KR20210060698A - System and method for evaluating load carry capacity of bridge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에 설치된 영상 획득부로부터의 영상 정보 및 차량에 설치된 가속도 측정부로부터의 진동 가속도에 기초하여 교량의 내하력을 평가하는 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for evaluating the load bearing capacity of a bridge, and more particularly, to a bridge for evaluating the load bearing capacity of a bridge based on image information from an image acquisition unit installed on a vehicle and vibration acceleration from an acceleration measurement unit installed on the vehicle. It relates to a load carrying capacity evaluation system and method.
교량은 사회간접시설물의 핵심이 되는 도로의 주요 시설물로 공용기간 동안 안정성이 확보되도록 건설된다. 교량은 시공품질이 양호하고, 구성 재료의 성질과 외적으로 작용하는 환경이 크게 변하지 않는다면, 설계 당시에 설정한 설계 수명 동안 안전하게 교량의 기능을 수행할 수 있다.Bridges are major facilities of roads that become the core of social indirect facilities, and are built to ensure stability during the period of service. If the construction quality of the bridge is good, and the properties of the constituent materials and the externally acting environment do not change significantly, the bridge function can be safely performed during the design life set at the time of design.
그러나 시간이 경과 함에 따라, 교량은 교통 환경의 변화 및 재료의 열화 등과 같은 여러 원인에 의해 손상되므로, 적절한 유지관리를 통해 수명을 연장하고 안전성을 확보하는 것이 필요하다.However, over time, the bridge is damaged by various causes such as changes in the traffic environment and deterioration of materials, so it is necessary to extend the lifespan and secure safety through proper maintenance.
교량의 안전성은 교량의 내하력 평가를 통해 확인할 수 있으며, 이러한 교량의 내하력 평가는 교량에서 측정되는 가속도에 기초하여 수행될 수 있다. 예컨대, 교량에 가속도 센서를 설치하고, 그 가속도 센서에서 측정된 진동 가속도를 이용한 가속도 신호를 통해 교량의 모드계수를 산정하며, 산정된 모드계수를 이용하여 교량의 해석모델을 개량시켜 내하력을 산정한다. The safety of the bridge can be confirmed through the load-bearing capacity evaluation of the bridge, and the load-bearing capacity evaluation of such a bridge can be performed based on the acceleration measured in the bridge. For example, an acceleration sensor is installed on the bridge, the mode factor of the bridge is calculated through the acceleration signal using the vibration acceleration measured by the acceleration sensor, and the load bearing capacity is calculated by improving the analytical model of the bridge using the calculated mode factor. .
그러나 종래에는 교량 구조물에 가속도 센서를 설치해야 하므로, 가속도 센서 설치에 따른 시간적, 공간적 제약이 많은 단점이 있다. However, in the related art, since it is necessary to install an acceleration sensor in a bridge structure, there are many disadvantages in terms of time and space limitations due to the installation of the acceleration sensor.
또한, 하천 횡단구간, 낙후 지역 등의 교량과 같이 가속도 센서를 부착할 수 없어, 차량 내부 이외 육안 조사가 불투명한 지역에서는 내하력 평가에 어려움이 있다. In addition, since it is not possible to attach an acceleration sensor such as a bridge in a river crossing section or an underdeveloped area, it is difficult to evaluate the load carrying capacity in an area where visual inspection is opaque other than inside the vehicle.
이에, 가속도 센서를 부착할 수 없는 교량에서도 내하력을 평가할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need to develop a technology capable of evaluating the load carrying capacity even in a bridge in which an acceleration sensor cannot be attached.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1966666호(교량의 내하력 평가 장치 및 방법)에 개시되어 있다. The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1966666 (a device and method for evaluating a load carrying capacity of a bridge).
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 가속도 센서를 부착할 수 없는 교량에서도 내하력을 평가할 수 있는 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention was conceived to improve the above problems, and an object according to an aspect of the present invention is to provide a load-bearing capacity evaluation system and method of a bridge capable of evaluating the load-bearing capacity even in a bridge to which an acceleration sensor cannot be attached.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 교량의 내하력 평가 시스템은, 차량에 설치되어, 영상 정보를 획득하는 영상 획득부, 상기 차량에 설치되어, 차량의 진동 가속도를 측정하는 가속도 측정부, 상기 영상 획득부로부터 입력받은 영상 정보 및 상기 가속도 측정부로부터 입력받은 진동 가속도에 기초하여 상기 교량의 변위를 산출하고, 상기 산출된 변위에 기초하여 상기 교량의 내하력을 평가하는 평가 장치를 포함한다. The load bearing capacity evaluation system of a bridge according to an aspect of the present invention includes an image acquisition unit installed in a vehicle to obtain image information, an acceleration measurement unit installed in the vehicle to measure vibration acceleration of the vehicle, and from the image acquisition unit. And an evaluation device that calculates the displacement of the bridge based on the received image information and the vibration acceleration received from the acceleration measurement unit, and evaluates the load bearing capacity of the bridge based on the calculated displacement.
