KR101730296B1 - 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 3차원 공간정보 구축방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 3차원 지형데이터와, 지하탐사데이터를 통합한 모바일 매핑시스템에 있어서, 이동체의 상부측에 고정 창작되는 베이스플레이트; 상기 이동체를 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하는 영상센서; 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 상기 이동체의 이동에 따라 레이저 스캔데이터를 취득하는 레이저스캐너; 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 위치를 계산하는 위치측정센서; 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 상기 이동체의 각가속도, 가속도를 측량하고 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재 위치와 속도, 진행방향을 계산하는 관성항법장치; 상기 이동체 일측에 구비되어, 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 지하탐사센서; 및 상기 영상센서에서 측정된 영상데이터와, 상기 레이저스캐너에서 취득한 레이저 스캔데이터와, 상기 위치측정센서에서 측정된 위치정보와, 상기 관성항법장치에서 취득한 정보와, 상기 지하탐사센서에서 생성한 지하탐사데이터를 기반으로 지상 및 지하 3차원공간정보데이터를 생성하는 공간정보데이터 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템에 관한 것이다.

Description

지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법{Mobile mapping system for generating buried object 3D space information data and method for generating buried objects 3D space information data using the mobile mapping system}

본 발명은 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법에 대한 것이다.

국내 도로의 현황은 1995년 총연장 74,237km에서 2009년 104,983km로 약 30%의 연장이 확대되었으며, 고속도로도 최근 15년간 1995년에 비하여 2배 이상 연장확대된 상태이다.

도로연장과 더불어 신규도로의 측량, 도로분야 수정갱신, 도로시설물에 대한 데이터베이스(DB) 갱신은 국민들에게 신속하고 정확한 정보를 제공하기 위하여 필수적으로 수행되어야 한다.

또한, 지능형 자동차 산업 및 3차원 공간정보 산업 발당에 따른 도로기반 정밀 데이터 요구 증대 및 무인 자동차 자율주행을 위한 도로 정보의 신속한 갱신이 필요한 실정이다.

전반적으로 노후 도로의 소성변형 탐지, 차량의 안전주행을 위한 도로 기하구조 분석 등에 대한 사용자 요구가 점차 증대되고 있다.

정보제공을 위한 도로 현황 및 기하구조를 파악하기 위하여 현재 수행하는 방법은 사진을 통한 육안조사방법을 사용하고 있다. 이러한 육안조사방법은 작업자의 안전성 확보에 취약하며, 데이터의 신뢰성 및 객관성이 부족한 문제점이 존재한다.

도로의 형상을 파악하기 위한 종단도 및 횡단도의 작성은 레벨 또는 토탈스테이션을 이용한 현장작업에 국한되게 된다.

이와 같은 이유에 기인하여 경량형 모바일매핑시스템(MMS:Mobile Mapping System)으로 취득된 점군 데이터와 영상정보를 이용하여 도로의 형상 및 기하정보를 자동동으로 추출할 수 있는 방법이 필요하다.

모바일매핑시스템은 지상형 이동장치 특히, 차량이나 비행기 등 이동매체에 다양한 센서를 장착하여 이동 중에 공간정보를 신속하게 취득할 수 있는 시스템이다. 이는 도시정보시스템을 위한 도로시설물 데이터베이스 구축에 사용되게 된다.

하지만, 국내에서는 인터넷 포탈업체에서 로드뷰(Road View)서비스를 제공하기 위해, 모바일 매핑시스템을 사용한 바 있으나, 이는 단순한 영상서비스만을 제공하는 정도에 불과했었다.

즉, 영상촬영 당시의 정확한 위치를 취득할 수 있는 장비가 구비되어 있지 않아, 토탈스테이션을 통해 제공된 기존 지형데이터와의 원활한 연계를 위한 영상과 좌표의 매핑 혹은 투영이 잘 안되어, 업데이트가 안되는 문제점이 있었다.

