KR20230086145A - 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템은 지역난방용 열수송 압력 관로를 포함하는 지하 매설관의 누수관 및 누수지반의 탐상 및 분석을 통하여 지하 매설관 유지관리의 신뢰성 및 효율성을 향상시킨다.
구체적으로, 실시예에서는 지표투과레이더(GPR)신호, 열분포 신호, 탄성파를 포함하는 진동신호 분석을 통해 매설관의 누수영역을 파악할 수 있도록 한다.
구체적으로, 실시예에서는 지표투과레이더(GPR)신호, 열분포 신호, 탄성파를 포함하는 진동신호 분석을 통해 매설관의 누수영역을 파악할 수 있도록 한다.
Description
본 개시는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템에 관한 것으로 구체적으로, 지역난방용 열수송 압력 관로를 포함하는 지하 매설관의 누수관 및 누수지반의 탐상 및 분석을 수행하는 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
최근 지하 관로 노후화로 인한 유출수 및 난개발로 인한 지하시설물 손상으로 싱크홀 발생이 증가하고 있다. 도시의 발전 및 지속적인 개발로 인한 싱크홀 발생은 지속적으로 증가될 것으로 예상된다. 그러나 기존의 지하 탐사방법으로는 광범위 지역의 조사가 어려우며 2차원 분석만으로는 한계가 존재한다. 도 1a는 기존 싱크홀 탐사방법을 나타낸 사진이고, 도 1b는 기존 싱크홀 탐사방법에 의해 취득된 데이터를 도시한 것이다. 이러한 기존 2차원적 조사방법인 지하탐사방법은 작업자의 안전성을 확보하기가 어렵고, 노후 도로의 증가로 시간 및 비용이 소요되며 하나의 센서만으로 지하를 탐사하게 되므로 예측 정확도가 낮고, 광범위 도로를 조사할 경우 효율성이 떨어지는 문제점이 존재한다.
실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템은 지역난방용 열수송 압력 관로를 포함하는 지하 매설관의 누수관 및 누수지반의 탐상 및 분석을 통하여 지하 매설관 유지관리의 신뢰성 및 효율성을 향상시킨다.
구체적으로, 실시예에서는 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)신호, 열분포 신호, 탄성파를 포함하는 진동신호 분석을 통해 매설관의 누수영역을 파악할 수 있도록 한다.
실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템은 지하 매설관에 대해 미리 설정된 광대역 주파수 신호를 투사하며, 지하 매설관에 관한 반사파 신호를 제공하는 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar); 반사파 신호를 수신하는 비접촉식 GPR 수신 안테나; 지하 매설관 및 상기 지하매설관의 주변 지반 매질에 관한 온도 분포를 감지하여 열분포 신호를 제공하는 열영상 카메라; 지하 매설관 상에서 미리 설정된 구간별로 설치되며, 누수되는 매설관에서 발생하는 탄성파를 포함하는 진동 신호를 감지하는 적어도 하나 이상의 진동감지센서; 반사파 신호와 이미지 신호 및 진동 신호에 의존하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 지하 매설관의 누수 및 지반 상태를 판독하는 컨트롤러; 및 지표투과레이더, GPR 수신안테나 및 상기 열영상 카메라를 견인하는 차량; 을 포함한다.
다른 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법은 (A) 컨트롤러에서 미리 설정된 구간에 의존하여 진동감지센서로부터 인가되는 탄성파를 포함하는 진동신호를 매핑하는 단계; (B) 컨트롤러에서 열영상 카메라로부터 제공되는 열분포 신호들을 매핑하는 단계; (C) 컨트롤러에서 지표투과레이더(GPR)의 반사파에 관한 신호포화를 보정하는 단계; (D) 컨트롤러에서 지하 매설관 및 주변 지반 매질에 의해 출현되는 다중 반사에 의한 신호를 감쇠하여 노이즈 신호를 필터링하는 스펙트럼 분석 단계; 를 포함한다.
이상에서와 같은 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템은 지역난방용 열수송 압력 관로를 포함하는 지하 매설관의 누수관 및 누수지반의 탐상 및 분석을 통하여 누수관의 누수 영역을 보다 빠르고 정확하게 파악함으로써, 지하 매설관 유지 관리의 신뢰성 및 효율성을 향상시킨다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1는 종래 싱크홀 탐사방법을 나타낸 사진
도 2는 종래 싱크홀 탐사방법에 의해 취득된 데이터 도면
도 3은 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 컨트롤러의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 6은 누수지점의 신호파형
도 7은 최종적으로 천공으로 자갈로 판명된 신호 파형이다.
도 8은 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법의 데이터 처리 흐름도
도 2는 종래 싱크홀 탐사방법에 의해 취득된 데이터 도면
도 3은 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 컨트롤러의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 6은 누수지점의 신호파형
도 7은 최종적으로 천공으로 자갈로 판명된 신호 파형이다.
