KR102252607B1 - Gps-ar 기술을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴착공사시 지하매설물 파손을 예방하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서는 GPS모듈, IMU센서, 동영상카메라, 디스플레이부 및 AR 모듈을 탑재한 사용자단말기를 굴삭장비의 운전자석에 설치하고, 굴삭장비의 버켓에도 GPS 모듈을 설치한다. 공사 현장 내 지하매설물의 위치정보, 사용자단말기의 위치정보를 이용하여 단말기에 디스플레이되는 실사화면에 지하매설물을 증강현실로 구현하여, 사용자가 굴착공사에서 지하매설물의 위치를 실시간으로 확인할 수 있도록 한다. 또한 버켓부가 지하매설물에 근접하면 알람을 송출하여 굴착 과정에서 지하매설물이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

Description

GPS-AR 기술을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템{SYSTEM FOR PREVENTING DAMAGE OF UNDERGROUND FACILTIES FROM EXCAVATING IN CONSTRUCTION FIELD USING GPAS-AR TECHNOLOGY}

본 발명은 건설 현장 지하에 매설되어 있는 수도관, 가스관 등 지하매설물이 굴착 공사 과정에서 파손되는 것을 예방하기 위한 시스템에 관한 것이다.

1995년 대구 지하철 공사 현장의 가스 폭발사고는 101명의 사상자라는 참혹한 결과를 낳았다. 지하철 굴착 공사중에 가스관이 파손되면서 누출된 가스가 폭발한 참사이다. 대구 지하철 사고 이후, 상하수도관, 가스관, 전력케이블 등 이른바 라이프라인들의 지하 매설 위치를 사전에 확인하고 굴착공사시 주의를 기울이고 있지만 여전히 지하매설물 파손 사고가 빈번히 발생되고 있다.

굴착공사시 지하매설물 파손 사고를 방지하기 위해서는 무엇보다도 지하매설물의 정확한 매설 위치를 파악하는 것이 중요하다. 또한 위치 파악이 되었다고 해도 지상의 작업자가 공사 중에 매설 위치를 쉽게 확인하여 주의를 기울일 수 있도록 하는 식별 표시가 요청된다.

현재 지하매설물에 대한 위치파악은 종이도면이나 전자도면을 이용하고 있다. 각 지하매설물 운영기관에서 파악하고 있는 관로의 위치 정보를 종이도면 또는 2D 전자도면 형태로 받아서 활용하고 있다. 그러나 각 운영기관에서 제공하는 위치 정보의 정확성 여부를 떠나 이 위치 정보를 현장에 적용하는 것이 용이하지 않다.

종이 도면의 경우 각 운영기관(ex: 가스공사, 지자체 등)에서 따로따로 정보를 얻어야 하고, 전문가의 측량을 통해 공사 현장에 별도로 표식을 부착해서 사용해야 하는 불편함이 있다.

