KR20170120736A - Railway bridge monitoring system and method using wireless sensor network - Google Patents

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KR20170120736A KR1020160048748A KR20160048748A KR20170120736A KR 20170120736 A KR20170120736 A KR 20170120736A KR 1020160048748 A KR1020160048748 A KR 1020160048748A KR 20160048748 A KR20160048748 A KR 20160048748A KR 20170120736 A KR20170120736 A KR 20170120736A
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Abstract

Disclosed are a system and a method for monitoring a railway bridge using a wireless sensor network. According to an embodiment of the present invention, the system for monitoring a railway bridge using a wireless sensor network comprises: at least one first wireless sensor which is installed on a bridge to measure an impact load of the bridge at all times, is triggered by an impact load transferred to the bridge, and generates an impact generation signal; at least one second wireless sensor installed on the bridge, and switched to an active state from an inactive state to measure an impact load of the bridge when a measurement start signal is received; and a base station to receive an impact generation signal from the first wireless sensor to transmit an impact start signal responding to the impact generation signal to the second wireless sensor, and transmit a reference time to the first and the second wireless sensor at prescribed time intervals to allow the first and the second wireless sensor to time-synchronize an internal time based on the reference time and arrange time-synchronized data based on the reference time to data-synchronize time-synchronized data.

Description

무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템 및 모니터링 방법{RAILWAY BRIDGE MONITORING SYSTEM AND METHOD USING WIRELESS SENSOR NETWORK}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a bridge monitoring system and a monitoring method using a wireless sensor network.

본 발명은 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a bridge monitoring system and a monitoring method using a wireless sensor network.

일반적으로 교량구조물은 시공 직후부터 지진, 태풍, 선박 및 차량충돌 등 다양한 하중을 받게 된다. 예를들어, 고속 철도 교량은 교량의 자중, 철도차량의 하중 및 특히 철도차량의 속도에 의한 충격하중에 의한 영향을 크게 받는다.In general, bridge structures are subject to various loads immediately after construction such as earthquakes, typhoons, ships, and vehicle collisions. For example, high-speed rail bridges are heavily influenced by the weight of bridges, the loads of railway vehicles, and particularly the impact loads due to the speed of railway cars.

그러므로, 교량의 충격하중을 분석하는 것은 교량의 건전성에 매우 중요한 역할을 하나 이에 대한 연구가 매우 부족한 실정이다.Therefore, analyzing the impact load of bridges plays a very important role in the integrity of bridges, but there is a very lack of research on them.

최근에는 센서 기술의 발전으로 스마트 무선센서를 이용하여 교량의 건전성을 평가하는 연구들이 주목받고 있다. 무선센서는 기존의 유선센서와 비교하여 저비용으로 다수의 물리량 계측이 가능하다는 점과 무선통신으로 인해 설치가 용이한 장점이 있다.Recently, the development of sensor technology has been attracting attention for evaluating the health of bridges using smart wireless sensors. The wireless sensor is advantageous in that it can measure many physical quantities at low cost compared with the existing wired sensors and is easy to install due to wireless communication.

그러나, 열차의 통행 시 무선센서 네트워크를 이용하여 실제 교량에서 발생하는 충격 하중을 계측하고자 하는 경우, 교량에 가해지는 충격 하중의 지속시간이 10초 내외로 매우 짧아 무선센서 네트워크를 동기화시켜 교량의 동적 거동을 계측하는데 어려움이 있다. 이는 무선센서는 전력소비의 문제로 인해 상시 구동되지 않고 사용자의 명령에 의해 정해진 시간 동안 계측을 수행하기 때문이다.However, in the case of using the wireless sensor network to measure the impact load generated from the actual bridge, the duration of the impact load applied to the bridge is very short, about 10 seconds, so that the wireless sensor network is synchronized, It is difficult to measure the behavior. This is because the wireless sensor is not always driven due to the problem of power consumption and performs the measurement for a predetermined time by the user's command.

따라서, 교량 등의 구조물의 건전성을 평가하기 위해 무선센서 네트워크를 이용하여 교량의 충격하중을 효율적으로 측정할 수 있는 연구가 필요하다.
Therefore, it is necessary to study the impact load of bridges efficiently by using wireless sensor network to evaluate the integrity of structures such as bridges.

대한민국 공개특허 제10-2012-0106038호(2012.09.26. 공개)Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0106038 (Released on September 26, 2012)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상시로 교량의 충격하중을 측정하는 제1 무선센서들과 측정시작 신호를 수신하면 비활성상태에서 활성상태로 전환되어 교량의 충격하중을 측정하는 제2 무선센서들에 베이스 스테이션이 기준시간을 전송하여 제1 무선센서들과 제2 무선센서들이 기준시간을 기초로 내부시간을 시간 동기화하고 측정된 데이터를 동기화할 수 있도록 하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a wireless communication system, comprising first wireless sensors for measuring an impact load of a bridge at all times, and second wireless sensors for measuring an impact load of the bridge by switching from an inactive state to an active state upon receiving a measurement start signal, A bridge monitoring system and a monitoring system using a wireless sensor network in which a base station transmits a reference time so that first wireless sensors and second wireless sensors can time-synchronize internal time based on a reference time and synchronize measured data Method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 교량에 설치되어 상기 교량의 충격하중을 상시 측정하되, 상기 교량에 전달된 충격하중에 의해 트리거되고 충격발생 신호를 생성하는 적어도 하나 이상의 제1 무선센서; 상기 교량에 설치되되, 측정시작 신호를 수신하면 비활성상태에서 활성상태로 전환되어 상기 교량의 충격하중을 측정하는 적어도 하나 이상의 제2 무선센서; 및 상기 제1 무선센서로부터 상기 충격발생 신호를 수신하여 상기 제2 무선센서에 상기 충격발생 신호에 대응하는 상기 측정시작 신호를 송신하고, 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송하여 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서가 상기 기준시간을 기초로 내부 시간을 시간 동기화하고 상기 시간 동기화된 데이터를 상기 기준시간을 기초로 배열하여 데이터 동기화하도록 하는 베이스 스테이션을 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, at least one first wireless sensor installed on a bridge and always measuring an impact load of the bridge, the first wireless sensor being triggered by an impact load transmitted to the bridge and generating an impact generation signal; At least one second wireless sensor installed in the bridge, the at least one second wireless sensor being switched from an inactive state to an active state upon receiving a measurement start signal to measure an impact load of the bridge; And a second wireless sensor for receiving the shock generation signal from the first wireless sensor and transmitting the measurement start signal corresponding to the shock generation signal to the second wireless sensor, Wherein the first wireless sensor and the second wireless sensor time-synchronize the internal time based on the reference time and arrange the time-synchronized data on the basis of the reference time to synchronize data, A bridge monitoring system using a wireless sensor network including a station can be provided.

