도로 붕괴 재해의 조기 경보 및 감지를 위한 차량 탑재 배열 레이더 기술 적용의 시작
(Dalian Zhongrui Technology Development Co., Ltd.)
도로 함몰 조기 경보 감지를 위한 차량 탑재 배열 레이더의 응용
요약: 최근 몇 년 동안 많은 도시에서 도로 붕괴 재해가 발생했습니다. , 심각한 인명 및 재산 손실을 초래하고 심각한 사회적 영향을 초래합니다. 본 논문은 도시 도로 붕괴 재해의 조기 경보 및 감지 요구를 목표로 하며, 도로 질병을 시각적으로 감지하고 정확하게 위치를 파악할 수 있는 독립적인 지적 재산권을 갖춘 차량 탑재 배열 레이더 시스템을 개발합니다. 이 레이더 시스템은 많은 도시에서 도로 붕괴 재해의 조기 경보 탐지에 성공적으로 사용되었으며 도로 붕괴 재해를 탐지하기 위한 일련의 기술적 방법을 형성했습니다.
키워드: 도로 질병, 질병 경고 감지, 차량 탑재 배열 레이더
1. 서문
최근에는 도시 전역에서 도로 붕괴 재해가 자주 발생하고 있습니다. 우리나라에서는 대규모, 고빈도, 악성 붕괴사고가 잇달아 발생해 많은 사망자와 부상자가 발생하고 막대한 인명과 재산의 손실을 가져오고 심각한 사회적 영향을 초래해 도시 공공의 안전과 재난관리에 직접적인 위협을 가하고 있다. 긴급해집니다. 현재 베이징, 상하이, 광저우, 선전 등 1선 도시부터 하얼빈, 창춘, 대련, 타이위안, 시진 등 2선 도시에 이르기까지 전국 각 성, 시에서 도시 도로 붕괴 재해가 발생하고 있다. 안, 우한, 창사, 푸저우, 샤먼은 물론 란저우, 인촨, 우루무치 등 서부의 외딴 도시도 포함됩니다. 장자커우, 한단, 쉬안청, 징저우, 샹탄, 루디, 구위안, Korla는 또한 계속되는 붕괴 재해의 심각한 위협에 직면해 있습니다.
조사 및 연구에 따르면 도시 도로 붕괴의 대다수는 지하 파이프라인과 직접적으로 관련되어 있으며 지하 파이프라인의 전형적인 2차 재해인 것으로 나타났습니다. 통계에 따르면 대부분의 지하 공동 붕괴는 지표면 아래 0~3m 범위에서 발생합니다[1]. 다양한 인센티브는 지하 파이프라인을 손상시키거나 파이프라인 주변의 토양을 직접적으로 느슨하게 하며, 다양한 물 흐름 요인의 작용으로 토양 손실이 발생하여 파이프라인 주변에 구멍이 점차 발달하고 확장되어 결국 도로 붕괴 및 재해로 이어집니다. 공동 붕괴 재해의 원인에는 다음이 포함됩니다[2][3]: 지하 파이프라인의 노후화 누출, 파이프라인 건설 중 부적절한 되메우기, 지표수 누출 및 침식, 지하수위 저하, 지하철 건설 교란, 지하 민방공 및 기타 시설의 노후화 붕괴 , 습하침하 황토붕괴, 동굴붕괴 등
과학적 연구와 붕괴재해 조사분석 결과, 첨단 첨단 지구물리학 장비를 활용해 도시 도로를 정기적으로 조사하고, 지하 공동을 사전에 발견하고, 조기 경보를 제공하고, 위험 제거 조치를 취하는 것만이 증명됐다. 붕괴사고를 예방할 수 있을까요?
