KR101624705B1 - 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법 - Google Patents

지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상수관, 하수관, 농업용수관, 공업용수관 등의 지중관로 내부와 지상을 기준점 타깃과 3D 레이저 스캐너를 이용한 3차원 정밀 측량을 통해 지중관로 정보에 대한 3차원 형상 정보를 취득하여 지중관로의 신속한 형상 복원 및 지중관로 정보에 대한 오차 발생을 소거할 수 있도록 하기 위한 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법에 관한 것으로, 기존에 매설된 지중관로를 측정하기 위한 현장 현황을 파악하기 위해 현장 작업구간을 사전에 답사하는 단계; 상기 현장 작업구간에 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 선정하는 단계; 상기 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 측량하는 단계; 상기 기준점에 타깃을 설치하는 단계; 상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계; 상기 3D 레이저 스캔하여 3차원 포인트 클라우드(point cloud) 데이터를 취득하는 단계; 상기 3차원 포인트 클라우드로 데이터를 입력하는 단계; 상기 입력된 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합 및 좌표계로 변환하는 단계; 및 상기 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합과 좌표계 변환의 오차 체크 및 피팅 데이터(fitting data)를 작성하는 단계; 를 포함한다.

Description

지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법{Method acquire geographic information system data through a three-dimensional precision measurements of underground pipeline inside the ground}
본 발명은 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수관, 하수관, 농업용수관, 공업용수관 등의 지중관로 내부와 지상을 기준점 타깃과 3D 레이저 스캐너를 이용한 3차원 정밀 측량을 통해 지중관로 정보에 대한 3차원 형상 정보를 취득하여 지중관로의 신속한 형상 복원 및 지중관로 정보에 대한 오차 발생을 소거할 수 있도록 하기 위한 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법에 관한 것이다.
일반적으로 지중에 매설된 관로의 상태를 탐사 및 측정하는 다양한 시스템 및 방법이 개발되어 특허 공개되어 있다.
상기한 일 실시예로, 국내 등록특허공보 제10-1041780호에 배경기술로 기재된 바와 같이, 도시화가 급속하게 진행되면서 전기, 통신, 상하수도 등의 기반시설 확충을 위하여, 상하수도관, 도시가스 공급관, 유류 이송관, 전기 및 통신선로 등의 설치가 급증하고 있는 추세에 있다. 이러한 설비들은 미관이나 설비보호로 인해 대부분 지중(지하)에 매설되고 있다.
그런데, 이러한 지하 시설물의 위치나 깊이에 대한 정보가 축적되지 않아 시각적으로 그 위치나 상태 파악 및 유지관리가 어렵다. 또한, 새로운 지하매설물을 설치하거나 구조물을 시공할 때 기존 지하시설물의 위치를 정확히 파악하기 위하여 시간 및 비용이 증가하고, 또한 공사 중에 기존 지하매설물을 파괴하거나 이로 인해 작업자의 안전에도 위험요소가 된다. 즉, 사회기반시설이 밀집된 지역에는 수많은 배관이 매설되어 있기 때문에 배관의 매설 위치 및 상태 등을 파악하지 못하면 사고가 발생할 수 있다. 이를 대비하여 도로 등에 통신 케이블 라인이나 가스 공급관이 지나고 있는 안내판이 표시되어 있으나, 그 위치 및 깊이에 대한 정확한 정보는 기존에 존재하는 설계도 등에 의존할 수밖에 없다는 문제점이 있다.
