WO2022059960A1 - 배관의 이상 상태 모니터링 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents

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윤동진
박춘수
이선호
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한국표준과학연구원
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Definitions

  • the present invention relates to an abnormal condition monitoring system, apparatus, and method of a pipe for monitoring whether there is an abnormality in the pipe.
  • Pipes are usually buried underground and used to transport water, gas, crude oil, etc. As a pipe has a long service life, damage due to corrosion or the like can be applied to the pipe more and more. In addition, there is a lot of vibration around the area where the pipe is buried, and in particular, when other work is performed in the area where the pipe is buried, there is a risk of damage to the pipe due to the vibration caused by the other work.
  • Leakage of water, gas, crude oil, etc. from the piping means that damage has already been applied to the piping before the leakage.
  • an abnormal state signal such as an acoustic wave is generated at the point of the pipe where the damage is applied. Accordingly, if an abnormal state signal generated in the pipe can be detected, it is possible to monitor in advance whether there is an abnormality in the pipe before leakage occurs in the pipe.
  • Korean Patent No. 10-1447928 discloses a real-time remote leak detection system including a plurality of leak detection sensor nodes mounted on an underground pipe and at least one network node.
  • An object of the present invention is to provide a system, apparatus, and method capable of determining with high accuracy whether there is an abnormality in a pipe.
  • an object of the present invention is to provide a system, apparatus, and method capable of performing time synchronization between pipe state signals in order to determine with high accuracy whether there is an abnormality in the pipe.
  • Another object of the present invention is to provide a system, apparatus, and method capable of determining whether an abnormal state signal exists in a pipe state signal without omission of the abnormal state signal.
  • the abnormal condition monitoring system of the pipe is located at a distance from each other, a plurality of sensors for sensing the pipe condition signal, which is a signal indicating the condition of the pipe, respectively wealth; a plurality of signal acquisition units located at a distance from each other, each acquiring the pipe state signals sensed by the respective sensors; and a pipe abnormality monitoring device for monitoring whether there is an abnormality in the pipe, wherein the pipe abnormality monitoring device includes: an input unit for receiving the pipe status signal from each of the plurality of signal acquisition units; a signal dividing unit dividing the pipe state signal input through the input unit into a plurality of preset time sections; and in each of the plurality of time sections, it is determined whether an abnormal state signal is present in the pipe state signals received from two of the signal acquisition units among the plurality of signal acquisition units, and the input from the two signal acquisition units is determined. and a monitoring unit that determines that there is an abnormality in the pipe when it is determined that the abnormal state signal is
  • each of the signal acquisition units may receive a GPS signal through a GPS antenna, and match the GPS signal to the pipe state signal sensed by the respective sensor unit, and the input unit may include the respective signal acquisition units can receive the pipe condition signal matched with the GPS signal from It may further include a synchronization unit for performing time synchronization between the pipe state signals.
  • the synchronization unit may linearly interpolate the GPS signal, match the linearly interpolated GPS signal to the piping state signal input from the respective signal acquisition unit, and the piping state matched with the linearly interpolated GPS signal By further using a signal, it is possible to perform time synchronization between the pipe state signals received from the respective signal acquisition units.
  • An overlapping time interval may exist between the plurality of preset time intervals.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time sections, a coherence function value indicating a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units, and the coherence function value is determined by the monitoring unit When it is equal to or greater than a preset coherence function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, respectively, a kurtosis function value of the pipe state signal input from the two signal acquisition units in each of the plurality of time sections, and each of the kurtosis function values is a preset kurtosis value of the monitoring unit. When it is greater than the function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time sections, a kurtosis function value of the pipe state signal inputted from the two signal acquisition units, respectively, and a geometric average value of each of the kurtosis function values is determined by the monitoring unit.
  • a kurtosis function value is equal to or greater than a preset geometric mean reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal input from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time intervals, a coherence function value indicating a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units, and in each of the plurality of time intervals, the 2 It is possible to calculate each of the kurtosis function values of the pipe state signals received from the signal acquisition unit, wherein the coherence function value is equal to or greater than the coherence function reference value set in the monitoring unit, and the respective kurtosis function values are When the monitoring unit is greater than a preset kurtosis function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time intervals, a coherence function value indicating a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units, and in each of the plurality of time intervals, the 2 It is possible to calculate each of the kurtosis function values of the pipe state signals received from the signal acquisition unit, wherein the coherence function value is equal to or greater than the coherence function reference value set in the monitoring unit, and the value of each kurtosis function When the geometric mean value is equal to or greater than the kurtosis function geometric mean reference value set in the monitoring unit, it may be determined that the abnormal condition signal is present in the pipe condition signal input from the two signal obtaining units.
  • an apparatus for monitoring an abnormal condition of a pipe includes: an input unit for receiving a pipe state signal, which is a signal indicating the state of the pipe, from each of a plurality of signal acquisition units; a signal dividing unit dividing the pipe state signal input through the input unit into a plurality of preset time sections; and in each of the plurality of time sections, it is determined whether an abnormal state signal is present in the pipe state signals received from two of the signal acquisition units among the plurality of signal acquisition units, and the input from the two signal acquisition units is determined. and a monitoring unit that determines that there is an abnormality in the pipe when it is determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal.
  • each of the signal acquisition units may receive a GPS signal through a GPS antenna, and match the GPS signal to the pipe state signal sensed by the respective sensor unit, and the input unit may include the respective signal acquisition units can receive the pipe condition signal matched with the GPS signal from It may further include a synchronization unit for performing time synchronization between the pipe state signals.
  • the synchronization unit may linearly interpolate the GPS signal, match the linearly interpolated GPS signal to the piping state signal input from the respective signal acquisition unit, and the piping state matched with the linearly interpolated GPS signal By further using a signal, it is possible to perform time synchronization between the pipe state signals received from the respective signal acquisition units.
  • An overlapping time interval may exist between the plurality of preset time intervals.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time sections, a coherence function value indicating a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units, and the coherence function value is determined by the monitoring unit When it is equal to or greater than a preset coherence function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, respectively, a kurtosis function value of the pipe state signal input from the two signal acquisition units in each of the plurality of time sections, and each of the kurtosis function values is a preset kurtosis value of the monitoring unit. When it is greater than the function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time sections, a kurtosis function value of the pipe state signal inputted from the two signal acquisition units, respectively, and a geometric average value of each of the kurtosis function values is determined by the monitoring unit.
  • a kurtosis function value is equal to or greater than a preset geometric mean reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal input from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time intervals, a coherence function value indicating a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units, and in each of the plurality of time intervals, the 2 It is possible to calculate each of the kurtosis function values of the pipe state signals received from the signal acquisition unit, wherein the coherence function value is equal to or greater than the coherence function reference value set in the monitoring unit, and the respective kurtosis function values are When the monitoring unit is greater than a preset kurtosis function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • the monitoring unit may calculate, in each of the plurality of time intervals, a coherence function value indicating a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units, and in each of the plurality of time intervals, the 2 It is possible to calculate each of the kurtosis function values of the pipe state signals received from the signal acquisition unit, wherein the coherence function value is equal to or greater than the coherence function reference value set in the monitoring unit, and the value of each kurtosis function When the geometric mean value is equal to or greater than the kurtosis function geometric mean reference value set in the monitoring unit, it may be determined that the abnormal condition signal is present in the pipe condition signal input from the two signal obtaining units.
  • the abnormal state monitoring method of the pipe according to an embodiment of the present invention, a signal input step of receiving a pipe status signal, which is a signal indicating the status of the pipe, from each of a plurality of signal acquisition units ; a signal dividing step of dividing the pipe state signal input through the signal input step into a plurality of preset time sections; and in each of the plurality of time sections, it is determined whether an abnormal state signal is present in the pipe state signals received from two of the signal acquisition units among the plurality of signal acquisition units, and the input from the two signal acquisition units is determined. and a monitoring step of determining that there is an abnormality in the pipe when it is determined that the abnormal status signal exists in the pipe status signal.
  • the pipe state signal matched with the GPS signal may be input from each signal acquisition unit, and after the signal input step and before the signal dividing step, the GPS signal matched
  • the method may further include a synchronization step of performing time synchronization between the pipe status signals received from the respective signal acquisition units by using the pipe status signals.
  • the synchronization step it is possible to linearly interpolate the GPS signal, match the linearly interpolated GPS signal to the pipe state signal input from the respective signal acquisition unit, and the pipe matched with the linear interpolated GPS signal
  • the status signal it is possible to perform time synchronization between the pipe status signals received from the respective signal acquisition units.
  • An overlapping time interval may exist between the plurality of preset time intervals.
  • a coherence function value representing a degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units may be calculated, and the coherence function value is preset.
  • the coherence function reference value is greater than or equal to the reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal input from the two signal acquisition units.
  • a kurtosis function value of the pipe state signal inputted from the two signal acquisition units may be calculated, respectively, and each of the kurtosis function values is higher than a preset kurtosis function reference value. If it is large, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal input from the two signal acquisition units.
  • a kurtosis function value of the pipe state signal input from the two signal acquisition units may be calculated, respectively, and the geometric mean value of each kurtosis function value is a preset kurtosis
  • the function geometric mean reference value is greater than or equal to the reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal input from the two signal acquisition units.
  • a coherence function value representing the degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units may be calculated, and in each of the plurality of time sections, the Each of the kurtosis function values of the pipe state signals input from the two signal acquisition units may be calculated, wherein the coherence function value is equal to or greater than a preset coherence function reference value, and each kurtosis function value has a preset kurtosis When it is greater than the function reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal received from the two signal acquisition units.
  • a coherence function value representing the degree of similarity between the pipe state signals input from the two signal acquisition units may be calculated, and in each of the plurality of time sections, the Each of the kurtosis function values of the pipe state signal input from the two signal acquisition units can be calculated, wherein the coherence function value is greater than or equal to a preset coherence function reference value, and the geometric mean value of each kurtosis function value is When the kurtosis function is equal to or greater than a preset geometric mean reference value, it may be determined that the abnormal state signal is present in the pipe state signal input from the two signal acquisition units.
  • the present invention is configured to determine whether or not an abnormal state signal exists in the pipe state signal in each time period after the pipe state signal input from each signal acquisition unit is divided into a plurality of time sections, the pipe It is possible to determine with higher accuracy whether there is an abnormality in the pipe compared to a case where it is determined whether an abnormal state signal is present in the pipe state signal in a state in which the state signal is not divided into a plurality of time sections.
  • the pipe state signal input from each signal acquisition unit is divided into a plurality of time sections, and the plurality of time sections are divided so that overlapping time sections exist between the plurality of time sections, there is no risk of missing an abnormal status signal. It disappears, and accordingly, it is possible to determine with higher accuracy whether there is an abnormality in the pipe.
  • the present invention determines the abnormality of the piping depending on whether or not an abnormal state signal is present in the piping state signal input from the two signal acquisition units, if leakage of water, gas, crude oil, etc. occurs in the piping, of course, It is also possible to monitor the existing piping for damage before it leaks.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an abnormal state monitoring system of a pipe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for monitoring an abnormal state of a pipe performed by the abnormal state monitoring device of the pipe shown in FIG. 1 .
  • 3A is a graph illustrating a first GPS signal before linear interpolation.
  • 3B is a graph illustrating a second GPS signal before linear interpolation.
  • 3C is a graph illustrating a first GPS signal after linear interpolation.
  • 3D is a graph illustrating a second GPS signal after linear interpolation.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which time synchronization is performed between pipe status signals by using a pipe status signal matched with a linear interpolated GPS signal.
  • FIG. 5 is a graph illustrating an example of a pipe state signal sensed by a sensor unit.
  • 6A is a graph showing a state in which the signal division unit divides the first and second pipe state signals of FIG. 5 into time sections of 0 to 1 second, respectively.
  • 6B is a graph showing a state in which the signal division unit divides the first and second pipe state signals of FIG. 5 into time sections of 0.5 to 1.5 seconds, respectively.
  • 6c is a graph showing a state in which the signal division unit divides the first and second pipe state signals of FIG. 5 into time sections of 1 to 2 seconds, respectively.
  • FIG. 7A is a state in which the monitoring unit calculates the cross power spectral density between the first and second pipe state signals of FIG. 6A, and then uses this to calculate the coherence function value between the first and second pipe state signals of FIG. 6A is a diagram showing
  • Figure 7b is a state in which the monitoring unit calculates the cross power spectral density between the first and second pipe state signals of FIG. 6B, and then uses this to calculate the coherence function value between the first and second pipe state signals of FIG. 6B is a diagram showing
  • FIG. 7c is a view in which the monitoring unit calculates the cross power spectral density between the first and second pipe state signals of FIG. 6C, and then uses this to calculate the coherence function value between the first and second pipe state signals of FIG. 6C is a diagram showing
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a state in which the monitoring unit calculates a kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals of FIG. 6A .
  • 8B is a diagram illustrating a state in which the monitoring unit calculates a kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals of FIG. 6B .
  • FIG. 8c is a diagram illustrating a state in which the monitoring unit calculates a kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals of FIG. 6C .
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a coherence function value between the first and second pipe state signals of FIGS. 6A to 6C and a geometric mean value of the kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an abnormal state monitoring system of a pipe according to an embodiment of the present invention.
  • the abnormal state monitoring system of a pipe includes a plurality of sensor units 100 , a plurality of signal acquisition units 200 , and an abnormal state monitoring device 300 of a pipe can do.
  • the plurality of sensor units 100: 100-1 and 100-2 are positioned at a distance from each other to sense a pipe state signal, respectively.
  • the pipe state signal is a signal indicating the state of the pipe 10 , and more specifically, refers to a signal indicating whether an abnormality such as leakage or damage has occurred in the pipe 10 .
  • each sensor unit 100-1, 100-2 senses only a signal of a fine size corresponding to noise as the pipe state signal.
  • the pipe state signal For example, when an abnormality such as leakage or damage does not occur in the pipe 10 , each sensor unit 100-1, 100-2 senses only a signal of a fine size corresponding to noise as the pipe state signal.
  • an abnormality occurs in the pipe 10
  • Such an abnormal state signal is usually displayed in the form of a transient signal, and in the present invention, any two pipe state among a plurality of pipe state signals sensed by each of the sensor units 100-1 and 100-2 If an abnormal state signal in the form of a transient signal exists in the signal, it is determined that there is an abnormality in the pipe 10 .
  • the presence of an abnormal state signal in any two of the plurality of pipe state signals means that an abnormality has occurred at a point where any one of the two sensor units sensing the two pipe state signals is located. , means that an abnormality has occurred between the points where the two sensor units are located.
  • the number of sensor units 100 may be at least two.
  • the sensor unit 100 located on the left side in FIG. 1 is referred to as the first sensor unit 100-1
  • the sensor unit 100 located on the right side is referred to as the second sensor unit 100-2.