2. 차량 탑재 배열 레이더 시스템
도시에서는 도로 교통량이 많고 주변 환경의 간섭이 크기 때문에 도로 아래에 숨겨진 공간을 탐지하는 작업이 일반적으로 수행됩니다. 고밀도 전기법, 천층 지진법, 과도 전자기법 등 공학적 지구물리학 방법은 적용 효과가 좋지 않고 비용이 높으며 속도가 느리기 때문에 도시에서 대규모로 적용하기가 어렵습니다. 지상 투과 레이더는 고효율, 간섭 방지, 고정확도 및 편리한 현장 작동 특성을 가지며 도시 도로 붕괴 재해 조사 및 탐지에 선호되는 기술입니다. 국내외 엔지니어링 실무에 따르면 지면 투과 레이더는 도로 아래 숨겨진 질병을 탐지하는 현실적이고 실행 가능한 유일한 기술 수단이 되었으며 공극, 구덩이, 느슨한 토양 및 수분 함량과 같은 다양한 도로 질병을 탐지하는 데 적합합니다. 4][5].
우리나라에는 도시가 많기 때문에 일반적으로 도시 면적이 크고 도시 지하 지질 및 지하 구조물이 상대적으로 복잡합니다. 기존의 단일 (이중) 채널 지상 침투 레이더 및 수동 탐지 작업. 이러한 방법은 재난 조사 탐지 효율성과 탐지에 있어 비효율적이며, 탐지 효율성이 낮고 작업량이 많아 도시의 장거리 도로 탐지 요구를 충족할 수 없습니다. 빠르고 효율적인 차량 탑재형 다채널 배열 레이더 시스템이 절실히 필요합니다.
위의 요구에 부응하여 우리는 차량 탑재형 배열 레이더 시스템(그림 1 참조)을 개발했습니다. 이 장비는 다채널 초광대역 지상 투과 레이더 기술과 대형 안테나를 기반으로 합니다. 대규모 및 장거리 고속도로와 도시 도로의 붕괴 위험 조사 및 감지를 위한 혁신적인 설계가 수행되었습니다.
그림 1 차량 탑재 도로 질병 재해 조기 경보 레이더 시스템
안테나 배열에는 400MHz 안테나 5개, 200MHz 안테나 2개 및 100MHz 안테나 1개가 포함됩니다( 그림 2)에서는 레이더의 감지 깊이와 해상도를 고려합니다. 레이더 시스템의 감지 폭은 3.75m, 감지 수심 범위는 0~10m, 이동 속도는 10~20km/h이다. 감지 정확도는 센티미터 수준에 달할 수 있으며, 도시 도로에서 카펫 형태의 전체 범위 인구 조사를 수행할 수 있습니다. 레이더 시스템은 지하 질병체에 대한 다채널 동시 관절 스캐닝 및 측정을 수행하여 질병체의 공간정보 및 질병 특성 획득을 극대화함으로써 레이더 탐지 및 식별의 품질과 효율성을 크게 향상시킵니다. 동시에 다중 채널 데이터 간의 상관 관계는 레이더 이미지의 해석을 더욱 정확하고 신뢰할 수 있게 만듭니다.
그림 2 안테나 배열 배열의 개략도
차량 탑재 레이더 시스템에는 8채널 지상 투과 레이더 안테나 배열, 3G 안테나, 레이저 라인 스캐닝 산업용 카메라, RTK가 통합되어 있습니다. 정밀 측위 시스템 및 관제센터, 적외선 고화질 카메라 시스템, DMI 거리 측정기 등(그림 3 참조), 배열 레이더 데이터, 위도 및 경도 좌표 정보, 현장 비디오 장면 및 고화질 이미지 도로 표면은 동시에 수집되고 시스템 데이터베이스에 통합되어 하나의 다중 정보 종합 수집 플랫폼을 형성합니다. 다중 정보 종합 수집 플랫폼은 도로 질병 및 재해에 대한 시각적 감지와 정확한 위치 파악을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있으며 인구 조사 및 다양한 감지에 널리 사용될 수 있습니다. 도로 질병 및 재해. 이 획기적인 탐지 기술 플랫폼과 새로운 인구 조사 탐지 작동 모드 덕분에 지구물리학 엔지니어는 다중 채널 레이더를 사용하여 통합된 통합 인터페이스에서 각 지하 공동 이상을 파악하고 정확한 좌표 위치를 결정하며 위치를 관찰할 수 있습니다. 현장 환경, 노면 상태 등 다양한 정보에 대한 종합적인 분석과 판단을 통해 신뢰성 있는 결론을 신속하게 도출할 수 있습니다.
