KR101803603B1 - Gps를 활용한 지반침하 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광역지구의 지형변화를 감시, 감지, 예측하여서 재해사고 예방에 필요한 조치를 사전에 취할 수 있도록 하는 지형변화 모니터링 시스템에 관한 것이다.
각 지점의 융기 및 침하에 따른 지형변화를 실시간으로 감시할 수 있도록, 각 지점에 분산 설치되어 지면의 각도변화를 측정하는 복수의 측정장치와, 각 측정장치의 좌표와 각도변화량을 수집하는 단말기와, 상기 단말기에 연결되며 연산프로그램이 탑재되어 단말기에 수집된 각 측정장치의 좌표데이터와 각도변화량데이터를 이용하여 각 지점의 높낮이 변화를 측정하는 연산장치 등을 포함한다.
이에 따라, 각 지점의 지형변화에 따른 지반침하를 실시간으로 감시할 수 있으며, 수준측량 등에 비하여 사용이 편리하다.

Description

GPS를 활용한 지반침하 감시 시스템{SINKHOLE MONITORING SYSTEM WITH GPS}

본 발명은 지반침하 등에 따른 지형변화를 감시, 감지, 예측하여서 재해사고 예방에 필요한 조치를 사전에 취할 수 있도록 하는 지형변화 모니터링 시스템에 관한 것이다.

이를 위하여 수준측량을 실시할 수 있으며 상기 수준측량의 경우, 각 지점을 기준으로 다른 지점의 상대높이를 측정하여 전체적인 지형을 측정한다.

그리고 광범위한 지역에 지형변화가 발생하는 경우, 일정 지역의 지면이 완만한 경사를 형성하면서 오목하게 침하되거나, 볼록하게 융기하게 되는 것이 보통므로, 각 지점의 경사각 변화를 측정하여, 간접적으로 지면의 침하 또는 융기상태를 감시하는 방법이 있다.

종래에는 일반적으로 통용되고 있는 수준측량이 대표적인 바, 상기 수준측량의 경우, 각 지점을 기준으로 다른 지점의 상대높이를 측정하여 전체적인 지형을 측정한다. 그런데, 측정에 시간과 비용이 많이 소요되며 광범위한 지역에서 발생되는 전체적인 지형변화에 대해서는 실시간으로 감시하기에 충분치 못하다.

더하여, 일반적인 수준측량은 기초적으로 지형의 각 지점의 높낮이를 측정하여 기본데이터를 구축한 후, 재차 각 지점의 높낮이를 측정하여 기본데이터와 새로 측정된 데이터의 높이차이를 일일이 계산하여야 하는 번거로움을 줄일 필요가 있다.

한편, GPS를 이용한 지형변화 모니터링 시스템에 관한 등록특허 제766070호(2007.10.04)가 개시되어 있는 바,

지면(1)에 고정설치되는 지지대(11)와, 상기 지지대(11)에 수평방향으로 회전가능하게 장착된 하우징(12)과, 상기 하우징(12)에 구비되며 하우징(12)의 기울기값을 측정하는 기울기감지장치(13)와, 고유 ID데이터가 저장된 메모리(14a)가 구비되며 상기 기울기감지장치(13)에 연결되어 기울기감지장치(13)에 의해 측정된 기울기값을 메모리(14a)에 저장하는 측정제어부(14)와, 상기 측정제어부(14)에 연결되어 측정제어부(14)에서 출력되는 ID데이터와 기울기값 데이터를 무선송출하는 무선송출부(15)와, 상기 측정제어부(14)에 연결되어 ID데이터를 출력하는 출력단자(16)와, 상기 측정제어부(14)에 연결된 측정컨트롤패널(17)과, 상기 하우징(12)에 구비된 방위각측정장치(18)와, 상기 하우징(12)에 연결되며 방위각측정장치(18)의 제어신호에 의해 작동되어 기울기감지장치(13)가 일정한 방위를 향하도록 하우징(12)을 회전시키는 구동모터(19)를 포함하여, 측정하고자 하는 지역에 이격 배치되는 복수개의 측정장치(10)와;