또한, 차량을 타고 주행하면서, 측량한 영상좌표를 이용하여 객체의 3차원 좌표로 변환시킨 3차원 지형데이터를 실시간으로 생성시키는 구성이 없어, 특정장소에 가서 수작업으로 따로 지형데이터 업데이트 작업을 해야 하므로, 작업시간이 많이 걸리고, 사용자에게 실시간으로 업데이트된 지형데이터를 신속하게 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 최근 지하관로 노후화로 인한 유출수 및 난개발로 인한 지하시설물 손상으로 싱크홀 발생율이 증가되고 있다. 도시의 발전 및 지속적인 개발로 인하여 싱크홀의 발생은 지속적으로 증가될 것으로 예상된다.

그러나 기존의 지하 탐사방법으로는 광범위 지역의 조사가 어려우며 2차원 분석만으로는 한계가 존재한다. 도 1a는 기존 싱크홀 탐사방법을 나타낸 사진이고, 도 1b는 기존 싱크홀 탐사방법에 의해 취득된 데이터를 도시한 것이다.

이러한 기존 2차원적 조사방법인 지하탐사방법은 작업자의 안전성을 확보하기가 어렵고, 노후 도로의 증가로 시간 및 비용이 소요되며 하나의 센서만으로 지하를 탐사하게 되므로 예측 정확도가 낮고, 광범위 도로를 조사할 경우 효율성이 떨어지는 문제점이 존재한다.

따라서 기존의 싱크홀 탐사방법의 문제점을 해결하기 위해 도로의 처짐, 도로 기하구조 변위 등 싱크홀 예측 가능한 공간 정보 데이터베이스가 필요하였고, 도로 3차원 데이터와 지하탐사 데이터의 융합을 통한 예측가능성을 확보할 수 있는 시스템이 요구되었다.

