KR102528740B1 - 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템 - Google Patents
지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 더 구체적으로 지하시설물 측량에 있어 시공 당시 정확한 공사 현황을 파악하기 위해 높은 정확도와 정밀도를 확보할 수 있는 핸드폰 라이다 및 고화질의 정사영상을 이용하여 지하시설물 측량 현장의 정확한 3차원 공간정보를 신속하게 획득할 수 있고, 지하시설물 측량 대상의 누락이 없도록 측량 구간 누락을 방지할 수 있는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 기술에 관한 것이다.
Description
본 발명은 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 더 구체적으로 지하시설물 측량에 있어 시공 당시 정확한 공사 현황을 파악하기 위해 높은 정확도와 정밀도를 확보할 수 있는 핸드폰 라이다 및 고화질의 정사영상을 이용하여 지하시설물 측량 현장의 정확한 3차원 공간정보를 신속하게 획득할 수 있고, 지하시설물 측량 대상의 누락이 없도록 측량 구간 누락을 방지할 수 있는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 기술에 관한 것이다.
일반적으로 지하시설물을 측량하는 경우 지하시설물의 정확한 3차원 공간정보인 X, Y, Z축의 각 좌표는 공사 전, 후 각종 지하시설물 관리를 위한 중요한 3차원 공간정보로 사용된다.
현재 디지털 트윈(digital twin)을 위한 기초 자료중의 하나인 지하시설물의 3차원 공간정보는 2018년 1월 1일 이후 측량 시공을 위해 오픈된 상태에서 실시간 측량을 실시하는 것을 원칙으로 하여 공공측량 성과심사 제도를 운용하고 있다. 그러나 성과심사를 고려하지 않은 시공사의 일방적인 시공 및 측량사의 사정에 의해 적시 적절하게 대응하지 못하는 상황으로 인하여 여전히 약 5~10% 정도는 실시간 측량이 누락되는 불탐구간이 존재하는 현상이 반복되고 있는 문제가 있다.
또한, 대한민국은 1995년 제1차 NGIS사업을 시발점으로 하여 전국 지방자치단체 및 지하시설물 관리기관에서 7대 지하시설물(상수, 하수, 전기, 가스, 통신, 송유, 열난방)에 대하여 지하시설물 전산화에 착수하였고, 현재는 제6차 국가공간정보정책 기본 계획 수립에 의거하여 지하시설물 전산화 사업을 계속 추진 중에 있다. 그러나, 기 구축된 지하시설물 전산화 사업의 결과물은 품질과 관계없이 활용 및 관리가 되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 지하시설물 관로/관망에 대한 3차원 공간정보의 관리를 실시하고 있으나, 이는 지하시설물 관로/관망에 대한 3차원 공간정보 만을 관리함에 초점이 맞추어져 있기 때문에, 사후 유지 관리 및 과거 이력 조사를 위한 시계열 자료 정보를 추출함에 있어서 한계를 갖는 문제가 있었다.
또한, 종래에는 지하시설물 관로/관망에 대한 실시간 측량 시, 개별 작업자의 경험, 성실도에 따라 측량 구간의 누락이 발생되는 경우가 빈번하여, 미측량 구간을 추출하여 재측정하거나 또는 더 나아가 전체 측량 구간을 재측정하는 경우가 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 보다 신속하면서도 정밀한 3차원 지하시설물 관련 정보의 취득과 더불어 측량 대상 구간 중 미측량 구간의 발생을 방지할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 지하시설물의 다양한 공간 조건에 구애 받지 않고 핸드폰 라이다/카메라를 사용하여 신속하고 정확한 지하 시설물에 대한 3차원 공간정보를 획득할 수 있는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 핸드폰 라이다/카메라를 사용하여 보다 신속하고 정확하며 저비용으로 지하시설물을 측량할 수 있도록 하고, 라이다 및 고화질의 정사영상을 이용하여 시공 당시 면(Area) 단위의 정밀한 3차원 공간 정보를 획득하여 추후 지하시설물 관리 및 활용에 사용할 수 있도록 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 지하시설물 등에 대한 실시간 측량 시, 측량 대상 구간 중 미측량 구간의 발생을 방지할 수 있는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 모니터링 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치 및 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 현장 모니터링 시스템을 구비하되, 상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치는, 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하는 라이다 모듈(200)과, 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300)을 구비하는 사용자 단말(1); 상기 사용자 단말이 안착되는 단말 안착부(5)와, 사용자 단말의 측부에 가해지는 압력을 이용하여 사용자 단말을 착탈시키는 단말 착탈부(7)와, 상기 단말 착탈부의 상부에 형성되는 조명등(6)을 구비하는 조명 클램프(4); 상기 조명 클램프와 결합되되, 조명 클램프의 단말안착부(5)를 각각 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로 회전가능하게 마련되는 제1축(31), 제2축(32) 및 제3축(33)이 형성되고, 상기 제1축, 제2축 및 제3축에 각각 대응하여 설치되며, 상기 제1축, 제2축 및 제3축을 회전시키는 제1 회전모터(41), 제2 회전모터(42) 및 제3 회전모터(43)를 구비하는 짐벌(3); 및 일단이 상기 짐벌의 삽입홀(36)에 삽입 결합되며, 복수의 관체(21)가 상호 인입 또는 출입 됨에 따라 길이가 가변되는 모노포드(2);을 포함하고, 상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 현장 모니터링 시스템은, 상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치가 지하시설물을 측량하는 동선의 끝단에 적어도 2개 이상의 단말거치대(830)를 설치하고, 상기 단말거치대(830)의 상부에 형성되는 단말지지판(834)에 각각 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)을 결합하여, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 측량 과정을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명에서 상기 사용자 단말(1)은, 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 계획 및 사진 측량 계획을 입력하는 입력 모듈(100); 입력된 상기 라이다 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하여 포인트 클라우드를 취득하는 라이다 모듈(200); 입력된 상기 사진 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300); 상기 라이다 모듈에 의해 취득한 포인트 클라우드를 3차원 포인트 클라우드로 변환하고, 상기 사진 모듈에 의해 촬영한 영상을 정사 영상으로 변환하는 편집 모듈(400); 상기 3차원 포인트 클라우드와 상기 정사 영상의 위치 정보를 비교하여 매칭시키는 데이터 처리부(500); 및 상기 입력 모듈(100), 라이다 모듈(200), 사진 측량 모듈(300), 편집 모듈(400)및 데이터 처리부(500)의 구동을 제어하는 제어부(600);를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 데이터 처리부(500)는, 상기 3차원 포인트 클라우드와 정사 영상의 위치 정보를 비교 및 보정하여 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터를 형성하는 데이터 분석 모듈(510); 및 상기 지하시설물측량 데이터가 저장되는 데이터베이스(520);를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제어부(600)는, 지하시설물 측량지역을 촬영하는 드론을 제어하되, 상기 드론의 영상 촬영 높이를 지하시설물 측량 지역의 지면으로부터 2.5m 이내로 설정하고, 상기 드론의 영상 촬영 중복도는 단위 거리 당 종중복 80~90%, 횡중복 20~30%로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제어부(600)는, 거리뷰 이미지가 설정되고, 지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되는지 여부를 판단하고, 지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되면, 거리뷰 이미지에 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터가 포함되도록 제어하고, 지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되지 않는 경우 거리뷰 미제공 지역으로 판단하고, 외부의 서버로부터 거리뷰 미제공 지역에 대한 추가 거리뷰 이미지를 전송받아 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제어부(600)는, 상기 라이다 모듈(200)과 사진 측량 모듈(300)을 기설정된 시간 간격으로 구동시켜, 지하시설물측량 데이터를 시간 단위 별로 저장시키고, 상기 사진 측량 모듈(300)의 동영상 촬영 장치를 사용하여, 상기 시간 단위를 포함하는 전체 시간 동안에 지하 시설물 측량 지역에 대한 동영상을 촬영하도록 하고, 시간 단위 별로 저장된 상기 지하시설물측량 데이터를 서로 비교하여 오차가 발생되는 경우 오차값을 산출하고, 상기 지하시설물측량 데이터에서 상기 오차값을 포함하는 영역을 오차 영역으로 지정하고, 시간 단위 별로 저장된 지하시설물측량 데이터에서 상기 지정된 오차 영역에 대한 정보들만을 추출하여 저장하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 단말거치대(830)는, 상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)이 안착하는 단말 지지판(834); 상기 단말 지지판(834)의 중앙에 형성되되, 상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)과 결합하는 자석 결합부(835); 상기 단말 지지판(834)의 상하 회전운동을 가능하게 하는 거치 회전부(833); 상기 거치 회전부(833)로부터 연장되는 단말 지지대(832); 및 상기 단말 지지대(832)와 결합하는 받침판(831);을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)는, 단말 후면에 단말거치대(830)의 자석 결합부(835)와 결합하기 위해 구비되며, 그 단면이 반구형의 홈을 갖는 단말 결합부(836)가 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 타측면에 의하면, 입력 모듈을 사용하여 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 계획 및 사진 측량 계획을 입력하고, 라이다 모듈을 사용하여 입력된 상기 라이다 측량 계획에 따라 상기 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하여 포인트 클라우드를 취득하고, 사진 측량 모듈을 사용하여 입력된 상기 사진 측량 계획에 따라 상기 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하고, 편집 모듈을 사용하여 상기 취득한 포인트 클라우드를 3차원 포인트 클라우드로 변환하고, 상기 촬영한 영상을 정사 영상으로 변환하고, 데이터 처리부를 사용하여 상기 3차원 포인트 클라우드와 상기 정사 영상의 위치 정보를 비교하여 매칭시키고, 라이다 측량 및 사진 측량의 과정을 제1 모니터링 단말 및 제2 모니터링 단말로 모니터링한 데이터를 취합하여 검토하는 단계를 포함하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 제어부는 지하시설물측량 데이터에서 상기 오차 영역에 포함되는 구조물 정보들을 추출하여 상기 추출된 구조물 정보를 저장하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템에 의하면, 지하시설물의 다양한 공간 조건에 구애 받지 않고 작업자가 신속하고 용이하게 핸드폰 라이다/카메라를 이용하여 지하 시설물에 대한 정밀한 3차원 공간정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 핸드폰 라이다/카메라를 사용하여 보다 빠르고 정확하며 저비용으로 지하시설물을 측량할 수 있도록 하고, 라이다 및 고화질의 정사영상을 이용하여 시공 당시 면(Area) 단위의 정확한 3차원 공간 정보를 획득하여 추후 지하시설물 관리에 활용할 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명에 의하면, 핸드폰 라이다 및 측량 장치의 활용으로 기존 지하시설물 측량 시 점, 선의 정보에 의해 관리되던 지하시설물 전산화 DB 정보를 면(Area) 단위의 DB 정보로 관리 할 수 있어 추후 지하시설물 유지 관리 시 정확성 확보가 가능한 효과를 갖는다.
