KR20230078223A - 토석 퇴적물 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따르면, 상단이 개방된 중공부를 구비하는 용기 형상의 하우징과; 가압점이 상부를 향하도록 상기 중공부 내에 삼각형을 이루어 설치되는 3개의 로드 셀과; 일단이 상기 하우징의 측단으로 노출되어 수위를 측정하는 수위계와; 상기 하우징의 상단을 커버하며 상기 가압점에 지지되는 하중판과; 상기 중공부가 밀폐되도록 상기 하중판과 상기 하우징 상단에 개재되는 밀폐링을 포함하는, 토석 퇴적물 모니터링 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 토석 퇴적물 모니터링 시스템에 관한 것이다.
토석류(debris flow)는 집중 호우 등에 의해 산사태가 일어나 토석이 물과 함께 하류로 세차게 밀려가는 현상으로, 토석류 산사태가 빈번하게 발생하는 계곡을 중심으로 많은 사방댐이 설치되고 있다. 사방댐은 하상구배가 큰 계곡에서 급류가 강바닥을 파고 양쪽 산기슭을 깎아서 산사태를 일으키게 되는데, 이러한 산사태를 방지하고 토사가 흘러내려 가는 것을 방지하기 위해 계곡을 따라 설치된다.
이러한 사방댐에 집중 호우 등으로 토사가 퇴적되는데, 준설이 적절한 시기에 진행되지 않을 경우 사방댐의 기능이 약화될 수 있다. 즉, 준설 작업이 진행되지 않은 상태에서 재차 산사태가 발생하면 토석류의 양이 많아져 사방댐이 무너질 수 있으며 더 큰 피해로 이어질 수 있다. 따라서 사방댐에 쌓이는 토석 퇴적물의 양을 실시간 측정하여 준설 시점을 결정하고 즉각 대처할 필요가 있다.
본 발명은, 사방댐 배면에 퇴적되어 구조물의 노후화 및 기능 상실을 유발할 수 있는 토서 퇴적물의 하중을 실시간으로 모니터링하여 토석 퇴적물 퇴적량, 퇴적율, 최적 준설 시기 정보를 제공하는 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상단이 개방된 중공부를 구비하는 용기 형상의 하우징과; 가압점이 상부를 향하도록 상기 중공부 내에 삼각형을 이루어 설치되는 3개의 로드 셀과; 일단이 상기 하우징의 측단으로 노출되어 수위를 측정하는 수위계와; 상기 하우징의 상단을 커버하며 상기 가압점에 지지되는 하중판과; 상기 중공부가 밀폐되도록 상기 하중판과 상기 하우징 상단에 개재되는 밀폐링을 포함하는, 토석 퇴적물 모니터링 시스템이 제공된다.
상기 토석 퇴적물 모니터링 시스템은, 상기 로드 셀과 상기 수위계와 전기적으로 연결되며, 상기 로드 셀 및 상기 위계의 데이터를 읽어 들이는 데이터 로거와; 상기 데이터 로거에 전기적으로 연결되어 상기 데이터 로거를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사방댐 배면에 퇴적되어 구조물의 노후화 및 기능 상실을 유발할 수 있는 토서 퇴적물의 하중을 실시간으로 모니터링하여 토석 퇴적물 퇴적량, 퇴적율, 최적 준설 시기 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 밀폐링 배치 설명도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 산사태 발생 관리기준 경보 알고리즘의 ID-Curve를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 밀폐링 배치 설명도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 산사태 발생 관리기준 경보 알고리즘의 ID-Curve를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부한 도면을 참조하여 설명함에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 구성도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 내부 구성도이며. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 하중 측정 장치의 밀폐링 배치 설명도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템의 산사태 발생 관리기준 경보 알고리즘의 ID-Curve를 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템은, 상단이 개방된 중공부를 구비하는 용기 형상의 하우징과; 가압점이 상부를 향하도록 상기 중공부 내에 삼각형을 이루어 설치되는 3개의 로드 셀과; 일단이 상기 하우징의 측단으로 노출되어 수위를 측정하는 수위계와; 상기 하우징의 상단을 커버하며 상기 가압점에 지지되는 하중판과; 상기 중공부가 밀폐되도록 상기 하중판과 상기 하우징 상단에 개재되는 밀폐링을 포함한다.
