KR20240008508A - 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 종류의 측정면을 타격하여 발생되는 타격신호로부터 측정면의 강도를 산정하는 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드론에 장착된 타격장치를 이용하여 대상체의 측정면을 타격하여 발생되는 측정면과의 타격신호를 지상부로 전송하고, 전송된 타격신호로부터 신호값을 계산하여 타격 강도값을 산정하는 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 관련된 종래 기술을 예로 들면, 특허문헌 1 충격량을 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법은 강도 측정의 용이성, 측정시간 단축성, 측정의 정확성, 현장 적용성을 증가시키고, 직접적인 강도 측정법의 공시체 준비 및 파괴 시험과정 등의 번거로움과 불편함, 시간지연성, 현장에서의 측정면 채취 등에 의한 구조물 손상의 문제점을 해소하여, 측정대상물의 강도를 보다 용이하고 정확하면서 신속하게 측정한다.
또한, 특허문헌 2 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법은 현장에서 측정대상물의 강도를 측정하기 위해서 현장측정 장치를 이용하여 측정대상물을 타격할 때 발생하는 신호에너지를 이용하면서 측정된 강도를 측정자가 쉽게 파악할 수 있도록 한 것으로서, 종래의 직접적인 강도측정법의 공시체 준비 및 파괴 시험과정 등의 번거로움과 불편함, 시간지연성, 현장에서의 측정면 채취 등에 의한 구조물 손상 등의 여러 가지 문제점을 줄일 수 있으며, 간접적인 강도측정법의 강도추정의 제약성과 정확한 강도추정이 어렵다는 문제점을 줄일 수 있으며, 현장에서 측정대상물에 대한 강도측정의 신뢰성과 현장 적용성을 동시에 높임으로써 토목 및 건축구조물의 사회기반시설물에 대한 설계, 시공, 및 유지관리에 대한 경제성 및 안전성을 증가시킬 수 있다.
그러나 종래 기술은 드론이 비행하며 특정 위치의 측정면을 타격하고, 강도를 측정하지 못하는 문제점이 있다.
또한 인력 투입이 어려운 구조체의 측정면을 대상으로 정확한 측정값을 획득하고 이를 산정하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 드론이 비행하며 특정 위치의 측정면을 타격하고, 강도를 측정하는 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 측정된 강도와 비교되는 강도 기준값을 알리는 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 제어신호에 따라 비행가능한 드론(D)에 탑재되어 구조물의 측정면을 타격하고 발생하는 타격신호를 분석하여 측정면의 강도를 산정하는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템은 측정면을 타격하는 강도측정모듈(20); 강도측정모듈(20)과 연결되어 강도측정모듈(20)이 측정면을 타격하여 발생되는 타격신호에 대한 데이터를 수집하는 데이터획득장치(DAQ, 30); 데이터획득장치(30)로부터 수집되는 타격신호를 전달받으며, 기저장된 신호분석 및 강도산정 프로그램이 전달받은 타격신호를 기반으로 충격력 신호에너지를 계산하고 측정면의 비파괴 압축강도를 산정하는 분석단말기(40); 및 분석단말기(40)에서 생성되는 데이터를 무선으로 제공받아 실시간 확인이 가능한 지상 분석단말기(50);를 포함하며, 상기 분석단말기(40)는 데이터획득장치(30)로부터 수집되는 타격신호를 기반으로 충격력 신호응답을 측정하고, 측정된 충격력 신호응답으로부터 충격력 신호에너지값을 계산하여 측정면의 비파괴 압축강도를 산정하는 신호분석부(41)와, 데이터 획득장치(30) 및 신호분석부(41)로부터 발생하는 데이터를 저장하는 DB(42)와, DB(42)에 저장되는 데이터를 지상 분석단말기(50)로 실시간 무선으로 전송하여 제공하는 통신부(43)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강도측정모듈(20)은, 전후진 되어 측정면을 타격하는 타격부(21); 타격부(21) 내에 구비되어 센서를 포함하며, 측정면을 타격하는 타격부(21)로부터 발생되는 타격신호를 센서가 감지하는 응답부(22); 타격부(21)를 전후방향으로 구동시켜 측정면을 타격하는 구동부(23); 응답부(22)로부터 전달받은 타격신호를 데이터획득장치(30)로 전송하는 전송부(24); 및 구동부(23)의 작동상태를 제어하는 컨트롤러(25);를 포함하는 것을 특징으로으로 한다.
