 되고 있다. 이에 따라, 철도 교량 등의 구조물에 대한 변위를 원거리에서 비접촉식으로 측정할 수 있는 방안이 모색되고 있다.
최근 들어, 구조물에 대한 디지털 영상 촬영을 통해 구조물의 장기 변위를 계측하는 방법이 소개되고 있다. 하지만, 이러한 방법은 단기간에 구조물의 동적 변위를 계측하는 데 이용될 뿐이며, 구조물의 장기 변위를 계측하는 데에는 적합하지 못한 단점이 있었다.
다시 말해, 구조물의 장기 변형 계측을 위해 영상 촬영 방식을 적용하려면, 장기 변형의 특성상 장기간에 걸쳐 구조물에 대한 안정적인 영상 촬영이 가능하여야 한다.
하지만, 장시간 동안 구조물의 영상을 촬영해야 하는 카메라의 경우 카메라가 설치된 지반 또는 지지대 등에 미소 변형이 발생됨에 따라 초기 설치 위치 및 자세에 변화가 생길 수 있다.
이 경우, 원거리에 위치한 구조물의 장기 변형을 계측하는데 큰 저해요인으로 작용할 우려가 있었다.
예를 들면, 100m 거리의 구조물을 촬영할 때 카메라의 각도가 0.03도만 변형하여도 구조물의 수직변위가 50mm 발생한 것으로 계측되어 계측 결과를 무의미하게 만들 수 있는 문제가 있었다.
따라서, 구조물의 장기 변형을 원거리에서 비접촉식으로 보다 정밀하게 계측할 수 있는 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 영상장비의 미소한 변위로 인한 오차를 보정할 수 있는 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 움직이기 않는 타겟을 동시 촬영하여 카메라의 움직임을 보정함으로써, 구조물의 장기변형을 원거리에서 비접촉식으로 계측할 수 있는 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 야간이나 악천후에 촬영이 불가한 경우와 같이 불가피하게 간헐적으로 변위가 측정된 경우에도 절대적인 변위 측정이 가능한 구조물 장기 변위 계측 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 구조물 장기 변위 계측 장치를 제공할 수 있다. 상기 구조물 장기 변위 계측 장치는 구조물의 장기 변위를 원거리에서 비접촉식으로 측정하는 구조물 장기 변위 계측 장치로서, 상기 구조물의 변위 계측 위치에 설치되는 제1 타겟부; 상기 제1 타겟부를 설정기간 동안 촬영하여 제1 영상정보를 획득하는 제1 영상획득부; 상기 제1 영상획득부를 사이에 두고 상기 제1 타겟부의 반대편 고정물에 위치 고정되는 제2 타겟부; 상기 제1 영상획득부와 일체로 결합되며 상기 제2 타겟부를 촬영하여 제2 영상정보를 획득하는 제2 영상획득부; 및 상기 제2 영상정보를 이용하여 상기 제1, 2 영상획득부의 모션 변위를 계측하여 상기 제1 영상정보를 통해 획득된 상기 제1 타겟부의 설정기간 동안 변위를 보정하고, 상기 보정된 제1 타겟부의 변위를 상기 구조물의 장기 변위 데이터로 관리하는 통합관리서버를 포함한다.
이때, 상기 제1 영상획득부는, 상기 제1 타겟부와 설정된 거리를 유지하도록 이격 배치되되, 상기 제1 타겟부와 일직선상에 마주하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 영상획득부는, 상기 제2 타겟부와 설정된 거리를 유지하도록 이격 배치되되, 상기 제2 타겟부와 일직선상에서 마주하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 타겟부가 위치 고정되는 상기 고정물은, 지반 자체이거나, 또는 지반에 형성되어 상기 제1 타겟부를 촬영하는 설정시간 동안 변형되지 않도록 이루어진 지반 형성물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 영상획득부는 상기 제1 타겟부를 향하여 배치되고, 상기 제2 영상획득부는 상기 제1 타겟부의 반대편에 위치한 상기 제2 타겟부를 향하여 배치되되, 상기 제1, 2 영상획득부를 일체로 결합하는 고정지그를 이용하여, 상기 제1, 2 영상획득부는 각각의 측면을 통해 서로 평행하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 영상획득부는 상기 제1 타겟부를 향하여 배치되고, 상기 제2 영상획득부는 상기 제1 타겟부의 반대편에 위치한 상기 제2 타겟부를 향하여 배치되되, 상기 제1, 2 영상획득부를 일체로 결합하는 고정지그를 이용하여, 상기 제1, 2 영상획득부는 서로 일직선을 이루어 탠덤(tandem) 결합될 수 있다.
