KR20240043003A - Method and apparatus for estimating generation position of signal using plurality of sensors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 센서를 이용하여 신호 발생 위치를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 구조물의 서로 다른 위치 상에 배치되며, 상기 신호를 감지하는 다수의 센서; 및 상기 다수의 센서와 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 추정 위치를 임의로 설정하고, 상기 설정된 추정 위치와 각 센서 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리 및 상기 신호의 속도를 기반으로, 상기 신호가 상기 추정 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간을 계산하고, 상기 신호가 각 센서까지 도달하는데 걸린 실제 도달 시간을 계산하고, 상기 추정 도달 시간과 상기 실제 도달 시간의 오차를 계산하고, 상기 오차가 지정된 값 이하이면, 상기 추정 위치를 상기 신호의 발생 위치로 결정하고, 및 상기 오차가 상기 지정된 값을 초과하면, 상기 오차에 기초하여, 상기 추정 위치를 업데이트하고, 상기 업데이트된 추정 위치를 기반으로 위치 추정 절차를 반복할 수 있다. 본 발명은 다수의 센서를 이용하여 신호가 발생한 위치(예: 결함 위치)를 정확하게 추정할 수 있다. 본 발명은 과학기술정보통신부의 재원으로 한국지능정보사회진흥원의 2022년 5G기반 디지털트윈 공공선도 사업(사업명: 울산 디지틸트윈 기반 산업단지 통합관리 플랫폼 구축 사업, 사업기간: 2022년 4월 15일 ~ 12월 31일, 협약번호: 2022-융합-위05)의 지원을 받아 수행되었다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating a signal generation location using a plurality of sensors. The device is placed on different locations of the structure and includes a plurality of sensors that detect the signal; And it may include a processor connected to the plurality of sensors. The processor randomly sets an estimated position, calculates the distance between the set estimated position and each sensor, and based on the calculated distance and the speed of the signal, the time it takes for the signal to reach each sensor from the estimated position. Calculate the estimated arrival time, calculate the actual arrival time it took for the signal to reach each sensor, calculate the error between the estimated arrival time and the actual arrival time, and if the error is less than a specified value, determine the estimated location. The location of the signal is determined, and if the error exceeds the specified value, the estimated position is updated based on the error, and the position estimation procedure can be repeated based on the updated estimated position. The present invention can accurately estimate the location where a signal occurs (e.g., defect location) using multiple sensors. This invention was funded by the Ministry of Science and ICT, and is part of the 2022 5G-based Digital Twin Public Leading Project of the Korea Intelligence and Information Society Promotion Agency (Project name: Ulsan Digital Twin-based Industrial Complex Integrated Management Platform Construction Project, Project Period: April 15, 2022) ~ December 31, carried out with support from Agreement No.: 2022-Convergence-Wei05).
Description
본 발명은 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating the location of a signal using a plurality of sensors.
최근 들어, 사회가 도시화, 산업화, 전문화되면서 다양한 산업설비(예: 수도관, 가스관, 보일러, 발전기 등)의 구축이 계속되고 있다. 하지만, 산업설비의 안정성에 대한 우려 역시 높아지고 있다. 특히, 외부로 노출되지 않고 은폐된 산업설비의 내부 구조물에 결함이 발생된 경우에는 쉽게 관찰할 수 없어 안정성에 대한 우려가 커지고 있다. Recently, as society has become urbanized, industrialized, and specialized, the construction of various industrial facilities (e.g., water pipes, gas pipes, boilers, generators, etc.) continues. However, concerns about the safety of industrial facilities are also increasing. In particular, if a defect occurs in the internal structure of an industrial facility that is hidden rather than exposed to the outside, it cannot be easily observed, raising concerns about safety.