대한민국 등록특허 제1105606호 대한민국 등록특허 제1249369호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 3차원 지형데이터와, 지하탐사센서에서 취득된 지하탐사데이터를 통합하여 지상 및 지하의 3차원 공간정보데이터를 생성하여 데이터베이스화할 수 있는, 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 차량이 이동하면서 DB를 구축하게 되므로 작업자의 안전성을 확보할 수 있고, 신속하고 정확하게 지상 및 지하의 공간정보데이터를 취득하게 되므로 시간 및 비용을 절감할 수 있는, 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면 도로의 시설물 현장 조사, 도로의 형상조사, 3차원 계측분야, 점군데이터 3차원 제작분야, 도로시설물 관리분야 등 다양한 분야로 활용이 가능한, 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템 및 그 매칭 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은, 3차원 지형데이터와, 지하탐사데이터를 통합한 모바일 매핑시스템에 있어서, 이동체의 상부측에 고정 창작되는 베이스플레이트; 상기 이동체를 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하는 영상센서; 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 상기 이동체의 이동에 따라 레이저 스캔데이터를 취득하는 레이저스캐너; 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 위치를 계산하는 위치측정센서; 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 상기 이동체의 각가속도, 가속도를 측량하고 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재 위치와 속도, 진행방향을 계산하는 관성항법장치; 상기 이동체 일측에 구비되어, 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 지하탐사장치; 및 상기 영상센서에서 측정된 영상데이터와, 상기 레이저스캐너에서 취득한 레이저 스캔데이터와, 상기 위치측정센서에서 측정된 위치정보와, 상기 관성항법장치에서 취득한 정보와, 상기 지하탐사장치에서 생성한 지하탐사데이터를 기반으로 지상 및 지하 3차원공간정보데이터를 생성하는 공간정보데이터 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 지하탐사장치는, 이동체의 후방에 고정결합되는 지지프레임; 길이방향이 횡방향이고, 상기 지지프레임의 후면 일측에 결합되는 가이드레일; 상기 가이드레일의 양단 각각에 가이드레일의 길이방향을 따라 이동되는 한 쌍의 이동부재; 및 상기 한 쌍의 이동부재 각각의 끝단에 구비되어, 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 지하탐사센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 한 쌍의 이동부재의 끝단 각각에, 길이방향이 종방향인 센서지지대를 더 포함하고, 상기 지하탐사센서는 상기 센서지지대 각각에 탈부착 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 이동부재가 상기 가이드레일을 따라 이동되도록 구동하는 구동수단과, 비측정모드에서, 이동부재 각각이 중심축 측으로 이동되도록 하고, 비측정모드에서는 이동부재 각각이 중심축에서 외측으로 이동되도록 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 영상센서는 CCD카메라로 구성되고, 상기 CCD카메라는, 상기 CCD카메라의 측면에 구비되어 이동체의 전, 후, 좌, 우 방향 각각을 촬상하는 복수의 측면 촬상부와, 상기 CCD 카메라의 상부에 구비되어 상부측 방향을 촬상하는 상부 촬상부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 레이저 스캐너는, 상기 이동체의 전방 하부측을 스캔하여 지면스캔데이터를 획득하는 제1레이저스캐너와, 상기 이동체의 전방 상부측을 스캔하여 지면 상에 위치한 지면시설물스캔데이터를 획득하는 제2레이저스캐너를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 베이스 플레이트와 상기 CCD카메라를 연결하는 지지봉; 및 상기 지지봉을 상하로 회전시켜 절첩 구동시키는 절첩수단을 더 포함하고, 상기 절첩수단은, 상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되는 지지판, 상기 지지봉의 하단에 결합되며, 상기 지지판과 힌지결합되는 절첩부재; 및 일단은 상기 베이스플레이트 상부면에 고정되고, 타단은 상기 지지봉 일측에 고정되어, 상기 지지봉과, 상기 CCD카메라 및 상기 절첩부재를 일체로 힌지를 기준으로 회전구동하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 공간정보데이터생성부에서 생성된 3차원 공간정보데이터를 디스플레이하는 디스플레이부; 및 상기 3차원 공간정보데이터를 기반으로 지상 및 지하기하구조를 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 3차원 공간정보데이터와 상기 분석수단의 분석데이터를 저장하는 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 카테고리로서, 본 발명의 목적은, 모바일 매핑 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법에 있어서, 영상센서가, 상기 이동체를 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하고, 베이스플레이트 상부면 일측에 구비된 레이저 스캐너가 상기 이동체의 이동에 따라 레이저 스캔데이터를 취득하고, 지하탐사센서가 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 단계; 공간정보데이터생성부가 상기 영상센서에서 획득한 영상데이터와, 상기 레이저스캐너에서 획득한 점군데이터와 상기 지하탐사센서가 획득한 지하탐사데이터를 기반으로 3차원 공간정보데이터를 생성하는 단계; 디스플레이부가 상기 공간정보데이터생성부에서 생성된 3차원 공간정보데이터를 디스플레이하는 단계; 및 분석수단이 상기 3차원 공간정보데이터를 기반으로 지상 및 지하 기하구조를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 매핑 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 3차원 지형데이터와, 지하탐사센서에서 취득된 지하탐사데이터를 통합하여 지상 및 지하의 지하매설물 3차원 공간정보데이터를 생성하여 데이터베이스화할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 차량이 이동하면서 DB를 구축하게 되므로 작업자의 안전성을 확보할 수 있고, 신속하고 정확하게 지상 및 지하의 공간정보데이터를 취득하게 되므로 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면 도로의 시설물 현장 조사, 도로의 형상조사, 3차원 계측분야, 점군데이터 3차원 제작분야, 도로시설물 관리분야 등 다양한 분야로 활용이 가능한 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는 기존 싱크홀 탐사방법을 나타낸 사진,
도 1b는 기존 싱크홀 탐사방법에 의해 취득된 데이터,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템의 측면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템이 설치된 차량의 후면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지하탐사장치의 측면도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 비측정모드에서의 지하탐사장치의 정면도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 측정모드에서의 지하탐사장치의 정면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템의 각종센서가 부착된 베이스플레이트의 측면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 작동상태를 나타낸 CCD카메라, 지지봉, 절첩수단의 측면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이부에서 디스플레이되는 구글 맵 연동창(주행궤적 확인)(좌측) 및 전방위 영상 표출 및 점군데이터 표출 창,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따라 점군데이터 거리별(도 10a(10m), 도 10b(30m)) 표출기능을 나타낸 디스플레이 창,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 위치좌표 및 거리 측정기능을 나타낸 디스플레이 창,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 점군 데이터 내보내기 기능을 나타낸 디스플레이 창,
도 13a는 본 발명의 일실시예에 따른 계측데이터 내보내기 기능을 나타낸 디스플레이 창,
도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 주행도로 종단 곡선 추출데이터,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 데이터를 디스플레이한 창을 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템(100)의 측면도를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템(100)은 이동체에 해당하는 차량(1) 일측에 각종 센서가 설치되어지게 됨을 알 수 있다. 차량(1)의 상부에 베이스플레이트(11)가 구비되며 이러한 베이스 플레이트(11)에 레이저스캐너(20), 영상센서(40), 위치측정센서(50), 관성항법장치(60) 등이 설치되게 되며, 차량(1)의 후방 일측에 지하탐사센서(121)가 설치되며 차량(1)의 바퀴에 거리측정센서(130)가 부착되게 된다.

