지하에 매설된 관로의 상태를 영상으로 확인하기 위하여 관로 내부를 주행하는 탐사용자주차에 영상취득을 위한 장치를 설치하고, 탐사용자주차가 주행하면서 취득한 영상을 전달받아 이를 분석하는 시스템은 이미 도입되어 사용되어 왔다.
그 중의 하나인 CCTV 가 장착된 탐사용자주차(로봇)을 관로 내부에 투입하는 방법이 20여년 전에 도입되었는데, 아날로그 방식으로 관로 동영상 녹화하는 것으로서, 사용자의 판단에 따라 이상개소의 전방 및 측방을 주시촬영하고, 이상개소 부분을 캡춰하여 보고서를 작성하며, 이상항목 집계표에 의하여 이상개소의 등급을 산출하였는데, 이러한 기존의 방법으로는 관내 이음부의 이완이나 토사의 퇴적 등과 같은 가시적인 판단만이 가능하고, 하수관거의 내구연한, 노후도 평가, 관거의 균열, 부식 등 종합적 상태 평가는 불가능한 문제점이 있었다.
이러한 아날로그 방식에서 탈피하여 디지털 영상을 취득하는 방법이 제시되었는데, 기존의 디지털 영상 취득 방식에 사용되는 영상취득부는 어안렌즈를 통해 180도 전후의 범위에서 영상을 취득한 후 수신한 영상을 전개하는 방식을 사용하고 있으나, 기존의 카메라에 단순히 어안렌즈를 부착하여 넓은 범위의 영상을 취득하기 때문에 불필요한 지역을 포함하게 되고, 특히 영상이 심하게 왜곡되는 문제점이 있으며, 이러한 문제점으로 인하여 취득된 영상을 처리함에 있어 화소 단위의 좁은 면적에 대한 영상을 처리해야 하는 단점이 있다.
이러한 어안렌즈를 이용하여 영상을 취득하고 취득된 영상을 이용하여 전개도를 생성하는 외국기술로는 미국의 Blackhawk-PAS 사의 SSET(Sewer Scanner Evaluation Technology) 기술과 일본 BURN-AM 사의 P-BESE 기술이 있는데, 이러한 종래의 외국기술은 시야각이 185도인 어안렌즈를 사용하여 영상을 취득하는데, 취득한 영상은 1밀리미터 단위이므로 다량의 데이터가 산출되기 때문에 데이터 취합 후 중복된 부분을 삭제(절취)하고 재구성하는 작업이 복잡하고 번거로운 문제점이 있다.
또한, 관로 외면을 탐사하기 위한 레이더 장치(지표투과레이더)를 탐사용자주차의 후단부에 탑재하여 관로 내면 및 외면을 동시에 탐사하는 장비도 개발되어 있으나, 관로 외면 데이터의 거리자료를 정확하게 수신하는 기능이 구비되지 못하여 관로 내면 및 외면 탐사자료를 정확하게 매칭하는데 한계가 있다.
즉, 종래의 어안렌즈를 이용한 관로 내면 탐사 방법은 어안렌즈 이용에 따른 영상의 왜곡 및 해상력 저하의 문제점으로 인하여 전방영상은 취득할 수 없고, 측면영상을 단위측면 픽셀 두께가 1밀리미터가 되도록 아주 얇게 취득하여 다량의 데이터를 합성하는 기술이며, 이 기술을 통하여 취득한 데이터를 처리하고 편집하는 보고서 작성용 프로그램도 함께 구비하고 있었다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 구체적 실시예의 전체 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
탐사용자주차(100)는 구동모터가 탑재되어 관로 내면을 주행하는 역할을 하는데, 탐사용자주차(100)는 좌우 양측에는 전후방향으로 다수 개 배열되는 구동륜(170)이 구비된다.
구동륜(170)은 도4에 도시된 바와 같이 허브(171)의 축방향 길이가 다른 것으로 교체가능하여 좌우 양측 구동륜(170)의 거리가 변경될 수 있는데, 이는 탐사 대상이 되는 관로의 직경을 고려하여 영상취득부(200)가 관로의 중심에 위치하도록 조절하기 위함이다.