그리고, 상기 로드 셀과 상기 수위계와 전기적으로 연결되며, 상기 로드 셀 및 상기 위계의 데이터를 읽어 들이는 데이터 로거와; 상기 데이터 로거에 전기적으로 연결되어 상기 데이터 로거를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
하우징은, 상단이 개방된 중공부를 구비하는 용기 형상으로, 중공부의 내부에 후술할 로드 셀, 수위계 등이 배치된다.
하우징은 강재로 이루어질 수 있으며, 중공부는 후술할 하중판에 의해 덮혀 밀폐된다.
복수의 로드 셀은, 가압점이 상부를 향하도록 중공부 내에 적어도 3개가 삼각형을 이루어 설치된다. 최소 3개의 로드 셀이 삼각형을 이루어 설치됨으로써 토석의 가압에 따라 하중판에 편심을 가하더라도 이를 감안하여 토석의 지압력을 산출할 수 있다.
로드 셀은, 선형의 하중에 대해 강재의 변형률을 측정하고 강재의 변형률과 강재의 탄성계수를 통해 가해지는 하중을 측정할 수 있다.
본 실시예에서는 원통 형의 로드 셀 하우징 본체에서 가압점이 돌출된 형태로 로드 셀 본체가 하우징에 내장된 형태이다. 로드 셀의 가압점은 하우징의 상단으로
수위계는, 본 실시예에 따른 하중 측정 장치가 계곡 등의 수중에 설치되는 경우 설치위치의 수위를 측정한다. 측정된 수위를 감안하여 하중판 상부에 가압하는 토석의 무게를 계산할 수 있다.
하중판은, 하우징의 상단을 커버하며 로드 셀의 가압점에 지지된다. 하중판 상부에는 토석이 퇴적되며 퇴적된 토석이 하중판을 통해 로드 셀의 가압점을 가압하게 된다.
밀폐링은, 하우징 내부의 중공부를 밀폐하여 중공부 내부로 물이 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 하중판과 하우징 상단 사이에 개재된다. 밀폐링은 하중판의 수직으로 이동할 수 있도록 플렉서블한 재질로 이루어질 수 있다.
□ 하중 측정 장치
① 하중 측정 장치의 소형화 제작
- 약 40kg의 무게로 기존 측정장치에 비해 경량화되어 제작될 수 있따.
- 소형화 제작으로 제조원가가 감소하였으며, 현장에서의 설치가 원활하여 시공 비용이 감소될 수 있다.
② 편심하중을 고려한 로드셀 일체화
- 기존 측정장치의 경우, 바닥면에 고정되어있는 내부 로드셀 상부에 편심방지장치를 맞닿도록 설치함으로서 편심하중을 방지하도록 구성하였으나, 본 실시예의 경우 측정장치 소형화 제작을 위하여 편심방지장치를 구성에서 제외하였으며, 내부 로드셀의 원활한 측정을 위해 로드셀 상부를 볼트타입으로 제작함으로써 측정장치 내부에서 상·하부 각각 수감부, 센서고정부에 정확하게 결합되도록 설계 구성하였다.
- 또한, 측정장치 내부 로드셀 구성을 5개에서 3개로 변경하면서 편심 발생의 문제점을 보완 적용하였다.
③ 수위계 일체화 구성
- 기존 하중 측정 장치 외부에 별도로 구성되었던 수위계를 하중 측정 장치 내부에 구성하여 일체화 하였다.
- 하중 측정 장치 내부 구성으로 인한 정확한 수위 측정이 가능하며 이에, 하중 측정 장치 자체적 퇴적물 하중 및 수위 동시 측정 가능하다.