종래에는 지면 위에서 지하의 매설물을 측정하기 위해 지반으로 전자파, 초음파 또는 초고주파 등을 전파시킨 후 매질 및 매설물을 통해 전파되어온 파장 변화를 측정하는 방법들이 사용되었다. 또 다른 방법으로는, 지하매설물의 상층부에 자기코일을 설치하여, 지상의 측정기가 자기를 유도하여 설치된 자기코일에서 발생되는 전류의 자기장을 파악하는 방법이 제시되고 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 전자유도법은, 직접 방식 및 간접 방식으로 구분되는데, 간접 방식의 전자유도법은 매설물이 복잡한 경우, 송신기로부터 발신된 교류자장이 탐사하고자 하는 관 이외에도 영향을 주는 전류를 유도하기 때문에 위치 측정의 정확도가 낮다는 문제점 있다. 또한, 직접 방식의 전자유도법은 한쪽 단자를 지하 매설물과 직각방향으로 약 5~7m 지점의 땅에 접지시키는 방법으로서, 정확도는 높으나 작업 조건이 까다롭다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 전자유도법은 기본적으로 전도체만을 측정할 수 있기 때문에 비금속관로 탐사를 위해서는 특수한 센서장치가 필요하다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 지중레이더 조사법의 경우, 지하 매질이 레이더에서의 전파 경로인 공기보다 물리적으로 불균질하기 때문에 반사체의 형태와 위치가 매우 복잡할 뿐만 아니라 지하에서 반사되어 온 신호들이 많은 잡음을 포함하고 있고, 전자파가 통과하게 되는 표토층의 전기전도도가 비교적 높기 때문에 이러한 표토층에서 전자파의 감쇠가 자주 일어나며, 이에 따라 지표 아래 깊이까지의 탐사가 불가능하며, 대략 30m 정도가 한계 깊이라고 알려져 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 음파 조사법에 사용되는 음파식 관로 측정기는 수도관 전용의 탐사기로서, 금속, 비금속의 재질에 관계없이 진동기를 연결시켜 음파를 관내에 삽입시키면 위치를 측정할 수 있지만, 깊이 측정은 불가능하다는 문제점이 있다.
이외에 종래의 기술들의 공통적인 문제점들로는 매설 깊이에 따라 정확도가 감소하며, 지면 조건, 관 재질에 따라 측정하기가 불가능한 지역이 있고, 일반적으로 탐사장비가 고가라는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 지중관로를 직접 주행하면서 지중관로의 2차원 좌표 데이터를 경제적으로 정확하게 획득할 수 있는 지중관로 위치정보 획득 장치가 공개되어 있다.
일 예로서, 국내 등록특허공보 제10-1041780호에는 지중관로를 직접 주행하면서 지중관로의 2차원 좌표 데이터를 경제적으로 정확하게 획득할 수 있고, 2차원 좌표데이터와 기측량 자료에 따라 지중관로의 위치를 3차원으로 디스플레이 시킬 수 있는 지중관로 위치정보 획득 장치가 제공된다. 지중관로 위치정보 획득 장치는, 수평 방향으로 매설된 지중관로의 위치정보를 획득하는 장치에 있어서, 지중관로의 적어도 일측 벽면에 접촉하여 진행하고, 지중관로를 따라 주행하면서 주행거리에 대응하여 지중관로의 길이방향 거리를 측정하는 거리 측정부; 지중관로를 따라 주행하면서 지중관로의 2차원 기울기를 측정하는 센서 모듈; 본체 하부에 배치되어 지중관로를 따라 주행하는 주행부; 주행부가 지중관로를 따라 주행할 수 있도록 구동하는 구동부; 및 측정된 지중관로의 거리 및 2차원 기울기에 따른 2차원 좌표 데이터를 일정 주행길이별로 저장하고, 구동부의 구동을 제어하는 제어 모듈을 포함하며, 거리 측정부는 바퀴의 회전에 대응하여 지중관로의 거리를 측정하도록 특정 원둘레를 갖는 거리측정 바퀴인 것을 특징으로 하는 지중관로 위치정보 획득 장치가 공개되어 있다.
또한, 국내 등록특허공보 제10-0947659호에는 지하매설물 탐지기 및 이를 이용한 지하매설물 탐지방법에 관한 것으로, ⅰ) 지하매설물에 부착된 자기마커의 유형 및 상기 자기마커로부터 발생하는 자기장의 세기를 검출하기 위한 검출센서와 자기마커 사이의 거리에 따른 자속밀도의 기준값을 선정하여 마스터 프로세서에 저장하는 단계와, ⅱ) 상기 검출센서를 이용하여 탐사지역으로부터 발생하는 자속밀도의 실측값을 측정 및 저장하는 단계와, ⅲ) 상기 기준값 및 상기 실측값의 차가 상기 마스터 프로세서에 미리 입력된 제1오차값 이내인지 판단하는 단계 및 ⅳ) 상기 기준값 및 상기 실측값의 차가 상기 제1오차값 이내이면 탐사지역에 연자성체와는 구별되는 자기마커가 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다. 또한, 상기 단계 ⅳ) 후에 ⅴ) 보정된 거리에 따른 자속밀도의 기준값을 계산하는 단계와, ⅵ) 상기 자기마커가 존재하는 것으로 판단되는 자속밀도의 상기 실측값과 보정된 거리에 따른 자속밀도 기준값의 차가 제2오차값 이내인지 판단하는 단계 및 ⅶ) 상기 단계 ⅵ)에서 상기 실측값과 상기 기준값의 차가 제2오차값 이내라고 판단되면 상기 기준값의 z값을 상기 자기마커가 존재하는 심도로 결정하는 단계를 포함하는 지하매설물 탐지기 및 이를 이용한 지하매설물 탐지방법이 공개되어 있다.