저전력 모드와 낮은 계측 주파수에서 상기 교량에 전달된 충격하중을 상시 측정하되, 상기 충격하중이 설정값 이상이면 고전력 모드와 높은 계측 주파수로 상기 교량에 전달된 충격하중을 정밀 측정하도록 트리거되고 상기 충격발생 신호를 상기 베이스 스테이션에 전송할 수 있다.Wherein the bridge is triggered to precisely measure an impact load delivered to the bridge at a low power mode and a low measurement frequency and if the impact load is greater than a set value, Signal to the base station.

상기 제1 무선센서에서 상기 베이스 스테이션에 상기 충격발생 신호를 전송하고 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제1 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)은 △t1 + (N × △t2) + △t3 이며, 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제2 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tnode)은 (N × △t2) + △t3 이며, 상기 제1 무선센서는 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)을 기초로 첫 번째 상기 기준시간이 도달하기 이전의 내부 시간을 보정할 수 있다.The time (? Tsentry) required for the first wireless sensor to transmit the impact generation signal to the base station and the first reference time to reach the first wireless sensor from the base station is? Tsentry is? T 1 + (N x? T 2 ) +? T 3 And the time (Δtnode) required for the first reference time to reach the second wireless sensor from the base station is (N × Δt 2 ) + Δt 3 And the first wireless sensor can correct the internal time before the first reference time arrives based on the time Δt sentry required for the first reference time to reach.

여기서, △t1은 상기 제1 무선센서에서 전송한 상기 충격발생 신호가 상기 베이스 스테이션에 도달하는데 소요되는 시간이고, N은 상기 베이스 스테이션에서 상기 제2 무선센서에 상기 측정시작 신호를 전송한 횟수이고, △t2는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 상기 측정시작 신호가 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간이고, △t3는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 상기 기준시간이 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간이다.Here, △ t 1 is the time at which the said impact generating signals transmitted from the first wireless sensors that are required to reach to the base station, N is the number of transmitting the measurement start signal to the second wireless sensor in the base station Δt 2 is a time required for the measurement start signal transmitted from the base station to reach the second wireless sensor, Δt 3 is a time required for the reference time transmitted from the base station to be transmitted to the first wireless sensor Is the time required to reach the second wireless sensor.

상기 베이스 스테이션은 상기 제1 무선센서에서 전송된 상기 충격발생 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부에서 수신된 상기 충격발생 신호에 대응하는 상기 측정시작 신호를 상기 제2 무선센서에 전송하고, 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서 각각에 소정 시간간격으로 상기 기준시간을 전송하는 송신부를 포함할 수 있다.Wherein the base station comprises: a receiver for receiving the shock generation signal transmitted from the first wireless sensor; And transmitting the measurement start signal corresponding to the shock generation signal received at the receiver to the second wireless sensor and transmitting the reference time to the first wireless sensor and the second wireless sensor at predetermined time intervals And a transmitting unit.

첫 번째 상기 기준시간과 마지막 상기 기준시간 사이의 충격발생 구간 동안 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에서 측정되고 시간 동기화 및 데이터 동기화된 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.And a display unit for displaying time synchronized data and data synchronized data measured by the first wireless sensor and the second wireless sensor during an impact occurrence period between the first reference time and the last reference time.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 교량에 설치된 적어도 하나의 제1 무선센서가 상기 교량에 전달된 충격하중에 의해 트리거되고 충격발생 신호를 생성하는 단계; (b) 베이스 스테이션이 상기 제1 무선센서로부터 상기 충격발생 신호를 수신하여 상기 교량에 설치되는 적어도 하나의 제2 무선센서에 측정시작 신호를 송신하고 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송하는 단계; 및 (c) 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서의 내부 시간을 상기 기준시간을 기초로 시간 동기화하는 단계를 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting an impact, comprising: (a) at least one first wireless sensor installed in a bridge being triggered by an impact load transmitted to the bridge and generating an impact generation signal; (b) the base station receives the shock generation signal from the first wireless sensor and transmits a measurement start signal to at least one second wireless sensor installed in the bridge, and the first wireless sensor and the second wireless sensor Transmitting a reference time at predetermined time intervals; And (c) time-synchronizing the internal time of the first wireless sensor and the second wireless sensor based on the reference time.

상기 (a) 단계에서 상기 제1 무선센서는 저전력 모드와 낮은 계측 주파수에서 상기 교량에 전달된 충격하중을 측정하되, 상기 충격하중이 설정값 이상이면 고전력 모드와 높은 계측 주파수로 상기 교량에 전달된 충격하중을 측정하도록 트리거되고 상기 충격발생 신호를 상기 베이스 스테이션에 전송할 수 있다.In the step (a), the first wireless sensor measures an impact load transmitted to the bridge at a low power mode and a low measurement frequency, and when the impact load is equal to or higher than a set value, And may be triggered to measure the impact load and transmit the shock generation signal to the base station.

상기 (b) 단계에서 상기 제2 무선센서는 상기 측정시작 신호가 수신되면 비활성상태에서 활성상태로 전환되어 상기 교량의 충격하중을 측정할 수 있다.In the step (b), when the measurement start signal is received, the second wireless sensor switches from the inactive state to the active state and measures the impact load of the bridge.

상기 (c) 단계에서 상기 제1 무선센서에서 상기 베이스 스테이션에 상기 충격발생 신호를 전송하고 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제1 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)은 △t1 + (N × △t2) + △t3 이며, 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제2 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tnode)은 (N × △t2) + △t3 이며, 상기 제1 무선센서는 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)을 기초로 첫 번째 상기 기준시간이 도달하기 이전의 내부 시간을 보정할 수 있다.The time (? Tsentry) required for the first wireless sensor to transmit the impact generation signal to the base station and the first reference time to reach the first wireless sensor from the base station (? Tsentry) is? t 1 + (N × △ t 2) + △ t 3 , and the time taken to the first the reference time to the second wireless sensor reaches from the base station (△ tnode) is (N × △ t 2) + △ t 3 And the first wireless sensor can correct the internal time before the first reference time arrives based on the time Δt sentry required for the first reference time to reach.

여기서, △t1은 상기 제1 무선센서에서 전송한 상기 충격발생 신호가 상기 베이스 스테이션에 도달하는데 소요되는 시간이고, N은 상기 베이스 스테이션에서 상기 제2 무선센서에 상기 측정시작 신호를 전송한 횟수이고, △t2는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 상기 측정시작 신호가 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간이고, △t3는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 상기 기준시간이 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간이다.Here, △ t 1 is the time at which the said impact generating signals transmitted from the first wireless sensors that are required to reach to the base station, N is the number of transmitting the measurement start signal to the second wireless sensor in the base station Δt 2 is a time required for the measurement start signal transmitted from the base station to reach the second wireless sensor, Δt 3 is a time required for the reference time transmitted from the base station to be transmitted to the first wireless sensor Is the time required to reach the second wireless sensor.

