KR101695914B1 - Excavator 3-dimensional earthwork bim system for providing realtime shape information of excavator in executing earthwork construction - Google Patents
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Abstract
3D BIM 기법을 기반으로 굴삭기가 수행하는 토공작업을 3D 그래픽으로 표현하여 굴삭기 조종원에게 실시간 형상정보를 제공함으로써 토공작업의 생산성을 높일 수 있고, 또한, 기존 2D 또는 3D 형태로 형상정보를 제공하는 시스템과 비교하여 굴삭기의 형상정보를 사실적으로 실시간 제공함으로써 굴삭기 조종원이 원하는 다양한 시각정보를 제공할 수 있으며, 또한, 숙련된 장비 조종원뿐만 아니라 미숙련된 장비 조종원까지도 간편하게 사용할 수 있는 실시간 토공정보체계로서 토공 BIM 시스템을 제공함으로써 시각적 정보 및 데이터 정보를 바탕으로 장비 조종의 생산성을 향상시킬 수 있는, 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템이 제공된다.Based on the 3D BIM technique, it is possible to enhance the productivity of the earthworking work by providing real-time shape information to the excavator pilot by expressing the earthwork work performed by the excavator in 3D graphic, and to provide the shape information in the existing 2D or 3D form It is possible to provide a variety of visual information desired by an excavator manipulator by providing real-time real-time shape information of an excavator. Also, it is a real-time earthwork information system which can easily use not only a skilled equipment pilot but also an unskilled equipment pilot. A 3D excavation BIM system is provided which provides excavator shape information in real time during soil excavation work, which can improve the productivity of equipment control based on visual information and data information by providing a system.
Description
본 발명은 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고정된 건축물 설계와 시공에 적용되고 있는 3D BIM(Building Information Modelling) 기법을 환경변화가 지속적으로 발생되는 건설장비인 굴삭기의 토공작업에 확장하여 적용할 수 있도록 토공 BIM(Earthwork BIM)을 구축하는, 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an excavator 3D earth boring system (BIM) system, and more particularly, to a 3D excavator BIM system, in which a 3D BIM (Building Information Modeling) technique applied to a fixed building design and construction is applied to excavator earthworks (BIM) for earthwork so that it can be extended and applied, and an excavator 3D earthwork BIM system that provides the shape information of an excavator in real time during earthwork construction.
일반적으로, 건설공사의 토공공사에 굴삭기, 도저, 페이로더, 덤프트럭 등 다양한 건설장비가 투입된다. 특히, 이러한 다양한 건설장비 중에서 굴삭기는 굴착과 정지, 그리고 상차작업에서 중요한 기능을 수행한다.Generally, various construction equipments such as excavator, dozer, payloader, dump truck are put into earthwork construction of construction work. In particular, among these various construction equipments, excavators perform important functions in excavation, stopping, and loading work.
구체적으로, 이러한 굴삭기는 토목현장, 건축현장 및 건설현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 덤프트럭에 운반하는 적재작업, 건물과 돌을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정리작업 등의 작업, 무거운 물체를 매달아 올리거나 집게를 이용하여 물체를 집어 올리는 작업 등을 수행할 수 있는 건설기계이다.Specifically, these excavators are used for excavation work for digging the ground at civil engineering sites, construction sites and construction sites, loading work for transporting soil to dump trucks, crushing work for dismantling buildings and stones, It is a construction machine that can hang up a heavy object or pick up an object by using a forceps.
이러한 굴삭기는 장비의 이동 역할을 하는 하부 주행체, 그 상부에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체 및 상기 상부 선회체의 앞쪽에 부착되는 작업장치로 구분되며, 상부 선회체는 굴삭기 조종원이 탑승하는 운전석(캐빈)을 갖추고 있다. 이 중에서 작업장치는 붐과 암을 연결하여 그 선단에 버킷을 장착한 것으로, 버킷용 실린더의 단부에 커넥팅 로드와 링크를 개재하여 연결되고, 실린더에 의해 작동되어 버킷 작업을 수행할 수 있다.The excavator is divided into a lower traveling body, a upper swing body mounted on the upper swinging part and rotating 360 degrees, and a working device attached to the front side of the upper swinging body. The upper swinging body is mounted on an excavator It has a cab (cabin). Among these, the working device is connected to the boom and the arm, and the bucket is attached to the tip of the boom. The connecting device is connected to the end of the bucket cylinder through a link and is operated by the cylinder to perform the bucket operation.
이와 같이 건설공사에 주로 사용되는 굴삭기는 운전자의 직관적인 판단과 경험에 의해 토공작업을 수행한다. 이와 같이 토공작업을 실시하는 굴삭기는 위험한 작업환경에서 토공작업을 실시하므로, 위험 발생시 신속하고 정확한 대처가 필요하다.In this way, the excavator used mainly in the construction work performs earthwork by the driver's intuitive judgment and experience. Excavators that carry out soil excavation work as earthworks work in dangerous work environment, and it is necessary to take prompt and precise action in case of danger.
또한, 이러한 굴삭기는 숙련자가 조종자로서 굴삭기에 탑승하여 직접 조종하여 작업을 수행하기 때문에, 숙련된 기능공의 부재로 인한 어려움을 겪고 있으며, 안전 관리 문제, 숙련공의 임금 상승으로 인한 채산성이 계속해서 악화하고 있다. 또한, 기능공에 개개인의 숙련도 차이에 따라 시공 품질의 균일성 확보에 어려움을 겪고 있다.In addition, such an excavator suffers from difficulties due to the absence of skillful craftsmen, because an expert is carried on an excavator as a pilot and directly manages the work, and the safety management problem and the profitability due to the increase in wages of skilled workers are continuously deteriorated have. In addition, it is difficult to obtain uniformity of construction quality depending on the skill level of each skilled worker.
최근, 굴삭 작업시 숙련공의 부재, 안전 관리, 및 채산성 문제를 해결할 수 있는 지능형 굴삭 시스템이 개발이 활발히 연구되고 있다. 이러한 지능형 굴삭 시스템은 3D 작업 환경 모델링을 이용하여 생성된 굴삭 작업계획 아래, 굴삭기를 원격으로 조정하는 방식이나, 생성된 굴삭 작업 계획을 실제 굴삭기와 통합적으로 관리하기 위해서는 굴삭기의 이동명령 전송, 굴삭기의 이동경로 판단, 굴삭 작업수행명령 전송, 굴삭기의 현재 상황 파악, 장애물 감지시의 굴삭기 정지 명령 등과 같은 다양하고 복합적인 문제점이 발생한다.Recently, the development of an intelligent excavating system capable of solving the problems of lack of skilled workers, safety management, and profitability in excavation work has been actively researched. Such an intelligent excavating system is a method of remotely adjusting the excavator under the excavation work plan generated using the 3D work environment modeling, but in order to integrally manage the excavation work plan generated with the excavator, There are various and complex problems such as determination of travel route, transmission of excavation work execution command, grasp of current situation of excavator, stop command of excavator when obstacle is detected, and the like.
한편, 종래의 기술에 따른 굴착기는 작업 및 주행 안전을 위하여 보조장치로서 후방 센서나 후방 카메라를 이용하고 있다. 하지만, 종래의 후방 센서나 후방 카메라만으로는 상체가 회전하는 굴삭기의 특성상 굴삭기 조종원이 회전반경 이내의 장애물을 시각적으로 판단하기에는 부족하며, 굴삭기의 구조적 특징에 따른 캐빈 우측의 붐에 의한 사각에 의하여 안전사고가 발생할 위험 등 작업에 많은 어려움이 있다.On the other hand, the excavator according to the related art uses a rear sensor or a rear camera as an auxiliary device for work and driving safety. However, due to the characteristics of an excavator in which the upper body is rotated by a conventional rear sensor or a rear camera, it is not sufficient for the excavator operator to visually judge an obstacle within a radius of rotation, There are many difficulties in the work such as the risk of occurrence.
전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1144727호에는 "스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.As a prior art for solving the above-mentioned problems, Korean Patent No. 10-1144727 discloses an invention entitled " Excavation Operation Support System Using Stereo Vision Technology ", which will be described with reference to FIG.
