KR20230147554A - 원격지에서 송전탑, 전주 및 가로등의 변위 실시간 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

원격지에서 송전탑, 전주 및 가로등의 변위 실시간 측정 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230147554A
KR20230147554A KR1020230049553A KR20230049553A KR20230147554A KR 20230147554 A KR20230147554 A KR 20230147554A KR 1020230049553 A KR1020230049553 A KR 1020230049553A KR 20230049553 A KR20230049553 A KR 20230049553A KR 20230147554 A KR20230147554 A KR 20230147554A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
distance
displacement
measurement
measured
devices
Prior art date
Application number
KR1020230049553A
Other languages
English (en)
Inventor
권종만
Original Assignee
권종만
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 권종만 filed Critical 권종만
Publication of KR20230147554A publication Critical patent/KR20230147554A/ko

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18Status alarms
    • G08B21/182Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/58Wireless transmission of information between a sensor or probe and a control or evaluation unit

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

전력공급을 위한 송전을 위한 송전탑, 통신 기지국 안테나 설치를 위한 철탑, 배전 및 통신선로와 가로등 설치를 위한 전주의 변위(變位)를 실시간으로 측정하여 사고를 미연에 방지하기 위한 시스템

Description

원격지에서 송전탑, 전주 및 가로등의 변위 실시간 측정 방법 및 시스템{Method and system for real-time measurement of displacement of transmission towers, utility poles and streetlights in remote locations}
전력공급을 위한 송전을 위한 철탑, 통신 기지국 안테나 설치를 위한 철탑, 배전 및 통신선로와 가로등 설치를 위한 전주의 변위(變位)를 실시간으로 측정하여 사고를 미연에 방지하기 위한 방법 및 시스템
송전탑이나 전주, 가로등에 거리를 측정할 수 있는 디바이스를 설치하고 설치된 디바이스 상호간의 거리를 펄스의 왕복 시간 측정을 통해서 실시간으로 측정 할 수 있는 시스템(Real Time Location System : RTLS) 기술과 관성측정장치(IMU)를 내장하여 진동을 감시하여 거리측정 결과와 결합하여 송전탑의 이상 여부를 측정 및 분석할 수 있는 방법 및 시스템
KR 10-1470981-0000 B1 지상 라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법 KR 10-1569654-0000 B1 지상라이다를 이용한 가공송전철탑 기초의 변위 및 각입측정과 분석방법 KR 10-0803317-0000 B1 전력용 철탑 위험 진단 시스템 KR 10-2018-0055224 B1 강관철탑 변위측정용 타겟장치 및 그 설치방법 US 20200025644 B1 REMOTE TOWER MONITORING SYSTEM US 20190051146 B1 THREE-DIMENSIONAL MULTI-POINT MULTI-INDEX EARLY WARNING METHOD FOR RISK AT POWER GRID TOWER IN LANDSLIDE SECTION
An IoT-Based System for Monitoring the Health of Guyed Towers in Overhead Power Lines-MDPI(2021) Sensor Placement for Structural Monitoring of Transmission Line Towers-Frontiersin.org(2015.11.25.) Tilt Monitoring of Tower Based on Video-photogrammetry-Sensors and Materials, Vol 33, No. 12(2021)4475-4488
일반적으로 철탑은 지하에 매립된 기초부재의 상부에 다수의 프레임 부재로 탑 형상의 구조물을 설치하고, 구조물에 필요한 기구나 장치를 지지하도록 구성된다. 이러한 철탑은 탑 형상의 구조물 상부에서 지면과 대략 평행한 가로방향으로 연장하는 철탑암(ARM)과 철탑암의 끝에 매달리는 장치를 포함한다.
철탑은 기구적인 충돌이나 충격이 없어도 비, 바람, 눈 등의 자연 환경의 영향에 의해 흔들리면서 발생하는 응력과, 철탑기초에 영향을 미칠 수 있는 지반침하, 토사유실, 경사면의 붕괴, 혹은 철탑기초 주변의 타 공사로 인한 절토, 성토 등 주변상황의 변화 등의 원인에 의해 변위가 발생한다.