도 8은 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법의 데이터 처리 흐름도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 실시예에서는 누수 관로 및 지반 모니터링에 필요한 장치를 차량에 설치하여 차량이 이동한 지역의 누수 관로 및 지반을 모니터링 할 수 있도록 한다. 실시예에서 모니터링하는 지하 매설관은 지역난방용 열수송 압력 관로 및 상수도용 관로를 포함한다.
도 4는 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템은 지표투과레이더(100), GPR 수신안테나(200), 열영상 카메라(300), 진동감지센서(400) 및 컨트롤러(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)(100)는 지하 매설관에 대해 미리 설정된 광대역 주파수 신호를 투사하며, 지하 매설관에 관한 반사파 신호를 제공한다. GPR 수신 안테나(200)는 반사파 신호를 수신한다. 실시예에서 GPR 수신 안테나(200)은 비접촉식으로 반사파 신호를 수신할 수 있다.
열영상 카메라(300)는 지하 매설관 및 지하매설관의 주변 지반 매질에 관한 온도 분포를 감지하여 열분포 신호를 제공한다.
적어도 하나 이상의 진동감지 센서(400)는 지하 매설관 상에서 미리 설정된 구간별로 설치되며, 누수되는 매설관에서 발생하는 탄성파를 포함하는 진동 신호를 감지한다.
컨트롤러(500)는 반사파 신호와 이미지 신호 및 진동 신호에 의존하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 상기 지하 매설관의 누수 및 지반 상태를 판독한다.
실시예에서 지표투과레이더(100), GPR 수신안테나(200) 및 열영상 카메라(300)은 차량으로 견인하여 차량이 이동하는 지역의 지하 매설관 누수 관로 및 지반을 모니터링 할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 컨트롤러의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 컨트롤러(500)는 매핑 모듈(510), 스펙트럼 분석 모듈(530), 이득 보정모듈(550) 및 판단모듈(570)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.
매핑 모듈(510)은 미리 설정된 구간에 의존하여 진동감지센서로부터 인가되는 진동신호들을 매핑하고, 열영상 카메라로부터 제공되는 열분포 신호들을 매핑하고, 진동신호 및 열분포 신호에 대해 중첩 매핑한다.
스펙트럼 분석 모듈(530)은 지표투과레이더(GPR)의 반사파에 관한 신호포화를 보정하고, 지하 매설관 및 주변 지반 매질에 의해 출현되는 다중 반사에 의한 신호를 감쇠하여 노이즈 신호를 필터링한다.
이득 보정 모듈(550)은 미리 설정된 자동이득조절 함수에 의존하여 탐사 시간 내에서 상기 반사 신호들에 관한 진폭수준을 조정한다. 실시예에서는 미리 설정된 자동이득조절 함수에 의존하여 탐사 시간 내에서 상기 반사 신호들에 관한 진폭수준을 조정하고 조정된 진폭 수준에 의해 누수 관로 및 지반 상태를 파악하도록 한다.
판단모듈(570)은 지하 매설관의 누수지점을 진동신호의 탄성파의 차이 값에 의존하여 설정되는 지표 또는 지표투과레이더(GPR) 신호의 난반사에 의해 포물선 형태로 출현하는 지표에 의해 판독한다. 실시예에서 포물선은 쌍곡선(Hyperbola)을 포함하고, 쌍곡선 형태의 신호파형이 주변 매질과 상이한 경우, 판단모듈(570)은 쌍곡선 형태 주변 영역을 누수지점으로 파악할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 누수지점의 신호파형은 주변 매질과 상이한 쌍곡선(Hyperbola)을 보이고 있다. 이는 라이다(Radar)파의 투과성질 중 공동을 만나서 유전율(permittivity)의 역전형상으로 플러스, 마이너스 신호가 역상으로 변한다. 이러한 수신파형의 신호역전 이 공동을 분석하는데 가장 중요한 특징이다. 종단면상에서 쌍곡선(Hyperbola)의 크기와 범위는 공동의 크기 등과 반드시 일치하는 것은 아니다. 이것은 Hyperbola의 크기와 범위가 신호의 세기 등과 관련이 있는 것으로 지반 즉 매질의 특성으로 판단된다. 도 7은 쌍곡선(Hyperbola)의 신호파형과 유사하나 공동이 아닌 것으로 분석되어, 최종적으로 천공으로 자갈로 판명된 신호 파형이다.
이하에서는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법에 대해서 차례로 설명한다. 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법의 작용(기능)은 모니터링 시스템의 기능과 본질적으로 같은 것이므로 도 1 및 도 7과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 실시예에 따른 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법의 데이터 처리 흐름도이다.
도 8을 참조하면, S100 단계에서는 컨트롤러에서 미리 설정된 구간에 의존하여 진동감지센서로부터 인가되는 탄성파를 포함하는 진동신호를 매핑한다.
S200 단계에서는 컨트롤러에서 열영상 카메라로부터 제공되는 열분포 신호들을 매핑한다. 실시예에서 S200 단계는 컨트롤러에서 상기 진동신호 및 열분포 신호에 대해 중첩 매핑하는 과정을 포함할 수 있다.
S300 단계에서는 컨트롤러에서 지표투과레이더(GPR)의 반사파에 관한 신호포화를 보정한다.