(d) 첫 번째 상기 기준시간과 마지막 상기 기준시간 사이의 충격발생 구간 동안 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에서 측정되고 시간 동기화된 데이터를 상기 기준시간을 기초로 배열하여 데이터를 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(d) arranging data measured and time-synchronized by the first wireless sensor and the second wireless sensor on the basis of the reference time and synchronizing data during an impact occurrence period between the first reference time and the last reference time Step < / RTI >

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional, dictionary sense, and should not be construed as defining the concept of a term appropriately in order to describe the inventor in his or her best way. It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 실시예는 교량의 충격하중을 상시 측정하는 적어도 하나의 제1 무선센서와, 측정시작 신호를 수신하면 활성상태로 전환되어 교량의 충격하중을 측정하는 적어도 하나의 제2 무선센서들을 구비함으로써, 전력소모를 효율적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.The present embodiment has at least one first wireless sensor that always measures the impact load of the bridge and at least one second wireless sensor that switches to the active state upon receiving the measurement start signal to measure the impact load of the bridge, Power consumption can be effectively reduced.

또한, 본 실시예는 제1 무선센서들과 제2 무선센서들에 각각 기준시간을 제공하여 제1 무선센서들과 제2 무선센서들의 내부 시간을 기준시간을 기초로 시간 동기화하고 이를 기초로 제1 무선센서들과 제2 무선센서들에서 측정한 교량의 충격하중에 대한 동기화된 데이타를 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present embodiment provides a reference time to the first wireless sensors and the second wireless sensors, respectively, to time-synchronize the internal time of the first wireless sensors and the second wireless sensors on the basis of the reference time, 1 synchronized data on the impact load of the bridge measured by the wireless sensors and the second wireless sensors can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 구조물 모니터링 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 무선센서의 동작을 나타내는 신호흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 구조물 모니터링 시스템의 동작을 나타내는 신호흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 스테이션과 제1 무선센서와 제2 무선센서 사이의 메시지 전송시간 차이를 나타내는 신호흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 무선센서와 제2 무선센서의 시간 동기화 전 시그널을 이용한 파워스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5의 제1 무선센서와 제2 무선센서를 기준시간을 기초로 시간 동기화한 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a conceptual diagram illustrating a structure monitoring system using a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
2 is a signal flow diagram illustrating the operation of a first wireless sensor in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a signal flow diagram illustrating operation of a structure monitoring system using a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 is a signal flow diagram illustrating a message transmission time difference between a base station, a first wireless sensor, and a second wireless sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a power spectrum using signals before time synchronization between a first wireless sensor and a second wireless sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the result of time synchronization of the first wireless sensor and the second wireless sensor of FIG. 5 on the basis of a reference time.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objects, particular advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 무선센서의 동작을 나타내는 신호흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템의 동작을 나타내는 신호흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 스테이션과 제1 무선센서와 제2 무선센서 사이의 메시지 전송시간 차이를 나타내는 신호흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 무선센서와 제2 무선센서의 시간 동기화 전 시그널을 이용한 파워스펙트럼을 나타내는 그래프이고, 도 6은 도 5의 제1 무선센서와 제2 무선센서를 기준시간을 기초로 시간 동기화한 결과를 나타내는 그래프이다.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a bridge monitoring system using a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a signal flow diagram illustrating an operation of a first wireless sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram illustrating a signal flow between a base station and a first wireless sensor and a second wireless sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flow chart illustrating an operation of a bridge monitoring system using a wireless sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention. 5 is a graph showing a power spectrum using signals before time synchronization between a first wireless sensor and a second wireless sensor according to an embodiment of the present invention. 1 is a graph showing the results of time synchronization of the first wireless sensor and the second wireless sensor based on the reference time.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템은 교량(R)에 설치되어 교량(R)의 충격하중을 상시 측정하되 교량(R)에 전달된 충격하중에 의해 트리거되고 충격발생 신호를 생성하는 적어도 하나 이상의 제1 무선센서(100)와, 교량(R)에 설치되되 측정시작 신호를 수신하면 비활성상태에서 활성상태로 전환되어 교량(R)의 충격하중을 측정하는 적어도 하나 이상의 제2 무선센서(200)와, 제1 무선센서(100)로부터 충격발생 신호를 수신하여 제2 무선센서(200)에 충격발생 신호에 대응하는 측정시작 신호를 송신하고 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송하여 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)의 내부 시간이 기준시간을 기초로 시간 동기화되도록 하는 베이스 스테이션(300)을 포함한다.
1 to 3, a bridge monitoring system using a wireless sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention is installed in a bridge R to measure the impact load of the bridge R at all times, At least one first wireless sensor 100 that is triggered by an impact load and generates an impact generation signal, and a second wireless sensor 100 that is installed in the bridge R and switches from an inactive state to an active state upon receiving a measurement start signal, And a measurement start signal corresponding to the shock generation signal to the second wireless sensor 200 by receiving the shock generation signal from the first wireless sensor 100 And transmits a reference time to each of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 at a predetermined time interval so that the internal time of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 becomes the reference time Base synchronized with the base Station 300. < / RTI >

또한, 도 2를 참조하면 제1 무선센서(100)에 의해 측정된 교량(R)에 가해지는 충격하중이 기 설정된 설정값(예를 들어, 충격하중이 100mg 이상) 이상이면 제1 무선센서(100)는 스스로 트리거된(triggered) 후 교량(R)의 충격하중을 측정하고 동시에 충격발생 신호를 베이스 스테이션(300)에 전송한다.2, if the impact load applied to the bridge R measured by the first wireless sensor 100 is equal to or greater than a predetermined set value (for example, the impact load is 100 mg or more), the first wireless sensor 100 measures the impact load of the bridge R after itself is triggered and at the same time transmits an impact occurrence signal to the base station 300.

제1 무선센서(100)는 저전력 상태에서 교량(R)에 가해지는 충격하중이 설정값 이하인 경우에 저전력 모드와 낮은 계측 주파수(구체적으로, 교량(R)의 충격하중을 측정하기 위한 샘플링 주파수)로 교량(R)의 충격하중을 상시 측정하는 상시 측정상태를 유지하고, 교량(R)에 설정값 이상의 큰 충격하중이 가해지는 경우에 스스로 트리거되고 고전력 모드와 높은 계측 주파수로 교량(R)의 충격하중을 정밀하게 측정하는 정밀 측정상태로 전환된다.The first wireless sensor 100 is configured to detect a low power mode and a low measurement frequency (specifically, a sampling frequency for measuring the impact load of the bridge R) when the impact load applied to the bridge R in the low- (R) is always triggered when a large impact load greater than a set value is applied to the bridge (R), and the high-power mode and the high- It is switched to a precise measuring state in which the impact load is precisely measured.

즉, 제1 무선센서(100)는 교량(R)에 설정값 이상의 큰 충격하중이 가해지는 경우에 교량(R)에 가해지는 충격하중을 정확하게 측정하기 위해 높은 계측 주파수로 교량(R)의 충격하중을 측정한다.That is, the first wireless sensor 100 measures the impact of the bridge R at a high measurement frequency in order to accurately measure the impact load applied to the bridge R when a large impact load greater than a set value is applied to the bridge R. [ Measure the load.