케이스(21)와, 상기 케이스(21)에 구비되며 좌표를 측정하여 측정된 좌표데이터를 출력하는 GPS유닛(22)과, 각 측정장치(10)의 무선송출부(15)에서 출력된 ID데이터와 기울기값 데이터를 수신하는 무선수신부(23)와, 상기 측정장치(10)의 출력단자(16)에 연결되는 입력단자(24)와, 상기 GPS유닛(22)과 무선수신부(23) 및 입력단자(24)를 통해 수집된 ID데이터와 좌표데이터 및 기울기값 데이터가 저장되는 메모리(25a)가 구비된 단말기제어부(25)와, 상기 단말기제어부(25)에 연결된 단말기컨트롤패널(26)을 포함하는 단말기(20)와;

수집된 각 측정장치(10)의 좌표데이터와 기울기값 데이터를 바탕으로 지형의 변화량을 연산하는 연산프로그램(31)이 탑재되며, 상기 단말기(20)의 단말기제어부(25)와 통신가능하게 연결되어, 단말기제어부(25)의 메모리(25a)에 저장된 각 측정장치(10)의 기울기값과 좌표데이터를 수신하여 연산프로그램(31)을 이용하여 지형의 변화를 산출한 후 출력하는 연산장치(30)를 포함하며,

상기 측정장치(10)의 지지대(11) 일측에는 단말기(20)가 탈착가능하게 결합되는 결합부(10a)가 형성되어 제공된다.

전술된 구성에 따르면,

각 측정장치(10)가 각 지점의 기울기 변화를 측정하여 삼각측량법을 이용한 간접 수준측량법을 이용하여, 전체적인 지형변화를 측정하므로, 넓은 지역이라도 지형변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는 장점이 있고,

또한, 상기 측정장치(10)에는 기울기측정장치(10)와 방위각측정장치(18) 및 구동모터(19)만이 구비되므로, 장치의 코스트가 저렴한 장점이 있고,

또한, 종래에 각 지점의 지형변화량을 계산하기 위해서는, 실제 지형의 각 지점의 높낮이를 측정하여 기준이 되는 데이터에서 높낮이의 변화량을 계산하여야 하는 반면, 본 발명에 따른 지형변화 모니터링 시스템은 각 지점의 높낮이 변화량을 직접 측정하여 그래픽이나 수치로 출력할 수 있으므로, 매우 편리한 장점이 있는 것으로 되어 있다.

전술된 바와 관련하여 해결 과제로서는,

각 지점의 지형변화에 따른 지반침하를 실시간으로 감시는 물론, 넓은 지역이라도 지형변화도 실시간으로 감시하고,

장치의 전체 시스템이 제공하는 가성비를 향상하고,

각 지점의 높낮이 변화량을 직접 측정하여 그래픽이나 수치로 출력할 수 있도록 하는 시스템을 제공하는 것이 필요하다.

또한, 지반침하와 관련이 없는 다른 외력에 의하여 기울임이 발생하는 경우 이를 감지, 판별해서 실재 기울기를 구하는 데에 반영할 수 있는 정보를 습득할 수단이 필요하다.

지면(1)에 고정설치되는 지지대(11)와, 상기 지지대(11)에 수평방향으로 회전가능하게 장착된 하우징(12)과, 상기 하우징(12)에 구비되며 하우징(12)의 기울기값을 측정하는 기울기감지장치(13)와, 고유 ID데이터가 저장된 메모리(14a)가 구비되며 상기 기울기감지장치(13)에 연결되어 기울기감지장치(13)에 의해 측정된 기울기값을 메모리(14a)에 저장하는 측정제어부(14)와, 상기 측정제어부(14)에 연결되어 측정제어부(14)에서 출력되는 ID데이터와 기울기값 데이터를 무선송출하는 무선송출부(15)와, 상기 측정제어부(14)에 연결되어 ID데이터를 출력하는 출력단자(16)와, 상기 측정제어부(14)에 연결된 측정컨트롤패널(17)과, 상기 하우징(12)에 구비된 방위각측정장치(18)와, 상기 하우징(12)에 연결되며 방위각측정장치(18)의 제어신호에 의해 작동되어 기울기감지장치(13)가 일정한 방위를 향하도록 하우징(12)을 회전시키는 구동모터(19)를 포함하며, 측정하고자 하는 지역에 이격배치되는 복수개의 측정장치(10)와;