특별히, 가공송전 철탑의 변위는, 수만 내지 수십만 볼트의 특고압의 전력을 전송하는 철탑의 특성상 큰 사고로 이어질 수 있어, 철탑의 변위 여부와 변위량은 지속적으로 측정되고 관리되어야 한다.
또한 2008년부터 5년간 태풍 등 자연재해로 전주가 넘어진 사고가 2만5천801건에 달하므로 이로 인한 사고 예방 조치 및 실시간 사고 현황 파악이 필요하다
송전탑이나 전주 및 가로등에 부착된 거리측정 디바이스 상호간의 거리를 펄스의 왕복 시간 측정을 통해서 실시간으로 측정 할 수 있는 시스템(Real Time Location System : RTLS) 기술과 관성측정장치(IMU)를 내장하여 진동을 감시하여 송전탑의 이상 여부를 측정하고 분석한다. 특히 송전탑의 기초에 설치된 디바이스들과 상부에 설치된 디바이스들 간의 거리를 메쉬(Mesh)형태로 입체적으로 측정하여 3차원 거리 변위 분석을 통하여 이상 유무를 실시간으로 모니터링하여 사고를 미연에 방지하는 방법 및 시스템.
종래에는 철탑의 변위를 측정하기 위하여 측량자(者)가 소정의 도구나 장비(줄자, 실, 수평계 및 계산기 등)의 측정 수단을 가진 상태로 승탑하여 변위를 측정하였다. 따라서, 종래의 방법은 측량자에 따라 측정 오차 가 발생하여 신뢰성이 떨어지고 측정 시간이 많이 소요되어 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 종래의 방법은 주로 측량자의 수작업에 의해 이루어지므로 측정 결과를 누적하여 관리하거나 측정 결과를 가공송전 철탑의 유지관리에 적절히 이용하기 어려운 한계가 있어 효율성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
특히, 송전탑은 초고압 환경으로 원격 감시 진단이 불가능하여 작업원이 순회점검을 통해 육안 식별 로 고장 지점을 파악하고 있으며, 일부 고가의 위성항법 시스템을 이용하여 철탑의 회전 변위를 측정하고 있다. 그러나, 현재의 감시진단 시스템은 철탑의 위험을 예측하는 데에 한계가 있으며, 위성항법 시스템을 이용할 경우에는 고가의 비용과 전력소모가 많다는 문제점이 있다.
한국전력이 관리하는 주요 전력설비는 전주 973만기, 철탑 4만3695기로 전국에 퍼져 있다. 하루 평균 전국 1500개소에서 전력설비의 건설·유지·보수 공사가 이뤄져 연간으로는 28만건에 이른다. 또한 한국전력의 “고객 호수 추이”관련 통계청 자료에 의하면 전국의 가로등 수량은 약 2,100,000 식 정도 되는 것으로 파악된다. 또한 글로벌 시장에서는 송전탑은 약 1억4천여기, 전주는 약 5억6천여기 및 가로등은 3억3천6백만 여기로 조사되어 매우 큰 시장을 형성하고 있다.
따라서, 철탑, 전주 및 가로등의 변위를 실시간으로 측정하여 쓰러지거나 넘어지는 사고가 발생하기 전에 조치를 하여 인적, 물적 피해가 발생하지 않도록 할 수 있다.
