KR20220082278A - 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면에서 복수의 개소에 각각 구성되며, 하나의 개소에 일정이격을 형성하며 복수로 구성되고 상호간 무선통신에 의해 거리측정에 대한 데이터를 도출하는 측정앵커가 타입되는 측정부; 각 측정부에서 거리측정에 대한 데이터를 전달받아 사면거동을 분석하고 분석결과값을 도출하는 중앙서버; 상기 중앙서버에서 도출되는 분석결과값이 현시되는 모니터링수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템{Radio Communication Distance Measuring Based Slope Monitoring System}

본 발명은 무선통신 기반으로 측정앵커 간 거리측정에 의해 사면거동에 대한 모니터링이 가능하도록 하는 시스템에 관한 것이다.

사면 붕괴(slope failure) 현상을 산사태라고도 하며, 탈락(fall), 전도(topple), 활동(slide), 유동(flow), 퍼짐(spread) 등을 포함하여 말한다.

우리나라의 경우 산이 많은 지형으로서 도로의 건설이나 주택의 건축 등을 시행하는 경우에 산이나 언덕을 절개하게 됨으로써 사면이 발생하게 되고, 댐이나 제방 등을 구축하는 경우에도 사면이 발생하게 된다.

이와 같이 사면이 발생하게 되면, 사면의 안정성을 파악하는 것이 매우 중요하며, 사면 붕괴가 발생할 가능성이 있는지를 미리 예측하여 대책을 강구하는 것이 필요하다.

사면 붕괴의 원인으로는 지질, 토질, 지질구조, 지형상의 취약점 등의 내적요인과, 강우, 융설, 지하수, 하천 및 해안의 침식, 지진 등의 자연적 외적요인과, 절토, 성토, 댐건설 등의 인위적 외적요인 등으로 구분할 수 있는데, 상기 요인으로 인하여 전단응력이 증가하거나 전단강도가 감소하여 안전율(=전단강도/전단응력)이 1인 상태에 도달하면 사면 붕괴가 발생하게 된다.

우리나라의 경우 주로 하절기의 집중 강우기 및 해빙기에 사면붕괴가 발생하고 있으며, 사면 붕괴가 발생하게 되면 막대한 인명과 재산상의 피해를 야기시킨다.

최근 하절기 불규칙 기상이변에 의한 집중폭우 등과 같이 기후변화, 지각변동으로 인하여 천재지변에 가까운 재해 및 재난이 가끔 발생하고 있는데, 관계 기관에서는 이와 같은 집중호우, 지진 등의 재해 및 재난에 대하여 다각적인 방면에서 관리하고자 노력을 하고는 있으나, 재해 및 재난 발생시 사면의 붕괴까지 예측하는 것은 매우 어려우므로, 사면붕괴 후 대책을 수립하는 수준의 수동적 관리에 머무르고 있는 실정이다.

사면은 크게 자연사면과 인공사면으로 나눈다. 사면은 깊이, 풍화도, 변질도, 지질구조의 유무와 종류 등에 따라 하나의 사면에서도 지반 물성이 다르게 나타나므로 사면의 안정성 여부를 정확하게 예측하는 것은 매우 어려운 작업이다.

참고로, 고정된 위치에 설치한 고정국에서 수신한 지피에스 신호를 이용하여 각 측정국에서 수신한 지피에스 신호의 오차에 대한 보정을 행하고, 원격지에서 인터넷이나 무선 통신망을 통하여 사면의 거동을 파악하고 실시간으로 모니터링을 함으로써 실시간 사면의 상태를 파악할 수 있고, 사면의 안전여부를 판단할 수 있으며, 위험이 발생하는 경우 경보를 발령하여 인명 및 재산피해를 최소화할 수 있는 기술이 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0066218호(공개일자 2006년 6월 16일)의 "지피에스를 이용한 사면 거동의 모니터링 방법 및 시스템"에서 개시된 바 있다.

