KR20210059270A - 비탈면 붕괴 감지 시스템 - Google Patents

비탈면 붕괴 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비탈면 붕괴 감지 시스템은 관한 것으로, 보다 구체적으로 비탈면 하부에 매립되어 비탈면의 붕괴 등의 움직임 변화를 감지하는 변위 감지 모듈을 통해 비탈면의 붕괴를 3차원적으로 정확하게 모니터링할 수 있으며, 비탈면 하부에 매립되는 변위 감지 모듈의 매립 하우징의 움직임 변화뿐만 아니라 기울기 변화를 감지함으로써 단기적인 비탈면의 붕괴와 장기간 이루어지는 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감지 시스템에 관한 것이다.

Description

비탈면 붕괴 감지 시스템{Sensing System for Collapse of Slope}
본 발명은 비탈면 붕괴 감지 시스템은 관한 것으로, 보다 구체적으로 비탈면 하부에 매립되어 비탈면의 붕괴 등의 비탈면 움직임 변화를 감지하는 변위 감지 모듈을 통해 비탈면의 붕괴를 3차원적으로 정확하게 모니터링할 수 있으며, 비탈면 하부에 매립되는 변위 감지 모듈의 3차원 움직임 변화뿐만 아니라 기울기 변화를 감지함으로써 단기적인 비탈면의 붕괴와 함께 장기간 이루어지는 비탈면의 붕괴도 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 비탈면이라 함은 인위적인 절토나 성토를 통해 형성되거나 자연적인 침하로 형성되는 것으로 비탈면이 취약하여 붕괴될 경우에는 막대한 인명 및 물적 피해를 가져오게 된다.
특히, 우리나라는 산지가 많은 지형적 특성과 연평균 강우량(1300∼1500mm)의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 기후 특성 때문에 비탈면 붕괴가 자주 발생하여 해마다 인명 및 재산의 손실뿐만 아니라 사회 경제적으로도 커다란 피해를 입고 있다.
통상적으로 비탈면 붕괴를 막기 위해 그물망, 칸막이, 콘크리트타설 등의 물리적인 시공 공법이 사용되고 있었으나, 이와 같은 시공 공법을 통해서는 비탈면의 붕괴를 충분히 막을 수 없는 문제점을 가지고 있다.
이에 최근에는 비탈면의 붕괴를 사전에 감지하여 이를 예측하는 방법이 활발하게 연구 개발되고 있다. 비탈면의 붕괴를 사전에 예방하기 위한 대책으로 국내에서는 일반국도 및 고속도로 절토사면을 대상으로 현재 한국건설기술연구원과 한국도로공사의 도로연구소에서 사면 유지관리 시스템을 각각 개발 중에 있으며, 이들 비탈면 유지관리시스템은 공통적으로 위험 사면 분포현황 조사, 사면 조사 및 안정해석 수행, 대책공법 수립, 그리고 사면 자료에 대한 데이터베이스 구축 등을 근간으로 개발되고 있다.
비탈면의 붕괴를 사전에 예측하는 비탈면 붕괴 감지 시스템은 다수의 파일을 비탈면에 박고 각 파일의 상부를 와이어로 연결하여 와이어의 변형을 실시간으로 계측하여 비탈면의 붕괴 조짐을 예측하는 방법이 일반적으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 이러한 비탈면 붕괴 감지 시스템은, 비탈면의 지표 변화만을 관측할 수 있을 뿐 비탈면의 지중 변화는 전혀 감지할 수 없어 비탈면 붕괴 가능성을 정확하게 예측할 수 없는 문제가 있다.
특히, 비탈면은 일반적으로 심도가 깊은 층에 암반층이 형성되고, 암반층의 상부에 토사층이 적층된 형태로 이루어지는데, 비탈면의 붕괴는 토사층이 붕괴되는 형태로 일어난다. 따라서, 비탈면의 지표 변화뿐만 아니라 토사층에 대한 3차원적인 지중 변화를 측정하여 비탈면 붕괴 가능성을 예측하는 것이 예측 정확도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 따라서 이러한 3차원적인 지중 변화를 감지할 수 있는 감지 시스템이 절실히 요구되고 있다.