또한, 상기 통합관리서버는, 상기 제1 영상정보를 수집하는 제1 영상정보 수집부; 상기 제2 영상정보를 수집하는 제2 영상정보 수집부; 상기 제2 영상정보 수집부로부터 상기 제2 영상정보를 제공받아 상기 제1, 2 영상획득부의 움직임으로 인해 발생된 모션 변위를 계측하는 모션 변위 계측부; 및 상기 모션 변위 계측부에서 계측된 상기 모션 변위를 이용하여, 상기 제1 영상정보를 통해 획득된 상기 제1 타겟부의 변위 데이터를 보정하는 변위 보정부를 포함한다.
또한, 상기 통합관리서버에서 보정된 상기 제1 타겟부의 변위 데이터를 상기 구조물의 장기 변위 데이터를 디스플레이로 출력하는 변위 데이터 출력부를 더 포함한다.
또한, 상기 통합관리서버에서 관리된 상기 구조물의 장기 변위 데이터를 실시간 또는 설정된 시간마다 기록하여 저장하는 변위 데이터 로그부를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기의 구조물 장기 변위 계측 장치를 이용하는 구조물 장기 변위 계측 방법을 제공할 수 있다. 상기 구조물 장기 변위 계측 방법은 상기 제1 영상획득부를 이용하여 상기 구조물에 설치된 상기 제1 타겟부의 변위를 제1 영상정보로 촬영하여 획득하는 단계; 상기 제1 영상획득부와 반대 방향을 향하여 일체로 결합되는 상기 제2 영상획득부를 이용하여 상기 제1 타겟부의 반대편 고정물에 설치된 상기 제2 타겟부의 상기 제2 영상정보를 촬영하여 획득하는 단계; 상기 제2 영상정보를 이용하여 상기 제1, 2 영상획득부의 모션 변위를 계측하는 단계; 상기 계측된 모션 변위를 이용하여 상기 제1 영상정보를 통해 획득된 상기 제1 타겟부의 설정기간 동안 변위를 보정하는 단계; 및 상기 보정된 제1 타겟부의 변위를 상기 구조물의 장기 변위 데이터로 저장 또는 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 교량 등의 구조물의 장기 변위를 효과적으로 계측할 수 있다. 특히, 바람, 온도변화 등에 의해 발생하는 카메라 움직임은 변위계측 오차를 유발하는데, 이러한 오차를 보정할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의하면 간헐적으로 계측된 단기 변위 데이터들을 이어서 붙일 수 있으므로, 날씨 또는 교통상황 등에 의해 카메라를 부득이하게 수거하더라도 장기 변위 계측이 가능한 장점이 있다.
더 나아가, 본 발명에 의하면 카메라를 외부 환경에 오랜 시간 노출하지 않으므로 카메라의 성능 저하 문제를 감소시킬 수 있다. 그리고 교량 하부에서 계측해야 하는 다른 변위 계측 장비와 달리 교량 외곽 지역에서 원거리 변위 계측이 가능하므로 교통 차단 등의 사회적 비용이 감소될 수 있는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치 중 제1, 2 영상획득부가 결합된 실시 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치 중 제1, 2 영상획득부가 결합된 다른 실시 형태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 6 및 도 7은 제1, 2 영상획득부가 움직였을 때 제1, 2 영상획득부를 통해 촬영된 X, Y 변위 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 8 및 도 9는 제2 영상획득부를 통해 획득된 제2 영상정보를 이용하여 모션 변위를 보정한 이후의 X, Y 변위 결과를 보여주는 그래프들이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.
본 발명의 설명 중 구조물이라 함은, 토목 또는 건축 구조물을 의미할 수 있으며, 구체적인 예로서 철도 교량 등이 이에 해당될 수 있다.