그런데 상기 기술의 경우 각 지피에스안테나가 설치된 지점에서의 거동을 모니터링 할 수 있는 것인데, 점 단위 거동의 모니터링의 경우 지엽적인 모니터링이 될 수 있어 사면 전체의 거동을 파악하는데 용이하지 않은 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0066218호

이에 본 발명은 사면거동에 대한 모니터링이 가능한 것은 물론 이러한 모니터링이 선단위로 이루어질 수 있어 사면 전체의 거동파악에 용이한 시스템을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은, 사면에서 복수의 개소에 각각 구성되며, 하나의 개소에 일정이격을 형성하며 복수로 구성되고 상호간 무선통신에 의해 거리측정에 대한 데이터를 도출하는 측정앵커가 타입되는 측정부; 각 측정부에서 거리측정에 대한 데이터를 전달받아 사면거동을 분석하고 분석결과값을 도출하는 중앙서버; 상기 중앙서버에서 도출되는 분석결과값이 현시되는 모니터링수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 측정앵커에는 GPS안테나가 더 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 측정부는, 하나의 개소에서 삼각단면이 형성되도록 각 모서리에 상기 측정앵커가 사면에 타입되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 측정앵커에는 함수율 측정센서가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 측정앵커에는 보정앵커가 포함되되, 보정앵커는 사면에 타입되는 앵커부와, 상기 앵커부 상단에서 각도가 조절되고 길이방향으로 눈금자가 형성되는 유동바와, 상기 유동바에서 체결길이가 조절되도록 장착되며 일측에 지피에스안테나가 장착되는 클램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙서버는 상기 보정앵커에서 지피에스안테나의 각도 및 길이를 변형시켜 동적위치변형을 시킴에 따라 실제 위치좌표와 측정된 위치좌표간 차이를 보정치로 하여 해당 개소의 타 측정앵커 또는 인근 개소의 측정앵커의 위치좌표에 대한 보정치로 반영하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 복수의 개소에서 무선통신 등에 의해 상대적 거리변화를 고려하여 사면의 지반거동을 더욱 전체적으로 감지할 수 있도록 하는 장점이 있다.

또한 본 발명은 사면의 동적변형에 대한 보다 정확한 위치측정이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 시스템을 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 구성으로서 측정부를 나타내는 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 구성으로서 측정앵커를 나타내는 측단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 구성으로서 보정앵커를 나타내는 측단면도이고,
도 5는 도 4에 도시된 보정앵커가 측정부에 구성된 예를 도시한 개략도이다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 시스템(1)은 도 1 및 3에서 보는 바와 같이 사면에서 복수의 개소에 각각 구성되며, 하나의 개소에 일정이격을 형성하며 복수로 구성되고 상호간 무선통신에 의해 거리측정에 대한 데이터를 도출하는 측정앵커(21)가 타입되는 측정부(2); 각 측정부(2)에서 거리측정에 대한 데이터를 전달받아 사면거동을 분석하고 분석결과값을 도출하는 중앙서버(3); 상기 중앙서버(3)에서 도출되는 분석결과값이 현시되는 모니터링수단(4);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정부(2)는 도 1에서 보는 바와 같이 사면에서 복수의 개소에 각각 구성되는 것으로, 상기 측정부(2)에는 도 3에서 보는 바와 같이 무선통신에 의해 거리측정에 대한 데이터를 도출하는 거리측정모듈(218) 및 지피에스안테나(211)가 포함되는 복수의 측정앵커(21)가 일정이격을 형성하면서 타입 되도록 한다.

특히 도 1에서 보는 바와 같이 상기 측정부(2)는 하나의 개소에서 삼각단면이 형성되도록 각 모서리에 상기 측정앵커(21)가 사면에 타입되는 것을 특징으로 한다.

상기 거리측정모듈(218)은 측정앵커(21)간에 무선통신을 이용하여 거리측정에 대한 데이터를 도출하는 것으로, 이렇게 거리에 대한 데이터가 계속적으로 상기 중앙서버(3)로 전달되고 중앙서버(3)에서는 거리에 대한 데이터를 이용하여 인접하는 측정앵커(21) 간 거리를 도출함과 동시에 실시간 측정된 거리의 변화를 감지하여 사면거동을 추론토록 하는 것이다.

여기서 거리에 대한 데이터는 다양한 데이터가 포함될 수 있는데 무선통신의 송신시간, 수신시간 및 속도 등에 대한 데이터가 포함될 수 있는 것이다.

여기서 거리측정모듈(218)은 무선통신을 이용하여 인접하는 측정앵커(21)간 거리를 측정하는 구성으로 무선통신을 이용한 거리측정은 다양한 공지기술의 적용이 가능한 바, 일 예로 거리측정모듈(218)에는 광신호를 송신하는 송신부와, 인접하는 측정앵커(21)의 거리측정모듈로(218)부터 광신호를 수신하는 수신부를 포함토록 하여, 일 측정앵커(21)의 송신부에서 광신호 송신에 대한 데이터와 인접하는 타 측정앵커(21)의 수신부에서 광신호 수신에 대한 데이터를 도출하여 각각 중앙서버(3)로 송신하고, 상기 중앙서버(3)는 광신호 송신에 대한 데이터와 광신호 수신에 대한 데이터를 취합하여 실시간 인접하는 측정앵커(21)간 거리를 도출토록 하는 것이다.

