KR20200004934A - 위성항법장치를 이용한 피디비 시공시스템 및 시공방법 - Google Patents

위성항법장치를 이용한 피디비 시공시스템 및 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배공도의 PDB 관입 위치를 정확히 특정하여 그 관입 위치에 맞는 깊이로 PDB를 관입할 수 있고, PDB 시공에 따른 작업공수 및 비용을 절감하는 PDB 시공시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 PDB 시공시스템은, PDB 관입을 위한 천공 케이싱(204)이 설치된 PDB 관입장치(201)와; 상기 PDB 관입장치와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 기준국 GPS(70)와, 상기 인공위성 및 상기 기준국 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 이동국 GPS(61,62)으로 이루어진 위치 측정수단(50)과; 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단(50)에 기반하여 측정된 천공 케이싱(204)의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시장치(150)를 구비한다.

Description

위성항법장치를 이용한 피디비 시공시스템 및 시공방법{PDB construction system using GPS and the construction method}
본 발명은 위성항법장치(GPS: global positioning system)를 이용한 피디비(PDB: plastic board drain) 시공시스템 및 시공방법에 관한 것으로,
더 상세히는 연약지반의 샘플 시추공 데이터와 위성항법장치에 기반한 정밀한 위치정보 데이터를 연계하여 PDB 관입장치가 작업 영역의 어느 위치로 이동하더라도 그 위치의 하부 지반에 적합한 깊이로 PDB 관입시공을 실시할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 연약지반 내의 수분 배출은 도 1, 도 2와 같이 작업 대상지역(A)을 일정 영역으로 구획(A1,A2,A3,A4...)하고 각 구획된 영역마다 샘플 시추공을 뚫어 PDB 관입깊이 및 관입 위치를 표시하는 작업 지적도 즉, 배공도를 제작한 후 각 구획 영역마다 그 연약지반 상태에 맞추어 적합한 깊이로 일정 간격의 PDB(P1,P2,P3,P4...)를 관입 시공함으로써 연약지반 내의 수분이 원활히 배출될 수 있도록 한다. 그러나 종래 PDB 관입방법은 PDB 관입 대상지역(A)의 각 구획(A1,A2,A3,A4...) 영역마다 작업자가 배공도 시방서에 표시된 PDB 관입 지점을 찾아 미리 현장의 지표면에 표시한 후 PDB 관입장치를 이동시켜 가면서 작업이 이루어진다.
종래 PDB 관입방법은 작업 대상영역이 넓은 경우 작업자가 미리 PDB 관입 지점을 표시해주어야 하므로 표시작업에 따른 작업공수 및 인력이 과도하게 소요되고 관입 지점의 표시를 배공도 시방서에 의존하여 작업자가 직접 표시하기 때문에 관입 지점의 편차 및 표시 오류가 발생하여 시공불량으로 이어지는 구조적인 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 일본 특개2001-040648호에는 GPS를 이용한 지반개량시공기의 위치결정 유도시스템이 개시되어 있으나 관입 작업의 위치 결정의 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.