케이스(21)와, 상기 케이스(21)에 구비되며 좌표를 측정하여 측정된 좌표데이터를 출력하는 GPS유닛(22)과, 각 측정장치(10)의 무선송출부(15)에서 출력된 ID데이터와 기울기값 데이터를 수신하는 무선수신부(23)와, 상기 측정장치(10)의 출력단자(16)에 연결되는 입력단자(24)와, 상기 GPS유닛(22)과 무선수신부(23) 및 입력단자(24)를 통해 수집된 ID데이터와 좌표데이터 및 기울기값 데이터가 저장되는 메모리(25a)가 구비된 단말기제어부(25)와, 상기 단말기제어부(25)에 연결된 단말기컨트롤패널(26)을 포함하는 단말기(20)와;

각 측정장치(10)에 의해 수집된 각 측정장치(10)의 좌표데이터와 기울기값 데이터를 바탕으로 지형의 변화량을 연산하는 연산프로그램(31)이 탑재되며, 상기 단말기(20)의 단말기제어부(25)와 통신가능하게 연결되어, 단말기제어부(25)의 메모리(25a)에 저장된 각 측정장치(10)의 기울기값과 좌표데이터를 수신하여 연산프로그램(31)을 이용하여 지형의 변화를 산출한 후 출력하는 연산장치(30)를 포함하며,

상기 측정장치(10)의 지지대(11) 일측에는 단말기(20)가 탈착가능하게 결합되는 결합부(10a)가 형성된 것을 특징으로 하는 시스템에 있어서,

가성 기울기값을 측정할 수단을 구비하는 GPS를 활용한 지반침하 감시 시스템을 제공한다.

본 발명과 관련하는 시스템 및 그 구성요소에 따르면,

각 지점의 지형변화에 따른 지반침하를 실시간으로 감시할 수 있으며,

넓은 지역이라도 지형변화를 실시간으로 감시가 가능하고,

장치의 전체 시스템이 제공하는 기능 대비 비용을 낮추어 가성비를 향상하고,

각 지점의 높낮이 변화량을 직접 측정하여 그래픽이나 수치로 출력할 수 있도록 한다.

또한, 진성 기울기값을 얻을 수 있어서 시스템의 신뢰도를 향상할 수 있다.

도 1은 GPS를 이용한 지형변화 모니터링 시스템 및 단말기의 구성도.
도 2는 상기 시스템의 연산프로그램의 작용을 보인 예시도.
도 3 A는 지반침하에 따라 진성 기울기값이 발생하는 경우를 예시한 상태도; 도 3 B는 외력의 작용에 의하여 가성 기울기값이 발생하는 경우의 예시를 보인 상태도;
도 4 A는 측정장치에 가성 기울기값 감지수단이 장착된 구성을 보인 예시도; 도 4 B는 외력의 작용에 의하여 가성 기울기값이 발생하는 경우의 예시를 보인 상태도;
도 5 A 및 도 5 B는 상기 도 4의 각 예시의 작동 상태를 보인 예시도.
도 6 A 및 도 6 B는 가성 기울기값 감지수단 부분을 확대하여 보인 예시도.

먼저, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 함께 본 발명의 배경이 되는 기술에 대하여 보다 상세히 알아본다.

도 1에서, 분산하여 배치되어 각 지점의 기울기값을 측정하는 복수개의 측정장치(10)와; 각 측정장치(10)의 좌표와 각 측정장치(10)에 의해 측정된 각 지점의 기울기 값데이터를 실시간으로 수집하는 단말기(20)와; 상기 단말기(20)에 연결되며 단말기(20)에 수집된 각 측정장치(10)의 좌표와 기울기값을 이용하여 지형변화를 산출하여 출력하는 연산장치(30)를 포함하고,

상기 측정장치(10)는 지면(1)에 고정설치되는 지지대(11)와, 상기 지지대(11)에 수평방향으로 회전가능하게 장착된 하우징(12)과, 상기 하우징(12)에 구비되며 하우징(12)의 기울기값을 측정하는 기울기감지장치(13)와, 고유 ID데이터가 저장된 메모리(14a)가 구비되며 상기 기울기감지장치(13)에 연결되어 기울기감지장치(13)에 의해 측정된 기울기값을 수집하여 메모리(14a)에 저장하는 측정제어부(14)와, 상기 측정제어부(14)에 연결되어 측정제어부(14)에서 출력되는 ID데이터와 기울기값 데이터를 무선송출하는 무선송출부(15)와, 상기 측정제어부(14)에 연결되어 ID데이터를 출력하는 출력단자(16)와, 상기 측정제어부(14)에 연결된 측정컨트롤패널(17)과, 상기 하우징(12)에 구비된 방위각측정장치(18)와, 상기 하우징(12)에 연결되며 방위각측정장치(18)의 제어신호에 의해 작동되어 기울기감지장치(13)가 일정한 방위를 향하도록 하우징(12)을 회전시키는 구동모터(19)를 포함하며, 측정하고자 하는 지역에 이격 배치된다.

