KR102104304B1 - 굴삭기 전용 3d 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법 - Google Patents

굴삭기 전용 3d 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템은, 굴삭기의 본체에 구비되어 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치; 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기의 토공작업을 자동으로 수행할 수 있도록 원격제어하는 관제서버;를 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법{ Real-Time Modeling System and Method for Geo-Spatial Information Using 3D Scanner of Excavator}
본 발명은 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 굴삭기에 부착되는 복수개의 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설시공 현장에서의 토공작업은 사전에 작업 대상 구간의 지형을 파악하기 위해 장시간동안 측량작업을 실시하고, 이후에 현장에 투입될 건설장비의 규모, 장비의 종류, 및 공사 기간등을 계획하여 작업을 수행해 왔다.
그러나, 건설시공 현장에서의 토공작업 특성상 작업공정이 진행되면 해당지역에서의 지형지물이 변형되어 토공작업 대상지역의 지형정보에 대한 데이터를 유지하고 공유하는 것이 어려운 문제점이 있었다.
즉, 토공작업 특성상 작업계획 및 작업량 산출이 실시간으로 이루어지기 어렵기 때문에 각각의 공정단계별로 주기적인 지형정보에 대한 데이터 갱신작업이 필요하지만 현재 대부분의 건설현장에서는 주기적인 갱신작업이 현실적으로 쉽지 않을 뿐만 아니라 심지어 이러한 데이터 갱신작업에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 최근 들어 토공작업의 자동화에 많은 관심이 쏟아지고 있으며, 이러한 토공작업의 자동화를 위해서는 실시간으로 대상 지역의 지형구조를 파악해야 하고 그에 필요한 데이터를 구축하는 것이 필수적이 요소이다.
그러나, 현재까지 토공작업은 대부분 작업 중간 중간시에 필요할 때마다 측량을 하는 것이 일반적이기 때문에 측량 전후에는 작업중이라 하더라도 작업의 진행사항이나 오작업 여부등을 파악하기 힘든 문제점이 있다.
또한, 작업 중간에 실시하는 측량은 대부분 인력작업으로 진행되어 토공작업 자동화에 필요한 데이터를 확보하는 것과는 거리가 멀거나 확보하더라도 장시간 소요되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 근래에 들어와서 드론 등을 이용한 데이터 설비를 사용해 토공작업 지역의 지형정보를 측정하기 위한 시도가 빈번하게 일어나고 있으나, 현장에 투입된 건설장비등을 배제하다보니 정확한 정보를 얻기가 어렵고 지형정보 생성까지 매우 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 측량작업이 시작되면 해당지역에서의 건설장비들에 대한 작업을 중단시키기 때문에 자연발생적으로 토공작업의 생산성은 저하될 수 밖에 없으며, 또한, 이와 같이 측량작업으로 생성된 데이터는 현장에 대한 세밀한 지형정보 단위로 생산하기는 어렵고 대략적인 분석파악에 국한하여 사용되기 때문에 자동화 작업을 위한 데이터로 활용이 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 현실적이고도 적용이 가능한 토공작업에 관한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
공개특허공보 KR 10-1993-0021894호(공개일 1993.11.23.)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 복수개의 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링시스템은, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치; 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 3D지형정보 센싱장치는, 상기 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있는 위치 추정모듈; 상기 굴삭기 본체에 복수개 배치되어 상기 굴삭기 주변의 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔하여 생성할 수 있는 3D 스캐너 모듈; 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 데이터 통합모듈; 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 체적 연산 모듈; 상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 로컬 지형정보 생성모듈; 및 상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 데이터 전송모듈;을 구비할 수 있다.
상기 3D 스캐너 모듈은, 상기 굴삭기 본체의 붐대를 기준으로 좌우 양측에 한 쌍식 배치되어 누락되는 작업영역 없이 전체 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔할 수 있다.