여기서 광신호 송신에 대한 데이터는 광신호 송신 시간에 대한 데이터를 포함하고, 광신호 수신에 대한 데이터는 광신호 수신 시간에 대한 데이터를 포함토록 하여 광신호 속도와 시간에 대한 데이터로 중앙서버(3)에서는 거리가 도출되도록 하는 것이다.

즉 본 발명에서는 각 측정부(2)에 있어 3개의 측정앵커(21)에 의해 삼각단면이 형성되는 바, 각 측정앵커(21)의 거리측정모듈(218)을 이용하여 상기에서 본 바와 같이 각 측정앵커(21) 간 거리(d1, d2, d3)의 변화를 감지함으로써 개소단위로 사면거동이 파악될 수 있는 것이다.

예를 들어 실시간 거리측정을 통해 d1보다 d2, d3의 변동이 큰 경우 d2 및 d3라인에서 위험신호가 감지될 가능성이 크게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명의 시스템(1)은 복수의 측정부(2)에서 선단위로 거동이 감지되도록 함으로써 사면 전체거동의 파악이 용이하고, 사면붕괴시 붕괴에 따른 토사 유동방향도 예측할 수 있어 더욱 적절한 조치가 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

또한 상기 측정앵커(21)는 도 3에서 보는 바와 같이 사면에 타입되는 것으로 상단에 지피에스안테나(211)가 구성되어 도 1에서 보는 바와 같이 위성으로부터 GPS신호가 수신되도록 하는 것이다.

이렇게 지피에스안테나(211)에 의해 수신되는 GPS신호는 각 측정앵커(21)에 구성되는 통신부를 통해 상기 중앙서버(3)로 송신되는 것이고, 상기 중앙서버(3)에서는 수신된 GPS신호에 따라 점단위로 거동변화를 도출하게 되는 것이다.

즉 각 측정앵커(21)에 있어 지피에스안테나(211)에 의해 점단위의 거동에 의한 위험포인트가 감지될 수 있는 것이며, 거리측정모듈(218)에 의해 각 측정앵커(21) 간 거리에 의해 선단위 거동에 의한 위험포인트가 감지될 수 있는 것이다.

이에 더하여 상기 측정앵커(21)에는 함수율 측정센서(212)가 더 포함되도록 하는데, 이는 거리측정모듈 및 GPS에 의한 변위량 측정에 더하여 각 지점에서 함수율변화도 측정되도록 함으로써 보다 정확히 위험요소를 사전에 감지토록 할 수 있다.

상기 중앙서버(3)는 사면에서 복수의 개소에 설치된 측정부(2)로부터 거리측정에 관한 데이터 및 지피에스신호를 포함하는 데이터를 전달받아 사면거동을 분석하고 분석결과값을 도출하는 구성이다.

사면에서 복수의 개소에 설치되는 측정부(2)로부터 각각 점단위변위, 선단위변위, 함수율 변화 등에 관한 데이터가 중앙서버(3)로 전달되도록 하는 것이며, 이러한 데이터를 바탕으로 상기 중앙서버(3)는 해당 측정부(2)가 설치된 개소에서 사면거동을 예측토록 하는 것이며 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 경고신호가 발생되도록 할 수 있다.

즉 상기 분석결과값은 해당 센서부(2)가 설치된 개소에서 사면거동상태를 정의하는 것으로 이러한 분석결과값에는 임계치를 초과하는 경우 경고신호가 포함될 수 있는 것이다.

상기 모니터링수단(4)은 상기 중앙서버(3)에서 도출되는 분석결과값이 현시되는 구성으로 상기 모니터링수단(4)의 종류를 한정하지 않으나 일예로 도 1에서 보는 바와 같이 관리자단말이 될 수 있다.

한편 본 발명의 시스템(1)에서는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 각 측정부(2)에서 위치측정의 정확도를 더욱 높이기 위한 실시예를 제시하고 있다.