상기 지지대(11)는 하측에 복수개의 레그(11a)가 구비되어, 앵커볼트(11b) 등으로 지면(1)에 고정설치되어, 지형변화가 발생되어 지면(1)이 기울어지면(1) 지면(1)에 추종하여 기울어진다.

상기 하우징(12)은 지지대(11)의 상단에 베어링(12a)을 매개로 회전가능하게 장착되어 상기 구동모터(19)에 의해 수평방향으로 회전된다.

상기 기울기감지장치(13)는 하우징(12)의 기울기를 감지하는 2개의 기울기감지센서를 평면상에 직각방향으로 배치하여, 수직방향에 대한 측정장치(10)의 기울기를 측정할 수 있다. 이때, 상기 기울기 감지센서는 하우징(12)이 기울어짐에 따라 유체가 이동하거나 금속추가 기울어지는 것을 측정하는 등의 방식을 이용하여, 하우징(12)의 기울기를 측정할 수 있다.

상기 측정제어부(14)는 메모리(25a)에 저장된 ID데이터와 기울기감지장치(13)에 의해 측정된 측정장치(10)의 기울기값 데이터를 일정시간마다 무선송출부(15)를 통해 출력하는 기능을 한다.

상기 출력단자(16)는 단말기(20)의 입력단자(24)와 연결되어, 단말기(20)로 ID데이터를 전송하는 기능을 한다.

상기 측정컨트롤패널(17)은 하우징(12)의 상면에 구비되어, 사용자가 측정컨트롤패널(17)을 조작하여 측정장치(10)를 ON-OFF 시키거나, 측정제어부(14)에 각종 명령을 입력할 수 있다.

상기 방위각측정장치(18)는 전자식 나침반을 이용하여, 하우징(12)과 하우징(12)에 장착된 기울기감지장치(13)가 배치된 방향을 측정한다.

상기 구동모터(19)는 하우징(12)의 내부에 고정장착되며 구동축(19a)이 지지대(11)에 기어(19b)로 연결되어, 방위각측정장치(18)의 신호에 따라 하우징(12)을 회전시키므로써 하우징(12) 내부에 장착된 기울기감지장치(13)가 일정한 방향을 향하도록 조절한다.

이때, 각 측정장치(10)에 구비된 방위각측정장치(18)는 각 측정장치(10)에 구비된 기울기감지장치(13)가 모두 동일한 방향, 특히, 기울기감지장치(13)의 기울기감지센서가 정확히 동서남북 방향의 기울기를 측정할 수 있도록 하우징(12)을 회전시키므로써, 기울기감지장치(13)를 이용하여 측정장치(10)가 수직선을 기준으로 동서남북방향으로 얼만큼 기울어졌는지를 측정할 수 있도록 한다.

또한, 상기 측정장치(10)의 지지대(11) 일측에는 단말기(20)가 탈착가능하게 결합되는 결합부(10a)가 형성된다. 상기 결합부(10a)는 하우징(12)의 상면 일측에 구비되어, 사용자가 결합부(10a)에 단말기(20)를 결합한 상태에서, 단말기(20)와 측정장치(10)를 조작할 수 있도록 구성되며, 상기 출력단자(16)는 결합부(10a)의 내부 일측에 구비되어, 결합부(10a)에 단말기(20)를 결합하면 출력단자(16)와 단말기(20)의 입력단자(24)가 자동으로 상호 연결된다.

이때, 상기 측정제어부(14)는 사용자가 측정장치(10)를 지면(1)에 고정한 후, 컨트롤패널(17)을 이용하여 on 시키면, 상기 기울기측정장치(10)를 제어하여 최초에 측정장치(10)의 기울기를 측정하여, 이를 기초측정값으로 상기 단말기(20)로 송신한 후, 일정시간마다 기울기를 반복측정하여 단말기(20)로 송신한다.