최근에는 각 운영기관에서 제공하는 전산화된 위치정보를 현장에서 인식하기 위하여 전자 태그(RFID, QR코드)를 지상매설물에 부착하고, 사용자가 단말기를 태그에 접근시키면 위치정보가 단말기의 화면상에 디스플레이 되는 시스템이 개발되었다. 그러나 이러한 마커 기반의 지하매설물 인식 시스템은 마커를 제작하여 지상매설물에 부착해야 되는 번거로움이 있다. 또한 공사 현장의 어느 지점에서나 지하매설물 위치가 단말기에 디스플레이 되지 않고 마커 인근에서만 가능하기 때문에 작업 효율성도 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, GPS-AR 시스템을 이용하여 공사 현장 내 지하매설물의 위치를 작업자가 쉽게 파악할 수 있어 지하매설물 파손을 예방할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS-AR을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템은, 굴착공사가 이루어지는 공사영역을 실시간으로 촬영하여 실사화면을 획득하는 동영상카메라와, 촬영된 화상을 표현하는 디스플레이부를 포함하는 영상모듈; 상기 영상모듈의 위치정보를 실시간으로 획득하는 GPS모듈; 상기 영상모듈의 방위 및 각도에 대한 자세정보를 실시간으로 획득하는 자세센싱모듈; 유무선 통신을 통해 외부와 교신하는 통신모듈; 굴착공사 지역의 외곽경계에 대한 경계정보 및 상기 외곽경계의 내측을 통과하는 지하매설물에 대한 매설물위치정보를 포함하여 데이터가 저장되는 데이터베이스; 및 상기 GPS모듈과 자세센싱모듈로부터 획득한 위치정보와 자세정보 및 상기 동영상카메라의 화각정보를 통해 상기 디스플레이부 화면에 나타난 영역의 위치를 탐지하고, 상기 매설물위치정보를 이용하여 상기 디스플레이부 화면상에 지하매설물을 증강현실로 표출하는 프로세싱을 수행하는 AR모듈;을 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명의 일 예에 따르면, 상기 영상모듈, GPS모듈, 자세센싱모듈, 통신모듈, 데이터베이스 및 AR모듈은 사용자단말기에 탑재되어 굴삭장비에 장착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 예에 따르면, 상기 영상모듈, GPS모듈, 자세센싱모듈, 통신모듈은 굴삭장비에 장착되며, 상기 AR모듈은 별도의 서버에 마련되어 상기 통신모듈을 통해 수신된 정보를 이용하여 프로세싱을 수행한 후, 다시 상기 통신모듈을 통해 프로세싱 결과물을 상기 통신모듈을 통해 실시간으로 전송하여 상기 영상모듈의 디스플레이부에 표출할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템은 상기 굴삭장비의 굴삭부의 위치정보를 실시간으로 획득하기 위한 버켓위치센싱모듈과, 상기 굴삭부가 상기 지하매설물에 일정 범위 내로 근접하는 경우 알람을 송출하는 알람모듈을 더 구비하는 것이 바람직하다. 특히 알람모듈은 상기 굴삭부의 위치가 상기 지하매설물의 일정 범위 내의 위험영역에 위치하는 경우 상기 굴삭장비의 굴삭 작동을 제어할 수 있다. 또한 굴삭장비의 심도가 지하매설물에 근접하는 경우에만 굴삭부의 작동을 제어할 수도 있다.

본 발명에서, 상기 버켓위치센싱모듈은 상기 굴삭부에 별도로 장착된 GPS 수신기로서 직접 상기 굴삭부의 위치를 파악하거나, 또는 상기 GPS모듈과 굴삭부 사이의 상대 위치정보를 획득하기 위한 버켓위치센서로서 상기 GPS모듈에서 획득한 위치정보와 상기 버켓위치센서의 상대 위치정보를 조합하여 상기 굴삭부의 위치를 파악할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템에서, 상기 지하매설물의 위치정보를 획득하기 위하여 상기 굴착공사 영역을 탐사하기 위한 GPR탐사모듈을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면 GPS-AR 기술을 이용하여 지하 굴착공사시 지하매설물의 위치를 실시간으로 파악할 수 있어 굴착 작업에 의한 지하매설물 파손을 예방할 수 있다는 이점이 있다.

또한 본 발명의 일 예에서는 사용자단말기와 굴삭장비의 제어부가 연동되어 있어, 굴삭장비의 버켓이 지하매설물의 배치 심도 근처로 접근하는 경우 굴삭장비의 작동을 중지시킬 수 있는 바, 사용자가 지하매설물 배치 지역에서의 작업에 대하여 정확하게 인지하지 못하는 경우에도 지하매설물의 파손을 예방할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명에서는 지하매설물 매설 위치의 주변을 포함하여 위험영역을 설정하여, GPS 정밀도 및 증강현실 구현 정밀도를 보완할 수 있다.

또한 본 발명에서는 공사 구역 내측에 제한하여 지하매설물의 위치정보를 표출함으로써 국가주요시설에 대한 보안관리를 강화할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 시스템을 이용한 지하매설물 파손 예방방법의 개략적 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 방법을 구현하기 위한 지하매설물 파손 예방시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 공사 현장을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 증강현실이 사용자 단말기의 디스플레이에 구현된 일 예이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 건설 공사 현장에서 지반을 굴착하는 과정에서 지하에 매설되어 있는 지하매설물이 굴삭장비에 의하여 파손되는 것을 미리 예방하기 위한 시스템에 관한 것이다.