또한 본 발명에 의하면, 핸드폰을 활용한 사진 촬영의 정사영상과 동영상 자료를 획득하여 시공 당시 현장 상황의 재현이 가능하므로 외부의 검색 서버에서 서비스를 하지 않는 지역의 거리 뷰 구현 및 시계열 자료로 활용이 가능한 효과를 갖는다.
또한 본 발명에 의하면, 지하시설물 관로/관망에 대한 실시간 측량 시, 현장 모니터링 시스템을 이용하여 측량 대상 구간 중 미측량 구간의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템의 전체 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 데이터 처리부의 구성 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방식을 보여주는 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방법에서 라이다 측량 및 사진 측량에 따라 데이터 처리 및 현장 모니터링 데이터를 취합하는 과정을 보여주는 흐름도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 의한 핸드폰 라이다 및 카메라를 활용한 지하시설물 측량을 위한 핸드폰의 촬영 설계안을 나타낸 예시도.
도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 핸드폰 라이다 및 카메라를 활용한 지하시설물 측량을 위한 핸드폰의 촬영 설계 시 시설물 매설을 위해 굴착한 부분의 2단 촬영 설계를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 거리뷰 미제공 지역에 대해 차량 및 차량 탑재카메라를 이용하여 촬영하는 모습을 나타낸 예시도.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점) 모습을 나타낸 예시도.
도 7c는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점)을 설치하는 위치의 예시도.
도 7d 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점) 측량을 위해 GNSS 또는 토탈스테이션(광파거리) 측량 모습을 나타낸 예시도.
도 8a는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 핸드폰 라이다 측량의 예시도.
도 8b는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 핸드폰 사진 측량의 예시도.
도 9a는 본 발명의 실시예에 의한 라이다 측량 및 사진측량 전처리를 실시하는 모습을 나타낸 예시도.
도 9b은 본 발명의 실시예에 의한 라이다 측량 및 사진측량 정확도 검증을 위해 사전 지하시설물 측량 도면과 실제 라이다 측량 및 사진측량에 의해 제작된 도면 결과를 비교하는 모습을 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 결과물을 추출하고 기존 지하시설물 측량 결과와의 차이를 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 부가 기능의 예를 보여주는 흐름도.
도 12는 본 발명에 의한 라이다 모듈들의 제어의 예를 보여주는 블록도.
도 13은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 구성 분해도.
도 14는 본 발명에 의한 모노포드의 사시도.
도 15 내지 도 16은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 부분 확대도.
도 17 내지 도 18은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 예시도.
도 19는 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 지하시설물 내부를 측량하는 모습을 순서대로 나타낸 흐름도.
도 20 내지 도 21은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 취득한 데이터를 현시한 모습을 나타낸 예시도.
도 22는 본 발명에 의해 지하시설물의 관로/관망을 따라 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 측량하는 모습을 나타낸 예시도.
도 23은 본 발명에 의해 지하시설물의 관로/관망의 끝단에 복수의 모니터링 단말이 배치되어 있는 모습 및 그 모니터링 데이터를 전송한 모습을 나타낸 예시도.
도 24는 본 발명에 의한 현장 모니터링 시스템이 구비하는 단말 거치대의 사시도.
도 25는 본 발명에 의한 현장 모니터링 시스템의 구성 분해도.
도 2는 본 발명에 의한 데이터 처리부의 구성 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방식을 보여주는 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방법에서 라이다 측량 및 사진 측량에 따라 데이터 처리 및 현장 모니터링 데이터를 취합하는 과정을 보여주는 흐름도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 의한 핸드폰 라이다 및 카메라를 활용한 지하시설물 측량을 위한 핸드폰의 촬영 설계안을 나타낸 예시도.
도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 핸드폰 라이다 및 카메라를 활용한 지하시설물 측량을 위한 핸드폰의 촬영 설계 시 시설물 매설을 위해 굴착한 부분의 2단 촬영 설계를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 거리뷰 미제공 지역에 대해 차량 및 차량 탑재카메라를 이용하여 촬영하는 모습을 나타낸 예시도.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점) 모습을 나타낸 예시도.
도 7c는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점)을 설치하는 위치의 예시도.
도 7d 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점) 측량을 위해 GNSS 또는 토탈스테이션(광파거리) 측량 모습을 나타낸 예시도.
도 8a는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 핸드폰 라이다 측량의 예시도.
도 8b는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 핸드폰 사진 측량의 예시도.
도 9a는 본 발명의 실시예에 의한 라이다 측량 및 사진측량 전처리를 실시하는 모습을 나타낸 예시도.
도 9b은 본 발명의 실시예에 의한 라이다 측량 및 사진측량 정확도 검증을 위해 사전 지하시설물 측량 도면과 실제 라이다 측량 및 사진측량에 의해 제작된 도면 결과를 비교하는 모습을 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 결과물을 추출하고 기존 지하시설물 측량 결과와의 차이를 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 부가 기능의 예를 보여주는 흐름도.
도 12는 본 발명에 의한 라이다 모듈들의 제어의 예를 보여주는 블록도.
도 13은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 구성 분해도.
도 14는 본 발명에 의한 모노포드의 사시도.
도 15 내지 도 16은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 부분 확대도.
도 17 내지 도 18은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 예시도.
도 19는 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 지하시설물 내부를 측량하는 모습을 순서대로 나타낸 흐름도.
도 20 내지 도 21은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 취득한 데이터를 현시한 모습을 나타낸 예시도.
도 22는 본 발명에 의해 지하시설물의 관로/관망을 따라 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 측량하는 모습을 나타낸 예시도.
도 23은 본 발명에 의해 지하시설물의 관로/관망의 끝단에 복수의 모니터링 단말이 배치되어 있는 모습 및 그 모니터링 데이터를 전송한 모습을 나타낸 예시도.
도 24는 본 발명에 의한 현장 모니터링 시스템이 구비하는 단말 거치대의 사시도.
도 25는 본 발명에 의한 현장 모니터링 시스템의 구성 분해도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템의 전체 시스템 구성도이다.
본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템은, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치와, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 현장 모니터링 시스템(700)을 포함하여 구성된다.
상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치는, 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하는 라이다 모듈(200)과, 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300)을 구비하는 사용자 단말(1); 상기 사용자 단말이 안착되는 단말 안착부(5)와, 사용자 단말의 측부에 가해지는 압력을 이용하여 사용자 단말을 착탈시키는 단말 착탈부(7)와, 상기 단말 착탈부의 상부에 형성되는 조명등(6)을 구비하는 조명 클램프(4); 상기 조명 클램프와 결합되되, 조명 클램프의 단말안착부(5)를 각각 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로 회전가능하게 마련되는 제1축(31), 제2축(32) 및 제3축(33)이 형성되고, 상기 제1축, 제2축 및 제3축에 각각 대응하여 설치되며, 상기 제1축, 제2축 및 제3축을 회전시키는 제1 회전모터(41), 제2 회전모터(42) 및 제3 회전모터(43)를 구비하는 짐벌(3); 및 일단이 상기 짐벌의 삽입홀(36)에 삽입 결합되며, 복수의 관체(21)가 상호 인입 또는 출입 됨에 따라 길이가 가변되는 모노포드(2);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 사용자 단말(1)은, 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 계획 및 사진 측량 계획을 입력하는 입력 모듈(100)과, 입력된 라이다 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하여 포인트 클라우드를 취득하는 라이다 모듈(200)과, 입력된 사진 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300)과, 상기 라이다 모듈에 의해 취득한 포인트 클라우드를 3차원 포인트 클라우드로 변환하고, 상기 사진 측량 모듈(300)이 촬영한 영상을 정사 영상으로 변환하는 편집 모듈(400)과, 상기 3차원 포인트 클라우드와 정사 영상의 위치 정보를 비교하여 매칭시키는 데이터 처리부(500)와, 상기 입력모듈(100), 위치확인 모듈(110), 라이다 모듈(200), 사진 측량 모듈(300), 편집 모듈(400) 및 데이터 처리부(500)의 구동을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
상기 입력 모듈(100)은 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 및 사진 측량을 수행하기 위한 각 계획안을 제어부(600)에 입력할 수 있다. 상기 제어부(600)는 입력되는 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 및 사진 측량을 수행하기 위한 각 계획안이 입력되어 설정될 수 있다.
상기 위치확인 모듈(110)은 GNSS 시스템(2)과 연동되어 사용자 단말(1)의 현재 위치 및 좌표를 도출하는 기능을 수행할 수 있고, 따라서, 라이다 모듈(200)에 의해 취득된 클라우드 포인트 및 사진 측량 모듈(300)의 촬영 영상에 그 위치 및 좌표를 기입하거나 별도로 그 위치 및 좌표 데이터를 첨부할 수 있다.
상기 라이다 모듈(200)은 핸드폰 라이다 측량을 수행하는 기능을 수행하며, 종중복 및 횡중복, 점간 정밀도 간격 및 거리 정밀도 제어 등 필요 기능을 제어할 수 있다.
또한, 상기 라이다 모듈(200)은 지하시설물 측량 지역에 대한 포인트 클라우드를 취득하고, 이를 편집 모듈(400)로 전송할 수 있다. 이에 라이다 모듈(200)을 통해 지하시설물 취득 지역에 대한 수 이상의 포인트들을 클라우드로 취득하여, 해당 지역에 대한 지하 시설물의 3차원 정보를 취득할 수 있는 기초를 마련할 수 있다.