본 발명에서 상기 영상 획득부 및 가속도 측정부는, 각각 획득되는 상기 차량의 위치 간 동기화가 이루어질 수 있도록, 동일한 기준 시각을 기반으로 시각이 동기화된 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the image acquisition unit and the acceleration measurement unit may be characterized in that the time is synchronized based on the same reference time so that the positions of the vehicle respectively acquired may be synchronized.
본 발명에서 상기 평가 장치는, 상기 차량이 상기 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 최대 변위를 획득하고, 상기 최대 변위를 갖는 제1 위치의 진동 가속도에 기초하여 제2 변위를 산출하며, 상기 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 보정계수를 상기 교량의 진동 가속도에 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 변위 산출부, 상기 산출된 보정계수를 이용하여 교량의 해석모델을 갱신하는 해석모델 갱신부, 상기 보정계수 및 상기 갱신된 교량의 해석모델을 이용하여 상기 교량의 내하력을 산출하는 내하력 산출부를 포함할 수 있다. In the present invention, the evaluation device obtains a maximum displacement from image information when the vehicle passes through the bridge, calculates a second displacement based on the vibration acceleration of the first position having the maximum displacement, and calculates the maximum displacement. A displacement calculation unit that calculates a correction factor by comparing the displacement and the second displacement, applies the correction factor to the vibration acceleration of the bridge to calculate the displacement of the bridge, and calculates an analysis model of the bridge using the calculated correction factor. It may include an updated analysis model update unit, a load-bearing force calculation unit for calculating the load carrying capacity of the bridge using the correction factor and the updated analysis model of the bridge.
본 발명에서 상기 변위 산출부는, 상기 차량이 상기 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 검출하고, 상기 검출된 타겟의 좌표값에 기초하여 상기 교량의 제1 변위들을 산출하며, 상기 제1 변위들 중에서 최대 변위를 획득하는 최대 변위 산출부, 상기 교량에서 상기 최대 변위를 갖는 제1 위치를 획득하고, 상기 제1 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 제2 변위를 산출하며, 상기 최대 변위와 상기 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하는 보정계수 산출부, 상기 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도에 상기 보정계수를 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 최종 변위 산출부를 포함할 수 있다. In the present invention, the displacement calculation unit detects a preset target from image information when the vehicle passes the bridge, calculates first displacements of the bridge based on the detected coordinate value of the target, and calculates the first displacement of the bridge. A maximum displacement calculation unit that obtains the maximum displacement among the 1 displacements, obtains a first position having the maximum displacement in the bridge, double-integrates the vibration acceleration of the first position to calculate a second displacement, and the maximum displacement Comprising a correction factor calculation unit for calculating a correction factor by comparing the second displacement with the second displacement, and a final displacement calculation unit for calculating the displacement of the bridge by applying the correction factor to the vibration acceleration of a position other than the first position in the bridge. I can.
본 발명에서 상기 최종 변위 산출부는, 상기 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 변위를 산출하고, 상기 산출된 변위에 상기 보정계수를 적용하여 상기 교량의 변위를 산출할 수 있다. In the present invention, the final displacement calculation unit may calculate a displacement by double-integrating the vibration acceleration of a position other than the first position in the bridge, and apply the correction factor to the calculated displacement to calculate the displacement of the bridge. .
본 발명의 다른 측면에 따른 교량의 내하력 평가 방법은, 평가 장치가, 차량에 설치된 영상 획득부 및 가속도 측정부로부터 영상 정보 및 상기 차량의 진동 가속도를 수신하는 단계, 상기 평가 장치가, 상기 영상 정보 및 차량의 진동 가속도에 기초하여 상기 교량의 변위를 산출하는 단계, 상기 평가 장치가, 상기 산출된 변위에 기초하여 상기 교량의 내하력을 산출하는 단계를 포함한다. A method for evaluating load bearing capacity of a bridge according to another aspect of the present invention includes, by an evaluation device, receiving image information and vibration acceleration of the vehicle from an image acquisition unit and an acceleration measurement unit installed in the vehicle, and the evaluation device includes the image information And calculating a displacement of the bridge based on the vibration acceleration of the vehicle, and calculating, by the evaluation device, a load bearing force of the bridge based on the calculated displacement.
본 발명은 상기 영상 정보 및 상기 차량의 진동 가속도를 수신하는 단계에서, 상기 영상 정보 및 차량의 진동 가속도는, 상기 차량의 위치 간 동기화가 이루어질 수 있도록, 동일한 기준 시각을 기반으로 시각이 동기화된 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, in the step of receiving the image information and the vibration acceleration of the vehicle, the image information and the vibration acceleration of the vehicle are synchronized based on the same reference time so that the position of the vehicle can be synchronized. It can be characterized.
