KR20220090085A

KR20220090085A - 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20220090085A
Application number: KR1020200180928A
Authority: KR
Inventors: 서정민; 박근열
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-29

Abstract

본 발명은 분산형 음파탐지 장치(DAS; Distributed Acoustic Sensor)를 이용한 위협 탐지 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 광케이블의 산란광신호를 이용하여 진동의 크기 및 범위를 계산함으로써 공사 등의 인프라 시설물에 위협이 될 수 있는 이벤트를 미리 정량적으로 판단함으로써 인프라 시설물의 피해뿐 아니라 인프라 시설의 손상으로 인한 확대 피해를 사전에 막을 수 있는 효과가 있다.

Description

인프라 시설물 위협 정도 산출 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING THREAT LEVEL OF INFRASTRUCTURE FACILITY}

본 발명은 인프라 시설물에 위협이 될 수 있는 진동의 규모를 파악하는 기술에 관한 것이다.

포크레인, 오거크레인, 관정 장비 등의 중장비는 공사 진행에 있어 꼭 필요한 장비들이다. 이러한 중장비들이 공사를 진행하면서 땅을 파기 위해 아스팔트나 콘트리트를 깨서 제거해야 한다. 그런데 아스팔트나 콘크리트를 깨면서 지하에 매설된 인프라 시설물이 의도치 않게 절단되거나 충격으로 훼손되면서 피해가 발생하기도 한다. 지하에 매설된 인프라 시설물은 가스관, 송유관, 수도관, 통신망 등이 있을 수 있다.

이러한 인프라 시설물의 파손으로 인한 피해는 작게는 몇몇 개인들에 그칠 수 있지만 국가 통신망 등의 파손은 국가적 손실로 이어질 수도 있으며 가스관 등이 폭발한다면 대규모 인명피해도 발생할 수 있다.

인프라 시설물의 피해를 방지하기 위해 공사 전에 미리 신고를 하도록 하고 정해진 순회 인력이 일정한 시간에 순회함으로써 수동적으로 관제해왔다. 하지만 아무리 미리 신고를 하고 순찰을 한다고 하도 예측할 수 없는 인프라 시설에 가해질 위협을 사전에 예방하기에는 한계가 있다.

본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 인프라 시설물의 위협을 예측하는 방법의 한계를 극복하기 위해 연구 노력해 왔다. 인프라 시설물에 위협이 될 수 있는 진동의 위치 뿐 아니라 위협의 정도까지 측정할 수 있는 장치 및 방법을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 지하에 매설된 인프라를 공사 등의 진동으로부터 보호하기 위해 인프라에 가해질 수 있는 위협을 미리 예측하는 것을 목적으로 한다.

또한 인프라 시설물 주변에 발생한 위협 신호에 대해 위협 정도의 기준을 제공함으로써 보다 정확한 원격 관제 시스템을 구축하는 것을 목적으로 한다.

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

본 발명에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법은,

광케이블에 광신호를 송신하는 단계; 상기 광신호에 의해 발생하는 산란광신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 산란광신호에 의해 상기 광케이블의 위치별 진동 신호의 크기를 계산하는 단계; 상기 진동 신호의 크기가 제1 임계치 이상인지 판단하는 단계; 상기 진동 신호 크기 판단 결과 진동 신호의 크기가 상기 제1 임계치 이상이면, 진동 신호의 크기가 상기 제1 임계치 이상인 위치의 폭을 계산하는 단계; 상기 진동 신호 위치의 폭이 제2 임계치 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 진동 신호 위치의 폭 판단 결과 상기 제2 임계치 이상인 경우, 상기 위치에서 근거리 위협 진동 이벤트가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함한다.

상기 위치별 진동 신호의 크기를 계산하는 단계는, 상기 위치별 진동 신호의 미리 정해진 시간 동안의 평균으로 진동 신호의 크기를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 광케이블에 광신호를 송신하는 단계와 상기 산란광신호를 수신하는 단계는, 분산형 음파 탐지 장치(DAS: Distributed Acoustic Sensor)에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 진동 신호의 크기를 계산하는 단계 이후에 상기 진동 신호 중 관심 이벤트가 아닌 이벤트에 의해 발생한 진동 신호를 제거하기 위한 주파수 대역 필터링(BPF: Band-Pass Filtering) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 임계치 이상인지 판단하는 단계 이후에 상기 진동 신호 크기 판단 결과 제1 임계치 미만인 경우 상기 진동 신호를 발생시킨 이벤트가 원거리 이벤트인 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치는,