도 1은 종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템의 설치 상태를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an installation state of a digging operation support system using stereo vision technology according to a conventional technique.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템에서, 굴삭기(10)는 굴삭기 조종원이 탑승하는 캐빈(Cabin)을 구비한 몸체(11) 및 붐(Boom: 12), 암(Arm: 13) 및 버킷(Bucket: 14)으로 이루어진 굴삭부 등을 포함하여 터파기나 바닥면 고르기 등의 굴삭 작업을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1, in a digging operation support system using stereo vision technology according to the related art, an
종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템은 스테레오 비전(Stereo Vision: 21), 위성항법장치(Global Positioning System: 22), 자세제어 센서(23) 및 절점 각도 센서(24)를 포함하고, 계획도면 저장부, 가상현실 엔진, 사용자 인터페이스(GUI) 및 마이콤(Micro Computer)을 추가로 포함할 수 있다.The excavation work support system using the stereo vision technology according to the related art includes a
따라서 종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템의 경우, 스테레오 비전(21)을 통해 굴삭 작업면에 대한 3차원 영상을 굴삭기 조종원에게 제공하면, 굴삭기 조종원이 계획도면 저장부에 저장된 3차원 계획도면의 최종 굴삭깊이 대비 굴삭작업 진행상황을 확인할 수 있기 때문에, 측량기사나 작업유도자의 도움 없이도 터파기 작업 등을 진행할 수 있다.Accordingly, in the case of the excavation operation support system using the stereo vision technology according to the related art, if a three-dimensional image of the excavation work surface is provided to the excavator pilot through the
또한, 종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템은 굴삭작업 진행상황을 디스플레이 기능을 구비한 사용자 인터페이스를 통해 표시함에 있어서, 가상현실 엔진을 통해 현실감 있게 제공하며, 이때, 가상현실에는 위성항법장치(22)를 통해 제공받은 굴삭기(10)의 절대위치 및 자세제어 센서(23)를 통해 측정된 굴삭기(10)의 자세가 반영될 수 있게 한다.In addition, the excavation work support system using the stereovision technology according to the related art provides realism through the virtual reality engine in displaying the progress status of excavation work through a user interface having a display function. At this time, The absolute position of the
또한, 종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템의 경우, 절점 각도 센서(24)를 통해 붐(12), 암(13) 및 버킷(14)의 각도를 측정하고, 이를 이용하여 버킷(14)의 위치 및 각도를 예측하여 굴삭기 조종원에게 제공함으로써, 약 5㎝ 이내의 미세한 오차 범위 내에서 작업이 이루어져야 하는 바닥면 고르기 작업 등도 굴삭기 조종원 단독으로 수행할 수 있게 한다.In the case of a digging operation support system using stereo vision technology according to the related art, the angles of the
종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템에 따르면, 스테레오 비전 기술을 이용하는 방식으로서, 굴삭작업 중에 굴삭기 조종원에게 최종 굴삭깊이 대비 작업진행정보를 제공하고, 또한, 굴삭기 및 버킷의 자세정보를 제공하여, 굴삭 작업시간을 단축시키고 안전사고의 발생을 방지할 수 있다.According to the excavation work support system using the stereo vision technology according to the related art, the system using the stereo vision technique can provide the excavator operator with information on the progress of the excavation during the excavation work, So that excavation work time can be shortened and the occurrence of a safety accident can be prevented.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2013-97913호에는 "파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기" 라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.As another prior art, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-97913 discloses an invention entitled "an excavator having a safety system in which a panoramic image is provided ", which will be described with reference to FIG.
도 2는 종래의 기술에 따른 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기에서 각도 센서의 설치 위치를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an installation position of an angle sensor in an excavator having a safety system in which a panoramic image according to the related art is provided.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기는, 하부 주행체(31)와 상기 하부 주행체(31) 상에 회전가능하게 탑재되는 상부 선회체(32), 상기 상부 선회체(32)에 고정되어 있는 운전석(33) 및 붐(34)과 암(35)을 개재하여 버킷(36)이 연결된 작업장치로 구성된다.2, an excavator having a safety system provided with a panoramic image according to the related art includes a
또한, 종래의 기술에 따른 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기는, 파노라마 영상을 제공하기 위한 촬상부로서, 상부 선회체(32)의 측방 및 후방에 3개 이상의 카메라가 장착되어 있다. 이때, 각 카메라는 이웃하는 카메라와 중첩된 영상을 얻을 수 있도록 장착된다.An excavator having a safety system provided with a panoramic image according to the related art is provided with three or more cameras on the side and rear of the upper revolving
종래의 기술에 따른 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기의 경우, 촬상부를 이용하여 굴삭기 주변의 영상을 중복 촬영하고, 이때, 카메라의 특성에 따라 미리 설정된 왜곡 보정값 및 중첩 보정값을 이용하여 파노라마 영상 생성부를 통해 굴삭기 주변의 파노라마 영상을 생성하게 된다. In the case of an excavator having a safety system in which a panoramic image according to the related art is provided, the image around the excavator is photographed using an image pickup unit. At this time, distortion correction values and superimposing correction values And a panorama image around the excavator is generated through the panorama image generation unit.
또한, 도시된 바와 같이, 상부 선회체(32)와 붐(34), 붐(34)과 암(35) 및 암(35)과 버킷(36)의 연결축 각각에는 각도 정보를 제공하기 위하여 각도 센서(41, 42, 43)가 장착되어 있다.As shown in the figure, each of the connecting shafts of the
이와 같이, 상기 각도 센서(41, 42, 43)에 의해 측정된 각도 정보를 이용하여 작업반경 가이드라인, 즉, 작업 안전범위로서 굴삭기 상부 선회체(32)의 회전 중심으로부터 버킷(36)까지의 반경을 작업반경 가이드라인 생성기를 통하여 계산할 수 있다.In this way, by using the angle information measured by the
종래의 기술에 따른 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기에 따르면, 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템으로서, 복수의 카메라에 의해 촬영된 굴삭기 주변의 영상정보를 파노라마 영상 생성부를 통하여 파노라마 영상으로 변환 생성하고, 암과 버킷 등의 작업장치에 부착된 각도 센서에 의해 결정되는 작업반경의 시각적인 정보를 파노라마 영상에 중첩 표시하여 운전석의 디스플레이부에 출력함으로써, 굴삭기 조종원에게 발생되는 사각을 최소화하고 작업 안정성을 향상시킬 수 있다.According to the excavator having the safety system provided with the panoramic image according to the related art, the safety system in which the panoramic image is provided, the image information around the excavator taken by the plurality of cameras is converted into the panoramic image through the panoramic image generation unit And visual information of the working radius determined by the angle sensor attached to the working device such as the arm and the bucket is superimposed on the panoramic image and displayed on the display unit of the driver's seat to minimize the angle generated to the excavator pilot The stability can be improved.
한편, 최근 건설장비를 표현하기 위해서 2D 또는 3D 형태로 형상정보를 제공하는 시스템이 개발되어 현장에 적용되고 있는데, 이러한 시스템은 건설장비에 대하여 3D 단면, X 단면, Y 단면 등 일정하게 정해진 형태로만 형상정보를 제공할 수 있다.In recent years, a system for providing shape information in the form of 2D or 3D has been developed and applied to the field in order to express construction equipment. Such a system is applied to the construction equipment only in a fixed form such as 3D section, X section, Y section Shape information can be provided.
한편, BIM(Building Information System)은 건축물의 기획, 설계, 시공 및 유지단계의 전 수명주기 동안 다양한 분야에서 정보를 생산 및 관리하기 위한 것으로, 주로 건축분야에서 활성화되어 있다. 그 이유는 건축분야는 시설물 위주로 사업이 추진되기 때문에 시설물에 대한 BIM을 적용함으로써 기대하는 효과를 충분히 얻을 수 있기 때문이다. 하지만, 토공 BIM(Earthwork BIM)은 건축분야 또는 토목분야에서 구조물을 대상으로 3D 모델을 생성하는 것으로서, 동적으로 변하는 대상에 대한 3D BIM은 새롭게 연구되어야할 분야이다. 특히, 3D 토공 BIM은 토공작업에 대한 3D 그래픽 모델환경을 제공함으로써 토공작업 수행에 대한 효과를 높이도록 지원할 수 있다.Meanwhile, BIM (Building Information System) is intended to produce and manage information in various fields throughout the life cycle of planning, designing, construction and maintenance phases of buildings, and is mainly active in the construction field. The reason for this is that the BIM is applied to the facilities in the building sector because the project is mainly focused on the facilities. However, earthwork BIM (Earthwork BIM) generates 3D models for structures in the field of construction or civil engineering, and 3D BIM for dynamically changing objects is a new area to be studied. In particular, the 3D earthwork BIM can provide a 3D graphical model environment for the earthwork work, thereby enhancing the effect of earthwork work.
이에 따라 종래의 기술에 따른 고정된 건축물 설계와 시공에 적용되고 있는 3D BIM(Building Information Modelling) 기법을 환경변화가 지속적으로 발생되는 건설장비의 토공작업에 확장하여 적용할 수 있도록 토공 BIM을 구축할 필요성이 있는 실정이다.Accordingly, the 3D BIM (Building Information Modeling) technique applied to the fixed structure design and construction according to the conventional technology is extended to the earthwork work of the construction equipment in which the environmental change is continuously generated. There is a need.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 3D BIM 기법을 기반으로 굴삭기가 수행하는 토공작업을 3D 그래픽으로 표현하여 굴삭기 조종원에게 실시간 형상정보를 제공함으로써 토공작업의 생산성을 높일 수 있는, 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템을 제공하기 위한 것이다.Technical Solution According to an aspect of the present invention, there is provided a 3D BIM method for providing a real-time shape information to an excavator pilot by expressing the earthwork work performed by an excavator in 3D graphics, The present invention is to provide an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthwork construction.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 굴삭기의 형상정보를 사실적으로 실시간 제공함으로써 굴삭기 조종원이 원하는 다양한 시각정보를 제공할 수 있는, 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an excavator 3D earthwork BIM system capable of realizing real time and real time shape information of an excavator to provide various visual information desired by an excavator operator, .