본 발명에서 상기 교량의 변위를 산출하는 단계는, 상기 평가 장치가 상기 차량이 상기 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 최대 변위를 산출하는 단계, 상기 평가 장치가 상기 최대 변위를 갖는 제1 위치의 진동 가속도에 기초하여 제2 변위를 산출하고, 상기 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하는 단계, 상기 평가 장치가 상기 보정계수를 상기 교량의 진동 가속도에 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. In the present invention, the step of calculating the displacement of the bridge includes: calculating, by the evaluation device, a maximum displacement from image information when the vehicle passes through the bridge, and the evaluation apparatus is at a first position having the maximum displacement. Calculating a second displacement based on the vibration acceleration, calculating a correction coefficient by comparing the maximum displacement and the second displacement, wherein the evaluation device applies the correction coefficient to the vibration acceleration of the bridge to determine the displacement of the bridge. It may include the step of calculating.
본 발명에서 상기 최대 변위를 산출하는 단계는, 상기 평가 장치가 상기 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 검출하는 단계, 상기 평가 장치가 상기 검출된 타겟의 좌표값에 기초하여 상기 교량의 제1 변위들을 산출하고, 상기 제1 변위들 중에서 최대 변위를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. In the present invention, the calculating of the maximum displacement includes the evaluation device detecting a preset target from the image information, and the evaluation device calculating first displacements of the bridge based on the detected coordinate value of the target. And obtaining a maximum displacement among the first displacements.
본 발명은 상기 보정계수를 상기 교량의 진동 가속도에 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 단계에서, 상기 평가 장치는 상기 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 변위를 산출하고, 상기 산출된 변위에 상기 보정계수를 적용하여 상기 교량의 변위를 산출할 수 있다. In the present invention, in the step of calculating the displacement of the bridge by applying the correction factor to the vibration acceleration of the bridge, the evaluation device calculates displacement by double-integrating the vibration acceleration of the position excluding the first position in the bridge, The displacement of the bridge may be calculated by applying the correction factor to the calculated displacement.
본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법은, 차량에 설치된 영상 획득부로부터의 영상 정보 및 차량에 설치된 가속도 측정부로부터의 진동 가속도에 기초하여 교량의 내하력을 평가함으로써, 가속도 센서를 부착할 수 없는 교량에서도 내하력을 평가할 수 있다. The system and method for evaluating the load carrying capacity of a bridge according to an embodiment of the present invention include an acceleration sensor by evaluating the load carrying capacity of a bridge based on image information from an image acquisition unit installed in a vehicle and a vibration acceleration from an acceleration measurement unit installed in the vehicle. It is possible to evaluate the load-bearing capacity even in a bridge that cannot be attached.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법은, 육안조사 및 교량에 각종 센서를 설치하지 못하는 극한의 환경에서 차량 내에 설치된 최소한의 정보를 통해 교량의 상태를 간접적으로 평가할 수 있기 때문에 시간적, 공간적 장점이 있다. The system and method for evaluating the load-bearing capacity of a bridge according to another embodiment of the present invention can indirectly evaluate the state of the bridge through visual inspection and minimal information installed in the vehicle in an extreme environment where various sensors cannot be installed on the bridge. There are temporal and spatial advantages.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within a range that is apparent to a person skilled in the art from the contents to be described below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평가 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 변위 산출부를 상세히 설명한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 변위를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram schematically showing a load bearing capacity evaluation system of a bridge according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing an evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating in detail the displacement calculation unit shown in FIG. 2.