상기 사진 측량 모듈(300)은 핸드폰에 정사영상 제작을 위한 촬영 명령을 전송하며, 사진측량 기능을 수행한다. 상기 사진 측량 모듈(300)은 촬영된 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 편집 모듈(400)로 전송할 수 있다.
한편, 드론(10)을 통해 촬영된 지하시설물 측량 대상의 항공 영상도 사용자 단말(1)의 편집 모듈(400)로 전송될 수 있다. 상기 드론(10)은 그 하방에 사용자 단말(1), 라이다 모듈(200) 또는 사진측량모듈(300)을 탑재하여 항공 영상을 촬영할 수 있다.
상기 편집 모듈(400)은 라이다 모듈(200)에 의해 취득된 클라우드 포인트를 전송받아 3차원 포인트 클라우드로 변환하는 기능을 수행한다. 또한 사진 측량 모듈(300)에 의해 취득되어 전송된 촬영 영상을 정사 영상으로 변환할 수 있다. 상기 편집 모듈(400)은 위와 같이 변환된 상기 3차원 포인트 클라우드 및 정사 영상을 데이터 처리부(500)로 전송할 수 있다.
상기 데이터 처리부(500)는 3차원 포인트 클라우드와 상기 정사 영상의 위치 정보를 상호 비교하여 매칭시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 제어부(600)는 입력모듈(100), 위치확인 모듈(110), 라이다 모듈(200), 사진 측량 모듈(300), 편집 모듈(400) 및 데이터 처리부(500)의 구동을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 현장 모니터링 시스템(700)은, 상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치가 지하시설물을 측량하는 동선의 끝단에 적어도 2개 이상의 단말거치대(830)를 설치하고, 상기 단말거치대(830)의 상부에 형성되는 단말지지판(834)에 각각 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)을 결합하여, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 측량 과정을 모니터링하며, 모니터링 데이터를 외부 서버 또는 외부 단말로 전송하는 기능을 수행한다.
이와 같은 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템은, 사용자 단말(1)을 통하여 GCP 체크점, GCP 기준점, GNSS 시스템(2), 항공촬영을 수행하는 드론(10) 및 토탈스테이션 시스템(3)과 각각 연동되어 운용되며, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 측량 과정은 현장 모니터링 시스템(700)에 의해 모니터링된다.
도 2는 본 발명에 의한 데이터 처리부의 구성 블록도이다.
도 2를 참조 하면, 본 발명에 의한 데이터 처리부(500)는 전술한 바와 같이 편집 모듈(400)에서 처리된 3차원 포인트 클라우드와 상기 정사 영상의 위치 정보를 비교 및 보정하여 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터를 형성하는 데이터 분석 모듈(510)과, 상기 지하시설물측량 데이터가 저장되는 데이터 베이스(520)를 구비할 수 있다.
상기 데이터 분석 모듈(510)은 3차원 클라우드 포인트와 상기 정사 영상을 매칭시키는 기능을 수행한다. 이를 통해 정사 영상에 3차원 클라우드 포인트가 투사될 수 있기 때문에 지하 시설물의 측량 지역에 대한 위치 정보들 및 지하 시설물들에 대한 3차원 위치 정보를 확보할 수 있다. 즉 지하 시설물들이 지하 시설물 주변 영역과 단차를 이루어 낮아져 있는 지를 데이터로 확보할 수 있다.
여기서 데이터 분석 모듈(510)은 3차원 클라우드 포인트와 정사 영상이 서로 위치에 대한 일정의 오차값을 형성하는 경우, GNSS 켈리브레이션에 의해 러버시트 작업을 실시하는 기능을 수행할 수 있다.
또한 상기 데이터 분석 모듈(510)은 라이다 측량, 사진 측량, 거리뷰 미제공 지역의 촬영동영상, 드론에 의한 항공촬영 영상, 위치 보정된 라이다측량 및 사진측량 결과와 대비하여 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터를 분석하는 기능을 수행할 수 있다.
그리고 상기 데이터 베이스(520)는 핸드폰 라이다 및 사진측량 촬영 계획안, 핸드폰의 촬영 영상 이미지, 핸드폰 정사영상, 러버시트 작업이 이루어진 핸드폰 정사영상, 거리뷰 제공 지역의 이미지, 차량에 탑재된 카메라가 촬영한 거리뷰 미제공 지역의 이미지, 드론(10)에 의한 항공촬영 영상, 드론(10)에 의한 정사영상, 지하시설물측량 구역, 기존 지하시설물 측량 도면, 기존 항공사진, 시공 구간별 면(Area) 단위의 3차원 공간정보, 지하시설물측량 도면, 최종 지하시설물 측량 도면을 저장할 수 있다.
여기서 데이터 베이스(520)에 저장된 각종 데이터는 제어부(600)를 통해 사용자 단말(1)의 각종 모듈(100, 110, 200, 300, 400, 500)과 송수신이 가능하며, 더 나아가 GNSS 시스템(2) 또는 토탈스테이션 시스템(500)과도 송수신이 가능할 수 있다.
본 발명의 사용자 단말(1)은 라이다 측량 및 사진측량 촬영 계획안에 따라 지하시설물 축량 구간을 수직, 경사, 수평 촬영하는 기능을 수행하며, 측량용 폴, 짐벌(3), 백팩 등에 탑재하여 단말기를 이용할 수 있다.
한편, GCP는 핸드폰 라이다 측량 및 시진측량의 기준점 및 체크점 역할을 수행하는데, 본 발명에서는 핸드폰 라이다 측량 및 핸드폰 사진측량의 별도의 대공표지, 즉 사진측량 시 특이점이 없는 경우 임시점으로 특정 지점의 위치를 판별하기 위해 인위적으로 설치하는 점의 역할을 수행할 수 있다.
그리고 상기 제어부(600)는 드론(10)에 의해 촬영되는 영상의 촬영 높이를 상기 지하시설물 측량 지역의 지명으로부터 2.5m 이내로 설정하고, 상기 드론(10)의 촬영 중복도는 단위 거리 당 종중복 80~90%, 횡중복 20~30%의 범위 내로 설정할 수 있다.
또한 상기 제어부(600)는 거리뷰 이미지를 설정할 수 있다. 상기 거리뷰 이미지는 지하 시설물 측량 지역을 포함하는 주변의 거리에 대한 이미지이며, 외부 서버에 저장된 거리뷰 이미지를 전송받아 설정할 수 있다.
상기 제어부(600)는 상기 지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되는 지의 여부를 판단하고, 상기 지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되면, 상기 거리뷰 이미지에 상기 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터가 포함되도록 제어하고, 상기 지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되지 않는 경우 거리뷰 미제공 지역으로 판단하고, 외부의 서버로부터 상기 거리뷰 미제공 지역에 대한 추가 거리뷰 이미지를 전송받아 설정할 수 있다.
또한 GNSS 시스템(Global Navigation Satellite System; 2)은 위성항법시스템의 일종으로서 복수개의 인공위성과 지상 수신기들을 이용하여 목표물의 위치를 정확히 파악하고 시각정보를 제공하기 위한 일련의 시스템이며, 토탈스테이션 시스템(3)은 지하시설물 측량 현장에서 GNSS 시스템(2)의 폐색지역이 있는 곳에서 GNSS 시스템(2) 대신 위치를 결정하기 위한 장치이다.
현장측량 시스템 구성(폴, 짐벌, 백펙)은 사용자 단말(1)과 GNSS 시스템(2)의 시스템 연동 및 간편한 휴대성을 위한 부가 장비일 수 있다. 이와 같은 부가 장비는 이동 장치가 더 구비되어 주행이 가능한 소형의 이동체로 운용될 수도 있다. 여기서 GNSS 시스템(2)과 토탈스테이션 시스템(3)은 서로 독립을 이룰 수도 있고, 선택적으로 하나의 시스템을 이루도록 연계될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방식을 보여주는 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방법에서 라이다 측량 및 사진 측량에 따라 데이터 처리 및 현장 모니터링 데이터를 취합하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조 하면, 본 발명의 일필지측량 방법은 사전준비단계, 데이터 베이스 구축단계, 일필지측량 위치 디지타이징 또는 3D 도화 단계, 현장 일필지측량 작업 단계, 일필지측량 결과 분석 단계의 공정 과정을 거쳐 사전 일필지측량 정보 추출, 현장측량 시 적용, 현장측량 후 일필지측량의 사후 분석이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 방법을 순서대로 정리하여 보면, i) 먼저 입력 모듈(100)을 사용하여 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 계획안 및 사진 측량 계획안을 입력하는 단계를 거치고, ii) 라이다 모듈(200)을 사용하여 입력된 라이다 측량 계획안에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하여 포인트 클라우드를 취득하고, 사진 측량 모듈(300)을 사용하여 입력된 사진 측량 계획안에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하고, iii) 편집 모듈(400)을 사용하여 상기 취득한 포인트 클라우드를 3차원 포인트 클라우드로 변환하고, iv) 편집 모듈(400)을 사용하여 사용자 단말의 카메라가 촬영한 영상을 정사 영상으로 변환하고, v) 데이터 처리부(500)를 사용하여 3차원 포인트 클라우드와 상기 정사 영상의 위치 정보를 비교하여 매칭시키는 방식을 취할 수 있다.
상기의 과정을 상세히 설명하자면, 먼저 사용자 단말(1)의 입력 모듈(100)을 사용하여 계획적인 라이다 측량 및 사진측량을 시행하기 위해 각 촬영 계획안을 실시하도록 제어부(600)에 설정한다(S10).
이를 통해 미리 라이다 측량 및 사진 측량의 촬영 계획안을 사용자 단말(1)의 제어부(600)에 저장해 놓을 수 있으며, 제어부(600)는 설정된 각 촬영 계획안대로 실시되도록 라이다 모듈(200) 및 사진 측량 모듈(300)의 구동을 제어할 수 있다.
