KR20220037088A - 항타 분석 시스템 및 이를 이용한 항타 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파일(pile)의 일측에 위치하는 제1마커; 상기 파일의 일측에 위치하며, 상기 제1마커로부터 수직 방향으로 기준거리만큼 이격되어 상기 위치하는 제2마커; 항타 실험이 진행되는 동안의 상기 제1마커 및 상기 제2마커를 촬영하여 동영상을 획득하는 영상수집유닛을 구비한 측정장치; 및 상기 영상수집유닛이 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하고, 상기 기준거리를 이용하여 상기 동영상 내에서 상기 제1마커의 움직임을 실측 변위값으로 분석하는 제어부;를 포함하는 항타 분석 시스템에 관한 것이다.

Description

항타 분석 시스템 및 이를 이용한 항타 분석 방법{ PILE DRIVING ANALYSIS SYSTEM AND PILE DRIVING ANALYSIS METHOD USING THE SAME}

본 발명은 항타 분석 방법으로서, 구체적으로 파일(pile)에 마커를 설치하고 영상수집유닛을 통해 항타 과정에 관한 영상정보를 수집하여 분석함으로써 항타 시점, 리바운드량 및 관입량을 알 수 있는 항타 분석 방법에 관한 것이다.

건축, 토목, 플랜트 구조물의 대형화와 연약지반의 개발에 따라 깊은 기초 형식의 말뚝, 즉 파일(Pile)이 사용되고 있다. 파일은 구조물의 하중을 지지하기 때문에, 시공시 파일의 지지력이 설계 지지력과 동일하게 나오는지 확인하는 것이 매우 중요하다.

시공시 파일의 지지력을 측정하는 대표적인 방법으로는 동재하 시험이 있다. 하지만 시공될 모든 파일에 대하여 동재하 시험을 실시하여 지지력을 확인하고 시공 관리하는 것은 불가능하다. 따라서 모든 파일에 대하여 동재하 시험을 하는 것이 아니라, 대표적인 시항타 파일을 선정하여 동재하 시험을 실시하고. 동재하 시험을 기준으로 설계 지지력을 발휘할 수 있는 최종 파일 관입 시점을 결정한다.

최종 관입 시점의 최종 관입량을 토대로 나머지 파일들에 대해서는 파일 관입량 측정(이하 항타분석)을 수행한다. 최종 관입 시점의 최종 관입량을 나머지 파일들에 대한 시공 관리 기준으로 적용하는 것이다. 예컨대, 시공 관리 기준으로 "최종 10회 항타에 대하여 최종 관입량 4mm/1회 이내일 것"과 같이 결정하는 것이다. 따라서 항타 시에 파일의 최종 관입량을 정확히 측정하는 것도 매우 중요하며, 항타 분석 시에 각각의 항타에 따른 관입량을 정확히 측정하는 것도 매우 중요하다.

종래에는 도1과 같이 해머가 파일을 항타 할 때 그 아래에서 작업자가 직접 파일의 거동을 측정하였다. 파일에 작업자가 그래프지를 부착한 다음, 펜(pen)을 그래프지의 일 위치에 둔 상태에서 항타하여 도2와 같은 결과를 얻는 것이다. 이러한 종래의 방식은 작업자가 위험에 노출될 뿐만 아니라, 작업자의 숙련도에 따라서 결과가 크게 좌지우지되는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해 레이저를 이용하거나 여러대의 카메라를 이용하는 방법이 제안되었다. 하지만 실제 현장은 작업 환경이 열악하여 여러대의 카메라를 이용하는 방법을 이용하는 것이 실질적으로 불가능하거나, 너무 오랜 시간이 걸리는 문제가 있다. 더욱이 각 장치들이 고가여서 경제적인 문제도 있다. 이러한 이유로 아직도 위험하고 정밀하지 못한 작업자 직접 파일의 거동을 측정하는 방법을 현장에서는 사용하고 있다.

따라서, 스마트폰이나 영상수집유닛을 이용하여 영상분석을 통한 정밀하고, 파일에 근접할 필요가 없는 항타 분석 시스템 및 이를 이용한 항타 분석 방법이 필요한 실정이다.

또한, 말뚝의 종류에 따라 항타 방법이 달라지는데, 항타 방법에는 크게 드롭해머 방법과 유압해머 방법이 있다. 항타분석을 영상분석 기법을 적용할 경우 이러한 항타방식에 따른 특성이 반영될 수 있어야 한다.

본 발명의 일 목적은 건설현장에서 현실적으로 이용가능하도록, 설치가 쉬우며, 누구나 간편하게 조작가능하고, 동시에 경제적인 항타 분석 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 항타 분석 시스템을 이용하여 드롭해머 항타 방식 내지 유압해머 항타 방식 등 다양항 방식의 항타 시점, 파일의 리바운드량 및 관입량을 정확하게 분석할 수 있는 항타 분석 방법을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템은, 파일(pile)의 일측에 위치하는 제1마커; 상기 파일의 일측에 위치하며, 상기 제1마커로부터 수직 방향으로 기준거리만큼 이격되어 상기 위치하는 제2마커; 항타 실험이 진행되는 동안의 상기 제1마커 및 상기 제2마커를 촬영하여 동영상을 획득하는 영상수집유닛을 구비한 측정장치; 및 상기 영상수집유닛이 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하고, 상기 기준거리를 이용하여 상기 동영상 내에서 상기 제1마커의 움직임을 실측 변위값으로 분석하는 제어부;를 포함한다.