본 실시예에서 제1 무선센서(100)는 상시 측정상태와 정밀 측정상태를 동시에 지원 가능한 아날로그 사의 ADXL362 센서를 사용하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, the first wireless sensor 100 uses the ADXL362 sensor of analog company capable of simultaneously supporting both the normal measurement state and the precise measurement state, but the scope of the present invention is not limited thereto.

그리고, 제1 무선센서(100)는 설정값 이상의 충격하중이 도달하기 이전의 충격하중에 대한 데이터와 설정값 이상의 충격하중이 전달된 이후의 충격하중에 대한 데이터를 메모리에 저장할 수 있다.The first wireless sensor 100 may store data on the impact load before the impact load exceeding the set value reaches and data on the impact load after the impact load over the set value is transmitted to the memory.

한편, 제1 무선센서(100)는 교량(R) 등 구조물의 충격하중에 취약한 부분 예를 들어 교량(R) 어프로치, 캔트부, 연장 경간 등에 설치된다.Meanwhile, the first wireless sensor 100 is installed at a portion vulnerable to an impact load of a structure such as a bridge R, for example, a bridge (R) approach, a can end portion, an extended span, or the like.

그리고, 제1 무선센서(100)는 저전력 가속도계 센서로 교량(R)의 충격하중을 상시 측정하며, 추가적인 전원공급 없이 저 전력모드에서 충격하중을 측정할 수 있는 상태를 유지할 수 있다. 또한, 제1 무선센서(100)는 충격하중 센서, 스트레인 센서 등의 센서가 사용될 수도 있다.The first wireless sensor 100 measures the impact load of the bridge R at all times with a low-power accelerometer sensor, and can maintain the state where the impact load can be measured in the low-power mode without additional power supply. The first wireless sensor 100 may be a sensor such as an impact load sensor or a strain sensor.

한편, 제1 무선센서(100)는 초기 설정값, 즉 교량(R)의 충격하중을 측정하기 위하여 계측 주파수, 교량(R)의 충격하중에 의해 트리거 되기 전에 저장할 데이터 수와 전력모드(저전력모드, 저잡음모드, 일반모드) 등을 설정가능하다.
On the other hand, the first wireless sensor 100 calculates the initial setting value, that is, the measurement frequency to measure the impact load of the bridge R, the number of data to be stored before being triggered by the impact load of the bridge R, , Low-noise mode, and general mode).

베이스 스테이션(300)은 제1 무선센서(100)로부터 충격발생 신호를 수신한 경우에 충격발생 신호에 대응되는 측정시작 신호를 제2 무선센서(200)에 송신하며, 제2 무선센서(200)는 베이스 스테이션(300)으로부터 측정시작 신호가 수신되면 교량(R)의 충격하중에 대한 측정을 시작한다.The base station 300 transmits a measurement start signal corresponding to the shock generation signal to the second wireless sensor 200 when the impact signal is received from the first wireless sensor 100, When the measurement start signal is received from the base station 300, starts measurement of the impact load of the bridge R.

즉, 제2 무선센서(200)는 평상 시에 교량(R)의 충격하중을 측정하지 않는 비활성상태를 유지하여 전력 소모를 줄일 수 있으며, 베이스 스테이션(300)으로부터 측정시작 신호를 반복적으로 수신하고 측정시작 신호에 의해 트리거되어 교량(R)의 충격하중을 측정하는 활성상태로 전환된다. 제2 무선센서(200)는 활성화된 상태에서 고전력 모드와 높은 계측 주파수로 교량(R)의 충격하중을 정밀하게 측정할 수 있다.That is, the second wireless sensor 200 can maintain the inactive state in which the impact load of the bridge R is not measured during normal operation to reduce power consumption, repeatedly receive the measurement start signal from the base station 300 Is triggered by the measurement start signal and is switched to the active state for measuring the impact load of the bridge (R). The second wireless sensor 200 can precisely measure the impact load of the bridge R with the high power mode and the high measurement frequency in the activated state.

활성화된 제2 무선센서(200)는 이후의 측정시작 신호를 무시하며 이는 제2 무선센서(200)가 교량(R)에 가해지는 충격하중을 모두 측정하기 위함이다.The activated second wireless sensor 200 ignores the subsequent measurement start signal in order to measure the impact load applied to the bridge R by the second wireless sensor 200. [

이처럼, 제2 무선센서(200)는 측정시작 신호를 수신하면 교량(R)의 충격하중을 측정하는 활성상태로 전환되고 반대로 측정시작 신호가 수신되지 않으면 대기 상태인 비활성상태를 유지한다.As such, when the second wireless sensor 200 receives the measurement start signal, the second wireless sensor 200 is switched to the active state for measuring the impact load of the bridge R and conversely remains in the inactive state when the measurement start signal is not received.

그리고, 제2 무선센서(200)는 교량(R)의 충격하중에 대한 데이터를 메모리에 저장한다.Then, the second wireless sensor 200 stores data on the impact load of the bridge R in the memory.

또한, 제2 무선센서(200)는 초기 설정값, 즉 교량(R)의 충격하중을 측정하기 위하여 계측 주파수, 교량(R)의 충격하중에 관한 데이터를 저장할 데이터 수와 전력모드 등을 설정가능하다.
The second wireless sensor 200 can set the initial setting value, that is, the measurement frequency, the number of data to store data on the impact load of the bridge R, the power mode, and the like in order to measure the impact load of the bridge R Do.

베이스 스테이션(300)은 제1 무선센서(100)로부터 충격발생 신호를 수신하며, 수신된 충격발생 신호에 대응하여 측정시작 신호를 제2 무선센서(200)에 반복하여 전송한다. 그리고, 베이스 스테이션(300)은 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송한다.The base station 300 receives the shock generation signal from the first wireless sensor 100 and repeatedly transmits a measurement start signal to the second wireless sensor 200 in response to the received shock generation signal. The base station 300 transmits the reference time to the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 at predetermined time intervals.

제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 교량(R)에 가해진 충격하중을 측정완료한 후 베이스 스테이션(300)에서 전송된 기준시간을 기초로 내부 시간을 상호 동기화하는 시간 동기화를 수행한다.The first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are connected to each other by a time synchronizing unit for synchronizing internal times based on the reference time transmitted from the base station 300 after measuring the impact load applied to the bridge R .

또한, 베이스 스테이션(300)에서 전송된 첫 번째 기준시간과 마지막 기준시간 사이를 충격발생 구간으로 정의되며, 충격발생 구간 동안 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 기준시간을 기초로 데이터를 시간 동기화 한 후, 시간 동기화된 데이터를 기준시간을 기초로 배열하여 측정된 데이터를 동기화하는 데이터 동기화를 더 수행한다.The first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are defined as an impact occurrence interval between a first reference time and a last reference time transmitted from the base station 300. During the impact occurrence period, Synchronizes the data based on the time base, and then arranges the time synchronized data based on the reference time to further perform data synchronization to synchronize the measured data.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템은 충격발생 구간 동안 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에서 측정되고 시간 동기화 및 데이터 동기화된 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(400)를 더 포함한다.
In addition, the bridge monitoring system using the wireless sensor network according to an embodiment of the present invention displays data synchronized in time and data measured by the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 during the impact occurrence period, The display unit 400 includes a display unit 400 and a display unit 400.