구체적으로, 영상센서(40)는 CCD카메라로 구성될 수 있으며, 이동체를 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하게 된다. 이러한 CCD카메라는, CCD카메라의 측면에 구비되어 이동체의 전, 후, 좌, 우 방향 각각을 촬상하는 복수의 측면 촬상부와, CCD 카메라의 상부에 구비되어 상부측 방향을 촬상하는 상부 촬상부를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 측면촬상부는 구체적 실시예에서는 CCD 카메라(40)의 측면부에 서로 소정간격 이격되어 배치된 5개의 측면촬상부로 구성될 수 있으며, 상부 촬상부는 1개로 구성될 수 있다. 후에 설명되는 바와 같이, 지하매설물 3차원 공간정보 데이터생성부(80)는 이러한 복수의 촬상부에서 촬상한 데이터를 취합하여 3차원 영상데이터를 형성하게 된다.

그리고, 레이저스캐너(20)는 베이스플레이트(11) 상부면 일측에 구비되어, 이동체의 이동에 따라 레이저 스캔데이터(점군데이터)를 취득하게 된다. 또한, 이러한 레이저스캐너(20)는, 이동체의 전방 하부측을 스캔하여 지면스캔데이터를 획득하는 제1레이저스캐너(21)와, 상기 이동체의 전방 상부측을 스캔하여 지면 상에 위치한 지면시설물스캔데이터를 획득하는 제2레이저스캐너(22)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 이러한 레이저스캐너(20)를 이용한 측량기술은 빛의 특성을 이용하여 대상물의 범위 및 거리에 대한 정보를 측정하는 원격탐사 기술로써 지형과 지물에 대한 거리를 결정하기 위하여 레이저 펄스를 사용하게 된다.

또한, 이러한 제1레이저스캐너(21)에 의해 획득된 지면스캔데이터와 제2레이저스캐너(22)에서 획득된 지면시설물스캔데이터는 점군데이터 형식을 갖는다.

그리고, 베이스플레이트(11) 상부면 일측에는 위치측정센서(50)와 관성항법장치(60)가 설치되게 된다. 위치측정센서(50)는 GPS 수신기로 구성될 수 있으며, GPS위성신호를 수신하여 위치를 계산하게 된다.

또한, 관성항법장치(60)는 베이스플레이스 상부면 일측에 구비되어, 차량(1)의 각가속도, 가속도를 측량하고 시간에 대한 연속적인 적분을 수향하여 현재 위치와 속도, 진행방향을 계산하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 GPS수신기(50)는 지구상공에 배치되어 있는 다수의 위성으로부터 전송된 다양한 정보가 복합되어 있는 신호를 수신할 수 있는 수신기(50)를 사용하여 수신기가 구비된 차량(1)의 위치를 지구기준좌표계(terrestrial reference frame)에 기준하여 측정할 수 있도록 구현되어 있다. 또한, 관성항법장치(60)는 가속도계와 자이로스코프로 구성된 IMU(Inertial Measurement Unit)와 좌표계산을 위한 컴퓨터가 결합되어 구성될 수 있다. 이러한 관성항법장치(60)는 관성항법센서(61)와 관성항법보드(62)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 지하탐사센서(121)는 차량(1)의 후방 일측에 구비되어, 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하게 된다. 이러한 지하탐사센서(121)는 지하에 매설된 금속관로(가스관, 상수도관, 하수도관 등)를 탐지하게 되며, 위치측정센서(50)와(예를 들어, GPS VRS)와 연동되어 정밀좌표를 취득할 수 있으며, 매설관로의 심도를 측정할 수 있다. 구체적 실시예에서 이러한 지하탐사센서(121)는 Spar300 센서 2개로 구성될 수 있으며, 차량(1)의 후방에 탈부착되도록 구성될 수 있으며 좌우 상하 간격을 조절, 변경할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해 지하매설물인 금속관로의 3차원 위치정보를 취득(x, y, z)하게 된다.