  • the pipe state signal sensed by the first sensor unit 100-1 will be referred to as a first pipe state signal
  • the pipe state signal sensed by the second sensor unit 100-2 will be referred to as a second pipe state signal. .
  • each of the sensor units 100-1 and 100-2 is illustrated as being positioned on the pipe 10 , but each of the sensor units 100-1 and 100-2 is located within the pipe 10 . It may be located, or it may be located spaced apart from the pipe 10 by a predetermined distance.
  • each of the sensor units 100-1 and 100-2 is a vibration accelerometer positioned on the pipe 10, a hydrophone positioned in the pipe 10, and a distance spaced apart from the pipe 10 by a predetermined distance. It may include at least one or more of microphones. However, as long as it is a sensor capable of sensing a pipe state signal, it may correspond to the sensor unit 100 according to the present invention.
  • an elastic wave ie, an abnormal state signal
  • the elastic wave is transmitted in the left and right direction of the pipe 10 . It is transmitted along the surface of the pipe (10).
  • each of the sensor units 100-1 and 100-2 includes a vibration accelerometer capable of sensing the elastic wave
  • the point of the pipe 10 where the abnormality occurs is the first sensor unit 100-1 and When positioned between the second sensor unit 100-2, the first sensor unit 100-1 and the second sensor unit 100-2 sense fine noise and the acoustic wave as a pipe state signal. do.
  • the first sensor unit 100 - 1 and the second sensor unit 100 - 2 sense only minute noise as the pipe state signal.
  • Each of the plurality of signal acquisition units 200: 200-1 and 200-2 is located at a distance from each other, and acquires a pipe state signal sensed by each of the sensor units 100-1 and 100-2.
  • each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2 may be communication-connected to each of the sensor units 100-1 and 100-2 by wire or wirelessly communication-connected (eg, WiFi, etc.).
  • the number of signal acquisition units 200 may be at least two.
  • the signal obtaining unit 200 located on the left side in FIG. 1 is referred to as a first signal obtaining unit 200-1
  • the signal obtaining unit 200 located on the right side is referred to as the second signal obtaining unit. (200-2) will be referred to.
  • the signal acquisition unit 200 may have a 1:1 correspondence with the sensor unit 100 . That is, the number of signal acquisition units 200 may be the same as the number of sensor units 100 .
  • the first signal acquisition unit 200-1 is connected to the first sensor unit 100-1 in communication with it, and acquires a first pipe state signal sensed by the first sensor unit 100-1.
  • the second signal acquisition unit 200-2 is connected to the communication with the second sensor unit 100-2, and acquires a second pipe state signal sensed by the second sensor unit 100-2.
  • the first pipe state signal sensed by the first sensor unit 100-1 and the second pipe state signal sensed by the second sensor unit 100-2 may be in the form of analog signals.
  • the first signal obtaining unit 200 - 1 and the second signal obtaining unit 200 - 2 may each be provided with an analog-to-digital converter (ADC) for converting the analog signal into a digital signal.
  • ADC analog-to-digital converter
  • each of the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 may be provided with GPS antennas 210 ( 210 - 1 and 210 - 2 ) for receiving a GPS signal. That is, the first signal acquisition unit 200-1 may be provided with a first GPS antenna 210-1 for receiving a GPS signal, and the second signal acquisition unit 200-2 also receives the GPS signal. A second GPS antenna 210 - 2 for this may be provided.
  • the GPS signal refers to a signal related to International Atomic Time (TAI) transmitted from a satellite per second, and generally consists of 64 bits.
  • TAI International Atomic Time
  • the GPS signal received through the first GPS antenna 210 - 1 will be referred to as a first GPS signal
  • the GPS signal received through the second GPS antenna 210 - 2 will be referred to as a second GPS signal.
  • the respective GPS antennas 210-1 and 210-2 are provided in each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2, respectively, the respective signal acquisition units 200-1 and 200-2 ) may not only obtain a pipe state signal from each of the sensor units 100-1 and 100-2, but also receive a GPS signal through the GPS antennas 210-1 and 210-2. That is, the first signal acquisition unit 200-1 may acquire the first pipe state signal from the first sensor unit 100-1, and the first GPS signal through the first GPS antenna 210-1 can receive In addition, the second signal acquisition unit 200-2 may acquire a second pipe state signal from the second sensor unit 100-2, and a second GPS signal through the second GPS antenna 210-2. can receive
  • Each of the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 may match the GPS signal to the pipe state signal sensed by each of the sensor units 100 - 1 and 100 - 2 .
  • the first signal acquisition unit 200-1 matches the first pipe state signal obtained from the first sensor unit 100-1 at a specific time t with the first GPS signal received at the time t can do it.
  • the first signal acquisition unit 200-1 receives the first pipe state signal acquired from the first sensor unit 100-1 at time t+1, which has elapsed 1 second from the time t, at the time t+1. It can be matched with the received first GPS signal.
  • the second signal acquisition unit 200-2 matches the second pipe state signal acquired from the second sensor unit 100-2 at a specific time t with the second GPS signal received at the time t. can In addition, the second signal acquisition unit 200-2 obtains the second pipe state signal acquired from the second sensor unit 100-2 at time t+1, which has passed 1 second from the time t, at the time t+2. It can be matched with the received second GPS signal.
  • each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2 matches the pipe condition signal with the GPS signal is that the abnormal condition monitoring device 300 of the pipe, which will be described later, uses the first pipe condition signal and the second pipe This is to perform time synchronization between the status signals, so that it is possible to determine with high accuracy whether there is an abnormality in the pipe 10 in the end.
  • a process in which the pipe abnormal state monitoring device 300 performs time synchronization will be described later.
  • the pipe abnormality monitoring device 300 includes an input unit 310, a signal division unit 330, and a monitoring unit 340, and a synchronization unit 320 for time synchronization. may additionally include.
  • the monitoring device 300 receives the first pipe state signal and the second pipe state signal from each of the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 , and monitors whether there is an abnormality in the pipe 10 .
  • the monitoring device 300 may be wirelessly communicated with each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2 (eg, WiFi, etc.), but may also be communication-connected by wire in some cases.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for monitoring an abnormal state of a pipe performed by the abnormal state monitoring device of the pipe shown in FIG. 1 .
  • a monitoring method performed by the abnormal condition monitoring system and monitoring device of the pipe according to the present invention will be described.
  • the input unit 310 receives a pipe state signal, which is a signal indicating the state of the pipe 10, from each of the plurality of signal acquisition units 200, the signal input step is It can be done first (S100).
  • the input unit 310 is communicatively connected to the first signal obtaining unit 200-1, and accordingly, the first pipe state signal sensed by the first sensor unit 100-1 is transferred to the first signal obtaining unit 200-1. ) can be entered from In addition, the input unit 310 is communicatively connected with the second signal acquisition unit 200-2, and accordingly, the second signal acquisition unit 200-2 receives the pipe state signal sensed by the second sensor unit 100-2. ) can be entered from
  • the monitoring device 300 may proceed with the signal division step corresponding to step S300 immediately after step S100, but may proceed with step S300 after performing step S200 after step S100.
  • GPS signals are matched to some of the pipe status signals that the input unit 310 receives from the signal acquisition units 200-1 and 200-2, respectively. That is, the input unit 310 may receive, from each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2, a pipe status signal matched with a GPS signal and a pipe status signal not matched with the GPS signal.
  • the synchronization unit 320 uses the pipe status signal matched with the GPS signal, and time between the pipe status signals input from each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2 A synchronization step of performing synchronization may be performed (S200). At this time, since the synchronization unit 320 is connected to the input unit 310 in communication, it is possible to use the pipe state signal input to the input unit 310 .
  • the synchronization unit 320 is the first GPS time of the first pipe state signal input from the first signal acquisition unit 200-1, and the second pipe state signal input from the second signal acquisition unit 200-2. By matching the second GPS time with each other, time synchronization can be performed between the first pipe condition signal and the second pipe condition signal.
  • time synchronization is made between the first pipe status signal and the second pipe status signal, the first pipe status signal and the second pipe status signal can be divided into the same time period as will be described later, so Whether or not there is an abnormality can be determined with higher accuracy.
  • the GPS signal is a signal related to International Atomic Time (TAI) transmitted from a satellite per second, and each of the sensor units 100-1 and 100-2 senses, for example, 51,200 pipe status signals per second.
  • TAI International Atomic Time
  • the first signal acquisition unit 200-1 matches the first pipe state signal obtained from the first sensor unit 100-1 at time t with the first GPS signal received at the time t, and time Even if the first pipe status signal obtained from the first sensor unit 100-1 at t+1 is matched with the first GPS signal received at the time t+1, the first pipe status matched with the first GPS signal There will be much more of the first pipe condition signal not matching the first GPS signal compared to the signal.
  • the second signal acquisition unit 200-2 matches the second pipe state signal obtained from the second sensor unit 100-2 at time t with the second GPS signal received at the time t, and time Even if the second pipe status signal obtained from the second sensor unit 100-2 at t+1 is matched with the second GPS signal received at the time t+1, the second pipe status matched with the second GPS signal There is much more of the second pipe condition signal not matching the second GPS signal compared to the signal.
  • 3A is a graph illustrating a first GPS signal before linear interpolation
  • FIG. 3B is a graph illustrating a second GPS signal before linear interpolation
  • 3C is a graph illustrating a first GPS signal after linear interpolation
  • FIG. 3D is a graph illustrating a second GPS signal after linear interpolation.
  • the x-axis is time
  • the y-axis is a GPS signal.
  • the input unit 310 may receive 51,200 first pipe state signals from the first signal obtaining unit 200 - 1 .
  • the first signal acquisition unit 200-1 matches the first GPS signal TAI1 to the first pipe status signal (ie, the 51,200th first pipe status signal) acquired at a time point of 1 second
  • the input unit 310 is From the first signal acquisition unit 200-1, it is possible to receive a 51,200-th first pipe state signal matched with the first GPS signal TAI1.
  • the input unit 310 may receive 51,200 first pipe state signals from the first signal acquisition unit 200 - 1 .
  • the input unit 310 may receive, from the first signal acquisition unit 200-1, a 51,200 ⁇ 6th first pipe state signal matched with the first GPS signal TAI6.
  • the input unit 310 may receive 51,200 second pipe state signals from the second signal obtaining unit 200 - 2 .
  • the second signal acquisition unit 200-2 matches the second GPS signal TAI1' to the second pipe status signal (ie, the 51,200th second pipe status signal) acquired at 1 second
  • the input unit 310 may receive, from the second signal acquisition unit 200-2, the 51,200th second pipe state signal matched with the second GPS signal TAI1'.
  • the input unit 310 may receive 51,200 second pipe state signals from the second signal acquisition unit 200 - 2 .
  • the second signal acquisition unit 200-1 matches the second GPS signal TAI6' to the second pipe status signal (ie, the 51,200 ⁇ 6th second pipe status signal) acquired at the time point of 6 seconds
  • the input unit ( 310 may receive, from the second signal acquisition unit 200-1, a 51,200 ⁇ 6th second pipe state signal matched with the second GPS signal TAI6'.
  • the synchronization unit 320 is a first pipe status signal and a second pipe It is possible to perform time synchronization between state signals. That is, in the above example, the synchronizer 320 synchronizes the time between the first and second pipe status signals matched with the GPS signal, to time the entire first pipe status signal and the second pipe status signal. can be synchronized. However, in this case, since there are a plurality of first and second pipe status signals that do not match the GPS signal, it may be difficult for the synchronization unit 320 to accurately synchronize the time between the first pipe status signal and the second pipe status signal. .
  • the synchronizer 320 may linearly interpolate the GPS signal and match the linearly interpolated GPS signal to the pipe state signal input from each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2. At this time, the synchronizer 320 may perform linear interpolation of the GPS signal with the GPS signal matched to some of the pipe status signals received from the respective signal acquisition units 200-1 and 200-2.
  • the synchronization unit 320 linearly interpolates the first GPS signal as shown in FIG. 3C through a method of connecting the coordinates ⁇ 0 seconds, TAI1> and the coordinates ⁇ 6 seconds, TAI6> in FIG. 3A with a straight line. can do.
  • the synchronization unit 320 linearly interpolates the second GPS signal as shown in FIG. 3D through a method of connecting the coordinates ⁇ 0 seconds, TAI1'> and the coordinates ⁇ 6 seconds, TAI6'> in a straight line in FIG. 3B . can do.
  • the synchronization unit 320 may match the linearly interpolated GPS signal to the pipe state signal input from each of the signal acquisition units 200-1 and 200-2. Specifically, the synchronization unit 320 may match the first GPS signal linearly interpolated as shown in FIG. 3c to the 51,200 ⁇ 6 first pipe state signals input from the first signal acquisition unit 200-1. there is. In addition, the synchronizer 320 may match the linearly interpolated second GPS signal as shown in FIG. 3D to the 51,200 ⁇ 6 second pipe state signals inputted from the second signal obtaining unit 200-2. .
  • the synchronizer 320 may perform time synchronization between the pipe status signals input from the respective signal acquisition units 200-1 and 200-2 by using the linearly interpolated GPS signal and the matched pipe status signal. .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which time synchronization is performed between pipe status signals by using a pipe status signal matched with a linear interpolated GPS signal.
  • the linear interpolated first GPS signal of Index 1 and the linearly interpolated second GPS signal of Index 6 are the same, and the linearly interpolated first GPS signal of Index 2 and the linearly interpolated second GPS signal of Index 7 are identical. It can be seen that the signals are identical. Accordingly, the synchronization unit 320 corresponds to the linear interpolated first GPS signal of Index 1 to the linear interpolated second GPS signal of Index 6, and the linear interpolated first GPS signal of Index 2 is linearly interpolated with the index 7 Through the method corresponding to the second GPS signal, it is possible to perform time synchronization between the first pipe state signal and the second pipe state signal.
  • a signal division step in which the signal division unit 330 divides the pipe state signal input through the input unit 310 into a plurality of preset time sections may be performed (S300). Since the signal dividing unit 330 is communicatively connected with the input unit 310 or the synchronization unit 320 , the pipe state signal input to the input unit 310 or the pipe state signal for which time synchronization is performed by the synchronization unit 320 is provided. Available.
  • the first and second pipes It is required to divide the status signal into a plurality of time intervals, respectively.
  • the signal dividing unit 330 may divide the first pipe state signal in units of, for example, one second, and may also divide the second pipe state signal in units of, for example, one second. If each of the first and second pipe status signals is divided into a plurality of time sections in units of 1 second in this way, and it is determined whether an abnormal status signal is present in the first and second pipe status signals in each time section, It is possible to determine with high accuracy whether an abnormal state signal exists in the pipe state signal.