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 숙련된 장비 조종원뿐만 아니라 미숙련된 장비 조종원까지도 간편하게 사용할 수 있는 실시간 토공정보체계로서 토공 BIM 시스템을 제공함으로써, 시각적 정보 및 데이터 정보를 바탕으로 장비 조종의 생산성을 향상시킬 수 있는, 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide an earthwork BIM system as a real-time earthwork information system which can easily use not only an experienced equipment operator but also an unskilled equipment operator, And to provide an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthworks work.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은, 토공공사를 수행하기 위한 굴삭기의 상부 선회체, 붐, 암 및 버킷에 각각 부착되어 상부 선회체 각도, 붐 각도, 암 각도 및 버킷 각도를 각각 감지하여 부재별 각도정보를 제공하는 센서모듈; 상기 굴삭기에 설치되고, 상기 굴삭기의 현장 내 이동경로에 대응하는 위치정보를 추적하여 확인하여 굴삭기 위치정보를 제공하는 작업위치 추적모듈; 및 상기 굴삭기 내에 탑재되는 사용자 단말로서, 수치지도로부터 3D 지형정보를 수신하고, 상기 작업위치 추적모듈에서 제공하는 굴삭기 위치정보를 수신하며, 상기 센서모듈로부터 감지된 부재별 각도정보 및 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원에 따라 굴삭기 형상정보를 생성하고, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 속성정보로 하여 상기 속성정보에 따른 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행함으로써 3D 모델링 영상을 표시하는 토공 BIM 사용자 단말을 포함하되, 상기 토공 BIM 사용자 단말은 3D BIM 기법을 기반으로 토공공사 수행시 굴삭기의 토공작업을 3D 그래픽으로 실시간 표현하는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-mentioned technical object, an excavator 3D earthwork BIM system for providing shape information of an excavator in real time during earthworks work according to the present invention includes: an upper swing body of an excavator for performing earthwork work; A sensor module attached to each of the buckets to detect angles of the upper revolvers, the boom angles, the arm angles, and the bucket angles to provide angle information for each member; A work position tracking module installed in the excavator and tracking and confirming position information corresponding to a moving path of the excavator in the field to provide excavator position information; And a user terminal mounted in the excavator, wherein the user terminal receives 3D terrain information from a digital map, receives excavator location information provided by the work location tracking module, and provides angle information of each member detected by the sensor module and information The excavator shape information, the excavator position information, and the 3D terrain information are used as attribute information to perform a real-time 3D graphic simulation according to the attribute information, thereby displaying a 3D modeling image. Wherein the earthwork BIM user terminal realizes earthwork work of an excavator in 3D graphics in real time when earthworks work is performed based on the 3D BIM technique.
여기서, 상기 센서모듈은, 상기 굴삭기의 상부 선회체에 부착되어 상기 상부 선회체의 각도를 감지하는 제1 센서모듈; 상기 굴삭기의 붐에 부착되어 상기 붐의 각도를 감지하는 제2 센서모듈; 상기 굴삭기의 암에 부착되어 상기 암의 각도를 감지하는 제3 센서모듈; 및 상기 굴삭기의 버킷에 부착되어 상기 버킷의 각도를 감지하는 제4 센서모듈을 포함할 수 있다.Here, the sensor module may include: a first sensor module attached to an upper revolving body of the excavator and sensing an angle of the upper revolving body; A second sensor module attached to a boom of the excavator to detect an angle of the boom; A third sensor module attached to the arm of the excavator and sensing an angle of the arm; And a fourth sensor module attached to the bucket of the excavator to sense the angle of the bucket.
여기서, 상기 제1 내지 제4 센서모듈은 각각 굴삭기 부재별 각도를 감지하는 각도 센서 및 상기 각도 센서에 의해 감지된 부재별 각도정보를 상기 토공 BIM 사용자 단말에게 무선으로 전송하는 근거리 무선통신모듈을 포함할 수 있다.Here, the first to fourth sensor modules include an angle sensor for detecting an angle of each excavator member, and a short-range wireless communication module for wirelessly transmitting angle information of each member sensed by the angle sensor to the earth-borne BIM user terminal can do.
여기서, 상기 토공 BIM 사용자 단말은, 상기 센서모듈로부터 감지된 부재별 각도정보 및 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원에 따라 굴삭기 형상정보를 생성하여 제공하는 토공 BIM 형상정보 제공부; 수치지도로부터 계획 지반고 및 현재 지반고에 대응하는 3D 지형정보를 생성하여 제공하는 토공 BIM 지형정보 제공부; 상기 작업위치 추적모듈에서 제공하는 굴삭기 위치정보를 수신하며, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보에 따라 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행하는 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈; 및 상기 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈에서 수행된 시뮬레이션 결과에 따른 3D 모델링 영상을 표시하는 토공 BIM 디스플레이를 포함할 수 있다.Here, the earthwork BIM user terminal may be provided with an earthwork BIM shape information providing unit for generating and providing excavator shape information according to member angle information detected by the sensor module and member specifications provided by an excavator manufacturer; A terrain BIM terrain information providing unit for generating and providing 3D terrain information corresponding to the planned ground level and the current ground level from the digital map; A real-time 3D graphic simulation module that receives excavator position information provided by the working position tracking module and performs real-time 3D graphic simulation according to the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information; And an earthwork BIM display for displaying a 3D modeling image according to a simulation result performed in the real-time 3D graphics simulation module.
여기서, 상기 토공 BIM 형상정보 제공부는, 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원 및 상기 센서모듈로부터 전송되는 부재별 각도정보를 이용하여 3D 공간상에서 표시될 수 있도록 스크립트를 제어하는 스크립트 제어모듈; 및 상기 스크립트 제어모듈의 제어에 따라 굴삭기, 상부 선회체, 하부 주행체, 붐, 암 및 버킷을 실시간으로 표현하는 굴삭기 형상정보를 생성하는 굴삭기 형상정보 생성부를 포함할 수 있다.Here, the earthwork BIM shape information providing unit may include a script control module that controls a script to be displayed in a 3D space using information on the member provided by the excavator maker and angle information on each member transmitted from the sensor module; And an excavator shape information generator for generating excavator shape information representing the excavator, the upper revolving body, the lower traveling body, the boom, the arm, and the bucket in real time according to the control of the script control module.
여기서, 상기 토공 BIM 지형정보 제공부는 계획 지반고 DB로부터 계획 지반고를 추출하여 3D 계획 지반고를 생성하고, 현재 지반고 DB로부터 현재 지반고를 추출하여 3D 현재 지반고를 생성하며, 상기 3D 계획 지반고 및 3D 현재 지반고를 토공 BIM 지형정보로 제공하는 것을 특징으로 한다.Here, the earthwork BIM topographical information providing unit extracts the planar ground from the planar ground DB, generates 3D plan ground elevation, extracts the current ground elevation from the current ground elevation DB to generate 3D current ground elevation, And provides it as earthwork BIM topographical information.
여기서, 상기 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈은, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 수신하여 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행하기 위한 데이터로 정합하는 데이터 정합부; 상기 데이터 정합부에서 정합된 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보에 따라 3D 모델링을 수행하는 3D 모델링 수행부; 및 상기 3D 모델링 수행부에서 수행된 결과에 따라 뷰별로 3D 모델링 영상을 생성하는 뷰별 3D 모델링 영상 생성부를 포함할 수 있다.Here, the real-time 3D graphic simulation module may include a data matching unit that receives the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information, and matches the data to perform real-time 3D graphic simulation; A 3D modeling unit for performing 3D modeling according to the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information registered in the data matching unit; And a view-specific 3D modeling image generating unit for generating a 3D modeling image for each view according to the result of the 3D modeling performing unit.
여기서, 상기 뷰별 3D 모델링 영상 생성부에서 생성되는 뷰별 3D 모델링 영상은 3D뷰, 상단뷰, 정면뷰 및 측면뷰를 포함할 수 있다.Here, the view-specific 3D modeling images generated by the view-specific 3D modeling image generator may include a 3D view, an upper view, a front view, and a side view.
여기서, 상기 작업위치 추적모듈에서 제공하는 굴삭기 위치정보는 상대좌표에서 절대좌표로 변환되는 것을 특징으로 한다.Here, excavator position information provided by the working position tracking module is converted from relative coordinates to absolute coordinates.
여기서, 상기 굴삭기 속성정보는 데이터베이스의 저장과 조회가 신속하게 이루어질 수 있도록 ERD(Entity Relation Diagram)를 작성하여 상호연관 관계를 정의하는 것을 특징으로 한다.Here, the excavator attribute information is characterized by defining an interrelationship by creating an ERD (Entity Relation Diagram) so that the database can be stored and inquired quickly.