또한, 국내 등록특허공보 제10-1011386호에는 (a) 지하에 매설된 일정 구간의 관로를 조사하기 위하여 맨홀과 맨홀 사이 관로의 제원에 관한 정보를 제어장치로부터 자주차로 입력한 다음에 관로로 자주차를 투입하는 단계; (b) 상기 자주차의 제어모듈은 입력된 관로 정보에 따라 관로를 탐사하면서 CCTV카메라모듈로 관로 내면의 전방 및 측면 영상을 촬영한 후에 영상데이터로 변환하여 저장모듈에 저장함과 동시에 영상데이터 전송모듈로부터 통신케이블을 통해 제어장치의 영상데이터 수신모듈로 전송하는 단계; (c) 상기 제어장치의 컨트롤모듈은 영상데이터 수신모듈에서 수신된 영상데이터로부터 영상데이터 보정모듈에서 관로의 단위 측면의 영상을 취득한 후에 취득된 영상을 일정 단위로 절단하고, 절단된 영상의 왜곡을 보정하며, 보정된 영상을 평면도면화로 접합하도록 하는 단계; (d) 상기 컨트롤모듈은 평면도면화된 영상을 영상데이터 분석모듈에서 관로의 평면도면화를 표시하고, 손상 상황 및 치수를 표시하며, 손상 위치를 확대하여 표시하고, 손상 부위의 개수를 정량적으로 분석하도록 하는 단계; (e) 상기 컨트롤모듈은 정량적으로 분석된 평면도면화된 영상으로부터 영상데이터 평가모듈이 전체 길이 및 관로 상태를 기준범위 내에서 정성적으로 분석하여 데이터 시트에 표시하도록 하는 단계; (f) 상기 컨트롤모듈은 탐색된 관로 정보를 NGIS모듈의 지리정보와 일치시켜 지중관로정보관망도를 구축한 후에 DB모듈에 저장하는 단계;를 포함하여 이루어진 관로 평면도면화 CCTV영상 검사 분석방법이 공개되어 있다.
그러나 상기한 종래기술들은 지중관로의 곡률 및 곡관, 내경, 위치 및 파손상태를 측정 오차로 인하여 정확하게 파악할 수 없었고, 그로 인하여 관로에 포설되는 목적물의 포설조건을 검토할 수 있는 지리정보시스템(GIS, Geographic Information System)의 데이터로 활용할 수 없었으므로 지중관로의 파손이 발생하였을 때 신속하게 손상부위를 수리하여 지중관로의 형상을 복원할 수 없다는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1041780호(2011.06.17. 공고) 등록특허공보 제10-0947659호(2010.03.15. 공고) 등록특허공보 제10-1011386호(2011.01.28. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 지중관로 내부와 지상을 기준점 타깃과 3D 레이저 스캐너를 이용한 3차원 정밀 측량을 통해 데이터 연결시 지중관로 정보에 대한 오차 발생을 소거하여 지중관로의 파손이 발생하였을 때 신속하게 손상부위를 수리하여 형상을 복원할 수 있도록 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 탐지하지 못하던 지중관로의 탐지를 가능하게 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래에 구축된 지리정보시스템(GIS, Geographic Information System)의 위치 오차 보정을 가능하게 하고, BIM(Building Information Modeling)에 접목하여 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법은, 기존에 매설된 지중관로를 측정하기 위한 현장 현황을 파악하기 위해 현장 작업구간을 사전에 답사하는 단계; 상기 현장 작업구간에 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 선정하는 단계; 상기 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 측량하는 단계; 상기 기준점에 타깃을 설치하는 단계; 상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계; 상기 3D 레이저 스캔하여 3차원 포인트 클라우드(point cloud) 데이터를 취득하는 단계; 상기 3차원 포인트 클라우드로 데이터를 입력하는 단계; 상기 입력된 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합 및 좌표계로 변환하는 단계; 및 상기 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합과 좌표계 변환의 오차 체크 및 피팅 데이터(fitting data)를 작성하는 단계; 를 포함한다.