일 예에 있어서, 상기 제1마커 또는 상기 제2마커는 QR 코드, 바코드 또는 식별마커인 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 영상수집유닛은 획득되는 동영상을 실시간으로 출력하는 디스플레이부를 포함하고, 상기 디스플레이부로 출력되는 동영상에는 제1마커에 형상의 제1가이드 라인이 함께 출력되어, 항타 실험 준비시에제1가이드 라인이 상기 제1마커가 영상속에서 위치할 곳을 가이드하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 디스플레이부로 출력되는 동영상에는 상기 제1가이드 라인이 이루는 형상을 감싸도록 형성되되, 상기 동영상의 최외곽 경계선으로부터 마진을 두고 형성되는 제2가이드 라인이 함께 출력되며, 항타 실험 준비시에 상기 제2가이드 라인의 내측에 상기 제1마커 및 상기 제2마커가 위치하도록 가이드 하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 측정장치는 항타 실험이 진행되는 동안의 음성을 획득하는 음성수집유닛을 구비하고, 상기 제어부는 상기 음성수집유닛에서 획득한 음성에서 해머가 항타를 타격하는 소리가 없는 시점에서의 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 노이즈로 분류하는 것을 특징으로 할 수 있다.

위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 항타 분석 방법은, 파일(pile)의 일측에 위치하는 제1마커; 상기 파일의 일측에 위치하며, 상기 제1마커로부터 수직 방향으로 기준거리만큼 이격되어 상기 위치하는 제2마커; 항타 실험이 진행되는 동안의 상기 제1마커 및 상기 제2마커를 촬영하여 동영상을 획득하는 영상수집유닛을 구비한 측정장치; 및 상기 영상수집유닛이 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하고, 상기 기준거리를 이용하여 상기 동영상 내에서 상기 제1마커의 움직임을 실측 변위값으로 분석하는 제어부;를 포함하는 항타 분석 시스템을 이용한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 항타 분석 방법은, (a) 상기 제1마커의 프레임당 실측 변위값으로부터 항타 시점을 결정하고, 결정된 항타시점을 기준으로 분석구간을 나누는 단계; 및 (b) 상기 분석구간을 실측 변위값의 평균으로부터 관입량을 구하는 단계;를 포함한다.

다른 예에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 제 n프레임(단, n은 2 이상의 자연수)의 실측 변위값에서 제n-1프레임의 실측 변위값을 제하여 제n프레임의 변화값을 구하는 단계; 상기 변화값의 평균값을 구하는 단계; 상기 변화값의 평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 예비 항타시점으로 설정하는 단계; 상기 예비 항타시점의 전후로 기설정된 프레임 구간 내에 상기 예비 항타시점의 변화값보다 큰 변화값이 있는지 비교하여, 상기 예비 항타시점의 변화값이 가장 큰 변화값이라면 상기 예비 항타시점을 항타시점으로 결정하는 단계; 및 결정된 항타시점을 기준으로 분석구간을 나누는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 예에 있어서, 상기 변화값의 평균값을 구하는 단계는 상기 변화값 중에서 최소눈금오차값보다 작은 값들은 제외하고 나머지 변화값으로 평균값을 구하는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 예에 있어서, 상기 기설정된 프레임 구간은 복수의 상기 예비 항타시점들 사이의 프레임수의 평균값인 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 분석구간을 복수의 상세분석구간으로 나누는 단계; 각각의 상세분석구간의 실측 변위값의 RMSE(Root Mean Square Error)값을 구하는 단계; 및 구한 RMSE 값이 가장 낮은 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값을 그 분석구간의 관입량으로 결정하는 단계;를 포함하는 특징으로 할 수 있다.

