KR20190104827A - 지중변위 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 또는 사면에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서 측정값이 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면에 설치되는 기준센서의 측정값을 기준으로 측정되고, 상기 기준센서의 측정값을 지중의 모암에 고정설치되는 고정위치센서에 연결되는 기준센서의 상대변위 발생시 보정토록 하는 지중변위 감지시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

지중변위 감지 시스템 및 방법{System and Method for Measuring Displacement Using reference Sensor}

본 발명은 터널 또는 사면에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서 측정값이 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면에 설치되는 기준센서의 측정값을 기준으로 측정되고, 상기 기준센서의 측정값을 지중의 모암에 고정설치되는 고정위치센서에 연결되는 기준센서의 상대변위 발생시 보정토록 하는 지중변위 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

비탈면은 일반적으로 풍화도 또는 변질도, 그리고 지질 구조의 유무와 종류, 파쇄대의 깊이에 따라 동일한 비탈면 내에서도 지반 물성이 다르게 나타남으로써, 비탈면의 안정성 여부를 정확하게 예측하는 일은 어려운 일이라고 할 수 있다.

따라서, 비탈면의 시공 중이거나 도로 개통 후 붕괴사고가 발생하거나 설계조건과 다른 지반 특성에 의해 충분한 안전율이 확보되는 못하는 사례가 많다.

즉, 비탈면의 거동 예측과 실제 거동이 일치하지 않는 경우가 많으며 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법 중의 하나로 시공 중 또는 시공 후의 비탈면의 거동을 파악하고 이상 징후가 발견될 경우 적절한 대응 방법을 강구할 수 있는 시스템의 개발이 요구되었다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제447083호에 비탈면의 통합 관리 시스템의 기술이 알려져 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 비탈면에 설치된 하나 이상의 기준말뚝 각각에 종 방향으로 설치된 다수의 계측말뚝에 장착되며 내부에 변위 센서와 온도 센서 및 기울기 센서가 구비된 다수의 계측장치(100)와, 상기 계측장치(100)로부터 측정되는 각 센서들의 계측 데이터를 수집하고, 수집된 계측 데이터들을 가공 연산하여 계측장치들이 설치된 위치의 거동 데이터를 산출 저장하며 저장된 거동 데이터를 통신부를 통해 유무선으로 전송하는 데이터 수집 장치(200)와, 상기 데이터 수집 장치(200)로부터 수신된 거동 데이터를 저장하고 출력하되, 저장된 거동 데이터를 이용하여 해당 비탈면의 거동 상태를 분석하고 그 분석 결과에 따라 경보 신호를 출력하며, 상기 거동 데이터 및 이에 따른 분석 결과를 네트워크 통신부를 통해 통합 관리 장치로 전송하는 현장 관리 장치(300)와, 상기 현장 관리 장치로부터 전송되는 비탈면의 거동 상태 정보를 현장 관리 장치 별로 저장하고, 인터넷 망을 통해 접속되는 다수의 관리자 컴퓨터의 요구에 응답하여 해당 비탈면의 거동 정보를 제공하는 통합 관리 장치(400)를 포함하는 인터넷을 이용한 비탈면의 통합 관리 시스템이 설치된다.

그리고, 상기 계측장치(100)는, 상기 계측말뚝에 연결되는 베이스부와; 상기 베이스부의 상부에 하 연결부를 통해 회전 가능하게 연결되며 상기 데이터 수집 장치(200)와 연결되는 통신 포트가 구비되고, 그 내부에는 외부로 인출되는 와이어의 변위를 계측하는 변위센서와, 주변의 온도를 측정하는 온도센서, 및 상기 통신 포트를 통해 데이터 수집 장치와 데이터를 송수신하는 통신 모듈을 포함하는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 비탈면의 통합관리 시스템은, 사면에 설치되는 계측장치(100)가 지중에 설치될 경우 기준위치의 책정이 불가능하여 정확한 측정이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