상기 기준점은 지상과 지중관로 내부에 최소 각각 3점 이상 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계에서, 1회 스캔범위는 각 단계별로 10% 이상의 중복 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계에서, 지상의 3D 레이저 스캔을 완료한 후, 지중관로 내부를 3D 레이저 스캔하기 전에, 지상에 설치된 타깃 2개와 지중관로가 시작되는 입구에 타깃 2개를 설치하고, 상기 지상의 타깃과 지중관로 내부의 타깃이 서로 보이게 설치한 후 지상과 지중관로가 시작되는 입구를 연결하는 3D 레이저 스캔을 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 지중관로 내부의 타깃 위치에 3D 레이저 스캔 순서에 따라 숫자판으로 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법에 의하면, 지중관로 내부와 지상을 기준점에 설치된 타깃과 3D 레이저 스캐너를 이용한 3차원 정밀 측량을 통해 지중관로 정보에 대한 3차원 형상 정보를 취득하여 데이터 연결시 지중관로 정보에 대한 오차 발생을 소거하여 지중관로의 파손이 발생하였을 때 신속하게 손상부위를 수리하여 형상을 복원하도록 하는 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 기술로 탐지하지 못한 지중관로의 탐지를 가능하게 하고, 종래에 구축된 지리정보시스템(GIS, Geographic Information System)의 위치 오차 보정을 가능하게 하며, BIM(Building Information Modeling)에 접목하여 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법의 흐름을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중관로에 타깃의 설치상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 레이저 스캔 측정방법을 설명하기 위한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 3D 레이저 스캐너로 기준점을 이용한 스캔 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차 체크 및 피팅 데이터 작성 완료된 3D 도면.
이하, 본 발명에 따른 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가
아래에서 상세하게 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
또한, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있고, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법의 흐름을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중관로에 타깃의 설치상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 레이저 스캔 측정방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 3D 레이저 스캐너로 기준점을 이용한 스캔 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차 체크 및 피팅 데이터 작성 완료된 3D 도면이다.
본 발명에 따른 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법은, 도 1 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 기존에 매설된 지중관로(10)를 측정하기 위한 현장 현황을 파악하기 위해 현장 작업구간을 사전에 답사하게 된다(S10). 이는 교통량이나 측정구간의 상황에 따라 안전 작업을 위한 기준점 측량 위치와 충격 및 간섭에 대한 안전한 타깃(target) 위치를 선정하고, 3D 레이저 스캔 위치 및 3D 레이저 스캔 기준 타깃의 위치를 결정하기 위함이다.
이후, 상기 현장 작업구간에 지중관로(10) 내부와 지상(20)을 측정하기 위한 기준점을 선정하게 된다(S20). 이는 지중관로(10) 내부와 지상(20)에 최소 각각 3점 이상의 기준점을 설치하고, 지중관로 내부와 지상의 범위내에서 기준점에 대한 삼각망(trigonometric network, 三角網) 구성 및 상기 지중관로(10) 내부와 지상(20)의 기준점에 타깃(30)을 설치하기 위한 것이다.
상기 지중관로(10) 내부와 지상(20)을 측정하기 위한 기준점을 선정한 후, 상기 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 측량하게 된다(S30). 상기 기준점 측량은 도시는 하지 않았지만, 레이저 정밀측정기와 토탈스테이션, 위성항법장치(GPS, Global Positioning System)를 이용하여 평면(X,Y)을 관측하고, 디지털 레벨로 직접수준(Z)을 관측하여 3D 레이저 스캔 위치와 중요 대상을 측정하여 기존에 매설된 지중관로(10) 내부와 지상(20)에 대한 측량 준비를 하기 위한 것이다. 이때, 3D 레이져 스캔 측량의 기준점 측량은 전방교회법과 후방교회법 모두 사용할 수 있으며, 지중관로(10) 내부는 특성상 전방교회법은 측량한 점의 오차를 확인할 수 없는 기존의 트래버스 측량방법과 다른 점이 없으므로 후방교회법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 지중관로(10) 내부와 지상(20)을 측정하기 위한 기준점을 측량한 후, 상기 기준점에 타깃(target)(30)을 설치하게 된다(S40). 이때, 상기 타깃(30)은 도면에 스피어 볼(sphere ball) 형태(도 2 참조)로 도시되어 있으나, 시트 프리즘(sheet prism), 숫자판 등 다양한 형태로 구성될 수 있음은 물론이다. 이는 지중관로(10) 내부와 지상(20)에 대해 최소 각각 3점 이상의 기준점에 타깃(30)을 설치함으로써 후술하는 지중관로(10) 내부와 지상(20)을 3D 레이저 스캔할 때 무수한 포인트 클라우드(point cloud)로 이루어진 3차원 데이터의 정합을 위한 좌표계의 기준이 된다.
