KR102226001B1 - 하수관로 진단지원 시스템 - Google Patents

하수관로 진단지원 시스템 Download PDF

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sewage pipe
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신형일
김기옥
조현태
박유리
최의호
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(주)내가시스템
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Abstract

하수관로 진단지원 시스템은 하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 데이터베이스 및 상기 진단지원 시스템을 운용하는 단말과 동작 가능하게 결합되고, 상기 데이터베이스 및 상기 단말과 데이터를 교환하도록 구성된 인터페이스 장치 및 하수관로에 대한 관련 데이터로부터 화면 진단 데이터를 추출하고, 상기 화면 진단 데이터로부터 상기 하수관로의 상태를 판단하여 이상 항목을 도출하고, 상기 이상 항목 및 상기 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 상기 데이터가 데이터베이스화되도록 구성하고, 상기 이상 항목 및 상기 이상 지점에 대한 상기 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템으로 입력되도록 상기 데이터를 상기 공간 정보 시스템으로 전달하는 서버를 포함할 수 있다.

Description

하수관로 진단지원 시스템{sewer pipe diagnosis and analysis system}
본 발명은 하수관로 진단지원 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 인공지능을 이용하여 하수관로를 진단하고 지원하는 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 1960년대 산업화의 시작, 1970년대의 도시화 시대로 접어들면서 도시기반시설이 급격하게 증가하였다. 중요한 도시기반시설 중 하나인 하수관로는 공중위생 향상 및 공공수역의 수질보전을 위해 설치되었으며 현재 전국에 약 15만km가 매설되어 있다.
하수관로는 1970년대와 80년대에 집중적으로 설치되어 2020년 현재 노후도가 가속화되어 있는 상황으로, 국토교통부 조사에 따르면 2019년 기준 전국 하수관로 중 40%인 6만km가 20년 이상인 노후 하수관로이다. 하수관로의 노후화는 균열, 파손 등의 이상을 발생시키며, 사회적으로 이슈가 된 도로함몰의 원인 중 80% 이상이 하수관로 노후화에 의한 것으로 파악되고 있다.
한편, 한국환경정책평가연구원 연구 결과에 따르면, 2030년에는 기존 하수도시설의 69.4%가 내용연수를 초과하고, 2050년에는 97.5%가 내용 연수를 초과할 것으로 전망하고 있다.
이에 따라, 점차 증가되는 노후 하수관로에 대한 예방적 유지관리를 위해서는 보다 효율적인 하수관로 조사 및 하수관로 관리 방법이 필요하다.
한편, 하수관로 조사는 안전점검·실시설계와 같은 하수관로 진단 점검, 지자체 자체 점검, 민원 및 각종 사고에 의한 점검, 건축 신축 후 공공하수관로 인입관 설치 시 점검 등을 위해 맨홀에 CCTV 조사 장비를 투입하여 하수관로를 촬영하는 방법으로 시행하고 있다. 안전점검·실시설계와 같은 하수관로 진단 점검을 위한 조사는 하수관로 CCTV를 촬영 동영상을 분석하여 이상항목을 추출하고 하수관로의 상태를 평가하고 이 정보를 데이터베이스화한다. 하지만 영상 육안확인 및 판독에 많은 인력과 시간, 비용이 소요되며 판독자의 경험이나 기술 정도에 따라 이상지점 확인 오류 및 객관적인 판단에 의한 등급적용에 문제가 발생한다. 또한 지자체 자체점검, 민원 및 각종 사고에 의한 점검 및 인입관 설치 시 점검을 위한 CCTV 조사 시에는 하수관로 내부를 정밀조사 하지만 진단 및 데이터베이스화하지 않아 정보의 활용이 제한적이다.