이러한 구조물은 교통, 환경, 날씨 등 다양한 외부 조건에 따라 변형 가능하므로, 정확하게 설계 시공하는 것도 중요하지만, 구조물의 변형 상태를 지속적으로 파악하여 최적의 상태로 유지시켜주는 것도 중요하다.
예컨대, 철도 교량의 경우, 크리프 및 건조 수축에 따른 장기 변형이 발생되면, 공중 궤도 건설을 위한 변위 기준을 만족시키기에 어려움이 따르며, 선로 운영 중 변형이 유발될 경우 열차의 승차감을 저해하는 악영향을 끼친다.
본 발명은 이러한 철도 교량 등의 구조물에 대한 장기간 동안의 변위(이하, 이를 '장기 변위'라 함)를 원거리에서 비접촉식으로 보다 정확하고 간편하게 측정할 수 있도록 제공된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치의 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치(1000)는 철도 교량 등의 구조물에 대한 장기 변위를 원거리에서 비접촉식으로 측정하는 장치를 말한다.
이를 위한 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치(1000)는 제1 타겟부(110), 제1 영상획득부(210), 제2 타겟부(120), 제2 영상획득부(220), 통합관리서버(300)를 포함한다.
제1 타겟부 (110)
제1 타겟부(110)는 장기 변위를 계측하기 위한 대상 구조물(S1, 도 2 참조), 예를 들면 철도 교량 등의 구조물에 설치될 수 있다.
이러한 제1 타겟부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 플레이트 형상의 부재로 이루어질 수 있으며, 직사각형 형상을 가질 수 있으나 반드시 이에 제한되지는 않는다.
또한, 제1 타겟부(110)는 센터 부위에 하나의 포인트가 형성되며, 플레이트 형상의 부재의 각 모서리마다 적어도 하나의 포인트가 형성된 모습으로 이루어질 수 있다.
제1 영상획득부 (210)
제1 영상획득부(210)는 구조물(S1, 도 2 참조)의 변위 계측 위치에 설치되는 제1 타겟부(110)를 장기간 동안 촬영하는 장치로서, 카메라 등의 영상촬영 장비를 이용할 수 있다.
제1 영상획득부(210)는 장기간 동안 구조물(S1, 도 2 참조)에 설치된 제1 타겟부(110)를 촬영한다.
그리고 이와 같이 제1 영상획득부(210)를 통해 장기 촬영된 제1 타겟부(110)의 영상을 제1 영상정보라 한다.
구체적으로는, 제1 영상획득부(210)는 제1 타겟부(110)와 설정된 거리를 유지하며 원거리상에 이격 배치되며, 제1 타겟부(110)와 일직선상에 마주하여 배치되는 것이 좋다.
이 때문에, 철도 교량 등의 구조물 하부에 설치되어 변위를 계측하는 종래의 기타 계측 장비와 달리 원거리상에서 비접촉식으로 변위 계측이 가능하여 교통 차단 등의 사회적 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
제2 타겟부 (120)
제2 타겟부(120)는 제1 영상획득부(210)를 사이에 두고, 제1 타겟부(110)의 반대편 고정물(S2, 도 2 참조)에 위치 고정되도록 설치될 수 있다.
여기서, 제2 타겟부(120)가 위치 고정되는 고정물(S2, 도 2 참조)은 제1 영상획득부(210)가 제1 타겟부(110)를 촬영하는 장기간 동안 변형 또는 위치 이동이 없으며, 제2 타겟부(120)의 설치 시 위치를 그대로 유지시켜주는 것일 수 있다.
다시 말해, 제2 타겟부(120)가 위치 고정되는 고정물(S2, 도 2 참조)은 시간 변화에 따라 변위 발생이 가능한 구조물(S1, 도 2 참조)과 다르게 설정기간 동안 변위 발생이 우려되지 않는 지표, 지형, 지형물 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 2를 참조하면, 지표가 제2 타겟부(120)를 위치 고정시키는 고정물(S2)로 이용되고 있는데, 제1 영상획득부(210)를 사이에 두고 제1 타겟부(110)의 반대편에 위치 고정된다.
제2 영상획득부 (220)
제2 영상획득부(220)는 제1 영상획득부(210)와 일체로 결합된 구조로 이루어질 수 있다.