또한, 상기 응답부(22)는 타격부(21)가 측정면을 최초 타격하는 초기타격신호 및 타격부(21)의 반발작용에 의한 연속적인 반복타격이 발생하여 소멸될 때까지의 반복타격신호를 감지하고 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로 전송하며, 신호분석부(41)는 데이터획득장치(30)로부터 전달받은 초기타격신호 및 반복타격신호에 의한 타격신호로부터 충격력 응답신호를 측정하고 상기 [수학식 1]을 적용하여 충격력 신호에너지를 계산하여 비파괴 압축강도를 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호분석부(41)는, 충격력 응답신호 판단에 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 수행하고, 신경망 학습에 훈련 데이터를 이용하고, 시험 데이터로 신경망 성능을 검증하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석단말기(40)는 타격신호를 기반으로 하여 측정되는 충격력 신호응답을 수신하고, 수신된 충격력 신호응답으로부터 충격력 신호에너지값을 산출하는 클라우드(44);를 더 포함하며, 상기 클라우드(44)는, 외부 정보 요청에 대해 서버 DB 웹 표준(65)을 지원하고, 크롤링 모듈(67)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클라우드(44)는, 측정된 강도와 비교되는 강도 기준값을 상기 크롤링 모듈(67)을 통해 서버로부터 수신하고, 측정된 강도와 강도 기준값을 비교한 결과를 상기 알림부(48)에 제공하는 비교부(47);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 방법은 컨트롤러(25)가 강도측정모듈(20)의 구동부(23)를 제어하여 타격부(21)로 측정면을 타격하는 단계(S101); 응답부(22)로 타격신호를 감지하는 단계(S102); 응답부(22)에서 감지되는 타격신호를 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로 전송하는 단계(S103); 분석단말기(40)가 데이터획득장치(30)로부터 타격신호를 전달받는 단계(S104); 전달받은 타격신호를 기초로 신호분석부(41)가 충격력 신호에너지값을 계산하여 측정면의 강도를 산정하는 단계(S105);를 포함하며, 상기 S102 단계는 타격부(21)가 측정면을 최초 타격하는 초기타격신호 및 타격부(21)의 반발작용에 의한 연속적인 반복타격이 발생하여 소멸될 때까지의 반복타격신호를 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S105 단계는 신호분석부(41)가 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로부터 전달받은 초기타격신호 및 반복타격신호에 의한 타격신호로부터 충격력 응답신호를 측정하고 상기 [수학식 1]을 적용하여 충격력 신호에너지를 계산하여 비파괴 압축강도를 산정하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 명세서에 개시된 기술에 관한 설명은 단지 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
또한 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소로 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 드론이 비행하며 특정 위치의 측정면을 타격하고, 강도를 측정함으로써 충격력 응답신호를 이용하여 비파괴 압축강도의 신호를 취득하고, 산출하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 측정된 강도와 비교되는 강도 기준값을 알림으로써 측정된 강도에 비교되는 강도 기준값을 사용자가 알 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법이 탑재된 드론의 구성을 나타내는 도면
도 2는 본 발명에 따른 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 시간당 충격력 응답신호 그래프를 보인 예시도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클라우드의 구성을 나타내는 도면
도 5는 본 발명에 따른 클라우드의 크롤링 구성을 보인 블록도
도 6은 본 발명에 다른 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법의 동작 흐름도
도 7은 본 발명에 따른 측정면 타격 측정 그래프를 보인 예시도
도 8은 본 발명을 설명하기 위한 하드웨어 자원과 운영체제, 코어인 제어부의 동작, 제어부 동작을 실행할 권한을 부여하는 시스템 인증 구성을 설명하는 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 시간당 충격력 응답신호 그래프를 보인 예시도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클라우드의 구성을 나타내는 도면
도 5는 본 발명에 따른 클라우드의 크롤링 구성을 보인 블록도
도 6은 본 발명에 다른 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법의 동작 흐름도
도 7은 본 발명에 따른 측정면 타격 측정 그래프를 보인 예시도
도 8은 본 발명을 설명하기 위한 하드웨어 자원과 운영체제, 코어인 제어부의 동작, 제어부 동작을 실행할 권한을 부여하는 시스템 인증 구성을 설명하는 예시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 선호적인 실시예를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법이 탑재된 드론의 사시도로서, 도 1을 참조하면, 드론(D)은 강도측정모듈(20), 데이터획득장치(DAQ, 30), 분석단말기(40) 및 지상 분석단말기(50)를 포함한다.