따라서 산업설비용 내부구조물의 결함(예: 변형, 균열 등)여부를 초기에 감지하여 적절히 대처할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 최근에는 대상물에 손상을 가하지 않고 결함여부를 검사할 수 있는 비파괴검사법(non-destructive inspection)이 각광받고 있다. 특히, 높은 감도와 지속적인 검사가 가능한 것은 물론, 대상물의 구조나 결함의 크기, 방향 등에 구애받지 않아 접근이 제한된 경우에도 적용이 가능하다는 장점으로 인하여, 음향방출(Acoustic Emission : AE) 신호를 이용한 비파괴검사법이 주목받고 있다. 상기 음향방출신호를 이용한 비파괴검사법은 검사 대상물의 결함(예: 변형 또는 균열) 발생 시 자체적으로 발생되어 대상물의 내부를 따라 전파되는 탄성파(elastic wave)를 이용하여 결함 여부를 판단한다.Therefore, there is a need for a method that can detect defects (e.g. deformation, cracks, etc.) in the internal structures of industrial facilities at an early stage and respond appropriately. Recently, non-destructive inspection, which allows inspection of defects without damaging the object, has been attracting attention. In particular, it has the advantage of not only providing high sensitivity and continuous inspection, but also being applicable even when access is restricted as it is not limited by the structure of the object or the size or direction of the defect, making it possible to perform non-destructive testing using Acoustic Emission (AE) signals. Testing methods are attracting attention. The non-destructive testing method using the acoustic emission signal determines whether a defect exists by using an elastic wave that is generated on its own and propagates along the inside of the object when a defect (e.g., deformation or crack) occurs in the object to be inspected.
하지만, 음향방출신호는 저주파 대역으로부터 고주파 대역에 달하는 여러 가지 잡음(noise)이 혼입되므로 정확한 해석이 어렵고, 센서의 감도 등에 따라 결과가 달라지는 등 신뢰성과 반복 재현성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 음향 방출 신호를 이용한 비파괴검사 시스템은 다양한 구조물에서 결함(예: 균열, 변형 등)이 발생한 위치를 정확하게 추정할 수 있는 방안이 요구되고 있다.However, the acoustic emission signal is difficult to interpret accurately because it is mixed with various noises ranging from low-frequency bands to high-frequency bands, and there are problems with low reliability and repeatability, such as results varying depending on the sensitivity of the sensor. Therefore, a non-destructive testing system using acoustic emission signals is required to accurately estimate the location of defects (e.g. cracks, deformation, etc.) in various structures.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 센서를 이용하여 신호가 발생한 위치(예: 결함이 발생한 위치)를 정확하게 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the above-described problems and to provide an apparatus and method that can accurately estimate the location where a signal occurs (e.g., the location where a defect occurs) using a plurality of sensors.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 장치는 구조물의 서로 다른 위치 상에 배치되며, 상기 신호를 감지하는 다수의 센서; 및 상기 다수의 센서와 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 추정 위치를 임의로 설정하고, 상기 설정된 추정 위치와 각 센서 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리 및 상기 신호의 속도를 기반으로, 상기 신호가 상기 추정 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간을 계산하고, 상기 신호가 각 센서까지 도달하는데 걸린 실제 도달 시간을 계산하고, 상기 추정 도달 시간과 상기 실제 도달 시간의 오차를 계산하고, 상기 오차가 지정된 값 이하이면, 상기 추정 위치를 상기 신호의 발생 위치로 결정하고, 및 상기 오차가 상기 지정된 값을 초과하면, 상기 오차에 기초하여, 상기 추정 위치를 업데이트하고, 상기 업데이트된 추정 위치를 기반으로 위치 추정 절차를 반복할 수 있다.To achieve this purpose, an apparatus for estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sensors disposed at different positions of a structure and detecting the signal; And it may include a processor connected to the plurality of sensors. The processor randomly sets an estimated position, calculates the distance between the set estimated position and each sensor, and based on the calculated distance and the speed of the signal, the time it takes for the signal to reach each sensor from the estimated position. Calculate the estimated arrival time, calculate the actual arrival time it took for the signal to reach each sensor, calculate the error between the estimated arrival time and the actual arrival time, and if the error is less than a specified value, determine the estimated location. The location of the signal is determined, and if the error exceeds the specified value, the estimated position is updated based on the error, and the position estimation procedure can be repeated based on the updated estimated position.