광케이블에 광신호를 송신하는 광신호 송신부; 상기 광신호에 의해 발생하는 산란광신호를 수신하는 산란광신호 수신부; 및 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 산란광신호에 의해 상기 광케이블의 위치별 진동 신호의 크기를 계산하고, 상기 진동 신호의 크기가 제1 임계치 이상인지 판단하여, 상기 제1 임계치 이상이면, 상기 진동 신호의 크기가 상기 제1 임계치 이상인 위치의 폭을 계산하고, 상기 폭이 제2 임계치 이상인지 판단하여, 상기 제2 임계치 이상이면 상기 위치에서 근거리 위협 진동 이벤트가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 위치별 진동 신호의 크기를 계산하기 위해 상기 위치별 진동 신호의 미리 정해진 시간 동안의 평균으로 진동 신호의 크기를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 광신호 송신부와 상기 산란광신호 수신부는 분산형 음파 탐지 장치인 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 진동 신호의 크기를 계산한 후에 상기 진동 신호 중 관심 이벤트가 아닌 이벤트에 의해 발생한 진동 신호를 제거하기 위한 주파수 대역 필터링(BPF: Band-Pass Filtering)을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 임계치 이상인지 판단한 이후에 상기 제1 임계치 미만인 경우 상기 진동 신호를 발생시킨 이벤트가 원거리 이벤트인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 지하 시설물에 대한 위협이 될 수 있는 공사 현장 등의 위협을 순찰 등의 인력 투입 없이도 미리 파악함으로써 인프라 시설물을 예기치 않은 사고로부터 미리 보호할 수 있는 효과가 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 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 진동 이벤트 발생 지점의 거리와 진동 정도의 상관관계를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 진동 이벤트 발생 지점의 폭과 위협 정도의 상관관계를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치의 개략적인 구조도이다.
※ 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.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법의 흐름도이다.

본 발명에 따른 인프라 시설물 위협 정도를 산출하기 위해 지하 또는 지상 인프라 시설물 주위의 광케이블을 이용한다.

광케이블을 반 영구적이며 장거리 송신이 가능하고 전자기파와 무관하기 때문에 다양한 분야에 사용되고 있다. 본 발명에서는 광케이블을 센서로 활용한다. 특히 광케이블에서 발생하는 다양한 산란 중 광신호의 진행방향과 반대방향으로 발생하는 역방향 산란인 후방산란광을 이용한다.

본 발명에서 진동을 감지하기 위해 사용하는 분산형 음파탐지장치(DAS: Distributed Acoustic Sensor)는 광신호를 광케이블에 전송하고 후방산란되는 산란광의 특성을 분석함으로써 진동을 탐지할 수 있다. 또한 분산형 음파탐지장치 외에 모든 분산형 센서들을 본 발명에 사용할 수 있음은 물론이다.

진동 탐지를 위해 우선 광신호를 광케이블에 송신하고(S10), 후방산란되는 산란광신호를 수신한다(S20). 신호를 수집하는 시간은 수 초 단위가 될 수도 있고 수 분, 수 시간의 긴 시간이 될 수도 있다.

다음 수신한 산란광신호를 분석하여 광케이블에 전달된 진동 신호의 크기를 계산한다(S30).

도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 진동 이벤트 발생 지점의 거리와 진동 정도의 상관관계를 나타낸다.

진동 이벤트(1)가 발생한 위치로부터 가까울수록 광케이블(2, 3)에 전달되는 진동의 크기는 크고 그 범위도 넓게 나타나게 된다.

d1 위치의 광케이블(2)은 d2 위치의 광케이블(3)에 비해 진동 이벤트(1)로부터 가깝기 때문에 진동의 크기가 크고 진동이 발생하는 범위도 넓어진다. 따라서 d1 위치의 광케이블(2)이 진동 이벤트(1)에 의한 위협이 크다고 판단할 수 있는 것이다.

진동 신호의 크기를 계산한 다음 비 관심신호나 노이즈를 제거하기 위한 전처리 단계가 추가될 수 있다. 전처리에는 특정 대역만을 통과시키는 밴드 패스 필터링(Band-Pass Filtering) 등이 수행될 수 있을 것이다. 전처리에 의해 순간적인 노이즈나 차량의 진동 등과 같이 인프라 시설물에 위협이 되지 않는 비 관심신호를 제거할 수 있다.