  • the elastic wave ie, abnormal state signal
  • the first sensor unit 100-1 and the second sensor When there is an abnormality in the pipe 10 between the parts 100-2, the first sensor part 100-1 and the second sensor part 100-2 transmit the acoustic wave together with a fine noise as a pipe state signal. is sensed as
  • the signal dividing unit 330 divides the first and second pipe state signals in units of 1 second without overlapping, there may be cases in which the abnormality of the pipe 10 cannot be accurately determined. .
  • FIG. 5 is a graph illustrating an example of a pipe state signal sensed by a sensor unit.
  • the graph related to 'Sensor 1' shown in the upper part of FIG. 5 shows the first pipe state signal sensed by the first sensor unit 100-1 from 0 seconds to 2 seconds, and 'Sensor 2' shown in the lower part in FIG.
  • the graph about ' shows the second pipe state signal sensed by the second sensor unit 100-2 from 0 seconds to 2 seconds.
  • the x-axis is the time when the signal is sensed
  • the y-axis is the amplitude of the sensed signal.
  • the abnormal state signal reached the second sensor unit 100-2 about 0.4 seconds later than the first sensor unit 100-1, and in a time period of 0 to 2 seconds, the first and the second pipe status signal each has an abnormal status signal in the form of a transient signal, so it must be determined that there is an abnormality in the pipe 10 .
  • the point where the abnormal state signal is generated in the pipe 10 is between the point where the first sensor unit 100-1 is located and the point where the second sensor unit 100-2 is located.
  • the first sensor unit 100 - 1 is more inclined toward the position.
  • FIG. 6 is a graph showing a state in which the signal division unit divides the pipe state signal of FIG. 5 into a plurality of time sections in units of 1 second.
  • the signal division unit 330 divides the first and second When each of the pipe state signals is divided in units of 1 second without overlapping, it shows that the abnormality of the pipe 10 cannot be accurately determined.
  • FIG. 6A is a graph showing a state in which the signal division unit 330 divides the first and second pipe state signals of FIG. 5 into time sections of 0 to 1 second, respectively
  • FIG. 6C is the signal division unit 330
  • FIGS. 6A and 6C are graphs showing a state in which the signal dividing unit 330 divides the first and second pipe state signals sensed from 0 seconds to 2 seconds in units of 1 second without overlapping time sections.
  • the pipe ( 10) is not judged as having an abnormality.
  • the second pipe state signal has an abnormal state signal in the time interval of 1 to 2 seconds, but the first pipe state signal does not have an abnormal state signal, so in the monitoring unit 340 to be described later. It is no longer determined that there is an abnormality in the pipe 10 .
  • step S300 the signal dividing unit 330 divides the pipe state signal into a plurality of time sections preset in the signal dividing unit 330, but it is determined that overlapping time sections exist between the plurality of time sections. desirable.
  • FIG. 6B is a graph showing a state in which the signal dividing unit 330 divides the first and second pipe state signals of FIG. 5 into time sections of 0.5 to 1.5 seconds, respectively, and FIG. 6B is a graph showing a time interval of 0.5 to 1 second in relation to FIG. 6A. Overlapping time intervals exist, and in relation to FIG. 6C, overlapping time intervals of 1 to 1.5 seconds exist.
  • the monitoring unit 340 determines that there is an abnormality in the pipe 10 can In this way, when the signal dividing unit 330 divides each of the first pipe state signal and the second pipe state signal into a plurality of time sections such that a time section overlapping each other exists, the pipe ( Since the abnormality of 10) cannot be determined, the accuracy of determining whether the pipe 10 is abnormal can be increased. Meanwhile, in the signal dividing unit 330 , a plurality of time intervals necessary for dividing the pipe state signal may be preset.
  • the monitoring unit 340 receives the pipe state signal ( For example, it is determined whether an abnormal state signal exists in the first and second pipe status signals), and pipe status signals (eg, the two signal acquisition units 200-1 and 200-2) are inputted. , when it is determined that an abnormal state signal exists in the first and second pipe state signals), a monitoring step of determining that there is an abnormality in the pipe 10 may be performed (S400). At this time, since the monitoring unit 340 is communicatively connected with the signal division unit 330 , it is determined whether an abnormal condition signal exists in the pipe condition signal in each of a plurality of time sections divided by the signal division unit 330 . can
  • the step S100 may be performed again.
  • the monitoring unit 340 has an abnormal state signal in the pipe state signal input from any two signal acquisition units 200-1 and 200-2 among the plurality of signal acquisition units 200. Whether or not to do it can be determined through a coherence function.
  • the coherence function is a function indicating the similarity between two signals.
  • the coherence function value may be calculated from the coherence function, and may exist within a range of 0 or more and 1 or less.
  • first and second pipe status signals sensed by the first sensor unit 100-1 and the second sensor unit 100-2 include abnormal status signals originating from the same source, the first and second pipe status Since the similarity between signals will be large, the value of the coherence function will also be large (that is, the value of the coherence function will approximate 1).
  • the monitoring unit 340 detects abnormalities in the pipe 10.
  • a coherence function value can be used as a means to determine with high accuracy whether or not there is a coherence function.
  • Monitoring unit 340 in each of a plurality of time intervals (eg, 0-1 seconds, 0.5-1.5 seconds, 1-2 seconds, 1.5-2.5 seconds, etc.), any 2 of the plurality of signal acquisition unit 200 It is possible to calculate a coherence function value representing a degree of similarity between the first and second pipe state signals inputted from the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 .
  • a coherence function value representing a degree of similarity between the first and second pipe state signals inputted from the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 .
  • the monitoring unit 340 through the following Equation 1 in each of a plurality of time intervals (eg, 0-1 seconds, 0.5-1.5 seconds, 1-2 seconds, 1.5-2.5 seconds, etc.),
  • the coherence function Cxy(f) between the first and second pipe state signals can be calculated once.
  • Equation 1 Gxx(f) is the auto power spectral density of the first pipe state signal, Gyy(f) is the auto power spectral density of the second pipe state signal, and Gxy(f) is the first pipe state signal.
  • the monitoring unit 340 calculates the auto power spectral density Gxx(f) of the first pipe state signal and the auto power spectral density Gyy(f) of the second pipe state signal in the time interval of 0 to 1 second shown in FIG. 6A .
  • the monitoring unit 340 may calculate the cross power spectral density Gxy(f) between the first and second pipe state signals in the time interval of 0 to 1 second shown in FIG. 6A .
  • the upper graph of FIG. 7A shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the cross power spectral density Gxy(f) between the first and second pipe state signals of FIG. 6A .
  • the run function Cxy(f) can be calculated.
  • the lower graph of FIG. 7A shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the coherence function Cxy(f) between the first and second pipe state signals of FIG. 6A .
  • the monitoring unit 340 may calculate a coherence function value Coherence indicating the similarity between the first and second pipe state signals from the coherence function Cxy(f) between the first and second pipe state signals. .
  • the monitoring unit 340 may calculate the coherence function value Coherence through Equation 2 below.
  • f1 and f2 are frequencies corresponding to half of the peak power of Gxy(f) (refer to 'Half power' in the upper graph of FIG. 7A).
  • half of the peak power of Gxy(f) may correspond to -6dB power of the peak power.
  • the monitoring unit 340 sums the magnitudes of the coherence functions in the frequency range of f1 or more and f2 or less in the first and second time intervals of 0 to 1 second shown in FIG. 6A. It is possible to calculate the coherence function value coherence indicating the degree of similarity between the pipe state signals (refer to the frequency range f1 or more and f2 or less in the lower graph of FIG. 7A). In the example of the lower graph of FIG. 7A , the coherence function value Coherence calculated by the monitoring unit 340 is 0.0684, which is very close to 0.
  • the monitoring unit 340 in the time interval of 0.5 to 1.5 seconds shown in FIG. 6b, the auto power spectral density Gxx(f) of the first pipe state signal and the auto power spectral density Gyy(f) of the second pipe state signal can be calculated.
  • the monitoring unit 340 may calculate the cross power spectral density Gxy(f) between the first and second pipe state signals in the time interval of 0.5 to 1.5 seconds shown in FIG. 6B .
  • the upper graph of FIG. 7B shows a state in which the monitoring unit 340 calculates the cross power spectral density Gxy(f) between the first and second pipe state signals of FIG. 6B .
  • the monitoring unit 340 calculates Gxx(f), Gyy(f), and Gxy(f), as described above, by substituting them into Equation 1, the first and second pipe states in a time period of 0.5 to 1.5 seconds
  • the inter-signal coherence function Cxy(f) can be calculated.
  • the lower graph of FIG. 7B shows a state in which the monitoring unit 340 calculates the coherence function Cxy(f) between the first and second pipe state signals of FIG. 6B .
  • the monitoring unit 340 may calculate the coherence function value coherence between the first and second pipe state signals in a time interval of 0.5 to 1.5 seconds through Equation 2 above.
  • the monitoring unit 340 may use frequencies f1 and f2 corresponding to half of the peak power of Gxy(f) shown in the upper graph of FIG. 7B .
  • the monitoring unit 340 sums the magnitudes of the coherence functions in the frequency range of f1 or more and f2 or less, and a coherence function indicating the similarity between the first and second pipe state signals in the time interval of 0.5 to 1.5 seconds shown in FIG. 6B .
  • the value coherence can be calculated (refer to the frequency range f1 or more and f2 or less in the lower graph of FIG. 7B ).
  • the coherence function value Coherence calculated by the monitoring unit 340 is 0.9422, which is very close to 1. This is because, as shown in FIG. 6b, an abnormal condition signal originating from the same source exists in the first and second pipe condition signals in a time interval of 0.5 to 1.5 seconds, so the similarity between the first and second pipe condition signals is very high. Because of the size.
  • the monitoring unit 340 performs the auto power spectral density Gxx(f) of the first pipe state signal and the auto power spectral density Gyy(f) of the second pipe state signal in the time interval of 1 to 2 seconds shown in FIG. 6C . can be calculated.
  • the monitoring unit 340 may calculate the cross power spectral density Gxy(f) between the first and second pipe state signals in the time interval of 1 to 2 seconds shown in FIG. 6C .
  • the upper graph of FIG. 7C shows a state in which the monitoring unit 340 calculates the cross power spectral density Gxy(f) between the first and second pipe state signals of FIG. 6C .
  • the lower graph of FIG. 7C is a diagram illustrating a state in which the monitoring unit 340 calculates the coherence function Cxy(f) between the first and second pipe state signals of FIG. 6C .
  • the monitoring unit 340 may calculate the coherence function value coherence between the first and second pipe state signals in a time interval of 1 to 2 seconds through Equation 2 above.
  • the monitoring unit 340 may use frequencies f1 and f2 corresponding to half of the peak power of Gxy(f) shown in the upper graph of FIG. 7C .
  • the monitoring unit 340 sums the magnitudes of the coherence functions in the frequency range of f1 or more and f2 or less, and the coherence function indicating the similarity between the first and second pipe state signals in the time interval of 1 to 2 seconds shown in FIG. 6C
  • the value coherence can be calculated (refer to the frequency range f1 or more and f2 or less in the lower graph of FIG. 7C).
  • the coherence function value Coherence calculated by the monitoring unit 340 is 0.0548, which is very close to zero. This is because, as shown in FIG. 6c, there is only an abnormal state signal only in the second pipe state signal in a time interval of 1 to 2 seconds, and no abnormal state signal exists in the first pipe state signal, so the first and second pipe This is because the similarity between the state signals is very small.
  • a coherence function reference value may be preset in the monitoring unit 340 .
  • the reference value of the coherence function is a coherence function that can be calculated when the first sensor unit 100-1 and the second sensor unit 100-2 sense an abnormal state signal originating from the same source. It may be the minimum value of the value. Typically, if the correlation between two signals is greater than 70%, the two signals are considered to be correlated. Accordingly, 0.7 may be preset in the monitoring unit 340 as the reference value of the coherence function.
  • the monitoring unit 340 may compare the coherence function value with a coherence function reference value preset in the monitoring unit 340 .
  • the two signal acquisition units 200-1 and 200- It can be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals input from 2).
  • the monitoring unit 340 may determine that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 when the coherence function value is greater than or equal to the preset coherence function reference value (that is, Coherence ⁇ 0.7), the two signal acquisition units 200-1, 200-2), it may be determined that an abnormal state signal is present in the first and second pipe state signals inputted from the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 may determine that an abnormal state signal exists in the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 in each of the plurality of time sections, the abnormal state signal to the pipe state signal received from any two signal acquisition units (200-1, 200-2) of the plurality of signal acquisition units (200) Whether or not is present can be determined through a kurtosis function.
  • the kurtosis function is a function indicating the statistical distribution of a signal and the sharpness of the statistical distribution, and is used to determine whether counted values are concentrated in the center.
  • the kurtosis function value (Kurt) can be calculated from the kurtosis function, and when the kurtosis function value (Kurt) is close to 3, the statistical distribution of the signal is close to a normal distribution.
  • the value of the kurtosis function (Kurt) is less than 3 (Kurt ⁇ 3)
  • the statistical distribution of the signal shows a smoother distribution than the normal distribution
  • the value of the kurtosis function (Kurt) is greater than 3 (Kurt > 3) indicates that the statistical distribution of the signal is sharper than that of the normal distribution.
  • the kurtosis function value When an abnormal state signal exists in the pipe state signal sensed by the sensor units 100-1 and 100-2, the kurtosis function value will be large because the statistical distribution of the pipe state signal will not be uniform as a whole (that is, the kurtosis function value) will be greater than 3).
  • the statistical distribution of the pipe state signal is Since we are going to pick the whole, the value of the kurtosis function will be small (ie, the value of the kurtosis function will be less than 3).
  • the monitoring unit 340 is the pipe 10
  • the kurtosis function value can be used as a means to determine with high accuracy whether there is an abnormality.
  • any 2 of the plurality of signal acquisition unit 200 may be calculated, respectively.
  • the monitoring unit 340 through the following Equation 3 in each of a plurality of time intervals (eg, 0-1 seconds, 0.5-1.5 seconds, 1-2 seconds, 1.5-2.5 seconds, etc.),
  • the kurtosis function value Kurt of the first and second pipe state signals can be calculated.
  • Equation 3 n is the number of total signals counted in each time interval (eg, 51,200), is the amplitude of the i-th signal among the total signals counted in each time interval, and is each It is the average value of the amplitudes of all signals counted in the time interval of .
  • Kurtx the kurtosis function value of the first pipe condition signal calculated by the monitoring unit 340 through Equation 3
  • Kurty the kurtosis function value of the second pipe condition signal
  • the monitoring unit 340 may calculate the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal in the time interval of 0 to 1 second shown in FIG. 6A .