이에 따라, 본 발명을 통해 하수관로 CCTV 동영상에서 이상항목을 자동으로 추출하는 AI 솔루션을 활용하여 보다 많은 CCTV 동영상으로부터 정확하고 객관적으로 이상항목을 추출하고 이를 데이터베이스화하여 서버에 저장하여 공간정보시스템을 통해 이상항목의 위치와 상태를 공간적으로 확인하고 관리함으로써 하수관로의 효과적인 관리를 통해 안전사고 예방에 기여하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하기 위해, 하수관로 진단지원 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 하수시설물 관련 공간정보시스템과 연동하여 하수관로 진단지원 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 CCTV 자동화 분석 플랫폼 및 AI 기술과 융합된 하수관로 진단지원 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템이 제공된다. 상기 하수관로 진단지원 시스템은 하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 데이터베이스 및 상기 진단지원 시스템을 운용하는 단말과 동작 가능하게 결합되고, 상기 데이터베이스 및 상기 단말과 데이터를 교환하도록 구성된 인터페이스 장치 및 하수관로에 대한 관련 데이터로부터 화면 진단 데이터를 추출하고, 상기 화면 진단 데이터로부터 상기 하수관로의 상태를 판단하여 이상 항목을 도출하고, 상기 이상 항목 및 상기 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 상기 데이터가 데이터베이스화되도록 구성하고, 상기 이상 항목 및 상기 이상 지점에 대한 상기 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템으로 입력되도록 상기 데이터를 상기 공간 정보 시스템으로 전달하는 서버를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서버는 상기 하수관로에 대한 촬영화면에서 상기 하수관로 촬영이 이루어진 조사일, 조사시간, 관로번호, 주행거리, 주행방법, 관경, 관종, 배수체계에 대한 자막을 추출할 수 있다. 상기 서버는 상기 촬영화면에서 상기 하수관로의 정상 여부, 이음부 불량, 연결관 접합, 연결관 도출, 토사퇴적, 관파손 및 크랙 여부의 확률값을 계산하여, 상기 촬영화면을 상기 하수관로의 이상항목으로 분류할 수 있다. 상기 서버는 상기 하수관로가 정방으로 촬영된 CCTV 동영상으로부터 상기 하수관로의 복수의 지점에서의 관파손 및 크랙 확률을 계산하여, 상기 하수관로의 이상항목을 탐지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서버는 상기 촬영화면에 자막이 나타나는 영상영역을 결정하고, 상기 영상영역에서 추출된 자막영역에서 문자 인식이 가능하도록 상기 자막영역에 대한 전처리를 수행하고, 상기 전처리된 자막영역의 영상에 대해 문자 인식기를 사용하여 문자 인식을 수행하고, 상기 인식된 문자를 데이터베이스에 저장할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서버는 상기 촬영화면을 이상항목으로 분류하기 위한 학습데이터를 생성하고, 영상 전처리 모듈이 포함된 AI 솔루션과 상기 학습데이터를 이용하여 상기 촬영화면에서 상기 하수관로의 이상항목을 분류할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서버는 상기 하수관로가 정방으로 촬영된 정방 동영상의 이상항목을 분류하기 위한 정방영상 학습데이터인 제2 학습데이터를 생성할 수 있다. 또한, 상기 서버는 영상 전처리 모듈이 포함된 AI솔루션과 상기 제2 학습데이터를 이용하여 상기 정방 동영상에서 상기 하수관로의 이상항목을 탐지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하수관로가 정방으로 촬영된 CCTV 동영상은 상기 하수관로가 매몰된 맨홀에 투입된 CCTV 촬영장비의 카메라에 의해 촬영될 수 있다. 상기 서버는 상기 카메라에 의해 촬영된 정면영상으로부터 붕괴, 영구장애물, 연결관 돌출, 연결관 접합, 이음부 단차, 이음부 이탈, 침하, 토사퇴적, 관파손, 균열, 표면손상 등의 이상항목이 검출되면, 상기 카메라를 회전 및 광각 변경하여 촬영하여 촬영된 측면 영상으로부터 상기 하수관로의 이상 여부를 정확하게 판단하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서버는 상기 카메라의 회전 및 광각 변경에 따라 촬영된 측면 영상으로부터 상기 하수관로의 균열, 표면손상, 파손 및 천공 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 서버는 상기 하수관로의 균열, 표면손상, 파손 및 천공 여부와 관련된 상기 이상 항목 및 상기 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 상기 데이터가 데이터베이스화되도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 서버는 상기 이상 항목 및 상기 이상 지점에 대한 진단 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템으로 입력되도록 상기 진단 데이터를 상기 공간 정보 시스템으로 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서버는 상기 진단 데이터가 하수도 시설 담당자의 사용자 단말로 전달되도록 상기 공간 정보 시스템을 제어하고, 상기 공간 정보 시스템의 서버에 입력된 진단 결과가 상기 하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 상기 데이터베이스에 저장되도록 상기 공간 정보 시스템을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템의 기술적 효과에 대해 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 수집된 기초 공간정보 데이터와 타 협력기관으로 부터 취득한 데이터를 통합 및 가공하여 새롭게 활용할 수 있는 데이터베이스 구축을 통해 하수관로 진단지원 사업에 직접적으로 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하수관로 정밀 조사한 결과를 가지고 판독자가 