상기 기준점에 타깃(30)을 설치한 후, 상기 지중관로(10) 내부와 지상(20)을 각각 3D 레이저 스캔하게 된다(S50). 이때, 상기 지중관로(10) 내부와 지상(20)의 3D 레이저 스캔 순서는 바뀌어도 무방하다.
본 발명의 일 실시예에서는 관경 1,200㎜의 지중관로(10)를 기준으로 할 때 우선 지상(20)의 3D 레이저 스캔 측정방법에 대하여 설명한다.
지리정보시스템(GIS, Geographic Information System)으로 구축된 지중관로 관망도(도시생략)에 따라 측정할 지중관로(10) 구간의 지상(20) 전체를 스캔하게 된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기준점 A-B-C 지점이 1회 스캔범위일 때 A와 C의 지점에 타깃(30)을 각각 2개씩 설치하고, B의 지점에 3D 레이저 스캐너(40)를 위치시킨 다음 스캔을 실시한다, 이때, 3D 레이저 스캐너(40)의 1회 스캔범위에 따라 스캔노이즈가 발생하므로 측정 정확도의 오차 발생을 방지하기 위해 3D 레이저 스캐너(40)의 1회 스캔범위를 약 30m 내로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 1회 스캔범위의 스캔이 완료되면, A지점의 타깃(30)을 A-B-C-D-E 지점 중, E지점으로 이동시키고 B지점에 위치한 3D 레이저 스캐너(40)를 D지점으로 자리를 이동하여 스캔을 실시한다. 이때, 측정할 지중관로(10) 구간의 지상(20) 전체에 걸쳐서 중심이 되는 각 기준점의 좌표를 소정의 정확도가 보장되도록 결정하기 위해 C지점의 타깃(30)을 움직이면 안된다. 이와 같은 방법으로 3D 레이저 스캐너의 이동을 반복하면서 측정할 지중관로(10) 구간의 지상(20)에 대해 3D 레이저 스캔을 완료한다. 이때, 3D 레이저 스캐너(40)는 스캔할 때 타깃(30)을 기준점으로 하여 360°각도로 회전을 하면서 기준점을 중심으로 10% 이상 중복 스캔하게 된다.
상기와 같은 방법으로 지상의 3D 레이저 스캔을 완료한 후, 지중관로(10) 내부를 3D 레이저 스캔하기 전에, 지상(20)과 지중관로(10)를 연결하는 데이터 처리 작업을 할 수 있도록 지상(20)에 설치된 타깃(30) 2개와 지중관로(10)가 시작되는 입구에 타깃(30) 2개를 설치하고, 지상(20)의 타깃과 지중관로(10) 내부의 타깃(30)이 서로 보이게 설치한 후 지상(20)과 지중관로(10)가 시작되는 입구를 연결하는 3D 레이저 스캔을 실시한다.
상기와 같이 지상(20)과 지중관로(10)가 시작되는 입구를 연결하는 3D 레이저 스캔이 완료되면, 지상(20)에 있던 타깃(30)을 지중관로(10) 내부로 이동시켜 지중관로(10) 내부면에 설치한 후 지중관로(10)에 대해 3D 레이저 스캔을 실시한다. 이때, 지중관로(10)가 시작되는 입구에 설치한 타깃(30)을 움직이면 안된다.