거리측정센서(130)는 DMI(distance measurement instrument)로 구성되어, 차량(1)의 휠 일측에 장착되어 차량(1) 바퀴의 회전수를 통해 거리를 측정하게 된다.

그리고, 공간정보데이터 생성부는, 영상센서(40)에서 측정된 영상데이터와, 레이저스캐너(20)에서 취득한 레이저 스캔데이터와, 위치측정센서(50)에서 측정된 위치정보와, 관성항법장치(60)에서 취득한 정보와, 상기 지하탐사센서(121)에서 생성한 지하탐사데이터를 기반으로 지상 및 지하 3차원공간정보데이터를 생성하게 된다.

전체적으로, 영상센서(40)에서 취득한 영상데이터와 레이저 스캔데이터에서 획득한 스캔데이터(점군데이터)를 기반으로 지상 3차원 지형데이터를 생성하게 되고, 지하탐사센서(121)에서 취득한 지하탐사데이터를 지형데이터에 통합하여 3차원공간정보데이터를 생성하게 된다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 지하탐사장치에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템이 설치된 차량의 후면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지하탐사장치의 측면도를 도시한 것이다. 또한, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 비측정모드에서의 지하탐사장치의 정면도를 도시한 것이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 측정모드에서의 지하탐사장치의 정면도를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 지하탐사장치(120)는 차량의 후방에 설치되게 되며, 지지프레임(122)과, 가이드레일(123), 이동부재(124), 센서지지대(125), 지하탐사센서(121) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

지지프레임(122)이 차량(1)의 후방에 고정결합되게 되고, 지지프레임(122)의 후면 일측에는 길이방향이 횡방향인 가이드레일(123)이 결합되게 된다. 그리고, 이러한 가이드레일(123)의 양단 각각에는 가이드레일(123)의 길이방향을 따라 이동되는 이동부재(124)가 구비되게 된다.

그리고, 이러한 이동부재(124)의 끝단 각각에는 길이방향이 종방향인 센서지지대(125)가 결합되게 된다. 그리고, 센서지지대(125) 각각에는 지하탐사센서가 탈부착 가능하도록 구비되게 된다. 따라서 구동수단에 의해 이동부재(124)가 가이드레일(123)을 따라 이동될 수 있어, 한 쌍의 지하탐사센서(121) 간의 거리를 변경할 수 있게 된다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 비측정모드에서는 이동부재(124) 각각이 중심축으로 이동되며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 비측정모드에서는 이동부재(124) 각각이 중심축 외측으로 이동되게 됨을 알 수 있다.

그리고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저스캐너(20)는 스캔데이터를 획득하여 공간정보데이터생성부(80)에 전송하며, 이러한 레이저스캐너(20)는 거리측정센서(130)로부터 트리거신호(예를 들어, 2mm 거리 트리거신호)를 받게 된다. 그리고, 거리측정센서(130)는 측정된 거리 및 속도데이터를 공간정보데이터생성부(80)로 전송하며, 관성항법보드(62)(INS 보드)에 트리거신호(예를 들어, 1mm 거리 트리거신호)를 전송하고, 관성항법센서(61)(INS 센서)에 트리거신호(예를 들어, 2mm 거리 트리거신호)를 전송하고, 영상센서(40)에 트리거신호(예를 들어, 5000mm 거리 트리거신호)를 전송하게 된다.

영상센서(40)는 측정된 영상데이터를 공간정보데이터생성부(80)에 전송하며, 위치측정센서(50)(GPS수신기)는 위치측정데이터를 관성항법센서(61)에 전송하고, 관성항법센서(61)는 측정된 데이터를 관성항법보드(62)에 전송하게 된다.