상기 3D 스캐너 모듈은, 마운트; 상기 마운트의 상측으로 결합되는 원통형상의 스캐너 고정용 하부본체; 상기 스캐너 고정용 하부본체의 상단에 수평방향으로 회전가능하게 결합되고 부채꼴 형상의 지지패널을 구비하는 상부본체; 상기 하부본체의 내측 중심부에 수직으로 배치되어 상기 상부본체의 회전운동에 대한 구동력을 발생시키는 서보모터; 상기 서보모터의 회전력을 전달하는 타이밍풀리; 상기 타이밍풀리와 연동되어 상기 상부본체의 수평회전각도를 센싱하는 엔코더; 및 상기 지지패널에 장착되어 굴삭기의 작업구간에 대해 상하 수직방향으로 180도 범위의 스캐너센싱작업을 수행하는 레이저스캐너부;를 구비할 수 있다.
상기 3D 스캐너 모듈은, 상기 상부본체의 상측에서 상기 레이저 스캐너부를 커버하며 결합되는 외부케이스;를 더 구비할 수 있다.
상기 외부케이스는, 일측 세로로 상기 레이저 스캐너부의 레이저 신호가 주사 되기 위한 일자형 주사홀;을 구비할 수 있다.
상기 데이터통합모듈은, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.
상기 체적 연산 모듈은, 시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고, 상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링방법은, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치, 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비하는 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템에 의한 모델링방법에 있어서, 상기 굴삭기가 작업구간으로 위치 이동하는 제 1 단계; 상기 3D지형정보 센싱장치를 구성하는 위치 추정모듈에 의해 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득하여 토공작업전 지형정보에 필요한 기준정보를 갱신하는 제 2 단계; 상기 굴삭기가 작업구간에서 토공작업을 수행하는 제 3 단계; 상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계; 체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계; 상기 토공작업량이 목표한 단위작업량에 도달할 때까지 상기 제 3 단계 내지 제 5 단계를 반복수행하는 제 6 단계; 토공작업량이 목표 작업량에 도달하면 로컬 지형정보 생성모듈에 의해 상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 로컬 지형정보의 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 제 7 단계; 및 데이터 전송모듈에 의해 상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 제 8 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계는, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.
상기 체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계는, 시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고, 상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 복수개의 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공작업 자동화에 필수요소라 할 수 있는 작업현장의 지형정보를 실시간으로 취득함으로써 종래기술에 따른 측량작업에 의한 공사 중단 및 측량정보 처리시간 소요로 인한 비효율적인 작업요소를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공현장의 지형정보를 실시간으로 취득하고 분석할 수 있어 현재 토공작업 현장에서의 작업량에 대한 초과달성작업/미달성 작업 여부를 실시간으로 확인함으로써 작업의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공작업에 의해 변화되는 지형정보를 기존의 지형정보에 반영하여 실시간으로 갱신이 가능하기 때문에 건설공사 현장에서 수행되는 연관 작업에 활용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공작업에 대한 지형정보를 모두 데이터화하여 생성하기 때문에 다양한 목적의 자료로 활용할 수 있어 결과적으로 토공작업에 대한 자동화 시뮬레이션을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 종래에 사용하던 레이저 스캐너를 굴삭기 전용 3D스캐너 모듈에 적용이 가능하게 함으로써 제품단가를 줄이고 결과적으로 생산성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템의 전체구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3D지형정보 센싱장치를 개략적으로 설명하기 위한 블럭구성도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너 모듈을 설명하기 위한 사시도와 분해도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 굴삭기의 자세각정보를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 적용된 지형정보에 대한 데이터를 획득하는 기본알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 토공작업량을 산정하기 위한 점군데이터 통합방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 토공작업한 데이터 획득 및 알고리즘 적용을 통해 지형정보를 추출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 사전 지형지도와 작업 지형 지도를 이용하여 작업량을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템의 전체구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템은, 실시간 3D지형정보 센싱장치(100), 및 관제서버(200)를 구비할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)는, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있다.
또한, 상기 관제서버(200)는, 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영할 수 있다.