그림 3 차량 탑재 레이더 시스템 구성
자체 개발한 차량 탑재 도로 질병 재해 조기 경보 레이더 시스템은 국가특허청으로부터 제품 기술 및 소프트웨어 저작권을 부여받았다. [6][7] , 완전한 기업 지적 재산 시스템을 형성합니다. 2015년에 이 시스템은 주택도시농촌개발부의 과학기술 성과 평가를 통과했습니다.
3. 기술적 방법
차량 탑재형 배열 레이더의 도로 붕괴 질환 탐지 기술 방법은 인구 조사 탐지, 의심 지점 선별, 의심 지점 검토, 파이프라인 연대 서명의 5단계로 구분됩니다. 그리고 검증.
(1) 인구조사 및 탐지
차량 탑재 레이더 시스템은 DMI의 트리거링에 따라 다양한 센서 데이터를 동시에 수집하고 저장합니다. .
(2) 의심 지점 스크리닝
의심 지점을 스크리닝할 때 플랫폼 소프트웨어는 데이터베이스를 읽고 다채널 레이더 데이터, 이미지 데이터 및 지도를 동시에 표시합니다. 다채널 레이더 데이터 처리 단계에는 일반적으로 영점 조정, 주파수 영역 필터링, 게인 조정, 배경 제거 등이 포함됩니다. 질병의 에코 특성과 레이더 데이터의 상관 관계를 기반으로 질병이 의심되는 지점을 선별합니다. 각 채널을 통합하여 의심되는 질병 포인트를 분석합니다. 의심 지점의 경도, 위도 좌표와 주변 이미지를 기반으로 도로에서 의심 지점의 구체적인 위치를 결정합니다. 의심되는 지점을 판단할 때, 도로 범프, 철판, 지하 보행통로, 터널, 고가도로 등의 간섭을 제거하기 위해 이미지도 참고해야 합니다.
(3) 의심 지점 검토
기존의 단일 채널 지상 관통 레이더를 사용하여 선별된 이상 지점을 검토합니다. 검토 중에는 다중 중심 주파수를 가진 안테나를 사용하여 비정상 영역의 다중 측량선에 대한 암호화된 탐지를 수행했습니다. 그리고 레이더 영상과 주변 맨홀뚜껑을 통해 의심지점 주변의 관로 분포를 파악하여 지하관로, 유정실 등으로 인한 오판을 없애줍니다. 의심되는 지점을 검토한 후 이상 부위의 위치와 규모, 깊이를 판단합니다.
(4) 파이프라인 연대 서명
도시 지하에는 물 공급, 배수, 전기, 가스, 난방, 통신과 관련된 다양한 전문 부서에서 관리하는 많은 파이프라인이 지하에 분포되어 있습니다. 정보, 라디오 및 텔레비전, 공공 보안 운송 및 기타 파이프라인 소유권 단위. 검증 중 파이프라인 손상을 방지하려면 건설 전에 연대 서명 절차를 완료해야 합니다. 시 부서는 의심되는 지점 주변의 파이프라인 분포를 확인하기 위해 각 비정상적인 질병 지점에서 파이프라인 대응 서명을 수행하도록 각 파이프라인 소유권 단위를 조직할 것입니다.
(5) 검증
시추 또는 굴착 방법으로 검증합니다.
IV. 사례
차량 탑재형 배열 레이더 시스템은 선양, 다롄, 샤먼, 광저우, 선전, 난징, 전장, 창춘, 스자좡 및 기타 프로젝트에 성공적으로 적용되었습니다. 다른 도시.