한편, 베이스 스테이션(300)은 제1 무선센서(100)에서 전송된 충격발생 신호를 수신하는 수신부(미도시)와, 수신부에서 수신된 충격발생 신호에 대응하는 측정시작 신호를 제2 무선센서(200)에 전송하고 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송하는 송신부(미도시)를 포함한다.Meanwhile, the base station 300 includes a receiving unit (not shown) for receiving the shock generation signal transmitted from the first wireless sensor 100, and a measurement start signal corresponding to the shock generation signal received at the receiving unit, 200 and transmits a reference time to each of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 at predetermined time intervals.

전술한 바와 같이, 베이스 스테이션(300)은 기준시간을 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에 소정 시간간격으로 전송하며, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 기준시간을 기초로 내부 시간을 시간 동기화하고 측정된 충격하중을 동기화하는 데이터 동기화를 수행한다.As described above, the base station 300 transmits the reference time to the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 at predetermined time intervals, and the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 performs time synchronization of the internal time based on the reference time and data synchronization to synchronize the measured impact loads.

수신부 및 송신부는 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)와 상호 무선으로 데이터를 주고 받는다. 이때 수신부는 제1 무선센서(100)로부터 충격발생 신호를 수신하고, 송신부는 제2 무선센서(200)로 측정시작 신호를 전송한다.The receiving unit and the transmitting unit wirelessly exchange data with the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200. At this time, the receiving unit receives the shock generation signal from the first wireless sensor 100, and the transmitting unit transmits the measurement start signal to the second wireless sensor 200.

그리고, 송신부는 측정시작 신호에 의해 제2 무선센서(200)가 트리거되면 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 각각에 시간 동기화를 위한 기준시간을 송신한다. 그리고, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 시간 동기화된 데이터를 다시 데이터 동기화한 후 디스플레이부(400)에 전송하여 사용자로 하여금 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에서 측정된 충격하중에 관한 데이터를 분석할 수 있도록 한다.
When the second wireless sensor 200 is triggered by the measurement start signal, the transmitter transmits a reference time for time synchronization to the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200, respectively. The first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 transmit data synchronized with time again and transmit the data to the display unit 400 so that the user can transmit the data to the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 100. [ So that data on the impact load measured by the sensor 200 can be analyzed.

도 4를 참조하면, 베이스 스테이션(300)은 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)를 시간 동기화하기 위해 소정 시간간격으로 기준시간을 전송한다.Referring to FIG. 4, the base station 300 transmits a reference time at predetermined time intervals to time-synchronize the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200.

제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 베이스 스테이션(300)에서 전송된 기준시간을 기초로 내부 시간을 보정한다. 또한 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 측정이 완료된 후 시간 동기화된 데이터를 충격발생 구간영역에서 기준시간을 기초로 순차로 배열하여 데이터를 동기화한다.The first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 correct the internal time based on the reference time transmitted from the base station 300. In addition, the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 sequentially arrange the time-synchronized data after the measurement is completed based on the reference time in the impact occurrence interval region, and synchronize the data.

그리고, 디스플레이부(400)은 시간 동기화 및 데이터 동기화된 데이터를 사용자가 확인할 수 있도록 하며, 디스플레이부는 개인용 컴퓨터, 휴대용 단말기 및 스마트 무선통신 기기일 수 있다.In addition, the display unit 400 allows the user to confirm time synchronized and data synchronized data, and the display unit may be a personal computer, a portable terminal, and a smart wireless communication device.

한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 제1 무선센서(100)에서 베이스 스테이션(300)에 충격발생 신호를 전송하고 베이스 스테이션(300)에서 제1 무선센서(100)에 첫 번째 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)는 아래의 수학식(1)과 같다.4, when the first wireless sensor 100 transmits an impact generation signal to the base station 300 and the first wireless sensor 100 receives the first reference time from the base station 300, The time (? Tsentry) required for the operation is expressed by the following equation (1).

수학식 (1) : △tsentry=△t1 + (N × △t2) + △t3 Equation (1): △ tsentry = △ t 1 + (N × △ t 2) + △ t 3

또한, 베이스 스테이션(300)에서 제2 무선센서(200)를 트리거하고 제2 무선센서(200)에 첫 번째 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tnode)는 아래의 수학식(2)과 같다.The time (Δtnode) required for the base station 300 to trigger the second wireless sensor 200 and for the first reference time to reach the second wireless sensor 200 is expressed by the following equation (2) .

수학식 (2) : △tnode=(N × △t2) + △t3 Equation (2): △ tnode = ( N × △ t 2) + △ t 3

여기서, △t1은 제1 무선센서(100)에서 전송한 충격발생 신호가 베이스 스테이션(300)에 도달하는데 소요되는 시간이고, N은 베이스 스테이션(300)에서 제2 무선센서(200)에 측정시작 신호를 전송한 횟수이고, △t2는 베이스 스테이션(300)에서 전송한 측정시작 신호가 제2 무선센서(200)에 도달하는데 소요되는 시간이고, △t3는 베이스 스테이션(300)에서 전송한 첫 번째 기준시간이 제1 무선센서(100)와 상기 제2 무선센서(200)에 도달하는데 소요되는 시간이다.Here, Δt 1 is the time required for the impact signal transmitted from the first wireless sensor 100 to reach the base station 300, and N is the time required for the second wireless sensor 200 to measure Δt 2 is the time required for the measurement start signal transmitted from the base station 300 to reach the second wireless sensor 200, Δt 3 is the time required for the base station 300 to transmit the start signal, A first reference time is a time required for reaching the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200.

상기한 수학식 (1)로부터 제1 무선센서(100)는 첫 번째 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)을 기초로 첫 번째 기준시간이 도달하기 이전의 내부 시간을 보정할 수 있다.
From the above equation (1), the first wireless sensor 100 can correct the internal time before the first reference time arrives based on the time (? Tsentry) required for the first reference time to reach.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템을 이용하여 교량 모니터링을 하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of monitoring a bridge using a bridge monitoring system using a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법은 교량(R)에 적어도 하나의 제1 무선센서(100)를 설치하고, 또한 교량(R)에 적어도 하나의 제2 무선센서(200)를 설치한다.2 and 3, a method of monitoring a bridge using a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention includes installing at least one first wireless sensor 100 on a bridge R, At least one second wireless sensor 200 is installed.

초기에 제1 무선센서(100)는 저전력 상태에서 낮은 계측 주파수를 가지고 교량(R)의 충격하중을 상시 측정하는 상시 측정상태를 유지하고, 제2 무선센서(200)는 비활성상태를 유지한다.Initially, the first wireless sensor 100 maintains a normal measurement state in which the impact load of the bridge R is always measured at a low measurement frequency in a low power state, and the second wireless sensor 200 maintains an inactive state.