이처럼 제1 영상획득부(210)와 일체로 결합된 구조의 제2 영상획득부(220)는 제1 타겟부(110)의 반대편에 위치 고정된 제2 타겟부(120)를 장기간 동안 촬영한다.
예컨대, 제2 영상획득부(220)는 제1 영상획득부(210)와 같이 카메라 등의 영상촬영 장비를 이용할 수 있는데, 서로 촬영하는 방향이 반대로 이루어진 동일 기종의 카메라를 이용할 수 있다.
제2 영상획득부(220)는 장기간 동안 고정물(S2, 도 2 참조)에 위치 고정된 제2 타겟부(120)를 촬영한다.
그리고 이렇게 제2 영상획득부(220)를 통해 장기 촬영된 제2 타겟부(120)의 영상을 제2 영상정보라 한다.
여기서, 고정물(S2, 도 2 참조)은 장기 변위 계측이 필요한 구조물(S1, 도 2 참조)과 달리 장기간 동안 변위가 발생되지 않는 지표 등을 이용할 수 있다
구체적으로, 제2 영상획득부(220)는 제2 타겟부(120)와 설정된 거리를 유지하도록 이격 배치되며, 제2 타겟부(120)와 일직선상에서 마주하여 배치되는 것이 좋다.
이와 같이 제2 타겟부(120)에서 촬영된 제2 타겟부(120)의 영상, 즉 제2 영상정보는 일체로 결합된 제1, 2 영상획득부(210, 220)의 움직임에 따른 변위(이하, '모션 변위'라 함)를 계측하는데 이용될 수 있다. 그리고 이러한 모션 변위는 제1 영상획득부(210)의 움직임에 따른 오차로 판단하여 제1 영상획득부(210)를 통해 획득된 제1 영상정보, 즉 제1 타겟부(110)의 장기 변위를 보정하는데 이용된다.
이로써, 장기간 동안 제1 타겟부(110)를 촬영하는 동안 발생된 제1 영상획득부(210)의 움직임에 따른 변위 오차를 보정함으로써, 구조물의 순수한 장기 변위를 보다 정확하게 계측해낼 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 제1 영상획득부(210)는 제1 타겟부(110)를 향하여 배치되어 제1 타겟부(110)를 촬영하고, 제2 영상획득부(220)는 제2 타겟부(120)를 향하여 배치되어 제2 타겟부(120)를 촬영하도록 구성된다. 그리고 이들 제1, 2 영상획득부(210, 220)는 고정지그(230, 도 3 및 도 4 참조)에 의해 일체로 결합된다.
예를 들면, 제1, 2 영상획득부(210, 220)는 서로 측면을 통해 결합되어 서로 다른 방향을 바라보도록 병렬 형태로 배치될 수 있으며(도 3 참조), 이와 달리 서로 일직선을 이루어 직렬 형태로 결합, 즉 탠덤(tandem) 결합될 수 있다(도 4 참조).
도 3을 참조하면, 제1 영상획득부(210)와 제2 영상획득부(220)는 각각의 측면을 통해 일체로 고정 결합되는데, 이들의 측면 사이에는 고정지그(230)가 추가로 구성될 수 있다.
즉, 제1, 2 영상획득부(210, 220)는 이들의 측면 사이에 고정된 고정지그(230)를 통해 각각의 렌즈(211, 221) 방향이 서로 반대를 향하도록 평행하게 결합될 수 있다.
바람직하게는, 고정지그(230)는 착탈 가능한 구조로 이루어지는 것이 좋은데, 이는 제1, 2 영상획득부(210, 220)의 교체 및 유지 보수 시 편의성을 향상시킨다.
또한, 고정지그(230)는 제1, 2 영상획득부(210, 220)를 지면에 고정하기 위한 고정부재(예: 삼각대 등)와 용이하게 착탈 가능한 구조로 이루어지는 것이 좋다.
도 4를 참조하면, 제1 영상획득부(210)와 제2 영상획득부(220)는 각각의 후면을 통해 서로 일직선을 이루어 고정 결합되는데, 이들의 후면 사이에는 고정지그(230)가 구비된다.
이와 같이, 제1, 2 영상획득부(210, 220)는 이들의 후면 사이에 고정된 고정지그(230)를 통해 각각의 렌즈(211, 221) 방향이 서로 반대를 향하도록 직렬 형태로 결합, 즉 탠덤(tandem) 결합될 수 있다.