그리고, 상기 단말기(20)는 케이스(21)와, 상기 케이스(21)에 구비되며 좌표를 측정하여 측정된 좌표데이터를 출력하는 GPS유닛(22)과, 각 측정장치(10)의 무선송출부(15)에서 출력된 ID데이터와 기울기값 데이터를 수신하는 무선수신부(23)와, 상기 측정장치(10)의 출력단자(16)에 연결되는 입력단자(24)와, 상기 GPS유닛(22)과 무선수신부(23) 및 입력단자(24)를 통해 수집된 ID데이터와 좌표데이터 및 기울기값 데이터가 저장되는 메모리(25a)가 구비된 단말기제어부(25)와, 상기 단말기제어부(25)에 연결된 단말기컨트롤패널(26)로 구성된다.

상기 케이스(21)는 상기 측정장치(10)의 결합부(10a)에 탈착가능하게 결합되는 합성수지재의 박스로 구성된다.

상기 GPS유닛(22)은 미리 알려진 정지궤도상에 떠있는 인공위성과의 상대위치를 측정하여, 현재위치를 측정하여는 것으로, 단말기(20)가 측정장치(10)의 결합부(10a)에 결합된 상태에서 단말기(20)의 현재위치를 측정하여 측정장치(10)의 위치를 간접적으로 측정하고, 측정된 위치의 좌표데이터를 단말기제어부(25)로 출력한다. 이때, GPS에 의해 측정되는 좌표데이터는 각 측정장치(10)의 수평방향 위치를 나타내는 것으로, 상하방향의 위치 또는 고도를 나타내는 데이터는 포함되지 않는다.

상기 입력단자(24)는 상기 케이스(21)의 외측면에 노출되도록 구비되어, 단말기(20)를 측정장치(10)의 결합부(10a)에 결합고정하면 입력단자(24)가 측정장치(10)의 출력단자(16)와 상호 연결되어, 출력단자(16)에서 출력된 ID데이터를 단말기제어부(25)로 전송한다.

상기 단말기제어부(25)는 입력단자(24)와 수신장치를 통해 수집된 각 측정장치(10)의 ID데이터와 좌표데이터 및 기울기값 데이터를 DB화하여 메모리(25a)에 저장하고, 저장된 데이터를 상기 연산장치(30)로 전송하는 기능을 한다. 그리고, 상기 측정장치(10)의 단말기제어부(25)가 송신장치를 통해 측정장치(10)의 ID데이터와 기울기값 데이터를 지속적으로 송신하므로, 상기 단말기제어부(25)는 입력단자(24)를 통해 각 측정장치(10)의 기울기값을 계속 업데이트 할 수 있다. 이때, 수신된 기울기값 데이터가 어느 측정장치(10)에서 송신된 것인지를 확인하여, 해당 측정정치의 기울기값 데이터를 업데이트할 수 있다.

상기 연산장치(30)는 연산프로그램(31)이 탑재되며, 상기 단말기(20)와 통신가능하게 연결되는 컴퓨터를 이용한다. 이때, 상기 연산장치(30)와 단말기(20)에는 각각 USB포트가 구비되어, USB라인을 통해 연산장치(30)를 단말기(20)의 단말기제어부(25)에 상호 통신가능하게 연결할 수 있다.

상기 연산프로그램(31)은 각 측정장치(10)의 좌표데이터와 기울기값 데이터를 바탕으로 지형의 변화량을 연산하는 기능을 한다.

도 2는 이러한 연산프로그램(31)의 작용을 도시한 것으로, 지면(1)이 평면상태에서 지형변화를 일으켰을 때의 지형변화 연산방식을 예시한 것이다.

도 2 A에 도시한 바와 같이, 평면상태의 지면(1)에 다수개의 측정장치(10)를 분산하여 설치한 후, 단말기(20)에 의해 수집된 각 측정장치(10)의 좌표데이터 및 기울기값 데이터가 연산장치(30)로 저송되면, 연산프로그램(31)은 도 2 B의 (a)에 도시한 바와 같이, 각 측정장치(10)의 중간위치에 가상점(a∼e)을 설정하여, 측정장치(10)로부터 가상점까지의 수평거리를 산출한다.