다른 예에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 제 n프레임(단, n은 2 이상의 자연수)의 실측 변위값에서 제n-1프레임의 실측 변위값을 제하여 제n프레임의 변화값을 구하는 단계; 상기 변화값의 제1평균값을 구하는 단계; 상기 변화값의 제1평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 제1예비 항타시점으로 설정하는 단계; 상기 제1예비 항타시점을 기준으로 제1예비구간을 나누는 단계; 상기 제1예비구간들의 평균 프레임수를 구하고, 상기 제1예비구간 중에 상기 제1예비구간들의 평균 프레임수보다 큰 프레임수를 가지는 제1예비구간을 제2예비구간으로 결정하는 단계; 상기 제2예비구간의 변화값의 제2평균값을 구하는 단계; 상기 변화값의 제2평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 제2예비 항타시점으로 설정하는 단계; 상기 제2예비 항타시점의 프레임 순서를 오름차순으로 정렬하여 제2-1 내지 2-(m+1)예비 항타시점(단, m은 1 이상의 자연수)이라고 정의하고, 제2-1 내지 2-(m+1) 예비 항타시점을 기준으로 제2-m예비구간으로 결정하는 단계; 각각의 상기 제2-m예비구간을 다시 복수의 예비 상세분석구간으로 나누는 단계; 각각의 예비 상세분석구간의 실측 변위값의 RMSE(Root Mean Square Error)값을 구하는 단계; 구한 RMSE 값이 가장 낮은 예비 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값을 해당 제2-m예비구간의 실측 변위값의 평균값으로 결정하는 단계; 제2-1예비구간의 실측 변위값의 평균값보다 최소눈금오차값보다 큰 실측 변위값의 평균값을 가지는 가장 앞에 위치하는 제2-l예비구간(l은 m+1과 같거나, 작은 자연수)의 제2-l예비 항타시점을 기준으로 제2예비구간을 나눠 각각을 새로운 제1 예비구간으로 추가하는 단계; 및 제1예비구간을 분석구간으로 결정하는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템은 파일(pile)의 일측에 서로 이격된 제1마커와 제2마커가 위치하고, 항타 실험이 진행되는 동안의 상기 제1마커 및 제2마커를 촬영하여 동영상을 획득하는 영상수집유닛을 구비한다. 제어부는 영상수집유닛이 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 분석함으로써 항타 시점, 파일의 리바운드량 및 관입량을 쉽고 정확하게 분석할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 항타 분석 방법은 상기한 항타 분석 시스템을 이용하여 드롭해머 항타 방식 내지 유압해머 항타 방식 등 다양한 방식의 항타 시점, 파일의 리바운드량 및 관입량을 정확히 분석할 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1는 파일 관입량 측정(또는 항타 분석)을 진행하기 위해 파일의 일측에 작업자가 직접 그래프지를 부착하고, 해머의 가격에 따른 파일의 거동을 측정하는 것을 촬영한 사진이며, 도 2는 도 1의 방법에 의해 관입량을 계측하는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템의 개략적 구조도이다.
도 4는 마커들이 형성된 표적지를 파일에 부착한 것을 촬영한 것이다.
도 5는 영상수집유닛의 디스플레이부에서 제공하는 화면으로서, 제1 및 제2가이드 라인을 제공하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템의 위치수집유닛을 이용하여 지도상에서 항타 분석 결과를 위치정보와 함께 제공하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템을 설치하는 것을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템으로부터 수득한 항타 시험 결과이며, 도 9는 작업자가 직접 수득한 항타 시험 결과이며, 도 10은 토탈스테이션을 이용하여 항타 시험 후의 관입량을 측정한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항타 분석 방법의 개략적 순서도이다.
도 12는 드롭해머 방식의 항타 시험 과정을 본 발명의 항타 분석 시스템으로 측정 및 분석한 변위 실측값에 관한 그래프이며, 도 13은 도 12의 변위 실측값으로부터 변화값을 계산하여 그린 그래프이며, 도 14는 도 12의 변위 실측값 그래프를 분석하여 도출한 관입량 그래프를 도시한 것이다.
도 15는 유압해머 방식의 항타 시험 과정을 본 발명의 항타 분석 시스템으로 측정 및 분석한 변위 실측값에 관한 그래프이며, 도 16은 도 15의 변위 실측값으로부터 변화값을 계산하여 그린 그래프이며, 도 17은 도 15의 변위 실측값 그래프를 분석하여 도출한 관입량 그래프를 도시한 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템의 개략적 구조도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석시스템(100)은 표적지(10), 측정장치(20) 및 제어부(30)를 포함한다.

표적지(10)에는 제1마커(1)와 제2마커(2)가 형성된다. 제1카머(1)와 제2마커(2)는 QR 코드, 바코드 또는 식별마커일 수 있다. 식별마커라는 것은 항타 분석이 수행되는 장소나 일시를 식별할 수 있는 고유의 형상을 갖춘 마커를 의미한다. 도 4에서 보는 바와 같이, 제1마커(1)와 제2마커(2)는 파일(pile)에 일측에 위치하게 된다. 제2마커(2)는 제1마커(1)로부터 수직 방향으로 기준거리만큼 이격되어 위치하다.

한편, 기준거리는 제1마커(1)와 제2마커(2)의 중심사이의 거리이거나, 제1마커(1)와 제2마커(2)의 인접한 경계 사이의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 기준거리의 값은 항타 분석 전에 제공되어, 비례식을 통해 동영상 속에서의 화면내의 변위값를 실측 변위값으로 환산한다.