  • the upper graph of FIG. 8A shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal of FIG. 6A, and the monitoring unit 340 calculates the first pipe through Equation 3
  • the kurtosis function value Kurtx of the state signal is 13.16.
  • the monitoring unit 340 may calculate the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal in the time interval of 0 to 1 second shown in FIG. 6A .
  • the lower graph of FIG. 8A shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal of FIG. 6A , and the second pipe calculated by the monitoring unit 340 through Equation 3
  • the kurtosis function value Kurtx of the state signal is 2.98.
  • the reason why the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal of FIG. 6A is relatively large and the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal of FIG. 6A is relatively small is that in the time interval between 0 and 1 second, the first pipe This is because the abnormal state signal exists only in the state signal, and only the noise exists in the second pipe state signal and the abnormal state signal does not exist.
  • a kurtosis function reference value may be preset in the monitoring unit 340 .
  • the kurtosis function reference value may be a kurtosis function value that can be calculated when the sensor units 100 - 1 and 100 - 2 sense only noise. That is, when only noise exists in a signal, the statistical distribution of the signal will be close to a normal distribution because the noise will represent a white Gaussian distribution. According to this, when only noise is present in the pipe condition signal, the pipe condition signal will be close to a normal distribution, so the kurtosis function value of the pipe condition signal in which only noise is present is about 3. Accordingly, 3 may be preset in the monitoring unit 340 as the reference value of the kurtosis function.
  • the monitoring unit 340 may compare a kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals with a kurtosis function reference value. Referring to FIG. 8A , the monitoring unit 340 compares the kurtosis function value of 13.16 of the first pipe state signal with the kurtosis function reference value 3, and compares the kurtosis function value of 2.98 of the second pipe state signal with the kurtosis function reference value 3. .
  • the monitoring unit 340 performs the two signal acquisition units 200-1 and 200-2. It may be determined that the abnormal state signal is present in the first and second pipe state signals received from the . Contrary to this, when the monitoring unit 340 compares the kurtosis function values of the first and second pipe state signals that are not both greater than the kurtosis function reference value, the monitoring unit 340 controls the two signal acquisition units 200-1 and 200-1; 200-2), it may be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 may determine that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals received from the two signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 .
  • the monitoring unit 340 may calculate the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal in the time interval of 0.5 to 1.5 seconds shown in FIG. 6B .
  • the upper graph of FIG. 8B shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal of FIG. 6B, and the monitoring unit 340 calculates the first pipe through Equation 3
  • the kurtosis function value Kurtx of the state signal is 12.82.
  • the monitoring unit 340 may calculate the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal in the time interval of 0.5 to 1.5 seconds shown in FIG. 6B .
  • the lower graph of FIG. 8B shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal of FIG. 6B, and the second pipe calculated by the monitoring unit 340 through Equation 3
  • the kurtosis function value Kurtx of the state signal is 12.60.
  • the reason that the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal of FIG. 6B and the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal of FIG. 6B are relatively large is, in the time interval between 0.5 and 1.5 seconds, the first and second pipe This is because an abnormal state signal is present in all of the state signals.
  • the monitoring unit 340 may compare a kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals with a kurtosis function reference value. Referring to FIG. 8A , the monitoring unit 340 compares the kurtosis function value of 12.82 of the first pipe condition signal with the kurtosis function reference value 3, and compares the kurtosis function value of 12.60 of the second pipe condition signal with the kurtosis function reference value 3. .
  • both the kurtosis function values of the first and second pipe state signals are greater than the kurtosis function reference value. It may be determined that an abnormal state signal is present in the received first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 may calculate the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal in the time interval of 1 to 2 seconds shown in FIG. 6C .
  • the upper graph of FIG. 8C shows a state in which the monitoring unit 340 calculates the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal of FIG. 6C, and the monitoring unit 340 calculates the first pipe through Equation 3
  • the kurtosis function value Kurtx of the state signal is 2.91.
  • the monitoring unit 340 may calculate the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal in the time interval of 1 to 2 seconds shown in FIG. 6C .
  • the lower graph of FIG. 8C shows the state in which the monitoring unit 340 calculates the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal of FIG. 6C, and the second pipe calculated by the monitoring unit 340 through Equation 3
  • the kurtosis function value Kurtx of the state signal is 12.48.
  • the reason why the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal of FIG. 6C is relatively small and the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal of FIG. 6C is relatively large is that in the time interval between 1 and 2 seconds, the second pipe This is because the abnormal state signal exists only in the state signal, and only the noise exists in the first pipe state signal and the abnormal state signal does not exist.
  • the monitoring unit 340 may compare a kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals with a kurtosis function reference value. Referring to FIG. 8C , the monitoring unit 340 compares the kurtosis function value of 2.91 of the first pipe condition signal with the kurtosis function reference value 3, and compares the kurtosis function value of 12.48 of the second pipe condition signal with the kurtosis function reference value 3 .
  • the kurtosis function value of the second pipe condition signal is greater than the kurtosis function reference value, but the kurtosis function value of the first pipe condition signal is smaller than the kurtosis function reference value. It may be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals inputted from the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 .
  • the monitoring unit 340 determines whether an abnormal condition signal is present in the pipe condition signal input from the two signal obtaining units 200-1 and 200-2. It is also possible to calculate the geometric mean value, ie, the geometric mean value of the kurtosis function value Kurtx of the first pipe condition signal and Kurty function value Kurty of the second pipe condition signal.
  • the geometric mean GeoM of the two kurtosis function values may be calculated through Equation 4 below.
  • the monitoring unit 340 substitutes 13.16 as the kurtosis function value Kurtx of the first pipe state signal and 2.98 as the kurtosis function value Kurty of the second pipe state signal into Equation 4, Their geometric mean value can be calculated as 13.49.
  • a kurtosis function geometric mean reference value may be preset in the monitoring unit 340 .
  • the geometric mean reference value of the kurtosis function is a kurtosis function that can be calculated when the first sensor unit 100-1 and the second sensor unit 100-2 sense a pipe state signal including an abnormal state signal, respectively. It may be the geometric mean minimum of the values. For example, when the minimum value of the kurtosis function value that can be calculated when the sensor unit senses the pipe state signal including the abnormal state signal is 12, the values are substituted in Equation 4 with Kurtx and Kurty.
  • the geometric mean value of the kurtosis function values calculated in this case is about 17. Accordingly, 17 may be preset in the monitoring unit 340 as the geometric mean reference value of the kurtosis function.
  • the monitoring unit 340 may compare the geometric mean value of the kurtosis function value with a reference value of the geometric mean kurtosis function. When the geometric mean value of the kurtosis function value is equal to or greater than the standard value of the geometric mean of the kurtosis function, the monitoring unit 340 transmits the abnormal status signal to the first and second pipe status signals received from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2. can be considered to exist. On the other hand, when the geometric mean value of the kurtosis function value is smaller than the kurtosis function reference value, the monitoring unit 340 detects an abnormality in the first and second pipe state signals received from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2. It may be determined that the status signal does not exist.
  • the monitoring unit 340 may compare the geometric mean value of 13.49 of the kurtosis function with 17, which is a reference value of the geometric mean of the kurtosis function. As a result of comparison by the monitoring unit 340, since the geometric mean value of the kurtosis function is smaller than the reference value of the geometric mean of the kurtosis function, the monitoring unit 340 receives the input from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2 It may be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 may compare the geometric mean value of 18.70 of the kurtosis function with 17, which is a reference value of the geometric mean of the kurtosis function. As a result of comparison by the monitoring unit 340, since the geometric mean value of the kurtosis function is greater than or equal to the reference value of the geometric mean of the kurtosis function, the monitoring unit 340 receives the input from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2 It may be determined that an abnormal state signal is present in the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 may compare the geometric mean value of 12.81 of the kurtosis function with 17, which is a reference value of the geometric mean of the kurtosis function. As a result of comparison by the monitoring unit 340, since the geometric mean value of the kurtosis function is smaller than the reference value of the geometric mean of the kurtosis function, the monitoring unit 340 receives the input from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2 It may be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals.
  • the monitoring unit 340 receives the first and second pipe states input from any two signal acquisition units 200-1 and 200-2 among the plurality of signal acquisition units 200.
  • a method of determining whether an abnormal state signal exists in a signal using any one of a coherence function value and a kurtosis function value has been described.
  • the monitoring unit 340 may use both the coherence function value and the kurtosis function value in determining whether an abnormal condition signal exists in the first and second pipe condition signals, and in this case, the monitoring unit ( 340 is able to more accurately determine whether the pipe 10 is abnormal.
  • the monitoring unit 340 in each of the plurality of time sections, the first and second pipes received from any two signal acquisition units 200-1 and 200-2 among the plurality of signal acquisition units 200 A coherence function value indicating the degree of similarity between state signals may be calculated, and the monitoring unit 340 is inputted from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2 in each of the plurality of time intervals. It is possible to calculate the kurtosis function values of the received first and second pipe state signals, respectively.
  • the monitoring unit 340 may determine that an abnormal state signal exists in the first and second pipe state signals input from the two signal acquisition units 200-1 and 200-2.
  • the monitoring unit 340 controls the two It may be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals input from the signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 .
  • the monitoring unit 340 may determine that the abnormal state signal is present in the first and second pipe state signals received from the two signal acquisition units 200 - 1 and 200 - 2 .
  • the monitoring unit 340 is configured to control the two signal acquisition units. It may be determined that the abnormal state signal does not exist in the first and second pipe state signals received from (200-1, 200-2).
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a coherence function value between the first and second pipe state signals of FIGS. 6A to 6C and a geometric mean value of the kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals.
  • the coherence function value between the first and second pipe state signals in the time section of 0 to 1 second and the time section of 1 to 2 seconds is the first and second pipe in the time section of 0.5 to 1.5 seconds It can be seen that it is small compared to the value of the coherence function between state signals.
  • the geometric mean value of the kurtosis function value of each of the first and second pipe state signals in the time section of 0 to 1 second and the time section of 1 to 2 seconds is the first and second pipe state in the time section of 0.5 to 1.5 seconds It can be seen that the signal is smaller than the geometric mean value of each kurtosis function value. This is because both the abnormal state signals are present in the first and second pipe state signals only in the time period of 0.5 to 1.5 seconds among the time period of 0 to 2 seconds.
  • the presence of an abnormal state signal in only one of the first and second pipe state signals means that at least two sensor units 100-1 and 100-2 are located in the pipe 10 between the points. This means that no abnormalities have occurred. Therefore, when the monitoring unit 340 uses both the coherence function value and the kurtosis function value in determining whether an abnormal state signal exists in the first and second pipe state signals, the monitoring unit 340 is Of course, it is possible to more accurately determine whether there is an abnormality in the pipe 10, and it is also possible to more accurately monitor the point where an abnormality occurs in the pipe 10.
  • the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art to which the present invention pertains. possible.
  • the coherence function value and the kurtosis function value are calculated by a specific method, but these function values can be calculated by any number of other methods.
  • the geometric mean value of the kurtosis function value was used in determining that an abnormal condition signal exists in the pipe condition signal, but this is only one of the preferred embodiments, and the arithmetic mean value or harmonic mean value of the kurtosis function value, etc. may be used.

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Abstract

본 발명은 배관에 이상이 있는지 여부를 모니터링하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 배관 상태 신호가 다수 개의 시간 구간으로 분할된 뒤, 상기 각각의 시간 구간에서 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부가 판단되도록 구성되어 있기 때문에, 배관 상태 신호가 다수 개의 시간 구간으로 분할되지 않은 상태에서 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부가 판단되는 경우에 비해, 배관에 이상이 있는지 여부를 더 높은 정확도로 판정할 수 있게 된다.

Description

배관의 이상 상태 모니터링 시스템, 장치 및 방법
본 발명은 배관에 이상이 있는지 여부를 모니터링하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
배관은 보통 지하에 매설되어 물, 가스, 원유 등을 운반하는 데 이용된다. 배관은 오랜 운용연한을 가질수록, 부식 등으로 인한 손상이 배관에 점점 더 가해질 수 있다. 게다가, 배관이 매설된 지역은 그 주변에 수많은 진동이 존재하고 있으며, 특히 배관이 매설된 지역에서 타공사가 이루어질 경우에는 그 타공사에 의한 진동으로 인해 배관에 손상이 가해질 우려가 있다.
배관에서 물, 가스, 원유 등의 누설이 발생한다는 것은, 그 누설 전에 이미 배관에 손상이 가해지고 있었다는 것을 의미한다. 배관에 손상이 가해질 경우, 그 손상이 가해진 배관의 지점에서는 탄성파와 같은 이상 상태 신호가 발생하게 된다. 이에 따라 배관에서 발생하는 이상 상태 신호를 감지해낼 수 있다면, 배관에서 누설이 발생하기 전에 배관에 이상이 있는지 여부를 미리 모니터링할 수 있게 된다.
한국 등록특허공보 제10-1447928호에는 지중 파이프 상에 장착된 복수의 누수감지 센서 노드들 및 적어도 하나의 네트워크 노드를 포함하는 실시간 원격 누수 감지 시스템이 개시되어 있다.
본 발명은 기본적으로 배관에 이상이 있는지 여부를 높은 정확도로 판정할 수 있는 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 배관에 이상이 있는지 여부를 높은 정확도로 판정하기 위하여, 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있는 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를, 상기 이상 상태 신호의 누락 없이 판단할 수 있는 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 시스템은, 서로 이격된 거리에 위치하며, 배관의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 각각 센싱하는 다수 개의 센서부; 서로 이격된 거리에 위치하며, 상기 각각의 센서부가 센싱하는 상기 배관 상태 신호를 각각 획득하는 다수 개의 신호 획득부; 및 상기 배관에 이상이 있는지 여부를 모니터링하는 배관의 이상 상태 모니터링 장치;를 포함하며, 상기 배관의 이상 상태 모니터링 장치는, 상기 다수 개의 신호 획득부 각각으로부터 상기 배관 상태 신호를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 상기 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할부; 및 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부 중 2개의 상기 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우 상기 배관에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링부를 포함한다.
여기서, 상기 각각의 신호 획득부는, GPS 안테나를 통해 GPS 신호를 수신하여, 상기 각각의 센서부가 센싱하는 상기 배관 상태 신호에 상기 GPS 신호를 매칭시킬 수 있고, 상기 입력부는, 상기 각각의 신호 획득부로부터 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 입력받을 수 있으며, 상기 배관의 이상 상태 모니터링 장치는, 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 동기화부를 더 포함할 수 있다.
상기 동기화부는, 상기 GPS 신호를 선형 보간하고, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시킬 수 있으며, 상기 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 더 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있다.
상기 기 설정된 다수 개의 시간 구간 간에는 중첩(overlapping)된 시간 구간이 존재할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있고, 상기 각각의 첨도 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있으며, 상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있으며, 상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 장치는, 다수 개의 신호 획득부 각각으로부터 배관의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 상기 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할부; 및 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부 중 2개의 상기 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우 상기 배관에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링부;를 포함한다.