[도1]은 펄스의 왕복시간을 측정함으로써 디바이스간 거리를 측정하는 메시지의 흐름도
[도2]는 센서융합(Fusion) 기술을 설명하기 위한 예시도
[도3]은 철탑에 거리측정용 디바이스를 설치하기 위한 예시도 및 거리 측정 구간을 표시하는 예시도
[도4]는 철탑 하부 기초 부분에 이상이 발생하였을 경우 철탑 상부와 하부간의 거리 변화를 표시한 예시도로서
[도5]는 철탑 하부 기초 부분에 이상이 발생하였을 경우 철탑 하부 기초간 면거리와 대각거리의 변화를 표시한 예시도
[도6]는 철탑 상단부에 변위가 발생하였을 경우 측정 거리의 변화를 표시한 예시도
[도7]은 전주 및 가로등의 변위 측정을 위한 디바이스 설치 위치 표시 예시도
(도8)은 전주 및 가로등이 전선과 직각 방향으로 기울어 졌을 경우 측정 거리의 변화를 표시하는 예시도
[도9]은 전주 및 가로등이 전선과 평행한 방향으로 기얼어 졌을 경우 측정 거리의 변화를 표시하는 예시도
[도10]는 변위 측정 시스템을 구현하기 위한 전체적인 망 구성 예시도
[도11]은 거리측정용 디바이스와의 통신을 하며 거리측정과 더불어 원격지 서버와 데이터 통신을 할 수 있는 기능을 가진 앵커 디바이스의 구성도
[도12]는 거리 측정용 디바이스의 구성도
[도13]은 실시간 원격 변위 측정 시스템 순서도
[도14]는 본 발명에 따른 시스템 구축에 사용되는 디바이스의 외형(하우징의 구성도
펄스의 왕복시간을 측정하여 거리를 측정하는 디바이스간의 왕복시간을 측정하여 두 디바이스간의 거리를 측정하는 방법을 ToF(Time of Flight) 또는 TWR(Two Way Ranging) 방식이라고 하며 [도1]과 같이 메시지의 흐름도에 따라 각 디바이스에서의 지연시간(Delay)은 정해져 있는 시간이므로 두 디바이스간 거리는 아래의 공식에 의해 산출된다.
Device의 Round Trip: TRT = TRR-TSB
Device의 Delay Time: TDT: TSF-TRR
RAP의 Round Trip: RRT = TRF-TSR
RAP의 Delay Time: RDT: TSR-TRB
이에 따라 두 디바이스 간의 거리를 아래의 계산공식을 적용하여 계산한다.
거리 = (TRT - RDT + RRT - TDT)/2 * c (c 는 빛의 속도)
즉, 디바이스간 왕복시간을 2로 나누면 단일 방향 도달 시간이 되고 여기에 빛의 속도를 곱하면 디바이스간 거리가 산출된다.
IMU 센서는 일반적으로 자이로 센서, 가속도 센서, 지자계 센서로 구성되어 있다.
자이로 센서의 경우에는 저주파 영역에서 값이 변하는 드리프트(Drift)현상이 발생하여 정확한 값을 기대하기가 어렵고, 가속도 센서의 경우에는 고주파 영역에서 잡음(Noise)이 상당히 많이 혼입된다. 즉. 자이로 센서의 주파수 특성은 저주파에서는 정확도가 떨어지고 고주파에서 정확도가 높아지는 반면, 가속도 센서의 주파수 특성은 반대로 저주파에서는 정확도가 높아지는 반면, 고주파에서 정확도가 떨어지는 특성을 가지고있다.
자이로와 지자기 및 가속도 데이터를 융합(Fusion)하여 3차원 방향방위(3D Orientation)를 계산하는 장치를 자세방위장치(AHRS; Attitude Heading Reference System)라 한다. 이러한 센서 융합(Fusion)으로 각속도 적분에 따른 드리프트(Drift)는 참조 벡터(Reference Vector), 즉 중력과 지자계 데이터를 통해 보상(Compensate)을 하여 정확도를 높인다.
보통 관성측정 센서의 원데이터를 가공하여 안정된 값을 취하는 방법으로는 칼만 필터(Kalman Filter)외에도 상보필터(Complementary Filter)나 사원수(Quaternion)등 여러 가지 필터를 사용한다. 센서 융합의 예를 들자면, 상보필터의 경우 각 센서의 특성을 고려하여 주파수에 따라 가중치를 두어 계산을 하며 그 결과 주파수 특성은 전 주파수에 걸쳐 평탄한 경향을 보이게 된다.
센서의 경우 여러 요인에 의한 잡음(노이즈), 피씨비(PCB)기판 전자부품들에 의한 전기적인 잡음, 센서자체의 오차, 기타 백그라운드 잡음 등이 혼재하게 되어 센서의 원시 데이터(Raw data)를 그대로 사용하는 것은 불가능 하다.