4 is an exemplary view for explaining a maximum displacement according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of evaluating load bearing capacity of a bridge according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, a system and method for evaluating a load bearing capacity of a bridge according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Further, the implementation described herein may be implemented in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), the implementation of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, an apparatus or program). The device may be implemented with appropriate hardware, software and firmware. The method may be implemented in an apparatus such as a processor, which generally refers to a processing device including, for example, a computer, microprocessor, integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, personal digital assistants (“PDAs”) and other devices that facilitate communication of information between end-users.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram schematically showing a load bearing capacity evaluation system of a bridge according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템은 영상 획득부(100), 가속도 측정부(200) 및 평가 장치(300)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a system for evaluating load bearing capacity of a bridge according to an embodiment of the present invention includes an
영상 획득부(100)는 차량에 설치되어, 영상 정보를 획득하고, 획득된 영상 정보를 평가 장치(300)로 전송한다. 즉, 영상 획득부(100)는 차량에 설치되어, 차량이 주행하는 전방 영상을 촬영하는 구성으로, 예컨대, 카메라일 수 있다. 이때, 영상 획득부(100)는 고정밀 선로 영상을 획득할 수 있다.The
또한, 영상 획득부(100)는 영상 정보 획득과 함께 영상 정보를 획득한 시간을 획득할 수 있다. 즉, 영상 획득부(100)는 차량이 교량에 진입하는 시점부터 통과 완료한 시점까지의 시간인 통과 시간을 획득할 수 있다. In addition, the
가속도 측정부(200)는 차량에 설치되어, 차량의 진동 가속도를 측정하고, 측정된 진동 가속도를 평가 장치(300)로 전송한다. 즉, 가속도 측정부(200)는 차량이 교량을 통과하는 시점의 각 지점에서의 진동 가속도를 측정한다. 교량의 상측을 지나는 차량 등에 의해서 교량은 진동하게 되는데, 차량에 설치된 가속도 측정부(200)는 이러한 진동에 의한 가속도를 측정하고, 교량에 각 지점에서의 가속도에 의한 신호를 누적할 수 있다. 여기서, 가속도 측정부(200)는 예컨대, 3축 가속도일 수 있다.The
가속도 측정부(200)는 진동 가속도 측정과 함께 측정 시간을 획득할 수 있다. 즉, 가속도 측정부(200)는 차량이 교량에 진입하는 시점부터 통과 완료한 시점까지의 시간인 통과 시간을 측정 시간으로 획득할 수 있다. The
영상 획득부(100) 및 가속도 측정부(200)는, 각각 획득되는 차량의 위치 간 동기화가 이루어질 수 있도록, 동일한 기준 시각을 기반으로 시각이 동기화될 수 있다. The
영상 획득부(100) 및 가속도 측정부(200)의 시각 동기화를 위한 레퍼런스 시각이 되는 기준 시각은 외부의 인증 서버로부터 제공되는 표준시(Standard Time)일 수 있다. 외부의 인증 서버로부터 제공되는 표준시는, 예를 들어 국내의 경우 한국표준과학연구원(KRISS: Korea Research Institue of Standards and Science) 서버로부터 제공되는 표준시를 의미할 수 있으며, 나아가 각국별 표준 기관의 인증 서버로부터 제공되는 각 국의 표준시가 채용될 수도 있다.The reference time used as a reference time for time synchronization of the
한편, 교량에는 빈번히 차량이 통과하므로, 차량이 통과함에 따라서 교량에 진동이 유발된다. 또한, 차량의 중량으로 인하여 차량이 교량을 지나가는 동안 교량에 처짐도 유발된다. 이에, 본 실시예에서는 차량이 통과할 때의 영상 정보 및 진동 가속도를 이용하여 교량의 진동 및 처짐에 의한 변위를 산출할 수 있다. On the other hand, since vehicles frequently pass through the bridge, vibrations are induced in the bridge as the vehicle passes. In addition, due to the weight of the vehicle, sagging is caused in the bridge while the vehicle is passing through the bridge. Accordingly, in this embodiment, displacement due to vibration and deflection of the bridge may be calculated using image information and vibration acceleration when the vehicle passes.
평가 장치(300)는 영상 획득부(100)로부터 입력받은 영상 정보 및 가속도 측정부(200)로부터 입력받은 진동 가속도에 기초하여 교량의 변위를 산출하고, 산출된 변위에 기초하여 교량의 내하력을 평가한다. The
평가 장치(300)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다. A detailed description of the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평가 장치를 개략적으로 나타낸 블록도, 도 3은 도 2에 도시된 변위 산출부를 상세히 설명한 블록도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 변위를 설명하기 위한 예시도이다. 2 is a block diagram schematically showing an evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram illustrating in detail the displacement calculation unit shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a block diagram illustrating a maximum displacement according to an embodiment of the present invention. It is an exemplary diagram for explanation.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평가 장치(300)는 수집부(310), 변위 산출부(320), 해석모델 갱신부(330) 및 내하력 산출부(340)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the
수집부(310)는 영상 획득부(100)로부터 영상 정보를 입력받고, 가속도 측정부(200)로부터 차량의 진동 가속도를 입력받는다. 이때, 수집부(310)는 차량이 교량에 진입하는 시점부터 통과한 시점의 시간인 통과 시간을 획득할 수 있다. The
수집부(310)는 입력받은 영상 정보 및 진동 가속도를 변위 산출부(320)로 전송한다. The
변위 산출부(320)는 차량이 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 최대 변위를 획득하고, 최대 변위를 갖는 제1 위치의 진동 가속도에 기초하여 제2 변위를 산출하며, 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하고, 보정계수를 교량의 진동 가속도에 적용하여 교량의 변위를 산출한다. The
이러한 변위 산출부(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 최대 변위 산출부(322), 보정계수 산출부(324) 및 최종 변위 산출부(326)를 포함한다. The
최대 변위 산출부(322)는 차량이 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 검출하고, 검출된 타겟의 좌표값에 기초하여 교량의 제1 변위들을 산출하며, 제1 변위들 중에서 최대 변위를 획득한다.The maximum
즉, 최대 변위 산출부(322)는 차량이 교량에 진입하는 시점부터 통과 완료한 시점까지의 영상 정보들을 누적하고, 누적된 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 각각 검출할 수 있다. 그런 후, 최대 변위 산출부(322)는 각 영상에서 타겟의 좌표값을 확인하고, 확인된 좌표값과 기 설정된 타겟 좌표값 간의 차이를 교량의 제1 변위로 산출할 수 있다. 최대 변위 산출부(322)는 제1 변위들 중에서 최대값의 변위를 선택할 수 있다. That is, the maximum
한편, 교량의 변위는 도 4에 도시된 바와 같이 중앙부에서 가장 크게 발생하므로, 최대 변수 산출부는 복수의 영상 정보 중에서 교량의 중앙부에 해당하는 영상 정보로부터 교량의 최대 변위를 산출할 수 있다. On the other hand, since the displacement of the bridge is greatest in the central portion as illustrated in FIG. 4, the maximum variable calculation unit may calculate the maximum displacement of the bridge from image information corresponding to the central portion of the bridge among a plurality of image information.