본 발명에 따르면, 3D BIM 기법을 기반으로 굴삭기가 수행하는 토공작업을 3D 그래픽으로 표현하여 굴삭기 조종원에게 실시간 형상정보를 제공함으로써 토공작업의 생산성을 높일 수 있다.According to the present invention, the earthwork work performed by the excavator based on the 3D BIM technique can be expressed in 3D graphics, and real-time shape information can be provided to the excavator pilot, thereby enhancing the productivity of the earthwork work.
본 발명에 따르면, 기존 2D 또는 3D 형태로 형상정보를 제공하는 시스템과 비교하여 굴삭기의 형상정보를 사실적으로 실시간 제공함으로써 굴삭기 조종원이 원하는 다양한 시각정보를 제공할 수 있다.According to the present invention, the shape information of an excavator can be real-time and real-time compared to a system that provides shape information in the conventional 2D or 3D form, thereby providing various visual information desired by the excavator pilot.
본 발명에 따르면, 숙련된 장비 조종원뿐만 아니라 미숙련된 장비 조종원까지도 간편하게 사용할 수 있는 실시간 토공정보체계로서 토공 BIM 시스템을 제공함으로써, 시각적 정보 및 데이터 정보를 바탕으로 장비 조종의 생산성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, productivity of maneuvering equipment can be improved on the basis of visual information and data information by providing the earthwork BIM system as a real-time earthwork information system that can easily use not only skilled equipment pilots but also unskilled equipment pilots.
도 1은 종래의 기술에 따른 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템의 설치 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 파노라마 영상이 제공되는 안전 시스템을 구비한 굴삭기에서 각도 센서의 설치 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서 굴삭기에 센서모듈이 설치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 센서모듈 및 토공 BIM 형상정보 제공부의 구체적인 구성도이다.
도 6은 도 3에 도시된 토공 BIM 지형정보 제공부 및 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈의 구체적인 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈에 따른 3D 그래픽 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 토공 BIM 형상정보 제공부에서 제공되는 굴삭기 형상정보에 대응하는 굴삭기의 형상을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 작업위치 추적모듈에 따른 굴삭기의 위치에 대응하여 상대좌표를 절대좌표로 변환하는 것을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM의 굴삭기 속성정보를 데이터베이스화하기 위한 ERD를 예시하는 도면이다.
도 11은 도 6에 도시된 뷰별 3D 모델링 영상 생성부에서 생성되는 토공작업 3D 뷰를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서 현장실험과 굴삭기 3D 토공 BIM 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면이다.1 is a view showing an installation state of a digging operation support system using stereo vision technology according to a conventional technique.
2 is a view showing an installation position of an angle sensor in an excavator having a safety system in which a panoramic image according to the related art is provided.
3 is a block diagram of an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthwork construction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a sensor module installed in an excavator in an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthwork work according to an embodiment of the present invention.
5 is a specific configuration diagram of the sensor module and the earthwork BIM shape information providing unit shown in FIG.
FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the earthwork BIM topographical information providing unit and the real-time 3D graphic simulation module shown in FIG.
7 is a diagram illustrating a result of 3D graphics simulation according to the 3D graphics simulation module shown in FIG.
FIG. 8 is a view showing the shape of an excavator corresponding to excavator shape information provided in the earthwork BIM shape information providing unit shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating conversion of relative coordinates to absolute coordinates corresponding to the position of the excavator according to the working position tracking module shown in FIG.
10 is a diagram illustrating an ERD for converting excavator property information of an excavator 3D earthwork BIM into a database according to an embodiment of the present invention.
11 is a view illustrating an earthwork 3D view generated by the 3D modeling image generation unit for each view shown in FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating the results of a field experiment and an excavator 3D earthwork BIM simulation in an excavator 3D earthwork BIM system according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
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.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
먼저, 현재 정부에서는 설계기술 발전을 위해서 BIM을 적극적으로 장려하고 있다. 이러한 BIM 환경에서 건설관리자는 시각적인 정보뿐만 아니라 비용과 시간을 접목시켜서 건설공사의 진행사항과 이와 관련된 비용집행현황과 공정 스케줄을 검토할 수 있다. 그러나 기존의 BIM은 건물, 교량 등 고정된 구조물 설계와 시공에 대부분 적용되고 있는 것이 현실이지만, BIM은 그 기능을 확장시켜서 고정된 구조물뿐만 아니라 환경변화가 지속적으로 발생되는 토공작업에도 적용하여 토공 BIM 시스템을 구축할 수 있다.First, the government is actively promoting BIM for design technology development. In this BIM environment, the construction manager can review not only visual information but also cost and time so that the progress of the construction work, the related cost execution status and the process schedule can be reviewed. However, existing BIM is mostly applied to the design and construction of fixed structures such as buildings and bridges. However, BIM extends its functions to apply not only to fixed structures but also to earthworks where environmental changes are continuously generated. System can be built.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은 굴삭기와 같은 건설장비와 연동하여 변화되는 지형에 대한 3차원적 데이터를 제공하여 토공작업의 현황정보를 제공할 수 있고, 이때, BIM을 동적인 토공작업에 적용하기 위해서 필요한 속성정보를 찾고, 이를 바탕으로 토공 BIM의 사용자 화면을 제시할 수 있다. 여기서, 토공 BIM은 BIM의 기능을 토공작업에 적용한 3D 그래픽 모델의 환경을 의미하며, 설계에서 계획하는 구조물을 표현하는 일반 BIM과 비교하여 동적으로 표현해야 하는 차이점이 있다. 즉, 토공 BIM은 실시간으로 변화하는 지형과 장비의 형상을 표현해야 한다.The excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention provides three-dimensional data of the changed terrain in cooperation with a construction equipment such as an excavator to provide the current state information of the earthwork work. At this time, It is possible to find the property information necessary for applying to earthwork, and present the user screen of earthwork BIM based on this information. Here, the earthwork BIM refers to the environment of the 3D graphic model in which the function of the BIM is applied to the earthwork, and there is a difference in that it is expressed dynamically in comparison with the general BIM expressing the structure planned in the design. In other words, earthwork BIM should express the shape of equipment and terrain that change in real time.
다시 말하면, 토공 BIM은 무정형으로 진행되는 토공작업을 그래픽 시뮬레이션으로 보여주어야 하므로, 일반 BIM과 다르게 건설현장의 지형정보를 바탕으로 장비형상과 지형형상을 동시에 표현해야 한다. 이때, 토공작업시 성토와 절토에 대한 계획고는 설계상에서 목표로 하는 최종 지형형상을 나타내며, 이를 구현하기 위해서 실시하는 토공작업은 굴삭장비 조종원의 판단에 따라서 진행되게 된다.In other words, since the earthwork BIM has to show graphical simulation of the earthwork work proceeding as amorphous, unlike general BIM, it is necessary to simultaneously express the equipment shape and the topography shape based on the topography information of the construction site. At this time, the plan for earth and cut soil during earthwork shows the final geomorphic shape which is the target of design, and the earthwork work to be carried out is carried out according to the judgment of the excavating equipment pilot.
이하, 도 3 및 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthwork construction according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3 and FIG.