측정장치(20)는 영상수집유닛(21)을 포함하며, 음성수집유닛(22), 위치수집유닛(23), 및/또는 통신유닛을 더 포함할 수 있다. 측정장치(20)로 카메라와 마이크 및 GPS를 각각 이용하고, 제어부(30)로 컴퓨터를 이용하는 것도 가능하지만, 스마트폰을 이용하는 것도 가능하다. 즉, 삼각대에 스마트폰을 설치하고, 파일(pile)에 위치하는 제1마커(1) 및 제2마커(2)를 스마트폰 카메라로 촬영하고, 스마트폰의 AP(Application Processor)가 제어부 역할을 수행하는 것이다. 또한, 스마트폰에는 마이크, GPS, 통신모듈 등이 이미 구비되어 있으므로 본 발명의 일 예의 항타 분석 시스템을 구축하기 용이하다. 스마트폰을 이용할 경우 종래 다른 항타 분석 시스템들과 달리 레이저 장치나 여러대의 카메라, 라인 카메라 등이 필요하지 않다. 또한, 파일(pile)에 표적지를 붙이고, 삼각대에 스마트폰을 결합하여 적정한 거리에 세우면 되므로 설치가 용이하다. 또한, 스마트폰의 카메라는 블루투스나 통신망을 통해서 원격제어가 가능하므로, 사용자가 스마트폰을 조작하다가 화면이 흔들리거나 하는 문제가 없으며, 항타 시험 동안에 사용자의 안전이 문제되지 않는다.

영상수집유닛(21)은 항타 실험이 진행되는 동안의 제1마커(1) 및 제2마커(2)를 촬영하여 동영상을 획득하며, 제어부(30)는 획득한 동영상에서 제1마커(1)의 움직임을 추적한다. 예컨대, 제어부(30)는 프레임 진행에 따른 제1마커(1)의 변위를 추적한다. 나아가 제어부(30)는 프레임당 제1마커(1)의 변위는 기준거리를 이용하여 실측 변위값으로 변환한다.

본 발명의 일 예에 따른 항타 분석 시스템(100)을 이용하기 위해서는 항타 시험이 수행되는 장소에 시스템을 설치할 필요가 있다. 본 발명의 항타 분석 시스템(100)의 가장 큰 장점은 설치가 용이하다는 것이다. 사용자는 표적지(10)를 파일(Pile)의 일 측에 부착한다. 그 후 측정장치(20)를 파일(Pile)로부터 소정의 거리에 표적지(10)의 제1마커(1) 및 제2마커(2)를 촬영할 수 있도록 설치한다. 측정장치(20)는 제어부(30)를 내부에 함께 구비하고 있을 수 있으며, 그렇지 않은 경우라면 제어부(30)는 별도의 외부 서버 등에 위치하는 것일 수 있다.

한편, 영상수집유닛(21)은 디스플레이부를 구비한다. 영상수집유닛(21)은 수집하는 영상을 실시간 또는 녹화하여 디스플레이부로 출력한다. 디스플레이부가 설치되는 위치는 측정장치(20)의 외측에 형성되거나, 다른 별도의 장치에 위치하여 통신수단을 통해 동영상을 전송 받을 수 있다. 한편, 항타 시험을 준비하는 경우 디스플레이부로 출력되는 동영상에는 도 5와 같이 제1가이드 라인(25a) 및/또는 제2가이드 라인(25b)이 함께 출력될 수 있다. 제1가이드 라인(25a)은 화면의 중앙에 위치하며, 제1마커(1)의 형상을 가진다. 따라서 사용자는 제1마커(1)를 파일의 일측에 위치시키고, 측정장치(20)를 설치할 때 제1마커(1)가 화면상에서 제1가이드 라인(25a)에 맞춰지도록 측정장치(20)를 설치한다. 제1마커(1)가 화면상에서 제1가이드 라인(25a)에 맞춰지면, 제1마커(1)로부터 영상수집유닛(21)까지의 거리와 촬영 각도가 동시에 만족하게 된다. 제2가이드 라인(25b)은 제1가이드 라인이 이루는 형상을 깜싸되, 동영상의 최외곽 경계선으로부터 마진을 두고 형성된다. 항타 실험 준비시에 제2가이드 라인(25b)의 내측에 제1마커(1) 및 제2마커(2)가 위치하도록 가이드 한다. 한편, 디스플레이부에서는 제1마커(1)의 각도를 표시하는 각도표시기(25c)가 더 포함하여 출력할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 제1마커(1) 또는 제2마커(2)가 QR 코드 등인 경우 디스플레이부는 QR 코드 등을 인식할 수 있도록 구성될 수 있으며, 사용자는 인식된 QR 코드 등으로부터 측정에 관한 정보에 접근할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 항타 분석 시스템(100)은 음성수집유닛(22)을 더 포함할 수 있다. 음성수집유닛(22)은 항타 시험이 진행되는 동안, 즉 영상수집유닛(21)이 동영상을 수집하는 동안의 음성을 획득한다.