진동 신호의 크기는 동일한 지점에서 일정 시간동안 진동 신호 크기의 평균으로 계산할 수 있다(S40). 잠깐 동안의 불규칙적인 진동 등은 지속되지 않는 경우 인프라 시설물의 위협이 되지 않을 수 있기 때문이다. 따라서 진동 신호 크기의 평균을 계산하는 경우 진동 이벤트 탐지의 정확성을 높일 수 있다.

다음으로 계산한 진동 신호의 크기가 제1 임계치(L1) 이상인지 판단한다(S50). 진동의 크기가 작은 경우 위협이 되지 않으므로 일단 걸러내기 위함이다.

판단 결과 제1 임계치 미만인 진동 신호의 크기는 원거리 진동 이벤트로 판단하게 된다(S90).

판단 결과 제1 임계치 이상인 경우에는 추가로 진동 위치의 폭을 계산한다(S60).

도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 진동 이벤트 발생 지점의 폭과 위협 정도의 상관관계를 나타낸다.

도 3은 진동 신호의 크기가 제1 임계치(L1) 이상인 연속된 위치들의 폭을 나타낸다.

진동의 크기가 클수록 광케이블에서 진동이 발생하는 범위가 넓어진다. 즉, 진동 신호의 크기가 제1 임계치(L1)을 넘어가는 폭이 커지는 것이다.

도 3의 (a)에서 제1 임계치(L1)을 넘는 위치의 폭(w1)은 도 3의 (b)에서 제1 임계치(L1)을 넘는 위치의 폭(w2)보다 더 크다.

따라서 이 폭에 의해 진동 이벤트의 위협 정도를 판단할 수 있다. 도 2의 예에서와 같이 광케이블과 진동 이벤트의 수직 거리에 따라 광케이블에서 나타나는 진동 신호의 폭도 달라지기 때문이다.

진동 위치의 폭을 계산한 다음 이를 미리 정해진 제2 임계치(L2)와 비교한다.

판단 결과 진동 위치의 폭이 제2 임계치(L2) 이상인 경우에는 이를 근거리 진동 이벤트로 판단하고(S80), 제2 임계치(L2)보다 작은 경우에는 원거리 진동 이벤트로 판단한다(S90).

근거리 진동 이벤트로 판단되면 관리자에게 경고 신호를 보내거나 현장 인원 투입을 위한 위치정보 등을 전송하는 등 추가 조치가 가능할 것이다. 이러한 위협 탐지 방법에 의해 원격 스마트 관제가 가능하고 인프라 시설물을 위협으로부터 미리 보호할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치의 개략적인 구조도이다.

본 발명에 따른 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치(100)는 광신호 송신부(110), 산란광신호 수신부(120) 및 제어부(130)로 구성된다.

광신호 송신부(110)는 광케이블(4)에 광신호(5)를 송신한다.

광신호 수신부(120)는 송신된 광신호(5)에 의해 후방산란되는 산란광신호(6)를 수신한다.

제어부(130)는 수신한 산란광신호(6)에 의해 진동 이벤트의 위협 정도를 산출한다. 이를 위해 제어부(130)는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 진동 이벤트의 위협 정도를 산출하기 위한 연산을 수행하고 메모리는 프로세서를 구동하기 위한 프로그램 코드 및 데이터들을 저장한다.

제어부(130)는 우선 수신한 산란광신호로부터 광케이블(4)의 위치별 진동 신호의 크기를 계산한다.

진동 신호의 크기를 계산한 다음에는 비 관심신호나 노이즈를 제거하기 위해 전처리를 할 수 있다. 전처리는 특정 대역을 통과시키기 위한 밴드 패스 필터링 등을 포함한다. 전처리에 의해 차량의 진동 등 노이즈를 제거할 수 있따.

위치별 진동 신호의 크기는 동일한 지점에서의 일정 시간동안 진동 신호의 크기의 평균으로 계산할 수도 있다. 일시적인 진동은 인프라 시설물의 위협이 되지 않으므로 진동 신호 크기의 평균을 계산하여 진동 이벤트 탐지의 정확성을 높이기 위함이다.

제어부(130)는 계산한 진동 신호의 크기가 제1 임계치 이상인지 판단하여 제1 임계치 미만이면 원거리 진동 이벤트로 판단하게 된다.