영상취득부(200)는 탐사용자주차(100)의 전방 단부에 설치되며, 도2에 도시된 바와 같이 관로 내면의 전방 및 측면 영상을 동시에 취득하는 렌즈어댑터(210) 및 디지털카메라(220)가 구비되는데, 이에 관한 자세한 사항은 특허등록제0657226호(관내의 전방측면 동시 영상출력 방법과 장치)에 기재되어 있다.
이러한 영상취득부(200)에는 첨부도면에 별도로 자세히 도시하지 않았으나 할로겐 조명을 사용하는 경우 거리에 따른 명암차로 인하여 전방 영상 및 측면 영상의 조명중첩 현상으로 해상도가 저하된다.
따라서 할로겐 조명 대신에 LED 광원을 조명으로 채택하여 미세한 밝기조절이 가능하고 해상도를 극대화시킬 수 있다.
지표투과레이더(300)는 도1에 도시된 바와 같이 탐사용자주차(100)의 상부에 설치된다.
지표투과레이더(300)는 GPR(Ground Penetrating Radar)라고 하는데, 1 내지 1800 헤르쯔 사이의 전자파를 송신기로부터 지하로 방사시켜 서로 전기적 특성이 다른 지하매질이 경계면에서 반사되어 전자파를 수신기로 수집 기록한 뒤 컴퓨터(500)에 내장된 조사분석프로그램의 해석 과정을 거쳐 지질 및 지중 구조물의 구조와 상태를 규명하여 영상화하는 비파괴 탐사장비의 일종이다.
지표투과레이더(300)는 도1에 도시된 바와 같이 탐사용자주차(100)의 상부에 회동가능하게 설치되는 가스스프링(120)의 상단부에 회동가능하게 결합되거나, 도3에 도시된 바와 같이 상기 탐사용자주차(100)의 상부에 회동가능하게 설치되는 링크부(110)의 일측 단부에 회동가능하게 결합되기도 한다.
도3의 링크부(110)는 좌우 한 짝의 상부링크(111)와 좌우 한 짝의 하부링크(112)로 구성되고 그 각각의 양측 단부는 지표투과레이더(300) 및 탐사용자주차(100)의 상부에 회동가능하게 결합되고, 가스스프링(120)이 탐사용자주차(100)의 상부에 설치되어 상부링크(111)와 하부링크(112)로 구성되는 링크부(110)가 상부방향으로 회동하도록 탄성지지 한다.
상하조절기(130)는 탐사용자주차(100)의 상부에 구비되어 링크부(110)의 전방에 위치하며, 구동모터에 의하여 전후방향으로 운동하는 신축로드(131)가 구비된다.
연결봉(113)은 좌우 한 짝의 상부링크(111)를 연결한다.
상하조절기(130)의 신축로드(131)가 후방으로 이동하면 신축로드(131)의 단부가 연결봉(113)을 밀어내면서 상부링크(111) 및 하부링크(112)가 하향 회동하고, 상하조절기(130)의 신축로드(131)가 전방으로 이동하면 가스스프링(120)의 작용으로 상부링크(111) 및 하부링크(112)가 상향 회동하게 된다.
이와 같은 상하조절기(130)는 인위적으로 지표투과레이더(300)의 높이를 조절하기 위하여 사용된다.
엔코더(400)는 지표투과레이더(300)의 일측 상부에 설치되어 탐사용자주차(100)가 관로 내면을 주행하는 경우 관로 상부면에 밀착되어 탐사용자주차(100)의 주행거리를 측정한다.
이와 같이 엔코더(400)를 이용하여 주행거리를 정확하게 측정함으로써, 동일 위치에 있는 관로 내면의 영상과 관로 외면의 영상을 비교 검토할 수 있다.
엔코더(400)는 도5에 도시된 바와 같이 상기 엔코더(400)는 상기 지표투과레이더(300)의 후방 단부에 회동가능하게 결합되고, 충격흡수스프링(140)이 엔코더(400)와 지표투과레이더(300)를 연결하여 엔코더(400)가 상향 회동하도록 탄성지지 하는 구조가 되어 주행 과정에서 엔코더(400)가 관로 내면에 밀착될 수 있고, 엔코더(400)에 충격이 가해지더라도 충격흡수스프링(140)이 이를 흡수하여 엔코 더(400)를 보호할 수 있다.
도3 및 도5를 보면 슬라이딩스키대(150)가 지표투과레이더(300)의 상부 좌우 양측에 전후방향으로 구비되어 지표투과레이더(300)를 관로 내면과의 충격으로부터 보호하고, 탐사용자주차(100)의 상부면에도 자주차보호용공회전바퀴(160)가 다수 개 구비된다.