또한, 비탈면의 지표면에 외부 노출되게 설치되는 파일의 경우, 산짐승의 충돌 또는 바람이나 나무와 같은 외부 요인에 의한 하중에 의해 파일의 변화가 발생할 수 있고 이로 인해 실제 비탈면의 지표 변화를 정확하게 감지하지 못하는 등의 문제가 있다.
국내등록특허 제10-1457649호
본 발명은 위에서 언급한 종래 비탈면 붕괴 감지 시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 비탈면 하부에 매립되어 비탈면의 붕괴 등의 움직임 변화를 감지하는 변위 감지 모듈을 통해 비탈면의 붕괴를 3차원적으로 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 비탈면 하부에 매립되는 변위 감지 모듈의 움직임 변화뿐만 아니라 기울기 변화를 통해 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 비탈면 하부에 매립되는 매립 하우징의 순간적인 움직임 변화뿐만 아니라 평균적인 움직임 변화를 함께 고려하여 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 비탈면 하부에 매립되는 매립 하우징의 단기간 움직임 변화뿐만 아니라 매립 하우징의 장기간 기울기 변화를 고려하여 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 변위 감지 모듈의 매립 하우징을 비탈면 하부에 매립 완료하는 시점에 비탈면 하부의 토사층에 매립된 매립 하우징의 기울기에 맞추어 매립 하우징의 기울기를 초기화하여 비탈면의 기울기 변화를 정확하게 모니터링할 수 있는 비탈면 붕괴 감시 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 비탈면 하부에 매립되는 매립 하우징과 비탈면 상부에 배치되는 변위 감지 모듈을 연결하는 연결대의 일부를 주름관으로 형성하여 비탈면 상부에 배치되는 변위 감지 모듈이 짐승, 사람, 나무, 바위 등에 의해 비탈면 움직임과 무관하게 움직이더라도 비탈면 하부에 매립된 3축 가속도 센서 또는 기울기 센서에 영향을 미치지 않도록 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 비탈면 하부에 매립 설치되어 비탈면의 붕괴 상태를 감지하며 비탈면의 붕괴 상태에 기초하여 알람 신호를 생성하는 변위 감지 모듈과, 비탈면 하부에 매립 설치된 변위 감지 모듈로부터 변위 감지 모듈의 이동 변화 정보를 수신하거나 상기 알람 신호를 수신하여 중계하는 중계기와, 이동 변화 정보를 수신하여 이동 변화 정보를 저장 관리하며 알람 신호에 기초하여 관리자에 알람 메시지를 제공하는 중앙 관리 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 모듈은 비탈면 하부의 토사층에 매립되는 매립 하우징과, 매립 하우징 내부에 배치되며 매립 하우징의 3차원 움직임 또는 기울기를 측정하는 3축 가속도 센서와, 측정한 3차원 움직임 정보 또는 기울기 정보를 중계기로 송신하는 통신부와, 비탈면의 상부에 설치되어 변위 감지 모듈의 동작 전원을 제공하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 모듈은 매립 하우징의 움직임 변화를 판단하거나 매립 하우징의 기울기 변화를 판단하는 모듈 판단부를 더 포함하며, 모듈 판단부는 매립 하우징의 움직임 변화 또는 매립 하우징의 기울기 변화에 기초하여 실시간으로 알람 신호를 생성하여 중계기를 통해 중앙 관리 서버로 송신하는 것을 특징으로 한다.
여기서 모듈 판단부는 매립 하우징이 비탈면의 토사층에 매립되는 시점에 매립 하우징의 기울기를 초기화 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서 모듈 판단부는 전원 공급부로부터 전원이 공급되는 시점을 매립 하우징이 비탈면의 토사층에 매립되는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에서 모듈 판단부는 초기화 신호를 수신하는 시점을 매립 하우징이 비탈면의 토사층에 매립되는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
여기서 전원 공급부는 태양광 패널을 통해 전원을 생성하며, 생성한 전원을 변위 감지 모듈의 동작 전원으로 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 모듈 판단부는 매립 하우징에 가해진 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우 단기 알람 신호를 생성하고, 단기 알람 신호를 중앙 관리 서버로 실시간으로 송신하며, 중앙 관리 서버는 단기 알람 신호에 기초하여 단기 알람 메시지를 설정한 관리자 단말기로 송신하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 모듈 판단부는 제1 단위시간 동안 매립 하우징에 가해진 충격량 변화의 평균값을 계산하며, 계산한 충격량 변화의 평균값이 제3 임계값을 초과하며 동시에 최근에 측정한 매립 하우징에 가해진 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우 단기 알람 신호를 생성하고 단기 알람 신호를 중앙 관리 서버로 실시간으로 송신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모듈 판단부는 제2 단위시간 동안 매립 하우징의 기울기 변화가 제2 임계값을 초과하는 경우 장기 알람 신호를 생성하고 장기 알람 신호를 중앙 관리 서버로 실시간으로 송신하며, 중앙 관리 서버는 장기 알람 신호에 기초하여 장기 알람 메시지를 설정한 관리자 단말기로 송신하는 것을 특징으로 한다.