그리고, 도 2 A의 (b)와 같이, 지형이 변화되어 지면(1)이 기울어짐에 따라 각 측정장치(10)의 기울기값이 변화되면, 연산프로그램(31)은 도 2 B의 (b)에 도시한 바와 같이, 삼각법을 이용하여 각 측정장치(10)와 가상점 간의 높이변화(h1,h2)를 산출하고, 도 2 B의 (c)에 도시한 바와 같이, 가상점의 높이변화치만큼 측정장치(10)의 상하높이(h1+h2)를 변경하고, 변경된 측정장치(10)의 높이변화량을 이용하여 전체적인 지역의 지형변화량을 측정하여, 모니터나 프린터로 출력한다.

이와같이 계산된 각 지점의 높이변화를 이용하여 측정된 지형변화값은 도 C의 점선(연산프로그램(31)에 의해 계산된 변형된 지형형태)과 실선(실제 지형의 변형형태)으로 도시한 바와 유사하다.

그리고, 이러한 방법으로 X축방향과 Y축방향의 지형변화를 측정하므로써, 3차원의 지형변화를 측정할 수 있다.

한편, 평면이 아니라 굴곡이 있는 면의 지형변화를 측정할 경우, 연산프로그램(31)은 전술한 방법을 이용하여, 지면(1)의 실제 형태가 아니라, 지면(1)의 각부분의 높낮이변화만을 측정한다.

다음, 전술된 구성의 작동을 설명하면,

사용자가 지형변화를 측정하고자 하는 지역에 다수개의 측정장치(10)를 분산배치하여 고정한 후, 측정장치(10)의 측정컨트롤패널(17)을 조작하여 측정장치(10)를 on 시키면, 측정장치(10)는 무선송출부(15)와 출력단자(16)를 통해 측정장치(10)의 ID데이터와 기울기값 데이터를 출력한다. 이때, 각각의 측정장치(10)는 방위각측정장치(18)와 구동모터(19)에 의해, 각 측정장치(10)의 기울기감지장치(13)의 측정방향이 모두 동일한 방향(본 실시예의 경우, 동서방향과 남북방향)을 향하도록 하우징(10)이 회전된다.

그리고, 사용자가 측정장치(10)의 결합부(10a)에 단말기(20)를 결합한 후, 단말기(20)의 단말기제어부(25)에 제어신호를 입력하면, 단말기(20)는 측정장치(10)의 출력단자(16)를 통해 출력되는 ID데이터와, GPS유닛(22)에서 출력되는 좌표데이터, 그리고, 측정장치(10)의 송신장치를 통해 송신되는 기울기값 데이터를 수신하여 메모리(25a)의 DB에 각 측정장치(10)의 ID별로 저장한다. 이때, 단말기(20)는 측정장치(10)의 결합부(10a)에 결합된 상태에서 GPS유닛(22)을 이용하여 좌표를 측정하므로써, 단말기(20)가 결합된 측정장치(10)의 좌표를 간접적으로 측정하게 된다.

그리고, 사용자가 모든 측정장치(10)에 단말기(20)를 차례대로 연결하여 각 측정장치(10)의 ID별로 좌표데이터와 기울기값 데이터를 수집한 후, 단말기(20)를 연산장치(30)에 연결하면, 연산장치(30)는 단말기(20)의 DB에 저장된 각 측정장치(10)의 좌표데이터와 기울기값 데이터를 수신하여, 각 측정장치(10)가 설치된 지점의 좌표값과 기울기값을 기준값으로 설정하여 일차 저장한다.

그리고, 지속적으로 각 측정장치(10)로부터 ID데이터와 기울기값 데이터가 송신되면, 단말기(20)는 이를 수신하여 각 측정장치(10)의 기울기값 데이터를 업데이트하고, 측정장치(10)의 기울기값 데이터에 변경이 발생되면, 연산장치(30)는 연산프로그램(31)을 이용하여, 측정장치(10)가 설치된 지점의 높낮이변화를 산출하여 모니터나 프린터를 통해 수치 또는 그래프 등으로 출력할 수 있으므로, 각 지점의 높낮이변화와 이에 따른 지형변화를 실시간으로 확인할 수 있다.

전술된 배경기술은 도 1 및 3 A의 예시처럼, 측정장치(10)가 지면(1)에 정확히 고정되어서 최초에 설정하여 둔 기초 기울기값(a1)이 지면(1)과 일치하고 이후, 지면(1)의 기울기 변화가 발생하는 경우에 지면(1)을 따라 정확하게 그 기울기 변화를 반영하는 진성 기울기값(a2)이 보장되는 경우에만 유효한 것이다.