본 발명의 항타 분석 시스템(100)은 항타 시험 과정 동안 파일(pile)에 위치하는 제1마커(1) 및 제2마커(2)의 변위를 추적하는 것인데, 항타 외의 원인으로 영상수집유닛(21)이 흔들리게 되면 측정의 신뢰성이 저해된다. 따라서 음성수집유닛(22)은 항타 시험이 진행되는 동안의 음성을 수집하고, 제어부(30)는 음성수집유닛(22)에서 획득한 음성에서 해머가 항타를 타격하는 소리가 없는데도 불구하고, 그 시점에서의 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임이 있다면 이 것을 노이즈로 분류함으로써 측정 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 항타 분석 시스템(100)은 위치수집유닛(23)을 더 포함할 수 있다. 위치수집유닛(23)으로는 GPS를 이용할 수 있다. 위치수집유닛(23)을 구비할 경우 도 6과 같이 측정에 관한 정보를 지도상에서 제공하는 것이 가능하다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템을 설치하는 것을 도시한 것이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 항타 분석 시스템으로부터 수득한 항타 시험 결과이며, 도 9는 작업자가 직접 수득한 항타 시험 결과이며, 도 10은 토탈스테이션을 이용하여 항타 시험 후의 관입량을 측정한 것이다.

도 8 내지 도 10의 결과를 아래의 표 1에 정리하였다.

실시예(A)	비교예 1(B,인력 측정방식)	비교예 2(C, 토탈스테이션 측정방식)	오차(C-A)	항타 횟수
17.1 mm	4.0 mm	17.0 mm	0.1 mm	5회

도 8 내지 도 10과 표 1을 참조하면, 본 발명의 항타 분석 시스템을 이용하여 측정한 실시예의 경우 최종 관입량이 17.1 mm 였으며, 사람이 직접 측정한 방식은 최종 관입량이 4.0 mm 였다. 토탈 스테이션을 이용하여 실제로 관입된 양을 측량하여 측정한 결과 17.0 mm로 본 발명의 항타 분석 시스템이 매우 높은 정확도를 보이는 것을 확인할 수 있었다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항타 분석 방법의 개략적 순서도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 항타 분석 방법은 상술한 일 예에 따른 항타 분석 시스템에 의해 수행될 수 있다.

먼저, 파일에 표적지를 부착하고, 항타 분석 시스템을 설치하는 단계를 수행하고, 그 다음 항타 시험을 수행하는 동안 영상수집유닛이 표적지에 대한 동영상을 취득하는 단계가 수행된다.

중요한 것은 취득한 동영상을 제어부가 분석하여 항타시점, 리바운드량, 관입량 등을 도출하는 것이다.

즉, 동영상을 취득한 후에 제어부가 취득한 동영상에서 제1마커의 변위를 추적하고, 제1마커와 제2마커 사이의 거리, 즉 기준거리를 이용하여 제1마커의 변위를 프레임당 실측 변위값으로 변환한다.

정확한 분석을 위해서는 실측 변위값으로부터 항타 시점을 결정하고, 결정된 항타시점을 기준으로 분석구간을 나눈 뒤에, 분석구간의 실측 변위값의 평균으로부터 각 분석구간의 관입량을 구하는 과정이 필요하다.

그런데 항타 방식은 한가지만 있는 것이 아니다. 대표적으로 드롭 해머 방식은 항타 간의 시간 간격이 크고 항타 후 잔여 리바운드가 다수 존재하며, 이와 달리 유압 해머 방식은 시간 간격이 짧으며 잔여 리바운드 수가 적다는 특징이 있다. 이러한 서로 다른 방식들에 대해서도 정확한 분석이 필요하다.

먼저, 드롭해머 방식을 기준으로 설명하도록 한다.

도 12는 드롭해머 방식의 항타 시험 과정을 본 발명의 항타 분석 시스템으로 측정 및 분석한 변위 실측값에 관한 그래프이며, 도 13은 도 12의 변위 실측값으로부터 변화값을 계산하여 그린 그래프이며, 도 14는 도 12의 변위 실측값 그래프를 분석하여 도출한 관입량 그래프를 도시한 것이다.

상술한 바와 같이 제어부는 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하여 도 12와 같이 프레임에 따른 실측 변위값을 얻어 그래프를 그릴 수 있다. 도 12의 그래프의 X축은 프레임 순서이며, Y축은 실측 변위값(mm)이다.

그 다음 제 n프레임(단, n은 2 이상의 자연수)의 실측 변위값에서 제n-1프레임의 실측 변위값을 제하여 제n프레임의 변화값을 구한다. 예컨대, 제30프레임의 실측변위값이 15 mm이고, 제29프레임의 실측 변위값이 3mm 였다면, 제30프레임의 변화값은 12 mm가 된다. 이와 같은 방법으로 도 12의 실측 변위값을 이용하여 도 13과 같이 변화값을 구해준다. 도 13의 X축은 프레임 순서이며, Y 축은 변화값이다.