보다 더 자세한 과정을 설명하기 위해 도 5a 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 의한 핸드폰 라이다 및 카메라를 활용한 지하시설물 측량을 위한 핸드폰의 촬영 설계안을 나타낸 예시도이고, 도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 핸드폰 라이다 및 카메라를 활용하여 지하시설물 측량을 위한 핸드폰의 촬영 설계 시 시설물 매설을 위해 굴착한 부분의 2단 촬영 설계를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 거리뷰 미제공 지역에 대해 차량 및 차량 탑재카메라를 이용하여 촬영하는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점) 모습을 나타낸 예시도이고, 도 7c는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점)을 설치하는 위치의 예시도이며, 도 7d 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 GCP(현장 기준점) 및 Check점(확인점) 측량을 위해 GNSS 또는 토탈스테이션(광파거리) 측량 모습을 나타낸 예시도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 핸드폰 라이다 측량의 예시도이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 대상 지역의 핸드폰 사진 측량의 예시도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 의한 라이다 측량 및 사진측량 전처리를 실시하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 9b은 본 발명의 실시예에 의한 라이다 측량 및 사진측량 정확도 검증을 위해 사전 지하시설물 측량 도면과 실제 라이다 측량 및 사진측량에 의해 제작된 도면 결과를 비교하는 모습을 나타낸 예시도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 의한 지하시설물 측량 결과물을 추출하고 기존 지하시설물 측량 결과와의 차이를 나타낸 예시도이다.
먼저, 사전준비 단계 중 라이다 촬영 공정은 지하시설물 측량 현장의 고정밀, 고정확한 3차원 공간정보 구축 과정이며, 사진촬영 및 정사영상 제작 공정은, 지하시설물 측량 시 시공 당시의 현장을 한정의 사진으로 재현하기 위한 공정이므로 최소 2,000만 화소 이상의 해상도의 촬영 이미지를 현출할 수 있는 카메라가 부착된 사용자 단말(1)의 적용이 바람직하다.
또한, 상기 제어부(600)를 통해 라이다 측량 및 사진측량 촬영 설계안 중 드론(10)에 탑재되는 사용자 단말(1)의 촬영 높이는 2.5m 이내로 설정하고, 드론(10)에 탑재되는 사용자 단말(1), 라이다 모듈(200) 또는 사진측량모듈(300)의 촬영 중복도는 단위 거리 당 종중복 80~90%, 횡중복 20~30%로 설정하는 것이 바람직한데, 이 때 단위 거리는 1m~2m의 범위 내에서 선택될 수 있다.
위와 같이 드론에 탑재되는 사용자 단말(1)의 촬영 높이 및 단위 거리 당 종중복, 횡중복을 설정하여야 지하시설물측량 현장을 빈틈없이 정밀하면서도 정확하게 촬영할 수 있고, 면(Area) 단위의 고정확한 3차원 공간정보 구축 및 고정밀한 정사영상이 제작될 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 특히 사용자 단말(1) 면(Area) 단위 3차원 공간정보 획득 및 정사영상의 복잡한 지형 및 건물 밀집 지역에 대한 설계안은 다음과 같다.
본 발명에서 사용자 단말(1) 촬영 계획안은 일방항 그리드 설계, 격자 설계, POI 설계 중 어느 하나 이상에 수직촬영 설계, 경사 촬영 설계 또는 수평 촬영 설계를 추가 하여 건물 밀집지역 및 복잡지형의 3D 모델링 드론 촬영 영상 및 그 이미지들을 용이하게 확보할 수 있다.
이어서, 본 발명의 단말기를 통해 라이다 측량 및 사진측량을 활용한 지하시설물 측량 시 현장 기준점 역할을 하는 GCP 측량 계획단계를 거칠 수 있다(S11). 즉, 본 발명의 사용자 단말을 통해 라이다 측량 및 사진측량을 활용한 지하시설물 측량 시 현장 기준점 역활을 하는 GCP 측량 계획단계를 거친다.
본 발명에서 GCP 측량 계획은 모든 작업 구간에 대해 측량의 정확도를 확보히기 위해 GCP 기준점 4점 이상 GCP 체크점 3점 이상의 GCP 측량점 설치를 원칙으로 한다(도 7a 내지 도 7c 참조).
GCP 측량 계획 시 기준점의 위치는 지하시설물 측량 시공 시 시공 현장의 시점 부근에 2점 이상, 종점 부근에 2점 이상 각각 설치한다. 또한 GCP 체크점은 지하시설물 측량 결과물의 좌표 및 높이 정확도를 판단하는 근거 기준 데이터이므로 기준점의 위치 사이에 3점 이상 설치를 원칙으로 한다.
이어, 지하시설물 측량의 결과물인 3차원 공간정보의 정확성을 확보하기 위해 현장에 설치하는 GCP 위치 선점 단계를 거친다(S12).
“현장에 설치하는 GCP 위치 선점”은 도상 계획이므로 현장 적용 시 많은 변수들이 포함되어 있다. 따라서 이런 변수들을 해결하고 지하시설물 측량 현장의 정확한 3차원 공간 정보를 확보하기 위해 현장 상황에 맞게 유동적으로 현장 기준점을 설치한다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 현장 기준점인 GCP 기준점과 GCP 체크점은 사무실에서 도상 계획 시 미리 준비한 GCP 기준점과 GCP 체크점을 현장에 설치한다. 같은 현장 기준점이나 GCP 기준점과 GCP 체크점은 용도가 다르므로 현장 상황에 맞게 크기나 색깔을 달리하여 현장 기준점을 설치할 수 있다.
이어, 도 7d 내지 도 7e를 참조하면, GCP 선점 위치의 정확한 3차원 위치 결정을 위한 GNSS 실시간 기준점측량 또는 광파측량기 기준점 측량을 실시하는 단계를 거친다(S13).
본 발명에서 GNSS 또는 광파측량기 기준점 측량 단계(S13)는, 지하시설물 측량 현장의 정확한 3차원 공간정보 획득을 위한 기준을 확보하는 단계로 현장에 설치된 GCP 기준점 및 체크점의 정확한 3차원 위치 X, Y, Z를 결정하는 작업을 말한다.
GNSS에 의한 기준점 측량은 현장에서 10초 3회 실시간 GNSS 관측을 실시하여 현장 기준점 및 확인점인 GCP 기준점 및 체크점의 측량을 실시한다. 이때 측량하는 기준 조건은 공공측량 작업 규정의 GNSS 관측 및 조건 기준을 따른다.
광파측량기에 의한 기준점 측량은 현장에 반드시 2점의 기준점을 먼저 설치하고 이 기준점을 기반으로 한점은 기계점으로 사용하며, 또 다른 한점은 후시점으로 사용한다. 기준점 측량에 사용하는 장비는 측량 기준점의 정확도를 확보하기 위해 각 정확도 3초 이내의 장비를 사용한다. 측량 방법은 트레버스 측량을 실시하여야 하나 폭이 좁고 길이가 긴 지하시설물 특성 및 실시간 현장 시공에 따른 긴박성, 지하시설물 측량 위치 오차 20~30cm의 비교적 큰 오차 범위로 인해 광파측량기의 좌표 측정법에 의해 기준점 측량을 실시한다.
이어 사용자 단말(1)의 라이다 모듈(200)을 통해 고정밀, 고정확한 3차원 공간정보인 라이다 측량을 실시하는 단계를 거친다(S14).
즉, 라이다 측량 실시 전 시공 및 지하시설물 실시간 측량 공사현장 및 현장 상황 보관 및 추후 사용을 위해 동영상 촬영을 실시한다. 본 발명에서 거리뷰 이미지는 드론 정사영상과 기존 지적도 매칭 시 정밀하게 판단되지 않는 부분에 대해 보조적으로 이용될 수 있다. 상기 거리뷰 이미지는 지도 제공사이트 또는 포털사이트에서 제공하는 거리뷰 이미지면 충분하나, 거리뷰 이미지가 제공되지 않는 지역이 있다.
이때 제어부(600)에서 해당 조사대상 필지 내에서 거리뷰 이미지가 제공되지 않는 영역을 확인하여 차량에 거리뷰 미제공 지역에 대한 정보를 송신하면, 차량 탑승자가 이를 확인하여 거리뷰 미제공 지역에 차량을 운행하면서 거리뷰 미제공 지역에 대한 거리뷰 동영상을 촬영하여 확보하게 된다.
거리뷰 미제공 지역에 대해 확보된 거리뷰 동영상은 차량의 통신모듈(미도시)를 통해 사용자 단말의 데이터 베이스(520)로 송신되어 저장되게 되며, 후술할 3D 도화 단계에서 사전 필지측량 도면을 편집하는 과정에 이용되게 된다.
동영상 촬영이 완료되면 이후 현장 작업자가 사용자 단말(1)을 이용하여 정확하고 정밀한 면 (Area)단위 3차원 공간정보 획득을 위해 라이다 촬영을 실시한다.
본 발명에서 라이다 촬영은 측량의 균질성 및 정확성을 위해 일정한 높이, 일정한 간격, 정확한 측량을 위해 현장 측량 시스템(폴, 짐벌 등)을 적절히 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 라이다 측량은 라이다 측량 시 결측 구간이 없도록 측량을 실시하며, 작업 완료 후 결측 부분에 대해서는 보완측량을 실시한다.
이어 사용자 단말(1)의 사진 측량 모듈(300)을 통해 시공 구간별, 지하시설물 측량 별 사진측량을 실시하는 단계를 거친다(S15).
사용자 단말에 의한 사진측량은 사용자 단말을 이용한 사진측량 시스템을 구현 할 수 있는 모바일용 무료 사진 앱 또는 자체 개발 앱인 핸드폰 사진측량 시스템 앱을 사용할 수 있다. 사용자 단말에 의한 사진은 *.jpg 및 *.tiff 파일 포맷으로 사용자 단말(1)에 저장될 수 있다.
이어 사용자 단말(1)의 라이다 측량 및 사진측량 자료와 GNSS 또는 광파거리측량기의 절대 좌표로의 환산, 후처리 프로세싱을 위한 선행 작업을 위해 라이다측량 및 사진측량의 전처리를 실시하는 단계를 거친다(S16).
전처리 과정은 사용자 단말(1)에 저장된 라이다 측량 결과물과 사진측량 결과물의 위치를 절대 위치로 변환시켜 주고, 원시 데이터인 로데이터(RAW DATA)에 노이즈나 오측 데이터를 사전 필터링 하는 작업을 의미한다.
