KR102119242B1 - 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템 - Google Patents

무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

무인비행체인 드론(Drone)에 초분광 센서(Hyper-Spectral Sensor)를 탑재하여 도로 포장면의 초분광 데이터를 획득하고, 이러한 초분광 데이터의 분포특성을 분석하여 도로 포장면의 포장상태지수(Pavement Condition Index: PCI)를 측정함으로써 도로 포장면의 노후화 상태를 단시간에 조사할 수 있고, 또한, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용하여 다수의 도로 포장면의 노후화 상태를 조사함으로써 도로 포장면의 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있고, 이에 따라, 포장 조사의 효율성을 향상시킬 수 있는, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템이 제공된다.

Description

무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템{PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI) DETECTION SYSTEM USING HYPER-SPECTRAL SENSOR MOUNTED ON UNMANNED AIR VEHICLE}
본 발명은 포장상태지수 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 무인비행체인 드론(Drone)에 초분광 센서(Hyper-Spectral Sensor)를 탑재하여 도로 포장면의 초분광 데이터를 획득한 후, 이러한 초분광 데이터의 분포특성을 분석하여 도로 포장면의 포장상태지수(Pavement Condition Index: PCI)를 측정하는, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에 관한 것이다.
최근 포장공용 연수경과에 따른 기존 포장의 노후화가 급속히 진행되고 있는 실정이며, 이로 인하여 고속도로 및 국도의 노면에 발생되는 균열 역시 우려할 만한 수준에 이르고 있다. 특히, 최근 고속도로 및 국도포장에 대한 각종 신재료와 신공법이 활발하게 적용되고 있고, 이에 대한 현장 안전성의 검증이 반드시 필요한 실정이다.
현재 기존 고속도로 및 국도포장의 노후화 추세 및 신설포장의 증가 추세로 미루어 볼 때 도로 균열 분석장치는 도로 안전성 제고차원에서 개발이 추진되어야 한다. 그러나 국내에서 사용되고 있는 도로 균열 분석장치의 경우, 도로의 균열 상태를 정확하게 측정하지 못할 뿐만 아니라 국내에서 자체 생산한 장치가 아니기 때문에 장치를 유지 보수하는 데 어려움이 많았다.
또한, 도로 노후화에 따라 덧씌우기 등 도로 보수비는 90년대에는 급격히 증가하였다가 2000년대에 들어서는 완만한 증가세를 보이고 있지만, 실제 도로포장에 사용되는 포장도 보수 비율은 오히려 감소하고 있는 추세였다가 2010년 이후 차츰 증가하고 있는 추세에 있다.
또한, 고속도로, 공항 활주로 등의 산업 시설의 노면 포장은 시간 및 환경에 따라 균열이 발생할 수 있어 기존의 포장 시설에 대한 유지 및 관리 방안이 중요한 관심 사안이 되고 있다.
종래에는 포장 시설의 균열을 신뢰성 있게 측정할 수 있는 방안이 강구되지 못하여, 균열 검사 분야에 경험이 뛰어난 특정 조사자가 포장 시설을 육안으로 확인한 후, 해당 포장도로를 '양호한 상태', '보통상태', '파손된 상태' 등으로 구별하는 방식을 취하였다. 그러나 이러한 방식은 균열 검출의 객관성이 결여될 수밖에 없어서, 포장 시설을 체계적으로 통합적으로 관리하는데 어려움을 겪고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-298601호에는 "포장균열 측정 및 분석시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 포장 균열 측정 및 분석시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 포장 균열 측정 및 분석시스템의 경우, 차량(11)의 상부에는 후방으로 소정 길이(L1)만큼 돌출된 지지대(12)가 장착되어 있고, 이 지지대(12)의 단부에는 진행하는 차량(11)의 후방 노면(13)을 촬영할 수 있도록 하부 방향을 향하도록 디지털 카메라(14)가 장착되어 있다.
여기서, 차량(11)의 후방 상부로부터 디지털 카메라(14)가 설치된 곳까지의 지지대(12)의 길이(L1)는 대략 100㎝이고, 지지대(12)의 상단에 설치된 디지털 카메라(14)의 최하단으로부터 노면(13)까지의 길이(L4)는 200㎝, 디지털 카메라(14)에 의해 촬영되는 노면(13)의 촬영 넓이(L3)는 400㎝일 수 있다.