각 항타시 리바운드량과 관입량을 구하기 위해서는 정확한 항타시점을 찾을 필요가 있다. 이를 위해 전체 프레임에 대해서 변화값의 평균값을 구하고, 변화값의 평균값보다 큰 변화값을 가지는 시점의 프레임을 예비 항타시점으로 설정한다. 한편, 이때 변화값의 평균값을 구하는 단계는 변화값 중에서 최소눈금오차값보다 작은 값들은 제외하고 나머지 변화값으로 평균값을 구할 수 있다. 예컨대, 최소 눈금오차값이 1mm 라면, 변화값이 1mm 이하인 것들은 제외하는 것이 바람직하다.

예비 항타시점이 실제로 항타가 이루어진 시점인지 검증할 필요가 있다. 예컨대 도 13의 확대도 부분을 보면 ⓐ 및 ⓑ와 같이 인접하여 동일하게 예비 항타시점으로 설정되는 경우가 발생하기 때문이다.

따라서 예비 항타시점의 전후로 기설정된 프레임 구간 내에 예비 항타시점의 변화값보다 큰 변화값이 있는지 비교하여, 예비 항타시점의 변화값이 가장 큰 변화값이라면 상기 예비 항타시점을 항타시점으로 결정한다. 즉, 도 13의 확대도 부분에서 ⓐ가 항타시점으로 결정되고, ⓑ는 제외되는 것이다. 이때 기설정된 프레임 구간은 복수의 상기 예비 항타시점들 사이의 프레임수의 평균값으르 설정될 수 있다. 서로 인접하는 예비 항티시점들 사이에 몇개에 프레임이 존재하는지 계산하고, 이를 이용하여 프레임수의 평균값을 구하는 것이다. 이와 달리 사용자가 임의로 프레임 구간을 설정하는 것도 가능하며, 실제 항타 간격을 고려하여 60 프레임(0.5 sec)으로 설정하는 것도 가능하다.

이와 같은 방법으로 결정된 항타 시점을 기준으로 분석구간을 나눈다.

분석구간의 실측 변위값을 이용하여 각 항타시의 관입량을 구하게 된다. 그런데 항타는 리바운드가 크든 적든 포함된다. 따라서 더욱 정확한 관입량을 구하려면 단순히 분석구간의 실측 변위값의 평균을 구하는 것만으로는 불가능하다.

먼저, 분석구간을 상세 분석구간으로 나눈다. 하나의 분석구간이 여러개의 상세분석구간으로 나눠지는 것이다. 나눠지는 상세 분석구간의 수는 적절히 선택될 수 있다. 상세분석구간의 개수가 많으면 정확도가 높아질 수 있으나, 데이터 처리에 부담이 될 수 있다. 그 다음 하나의 분석구간에 속하는 상세분석구간들 각각의 실측 변위값의 RMSE(Root Mean Square Error)값을 구하고, 그 중 가장 낮은 RMSE 값을 가지는 상세분석구간을 찾는다. 가장 낮은 RMSE 값을 갖는 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값이 해당 분석구간의 대표값이 된다. 즉, 구한 RMSE 값이 가장 낮은 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값을 그 분석구간의 관입량으로 결정된다. 다른 분석구간에 대해서도 동일한 방법으로 관입량을 결정하게 되며, 최종적으로 도 14와 같은 그래프를 얻을 수 있다.

도 15는 유압해머 방식의 항타 시험 과정을 본 발명의 항타 분석 시스템으로 측정 및 분석한 변위 실측값에 관한 그래프이며, 도 16은 도 15의 변위 실측값으로부터 변화값을 계산하여 그린 그래프이며, 도 17은 도 15의 변위 실측값 그래프를 분석하여 도출한 관입량 그래프를 도시한 것이다.

유압해머 방식과 같이 항타 간격이 짧은 경우 드롭해머 방식과 다른 방법으로 분석구간을 결정하고, 관입량을 결정하게 된다.

상술한 바와 같이 제어부는 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하여 도 15와 같이 프레임에 따른 실측 변위값을 얻어 그래프를 그릴 수 있다. 도 15의 그래프의 X축은 프레임 순서이며, Y축은 실측 변위값(mm)이다.

그 다음 제 n프레임(단, n은 2 이상의 자연수)의 실측 변위값에서 제n-1프레임의 실측 변위값을 제하여 제n프레임의 변화값을 구한다. 상술한 드롭해머 방식과 동일한 것이다. 이와 같은 방법으로 도 15의 실측 변위값을 이용하여 도 16과 같이 변화값을 구해준다. 도 16의 X축은 프레임 순서이며, Y 축은 변화값이다.

각 항타시 리바운드량과 관입량을 구하기 위해서는 정확한 항타시점을 찾을 필요가 있다. 이를 위해 전체 프레임에 대해서 변화값의 평균값을 구하고, 변화값의 평균값보다 큰 변화값을 가지는 시점의 프레임을 제1예비 항타시점으로 설정한다. 이때, 이때 변화값의 평균값을 구하는 단계는 변화값 중에서 너무 작은 값들은 제외하고 나머지 변화값으로 평균값을 구할 수 있는데, 항타 간격이 짧은 경우에는 항타 간격이 긴 경우보다 제외하는 변화값 기준을 더 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 드롭해머 방식에서 1mm를 기준으로 평균을 구하기 위한 변화값을 제와하였다면, 유압해머 방식에서는 0.1 mm를 기준으로 평균을 구하기 위한 변화값을 제외할 수 있다.