여기서 분석단말기(40)는 드론(D)에 탑재가 가능한 소형 컴퓨터가 사용되지만, 동일한 목적과 기능을 달성할 수 있는 범위 내에서 스마트폰, 타블렛 PC, 노트북 등 다양한 형태의 단말기가 사용되는 것이 가능하다.
드론(D)은 지상에서의 제어신호에 따라 다양한 형태로 비행가능하며 인력투입이 어려운 구조물의 측정면에 가까이 인접한 후, 강도측정모듈(20)을 이용하여 타격신호를 발생시키고 이를 수집 및 분석한다.
이때 드론(D)과 강도측정모듈(20)은 별도의 드론 조종기를 통하여 제어되며, 드론 조종기에 의해 드론(D)의 컨트롤러(C)가 비행부(W)를 제어하여 날개의 회전 속도 및 회전방향을 조절하고, 드론(D)의 자세를 제어한다. 또한 드론 조종기는 강도측정모듈(20)의 컨트롤러(25)를 제어한다.
강도측정모듈(20)은 타격부(21), 응답부(22), 구동부(23), 전송부(24) 및 컨트롤러(25)를 포함하고, 컨트롤러(25)가 구동부(23)를 제어하여 타격부(21)의 구동 및 타격회수를 제어하고, 타격부(21)로 측정면을 타격한다.
이때 강도측정 대상인 측정면은 콘크리트뿐 아니라 나무, 철, 아크릴 등의 재질을 사용하며, 상기에 기술되지 않은 재질 또한 측정면이 될 수 있다.
타격부(21) 내에 구비되는 응답부(22)는 센서를 포함하고, 측정면을 타격하는 타격부(21)으로부터 발생되는 타격력을 센서로 감지하며, 센서에 의해 감지된 타격력에 대한 타격신호를 데이터획득장치(30)로 전달하고, 데이터 획득장치(30)는 타격신호를 분석단말기(40)의 신호분석부(41)로 전송한다.
강도측정모듈(20)과 분석단말기(40)에 의해 생성된 데이터는 무선통신을 이용하여 지상에 구성된 지상 분석단말기(50)로 전송된다. 이때 지상 분석단말기(50)는 분석단말기(40)에서 생성되는 데이터를 실시간으로 모니터링하고 별도로 탑재된 분석프로그램을 이용하여 데이터의 분석 및 저장이 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법의 구성도로서, 드론(D)에 장착된 강도측정모듈(20)을 이용하여 측정면을 타격하고 발생되는 타격신호를 수집하며, 타격신호에 대한 데이터를 데이터 획득 장치(30) 및 분석단말기(40)로 전송하면, 분석단말기(40)의 신호분석부(41)가 타격신호에 기초하여 충격력 응답신호를 측정하고 후술하는 [수학식 1]을 이용하여 충격력 응답신호를 산출한다.
분석단말기(40)는 원격으로 제어되어 측정면에 대한 타격신호 측정 및 분석의 업무를 수행하는 것으로 신호분석부(41), DB(42) 및 통신부(43)를 포함한다.
신호분석부(41)는 데이터획득장치(30)로부터 타격신호를 제공받으며, 기저장된 신호분석 및 강도산정 프로그램에 의해 타격신호를 기초로 하여 충격력 응답신호 및 측정면 강도를 산출한다.
이를 상세히 설명하면, 먼저 타격부(21)가 측정면을 타격하여 발생되는 타격신호를 응답부(22)가 감지하여 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로 타격신호를 전송한다.