관성항법보드(62)는 지하탐사센서(121)에서 측정된 지하탐사데이터와, 위치측정데이터에 기반한 관성항법센서(61)는 측정된 데이터를 동기화하여 관성항법 데이터(INS 데이터, x, y, z, roll, pitch, yaw)를 공간정보데이터생성부(80)에 전송하게 된다.

그리고, 디스플레이부(70)는 공간정보데이터생성부(80)에서 생성된 지하매설물 3차원 공간정보데이터를 디스플레이하게 된다. 또한, 분석수단(90)은 지하매설물 3차원 공간정보데이터를 기반으로 지상 및 지하기하구조를 분석하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 데이터베이스(110)를 포함하여, 지하매설물 3차원 공간정보데이터와 분석수단(90)에 의해 분석된 분석데이터를 저장하여 데이터베이스화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템(100)의 각종센서가 부착된 베이스플레이트(11)의 측면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 작동상태를 나타낸 CCD카메라, 지지봉, 절첩수단의 측면도를 도시한 것이다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 지지봉(35)은 베이스 플레이트(11)와 영상센서(40)를 연결하고 있음을 알 수 있다. 그리고, 절첩수단(30)은 지지봉(35)을 상하로 회전시켜, 지지봉(35)과 영상센서(40)를 일체로 절첩시키게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 절첩수단(30)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 베이스플레이트(11) 상부면 일측에 구비되는 지지판(31)과, 지지봉(35)의 하단에 결합되며 지지판(31)과 힌지결합되는 절첩부재(32), 그리고, 일단은 베이스플레이트(11) 상부면에 고정되고, 타단은 지지봉(35) 일측에 고정되어, 지지봉(35)과, 영상센서(40) 및 절첩부재(32)를 일체로 힌지(33)를 기준으로 회전구동하는 구동수단을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 구동수단은 유압실린더(34)로 구성될 수 있다. 또한, 제어부는 이러한 유압실린더(34)의 구동을 제어하게 된다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1레이저스캐너(21)의 상부 측면에 레이저센서(23)가 장착되고, 제1회전수단에 의해 이러한 레이저센서(23)를 제1레이저스캐너(21)의 길이방향을 기준으로 회전시키면서, 지면을 스캔하게 된다. 또한, 구체적 실시예에서는 제1레이저스캐너(21)의 길이방향과 베이스플레이트(11)의 평면방향이 약 60°각도를 가지며, 각도 조절수단을 구비하여 이러한 각도가 조절되도록 구성될 수도 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2레이저스캐너(22)의 상부 측면에 레이저센서(23)가 장착되고, 제2회전수단에 의해 이러한 레이저센서(23)를 제2레이저스캐너(22)의 길이방향을 기준으로 회전시키면서, 지면 시설물을 스캔하게 된다. 또한, 구체적 실시예에서는 제2레이저스캐너(22)의 길이방향과 베이스플레이트(11)의 평면방향이 약 50°각도를 가지며, 각도 조절수단을 구비하여 이러한 각도가 조절되도록 구성될 수도 있다.

또한, 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 제1레이저스캐너(21)에 의해 획득된 지면스캔데이터와 제2레이저스캐너(22)에서 획득된 지면시설물스캔데이터는 점군데이터 형식을 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템(100)은 데이터획득모드와 데이터비획득모드에서 영상센서(40)의 위치가 변경되게 됨을 알 수 있다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 데이터비획득모드에서 데이터획득모드로 전환하고자 하는 경우, 제어부가 유압실린더(34)로 구성된 구동수단을 구동시켜, 지지봉(35)의 길이방향이 지면에 수직이 되도록, 지지봉(35)과 영상센서(40) 및 절첩부재(32)를 일체로 힌지(33)를 기준으로 회전구동하게 된다.

유압실린더(34)로 구성된 구동수단에 의해 지지봉(35)과 영상센서(40) 및 절첩부재(32)가 힌지(33)를 기준으로 상측으로 회전되어 지지봉(35)의 길이방향이 지면에 수직이 되도록 위치하게 되면, 데이터 획득을 시작하게 된다.