여기서, 상기 각각의 신호 획득부는, GPS 안테나를 통해 GPS 신호를 수신하여, 상기 각각의 센서부가 센싱하는 상기 배관 상태 신호에 상기 GPS 신호를 매칭시킬 수 있고, 상기 입력부는, 상기 각각의 신호 획득부로부터 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 입력받을 수 있으며, 상기 배관의 이상 상태 모니터링 장치는, 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 동기화부를 더 포함할 수 있다.
상기 동기화부는, 상기 GPS 신호를 선형 보간하고, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시킬 수 있으며, 상기 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 더 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있다.
상기 기 설정된 다수 개의 시간 구간 간에는 중첩된 시간 구간이 존재할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있고, 상기 각각의 첨도 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있으며, 상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있으며, 상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 방법은, 다수 개의 신호 획득부 각각으로부터 배관의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 입력받는 신호 입력 단계; 상기 신호 입력 단계를 통해 입력된 상기 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할 단계; 및 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부 중 2개의 상기 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우 상기 배관에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링 단계를 포함한다.
여기서, 상기 신호 입력 단계에서는, 상기 각각의 신호 획득부로부터 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 입력받을 수 있으며, 상기 신호 입력 단계 이후 및 상기 신호 분할 단계 이전에, 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 동기화 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동기화 단계에서는, 상기 GPS 신호를 선형 보간하고, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시킬 수 있으며, 상기 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 더 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있다.
상기 기 설정된 다수 개의 시간 구간 간에는 중첩된 시간 구간이 존재할 수 있다.
상기 모니터링 단계에서는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 코히어런스 함수값이 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링 단계에서는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있고, 상기 각각의 첨도 함수값이 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링 단계에서는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링 단계에서는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있으며, 상기 코히어런스 함수값이 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값이 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링 단계에서는, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있으며, 상기 코히어런스 함수값이 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명은 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 배관 상태 신호가 다수 개의 시간 구간으로 분할된 뒤, 상기 각각의 시간 구간에서 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부가 판단되도록 구성되어 있기 때문에, 배관 상태 신호가 다수 개의 시간 구간으로 분할되지 않은 상태에서 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부가 판단되는 경우에 비해, 배관에 이상이 있는지 여부를 더 높은 정확도로 판정할 수 있게 된다.
또한, GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호를 이용하거나, 나아가 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호를 이용하여, 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 배관 상태 신호 간에 시간 동기화가 이루어지도록 구성되어 있기 때문에, 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화가 이루어지지 않은 경우에 비해, 배관에 이상이 있는지 여부를 더 높은 정확도로 판정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 배관 상태 신호가 다수 개의 시간 구간으로 분할되되, 상기 다수 개의 시간 구간 간에 중첩된 시간 구간이 존재하도록 분할되기 때문에, 이상 상태 신호가 누락될 염려가 없어지게 되며, 이에 따라 배관에 이상이 있는지 여부를 더 높은 정확도로 판정할 수 있게 된다.
게다가, 본 발명은 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부에 따라 배관의 이상이 판정되기 때문에, 배관에서 물, 가스, 원유 등의 누설이 발생한 경우는 물론, 배관에서 누설이 발생하기 전에 존재하는 배관의 손상 여부도 미리 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 배관의 이상 상태 모니터링 장치에 의해 이루어지는 배관의 이상 상태 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3a는 선형 보간 전 제1 GPS 신호를 나타낸 그래프이다.
도 3b는 선형 보간 전 제2 GPS 신호를 나타낸 그래프이다.
도 3c는 선형 보간 후 제1 GPS 신호를 나타낸 그래프이다.
도 3d는 선형 보간 후 제2 GPS 신호를 나타낸 그래프이다.
도 4는 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호를 이용하여, 배관 상태 신호 간에 시간 동기화가 이루어지는 모습을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 5는 센서부가 센싱한 배관 상태 신호의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 신호 분할부가 도 5의 제1 및 제2 배관 상태 신호를 각각 0~1초의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프이다.
도 6b는 신호 분할부가 도 5의 제1 및 제2 배관 상태 신호를 각각 0.5~1.5초의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프이다.
도 6c는 신호 분할부가 도 5의 제1 및 제2 배관 상태 신호를 각각 1~2초의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 모니터링부가 도 6a의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도를 산출한 뒤, 이를 이용해서 도 6a의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값을 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7b는 모니터링부가 도 6b의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도를 산출한 뒤, 이를 이용해서 도 6b의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값을 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7c는 모니터링부가 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도를 산출한 뒤, 이를 이용해서 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값을 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8a는 모니터링부가 도 6a의 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값을 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8b는 모니터링부가 도 6b의 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값을 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8c는 모니터링부가 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값을 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6a 내지 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값과, 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 시스템, 장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 시스템은 다수 개의 센서부(100), 다수 개의 신호 획득부(200) 및 배관의 이상 상태 모니터링 장치(300)를 포함할 수 있다.
다수 개의 센서부(100: 100-1, 100-2)는 서로 이격된 거리에 위치하여, 배관 상태 신호를 각각 센싱한다. 여기서, 상기 배관 상태 신호는 배관(10)의 상태를 나타내는 신호로서, 보다 구체적으로는 배관(10)에 누설이나 손상과 같은 이상이 발생했는지 여부를 나타내는 신호를 의미한다.
예를 들어, 배관(10)에 누설이나 손상과 같은 이상이 발생하지 않았을 경우, 각각의 센서부(100-1, 100-2)에서는 노이즈에 해당하는 미세 크기의 신호만을 상기 배관 상태 신호로서 센싱하게 된다. 이에 반해, 배관(10)에 이상이 발생했을 경우, 각각의 센서부(100-1, 100-2)에서는 노이즈에 해당하는 미세 크기의 신호뿐만 아니라, 상기 노이즈에 비해 신호의 크기가 큰 이상 상태 신호를 상기 배관 상태 신호로서 센싱하게 된다.
이와 같은 이상 상태 신호는 통상적으로 과도 신호(transient signal)의 형태로서 나타나게 되며, 본 발명에서는 각각의 센서부(100-1, 100-2)가 센싱하는 다수 개의 배관 상태 신호 중 어느 2개의 배관 상태 신호에 과도 신호 형태의 이상 상태 신호가 존재할 경우 배관(10)에 이상이 있는 것으로 판정하게 된다. 여기서, 다수 개의 배관 상태 신호 중 어느 2개의 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재한다는 것은, 그 2개의 배관 상태 신호를 센싱한 2개의 센서부 중 어느 하나의 센서부가 위치하는 지점에서 이상이 발생하였거나, 2개의 센서부가 위치하는 지점의 사이에서 이상이 발생하였다는 것을 의미한다.
도 1에서는 2개의 센서부(100)만을 도시하였으나, 센서부(100)의 개수는 적어도 2 이상일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 1에서 좌측에 위치하는 센서부(100)를 제1 센서부(100-1)라 칭하고, 우측에 위치하는 센서부(100)를 제2 센서부(100-2)라 칭하기로 한다. 그리고 제1 센서부(100-1)가 센싱하는 배관 상태 신호를 제1 배관 상태 신호라 칭하고, 제2 센서부(100-2)가 센싱하는 배관 상태 신호를 제2 배관 상태 신호라 칭하기로 한다.
또한, 도 1에서는 각각의 센서부(100-1, 100-2)가 배관(10) 상에 위치하는 것으로 도시하였으나, 각각의 센서부(100-1, 100-2)는 배관(10) 내에 위치할 수도 있고, 배관(10)으로부터 일정 거리 이격되어 위치할 수도 있다.
나아가, 각각의 센서부(100-1, 100-2)는 배관(10) 상에 위치하는 진동 가속도계, 배관(10) 내에 위치하는 하이드로폰 및 배관(10)으로부터 일정 거리 이격된 거리에 위치하는 마이크로폰 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이외에도 배관 상태 신호를 센싱할 수 있는 센서이기만 하면 본 발명에 따른 센서부(100)에 해당될 수 있다.
배관(10)에 누설이나 손상과 같은 이상이 발생한 경우, 상기 이상이 발생한 배관(10)의 지점에서는 탄성파(즉, 이상 상태 신호)가 발생하게 되며, 상기 탄성파는 배관(10)의 좌우방향으로 배관(10)의 표면을 따라 전달되게 된다. 만일 각각의 센서부(100-1, 100-2)가 상기 탄성파를 센싱할 수 있는 진동 가속도계를 포함하고 있고, 상기 이상이 발생한 배관(10)의 지점이 제1 센서부(100-1)와 제2 센서부(100-2)의 사이에 위치할 경우, 제1 센서부(100-1)와 제2 센서부(100-2)에서는 미세 크기의 노이즈 및 상기 탄성파를 배관 상태 신호로서 센싱하게 된다. 이에 반해, 배관(10)에 이상이 발생하지 않았을 경우, 제1 센서부(100-1)와 제2 센서부(100-2)에서는 미세 크기의 노이즈만을 상기 배관 상태 신호로서 센싱하게 된다.
다수 개의 신호 획득부(200: 200-1, 200-2) 각각은 서로 이격된 거리에 위치하며, 각각의 센서부(100-1, 100-2)가 센싱하는 배관 상태 신호를 획득한다. 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)가 각각의 센서부(100-1, 100-2)로부터 배관 상태 신호를 획득하기 위해, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)는 각각의 센서부(100-1, 100-2)와 유선으로 통신 연결되거나, 무선으로 통신 연결(예를 들어, WiFi 등)될 수 있다.
도 1에서는 2개의 신호 획득부(200)만을 도시하였으나, 신호 획득부(200)는 적어도 2 이상일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 1에서 좌측에 위치하는 신호 획득부(200)를 제1 신호 획득부(200-1)라 칭하고, 우측에 위치하는 신호 획득부(200)를 제2 신호 획득부(200-2)라 칭하기로 한다. 신호 획득부(200)는 센서부(100)와 1:1 대응 관계를 가질 수 있다. 즉, 신호 획득부(200)의 개수는 센서부(100)의 개수와 동일할 수 있다.
제1 신호 획득부(200-1)는 제1 센서부(100-1)와 통신 연결되어 있으며, 제1 센서부(100-1)가 센싱하는 제1 배관 상태 신호를 획득한다. 그리고 제2 신호 획득부(200-2)는 제2 센서부(100-2)와 통신 연결되어 있으며, 제2 센서부(100-2)가 센싱하는 제2 배관 상태 신호를 획득한다. 제1 센서부(100-1)가 센싱하는 제1 배관 상태 신호 및 제2 센서부(100-2)가 센싱하는 제2 배관 상태 신호는 아날로그 신호 형태일 수 있다. 이 경우, 제1 신호 획득부(200-1) 및 제2 신호 획득부(200-2)에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog-Digital Converter)가 각각 구비될 수 있다.
또한, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)에는 GPS 신호를 수신하기 위한 GPS 안테나(210: 210-1, 210-2)가 구비될 수 있다. 즉, 제1 신호 획득부(200-1)에는 GPS 신호를 수신하기 위한 제1 GPS 안테나(210-1)가 구비될 수 있으며, 제2 신호 획득부(200-2) 역시 GPS 신호를 수신하기 위한 제2 GPS 안테나(210-2)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 GPS 신호는 매초당 위성으로부터 발신되는 국제원자시(TAI)에 관한 신호를 의미하며, 일반적으로 64비트로 이루어져 있다. 이하에서는 제1 GPS 안테나(210-1)를 통해 수신되는 GPS 신호를 제1 GPS 신호로 칭하고, 제2 GPS 안테나(210-2)를 통해 수신되는 GPS 신호를 제2 GPS 신호라 칭하기로 한다.
이와 같이 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)에 각각의 GPS 안테나(210-1, 210-2)가 각각 구비되어 있기 때문에, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)는 각각의 센서부(100-1, 100-2)로부터 배관 상태 신호를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, GPS 안테나(210-1, 210-2)를 통해 GPS 신호 역시 수신할 수 있다. 즉, 제1 신호 획득부(200-1)는 제1 센서부(100-1)로부터 제1 배관 상태 신호를 획득할 수 있으며, 제1 GPS 안테나(210-1)를 통해서는 제1 GPS 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제2 신호 획득부(200-2)는 제2 센서부(100-2)로부터 제2 배관 상태 신호를 획득할 수 있으며, 제2 GPS 안테나(210-2)를 통해서는 제2 GPS 신호를 수신할 수 있다.
각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)는 각각의 센서부(100-1, 100-2)가 센싱하는 배관 상태 신호에 GPS 신호를 매칭시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 신호 획득부(200-1)는 어느 특정 시간 t에 제1 센서부(100-1)로부터 획득한 제1 배관 상태 신호를 상기 시간 t에 수신한 제1 GPS 신호와 매칭시킬 수 있다. 또한, 제1 신호 획득부(200-1)는 상기 시간 t로부터 1초 경과한 시간 t+1에 제1 센서부(100-1)로부터 획득한 제1 배관 상태 신호를 상기 시간 t+1에 수신한 제1 GPS 신호와 매칭시킬 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 신호 획득부(200-2)는 어느 특정 시간 t에 제2 센서부(100-2)로부터 획득한 제2 배관 상태 신호를 상기 시간 t에 수신한 제2 GPS 신호와 매칭시킬 수 있다. 또한, 제2 신호 획득부(200-2)는 상기 시간 t로부터 1초 경과한 시간 t+1에 제2 센서부(100-2)로부터 획득한 제2 배관 상태 신호를 상기 시간 t+2에 수신한 제2 GPS 신호와 매칭시킬 수 있다.
여기서, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)가 배관 상태 신호를 GPS 신호와 매칭시키는 이유는, 후술하는 배관의 이상 상태 모니터링 장치(300)가 제1 배관 상태 신호와 제2 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하도록 하여, 종국적으로 배관(10)에 이상이 있는지 여부를 정확도 높게 판정할 수 있도록 하기 위함이다. 배관의 이상 상태 모니터링 장치(300)가 시간 동기화를 수행하는 과정에 대해서는 후술하기로 한다.
배관의 이상 상태 모니터링 장치(이하, '모니터링 장치'라 함)(300)는 입력부(310), 신호 분할부(330) 및 모니터링부(340)를 포함하며, 시간 동기화를 위한 동기화부(320)를 추가적으로 포함할 수 있다. 모니터링 장치(300)는 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 제1 배관 상태 신호 및 제2 배관 상태 신호를 전달받아, 배관(10)에 이상이 있는지 여부를 모니터링한다. 이때 모니터링 장치(300)는 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)와 무선으로 통신 연결(예를 들어, WiFi 등)될 수 있으나, 경우에 따라서는 유선으로 통신 연결될 수도 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 배관의 이상 상태 모니터링 장치에 의해 이루어지는 배관의 이상 상태 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하에서는 도 2를 더 참고하여, 본 발명에 따른 배관의 이상 상태 모니터링 시스템 및 모니터링 장치에 의해 이루어지는 모니터링 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 배관(10)의 이상 상태 모니터링 방법에서는, 입력부(310)가 다수 개의 신호 획득부(200) 각각으로부터 배관(10)의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 입력받는 신호 입력 단계가 먼저 이루어질 수 있다(S100).