일본 특개2001-040648호의 공개공보.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 PDB 시공의 품질을 개선하고 작업공수 및 비용을 절감할 수 있는 PDB 시공시스템 및 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 PDB 관입장치를 운용하는 기술자 또는 작업자의 숙련도에 관계없이 배공도 상의 PDB 관입 위치를 정확히 특정하여 그 관입 위치에 맞는 깊이로 PDB를 관입할 수 있는 PDB 시공시스템 및 시공방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 PDB 관입 위치를 표시한 배공도와 위성항법장치에 기반한 PDB 관입장치의 위치정보 데이터를 맵핑하여 PDB 관입장치의 이동 위치를 실시간으로 디스플레이하는 장치를 구성함으로써 배공도 시방서와 일치하는 정확한 위치에 연약지반의 하부 지반상태에 적합한 깊이로 PDB를 수직 관입 시공할 수 있는 PDB 시공시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명의 PDB 시공시스템은, PDB 관입을 위한 천공 케이싱이 설치된 PDB 관입장치와;
상기 PDB 관입장치와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 기준국 GPS와, 상기 인공위성 및 상기 기준국 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 이동국 GPS으로 이루어진 위치 측정수단과;
연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 PDB 시공방법은, 데이터 저장부에 배공도 데이터를 입력하는 단계, 상기 배공도 데이터를 배공도 작업지도로 표시부에 디스플레이하는 단계,
천공 케이싱이 설치된 PDB 관입장치와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 기준국 GPS와, 상기 인공위성 및 상기 기준국 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 이동국 GPS으로 이루어진 위치 측정수단을 이용하여 상기 천공 케이싱의 위치를 특정하는 단계,
상기 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱의 위치를 맵핑하여 상기 표시부에 디스플레이하는 단계,
상기 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱의 위치가 일치하면 그 위치에서 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱을 관입하여 PDB 관입작업을 실시하고, 불일치하면 PDB 관입장치의 위치를 이동하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 기준국 GPS와 이동국 GPS는 RTK(real time kinematic) GPS를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 표시수단은, 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터를 저장하는 데이터 저장부,
상기 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 맵핑하는 맵핑부,
상기 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시부,
상기 위치 측정수단으로부터 정보를 입력받아 데이터 저장부, 맵핑부, 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
PDB 관입을 위한 천공 케이싱이 설치된 PDB 관입장치와;
상기 PDB 관입장치와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 기준국 GPS와, 상기 인공위성 및 상기 기준국 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 이동국 GPS으로 이루어진 위치 측정수단과;
연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시수단을 구비하는 PDB 시공시스템을 연약지반 개량에 이용함으로써,
기술자나 작업자의 숙련도에 관계없이 배공도의 PDB 관입 위치를 정확히 특정하여 그 관입 위치에 맞는 깊이로 PDB를 관입할 수 있고, PDB 시공에 따른 작업공수 및 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 연약지반 개량을 위한 PDB 관입 대상지역을 구획하여 나타내는 평면도이고,
도 2는 일반적인 연약지반에 PDB 파일이 관입된 상태를 나타내는 단면도이고,
도 3은 본 발명의 위성항법장치를 이용한 PDB 시공시스템을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 위성항법장치를 이용한 PDB 시공시스템을 설명하기 위한 평면 모식도이고,
도 5는 본 발명의 위성항법장치를 이용한 PDB 시공시스템을 나타내는 블록도이고,
도 6은 본 발명의 위성항법장치를 이용한 PDB 시공시스템을 설명하기 위한 플로차트이다.
이하. 도 3 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 위성항법장치를 이용한 PDB 시공시스템 및 시공방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 PDB 시공시스템은, PDB 관입을 위한 천공 케이싱(204)이 설치된 PDB 관입장치(201)와, 상기 천공 케이싱(204)의 좌표 위치를 측정하는 위치 측정 수단(50)과, 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시수단(150)으로 이루어진다.
본 발명의 PDB 관입을 위한 PDB 관입장치(201)는 한 예로 도 3 및 도 4와 같이 리더(202)와 천공 케이싱(204), 천공 케이싱의 통공부로 PDB(P)를 공급하는 릴 장치(206)로 구성된다. 상기 릴 장치(206)는 설정된 장력(2~5kg) 이상의 힘으로 당길 경우 릴 장치의 릴이 역회전 가능하도록 구성된다.
상기 리더(202)는 PDB 관입장치(201)의 본체에 각도 조정이 가능한 상대로 입설되고, 그 리더의 상하 방향을 따라 상기 천공 케이싱(204)이 승강이동 가능하도록 구성된다. 상기 천공 케이싱(204)은 활차(244)에 권선된 와이어(233)에 고정되고, 상기 활차를 구동하는 유압실린더(245)에 의하여 승강 이동되도록 하거나, 다른 공지된 장치나 방법 등을 이용하여 리더(202)를 따라 승강 이동될 수 있도록 구성된다. 천공 케이싱(204)의 통공부를 거쳐 하단부로 빠져나온 PDB(P)의 단부에는 앵커(147)가 고정되어 천공 케이싱(204)의 통공부 내로 PDB(P)가 딸려 올라가지 않도록 고정된다. 상기 상태에서 천공 케이싱(204)이 지중으로 관입되면 천공 케이싱(204)이 지중(10)으로 관입되는 과정에서 앵커(147)에 고정된 PDB(P)가 풀려 함께 지중으로 소정 깊이 관입되고, 관입 후 천공 케이싱(204)을 인발하면 앵커(147)가 지중의 천공 벽에 걸려 PDB(P)가 지중에 남게 된다.