4.1 샤먼시 쓰밍구의 도로 붕괴 재해 조사 및 감지
2015년 5월부터 9월까지 샤먼시 쓰밍구에서는 차량 탑재 배열 레이더 시스템을 사용하여 조사를 실시했습니다. 관내 간선도로에 대한 붕괴재난 조사 및 탐지가 이루어졌으며, 조사선 주행거리가 약 200㎞에 달해 탐지를 통해 다수의 공동재해 지점이 발견되어 도로붕괴재해 발생에 대한 효과적인 경고가 이루어졌다. 공학적 처리를 통해 붕괴 사고를 피할 수 있었습니다.
그림 4는 샤먼시 시디로에서 발견된 대형 공동을 시추 검증 후 굴착과 되메우기를 진행해 시간이 지나면서 위험이 제거된 모습이다.
그림 4 샤먼의 시디 도로 공동
4.2 광저우 텐허구의 도로 붕괴 재해 조사 및 감지
2015년 4월 차량 탑재 어레이 광저우 텐허(Tianhe)에 레이더 시스템이 설치되었습니다. 이 지역에서는 도로 붕괴 위험에 대한 조사 및 감지를 실시했으며 많은 빈 위험 지점을 발견했습니다. 그림 5는 텐허구 커윤로에서 발견된 대형 공동을 보여줍니다. 재해 지역은 30㎡이고, 동굴 바닥의 깊이는 3.2미터이며, 동굴 상단은 표면에서 불과 0.3미터 떨어져 있을 수 있습니다. 언제든지. 드릴링, 드릴링, 전자내시경 등을 통해 병든 지점을 점검 및 평가한 후 관련부서는 사고 예방을 위해 현장에서 그라우팅 작업을 진행했다.
그림 5 광저우 커윤 도로 공동
4.3 창춘 지하철 노선 도로 붕괴 재해 조사 및 감지
지하철 건설로 인한 층위 교란으로 인해 장춘 지하철 노선에서는 도로 붕괴 사고가 많이 발생했습니다. 2016년 3월, 차량 탑재 배열 레이더 시스템은 장춘시에서 건설 중인 지하철 1호선과 2호선(인민로, 길림로, 허지에로) 도로 붕괴 재해에 대한 종합 조사 및 탐지를 실시했습니다. 많은 의심되는 질병 지점. 장춘시 시설 유지 관리 센터의 도로 및 거리 조명 부서는 의심되는 지점 주변의 파이프라인 분포를 확인하기 위해 각 비정상적인 질병 지점에 대한 파이프라인 대응 서명을 수행하기 위해 모든 파이프라인 소유 단위를 소집했습니다(그림 6). 시추 또는 굴착 검증을 통해(그림 7) 많은 구멍과 느슨한 도로 질병 지점이 확인되었으며 질병 지점의 분포는 그림 8에 나와 있습니다.
그림 6 파이프라인 대응표
그림 7 시추 현장
그림 8 창춘 도로병 지점 분포도
사례 1:< / p>
재해 지점은 지린로와 린허2로 교차로 동쪽 외측 완행 차선에 위치해 있다. 레이더 차량 조사 결과 그곳의 레이더 스캐닝 영상에서 심각한 구멍과 비정상적인 반응이 발견됐다. 현장 검토 및 탐지 후 시추 검증 및 시추를 통해 구멍 내시경 영상(그림 9)을 통해 이번 재해 지역은 남북으로 길이가 2.5m, 동서로 폭이 2m임을 확인했다. 서쪽으로, 구멍은 0.42미터 깊이에 묻혀있습니다. 조사 결과, 재해지점 아래 1.7m 지점에 콘크리트 배수관이 있는 것으로 확인됐고, 맨홀뚜껑을 열어 점검한 결과, 배수관 본체가 배수구에 연결돼 있었던 것으로 드러났다. 배관 본체 연결부 주변에 흐르는 흙이 쌓인 현상 인근 도로 표면에 흙이 쌓인 것으로 판단됩니다. 우물물이 재해 지역에 침입하여 흙을 씻어내고 인근 배수정을 통해 배수되어 공동을 형성한 것으로 판단됩니다. 관련 부서에서는 즉시 재해 지역의 구멍을 파고 메우고 배수정을 수리했습니다.