이를 해결하기 위하여 칼만 필터 등 여러 가지 필터 및 측정된 물리량을 융합하여 사용한다. [도2]는 센서 퓨전과 칼만필터를 사용하였을 경우 바람직한 특성이 나타나는 예시를 보여 준다. [도2]에서 각속도 센서는 빠른 시간 내에 변위값을 측정(20)하기 유리하나 적분 오차가 발생하고, 가속도 센서와 지자기 센서는 느리지만(21) 절대각을 구할 수 있는 장점이 있다. 따라서 각 센서의 장점을 융합(22)하여 정확도를 향상시킬 수 있으며, 우측 그림과 같이 실제위치(25)를 보다 정확히 하기 위해서는 센서 원시데이터(26)를 사용하지 않고 칼만 필터를 비롯한 각종 필터를 사용하여 실제위치와 가장 유사한 측정치(27)를 낼 수 있도록 보정한 결과를 사용한다.
송전탑의 변위 측정을 위해서는 [도3]의 예시도와 같이 상기한 거리측정용 디바이스를 설치하고 각 디바이스간 거리를 측정한다. 송전탑 하부에 4개의 디바이스(4~6)와 철탑 상부에 위치한 각각의 암(ARM)에 2개 이상의 디바이스(1,2)를 설치하여 이들 상호간의 거리를 측정한다. 도면에서 D12는 디바이스 1과 디바이스 2 상호간의 거리를 의미하여 마찬가지로 D36은 디바이스 3과 디바이스 6간의 거리를 의미한다. [도3]에서 보는 바와 같이 각 디바이스간 메쉬(Mesh)형태로 거리를 측정하면 실시간으로 입체적인 거리 정보를 획득 할 수 있다. 이 경우, 메쉬형태의 입체적인 거리 측정을 위하여서는, 앵커 디바이스와 변위측정용 디바이스 및 변위측정용 디바이스 상호간의 거리는 비과시간(飛過時間, Time of Flight)을 상기 기술한 바와 같이 측정하여 산출하며, 디바이스 수량이 N개인 경우 디바이스당 비과시간 계산은 N-1회 측정하게 되고 메쉬형태로 입체적인 거리 측정을 하기 위해서는 총 N*(N-1)회의 거리측정을 할 수 있으며, 이 경우 프로세싱에 소요되는 시간 또는 전원소비를 줄이기 위하여 필요에 따라서 디바이스당 비과시간 계산의 횟수를 감소시킬 수 있다.
본 변위 측정 방법을 사용하면 디바이스간 다수의 비과시간을 측정하게 되므로 일부 구간에 측정 오차가 발생하더라도 타 구간에서의 측정결과를 활용하여 오차 발생 여부를 확인할 수 있으므로 신뢰성 있는 분석 결과를 제공할 수 있으므로 인해 허위 경보가 발생할 확률을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
송전탑 하부에 슬라이등이 발생할 경우 상부는 송전선 등의 장력으로 인해 변위가 적게 생길 것이므로 [도4]와 같이 기존 D13의 거리가 D131과 같이 변경되어 거리의 감소가 발생할 것이고 기존 D24 였던 거리는 D241로 거리가 증가될 것이므로 이를 이용하여 변위를 측정할 수 있다. 마찬가지로 D14는 D141과 같이 거리가 감소하고, D25는 D2512과 같이 거리가 증가하게 측정되므로 변위가 발생되었다는 것을 파악할 수 있다.
하단부에서 변위가 일어난 경우에는 [도5]와 같이 기초 부분의 디바이스 5와 디바이스 6이 변위가 발생하게 되고, 이러한 경우 D15는 D151로 거리가 증가하게 측정되며, 마찬가지로 D16은 D161로 D36은 D361로 거리가 증가하는 것으로 측정될 것이고, 디바이스 2와 디바이스 6 간의 거리 D26은 D261과 같이 감소되어 측정 되므로 변위 여부를 판단할 수 있다. 마찬가지로 타 구간의 거리에도 변화가 발생하므로 더욱 정확하게 변위여부를 판단할 수 있다.
송전탑 상단부의 암(ARM)에서 변위가 일어난 경우에는 [도6]과 같이 D15는 D151로. D24는 D241로 거리가 감소되고, D26는 D261로, D13은 D131로 거리가 증가되므로 변위의 여부를 판단할 수 있다. 마찬가지로 타 구간의 거리에도 변화가 발생하므로 더욱 정확하게 변위여부를 판단할 수 있다.