중앙 관리 서버는 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 수신하는 경우 변위 감지 모듈에 인접한 주변 변위 감지 모듈을 그룹화하며, 그룹화된 변위 감지 모듈 중 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 송신한 변위 감지 모듈과 동일한 패턴의 변위를 가지는 변위 감지 모듈이 설정된 수 이상으로 존재하는 경우 단기 경보 메시지 또는 장기 경보 메시지를 관리자 단말기로 송신하는 것을 특징으로 한다.
여기서 변위 감지 모듈은 저전력 광역통신(LoRa,Long Range) 방식으로 이동 변화 정보를 중계기로 송신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 다음과 같은 다양한 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 비탈면 하부에 매립되어 비탈면의 붕괴 등의 움직임 변화를 감지하는 변위 감지 모듈을 통해 비탈면의 붕괴를 3차원적으로 정확하게 모니터링할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 비탈면 하부에 매립되는 변위 감지 모듈의 매립 하우징의 움직임 변화뿐만 아니라 기울기 변화를 감지함으로써, 단기적인 비탈면의 붕괴와 장기간 이루어지는 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 비탈면 하부에 매립되는 매립 하우징의 순간적인 움직임 변화뿐만 아니라 평균적인 움직임 변화를 함께 고려함으로써, 일시적인 움직임 또는 동작 오류와 구별되는 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 변위 감지 모듈의 매립 하우징을 비탈면 하부에 매립 완료하는 시점에 비탈면 하부의 토사층에 매립된 매립 하우징의 기울기에 맞추어 매립 하우징의 기울기를 초기화함으로써, 비탈면의 기울기 변화를 정확하게 모니터링할 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템은 비탈면 하부에 매립되는 매립 하우징과 비탈면 상부에 배치되는 변위 감지 모듈을 연결하는 연결대의 일부를 주름관으로 형성함으로써, 비탈면 상부에 배치되는 변위 감지 모듈이 짐승, 사람, 나무, 바위 등에 의해 의도하지 않게 움직이더라도 비탈면 하부에 매립된 3축 가속도 센서 또는 기울기 센서에 영향을 미치지 않으며 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에서 변위 감지 모듈의 배치 예를 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 변위 감지 모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 변위 감지 모듈의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템의 중앙 관리 서버에서 단기 경보를 발생하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템의 중앙 관리 서버에서 장기 경보를 발생하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에서 단기 경보를 발생하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에서 장기 경보를 발생하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 네트워크(50)에는 다수의 중계기(R1, R2, R3), 관리자 단말기(30) 및 중앙 관리 서버(70)가 접속되어 있다.
여기서 중계기는 변위 감지 모듈에서 감지한 매립 하우징의 3차원 움직임 정보 또는 매립 하우징의 기울기 정보를 중앙 관리 서버(70)로 송신하는데, 각 중계기(R1, R2, R3)는 다수의 변위 감지 모듈(100)로 이루어진 각 감지 그룹(G1, G2, G3)에서 측정한 매립 하우징의 3차원 움직임 정보 또는 매립 하우징의 기울기 정보를 중앙 관리 서버(70)로 송신한다. 즉, 제1 감지 그룹(G1)에 속한 각 변위 감지 모듈은 측정한 매립 하우징의 3차원 움직임 정보 또는 매립 하우징의 기울기 정보를 제1 중계기(R1)로 송신하며, 제1 중계기(R1)는 실시간으로 또는 주기적으로 매립 하우징의 3차원 움직임 정보 또는 매립 하우징의 기울기 정보를 중앙 관리 서버(70)로 송신한다. 여기서 매립 하우징의 3차원 움직임 정보는 매립 하우징의 가속도 정보 또는 충격량 정보인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 변위 감지 모듈(100)에서 중계기(R)로 송신되는, 매립 하우징의 3차원 움직임 정보 및 매립 하우징의 기울기 정보를 구비하는 변위 메시지에는 변위 감지 모듈(100)을 식별하기 위한 식별자가 포함되는데, 중앙 관리 서버(70)는 식별자를 통해 변위 감지 모듈(100)별 움직임 정보 또는 기울기 정보를 판단하게 된다.