즉, 영상센서(40)가, 이동되는 차량(1)을 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하고, 베이스플레이트(11) 상부면 일측에 구비된 레이저 스캐너(20)가 차량(1)의 이동에 따라 레이저 스캔데이터를 취득하게 된다.

또한, 위치측정센서(50)가 GPS위성신호를 수신하여 위치를 계산하고, 관성항법장치(60)가 이동체의 각가속도, 가속도를 측량하고 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재 위치와 속도, 진행방향을 계산하게 된다.

그리고, 데이터 획득모드에서, 데이터 비획득모드로 전환하게 되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 위치측정센서(50)와, 영상센서(40), 레이저스캐너(20)의 데이터 취득을 중단하고, 제어부가 유압실린더(34)로 구성된 구동수단을 구동시켜, 지지봉(35)의 길이방향이 지면에 평행이 되도록, 지지봉(35)과, 영상센서(40) 및 절첩부재(32)를 일체로 힌지(33)를 기준으로 회전구동하게 된다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이부(70)에서 디스플레이되는 구글 맵 연동창(주행궤적 확인)(좌측) 및 전방위 영상 표출 및 점군데이터 표출 창을 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이부(70)는 지하매설물 3차원 공간정보데이터와 구글맵 지도를 연동하여 디스플레이 할 수 있으며, 점군표출거리를 조절할 수 있고 지점이동 및 연속주향 이미지 저장 및 점군 내보내기 기능등을 수행할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따라 점군데이터 거리별(도 10a(10m), 도 10b(30m)) 표출기능을 나타낸 디스플레이 창을 도시한 것이다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 점군 데이터 거리별 표출이 가능함을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 위치좌표 및 거리 측정기능을 나타낸 디스플레이 창을 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 분석수단(90)은 위치좌표와 거리에 대한 분석데이터를 생성할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 영상 내 지점을 클릭 선택하여 위치정보를 확인하고 선택한 지점간의 거리를 분석할 수 있게 된다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 점군 데이터 내보내기 기능을 나타낸 디스플레이 창을 도시한 것이다. 그리고, 도 13a는 본 발명의 일실시예에 따른 계측데이터 내보내기 기능을 나타낸 디스플레이 창을 도시한 것이다. 도 12 및 도 13a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 점군데이터, 영상데이터, 분석데이터, 지하매설물 3차원 공간정보데이터 등을 내보내기할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 주행도로 종단 곡선 추출데이터를 도시한 것이다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 분석수단(90)은 획득된 데이터로부터 주행도로 종단곡선을 추출할 수 있음을 알 수 있다.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 3차원 공간정보 데이터를 디스플레이한 창을 도시한 것이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(70)는 지형데이터와 지하탐사데이터를 통합한 지하매설물 3차원 공간정보데이터를 디스플레이하게 됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:차량
11:베이스플레이트
20:레이저스캐너
21:제1레이저스캐너
22:제2레이저스캐너
23:레이저센서
30:절첩수단
31:지지판
32:절첩부재
33:힌지
34:유압실린더
35:지지봉
40:영상센서
50:위치측정센서
60:관성항법장치
61:관성항법센서
62:관성항법보드
70:디스플레이부
80:공간정보데이터생성부
90:분석수단
100:지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템
110:데이터베이스
120:지하탐사장치
121지하탐사센서
122:지지프레임
123:가이드레일
124:이동부재
125:센서지지대
130:거리측정센서

Claims (10)