통합관리서버(300)
통합관리서버(300)는 제2 영상획득부(220)를 통해 획득된 제2 영상정보를 이용하여, 제1, 2 영상획득부(210, 220)의 모션 변위를 계측한다. 그리고 제1 영상획득부(210)를 통해 획득된 제1 영상정보, 즉 제1 타겟부의 설정기간 동안 변위에 관한 데이터를 보정한다. 그리고 보정된 제1 타겟부의 변위를 구조물의 장기 변위 데이터로 통합 관리하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통합관리서버(300)는 제1 영상정보 수집부(310), 제2 영상정보 수집부(320), 모션 변위 계측부(330), 변위 보정부(340)를 포함한다.
제1 영상정보 수집부(310)는 제1 영상획득부(210)를 통해 획득된 제1 타겟부(110)에 관한 제1 영상정보를 장기간 동안 수집한다.
제2 영상정보 수집부(320)는 제2 영상획득부(220)를 통해 획득된 제2 타겟부(120)에 관한 제2 영상정보를 장기간 동안 수집한다.
모션 변위 계측부(330)는 제2 영상정보 수집부(310)에서 수집된 제2 영상정보를 전달 받아, 제1, 2 영상획득부의 움직임으로 인한 오차, 즉 모션 변위를 계측한다.
변위 보정부(340)는 모션 변위 계측부(330)에서 계측된 모션 변위를 이용하여, 제1 영상정보, 즉 제1 타겟부(110)의 변위 데이터를 보정한다.
이와 같이 제2 타겟부(120)에서 촬영된 제2 타겟부(120)의 영상, 즉 제2 영상정보를 이용하여 제1, 2 영상획득부(210, 220)의 모션 변위를 계측하고, 모션 변위를 제1 영상획득부(210)의 움직임에 따른 오차로 판단하여, 제1 타겟부(110)의 장기 변위를 보정할 수 있다. 그 결과, 제1 영상획득부(210)의 움직임에 따른 모션 변위 오차를 보정하여 제1 타겟부(110)를 통해 촬영된 제1 영상정보를 통해 구조물의 순수한 장기 변위를 정확하게 계측할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 장치(1000)는 변위 데이터 출력부(400)와 변위 데이터 로그부(500)를 더 포함할 수 있다.
변위 데이터 출력부(400)는 통합관리서버(300)에서 보정된 제1 타겟부(110)의 변위 데이터를 구조물의 장기 변위 데이터를 디스플레이로 출력하는 구성을 말한다.
변위 데이터 로그부(500)는 통합관리서버(300)에서 관리된 구조물의 장기 변위 데이터를 실시간 또는 설정된 시간마다 기록하여 저장하는 구성을 말하는데, 관용의 데이터베이스 서버 또는 데이터 기록 장치 등을 이용하여 다양하게 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 방법은 앞서 살펴보았던 구조물 장기 변위 계측 장치를 이용하여 철도 교량 등의 구조물에 대한 장기 변위를 원거리에서 비접촉식으로 계측하는 방법이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 장기 변위 계측 방법은, 제1 영상정보 획득단계(S100), 제2 영상정보 획득단계(S200), 모션 변위 계측 단계(S300), 변위 보정 단계(S400), 및 구조물 장기 변위 데이터 저장 또는 출력 단계(S500)를 포함한다.
먼저, 제1 영상정보 획득단계(S100)가 수행된다.
이 단계에서는, 제1 영상획득부(210, 도 2 참조)를 이용하여 구조물(S1, 도 2 참조)에 설치된 제1 타겟부(110, 도 2 참조)를 촬영한다. 이로써, 제1 타겟부(110, 도 2 참조)를 장기간 촬영한 영상, 즉 제1 영상정보를 획득할 수 있다.
다음으로, 제2 영상정보 획득단계(S200)가 수행된다.
이 단계에서는, 제1 타겟부(110, 도 2 참조)의 반대편 고정물(S2, 도 2 참조)에 설치된 제2 타겟부(120, 도 2 참조)를 촬영하여 제2 영상정보를 획득한다.
그 다음으로, 모션 변위 계측 단계(S300)가 수행된다.
