KR101379400B1 - 3ｄ 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법 - Google Patents

3ｄ 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 관한 것으로, 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 있어서, 대상 건물의 내부 및 외부에 위치한 복수 개의 기준점을 측량하여 절대좌표를 취득하는 (a)단계; 상기 복수 개의 기준점의 절대좌표를 기준으로 3D 레이저 스캐너를 이용하여 대상 건물을 스캐닝하여 점 데이터를 생성하는 (b)단계; 3D 레이저 스캐너를 통해 생성된 대상 건물의 지점 별 점 데이터를 붙여 하나의 점 데이터로 정합하는 (c)단계; 및 3D 점 데이터로부터 2D 도면 정보를 추출하는 (d)단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물 내부를 지점 별로 스캐닝하여 점 데이터를 추출하고, 이를 이용하여 건물의 준공도면인 2D 도면을 제작함으로써, 건물의 정확한 준공도면을 제작할 수 있다.

Description

3Ｄ 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법{PRODUCTION METHOD OF COMPLETED BUILDING DRAWING USING 3D LASER SCANNER}
본 발명은 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물 내부를 스캐닝하고 이를 이용하여 건물의 준공 도면에 해당하는 2D 도면 정보를 정밀하게 추출할 수 있는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 관한 것이다.
건물의 준공도면은 건물의 공사 완료 후 공사 중에 생긴 설계, 변경 등을 도면 상에서 수정 및 정정하여 준공한 건물을 정확하게 표현한 도면을 말한다. 건물을 준공 후, 건물 내부의 구조를 변경하거나 시설물을 추가하지 않을 경우 이와 같이 초기에 제작된 준공도면은 어느 정도 정확하다고 할 수 있으나, 대규모 생산 시설을 갖추고 있는 공장이나 산업 시설의 경우는 내부 설비의 변경 및 증설 등으로 인하여 건물 내부의 구조가 변경됨으로써, 초기에 작성된 준공도면과 실제 건물 내부의 구조가 일치하지 않는 경우가 자주 발생한다. 따라서, 건물의 준공도면에서 건물의 정확한 형상 및 위치 정보를 파악할 수 없는 문제가 발생한다.
또한, 건축 된지 오래된 건물의 경우 보관상의 이유나 관리 부실로 설계도면과 준공도면이 없는 경우가 대부분이며, 설계도가 있다고 하더라도 건물의 구조개선, 설비 신설 및 증설 등의 변경사항을 도면으로 관리하지 못하고 있는 실정이다.
한편, 건물의 보존 및 복원을 목적으로 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물의 도면을 제작하는 기술이 많이 사용되고 있으나, 종래의 건물을 스캐닝하여 도면을 제작하는 기술은 건물의 외형과 건물의 실내공간을 정확한 기준 없이 스캐닝하고 스캐닝 된 점 데이터를 가공하여 도면을 제작함으로써 정확도 높은 도면을 제작하지 못하거나, 제작된 도면의 정확도를 정확히 제시하고 있지 못하는 실정이다.
일반적으로 지점별로 취득된 포인트 데이터는 점 접합(Point Merging) 방식과 타겟 접합(Target Merging) 방식을 사용하여 점 데이터를 정합한다. 점 접합 방식은 작업자가 지점별로 중복하여 취득된 점 데이터를 비교하여 동일한 점이라고 생각되는 점을 선정하여 접합하는 방식으로, 정합 정확도는 작업자의 숙련도와 경험에 좌우되는 특징을 가진다. 타겟 접합 방식은 지점별 취득지점에 3 개이상의 타겟을 설치하여 스캐닝한 후 취득된 점 데이터를 타겟을 이용하여 정합하는 방식으로 작업자의 숙련도와 경험에 좌우되지 않지만 타겟의 설치, 배치 및 타겟 인식에 많은 시간이 소요되는 특징을 가진다. 현장에서는 작업의 효율성을 위해 타겟 접합방식보다는 점 접합 방식이 선호되고 있다.
이러한 접합방식에 대한 정확도 검증 방법은 대상체(건물)에 별도의 검사점을 설치하고 측량을 실시한 후 점 데이터와 측량 데이터를 비교하여 정확도를 제시하여야 하나, 이러한 정확도 검증 방안이 법제화되어 있지 않아 실제로는 3D 스캐너 제조업체에서 사양으로 제시하고 있는 정확도를 사용하거나 스캐닝된 점데이터의 몇 개 지점의 거리를 관측하고 점 데이터와 상대 비교한 자료를 정확도로 제시하고 있는 실정이다.