여기서, 본 발명의 핵심아이디어는, 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)를 이용하여 토공작업 자동화에 필수요소라 할 수 있는 작업현장의 지형정보를 실시간으로 취득하는 것으로서, 이로 인해, 종래기술에 따른 측량작업에 의한 공사 중단 및 측량정보 처리시간 소요로 인한 비효율적인 작업요소를 줄일 수 있으며, 토공작업 현장에서의 작업량에 대한 초과달성작업/미달성 작업 여부를 실시간으로 확인함으로써 작업의 생산성을 높일 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 기술적 특징부인 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 3D지형정보 센싱장치를 개략적으로 설명하기 위한 블럭구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D지형정보 센싱장치(100)는, 위치추정모듈(110), 3D 스캐너 모듈(120), 데이터 통합모듈(130), 체적 연산 모듈(140), 로컬 지형정보 생성모듈(150), 및 데이터 전송모듈(160)을 구비할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 위치추정모듈(110)은, 상기 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나(101)를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있다.
여기서, 상기 위치정보 자세각 정보를 획득하는 방법에 대한 상세한 설명은 후술하는 도 6에서 상술하기로 한다.
또한, 상기 3D 스캐너 모듈(120)은, 상기 굴삭기 본체에 복수개 배치되어 상기 굴삭기 주변의 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔하여 생성할 수 있다.
여기서, 상기 3D 스캐너 모듈(120)은, 종래기술에 따른 대부분의 2D 레이저 스캐너가 좌우 수평방향에 대해서는 180도로 회전반경이 크지만 상하 수직방향에 대해서는 선회하는 범위가 존재하지 않기 때문에, 이를 개선하여 레이저 스캐너의 주사방향을 굴삭기의 전방 방향에 대하여 90도 각도로 위치를 바꾼 다음, 전체 모듈의 하우징을 수평방향으로 360도 회전가능하게 구성함으로써 상하수직방향에 대해서도 180도 선회반경을 가지면서 360도 수평회전하게 할 수 있어 굴삭기 전용으로 사용할 수 있는 3D스캐너를 제공할 수 있다. 즉, 2D 스캐너를 이와 같은 방식으로 3D스캐너로 활용할 수 있게 만든 것이다.
따라서, 본 발명은, 종래에 사용하던 레이저 스캐너를 굴삭기 전용 3D스캐너 모듈에 적용이 가능하게 함으로써 제품단가를 줄이고 결과적으로 생산성을 높이는 효과가 있다.
또한, 상기 데이터 통합모듈(130)은, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합할 수 있다.
여기서, 상기 3D 스캐너 모듈(120)은, 상기 굴삭기 본체의 붐대를 기준으로 좌우 양측에 한 쌍식 배치되어 누락되는 작업영역 없이 전체 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔할 수 있다.
또한, 상기 체적 연산 모듈(140)은, 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산할 수 있고, 상기 로컬 지형정보 생성모듈(150)은, 상기 체적 연산 모듈(140)에서 연산한 토공작업량을 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 12 내지 도 15에 상술하기로 한다.