그림 9 시추공 내시경 비디오 스크린샷
사례 2:
그림 10은 동쪽 시작점에서 레이더 시스템의 서쪽 방향 외부 느린 차선입니다. Jiefang Road 쪽 물이 풍부한 구멍이 발견되었습니다.
조사 과정에서 해당 지역의 레이더 스캐닝 영상에서 심각한 비정상적 공동 반응과 수체 반응이 있는 것으로 확인됐다. 현장 검토 감지와 시추 검증, 시추공 내시경 영상을 통해 해당 지역이 심각한 상태인 것으로 확인됐다. 홍수 지하 숨겨진 구멍 재해로 재해 지역은 동서로 4미터, 남북으로 너비가 2미터, 깊이가 0.35미터입니다. 조사 결과, 재해지점 2m 아래에 배수관이 있는 것으로 확인됐는데, 배관 안의 물이 심하게 새어 재해지역 토양을 씻어낸 뒤 옆에 있는 도로변 집수정으로 흘러 들어간 것으로 드러났다. 시추를 통해 재해 지역의 토양이 완전히 씻겨져 나갔고 물의 흐름이 깨끗해졌음을 알 수 있습니다. 이 일대는 오랫동안 수돗물이 새어 유실되어 붕괴 위험이 매우 높습니다. 관련 부서에서는 즉시 재해 지역의 수도관에 대한 긴급 수리를 실시하고 구멍을 신속하게 되메우고 처리했습니다.
그림 10 창춘의 Jiefang 도로 공동
V. 결론
차량 탑재 배열 레이더는 도시 도로의 조기 경보 및 감지를 위한 첫 번째 선택 기술 장비입니다. 엔지니어링 실무에서 기술적 장점과 효율성을 최대한 활용하여 합리적인 운영 절차와 방법을 개발하면 숨겨진 지하 공간을 정확하고 안정적으로 감지하고 적시에 경고를 제공하며 도로 붕괴 재해 발생을 효과적으로 예방하고 줄일 수 있습니다.
참고문헌
[1] Yang Caixia. 도시 도로 포장 붕괴 원인에 관한 예비 연구, Shanxi Architecture, 2013, 39(15): 113-114.
[ 2] Song Guchang, Ye Yuanchun, Liu Qingren. 베이징의 도시 도로 붕괴 원인 및 대책 분석, 2011, 8: 250-252.
[3] Zhou Zhenggang, 도시 도로 붕괴 원인 분석 및 예방 조치, 도로 및 교량 공학, 2015, 5(11).
[4] 히라타 료지, 마츠야마 아키오 소개 및 사례 연구. GPR을 사용하여 지하 구조물을 탐색하기 위한 차량, Near Surface Geophysics Asia Pacific Conference, 2013년 7월 17~19일, 중국 베이징.
[5] Xue Jian, Zeng Zhaofa, Wang Zhejiang, Liu Minghui. 도시 지하철 노선의 공동 탐지에 대한 지상 투과 레이더의 기술적 방법. 지구물리학 및 지구화학적 탐사, 2010, 34(5): 617-621.
[6] Dalian Zhongrui Technology Development Co., Ltd. 차량 - 탑재형 도로 재해 및 질병 조기 경보 레이더 시스템(VGPR-20), 특허 공개 번호 CN302973058S. 공개 날짜: 2014-10-22.
[7] Dalian Zhongrui Technology Development Co., Ltd. 차량 탑재 도로 재해 질병 조기 경보 레이더 시스템, 특허 공개 번호: CN203870250U 공개 날짜: 2014-10-08.