이때 응답부(22)는 타격부(21)가 측정면을 최초로 타격하여 발생하는 초기타격신호와 함께 타격부(21)와 측정면과의 반발작용으로 인하여 연속적으로 반복타격이 발생하여 소멸될 때까지의 반복타격신호를 감지하여 데이터획득장치(30)로 타격신호를 전송한다.
신호분석부(41)는 데이터획득장치(30)로부터 수집되는 타격신호인 초기타격신호와 반복타격신호로부터 충격력 신호응답을 측정하기 위하여 신호분석 및 강도산정 프로그램이 구성된다. 여기서 충격력 신호응답은 초기타격신호에서부터 반복타격신호까지의 시간에 따른 충격력을 의미한다.
한편 본 발명에서의 초기타격신호에서부터 반복타격신호까지의 전체구간에 대한 타격신호로부터 충격력 신호응답을 측정하는 것에 대해 설명하고 있으나, 필요에 따라 초기타격신호에서부터 반복타격신호까지의 전체구간 또는 초기타격신호 또는 반복타격신호 중 하나를 선택하여 충격력 신호응답을 측정하는 것이 가능하다.
이와 같이 측정된 충격력 신호응답은 도 3에 도시된 바와 같이 신호분석프로그램을 이용하여 시간을 x축으로 하고 타격신호를 y축으로 설정하여 시간에 따른 충격력(N) 신호를 그래프로 시각화 하며, 충격력 응답신호는 [수학식 1]을 적용하여 충격력 신호에너지를 산출한다.
여기서, t1은 타격신호 시작시간이고, t2는 타격신호 종결시간이고, y^2는 충격력(진폭)의 제곱이고, TIFSE는 충격력 신호에너지로, 측정면의 강도를 의미한다.
한편, [수학식 1]을 통해 산출된 충격력 신호에너지의 단위는 N²·sec가 선호되지만, 다양한 변환식들을 적용하여 다른 단위로도 환산 및 계산이 가능하다.
신호분석부(41)로부터 산출된 충격력 신호에너지와 데이터 획득장치(30)로부터 발생되는 데이터는 DB(42)에 저장되며, DB(42)에 저장되는 데이터는 통신부(43)에 의해 지상에 마련된 별도의 외부 단말장치로 무선으로 전송된다.
이때 통신부(43)는 이동 통신망 규격을 만족하는 LTE 통신 수신기가 적용되며, 분석단말기(40)에 의해 분석된 타격신호에 대한 충격력 신호에너지 및 측정면의 강도를 지상에 구성되는 지상 분석단말기(50)로 무선 전송한다.
지상 분석단말기(50)는 분석단말기(40)로부터 생성되는 데이터를 실시간으로 전달받으며, 분석단말기(40)에서 생성되는 데이터의 전달받아 실시간 모니터링하는 것이 가능하고, 이과 함께 분석단말기(40)로부터 획득된 데이터를 이용하여 분석 및 계산하고 이를 저장하여 백업하는 것이 가능하다.
상세하게는 지상 분석단말기(50)는 신호수신부(51), 디스플레이(52), 신호분석부(53), DB(54)를 포함한다.
신호수신부(51)는 분석단말기(40)의 통신부(43)를 통해 무선 전송되는 데이트를 수신받게 되며, 디스플레이(52)를 통해 출력하게 된다.
또한 지상 분석단말기(50)의 신호분석부(53)는 드론(D)에 탑재된 분석단말기(40)의 신호분석부(41)와 동일한 신호분석 및 강도산정 프로그램가 탑재되도록 구성되어, 강도측정모듈(20)에 의해 발생된 데이터를 지상에서 별도로 분석하여 결과값을 산출하는 것이 가능하다.
즉, 지상 분석단말기(50)는 분석단말기(40)로부터 산출된 결과 데이터를 전달받거나, 또는 지상에서도 강도측정모듈(20)에 의해 발생된 타격신호에 기초하여 [수학식 1]을 적용해 충격력 신호에너지를 계산하여 측정면의 강도를 산출함으로써 드론(D)을 회수하지 않고도 지상에서 실시간으로 결과값을 확인하는 것이 가능하다.