전주(P1~P3) 또는 가로등에 거리측정용 디바이스는 [도7]의 예시도와 같이 설치하게 되며, 상단에 설치된 거리 측정 디바이스간(S1,S2,S3)의 거리를 실시간으로 측정하여 변위를 측정한다. 이때 [도8]의 예시도와 같이 전주 S2가 에서 전선방향과 직각방향으로 기울어 졌을 경우, 기존 D12와 D23은 각각 D121과 D131로 거리가 증가되게 측정되므로 변위 여부를 파악할 수 있다.
또 다른 예로는 [도9]의 예시도돠 같이 전주S2가 전선과 평행한 방향으로 기울어졌을 경우, D12는 D121로 거리가 감소되며, D23은 D231로 증가되게 측정되므로 변위 여부를 판단할 수 있다.
[도10]은 본 발명을 구성하기 위한 전체적인 네트워크의 예시도 이며, 변위 측정 디바이스 상호(S1~Sn)간 거리를 측정하고 그 결과를 게이트웨이로 유선 또는 무선으로 송신한다. 게이트웨이는 유선 또는 무선 기지국(100)을 통해 인터넷(200)과 연결된다.
여기서 앵커노드의 역할은 거리측정 기능과 더불어 게이트웨이와의 통신을 지원하는 것이다.
인터넷을 통해 서버(300)로 전달된 데이터는 데이터베이스(400)와 연결되어 과거의 데이터 또는 설정 값과 현재의 데이터를 비교하여 이상 유무를 판단하여 운용자(500)에게 알려주며 모바일 디바이스(600)를 통해서도 실시간으로 운용자에게 알람을 송출할 수 있도록 한다.
[도11]은 거리측정용 디바이스(S1~Sn)와의 통신을 하며 거리측정과 더불어 원격지 서버와 데이터 통신을 할 수 있는 기능을 가진 앵커 노드의 구성도로서 거리측정을 위한 안테나(100)와 통신부(200)를 통해 거리측정과 거리측정 정보를 취합하고, 게이트웨이와 통신을 위한 통신부(400)과 데이터 전송용 안테나(600)을 포함한다. 진동 특성 파악을 위한 아이엠유(IMU)센서(1000)와 전원 공급을 위한 솔라셀(500), 축전지(800) 및 전원부(900)를 가지며 메모리(500)와 프로세서(300)를 통해 전체적인 변위 측정과 서버와의 통신 프로세스를 진행한다.
[도12]는 거리측정용 디바이 구성도로서 거리측정을 위한 안테나(100)와 통신부(200), 진동 특성 파악을 위한 아이엠유(IMU)센서(900)와 전원 공급을 위한 솔라셀(600), 축전지(700) 및 전원부(800)를 가지며 메모리(500)와 프로세서(300)를 통해 전체적인 프로세스를 진행한다. 측정된 거리 정보는 상기 도[11]의 앵커 노드로 거리 측정용 안테나를 통해 전송한다.
[도13]은 실시간 원격 변위 측정 시스템 순서도로서 앵커노드(디바이스)와 서버간 통신을 시작하고(10), 앵커 디바이스가 정상적으로 동작하는 경우(20), 기본 앵커 디바이스와 거리측정 센서 디바이스간 거리를 측정하고 이를 서버로 송신한 후 데이터 베이스에 있는 정보(50)를 수집하여 측정된 변위 정보와 기존 데이터 베이스 상의 자료가 변화하였는 지 여부를 확인(70)하여 허용치를 초과하는 경우 에는 알람(90)을 발생 시키고 종료 한다. 기준 앵커 디바이스가 정상동작 하지 않는 경우에는 예비 앵커 디바이스가 거리 측정 정보를 수집(40)하고 데이터 베이스에 있는 정보(60)를 수집하여 측정된 변위 정보와 기존 데이터 베이스 상의 자료가 변화하였는 지 여부를 확인(80)하여 허용치를 초과하는 경우 에는 알람(90)을 발생 시키고 종료 한다. 측정된 변위 데이터가 기존 데이터 베이스에 있는 데이터와 변화가 없다면 무시하고 알람을 발생하지 않는다.
