KR101105854B1 - 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
교량부재에 계측센서(변형률게이지)를 설치하고, 차량통과시 발생하는 교량의 변형률(교량 응답특성)을 획득, 처리, 분석하여 차량의 축간 거리, 주행속도, 축중 및 총중량을 산출함으로써, 차량의 과적 여부를 자동 처리할 수 있는, 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법이 제공된다. 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템은, 주거더에 설치되는 주거더 변형률게이지 및 수직보강재에 설치되는 수직보강재 변형률게이지를 구비하여, 주행차량이 교량의 상부를 주행할 때 발생하는 시간에 따른 변형률인 교량 응답특성을 획득하는 교량 응답특성 획득부; 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 주행차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하고, 주거더 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 주행차량의 축중 및 총중량을 구하며, 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 판단하는 교량 응답데이터 처리부; 및 교량 응답데이터 처리부에서 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 과적 차량인 것으로 판단한 경우, 과적차량의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 전송하는 과적차량 단속부를 포함한다.
Description
본 발명은 교량 응답특성을 이용한 차량중량의 계측에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량 부재에 계측센서인 변형률게이지를 설치하고, 차량이 교량을 통과할 때 발생하는 교량의 변형률인 교량 응답특성을 획득, 처리 및 분석함으로써, 차량의 축간 거리, 주행 속도, 축중 및 총중량을 산출하고, 이를 통한 차량의 과적 여부를 자동으로 판단하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 과적 단속을 위해 사용되는 이동식 및 고정식 차량중량 측정장치의 설치도로서, 각각 차량중량을 측정하여 과적차량을 식별 및 단속하고 있다.
이동식 차량중량 측정장치(10)의 경우, 도 1a에 도시된 바와 같이, 취급의 간편성은 있으나, 차량의 과적 여부를 측정하기 위해서 차량을 차량중량 측정장치(10)까지 인도해야 하는 등 시간이 상당히 오래 걸린다는 문제점이 있고, 특히, 고속 주행하는 차량을 유도 및 정차시킬 때, 교통사고와 같은 안전사고사 발생할 수 있고, 차량의 과적 여부를 식별하는데 직접 및 간접적으로 과도한 비용이 소요된다는 문제점이 있었다.
또한, 고정식 차량중량 측정장치(20)의 경우, 도 1b에 도시된 바와 같이, 차량의 바퀴가 직접 접하는 플레이트에 부착된 로드셀(21)에 컨트롤박스(22) 및 디스플레이 장치(23)를 설치하여 차량중량을 측정함으로써, 차량의 과적 여부를 식별하고 있다. 이러한 고정식 차량중량 측정 방법은 차량중량을 측정하기 위해 차량을 플레이트가 설치된 곳으로 서서히 진입시켜 정차시킨 상태에서 차량중량을 측정하게 된다.
하지만, 로드셀(21)은 시간이 경과함에 따라 그 성능 유지가 어렵고 오차 발생 가능성이 커짐으로써 실제 차량중량 측정값의 신뢰성에 문제점이 있었으며, 또한, 플레이트에 차량의 바퀴가 정확히 접촉하고 있는지 여부 등에 따라 차량중량 결과값에 상당한 오차가 존재한다는 문제점이 있었다. 특히, 고속으로 주행하는 차량의 경우, 차량을 고정식 차량중량 측정장치(20)로 접근시켜야 하므로 차량 운행에 방해가 될 수밖에 없다는 문제점이 있고, 또한, 다수개의 로드셀(21)을 이용한다 할지라도 시간이 경과함에 따라 로드셀(21)의 성능 저하에 의한 오차가 근본적으로 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
한편, 관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-499223호에는 "차량축중 측정장치를 이용한 차량중량 측정방법 및 과적차량 식별방법"이 개시되어 있는데, 도로에 센서를 부착하여 중량을 자동으로 검측하는 시스템이다.
이러한 차량축중 측정장치를 이용한 과적차량 식별 방법의 경우, 전단변형센서가 설치된 차량축중 측정수단을 도로 포장층 하부에 매립하여 주행차량의 중량을 측정하게 된다.
한편, 다른 관련 기술로서, 교량의 응답특성을 이용하는 BWIM(Bridge Weigh-In-Motion)에 관한 기술이 미국의 Moses에 의해 제안되었는데, 이 방식은 교량의 동적응답으로부터 추출된 정적 모멘트 영향선을 이용하는 방식이다. 이러한 BWIM 시스템은 순수하게 교량부재만을 이용하는 것이 아니라 도로노면에 센서, 예를 들면, 차축 감지기 및 변형률게이지를 설치하여 차량의 중량을 측정한다.