또한, 상기 데이터 전송모듈(160)은, 상기 로컬 지형정보 생성모듈(150)에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버(200)로 전송할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너 모듈을 설명하기 위한 사시도와 분해도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너 모듈은, 굴삭기 본체에 고정되기 위한 마운트(121), 상기 마운트(121)의 상측으로 결합되는 원통형상의 스캐너 고정용 하부본체(122), 상기 스캐너 고정용 하부본체(122)의 상단에 수평방향으로 회전가능하게 결합되고 분리가능한 부채꼴 형상의 지지패널(123a)을 구비하는 상부본체(123), 상기 하부본체(122)의 내측 중심부에 수직으로 배치되어 상기 상부본체(123)의 회전운동에 대한 구동력을 발생시키는 서보모터(124), 상기 서보모터(124)의 회전력을 전달하는 타이밍풀리(125), 상기 타이밍풀리(125)와 연동되어 상기 상부본체(123)의 수평회전각도를 센싱하는 엔코더(126), 및 상기 지지패널(123a)에 장착되어 굴삭기의 작업구간에 대해 상하 수직방향으로 180도 범위의 스캐너센싱작업을 수행하는 레이저스캐너부(127)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 3D스캐너 모듈(120)은, 상기 상부본체(123)의 상측에서 상기 레이저 스캐너부(127)를 커버하며 결합되는 외부케이스(129)를 더 구비할 수 있으며, 상기 외부케이스(129), 일측 세로로 상기 레이저 스캐너부(127)의 레이저 신호가 주사 되기 위한 일자형 주사홀(129a)를 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법은, 앞서 도 1 내지 도 4에서 상술한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템을 사용한 것으로서, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치(100), 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버(200)를 구비하는 것을 전제로하며, 이에 대한 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법은, 작업 위치 이동단계(S10), 자세정보 갱신단계(S20), 토공작업단계(S30), 3D스캔데이터 통합단계(S40), 작업량 계산단계(S50), 반복작업단계(S60), 로컬지형정보 생성 및 갱신 단계(S70), 및 로컬지형정보 서버전송단계(S80)을 포함할 수 있다.
먼저, 상기 작업 위치 이동단계(S10)는, 상기 굴삭기가 작업구간으로 위치 이동하는 제 1 단계일 수 있다.
다음으로, 상기 자세정보 갱신단계(S20)는, 상기 3D지형정보 센싱장치(100)를 구성하는 위치 추정모듈(110)에 의해 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득하여 토공작업전 지형정보에 필요한 기준정보를 갱신하는 제 2 단계일 수 있다.
다음으로, 상기 토공작업단계(S30)는, 상기 굴삭기가 작업구간에서 토공작업을 수행하는 제 3 단계일 수 있다.
다음으로, 상기 3D스캔데이터 통합단계(S40)는, 상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈(130)에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계일 수 있다.
다음으로, 상기 작업량 계산단계(S50)는, 체적 연산 모듈(140)에 의해 상기 데이터 통합모듈(130)에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계일 수 있다.
다음으로, 상기 반복작업단계(S60)는, 상기 토공작업량이 목표한 단위작업량에 도달할 때까지 상기 제 3 단계 내지 제 5 단계를 반복수행하는 제 6 단계일 수 있다.
다음으로, 상기 로컬지형정보 생성 및 갱신 단계(S70)는, 상기 토공작업량이 목표 작업량에 도달하면 로컬 지형정보 생성모듈(150)에 의해 상기 체적 연산 모듈(140)에서 연산한 토공작업량을 로컬 지형정보의 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 제 7 단계일 수 있다.
마지막으로, 상기 로컬지형정보 서버전송단계(S80)는, 상기 데이터 전송모듈(160)에 의해 상기 로컬 지형정보 생성모듈(150)에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버(200)로 전송하는 제 8 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여, 도 6 내지 도 15를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 6은 굴삭기의 자세각정보를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 상기 제 2 단계에서, 굴삭기의 위치정보 및 자세정보를 갱신하기 위해서 위치 추정모듈(110)을 이용할 수 있는데, 이때, 상기 위치 추정모듈(110)은, 도 6b 에 도시된 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나(101)를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있다.
보다 상세하게는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 GPS 안테나, 즉 안테나 2개를 굴삭기 본체 에 고정시킨 후 굴삭기 중심 위치로 사용하는 안테나의 위치를 A, 자세각을 계산하기 위한 보조 안테나의 위치를 B로 사용하여 두 안테나에 측정된 좌표위치에서 두 위치점이 이루는 좌표상의 각도를 굴삭기의 자세각정보로 할 수 있다.
상기 굴삭기의 자세각에 대한 연산식은 하기의 [수학식 1]과 [수학식 2]와 같다.