또한, 최근 Building Information Model(이하, BIM)을 이용하여 건물을 관리하려는 제도가 법제화되어 시행이 본격화되고 있으나, 설계도면 및 준공도면이 없는 건물의 경우 BIM을 위한 도면제작이 필요하다. 이러한 도면이 없는 건물에 대한 BIM 생성을 위해서 3D 레이저 스캐닝 기술을 이용하여 도면제작이 활성화되고 있다.
그러나, 건물의 BIM 생성을 위해서는 정확한 준공도면 제작 기술이 필요하나, 건물의 실내공간은 건물의 외형과 달리 하나의 층은 특정 구역(방, 복도)으로 구분되어 있고, 여러 구역으로 구분된 층으로 구성되어 있는 특징을 가짐으로써 건물 외형의 처리방법과는 다른 점 데이터 처리방법이 필요하다. 이러한 특징으로 인해 실내공간을 대상으로 취득된 점 데이터를 정확하게 정합하기 위해서는 구역을 접합하기 위한 정합방식과 층간 접합을 하기 위한 정합방식이 고려되어야 하지만, 일반적인 정합방식만을 사용하고 있어 정확한 준공도면을 제작할 수 있는 기술이 절실하게 필요한 실정이다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 기준점을 측량하여 정확한 위치좌표를 확보 후, 이를 기준으로 건물 내부를 지점 별로 3D 레이저 스캐닝 및 건물의 지점 별 점 데이터를 정합하고, 3D 점 데이터로부터 2D 도면 정보를 추출할 수 있는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법은 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 있어서, 대상 건물의 내부 및 외부에 위치한 복수 개의 기준점을 측량하여 절대좌표를 취득하는 (a)단계; 상기 복수 개의 기준점의 절대좌표를 기준으로 3D 레이저 스캐너를 이용하여 대상 건물을 스캐닝하여 점 데이터를 생성하는 (b)단계; 3D 레이저 스캐너를 통해 생성된 대상 건물의 지점 별 점 데이터를 붙여 하나의 점 데이터로 정합하는 (c)단계; 및 3D 점 데이터로부터 2D 도면 정보를 추출하는 (d)단계를 포함한다.
또한, 상기 (a)단계는 토탈스테이션(Total Station)과 GPS를 통해 취득한 데이터를 복수 개의 기준점과 연결함으로써, 절대좌표를 취득할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는 대상 건물의 기준점을 각 층별로 수평관측 후, 각 층을 연결하는 연결기준점을 수직관측 할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는 대상 건물의 각 지점에 대한 타겟 방식의 포인트 스캐닝을 실시하여 점 데이터를 생성하되, 상기 포인트 스캐닝은 대상 건물의 각 층별 골조 3D 스캐닝 과정과 대상 건물의 각 층별 상세 3D 스캐닝 과정을 포함하고, 상기 (c)단계는 각 층별 골조 3D 스캐닝 데이터를 고정하고, 상세 3D 스캐닝 데이터를 정합할 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는 대상 건물 내부 존(Zone) 별로 구획하여 존(Zone) 별로 점 데이터를 정합하고, 존과 인접 존의 점 데이터를 정합할 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는 대상 건물 내부에 설치된 검사점의 좌표 비교를 통해 정합된 점 데이터의 정확도를 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 의하면, 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물 내부를 지점 별로 스캐닝하여 점 데이터를 추출하고, 이를 이용하여 건물의 준공도면인 2D 도면을 제작함으로써, 건물의 정확한 준공도면을 제작할 수 있다.
또한, 건물의 내부 및 외부에 기준점을 설치하고 이를 측량하여 위치좌표를 확보함으로써, 도면의 정확도를 확보할 수 있다.
또한, 건물 내부를 층별로 골조 스캔 및 상세 스캔 한 후, 스캐닝 된 점 데이터를 건물 내부의 검사점 좌표와 비교하여 스캐닝 된 점 데이터의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 건물 내부의 존(Zone)별로 구획하여 존 별로 점 데이터를 정합하고, 존과 인접 존의 점 데이터를 정합함으로써, 정확한 건물의 2D 도면 정보를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법의 순서도.
도 2는 기준점 배치도 및 기준점을 측설하는 모습을 나타낸 예시도.
도 3a는 실내 기준점 선정의 예시도.
도 3b는 실외 기준점으로 사용하는 못의 예시도.
도 4는 건물 3층의 내부에 설치된 9개의 기준점의 모습을 나타낸 예시도.
도 5는 건물 1층의 외부에 설치된 6개의 기준점과 내부에 설치된 6개의 기준점의 모습을 나타낸 예시도.