객관적으로 보다 정확하고 빠르게 조사결과 보고서를 작성할 수 있도록 하수시설물 관련 공간정보시스템과 연동하여 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자료수집 단계에서 최적화된 영상데이터, 이상항목 통계 이미지, 영상분석 알고리즘을 바탕으로 실용화에 필요한 CCTV 자동화 분석 플랫폼 및 AI 기술을 구축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하수관로의 특정 지점에서 이상이 발생하여 다수의 데이터베이스 및 서버 중 특정 데이터베이스 및 서버에 저장된 데이터가 업데이트 되도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 데이터베이스 및 서버에 저장된 데이터가 업데이트된 경우, 다른 데이터베이스 및 서버에도 반영되도록 하여 데이터 간의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템의 상세 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템에서 수행하는 하수관로 진단지원 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 AI 기법을 활용한 하수관로 진단지원 방법의 개념도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 방법의 AI 적용 단계별 전략을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 CCTV 화면 구성 및 진단 데이터 추출과 관련된 CCTV 화면 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 정면 영상 이상항목별 추출과 관련된 화면을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 측면 영상 이상항목별 추출과 관련된 화면을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 복수의 서버와 AI 솔루션이 적용된 하수관로 진단지원 시스템을 나타낸다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 모듈, 블록 및 부는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템의 상세 구성을 나타낸다. 한편, 도 2는 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템에서 수행하는 하수관로 진단지원 방법의 흐름도를 나타낸다. 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템에서 수행하는 하수관로 진단지원 방법은 인공지능(artificial intelligence, AI) 기법을 활용하여 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 하수관로 진단지원 시스템은 인터페이스 장치(100) 및 하나 이상의 서버(200)를 포함한다. 서버는 하수관로 진단지원 시스템을 구성하는 DB서버(210)와 WEB 서버(220)를 포함하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 하수관로 진단지원 시스템은 복수의 단말(400)과 연동하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 단말(400)은 이동 단말과 같은 모바일 기기, 또는 태블릿 PC일 수 있다.
인터페이스 장치(100)는 하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 데이터베이스(300) 및 진단지원 시스템을 운용하는 단말(400)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 인터페이스 장치(100)는 데이터베이스 및 단말과 데이터를 교환하도록 구성될 수 있다.
서버(200)는 하수관로에 대한 관련 데이터로부터 화면 진단 데이터를 추출하고, 화면 진단 데이터로부터 하수관로의 상태를 판단하여 이상 항목을 도출하도록 구성될 수 있다. 한편, 서버(200)는 이상 항목 및 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 데이터가 데이터베이스화되도록 구성할 수 있다. 또한, 서버(200)는 이상 항목 및 이상 지점에 대한 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템(500)으로 입력되도록 데이터를 공간 정보 시스템(500)으로 전달하도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 서버(200)에서 수행하는 하수관로 진단지원 방법의 흐름도는 도 2와 같다. 도 2를 참조하면, 서버(200)에서 수행하는 하수관로 진단지원 방법은 CCTV 자료 수집 과정(S210), 화면 진단 데이터 추출 과정(S220) 및 하수관로 상태판단 및 이상 항목 도출 과정(S230)을 포함할 수 있다. 또한, 하수관로 진단지원 방법은 이상 항목 및 이상 지점 데이터화 과정(S240) 및 공간정보 시스템으로 입력 과정(S250)을 더 포함할 수 있다.
하수관로 진단지원 방법과 관련하여, CCTV 자료 수집 과정(S210)에서 공공기관, 타 협력기관에서 제공하는 데이터가 수집될 수 있다. 또한, CCTV 자료 수집 과정(S210)에서 시스템 운용자에 의해 획득된 카메라 영상 자료 및/또는 CCTV 영상 자료가 수집될 수 있다.
화면 진단 데이터 추출 과정(S220)에서, 하수관로에 대한 관련 데이터로부터 화면 진단 데이터가 추출될 수 있다. 일 예로, 화면 진단 데이터 추출 과정(S220)에서, 조사날짜, 이상 지점 및 기타 자료 등이 추출될 수 있다. 하수관로 상태판단 및 이상 항목 도출 과정(S230)에서, 화면 진단 데이터로부터 하수관로의 상태를 판단하여 이상 항목을 도출할 수 있다.
이상 항목 및 이상 지점 데이터화 과정(S240)에서, 상 항목 및 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 데이터가 데이터베이스화되도록 할 수 있다. 또한, 공간정보 시스템으로 입력 과정(S250)에서, 이상 항목 및 이상 지점에 대한 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템(500)으로 입력되도록 데이터를 공간 정보 시스템(500)으로 전달할 수 있다.