상기 프로세서는 상기 다수의 센서의 중심을 상기 추정 위치로 설정할 수 있다.The processor may set the centers of the plurality of sensors as the estimated positions.
상기 프로세서는 상기 신호가 상기 다수의 센서 각각에 도달한 도달 시간들의 차에 기반하여 상기 실제 도달 시간을 계산할 수 있다.The processor may calculate the actual arrival time based on the difference in arrival times when the signal reached each of the plurality of sensors.
상기 프로세서는 상기 오차의 편미분을 계산하고, 상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼서 상기 추정 위치를 업데이트할 수 있다.The processor may calculate the partial derivative of the error and update the estimated position by subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
상기 프로세서는 상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼기 전에 상기 오차의 편미분에 지정된 가중치를 곱할 수 있다.The processor may multiply the partial derivative of the error by a specified weight before subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 방법은 추정 위치를 임의로 설정하는 단계; 상기 설정된 추정 위치와 각 센서 사이의 거리를 계산하는 단계; 상기 계산된 거리 및 상기 신호의 속도를 기반으로, 상기 신호가 상기 추정 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간을 계산하는 단계; 상기 신호가 상기 발생 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸린 실제 도달 시간을 계산하는 단계; 상기 추정 도달 시간과 상기 실제 도달 시간의 오차를 계산하는 단계; 상기 오차가 지정된 값 이하이면, 상기 추정 위치를 상기 신호의 발생 위치로 결정하는 단계; 및 상기 오차가 상기 지정된 값을 초과하면, 상기 오차에 기초하여, 상기 추정 위치를 업데이트하고, 상기 업데이트된 추정 위치를 기반으로 위치 추정 절차를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.A method of estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention includes the steps of arbitrarily setting the estimated location; calculating the distance between the set estimated position and each sensor; calculating an estimated arrival time for the signal to reach each sensor from the estimated location, based on the calculated distance and the speed of the signal; calculating the actual arrival time it took for the signal to reach each sensor from the generation location; calculating an error between the estimated arrival time and the actual arrival time; If the error is less than or equal to a specified value, determining the estimated position as the generation position of the signal; and when the error exceeds the specified value, updating the estimated position based on the error and repeating the position estimation procedure based on the updated estimated position.
상기 추정 위치를 임의로 설정하는 단계는 상기 다수의 센서의 중심을 상기 추정 위치로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of arbitrarily setting the estimated position may include setting the centers of the plurality of sensors as the estimated position.
상기 실제 도달 시간을 계산하는 단계는 상기 신호가 상기 다수의 센서 각각에 도달한 도달 시간들의 차에 기반하여 상대적으로 계산하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the actual arrival time may include relatively calculating the signal based on a difference in arrival times at each of the plurality of sensors.
상기 추정 위치를 업데이트하는 단계는 상기 오차의 편미분을 계산하는 단계; 및 상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼는 단계를 포함할 수 있다.Updating the estimated position may include calculating a partial derivative of the error; and subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
상기 추정 위치를 업데이트하는 단계는 상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼기 전에 상기 오차의 편미분에 지정된 가중치를 곱하는 단계를 포함할 수 있다.Updating the estimated position may include multiplying the partial derivative of the error by a specified weight before subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
본 발명의 다양한 실시 예는 다수의 센서(예: 3개 이상)를 이용하여 신호가 발생한 위치(예: 결함이 발생한 위치)를 정확하게 추정(또는 표정)할 수 있다. 이로 인하여, 본 발명은 구조물(예: 압력 용기, 석유 탱크, 배관, 원자로, 항공기, 콘크리트 교각 등)의 결함으로 인한 문제 발생을 초기에 방지할 수 있다.Various embodiments of the present invention can accurately estimate (or express) the location where a signal occurs (e.g., the location where a defect occurs) using a plurality of sensors (e.g., three or more). Because of this, the present invention can initially prevent problems caused by defects in structures (e.g., pressure vessels, oil tanks, pipes, nuclear reactors, aircraft, concrete piers, etc.).