그러나 주행차량의 중량을 측정하기 위해 노면에 센서를 설치하는 경우, 이러한 센서의 설치 시점뿐만 아니라 유지관리 시점에 차량을 통제하고 포장을 제거한 후에 센서를 설치해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 BWIM 시스템은, 특히 장경간 교량에 적용하기 어렵다는 문제점이 있는데, 예를 들면, 장경간 교량의 경우 많은 차량이 통행하므로 계측 구간 이외의 차량 하중에 의한 영향이 전체적인 추정 정확도에 많은 영향을 미치게 되고, 이에 따라 개별 축중에 대한 추정 정확도가 매우 낮아질 수밖에 없다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교량의 여러 부위에 계측센서(변형률게이지)를 설치하고, 차량의 통과시 발생하는 교량의 반응을 획득, 처리 및 분석하여 주행차량의 축중, 총중량, 축간 거리, 주행속도 및 번호판을 보다 정확하고 간편하게 자동으로 확인할 수 있는, 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 교량을 통과하는 주행차량의 특성을 실시간 자동으로 계측하고, 법적인 중량 초과시 관련 부서에 과적 차량의 특성(총중량, 축중량, 축간 거리, 주행속도 등)을 즉시 전송할 수 있는, 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템은, 교량을 통과하는 주행차량의 중량을 계측하여 과적을 단속하는 차량중량 계측 시스템에 있어서, 주거더에 설치되는 주거더 변형률게이지 및 수직보강재에 설치되는 수직보강재 변형률게이지를 구비하여, 주행차량이 교량의 상부를 주행할 때 발생하는 시간에 따른 변형률인 교량 응답특성(변형률)을 획득하는 교량 응답특성 획득부; 상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 주행차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하고, 상기 주거더 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 주행차량의 축중 및 총중량을 구하며, 상기 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 판단하는 교량 응답데이터 처리부; 및 상기 교량 응답데이터 처리부에서 상기 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 과적 차량인 것으로 판단한 경우, 상기 과적차량의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 전송하는 과적차량 단속부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 교량 응답특성 획득부는, 교량의 길이 방향(교축 방향)으로 연장되는 주거더에 설치되고, 변형률영향선 길이가 긴 주거더로부터 교량 응답특성을 획득하는 주거더 변형률게이지; 및 교량의 강구조 부재의 보강을 위해 수직 방향에 배치되는 수직보강재에 설치되고, 변형률영향선 길이가 짧은 수직보강재로부터 교량 응답특성을 획득하는 수직보강재 변형률게이지를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 교량 응답데이터 처리부는, 아날로그 신호인 교량 응답특성을 증폭시키는 동적 증폭기(Dynamic Amplifier); 상기 증폭된 아날로그 신호인 교량 응답특성을 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 차량 분류 정보, 차종 정보, 차체 정보 및 차축 배열 정보가 저장된 차량정보 DB; 상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 주행차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하고, 상기 주거더 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 주행차량의 축중 및 총중량을 구하는 차량중량 계산부; 및 상기 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 판단하는 과적 판단부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 차량중량 계산부는, 축중(
), 축간 거리(
)를 알고 있는 시험차량에 의해 미리 구해진 주거더의 단위하중에 의한 변형률영향선(
) 및 상기 측정 대상 차량의 축중 및 축간 거리를 조합하여, 상기 측정 대상 차량의 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차량중량 계산부는, 활하중 변형률 및 온도 변형률이 포함된 계측 결과에 대해, 온도변형에 의한 응답과 활하중에 의한 응답으로 분리하여, 활하중 변형률의 변동만을 대상으로 주행 차량의 총중량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차량중량 계산부는, 교량 위를 주행할 때 발생하는 주거더 중앙부의 최대 변형률이 일정 규모 이상인 변형률에 대해서만 작동하는 트리거(Trigger) 기능이 설정된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 과적차량 단속부는 상기 교량의 소정 높이에 설치되어 상기 과적차량의 차량번호를 촬영하는 카메라일 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법은, 교량을 통과하는 주행차량의 중량을 계측하여 과적을 단속하는 차량중량 계측 방법에 있어서, a) 측정 대상 차량이 교량을 통과할 경우, 주거더에 설치된 주거더 변형률게이지 및 수직보강재에 설치된 수직보강재 변형률게이지가 각각 교량 응답특성(변형률)을 계측하는 단계; b) 상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 측정 대상 차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하는 단계; c) 차종 판별 알고리즘에 따라 통과 차량을 분리하는 단계; d) 상기 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화하는 단계; e) 상기 측정 대상 차량의 축중 및 총중량을 산출하는 단계; 및 f) 상기 측정 대상 차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 비교하여 과적차량을 판단하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법은, g) 상기 측정 대상 차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 과적 차량인 것으로 판단한 경우, 상기 과적차량의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 d) 단계는, 축중(
), 축간 거리(
)를 알고 있는 시험차량에 의해 미리 구해진 주거더의 단위하중에 의한 변형률영향선(