[굴삭기 3D 토공 BIM 시스템][Excavator 3D earthwork BIM system]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthwork construction according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은, 크게, 굴삭기(100), 센서모듈(200), 작업위치 추적모듈(300) 및 토공 BIM 사용자 단말(400)을 포함하며, 상기 토공 BIM 사용자 단말(400)은 토공 BIM 형상정보 제공부(410), 토공 BIM 지형정보 제공부(420), 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430) 및 토공 BIM 디스플레이(440)를 포함한다.3, an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthwork work according to an embodiment of the present invention includes an
굴삭기(100)는 하부 주행체(120), 상기 하부 주행체(120) 상에 회전가능하게 탑재되는 상부 선회체(32) 및 상기 상부 선회체(32)에 고정되어 있는 운전석(캐빈) 및 붐(34)과 암(35)을 개재하여 버킷(36)이 연결된 작업장치로 구성된다.The
센서모듈(200)은 상기 굴삭기(100)의 상부 선회체(110), 붐(130), 암(140) 및 버킷(150)에 각각 부착되어 상부 선회체 각도, 붐 각도, 암 각도 및 버킷 각도를 각각 감지하여 부재별 각도정보를 제공한다.The
작업위치 추적모듈(300)은 상기 굴삭기(100)에 설치되고, 상기 굴삭기(100)의 현장 내 이동경로에 대응하는 위치정보를 추적하여 확인하여 굴삭기 위치정보를 제공한다. 이때, 상기 작업위치 추적모듈(300)에서 제공하는 굴삭기 위치정보는 상대좌표에서 절대좌표로 변환되어 제공되는 것이 바람직하다.The work
토공 BIM 사용자 단말(400)은 상기 굴삭기(100) 내에 탑재되는 사용자 단말로서, 수치지도로부터 3D 지형정보를 수신하고, 상기 작업위치 추적모듈(300)에서 제공하는 굴삭기 위치정보를 수신하며, 상기 센서모듈(200)로부터 감지된 부재별 각도정보 및 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원에 따라 굴삭기 형상정보를 생성하고, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 속성정보로 하여 상기 속성정보에 따른 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행함으로써 3D 모델링 영상을 표시한다. 이에 따라 상기 토공 BIM 사용자 단말(400)은 3D BIM 기법을 기반으로 토공공사 수행시 굴삭기의 토공작업을 3D 그래픽으로 실시간 표현할 수 있다.The earthwork
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 토공 BIM 사용자 단말(400)의 토공 BIM 형상정보 제공부(410)는 상기 센서모듈(200)로부터 감지된 부재별 각도정보 및 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원에 따라 굴삭기 형상정보를 생성하여 제공한다.3, the earthwork BIM shape
상기 토공 BIM 사용자 단말(400)의 토공 BIM 지형정보 제공부(420)는 수치지도로부터 계획 지반고 및 현재 지반고에 대응하는 3D 지형정보를 생성하여 제공한다.The earthwork BIM topography
상기 토공 BIM 사용자 단말(400)의 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430)은 상기 작업위치 추적모듈(300)에서 제공하는 굴삭기 위치정보를 수신하며, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보에 따라 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서 굴삭장비로서 굴삭기(100)을 예시하였지만, 굴삭장비로서 덤프트럭을 포함할 수 있고, 굴삭기 및 덤프트럭에 대한 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 함께 수행할 수도 있다.The real-time 3D
상기 토공 BIM 사용자 단말(400)의 토공 BIM 디스플레이(440)는 상기 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430)에서 수행된 시뮬레이션 결과에 따른 3D 모델링 영상을 표시한다.The
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은, 3D BIM 기법을 건설장비 토공작업에 적용하여 3D 공간상에서 굴삭기 형상정보를 표현하며, 다양한 형태로 굴삭기의 형상정보를 표현할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은 기존 2D 또는 3D 형태로 형상정보를 제공하는 시스템과 비교하여 굴삭기의 형상정보를 사실적으로 제공함으로써 굴삭기 조종원이 원하는 다양한 시각정보를 제공할 수 있다.In the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention, the 3D BIM technique is applied to the earthworks work of the construction equipment, the excavator shape information is expressed in the 3D space, and the shape information of the excavator can be expressed in various forms. In addition, the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention provides realistic shape information of an excavator in comparison with a system that provides shape information in the conventional 2D or 3D form, thereby providing various visual information desired by the excavator pilot have.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서 굴삭기에 센서모듈이 설치되는 것을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3에 도시된 센서모듈 및 토공 BIM 형상정보 제공부의 구체적인 구성도이며, 도 6은 도 3에 도시된 토공 BIM 지형정보 제공부 및 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈의 구체적인 구성도이다.Meanwhile, FIG. 4 is a view showing that a sensor module is installed in an excavator in an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthworks work according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross- Sensor module and the earthwork BIM shape information providing unit, and FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the earthwork BIM topographical information providing unit and the real time 3D graphic simulation module shown in FIG.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서 굴삭기(100)는, 상부 선회체(110), 하부 주행체(120), 붐(130), 암(140) 및 버킷(150)을 포함하며, 상기 상부 선회체(110), 붐(130), 암(140) 및 버킷(150)에 각각 센서모듈(210, 220, 230, 240)이 부착된다. 또한, 작업위치 추적모듈(300)이 상기 굴삭기(100) 상에 설치되고, 토공 BIM 사용자 단말(400)이 탑재된다.Referring to FIG. 4, in an excavator 3D earthwork BIM system that provides shape information of an excavator in real time during earthworks work according to an embodiment of the present invention, an
도 4는 굴삭기 형상정보 처리를 위한 각도센서의 설치와 데이터 입력을 나타내며, 이때, 센서모듈(210~240)은 굴삭기(100)의 각 부재에 부착되어 굴삭기 작업시 실시간으로 개별부재 각도정보를 토공 BIM 사용자 단말(400)로 전송한다.4 shows the installation of the angle sensor and the data input for the excavator shape information processing. At this time, the
구체적으로, 제1 센서모듈(210)은 상기 굴삭기(100)의 상부 선회체(110)에 부착되어 상기 상부 선회체(110)의 각도를 감지하고, 제2 센서모듈(220)은 상기 굴삭기(100)의 붐(Boom: 130)에 부착되어 상기 붐(130)의 각도를 감지한다. 또한, 제3 센서모듈(230)은 상기 굴삭기(100)의 암(Arm: 140)에 부착되어 상기 암(140)의 각도를 감지하고, 제4 센서모듈(240)은 상기 굴삭기(100)의 버킷(Bucket: 150)에 부착되어 상기 버킷(150)의 각도를 감지한다.Specifically, the
이때, 상기 제1 내지 제4 센서모듈(210~240)은, 후술하는 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 각도를 감지하는 각도 센서(200a) 및 상기 각도 센서(200a)에 의해 감지된 데이터를 상기 토공 BIM 사용자 단말(400)에게 무선으로 전송하는 근거리 무선통신모듈(200b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 근거리 무선통신모듈(200b)은 블루투스 모듈일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.5, each of the first through fourth sensor modules 210-240 includes an
또한, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은 지형정보를 처리하기 위해서 현재 지반고와 계획 지반고를 나타내는 수치지도 데이터베이스를 구비한다. 이때, 굴삭기(100)의 부재는 각각 3D 모델로 구성된다. 굴삭기 각 부재에 부착된 센서는 굴삭기 굴착작업 중 각 부재에 대한 부재별 각도정보를 전송한다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서, 스크립트 제어 모듈은 전송된 개별부재 각도정보를 이용하여 3D 공간상에서 굴삭기 형상정보를 실시간으로 표현할 수 있다.In addition, the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention includes a numerical map database representing the present ground height and the planned ground height to process the geographical information. At this time, the members of the
도 5를 참조하면, 상기 토공 BIM 형상정보 제공부(410)는 스크립트 제어모듈(411) 및 굴삭기 형상정보 생성부(412)를 포함한다. 이때, 상기 토공 BIM 형상정보 제공부(410)는 전술한 근거리 무선통신모듈(200b)인 블루투스 모듈로부터 부재별 각도정보를 수신하는 블루투스 수신기를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the earthwork BIM shape
상기 토공 BIM 형상정보 제공부(410)의 스크립트 제어모듈(411)은 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원 및 상기 센서모듈(200)의 근거리 무선통신모듈(200b)로부터 전송되는 부재별 각도정보를 이용하여 3D 공간상에서 표시될 수 있도록 스크립트(Script)를 제어한다.The
상기 토공 BIM 형상정보 제공부(410)의 굴삭기 형상정보 생성부(412)는 상기 스크립트 제어모듈(411)의 제어에 따라 굴삭기(100), 상부 선회체(110), 하부 주행체(120), 붐(130), 암(140) 및 버킷(150)을 실시간으로 표현하는 굴삭기 형상정보를 생성한다.The excavator shape
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 토공 BIM 지형정보 제공부(420)는 계획 지반고 DB(421), 현재 지반고 DB(422), 계획 지반고 추출부(423), 현재 지반고 추출부(424), 3D 계획 지반고 생성부(425) 및 3D 현재 지반고 생성부(426)를 포함할 수 있다.6, the earthwork BIM topographical
상기 토공 BIM 지형정보 제공부(420)의 경우, 계획 지반고 추출부(423)가 계획 지반고 DB(421)로부터 계획 지반고를 추출한 후, 3D 계획 지반고 생성부(425)가 3D 계획 지반고를 생성하고, 또한, 현재 지반고 추출부(424)가 현재 지반고 DB(422)로부터 현재 지반고를 추출한 후 3D 현재 지반고 생성부(426)가 3D 현재 지반고를 생성하며, 이에 따라 상기 3D 계획 지반고 및 3D 현재 지반고를 토공 BIM 지형정보로 제공할 수 있다.In the case of the earthwork BIM topography
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430)은 데이터 정합부(431), 3D 모델링 수행부(432) 및 뷰별 3D 모델링 영상 생성부(433)를 포함할 수 있다.6, the real-time 3D
데이터 정합부(431)는 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 수신하여 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행하기 위한 데이터로 정합(Matching)한다.The
3D 모델링 수행부(432)는 상기 데이터 정합부(431)에서 정합된 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보에 따라 3D 모델링을 수행한다.The
뷰별 3D 모델링 영상 생성부(433)는 상기 3D 모델링 수행부(432)에서 수행된 결과에 따라 뷰(View)별로 3D 모델링 영상을 생성한다. 이때, 상기 뷰별 3D 모델링 영상 생성부(433)에서 생성되는 뷰별 3D 모델링 영상은 3D뷰, 상단뷰, 정면뷰 및 측면뷰를 포함할 수 있다.The 3D modeling
도 7은 도 6에 도시된 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈에 따른 3D 그래픽 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면으로서, 도 7의 a) 내지 h)에 도시된 바와 같이 다양한 시뮬레이션 결과를 출력할 수 있다. FIG. 7 is a diagram illustrating the result of 3D graphic simulation according to the 3D graphic simulation module shown in FIG. 6, and may output various simulation results as shown in FIGS. 7A to 7H.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템을 구현하기 위해서 지형정보와 굴삭기 형상정보 및 굴삭기 위치정보 등을 속성정보로 하여 3D 모델링을 수행한다. 예를 들면, 지형정보를 위해서는 토공현장의 지형을 모델링해야 하며, 굴삭기 형상정보는 굴삭기 작업을 표현하기 위해서 필요하고, 굴삭기 위치정보는 GPS 데이터를 활용해야 하며, 그리고 3D 모델링에서는 지형정보와 굴삭기를 3D 환경에서 시뮬레이션하여야 한다.Meanwhile, in order to implement the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention, 3D modeling is performed using the topographic information, excavator shape information, and excavator position information as attribute information. For example, for terrain information, the topography of the earthwork site must be modeled, excavator shape information is needed to represent the excavator work, excavator location information should utilize GPS data, and 3D modeling requires topographical information and excavators It should be simulated in 3D environment.