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 장치의 블록도이다.Figure 1 is a diagram for explaining the principle of estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart illustrating a method of estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention.
Figures 3A to 8B are exemplary diagrams to explain a method of estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a block diagram of a device for estimating the location of signal generation using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 이하에서 동일한 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Hereinafter, like reference numerals refer to like components.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various elements, elements and/or sections, it is understood that these elements, elements and/or sections are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one element, element, or section from other elements, elements, or sections. Therefore, it goes without saying that the first element, first element, or first section mentioned below may also be a second element, second element, or second section within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “made of” refers to a referenced component, step, operation and/or element of one or more other components, steps, operations and/or elements. Does not exclude presence or addition.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram for explaining the principle of estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 다수의 센서(101, 102, 103, 104, 105)를 이용하여 신호의 발생 위치(10)를 추정(또는 표정)할 수 있다. 상기 신호의 발생 위치(10)는 구조물(예: 압력 용기, 석유 탱크, 배관, 원자로, 항공기, 콘크리트 교각 등)에서 결함(예: 변형, 균열, 또는 파괴)이 발생한 위치를 의미한다. 다수의 센서(101, 102, 103, 104, 105)는 결함에 의해 발생되는 신호(예: 탄성파(elastic wave))를 감지하는 음향 방출(Acoustic Emission: AE) 센서일 수 있다. 다수의 센서(101, 102, 103, 104, 105)는 결함 여부를 검사하고자 하는 구조물(미도시)에 부착될 수 있다.Referring to FIG. 1, the present invention can estimate (or determine) the
본 발명은, 다수의 센서(101, 102, 103, 104, 105)를 구조물에 부착한 후, 결함 위치(10)에서 발생한 신호(예: 탄성파)가 결함 위치(10)에서 각 센서까지 도달하는데 걸리는 실제 도달 시간과 임의로 설정된 추정 위치에서 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간의 오차에 기초하여 결함 위치(10)를 추정할 수 있다. 상세하게는, 임의로 추정 위치를 설정하고, 상기 오차가 지정된 값 이하가 될 때까지 오차를 반영하여 추정 위치를 지속적으로 업데이트하고, 상기 오차가 지정된 값 이하가 되면 업데이트된 추정 위치를 결함 위치(10)로 결정할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 8b를 참조하여 후술하기로 한다.In the present invention, after attaching a plurality of sensors (101, 102, 103, 104, 105) to a structure, a signal (e.g., elastic wave) generated at the defect location (10) reaches each sensor from the defect location (10). The
한편, 도 1에서는 5개의 센서(101, 102, 103, 104, 105)를 도시하였지만, 이는 일예일 뿐, 본 발명은 3개 이상의 센서를 이용하여 결함 위치를 추정할 수 있다.Meanwhile, although five
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 8B illustrate a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention. This is an example diagram to explain a method of estimating the location of signal occurrence.
도 2 내지 도 8b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 방법(이하, 위치 추정 방법)은 추정 위치를 임의로 설정하는 단계(S210)를 포함할 수 있다. 상기 S210 단계는 구조물에 설치된 다수의 센서의 중심을 추정 위치로 설정할 수 있다. 예를 들어, 추정 위치(Ps)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 6개의 센서들(P1, P2, P3, P4, P5, P6)의 중심으로 설정될 수 있다. 한편, 도 3a에서 "source"는 신호 발생 위치(결함위치)를 의미한다. 또는, S210 단계는 센서들(P1, P2, P3, P4, P5, P6)의 신호 세기를 비교하고, 신호 세기가 큰 센서의 주변에 추정 위치를 임의로 설정할 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 8B, the method for estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the location estimation method) includes arbitrarily setting the estimated location (S210). It can be included. In step S210, the center of a plurality of sensors installed in the structure can be set as the estimated position. For example, the estimated position Ps may be set to the center of six sensors (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 , and P 6 ), as shown in FIG. 3A . Meanwhile, in FIG. 3A, “source” means the signal generation location (defect location). Alternatively, step S210 may compare the signal strengths of the sensors (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 , and P 6 ) and arbitrarily set an estimated position around the sensor with a high signal strength.