) 및 상기 측정 대상 차량의 축중 및 축간 거리를 조합하여, 상기 측정 대상 차량의 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 교량의 여러 부위에 계측센서(변형률게이지)를 설치하고, 차량의 통과시 발생하는 교량의 반응을 획득, 처리 및 분석하여 주행차량의 축중, 총중량, 축간 거리, 주행속도 및 번호판을 보다 정확하고 간편하게 자동으로 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량통제 없이 일상적인 사용조건 하에서 설치 및 유지관리가 용이하고, 비교적 저렴한 비용과 일반 계측장비를 사용하여, 교량을 통과하는 주행차량의 특성을 실시간 자동으로 계측하고, 법적인 중량 초과시 관련 부서에 과적 차량의 특성(총중량, 축중량, 축간 거리, 주행속도 등)을 즉시 전송할 수 있다. 이에 따라 차량의 과적 단속에 소요되는 비용과 시간을 대폭 절약할 수 있고, 차량의 과적 및 과속 예방에 기여함으로써 이로 인한 매연 배출량을 감소시키는데 기여할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통행 차량의 실제 중량을 정확히 파악할 수 있어 도로 및 도로구조물의 설계기준 개정뿐만 아니라 교량 구조물의 수명 예측에 적용되어 효율적인 유지관리 정책 수립에 활용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 과적단속을 위해 사용되는 이동식 및 고정식 차량중량 측정장치의 설치도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측을 위해 교량에 설치되는 변형률게이지를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에 적용되는 차량분류 데이터를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법의 동작흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시된 시험차량에 의한 사전 계측 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법에 적용되는 주거더 변형률영향선 산정하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템이 설치되는 대상 교량의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서 온도 변형 및 활하중에 따른 변형률응답, 온도 변형에 따른 변형률응답, 및 활하중에 따른 변형률응답을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서 동특성 보정 개념을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측을 위해 교량에 설치되는 변형률게이지를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에 적용되는 차량분류 데이터를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법의 동작흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시된 시험차량에 의한 사전 계측 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법에 적용되는 주거더 변형률영향선 산정하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템이 설치되는 대상 교량의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서 온도 변형 및 활하중에 따른 변형률응답, 온도 변형에 따른 변형률응답, 및 활하중에 따른 변형률응답을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서 동특성 보정 개념을 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측을 위해 교량에 설치되는 변형률게이지를 예시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에 적용되는 차량분류 데이터를 예시하는 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측을 위해 차량(300)이 통과하는 교량(200)의 주거더(210) 및 수직보강재(220)에 변형률게이지가 각각 적어도 하나 이상 설치되며, 과적 단속을 위해 과적 차량의 차량번호를 인식하는 카메라(130)가 교량(200)의 일측에 설치된다.
예를 들면, A-A 단면으로 도시된 바와 같이, 교량(200)의 주거더(210)에 주거더 변형률게이지(111)가 설치되고, 또한, B-B 단면으로 도시된 바와 같이, 수직보강재(220)에 수직보강재 변형률게이지(112)가 각각 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템은, 대상교량(200)에 시험차량(차량의 축간 거리 및 축중을 미리 알고 있는 차량)의 주행을 통해 영향선 길이가 긴 교량부재, 예를 들면, 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선을 미리 산정한다. 이후, 임의의 차량(300) 주행시 차량에 관한 제반 정보를 얻기 위해서 영향선 길이가 짧은 교량부재, 예를 들면, 수직보강재(220)의 변형률 응답을 이용하여 주행차량(300)을 검지하고, 차축 수, 주행속도 및 축간 거리를 산출한다. 또한, 영향선 길이가 긴 교량부재(210)의 변형률 응답과 상기의 단위하중에 의한 변형률영향선을 이용하여 주행차량(300)의 축중 및 총중량을 구하게 된다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템(100)은, 교량 응답특성 획득부(110), 교량 응답데이터 처리부(120) 및 과적차량 단속부(130)를 포함한다.
교량 응답특성 획득부(110)는 교량(200)에 설치되는 주거더 변형률게이지(111) 및 수직보강재 변형률게이지(112)를 포함하며, 이러한 변형률게이지(111, 112), 예를 들면, 스트레인게이지(Strain Gage)는 주거더(210) 및 수직보강재(220)의 변형되는 상태와 그 양을 측정하기 위하여 각각 주거더(210) 및 수직보강재(220) 표면에 부착됨으로써, 차량(300)이 교량(200)의 상부를 주행할 때 발생하는 시간에 따른 변형률, 즉, 교량 응답특성을 획득한다.
구체적으로, 상기 주거더 변형률게이지(111)는 주거더(210)와 같이 길이 방향(교축 방향)으로 연장되는 변형률영향선 길이가 긴 교량부재에 설치되고, 상기 수직보강재 변형률게이지(112)는 수직보강재(112)와 같이 변형률영향선 길이가 짧은 교량부재에 구분되어 설치된다. 이때, 상기 수직보강재(112)는 교량(200)의 강구조 부재의 보강을 위해 수직 방향에 배치되는 수직 스티프너(Vertical Stiffener)일 수 있다.
이에 따라, 교량 응답데이터 처리부(120)의 차량중량 계산부(124)는 수직보강재 변형률게이지(112)에 의한 교량 응답특성(변형률)을 이용하여 주행차량(300)의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정한다. 또한, 상기 교량응답데이터 처리부(120)의 차량중량 계산부(124)는 주거더 변형률게이지(111)에 의한 교량 응답특성(변형률)을 이용하여 주행차량의 축중 및 총중량을 구할 수 있다.
구체적으로, 상기 교량 응답특성 획득부(110)는 상기 교량 응답특성 획득부(110)에서 획득한 교량 응답특성(변형률)을 처리할 수 있도록 증폭기(121), A/D 변환기(122), 차량정보 DB(123), 차량중량 계산부(124) 및 과적 판단부(125)를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 증폭기(121)는 동적 증폭기(Dynamic Amplifier)로서, 아날로그 신호인 교량 응답특성(변형률)을 증폭시키는 역할을 하고, 상기 A/D 변환기(122)는 상기 증폭된 아날로그 신호인 교량 응답특성(변형률)을 디지털 신호로 변환시키는 역할을 한다.