보정계수 산출부(324)는 교량에서 최대 변위를 갖는 제1 위치를 획득하고, 제1 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 제2 변위를 산출하며, 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출한다. 즉, 보정계수 산출부(324)는 교량의 제1 위치에 해당하는 진동 가속도를 이중 적분하여 교량의 진동 및 처짐에 의한 제2 변위를 산출할 수 있다. 그런 후, 보정계수 산출부(324)는 최대 변위와 제2 변위의 차이 값을 보정계수로 산출할 수 있다. The correction
최종 변위 산출부(326)는 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도에 보정계수를 적용하여 교량의 변위를 산출한다. 즉, 최종 변위 산출부(326)는 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 각 위치에서의 변위를 산출하고, 산출된 각 위치에서의 변위에 보정계수를 적용하여 각 위치에서의 변위를 산출할 수 있다. The final
다시 도 2를 참조하면, 해석모델 갱신부(330)는 변위 산출부(320)에서 산출된 교량의 변위를 이용하여 교량의 해석모델을 갱신한다. Referring back to FIG. 2, the analysis
교량의 초기 해석모델은 유한요소 해석모델(finite element analysis model)로 이루어진다. 유한요소 해석모델은 유한요소해석(Finite element analysis)을 수행하기 위한 모델으로써, 초기의 유한요소 해석모델은 내하력을 평가 또는 산정하고자 하는 교량의 설계 정보, 예를 들면 교량의 설계 스펙 등으로부터 도출될 수 있다. 유한요소 해석모델에 사용되는 계수들에는 유한요소 해석을 위해 나뉘어진 각 요소들의 단면2차 모멘트, 탄성계수, 두께, 단면의 토셔널 모멘트 등 여러가지가 있다. 유한요소 모델에 사용되는 각 요소들의 상기 계수들의 설계치는 구조물의 초기상태의 실제 계수들과는 근사할지 모르지만, 시간이 경과함에 따라 구조물에 작용하는 각종 하중과 기상 및 온도변화와 같은 환경적 요인에 의하여 영향을 받으면서 점점 구조물의 강도는 열화된다. 따라서 이러한 현재의 열화된 상태를 반영하는 유한요소 모델을 구할 수 있다면, 열화가 반영된 현재의 유한요소 모델을 이용하여 특정 하중이 특정 지점에 재하되었을 때의 처짐을 구함으로써, 실제 교량의 특정 지점에 재하차량 등을 이용하여 하중을 가하는 재하시험을 하지 않고도, 실제 재하시험 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있다는 것이 본 발명의 가장 중요한 특성 중의 하나이고, 따라서 이러한 유한요소 모델의 개선은 본 발명에 따른 교량의 내하력 산정에 있어서 가장 중요한 단계 중의 하나이다.The initial analysis model of the bridge consists of a finite element analysis model. The finite element analysis model is a model for performing finite element analysis, and the initial finite element analysis model is derived from the design information of the bridge to be evaluated or calculated, for example, the design specifications of the bridge. I can. The coefficients used in the finite element analysis model include the second-order moment of each element divided for the finite element analysis, the modulus of elasticity, the thickness, and the torsion moment of the cross-section. The design values of the coefficients of each element used in the finite element model may be close to the actual coefficients of the initial state of the structure, but are influenced by various loads acting on the structure and environmental factors such as weather and temperature changes over time. The strength of the structure gradually deteriorates as it receives. Therefore, if a finite element model that reflects the current deterioration condition can be obtained, the deflection when a specific load is loaded at a specific point using the current finite element model reflecting the deterioration is obtained at a specific point of the actual bridge. One of the most important characteristics of the present invention is that it is possible to obtain a result similar to the actual load test result without performing a load test that applies a load using a loading vehicle, etc. Therefore, the improvement of this finite element model is a bridge according to the present invention. It is one of the most important steps in the calculation of the load carrying capacity.