라이다 측량 결과물은 측량 당시 현장을 임의 좌표 개념으로 인식하고 측량을 실사한 결과물이므로 현장 기준점인 GCP 기준점 및 GCP 체크점을 활용하여 절대좌표로의 변환이 필요하다. 변환 프로그램은 오픈 소스 프로그램안 Cloudcompare의 좌표변환 기능을 활용하여 변환을 실시한다.
또한 라이다 측량의 원시 자료는 현장 매질의 종류 및 상황에 따라 라이다 데이터의 오측이 포한된 라이다 측량 데이터이므로 이를 정재해 주기 위해 데이터 클이어링 작업이 필요하다. 데이터 클리어링 역시 오픈 소스 프로그램인 Cloudcompare를 사용한다.
또한 사진측량의 정확한 정사영상 제작을 위해 사용자 단말(1)에 의해 촬영 된 실시간 사진 결과물의 문제점이 없는지를 확인하고 결과물에 이상이 없는지를 확인하기 위해 사진으로 정사영상을 제작 할 수 있는 드론 자료처리 후처리 프로그램을 활용하여 빠르게 현장에서 사전 정사영상 제작을 실시할 수 있다.
이어 전처리된 라이다 측량 및 사진측량의 결과물 도출을 위해 라이다측량 및 사진측량의 후처리를 실시하는 단계를 거친다(S17).
즉, 정확한 결과물 도출 및 최종 성과 도출을 위해 라이다측량 및 사진측량의 후처리를 실시한다.
라이다 측량은 현장 기준점인 GCP 기준점을 현장 기준점 위치에 옮겨 놀는 작업인 좌표변환을 실시한다. 좌표변환 후 면(Area) 단위로 획득된 성과물의 정확도를 확인하기 위해 체크점의 위치 및 높이 정보와 라이다 최종 결과물의 위치 및 높이 정보를 비교하여 최종 성과물의 정확도를 확인한다. 이때 최종적인 위치 및 높이 정보의 성과는 현장 체크점의 실측 데이터와 위치 및 높이 차이가 20cm 이내인 데이터만을 사용하는 것이 바람직하다.
사진측량은 지하시설물 측량 현장의 시공 당시의 상황을 재현 할 수 있는 정확한 정사영상 제작을 위해 사진 정렬. AT 수행, 기준점 자료 입력, Dense cloud, 메쉬 및 텍스쳐, 정사영상 및 DSM 제작 과정을 거쳐 지하시설물 측량 시 필요한 면(Area) 단위의 정사영상 제작 및 모델링 작업을 실시한다.
이어서 현장 모니터링 시스템(700)에 의해 지하시설물 측량 동선을 따라 작업자가 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치를 이용하여 측량하는 상황, 측량하는 모습을 모니터링하되, 그 모니터링한 동영상 등 모니터링 데이터를 시간별, 구간별로 취합하여 외부 서버 또는 외부 단말로 전송하는 과정을 거친다(S18).
참고로, 외부 서버 또는 외부 단말을 통해 제2 작업자가 전체 측량구간에 대해 측량을 완료하였는지 여부를 확인할 수 있다.
그리고 사용자 단말(1)의 라이다 측량의 최종 결과물인 3차원 포인트클라우드에 의한 결과물 제작 및 사진측량 결과물인 정사영상 제작, 지하시설물 측량에 필요한 각종 결과물 제작을 실시하는 단계인 데이터 베이스 구축 단계를 거친다(S19).
라이다 측량의 최종 결과물은 포인트 클라우드 데이터는 위치 및 높이 오차 0cm 초과 20cm 이하의 고정확한 데이터이며, 간격이 평균 5cm~10cm인 고정밀 데이터이다.
최종 라이다 결과의 포맷은 *.las, *.txt, *obj, *.ply 등 다양한 포맷으로 저장이 가능하며, 향후 이 라이다 측량 데이터는 면(Area) 단위의 정보를 제공해 줌에 따라 기존 점(point), 선(line) 단위의 정보를 가지고 의사 결정을 할 시 직관성이 부족했던 기존 시스템에 직관성이 풍부한 3차원 공간정보를 제공해 줌에 따라 직관성이 풍부한 합리적인 의사결정을 할 수 있는 자료를 제공해 준다.
또한, 사진측량의 결과물인 정사영상은 *.tiff, *.jpg 등으로 저장이 가능하며, 3차원 모델링 정보는 *obj, *.ply로 저장이 가능하다. 정사영상 및 3차원 모델링 정보는 언제, 어디서나 시공 당시의 현장 상황을 재현 할 수 있는 기초 자료를 제공해 줌에 따라 향후 지하시설물 유지 관리 시 정확한 정보를 제공해 줌에 따라 정확하고 정밀한 유지관리 및 추가 지하시설물 설치 및 시공이 가능하므로 안전 사고를 최소화 할 수 있다.
상기의 구성 및 작용에 따라 본 발명은 핸드폰을 활용한 라이다를 사용하여 지하 시설물에 대한 3차원 공간정보를 획득하도록 하여 지하시설물의 다양한 공간 조건에 구애 받지 않고 정확한 정보를 취득하도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 핸드폰 라이다를 사용하여 보다 빠르고 정확하며 저비용으로 지하시설물을 측량할 수 있도록 하고, 라이다 및 고화질의 정사영상을 이용하여 시공 당시 면(Area) 단위의 정확한 3차원 공간 정보를 획득하여 추후 지하시설물 관리 및 활용에 사용할 수 있도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 핸드폰 라이다 및 측량 장치의 활용으로 면(Area) 단위의 지하시설물 측량에 관한 정보를 획득함에 따라 기존 지하시설물 측량 시 점, 선의 정보에 의해 관리되던 지하시설물 전산화DB 정보를 면(Area) 단위의 DB 정보로 관리 할 수 있어 추후 지하시설물 유지 관리 시 정확성 확보가 가능하고, 이에 정책 결정자 및 입안자에게 합리적인 의사결정을 할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 핸드폰을 활용한 사진 촬영의 정사영상과 동영상 자료를 획득하여 시공 당시의 현장 상황을 재현이 가능하므로 외부의 검색 서버에서 서비스를 하지 않는 지역의 거리 뷰 구현 및 시계열 자료로 활용이 가능할 수 있다.
도 11은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 부가 기능의 예를 보여주는 흐름도이다.
도 11을 참조 하면, 한편 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치는 지하 시설물 측량 데이터를 일정 시간 동안에 다수로 취득하여, 상기 시간 동안에 변경된 지하 시설물의 상태를 추후에 확인하도록 할 수도 있다.
본 발명에 의한 제어부(600)는, 상기 라이다 모듈(200)과 상기 사진 측량 모듈(300)의 측정 시간을 설정하고(S21), 상기 라이다 모듈(200)과 상기 사진 측량 모듈(300)을 기설정된 시간 간격으로 구동시켜(S22), 지하 시설물 측량 데이터를 일정 시간 동안에 다수로 취득하고(S23), 상기 지하시설물 측량 데이터를 시간 단위 별로 저장시킨다(S24).
그리고 제어부(600)는 사용자 단말의 동영상 촬영 장치인 카메라를 사용하여, 상기 시간 단위를 포함하는 전체 시간 동안에 상기 지하 시설물 측량 지역에 대한 동영상을 촬영하도록 한다(S25).
이후, 상기 제어부(600)는 시간 단위 별로 저장된 상기 지하시설물측량 데이터를 서로 비교하되(S26), 지하시설물측량 데이터 간에 오차가 발생되는 경우 오차값을 산출한다(S27).
그리고, 상기 제어부(600)는 상기 지하시설물측량 데이터에서 상기 오차값을 포함하는 영역을 오차 영역으로 지정하며(S28), 시간 단위 별로 저장된 상기 지하시설물측량 데이터에서 상기 지정된 오차 영역에 대한 정보들만을 추출하여 저장할 수 있다(S29).
이후, 상기 제어부는 상기 지하시설물측량 데이터에서 상기 오차 영역에 포함되는 구조물 정보들을 추출하여 상기 추출된 구조물 정보를 저장할 수 있다(S30).
이를 통해 지하 시설물 측량 지역에 대한 지하시설물 측량 데이터를 1회 측정하여, 지하 시설물의 3차원 공간 정보 확보에 그치지 않고, 지하 시설물의 일정 기간 동안에 외형적 또는 위치적으로 변경이 발생되는 경우, 이를 오차 영역에 포함되는 구조물 정보로 별도로 저장할 수 있다.
따라서 공사를 진행하는 동안에 지하 구조물이 최종적으로 완성되기 까지 위치 또는 형상의 변경을 저장하여, 추후 건물 내부를 확인하지 않고 상기 구조물 정보를 포함하는 3차원 공간 정보를 통해서 공사 시간 동안에 지하 구조물의 변경 사항을 용이하게 확인하도록 할 수도 있다.
도 12는 본 발명에 의한 라이다 모듈들의 제어의 예를 보여주는 블록도이다.
도 12를 참조 하면, 본 발명에 따른 라이다 모듈(200)은 사용자 단말(1)과 분리되어 별도로 드론에 장착될 수도 있다. 물론, 발명의 필요에 따라 드론(10)에 복수의 사용자 단말(1)이 장착되어 운용될 수도 있을 것이다.
상기 드론(10)은 비행 장치를 구비하며, 무선 통신 방식을 통해 제어부(600)의 제어에 따라 비행이 제어될 수 있다.
상기 라이다 모듈(200)은 다수를 이루어 드론(10)에 장착될 수 있다. 상기 드론(10)에는 회전기(11)가 구비되며, 상기 회전기(11)에는 다수의 라이다 모듈(200)이 장착되는 장착대들(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 회전기(11)는 제어부(600)의 제어에 따라 일정 각도로 회전되어 라이다 모듈들(200)이 측정 위치에 위치되도록 할 수 있다.
측정 위치에 위치된 라이다 모듈(200)들은 지하시설물 측량 지역에 대한 클라우드 포인트를 취득하고, 이를 제어부(600)로 전송할 수 있다.
상기 제어부(600)는 상기의 취득된 영상에서 지하시설물 측량 지역의 에지를 산출하여 클라우드 포인트 영역을 설정하고, 취득된 클라우드 포인트를 상기 클라우드 포인트 영역에 반영하며, 클라우드 포인트 영역에서 미리 설정된 엠프티(empty) 영역이 존재하는 지의 여부를 판단할 수 있다.