S400 단계에서는 컨트롤러에서 지하 매설관 및 주변 지반 매질에 의해 출현되는 다중 반사에 의한 신호를 감쇠하여 노이즈 신호를 필터링하여 스펙트럼을 분석한다. 실시예에서 S400 단계는 미리 설정된 자동이득조절 함수에 의존하여 탐사 시간 내에서 반사 신호들에 관한 진폭수준을 조정하는 이득보정한 후 지반상태를 판독하는 과정을 포함할 수 있다.
이상에서와 같은 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템은 지역난방용 열수송 압력 관로를 포함하는 지하 매설관의 누수관 및 누수지반의 탐상 및 분석을 통하여 누수관의 누수 영역을 보다 빠르고 정확하게 파악함으로써, 지하 매설관 유지관리의 신뢰성 및 효율성을 향상시킨다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
Claims (10)
- 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템에 있어서,
지하 매설관에 대해 미리 설정된 광대역 주파수 신호를 투사하며, 상기 지하 매설관에 관한 반사파 신호를 제공하는 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar);
상기 반사파 신호를 수신하는 비접촉식 GPR 수신 안테나;
상기 지하 매설관 및 상기 지하매설관의 주변 지반 매질에 관한 온도 분포를 감지하여 열분포 신호를 제공하는 열영상 카메라;
상기 지하 매설관 상에서 미리 설정된 구간별로 설치되며, 누수되는 매설관에서 발생하는 탄성파를 포함하는 진동 신호를 감지하는 적어도 하나 이상의 진동감지센서;
상기 반사파 신호와 이미지 신호 및 진동 신호에 의존하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 상기 지하 매설관의 누수 및 지반 상태를 판독하는 컨트롤러; 및
상기 지표투과레이더, GPR 수신안테나 및 상기 열영상 카메라를 견인하는 차량; 을 포함하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 컨트롤러; 는
미리 설정된 구간에 의존하여 상기 진동감지센서로부터 인가되는 진동신호들을 매핑하고, 상기 열영상 카메라로부터 제공되는 열분포 신호들을 매핑하고, 상기 진동신호 및 열분포 신호에 대해 중첩 매핑하는 매핑 모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 컨트롤러; 는
지표투과레이더(GPR)의 반사파에 관한 신호포화를 보정하고, 지하 매설관 및 주변 지반 매질에 의해 출현되는 다중 반사에 의한 신호를 감쇠하여 노이즈 신호를 필터링하는 스펙트럼 분석 모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 컨트롤러; 는
미리 설정된 자동이득조절 함수에 의존하여 탐사 시간 내에서 상기 반사 신호들에 관한 진폭수준을 조정하는 이득보정 모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 지하 매설관은 지역난방용 열수송 압력 관로 및 상수도용 관로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 컨트롤러는
지하 매설관의 누수지점을 진동신호의 탄성파 차이 값에 의존하여 설정되는 지표 또는 지표투과레이더(GPR) 신호의 난반사에 의해 포물선 형태로 출현하는 지표에 의해 판독하는 판단모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 제 6항에 있어서, 상기 포물선은 쌍곡선(Hyperbola)을 포함하고, 상기 쌍곡선 형태의 신호파형이 주변 매질과 상이한 경우, 컨트롤러는 상기 쌍곡선 형태 주변 영역을 누수지점으로 파악하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템.
- 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법에 있어서,
(A) 컨트롤러에서 미리 설정된 구간에 의존하여 진동감지센서로부터 인가되는 탄성파를 포함하는 진동신호를 매핑하는 단계;
(B) 컨트롤러에서 열영상 카메라로부터 제공되는 열분포 신호들을 매핑하는 단계;
(C) 컨트롤러에서 지표투과레이더(GPR)의 반사파에 관한 신호포화를 보정하는 단계;
(D) 컨트롤러에서 상기 지하 매설관 및 주변 지반 매질에 의해 출현되는 다중 반사에 의한 신호를 감쇠하여 노이즈 신호를 필터링하는 스펙트럼 분석 단계; 를 포함하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 (B)의 단계; 는
(B-1) 컨트롤러에서 상기 진동신호 및 열분포 신호에 대해 중첩 매핑하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 (D)의 단계; 는
미리 설정된 자동이득조절 함수에 의존하여 탐사 시간 내에서 상기 반사 신호들에 관한 진폭수준을 조정하는 이득보정 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210174497A KR20230086145A (ko) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | 지하 매설관의 누수 관로 및 지반 모니터링 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20230086145A true KR20230086145A (ko) | 2023-06-15 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101445257B1 (ko) | 2013-11-11 | 2014-09-26 | 수자원기술 주식회사 | 관로 내 부단수 진단 모듈 위치 탐사 방법 및 이를 이용한 진단 모듈 위치 탐사 시스템 |
| KR101913747B1 (ko) | 2017-05-24 | 2018-12-28 | 주식회사 차후 | 지하 시설물 관리 방법 및 장치 |
-
2021
- 2021-12-08 KR KR1020210174497A patent/KR20230086145A/ko unknown
Patent Citations (2)
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