상기 차량정보 DB(123)는 차량 분류 정보, 차종 정보, 차체 정보 및 차축 배열 정보 등의 차량정보가 미리 저장된 데이터베이스이다. 상기 차량정보 DB(123)는 도 4에 도시된 바와 같이, 승용차, 미니트럭, 버스, 소형화물차, 중형화물차, 대형화물차를 구분하고 각 차종에 따른 차체와 차축 배열(2열, 3열 등)에 대한 차량정보가 저장되어 있기 때문에 상기 차량중량 계산부(124)가 차량(300)이 교량(200)을 주행할 때 발생하는 교량 응답특성과 상기 차량정보를 대비하여 교량(200)을 주행하는 차량(300)이 어떠한 차량인지를 확인할 수 있다. 또한, 상기 차량정보 DB(123)는 축간 거리 및 축중을 미리 알고 있는 시험차량의 주행을 통해 미리 산정된 영향선 길이가 긴 교량부재인 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선에 대한 데이터가 저장된다.
상기 차량중량 계산부(124)는 데스크탑 PC 또는 노트북 컴퓨터에 저장된 주행차량 축중 및 총중량 계산 응용프로그램으로 실현된다. 즉, 주행차량 축중 및 총중량 계산 응용프로그램으로서, 시험차량에 대한 영향선 길이가 긴 교량부재의 단위하중에 의한 변형률영향선 산정식, 영향선 길이가 짧은 교량부재의 변형률 응답특성을 이용한 차축 검지, 차축 수, 주행속도 및 축간 거리 산정식, 차량분류 판독 응용프로그램, 과적차량 여부를 판단하는 응용프로그램을 포함할 수 있다.
상기 과적 판단부(125)는 상기 차량중량 계산부(124)에 의하여 산출된 주행차량(300)의 축중과 총중량이 허용 기준을 넘는지 여부를 판단한다.
또한, 과적차량 단속부(130)는 상기 과적 판단부(125)에서 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 것으로 판단한 경우, 주행차량(300)의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 해당 기관에 전송하는 역할을 하게 된다. 예를 들면, 상기 과적차량 단속부(130)는 교량(200)의 소정 높이에 설치된 카메라일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 교량 응답특성 획득부(110)는 변형률게이지(111, 112)로 구체화되고, 상기 교량응답데이터 처리부(120)는 동적 증폭기(121), A/D 변환기(122), 주행차량 차축 수, 주행속도, 축간 거리, 축중 및 총중량 계산 및 과적차량 여부를 판단하는 응용프로그램이 탑재된 컴퓨터(노트북 컴퓨터 등), 차량정보에 대한 데이터베이스로 구체화되며, 상기 과적차량 단속부(130)는 과적단속용 카메라로 구체화될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템(100)은 주행차량(300)에 의해 발생되는 교량(200)의 응답특성을 이용하여 주행차량(300)의 주행속도, 축간 거리, 축중 및 총중량을 계측하게 되는데, 기존의 방법과는 달리 도로 노면에는 어떠한 센서, 예를 들면, 변형률게이지도 설치하지 않고 단지 교량부재만의 응답을 대상으로 하므로 센서의 설치 및 유지관리시 교통 흐름에 전혀 영향을 미치지 않는 특성이 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법의 동작흐름도이고, 도 6은 도 5에 도시된 시험차량에 의한 사전 계측 과정의 구체적인 동작흐름도로서, 전술한 교량 응답특성을 이용한 주행차량의 중량계측 시스템을 이용하여 주행차량의 중량을 계측하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법은, 먼저, 시험차량에 의한 주거더의 단위하중에 의한 변형률영향선을 결정한다(S110). 구체적으로, 시험차량에 의한 주거더 변형률영향선을 도 6의 S111 내지 S115 단계와 같이 사전 계측한다.
이러한 사전 계측은 교량(200)마다 교량 응답특성(변형률영향선)이 다르기 때문에 대상 교량에 미리 시험차량을 주행시킴으로써, 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선(
)을 미리 구하여 차량정보 DB에 저장한다.
이때, 상기 시험차량은, 도 4에 도시된 차종분류에 의하여 1개의 시험차량을 결정하게 되므로 시험차량의 축중(
), 축간 거리(
)를 알고 있는 상태이다.
또한, 교량(200)에는 주행차량(300)에 의한 변형률 계측을 위해 전술한 주거더 변형률게이지(111)와 수직보강재 변형률게이지(112)가 구분되어 설치되어 있다.
여기서, 상기 수직보강재 변형률게이지(112)는 차축 검지와 차축 수, 주행속도 및 축간 거리를 추정하기 위한 것이므로 차종을 알고 있는 시험차량에 의한 계측에서는 주거더(210)와 같이 변형률영향선이 길게 형성되는 교량부재의 단위하중에 의한 변형률영향선(
)을 결정하게 된다.
이러한 주거더(210)와 같이 영향선 길이가 긴 교량부재의 응답을 이용하여 단위하중에 의한 변형률영향선을 구하는 방법을 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법에 적용되는 주거더 변형률영향선 산정하는 과정을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법에서, 축중, 축간 거리 및 주행속도가 기지인 시험차량이 교량(200)을 통과하면 주거더 변형률게이지에 의하여 도 7의 d)와 같은 변형률 응답이 얻어진다. 이러한 변형률 응답은 시험차량의 전륜(
)에 의한 변형률 응답(도 7의 b) 참조)과 후륜(
)에 의한 변형률 응답(도 7의 c) 참조)이 중첩된 것이다.