바람직하게, 변위 감지 모듈(100)과 중계기(R) 사이의 통신은 저전력 광역통신(LoRa,Long Range) 방식으로 수행되는데, 이를 통해 넓은 범위에 분포된 변위 감지 모듈(100)로부터 변위 메시지를 수신하여 비탈면의 붕괴 여부를 광범위에서 정확하게 모니터링할 수 있다.
중앙 관리 서버(70)는 중계기(R1, R2, R3)로부터 수신한 변위 메시지에 기초하여 비탈면의 붕괴 상태를 실시간으로 모니터링하는데, 중앙 관리 서버(70)는 매립 하우징의 충격량 변화가 임계값을 초과하는 경우 단기 경보를 발생할 수 있다.
그러나 제1 단위 시간 동안의 매립 하우징의 충격량 변화가 일시적인 동작 오류 또는 일시적인 충격에 의해 제1 임계값을 초과할 수 있으므로, 바람직하게 중앙 관리 서버(70)는 일정 시간 동안 연속하여 측정한 다수의 과거 충격량 변화의 평균값을 계산하며, 계산한 충격량 변화의 평균값이 임계값을 초과하며 동시에 최근에 측정한 매립 하우징의 충격량 변화가 임계값을 초과하는 경우 단기 경보를 발생할 수 있다.
한편 중앙 관리 서버(70)는 제2 단위시간 동안 매립 하우징의 기울기 변화가 임계값을 초과하는 경우 장기 경보를 발생할 수 있다. 여기서 제2 단위시간은 제1 시간보다 긴 것을 특징으로 하는데, 예를 들어 제1 단위시간은 0.1초이며 제2 단위시간은 1시간인 것을 특징으로 하며 본 발명이 적용되는 분야에 따라 제1 단위시간과 제2 단위시간은 상이하게 설정할 수 있다.
중앙 관리 서버(70)는 단기 경보 또는 장기 경보가 발생하는 경우, 설정된 관리자 단말기(30)로 단기 경보 메시지 또는 장기 경보 메시지를 송신하는데, 관리자는 단기 경보 메시지 또는 장기 경보 메시지에 기초하여 비탈면 붕괴가 예상되는 지역의 도로 통제 또는 접근 통제를 수행할 수 있다.
본 발명이 적용되는 분야에 따라 변위 감지 모듈(100)에서 매립 하우징의 충격량 변화, 충격량 변화의 평균값 또는 기울기 변화값을 모니터링하며, 매립 하우징의 충격량 변화, 충격량 변화의 평균값 또는 기울기 변화값에 기초하여 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 생성하고, 생성한 단기 알람 신호 또는 장지 알람 신호를 중계기를 통해 중앙 관리 서버(70)로 송신할 수 있다. 이를 통해 중앙 관리 서버(70)에서 모든 변위 감지 모듈(100)로부터 움직임 변화 정보 또는 기울기 변화 정보를 수신하여 관리함으로 인한 과부하를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에서 변위 감지 모듈의 배치 예를 설명한 도면이다.
도 2를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 비탈면(10)은 심층에 암반층(11)이 존재하고 암반층(11)의 상부에 토사층(12)이 적층되는 형태로 이루어지며, 비탈면 붕괴는 일반적으로 토사층(12)의 붕괴에 의해 발생한다. 여기서 변위 감지 모듈(100)은 토사층(12)의 이동 상태를 감지할 수 있도록 암반층(11)이 아닌 토사층(12)에 고정되게 매립 설치된다.
비탈면(10)의 토사층(12)에는 다수의 변위 감지 모듈(100)이 가로 및 세로 방향을 따라 배치되는데, 예를 들어 다수의 변위 감지 모듈(100)이 비탈면(10)의 경사방향을 따라 배치될 수 있다.