한편, 도 8은 도 5에 도시된 토공 BIM 형상정보 제공부에서 제공되는 굴삭기 형상정보에 대응하는 굴삭기의 형상을 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a view showing the shape of an excavator corresponding to excavator shape information provided in the earthwork BIM shape information providing unit shown in FIG. 5. FIG.
건설장비 형상정보는 장비의 작업 형태를 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에 반영하기 위해서 필요하다. 굴삭장비 중에서 굴삭기는 붐(Boom), 암(Arm) 및 버킷(Bucket)으로 구성되며, 이러한 굴삭기의 형상을 그래픽으로 구현하기 위해서는 각 부재별 길이와 각도 같은 형상정보를 필요로 한다. 이때, 부재의 길이는 굴삭기 장비에 따라서 다르므로 굴삭기 제작사가 제공하는 제원(장비사양)을 검토하여 적용한다.Construction equipment configuration information is needed to reflect the working form of the equipment to the excavator 3D earthwork BIM system. Among excavation equipments, excavators consist of boom, arm and bucket. In order to graphically embody such excavator shape, shape information such as length and angle of each member is required. At this time, the length of the member differs depending on the excavator equipment, so the specification (equipment specification) provided by the excavator manufacturer should be reviewed and applied.
굴삭기와 같은 경우, 굴삭기 형상정보를 현장에서 구하기 위해서는 각도센서를 이용하여 굴착시 생성되는 궤적을 추적할 수 있다. 붐, 암 및 버킷은 굴삭작업 중에 작업 형태에 따라서 변화하므로 각도를 얻기 위해서 센서를 장착해야 한다. 센서로부터 센서값을 얻으면, 이러한 센서값을 사용하여 굴삭기 부재의 위치를 운동학(Kinematic) 계산식을 사용하여 실시간으로 추적할 수 있다. 이러한 굴삭기 궤적의 형상정보를 데이터 값으로 처리하여 토공 BIM에 반영할 수 있다.In the case of an excavator, in order to obtain excavator shape information on site, an angle sensor can be used to track the trajectory generated during excavation. The boom, arm, and bucket will vary depending on the type of work during the excavation work, so sensors must be installed to obtain an angle. Once sensor values are obtained from the sensor, these sensor values can be used to track the position of the excavator member in real time using kinematic equations. Such shape information of the excavator trajectory can be processed as data values and reflected in the earthwork BIM.
도 9는 굴삭기의 형상정보를 나타내는 3D 그래픽 시뮬레이션 화면으로서, 버킷 끝단의 위치를 지정하면 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈은 운동학 계산식을 사용하여 자동으로 장비형상을 실제 굴삭기가 이동하듯이 시뮬레이션하게 된다. 이에 따라 굴삭기 조종원은 3D 그래픽 시뮬레이션을 활용하여 굴삭기 작업을 사전에 시뮬레이션할 수 있다.FIG. 9 is a 3D graphic simulation screen showing the shape information of an excavator. When the position of the bucket end is designated, the 3D graphic simulation module automatically simulates the equipment shape as if the actual excavator moves using the kinematic calculation formula. As a result, the excavator pilot can simulate excavator work in advance using 3D graphic simulation.
한편, 도 9는 도 3에 도시된 작업위치 추적모듈에 따른 굴삭기의 위치에 대응하여 상대좌표를 절대좌표로 변환하는 것을 예시하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating conversion of relative coordinates to absolute coordinates corresponding to the position of the excavator according to the working position tracking module shown in FIG.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서, 굴삭기의 위치정보는 토공 BIM 시스템의 3D 그래픽 모델 상에서 굴삭기의 위치를 추적하여 알려준다. 이때, 굴삭기 형상을 나타내는 3D 그래픽 모델 상에서 사실적으로 묘사하고, 또한, 굴삭기 조종원이 필요로 하는 의미 있는 정보를 표현하기 위해서는 위치정보가 중요한 기능을 한다. 특히, 굴삭장비 중에서 덤프트럭(500)의 경우, 빠르게 이동함으로 위치정보를 실시간으로 처리할 수 있어야 한다.In the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention, the position information of the excavator tracks the position of the excavator on the 3D graphic model of the earthwork BIM system. In this case, the location information plays an important role in describing the 3D graphic model representing the shape of the excavator in real terms and also in expressing the meaningful information required by the excavator pilot. In particular, in the case of the
구체적으로, 건설장비의 위치정보는 GPS(Global Positioning System)를 사용하여 적용한다. 예를 들면, GPS는 지구상공에 위치하는 다수의 GPS 위성에서 보내오는 정보를 바탕으로 지상의 경도, 위도, 고도 등 위치를 계산하는 시스템이다. 예를 들면, GNSS에서는 지상에서 관측할 수 있는 4개 이상의 위성에서 시각신호를 송신하고, 지상에서는 수신기를 이용하여 거리정보를 산출하여 X, Y, Z의 3차원 좌표를 계산한다.Specifically, the location information of construction equipment is applied using GPS (Global Positioning System). For example, GPS is a system that calculates the location of ground, such as longitude, latitude and altitude, based on information from many GPS satellites located above the earth. For example, in GNSS, three-dimensional coordinates of X, Y, and Z are calculated by transmitting a visual signal from four or more satellites that can be observed from the ground and calculating the distance information using a receiver on the ground.
GPS 시스템은 건설현장에서 장비관리를 위해서 중요한 기술로 적용성이 인식되고 있지만, 일반적인 GPS 시스템은 측정오차에 있어서 토공 BIM에서 요구하는 수준을 벗어날 수 있다. 이러한 측정오차를 줄이기 위해서는 고가의 GPS 수신기를 구입해야 하므로 경제성이 떨어지게 된다. 이에 따라, GPS 시스템의 정확성을 확보하기 위해서 GPS-RTK(Real Time Kinematic) 기술을 적용함으로써, ㎝ 단위의 정확성을 확보할 수 있다.GPS system is recognized as an important technology for equipment management in the construction site, but general GPS system can deviate from the level required by earth - borne BIM in measurement error. In order to reduce such a measurement error, an expensive GPS receiver must be purchased, which leads to low economical efficiency. Accordingly, by applying GPS-RTK (Real Time Kinematic) technology to ensure the accuracy of the GPS system, accuracy in the unit of cm can be ensured.
또한, 건설장비의 위치정보는 GPS를 기준으로 하는 위치정보뿐만 아니라 오리엔테이션 정보가 필요하다. 이러한 굴삭장비의 오리엔테이션 정보는 3D 그래픽 모델 상에서 굴삭기가 향하는 방향을 알려준다. 예를 들면, GPS-RTK 기술을 적용하기 위해서는 굴삭장비에 2대의 안테나가 필요하며, 각각의 안테나에서 수신되는 위치정보를 추적하여 굴삭기가 향하는 방향을 계산할 수 있다.In addition, location information of construction equipment requires orientation information as well as location information based on GPS. Orientation information of these excavation equipment informs the direction of the excavator on the 3D graphic model. For example, to apply the GPS-RTK technology, two antennas are required for the excavation equipment, and the direction of the excavator can be calculated by tracking the location information received from each antenna.
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 상대좌표로 표시된 방향을 절대좌표로 변환해야 한다. 즉, 상대좌표계를 절대좌표로 변환시켜서 굴삭기(100)가 향하는 방향을 본 발명의 실시예에 따른 토공 BIM의 3D 그래픽 시뮬레이션 상에서 일치시킬 수 있다.At this time, as shown in FIG. 9, the direction indicated by the relative coordinates must be converted into absolute coordinates. That is, the relative coordinate system can be converted into the absolute coordinate so that the direction of the
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM의 굴삭기 속성정보를 데이터베이스화하기 위한 ERD(Entity Relation Diagram)를 예시하는 도면이다.Meanwhile, FIG. 10 is a diagram illustrating an ERD (Entity Relation Diagram) for converting excavator property information of excavator 3D earthwork BIM into a database according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은, 굴삭기의 위치를 추적하기 위해서 굴삭기 속성정보를 데이터베이스화하여 관리해야 하며, 이때, 상기 굴삭기의 형상정보와 위치정보를 상기 지형정보와 연계하여 저장 및 조회함으로써 굴삭기 수행과정을 토공작업 후에 시뮬레이션할 수 있다. 이때, 토공 BIM의 속성정보를 저장하는 이유는 속성별로 저장된 값을 활용하여 굴삭기 작업에 대한 궤적을 추적할 수 있으며, 필요시 이를 재생하여 3D 시뮬레이션으로 구현할 수 있기 때문이다.The excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention manages the excavator property information in a database in order to track the position of the excavator and manages the shape information and the position information of the excavator in association with the terrain information And the excavator execution process can be simulated after the earthwork operation. At this time, the reason for storing the attribute information of the earthwork BIM is that the trajectory of the excavator work can be tracked by using the stored value for each property, and it can be reproduced and implemented by 3D simulation if necessary.