[수학식 1] 두 점 사이의 거리 d=sqrt((x2-x1)^2 + (Y2-y1)^2)
[수학식 2] 두 점 사이의 각도 θ=acos((x2-x1)/d)
다음으로, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 적용된 지형정보에 대한 데이터를 획득하는 기본알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 앞서 상술한 3D 스캐너 모듈(120)을 이용한 지형정보를 분석하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따라 3D 스캐너 모듈(120)에 의해 획득하는 3D 점군데이터(3D Point Cloud Data)는 한 대에 초당 27,000개의 거리 데이터가 출력되며, 패닝 속도에 다라 전방 지형 영역의 거리 데이터는 수십만개 까지도 될 수 있다.
그렇기 때문에, 실시간으로 지형정보를 분석하기 위해서는 필요한 데이터의 개수를 줄이는 작업이 필요하며, 도 7와 같이, 측정된 데이터의 불필요한 부분, 예를 들어 굴삭기의 형상 및 지표면등을 제거하는 것이 필요하다.
즉, 지형정보의 대상범위(Region of Interest)외의 데이터를 제거하기 위하여 굴삭기 붐, 암, 버킷의 기구학에 의한 형상 및 불필요한 지표면등을 제거할 수 있다.
또한, 도 8에서와 같이, 획득한 점군데이터를 격자 데이터로 변경하는 과정이 필요한데, 이것은, 근거리 데이터의 밀도가 원거리 데이터의 밀도보다 훨씬 높기 때문에 대상 지형의 정보 균일화를 위하여 격자화 하여 3차원 지도를 작성하는 것이 필요하기 때문이다.
한편, 격자데이터를 구하는 방법은 격자 내에 존재하는 점군 데이터를 평균값으로 하는 방법, 중앙값을 사용하는 방법, 고도가 최저인 점 데이터를 사용하는 방법이 있으며, 본 발명의 실시예에서는 지형지도에서 최저값을 사용하는 방법을 적용하였다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 지형정보 생성을 위해, 도 9에서와 같이 격자데이터로부타 면 데이터를 생성하는 과정이 필요하며, 격자 데이터를 TIN(Triangulated Irregular Network, 부정삼각망)방법으로 망을 구성하면 도면과 같이 면데이터를 생성할 수 있다.
다음은, 도 10 내지 도 11을 참조하여, 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)로 스캔한 데이터를 통합하는 방법을 설명할 수 있다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 토공작업량을 산정하기 위한 점군데이터 통합방법을 설명하기 위한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 3D 스캐너 모듈(120)은 최소의 수량으로 3D 스캔데이터를 획득하기 위하여, 최적위치인 좌측 전방과, 우측 에 후방에 각각 하나씩 설치하여, 붐대에 가려 보이지 않는 지형도 스캔이 가능하게 할 수 있다.
이후에, 두 개의 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 3D 점군데이터는 도 11과 같이, 데이터 통합모듈(130)에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합할 수 있다.
이때, 상기 하나의 점군데이터로 통합하는 방법은, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 토공작업한 데이터 획득 및 알고리즘 적용을 통해 지형정보를 추출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 굴삭기 주변의 토공현장에서 지형정보를 취득하는 과정은 앞서, 도 7 내지 도 9에서 설명한 바와 같이, 도 12에 도시된 전처리 데이터를 도 13의 격자데이터로 변환하고, TIN에 의해 도 14의 메쉬 데이터를 생성하는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 사전 지형지도와 작업 지형 지도를 이용하여 작업량을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하여 체적 연산 모듈(140)에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 토공작업량을 연산하는 방법은, 시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고, 도면에 도시된 바와 같이, 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 점고법은, 사전 지형 지도 및 현재 작업 지형 지도를 같은 격자 간격의 격자 데이터로 변환 후 얻어진 두 격자 지도를 겹쳐 격자의 교점들에 대해 높이 차를 구하고 격자의 면적을 곱하여 총합을 구하는 방법으로, 도 15의 점고법은 사점 평균법을 나타내는 것으로 격자 교점의 모서리 높이의 평균을 구하는 방법이다.