제1 예비 항타시점이 실제로 항타가 이루어진 시점인지 검증할 필요가 있다. 예컨대 도 16의 확대도 부분을 보면 ⓐ 와 ⓑ,

가 서로 다른 항타인데, 단순히 드롭해머 방식에서 이용한 방법에 의해서는 ⓐ 와 ⓑ,

가 동일한 항타에 의한 것으로 분류된다. 즉, 항타 간격이 짧은 항타 방식의 경우 누락된 항타시점을 확인할 필요가 있다.

먼저, 제1예비 항타시점을 기준으로 제1예비구간을 나눈다. 각 제1예비구간들의 평균 프레임수를 구하고, 제1예비구간 중에 제1예비구간들의 평균 프레임수보다 큰 프레임수를 가지는 제1예비구간을 제2예비구간으로 결정한다.

그 다음 제2예비구간의 변화값의 제2평균값을 구한다. 제2예비구간 구간에서 변화값의 제2평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 제2예비 항타시점으로 설정한다.

설정된 제2예비 항타시점의 프레임 순서에 따라 오름차순으로 정렬하여 제2-1 내지 2-(m+1)예비 항타시점(단, m은 1 이상의 자연수)이라고 정의한다. 즉, 시간 순서에 따라 제2-1 내지 2-(m+1)예비 항타시점을 정렬하는 것이다.

제2-1 내지 2-(m+1) 예비 항타시점이 결정되면, 그 것을 기준으로 제2-m예비구간으로 나눠준다. 그 다음 각각의 상기 제2-m예비구간을 다시 복수의 예비 상세분석구간으로 나눠준다. 예비 상세분석구간의 수는 적절히 선택될 수 있다. 각각의 예비 상세분석구간의 실측 변위값의 RMSE(Root Mean Square Error)값을 구하고, 구한 RMSE 값이 가장 낮은 예비 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값을 해당 제2-m예비구간의 실측 변위값의 평균값으로 결정한다.

제2-1예비구간의 실측 변위값의 평균값보다 최소눈금오차값보다 큰 실측 변위값의 평균값을 가지는 가장 앞에 위치하는 제2-l예비구간(l은 m+1과 같거나, 작은 자연수)의 제2-l예비 항타시점을 기준으로 제2예비구간을 나눠 각각을 새로운 제1 예비구간으로 추가한다. 즉, 제2예비구간 내에서 유의미하게 실측 변위값의 평균값이 변화하는 경우에는 서로 다른 항타에 의한 것으로 판단하는 것이다.

이와 같은 방법으로 누락한 항타를 도출하고, 최정적으로 결정된 제1예비구간을 분석구간으로 결정한다.

마지막으로 분석구간의 끝 부분의 프레임들의 실측 변위값의 평균값을 관입량으로 결정한다. 예컨대, 하나의 분석구간의 3/4 지점의 프레임부터 마지막 프레임의 실측 변위값의 평균값을 관입량으로 결정할 수 있다. 최종적으로 도 17과 같은 그래프를 얻을 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (11)