또한, 비탈면에 설치되는 계측장치(100)가 동시에 움직일 때 측정이 불가능하게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 터널이나 사면 등의 거동을 정확하게 측정할 수 있도록 하고, 터널등의 변위에 선제적으로 대처하여 안전사고를 미연에 방지하도록 하며, 동시 거동 등의 변위발생시 측정불량을 최소화 할 수 있도록 하는 지중변위 감지 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 터널 또는 사면에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서 측정값이 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면에 설치되는 기준센서의 측정값을 기준으로 측정되고,

상기 기준센서의 측정값을 지중의 모암에 고정설치되는 고정위치센서에 연결되는 기준센서의 상대변위 발생시 보정토록 하는 지중변위 감지방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은, 기준센서의 측정값 및 기준센서의 측정값을 기준으로 변위센서의 변위값을 보정토록 하여 그 신호를 데이터 로거에 출력하며, 상기 기준센서에 연결되는 고정위치센서가 지중의 모암에 고정설치될 때 기준센서의 변경을 측정한 후 데이터 로거에 송신하여 보정토록 하는 지중변위 감지방법을 제공한다.

한편, 터널 또는 사면에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서와 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면에 설치되는 기준센서 및 상기 기준센서와 변위센서의 측정값을 출력하면서 원격지에 알리도록 설치되는 데이터 로거의 연결구조로 이루어지고,

상기 데이터 로거는, 기준센서의 측정값을 기준으로 변위센서의 변위값을 보정토록 설치되며,

상기 기준센서에 연결되어 고정위치센서가 지중의 모암에 고정설치되어 기준센서의 변경을 측정토록 하고, 상기 고정위치센서 역시 데이터 로거에 연결되는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 고정위치센서는, 터널이나 사면을 지지하는 락볼트의 설치위치의 벡터 합산 위치에 고정설치되는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 데이터 로거는, 원격지에 신호를 전달하도록 무선통신모듈이 구비되는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

더하여, 본 발명의 데이터 로거는, 터널 또는 경사면, 기둥등의 입체형상을 따라 변위 데이터를 출력토록 설치되는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

계속하여, 본 발명의 데이터 로거는, 변위값이 터널의 경우 터널면을 그리는 곡선을 따라 상대적인 표시가 가능토록 출력값을 확대하여 터널면의 상측 및 하측으로 분리되면서 서로 연결되는 곡선으로 출력토록 설치되는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명은 데이터 로거는, 터널 또는 경사면의 변위에 따른 극한점을 선정한 후 데이터 값이 이에 만족하면 경보 신호를 출력토록 설치되는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

더하여, 본 발명의 데이터 로거는, 터널에 설치시 터널의 진행방향에 위치한 세로방향 및 터널의 직경방향에 위치한 가로방향의 변위데이터를 곡선 형상으로 연결하여 출력토록 하는 지중변위 감지 시스템을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 원거리에서 좌표값을 가져오지 않아도 터널이나 사면 등의 거동을 정확하게 측정하고, 터널등의 변위에 선제적으로 대처하여 안전사고를 미연에 방지하며, 동시 거동 등의 변위발생시 측정불량을 최소화하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 비탈면 통합관리 시스템을 도시한 블럭도이다.
도2는 본 발명에 따른 지중변위 측정 시스템을 도시한 설치상태도이다.
도3 내지 도5는 본 발명에 따른 지중변위 시스템이 적용되는 터널, 건물의 보, 경사면 등의 변위 출력상태를 도시한 개략도이다.
도6은 본 발명에 따른 지중변위 측정 시스템의 동작을 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 지중변위 측정 시스템을 도시한 설치상태도이고, 도3 내지 도5는 본 발명에 따른 지중변위 시스템이 적용되는 터널, 건물의 보, 경사면등의 변위 출력상태를 도시한 개략도이며, 도6은 본 발명에 따른 지중변위 측정 시스템의 동작을 도시한 순서도이다.

본 발명은, 터널 또는 사면, 기둥, 보등으로 이루어진 측정위치(110)에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서(170) 측정값이 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면(300)에 설치되는 기준센서(210)의 측정값을 기준으로 측정된다.