전술한 바와 같은 하수관로 진단지원 방법 및 이를 진단 및 지원하는 시스템과 관련하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 1) AI 솔루션 기능과 관련하여, (a) 촬영화면에서 자막 추출 기능, (b) 촬영화면 이상항목 분류 기능 및 (c) 정방 동영상 이상항목 분류 기능이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 AI 기법을 활용한 하수관로 진단지원 방법의 개념도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, (a) 촬영화면에서 자막 추출 기능과 관련하여, 서버(200)는 하수관로에 대한 촬영화면에서 상기 하수관로 촬영이 이루어진 조사일, 조사시간, 관로번호, 주행거리, 주행방법, 관경, 관종, 배수체계에 대한 자막을 추출할 수 있다. 한편, (b) 촬영화면 이상항목 분류 기능과 관련하여, 서버(200)는 촬영화면에서 하수관로의 정상 여부, 이음부 불량, 연결관 접합, 연결관 도출, 토사퇴적, 관파손 및 크랙 여부의 확률값을 계산하여, 해당 촬영화면을 하수관로의 이상항목으로 분류할 수 있다. 또한, (c) 정방 동영상 이상항목 분류 기능과 관련하여, 서버(200)는 하수관로가 정방으로 촬영된 CCTV 동영상으로부터 하수관로의 복수의 지점에서의 관파손 및 크랙 확률을 계산하여, 하수관로의 이상항목을 탐지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 2) AI 솔루션 기술정보 수집방안과 관련하여, 서버(200)는 다음과 같은 방식으로 공간데이터 및 이상항목 데이터를 취득할 수 있다.
- 환경부 하수관로 공간정보 서비스, 지자체 하수시설물 공간데이터 등의 공공 데이터 공개 기관에서 공간데이터 취득
- 시범 데이터 운영을 위한 하수관로 CCTV 보유 기관과의 협력으로 영상자료 및 하수관로 안전점검 이상항목 데이터 취득
- 수집된 기초 공간정보 데이터와 타 협력기관으로 부터 취득한 데이터를 통합 및 가공하여 새롭게 활용할 수 있는 DB 구축을 통해 사업에 직접적인 활용 기대
- 안전점검 이상항목 자동화 추출을 위해 지자체 통계 추출을 통한 하수관로 CCTV영상의 이상항목 이미지 취득 및 학습데이터 작성
즉, 서버(200)는 환경부 하수관로 공간정보 서비스를 제공하는 서버 또는 데이터베이스, 지자체 하수시설물 공간데이터 등의 공공 데이터 공개 기관의 또는 데이터베이스에서 공간데이터를 취득할 수 있다. 또한, 서버(200)는 시범 데이터 운영을 위한 하수관로 CCTV 보유 기관의 서버 또는 데이터베이스에서 제공하는 CCTV 영상자료 및 하수관로 안전점검 이상항목 데이터를 취득할 수 있다.
한편, 서버(200)는 수집된 기초 공간정보 데이터와 타 협력기관의 서버 또는 데이터베이스로 부터 취득한 데이터를 새롭게 활용할 수 있도록 통합 및 가공된 변형 데이터를 이용하여 데이터베이스를 구축할 수 있다. 또한, 서버(200)는 지자체 별로 통계 추출을 통한 하수관로 CCTV영상의 이상항목 이미지를 취득 및 학습데이터를 작성할 수 있다. 이에 따라, 안전점검 이상항목에 대한 자동화 추출이 가능하다.
다음으로, 본 발명에 따른 3) AI 솔루션 적용전략은 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 4는 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 방법의 AI 적용 단계별 전략을 나타낸 개념도이다. AI 솔루션 적용전략과 관련하여, 자료수집 단계에서 최적화된 영상데이터, 이상항목 통계 이미지, 영상분석 알고리즘을 바탕으로 실용화에 필요한 CCTV 자동화 분석 플랫폼 및 AI 기반 기술이 확립될 수 있다.
도 4를 참조하면, AI 핵심 기반 기술 적용 과정(S410), 업무 분야별 연계 과정(S420) 및 AI 솔루션 적용 최적화 과정(S430)이 수행될 수 있다. AI 핵심 기반 기술 적용 과정(S410)에서, AI 분석을 위한 학습데이터 최적화 및 데이터베이스 구축이 수행될 수 있다. 또한, AI 솔루션의 테스트베드 형태 적용 및 최적화 방안이 제시될 수 있다. 또한, 사용자의 요구사항에 기반하여 진단지원 시스템 활용이 용이하도록 AI 기술이 적용될 수 있다.
업무 분야별 연계 과정(S420)에서, 하수관로 안전점검 업무에 최적화된 AI분석조사기법, 기술이 적용될 수 있다. 또한, 하수시설물 관리 공간정보시스템 개발 및 AI 솔루션 시스템이 탑재될 수 있다. 또한, 하수관로 CCTV 안전점검 자동화 최적화 모델이 적용될 수 있다.