디지털 카메라(14)에 의해 촬영된 노면(13)에 대한 영상은 MPEG 엔코더(17)와 이미지 보드(15)에 전송되도록 연결되어 있고, 이 MPEG 엔코더(17)는 MPEG 엔코더(17)에 의해 압축된 영상이 저장매체(18)에 저장되도록 녹음 메커니즘에 공급되도록 연결되어 있다.
또한, 디지털 카메라(14)로부터 노면에 대한 영상을 전송 받은 이미지 보드(15)는 노면에 대한 영상 중 균열이 발생된 영상의 프레임만을 분절하여 전송할 수 있도록 이미지 프로세서(16)에 연결되어 있고, 균열이 발생된 영상을 분석하는 이미지 프로세서(16)에는 분석된 결과를 표시하는 모니터(19)가 연결되어 있다.
구체적으로, 종래의 기술에 따른 포장 균열 측정 및 분석시스템에 따르면, 차량의 후방에 설치된 디지털 카메라를 통해 노면으로부터 균열을 스캐닝하고, 스캐닝되는 노면 영상 중 균열을 갖는 영상만을 프레임 단위로 분절하여 균열 상태를 분석하는 방식으로서, 노면에 발생된 균열 상태를 분석한 분석 데이터를 포장 유지 관리시스템에 제공하여 노면에 형성된 균열에 따라 고속도로나 국도 등을 정확하게 유지 보수할 수 있다.
종래의 기술에 따르면, 도로포장 조사차량을 이용하여 전국 도로를 순차적으로 시행하여 동일 지점에 대한 조사는 3년 주기로 조사가 수행되며, 이러한 도로포장 조사차량을 이용하여 한 개 차로씩 모든 차로에 걸쳐 도로면의 노후화 상태, 예를 들면, 균열, 평탄성 등을 조사하고 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 도로포장 조사차량을 이용하여 차로별로 현장 데이터를 수집하고 수집한 데이터를 인력에 의해 분석하는 방식으로 수행됨으로써 조사업무시간이 과다하게 소요되는 비효율성을 초래하고 있다.
또한, 현행 포장 조사는 일반국도의 경우, 조사차량을 이용하여 3년마다 차로별로 조사를 수행하고 있는데, 특히, 재포장이 이루어져 포장상태가 양호한 지역에도 정해진 일정에 따라 조사를 수행하는 방식이기 때문에 불필요한 조사기간이 과다 소요되는 단점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1636650호(출원일: 2015년 5월 4일), 발명의 명칭: "공항 콘크리트 포장상태지수 분석장치 및 그것을 이용한 콘크리트 포장상태지수 분석 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1812566호(출원일: 2016년 8월 26일), 발명의 명칭: "도로포장 파손 위험도 예측 방법 및 예측 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1394244호(출원일: 2013년 12월 12일), 발명의 명칭: "다중영상 취득장치 및 이를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1339399호(출원일: 2011년 11월 28일), 발명의 명칭: "공항 포장상태정보 제공장치 및 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-298601호(출원일: 1999년 2월 25일), 발명의 명칭: "포장균열 측정 및 분석시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1619836호(출원일: 2016년 2월 5일), 발명의 명칭: "드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-333781호(출원일: 2000년 1월 3일), 발명의 명칭: "노면 종·횡단 요철 자동 측정시스템"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무인비행체인 드론에 초분광 센서를 탑재하여 도로 포장면의 초분광 데이터를 획득하고, 이러한 초분광 데이터의 분포특성을 분석하여 도로 포장면의 포장상태지수(Pavement Condition Index: PCI)를 측정함으로써 도로 포장면의 노후화 상태를 조사할 수 있는, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용하여 도로 포장면의 노후화 상태를 조사함으로써 도로 포장면의 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있는, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템은, 초분광 센서가 도로 포장면을 촬영할 수 있도록 비행궤도를 따라 도로 포장면에 접근하도록 비행하는 무인비행체; 상기 도로 포장면에 대한 초분광 데이터를 획득할 수 있도록 상기 무인비행체에 탑재되어 도로 포장면을 촬영하는 초분광 센서; 상기 무인비행체에 탑재된 초분광 센서가 촬영한 초분광 데이터를 수집하는 초분광 데이터 수집부; 상기 초분광 데이터 수집부가 수집한 초분광 데이터로부터 초분광 파장대역 반사율의 비율에 따라 상기 도로 포장면의 분광분포특성 대푯값을 선정하는 분광분포특성 대푯값 선정부; 상기 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도를 작성하고, 상관모형인 회귀식을 도출하는 상관모형 구축부; 상기 상관모형 구축부에서 도출한 회귀식과 상기 무인비행체를 활용하여 수집한 초분광 분포특성 대푯값을 이용하여 포장상태지수를 추정하는 포장상태지수 추정부; 및 상기 도로 포장면의 포장상태지수에 따라 다수의 도로 포장면에 대한 포장 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있도록 상기 포장상태지수를 가시화하여 표시하는 포장상태지수 가시화부를 포함하되, 상기 상관모형 구축부는, 상기 분광분포특성 대푯값 선정부에서 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도를 작성하는 분광분포 산포도 작성부; 상기 포장상태지수 측정값과 분광분포특성 대푯값을 저장하는 데이터베이스; 및 상기 분광분포 산포도 작성부가 작성한 산포도에 따라 포장상태지수를 종속변수로 하고, 무인비행체를 활용하여 측정한 분광분포특성 대푯값을 독립변수로 하는 상관분석을 통해 상관모형인 회귀식을 도출하는 상관모형 도출부를 포함하며; 그리고 상기 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 통해 전체 차로에 대한 도로 포장면의 노후화 상태를 한 번에 조사하고, 상기 추정된 포장상태지수에 따라 도로 포장면의 노후화 상태를 파악하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 초분광 센서가 획득하는 초분광 데이터는 연속적이고 좁은 파장영역으로 수십에서 수백 개의 분광밴드를 갖는 영상일 수 있다.