이때, 상기 기준센서(210)에 데이터 로거(250)가 연결된다.

그리고, 상기 기준센서(210)의 측정값을 지중의 모암(500)에 고정설치되는 고정위치센서(510)에 연결되는 기준센서(210)의 상대변위 발생시 보정토록 설치된다.

더하여, 상기 기준센서(210)의 측정값 및 기준센서(210)의 측정값을 기준으로 측정되는 변위센서(170)의 변위값을 보정토록 하여 그 신호를 데이터 로거(250)에 출력한다.

그리고, 상기 기준센서(210)에 연결되는 고정위치센서(510)가 지중의 모암에 고정설치될 때 기준센서의 상대위치 변경을 측정한 후 데이터 로거에 송신하여 보정토록 한다.

계속하여, 상기 데이터 로거(250) 및 기준센서와 변위센서는, 각각 무선데이터를 송,수신토록 통신 포트를 포함하는 송수신 통신 모듈이 일체로 구비되어도 좋다.

한편, 터널 또는 사면이나 기둥, 보등으로 이루어진 측정위치(110)에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서(170)와 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면(300)에 설치되는 기준센서(210) 및 상기 기준센서와 변위센서의 측정값을 출력하면서 원격지에 알리도록 설치되는 데이터 로거(250)의 연결구조로 이루어져 측정위치에서 측정된 출력값을 원격지에서 실시간으로 확인이 가능토록 된다.

이때, 상기 데이터 로거(250)는, 기준센서의 측정값을 기준으로 변위센서의 변위값을 보정토록 설치되어 설치완료된 기준센서(210)의 초기값을 기준으로 변위센서의 변동값을 측정하여 변위를 측정토록 한다.

더하여, 상기 기준센서(210)에 연결되어 고정위치센서(510)가 지중(B)의 모암(500)에 고정설치되어 기준센서(210)의 상대적인 변경을 측정토록 설치된다.

이때, 상기 고정위치센서(510) 역시 데이터 로거에 연결되어 기준센서(210)가 고정위치센서를 중심으로 움직일 때 그 값을 데이터 로거(250)에 전달하여 기준센서(210)의 위치를 변경시켜 이를 기준으로 측정되는 변위센서(170)의 측정값을 보정토록 한다.

그리고, 상기 고정위치센서(510)는, 고정위치센서와 기준센서(210) 사이의 거리를 측정하는 간극센서 등으로 이루어져 터널이나 사면을 지지하는 락볼트(530)의 설치위치의 벡터 합산 위치에 고정설치된다.

이때, 상기 락볼트(530)의 크기(l)의 벡터합산 값에 해당하는 거리(L)를 초과하는 지점에 위치토록 고정위치센서(510)의 위치를 결정하면 상기 락볼트(530)의 움직임이 발생되는 거리의 합산지점에 위치하여 고정위치의 변경이 최소화 됨으로써 측정위치의 변경에 따른 오차를 최소화 하게 된다.

그리고, 상기 고정위치센서(510), 기준센서 및 변위센서는, 멤스센서(Micro Electro-Mechanical Systems)로 알려진 기술을 사용하여 반도체로 제작된 가속도 센서가 사용되어도 좋다.

즉, 상기 기준센서(210)가 3차원값을 측정하는 고정위치센서(510)를 중심으로 상대 운동할 때의 값을 측정하여 기준센서에 대한 보정값을 확인토록 한다.

더하여, 상기 데이터 로거(250)는, 터널 또는 경사면, 기둥 등의 입체형상을 따라 변위 데이터를 출력토록 설치되어도 좋다.

계속하여, 상기 데이터 로거(250)는, 변위값이 터널의 경우 터널면(153)을 그리는 곡선을 따라 상대적인 표시가 가능토록 출력값을 확대하여 터널면의 상측 및 하측으로 분리되면서 서로 연결되는 출력곡선(130)으로 출력토록 설치된다.