1. 파일(pile)의 일측에 위치하는 제1마커;
   상기 파일의 일측에 위치하며, 상기 제1마커로부터 수직 방향으로 기준거리만큼 이격되어 상기 위치하는 제2마커;
   항타 실험이 진행되는 동안의 상기 제1마커 및 상기 제2마커를 촬영하여 동영상을 획득하는 영상수집유닛을 구비한 측정장치; 및
   상기 영상수집유닛이 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하고, 상기 기준거리를 이용하여 상기 동영상 내에서 상기 제1마커의 움직임을 실측 변위값으로 분석하는 제어부;를 포함하는 항타 분석 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1마커 또는 상기 제2마커는 QR 코드, 바코드 또는 식별마커인 것을 특징으로 하는 항타 분석 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 영상수집유닛은 획득되는 동영상을 실시간으로 출력하는 디스플레이부를 포함하고,
   상기 디스플레이부로 출력되는 동영상에는 제1마커에 형상의 제1가이드 라인이 함께 출력되어, 항타 실험 준비시에제1가이드 라인이 상기 제1마커가 영상속에서 위치할 곳을 가이드하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 항타 분석 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 디스플레이부로 출력되는 동영상에는 상기 제1가이드 라인이 이루는 형상을 감싸도록 형성되되, 상기 동영상의 최외곽 경계선으로부터 마진을 두고 형성되는 제2가이드 라인이 함께 출력되며,
   항타 실험 준비시에 상기 제2가이드 라인의 내측에 상기 제1마커 및 상기 제2마커가 위치하도록 가이드 하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 항타 분석 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 측정장치는 항타 실험이 진행되는 동안의 음성을 획득하는 음성수집유닛을 구비하고,
   상기 제어부는 상기 음성수집유닛에서 획득한 음성에서 해머가 항타를 타격하는 소리가 없는 시점에서의 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 노이즈로 분류하는 것을 특징으로 하는 항타 분석 시스템.
6. 파일(pile)의 일측에 위치하는 제1마커; 상기 파일의 일측에 위치하며, 상기 제1마커로부터 수직 방향으로 기준거리만큼 이격되어 상기 위치하는 제2마커; 항타 실험이 진행되는 동안의 상기 제1마커 및 상기 제2마커를 촬영하여 동영상을 획득하는 영상수집유닛을 구비한 측정장치; 및 상기 영상수집유닛이 획득한 동영상에서 제1마커의 움직임을 추적하고, 상기 기준거리를 이용하여 상기 동영상 내에서 상기 제1마커의 움직임을 실측 변위값으로 분석하는 제어부;를 포함하는 항타 분석 시스템을 이용한 항타 분석 방법으로서:
   (a) 상기 제1마커의 프레임당 실측 변위값으로부터 항타 시점을 결정하고, 결정된 항타시점을 기준으로 분석구간을 나누는 단계; 및
   (b) 상기 분석구간의 실측 변위값의 평균으로부터 관입량을 구하는 단계;를 포함하는 항타 분석 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   상기 제 n프레임(단, n은 2 이상의 자연수)의 실측 변위값에서 제n-1프레임의 실측 변위값을 제하여 제n프레임의 변화값을 구하는 단계;
   상기 변화값의 평균값을 구하는 단계;
   상기 변화값의 평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 예비 항타시점으로 설정하는 단계;
   상기 예비 항타시점의 전후로 기설정된 프레임 구간 내에 상기 예비 항타시점의 변화값보다 큰 변화값이 있는지 비교하여, 상기 예비 항타시점의 변화값이 가장 큰 변화값이라면 상기 예비 항타시점을 항타시점으로 결정하는 단계; 및
   결정된 항타시점을 기준으로 분석구간을 나누는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 항타 분석 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 변화값의 평균값을 구하는 단계는 상기 변화값 중에서 최소눈금오차값보다 작은 값들은 제외하고 나머지 변화값으로 평균값을 구하는 것을 특징으로 하는 항타 분석 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 기설정된 프레임 구간은 복수의 상기 예비 항타시점들 사이의 프레임수의 평균값인 것을 특징으로 하는 항타 분석 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 ,
    상기 분석구간을 복수의 상세분석구간으로 나누는 단계;
    각각의 상세분석구간의 실측 변위값의 RMSE(Root Mean Square Error)값을 구하는 단계; 및
    구한 RMSE 값이 가장 낮은 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값을 그 분석구간의 관입량으로 결정하는 단계;를 포함하는 특징으로 하는 항타 분석 방법.
11. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 제 n프레임(단, n은 2 이상의 자연수)의 실측 변위값에서 제n-1프레임의 실측 변위값을 제하여 제n프레임의 변화값을 구하는 단계;
    상기 변화값의 제1평균값을 구하는 단계;
    상기 변화값의 제1평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 제1예비 항타시점으로 설정하는 단계;
    상기 제1예비 항타시점을 기준으로 제1예비구간을 나누는 단계;
    상기 제1예비구간들의 평균 프레임수를 구하고, 상기 제1예비구간 중에 상기 제1예비구간들의 평균 프레임수보다 큰 프레임수를 가지는 제1예비구간을 제2예비구간으로 결정하는 단계;
    상기 제2예비구간의 변화값의 제2평균값을 구하는 단계;
    상기 변화값의 제2평균값보다 큰 변화값을 가지는 프레임을 제2예비 항타시점으로 설정하는 단계;
    상기 제2예비 항타시점의 프레임 순서를 오름차순으로 정렬하여 제2-1 내지 2-(m+1)예비 항타시점(단, m은 1 이상의 자연수)이라고 정의하고, 제2-1 내지 2-(m+1) 예비 항타시점을 기준으로 제2-m예비구간으로 결정하는 단계;
    각각의 상기 제2-m예비구간을 다시 복수의 예비 상세분석구간으로 나누는 단계;
    각각의 예비 상세분석구간의 실측 변위값의 RMSE(Root Mean Square Error)값을 구하는 단계;
    구한 RMSE 값이 가장 낮은 예비 상세분석구간의 실측 변위값의 평균값을 해당 제2-m예비구간의 실측 변위값의 평균값으로 결정하는 단계;
    제2-1예비구간의 실측 변위값의 평균값보다 최소눈금오차값보다 큰 실측 변위값의 평균값을 가지는 가장 앞에 위치하는 제2-l예비구간(l은 m+1과 같거나, 작은 자연수)의 제2-l예비 항타시점을 기준으로 제2예비구간을 나눠 각각을 새로운 제1 예비구간으로 추가하는 단계; 및
    제1예비구간을 분석구간으로 결정하는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 항타 분석 방법.

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