상기 중앙서버(3)는 각 측정부(2)에서 발생되는 동적변위를 측정해내는 GPS신호를 처리할 수 있는 프로그램에 의해 분석결과값이 도출되도록 하는데 이러한 프로그램에 의해 도출되는 동적변위 정확도 검증이 필요하며 검증에 따른 보정치가 반영되도록 하여 보다 정확한 동적변형을 감지해 내도록 하는 것이다.

이를 위해 상기 측정앵커(21)에는 도 4에서 보는 바와 같이 보정앵커(21a)가 포함되도록 하는데, 상기 보정앵커(21a)는 사면에 타입되는 앵커부(213)와, 상기 앵커부(213) 상단에서 각도가 조절되고 길이방향으로 눈금자(214-1)가 형성되는 유동바(214)와, 상기 유동바(214)에서 체결길이가 조절되도록 장착되며 일측에 지피에스안테나(211)가 장착되는 클램프(217)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 앵커부(213)는 상단부가 사면 상부로 노출되도록 사면에 타입되는 구성에 해당한다.

상기 앵커부(213)와 상기 유동바(214)는 도면에서 보는 바와 같이 회전판(215)과 힌지결합(216)에 의해 연결되어 상기 앵커부(213)에서 상기 유동바(214)가 자유로이 다방향으로 각도가 조절되면서 유동이 가능하게 되는 것이다.

여기서 도면에 도시된 바는 없으나 회전판(215) 및 힌지결합(216)에는 각각 각도눈금이 표시되어 있어 앵커부(213)에서 상기 유동바(214)를 회전 및 각도변환시 횡방향 회전각 및 종방향 회전각이 감지되도록 하는 것이 바람직하다. 즉 사용자가 횡방향 회전각 및 종방향 회전각을 감지함으로써 수직에서 위치값을 기준으로 동적변화가 된 상태에서 실제위치값을 도출할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 유동바(214)에는 눈금자(214-1)가 형성되어 상기 유동바(214)에서 체결길이가 조절되도록 장착된 클램프(217)의 장착길이가 감지되도록 함으로써 클램프(217)에 장착된 지피에스안테나(211)가 다양한 위치로 동적변형이 이루어지도록 할 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이 수직에서 위치값을 기준으로 동적변화가 된 상태에서 실제위치값을 도출할 수 있게 되는 것이다.

여기서 기준값은 임의로 선정할 수 있으나 유동바(214)에서 일정 위치에 장착된 클램프(217)가 앵커부(213)에서 수직에 위치했을때 지피에스안테나(211)에 의해 리딩된 위치값으로 할 수 있고, 상기에서 언급한 유동바(214) 및 클램프(217)의 제어에 의해 다양한 위치로 동적변형을 준 지피에스안테나(211)의 변형된 상태에서 실제위치값과 변형된 상태에서 지피에스안테나(211)에 의해 리딩된 위치값을 비교하여 그 차이를 보정치로 하는 것이다.

여기서 상기에서 언급한 보정치 도출은 중앙서버(3)에서 분석이 이루어지는 것이고, 동적변형 및 동적변형에 따른 지피에스안테나(211)의 변형된 상태에서 실제위치값의 경우도 중앙서버(3)에서 제어 및 분석이 이루어지도록 할 수 있다.

이와 같이 중앙서버(3)에서 보정치가 도출되면 상기 중앙서버(3)는 보정앵커(21a)가 구성된 해당 개소의 타 측정앵커(21) 또는 인근 개소의 측정앵커(21)의 위치좌표에 대한 보정치로 반영토록 하는 것이다.

도 5에서 보는 바와 같이 상기 보정앵커(21a)는 각 측정부(2)에 구성될 수 있거나 모여있는 측정부(2)의 한 측정부(2)에 구성되도록 하여 보정앵커(21a)에 의해 도출되는 보정치가 인근의 측정앵커(21)의 보정치로 반영되도록 하는 것이다.

본 실시예의 작동상태를 다시 설명하면 보정앵커(21a)는 지피에스 위성으로부터 송신된 신호를 지피에스안테나(211)가 수신하여 신호를 해당 보정앵커(21a)의 식별코드와 함께 상기 중앙서버(3)로 전송한다.

상기와 같이 중앙서버(3)로 전송된 보정앵커(21a)의 신호를 이용하여 상기 중앙서버(3)에서는 해당 보정앵커(21a)의 위치에 대한 3차원 위치값을 산출한다. 이러한 위치값이 기준값이 되는 것이다.