DB(54)는 신호수신부(51)에서 수신받은 데이터와 신호분석부(53)에서 생성되는 데이터를 저장하며 백업하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로 신호분석부(42)는 충격력 응답신호 판단에 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 수행하고, 신경망 학습에 훈련 데이터를 이용하고, 시험 데이터로 신경망 성능을 검증한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로 클라우드의 구성을 보인 블록도로서, 도 4를 참조하면, 분석단말기(40)는 클라우드(44)를 더 포함하며, 수신부(45), 측정부(46), 비교부(47) 및 알림부(48)를 포함한다.
드론(D)에 구비되는 강도측정모듈(20)의 타격부(21)로 측정면을 타격하고, 응답부(22)가 타격신호를 감지하며 전송부(24)를 통해 타격신호를 클라우드(44)로 전달한다.
클라우드(44)는 타격신호를 측정부(46)에 제공하고, 측정부(46)는 타격신호를 기반한 측정면의 강도를 측정하고, 강도 측정에 신경망을 이용할 수 있다.
비교부(47)는 측정된 강도와 비교되는 강도 기준값을 크롤링 모듈(67)을 통해 서버로부터 수신하고, 측정된 강도와 강도 기준값을 비교한 결과를 알림부(48)에 제공한다.
알림부(48)는 측정된 강도와 강도 기준값을 외부 단말기에 전송하고, 외부 단말기는 디스플레이에 측정된 강도와 강도 기준값을 표시해서 사용자에게 알린다.
도 5는 본 발명 클라우드 및 크롤링 구성을 보인 블록도로서, 크롤링 구성에서 클라우드(44)는 외부 정보 요청에 대해 서버 DB 웹 표준(65)을 지원하고, 크롤링 모듈(67)을 포함한다.
크롤링 모듈(67)은 클라우드(44)의 신호분석부(41)에서 크롤링 모듈(67)을 이용하는 API(Application Programming Interface)(61); API(61)의 요청을 브라우저 드라이버(63)에 JSON(JavaScript Object Notation) Wire Protocol 기반의 URL(Uniform Resource Locator)로 전달하는 JSON 프로토콜(62); JSON 프로토콜(62)의 URL 명령을 수신하고 스크립트를 사용하여 실제 브라우저(64)를 동작시키는 브라우저 드라이버(63);를 포함한다. 예를 들어, 크롤링 모듈(67)은 기능적 자동화 테스트 도구인 셀레니움, 사이프레스일 수 있고, 브라우저 드라이버(63)를 제어하여 사용자의 행동을 모방하는 테스트를 작성하는데 사용된다.
브라우저(64)는 크롤링 모듈(67)의 명령에 따라 서버에 로그인하고, 로그인 인증 후 서버 DB 웹 표준(65)의 웹 페이지에 포함된 메뉴로 이동하고, 메뉴에 링크된 강도 기준값을 신호분석부(41)에 전달한다. 강도 기준값은 측정면 종류, 측정면 강도를 포함할 수 있다.
클라우드(44)의 비교부(47)가 측정된 강도와 비교되는 강도 기준값을 크롤링 모듈(67)을 통해 서버로부터 수신하고, 측정된 강도와 강도 기준값을 비교한 결과를 알림부(48)에 제공한다. 예를 들어, 측정된 강도가 6이면 6에 상응하는 강도 기준값을 서버에 요청하고, 서버는 6에 대응한 측정면 종류, 측정면 강도를 클라우드(44)의 비교부(47)로 전송한다. 비교부(47)는 측정된 강도, 강도 기준값을 알림부(48)에 제공한다.
알림부(48)는 측정된 강도와 강도 기준값을 외부 단말기에 전송하고, 외부 단말기는 디스플레이에 측정된 강도와 강도 기준값을 표시해서 사용자에게 알린다. 외부 단말기는 측정된 강도에 비교되는 측정면 종류, 측정면 강도를 강도 기준값으로 표시할 수 있다.
도 6은 본 발명 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템 및 방법의 동작 흐름도이다.
드론(D)의 강도측정모듈(20)을 이용하여 측정면을 타격하고, 측정면과의 타격에 의해 발생된 타격신호를 분석단말기(40)가 제공받아 타격신호로부터 측정면의 강도를 산정하게 된다.