AI 솔루션 적용 최적화 과정(S430)에서, 독립적인 AI 솔루션 적용 모듈 개발 및 해당 AI 솔루션이 전체 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 진단지원 시스템에서 서비스될 수 있는 표준화 방안이 제공될 수 있다. 또한, AI 기술의 적용 타당성과 시스템 성과 측정을 위한 검증체계가 수립 및 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템의 AI 솔루션 적용 시, AI 및 GIS기술의 연계성을 고려하여 세부적으로 기술적용 결과를 피드백하도록 구성될 수 있다. 또한, 다양한 AI 기술 및 GIS 기술 간 협력체계에 기반하여 보다 고도화된 핵심성과를 도출할 수 있도록 진단지원 시스템을 구성할 수 있다.
한편, 4) AI 솔루션 적용 방안과 관련하여, 전술한 바와 같이 도 1은 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템의 상세 구성과 AI 솔루션 적용 구성을 나타낸다. 도 1을 참조하면, AI솔루션을 통해 서버(200)는 하수시설물 관련 공간정보시스템(500)과 연동하여 적용할 수 있다.
촬영화면에서 자막추출과 관련하여, 서버(200)는 촬영화면에 자막이 나타나는 영상영역을 결정하고, 영상영역에서 추출된 자막영역에서 문자 인식이 가능하도록 상기 자막영역에 대한 전처리를 수행할 수 있다. 또한, 서버(200)는 전처리된 자막영역의 영상에 대해 문자 인식기를 사용하여 문자 인식을 수행하고, 상기 인식된 문자를 데이터베이스에 저장할 수 있다.
촬영화면 이상항목 분류와 관련하여, 서버(200)는 촬영화면을 이상항목으로 분류하기 위한 학습데이터를 생성할 수 있다. 또한, 서버(200)는 컴퓨터 영상 전처리 모듈이 포함된 AI솔루션과 학습데이터를 이용하여 상기 촬영화면에서 상기 하수관로의 이상항목을 분류할 수 있다.
정방 동영상 이상항목 분류와 관련하여, 서버(200)는 하수관로가 정방으로 촬영된 정방 동영상의 이상항목을 분류하기 위한 정방영상 학습데이터인 제2 학습데이터를 생성할 수 있다. 또한, 서버(200)는 컴퓨터 영상 전처리 모듈이 포함된 AI솔루션과 제2 학습데이터를 이용하여 정방 동영상에서 하수관로의 이상항목을 탐지할 수 있다.
AI 솔루션 기대 효과와 관련하여, AI 솔루션으로 촬영된 모든 CCTV 동영상 별로 진단 데이터를 생성하여 하수도시설물관련 공간정보시스템에 입력할 수 있다. 따라서, AI 솔루션으로 객관적인 진단 데이터 생성이 가능하다. 한편, 모든 CCTV 동영상의 진단 데이터가 하수시설물관련 공간정보시스템에 저장되므로 하수시설물관리를 위한 다각적인 분석이 가능하다.
AI 솔루션 기대 효과와 관련하여, 판독자는 AI 솔루션에 의해 생성된 진단 데이터를 검토하고 수정한 후 진단결과를 저장할 수 있다. 따라서, 진단결과 생성 공수 감소가 가능하다.
AI 솔루션 기대 효과와 관련하여, 하수시설물관련 공간정보시스템의 데이터를 하수도 시설 담당자가 생성/추가할 수 있다. 따라서, 공간정보시스템 데이터에 대한 최신성 유지가 가능하다.
다음으로, 본 발명에 따른 진단지원 시스템과 관련하여, CCTV 화면 구성 및 진단 데이터 추출 과정에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 5는 본 발명에 따른 CCTV 화면 구성 및 진단 데이터 추출과 관련된 CCTV 화면 구성을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 하수관로 CCTV 촬영영상에 주행거리, 조사 날짜/시간, 관로번호 및 관로 맨홀에 대한 속성 데이터 (관경/ 관종/ 배수방식) 및 주행방식 등이 표시될 수 있다.
CCTV 화면 구성 및 진단 데이터 추출 과정과 관련하여, 다음과 같이 1) 이상항목에 해당되는 영상 탐지, 2) 조사날짜 및 이상지점 추출 및 3) 기타 자료 추출이 이루어질 수 있다.