입력부(310)는 제1 신호 획득부(200-1)와 통신 연결되어 있으며, 이에 따라 제1 센서부(100-1)가 센싱한 제1 배관 상태 신호를 제1 신호 획득부(200-1)로부터 입력받을 수 있다. 또한, 입력부(310)는 제2 신호 획득부(200-2)와 통신 연결되어 있으며, 이에 따라 제2 센서부(100-2)가 센싱한 배관 상태 신호를 제2 신호 획득부(200-2)로부터 입력받을 수 있다.
모니터링 장치(300)는 상기 S100 단계 이후에 곧바로 S300 단계에 해당하는 신호 분할 단계를 진행할 수 있지만, 상기 S100 단계 이후에 S200 단계를 진행한 뒤 S300 단계를 진행할 수도 있다.
입력부(310)가 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받는 배관 상태 신호 중 일부 배관 상태 신호에는 상술한 바와 같이 GPS 신호가 매칭되어 있다. 즉, 입력부(310)는 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터, GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호 및 GPS 신호와 매칭되지 않은 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다.
이에 따라, 상기 S100 단계 이후에는, 동기화부(320)가 상기 GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호를 이용하여, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 동기화 단계가 이루어질 수 있다(S200). 이때 동기화부(320)는 입력부(310)와 통신 연결되어 있기 때문에, 입력부(310)에 입력된 배관 상태 신호를 이용할 수 있다.
동기화부(320)는 제1 신호 획득부(200-1)로부터 입력받은 제1 배관 상태 신호의 제1 GPS 시간과, 제2 신호 획득부(200-2)로부터 입력받은 제2 배관 상태 신호의 제2 GPS 시간을 서로 일치시킴으로써, 제1 배관 상태 신호와 제2 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있다. 제1 배관 상태 신호와 제2 배관 상태 신호 간에 시간 동기화가 이루어질 경우에는, 후술하는 바와 같이 제1 배관 상태 신호와 제2 배관 상태 신호가 서로 동일한 시간 구간으로 분할될 수 있으므로, 배관(10)에 이상이 있는지 여부가 보다 높은 정확도로 판정될 수 있게 된다.
다만, GPS 신호는 매초당 위성으로부터 발신되는 국제원자시(TAI)에 관한 신호이고, 각각의 센서부(100-1, 100-2)는 매초당 예를 들어 51,200개의 배관 상태 신호를 센싱한다.
이에 따라, 제1 신호 획득부(200-1)가 시간 t에 제1 센서부(100-1)로부터 획득한 제1 배관 상태 신호를 상기 시간 t에 수신한 제1 GPS 신호와 매칭시키고, 시간 t+1에 제1 센서부(100-1)로부터 획득한 제1 배관 상태 신호를 상기 시간 t+1에 수신한 제1 GPS 신호와 매칭시킨다 하더라도, 제1 GPS 신호와 매칭된 제1 배관 상태 신호에 비해 제1 GPS 신호와 매칭되지 않은 제1 배관 상태 신호가 훨씬 더 많이 존재하게 된다.
이와 마찬가지로, 제2 신호 획득부(200-2)가 시간 t에 제2 센서부(100-2)로부터 획득한 제2 배관 상태 신호를 상기 시간 t에 수신한 제2 GPS 신호와 매칭시키고, 시간 t+1에 제2 센서부(100-2)로부터 획득한 제2 배관 상태 신호를 상기 시간 t+1에 수신한 제2 GPS 신호와 매칭시킨다 하더라도, 제2 GPS 신호와 매칭된 제2 배관 상태 신호에 비해 제2 GPS 신호와 매칭되지 않은 제2 배관 상태 신호가 훨씬 더 많이 존재하게 된다.
도 3a는 선형 보간 전 제1 GPS 신호를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 선형 보간 전 제2 GPS 신호를 나타낸 그래프이다. 그리고 도 3c는 선형 보간 후 제1 GPS 신호를 나타낸 그래프이고, 도 3d는 선형 보간 후 제2 GPS 신호를 나타낸 그래프이다. 도 3a 내지 도 3d에서 x축은 시간이고, y축은 GPS 신호이다.
도 3a의 0초 초과 1초 이하인 시간 구간에서, 입력부(310)는 제1 신호 획득부(200-1)로부터 51,200개의 제1 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다. 이때 제1 신호 획득부(200-1)가 1초 시점에 획득되는 제1 배관 상태 신호(즉, 51,200번째 제1 배관 상태 신호)에 제1 GPS 신호 TAI1을 매칭시켰을 경우, 입력부(310)는 제1 신호 획득부(200-1)로부터, 상기 제1 GPS 신호 TAI1과 매칭된 51,200번째의 제1 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다.
또한, 예를 들어, 도 3a의 5초 초과 6초 이하인 시간 구간에서도, 입력부(310)는 제1 신호 획득부(200-1)로부터 51,200개의 제1 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다. 이때 제1 신호 획득부(200-1)가 6초 시점에 획득되는 제1 배관 상태 신호(즉, 51,200×6번째 제1 배관 상태 신호)에 제1 GPS 신호 TAI6을 매칭시켰을 경우, 입력부(310)는 제1 신호 획득부(200-1)로부터, 상기 제1 GPS 신호 TAI6과 매칭된 51,200×6번째 제1 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다.
이와 마찬가지로, 도 3b의 0초 초과 1초 이하인 시간 구간에서, 입력부(310)는 제2 신호 획득부(200-2)로부터 51,200개의 제2 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다. 이때 제2 신호 획득부(200-2)가 1초 시점에 획득되는 제2 배관 상태 신호(즉, 51,200번째 제2 배관 상태 신호)에 제2 GPS 신호 TAI1'을 매칭시켰을 경우, 입력부(310)는 제2 신호 획득부(200-2)로부터, 상기 제2 GPS 신호 TAI1'과 매칭된 51,200번째의 제2 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다.
또한, 예를 들어, 도 3b의 5초 초과 6초 이하인 시간 구간에서도, 입력부(310)는 제2 신호 획득부(200-2)로부터 51,200개의 제2 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다. 이때 제2 신호 획득부(200-1)가 6초 시점에 획득되는 제2 배관 상태 신호(즉, 51,200×6번째 제2 배관 상태 신호)에 제2 GPS 신호 TAI6'을 매칭시켰을 경우, 입력부(310)는 제2 신호 획득부(200-1)로부터, 상기 제2 GPS 신호 TAI6'과 매칭된 51,200×6번째 제2 배관 상태 신호를 입력받을 수 있다.
이와 같이 제1 배관 상태 신호 중 일부만이 제1 GPS 신호와 매칭되고, 제2 배관 상태 신호 중 일부만이 상기 제2 GPS 신호와 매칭되더라도, 동기화부(320)는 제1 배관 상태 신호 및 제2 배관 상태 신호 간 시간 동기화를 수행할 수는 있다. 즉, 위의 예에서, 동기화부(320)는 GPS 신호와 매칭된 제1 및 제2 배관 상태 신호들 간에 시간 동기화를 시키는 방법을 통해, 제1 배관 상태 신호와 제2 배관 상태 신호 전체를 시간 동기화시킬 수 있다. 하지만 이 경우에는 GPS 신호와 매칭되지 않은 제1 및 제2 배관 상태 신호가 다수 존재하기 때문에, 동기화부(320)가 제1 배관 상태 신호와 제2 배관 상태 신호 간 시간 동기화를 정확하게 시키기 어려울 수 있다.
이에 따라, 동기화부(320)는 GPS 신호를 선형 보간하고, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시킬 수 있다. 이때 동기화부(320)는 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호 중 일부 배관 상태 신호에 매칭되어 있는 GPS 신호를 가지고 GPS 신호의 선형 보간을 진행할 수 있다.
예를 들어, 동기화부(320)는 도 3a에서 좌표 <0초, TAI1>과 좌표 <6초, TAI6>을 직선으로 잇는 방법을 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이 제1 GPS 신호를 선형 보간할 수 있다. 또한, 동기화부(320)는 도 3b에서 좌표 <0초, TAI1'>과 좌표 <6초, TAI6'>을 직선으로 잇는 방법을 통해, 도 3d에 도시된 바와 같이 제2 GPS 신호를 선형 보간할 수 있다.
이후 동기화부(320)는 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시킬 수 있다. 구체적으로, 동기화부(320)는 제1 신호 획득부(200-1)로부터 입력받은 51,200×6개의 제1 배관 상태 신호에 도 3c에 도시된 바와 같이 선형 보간된 제1 GPS 신호를 매칭시킬 수 있다. 또한, 동기화부(320)는 제2 신호 획득부(200-2)로부터 입력받은 51,200×6개의 제2 배관 상태 신호에 도 3d에 도시된 바와 같이 선형 보간된 제2 GPS 신호를 매칭시킬 수 있다.
이후 동기화부(320)는 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호를 이용하여, 각각의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있다.
도 4는 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 배관 상태 신호를 이용하여, 배관 상태 신호 간에 시간 동기화가 이루어지는 모습을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4에 의하면, Index 1의 선형 보간된 제1 GPS 신호와 Index 6의 선형 보간된 제2 GPS 신호가 동일하고, Index 2의 선형 보간된 제1 GPS 신호와 Index 7의 선형 보간된 제2 GPS 신호가 동일함을 알 수 있다. 이에 따라, 동기화부(320)는 Index 1의 선형 보간된 제1 GPS 신호를 Index 6의 선형 보간된 제2 GPS 신호에 대응시키고, Index 2의 선형 보간된 제1 GPS 신호를 Index 7의 선형 보간된 제2 GPS 신호에 대응시키는 방법을 통해, 제1 배관 상태 신호 및 제2 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행할 수 있다.
상기 S200 단계 이후에는, 신호 분할부(330)가 상기 입력부(310)를 통해 입력된 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할 단계가 이루어질 수 있다(S300). 신호 분할부(330)는 입력부(310) 또는 동기화부(320)와 통신 연결되어 있기 때문에, 입력부(310)에 입력된 배관 상태 신호 또는 동기화부(320)에 의해 시간 동기화가 이루어진 배관 상태 신호를 이용할 수 있다.
입력부(310)에는 매초당 51,200개의 제1 배관 상태 신호와 51,200개의 제2 배관 상태 신호가 입력되기 때문에, 배관(10)에 이상이 있는지 여부가 높은 정확도로 판정되기 위해서는, 제1 및 제2 배관 상태 신호를 다수 개의 시간 구간으로 각각 분할할 것이 요구된다.
이에 따라, 신호 분할부(330)는 제1 배관 상태 신호를 예를 들어 1초 단위로 분할할 수 있고, 제2 배관 상태 신호 역시 예를 들어 1초 단위로 분할할 수 있다. 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각을 이와 같이 1초 단위로 다수 개의 시간 구간으로 분할하고, 각각의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단할 경우, 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부가 정확도 높게 판단될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 배관(10)에 이상이 있는 경우 발생하는 탄성파(즉, 이상 상태 신호)는 배관(10)의 좌우방향으로 전달되기 때문에, 제1 센서부(100-1)와 제2 센서부(100-2) 사이의 배관(10)에 이상이 있을 경우, 제1 센서부(100-1)와 제2 센서부(100-2)에서는 미세 크기의 노이즈와 함께 상기 탄성파를 배관 상태 신호로서 센싱하게 된다. 다만, 신호 분할부(330)가 제1 및 제2 배관 상태 신호를 중첩(overlapping) 없이 1초 단위로 분할할 경우에는, 배관(10)의 이상 여부가 정확하게 판정될 수 없는 경우가 존재할 수 있다.
도 5는 센서부가 센싱한 배관 상태 신호의 일 예를 나타낸 그래프이다. 도 5에서 위쪽에 나타낸 'Sensor 1'에 관한 그래프는 제1 센서부(100-1)가 0초부터 2초까지 센싱한 제1 배관 상태 신호를 나타낸 것이고, 도 5에서 아래쪽에 나타낸 'Sensor 2'에 관한 그래프는 제2 센서부(100-2)가 0초부터 2초까지 센싱한 제2 배관 상태 신호를 나타낸 것이다. 도 5에서 x축은 신호가 센싱된 시간이고, y축은 센싱된 신호의 진폭이다.
도 5에 의하면, 이상 상태 신호가 제1 센서부(100-1)에 비해 제2 센서부(100-2)에 약 0.4초 늦게 도달하였음을 알 수 있으며, 0~2초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호에는 각각 과도 신호 형태의 이상 상태 신호가 존재하기 때문에, 배관(10)에 이상이 있는 것으로 판정되어야 한다. 참고로, 도 5에 의하면, 배관(10)에서 이상 상태 신호가 발생한 지점이 제1 센서부(100-1)가 위치한 지점과 제2 센서부(100-2)가 위치한 지점의 사이에 존재하되, 제1 센서부(100-1)가 위치한 지점 쪽으로 더 치우쳐져 있음을 알 수 있다.
도 6은 신호 분할부가 도 5의 배관 상태 신호를 1초 단위로 다수 개의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프로서, 도 6a 및 도 6c에 의하면, 신호 분할부(330)가 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각을 중첩 없이 1초 단위로 분할할 경우에는, 배관(10)의 이상 여부가 정확하게 판정될 수 없음을 보여준다.
보다 구체적으로, 도 6a는 신호 분할부(330)가 도 5의 제1 및 제2 배관 상태 신호를 각각 0~1초의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프이고, 도 6c는 신호 분할부(330)가 도 5의 제1 및 제2 배관 상태 신호를 각각 1~2초의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 6a 및 도 6c는 0초부터 2초까지 센싱된 제1 및 제2 배관 상태 신호를 신호 분할부(330)가 시간 구간의 중첩 없이 1초 단위로 분할한 모습을 나타낸 그래프이다.
도 6a에 의하면, 0~1초의 시간 구간에서 제1 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 존재하지만, 제2 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 존재하지 않기 때문에, 후술하는 모니터링부(340)에서는 배관(10)에 이상이 있는 것으로 판정하지 않게 된다. 또한, 도 6c에 의하면, 1~2초의 시간 구간에서 제2 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 존재하지만, 제1 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 존재하지 않기 때문에, 후술하는 모니터링부(340)에서는 배관(10)에 이상이 있는 것으로 판정하지 않게 된다.