이때, 전륜과 후륜 양 축의 위치차이(d)에 따른 시간적 편차를 갖는 전륜과 후륜에 의한 변형률 응답은 차축의 위치(축간 거리)에 따른 시간적 편차를 제외하면 유사한 형태를 가지게 된다.
구체적으로, 단위하중에 의한 변형률영향선을, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이 
라 하면, 도 7의 d)에 도시된 시험차량의 축중(
)인 전륜(
) 및 후륜(
)에 의한 주거더의 변형률응답(
)은 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
여기서, 
및 
는 각각 전륜 및 후륜의 축중을 나타내고, 
는 전륜과 후륜의 통과시각 차이를 나타낸다.
이때, 수학식 1에서 시험차량에 의한 주거더(210)의 변형률응답(
), 시험차량의 전륜과 후륜의 축중인 
과 
, 시험차량의 전륜과 후륜의 통과시각 차이(
)는 시험차량의 축간 거리와 주행속도로부터 계산된 기지의 값이므로 상기 단위하중에 의한 변형률영향선(
)을 구할 수 있다.
이와 같이 수학식 1에 의해 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선이 결정되면, 이를 이용하여 주행차량(300)의 축중 및 총중량을 구할 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 주행차량의 제반 특성인 주행속도, 축간 거리, 축중, 총중량은 다음과 같이 결정할 수 있다.
측정 대상 차량이 교량을 통과할 경우(S120), 주거더에 설치된 주거더 변형률게이지 및 수직보강재에 설치된 수직보강재 변형률게이지가 각각 교량 응답특성(변형률)을 계측한다(S130).
다음으로, 상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 측정 대상 차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정한다(S140).
다시 말하면, 수직보강재와 같이 영향선의 길이가 짧은 교량부재의 응답을 이용하여 주행차량(200)의 차축을 검지하고 주행속도 및 축간 거리를 계산한 후 이러한 계산된 주행속도, 축간 거리 및 전술한 수학식 1에 의한 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선을 임의의 주행차량(300) 주행시에 얻어진 주거더(210)의 실측 변형률응답과 조합하여 임의의 주행차량(300)에 대한 축중을 산정한다. 물론 산정된 축간 거리와 차량정보 DB(123)를 이용하여 차량종류의 판별이 가능하므로 임의의 주행차량(300)에 대한 축중을 합산하여 총중량을 계산할 수 있다.
이때, 교량(200)을 통과하는 주행차량(300)의 교량(200) 상의 주행위치는 차로와 차량진행 방향의 위치에 의해 표현된다. 이중에서 주행차량(300)의 진행 방향 위치는 주행차량(300)이 교량(200)의 기준위치를 통과한 시각과 주행차량(300)의 주행속도에 의해 계산되므로 이를 계측할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에서는 주행차량(300)의 차축이 교량(200)의 기준위치를 통과한 시각과 차로를 판정하기 위해 영향선의 길이가 짧은 교량부재, 즉, 수직보강재(220)의 응답특성을 이용하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템이 설치되는 대상 교량의 사시도로서, 수직보강재(220)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 주거더(210)의 상부플랜지(201)와 하부플랜지(202) 사이의 복부 측면에 설치되는 부재로서, 차축이 수직보강재(220)의 바로 위를 통과하는 짧은 시간 동안에만 변형이 발생하므로 차축 통과의 계측에 적합하다. 또한, 차량(300)의 주행속도도 상기 수직보강재(220)의 응답특성을 이용하여 계산한다.
구체적으로, 교량 길이방향으로 일정거리 만큼 이격(이격거리)된 수직보강재(220)에 변형률게이지(112)를 부착(두 측정점 A, B)하여 상기 이격된 수직보강재(220)를 통과하는 주행 차량에 의한 변형률을 계측하면, 두 측정점의 차축 통과시각을 알 수 있으며, 여기에 알고 있는 두 측정점의 이격거리를 적용하면 주행차량(300)의 주행속도를 용이하게 산정할 수 있다.
예를 들면, 차축이 특정 A점을 통과하는 경우 A점에 짧은 시간동안에만 변형이 발생하므로 차축을 검지하고 통과 차축의 수를 알 수 있다. 또한, A점을 통과한 차축과 다음 차축들이 A점을 통과하는 시간 차이 및 상기 주행속도로부터 주행차량(300)의 차축거리 산정이 가능하게 된다.
이와 같이 계측된 차축 수 및 차축거리에 의하여 전술한 도 4를 이용하여 주행차량(300)의 차종을 분류할 수 있다.
이에 주행차량(300)의 차축 수, 축간 거리(
, 차축거리), 주행속도(v)를 계측하게 되면 차량중량 계산부(124)에 의하여 축중(Pi) 및 총중량을 계산할 수 있는데 이는 전술한 시험차량의 주행을 통해 구한 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선을 이용하여 계산하게 된다.
다음으로, 차종 판별 알고리즘에 따라 통과 차량을 분리하고(S150), 상기 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화한다(S160). 즉, 축중(
), 축간 거리(
)를 알고 있는 시험차량에 의해 미리 구해진 주거더의 단위하중에 의한 변형률영향선(
) 및 상기 측정 대상 차량의 축중 및 축간 거리를 조합하여, 상기 측정 대상 차량의 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화한다.