1) 이상항목에 해당되는 영상 탐지
- CCTV 동영상에서 AI 분석으로 “하수관로·맨홀 조사 및 상태등급 판단기준 표준 매뉴얼”의 이상항목에 해당되는 영상을 탐지
◎ 이상항목 해당 분류 : 이음부 불량, 연결관접합, 연결관도출, 토사 퇴적, 관파손 및 크랙 등
2) 조사날짜 및 이상지점 추출
- 조사날짜 및 이상지점은 CCTV영상에 표시된 문자를 AI분석하여 추출
◎ 조사날짜 : YYYY-MM-DD 형태로 추출 ex) 2017-11-10
◎ 조사시간 : HH:MM:SS 형태로 추출 ex) 12:25:43
◎ 이상지점 : CCTV 영상 오른쪽 상단의 주행거리와 오른쪽 하단의 주행 방식(정주행 , 역주행)을 적용하여 추출 역주행시에는 하수관로의 연장을 고려하여 시작점으로부터의 거리를 계산하여 추출ex) 주행거리 : 019.38m, 주행방법 : 역주행, 이상지점: 추출지점 (m)
3) 기타 자료 추출
- CCTV 영상 이미지에서 관로번호와 맨홀 ID, 관경, 관종, 배수방식 등 기타 자료들은 하수시설물관련 공간정보시스템에 등록된 데이터와 교차검증을 통해 데이터의 정확성과 AI분석 성능 검증 활용 ex) 관로번호 : xx-xxxxx, 관경 : 600mm, 관종 : HP, 배수방식 : 합류, 오수 등
다음으로, 본 발명에 따른 진단지원 시스템과 관련하여, 하수관로 CCTV 촬영 영상에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 정면 영상 이상항목별 추출과 관련된 화면을 나타낸다. 한편, 도 7은 본 발명에 따른 측면 영상 이상항목별 추출과 관련된 화면을 나타낸다.
하수관로 CCTV 촬영 영상과 관련하여, 현재 하수관로의 CCTV 촬영은 맨홀에 하수관로 CCTV 촬영장비를 투입하고, 하수관로 내부를 주행하면서 촬영할 수 있다. 한편, 이상지점이 있을 때 하수관로의 벽체를 촬영 할 수 있도록 카메라를 회전하거나 광각 카메라를 활용할 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 하수관로 CCTV영상은 하수관로 CCTV 주행방향에 대한 정면 및 측면 영상으로 분류될 수 있다.
1) 정면 영상으로부터 탐지하기가 용이한 하수관로 이상항목과 2) 측면 영상으로부터 탐지하기가 용이한 하수관로 이상항목은 다음과 같다.
1) 정면 영상으로부터 탐지하기가 용이한 하수관로 이상항목
- 붕괴, 영구장애물, 연결관 돌출, 연결관 접합, 이음부 단차, 이음부 이탈. 침하, 토사퇴적, 관파손 등
2) 측면 영상으로부터 탐지하기가 용이한 하수관로 이상항목
균열, 표면손상, 파손, 천공 등
이와 관련하여, 도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 하수관로가 정방으로 촬영된 CCTV 동영상은 하수관로가 매몰된 맨홀에 투입된 CCTV 촬영장비의 카메라에 의해 촬영될 수 있다. 따라서, 서버(200)는 카메라에 의해 촬영된 정면영상으로부터 붕괴, 영구장애물, 연결관 돌출, 연결관 접합, 이음부 단차, 이음부 이탈, 침하, 토사퇴적, 관파손 여부를 검출할 수 있다. 또한, 서버(200)는 붕괴, 영구장애물, 연결관 돌출, 연결관 접합, 이음부 단차, 이음부 이탈, 침하, 토사퇴적, 관파손, 균열, 표면손상 등의 이상항목이 검출되면, 상기 카메라를 회전 및 광각 변경하여 촬영하여 촬영된 측면 영상으로부터 상기 하수관로의 이상 여부를 정확하게 판단하도록 구성될 수 있다.
또한, 서버(200)는 카메라의 회전 및 광각 변경에 따라 촬영된 측면 영상으로부터 하수관로의 균열, 표면손상, 파손 및 천공 여부를 판단할 수 있다. 서버(200)는 하수관로의 균열, 표면손상, 파손 및 천공 여부와 관련된 이상 항목 및 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 데이터가 데이터베이스화되도록 구성될 수 있다. 또한, 서버(200)는 이상 항목 및 이상 지점에 대한 진단 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템(500)으로 입력되도록 진단 데이터를 상기 공간 정보 시스템(500)으로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분석된 이상항목 및 이상지점 데이터화 과정은 다음과 같다.
- 하수관로의 관로번호는 보통 CCTV 영상의 파일명에 명칭의 일부분으로 포함되어 있지만, 그렇지 않은 경우 CCTV 영상의 파일 명명규칙 변경을 통해 파일명에서 하수관로의 관로번호를 추출할 수 있도록 지정될 수 있다.
- 관로번호는 지자체에서 활용하고 있는 공간정보시스템 또는 하수도 관련 시스템의 관로번호와 동일하게 지정될 수 있다.
- AI 분석을 통해 이상항목을 추출 할 수 있는 프로그램에서 추출된 조사일자, 이상항목, 이상지점은 텍스트 또는 엑셀 형태의 파일로 추출할 수 있다. 각각의 항목은 지자체에서 활용하고 있는 하수관련 시스템의 데이터 형식과 일치하도록 변경할 수 있다.