이를 상세히 설명하면, 컨트롤러(25)가 강도측정모듈(20)의 구동부(23)를 제어하여 타격부(21)로 측정면을 타격하는 단계(S101); 응답부(22)로 타격신호를 감지하는 단계(S102); 응답부(22)에서 감지되는 타격신호를 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로 전송하는 단계(S103);를 수행한다.
분석단말기(40)는 데이터획득장치(30)로부터 타격신호를 전달(S104)받으며, 분석단말기(40)의 신호분석부(41)가 전달받은 타격신호를 기초로 충격력 신호에너지값을 계산하여 측정면의 강도를 산출하는 단계(S105)를 수행한다.
추가적으로 클라우드(44)에 구성되는 비교부(47)를 통하여 측정된 강도와 비교되는 강도 기준값을 크롤링 모듈(67)을 통해 서버로부터 수신하고, 측정된 강도와 강도 기준값을 비교한 결과를 알림부(48)에 제공하는 단계(S106)를 더 수행한다.
알림부(48)는 측정된 강도와 강도 기준값을 외부 단말기에 전송하고, 외부 단말기는 디스플레이에 측정된 강도와 강도 기준값을 표시해서 사용자에게 알리는 단계(S107)를 수행한다.
도 7은 본 발명 측정면 타격 측정 그래프를 보인 예시도로서, 도 7을 참조하면, 목재, 퇴적암, 화강암의 측정면에 대해 충격 강도에 따른 강도 그래프를 표시한다. 시스템이 측정면을 타격하고, 충격에 대한 타격력을 감지한 센서값에 기반하여 강도를 측정하고, 충격 강도와 강도의 상관 관계를 측정면 타격 측정 그래프로 표시한다.
도 8은 본 발명을 설명하기 위한 하드웨어 자원과 운영체제, 코어인 제어부의 동작, 제어부 동작을 실행할 권한을 부여하는 시스템 인증 구성을 설명하는 예시도로서, 도 8을 참조하면, 본 발명은 프로세서(1), 메모리(2), 입출력장치(3), 운영체제(4), 제어부(5)를 포함한다.
프로세서(1)는 CPU(Central Processing Units), GPU(Graphic Processing Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array), NPU(Neural Processing Unit)로서, 메모리(2)에 탑재된 운영체제(4), 제어부(5)의 실행 코드를 수행한다.
메모리(2)는 RAM(random access memory), ROM(read only memory), 디스크 드라이브, SSD(solid state drive), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같은 비소멸성 대용량 저장 장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다.
입출력장치(3)는 입력 장치로, 오디오 센서 및/또는 이미지 센서를 포함한 카메라, 키보드, 마이크로폰, 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치로, 디스플레이, 스피커, 햅틱 피드백 디바이스(haptic feedback device) 등과 같은 장치를 포함할 수 있다.
운영체제(4)는 윈도우, 리눅스, IOS, 가상 머신, 웹브라우저, 인터프리터를 포함할 수 있고, 태스크, 쓰레드, 타이머 실행, 스케줄링, 자원 관리, 그래픽, 폰트 처리, 통신 등을 지원한다.
제어부(5)는 운영체제(4)의 지원하에 입출력장치(3)의 센서, 키, 터치, 마우스 입력에 의한 상태를 결정하고, 결정된 상태에 따른 동작을 수행한다. 제어부(5)는 병렬 수행 루틴으로 타이머, 쓰레드에 의한 작업 스케줄링을 수행한다.
제어부(5)는 입출력장치(3)의 센서값을 이용하여 상태를 결정하고, 결정된 상태에 따른 알고리즘을 수행한다.
도 8을 참조하면, 시스템 인증 구성은 제어부(5)를 포함하는 단말기(6), 인증 서버(7)를 포함한다.
단말기(6)는 데이터 채널을 이중화하고, 단말기(6)의 키값, 생체 정보를 입력받아 인증 서버(7)에 제1데이터 채널을 통해 사용자 인증을 요청하고, 단말기(6)는 생성된 킷값을 디스플레이에 표시하고, 인증 서버(7)로 전송한다.