지중관로(10) 3D 레이저 스캔도 지상(20) 3D 레이저 스캔과 동일한 방법으로, A-B-C 지점이 1회 스캔범위일 때 A와 C의 지점에 타깃(30)을 각각 2개씩 설치하고, B의 지점에 3D 레이저 스캐너(40)를 위치시킨 다음 스캔을 실시한다, 이때, 3D 레이저 스캔의 1회 스캔범위는 지상(20)에 비해 지중관로(10) 내부는 어둡고 빛이 없기 때문에 지상(20)의 경우보다 짧게 약 20m 내로 하는 것이 바람직하다. 또한 지중관로(10)의 특성상 타깃(30)의 자리를 이동하게 되면 기준점을 구분하기 어렵기 때문에 숫자판으로 기준점 위치에 몇 번째 스캔 작업을 실시하는지 표시해주는 것이 바람직하다. 이는 스캔 구간을 합치는 데이터 처리 작업을 할 때 용이하게 작업을 할 수 있도록 하기 위함이다.
그리고, 상기 1회 스캔범위는 지중관로(10)의 관경 크기 및 스캔 구간에 따라 변경될 수 있다.
상기와 같이 1회 스캔범위의 스캔이 완료되면, A지점의 타깃(30)을 A-B-C-D-E 지점 중, E지점으로 이동시키고 B지점에 위치한 3D 레이저 스캐너(40)를 D지점으로 자리를 이동하여 스캔을 실시한다. 이때, 측정할 지중관로(10) 구간의 전체에 걸쳐서 중심이 되는 각 기준점의 좌표를 소정의 정확도가 보장되도록 결정하기 위해 C지점의 타깃(30)을 움직이면 안된다. 이와 같은 방법으로 3D 레이저 스캐너(40)의 이동을 반복하면서 측정할 지중관로(10)에 대해 3D 레이저 스캔을 완료한다. 이때, 3D 레이저 스캐너(40)는 스캔할 때 타깃(30)을 기준점으로 하여 360°각도로 회전을 하면서 기준점을 중심으로 10% 이상 중복 스캔하게 된다.
상기한 3D 레이저 스캔 측정방법은, 레이저를 이용한 데이터 측정방법의 하나로, 레이져 빔을 최대 1초당 100만점 이상의 속도로 방출하여 되돌아오는 빔의 왕복시간 또는 위상차를 계산하여 X,Y,Z의 3차원 좌표성분을 1점(1 Point) 개념이 아닌 무수한 포인트 클라우드(point cloud)로 데이터를 저장하여 조사하는 측량방식이며, 이러한 무수한 데이터를 취득하여 면 데이터로 만들 수 있는 장점이 있다. 또한 대상체에 직접 측량하여 무수한 형상과 형상(또는 축)을 이용한 입체 측량이 가능할 뿐만 아니라 기준점 및 무수한 포인트 클라우드(point cloud)를 이용하여 측량 오차를 소거할 수 있으며, 무수한 형상과 형상(또는 축)을 이용한 입체 형상을 확인하는 과정에서 점과 입체면의 상태를 확인할 수 있으므로 변형된 지중관로(10)의 오차 제거가 가능하다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 3D 레이저 스캐너(40)로 기준점이 보이는 위치에 최소 3점 이상의 기준점(타깃)을 이용하여 스캔함으로써, 기존의 기계설치 측량에 의해 측량한 점의 오차를 확인할 수 없는 트래버스(travers) 측량에 의한 지중관로의 측정 오차 제거가 가능하고, 기준점 상태도 직접 파악이 가능하여 더욱 정밀한 입체 측량을 할 수 있게 된다.
상기와 같이 3D 레이저 스캔하게 되면서 측정할 전체 구간에 대하여 3차원 포인트 클라우드 데이터를 취득하게 된다(S60). 이때, 포인트 밀도 10m : 1㎝×1㎝의 면 데이터를 취득하게 되며, 측정한 데이터는 각 포인트의 좌표, 인텐시티(intensity) 및 RGB 값 등이 있다. 또한 다른 데이터 포맷으로 변환(DXF, DGN, XYZ, NEZ, TXT, PTX, ASCII 등)이 가능하고, 측정한 데이터를 후처리하여 3차원으로 설계된 모델 값과 비교하여 측정대상을 검사하거나 역설계(Revers Engineering)를 할 수 있는 자료를 제공할 수 있다.
상기와 같이 3차원 포인트 클라우드 데이터를 취득한 후 3차원 포인트 클라우드 데이터를 입력하게 된다(S70). 이때, 포인트 수에 관계없이 무한데이터가 입력된다.