[도14]는 바람직한 디바이스의 합체(Enclosure) 형태 예시도로서, 눈과 바람의 영향을 최소한으로 받고 솔라셀을 탑재할 수 있는 캡슐형 구조(C1)를 가지며, 캡슐 표면의 평평한면(C2)을 이용하여 솔라셀(C3)의 장착이 가능한 구조를 가지고, 솔라셀을 이용한 에너지원이 부족한 경우를 대비하여 투명창이 있는 반구형 마개(C4)를 이용하여 내부에 솔라셀(C5)을 추가 장착할 수 있는 구조를 가진다.
지금까지 송배전 송전탑 및 전주에 대한 변위를 미연에 파악하지 못해 붕괴가 일어남으로 인해 많은 인명피해와 비용 발생을 초래하고 있었고 이를 해결하려는 노력에 대한 시간 투자 및 이에 대한 비용 손실 또한 적지 않았다. 현실적으로 현장에서의 직·간접 측정으로 변위 임계치를 초과할 경우 후속 대책도 또한 추가적인 시간 및 경제적인 손실이 동반되는 것이 현실적인 상황이지만, 실시간 원격지 철탑의 변위 측정이 가능함으로써 현장에서 측정하는데 드는 비용을 원천적으로 감소시킬 뿐만 아니라, 추후 변위 값의 임계치에 도달하는 시간을 사전에 예측하고 이를 조치함으로써 추가적 경제적 손실을 줄일 수 있고 특히 인적·물적 재산 피해의 위험을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 전력 송배전 시설에 있어서 실시간 측정을 토대로 국가의 핵심 인프라인 전력공급에 장애가 발생할 경우 기술적인 원인분석 및 대응 방식 방안을 마련할 수 있는 기술적인 토대를 마련할 수 있다.
[도3]~[도6]
Dij : 디바이스 i와 디바이스j간의 거리(정상상태인 경우의 거리)
Dij1 : 디바이스i와 디바이스j간의 거리가 정상상태와 상이하게 측정될 경우의 거리
[도7]~[도9]
Dij : 디바이스 Si와 디바이스Sj간의 거리(정상상태인 경우의 거리)
Dij1 : 디바이스 Si와 디바이스Sj간의 거리가 정상상태와 상이하게 측정될 경우의 거리

Claims (8)

  1. 송전탑이나 철탑 구조물에서 하부 기초부분에 4개 이상의 변위측정용 디바이스를 설치하고, 상부의 암(ARM)부분이나 안테나가 설치되는 부분에 다수의 변위측정용 디바이스와 하나 이상의 앵커디바이스를 설치하여 이들 센서간 거리를 실시간으로 입체적인 메쉬(Mesh) 형태로 측정함으로써, 정상상태의 측정 거리 값들과 비교하여 다른 측정 값이 측정되었을 경우 측정값과 해당부분의 디바이스 위치를 사용자에게 알려주어 사고가 발생하기 전에 선행적으로 조치를 할 수 있는 기능을 특징으로 하는 방법 및 시스템
  2. 제1항에 있어서, 변위측정용 디바이스는 UWB 무선통신을 이용하여 거리를 측정하기 위한 UWB 안테나와 UWB모듈 및 클럭 발생장치와 제어 및 연산을 위한 프로세서와 메모리를 가지고 있고 태양광을 전원공급원으로 하기 위한 솔라셀 및 배터리 등 전원공급 장치를 가지고 있으며 IMU센서를 포함하고 상태감시를 위해 LED를 가지고 있으며, 무선으로 디바이스의 설정이 가능하도록 블루투스(BLE)를 포함하는 구조를 특징으로 하는 디바이스
  3. 제1항에 있어서, 앵커 디바이스는 UWB 무선통신을 이용하여 거리를 측정하기 위한 UWB안테나와 UWB모듈 및 클럭 발생장치와 제어 및 연산을 위한 프로세서와 메모리를 가지고 있고, 태양광을 전원공급원으로 하기 위한 솔라셀 및 배터리 등 전원공급 장치를 가지고 있으며 IMU센서를 포함하고 상태감시를 위해 LED를 가지고 있으며, 무선으로 디바이스의 설정이 가능하도록 블루투스(BLE)를 포함하며, 원격지 서버와의 통신을 위해 인터넷 연결을 위한 유선 통신 또는 LPWA등의 무선통신 모듈과 안테나를 포함하는 구조를 특징으로 하는 디바이스

  4. 제1항에 있어서 앵커 디바이스와 변위측정용 디바이스 및 변위측정용 디바이스 상호간의 거리는 비과시간(飛過時間, Time of Flight)을 측정하여 산출하며, 디바이스 수량이 N개인 경우 디바이스당 비과시간 계산은 N-1회 측정하여 메쉬형태로 입체적인 거리 측정을 하기 위해서는 N*(N-1)회의 거리측정을 할 수 있으며, 이 경우 프로세싱에 소요되는 시간 또는 전원소비를 줄이기 위하여 필요에 따라서 디바이스당 비과시간 계산의 횟수를 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하며 디바이스간의 비과시간의 측정횟수가 다수 이므로 일부 구간에 측정 오차가 발생하더라도 타 구간에서의 측정결과를 활용하여 오차 발생 여부를 확인할 수 있으므로 신뢰성 있는 분석 결과를 제공할 수 있으므로 인해 허위 경보가 발생할 확률을 획기적으로 감소시킬 수 있는 방법 및 시스템