상기 과정을 거쳐 PDB(P)는 작업 대상영역(A)의 지정되는 지점에 순차 관입된다.
또, PDB 관입장치(201)의 천공 케이싱(204)의 위치 좌표를 측정하는 위치 측정수단(50)은, 상기 PDB 관입장치의 본체 상에 서로 소정간격 이격되어 설치되는 한쌍의 제1 이동 GPS(61) 및 제2 이동 GPS(62)와, 상기 PDB 관입장치(201)와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성(80)과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 고정 GPS(70)로 이루어진다. 상기 제1 이동 GPS(61) 및 제2 이동 GPS(62)는 이동국 GPS로 작용하고, 고정 GPS(70)는 기준국 GPS로 작용한다.
상기 인공위성(80)을 이용하여 상기 기준국 GPS를 구성하는 고정 GPS(70)와, 이동국 GPS를 구성하는 한쌍의 제1, 제2 이동 GPS(61,62)의 위치 좌표 및 거리 데이터와, PDB 관입장치(201)의 본체에 설치된 제1, 제2 이동 GPS(61,62)와 PDB 관입장치(201)의 선단에 설치된 천공 케이싱(204) 간의 거리 및 각도를 연산하여 천공 케이싱(204)의 위치 좌표를 정확하게 특정할 수 있다.
PDB 관입시 천공 케이싱(204)의 위치 좌표는 오차가 50cm 이상일 경우 PDB 관입시공 불량이 발생할 수 있으므로 고정 GPS와 제1, 제2 이동 GPS는 위치 좌표의 오차가 수cm 이내인 공지의 RTK(real time kinematic) GPS를 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 표시수단(150)은, 제어부(151), 데이터 저장부(152), 표시부(153), 맵핑부(154), 입력부(155)로 이루어져 PDB 관입장치(201)의 운전자가 볼 수 있고 조작할 수 있는 운전석 근처에 설치된다.
상기 데이터 저장부(152)는 입력부(155)를 통하여 연약지반의 작업 대상지역(A)의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터를 저장하고, 맵핑부(150)는 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 제어부(151)의 제어에 따라 실시간으로 맵핑하는 역할을 한다. 상기 맵핑된 배공도는 입력부(155) 및 제어부(151)의 제어에 따라 표시부(153)에 디스플레이된다.
상기 표시수단(150)은 작업자의 조작정보, 배공도 정보, 각종 좌표정보, 맵핑정보 등의 작업정보를 저장하거나 화면에 디스플레이함으로써 작업 진행의 통계 자료로도 유용하게 활용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 PDB 시공시스템은, 데이터 저장부(152)에 배공도 데이터를 입력하는 단계, 상기 배공도 데이터를 배공도 작업지도로 표시부(153)에 디스플레이하는 단계,
천공 케이싱(204)이 설치된 PDB 관입장치(201)와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성(80)과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 고정 GPS(70)와, 상기 인공위성 및 상기 고정 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치(201)에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 제1, 제2 이동 GPS(61,62)으로 이루어진 위치 측정수단(50)을 이용하여 상기 천공 케이싱(204)의 위치를 특정하는 단계,
상기 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱(204)의 위치를 맵핑하여 상기 표시부(153)에 디스플레이하는 단계,
상기 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱의 위치가 일치하면 그 위치에서 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱(204)을 관입하여 PDB 관입작업을 실시하고, 불일치하면 PDB 관입장치의 위치를 이동하는 단계를 거쳐 구동된다.
상기 과정을 거치는 PDB 시공방법은 도 6을 참고하여 더 구체적으로 설명한다.
먼저, 표시수단을 구성하는 데이터 저장부(152)에 연약지반의 작업 대상지역(A)의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터를 입력한다(S10).
이어서, 상기 입력된 배공도 데이터를 배공도 작업지도로 변환하여 표시부(153)에 디스플레이한다(S20).