그런데, 도 3 B에 도시된 바와 같이, 실제 야외 현장에서는 바람, 물체의 충돌 등 다양한 외력이 상기 측정장치(10)에 작용하며 이에 따라 시간이 경과하게 되면 점차 최초에 지면(1)에 대하여 일치하도록 설정하여 둔 기초 기울기값(a1)이 틀어져서 가성 기울기값(a3)을 가질 수 밖에 없게된다. 이렇게 되면 바른 측정은 불가능하여지며 바로 오차, 오류가 발생하는 것이다.

따라서, 이에 대한 가성 기울기값 감지수단(40)이 필요하며, 도 4 및 도 5의 예시가 그것이다.

도 4 A에서, 상기 측정장치(10)에는 지면(1)을 향하도록 배치된 레이저포인트(42)가 고정, 설치된다. 일반적으로 레이저포인트는 레이저빔의 광선을 발사할 수 있도록 제공되고 있다. 상기 레이저포인트(42)는 상기 측정장치(10)의 저부에 나사, 리벳팅, 용접 등으로 고정되는 고정판(41)에 구비되어 고정설치되며, 상기 고정판(41)에는 상기 레이저포인트(42)에서 발사된 레이저빔의 빛이 반사되어서 돌아올 때 그 반사된 빛을 감지할 광센서(43)가 함께 구비된다.

그리고 상기 레이저포인트(42) 아래 지면(1)에는 상기 레이저포인트(42)의 표적이 되는 반사체(45)가 지면(1)에 움직이지 않게 고정핀(44)을 통하여 단단히 고정설치된다. 상기 반사체(45)는 반사율이 좋은 금속제의 거울 등으로 제공될 수 있다.

그리고 도 5 A에 예시된 바와 같이, 상기 레이저포인트(42)에서 출발한 레이저빔의 입사광(b1)이 상기 반사체(45)에 반사되어 상기 광센서(43)에 도달하도록 처음 셋팅을 하도록 한다.

전술된 설치 및 셋팅이 된 이후에, 도 4 B의 예시와 같이, 지면(1)의 침하 등에 따른 지형변화와 관련없는 다른 외력이 작용해서 상기 측정장치(10)가 기울어져서 기초 기울기값(a1)에 대하여 지면(1)의 실제 기울기와 관련없는 가성 기울기값(a3)을 가지게 되는 경우에, 도 5 B의 예시처럼, 상기 입사광(b1)이 상기 반사체(45)의 정상적인 반사 포인트를 벗어나게 되어서 반사를 할 수 없게 되거나 또는, 벗어난 반사광(b3)이 상기 광센서(43)를 벗어나게 되어 지정된 센서 포인트에 도달하지 못 하게 되며, 이를 비정상상태라고 한다.

상기 광센서(43)는 상기 측정제어부(14)에 연결되어서 상기 비정상상태의 정보를 상기 무선송출하는 상기 무선송출부(15)를 통하여 송출하여 상기 단말기(20)의 무선수신부(23)에서 수신하게 된다. 그리고 사용자는 상기 단말기(20)를 통하여 상기 비정상상태의 정보를 접수하여 현장 상황을 파악하거나 필요한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.

더하여, 도 6 A 및 도 6 B의 예시처럼, 상기 광센서(43)의 감광 면적을 넓게하여서 벗어난 반사광(b3)의 위치를 감지할 수 있게 되면, 상기 벗어난 반사광(b3)의 위치 정보에 따라 가성 기울기값(b3)의 정도를 계산할 수 있다. 이러한 계산은 통상의 컴퓨터 연산 과정을 통하여 수행될 수 있으므로 생략한다.

상기 기울기감지장치(13)에서 감지된 전체 기울임값과 상기 가성 기울기값을, 상기 연산장치(30)의 연산프로그램(31)이, 가감하여 계산하면 진성 기울기값을 구할 수 있다.