이에 따라, 상기 S300단계에서는, 신호 분할부(330)가 배관 상태 신호를 신호 분할부(330)에 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하되, 상기 다수 개의 시간 구간 간에는 중첩된 시간 구간이 존재하는 것이 바람직하다.
도 6b는 신호 분할부(330)가 도 5의 제1 및 제2 배관 상태 신호를 각각 0.5~1.5초의 시간 구간으로 분할한 모습을 나타낸 그래프로서, 도 6b는 도 6a와의 관계에서 0.5~1초의 중첩된 시간 구간이 존재하고, 도 6c와의 관계에서는 1~1.5초의 중첩된 시간 구간이 존재한다.
도 6b에 의하면, 0.5~1.5초의 시간 구간에서 제1 배관 상태 신호 및 제2 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 모두 존재하기 때문에, 모니터링부(340)에서는 배관(10)에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다. 이와 같이, 신호 분할부(330)가 제1 배관 상태 신호 및 제2 배관 상태 신호 각각을 서로 간에 중첩된 시간 구간이 존재하도록 다수 개의 시간 구간으로 분할할 경우에는, 이상 상태 신호의 누락 없이 배관(10)의 이상 여부가 판정될 수 없기 때문에, 배관(10)의 이상 여부 판정의 정확도가 높아질 수 있게 된다. 한편, 신호 분할부(330)에는 배관 상태 신호를 분할하는데 필요한 다수 개의 시간 구간이 기 설정되어 있을 수 있다.
상기 S300 단계 이후, 모니터링부(340)가 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호(예를 들어, 제1 및 제2 배관 상태 신호)에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호(예를 들어, 제1 및 제2 배관 상태 신호)에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우, 배관(10)에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링 단계가 이루어질 수 있다(S400). 이때 모니터링부(340)는 신호 분할부(330)와 통신 연결되어 있기 때문에, 신호 분할부(330)에 의해 분할된 다수 개의 시간 구간 각각에서 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 모니터링부(340)가 판단한 결과, 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호(예를 들어, 제1 및 제2 배관 상태 신호)에 이상 상태 신호가 존재하지 않을 경우에는 상기 S100 단계가 다시 이루어질 수 있다.
모니터링부(340)는 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 코히어런스 함수(coherence function)를 통해 판단할 수 있다. 여기서, 코히어런스 함수는 2개의 신호 간 유사도를 나타내는 함수이다.
코히어런스 함수값(Coherence)은 코히어런스 함수로부터 산출해낼 수 있으며, 0 이상 1 이하의 범위 내에 존재할 수 있다.
제1 센서부(100-1) 및 제2 센서부(100-2)가 센싱하는 제1 및 제2 배관 상태 신호에 동일한 발생원으로부터 기인한 이상 상태 신호가 존재할 경우, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간에는 유사도가 클 것이기 때문에 코히어런스 함수값 역시 클 것이다(즉, 코히어런스 함수값은 1에 근사하게 됨).
이에 반해, 제1 센서부(100-1) 및 제2 센서부(100-2)가 센싱하는 제1 및 제2 배관 상태 신호에 동일한 발생원으로부터 기인한 이상 상태 신호가 존재하지 않을 경우에는, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간에 유사도가 작을 것이기 때문에 코히어런스 함수값 역시 작을 것이다(즉, 코히어런스 함수값은 0에 근사하게 됨).
이와 같이 코히어런스 함수값은 2개의 배관 상태 신호에 동일한 발생원으로부터 기인한 이상 상태 신호가 모두 존재하는지 여부를 비교적 높은 정확도로 알려줄 수 있기 때문에, 모니터링부(340)는 배관(10)에 이상이 있는지 여부를 정확도 높게 판정할 수 있는 수단으로서 코히어런스 함수값을 활용할 수 있다.
모니터링부(340)는 다수 개의 시간 구간(예를 들어, 0~1초, 0.5~1.5초, 1~2초, 1.5~2.5초 등) 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있다.
예를 들어, 모니터링부(340)는 다음의 수학식 1을 통해 다수 개의 시간 구간(예를 들어, 0~1초, 0.5~1.5초, 1~2초, 1.5~2.5초 등) 각각에서, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 일단 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2021011431-appb-img-000001
수학식 1에서 Gxx(f)는 제1 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도(auto power spectral density)이고, Gyy(f)는 제2 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도이며, Gxy(f)는 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도(cross power spectral density)이다.
모니터링부(340)는 도 6a에 나타낸 0~1초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도 Gxx(f) 및 제2 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도 Gyy(f)를 산출할 수 있다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6a에 나타낸 0~1초의 시간 구간에서, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도 Gxy(f)를 산출할 수 있다. 도 7a의 위쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6a의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도 Gxy(f)를 산출한 모습을 나타낸 것이다.
모니터링부(340)가 Gxx(f), Gyy(f) 및 Gxy(f)를 산출한 뒤에는, 이를 수학식 1에 대입하여 0~1초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 산출할 수 있다. 도 7a의 아래쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6a의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 산출한 모습을 나타낸 것이다.
이후 모니터링부(340)는 상기 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)로부터, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다. 이때 모니터링부(340)는 다음의 수학식 2를 통해 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2021011431-appb-img-000002
수학식 2에서 f1 및 f2는 Gxy(f)의 피크 파워의 절반(도 7a의 위쪽 그래프의 'Half power' 참고)에 해당하는 주파수이다. 여기서, Gxy(f)의 피크 파워의 절반은 피크 파워의 -6dB 파워에 해당될 수 있다.
수학식 2에 나타난 바와 같이, 모니터링부(340)는 f1 이상 f2 이하의 주파수 범위에서 코히어런스 함수의 크기(magnitude)를 합산하여 도 6a에 나타낸 0~1초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다(도 7a의 아래쪽 그래프의 f1 이상 f2 이하의 주파수 범위 참고). 도 7a의 아래쪽 그래프의 예에서, 모니터링부(340)가 산출한 코히어런스 함수값 Coherence은 0.0684로서, 0에 매우 근사한 값을 나타낸다. 이는 도 6a에 도시된 바와 같이, 0~1초의 시간 구간에서는 제1 배관 상태 신호에만 이상 상태 신호가 존재할 뿐, 제2 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 존재하지 않기 때문에, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도가 매우 작기 때문이다.
다음으로, 모니터링부(340)는 도 6b에 나타낸 0.5~1.5초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도 Gxx(f) 및 제2 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도 Gyy(f)를 산출할 수 있다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6b에 나타낸 0.5~1.5초의 시간 구간에서, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도 Gxy(f)를 산출할 수 있다. 도 7b의 위쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6b의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도 Gxy(f)를 산출한 모습을 나타낸 것이다.
모니터링부(340)가 Gxx(f), Gyy(f) 및 Gxy(f)를 산출한 뒤에는, 상술한 바와 같이 이를 수학식 1에 대입하여 0.5~1.5초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 산출할 수 있다. 도 7b의 아래쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6b의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 산출한 모습을 나타낸 것이다.
이후 모니터링부(340)는 상기 수학식 2를 통해 0.5~1.5초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다. 여기서, 모니터링부(340)는 도 7b의 위쪽 그래프에 나타낸 Gxy(f)의 피크 파워의 절반에 해당하는 주파수 f1 및 f2를 이용할 수 있다.
모니터링부(340)는 f1 이상 f2 이하의 주파수 범위에서 코히어런스 함수의 크기를 합산하여 도 6b에 나타낸 0.5~1.5초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다(도 7b의 아래쪽 그래프의 f1 이상 f2 이하의 주파수 범위 참고). 도 7b의 아래쪽 그래프의 예에서, 모니터링부(340)가 산출한 코히어런스 함수값 Coherence는 0.9422로서, 1에 매우 근사한 값을 나타낸다. 이는 도 6b에 도시된 바와 같이, 0.5~1.5초의 시간 구간에서는 제1 및 제2 배관 상태 신호에 동일한 발생원으로부터 기인한 이상 상태 신호가 존재하기 때문에, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도가 매우 크기 때문이다.
다음으로, 모니터링부(340)는 도 6c에 나타낸 1~2초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도 Gxx(f) 및 제2 배관 상태 신호의 오토 파워 스펙트럼 밀도 Gyy(f)를 산출할 수 있다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6c에 나타낸 1~2초의 시간 구간에서, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도 Gxy(f)를 산출할 수 있다. 도 7c의 위쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 크로스 파워 스펙트럼 밀도 Gxy(f)를 산출한 모습을 나타낸 것이다.
모니터링부(340)가 Gxx(f), Gyy(f) 및 Gxy(f)를 산출한 뒤에는, 이를 수학식 1에 대입하여 1~2초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 산출할 수 있다. 도 7c의 아래쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수 Cxy(f)를 산출한 모습을 나타낸 도면이다.
이후 모니터링부(340)는 상기 수학식 2를 통해 1~2초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다. 여기서, 모니터링부(340)는 도 7c의 위쪽 그래프에 나타낸 Gxy(f)의 피크 파워의 절반에 해당하는 주파수 f1 및 f2를 이용할 수 있다.
모니터링부(340)는 f1 이상 f2 이하의 주파수 범위에서 코히어런스 함수의 크기를 합산하여 도 6c에 나타낸 1~2초의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값 Coherence를 산출할 수 있다(도 7c의 아래쪽 그래프의 f1 이상 f2 이하의 주파수 범위 참고). 도 7c의 아래쪽 그래프의 예에서, 모니터링부(340)가 산출한 코히어런스 함수값 Coherence는 0.0548로서, 0에 매우 근사한 값을 나타낸다. 이는 도 6c에 도시된 바와 같이, 1~2초의 시간 구간에서는 제2 배관 상태 신호에만 이상 상태 신호가 존재할 뿐, 제1 배관 상태 신호에는 이상 상태 신호가 존재하지 않기 때문에, 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도가 매우 작기 때문이다.
모니터링부(340)에는 코히어런스 함수 기준값이 기 설정되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 코히어런스 함수 기준값은 제1 센서부(100-1) 및 제2 센서부(100-2)가 동일한 발생원으로부터 기인한 이상 상태 신호를 센싱할 경우에 산출될 수 있는 코히어런스 함수값의 최소값일 수 있다. 통상적으로 2개의 신호 간 상관성이 70% 이상이면, 그 2개의 신호는 상관성이 있는 것으로 간주된다. 이에 따라, 모니터링부(340)에는 상기 코히어런스 함수 기준값으로서 0.7이 기 설정될 수 있다.
모니터링부(340)는 상기 코히어런스 함수값을 모니터링부(340)에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값과 비교할 수 있다.
모니터링부(340)가 비교한 결과, 상기 코히어런스 함수값이 상기 기 설정된 코히어런스 함수 기준값보다 작을 경우(즉, Coherence < 0.7)에는, 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 위의 예에서는, 도 7a 및 도 7c의 경우, 모니터링부(340)는 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이에 반해, 모니터링부(340)가 비교한 결과, 상기 코히어런스 함수값이 상기 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상일 경우(즉, Coherence ≥ 0.7)에는, 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 위의 예에서는, 도 7b의 경우, 모니터링부(340)는 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 모니터링부(340)는 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 첨도 함수(Kurtosis function)를 통해 판단할 수 있다. 여기서, 첨도 함수는 신호의 통계적 분포 및 그 통계적 분포의 뾰족함 정도를 나타낸 함수로서, 카운트되는 값들이 중심에 집중적으로 몰려 있는지 여부를 파악할 때 사용된다.
첨도 함수값(Kurt)은 첨도 함수로부터 산출해낼 수 있으며, 첨도 함수값(Kurt)이 3에 가까우면 신호의 통계적 분포는 정규 분포에 가깝다. 또한, 첨도 함수값(Kurt)이 3보다 작을 경우에는(Kurt < 3) 신호의 통계적 분포가 정규 분포보다 더 완만한 분포를 나타내며, 첨도 함수값(Kurt)이 3보다 클 경우에는(Kurt > 3) 신호의 통계적 분포가 정규 분포보다 더 뾰족한 분포를 나타낸다.
센서부(100-1, 100-2)가 센싱하는 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재할 경우에는, 배관 상태 신호의 통계적 분포가 전체적으로 고르지 않을 것이기 때문에 첨도 함수값은 클 것이다(즉, 첨도 함수값은 3보다 클 것이다).
이에 반해, 센서부(100-1, 100-2)가 센싱하는 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않을 경우(즉, 배관 상태 신호에 노이즈만 존재할 경우)에는, 배관 상태 신호의 통계적 분포가 전체적으로 고를 것이기 때문에 첨도 함수값은 작을 것이다(즉, 첨도 함수값은 3이하일 것이다).
이와 같이 첨도 함수값은 배관 상태 신호에 노이즈와 이상 상태 신호가 모두 존재하는지, 아니면 배관 상태 신호에 노이즈만 존재하는지 여부를 비교적 높은 정확도로 알려줄 수 있기 때문에, 모니터링부(340)는 배관(10)에 이상이 있는지 여부를 정확도 높게 판정할 수 있는 수단으로서 첨도 함수값을 활용할 수 있다.
모니터링부(340)는 다수 개의 시간 구간(예를 들어, 0~1초, 0.5~1.5초, 1~2초, 1.5~2.5초 등) 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있다.
예를 들어, 모니터링부(340)는 다음의 수학식 3을 통해 다수 개의 시간 구간(예를 들어, 0~1초, 0.5~1.5초, 1~2초, 1.5~2.5초 등) 각각에서, 제1 및 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurt를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2021011431-appb-img-000003
수학식 3에서 n은 각각의 시간 구간에서 카운팅되는 전체 신호의 개수(예를 들어, 51,200개)이고, 는 각각의 시간 구간에서 카운팅되는 전체 신호 중 i번째 신호의 진폭(amplitude)이며, 는 각각의 시간 구간에서 카운팅되는 전체 신호의 진폭의 평균값이다. 이하에서는 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출하는 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 Kurtx라 하고, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 Kurty라 한다.
모니터링부(340)는 도 6a에 나타낸 0~1초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx를 산출할 수 있다. 도 8a의 위쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6a의 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx를 산출한 모습을 나타낸 것으로서, 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출한 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx는 13.16이다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6a에 나타낸 0~1초의 시간 구간에서, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty를 산출할 수 있다. 도 8a의 아래쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6a의 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty를 산출한 모습을 나타낸 것으로서, 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출한 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx는 2.98이다.
이와 같이 도 6a의 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx가 비교적 크고, 도 6a의 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty가 비교적 작은 이유는, 0~1초 사이의 시간 구간에서는 제1 배관 상태 신호에만 이상 상태 신호가 존재하고, 제2 배관 상태 신호에는 노이즈만 존재할 뿐 이상 상태 신호가 존재하지 않기 때문이다.