1. 3차원 지형데이터와, 지하탐사데이터를 통합한 모바일 매핑시스템에 있어서,
   이동체의 상부측에 고정 창작되는 베이스플레이트;
   상기 이동체를 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하는 영상센서;
   상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 상기 이동체의 이동에 따라 레이저 스캔데이터를 취득하는 레이저스캐너;
   상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 위치를 계산하는 위치측정센서;
   상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되어, 상기 이동체의 각가속도, 가속도를 측량하고 시간에 대한 연속적인 적분을 수행하여 현재 위치와 속도, 진행방향을 계산하는 관성항법장치;
   상기 이동체 일측에 구비되어, 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 지하탐사장치; 및
   상기 영상센서에서 측정된 영상데이터와, 상기 레이저스캐너에서 취득한 레이저 스캔데이터와, 상기 위치측정센서에서 측정된 위치정보와, 상기 관성항법장치에서 취득한 정보와, 상기 지하탐사장치에서 생성한 지하탐사데이터를 기반으로 지상 및 지하 3차원공간정보데이터를 생성하는 공간정보데이터 생성부;를 포함하고,
   상기 지하탐사장치는,
   이동체의 후방에 고정결합되는 지지프레임; 길이방향이 횡방향이고, 상기 지지프레임의 후면 일측에 결합되는 가이드레일; 상기 가이드레일의 양단 각각에 가이드레일의 길이방향을 따라 이동되는 한 쌍의 이동부재; 및 상기 한 쌍의 이동부재 각각의 끝단에 구비되어, 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 지하탐사센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 이동부재(124)의 끝단 각각에, 길이방향이 종방향인 센서지지대를 더 포함하고,
   상기 지하탐사센서는 상기 센서지지대 각각에 탈부착 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 이동부재가 상기 가이드레일을 따라 이동되도록 구동하는 구동수단과,
   비측정모드에서, 이동부재 각각이 중심축 측으로 이동되도록 하고, 비측정모드에서는 이동부재 각각이 중심축에서 외측으로 이동되도록 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 영상센서는 CCD카메라로 구성되고, 상기 CCD카메라는,
   상기 CCD카메라의 측면에 구비되어 이동체의 전, 후, 좌, 우 방향 각각을 촬상하는 복수의 측면 촬상부와, 상기 CCD 카메라의 상부에 구비되어 상부측 방향을 촬상하는 상부 촬상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 레이저 스캐너는,
   상기 이동체의 전방 하부측을 스캔하여 지면스캔데이터를 획득하는 제1레이저스캐너와, 상기 이동체의 전방 상부측을 스캔하여 지면 상에 위치한 지면시설물스캔데이터를 획득하는 제2레이저스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 베이스 플레이트와 상기 CCD카메라를 연결하는 지지봉; 및
   상기 지지봉을 상하로 회전시켜 절첩 구동시키는 절첩수단을 더 포함하고,
   상기 절첩수단은,
   상기 베이스플레이트 상부면 일측에 구비되는 지지판,
   상기 지지봉의 하단에 결합되며, 상기 지지판과 힌지결합되는 절첩부재; 및
   일단은 상기 베이스플레이트 상부면에 고정되고, 타단은 상기 지지봉 일측에 고정되어, 상기 지지봉과, 상기 CCD카메라 및 상기 절첩부재를 일체로 힌지를 기준으로 회전구동하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
8. 제 3항에 있어서,
   상기 공간정보데이터생성부에서 생성된 3차원 공간정보데이터를 디스플레이하는 디스플레이부; 및
   상기 3차원 공간정보데이터를 기반으로 지상 및 지하기하구조를 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 3차원 공간정보데이터와 상기 분석수단의 분석데이터를 저장하는 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 3차원 공간정보 구축을 위한 모바일 매핑 시스템.
   
10. 제 1항에 따른 모바일 매핑 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법에 있어서,
    영상센서가, 이동체를 기준으로 전,후, 좌, 우 방향을 바라보면서 영상데이터를 획득하고, 베이스플레이트 상부면 일측에 구비된 레이저 스캐너가 상기 이동체의 이동에 따라 레이저 스캔데이터를 취득하고, 지하탐사센서가 지하의 매설물을 탐지하여 지하탐사데이터를 생성하는 단계;
    공간정보데이터생성부가 상기 영상센서에서 획득한 영상데이터와, 상기 레이저스캐너에서 획득한 점군데이터와 상기 지하탐사센서가 획득한 지하탐사데이터를 기반으로 3차원 공간정보데이터를 생성하는 단계;
    디스플레이부가 상기 공간정보데이터생성부에서 생성된 3차원 공간정보데이터를 디스플레이하는 단계; 및
    분석수단이 상기 3차원 공간정보데이터를 기반으로 지상 및 지하 기하구조를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 매핑 시스템을 이용한 지하매설물 3차원 공간정보 구축방법.
    
    
    

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