다음으로, 상기 측정 대상 차량의 축중 및 총중량을 산출하게 된다(S170).
전술한 주거더(210)의 단위하중에 의한 변형률영향선(
)가 수학식 1에 의해 구해진 상태에서 임의의 주행차량(300)이 교량(200) 위를 주행할 때 실제 계측되는 주거더(210)의 변형률응답에 의해 교량을 통과하는 차량(300)의 중량을 구할 수 있다.
즉, 임의의 차량(300)이 교량(200)을 통과할 때 계측된 변형률응답(
)와 단위하중에 의한 주거더의 변형률영향선(
)의 관계는 전술한 수학식 1과 동일하다. 이에 임의의 차량(300)이 통과할 때 계측된 변형률응답(
)와 단위하중에 의한 주거더(210)의 변형률영향선(
) 및 수직보강재(220)의 응답으로부터 구한 차축의 통과시각 차이(
)가 기지의 값이고, 축중(
)만이 미지의 값이 된다. 만약 여러 개의 주거더(210)에 대한 
와 
가 기지의 값이라면, 수학식 1은 연립방정식 형태로 표현되며, 이로부터 축중(
)를 계산할 수 있다.
다음으로, 상기 측정 대상 차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 비교하여 과적차량을 판단하고(S180), 이후, 상기 측정 대상 차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 과적 차량인 것으로 판단한 경우, 상기 과적차량의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 전송한다(S190).
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서 온도 변형 및 활하중에 따른 변형률응답, 온도 변형에 따른 변형률응답, 및 활하중에 따른 변형률응답을 나타내는 도면이다.
교량부재에서 계측되는 변형률은, 도 9의 a)에 도시된 바와 같이, 활하중에 의한 변형률(이하, 활하중 변형률)과 온도변화에 의한 변형률(이하, 온도 변형률)의 두 가지 성분이 포함된다. 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서는 활하중 변형률의 변동만을 대상으로 주행 차량의 총중량을 산출해야 하므로 계측 결과에 대해, 도 9의 b)에 도시된 바와 같이, 온도변형에 의한 응답과, 도 9의 c)에 도시된 바와 같이, 활하중에 의한 응답으로 각각 분리할 필요가 있다.
이러한 온도 변형률은 온도의 일변동 및 계절에 따라 변화하므로 활하중 변형률과 비교하면, 도 9의 b)에 도시된 바와 같이, 매우 장주기적인 변동 특성을 갖는다. 즉, 짧은 시간동안, 예를 들면, 1~2분 사이에는 온도 변화가 무시할 수 있을 정도로 매우 작으므로 온도에 의한 변형률 변화는 거의 발생하지 않는다고 볼 수 있다. 따라서 짧은 시간동안의 계측데이터에 대해 빈도 해석을 실시하여 얻어지는 최빈치(Mode value)가 온도의 영향에 의한 변형률 성분으로 볼 수 있으며, 이러한 방법으로 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서는 활하중 변형률과 온도 변형률을 각각 분리하는 기능을 포함한다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템에서 동특성 보정 개념을 예시하는 도면이다.
차량이 교량 위를 주행하는 경우, 노면 상태, 교량과 차량의 상호작용 등에 의해 교량의 응답은 증폭되며, 이를 동하중 효과라고 한다. 차량의 실제 중량은 이러한 동하중 효과를 포함하지 않은 상태에 대한 것이므로, 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템은 회귀분석법의 일종인 최소자승법, 즉, 잔차의 제곱을 최소화시키는 방법에 의해서, 도 10에 도시된 바와 같이, 동하중 효과를 제거할 수 있다.
한편, 도로를 이용하는 차량의 종류는 승용차, 버스 및 화물차로 크게 구분된다. 교통량은 승용차가 전체 교통량의 약 60~70%로서 대부분을 차지하지만 교량구조물과 도로포장의 내구성 및 유지관리계획 수립에 있어서 중요한 비중을 차지하는 것은 화물차, 특히 대형화물차이다. 따라서 도로의 유지관리계획 수립을 목적으로 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측 시스템을 이용하는 경우, 교량을 통행하는 모든 차량을 대상으로 하는 것은 비효율적이므로 본 발명의 실시예에서는 일정 규모 이상의 차량에 대한 중량을 산출하기 위한 트리거(Trigger) 기능을 포함한다. 예를 들어 승용차가 교량 위를 주행할 때 발생하는 주거더 중앙부의 최대 변형률이 
이라 하면, 
을 초과하는 변형률에 대해서만 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측 시스템이 작동하도록 설정하는 것이 트리거 기능이다.
전술한 활하중 변형률과 온도 변형률의 분리, 동하중 효과 제거 및 트리거 기능은 상기 차량중량 계산부(124)에서 보정프로그램을 이용하여 작동하게 된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법의 특징을 요약하면 다음과 같다.
첫째로, 교량의 응답특성을 이용하여 교량을 통과하는 차량의 중량을 계측하고 이러한 계측된 차량의 중량이 허용기준을 넘는지 여부를 판단하고, 만약 허용기준을 넘을 경우, 예를 들면, 교량에 설치된 카메라를 이용하여 과적 차량의 차량번호를 인식할 수 있다.