광케이블(600)은 도1에 도시된 바와 같이 탐사용자주차(100)에서 수집한 자료(정확하게는 영상취득부(200), 지표투과레이더(300) 및 엔코더(400)에서 수집된 자료)를 컴퓨터(500)로 전송하는 역할을 한다.
컴퓨터(500)에는 일반적인 본체, 모니터, 키보드 및 마우스 등이 구비되며, 이에 대한 내용은 일반적으로 알려진 기술에 불과한 바 별도의 설명이나 도시를 생략한다.
컴퓨터(500)에는 영상취득부(200)에서 획득한 영상자료와 지표투과레이더(300)에서 획득한 전자파자료를 수집 및 저장하는 현장조사용프로그램과 수집된 자료를 이용하여 영상을 합성, 편집, 및 분석하는 조사분석프로그램이 내장된다.
도6 및 도7은 현장조사용프로그램의 실행화면이고, 도8 내지 도16은 조사분석프로그램의 실행화면이다.
컴퓨터(500)에 내장된 현장조사용프로그램은 도6에 도시된 바와 같이 관로번호 별로 정리된 트리구조를 모니터 상에 제시하고, 각 관로번호에 해당하는 관로 제원에 관한 정보(공사명, 조사위치 등에 관한 작업 정보, 관로번호, 관경, 형태 등에 관한 관 정보, 맨홀 정보 등이 포함)를 미리 저장된 엑셀 데이터로부터 불러 들인다. 따라서 현장에서 일일이 관로에 관한 정보를 입력할 필요가 없다.
현장조사용프로그램은 맨홀과 맨홀 사이를 중단없이 연속적으로 주행하여 영상취득부(200)를 통하여 1초당 3컷의 전방 및 측면 영상을 동시에 취득하도록 한다.
현장조사용프로그램은 탐사과정에서 탐사용자주차(100)의 주행이 불가능한 경우 영상취득부(200)를 통하여 취득된 영상을 통하여 탐색불가사유를 확인하고 도7에 도시된 바와 같이 탐색불가사유의 유형을 입력하고, 탐사용자주차(100)를 반대편 맨홀로 진입시켜 역주행하면서 전방 및 측면 영상을 취득한다.
이런 경우 조사분석용프로그램은 탐색불가사유가 발생한 지점의 전단에서 취득한 전방 및 측면 영상과 후단에서 역주행 과정에서 취득한 전방 및 측면 영상을 합성하여 관로 내면에 대한 하나의 전체 내면영상을 생성하게 된다.
컴퓨터(500)에 내장된 조사분석프로그램은 도8에 도시된 바와 같이 영상취득부(200)에서 획득되어 현장조사용프로그램에 의하여 수집저장된 관로 내면의 왜곡된 측면 영상을 섹션 별로 러버쉬팅(rubber sheeting) 기법을 이용하여 보정하고 이를 연결하여 전개도면화 한다.
러버쉬팅 기법이란 도17에 도시된 바와 같이 측면 영상을 취득하는 과정에서 발생되는 사다리꼴 형태의 영상왜곡을 보정하여 실제 형태와 동일하게 변환하는 기술로 사다리꼴 형태의 네모서리를 잡아당겨 직사각형 형태의 전개도면으로 변환하는 것이다.
조사분석프로그램은 보정된 각각의 측면 영상의 전개도면을 영상모자이크 기 법을 이용하여 결합하여 관로 내면에 대한 하나의 전체 영상을 생성하는데, 도9는 이러한 접합기능을 수행하는 접합대화상자를 보여주고, 도18은 영상모자이크 기법의 원리를 보여준다.
조사분석프로그램은 도10에 도시된 바와 같이 관로 내면에 대한 하나의 전체 영상에서 이상항목이 있는 영역을 마우스로 드래그하여 사용자가 지정하고 이상항목의 결함 유형 및 등급을 지정하여 저장하면, 도11에 도시된 바와 같이 결합 유형 및 등급에 대한 집계표가 자동 산출된다.
조사분석프로그램은 도12에 도시된 바와 같이 중복 취득된 영상을 판독하여 그 영역을 삭제하는 기능이 부가되는데, 이와 같이 영상이 중복으로 취득되는 이유는 탐사용자주차(100)의 구동륜(170)이 헛도는 경우에 발생할 수 있다.