- 지자체에서 활용하고 있는 CCTV 영상 관리 프로그램의 테이블의 형태로 데이터를 수정하고, 영상데이터와 분석데이터를 데이터베이스에 로딩 시킬 수 있는 체계를 구성할 수 있다. 따라서, 진단 및 분석된 자료가 데이터베이스화 할 수 있게 프로그램을 구현할 수 있다.
이러한 이상항목 및 이상지점 데이터화 과정 이후에, 서버(200)는 진단 데이터가 하수도 시설 담당자의 사용자 단말로 전달되도록 상기 공간 정보 시스템을 제어할 수 있다. 또한, 서버(200)는 공간 정보 시스템(500)의 서버에 입력된 진단 결과가 하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 데이터베이스(200)에 저장되도록 공간 정보 시스템(200)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 하수관로 진단지원 시 이상항목 및 이상지점에 관한 데이터를 다수의 데이터베이스 및 서버에 분산 배치할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 하수관로의 특정 지점에서 이상이 발생하여 다수의 데이터베이스 및 서버 중 특정 데이터베이스 및 서버에 저장된 데이터가 업데이트된 경우, 이를 다른 데이터베이스 및 서버에도 반영되도록 하여 데이터 간의 신뢰성을 확보할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 방법 및 이를 수행하는 하수관로 진단지원시스템은 도 1과 같은 하수관로 진단지원 시스템의 상세 구성을 통해 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템에서 수행하는 하수관로 진단지원 방법은 인공지능(artificial intelligence, AI) 기법을 활용하여 수행될 수 있다. 이러한 AI 기반 하수관로 진단지원 시스템은 도 8과 같은 시스템에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 도 8은 본 발명에 따른 복수의 서버와 AI 솔루션이 적용된 하수관로 진단지원 시스템을 나타낸다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 하수관로 진단지원 시스템은 복수의 서버(200)를 포함한다. 서버는 하수관로 진단지원 시스템을 구성하는 DB서버(210)와 시스템 개발 서버(220) 및 AI 서버(230)를 포함하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 하수관로 진단지원 시스템의 시스템 개발 서버(220)는 일 예로 웹 서버(220)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 진단지원 시스템을 개발 및 구현할 수 있는 임의의 서버일 수 있다.
서버(200)는 하수관로에 대한 관련 데이터로부터 화면 진단 데이터를 추출하고, 화면 진단 데이터로부터 하수관로의 상태를 판단하여 이상 항목을 도출하도록 구성될 수 있다. 한편, 서버(200)는 이상 항목 및 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 데이터가 데이터베이스화되도록 구성할 수 있다. 또한, 서버(200)는 이상 항목 및 이상 지점에 대한 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템(500)으로 입력되도록 데이터를 공간 정보 시스템(500)으로 전달하도록 구성될 수 있다.
이러한 화면 진단 데이터 추출, 이상 항목 도출 및 이상 지점 판단과 관련하여, 웹 서버(220)는 AI 서버(230)와 연동하도록 구성될 수 있다. 또한, 시스템 개발 서버(220)는 DB 서버(210)와 연동하도록 구성될 수 있다. AI 서버(230)와 연동하는 웹 서버(220)는 도입된 AI 솔루션을 적용하고, 각종 하드웨어 및 소프트웨어 제반 기술을 적용할 수 있다. 또한, 웹 서버(220)는 GIS 엔진을 적용하여 공간 정보를 활용하고, 하수관로 관련 데이터를 파일 스트리밍 형태로 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템에 대해 설명하였다. 본 발명에 따른 하수관로 진단지원 시스템의 기술적 효과에 대해 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 수집된 기초 공간정보 데이터와 타 협력기관으로 부터 취득한 데이터를 통합 및 가공하여 새롭게 활용할 수 있는 데이터베이스 구축을 통해 하수관로 진단지원 사업에 직접적으로 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하수관로 정밀 조사한 결과를 가지고 판독자가 객관적으로 보다 정확하고 빠르게 조사결과 보고서를 작성할 수 있도록 하수시설물 관련 공간정보시스템과 연동하여 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자료수집 단계에서 최적화된 영상데이터, 이상항목 통계 이미지, 영상분석 알고리즘을 바탕으로 실용화에 필요한 CCTV 자동화 분석 플랫폼 및 AI 기술을 구축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하수관로의 특정 지점에서 이상이 발생하여 다수의 데이터베이스 및 서버 중 특정 데이터베이스 및 서버에 저장된 데이터가 업데이트 되도도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 데이터베이스 및 서버에 저장된 데이터가 업데이트된 경우, 다른 데이터베이스 및 서버에도 반영되도록 하여 데이터 간의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.