이 단계에서는, 이전 단계에서 획득한 제2 영상정보를 이용하여 제1, 2 영상획득부(210, 220, 도 2 참조)의 움직임으로 인한 오차, 즉 모션 변위를 구해낼 수 있다.
그 다음으로, 변위 보정 단계(S400)가 수행된다.
이 단계에서는, 이전 단계에서 구해진 모션 변위를 이용하여 제1 영상정보를 보정하여, 제1 타겟부(110, 도 2 참조)의 장기 변위를 보정할 수 있다.
그 다음으로, 이전 단계에서 보정된 제1 타겟부(110, 도 2 참조)의 변위를 구조물의 장기 변위 데이터로 통합 관리하며, 저장 또는 출력할 수 있다.
도 6 및 도 7은 제1, 2 영상획득부가 움직였을 때 제1, 2 영상획득부를 통해 촬영된 X, Y 변위 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1, 2 영상획득부(즉, 카메라 1, 2)가 장기간 촬영으로 인하여 움직임이 발생할 때, 즉 모션 변위가 발생된 경우, 카메라 1, 2를 통해 촬영한 X, Y 변위 결과의 한 예를 보여준다. 이를 통해, 구조물(S1, 도 2 참조)에 설치한 제1 타겟부(110, 도 2 참조)의 변위는 0이 아닌 것을 확인할 수 있다.
도 8 및 도 9는 제2 영상획득부를 통해 획득된 제2 영상정보를 이용하여 모션 변위를 보정한 이후의 X, Y 변위 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 영상획득부(즉, 카메라 1)를 통해 촬영한 제1 영상정보인 제1 타겟부의 변위 데이터를 제2 영상획득부(즉, 카메라 2)를 이용하여 촬영한 제2 영상정보를 이용하여 보정하면, '카메라 2를 통한 보정' 그래프를 통해 확인할 수 있듯이 제1 타겟부의 변위 데이터가 0에 가깝게 얻어지는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 철도 교량 등의 구조물의 장기 변위를 두 대의 카메라, 즉 제1, 2 영상획득부를 통해 촬영한 제1, 2 영상정보를 이용하여 원거리에서 비접촉식으로 정확하게 계측할 수 있다. 이 경우, 기후, 환경, 온도 변화 등에 따라 발생 가능한 제1, 2 영상획득부의 움직임으로 인한 오차까지 보정하여, 비교적 간단한 방법을 통해 구조물의 장기 변위를 정밀하게 계측해 낼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 교량 등의 구조물의 장기 변위를 효과적으로 계측할 수 있다. 특히, 바람, 온도변화 등에 의해 발생하는 카메라 움직임은 변위계측 오차를 유발하는데, 이러한 오차를 보정할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의하면 간헐적으로 계측된 단기 변위 데이터들을 이어서 붙일 수 있으므로, 날씨 또는 교통상황 등에 의해 카메라를 부득이하게 수거하더라도 장기 변위 계측이 가능한 장점이 있다.
더 나아가, 본 발명에 의하면 카메라를 외부 환경에 오랜 시간 노출하지 않으므로 카메라의 성능 저하 문제를 감소시킬 수 있다. 그리고 교량 하부에서 계측해야 하는 다른 변위 계측 장비와 달리 교량 외곽 지역에서 원거리 변위 계측이 가능하므로 교통 차단 등의 사회적 비용이 감소될 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
1000: 구조물 장기 변위 계측 장치
110: 제1 타겟부
120: 제2 타겟부
210: 제1 영상획득부(또는 제1 카메라)
220: 제2 영상획득부(또는 제2 카메라)
300: 통합관리서버
310: 제1 영상정보 수집부
320: 제2 영상정보 수집부
330: 모션 변위 계측부
340: 변위 보정부
400: 변위 데이터 출력부
500: 변위 데이터 로그부

Claims (10)

  1. 구조물의 장기 변위를 원거리에서 비접촉식으로 측정하는 구조물 장기 변위 계측 장치로서,
    상기 구조물의 변위 계측 위치에 설치되는 제1 타겟부;
    상기 제1 타겟부를 설정기간 동안 촬영하여 제1 영상정보를 획득하는 제1 영상획득부;
    상기 제1 영상획득부를 사이에 두고 상기 제1 타겟부의 반대편 고정물에 위치 고정되는 제2 타겟부;
    상기 제1 영상획득부와 일체로 결합되며 상기 제2 타겟부를 촬영하여 제2 영상정보를 획득하는 제2 영상획득부; 및