또한, TIN분할 구적법은, 사전 지형 지도와 작업 지형 지도를 TIN으로 면 데이터를 작성하고 일정한 표고치의 기준면을 설정한 후 TIN의 수평면적과 TIN을 구성하는 교점들의 높이의 평균을 곱하여 적분하여 체적을 구하는 방법이다.
이 밖에도 도면에는 도시되지 않았으나, 체적을 구하는 방법으로 프리즈모이달법이 있으며, 상세하게는, 사전지형지도와 작업 지형지도를 TIN으로 면데이터를 작성하고 면 데이터의 모서리를 서로 다른 면데이터로 투영하여 새로운 선분을 생성하며, 각 면 데이터는 원래의 점들과 새로운 점들로 새로운 TIN데이터를 생성하여 높이 차를 구하여 각주공식(Prismoidal Formula)으로 체적을 구하여 적분하면 작업량을 계산할 수 있는 것으로, 가장 정확한 것으로 알려져 있으나 다른 방법에 비하여 복잡하다.
상기와 같이, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공작업 자동화에 필수요소라 할 수 있는 작업현장의 지형정보를 실시간으로 취득함으로써 종래기술에 따른 측량작업에 의한 공사 중단 및 측량정보 처리시간 소요로 인한 비효율적인 작업요소를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공현장의 지형정보를 실시간으로 취득하고 분석할 수 있어 현재 토공작업 현장에서의 작업량에 대한 초과달성작업/미달성 작업 여부를 실시간으로 확인함으로써 작업의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공작업에 의해 변화되는 지형정보를 기존의 지형정보에 반영하여 실시간으로 갱신이 가능하기 때문에 건설공사 현장에서 수행되는 연관 작업에 활용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 토공작업에 대한 지형정보를 모두 데이터화하여 생성하기 때문에 다양한 목적의 자료로 활용할 수 있어 결과적으로 토공작업에 대한 자동화 시뮬레이션을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 종래에 사용하던 레이저 스캐너를 굴삭기 전용 3D스캐너 모듈에 적용이 가능하게 함으로써 제품단가를 줄이고 결과적으로 생산성을 높이는 효과가 있다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
100 : 실시간 3D지형정보 센싱장치 101 : GPS안테나
110 : 위치추정모듈 120 : 3D 스캐너 모듈
121 : 마운트 122 : 하부본체
123 : 상부본체 124 : 서보모터
125 : 타이밍풀리 126 : 엔코더
127 : 레이저 스캐너부 129 : 외부케이스
130 : 데이터 통합모듈 140 : 체적 연산모듈
150 : 로컬 지형정보 생성 모듈 160 : 데이터 전송모듈
200 : 관제서버

Claims (11)

  1. 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치; 및
    상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비하고,
    상기 3D지형정보 센싱장치는,
    상기 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있는 위치 추정모듈;
    상기 굴삭기 본체에 복수개 배치되어 상기 굴삭기 주변의 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔하여 생성할 수 있는 3D 스캐너 모듈;
    상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 데이터 통합모듈;
    상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 체적 연산 모듈;
    상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 로컬 지형정보 생성모듈; 및
    상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 데이터 전송모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 3D 스캐너 모듈은,
    상기 굴삭기 본체의 붐대를 기준으로 좌우 양측에 한 쌍식 배치되어 누락되는 작업영역 없이 전체 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔할 수 있는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 3D 스캐너 모듈은,
    마운트;
    상기 마운트의 상측으로 결합되는 원통형상의 스캐너 고정용 하부본체;
    상기 스캐너 고정용 하부본체의 상단에 수평방향으로 회전가능하게 결합되고 부채꼴 형상의 지지패널을 구비하는 상부본체;
    상기 하부본체의 내측 중심부에 수직으로 배치되어 상기 상부본체의 회전운동에 대한 구동력을 발생시키는 서보모터;
    상기 서보모터의 회전력을 전달하는 타이밍풀리;
    상기 타이밍풀리와 연동되어 상기 상부본체의 수평회전각도를 센싱하는 엔코더; 및
    상기 지지패널에 장착되어 굴삭기의 작업구간에 대해 상하 수직방향으로 180도 범위의 스캐너센싱작업을 수행하는 레이저스캐너부;를 구비한 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 3D 스캐너 모듈은,
    상기 상부본체의 상측에서 상기 레이저 스캐너부를 커버하며 결합되는 외부케이스;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 외부케이스는,
    일측 세로로 상기 레이저 스캐너부의 레이저 신호가 주사 되기 위한 일자형 주사홀;을 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 데이터통합모듈은,