모니터링부(340)에는 첨도 함수 기준값이 기 설정되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 첨도 함수 기준값은 센서부(100-1, 100-2)가 노이즈만을 센싱할 경우에 산출될 수 있는 첨도 함수값일 수 있다. 즉, 어느 신호에 노이즈만 존재할 경우, 그 노이즈는 화이트 가우시안 분포를 나타낼 것이기 때문에 그 신호의 통계적 분포는 정규 분포에 가까울 것이다. 이에 의하면, 배관 상태 신호에 노이즈만 존재할 경우 그 배관 상태 신호는 정규 분포에 가까울 것이므로, 노이즈만 존재하는 배관 상태 신호의 첨도 함수값은 약 3이다. 이에 따라, 모니터링부(340)에는 상기 첨도 함수 기준값으로서 3이 기 설정될 수 있다.
모니터링부(340)는 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값을 첨도 함수 기준값과 비교할 수 있다. 도 8a를 참고하면, 모니터링부(340)는 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 13.16을 첨도 함수 기준값 3과 비교하고, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 2.98을 첨도 함수 기준값 3과 비교할 수 있다.
모니터링부(340)가 비교한 결과 제1 및 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값이 첨도 함수 기준값보다 모두 클 경우, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 모니터링부(340)가 비교한 결과 제1 및 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값이 첨도 함수 기준값보다 모두 크지 않을 경우, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 8a의 경우, 모니터링부(340)가 비교한 결과 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값은 첨도 함수 기준값보다 크지만, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값은 첨도 함수 기준값보다 작으므로, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이와 마찬가지로, 모니터링부(340)는 도 6b에 나타낸 0.5~1.5초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx를 산출할 수 있다. 도 8b의 위쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6b의 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx를 산출한 모습을 나타낸 것으로서, 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출한 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx는 12.82이다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6b에 나타낸 0.5~1.5초의 시간 구간에서, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty를 산출할 수 있다. 도 8b의 아래쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6b의 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty를 산출한 모습을 나타낸 것으로서, 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출한 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx는 12.60이다.
이와 같이 도 6b의 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx 및 도 6b의 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty가 비교적 큰 이유는, 0.5~1.5초 사이의 시간 구간에서 제1 및 제2 배관 상태 신호에 모두 이상 상태 신호가 존재하기 때문이다.
모니터링부(340)는 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값을 첨도 함수 기준값과 비교할 수 있다. 도 8a를 참고하면, 모니터링부(340)는 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 12.82를 첨도 함수 기준값 3과 비교하고, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 12.60을 첨도 함수 기준값 3과 비교할 수 있다.
모니터링부(340)가 비교한 결과 제1 및 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 모두 첨도 함수 기준값보다 크므로, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6c에 나타낸 1~2초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx를 산출할 수 있다. 도 8c의 위쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6c의 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx를 산출한 모습을 나타낸 것으로서, 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출한 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx는 2.91이다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6c에 나타낸 1~2초의 시간 구간에서, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty를 산출할 수 있다. 도 8c의 아래쪽 그래프는 모니터링부(340)가 도 6c의 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty를 산출한 모습을 나타낸 것으로서, 모니터링부(340)가 상기 수학식 3을 통해 산출한 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx는 12.48이다.
이와 같이 도 6c의 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx가 비교적 작고, 도 6c의 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty가 비교적 큰 이유는, 1~2초 사이의 시간 구간에서는 제2 배관 상태 신호에만 이상 상태 신호가 존재하고, 제1 배관 상태 신호에는 노이즈만 존재할 뿐 이상 상태 신호가 존재하지 않기 때문이다.
모니터링부(340)는 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값을 첨도 함수 기준값과 비교할 수 있다. 도 8c를 참고하면, 모니터링부(340)는 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 2.91을 첨도 함수 기준값 3과 비교하고, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 12.48을 첨도 함수 기준값 3과 비교할 수 있다.
모니터링부(340)가 비교한 결과 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값은 첨도 함수 기준값보다 크지만, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값은 첨도 함수 기준값보다 작으므로, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이와는 다른 예로서, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하기 위하여, 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값, 즉 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx과 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty의 기하 평균값을 산출할 수도 있다. 여기서, 2개의 첨도 함수값의 기하 평균값 GeoM은 다음의 수학식 4를 통해 산출될 수 있다.
Figure PCTKR2021011431-appb-img-000004
도 8a의 예에서, 모니터링부(340)는 상기 수학식 4에, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx로서 13.16을 대입하고, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty로서 2.98을 대입하여, 이들의 기하 평균값을 13.49로 산출할 수 있다.
모니터링부(340)에는 첨도 함수 기하 평균 기준값이 기 설정되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 첨도 함수 기하 평균 기준값은 제1 센서부(100-1) 및 제2 센서부(100-2)가 각각 이상 상태 신호가 포함된 배관 상태 신호를 센싱할 경우에 산출될 수 있는 첨도 함수값의 기하 평균 최소값일 수 있다. 예를 들어, 센서부가 이상 상태 신호가 포함된 배관 상태 신호를 센싱할 경우에 산출될 수 있는 첨도 함수값의 최소값이 12라 할 때, 그 값을 Kurtx 및 Kurty로 하여 상기 수학식 4에 대입할 경우에 산출되는 첨도 함수값의 기하 평균값은 약 17이다. 이에 따라, 모니터링부(340)에는 상기 첨도 함수 기하 평균 기준값으로서 17이 기 설정될 수 있다.
모니터링부(340)는 첨도 함수값의 기하 평균값을 첨도 함수 기하 평균 기준값과 비교할 수 있다. 첨도 함수값의 기하 평균값이 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 첨도 함수값의 기하 평균값이 첨도 함수 기준값보다 작을 경우, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 8a의 경우, 모니터링부(340)는 상기 첨도 함수의 기하 평균값 13.49를 첨도 함수 기하 평균 기준값인 17과 비교할 수 있다. 모니터링부(340)가 비교한 결과, 상기 첨도 함수의 기하 평균값이 상기 첨도 함수 기하 평균 기준값보다 작기 때문에, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이와 마찬가지로, 모니터링부(340)는 도 6b에 나타낸 0.5~1.5초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx(=12.82)와, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty(=12.60)를 도 8b와 같이 산출할 수 있고, 상기 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx(=12.82)과 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty(=12.60)의 기하 평균값을 상기 수학식 4를 통해 18.70으로 산출할 수 있다.
이후 모니터링부(340)는 상기 첨도 함수의 기하 평균값 18.70을 첨도 함수 기하 평균 기준값인 17과 비교할 수 있다. 모니터링부(340)가 비교한 결과, 상기 첨도 함수의 기하 평균값이 상기 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상이기 때문에, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 모니터링부(340)는 도 6c에 나타낸 1~2초의 시간 구간에서, 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx(=2.91)와, 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty(=12.48)을 도 8c와 같이 산출할 수 있고, 상기 제1 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurtx(=2.91)와 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값 Kurty(=12.48)의 기하 평균값을 상기 수학식 4를 통해 12.81로 산출할 수 있다.
이후 모니터링부(340)는 상기 첨도 함수의 기하 평균값 12.81을 첨도 함수 기하 평균 기준값인 17과 비교할 수 있다. 모니터링부(340)가 비교한 결과, 상기 첨도 함수의 기하 평균값이 상기 첨도 함수 기하 평균 기준값보다 작기 때문에, 모니터링부(340)는 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
앞에서는 모니터링부(340)가 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를, 코히어런스 함수값 및 첨도 함수값 중 어느 하나를 이용하여 판단하는 방안에 대해 설명하였다.
하지만, 모니터링부(340)는 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단함에 있어서, 코히어런스 함수값 및 첨도 함수값 모두를 이용할 수도 있으며, 이 경우에는 모니터링부(340)가 배관(10)의 이상 여부를 보다 더 정확하게 판정할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 모니터링부(340)는 다수 개의 시간 구간 각각에서, 다수 개의 신호 획득부(200) 중 어느 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출할 수 있고, 이와 함께 모니터링부(340)는 상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출할 수 있다.
만일 상기 코히어런스 함수값이 모니터링부(340)에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값이 모니터링부(340)에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 모니터링부(340)는 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
이에 반해, 상기 코히어런스 함수값이 상기 코히어런스 함수 기준값보다 작거나, 상기 각각의 첨도 함수값 중 적어도 하나 이상의 첨도 함수값이 상기 첨도 함수 기준값 이하일 경우, 모니터링부(340)는 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이와는 다른 예로서, 만일 상기 코히어런스 함수값이 모니터링부(340)에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 모니터링부(340)에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 모니터링부(340)는 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
이에 반해, 상기 코히어런스 함수값이 상기 코히어런스 함수 기준값보다 작거나, 상기 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 첨도 함수 기하 평균 기준값보다 작을 경우, 모니터링부(340)는 상기 2개의 신호 획득부(200-1, 200-2)로부터 입력받은 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 9는 도 6a 내지 도 6c의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값과, 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값을 나타낸 도면이다.
도 9에 의하면, 0~1초의 시간 구간 및 1~2초의 시간 구간에서의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값은, 0.5~1.5초의 시간 구간에서의 제1 및 제2 배관 상태 신호 간 코히어런스 함수값에 비해 작음을 알 수 있다. 또한, 0~1초의 시간 구간 및 1~2초의 시간 구간에서의 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값은, 0.5~1.5초의 시간 구간에서의 제1 및 제2 배관 상태 신호 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값에 비해 작음을 알 수 있다. 이는 0~2초의 시간 구간 중 0.5~1.5초의 시간 구간에서만, 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 모두 존재하고 있기 때문이다.
제1 및 제2 배관 상태 신호 중 어느 하나의 배관 상태 신호에만 이상 상태 신호가 존재한다는 것은, 적어도 2개의 센서부(100-1, 100-2)가 위치하는 지점의 사이에서는 배관(10)에 이상이 발생하지 않았다는 것을 의미한다. 따라서, 모니터링부(340)가 제1 및 제2 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단함에 있어서, 코히어런스 함수값 및 첨도 함수값 모두를 이용할 경우에는, 모니터링부(340)가 배관(10)에 이상이 있는지 여부를 더욱 정확하게 판정할 수 있음은 물론이며, 배관(10)에 이상이 발생한 지점 역시 더욱 정확하게 모니터링할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 앞에서는 코히어런스 함수값, 첨도 함수값을 특정한 방법에 의해 산출되는 것으로 설명하였으나, 이들 함수값 산출은 얼마든지 다른 방식에 의해 산출될 수 있는 것이다. 예를 들어, 앞에서는 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단함에 있어서 첨도 함수값의 기하 평균값을 이용하였으나, 이는 바람직한 실시예 중 하나에 불과한 것이며, 첨도 함수값의 산술 평균값 또는 조화 평균값 등을 이용할 수도 있는 것이다. 또한, 앞에서는 코히어런스 함수 기준값, 첨도 함수 기준값, 첨도 함수 기하 평균 기준값이 특정 값인 것으로 설명하였으나, 이들 기준값 역시 얼마든지 변경 실시 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 서로 이격된 거리에 위치하며, 배관의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 각각 센싱하는 다수 개의 센서부;
    서로 이격된 거리에 위치하며, 상기 각각의 센서부가 센싱하는 상기 배관 상태 신호를 각각 획득하는 다수 개의 신호 획득부; 및
    상기 배관에 이상이 있는지 여부를 모니터링하는 배관의 이상 상태 모니터링 장치;를 포함하며,
    상기 배관의 이상 상태 모니터링 장치는,
    상기 다수 개의 신호 획득부 각각으로부터 상기 배관 상태 신호를 입력받는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력된 상기 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할부; 및
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부 중 2개의 상기 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우 상기 배관에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링부;를 포함하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 신호 획득부는, GPS 안테나를 통해 GPS 신호를 수신하여, 상기 각각의 센서부가 센싱하는 상기 배관 상태 신호에 상기 GPS 신호를 매칭시키고,
    상기 입력부는, 상기 각각의 신호 획득부로부터 상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 입력받으며,
    상기 배관의 이상 상태 모니터링 장치는,
    상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 동기화부를 더 포함하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동기화부는,
    상기 GPS 신호를 선형 보간하고, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시키며,
    상기 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 더 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 다수 개의 시간 구간 간에는 중첩(overlapping)된 시간 구간이 존재하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출하고,
    상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하고,
    상기 각각의 첨도 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하고,
    상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출하고,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하며,
    상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출하고,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하며,
    상기 코히어런스 함수값이 상기 모니터링부에 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 상기 모니터링부에 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 시스템.
  10. 다수 개의 신호 획득부 각각으로부터 배관의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 입력받는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력된 상기 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할부; 및
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부 중 2개의 상기 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우 상기 배관에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링부;를 포함하는 배관의 이상 상태 모니터링 장치.
  11. 다수 개의 신호 획득부 각각으로부터 배관의 상태를 나타내는 신호인 배관 상태 신호를 입력받는 신호 입력 단계;
    상기 신호 입력 단계를 통해 입력된 상기 배관 상태 신호를 기 설정된 다수 개의 시간 구간으로 분할하는 신호 분할 단계; 및
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 다수 개의 신호 획득부 중 2개의 상기 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 이상 상태 신호가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우 상기 배관에 이상이 있는 것으로 판정하는 모니터링 단계;를 포함하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 입력 단계에서는, 상기 각각의 신호 획득부로부터 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 입력받으며,
    상기 신호 입력 단계 이후 및 상기 신호 분할 단계 이전에,
    상기 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 동기화 단계를 더 포함하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 동기화 단계에서는,
    상기 GPS 신호를 선형 보간하고, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 선형 보간된 GPS 신호를 매칭시키며,
    상기 선형 보간된 GPS 신호와 매칭된 상기 배관 상태 신호를 더 이용하여, 상기 각각의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간에 시간 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 기 설정된 다수 개의 시간 구간 간에는 중첩된 시간 구간이 존재하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계에서는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출하고,
    상기 코히어런스 함수값이 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계에서는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하고,
    상기 각각의 첨도 함수값이 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계에서는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하고,
    상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계에서는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출하고,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하며,
    상기 코히어런스 함수값이 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값이 기 설정된 첨도 함수 기준값보다 클 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계에서는,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호 간 유사도를 나타내는 코히어런스 함수값을 산출하고,
    상기 다수 개의 시간 구간 각각에서, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호의 첨도 함수값을 각각 산출하며,
    상기 코히어런스 함수값이 기 설정된 코히어런스 함수 기준값 이상이고, 상기 각각의 첨도 함수값의 기하 평균값이 기 설정된 첨도 함수 기하 평균 기준값 이상일 경우, 상기 2개의 신호 획득부로부터 입력받은 상기 배관 상태 신호에 상기 이상 상태 신호가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 이상 상태 모니터링 방법.
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