10 : 측정장치 13 : 기울기감지장치
14 : 측정제어부 15 : 무선송출부
20 : 단말기 23 : 무선수신부
30 : 연산장치 31 : 연산프로그램
40 : 가성 기울기값 감지수단 41 : 고정판
42 : 레이저포인트 43 : 광센서
44 : 고정핀 45 : 반사체

Claims (1)

1. 지면에 고정되는 지지대와, 수평방향 회전 가능케 상기 지지대에 장착되는 하우징과, 상기 하우징의 기울기값을 측정하는 기울기감지장치와, 고유 ID데이터가 저장된 메모리와, 상기 기울기감지장치에 의해 측정된 기울기값을 메모리에 저장하는 측정제어부와, 상기 측정제어부에서 출력되는 ID데이터와 기울기값 데이터를 무선송출하는 무선송출부와, 상기 측정제어부에 연결되어 ID데이터를 출력하는 출력단자와, 상기 측정제어부에 연결된 측정컨트롤패널과, 상기 하우징에 구비된 방위각측정장치와, 상기 방위각측정장치의 제어신호를 따라 상기 기울기감지장치가 일정한 방위를 향하도록 하우징을 회전시키는 구동모터를, 포함하는 측정장치가 다수 구비되어 측정하고자 하는 지역에 서로 이격 배치되고,
   케이스와, 상기 케이스에 구비되며 좌표를 측정하여 측정된 좌표데이터를 출력하는 GPS유닛과, 각 측정장치의 무선송출부에서 출력된 ID데이터와 기울기값 데이터를 수신하는 무선수신부와, 상기 측정장치의 출력단자에 연결되는 입력단자와, 상기 GPS유닛과 무선수신부 및 입력단자를 통해 수집된 ID데이터와 좌표데이터 및 기울기값 데이터가 저장되는 메모리가 구비된 단말기제어부와, 상기 단말기제어부에 연결된 단말기컨트롤패널을 포함하는 단말기와,
   각 측정장치에 의해 수집된 각 측정장치의 좌표데이터와 기울기값 데이터를 바탕으로 지형의 변화량을 연산하는 연산프로그램이 탑재되며, 상기 단말기의 단말기제어부와 통신가능하게 연결되어, 단말기제어부의 메모리)에 저장된 각 측정장치의 기울기값과 좌표데이터를 수신하여 연산프로그램을 이용하여 지형의 변화를 산출한 후 출력하는 연산장치를 포함하며,
   상기 측정장치의 지지대 일측에는 단말기가 탈착가능하게 결합되는 결합부가 형성되고,
   가성 기울기값을 측정할 수단을 구비하는 시스템에 있어서,
   상기 측정장치(10)에는 지면(1)을 향하도록 배치되어 레이저빔의 광선을 발사할 레이저포인트(42)가 구비되며, 상기 레이저포인트(42)는 상기 측정장치(10)의 저부에 고정되는 고정판(41)에 설치되며, 상기 고정판(41)에는 상기 레이저포인트(42)에서 발사된 레이저빔의 빛이 반사되어서 돌아올 때 그 반사된 빛을 감지할 광센서(43)가 함께 구비되고,
   상기 레이저포인트(42) 아래의 지면(1)에는 상기 레이저포인트(42)의 표적이 되는 반사체(45)가 설치되며, 상기 반사체(45)는 움직이지 않게 고정핀(44)을 통하여 지면(1)에 고정되고,
   처음에, 상기 레이저포인트(42)에서 출발한 레이저빔의 입사광(b1)이 상기 반사체(45)에 반사되어 상기 광센서(43)에 도달하도록 셋팅이 되고,
   이후에, 지면(1)의 침하에 따른 지형변화와 관련 없는 다른 외력의 작용으로 상기 측정장치(10)가 기울어져서, 기초 기울기값(a1)에 대하여 지면(1)의 실제 기울기와 관련이 없는 가성 기울기값(a3)을 가지게 되는 경우에,
   상기 입사광(b1)이 상기 반사체(45)의 정상적인 반사 포인트를 벗어나게 되어서 반사를 할 수 없게 되거나 또는, 벗어난 반사광(b3)이 상기 광센서(43)를 벗어나게 되어 지정된 센서 포인트에 도달하지 못 하는 비정상상태가 되고,
   상기 광센서(43)는 상기 측정제어부(14)에 연결되어서 상기 비정상상태의 정보를 상기 무선송출부(15)를 통하여 송출하고, 상기 단말기(20)의 무선수신부(23)에서 수신하게 되며,
   사용자는 상기 단말기(20)를 통하여 상기 비정상상태의 정보를 접수하여 현장 상황을 파악하거나 필요한 조치를 취할 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 GPS를 활용한 지반침하 감시 시스템.

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