여기서, 상기 분광분포특성 대푯값 선정부는 400∼500㎚와 800∼900㎚ 및/또는 2100∼2200㎚와 2300∼2400㎚의 초분광 파장대역 반사율의 비율을 활용하여 도로 포장면의 분광분포특성 대푯값을 선정할 수 있다.
삭제
여기서, 상기 분광분포 산포도 작성부에서 포장상태지수 기준값은 노면조사차량 및 인력식 조사를 통해 얻은 값일 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템은, 상기 무인비행체의 출동과 복귀, 비행, 충전, 도로 포장면 인식 및 도로 포장면 영상 촬영을 원격 지시하는 무인비행체 비행 및 조종 단말을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무인비행체는, 무인비행체 비행 및 조종 단말로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 초분광 센서에 의해 촬영된 초분광 데이터를 전송하는 무선통신모듈; 상기 무선통신모듈을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛을 제어하고, 상기 초분광 센서의 구동을 제어하며, 상기 초분광 센서로부터 촬영된 초분광 데이터를 상기 무선통신모듈을 통해 전송하는 것을 제어하는 제어부; 상기 초분광 센서에 의해 촬영된 도로 포장면에 대한 초분광 데이터를 저장하는 메모리; 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체를 비행시키도록 상기 제어부의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛; 및 상기 무선통신모듈, 제어부, 메모리, 비행 유닛 및 초분광 센서에 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.
삭제
본 발명에 따르면, 무인비행체인 드론에 초분광 센서를 탑재하여 도로 포장면의 초분광 데이터를 획득하고, 이러한 초분광 데이터의 분포특성을 분석하여 도로 포장면의 포장상태지수(Pavement Condition Index: PCI)를 측정함으로써 도로 포장면의 노후화 상태를 단시간에 조사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용하여 도로 포장면의 노후화 상태를 조사함으로써 도로 포장면의 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있고, 이에 따라, 포장 조사의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 포장 균열 측정 및 분석시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 분광분포 및 상관모형을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 초분광 센서가 탑재된 무인비행체를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 상관모형 구축을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 초분광 센서에 의해 측정된 초분광 영상을 예시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 도 6에 도시된 초분광 영상에 대한 분광분포 및 상관모형을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 포장상태지수 측정 결과를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 포장상태지수를 가시화하여 포장 덧씌우기 우선순위를 선정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[무인비행체에 탑재된 초분광센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템(100)]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템의 구성도이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 분광분포 및 상관모형을 예시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템(100)은, 무인비행체(110), 초분광 센서(Hyper Spectral Sensor: 120), 초분광 데이터 수집부(130), 분광분포특성 대푯값 선정부(140), 상관모형 구축부(150), 포장상태지수(PCI) 추정부(160), 포장상태지수(PCI) 가시화부(170) 및 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)을 포함한다. 이때, 상기 초분광 데이터 수집부(130), 분광분포특성 대푯값 선정부(140), 상관모형 구축부(150), 포장상태지수(PCI) 추정부(160) 및 포장상태지수(PCI) 가시화부(170)는 하나의 관리자 단말로 구현될 수 있다.