다음으로, 상기 입력된 3차원 포인트 클라우드 데이터를 정합하고 좌표계로 변환하게 된다(S80). 이는 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합과 수치지도이용을 위한 국가좌표계 변환에 의해 지상과 지중관로의 3차원 좌표 위치 데이터를 얻을 수 있다.
상기와 같이 3차원 포인트 클라우드 데이터를 정합하고 좌표계로 변환한 후, 상기 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합과 좌표계 변환의 오차를 체크하고 피팅 데이터(fitting data)를 작성하게 된다(S90). 이는 기준점의 오차를 조정하여 정확한 측량 성과를 취득할 수 있도록 하여 지중관로(10)의 정확한 정보를 제공할 수 있도록 하고, 피팅 데이터는 3D 모델링 된 데이터를 표준형식의 파일로 데이터 베이스에 저장하는데 제공되고, 3D 출력이 가능한 STL 파일로 변환하여 지리정보시스템(GIS, Geographic Information System)과 일치시켜 지중관로 관망도를 구축하는데 활용할 수 있도록 하기 위함이다.
따라서, 본 발명은 지중관로(10) 내부와 지상(20)을 기준점에 설치된 타깃(30)과 3D 레이저 스캐너(40)를 이용한 3차원 정밀 측량을 통해 오차 발생을 소거하여 지중관로(10)의 곡률 및 곡관, 내경, 위치 및 파손상태를 정확하게 파악할 수 있고, 그로 인하여 관로에 포설되는 목적물의 포설조건을 검토할 수 있는 지리정보시스템의 데이터로 활용할 수 있으므로 지중관로(10)의 파손이 발생하였을 때 신속하게 손상부위를 수리하여 지중관로(10)의 형상을 복원할 수 있는 이점이 있다.
또한, 3D 레이저 스캐너(40)로 지중관로(10) 표면의 재질감까지 스캔하였기 때문에 정확한 3차원 모델링 작성이 가능하여 지중관로(10)의 탐지하지 못한 관로의 탐지를 가능하게 하고, 지중관로(10)를 보수할 때 도면이 없더라도 신속하게 도면을 복원하여 지중관로(10)를 보수할 수 있을 뿐만 아니라 지중관로(10) 정보에 대한 오차 발생을 소거하여 종래에 구축된 지리정보시스템의 위치 오차 보정을 가능하게 하며, BIM(Building Information Modeling)에 접목하여 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 지중관로 20 : 지상
30 : 타깃 40 : 3D 레이저 스캐너

Claims (5)

  1. 기존에 매설된 지중관로를 측정하기 위한 현장 현황을 파악하기 위해 현장 작업구간을 사전에 답사하는 단계(S10);
    상기 현장 작업구간에 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 선정하는 단계(S20);
    상기 지중관로 내부와 지상을 측정하기 위한 기준점을 측량하는 단계(S30);
    상기 기준점에 타깃을 설치하는 단계(S40);
    상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계(S50);
    상기 3D 레이저 스캔하여 3차원 포인트 클라우드(point cloud) 데이터를 취득하는 단계(S60);
    상기 3차원 포인트 클라우드로 데이터를 입력하는 단계(S70);
    상기 입력된 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합 및 좌표계로 변환하는 단계(S80); 및
    상기 3차원 포인트 클라우드 데이터 정합과 좌표계 변환의 오차 체크 및 피팅 데이터(fitting data)를 작성하는 단계(S90);
    를 포함하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준점은 지상과 지중관로 내부에 최소 각각 3점 이상 설치하는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계(S50)에서, 1회 스캔범위는 각 단계별로 10% 이상의 중복 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지중관로 내부와 지상을 3D 레이저 스캔하는 단계(S50)에서, 지상의 3D 레이저 스캔을 완료한 후, 지중관로 내부를 3D 레이저 스캔하기 전에, 지상에 설치된 타깃 2개와 지중관로가 시작되는 입구에 타깃 2개를 설치하고, 상기 지상의 타깃과 지중관로 내부의 타깃이 서로 보이게 설치한 후 지상과 지중관로가 시작되는 입구를 연결하는 3D 레이저 스캔을 실시하는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지중관로 내부의 타깃 위치에 3D 레이저 스캔 순서에 따라 숫자판으로 표시하는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부와 지상의 3차원 정밀 측량을 통한 지리정보시스템 데이터 취득방법.
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