공사 현장은 건물, 지하철 등을 새롭게 건설하는 대규모 현장은 물론, 차량 도로 및 보행 도로 등에서의 긴급 보수 공사 등 굴착 작업이 진행되는 모든 공사 현장을 포함한다. 특히 지하매설물은 주로 수도관, 가스관, 전력케이블, 통신케이블 등의 이른바 라이프라인이며, 이들은 도로를 따라 매설되므로 도로가 주요 공사 현장이 될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 GPS-AR 시스템을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 방법(이하, “지하매설물 파손 예방 방법”이라 함)에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템을 이용한 지하매설물 파손 예방방법의 개략적 흐름도이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 지하매설물 파손 예방방법을 구현하기 위한 시스템에 대한 예로서 지하매설물 파손 예방 시스템의 개략적 도면이다.

도 3은 본 발명이 적용되는 공사 현장을 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 시스템은 영상모듈, GPS모듈, 자세센싱모듈, 통신모듈, AR모듈, 버켓위치센싱모듈 및 데이터베이스를 구비한다.

도 2a의 시스템은 버켓위치센싱모듈을 제외한 모든 구성요소가 사용자단말기에 통합 구현된 형태의 예이다. 물론 사용자단말기에 위 요소들이 모두 통합되지 않고 모듈들이 개별적으로 구비될 수도 있지만, 사용자의 편의를 위해서는 사용자단말기에 통합되는 것이 바람직하다. 사용자단말기는 테블릿 PC나 스마트폰 등을 채용할 수 있다.

또한, 사용자단말기에는 영상모듈, GPS모듈, 자세센싱모듈, 통신모듈만을 포함하고, AR모듈과 데이터베이스는 별도의 서버에 탑재되어 프로세싱을 진행할 수도 있다. 이 경우 각 모듈에서 획득한 데이터가 모두 서버에 송신되고, 서버의 AR 모듈에서 프로세싱을 진행한 후, 결과물을 다시 사용자단말기에 송신하여 증강현실이 구현된 화상을 디스플레이할 수도 있다. 본 예에서는 사용자단말기에 모듈들이 통합 구현된 형태를 예로 설명하기로 한다.

한편, 도 2b와 같이, 굴착공사시 복수의 굴착장비가 사용되는 경우 복수의 사용자단말기를 구비하여 시스템을 운용할 수도 있다. 이 때에도 마찬가지로 각 모듈들이 사용자단말기에 통합구현되거나, 또는 각 단말기에서 데이터를 입수하여 서버에서 AR 증강현실 프로세싱을 진행하여 각 단말기에 결과물을 송출할 수도 있다.

도 2b를 참고하면, 지하매설물 운영기관(91,92,93)이 시스템 서버(10)와 데이터를 교환하도록 되어 있고, 서버는 다시 데이터베이스에 정보를 저장하도록 되어 있는데, 이러한 모든 데이터 교환을 사용자단말기가 직접 수행할 수도 있다.

즉, 설명의 편의상 서버, 데이터베이스, 사용자 단말기 등으로 구분하였지만, 이는 단지 기능 설명을 위한 것이며, 물리적으로 보면 서버, 데이터베이스가 개별 사용자 단말기에 모두 통합 구현되어 있을 수도 있고, 서버와 데이터베이스가 별도로 존재하고, 복수의 사용자 단말기가 서버와 통신하는 구조로 이루어질 수도 있다. 즉 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 시스템은 물리적 독립성을 중심으로 파악하기 보다는, 특정한 기능을 구현하는 기능 단위로 이해되어야 한다. 즉 특정한 기능을 수행하는 요소들이 모두 사용자 단말기 내에 포함되어 있을 수도 있으며, 사용자 단말기는 디스플레이 역할만하고 모든 정보의 처리 및 프로세스를 서버에서 수행할 수 있는 등 다양한 방법으로 시스템을 구성할 수 있다는 점을 첨언한다.

각각의 모듈에 대하여 간략하게 설명한다.

영상모듈은 굴착공사가 이루어지는 공사영역을 실시간으로 촬영하여 실사화면을 획득하는 동영상카메라와, 촬영된 화상을 표출하는 디스플레이부를 포함한다. 일반적으로 사용자단말기로 사용하는 테블릿 PC의 경우 카메라와 디스플레이 패널을 구비하고 있으므로 태블릿 PC에 의하여 영상모듈이 구현될 수 있다.