  5. 제3항과 4항에 있어서, IMU센서는 진동패턴을 측정하기 위하여 사용하며 가속도 및 각속도 센서 등의 측정결과를 센서퓨전 기술을 이용하여 정확도와 신뢰성을 높이고 입체적인 거리측정 결과와 융합하여 보다 초기에 구조물의 이상유무를 판단할 수 있도록 활용할 수 있는 구조를 특징으로 하는 방법 및 시스템
  6. 전주나 가로등의 경우에 있어서, 하나의 변위측정 디바이스를 구조물의 상단부에 설치하여 인근의 전주나 가로등과의 거리를 실시간으로 측정하여 정상적인 경우의 거리와 비교하여 상이한 측정 결과가 나올 경우 이상 상태로 판단하여 사용자에게 알람을 송출할 수 있는 구조를 특징으로 하는 방법 및 시스템
  7. 제1항과 제6항에 있어서, 앵커디바이스와 서버간 통신을 시작하고, 앵커 디바이스가 정상적으로 동작하는 경우, 앵커디바이스와 변위측정 디바이스간 거리를 측정하고 이를 서버로 송신한 후 데이터베이스에 있는 정보를 수집하여 측정된 변위 정보와 기존 데이터 베이스상의 자료가 상이한지를 확인하여 허용치를 초과하는 경우에는 알람을 발생시키고 종료하며, 앵커 디바이스가 정상동작하지 않는 경우에는 예비 앵커 디바이스 또는 주변의 앵커 디바이스가 거리 정보를 수집하고 데이터베이스에 있는 정보와 비교하여 변화 여부를 판단하여 변화량이 허용치를 초과하는 경우에는 알람을 발생시키고 허용치 이내인 경우에는 무시하고 알람을 발생하지 않는 순서도를 특징으로 하는 방법 및 시스템
  8. 제1항과 7항에 있어서, 함체(Enclosure)는 눈과 바람 등 외부환경으로부터의 영향을 최소화하고 솔라셀을 외부에 부착하는 데 용이한 구조를 가진 캡슐형 형태를 가지고 필요 시에는 반구형태의 구조물을 투명하게 하고 내부에 추가 솔라셀을 실장하여 발전 성능을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 방법 및 시스템
KR1020230049553A 2022-04-14 2023-04-14 원격지에서 송전탑, 전주 및 가로등의 변위 실시간 측정 방법 및 시스템 KR20230147554A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220046436 2022-04-14
KR1020220046436 2022-04-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230147554A true KR20230147554A (ko) 2023-10-23

Family

ID=88508709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230049553A KR20230147554A (ko) 2022-04-14 2023-04-14 원격지에서 송전탑, 전주 및 가로등의 변위 실시간 측정 방법 및 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230147554A (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803317B1 (ko) 2006-12-22 2008-02-13 한전케이디엔 주식회사 전력용 철탑 위험 진단 시스템
KR101470981B1 (ko) 2014-06-23 2014-12-10 (주)선운 이앤지 지상 라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법
KR101569654B1 (ko) 2015-06-12 2015-11-16 (주)선운 이앤지 지상라이다를 이용한 가공송전철탑 기초의 변위 및 각입측정과 분석방법
KR20180055224A (ko) 2016-11-16 2018-05-25 한전케이피에스 주식회사 강관철탑 변위측정용 타겟장치 및 그 설치방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803317B1 (ko) 2006-12-22 2008-02-13 한전케이디엔 주식회사 전력용 철탑 위험 진단 시스템
KR101470981B1 (ko) 2014-06-23 2014-12-10 (주)선운 이앤지 지상 라이다를 이용한 가공송전 철탑의 변위 측정과 분석 방법