도 6은 건물 3층과 1층의 기준점을 측량하는 모습을 나타낸 예시도.
도 7은 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물을 스캐닝하는 모습을 나타낸 예시도.
도 8은 건물 내부의 지형지물을 이용하여 설치된 검사점을 나타낸 예시도.
도 9는 건물 3층에 설치된 검사점과 스캐닝된 모습을 나타낸 예시도.
도 10은 건물 1층에 설치된 검사점과 스캐닝된 모습을 나타낸 예시도.
도 11은 3D 레이저 스캐너를 통해 생성된 건물의 지점 별 점 데이터를 정합하는 모습을 나타낸 예시도.
도 12는 건물의 골조 스캔 데이터를 고정하고 상세 스캔 데이터를 정합하는 모습을 나타낸 예시도.
도 13은 건물의 3층 스캔 정합 데이터와 1층 스캔 정합 데이터를 연결 스캐닝하는 모습을 나타낸 예시도.
도 14는 건물의 존(Zone) 별로 스캐닝 데이터를 추출한 모습을 나타낸 예시도.
도 15는 건물의 3D 스캐닝 데이터를 이용하여 2D 도면 정보를 추출하는 모습을 나타낸 예시도.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 일 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법의 순서도이고, 도 2는 기준점 배치도 및 기준점을 측설하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 3a는 실내 기준점 선정의 예시도이고, 도 3b는 실외 기준점으로 사용하는 못의 예시도이고, 도 4는 건물 3층의 내부에 설치된 9개의 기준점의 모습을 나타낸 예시도이고, 도 5는 건물 1층의 외부에 설치된 6개의 기준점과 내부에 설치된 6개의 기준점의 모습을 나타낸 예시도이고, 도 6은 건물 3층과 1층의 기준점을 측량하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 7은 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물을 스캐닝하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 8은 건물 내부의 지형지물을 이용하여 설치된 검사점을 나타낸 예시도이고, 도 9는 건물 3층에 설치된 검사점과 스캐닝된 모습을 나타낸 예시도이고, 도 10은 건물 1층에 설치된 검사점과 스캐닝된 모습을 나타낸 예시도이고, 도 11은 3D 레이저 스캐너를 통해 생성된 건물의 지점 별 점 데이터를 정합하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 12는 건물의 골조 스캔 데이터를 고정하고 상세 스캔 데이터를 정합하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 13은 건물의 3층 스캔 정합 데이터와 1층 스캔 정합 데이터를 연결 스캐닝하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 14는 건물의 존(Zone) 별로 스캐닝 데이터를 추출한 모습을 나타낸 예시도이고, 도 15는 건물의 3D 스캐닝 데이터를 이용하여 2D 도면 정보를 추출하는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 대상 건물의 내부 및 외부에 위치한 복수 개의 기준점을 측량하여 절대좌표를 취득한다(S110). 구체적으로는, 토탈스테이션(Total Station)과 GPS를 통해 취득한 데이터를 복수 개의 기준점과 연결함으로써, 절대좌표를 취득한다. 건물의 내부 및 외부에 기준점을 측설하며(도 2참조), 정확한 위치좌표를 기준으로 3D 스캔을 실시함으로써 도면 정확도를 확보할 수 있다. 또한, 주요 시설물의 고정밀 위치정보 획득을 위한 기준점으로 활용할 수 있다. 건물의 내부에는 바닥 타일의 교차점을 기준점으로 선정할 수 있고(도 3a 참조), 건물의 외부에는 못을 기준점으로 설치할 수 있으며, 아스콘을 천공하여 에폭시와 함께 매설한다(도 3b 참조).
또한, 대상 건물의 기준점을 각 층별로 수평관측 후, 각 층을 연결하는 연결기준점을 수직관측 한다. 구체적으로는, 건물 3층 내부기준점 9점을 설정 후 수평관측하고(도 4참조), 건물 1층 외부기준점 6점 및 내부기준점 6점을 설정 후 수평관측한 후(도 5참조), 건물 3층과 건물 1층을 연결하는 연결기준점을 수직관측한다(도 6참조).
다음으로, 복수 개의 기준점의 절대좌표를 기준으로 3D 레이저 스캐너를 이용하여 대상 건물을 스캐닝하여 점 데이터를 생성한다(S120). 구체적으로는, 대상 건물의 각 지점에 대한 타겟 방식의 포인트 스캐닝을 실시하여 점 데이터를 생성하며(도 7참조), 타겟을 이용하여 데이터의 정합 정확도를 확보할 수 있다. 건물 내부를 3D 스캐닝하기 전에 건물 내부의 지형지물을 최대한 이용한 검사점을 설치하여 정밀 스캐닝 할 수 있다(도 8참조).