이어 상기 클라우드 포인트 영역에서 미리 설정된 엠프티 영역이 존재하는 경우, 제어부(600)는 회전기(11)를 구동시켜 해당 라이다 모듈(200)을 회전시키고, 다른 라이다 모듈(200)을 측정 위치에 위치시킨다. 그리고 제어부(600)는 다른 라이다 모듈(200)을 사용하여 상기 엠프티 영역에 해당되는 클라우드 포인트를 선별적으로 취득한다.
이어 상기 제어부(600)는 선별적으로 취득된 클라우드 포인트를 엠프티 영역에 반영한 후, 전체 클라우드 포인트를 편집 모듈(400)로 전송한다.
그리고 상기 제어부(600)는 상기의 회전된 해당 라이다 모듈(200)을 고장으로 판단하고, 회전기(11)를 통해 측정 위치에 위치되지 않도록 제외할 수 있다.
이를 통해 본 발명에서는 하나의 라이다 모듈을 사용하여 상기와 같이 엠프티 영역이 존재하는 경우 다른 라이다 모듈을 사용하여 엠프티 영역을 제거함으로써 클라우드 포인트를 측정하는 당시 데이터의 부정확성을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있을 수 있다.
도 13은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 구성 분해도이다.
본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치는, 사용자 단말(1), 짐벌(3) 및 조명 클램프(4) 및 모노포드(2)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 사용자 단말(1)은, 지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 계획 및 사진 측량 계획을 입력하는 입력 모듈(100)과, 입력된 라이다 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하여 포인트 클라우드를 취득하는 라이다 모듈(200)과, 입력된 사진 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300)과, 상기 라이다 모듈에 의해 취득한 포인트 클라우드를 3차원 포인트 클라우드로 변환하고, 상기 사진 측량 모듈(300)이 촬영한 영상을 정사 영상으로 변환하는 편집 모듈(400)과, 상기 3차원 포인트 클라우드와 정사 영상의 위치 정보를 비교하여 매칭시키는 데이터 처리부(500)와, 상기 입력모듈(100), 위치확인 모듈(110), 라이다 모듈(200), 사진 측량 모듈(300), 편집 모듈(400) 및 데이터 처리부(500)의 구동을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 조명 클램프(4)는, 사용자 단말이 안착되는 단말 안착부(5)와, 사용자 단말의 측부에 가해지는 압력을 이용하여 사용자 단말을 착탈시키는 단말 착탈부(7)와, 상기 단말 착탈부의 상부에 형성되는 조명등(6)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 짐벌(3)은, 조명 클램프(4)와 결합되되, 조명 클램프의 단말안착부(5)를 각각 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로 회전가능하게 마련되는 제1축(31), 제2축(32) 및 제3축(33)이 형성되고, 상기 제1축, 제2축 및 제3축에 각각 대응하여 설치되며, 상기 제1축, 제2축 및 제3축을 회전시키는 제1 회전모터(41), 제2 회전모터(42) 및 제3 회전모터(43)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모노포드(2)는, 그 일단이 상기 짐벌의 삽입홀(36)에 삽입 결합되며, 복수의 관체(21)가 상호 인입 또는 출입 됨에 따라 길이가 가변되는 기능을 수행할 수 있다.
이와 같이 상기 사용자 단말(1), 짐벌(3) 및 조명 클램프(4) 및 모노포드(2)를 구비하는 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템을 통해 작업자가 용이하게 지하시설물 내부의 라이다 측량 및 사진 측량이 가능해 진다.
도 14는 본 발명에 의한 모노포드의 사시도이다.
본 발명의 모노포드(2)는, 짐벌 연결부(22)와, 복수의 관체를 포함하는 지지부(20)와, 관체 제어 버튼(24)을 포함하는 손잡이부(30)를 구비한다.
상기 짐벌 연결부(22)는 모노포드의 끝단에 위치하며, 상기 짐벌(3)의 삽입홀(36)에 삽입 결합된다. 상기 짐벌 연결부(22)와 삽입홀(36)은 원터치 방식으로 결합되거나 또는 암나사/숫나사의 형태로 결합될 수 있을 것이다.
상기 지지부(20)는, 상기 짐벌 연결부(22)와 손잡이부(30) 사이에 위치하되, 복수의 관체(21)가 서로 인출입 됨에 따라 길이가 가변되는 기능을 수행한다. 즉, 상기 지지부(20)는, 서로 간의 인출입이 가능한 복수의 관체(21)를 구비하는바, 상기 관체(21) 각각을 최대로 인출함으로써 상기 지지부(20)의 길이가 최대화될 수 있어 지하시설물 내부 측량에 유용하도록 기능한다.
상기 손잡이부(30)는, 상기 지지부(20)에 연결되되, 관체 제어버튼(24)의 조작에 의해 복수의 관체(21)의 인출입을 허용할 수 있다. 즉, 관체 제어버튼(24)은 일종의 걸림쇠 형태로 구성되어 관체 제어버튼(24)을 누르면 걸림쇠가 해제되도록 구성할 수 있다.
상기 관체(21) 및 손잡이부(23)는 알루미늄 합금 소재로 형성될 수 있다.
즉, 관체(21) 및 손잡이부(23)는, 알루미늄(Al)을 기재로 하고, 여기에 지르코늄(Zr) 0.02~0.07 중량%, 이트륨(Y) 0.03~0.08 중량%, 스칸듐(Sc) 0.02~0.05 중량%, 티타늄(Ti) 0.5∼2.6 중량%, 니켈(Ni) 0.8~1.7 중량%, 규소(Si) 7.2∼10.6 중량%, 망간(Mn) 0.2∼1.8 중량%, 마그네슘(Mg) 0.4∼0.8 중량%, 아연(Zn) 0.13~0.19 중량%, 주석(Sn) 0.03~0.08 중량%, 철(Fe) 2.4~3.7 중량%가 포함되는 알루미늄 합금 조성물을 이용하여 형성될 수 있다.
위와 같은 알루미늄 합금 조성물로 관체(21) 및 손잡이부(23)를 형성하면, 기존의 알루미늄 합금 재료들에 비해 강도 및 내구성을 현저히 향상시킬 수 있고, 이에 따라 지하시설물 측량 시 고온, 고압에 잘 견딜 수 있으며, 성형시 연신율이 우수하여 가공성이 향상되는 잇점이 있다.
그리고, 상기 관체(21) 및 손잡이부(23)의 표면은, 탄소를 함유하는 금속 나노 입자들인 니켈, 은 또는 구리 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 합금 2 내지 23 중량부; 폴리에틸렌 글리콜 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 라노린알콜에테르로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 계면활성제 0.1 내지 9중량부; 소듐도데실설페이트, 소듐시트레이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 분산제 0.3 내지 7중량부; 및 잔부는 윤활유인 코팅제 조성물을 이용한 코팅층을 형성할 수 있다.
이와 같이 관체(21) 및 손잡이부(23)의 표면에 코팅층을 형성하면, 각 관체(21)의 접동 부위 표면의 윤활성 및 내마모성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마찰부의 손상 부위를 회복시킬 수 있는 장점이 있다.
도 15 내지 도 16은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 부분 확대도이고, 도 17 내지 도 18은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치의 예시도이다.
본 발명의 짐벌(3)은, 조명 클램프(4)와 결합되되, 조명 클램프의 단말안착부(5)를 각각 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로 회전가능하게 마련되는 제1축(31), 제2축(32) 및 제3축(33)이 형성되고, 상기 제1축, 제2축 및 제3축에 각각 대응하여 설치되며, 상기 제1축, 제2축 및 제3축을 회전시키는 제1 회전모터(41), 제2 회전모터(42) 및 제3 회전모터(43)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 짐벌(3)은 짐벌 손잡이부(34)의 상부에 제1 회전모터(41), 제2 회전모터(42), 제3 회전모터(43)와, 제1축(31), 제2축(32), 제3축(33)이 형성되며, 짐벌 손잡이부(34)의 하단에는 삽입 홀(36)이 형성되어 모노포드(2)와 결합되게 된다.
상기 짐벌 손잡이부(34)는 작업자의 파지가 가능하도록 마련되며, 제1축(31), 제2축(32), 제3축(33)을 이동시키는 축설정 스위치(35)가 구비된다.
상기 짐벌 손잡이부(34) 내부에는 각 회전모터로 전원을 공급하기 위한 배터리가 내장될 수 있으며, 각 회전모터의 회전각 등을 계산하기 위한 짐벌 제어부(미도시)가 탑재될 수 있다.
상기 축설정 스위치(35)는 제1축(31), 제2축(32), 제3축(33)의 설정위치를 설정하기 위하여 제1 내지 제3 회전모터(41, 42, 43)를 조작하도록 마련된다.
본 발명의 조명 클램프(4)는 제1축(31) 상에 결합될 수 있으며, 조명 클램프(4)의 단말 안착부(5)에 사용자 단말(1)이 장착되는 경우, 사용자 단말(1)이 구비하는 카메라의 촬영방향이 전방, 좌우 측방, 좌우 하방으로 설정할 수 있도록 축설정 스위치(35)를 통하여 설정위치를 정할 수 있다.
한편, 본 발명의 짐벌(3)은, 조명 클램프(4)에 결합된 사용자 단말(1)의 측량 또는 촬영상황 등에 의해 사용자 단말(1)에 가해지는 진동(움직임)을 보정할 수 있도록 구비될 수 있다. 참고로, 조명 클램프(4)의 단말 안착부(5)는 사용자 단말(1)의 종류에 따라 다양한 형상과 크기로 마련될 수 있을 것이다.
상기 제1 내지 제3축(31, 32, 33)은, 손잡이부(10)의 선단과 거치부(31) 사이에 마련되어, 조명 클램프(4)의 단말 안착부(5)를 각각 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로 회전가능하도록 형성된다.