위치 추정 방법은 추정 위치와 각 센서 사이의 거리를 계산하는 단계(S220)를 포함할 수 있다. 추정 위치와 각 센서와의 거리는 아래의 <식 1>에 의해 계산될 수 있다.The location estimation method may include calculating the distance between the estimated location and each sensor (S220). The distance between the estimated location and each sensor can be calculated using <
……… <식 1> … … … <
상기 <식 1>에서, "di"는 i번째 센서와 추정 위치(PS) 사이의 거리를 의미하고, "Pi"는 i번째 센서의 위치를 의미하고, "xi"는 i번째 센서의 x 좌표를 의미하고, "xs"는 추정 위치의 x 좌표를 의미하고, "yi"는 i번째 센서의 y 좌표를 의미하고, "ys"는 추정 위치의 y 좌표를 의미 한다. 여기서, 각 센서의 위치(좌표)는 구조물에 센서를 설치할 때 알 수 있다.In the above <
위치 추정 방법은 신호가 추정 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간을 계산하는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 추정 도달 시간은 아래의 <식 2>에 의해 계산될 수 있다.The location estimation method may include calculating the estimated arrival time it takes for the signal to reach each sensor from the estimated location (S230). The estimated arrival time can be calculated using <
………… <식 2> … … … … <
상기 <식 2>에서, ""는 i번째 센서의 추정 도달 시간을 의미하고, "v"는 신호의 전파 속도를 의미한다. 여기서, 신호의 전파 속도는 측정을 통해 알 수 있다. 이때, 도 3b를 참조하면, 추정 위치가 센서들(P1, P2, P3, P4, P5, P6)의 중심에 설정된 바, 추정 도달 시간은 "0.01"로 동일할 수 있다.In <
위치 추정 방법은 신호가 각 센서까지 도달하는데 걸리는 실제 도달 시간을 계산하는 단계(S240)를 포함할 수 있다. 상기 실제 도달 시간은 상기 신호(예: 탄성파)가 각 센서까지 도달하는데 걸리는 시간(이하, 신호 도달 시간)들의 차에 기반하여 상대적으로 계산될 수 있다. 예를 들어, i번째 센서의 실제 도달 시간은 i번째 센서의 신호 도달 시간과 기준 센서(예: 신호 도달 시간이 가장 작은 센서)의 신호 도달 시간의 차가 될 수 있다. 여기서, 상기 신호 도달 시간은, 신호가 발생한 실제 시각을 알 수 없기 때문에, 지정된 시각(즉, 센서들이 측정을 시작한 시각)을 기준으로 측정될 수 있다.The location estimation method may include calculating the actual arrival time it takes for the signal to reach each sensor (S240). The actual arrival time can be relatively calculated based on the difference between the times it takes for the signal (eg, elastic wave) to reach each sensor (hereinafter referred to as signal arrival time). For example, the actual arrival time of the ith sensor may be the difference between the signal arrival time of the ith sensor and the signal arrival time of the reference sensor (e.g., the sensor with the smallest signal arrival time). Here, the signal arrival time can be measured based on a specified time (that is, the time when the sensors started measuring) because the actual time when the signal occurred is unknown.