여기서 변위 감지 모듈(100)은 태양광 패널(191)을 통해 변위 감지 모듈(100)이 동작하는데 필요한 전원을 생성하는데, 비탈면의 움직임 변화를 측정하는 3축 가속도 센서나 기울기 센서를 내부에 구비하는 매립 하우징(101)과 태양광 패널(191)은 서로 연결대(103)를 통해 연결되어 있다.
따라서 매립 하우징(101)은 비탈면(10) 하부의 토사층(12)에 매립되며 연결대(103)를 통해 비탈면(10) 상부에 배치된 태양광 패널(191)로부터 변위 감지 모듈(100)을 구동하는데 필요한 전원을 제공받는다.
다수의 변위 감지 모듈(100)은 각각 매립 하우징(101)의 3차원 움직임 정보를 측정하거나 매립 하우징(101)의 기울기 정보를 측정하며, 측정한 3차원 움직임 정보와 기울기 정보를 구비하는 변위 메시지를 생성하고 생성한 변위 메시지를 중계기(R)로 송신한다.
도 3은 본 발명에 따른 변위 감지 모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 변위 감지 모듈은 매립 하우징(101), 태양광 패널(191) 및 외부 하우징(109)을 구비하고 있다. 여기서 매립 하우징(101)과 태양광 패널(191)은 연결대(103)을 통해 고정 연결되거나 매립 하우징(101)과 외부 하우징(109)은 연결대(103)을 통해 고정 연결되어 있다.
연결대(103) 내부에는 길이 방향으로 관통되어 내부 공간이 형성되어 있으며, 내부 공간에는 매립 하우징(101)에 구비된 전자장비와 외부 하우징(109)에 구비된 전자장비를 서로 연결하는 전원 케이블 또는 통신 케이블(107)이 배치된다.
여기서 매립 하우징(101)은 비탈면 하부의 토사층에 매립되는데, 매립 하우징(101)을 비탈면 하부에 매립시 매립 하우징(101)에 연결된 연결대(103)는 비탈면의 경계(E)를 관통하여 비탈면 외부에 배치되는 태양광 패널(191) 또는 외부 하우징(109)과 고정 연결된다.
매립 하우징(101)의 내부 공간에는 매립 하우징(101)의 움직임 또는 기울기를 감지하기 위한 센서가 배치되는데, 예를 들어 매립 하우징(101)의 내부 공간에는 매립 하우징(101)의 3차원 움직임을 측정하거나 기울기를 측정하는 3축 가속도 센서가 배치된다. 매립 하우징(101) 내부 공간에 배치되는 센서는 케이블(103)을 통해 외부로부터 전원을 공급받으며 매립 하우징(101) 내부 공간에 배치되는 센서에서 측정한 움직임 정보 또는 기울기 정보는 케이블(103)을 통해 외부로 전달된다.
외부 하우징(109)에는 태양광 패널(191)에서 생성된 전원을 저장하거나 저장한 전원을 동작 전원으로 제공하며, 센서로부터 수신한 정보를 실시간으로 또는 주기적으로 중계기로 전송하는 전자부품이 배치된다.
바람직하게 매립 하우징(101)과 외부 하우징(109) 또는 태양광 패널(191)을 연결하는 연결대(103)의 일 부분은 주름관(105)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는데, 연결대(103)의 일 부분을 주름관(105)으로 형성함으로써 비탈면의 외부에 배치된 태양광 패널(191) 또는 외부 하우징(109)이 동물이나 나무 또는 바람 등에 의해 움직이더라도 비탈면 하부에 매립된 매립 하우징(101)으로 태양광 패널(191) 또는 외부 하우징(109)의 움직임 전달을 주름관(105)에 의해 차단한다. 따라서 비탈면 내부에 존재하는 토사층의 움직임 변화를 3차원적으로 판단하여 비탈면의 붕괴를 정확하게 모니터링할 수 있다.
이하에서 설명하는 도 4는 본 발명에 따른 변위 감지 모듈의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도인데, 바람직하게 매립 하우징(101)에는 가속도 센서(110)만이 배치되며, 나머지 구성요소는 외부 하우징(109)에 배치되는 것을 특징으로 한다. 외부 하우징(109)은 비탈면 외부에 노출되어 있어 비탈면 하부에 매립되는 매립 하우징(101)에 비하여 관리자의 접근성이 용이한데, 가속도 센서(100)를 제외한 나머지 구성요소를 모두 외부 하우징(109)에 배치함으로써 관리자는 변위 감지 모듈에서 동작 오류가 발생하거나 고장난 구성요소가 존재하는 경우 외부 하우징(109)을 통해 쉽게 유지 보수가 가능하다.