- 하천, 저수지 등 고수심지역 대상으로 적용 범위를 확대할 수 있다.
④ 유리해진 방수방진
- 기존 측정장치의 경우 1m*1m 크기의 거대한 사각모양으로, 오링구성을 비롯한, 측면 패드구성, 패드 고정지그 등 방수방진을 위한 다양한 방법의 대비책 구성하였으나.
- 이에, 본 실시예에서는 하중 측정 장치의 하우징을 원통 형상으로 설계·제작함으로써 원형 밀폐링의 구성만으로 간단하게 방수 방진이 이루어지도록 보완하였다.
□ 자동계측시스템
본 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템은,
- 측정주기별 센서 각각의 데이터 수집할 수 있다.
- LTE 모뎀을 이용하여 저장데이터를 Server PC로 무선 전송할 수 있다.
- 태양광 시스템 이용하여 현장에서 전원을 공급받을 수 있다.
□ Server PC(DB) 및 모니터링 프로그램, 모바일 앱 구축
본 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템은,
- 데이터베이스 구축을 통한 Server PC 내부에 데이터를 저장할 수 있다.
- 모니터링 프로그램을 운영하고, 프로그램을 통해 전광판을 원격제어할 수 있다.
- 모바일 어플리케이션를 통해 데이터 조회, 그래프, 경보발생, 위치정보 등을 실시간으로 사용자에게 제공할 수 있다.
□ 전광판 운영
본 실시예에 따른 토석 퇴적물 모니터링 시스템을 이용하여 사방댐 유지관리를 위한 토석 퇴적물의 모니터링에 따른 위험도를 등산로, 탐방로 등에 설치된 전광판을 통해 표시하여, 이용여부를 통제할 수 있다.
□ 알고리즘 적용
① 토석 퇴적 경보 알림 알고리즘
- 사방댐 배면에 설치되는 토석 퇴적물 하중 측정 장치를 통해 수집된 하중데이터는 1) 도석 퇴적율 알고리즘을 통해 ‘토석 퇴적율’로 환산되어, 사방댐 토석 퇴적물의 상태 및 준설시기에 대한 관리기준 선정을 위한 자료로 활용할 수 있다.
② 산사태 발생 관리기준 경보 알고리즘(ID Curve/강우강도, 강우지속시간)
- 강원도 지역의 약 30여년 동안 강우강도와 강우지속시간에 대한 데이터를 토대로 산출한 ID-Curve식을 산정
- 우리나라에서는 큰 강우강도의 강우가 발생한 사례가 적고 강우강도에 비하여 강우지속시간이 토사 및 사면 붕괴(산사태)에 대해 큰 영향을 미치기 때문에 산사태가 발생한 최하위 강우강도 및 강우지속시간을 산사태 유발강우(Intensity-Duration) 한계곡선으로 정하고 이를 산사태 발생에 대한 관리기준으로 선정하였다.
- ID-Curve 한계곡선 
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
Claims (2)
- 상단이 개방된 중공부를 구비하는 용기 형상의 하우징과;
가압점이 상부를 향하도록 상기 중공부 내에 적어도 3개가 삼각형을 이루어 설치되는 복수의 로드 셀과;
일단이 상기 하우징의 측단으로 노출되어 수위를 측정하는 수위계와;
상기 하우징의 상단을 커버하며 상기 가압점에 지지되는 하중판과;
상기 중공부가 밀폐되도록 상기 하중판과 상기 하우징 상단 사이에 개재되는 밀폐링을 포함하는, 토석 퇴적물 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 로드 셀과 상기 수위계와 전기적으로 연결되며, 상기 로드 셀 및 상기 위계의 데이터를 읽어 들이는 데이터 로거와;
상기 데이터 로거에 전기적으로 연결되어 상기 데이터 로거를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 토석 퇴적물 모니터링 시스템.
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