둘째로, 교량 응답특성을 이용하여 주행차량의 중량을 계측하는 방법으로서, 대상으로 하는 교량부재의 영향선(influence line, 하중에 의한 변형률영향선) 길이에 따라 두 가지로 구분할 수 있다. 예를 들면, 영향선 길이가 긴 교량부재의 응답특성을 이용하는 방법은 영향선 길이가 짧은 경우에 비해 차로 내에서 교축직각방향(차량 진행 방향과 직각이 되는 방향)의 재하 위치가 다소 변화하여도 응답의 크기 변화가 크지 않고, 차량과 교량의 상호작용에 의해 발생되는 동적인 영향을 분리하는 것이 비교적 용이한 장점이 있다. 그러나 교량의 규모가 큰 경우, 영향선 길이가 긴 특성으로 인해 계측대상으로 하는 차량이외에 교량 상에 재하되는 차량에 의한 영향이 응답특성에 포함되며, 이러한 영향을 분리하는 것이 어렵다는 기본적인 문제가 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 영향선 길이가 긴 교량부재의 응답을 이용하는 방법뿐만 아니라 영향선 길이가 짧은 교량부재의 응답을 함께 이용하여 주행차량의 중량을 계측한다. 이때, 상기 영향선 길이가 긴 교량부재는 교량부재중 주거더(Main girder)와 같이 길이방향(교축 방향)으로 길게 연장되는 교량부재로서 차량의 전륜 또는 후륜에 의한 축중에 의한 변형률영향선이 길게 형성되는 경우를 의미한다. 또한, 상기 영향선 길이가 짧은 교량부재는, 도 8에 도시된 바와 같이, 교량부재중 거더의 상부플랜지와 하부플랜지 사이의 복부 측면에 수직방향으로 설치되는 수직보강재(스티프너)와 같은 교량부재로서 차량의 전륜 또는 후륜에 의한 축중에 의한 변형률영향선이 교축방향으로 짧게 형성되는 경우를 의미한다. 이때, 상기 영향선은 특정 지점에서 하중이 작용할 때 상기 특정 지점으로부터 다른 지점까지 상기 하중에 의한 변형률의 영향을 정량적으로 표시한 것이다.
셋째로, 대상교량에 시험차량(차량의 축간 거리 및 축중이 기지인 차량)의 주행을 통해 영향선이 길이가 긴 교량부재의 단위하중에 의한 변형률영향선을 미리 산정한다. 그 후 임의의 차량 주행시 차량에 관한 제반 정보를 얻기 위해 영향선 길이가 짧은 교량부재의 변형률 응답을 이용하여 주행차량을 검지하고, 차축 수, 주행속도 및 축간 거리를 산정한 후 길이가 긴 교량부재의 변형률 응답과 상기의 단위하중에 의한 변형률영향선을 이용하여 주행차량의 축중 및 총중량을 구하게 된다.
넷째로, 교량부재에서 계측되는 변형률에는 활하중에 의한 변형률(이하 활하중 변형률)과 온도변화에 의한 변형률(이하 온도 변형률)의 두 가지 성분이 포함된다. 본 발명의 실시예에서는 활하중 변형률의 변동만을 대상으로 차량중량을 산출하므로 계측 결과에 대해 활하중과 온도 변형률에 의한 응답을 각각 분리할 필요가 있다. 온도 변형률은 온도의 일변동 및 계절에 따라 변화하므로 활하중 변형률과 비교하면 매우 장주기적인 변동 특성을 갖으며, 이러한 특성을 고려하여 본 발명의 실시예에서는 활하중 변형률과 온도 변형률을 분리하는 기능을 포함한다.
다섯째로, 차량이 교량 위를 주행하는 경우, 노면상태, 교량과 차량의 상호작용 등에 의해 교량의 응답은 증폭되며, 이를 동하중 효과라고 한다. 차량의 실제 중량은 이러한 동하중 효과를 포함하지 않은 상태에 대한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 최소자승법 등에 의해 동하중 효과를 제거하는 기능을 포함한다.