유한요소 모델이 현재 상태를 반영하도록 개선한다는 것은, 유한요소 모델의 계수들이 특정한 값으로 결정이 되면, 그러한 유한요소 모델 계수들에 의한 동적 특성은 유니크하게 결정된다는 특성을 이용하는 것이다. 따라서, 현재의 구조물의 동적인 특성인 고유주파수와 모드형상을 반영하는 유한요소 모델의 각 계수는 하나로 결정되게 되고, 그러한 특성을 이용하여 현재 상태의 구조물의 특성을 반영한 유한요소 모델을 구할 수 있는 것이다.The improvement of the finite element model to reflect the current state is to use the characteristic that when the coefficients of the finite element model are determined to a specific value, the dynamic characteristics by such finite element model coefficients are uniquely determined. Therefore, each coefficient of the finite element model reflecting the natural frequency and the mode shape, which are the dynamic characteristics of the current structure, is determined as one, and using such characteristics, a finite element model reflecting the characteristics of the current structure can be obtained. will be.
이러한 유한요소모델 개선을 위해서 여러가지 알고리즘을 사용할 수 있다. 이러한 알고리즘들에는 신경망 기법, 유전자 알고리즘, 다운힐 심플렉스 방법 등 있으며, 이러한 알고리즘들은 특정의 해를 구하기 위해 범용적으로 사용될 수 있는 알고리즘으로서 각종 교과서나 논문 등을 통하여 이미 공지되어 있으며, 본 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 그 자세한 내용은 교과서나 논문 등을 통하여 알 수 있으므로, 이곳에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.Various algorithms can be used to improve the finite element model. These algorithms include neural network techniques, genetic algorithms, downhill simplex methods, etc. These algorithms are known in various textbooks and papers as algorithms that can be used universally to obtain specific solutions. If you have ordinary knowledge in the field to which you belong, detailed information can be known through textbooks or thesis, so detailed descriptions will be omitted here.
내하력 산출부(340)는 보정계수 및 갱신된 교량의 해석모델을 이용하여 교량의 내하력을 산출한다. The load-bearing
교량의 내하력은 설계활하중(Pr), 내하율(RF) 및 보정계수(Kδ)를 이용하여 산출될 수 있다. 따라서, 내하력 산출부(340)는 아래 수학식 1을 이용하여 내하력을 산출할 수 있다. The load bearing capacity of the bridge can be calculated using the design live load (Pr), the bearing capacity (RF), and the correction factor (K δ ). Accordingly, the load-bearing
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Pr은 주어진 설계활하중이며, RF는 교량의 유한요소 해석모델 해석을 통해서 구해지는 값일 수 있다. Here, Pr is a given design live load, and RF may be a value obtained through finite element analysis model analysis of a bridge.
한편, 본 명세서에 개진된 평가 장치(300)는 컴퓨팅 환경(예: 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등)에 의해 구현될 수 있다. 상기 컴퓨팅 환경은 프로세서(예: 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등), 메모리(예: 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등), 자기 스토리지, 광학 스토리지 등), 입력 디바이스(예: 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 등), 출력 디바이스(예: 디스플레이, 스피커, 프린터 등) 및 통신접속(예: 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속 등)이 서로 상호접속(예: 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조, 네트워크 등)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of evaluating load bearing capacity of a bridge according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 수집부(310)는 차량이 교량을 통과할 시의 영상 정보 및 차량의 진동 가속도를 수신한다(S510). 이때, 영상 정보와 차량의 진동 가속도는 동일한 기준 시각을 기반으로 시각이 동기화된 것일 수 있다. Referring to FIG. 5, the
S510 단계가 수행되면, 변위 산출부(320)는 차량이 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 최대 변위를 획득하고(S520), 최대 변위를 갖는 제1 위치의 진동 가속도에 기초하여 제2 변위를 산출한다(S530). 즉, 변위 산출부(320)는 차량이 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 검출하고, 검출된 타겟의 좌표값에 기초하여 교량의 제1 변위들을 산출하며, 제1 변위들 중에서 최대 변위를 획득할 수 있다., 그런 후, 변위 산출부(320)는 최대 변위를 갖는 교량의 제1 위치를 획득하고, 제1 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 제2 변위를 산출할 수 있다. When step S510 is performed, the
S530 단계가 수행되면, 변위 산출부(320)는 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하고(S540), 보정계수를 교량의 진동 가속도에 적용하여 교량의 변위를 산출한다(S550). 즉, 최종 변위 산출부(326)는 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 각 위치에서의 변위를 산출하고, 산출된 각 위치에서의 변위에 보정계수를 적용하여 각 위치에서의 변위를 산출할 수 있다. When step S530 is performed, the
S550 단계가 수행되면, 해석모델 갱신부(330)는 보정계수를 이용하여 교량의 해석모델을 갱신하고(S560), 내하력 산출부(340)는 갱신된 교량의 해석모델 및 보정계수를 이용하여 교량의 내하력을 산출한다(S570). 이때, 내하력 산출부(340)는 설계활하중(Pr), 내하율(RF) 및 보정계수(Kδ)를 교량의 내하력을 산출할 수 있다. When step S550 is performed, the analysis
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법은, 차량에 설치된 영상 획득부(100)로부터의 영상 정보 및 차량에 설치된 가속도 측정부(200)로부터의 진동 가속도에 기초하여 교량의 내하력을 평가함으로써, 가속도 센서를 부착할 수 없는 교량에서도 내하력을 평가할 수 있다. As described above, the system and method for evaluating load bearing capacity of a bridge according to an embodiment of the present invention are based on image information from the