포인트 스캐닝은 대상 건물을 각 층별 골조 3D 스캐닝 하고, 대상 건물을 각 층별 상세 3D 스캐닝 하는 것이다. 예를 들면, 건물 3층을 SS2(TOF 방식) 골조 스캔 및 FARO(Phase 방식) 상세 스캔하고(도 9참조), 건물 1층을 SS2(TOF 방식) 골조 스캔 및 FARO(Phase 방식) 상세 스캔 한다(도 10참조).
다음으로, 3D 레이저 스캐너를 통해 생성된 대상 건물의 지점 별 점 데이터를 붙여 하나의 점 데이터로 정합한다(S130). 도 11은 고성능 서버를 이용하여 대상 건물의 지점 별 점 데이터를 정합하는 과정을 나타내며, 정합 정확도 향상을 위해 타겟 정합을 수행한다. 구체적으로는, 각 층별 골조 3D 스캐닝 데이터를 고정하고, 상세(세부) 3D 스캐닝 데이터를 정합한다(도 12참조). 그리고, 3층과 1층을 각 층별로 골조 스캔 및 상세 스캔하여 정합한 후, 3층과 1층을 연결 스캔한다(도 13참조). 또한, 대상 건물 내부 존(Zone) 별로 구획하여 존(Zone) 별로 점 데이터를 정합하고, 존과 인접 존의 점 데이터를 정합한다. 3D 스캐닝 데이터를 존 별로 추출하여 Parallel 및 Fast Track 모델링 구현으로 건물 준공도면 제작에 걸리는 소요시간을 단축시킬 수 있다(도 14참조).
또한, 대상 건물 내부에 설치된 검사점(도 8참조)의 좌표 비교를 통해 존 별로 정합된 점 데이터의 정확도를 검사할 수 있다.
마지막으로, 3D 점 데이터로부터 2D 도면 정보를 추출한다(S140). 구체적으로, workstation PC 및 Auto CAD를 이용하여 3D 점 데이터로부터 3D 객체를 모델링하고, 3D 객체 모델링으로부터 2D 도면 정보를 추출한다(도 15참조).
본 발명에 의하면, 3D 레이저 스캐너를 이용하여 건물 내부를 지점 별로 스캐닝하여 점 데이터를 추출하고, 이를 이용하여 건물의 준공도면인 2D 도면을 제작함으로써, 건물의 정확한 준공도면을 제작할 수 있다. 또한, 건물의 내부 및 외부에 기준점을 설치하고 이를 측량하여 위치좌표를 확보함으로써, 도면의 정확도를 확보할 수 있다. 또한, 건물 내부를 층별로 골조 스캔 및 상세 스캔 한 후, 스캐닝 된 점 데이터를 건물 내부의 검사점 좌표와 비교하여 스캐닝 된 점 데이터의 정확도를 높일 수 있다.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.

Claims (6)

  1. 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법에 있어서,
    대상 건물의 내부 및 외부에 위치한 복수 개의 기준점을 측량하여 절대좌표를 취득하는 (a)단계;
    상기 복수 개의 기준점의 절대좌표를 기준으로 3D 레이저 스캐너를 이용하여 상기 대상 건물의 각 층별 골조 3D 스캐닝 과정과 상기 대상 건물의 각 층별 상세 3D 스캐닝 과정을 포함하는 타겟 접합 방식의 포인트 스캐닝을 실시하여 점 데이터를 생성하는 (b)단계;
    상기 3D 레이저 스캐너를 통해 생성된 상기 대상 건물의 상기 각 층별 골조 3D 스캐닝 데이터를 고정하고, 상기 각 층별 상세 3D 스캐닝 데이터를 정합하며, 상기 대상 건물 내부를 존(Zone) 별로 구획하여 존(Zone) 별로 점 데이터를 정합하고, 존과 인접 존의 점 데이터를 정합하는 방식으로 상기 대상 건물의 지점 별 점 데이터를 붙여 하나의 점 데이터로 정합하는 (c)단계; 및
    3D 점 데이터로부터 2D 도면 정보를 추출하는 (d)단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 토탈스테이션(Total Station)과 GPS를 통해 취득한 데이터를 복수 개의 기준점과 연결함으로써, 절대좌표를 취득하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 대상 건물의 기준점을 각 층별로 수평관측 후, 각 층을 연결하는 연결기준점을 수직관측 하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는 대상 건물 내부에 설치된 검사점의 좌표 비교를 통해 정합된 점 데이터의 정확도를 검사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너를 이용한 건물 준공도면 제작 방법.
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