무인비행체(110), 예를 들면, 드론(Drone)은 초분광 센서(120)가 도로 포장면(200)을 촬영할 수 있도록 비행궤도를 따라 도로 포장면(200)에 접근하도록 비행한다.
무인비행체 비행 및 조종 단말(180)은 상기 무인비행체(110)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 도로 포장면 인식 및 도로 포장면 영상 촬영을 원격 지시한다. 이때, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)은 무인비행체(110)의 출동 및 복귀, 비행, 충전, 도로 포장면 인식, 도로 포장면 영상 촬영을 원격 지시할 수 있는 각각의 알고리즘과 프로세서가 탑재되어 있다. 따라서 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)의 명령으로 출동한 무인비행체(110)는 상기 도로 포장면(200)에 근접하도록 비행한다.
초분광 센서(120)는 도로 포장면(200)에 대한 초분광 영상을 획득할 수 있도록 상기 무인비행체(110)에 탑재되어 도로 포장면(200)을 촬영한다. 구체적으로, 상기 초분광 센서(120)는 영상을 구성하는 각 화소에 해당하는 지표물의 연속적이고 완전한 분광정보를 취득하는 장비로서, 일반적인 디지털항공사진은 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue)에 해당하는 파장영역만을 취득하여 컬러영상으로 가시화화지만, 상기 초분광 센서(120)의 초분광 데이터는 연속적이고 좁은 파장영역으로 수십에서 수백 개의 분광밴드를 갖는 영상일 수 있다.
초분광 데이터 수집부(130)는 상기 무인비행체(110)에 탑재된 초분광 센서(120)가 촬영한 초분광 데이터를 수집한다.
분광분포특성 대푯값 선정부(140)는 상기 초분광 데이터 수집부(130)가 수집한 초분광 데이터로부터 초분광 파장대역 반사율의 비율에 따라 상기 도로 포장면(200)의 분광분포특성 대푯값을 선정한다. 이때, 상기 분광분포특성 대푯값 선정부(140)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 400∼500㎚와 800∼900㎚ 및/또는 2100∼2200㎚와 2300∼2400㎚의 초분광 파장대역 반사율의 비율을 활용하여 도로 포장면(200)의 분광분포특성 대푯값을 선정할 수 있다.
상관모형 구축부(150)는 상기 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도(plotting)를 작성하고, 상관모형인 회귀식을 도출한다. 구체적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 작성된 분광분포특성 산포도에 따라 포장상태지수(PCI)를 종속변수(y)로 하고, 무인비행체(110)를 활용하여 측정한 분광분포특성 대푯값을 독립변수(x)로 하는 상관분석을 통해 상관모형인 회귀식을 도출할 수 있다.
포장상태지수(PCI) 추정부(160)는 상기 상관모형 구축부(150)에서 도출한 회귀식과 상기 무인비행체(110)를 활용하여 수집한 초분광 분포특성 대푯값을 이용하여 포장상태지수(PCI)를 추정한다.
포장상태지수(PCI) 가시화부(170)는 상기 도로 포장면(200)의 포장상태지수(PCI)에 따라 다수의 도로 포장면(200)에 대한 포장 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있도록 상기 포장상태지수(PCI)를 가시화하여 표시한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템은, 상기 무인비행체(110)에 탑재된 초분광 센서(120)를 통해 전체 차로에 대한 도로 포장면(200)의 노후화 상태를 한 번에 조사하고, 상기 추정된 포장상태지수(PCI)에 따라 도로 포장면(200)의 노후화 상태를 파악할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 초분광 센서가 탑재된 무인비행체를 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 4의 a)는 드론의 구성도이고, 도 4의 b)는 드론을 예시하는 사진이다.
도 4의 a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 무인비행체(110)는 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행유닛(114) 및 배터리(115)를 포함하며, 도 4의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 무인비행체(110)는 무인비행체 본체, 프로펠러 모터, 프로펠러 및 착륙 지지대 등을 포함할 수 있다.
초분광 센서(120)는 상기 무인비행체(110) 내에 회전 가능하도록 장착되어 도로 포장면(200)을 촬영하여 초분광 데이터를 획득한다.