사용자단말기(30)는 영상모듈의 위치에 대한 정보(이하, '제2위치정보'라고 함)를 실시간으로 획득하는 GPS 모듈을 구비한다. 또한 사용자단말기 영상모듈의 방위 및 놓여진 각도에 대한 자세정보를 실시간으로 획득하기 위한 자세센싱모듈을 구비하는데, 본 실시예에서 자세센싱모듈로는 IMU센서가 사용될 수 있다. 여기서 자세정보는 영상모듈의 카메라가 어느 한 지점에서 어느 방향(XY평면상 방위)을 바라보고 있는지에 대한 방위정보 및 XZ축 및 YZ축 상에서의 기울기 정보를 포함한다. 이를 통해 동영상카메라가 입체 공간에서 어느 방향을 바라보고 있는지를 파악할 수 있다.

사용자단말기(30)에는 AR 모듈이 장착된다. AR 모듈은 GPS 모듈과 자세센싱모듈로부터 획득한 제2위치정보 및 자세정보와 함께, 동영상카메라의 화각정보를 통해 사용자단말기의 디스플레이 화면에 촬영되는 영역의 위치를 확인할 수 있다. 예컨대 디스플레이 패널에 나타난 각 공사영역의 좌표를 획득할 수 있다. 또한 AR모듈은 지하매설물에 대한 위치정보(이하, '제1위치정보'라고 함)를 확인하여, 디스플레이 패널에 지하매설물을 증강현실 형태로 표출한다.

도면을 참고하면, 본 발명에서는 먼저 공사 현장의 외곽 경계선(1)에 대한 위치정보를 획득한다. 예컨대 전통적 방식으로 측량을 하거나, GPS 모듈 등을 이용하여 공사 구역 경계선(1)의 좌표를 파악할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 경계선(1)이 절곡되는 지점(A,B~F)의 좌표를 측정한 후, 이를 기초로 경계선(1) 전체에 대한 좌표를 산출할 수 있다. GPS 모듈에서 획득한 위치좌표 또는 측량 후 디지털 변환된 위치좌표를 시스템 서버(10)에 입력하고, 시스템 서버(10)는 경계선(1) 전체에 대한 좌표를 데이터베이스(20)에 저장한다. 물론 앞에서도 말했지만, 서버와 데이터베이스를 거치지 않고 사용자단말에 직접 입력될 수도 있다.

공사 현장의 외곽 경계선(1)에 대한 위치정보를 획득한 후에는 이 경계선 내 지하매설물(2,3)이 매설된 제1위치정보를 획득한다. 제1위치정보는 각각의 지하매설물에 대한 각각의 운영기관(91,92,93)으로부터 디지털 데이터 형태로 얻을 수 있다. 예컨대 가스관에 대해서는 한국가스공사를 통해, 전력선에 대해서는 한국전력을 통해, 수도관 등은 지자체를 통해 확보할 수 있다. 전산화된 데이터가 없고 종이도면에 기재되어 있다고 하더라도 이를 디지털 데이터로 변환하여 사용할 수 있다. 지하매설물이 분명히 존재하지만 위치정보가 데이터가 없는 경우라면, 본 실시예에서는 공사현장에 대하여 GPR(ground-penetrating radar) 탐사모듈을 이용하여 제1위치정보를 확보할 수 있다. GPR 탐사는 공지의 기술인 바 자세한 설명은 생략하기로 한다. 이렇게 제1위치정보가 디지털 데이터 형태로 확보되면 이를 시스템 서버(10)에 입력하여 데이터베이스(20)에 저장한다. 또한 운영기관으로부터 제1위치정보를 제공받은 경우에도 추가적으로 GPR 탐사를 통해 위치정보의 정확성을 검증함으로써 안전성을 강화할 수 있다.

한편, 지하매설물의 위치정보, 속성정보 등을 통합적으로 관리하는 국가나 지자체의 통합관리시스템이 있는 경우 개별기관이 아닌 통합시스템으로부터 위 정보들을 획득할 수도 있다.