도13에 도시된 바와 같이 조사분석프로그램은 관로 내면에 대한 하나의 전체 영상에서 이상항목이 있는 영역을 지정하여 편집을 수행하는 이미지갤러리(image gallery) 도구가 탑재되어 이상항목이 있는 영역의 전면 영상, 측면 영상 및 확대 영상을 동시에 보여줄 수 있으며 선택된 이상항목 영역을 재검토 중에 이중 불필요한 데이터는 다시 삭제할 수 있다.
조사분석프로그램은 상기 지표투과레이더(300)에서 획득되어 현장조사용프로그램에 의하여 수집저장된 전자파자료를 해석하여 관외면 지질 및 지중 구조물의 구조와 상태를 규명하여 도14(윗쪽은 관내면영상, 아래쪽은 관외면 영상임)와 같은 영상을 보여준다.
조사분석프로그램은 도15 및 도16에 도시된 바와 같이 관로 내면 및 외면 각 각에 대한 하나의 전체 영상, 이상항목이 있는 영역의 전면 영상, 측면 영상, 확대 영상, 및 관 외면 영상이 포함된 보고서를 생성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
도1은 본 발명에 따른 탐사용자주차(100)의 구체적 실시예이다.
도2는 탐사용자주차(100)에 탑재되는 영상취득부(200)의 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 탐사용자주차(100)에 지표투과레이더(300)가 장착된 다른 구체적 실시예이다.
도4는 배수 관로의 내부에 투입된 탐사용자주차(100)의 정면도인데,(a)는 구동륜(170)의 허브(171)의 축방향 길이가 짧은 경우이고, (b)는 축방향 길이가 긴 허브(171)를 구비한 구동륜(170)으로 교체한 경우를 도시하고 있다.
도5는 도3의 탐사용자주차(100)의 평면도이다.
도6은 현장조사용프로그램의 실행 화면으로서, 관로번호 별로 정리된 트리구조를 보여준다.
도7은 현장조사용프로그램의 실행 화면으로서, 탐색불가사유의 유형을 입력하는 화면이다.
도8은 조사분석프로그램의 실행 화면으로서, 관로 내면의 왜곡된 측면 영상을 섹션별로 러버쉬팅 기법을 이용하여 보정기능을 수행하는 화면이다.
도9는 조사분석프로그램의 실행 화면으로서, 보정된 측면 영상의 전개도면을 영상모자이크 기법을 이용하여 접합기능을 수행하는 화면이다.
도10은 조사분석프로그램의 실행 화면으로서, 이상항목의 결함 유형 및 등급을 입력하는 화면이다.
도11은 조사분석프로그램의 실행화면으로서, 결함 유형 및 등급에 대한 집계 표가 산출된 상태를 도시하는 화면이다.
도12는 조사분석프로그램의 실행화면으로서, 중복 취득된 영상을 클릭하여 삭제하는 화면이다.
도13은 조사분석프로그램의 실행화면으로서, 이미지갤러리 도구에 의하여 이상항목이 있는 영역의 전면 영상, 측면 영상, 및 확대 영상을 동시에 보여준다.
도14는 관로 내면 영상과 관로 외면 영상을 동일한 위치에 중첩하여 동시에 보여주도록 출력된 화면이다.
도15는 조사분석프로그램의 실행화면으로서, 보고서 출력기능 화면이다.
도16은 조사분석프로그램의 실행화면으로서, 관로 내면 및 외면 각각에 대한 하나의 전체 영상, 이상항목이 있는 영역의 전면 영상, 측면 영상, 확대 영상, 및 관 외면 영상이 포함된 보고서의 출력예이다.
도17은 러버쉬팅 기법의 원리를 도시하고 있다.
도18은 영상모자이크 기법의 원리를 도시하고 있다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:탐사용자주차
110:링크부
111:상부링크
112:하부링크
113:연결봉
120:가스스프링
130:상하조절기
131:신축로드
140:충격흡수스프링
150:슬라이딩스키대
160:자주차보호용공회전바퀴
170:구동륜
171:허브
200:영상취득부
210:렌즈어댑터
220:디지털카메라
300:지표투과레이더
400:엔코더
500:컴퓨터
600:광케이블