단말기(6)는 단말기(6)의 디스플레이에 표시된 킷값을 입력하고, 사용자 정보와 함께 제2데이터 채널을 통해 인증 서버(7)로 전송한다. 단말기(6)는 킷값과 사용자 정보를 이용하여 단말기(6)에 탑재된 시스템의 인증을 인증 서버(7)에 요청한다. 단말기(6)의 킷값은 컴퓨터 고유의 정보인 CPU 제조번호, 이더넷 칩의 맥주소로부터 생성될 수 있다. 단말기(6)는 카메라를 이용한 얼굴 인식, 마이크를 이용한 음성 인식, 디스플레이를 이용한 필기 인식을 통해 사용자 정보를 획득하고, 인증에 활용할 수 있다.
인증 서버(7)는 단말기(6)로부터 킷값을 수신하고, 단말기(6)로부터 이중화된 데이터 채널을 통해 킷값과 사용자 정보를 수신하여 단말기(6)의 킷값과 사용자 정보를 비교하고, 사용자 정보를 대응시켜 단말기(6)의 시스템 이용에 대한 인증을 처리한다. 인증 서버(7)는 인증 결과를 단말기(6)로 전송하여 시스템에 대한 사용자의 사용을 허가한다. 단말기(6)의 이중화된 데이터 채널로 인해 킷값 손실이 최소화되는 효과를 가질 수 있다.
인증 서버(7)는 사용자 정보의 히스토리 분석을 수행하고, 시간 흐름에 따라 사용자 정보의 일관성, 변화를 비교 판단한다. 히스토리 분석에서 사용자 정보가 일관성을 나타내면 사용자의 사용을 허가하고, 변화를 나타내면 사용자의 사용을 허가하지 않는다. 사용자 정보가 일관성을 나타낼 때 사용자의 시스템 사용을 허가함으로써 사용자 정보가 변조된 사용자가 시스템에 접근하지 못하도록 보안을 강화한다.
시스템의 사용을 인증하는 수단인 단말기(6)는 시스템과 직접 연결하지 않고, 인증 서버(7)를 통한 우회 경로를 형성함으로써 인터넷망을 이루는 네트워크가 내부망과 외부망으로 구성되어 아이피 주소 설정 과정이 번거로울 때 단말기(6)를 이용한 인증 과정이 원활히 수행되는 장점이 있다. 이때, 단말기(6)에는 시스템이 탑재되고, 단말기(6)는 인증 단말 수단이 되고, 인증 서버(7)는 인증 서버 수단이 된다.
클라우드(44)는 프로세서(1), 메모리(2), 입출력장치(3), 통신부(6)를 관리하는 운영체제(4)의 지원 하에 컨테이너(7)의 모듈화로, 웹(8), DB(9), 프로토콜(10), 라이브러리(11)의 서비스를 제공하며, 제어부(5)는 컨테이너(7)의 서비스를 이용한 클라우드 애플리케이션을 실행한다. 컨테이너(7)라고 하는 표준 소프트웨어 패키지는 애플리케이션의 코드를 관련 구성 파일, 라이브러리(11) 및 앱 실행에 필요한 종속성과 함께 번들로 제공한다.
클라우드(44)는 다수의 단말기(6)를 통합 제어하고, 단말기(6)로부터 수신된 센서값을 저장하여 시간 흐름에 따라 모니터링하고, 단말기(6)의 동작 에러를 처리하고, 에러 메시지를 다른 단말기(6)로 알리고, 제어 대상인 단말기(6)를 스위칭 제어한다.
신경망 학습은 온도, 고도, 지문 등 각종 센서, 이미지, 적외선 등 카메라, 라이더와 같은 입력 장치로부터 수집된 시계열 데이터로부터 특징량 선택, 알고리즘 선택을 통해 모델을 선택하고, 학습, 성능 검증 과정에 의한 반복 시행 착오를 거쳐 모델 선택을 반복한다. 성능 검증이 마치면 인공지능 모델이 선택된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이행할 수 있을 것이다.