무선통신모듈(111)은 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 초분광 센서(120)에 의해 촬영된 초분광 데이터를 전송한다.
제어부(112)는 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 초분광 센서(120)의 구동을 제어하며, 상기 초분광 센서(120)로부터 촬영된 초분광 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 전송하는 것을 제어하도록 MCU로 구현되며, 메모리(113)는 상기 초분광 센서(120)에 의해 촬영된 초분광 데이터를 저장한다.
비행 유닛(114)은 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)로부터 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체(110)를 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동된다.
배터리(115)는 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행 유닛(114) 및 초분광 센서(120)에 전원을 공급한다.
무인비행체 비행 및 조종 단말(180)은 상기 무인비행체(110)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 도로 포장면 인식 및 영상촬영을 원격 지시한다. 이때, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)은 무인비행체(110)의 출동 및 복귀, 비행, 충전, 도로 포장면 인식, 도로 포장면 영상 촬영을 지시할 수 있는 알고리즘과 프로세서가 탑재되어 있다.
따라서 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)의 명령으로 출동한 무인비행체(110)는 비행궤도를 따라 상기 도로 포장면(200)에 근접하도록 비행하며, 초분광 센서(120)가 상기 도로 포장면(200)의 이상 유무를 확인하도록 초분광 영상을 촬영한다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 상관모형 구축을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 상관모형 구축부(150)는 분광분포 산포도 작성부(151), 데이터베이스(DB: 152) 및 상관모형 도출부(153)를 포함할 수 있다.
분광분포 산포도 작성부(151)는 상기 분광분포특성 대푯값 선정부(140)에서 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도(plotting)를 작성한다.
데이터베이스(DB: 152)는 상기 포장상태지수(PCI) 측정값과 분광분포특성 대푯값을 저장한다.
상관모형 도출부(153)는 상기 분광분포 산포도 작성부(151)가 작성한 산포도에 따라 포장상태지수(PCI)를 종속변수(y)로 하고, 무인비행체(110)를 활용하여 측정한 분광분포특성 대푯값을 독립변수(x)로 하는 상관분석을 통해 상관모형인 회귀식을 도출하며, 여기서, 상기 분광분포 산포도 작성부(151)에서 포장상태지수 기준값은 노면조사차량 및 인력식 조사를 통해 얻은 값일 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 초분광 센서에 의해 측정된 초분광 영상을 예시하는 도면이고, 도 7a 및 도 7b는 각각 도 6에 도시된 초분광 영상에 대한 분광분포 및 상관모형을 예시하는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 초분광 센서에 의해 측정된 초분광 영상은, 제1 내지 제4 Surface Spectra일 수 있고, 구체적으로 도 6의 a)에 도시된 포장 양호(Good Pavement), 도 6의 b)에 도시된 오래된 균열 실링(Old Crack Seal), 도 6의 c)에 도시된 신규 균열 실링(New Crack Seal) 및 도 6의 d)에 도시된 균열 실링(Crack Seal)으로 구분될 수 있으며, 제1 내지 제4 Surface Spectra의 순서대로 불량해질 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 Surface Spectra에 대응하여, 도 7a에 도시된 바와 같이, 400∼500㎚와 800∼900㎚ 및/또는 2100∼2200㎚와 2300∼2400㎚의 초분광 파장대역 반사율의 비율을 활용하여 도로 포장면(200)의 분광분포특성 대푯값을 선정할 수 있다. 여기서, 400∼500㎚ 파장대역은 해당 대역(band)의 어떠한 값도 활용할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 상기 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도(plotting)를 작성하고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 작성된 분광분포특성 산포도에 따라 포장상태지수(PCI)를 종속변수(y)로 하고, 무인비행체(110)를 활용하여 측정한 분광분포특성 대푯값을 독립변수(x)로 하는 상관분석을 통해 상관모형인 회귀식을 도출할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 포장상태지수 측정 결과를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서, 포장상태지수(PCI) 추정부(160)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 상관모형 구축부(150)에서 도출한 회귀식과 상기 무인비행체(110)를 활용하여 수집한 초분광 분포특성 대푯값을 이용하여 포장상태지수(PCI)를 추정할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서 포장상태지수를 가시화하여 포장 덧씌우기 우선순위를 선정하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템에서, 포장상태지수(PCI) 가시화부(170)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 도로 포장면(200)의 포장상태지수(PCI)에 따라 다수의 도로 포장면(200)에 대한 포장 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있도록 상기 포장상태지수(PCI)를 가시화하여 표시한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템의 경우, 무인비행체를 활용하여 도로 포장면을 조삼함으로써 기존 조사방식의 조사시간에 비해 1/15 정도가 소요되고, 또한, 무인비행체를 이용하여 다각화 및 고도화가 가능하다.