그리고 교량(R)에 설정값 이상의 큰 충격하중이 가해지는 경우에 제1 무선센서(100)는 스스로 트리거되고 베이스 스테이션(300)에 충격발생 신호를 전송한다. 이때 제1 무선센서(100)는 높은 계측 주파수를 가지고 교량(R)의 충격하중을 측정하는 정밀 측정상태로 전환된다. 또한, 제1 무선센서(100)는 정밀 측정상태에서 연속하여 교량(R)의 충격하중을 측정한다.When a large impact load greater than a set value is applied to the bridge R, the first wireless sensor 100 is triggered by itself and transmits an impact generation signal to the base station 300. At this time, the first wireless sensor 100 is switched to a precise measurement state in which the impact load of the bridge R is measured with a high measurement frequency. Further, the first wireless sensor 100 continuously measures the impact load of the bridge R in a precise measurement state.

한편, 베이스 스테이션(300)이 제1 무선센서(100)로부터 충격발생 신호를 수신한 경우에 제2 무선센서(200)에 측정시작 신호를 반복하여 송신한다. 제2 무선센서(200)는 베이스 스테이션(300)으로부터 수신된 측정시작 신호에 의해 비활성상태에서 활성상태로 전환 또는 트리거되어 교량(R)의 충격하중을 측정한다.On the other hand, when the base station 300 receives the shock generation signal from the first wireless sensor 100, the base station 300 repeatedly transmits the measurement start signal to the second wireless sensor 200. The second wireless sensor 200 is switched or triggered from the inactive state to the active state by the measurement start signal received from the base station 300 to measure the impact load of the bridge R. [

한편, 베이스 스테이션(300)은 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에서 측정된 데이터를 동기화하기 위해 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에 소정 시간간격으로 연속적으로 기준시간을 전송한다.Meanwhile, the base station 300 may transmit the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 a predetermined time interval (e.g., a predetermined time interval) to synchronize the data measured by the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200, The reference time is continuously transmitted.

그리고, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)이 충격하중을 측정완료한 경우, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 베이스 스테이션(300)에서 수신된 기준시간에 기초하여 측정된 데이터를 저장하고 저장된 데이타를 기준시간에 맞춰 시간 동기화한다.When the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 measure the impact load, the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are connected to the base station 300, The measured data is stored based on the reference time and the stored data is time synchronized with the reference time.

구체적으로, 베이스 스테이션(300)에서 전송된 첫 번째 기준시간과 마지막 기준시간 사이로 정의된 충격발생 구간 동안 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에 의해 측정되고 저장된 충격하중에 대한 데이터는 각각 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에 저장되며, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 측정이 완료된 후 베이스 스테이션(300)에서 수신된 기준시간에 기초하여 측정된 데이터를 기준시간에 맞춰 시간 동기화하여 저장한다.Specifically, during an impact occurrence period defined between the first reference time and the last reference time transmitted from the base station 300, the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 measure the impact load Data is stored in the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 respectively and the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are stored in the base station 300 after the measurement is completed The data measured based on the reference time is synchronized with the reference time and stored.

한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 제1 무선센서(100)에서 베이스 스테이션(300)에 충격발생 신호를 전송하고 베이스 스테이션(300)에서 제1 무선센서(100)에 첫 번째 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)는 아래의 수학식(1)과 같다.4, when the first wireless sensor 100 transmits an impact generation signal to the base station 300 and the first wireless sensor 100 receives the first reference time from the base station 300, The time (? Tsentry) required for the operation is expressed by the following equation (1).

수학식 (1) : △tsentry=△t1 + (N × △t2) + △t3 Equation (1): △ tsentry = △ t 1 + (N × △ t 2) + △ t 3

또한, 베이스 스테이션(300)에서 제2 무선센서(200)를 트리거하고 제2 무선센서(200)에 첫 번째 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tnode)는 아래의 수학식(2)과 같다.The time (Δtnode) required for the base station 300 to trigger the second wireless sensor 200 and for the first reference time to reach the second wireless sensor 200 is expressed by the following equation (2) .

수학식 (2) : △tnode=(N × △t2) + △t3 Equation (2): △ tnode = ( N × △ t 2) + △ t 3

여기서, △t1은 제1 무선센서(100)에서 전송한 충격발생 신호가 베이스 스테이션(300)에 도달하는데 소요되는 시간이고, N은 베이스 스테이션(300)에서 제2 무선센서(200)에 측정시작 신호를 전송한 횟수이고, △t2는 베이스 스테이션(300)에서 전송한 측정시작 신호가 제2 무선센서(200)에 도달하는데 소요되는 시간이고, △t3는 베이스 스테이션(300)에서 전송한 첫 번째 기준시간이 제1 무선센서(100)와 상기 제2 무선센서(200)에 도달하는데 소요되는 시간이다.Here, Δt 1 is the time required for the impact signal transmitted from the first wireless sensor 100 to reach the base station 300, and N is the time required for the second wireless sensor 200 to measure Δt 2 is the time required for the measurement start signal transmitted from the base station 300 to reach the second wireless sensor 200, Δt 3 is the time required for the base station 300 to transmit the start signal, A first reference time is a time required for reaching the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200.

상기한 수학식 (1)로부터 제1 무선센서(100)는 첫 번째 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)을 기초로 첫 번째 기준시간이 도달하기 이전의 내부 시간을 보정할 수 있다.From the above equation (1), the first wireless sensor 100 can correct the internal time before the first reference time arrives based on the time (? Tsentry) required for the first reference time to reach.

그리고, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에 의해 시간 동기화된 충격하중에 관한 데이터는 기준시간을 기초로 순차적으로 배열되어 데이터 동기화가 이뤄진다.Data on the impact load time-synchronized by the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are sequentially arranged based on the reference time to perform data synchronization.

그리고, 충격하중에 대한 측정이 완료된 경우에 제1 무선센서(100)는 상시 측정상태로 전환되고, 제2 무선센서(200)는 비활성상태로 전환된다.Then, when the measurement of the impact load is completed, the first wireless sensor 100 is switched to the normal measurement state and the second wireless sensor 200 is switched to the inactive state.

또한, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)는 측정된 시간 동기화 및 데이터 동기화되기 전의 데이터를 별도로 저장하여, 디스플레이부(400)는 동기화된 데이터와 동기화 전의 데이터를 비교 분석하여 데이터의 이상 유무를 확인할 수 있도록 한다.
In addition, the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 separately store the measured time synchronization data and data before synchronization, and the display unit 400 compares and analyzes the synchronized data and the data before synchronization Make it possible to check whether data is abnormal.

한편, 도 5 및 도 6을 참조하면, 기준시간에 따른 데이터를 주파수를 이용하여 검증하면 다음과 같다.Referring to FIG. 5 and FIG. 6, data according to a reference time is verified using a frequency as follows.

우선, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)의 계측 주파수를 280 Hz로 설정하고, 시간오차를 구현하기 위해 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에 각각 +3.5 %와 -2 %의 시간 오차를 주었다.First, the measurement frequencies of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are set at 280 Hz, and the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 Giving a time error of +3.5% and -2%.