다만, 제1 내지 제3축(31, 32, 33)은 각 축에 장착되는 회전모터(41, 42, 43)의 회전반경이 서로 방해되지 않는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 15 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3축(31, 32, 33)은 "L"자 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 회전모터(41, 42, 43)는 제1 내지 제3축(31, 32, 33)에 대응하여 각각 마련되며, 상기 각 축(321, 322, 323)을 회전시키는 기능을 수행한다. 각 회전모터는 공지의 회전모터를 적용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 짐벌(3) 및 조명 클램프(4)를 이용하면, 사용자 단말(1)이 지하시설물의 내부 어느 각도라도 라이다 측량 및 사진 측량이 가능한 장점이 있다.
상기 조명 클램프(4)에 구비되는 조명등(6)은 LED로 구성될 수 있다.
한편, 상기 짐벌의 제1 내지 제3축(31, 32, 33) 및 짐벌 손잡이부(34)는, 폴리옥시메틸렌 수지 100중량부에 대하여 유리섬유 8 내지 36 중량부, 폴리테트라플루오로에틸렌 2 내지 34 중량부, 힌더드 페놀계 산화방지제 0.02 내지 2 중량부 및 Be, Sr 및 Ba 중에서 선택된 1종 이상의 알칼리토금속염 0.06 내지 3 중량부를 포함하는 폴리옥시메틸렌 수지 조성물로 형성될 수 있다.
이와 같은 폴리옥시메틸렌 수지 조성물로, 짐벌의 제1 내지 제3축(31, 32, 33) 및 짐벌 손잡이부(34)를 형성하면, 인장강도가 120MPa 이상이고, 마찰계수가 0.27 이하이며, 열적 안정성이 우수하여 성형가공 과정에서 일어날 수 있는 열분해 및 이로 인한 물성저하 문제를 저감시킬 수 있으며, 나아가 짐벌(3)은 지하시설물 측량 시 굴곡탄성률 및 열변형온도 특성이 우수해지는 장점이 있다.
도 19는 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치를 이용하여 지하시설물 내부를 측량하는 모습을 순서대로 나타낸 흐름도이다.
전술한 바 대로, 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치는, 길이가 가변되는 모노포드(2)의 끝단에 짐벌(3)을 연결하되, 짐벌(3)에 조명 클램프(4)를 결합하고, 조명 클램프(4) 상에 사용자 단말(1)을 안착시킴으로써, 작업자가 용이하게 지하시설물 내부의 라이다 측량 및 사진 측량이 가능해진다.
즉, 도 19를 참조하면, 작업자가 맨홀 속으로 사용자 단말(1) 및 짐벌(3)이 부착된 모노포드(2)를 집어넣고 지하의 전후좌우의 라이다 측량 및 사진 측량이 가능하다.
이렇게 해서 라이다 데이터와 촬영 동영상/촬영 이미지를 획득하면, 맨홀 전개도, 맨홀 영역의 심도 및 사이즈와 비교한 후, 해당 맨홀 지역의 지하시설물 내부 측량을 간단히 마칠 수 있는 장점이 있다.
도 20 내지 도 21은 본 발명에 의한 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템을 이용하여 취득한 데이터를 현시한 모습을 나타낸 예시도이다.
도 20 내지 도 21은, 출원인이 직접 일정 맨홀에 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템을 이용하여 획득한, 라이다 데이터 및 촬영이미지를 현시하고 있으며, 비교적 간단한 작업에 의해 데이터 획득이 용이한 점을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명치에 의하면, 지하시설물의 다양한 공간 조건에 구애 받지 않고 작업자가 신속하고 용이하게 핸드폰 라이다/카메라를 이용하여 지하 시설물에 대한 정밀한 3차원 공간정보를 획득할 수 있고, 더 나아가 핸드폰 라이다/카메라를 사용하여 보다 빠르고 정확하며 저비용으로 지하시설물을 측량할 수 있으며, 라이다 및 고화질의 정사영상을 이용하여 정확한 3차원 공간 정보를 획득하여 추후 지하시설물 관리에 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 22는 본 발명에 의해 지하시설물의 관로/관망을 따라 지하시설물 3차원 공간정보 획득 장치를 이용하여 측량하는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 22를 참조하면, 일반적인 지하 관로를 설치하는 모습을 순차적으로 도시하고 있는데, (a) 시공사 굴착, (b) 시공사 관로/관망 설치 작업, (c) 설치완료된 관로/관망의 모습, (d) 측량사 작업자의 실시간 측량, (e) 공사 완료 후 현장의 모습 순으로 도시하고 있다.
지하시설물 시공현장의 작업 순서는 시공사가 시공 후에 측량사의 실시간 측량이 이루어지게 되며, 지하시설물 실시간 측량 현장의 특성상 시공은 시공사가 수행하고, 지하시설물 관로/관망 등에 대한 측량은 측량사가 수행하도록 업무가 분담되어 있는 것이 일반적이다.
즉, 지하시설물 시공현장의 작업의 원칙은 시공사에서 시공을 완료한 후, 해당 구간에 대한 측량사의 측량 완료 후에야 다음 공정을 시공사에서 진행하는 것이 원칙이나, 시공 기간의 제한 등으로 해당 구간의 시공 완료 후 측량사의 측량 작업을 수행함이 없이 시공을 지속하여 해당 구간의 측량 데이터가 없는 경우가 빈번하게 발생하고 있다.
따라서, 본 발명은, 지하시설물 실시간 측량 현장의 미측 구간 최소화, 실시간 측량 데이터의 미측 구간 최소화를 위해 고안되었다.
도 23은 본 발명에 의해 지하시설물의 관로/관망의 끝단에 복수의 모니터링 단말이 배치되어 있는 모습 및 그 모니터링 데이터를 전송한 모습을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 현장 모니터링 시스템(700)은, 지하시설물을 측량하는 동선의 끝단에 적어도 2개 이상의 단말거치대(830)를 설치하고, 상기 단말거치대(830)의 상부에 각각 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)을 결합하여, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 측량 과정을 모니터링하고, 그 모니터링 데이터를 외부 서버 또는 외부 단말로 전송하게 된다.
이와 같은 현장 모니터링 시스템(700)을 이용하면, 시공사의 시공 상황 및 작업자의 지하시설물 측량 상황 등을 중앙 관제소 등에서 모두 실시간으로 모니터링할 수 있어서, 지하시설물 실시간 측량 현장의 미측 구간 최소화, 실시간 측량 데이터의 미측 구간 최소화에 조력하게 된다.
도 24는 본 발명에 의한 현장 모니터링 시스템이 구비하는 단말 거치대의 사시도이고, 도 25는 본 발명에 의한 현장 모니터링 시스템의 구성 분해도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 단말거치대(830)는, 상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)이 안착하는 단말 지지판(834)과, 상기 단말 지지판(834)의 중앙에 형성되되, 상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)과 결합하는 자석 결합부(835)와, 상기 단말 지지판(834)의 상하 회전운동을 가능하게 하는 거치 회전부(833)와, 상기 거치 회전부(833)로부터 연장되는 단말 지지대(832) 및 상기 단말 지지대(832)와 결합하는 받침판(831)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 단말거치대(830)는 지하시설물 측량구간 또는 지하시설물 측량동선의 끝단에 적어도 2개 이상 설치되는 것이 바람직하며, 핸드폰 카메라의 시야가 확보될 수 있는 구간의 끝단마다 설치될 수 있다.
상기 받침판(831)은 그 배면이 원형, 타원형 또는 다각형 등으로 형성될 수 있으며, 그 상부에 단말 지지대(832)와 결합할 수 있도록 암나사를 구비할 수 있다.
상기 단말 지지대(832)는 그 하부에 수나사를 구비하여 상기 받침판(831)과 결합될 수 있으며, 그 상부에 거치 회전부(833)가 형성되게 된다.
상기 거치 회전부(833)는 단말 지지판(834)과의 결합을 위해 그 중앙영역에 삽입홈을 두고, 그 측면에 삽입홀을 형성한다.
상기 받침판(831), 단말 지지대(832) 및 거치 회전부(833)는 합금원소로서 규소(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 철(Fe) 및 망간(Mn)을 포함하고, 잔량부는 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하며, 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 규소(Si)의 함량은 0.6 내지 1.4 중량%이고, 마그네슘(Mg)의 함량은 0.4 내지 1.28 중량%, 철(Fe)의 함량은 0.04 내지 0.67 중량%, 구리(Cu)의 함량은 0.2 내지 0.92 중량% 및 망간(Mn)의 함량은 0.37 내지 1.6 중량%인 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 합금은, 압출 및 열간 가공 후에 340 MPa 이상의 우수한 인장강도 및 우수한 신율이 확보되는 동시에 압출성이 우수한 장점이 있다. 즉, 이와 같은 알루미늄 합금으로 받침판(831), 단말 지지대(832) 및 거치 회전부(833)를 형성하면, 인장강도의 향상에도 불구하고 우수한 압출성을 동시에 보유할 수 있어, 그 성형에 유리하고, 성형품의 내구성 향상에 도움이 된다.
상기 단말 지지판(834)은, 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)이 안착되게 하는 기능을 수행하며, 이를 위해 상기 단말 지지판(834)의 상부에 상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)과 결합하는 자석 결합부(835)를 형성한다.
상기 단말 지지판(834)의 배면에는 거치 회전부(833)와의 결합을 위해 그 단면이 'T'자인 삽입 걸림쇠를 구비할 수 있다. 상기 T자형 삽입 걸림쇠를 거치 회전부(833)의 삽입홈으로 삽입시키면서 양 측의 삽입홀에 끼워 맞추면 단말 지지판(834)이 상하 회전운동이 가능해 진다.
그리고, 거치 회전부(833) 및 단말 지지판(834) 배면에 형성되는 T자형 삽입 걸림쇠의 표면은, 탄소를 함유하는 금속 나노 입자들인 니켈, 은 또는 구리 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 합금 2 내지 23 중량부; 폴리에틸렌 글리콜 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 라노린알콜에테르로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 계면활성제 0.1 내지 9중량부; 소듐도데실설페이트, 소듐시트레이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 분산제 0.3 내지 7중량부; 및 잔부는 윤활유인 코팅제 조성물을 이용한 코팅층을 형성할 수 있다.