도 4를 참고로 본 발명에 따른 변위 감지 모듈을 보다 구체적으로 살펴보면, 3축 가속도 센서(110)는 매립 하우징 내부에 배치되어 매립 하우징의 3차원 움직임 변화를 측정하거나 매립 하우징 내부에 배치되어 매립 하우징의 기울기 변화를 측정한다.
통신부(170)는 가속도 센서(110)에서 측정한 3차원 움직임 정보 및 기울기 정보를 실시간 또는 주기적으로 중계기로 송신한다. 여기서 통신부(170)는 근거리 또는 원거리 통신 방식을 통해 움직임 정보 및 기울기 정보를 중계기로 송신하는데, 바람직하게 통신부(170)는 저전력 광역통신(LoRa,Long Range) 방식을 통해 움직임 정보 및 기울기 정보를 중계기로 송신한다.
여기서 통신부(170)는 움직임 정보 또는 기울기 정보를 중계기로 송신시, 변위 감지 모듈에 할당된 식별자를 함께 중계기로 송신할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 변위 감지 모듈은 모듈 판단부(150)를 더 포함할 수 있는데, 모듈 판단부(150)는 매립 하우징의 움직임 변화를 판단하거나 하우징의 기울기 변화를 판단하며, 매립 하우징의 움직임 변화가 제1 임계값을 초과하거나 단위시간 동안 매립 하우징의 기울기 변화가 제2 임계값을 초과하는 경우 즉시 움직임 정보 또는 기울기 정보와 함께 알람 신호를 중계기를 통해 중앙 관리 서버로 송신 제어할 수 있다. 여기서 알람 신호에는 비탈면의 움직임이 정상 범위를 벗어남을 알리기 위한 정보가 포함되어 있다.
전원 공급부(190)는 변위 감지 모듈을 구성하는 3축 가속도 센서(110), 모듈 판단부(150) 및 통신부(170)에 필요한 전원을 공급하는데, 전원 공급부(190)는 태양광 패널과 배터리를 구비하여 태양광 패널을 통해 전원을 생성하여 3축 가속도 센서(110), 모듈 판단부(150) 및 통신부(170)에 필요한 전원을 공급하며 잉여 전원은 배터리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 가속도 센서(110)는 매립 하우징이 비탈면 하부에 매립된 기울기값으로 초기화되는데, 가속도 센서(110)는 초기화 이후 비탈면 하부의 토사층의 기울기 변화를 측정하게 된다. 여기서 기울기 센서(110)는 전원 공급부(190)를 통해 전원을 공급받는 시점에 기울기를 초기화하거나, 통신부(170)를 통해 외부로부터 초기화 신호를 수신하는 경우 초기화 신호에 기초하여 기울기를 초기화한다.
도 5는 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템의 중앙 관리 서버에서 단기 경보를 발생하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 중계기로부터 다수의 변위 감지 모듈(100)별 3차원 가속도 정보와 기울기 정보를 구비하는 변위 메시지를 수신한다(S110). 최근 수신한 변위 메시지에 기초하여 제1 단위시간 동안 측정한 매립 하우징의 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는지 판단한다(S130). 제1 단위시간 동안 측정한 매립 하우징의 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우, 최근 변위 메시지를 수신하기 이전 과거 일정 시간 동안 연속하여 수신한 변위 메시지에 구비된 충격량 변화의 평균값을 계산하여 매립 하우징의 충격량 변화의 평균값이 제3 임계값을 초과하는지 판단한다(S150). 최근 변위 메시지로부터 판단한 매립 하우징의 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하고 과거 변위 메시지로부터 판단한 매립 하우징의 충격량 변화의 평균값이 제3 임계값을 초과하는 경우 단기 경보를 발생하며 단기 경보가 발생한 경우 단기 경보 메시지를 생성하여 설정된 관리자 단말기로 송신한다(S190).