반면 제1 임계치 이상인 경우에는 추가로 진동 위치의 폭을 계산하게 된다. 진동 이벤트의 크기가 클수록 광케이블에서 진동이 발생하는 범위가 넓어지므로 진동 신호의 크기가 제1 임계치 이상인 위치의 폭이 커지기 때문이다.

제어부(130)는 진동 위치의 폭을 계산하면 이를 미리 정해진 제2 임계치와 비교하여 제2 임계치 미만인 경우에는 이를 원거리 진동 이벤트로 판단한다.

반면 제2 임계치 이상인 경우네는 진동의 크기도 크고 그 범위도 넓은 경우이므로 인프라 시설물에 위협이 되는 근거리 진동 이벤트로 판단한다.

근거리 진동 이벤트로 판단하면 제어부(130)는 통신부(미도시)를 통해 미리 정해진 위치로 판단 결과를 전송함으로써 후속 조치가 취해지도록 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 진동 이벤트 감지에 의한 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법 및 장치는 진동 신호의 정량적 판단을 통해 진동 이벤트의 위협 정도를 보다 객관적으로 측정할 수 있으며 인프라 시설물의 피해를 사전에 예방할 수 있는 효과가 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

광케이블에 광신호를 송신하는 단계;
상기 광신호에 의해 발생하는 산란광신호를 수신하는 단계;
상기 수신한 산란광신호에 의해 상기 광케이블의 위치별 진동 신호의 크기를 계산하는 단계;
상기 진동 신호의 크기가 제1 임계치 이상인지 판단하는 단계;
상기 진동 신호 크기 판단 결과 진동 신호의 크기가 상기 제1 임계치 이상이면, 진동 신호의 크기가 상기 제1 임계치 이상인 위치의 폭을 계산하는 단계;
상기 진동 신호 위치의 폭이 제2 임계치 이상인지 판단하는 단계; 및
상기 진동 신호 위치의 폭 판단 결과 상기 제2 임계치 이상인 경우, 상기 위치에서 근거리 위협 진동 이벤트가 발생한 것으로 판단하는 단계;를 포함하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 위치별 진동 신호의 크기를 계산하는 단계는, 상기 위치별 진동 신호의 미리 정해진 시간 동안의 평균으로 진동 신호의 크기를 계산하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 광케이블에 광신호를 송신하는 단계와 상기 산란광신호를 수신하는 단계는, 분산형 음파 탐지 장치(DAS: Distributed Acoustic Sensor)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 진동 신호의 크기를 계산하는 단계 이후에 상기 진동 신호 중 관심 이벤트가 아닌 이벤트에 의해 발생한 진동 신호를 제거하기 위한 주파수 대역 필터링(BPF: Band-Pass Filtering) 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 임계치 이상인지 판단하는 단계 이후에 상기 진동 신호 크기 판단 결과 제1 임계치 미만인 경우 상기 진동 신호를 발생시킨 이벤트가 원거리 이벤트인 것으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 방법.
광케이블에 광신호를 송신하는 광신호 송신부;
상기 광신호에 의해 발생하는 산란광신호를 수신하는 산란광신호 수신부; 및
하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 산란광신호에 의해 상기 광케이블의 위치별 진동 신호의 크기를 계산하고, 상기 진동 신호의 크기가 제1 임계치 이상인지 판단하여, 상기 제1 임계치 이상이면, 상기 진동 신호의 크기가 상기 제1 임계치 이상인 위치의 폭을 계산하고, 상기 폭이 제2 임계치 이상인지 판단하여, 상기 제2 임계치 이상이면 상기 위치에서 근거리 위협 진동 이벤트가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 위치별 진동 신호의 크기를 계산하기 위해 상기 위치별 진동 신호의 미리 정해진 시간 동안의 평균으로 진동 신호의 크기를 계산하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치.
제6항에 있어서,
상기 광신호 송신부와 상기 산란광신호 수신부는 분산형 음파 탐지 장치인 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 진동 신호의 크기를 계산한 후에 상기 진동 신호 중 관심 이벤트가 아닌 이벤트에 의해 발생한 진동 신호를 제거하기 위한 주파수 대역 필터링(BPF: Band-Pass Filtering)을 수행하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 임계치 이상인지 판단한 이후에 상기 제1 임계치 미만인 경우 상기 진동 신호를 발생시킨 이벤트가 원거리 이벤트인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 인프라 시설물 위협 정도 산출 장치.