[무인비행체에 탑재된 초분광 센서(120)를 활용한 포장상태지수 측정 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 방법의 동작흐름도이다.
도10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 방법은, 먼저, 무인비행체(110) 상에 초분광 센서(120)를 탑재한다(S110).
다음으로, 상기 무인비행체(110)의 비행궤도를 따라 상기 초분광 센서(120)가 도로 포장면(200)을 촬영하여 초분광 데이터를 획득한다(S120). 이때, 상기 초분광 센서(120)가 획득하는 초분광 데이터는 연속적이고 좁은 파장영역으로 수십에서 수백 개의 분광밴드를 갖는 영상일 수 있다.
다음으로, 관리자 단말이 상기 무인비행체(110)로부터 상기 초분광 데이터를 수집한다(S130).
다음으로, 상기 초분광 데이터의 분광분포특성 대푯값을 선정한다(S140). 예를 들면, 400∼500㎚와 800∼900㎚ 및/또는 2100∼2200㎚와 2300∼2400㎚의 초분광 파장대역 반사율의 비율을 활용하여 도로 포장면(200)의 분광분포특성 대푯값을 선정할 수 있다.
다음으로, 포장상태지수(PCI) 및 분광분포특성 대푯값에 대한 상관모형인 회귀식을 도출한다(S150). 구체적으로, 상기 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도(plotting)를 작성하고, 상기 산포도에 따라 포장상태지수(PCI)를 종속변수(y)로 하고, 무인비행체(110)를 활용하여 측정한 분광분포특성 대푯값을 독립변수(x)로 하는 상관분석을 통해 상관모형인 회귀식을 도출하고, 여기서, 상기 포장상태지수 기준값은 노면조사차량 및 인력식 조사를 통해 얻은 값일 수 있다.
다음으로, 상기 도출한 회귀식과 상기 무인비행체(110)를 활용하여 수집한 초분광 분포특성 대푯값으로부터 포장상태지수(PCI)를 추정한다(S160).
다음으로, 상기 도로 포장면(200)의 포장 덧씌우기 우선순위를 결정하도록 상기 포장상태지수(PCI)를 가시화하여 표시한다(S170).
이에 따라, 상기 무인비행체(110)에 탑재된 초분광 센서(120)를 통해 전체 차로에 대한 도로 포장면(200)의 노후화 상태를 한 번에 조사하고, 상기 추정된 포장상태지수(PCI)에 따라 도로 포장면(200)의 노후화 상태를 파악할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 무인비행체인 드론에 초분광 센서(Hyper-Spectral Sensor)를 탑재하여 도로 포장면의 초분광 데이터를 획득하고, 이러한 초분광 데이터의 분포특성을 분석하여 도로 포장면의 포장상태지수(Pavement Condition Index: PCI)를 측정함으로써 도로 포장면의 노후화 상태를 단시간에 조사할 수 있고, 또한, 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용하여 다수의 도로 포장면의 노후화 상태를 조사함으로써 도로 포장면의 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템 및 그 방법은 무인비행체(110)인 드론을 활용한 1차 조사(광역/단기간)를 실시한 후, 후속적으로, 20∼40% 정도의 정밀조사가 필요한 구간만 도로 포장면 조사차량을 이용하여 정밀조사를 수행하기 때문에 포장 조사의 효율성을 극대화 할 수 있고, 또한, 기운영중인 도로 순찰, 제보 등 기존의 포트홀 발생현황 파악체계를 대체하거나 보완하는 방식으로 적용할 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 포장상태지수 측정 시스템 200: 도로 포장면
110: 무인비행체(드론)
120: 초분광 센서(Hyper Spectral Sensor)
130: 초분광 데이터 수집부
140: 분광분포특성 대푯값 선정부
150: 상관모형 구축부
160: 포장상태지수(PCI) 추정부
170: 포장상태지수(PCI) 가시화부
180: 무인비행체 비행 및 조종 단말
111: 무선통신모듈 112: 제어부
113: 메모리 114: 비행유닛
115: 배터리
151:분광분포 산포도 작성부 152: 데이터베이스(DB)
153: 상관모형 도출부

Claims (14)

  1. 초분광 센서(120)가 도로 포장면(200)을 촬영할 수 있도록 비행궤도를 따라 도로 포장면(200)에 접근하도록 비행하는 무인비행체(110);
    상기 도로 포장면(200)에 대한 초분광 데이터를 획득할 수 있도록 상기 무인비행체(110)에 탑재되어 도로 포장면(200)을 촬영하는 초분광 센서(Hyper Spectral Sensor: 120);