이어서, 위치 측정수단(50)을 이용하여 상기 기준국 GPS를 구성하는 고정 GPS(70)와, 이동국 GPS를 구성하는 한쌍의 제1, 제2 이동 GPS(61,62)의 위치 좌표를 측정(S30)하고, 그 측정된 좌표 데이터와 PDB 관입장치(201)의 본체에 설치된 한쌍의 제1, 제2 이동 GPS(61,62)와 PDB 관입장치(201)의 선단에 설치된 장비의 헤딩부 위치 즉, 천공 케이싱(204) 간의 거리 및 각도를 연산하여 천공 케이싱(204)의 위치 좌표를 특정한다(S40).
이어서, 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치(201)의 천공 케이싱(204)의 위치(장비의 헤딩부 위치)를 맵핑하여 배공도 작업지도 표시점과 천공 케이싱(204)의 위치가 일치하는지를 판단한다(S50).
배공도 작업지도 표시점과 천공 케이싱(204)의 위치가 일치하면 그 위치에서 상기 PDB 관입장치(201)의 천공 케이싱(204)을 하강 관입하여 PDB(P) 관입작업을 완료(S60)하고, 위치가 불일치하면 PDB 관입장치(201)를 배공도 작업지도 표시점으로 위치 이동시킨다(S80).
단계 S60 후에는 PDB 관입장치(201)를 다음 배공도 작업지도 표시점으로 위치 이동(S70)시키거나 대기(S90)한다.
단계 S70,S80에서 PDB 관입장치(201)의 위치 이동이 있는 경우 단계 S30으로 이동하여 연약지반의 PDB 관입 대상지역(A)에 PDB(P)의 관입작업을 반복 실시할 수 있도록 한다.
이상 설명한 본 발명의 위성항법장치를 이용한 PBD 시공시스템 및 시공방법은, 예시된 도면 및 실시예에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 청구범위에 기재된 내용 및 발명의 목적을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양하게 변형실시할 수 있다.
10 - 연역지반
50 - 위치 측정수단
61 - 제1 이동 GPS
62 - 제 이동 GPS
70 - 고정 GPS
147 - 앵커
150 - 표시수단
151 - 제어부
152 - 데이터 저장부
153 - 표시부
154 - 맵핑부
155 - 입력부
201 - PDB 관입장치
204 - 천공 케이싱
P - PDB

Claims (4)

  1. PDB 관입을 위한 천공 케이싱이 설치된 PDB 관입장치와;
    상기 PDB 관입장치와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 기준국 GPS와, 상기 인공위성 및 상기 기준국 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 이동국 GPS으로 이루어진 위치 측정수단과;
    연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성항법장치를 이용한 PBD 시공시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준국 GPS와 이동국 GPS는 RTK GPS를 이용하는 것을 특징으로 하는 위성항법장치를 이용한 PBD 시공시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표시수단은, 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터를 저장하는 데이터 저장부,
    상기 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 맵핑하는 맵핑부,
    상기 연약지반의 작업 대상지역의 샘플 시추공 데이터에 기반한 배공도 상의 작업위치 표시 데이터와 상기 위치 측정수단에 기반하여 측정된 천공 케이싱의 위치좌표 데이터를 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 표시부,
    상기 위치 측정수단으로부터 정보를 입력받아 데이터 저장부, 맵핑부, 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법장치를 이용한 PBD 시공시스템.
  4. 데이터 저장부에 배공도 데이터를 입력하는 단계, 상기 배공도 데이터를 배공도 작업지도로 표시부에 디스플레이하는 단계,
    천공 케이싱이 설치된 PDB 관입장치와 소정 거리 떨어진 위치에 설치되고 인공위성과 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능한 기준국 GPS와, 상기 인공위성 및 상기 기준국 GPS와 위도 경도의 좌표 데이터의 송수신이 가능하고 상기 PDB 관입장치에 소정 간격 이격되어 설치되는 한쌍의 이동국 GPS으로 이루어진 위치 측정수단을 이용하여 상기 천공 케이싱의 위치를 특정하는 단계,
    상기 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱의 위치를 맵핑하여 상기 표시부에 디스플레이하는 단계,
    상기 배공도 작업지도 표시점과 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱의 위치가 일치하면 그 위치에서 상기 PDB 관입장치의 천공 케이싱을 관입하여 PDB 관입작업을 실시하고, 불일치하면 PDB 관입장치의 위치를 이동하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성항법장치를 이용한 PBD 시공방법.
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