본 발명이 적용되는 분야에 따라 제1 단위시간 동안 매립 하우징의 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우 즉시 단기 경보를 발생하고, 단기 경보 메시지를 설정한 관리자 단말기로 송신할 수 있다. 그러나 변위 감지 모듈의 일시적인 동작 오류 또는 동물이나 바람 등에 의한 일시적인 움직임 변화로 불필요한 단기 경보가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 제1 단위시간 간격으로 측정한, 다수의 과거 충격량 변화의 평균값을 계산하며, 계산한 충격량 변화의 평균값이 제3 임계값을 초과하며 동시에 최근에 측정한 제1 단위시간 동안의 매립 하우징의 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우 단기 경보를 발생할 수 있다.
바람직하게, 단기 경보가 발생한 변위 감지 모듈에 인접한 주변 변위 감지 모듈을 그룹화하며, 그룹화된 변위 감지 모듈 중 단기 경보가 발생한 변위 감지 모듈과 동일한 충격량 변화 패턴을 가지는 주변 변위 감지 모듈이 설정된 수 이상으로 존재하는지 판단하며(S170), 설정된 수 이상으로 동일한 충격량 변화 패턴을 가지는 주변 변위 감지 모듈이 존재하는 경우 단기 경보 메시지를 관리자 단말기로 송신할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템의 중앙 관리 서버에서 장기 경보를 발생하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 중계기로부터 다수의 변위 감지 모듈별 충격량 변화 정보와 기울기 정보를 구비하는 변위 메시지를 수신한다(S210). 최근 수신한 변위 메시지에 기초하여 제2 단위시간 동안 측정한 매립 하우징의 기울기 변화가 제2 임계값을 초과하는지 판단한다(S230). 제2 단위시간 동안 측정한 매립 하우징의 기울기 변화가 제2 임계값을 초과하는 경우 장기 경보를 발생하며 장기 경보가 발생한 경우 장기 경보 메시지를 생성하여 설정된 관리자 단말기로 송신한다(S270).
바람직하게, 장기 경보가 발생한 변위 감지 모듈에 인접한 주변 변위 감지 모듈을 그룹화하며, 그룹화된 변위 감지 모듈 중 장기 경보가 발생한 변위 감지 모듈과 동일한 기울기 변화 패턴을 가지는 주변 변위 감지 모듈이 설정된 수 이상으로 존재하는지 판단하며(S250), 설정된 수 이상으로 동일한 기울기 변화 패턴을 가지는 주변 변위 감지 모듈이 존재하는 경우 장기 경보 메시지를 관리자 단말기로 송신할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에서 단기 경보를 발생하는 일 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 비탈면 붕괴 감지 시스템에서 장기 경보를 발생하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이 일시적인 충격량 변화와 설정된 시간 동안의 충격량 변화의 평균값, 즉 매립 하우징에 가해지는 일시적인 충격량 변화와 평균적인 충격량 변화에 기초하여 단기 경보를 발생하며, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 설정된 단위 시간 동안 매립 하우징의 기울기 변화에 기초하여 장기 경보를 발생하게 된다.
위에서 도 5 내지 도 8은 중앙 관리 서버에서 변위 감지 모듈로부터 매립 하우징의 움직임 정보(충격량 정보)와 기울기 정보를 수신하여 중앙 관리 서버에서 단기 경보 또는 장기 경보를 발생하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 변위 감지 모듈이 3축 가속도 센서로부터 측정한 데이터에 기초하여 직접 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 생성하고 생성한 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 중앙 관리 서버로 송신할 수 있는데, 중앙 관리 서버는 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 수신하는 경우 설정한 관리자 단말기로 단기 알람 메시지 또는 장기 알람 메시지를 송신할 수 있다.