본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 내하력 평가 시스템 및 방법은, 육안조사 및 교량에 각종 센서를 설치하지 못하는 극한의 환경에서 차량 내에 설치된 최소한의 정보를 통해 교량의 상태를 간접적으로 평가할 수 있기 때문에 시간적, 공간적 장점이 있다. The system and method for evaluating the load-bearing capacity of a bridge according to another embodiment of the present invention can indirectly evaluate the state of the bridge through visual inspection and minimal information installed in the vehicle in an extreme environment where various sensors cannot be installed on the bridge. There are temporal and spatial advantages.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only illustrative, and those of ordinary skill in the field to which the technology pertains, various modifications and other equivalent embodiments are possible. I will understand.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.
100 : 영상 획득부
200 : 가속도 측정부
300 : 평가 장치
310 : 수집부
320 : 변위 산출부
322 : 최대 변위 산출부
324 : 보정계수 산출부
326 : 최종 변위 산출부
330 : 해석모델 갱신부
340 : 내하력 산출부100: image acquisition unit
200: acceleration measurement unit
300: evaluation device
310: collection unit
320: displacement calculation unit
322: maximum displacement calculation unit
324: correction coefficient calculation unit
326: final displacement calculation unit
330: analysis model update unit
340: load-bearing force calculation unit
Claims (10)
상기 차량에 설치되어, 차량의 진동 가속도를 측정하는 가속도 측정부; 및
상기 영상 획득부로부터 입력받은 영상 정보 및 상기 가속도 측정부로부터 입력받은 진동 가속도에 기초하여 상기 교량의 변위를 산출하고, 상기 산출된 변위에 기초하여 상기 교량의 내하력을 평가하는 평가 장치
를 포함하는 교량의 내하력 평가 시스템.
An image acquisition unit installed in a vehicle to obtain image information;
An acceleration measurement unit installed in the vehicle to measure vibration acceleration of the vehicle; And
An evaluation device that calculates the displacement of the bridge based on the image information input from the image acquisition unit and the vibration acceleration input from the acceleration measurement unit, and evaluates the load carrying capacity of the bridge based on the calculated displacement
Load bearing capacity evaluation system of the bridge comprising a.
상기 영상 획득부 및 가속도 측정부는, 각각 획득되는 상기 차량의 위치 간 동기화가 이루어질 수 있도록, 동일한 기준 시각을 기반으로 시각이 동기화된 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 시스템.
The method of claim 1,
The image acquisition unit and the acceleration measurement unit, the load bearing capacity evaluation system of a bridge, characterized in that the time is synchronized based on the same reference time so that the positions of the vehicle respectively acquired can be synchronized.
상기 평가 장치는,
상기 차량이 상기 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 최대 변위를 획득하고, 상기 최대 변위를 갖는 제1 위치의 진동 가속도에 기초하여 제2 변위를 산출하며, 상기 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 보정계수를 상기 교량의 진동 가속도에 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 변위 산출부;
상기 산출된 보정계수를 이용하여 교량의 해석모델을 갱신하는 해석모델 갱신부; 및
상기 보정계수 및 상기 갱신된 교량의 해석모델을 이용하여 상기 교량의 내하력을 산출하는 내하력 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 시스템.
The method of claim 1,
The evaluation device,
A maximum displacement is obtained from image information when the vehicle passes through the bridge, a second displacement is calculated based on the vibration acceleration of the first position having the maximum displacement, and the maximum displacement and the second displacement are compared. A displacement calculating unit calculating a displacement of the bridge by calculating a correction coefficient and applying the correction coefficient to the vibration acceleration of the bridge;
An analysis model update unit for updating an analysis model of the bridge using the calculated correction factor; And
And a load-bearing force calculation unit for calculating the load-bearing force of the bridge using the correction factor and the updated analysis model of the bridge.
상기 변위 산출부는,
상기 차량이 상기 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 검출하고, 상기 검출된 타겟의 좌표값에 기초하여 상기 교량의 제1 변위들을 산출하며, 상기 제1 변위들 중에서 최대 변위를 획득하는 최대 변위 산출부;
상기 교량에서 상기 최대 변위를 갖는 제1 위치를 획득하고, 상기 제1 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 제2 변위를 산출하며, 상기 최대 변위와 상기 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하는 보정계수 산출부; 및
상기 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도에 상기 보정계수를 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 최종 변위 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 시스템.