    상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 체적 연산 모듈은,
    시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고,
    상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
  9. 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치, 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비하는 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템에 의한 모델링방법에 있어서,
    상기 굴삭기가 작업구간으로 위치 이동하는 제 1 단계;
    상기 3D지형정보 센싱장치를 구성하는 위치 추정모듈에 의해 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득하여 토공작업전 지형정보에 필요한 기준정보를 갱신하는 제 2 단계;
    상기 굴삭기가 작업구간에서 토공작업을 수행하는 제 3 단계;
    상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계;
    체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계;
    상기 토공작업량이 목표한 단위작업량에 도달할 때까지 상기 제 3 단계 내지 제 5 단계를 반복수행하는 제 6 단계;
    토공작업량이 목표 작업량에 도달하면 로컬 지형정보 생성모듈에 의해 상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 로컬 지형정보의 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 제 7 단계; 및
    데이터 전송모듈에 의해 상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 제 8 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계는,
    상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계는,
    시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고,
    상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법.
KR1020180113741A 2018-09-21 2018-09-21 굴삭기 전용 3d 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법 KR102104304B1 (ko)

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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7165638B2 (ja) * 2019-09-25 2022-11-04 日立建機株式会社 作業機械
CN111985884A (zh) * 2020-06-12 2020-11-24 石家庄开发区天远科技有限公司 一种智能建机方法
CN111968219B (zh) * 2020-07-24 2023-08-08 上海讯罗信息科技有限公司 三维建模设备及方法
KR102291532B1 (ko) * 2020-12-31 2021-08-20 경북대학교 산학협력단 필터를 사용한 지형 정보 처리 장치 및 방법
KR102591562B1 (ko) * 2021-06-30 2023-10-18 한국교통대학교산학협력단 스캔 데이터 자동 분석 및 처리방법 및 스캔 데이터 자동 분석 및 처리시스템
CN113805581B (zh) * 2021-07-28 2024-02-27 中科云谷科技有限公司 用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置
CN113836629B (zh) * 2021-10-12 2024-03-26 浙江绿农生态环境有限公司 一种基于固废再利用的矿坑修复方法、系统及储存介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015043488A (ja) 2013-08-26 2015-03-05 清水建設株式会社 遠隔操作装置及びそれを用いた遠隔施工方法
JP2017071915A (ja) 2015-10-05 2017-04-13 株式会社小松製作所 施工管理システム及び施工管理方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH705152B1 (de) * 2010-02-23 2017-05-15 Israel Aerospace Ind Ltd System und Verfahren für den autonomen Betrieb einer Multitask-Erdbaumaschine.
KR20120004132A (ko) * 2010-07-06 2012-01-12 전자부품연구원 굴삭기 자동화 시스템 및 그 통합 관리 방법
KR20130021800A (ko) * 2011-08-24 2013-03-06 (주)하이드로 메틱스 자세 측정 센서와 주위 환경 정보 수집장치를 이용하여 자원 개발 로봇을 원격으로 조정하는 자원 개발 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015043488A (ja) 2013-08-26 2015-03-05 清水建設株式会社 遠隔操作装置及びそれを用いた遠隔施工方法
JP2017071915A (ja) 2015-10-05 2017-04-13 株式会社小松製作所 施工管理システム及び施工管理方法

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