이러한 경우 변위 감지 모듈은 주기적으로 매립 하우징의 움직임 정보 또는 기울기 정보를 중앙 관리 서버로 송신할 수 있는데, 중앙 관리 서버는 변위 감지 모듈을 통해 수신한 움직임 정보 또는 기울기 정보에 기초하여 변위 감지 모듈의 정상적인 동작 상태를 판단할 수 있다. 즉 중앙 관리 서버는 주기적으로 변위 감지 모듈로부터 움직임 정보 또는 기울기 정보를 수신함으로써, 변위 감지 모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
30: 관리자 단말기 50: 네트워크
70: 중앙 관리 서버 100: 변위 감지 모듈
110: 가속도 센서
150: 모듈 판단부 170: 통신부
190: 전원 공급부

Claims (12)

  1. 비탈면 하부에 매립 설치되어 비탈면의 붕괴 상태를 감지하며, 비탈면의 붕괴 상태에 기초하여 알람 신호를 생성하는 변위 감지 모듈;
    비탈면 하부에 매립 설치된 상기 변위 감지 모듈로부터 상기 변위 감지 모듈의 이동 변화 정보를 수신하거나 상기 알람 신호를 수신하여 중계하는 중계기; 및
    상기 이동 변화 정보를 수신하여 상기 이동 변화 정보를 저장 관리하며 상기 알람 신호에 기초하여 관리자에 알람 메시지를 제공하는 중앙 관리 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변위 감지 모듈은
    상기 비탈면 하부의 토사층에 매립되는 매립 하우징;
    상기 매립 하우징 내부에 배치되며, 상기 매립 하우징의 3차원 움직임 또는 기울기를 측정하는 3축 가속도 센서;
    상기 측정한 3차원 움직임 정보 또는 기울기 정보를 상기 중계기로 송신하는 통신부; 및
    상기 비탈면의 상부에 설치되어 상기 변위 감지 모듈의 동작 전원을 제공하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 변위 감지 모듈은
    단위시간 동안 상기 매립 하우징의 움직임 변화를 판단하거나 단위시간 동안 상기 매립 하우징의 기울기 변화를 판단하는 모듈 판단부를 더 포함하며,
    상기 모듈 판단부는 단위시간 동안 상기 매립 하우징의 움직임 변화 또는 상기 매립 하우징의 기울기 변화에 기초하여 실시간으로 알람 신호를 생성하여 상기 중계기를 통해 상기 중앙 관리 서버로 송신하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 모듈 판단부는
    상기 매립 하우징이 상기 비탈면의 토사층에 매립되는 시점에 상기 매립 하우징의 기울기를 초기화 설정하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 모듈 판단부는
    상기 전원 공급부로부터 전원이 공급되는 시점을 상기 매립 하우징이 상기 비탈면의 토사층에 매립되는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 모듈 판단부는
    초기화 신호를 수신하는 시점을 상기 매립 하우징이 상기 비탈면의 토사층에 매립되는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전원 공급부는
    태양광 패널을 통해 전원을 생성하며, 생성한 전원을 상기 변위 감지 모듈의 동작 전원으로 제공하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 모듈 판단부는
    상기 매립 하우징에 가해진 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우 단기 알람 신호를 생성하고, 단기 알람 신호를 상기 중앙 관리 서버로 실시간으로 송신하며,
    상기 중앙 관리 서버는 상기 단기 알람 신호에 기초하여 단기 알람 메시지를 설정한 관리자 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 모듈 판단부는
    제1 단위시간 동안 상기 매립 하우징에 가해진 충격량 변화의 평균값을 계산하며, 계산한 충격량 변화의 평균값이 제3 임계값을 초과하며 동시에 최근에 측정한 상기 매립 하우징에 가해진 충격량 변화가 제1 임계값을 초과하는 경우 단기 알람 신호를 생성하고 단기 알람 신호를 상기 중앙 관리 서버로 실시간으로 송신하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 모듈 판단부는
    제2 단위시간 동안 상기 매립 하우징의 기울기 변화가 제2 임계값을 초과하는 경우 장기 알람 신호를 생성하고 장기 알람 신호를 상기 중앙 관리 서버로 실시간으로 송신하며,
    상기 중앙 관리 서버는 상기 장기 알람 신호에 기초하여 장기 알람 메시지를 설정한 관리자 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 중앙 관리 서버는
    상기 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 수신하는 경우 변위 감지 모듈에 인접한 주변 변위 감지 모듈을 그룹화하며,
    그룹화된 변위 감지 모듈 중 상기 단기 알람 신호 또는 장기 알람 신호를 송신한 변위 감지 모듈과 동일한 패턴의 변위를 가지는 변위 감지 모듈이 설정된 수 이상으로 존재하는 경우 상기 단기 경보 메시지 또는 상기 장기 경보 메시지를 상기 관리자 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 변위 감지 모듈은 저전력 광역통신(LoRa,Long Range) 방식으로 이동 변화 정보를 상기 중계기로 송신하는 것을 특징으로 하는 비탈면 붕괴 감지 시스템.
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