즉, 상기 굴삭기 속성정보는 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 포함하며, 도 10에 도시된 바와 같이, ERD(Entity Relation Diagram)을 작성하고, 상호연관관계를 정의함으로써 데이터베이스의 저장과 조회가 신속하게 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 ERD는 데이터베이스 테이블의 연관관계를 주키(primary key)를 사용하여 나타낸다. 이와 같이, 주키를 사용하여 테이블의 연관관계를 나나냄으로써 데이터베이스를 경량화시키고, 신속하게 데이터를 처리할 수 있으며, 예를 들면, 이러한 ERD는 상용 데이터베이스인 SQL에 저장되도록 구현될 수 있다.That is, the excavator attribute information includes excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information. As shown in FIG. 10, an ERD (Entity Relation Diagram) The inquiry can be made quickly. Here, the ERD indicates an association of the database table using a primary key. Thus, by using the primary key to relate tables, the database can be lightened and data can be processed quickly. For example, such an ERD can be implemented to be stored in SQL, a commercial database.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템은 수치지도를 바탕으로 하는 지형정보를 기본으로 한다. 이때, 상기 수치지도는 토공작업 이전 토공지역에 대한 현황정보를 보여준다. 여기서, 계획고는 토공작업시 절토 또는 성토의 목표인 계획고를 나타내며, 현황 지형정보와 계획고의 차이는 절토량과 성토량으로 계산될 수 있다.As described above, the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention is based on the terrain information based on the digital map. At this time, the numerical map shows the status information about the earthwork area before the earthwork work. The difference between the current topographic information and the plan height can be calculated by the amount of the cut and the amount of the embankment.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템의 경우, 장비 조종 측면에서 굴착작업 시 실제현장에서 발생되는 시야확보 문제 등을 해결하기 위한 정보를 제공할 수 있다. 특히, 토공 BIM 정보를 활용하여 증강현실(Augmented Reality: AR) 기술을 접목시킴으로써 굴삭기 조종원을 가이드하는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 토공작업관리 측면에서, 굴삭기(100)와 덤프트럭(500)간의 커뮤니케이션을 향상시키고, 장비활용의 효과를 높일 수 있다.Accordingly, in the excavator 3D earthwork BIM system according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide information for solving a problem of securing a field of view generated in an actual site in an excavation work in terms of equipment control. Particularly, it is possible to provide a function of guiding the excavator pilot by combining Augmented Reality (AR) technique using the earthwork BIM information. In addition, in terms of the earthwork management, communication between the
한편, 도 11은 도 6에 도시된 뷰별 3D 모델링 영상 생성부에서 생성되는 토공작업 3D 뷰를 예시하는 도면으로서, 굴삭기 형상정보에 대한 3D 그래픽 시뮬레이션을 나타낸다.FIG. 11 is a view illustrating an earthwork 3D view generated by the view 3D modeling image generator shown in FIG. 6, and shows a 3D graphic simulation of excavator shape information.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 형상정보는 3D 뷰, 상단뷰, 정면뷰, 측면뷰 등 다양한 각도에서 볼 수 있다. 특히, 도 12의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 3D 뷰는 뷰 각도 조절이 가능하여 다양한 형태로 불 수 있으며, 굴삭기 조종원은 다양한 형상정보를 이용하여 토공작업시 생산성을 높일 수 있다.The excavator shape information according to the embodiment of the present invention can be viewed from various angles such as a 3D view, an upper view, a front view, and a side view. In particular, as shown in FIGS. 12A and 12B, the 3D view can be adjusted to various angles by adjusting the angle of view, and the excavator pilot can increase the productivity in earthwork using various shape information.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에서 현장실험과 굴삭기 3D 토공 BIM 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면으로서, 도 12의 a)는 현장실험을 나타내는 사진이고, 도 12의 b)는 3D 토공 BIM 시뮬레이션 결과를 예시하는 도면으로서, 현장실험과 굴삭기 3D 토공 BIM 시뮬레이션 결과가 같다는 것을 알 수 있다.12 is a diagram illustrating a field test and an excavator 3D earth boring BIM simulation result in an excavator 3D earthwork BIM system according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 12A is a photograph showing a field experiment, and FIG. 12B ) Is a diagram illustrating the results of the 3D earthwork BIM simulation. It can be seen that the field experiment and the excavator 3D earthwork BIM simulation result are the same.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템에 따르면, 3D BIM 기법을 기반으로 굴삭기가 수행하는 토공작업을 3D 그래픽으로 표현하여 굴삭기 조종원에게 실시간 형상정보를 제공함으로써 토공작업의 생산성을 높일 수 있다. 또한, 기존 2D 또는 3D 형태로 형상정보를 제공하는 시스템과 비교하여 굴삭기의 형상정보를 사실적으로 실시간 제공함으로써 굴삭기 조종원이 원하는 다양한 시각정보를 제공할 수 있다. 또한, 숙련된 장비 조종원뿐만 아니라 미숙련된 장비 조종원까지도 간편하게 사용할 수 있는 실시간 토공정보체계로서 토공 BIM 시스템을 제공함으로써, 시각적 정보 및 데이터 정보를 바탕으로 장비 조종의 생산성을 향상시킬 수 있다.As a result, according to the excavator 3D earthwork BIM system that provides the shape information of the excavator in real time during earthwork construction according to the embodiment of the present invention, the earthwork work performed by the excavator based on the 3D BIM technique is expressed in 3D graphics, By providing real-time shape information, productivity of earthwork can be increased. In addition, compared to a system that provides shape information in the conventional 2D or 3D form, the shape information of the excavator can be provided real-time in real time, thereby providing various visual information desired by the excavator pilot. In addition, by providing the earthwork BIM system as a real-time earthwork information system that can be used not only for experienced equipment operators but also for unskilled equipment pilots, productivity of equipment control can be improved based on visual information and data information.