위치 추정 방법은 추정 도달 시간과 실제 도달 시간의 오차를 계산하는 단계(S250)를 포함할 수 있다. 상기 오차는 아래의 <식 3>에 의해 계산될 수 있다.The location estimation method may include calculating an error between the estimated arrival time and the actual arrival time (S250). The error can be calculated by <
.......... <식 3> .......... <
상기 <식 3>에서, ""는 i번째 센서의 실제 도달 시간을 의미한다, 즉, 상기 오차는 각 센서의 실제 도달 시간과 추정 도달 시간의 차의 제곱들을 더한 값일 수 있다.In <
위치 추정 방법은 상기 오차가 지정된 값 이하(또는 미만)인지 확인하는 단계(S260)를 포함할 수 있다. 상기 S260 단계의 확인 결과, 오차가 지정된 값 이하가 아닌 경우 위치 추정 방법은 오차의 편미분에 기초하여 추정 위치를 업데이트하는 단계(S270)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 오차의 편미분()은 아래의 <식 4>에 의해 계산되고, 업데이트된 추정 위치()는 아래의 <식 5>에 의해 계산될 수 있다. 즉, 업데이트된 추정 위치()는 추정 위치()에서 오차의 편미분()에 속도()를 곱한 값을 뺀 값일 수 있다.The position estimation method may include a step (S260) of checking whether the error is less than (or less than) a specified value. As a result of checking in step S260, if the error is not less than a specified value, the position estimation method may include a step of updating the estimated position based on the partial derivative of the error (S270). Here, the partial derivative of the error ( ) is calculated by <
……… <식 4> … … … <
…………… <식 5> … … … … … <Equation 5>
상기 <식 5>에서, ""는 편미분()에 곱해지는 가중치로, 오차의 편미분 값이 추정위치에 반영되는 정도를 의미한다. 즉, ""가 1보다 작은 경우 편미분 값이 축소되어 추정 위치에 반영되고, 1보다 큰 경우 편미분 값이 확대되어 추정 위치에 반영될 수 있다. 한편, 상기 <식 5>에서, ""는 생략(즉, ""= 1)될 수 있다.In <Equation 5> above, “ "is a partial derivative ( ), which means the degree to which the partial differential value of the error is reflected in the estimated position. in other words, " If " is less than 1, the partial differential value may be reduced and reflected in the estimated position, and if it is greater than 1, the partial differential value may be enlarged and reflected in the estimated position. Meanwhile, in <Equation 5> above, " " is omitted (i.e. " "= 1) can be.
상기 추정 위치를 업데이트한 후, 위치 추정 방법은 S220 단계로 복귀하여 오차가 지정된 값 이하가 될 때까지 오차에 기반한 추정 위치 업데이트를 반복 수행할 수 있다. 상기 오차에 기반한 추정 위치 업데이트 횟수가 늘어남에 따라, 실제 위치를 정확하게 추정할 수 있다. 예를 들어, 도 4 a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 업데이트 횟수가 늘어남에 따라 추정 위치(PS)가 소스(source) 방향으로 점차 이동하며, 추정 도달 시간과 실제 도달 시간 사이의 간격이 줄어듬을 알 수 있다.After updating the estimated position, the position estimation method returns to step S220 and may repeatedly perform error-based estimated position updating until the error becomes less than a specified value. As the number of estimated location updates based on the error increases, the actual location can be accurately estimated. For example, as shown in FIGS. 4A to 7B, as the number of updates increases, the estimated position P S gradually moves toward the source, and the interval between the estimated arrival time and the actual arrival time increases. A decrease can be seen.
반면에, 오차가 지정된 값 이하인 경우 위치 추정 방법은 추정 위치를 신호의 발생 위치(결함 위치)로 결정하는 단계(S280)를 포함할 수 있다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 추정 위치가 100회 업데이트되면, 오차가 지정된 값 이하가 될 수 있다. 