이와 같이 거치 회전부(833) 및 단말 지지판(834) 배면에 형성되는 T자형 삽입 걸림쇠의 표면에 코팅층을 형성하면, 거치 회전부(833)의 삽입홈, 삽입홀과, 단말 지지판(834)의 T자형 삽입 결럼쇠의 접동 부위 표면의 윤활성 및 내마모성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마찰부의 손상 부위를 회복시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)는, 그 단말 배면에 단말거치대(830)의 자석 결합부(835)와 결합하기 위해 구비되며, 그 단면이 반구형의 홈을 갖는 단말 결합부(836)가 형성된다.
다만, 상기 단말 결합부(836)는 발명의 필요에 따라 그 단면이 반구형 뿐만 아니라 자석 결합부(835)의 형상에 매칭되도록 다각형으로 형성될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템에 의하면, 지하시설물의 다양한 공간 조건에 구애 받지 않고 작업자가 신속하고 용이하게 핸드폰 라이다/카메라를 이용하여 지하 시설물에 대한 정밀한 3차원 공간정보를 획득할 수 있고, 지하시설물 관로/관망에 대한 실시간 측량 시, 현장 모니터링 시스템을 이용하여 측량 대상 구간 중 미측량 구간의 발생을 방지 또는 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1 : 사용자 단말 2: 모노포드
3: 짐벌 4: 조명 클램프
5: 단말 안착부 6: 조명등
7: 단말 착탈부 20: 지지부
21: 관체 22: 짐벌 연결부
23: 손잡이부 24: 관체 제어버튼
31 : 제1축 32 : 제2축
33 : 제3축 34: 짐벌 손잡이부
35 : 축설정 스위치 36: 삽입 홀
41 : 제1 회전모터 42 : 제2 회전모터
43 : 제3 회전모터 100 : 입력 모듈
110 : 위치확인모듈 200 : 라이다 모듈
300 : 사진 측량 모듈 400 : 편집 모듈
500 : 데이터 처리부 510 : 데이터 분석모듈
520 : 데이터 베이스 600 : 제어부
700: 현장 모니터링 시스템 810: 제1 모니터링 단말
820: 제2 모니터링 단말 830: 단말 거치대
831: 받침판 832 : 단말 지지대
833: 거치 회전부 834: 단말 지지판
835: 자석 결합부 836: 단말 결합부
3: 짐벌 4: 조명 클램프
5: 단말 안착부 6: 조명등
7: 단말 착탈부 20: 지지부
21: 관체 22: 짐벌 연결부
23: 손잡이부 24: 관체 제어버튼
31 : 제1축 32 : 제2축
33 : 제3축 34: 짐벌 손잡이부
35 : 축설정 스위치 36: 삽입 홀
41 : 제1 회전모터 42 : 제2 회전모터
43 : 제3 회전모터 100 : 입력 모듈
110 : 위치확인모듈 200 : 라이다 모듈
300 : 사진 측량 모듈 400 : 편집 모듈
500 : 데이터 처리부 510 : 데이터 분석모듈
520 : 데이터 베이스 600 : 제어부
700: 현장 모니터링 시스템 810: 제1 모니터링 단말
820: 제2 모니터링 단말 830: 단말 거치대
831: 받침판 832 : 단말 지지대
833: 거치 회전부 834: 단말 지지판
835: 자석 결합부 836: 단말 결합부
Claims (8)
- 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치 및 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 현장 모니터링 시스템을 구비하되,
상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치는,
지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하는 라이다 모듈(200)과, 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300)을 구비하는 사용자 단말(1);
상기 사용자 단말이 안착되는 단말 안착부(5)와, 사용자 단말의 측부에 가해지는 압력을 이용하여 사용자 단말을 착탈시키는 단말 착탈부(7)와, 상기 단말 착탈부의 상부에 형성되는 조명등(6)을 구비하는 조명 클램프(4);
상기 조명 클램프와 결합되되, 조명 클램프의 단말안착부(5)를 각각 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로 회전가능하게 마련되는 제1축(31), 제2축(32) 및 제3축(33)이 형성되고, 상기 제1축, 제2축 및 제3축에 각각 대응하여 설치되며, 상기 제1축, 제2축 및 제3축을 회전시키는 제1 회전모터(41), 제2 회전모터(42) 및 제3 회전모터(43)를 구비하는 짐벌(3); 및
일단이 상기 짐벌의 삽입홀(36)에 삽입 결합되며, 복수의 관체(21)가 상호 인입 또는 출입 됨에 따라 길이가 가변되는 모노포드(2);을 포함하고,
상기 모노포드(2)는,
짐벌 연결부(22)와, 복수의 관체(21)를 포함하는 지지부(20)와, 관체 제어 버튼(24)을 포함하는 손잡이부(23)를 구비하고,
상기 관체(21) 및 손잡이부(23)는,
알루미늄(Al)을 기재로 하고, 여기에 지르코늄(Zr) 0.02~0.07 중량%, 이트륨(Y) 0.03~0.08 중량%, 스칸듐(Sc) 0.02~0.05 중량%, 티타늄(Ti) 0.5∼2.6 중량%, 니켈(Ni) 0.8~1.7 중량%, 규소(Si) 7.2∼10.6 중량%, 망간(Mn) 0.2∼1.8 중량%, 마그네슘(Mg) 0.4∼0.8 중량%, 아연(Zn) 0.13~0.19 중량%, 주석(Sn) 0.03~0.08 중량%, 철(Fe) 2.4~3.7 중량%가 포함되는 알루미늄 합금 조성물을 이용하여 형성되며,
상기 관체(21) 및 손잡이부(23)의 표면은,
탄소를 함유하는 금속 나노 입자들인 니켈, 은 또는 구리 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 합금 2 내지 23 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 라노린알콜에테르로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 계면활성제 0.1 내지 9중량부, 소듐도데실설페이트, 소듐시트레이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 분산제 0.3 내지 7중량부 및 잔부는 윤활유인 코팅제 조성물을 이용한 코팅층이 형성되고,
상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 현장 모니터링 시스템은,
상기 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치가 지하시설물을 측량하는 동선의 끝단에 적어도 2개 이상의 단말거치대(830)를 설치하고, 상기 단말거치대(830)의 상부에 형성되는 단말지지판(834)에 각각 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)을 결합하여, 지하시설물 3차원 공간정보 획득장치의 측량 과정을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 사용자 단말(1)은,
지하시설물 측량 지역의 라이다 측량 계획 및 사진 측량 계획을 입력하는 입력 모듈(100);
입력된 상기 라이다 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 라이다 측량을 수행하여 포인트 클라우드를 취득하는 라이다 모듈(200);
입력된 상기 사진 측량 계획에 따라 지하시설물 측량 지역에 대한 영상을 촬영하는 사진 측량 모듈(300);
상기 라이다 모듈에 의해 취득한 포인트 클라우드를 3차원 포인트 클라우드로 변환하고, 상기 사진 측량 모듈에 의해 촬영한 영상을 정사 영상으로 변환하는 편집 모듈(400);
상기 3차원 포인트 클라우드와 상기 정사 영상의 위치 정보를 비교하여 매칭시키는 데이터 처리부(500); 및
상기 입력 모듈(100), 라이다 모듈(200), 사진 측량 모듈(300), 편집 모듈(400)및 데이터 처리부(500)의 구동을 제어하는 제어부(600);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 데이터 처리부(500)는,
상기 3차원 포인트 클라우드와 정사 영상의 위치 정보를 비교 및 보정하여 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터를 형성하는 데이터 분석 모듈(510); 및
상기 지하시설물측량 데이터가 저장되는 데이터베이스(520);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 제어부(600)는,
지하시설물 측량지역을 촬영하는 드론을 제어하되,
상기 드론의 영상 촬영 높이를 지하시설물 측량 지역의 지면으로부터 2.5m 이내로 설정하고,
상기 드론의 영상 촬영 중복도는 단위 거리 당 종중복 80~90%, 횡중복 20~30%로 설정하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 제어부(600)는,
거리뷰 이미지가 설정되고,
지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되는지 여부를 판단하고,
지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되면, 거리뷰 이미지에 면(Area) 단위의 지하시설물측량 데이터가 포함되도록 제어하고,
지하시설물 측량 지역이 상기 거리뷰 이미지에 포함되지 않는 경우 거리뷰 미제공 지역으로 판단하고,
외부의 서버로부터 거리뷰 미제공 지역에 대한 추가 거리뷰 이미지를 전송받아 설정하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 제어부(600)는,
상기 라이다 모듈(200)과 사진 측량 모듈(300)을 기설정된 시간 간격으로 구동시켜, 지하시설물측량 데이터를 시간 단위 별로 저장시키고,
상기 사진 측량 모듈(300)의 동영상 촬영 장치를 사용하여, 상기 시간 단위를 포함하는 전체 시간 동안에 지하 시설물 측량 지역에 대한 동영상을 촬영하도록 하고,
시간 단위 별로 저장된 상기 지하시설물측량 데이터를 서로 비교하여 오차가발생되는 경우 오차값을 산출하고,
상기 지하시설물측량 데이터에서 상기 오차값을 포함하는 영역을 오차 영역으로 지정하고,
시간 단위 별로 저장된 지하시설물측량 데이터에서 상기 지정된 오차 영역에 대한 정보들만을 추출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 단말거치대(830)는,
상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)이 안착하는 단말 지지판(834);
상기 단말 지지판(834)의 중앙에 형성되되, 상기 제1 모니터링 단말(810) 또는 제2 모니터링 단말(820)과 결합하는 자석 결합부(835);
상기 단말 지지판(834)의 상하 회전운동을 가능하게 하는 거치 회전부(833);
상기 거치 회전부(833)로부터 연장되는 단말 지지대(832); 및
상기 단말 지지대(832)와 결합하는 받침판(831);
을 구비하는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 모니터링 단말(810) 및 제2 모니터링 단말(820)는,
단말 후면에 단말거치대(830)의 자석 결합부(835)와 결합하기 위해 구비되며, 그 단면이 반구형의 홈을 갖는 단말 결합부(836)가 형성되는 것을 특징으로 하는 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020220177826A KR102528740B1 (ko) | 2022-12-19 | 2022-12-19 | 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템 |
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| KR1020220177826A KR102528740B1 (ko) | 2022-12-19 | 2022-12-19 | 지하시설물 3차원 공간정보 획득 및 모니터링 시스템 |
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