제1위치정보를 획득하고 활용하는데 있어서 가장 중요한 점은 보안 관리이다. 가스관, 전력케이블 등은 국가 주요 시설로서 철저한 보안관리가 요청된다. 엄격한 절차에 따라 지하매설물의 위치 정보가 제공되지만, 일단 정보가 제공된 후에는 그 활용과정에서 관리가 소홀해질 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 보안관리를 위하여 지하매설물 위치 정보를 공사 구역에 한정하여 AR 모듈로 제공하는 방법을 제공한다. 2가지 방법을 선택할 수 있다. 본 발명에 따른 지하매설물 파손 예방 시스템 서버(10)에서 공사 구역의 경계선(1)에 대한 위치정보를 운영기관(91,92,93)에 제공하면, 운영기관에서는 지하매설물(2,3)의 위치를 경계선(1) 내측으로 제한해서 제공하는 방법이다. 보안 측면에서는 가장 유리한 방법이다. 다만 이 방법은 운영기관에서 데이터를 가공해서 제공해야 하므로 운영기관별 데이터 제공 형태가 위의 방법을 따르기 어려울 수 있다. 다른 방법은 운영기관(91,92,93)에서 공사구역 내측으로만 제한하여 데이터를 제공하지 못하고, 공사구역을 포함하는 넓은 범위의 위치정보 데이터를 제공하는 경우, 이 데이터를 그대로 사용하는 것이 아니라, 본 발명에 따른 시스템 서버(10)에서 지하매설물의 제1위치정보와 경계선(1)의 좌표를 조합하여 교점을 찾아내고, 지하매설물의 위치정보 중 공사구역 내측에 배치된 정보만 별도로 분리하여 데이터베이스(20) 및 AR모듈에 제공하는 것이다. 이를 통해 공사 관계자 및 AR모듈 사용자들은 공사구역 내측에 국한하여 지하매설물의 위치를 확인할 수 있다. 이에 따라, 지하매설물의 위치정보를 활용하는 과정에서 국가중요시설에 대한 정보가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 지하매설물에 대한 속성정보도 운영기관으로부터 전송받을 수 있다. 예컨대 관로의 형상, 크기, 재질 등을 전송받아 데이터베이스(20)에 저장한다. 여기서 시스템 서버는 지하매설물의 속성정보에 근거하여 지하매설물의 증강현실 표현 형태를 3D 형태로 데이터베이스(20)에 저장해 놓을 수 있다. 또는 데이터베이스(20)에는 2D 형태로 정보를 저장해 놓고, 사용자 단말기에서 이를 상기한 3D 형태로 변환할 수도 있다.

이에 따라, 추후 지하매설물을 증강현실 형태로 디스플레이에 구현할 때 속성정보에 맞추어 보다 사실적으로 지하매설물에 대한 표현이 가능하다.

지하매설물에 대한 제1위치정보가 확인되면, 제1위치정보를 기준으로 위험영역(6)을 설정한다. 위험영역(6)은 지하매설물(2,3)을 기준으로 양옆으로 대략 수십~수백cm 범위로 결정될 수 있으며, 또한 지하매설물의 심도를 기준으로도 결정된다. 예컨대 가스관을 기준으로 좌우 및 상방 1m로 위험영역(6)을 설정한다. 이렇게 위험영역(6)이 설정되면 서버(10)를 통해 데이터베이스(20)에 저장한다.

위험영역을 설정하는 것은 GPS 정밀도 및 증강현실 구현의 정밀도를 보완하기 위한 것이다. GPS 시스템은 최근 정밀도가 향상되었지만, GPS 수신기에 따라서 정밀도에 차이가 있을 수 있다. 또한 고정밀 GPS 수신기의 경우 고가이므로 사용상 제한이 있다. 또한 GPS 정밀도가 높다고 하여도 증강현실로 구현시에 정밀도가 저하될 수 있다. 이러한 오차의 문제를 정밀도를 향상시키는 관점에서 접근하는 것은 비용의 측면에서 또한 현재 기술적 수준의 측면에서 단기간에 해결이 불가능하므로 바람직하지 않다. 본 발명에서는 오히려 지하매설물 주변까지 위험영역으로 확장하여 정밀도의 문제를 역으로 해결하였다.