즉, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)의 측정 시작시간을 달리하고, 베이스 스테이션(300)에서 전송되는 기준시간을 매 5초마다 발생하도록 설정하였다.That is, the measurement start times of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are set to be different from each other, and the reference time transmitted from the base station 300 is generated every 5 seconds.

이때, 시그널의 통신지연은 0.2 ms로 설정하고, 베이스 스테이션(300)의 내부 시계속도를 13 MHz로 설정하였다. 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)의 시간 동기화 전 시그널을 이용한 파워스펙트럼은 도 5에서 도시한 바와 같다.At this time, the communication delay of the signal is set to 0.2 ms, and the internal clock speed of the base station 300 is set to 13 MHz. The power spectrum using the signals before time synchronization between the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 is as shown in FIG.

실제 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 사이의 속도 오차는 추정이 불가능하기 때문에 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)의 설정된 계측 주파수를 이용하여 교량(R)의 진동수를 추정할 경우 최대 4.3 %의 추정 오차가 발생하는 것을 확인하였다(표 1 참조).Since the velocity error between the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 can not be estimated, the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 use the set measurement frequencies of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200, R) is estimated, a maximum error of 4.3% occurs (see Table 1).

계측 주파수Measurement frequency 제1 무선센서
<error>The first wireless sensor
<error> 제2 무선센서
<error>The second wireless sensor
<error> 1One 20 Hz20 Hz 19.14 Hz19.14 Hz
<4.3%><4.3%> 20.23 Hz
<-1.15 %>20.23 Hz
<-1.15%> 22 63 Hz63 Hz 60.71 Hz
<3.64%>60.71 Hz
<3.64%> 64.53 Hz
<-2.43 %>64.53 Hz
<-2.43%> 33 96 Hz96 Hz 92.97 Hz
<3.15 %>92.97 Hz
<3.15%> 97.89 Hz
<-1.97 Hz97.89 Hz
<-1.97 Hz

<표 1> 제1 무선센서와 제2 무선센서의 시간 동기화 기준시간이 적용되지 않은 경우 주파수 오차
Table 1 Frequency error when the time synchronization reference time of the first wireless sensor and the second wireless sensor is not applied

그리고, 시간 오차를 표현하기 위하여 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)의 CPSD(Cross power spectrum density,크로스 파워 스펙트럼 밀도)함수를 구하고, 그 함수의 각 기울기의 정도를 수치적으로 표현하여 다음 식을 적용하였다. Then, the CPSD (Cross Power Spectral Density) function of the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 is obtained to express the time error, and the degree of each slope of the function is expressed as a numerical value And the following equation is applied.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, θ는 CPSD의 각도(angle)를 나타낸다. 도 6에서 나타난 바와 같이, 보정 전 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 간의 상관관계(correlation)는 측정 시작 시간의 오차, 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 내부 시계의 속도 오차에 의해 상당히 불규칙하게 나타난다.Here,? Represents the angle of CPSD. 6, the correlation between the first wireless sensor 100 before the correction and the second wireless sensor 200 is determined by the error of the measurement start time, the difference between the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 100 200) due to the speed error of the internal clock.

그러나, 본 실시예에서와 같이 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)를 기준시간을 기초로 시간 동기화한 경우(제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 사이의 측정 시작 시간 오차와 내부 시계의 속도 오차를 보정) 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200) 사이의 측정 신호 사이의 오차는 측정범위 내에서 0˚에 가까운 값을 나타낸다.However, in the case where the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 are time-synchronized based on the reference time (as in the present embodiment) between the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 The error between the measurement signals between the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 shows a value close to 0 in the measurement range.

따라서, 본 실시예에 따른 기준시간을 기초로 제1 무선센서(100)와 제2 무선센서(200)에서 측정된 데이터를 시간 동기화하는 방법은 매우 정확함을 알 수 있다.
Therefore, it can be seen that the method of time synchronization of the data measured by the first wireless sensor 100 and the second wireless sensor 200 based on the reference time according to the present embodiment is very accurate.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been specifically described according to the above preferred embodiments, it is to be noted that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 제1 무선센서 200: 제2 무선센서 300: 베이스 스테이션 400: 디스플레이부100: first wireless sensor 200: second wireless sensor 300: base station 400:

Claims (10)