그 다음 중앙서버(3)의 제어에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 보정앵커(21a)의 동적변형이 제어되도록 하여 동적변형에 따른 지피에스안테나(211)의 실제좌표값을 산출하고, 동적변형이 이루어진 상태에서 지피에스 위성으로부터 송신된 신호를 지피에스안테나(211)가 수신하여 신호를 해당 보정앵커(21a)의 식별코드와 함께 상기 중앙서버(3)로 전송하면 중앙서버(3)로 전송된 보정앵커(21a)의 신호를 이용하여 상기 중앙서버(3)에서는 해당 보정앵커(21a)의 리딩위치값을 산출한다.

이어 상기 중앙서버(3)는 실제위치값과 리딩위치값을 비교하여 그 차이를 보정치로 산출하고, 해당 보정앵커(21a) 주변의 측정앵커(21)의 동적변형에 대한 위치값을 도출시 보정치가 반영되도록 하는 것이다.

상기 보정치는 그 시점에서의 여러 요인에 의한 오차로 간주되고, 이 값을 이용하여 해당 보정앵커(21a) 주변의 측정앵커(21)의 동적변형에 대한 좌표값을 보정토록 하는 것이다.

지피에스위성에서 송신되는 신호가 지피에스안테나(211)에 도달되는 시간에 빛의 속도를 곱하면 지피에스위성과 지피에스안테나(211) 사이의 거리를 계산할 수 있으며, 이 거리에는 주요 오차인자로서 사용자의 시계오차에 의한 거리오차가 포함된다. 이와 같이 측정된 거리를 의사거리(Pseudo Range)라고 한다. 그리고 지피에스(GPS)에서 사용하는 좌표계는 WGS-84 좌표계이며, 좌표 원점이 지구 질량 중심에 위치하는 직교의 중심고정(ECBF;Earth Centered Body Fixed) 좌표계이다.

상기와 같이 의사거리를 측정하는 경우에는 여러가지 요인에 의하여 오차가 발생하게 되며, 제거 가능한 공통오차와 제거할 수 없는 오차가 있다. 상기에서 제거 가능한 공통오차로는 S/A 오차, 전리층 오차, 대류권 지연, 궤도력 오차, 위성시계오차 등이 있으며, 제거할 수 없는 오차로는 수신기 잡음 및 분해능력, 다중경로에 의한 잡음 등이 있다.

이러한 오차는 특히 위치에 따라 다양한 원인에 의해 달라질 수 있는 바, 본 발명에서는 사면에 부분별로 보정앵커(21a)가 구성되도록 하여 해당 구역에서 오차(보정치)가 도출되도록 하는 것이며, 이러한 보정치가 해당 부분별로 타 측정앵커(21)에 의한 위치값 도출시 반영이 되도록 함으로써 보다 정확한 동적변형이 부분별로 감지되도록 할 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

2 : 측정부 3 : 중앙서버
4 : 모니터링수단 21 : 측정앵커
211 : 지피에스안테나 213 : 앵커부
214 : 유동바 218 : 거리측정모듈

Claims (6)

1. 사면에서 복수의 개소에 각각 구성되며, 하나의 개소에 일정이격을 형성하며 복수로 구성되고 상호간 무선통신에 의해 거리측정에 대한 데이터를 도출하는 측정앵커가 타입되는 측정부;
   각 측정부에서 거리측정에 대한 데이터를 전달받아 사면거동을 분석하고 분석결과값을 도출하는 중앙서버;
   상기 중앙서버에서 도출되는 분석결과값이 현시되는 모니터링수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 측정앵커에는 GPS안테나가 더 구성됨을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 측정부는, 하나의 개소에서 삼각단면이 형성되도록 각 모서리에 상기 측정앵커가 사면에 타입되는 것을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 측정앵커에는 함수율 측정센서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 측정앵커에는 보정앵커가 포함되되, 보정앵커는 사면에 타입되는 앵커부와, 상기 앵커부 상단에서 각도가 조절되고 길이방향으로 눈금자가 형성되는 유동바와, 상기 유동바에서 체결길이가 조절되도록 장착되며 일측에 지피에스안테나가 장착되는 클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 중앙서버는 상기 보정앵커에서 지피에스안테나의 각도 및 길이를 변형시켜 동적위치변형을 시킴에 따라 실제 위치좌표와 측정된 위치좌표간 차이를 보정치로 하여 해당 개소의 타 측정앵커 또는 인근 개소의 측정앵커의 위치좌표에 대한 보정치로 반영하는 것을 특징으로 하는 무선통신 거리측정 기반 사면 모니터링 시스템.

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