The method of claim 3,
The displacement calculation unit,
Detects a preset target from image information when the vehicle passes through the bridge, calculates first displacements of the bridge based on the detected coordinate value of the target, and obtains a maximum displacement among the first displacements A maximum displacement calculation unit;
Correction for obtaining a first position having the maximum displacement in the bridge, calculating a second displacement by double-integrating the vibration acceleration of the first position, and calculating a correction factor by comparing the maximum displacement and the second displacement Coefficient calculation unit; And
And a final displacement calculation unit that calculates the displacement of the bridge by applying the correction factor to the vibration acceleration at a location other than the first location in the bridge.
상기 최종 변위 산출부는,
상기 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 변위를 산출하고, 상기 산출된 변위에 상기 보정계수를 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 시스템.
The method of claim 4,
The final displacement calculation unit,
A load bearing capacity evaluation system of a bridge, characterized in that the displacement of the bridge is calculated by double-integrating the vibration acceleration of the position excluding the first position in the bridge to calculate the displacement, and applying the correction factor to the calculated displacement.
상기 평가 장치가, 상기 영상 정보 및 차량의 진동 가속도에 기초하여 상기 교량의 변위를 산출하는 단계; 및
상기 평가 장치가, 상기 산출된 변위에 기초하여 상기 교량의 내하력을 산출하는 단계
를 포함하는 교량의 내하력 평가 방법.
Receiving, by an evaluation device, image information and vibration acceleration of the vehicle from an image acquisition unit and an acceleration measurement unit installed in the vehicle;
Calculating, by the evaluation device, the displacement of the bridge based on the image information and the vibration acceleration of the vehicle; And
The evaluation device, calculating the load-bearing force of the bridge based on the calculated displacement
Method for evaluating the load bearing capacity of the bridge comprising a.
상기 영상 정보 및 상기 차량의 진동 가속도를 수신하는 단계에서,
상기 영상 정보 및 차량의 진동 가속도는, 상기 차량의 위치 간 동기화가 이루어질 수 있도록, 동일한 기준 시각을 기반으로 시각이 동기화된 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 방법.
The method of claim 6,
In the step of receiving the image information and the vibration acceleration of the vehicle,
The image information and the vibration acceleration of the vehicle are synchronized with each other based on the same reference time so that the positions of the vehicle can be synchronized.
상기 교량의 변위를 산출하는 단계는,
상기 평가 장치가 상기 차량이 상기 교량을 통과할 시의 영상 정보로부터 최대 변위를 산출하는 단계;
상기 평가 장치가 상기 최대 변위를 갖는 제1 위치의 진동 가속도에 기초하여 제2 변위를 산출하고, 상기 최대 변위와 제2 변위를 비교하여 보정계수를 산출하는 단계; 및
상기 평가 장치가 상기 보정계수를 상기 교량의 진동 가속도에 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 교량의 내하력 평가 방법.
The method of claim 6,
The step of calculating the displacement of the bridge,
Calculating, by the evaluation device, a maximum displacement from image information when the vehicle passes through the bridge;
Calculating, by the evaluation device, a second displacement based on the vibration acceleration of the first position having the maximum displacement, and comparing the maximum displacement and the second displacement to calculate a correction coefficient; And
And calculating, by the evaluation device, the displacement of the bridge by applying the correction factor to the vibration acceleration of the bridge.
상기 최대 변위를 산출하는 단계는,
상기 평가 장치가 상기 영상 정보로부터 기 설정된 타겟을 검출하는 단계; 및
상기 평가 장치가 상기 검출된 타겟의 좌표값에 기초하여 상기 교량의 제1 변위들을 산출하고, 상기 제1 변위들 중에서 최대 변위를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 방법.
The method of claim 8,
The step of calculating the maximum displacement,
Detecting, by the evaluation device, a preset target from the image information; And
And calculating, by the evaluation device, first displacements of the bridge based on the detected coordinate value of the target, and obtaining a maximum displacement among the first displacements.
상기 보정계수를 상기 교량의 진동 가속도에 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 단계에서,
상기 평가 장치는 상기 교량에서 제1 위치를 제외한 위치의 진동 가속도를 이중 적분하여 변위를 산출하고, 상기 산출된 변위에 상기 보정계수를 적용하여 상기 교량의 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 평가 방법.The method of claim 8,
In the step of calculating the displacement of the bridge by applying the correction factor to the vibration acceleration of the bridge,
The evaluation device calculates displacement by double-integrating vibration accelerations of positions other than the first position in the bridge, and calculating the displacement of the bridge by applying the correction factor to the calculated displacement. Assessment Methods.
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