    상기 무인비행체(110)에 탑재된 초분광 센서(120)가 촬영한 초분광 데이터를 수집하는 초분광 데이터 수집부(130);
    상기 초분광 데이터 수집부(130)가 수집한 초분광 데이터로부터 초분광 파장대역 반사율의 비율에 따라 상기 도로 포장면(200)의 분광분포특성 대푯값을 선정하는 분광분포특성 대푯값 선정부(140);
    상기 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도를 작성하고, 상관모형인 회귀식을 도출하는 상관모형 구축부(150);
    상기 상관모형 구축부(150)에서 도출한 회귀식과 상기 무인비행체(110)를 활용하여 수집한 초분광 분포특성 대푯값을 이용하여 포장상태지수(PCI)를 추정하는 포장상태지수 추정부(160); 및
    상기 도로 포장면(200)의 포장상태지수(PCI)에 따라 다수의 도로 포장면(200)에 대한 포장 덧씌우기 우선순위를 결정할 수 있도록 상기 포장상태지수(PCI)를 가시화하여 표시하는 포장상태지수(PCI) 가시화부(170)를 포함하되,
    상기 상관모형 구축부(150)는, 상기 분광분포특성 대푯값 선정부(140)에서 선정된 분광분포특성 대푯값과 포장상태지수 기준값과의 산포도(plotting)를 작성하는 분광분포 산포도 작성부(151); 상기 포장상태지수(PCI) 측정값과 분광분포특성 대푯값을 저장하는 데이터베이스(DB: 152); 및 상기 분광분포 산포도 작성부(151)가 작성한 산포도에 따라 포장상태지수(PCI)를 종속변수(y)로 하고, 무인비행체(110)를 활용하여 측정한 분광분포특성 대푯값을 독립변수(x)로 하는 상관분석을 통해 상관모형인 회귀식을 도출하는 상관모형 도출부(153)를 포함하며; 그리고 상기 무인비행체(110)에 탑재된 초분광 센서(120)를 통해 전체 차로에 대한 도로 포장면(200)의 노후화 상태를 한 번에 조사하고, 상기 추정된 포장상태지수(PCI)에 따라 도로 포장면(200)의 노후화 상태를 파악하며,
    상기 초분광 센서(120)가 획득하는 초분광 데이터는 연속적이고 좁은 파장영역으로 수십에서 수백 개의 분광밴드를 갖는 영상이며,
    상기 무인비행체(110)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 도로 포장면 인식 및 도로 포장면 영상 촬영을 원격지시하는 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)을 포함하고,
    상기 무인비행체(110)는, 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 초분광 센서(120)에 의해 촬영된 초분광 데이터를 전송하는 무선통신모듈(111); 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 초분광 센서(120)의 구동을 제어하며, 상기 초분광 센서(120)로부터 촬영된 초분광 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 전송하는 것을 제어하는 제어부(112); 상기 초분광 센서(120)에 의해 촬영된 도로 포장면(200)에 대한 초분광 데이터를 저장하는 메모리(113); 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(180)로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체(110)를 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛(114); 및 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행 유닛(114) 및 초분광 센서(120)에 전원을 공급하는 배터리(115)를 포함하는 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분광분포특성 대푯값 선정부(140)는 400∼500㎚와 800∼900㎚ 및/또는 2100∼2200㎚와 2300∼2400㎚의 초분광 파장대역 반사율의 비율을 활용하여 도로 포장면(200)의 분광분포특성 대푯값을 선정하는 것을 특징으로 하는 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분광분포 산포도 작성부(151)에서 포장상태지수 기준값은 노면조사차량 및 인력식 조사를 통해 얻은 값인 것을 특징으로 하는 무인비행체에 탑재된 초분광 센서를 활용한 포장상태지수 측정 시스템.
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