100: 인터페이스 장치
200: 서버
210: DB서버
220: 시스템 개발 서버
230: AI 서버
300: 데이터베이스
400: 단말
500: 공간정보시스템

Claims (8)

  1. 하수관로 진단지원 시스템에 있어서,
    하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 데이터베이스 및 상기 진단지원 시스템을 운용하는 단말과 동작 가능하게 결합되고, 상기 데이터베이스 및 상기 단말과 데이터를 교환하도록 구성된 인터페이스 장치 및
    하수관로에 대한 관련 데이터로부터 화면 진단 데이터를 추출하고,
    상기 화면 진단 데이터로부터 상기 하수관로의 상태를 판단하여 이상 항목을 도출하고,
    상기 이상 항목 및 상기 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 상기 데이터가 데이터베이스화되도록 구성하고,
    상기 이상 항목 및 상기 이상 지점에 대한 상기 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템으로 입력되도록 상기 데이터를 상기 공간 정보 시스템으로 전달하는 서버를 포함하되,
    상기 서버는,
    상기 하수관로에 대한 촬영화면에서 상기 하수관로 촬영이 이루어진 조사일, 조사시간, 관로번호, 주행거리, 주행방법, 관경, 관종, 배수체계에 대한 자막을 추출하고,
    상기 촬영화면에서 상기 하수관로의 정상 여부, 이음부 불량, 연결관 접합, 연결관 도출, 토사퇴적, 관파손 및 크랙 여부의 확률값을 계산하여, 상기 촬영화면을 상기 하수관로의 이상항목으로 분류하고,
    상기 하수관로가 정방으로 촬영된 CCTV 동영상으로부터 상기 하수관로의 복수의 지점에서의 관파손 및 크랙 확률을 계산하여, 상기 하수관로의 이상항목을 탐지하는 하수관로 진단지원 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 촬영화면에 자막이 나타나는 영상영역을 결정하고, 상기 영상영역에서 추출된 자막영역에서 문자 인식이 가능하도록 상기 자막영역에 대한 전처리를 수행하고, 상기 전처리된 자막영역의 영상에 대해 문자 인식기를 사용하여 문자 인식을 수행하고, 상기 인식된 문자를 데이터베이스에 저장하는 하수관로 진단지원 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 촬영화면을 이상항목으로 분류하기 위한 학습데이터를 생성하고,
    컴퓨터 영상 전처리 모듈이 포함된 AI솔루션과 상기 학습데이터를 이용하여 상기 촬영화면에서 상기 하수관로의 이상항목을 분류하는 하수관로 진단지원 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 하수관로가 정방으로 촬영된 정방 동영상의 이상항목을 분류하기 위한 정방영상 학습데이터인 제2 학습데이터를 생성하고,
    컴퓨터 영상 전처리 모듈이 포함된 AI솔루션과 상기 제2 학습데이터를 이용하여 상기 정방 동영상에서 상기 하수관로의 이상항목을 탐지하는 하수관로 진단지원 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 하수관로가 정방으로 촬영된 CCTV 동영상은 상기 하수관로가 매몰된 맨홀에 투입된 CCTV 촬영장비의 카메라에 의해 촬영되고,
    상기 서버는,
    상기 카메라에 의해 상기 카메라에 의해 촬영된 정면영상으로부터 붕괴, 영구장애물, 연결관 돌출, 연결관 접합, 이음부 단차, 이음부 이탈, 침하, 토사퇴적, 관파손, 균열, 표면손상 등의 이상항목이 검출되면, 상기 카메라를 회전 및 광각 변경하여 촬영하여 촬영된 측면 영상으로부터 상기 하수관로의 이상 여부를 정확하게 판단하도록 구성되는 하수관로 진단지원 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 카메라의 회전 및 광각 변경에 따라 촬영된 측면 영상으로부터 상기 하수관로의 균열, 표면손상, 파손 및 천공 여부를 판단하고,
    상기 하수관로의 균열, 표면손상, 파손 및 천공 여부와 관련된 상기 이상 항목 및 상기 이상 항목이 발생된 이상 지점에 대한 데이터를 저장하여 상기 데이터가 데이터베이스화되도록 구성하고,
    상기 이상 항목 및 상기 이상 지점에 대한 진단 데이터가 하수시설물 관련 공간 정보 시스템으로 입력되도록 상기 진단 데이터를 상기 공간 정보 시스템으로 전달하는 하수관로 진단지원 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 진단 데이터가 하수도 시설 담당자의 사용자 단말로 전달되도록 상기 공간 정보 시스템을 제어하고,
    상기 공간 정보 시스템의 서버에 입력된 진단 결과가 상기 하수관로에 대한 관련 데이터가 저장된 상기 데이터베이스에 저장되도록 상기 공간 정보 시스템을 제어하는 하수관로 진단지원 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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