    상기 제2 영상정보를 이용하여 상기 제1, 2 영상획득부의 모션 변위를 계측하여 상기 제1 영상정보를 통해 획득된 상기 제1 타겟부의 설정기간 동안 변위를 보정하고, 상기 보정된 제1 타겟부의 변위를 상기 구조물의 장기 변위 데이터로 관리하는 통합관리서버;
    를 포함하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상획득부는,
    상기 제1 타겟부와 설정된 거리를 유지하도록 이격 배치되되, 상기 제1 타겟부와 일직선상에 마주하여 배치되는 것을 특징으로 하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영상획득부는,
    상기 제2 타겟부와 설정된 거리를 유지하도록 이격 배치되되, 상기 제2 타겟부와 일직선상에서 마주하여 배치되는 것을 특징으로 하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 타겟부가 위치 고정되는 상기 고정물은,
    상기 제1 타겟부를 촬영하는 설정시간 동안 변형 없이 유지되도록 형성된 것을 특징으로 하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상획득부는 상기 제1 타겟부를 향하여 배치되고, 상기 제2 영상획득부는 상기 제1 타겟부의 반대편에 위치한 상기 제2 타겟부를 향하여 배치되되,
    상기 제1, 2 영상획득부를 일체로 결합하는 고정지그를 이용하여, 상기 제1, 2 영상획득부는 각각의 측면을 통해 서로 평행하게 결합되는 것을 특징으로 하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상획득부는 상기 제1 타겟부를 향하여 배치되고, 상기 제2 영상획득부는 상기 제1 타겟부의 반대편에 위치한 상기 제2 타겟부를 향하여 배치되되,
    상기 제1, 2 영상획득부를 일체로 결합하는 고정지그를 이용하여, 상기 제1, 2 영상획득부는 서로 일직선을 이루어 탠덤 결합되는 것을 특징으로 하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통합관리서버는,
    상기 제1 영상정보를 수집하는 제1 영상정보 수집부;
    상기 제2 영상정보를 수집하는 제2 영상정보 수집부;
    상기 제2 영상정보 수집부로부터 상기 제2 영상정보를 제공받아 상기 제1, 2 영상획득부의 움직임으로 인해 발생된 모션 변위를 계측하는 모션 변위 계측부; 및
    상기 모션 변위 계측부에서 계측된 상기 모션 변위를 이용하여, 상기 제1 영상정보를 통해 획득된 상기 제1 타겟부의 변위 데이터를 보정하는 변위 보정부;
    를 포함하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통합관리서버에서 보정된 상기 제1 타겟부의 변위 데이터를 상기 구조물의 장기 변위 데이터를 디스플레이로 출력하는 변위 데이터 출력부;
    를 더 포함하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통합관리서버에서 관리된 상기 구조물의 장기 변위 데이터를 실시간 또는 설정된 시간마다 기록하여 저장하는 변위 데이터 로그부;
    를 더 포함하는 구조물 장기 변위 계측 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 구조물 장기 변위 계측 장치를 이용하는 구조물 장기 변위 계측 방법으로서,
    상기 제1 영상획득부를 이용하여 상기 구조물에 설치된 상기 제1 타겟부의 변위를 제1 영상정보로 촬영하여 획득하는 단계;
    상기 제1 영상획득부와 반대 방향을 향하여 일체로 결합되는 상기 제2 영상획득부를 이용하여 상기 제1 타겟부의 반대편 고정물에 설치된 상기 제2 타겟부의 상기 제2 영상정보를 촬영하여 획득하는 단계;
    상기 제2 영상정보를 이용하여 상기 제1, 2 영상획득부의 모션 변위를 계측하는 단계;
    상기 계측된 모션 변위를 이용하여 상기 제1 영상정보를 통해 획득된 상기 제1 타겟부의 설정기간 동안 변위를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 제1 타겟부의 변위를 상기 구조물의 장기 변위 데이터로 저장 또는 출력하는 단계;
    를 포함하는 구조물 장기 변위 계측 방법.
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