즉, 도 8a에 도시된 바와 같이, 추정 위치(PS)는 소스 위치(source)에 근접하며, 도 8b에 도시된 바와 같이, 센서들(P1, P2, P3, P4, P5, P6)에 대한 추정 도달 시간 및 실제 도달 시간이 거의 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 추정 위치를 실제 신호 발생 위치로 결정할 수 있다.On the other hand, when the error is less than a specified value, the position estimation method may include a step (S280) of determining the estimated position as the signal generation position (defect position). As shown in FIGS. 8A and 8B, if the estimated position is updated 100 times, the error may become less than a specified value. That is, as shown in Figure 8a, the estimated position (P S ) is close to the source position (source), and as shown in Figure 8b, the sensors (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 , P 6 ), it can be seen that the estimated arrival time and actual arrival time are almost the same. Therefore, the present invention can determine the estimated position as the actual signal generation position.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 장치의 블록도이다.Figure 9 is a block diagram of an apparatus for estimating the location of a signal using a plurality of sensors according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 센서를 이용하여 신호의 발생 위치를 추정하는 장치(이하, 위치 추정 장치)(900)는 메모리(910), 디스플레이(920), 프로세서(930), 센서 모듈(940), 및 통신 모듈(950)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, a
메모리(910)는 프로세서(930)와 전기적으로 연결될 수 있고, 위치 추정 장치(900)를 동작시키기 위한 다양한 프로그램들, 및 프로세서(930)를 동작시키기 위한 다양한 명령 및/또는 인스트럭션들을 저장할 수 있다. 메모리(910)는 내장 메모리 또는 외장 메모리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 내장 메모리는 휘발성 메모리(예: DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등), 비휘발성 메모리(예: OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 외장 메모리는 다양한 인터페이스를 통하여 위치 추정 장치(900)와 연결될 수 있는 SD(secure digital), Micro-SD, Mini-SD, 또는 USB(universal serial bus) 메모리 등을 포함할 수 있다. 메모리(910)는 상술한 위치 추정 방법을 수행하는 소프트웨어 프로그램인 위치 추정 모듈(911)을 저장할 수 있다.The
디스플레이(920)는 입력 기능 및/또는 출력 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(920)는 터치 패널 및/또는 표시 패널을 포함할 수 있다. 디스플레이(920)는 추정된 위치를 표시할 수 있다.
프로세서(930)는 메모리(910)로부터 명령(command) 또는 인스트럭션들(instructions)을 수신하고, 수신된 명령 또는 인스트럭션들에 따라 각 구성 요소들을 제어하여, 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 프로세서(930)는 중앙 처리 장치(central processing unit: CPU), 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit: MCU), 마이크로 프로세서 유닛(micro processor unit: MPU) 등으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서(930)는 위치 추정 모듈(911)을 이용하여 신호 발생 위치를 추정하는 절차를 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 8b를 참조하여 설명한 바 생략하기로 한다.The
센서 모듈(940)은 다수의 센서(예: 3개 이상)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(940)은 구조물의 결함 위치에서 발생되는 신호(예: 탄성파)를 감지할 수 있다.The
통신 모듈(950)은 외부 장치(예: 구조물을 관리하는 서버)와 통신할 수 있다. 통신 모듈(950)은 위치 추정에 의해 결정된 신호 발생 위치를 외부 장치로 전송할 수 있다.The
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention is described with reference to the illustrated embodiments, but these are merely illustrative examples, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the gist and scope of the present invention. It will be apparent that variations, modifications, and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
900: 위치 추정 장치
910: 메모리 920: 디스플레이
930: 프로세서 940: 센서 모듈
950: 통신 모듈900: Location estimation device
910: Memory 920: Display
930: Processor 940: Sensor module
950: Communication module
Claims (10)
구조물의 서로 다른 위치 상에 배치되며, 상기 신호를 감지하는 다수의 센서; 및
상기 다수의 센서와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는
추정 위치를 임의로 설정하고,
상기 설정된 추정 위치와 각 센서 사이의 거리를 계산하고,
상기 계산된 거리 및 상기 신호의 속도를 기반으로, 상기 신호가 상기 추정 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간을 계산하고,
상기 신호가 각 센서까지 도달하는데 걸린 실제 도달 시간을 계산하고,
상기 추정 도달 시간과 상기 실제 도달 시간의 오차를 계산하고,
상기 오차가 지정된 값 이하이면, 상기 추정 위치를 상기 신호의 발생 위치로 결정하고, 및
상기 오차가 상기 지정된 값을 초과하면, 상기 오차에 기초하여, 상기 추정 위치를 업데이트하고, 상기 업데이트된 추정 위치를 기반으로 위치 추정 절차를 반복하는 것을 특징으로 하는 장치.