즉, 상기 출력값에 의한 출력곡선(130)은 일반적으로 터널면(153)을 나타내는 선과 구분될 수 없는 미묘한 변화이나 본 발명에서는 상기 출력값을 극한적으로 확대하여 터널면(153)에서 구분되어 변화하는 출력곡선(130)으로 변화시키도록 하고, 상기 출력곡선(130)은 각각의 변위센서에서 동일하여 확대시켜 동일한 변위의 표현이 가능토록 한다.

이때, 상기 출력곡선(130)의 한 지점(P1)을 선택하면 그 지점에 위치한 변위센서의 3차원값(X,Y,Z)을 알 수 있도록 설치되어도 좋다.

그리고, 상기 데이터 로거(250)는, 터널 또는 경사면의 변위에 따른 극한점을 선정한 후 데이터 값이 이에 만족하면 경보 신호를 출력토록 설치되어도 좋다.

더하여, 상기 데이터 로거는 도3과 같이, 터널에 설치시 터널의 진행방향에 위치한 세로방향 및 터널의 직경방향에 위치한 가로방향의 변위데이터를 곡선 형상으로 연결하여 출력토록 하여도 좋다.

110...측정장치 210...기준센서
250...데이터로거 300...베이스면
500...모암 510...고정위치센서
530...락볼트

Claims (9)

1. 터널 또는 사면에 일정간격으로 매립되면서 유선 또는 무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서 측정값이 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면에 설치되는 기준센서의 측정값을 기준으로 측정되고,
   상기 기준센서의 측정값을 지중의 모암에 고정설치되는 고정위치센서에 연결되는 기준센서의 상대변위 발생시 보정토록 하는 지중변위 감지방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 지중변위는, 기준센서의 측정값 및 기준센서의 측정값을 기준으로 변위센서의 변위값을 보정토록 하여 그 신호를 데이터 로거에 출력하며, 상기 기준센서에 연결되는 고정위치센서가 지중의 모암에 고정설치될 때 기준센서의 변경을 측정한 후 데이터 로거에 송신하여 보정토록 하는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지방법.
3. 터널 또는 사면, 기둥에 일정간격으로 매립되면서 유,무선을 통하여 서로 연결되는 복수의 변위센서와 상기 변위센서에 연결되면서 베이스면에 설치되는 기준센서 및 상기 기준센서와 변위센서의 측정값을 출력하면서 원격지에 알리도록 설치되는 데이터 로거의 연결구조로 이루어지고,
   상기 데이터 로거는, 기준센서의 측정값을 기준으로 변위센서의 변위값을 보정토록 설치되며,
   상기 기준센서에 연결되어 고정위치센서가 지중의 모암에 고정설치되어 기준센서의 변경을 측정토록 하고, 상기 고정위치센서 역시 데이터 로거에 연결되는 지중변위 감지 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정위치센서는, 터널이나 사면을 지지하는 락볼트의 설치위치의 벡터 합산 위치에 고정설치되는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 데이터 로거는, 원격지에 신호를 전달하도록 무선통신모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지 시스템.
6. 제3항에 있어서, 상기 데이터 로거는, 터널 또는 경사면, 기둥등의 입체형상을 따라 변위 데이터를 출력토록 설치되는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지 시스템.
7. 제3항에 있어서, 상기 데이터 로거는, 변위값이 터널의 경우 터널면을 그리는 곡선을 따라 상대적인 표시가 가능토록 출력값을 확대하여 터널면의 상측 및 하측으로 분리되면서 서로 연결되는 곡선으로 출력토록 설치되는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지 시스템.
8. 제3항에 있어서, 상기 데이터 로거는, 터널 또는 경사면의 변위에 따른 극한점을 선정한 후 데이터 값이 이에 만족하면 경보 신호를 출력토록 설치되는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지 시스템.
9. 제3항에 있어서, 상기 데이터 로거는, 터널에 설치시 터널의 진행방향에 위치한 세로방향 및 터널의 직경방향에 위치한 가로방향의 변위데이터를 곡선 형상으로 연결하여 출력토록 하는 것을 특징으로 하는 지중변위 감지 시스템.

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