KR101569654B1 (ko) 2015-06-12 2015-11-16 (주)선운 이앤지 지상라이다를 이용한 가공송전철탑 기초의 변위 및 각입측정과 분석방법
KR20180055224A (ko) 2016-11-16 2018-05-25 한전케이피에스 주식회사 강관철탑 변위측정용 타겟장치 및 그 설치방법

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An IoT-Based System for Monitoring the Health of Guyed Towers in Overhead Power Lines-MDPI(2021)
Sensor Placement for Structural Monitoring of Transmission Line Towers-Frontiersin.org(2015.11.25.)
Tilt Monitoring of Tower Based on Video-photogrammetry-Sensors and Materials, Vol 33, No. 12(2021)4475-4488
US 20190051146 B1 THREE-DIMENSIONAL MULTI-POINT MULTI-INDEX EARLY WARNING METHOD FOR RISK AT POWER GRID TOWER IN LANDSLIDE SECTION
US 20200025644 B1 REMOTE TOWER MONITORING SYSTEM

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10749327B2 (en) Utility pole with tilt meters and related methods
KR102042616B1 (ko) IoT 기반 도심지 건설현장 상시 안전관리 시스템
CN109489541A (zh) 基于北斗测量技术的铁路边坡变形监测和分析系统
KR102073918B1 (ko) 사면 변위 측정장치 및 이를 이용한 산사태 예보 시스템
Thuro et al. New landslide monitoring techniques–developments and experiences of the alpEWAS project
US20120206258A1 (en) Network-Based System for Predicting Landslides and Providing Early Warnings
KR20120139891A (ko) 기울기 센서가 설치된 구조물 및 구조물 기울기 원격 측정 시스템
KR102026821B1 (ko) 사면 원격 계측 관리 시스템
CN107421591A (zh) 铁塔状态监测系统
CN109373980A (zh) 一种基于视频监控测量仪和测斜终端的监测方法及系统
RU2357205C1 (ru) Система для определения деформаций строительных конструкций сооружения
US20120101729A1 (en) Method and system for detecting ground displacement
CN109298433A (zh) 一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统
Puglisi et al. New integrated geodetic monitoring system at Stromboli volcano (Italy)
CN106033637A (zh) 无线缆、可长期独立工作的滑坡灾害监测预警方法及系统
CN102749652A (zh) 山体滑坡电子监测系统及监测方法
CN111970382A (zh) 一种铁塔安全监测预警系统
RU2467298C1 (ru) Система спутникового мониторинга смещений инженерных сооружений с использованием спутниковых навигационных систем глонасс/gps
CN110411431A (zh) 基于北斗双天线系统的高大架体垂直度监测系统及方法
CN113405602A (zh) 杆塔状态监测装置
CN109269631A (zh) 一种基于mems传感器的综合轨道监测系统及轨道结构
KR20230147554A (ko) 원격지에서 송전탑, 전주 및 가로등의 변위 실시간 측정 방법 및 시스템
CN115457739B (zh) 一种地质灾害预警方法、装置、电子设备及存储介质
CN116337158A (zh) 一种用于建筑健康监测装置及方法
CN215447745U (zh) 一种用于隧道出口边坡的监测系统