In a device that estimates the location of a signal using a plurality of sensors,
A plurality of sensors placed on different locations of the structure and detecting the signals; and
Including a processor connected to the plurality of sensors,
The processor is
Set the estimated location randomly,
Calculate the distance between the set estimated position and each sensor,
Based on the calculated distance and the speed of the signal, calculate an estimated arrival time for the signal to reach each sensor from the estimated location,
Calculate the actual arrival time it took for the signal to reach each sensor,
Calculate the error between the estimated arrival time and the actual arrival time,
If the error is less than or equal to a specified value, determine the estimated position as the occurrence position of the signal, and
If the error exceeds the specified value, the device updates the estimated position based on the error and repeats the position estimation procedure based on the updated estimated position.
상기 프로세서는
상기 다수의 센서의 중심을 상기 추정 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 1,
The processor is
A device characterized in that the centers of the plurality of sensors are set to the estimated positions.
상기 프로세서는
상기 신호가 상기 다수의 센서 각각에 도달한 도달 시간들의 차에 기반하여 상기 실제 도달 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 1,
The processor is
A device characterized in that the actual arrival time is calculated based on the difference in arrival times when the signal reaches each of the plurality of sensors.
상기 프로세서는
상기 오차의 편미분을 계산하고, 상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼서 상기 추정 위치를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 1,
The processor is
An apparatus for calculating the partial derivative of the error and updating the estimated position by subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
상기 프로세서는
상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼기 전에 상기 오차의 편미분에 지정된 가중치를 곱하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 4,
The processor is
A device characterized in that the partial derivative of the error is multiplied by a specified weight before subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
추정 위치를 임의로 설정하는 단계;
상기 설정된 추정 위치와 각 센서 사이의 거리를 계산하는 단계;
상기 계산된 거리 및 상기 신호의 속도를 기반으로, 상기 신호가 상기 추정 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸리는 추정 도달 시간을 계산하는 단계;
상기 신호가 상기 발생 위치로부터 각 센서까지 도달하는데 걸린 실제 도달 시간을 계산하는 단계;
상기 추정 도달 시간과 상기 실제 도달 시간의 오차를 계산하는 단계;
상기 오차가 지정된 값 이하이면, 상기 추정 위치를 상기 신호의 발생 위치로 결정하는 단계; 및
상기 오차가 상기 지정된 값을 초과하면, 상기 오차에 기초하여, 상기 추정 위치를 업데이트하고, 상기 업데이트된 추정 위치를 기반으로 위치 추정 절차를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
In a method of estimating the location of a signal using a plurality of sensors,
Randomly setting an estimated location;
calculating the distance between the set estimated position and each sensor;
calculating an estimated arrival time for the signal to reach each sensor from the estimated location, based on the calculated distance and the speed of the signal;
calculating the actual arrival time it took for the signal to reach each sensor from the generation location;
calculating an error between the estimated arrival time and the actual arrival time;
If the error is less than or equal to a specified value, determining the estimated position as the generation position of the signal; and
If the error exceeds the specified value, updating the estimated position based on the error and repeating the position estimation procedure based on the updated estimated position.
상기 추정 위치를 임의로 설정하는 단계는
상기 다수의 센서의 중심을 상기 추정 위치로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 6,
The step of arbitrarily setting the estimated position is
A method comprising setting the centers of the plurality of sensors to the estimated positions.
상기 실제 도달 시간을 계산하는 단계는
상기 신호가 상기 다수의 센서 각각에 도달한 도달 시간들의 차에 기반하여 상대적으로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 6,
The step of calculating the actual arrival time is
A method comprising relatively calculating the signal based on the difference in arrival times at each of the plurality of sensors.
상기 추정 위치를 업데이트하는 단계는
상기 오차의 편미분을 계산하는 단계; 및
상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 6,
The step of updating the estimated location is
calculating the partial derivative of the error; and
and subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
상기 추정 위치를 업데이트하는 단계는
상기 추정 위치에서 상기 계산된 오차의 편미분을 빼기 전에 상기 오차의 편미분에 지정된 가중치를 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.According to clause 9,
The step of updating the estimated location is
and multiplying the partial derivative of the error by a specified weight before subtracting the partial derivative of the calculated error from the estimated position.
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