D: 드론
20: 강도측정모듈
30: 데이터획득장치 40: 분석단말기
50: 지상 분석단말기
30: 데이터획득장치 40: 분석단말기
50: 지상 분석단말기
Claims (5)
- 제어신호에 따라 비행가능한 드론(D)에 탑재되어 구조물의 측정면을 타격하고 발생하는 타격신호를 분석하여 측정면의 강도를 산정하는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템은
측정면을 타격하는 강도측정모듈(20);
강도측정모듈(20)과 연결되어 강도측정모듈(20)이 측정면을 타격하여 발생되는 타격신호에 대한 데이터를 수집하는 데이터획득장치(DAQ, 30);
데이터획득장치(30)로부터 수집되는 타격신호를 전달받으며, 기저장된 신호분석 및 강도산정 프로그램이 전달받은 타격신호를 기반으로 충격력 신호에너지를 계산하고 측정면의 비파괴 압축강도를 산정하는 분석단말기(40); 및
분석단말기(40)에서 생성되는 데이터를 무선으로 제공받아 실시간 확인이 가능한 지상 분석단말기(50);를 포함하며,
상기 분석단말기(40)는
데이터획득장치(30)로부터 수집되는 타격신호를 기반으로 충격력 신호응답을 측정하고, 측정된 충격력 신호응답으로부터 충격력 신호에너지값을 계산하여 측정면의 비파괴 압축강도를 산정하는 신호분석부(41)와,
데이터 획득장치(30) 및 신호분석부(41)로부터 발생하는 데이터를 저장하는 DB(42)와,
DB(42)에 저장되는 데이터를 지상 분석단말기(50)로 실시간 무선으로 전송하여 제공하는 통신부(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 강도측정모듈(20)은,
전후진 되어 측정면을 타격하는 타격부(21);
타격부(21) 내에 구비되어 센서를 포함하며, 측정면을 타격하는 타격부(21)로부터 발생되는 타격신호를 센서가 감지하는 응답부(22);
타격부(21)를 전후방향으로 구동시켜 측정면을 타격하는 구동부(23);
응답부(22)로부터 전달받은 타격신호를 데이터획득장치(30)로 전송하는 전송부(24); 및
구동부(23)의 작동상태를 제어하는 컨트롤러(25);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 응답부(22)는
타격부(21)가 측정면을 최초 타격하는 초기타격신호 및 타격부(21)의 반발작용에 의한 연속적인 반복타격이 발생하여 소멸될 때까지의 반복타격신호를 감지하고 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로 전송하며,
신호분석부(41)는 데이터획득장치(30)로부터 전달받은 초기타격신호 및 반복타격신호에 의한 타격신호로부터 충격력 응답신호를 측정하고 [수학식 1]을 적용하여 충격력 신호에너지를 계산하여 비파괴 압축강도를 산정하는 것을 특징으로 하는, 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 시스템.
[수학식 1]
- 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 방법은
컨트롤러(25)가 강도측정모듈(20)의 구동부(23)를 제어하여 타격부(21)로 측정면을 타격하는 단계(S101);
응답부(22)로 타격신호를 감지하는 단계(S102);
응답부(22)에서 감지되는 타격신호를 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로 전송하는 단계(S103);
분석단말기(40)가 데이터획득장치(30)로부터 타격신호를 전달받는 단계(S104);
전달받은 타격신호를 기초로 신호분석부(41)가 충격력 신호에너지값을 계산하여 측정면의 강도를 산정하는 단계(S105);를 포함하며,
상기 S102 단계는
타격부(21)가 측정면을 최초 타격하는 초기타격신호 및 타격부(21)의 반발작용에 의한 연속적인 반복타격이 발생하여 소멸될 때까지의 반복타격신호를 감지하는 것을 특징으로 하는, 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 S105 단계는
신호분석부(41)가 전송부(24)를 통해 데이터획득장치(30)로부터 전달받은 초기타격신호 및 반복타격신호에 의한 타격신호로부터 충격력 응답신호를 측정하고 [수학식 1]을 적용하여 충격력 신호에너지를 계산하여 비파괴 압축강도를 산정하는 것을 특징으로 하는, 드론에서 취득되는 충격력 응답신호를 이용한 비파괴 압축강도 산정 방법.
[수학식 1]
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- 2022-07-12 KR KR1020220085436A patent/KR20240008508A/ko unknown
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