여섯째로, 도로를 이용하는 차량의 종류는 승용차, 버스 및 화물차로 크게 구분된다. 교통량은 승용차가 전체교통량의 약 60~70%로서 대부분을 차지하지만 교량구조물과 도로포장의 내구성 및 유지관리계획 수립에 있어서 중요한 비중을 차지하는 것은 화물차, 특히 대형화물차이다. 따라서 도로의 유지관리계획 수립을 목적으로 본 발명의 실시예에 따른 차량중량 계측 시스템을 이용하는 경우, 교량을 통행하는 모든 차량을 대상으로 하는 것은 비효율적이므로 본 발명의 실시예에서는 일정 규모 이상의 차량에 대한 중량을 산출하기 위한 트리거(trigger) 기능도 포함된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 차량중량 계측 시스템
200: 교량
300: 차량
110: 교량 응답특성 획득부
120: 교량 응답데이터 처리부
130: 과적차량 단속부(카메라)
111: 주거더 변형률게이지
112: 수직보강재 변형률게이지
121: 동적 증폭기(Dynamic Amplifier)
122: A/D 변환기(아날로그/디지털 변환기)
123: 차량정보 DB
124: 차량중량 계산부
125: 과적 판단부
210: 주거더
220: 수직보강재
200: 교량
300: 차량
110: 교량 응답특성 획득부
120: 교량 응답데이터 처리부
130: 과적차량 단속부(카메라)
111: 주거더 변형률게이지
112: 수직보강재 변형률게이지
121: 동적 증폭기(Dynamic Amplifier)
122: A/D 변환기(아날로그/디지털 변환기)
123: 차량정보 DB
124: 차량중량 계산부
125: 과적 판단부
210: 주거더
220: 수직보강재
Claims (10)
- 교량을 통과하는 주행차량의 중량을 계측하여 과적을 단속하는 차량중량 계측 시스템에 있어서,
주거더에 설치되는 주거더 변형률게이지 및 수직보강재에 설치되는 수직보강재 변형률게이지를 구비하여, 주행차량이 교량의 상부를 주행할 때 발생하는 시간에 따른 변형률인 교량 응답특성(변형률)을 획득하는 교량 응답특성 획득부;
상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 주행차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하고, 상기 주거더 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 주행차량의 축중 및 총중량을 구하며, 상기 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 판단하는 교량 응답데이터 처리부; 및
상기 교량 응답데이터 처리부에서 상기 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 과적 차량인 것으로 판단한 경우, 상기 과적차량의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 전송하는 과적차량 단속부를 포함하며
상기 교량 응답특성 획득부는, 교량의 길이 방향(교축 방향)으로 연장되는 주거더에 설치되고, 변형률영향선 길이가 긴 주거더로부터 교량 응답특성을 획득하는 주거더 변형률게이지; 및 교량의 강구조 부재의 보강을 위해 수직 방향에 배치되는 수직보강재에 설치되고, 변형률영향선 길이가 짧은 수직보강재로부터 교량 응답특성을 획득하는 수직보강재 변형률게이지를 포함하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 교량 응답데이터 처리부는,
아날로그 신호인 교량 응답특성을 증폭시키는 동적 증폭기(Dynamic Amplifier);
상기 증폭된 아날로그 신호인 교량 응답특성을 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;
차량 분류 정보, 차종 정보, 차체 정보 및 차축 배열 정보가 저장된 차량정보 DB;
상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 주행차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하고, 상기 주거더 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 주행차량의 축중 및 총중량을 구하는 차량중량 계산부; 및
상기 주행차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 판단하는 과적 판단부
를 포함하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 차량중량 계산부는, 축중(), 축간 거리(
)를 알고 있는 시험차량에 의해 미리 구해진 주거더의 단위하중에 의한 변형률영향선(
) 및 측정 대상 차량의 축중 및 측간 거리를 조합하여, 상기 측정 대상 차량의 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화하는 것을 특징으로 하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 차량중량 계산부는, 활하중 변형률 및 온도 변형률이 포함된 계측 결과에 대해, 온도변형에 의한 응답과 활하중에 의한 응답으로 분리하여, 활하중 변형률의 변동만을 대상으로 주행 차량의 총중량을 산출하는 것을 특징으로 하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 차량중량 계산부는, 교량 위를 주행할 때 발생하는 주거더 중앙부의 최대 변형률이 일정 규모 이상인 변형률에 대해서만 작동하는 트리거(Trigger) 기능이 설정된 것을 특징으로 하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 과적차량 단속부는 상기 교량의 소정 높이에 설치되어 상기 과적차량의 차량번호를 촬영하는 카메라인 것을 특징으로 하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템. - 교량을 통과하는 주행차량의 중량을 계측하여 과적을 단속하는 차량중량 계측 방법에 있어서,
a) 측정 대상 차량이 교량을 통과할 경우, 주거더에 설치된 주거더 변형률게이지 및 수직보강재에 설치된 수직보강재 변형률게이지가 각각 교량 응답특성(변형률)을 계측하는 단계;
b) 상기 수직보강재 변형률게이지에 의한 교량 응답특성을 이용하여 상기 측정 대상 차량의 차축 검지, 차축수, 축간 거리 및 주행속도를 산정하는 단계;
c) 차종 판별 알고리즘에 따라 통과 차량을 분리하는 단계;
d) 상기 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화하는 단계;
e) 상기 측정 대상 차량의 축중 및 총중량을 산출하는 단계; 및
f) 상기 측정 대상 차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는지 여부를 비교하여 과적차량을 판단하는 단계
를 포함하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법. - 제8항에 있어서,
g) 상기 측정 대상 차량의 축중과 총중량이 허용기준을 넘는 과적 차량인 것으로 판단한 경우, 상기 과적차량의 차량번호를 인식하여 과적차량 정보를 전송하는 단계를 추가로 포함하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법. - 제8항에 있어서,
상기 d) 단계는, 축중(), 축간 거리(
)를 알고 있는 시험차량에 의해 미리 구해진 주거더의 단위하중에 의한 변형률영향선(
) 및 상기 측정 대상 차량의 축중 및 축간 거리를 조합하여, 상기 측정 대상 차량의 주거더 변형률의 실측치와의 오차가 최소화되는 방향으로 최적화하는 것을 특징으로 하는 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 방법.
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| KR1020110100079A KR101105854B1 (ko) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | 교량 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템 및 그 방법 |
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| KR101105854B1 true KR101105854B1 (ko) | 2012-01-17 |
Family
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