교량에 설치되어 상기 교량의 충격하중을 상시 측정하되, 상기 교량에 전달된 충격하중에 의해 트리거되고 충격발생 신호를 생성하는 적어도 하나 이상의 제1 무선센서;
상기 교량에 설치되되, 측정시작 신호를 수신하면 비활성상태에서 활성상태로 전환되어 상기 교량의 충격하중을 측정하는 적어도 하나 이상의 제2 무선센서; 및
상기 제1 무선센서로부터 상기 충격발생 신호를 수신하여 상기 제2 무선센서에 상기 충격발생 신호에 대응하는 상기 측정시작 신호를 송신하고, 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송하여 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서가 상기 기준시간을 기초로 내부 시간을 시간 동기화하고 상기 시간 동기화된 데이터를 상기 기준시간을 기초로 배열하여 데이터 동기화하도록 하는 베이스 스테이션을 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템.
At least one first wireless sensor installed on a bridge and constantly measuring an impact load of the bridge, the first wireless sensor being triggered by an impact load transmitted to the bridge and generating an impact generation signal;
At least one second wireless sensor installed in the bridge, the at least one second wireless sensor being switched from an inactive state to an active state upon receiving a measurement start signal to measure an impact load of the bridge; And
Receiving the shock generation signal from the first wireless sensor and transmitting the measurement start signal corresponding to the shock generation signal to the second wireless sensor, and outputting, to the first wireless sensor and the second wireless sensor, Wherein the first wireless sensor and the second wireless sensor time-synchronize an internal time based on the reference time and arrange the time-synchronized data on the basis of the reference time to synchronize data, A bridge monitoring system using a wireless sensor network.
제1항에 있어서,
상기 제1 무선센서는
저전력 모드와 낮은 계측 주파수에서 상기 교량에 전달된 충격하중을 상시 측정하되, 상기 충격하중이 설정값 이상이면 고전력 모드와 높은 계측 주파수로 상기 교량에 전달된 충격하중을 정밀 측정하도록 트리거되고 상기 충격발생 신호를 상기 베이스 스테이션에 전송하는 무선센서 네트워크를 이용한 구조물 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
The first wireless sensor
Wherein the bridge is triggered to precisely measure an impact load delivered to the bridge at a low power mode and a low measurement frequency and if the impact load is greater than a set value, And transmits a signal to the base station.
제1항에 있어서,
상기 제1 무선센서에서 상기 베이스 스테이션에 상기 충격발생 신호를 전송하고 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제1 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)은 △t1 + (N × △t2) + △t3 이며,
상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제2 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tnode)은 (N × △t2) + △t3 이며,
상기 제1 무선센서는 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)을 기초로 첫 번째 상기 기준시간이 도달하기 이전의 내부 시간을 보정하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템.
(여기서, △t1은 상기 제1 무선센서에서 전송한 상기 충격발생 신호가 상기 베이스 스테이션에 도달하는데 소요되는 시간, N은 상기 베이스 스테이션에서 상기 제2 무선센서에 상기 측정시작 신호를 전송한 횟수, △t2는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 상기 측정시작 신호가 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간, △t3는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 첫 번째 상기 기준시간이 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간)
The method according to claim 1,
The time (? Tsentry) required for the first wireless sensor to transmit the impact generation signal to the base station and the first reference time to reach the first wireless sensor from the base station is? Tsentry is? T 1 + (N x? T 2 ) +? T 3 Lt;
The time (Δtnode) required for the first reference time to reach the second wireless sensor from the base station is (N × Δt 2 ) + Δt 3 Lt;
Wherein the first wireless sensor corrects the internal time before the first reference time arrives based on a time (? Tsentry) required for the first reference time to arrive.
(Where, △ t 1 is the first wireless time that the said shock signals transmitted from the sensors required to reach to the base station, N is the number of transmitting the measurement start signal to the second wireless sensor in the base station Δt 2 is a time required for the measurement start signal transmitted from the base station to reach the second wireless sensor, Δt 3 is a time required for the first reference time transmitted from the base station to be transmitted to the first wireless sensor The time required to reach the second wireless sensor)
제1항에 있어서,
상기 베이스 스테이션은,
상기 제1 무선센서에서 전송된 상기 충격발생 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 수신부에서 수신된 상기 충격발생 신호에 대응하는 상기 측정시작 신호를 상기 제2 무선센서에 전송하고, 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서 각각에 소정 시간간격으로 상기 기준시간을 전송하는 송신부를 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
The base station includes:
A receiving unit for receiving the shock generation signal transmitted from the first wireless sensor; And
A transmitter for transmitting the measurement start signal corresponding to the shock generation signal received by the receiver to the second wireless sensor and transmitting the reference time to the first wireless sensor and the second wireless sensor at predetermined time intervals, A bridge monitoring system using a wireless sensor network.
제1항에 있어서,
첫 번째 상기 기준시간과 마지막 상기 기준시간 사이의 충격발생 구간 동안 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에서 측정되고 시간 동기화 및 데이터 동기화된 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 더 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a display unit for displaying time synchronized data and data synchronized data measured by the first wireless sensor and the second wireless sensor during an impact occurrence period between the first reference time and the last reference time, Bridge monitoring system using network.
(a) 교량에 설치된 적어도 하나의 제1 무선센서가 상기 교량에 전달된 충격하중에 의해 트리거되고 충격발생 신호를 생성하는 단계;
(b) 베이스 스테이션이 상기 제1 무선센서로부터 상기 충격발생 신호를 수신하여 상기 교량에 설치되는 적어도 하나의 제2 무선센서에 측정시작 신호를 송신하고 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서 각각에 소정 시간간격으로 기준시간을 전송하는 단계; 및
(c) 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서의 내부 시간을 상기 기준시간을 기초로 시간 동기화하는 단계를 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법.
(a) at least one first wireless sensor installed in a bridge is triggered by an impact load transferred to the bridge and generating an impact generation signal;
(b) the base station receives the shock generation signal from the first wireless sensor and transmits a measurement start signal to at least one second wireless sensor installed in the bridge, and the first wireless sensor and the second wireless sensor Transmitting a reference time at predetermined time intervals; And
(c) time-synchronizing an internal time of the first wireless sensor and the second wireless sensor based on the reference time.
제6항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 제1 무선센서는 저전력 모드와 낮은 계측 주파수에서 상기 교량에 전달된 충격하중을 측정하되, 상기 충격하중이 설정값 이상이면 고전력 모드와 높은 계측 주파수로 상기 교량에 전달된 충격하중을 측정하도록 트리거되고 상기 충격발생 신호를 상기 베이스 스테이션에 전송하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법.
The method according to claim 6,
In the step (a)
Wherein the first wireless sensor measures an impact load delivered to the bridge at a low power mode and at a low measurement frequency, and if the impact load is greater than a preset value, And transmits the impact signal to the base station.
제6항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 제2 무선센서는 상기 측정시작 신호가 수신되면 비활성상태에서 활성상태로 전환되어 상기 교량의 충격하중을 측정하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법.
The method according to claim 6,
In the step (b)
And the second wireless sensor switches from an inactive state to an active state when the measurement start signal is received, and measures an impact load of the bridge.
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 제1 무선센서에서 상기 베이스 스테이션에 상기 충격발생 신호를 전송하고 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제1 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)은 △t1 + (N × △t2) + △t3 이며,
상기 베이스 스테이션으로부터 상기 제2 무선센서에 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tnode)은 (N × △t2) + △t3 이며,
상기 제1 무선센서는 첫 번째 상기 기준시간이 도달하는데 소요되는 시간(△tsentry)을 기초로 첫 번째 상기 기준시간이 도달하기 이전의 내부 시간을 보정하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법.
(여기서, △t1은 상기 제1 무선센서에서 전송한 상기 충격발생 신호가 상기 베이스 스테이션에 도달하는데 소요되는 시간, N은 상기 베이스 스테이션에서 상기 제2 무선센서에 상기 측정시작 신호를 전송한 횟수, △t2는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 상기 측정시작 신호가 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간, △t3는 상기 베이스 스테이션에서 전송한 첫 번째 상기 기준시간이 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에 도달하는데 소요되는 시간)
The method according to claim 6,
In the step (c)
(Tsentry) required for the first wireless sensor to transmit the shock generation signal to the base station and the first reference time to reach the first wireless sensor from the base station is Δt 1 + (N × ? T 2 ) +? T 3 ,
The time (Δtnode) required for the first reference time to reach the second wireless sensor from the base station is (N × Δt 2 ) + Δt 3 ,
Wherein the first wireless sensor corrects the internal time before the first reference time arrives based on a time (? Tsentry) required for the first reference time to arrive.
(Where, △ t 1 is the first wireless time that the said shock signals transmitted from the sensors required to reach to the base station, N is the number of transmitting the measurement start signal to the second wireless sensor in the base station Δt 2 is a time required for the measurement start signal transmitted from the base station to reach the second wireless sensor, Δt 3 is a time required for the first reference time transmitted from the base station to be transmitted to the first wireless sensor The time required to reach the second wireless sensor)
제6항에 있어서,
(d) 첫 번째 상기 기준시간과 마지막 상기 기준시간 사이의 충격발생 구간 동안 상기 제1 무선센서와 상기 제2 무선센서에서 측정되고 시간 동기화된 데이터를 상기 기준시간을 기초로 배열하여 데이터를 동기화하는 단계를 더 포함하는 무선센서 네트워크를 이용한 교량 모니터링 방법.The method according to claim 6,
(d) arranging data measured and time-synchronized by the first wireless sensor and the second wireless sensor on the basis of the reference time and synchronizing data during an impact occurrence period between the first reference time and the last reference time Further comprising the step of:
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