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.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
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.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
100: 굴삭기(Excavator)
110: 상부 선회체
120: 하부 주행체
130: 붐(Boom)
140: 암(Arm)
150: 버킷(Bucket)
200: 센서모듈
210: 제1 센서모듈
220: 제2 센서모듈
230: 제3 센서모듈
240: 제4 센서모듈
200a: 각도 센서
200b: 근거리 무선통신모듈
300: 작업위치 추적모듈
400: 토공 BIM 사용자 단말
410: 토공 BIM 형상정보 제공부
420: 토공 BIM 지형정보 제공부
430: 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈
440: 토공 BIM 디스플레이
411: 스크립트 제어모듈
412: 굴삭기 형상정보 생성부
421: 계획 지반고 DB
422: 현재 지반고 DB
423: 계획 지반고 추출부
424: 현재 지반고 추출부
425: 3D 계획 지반고 생성부
426: 3D 현재 지반고 생성부
431: 데이터 정합부
432: 3D 모델링 수행부
433: 뷰별 3D 모델링 영상 생성부 500: 덤프트럭100: Excavator
110: upper swivel
120: Lower traveling body
130: Boom
140: Arm
150: Bucket
200: Sensor module
210: first sensor module
220: second sensor module
230: Third sensor module
240: fourth sensor module
200a: Angle sensor
200b: short-range wireless communication module
300: Operation position tracking module
400: earthwork BIM user terminal
410: Earthwork BIM shape information providing service
420: Earthwork BIM topographical information provider
430: Real-time 3D graphics simulation module
440: Earthwork BIM display
411: Script control module
412: Excavator shape information generating unit
421: Planning DB
422: Current ground level DB
423:
424: Current ground elevation extracting unit
425: 3D planar ground height generation unit
426: 3D current ground level generating unit
431:
432: 3D modeling performing unit
433: view-by-view 3D modeling image generation unit 500: dump truck
Claims (10)
상기 굴삭기(100)에 설치되고, 상기 굴삭기(100)의 현장 내 이동경로에 대응하는 위치정보를 추적하여 확인하여 굴삭기 위치정보를 제공하는 작업위치 추적모듈(300); 및
상기 굴삭기(100) 내에 탑재되는 사용자 단말로서, 수치지도로부터 3D 지형정보를 수신하고, 상기 작업위치 추적모듈(300)에서 제공하는 굴삭기 위치정보를 수신하며, 상기 센서모듈(200)로부터 감지된 부재별 각도정보 및 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원에 따라 굴삭기 형상정보를 생성하고, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 속성정보로 하여 상기 속성정보에 따른 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행함으로써 3D 모델링 영상을 표시하는 토공 BIM 사용자 단말(400)을 포함하되,
상기 토공 BIM 사용자 단말(400)은 3D BIM 기법을 기반으로 토공공사 수행시 굴삭기의 토공작업을 3D 그래픽으로 실시간 표현하며,
상기 토공 BIM 사용자 단말(400)은, 상기 센서모듈(200)로부터 감지된 부재별 각도정보 및 굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원에 따라 굴삭기 형상정보를 생성하여 제공하는 토공 BIM 형상정보 제공부(410); 수치지도로부터 계획 지반고 및 현재 지반고에 대응하는 3D 지형정보를 생성하여 제공하는 토공 BIM 지형정보 제공부(420); 상기 작업위치 추적모듈(300)에서 제공하는 굴삭기 위치정보를 수신하며, 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보에 따라 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행하는 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430); 및 상기 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430)에서 수행된 시뮬레이션 결과에 따른 3D 모델링 영상을 표시하는 토공 BIM 디스플레이(440)를 포함하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.Boom 130, arm 140 and bucket 150 of the excavator 100 for excavating the excavator 100 to carry out the earthworks work so that the upper pivot angle, the boom angle, the arm angle, A sensor module 200 for sensing and providing angle information for each member;
A work position tracking module (300) installed in the excavator (100) and tracking and confirming the position information corresponding to a movement path of the excavator (100) in the field to provide excavator position information; And
A user terminal mounted in the excavator 100 receives 3D terrain information from a digital map and receives excavator position information provided by the working position tracking module 300, Excavator shape information is generated according to the star angle information and the specifications of the members provided by the excavator maker, real-time 3D graphic simulation is performed according to the attribute information using the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information as attribute information And an earthwork BIM user terminal (400) for displaying a 3D modeling image,
The earth-borne BIM user terminal 400 real-time 3D-graphic representation of earthwork of an excavator during earthwork construction based on the 3D BIM technique,
The earthwork BIM user terminal 400 includes excavator BIM shape information providing unit 410 for generating and providing excavator shape information according to member angle information detected by the sensor module 200 and member specifications provided by an excavator maker ); A terrain BIM terrain information providing unit 420 for generating and providing 3D terrain information corresponding to the planned ground level and the current ground level from the digital map; A real-time 3D graphic simulation module 430 for receiving excavator position information provided by the working position tracking module 300 and real-time 3D graphic simulation according to the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information; And an earth boring BIM display (440) for displaying a 3D modeling image according to a simulation result performed by the real-time 3D graphic simulation module (430), the excavator 3D earth boring system (BIM) system providing real time shape information of an excavator during earthworks work.
상기 굴삭기(100)의 상부 선회체(110)에 부착되어 상기 상부 선회체(110)의 각도를 감지하는 제1 센서모듈(210);
상기 굴삭기(100)의 붐(Boom: 130)에 부착되어 상기 붐(130)의 각도를 감지하는 제2 센서모듈(220);
상기 굴삭기(100)의 암(Arm: 140)에 부착되어 상기 암(140)의 각도를 감지하는 제3 센서모듈(230); 및
상기 굴삭기(100)의 버킷(Bucket: 150)에 부착되어 상기 버킷(150)의 각도를 감지하는 제4 센서모듈(240)
을 포함하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.The sensor module according to claim 1, wherein the sensor module (200)
A first sensor module 210 attached to the upper swing structure 110 of the excavator 100 to sense an angle of the upper swing structure 110;
A second sensor module 220 attached to a boom 130 of the excavator 100 to sense the angle of the boom 130;
A third sensor module 230 attached to the arm 140 of the excavator 100 to sense the angle of the arm 140; And
A fourth sensor module 240 attached to a bucket 150 of the excavator 100 for sensing the angle of the bucket 150,
The 3D excavation BIM system provides excavator shape information in real time during excavation work.
상기 제1 내지 제4 센서모듈(110~140)은 각각 굴삭기 부재별 각도를 감지하는 각도 센서(200a) 및 상기 각도 센서(200a)에 의해 감지된 부재별 각도정보를 상기 토공 BIM 사용자 단말(400)에게 무선으로 전송하는 근거리 무선통신모듈(200b)을 포함하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.3. The method of claim 2,
Each of the first to fourth sensor modules 110 to 140 includes an angle sensor 200a for detecting an angle of each excavator member and angle information for each member sensed by the angle sensor 200a to the earthwork BIM user terminal 400 The excavator 3D earthwork BIM system provides real-time shape information of an excavator during earthworks work including a short-range wireless communication module 200b for wirelessly transmitting the excavator shape information.
굴삭기 제조사에서 제공되는 부재별 제원 및 상기 센서모듈(200)로부터 전송되는 부재별 각도정보를 이용하여 3D 공간상에서 표시될 수 있도록 스크립트(Script)를 제어하는 스크립트 제어모듈(411); 및
상기 스크립트 제어모듈(411)의 제어에 따라 굴삭기(100), 상부 선회체(110), 하부 주행체(120), 붐(130), 암(140) 및 버킷(150)을 실시간으로 표현하는 굴삭기 형상정보를 생성하는 굴삭기 형상정보 생성부(412)
를 포함하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.The method according to claim 1, wherein the earthwork BIM shape information providing unit (410)
A script control module 411 for controlling a script to be displayed on a 3D space by using member specifications provided by an excavator maker and angle information of each member transmitted from the sensor module 200; And
The excavator 100, the upper swivel body 110, the lower traveling body 120, the boom 130, the arm 140, and the bucket 150 according to the control of the script control module 411 An excavator shape information generation unit 412 for generating shape information,
The 3D excavation BIM system provides excavator shape information in real time during excavation work.
상기 토공 BIM 지형정보 제공부(420)는 계획 지반고 DB(421)로부터 계획 지반고를 추출하여 3D 계획 지반고를 생성하고, 현재 지반고 DB(422)로부터 현재 지반고를 추출하여 3D 현재 지반고를 생성하며, 상기 3D 계획 지반고 및 3D 현재 지반고를 토공 BIM 지형정보로 제공하는 것을 특징으로 하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.The method according to claim 1,
The earthwork BIM topographical information providing unit 420 extracts a planar ground from the planar ground DB 421 to generate a 3D planar ground, extracts a current ground level from the current ground level DB 422 to generate a 3D current ground level, The 3D earthwork BIM system provides excavator shape information in real time during the earthwork construction, which is provided with 3D ground elevation and 3D current elevation elevation as earth boring BIM topography information.
상기 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션 모듈(430)은,
상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보를 수신하여 실시간 3D 그래픽 시뮬레이션을 수행하기 위한 데이터로 정합(Matching)하는 데이터 정합부(431);
상기 데이터 정합부(431)에서 정합된 상기 굴삭기 형상정보, 굴삭기 위치정보 및 3D 지형정보에 따라 3D 모델링을 수행하는 3D 모델링 수행부(432); 및
상기 3D 모델링 수행부(432)에서 수행된 결과에 따라 뷰(View)별로 3D 모델링 영상을 생성하는 뷰별 3D 모델링 영상 생성부(433)를 포함하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.The method according to claim 1,
The real-time 3D graphic simulation module 430,
A data matching unit 431 that receives the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information and matches the data to perform real-time 3D graphic simulation;
A 3D modeling unit 432 for performing 3D modeling according to the excavator shape information, excavator position information, and 3D terrain information registered in the data matching unit 431; And
And a view-specific 3D modeling image generating unit 433 for generating a 3D modeling image for each view in accordance with the result of the 3D modeling unit 432. In the excavator, 3D earthwork BIM system.
상기 뷰별 3D 모델링 영상 생성부(433)에서 생성되는 뷰별 3D 모델링 영상은 3D뷰, 상단뷰, 정면뷰 및 측면뷰를 포함하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.8. The method of claim 7,
The 3D modeling image generated by the view 3D modeling image generator 433 provides the shape information of the excavator in real time during earthwork construction including a 3D view, an upper view, a front view, and a side view.
상기 작업위치 추적모듈(300)에서 제공하는 굴삭기 위치정보는 상대좌표에서 절대좌표로 변환되는 것을 특징으로 하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the excavator position information provided by the work position tracking module (300) is converted from relative coordinates to absolute coordinates. The excavator 3D earthwork BIM system provides real time shape information of an excavator during earthwork work.
상기 굴삭기 속성정보는 데이터베이스의 저장과 조회가 신속하게 이루어질 수 있도록 ERD(Entity Relation Diagram)를 작성하여 상호연관 관계를 정의하는 것을 특징으로 하는 토공공사 수행시 굴삭기의 형상정보를 실시간 제공하는 굴삭기 3D 토공 BIM 시스템.The method according to claim 1,
The excavator attribute information is created by creating an ERD (Entity Relation Diagram) so that the storage and inquiry of the database can be performed quickly. An excavator that provides the shape information of the excavator in real time during earthwork construction BIM system.
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