본 발명에서는 사용자 단말기(30)를 굴삭장비(40)의 운전자석 주변에 장착한다. 사용자 단말기(30)는 주로 태블릿 PC가 사용될 수 있다. 본 실시예에서 사용자 단말기(30)에는 GPS 모듈, IMU센서, AR 모듈, 영상모듈 및 디스플레이패널이 탑재되어 있다. GPS 모듈은 사용자 단말기의 현재 위치, 즉 제2위치정보를 실시간으로 파악하여 AR 모듈로 전송한다. 물론 사용자 단말기에 기본 탑재된 GPS 모듈이 정밀하지 않은 경우라면, 사용자 단말기 근처에 정밀한 GPS 모듈을 별도로 장착하고, 사용자 단말기와 유무선 통신을 통해 위치정보를 전송할 수도 있다.

IMU 센서는 사용자 단말기의 자세정보를 파악한다. IMU 센서는 3차원 공간에서 앞뒤, 상하, 좌우의 3축으로의 이동을 감지하는 가속도 센서와 피치(pitch), 롤(roll) 및 요(yaw)의 3축 회전을 검출하는 자이로스코프 센서로 이루어진다. IMU 센서를 이용하여 사용자 단말기의 정면이 향하고 있는 방향, 각도 등의 자세정보를 검출하여 실시간으로 AR 모듈로 전송한다.

또한 사용자 단말기의 동영상 카메라에서는 실사화면을 획득하여 실시간으로 획득한다.

AR 모듈에서는 경계선에 대한 위치정보 및 지하매설물에 대한 제1위치정보 및 사용자 단말기의 동영상 카메라에서 실시간으로 얻어지는 실사 화면을 통합하여 증강현실을 구현하여, 도 4에 나타난 바와 같이, 사용자 단말기(30)의 디스플레이부에 표출한다. 즉, 사용자 단말기의 위치와 자세, 그리고 동영상 카메라의 화각 정보를 활용하면 공사 영역에서 현재 사용자 단말기의 디스플레이에 나타나는 구역의 경계(위치좌표)를 파악할 수 있고, 디스플레이 화면 내에서의 세부위치도 정확하게 파악할 수 있다. 여기에 지하매설물의 제1위치정보와 위험영역에 대한 위치정보를 이용하여, 디스플레이 화면에 지하매설물과 위험영역을 증강현실로 표출하게 된다.

AR모듈은 앱 등 컴퓨터 프로그램 형태로 사용자 단말기에 설치되는 것이 일반적이며, 증강현실 구현 기술은 공지의 기술인 바 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한 증강현실로 지하매설물과 위험영역이 표출되는 것 이외에, 지하매설물의 종류, 배치 심도 등에 대한 정보가 사용자 단말기에 별도로 디스플레이 될 수 있다. 예컨대 화면에 나타난 지하매설물의 정보가 디스플레이부에 함께 표시될 수도 있고, 터치나 클릭 동작에 의하여 화면상의 지하매설물을 특정하면 정보가 표시될 수도 있다.

위와 같은 증강현실 구현 프로세스는 실시간으로 계속 이루어지므로, 굴삭장비가 이동하면 그에 맞게 새롭게 데이터를 갱신하여 사용자는 공사 구역 전 영역에서 굴삭 작업을 안전하게 수행할 수 있다.

도 4를 참고하면, 사용자 단말기(30)의 디스플레이부에는 공사 영역의 지면에 지하매설물(2)과 위험영역(6)이 실사화면에 중첩되어 증강현실로 표현되어 있다. 굴착 기사는 운전자석 옆에 놓인 사용자 단말기를 확인하면서 위험영역(6)에서의 굴착 작업에 주의를 기울임으로써, 의도치 않은 지하매설물 파손을 예방할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 보다 직접적으로 굴착 공사에 의한 지하매설물의 파손을 방지할 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명에서는 버켓위치센싱모듈을 구비하여, 굴삭장비(40)의 굴삭부, 예컨대 포크레인의 경우 버켓의 제3위치정보 및 고도정보를 확인함으로써, 버켓이 위험영역(6)에 위치하는 경우 알람을 통해 사용자에게 경고를 송출하고, 더 나아가 굴삭장비의 제어부와 연동하여 굴삭부의 작동을 중지시킬 수 있다.

구성으로 보면, 굴삭부에 GPS 모듈을 별도로 부착하여 굴삭부의 위치를 확인하거나, 또는 굴삭부와 사용자 단말기 사이의 상대 거리를 별도의 센서를 이용하여 검출한 후 사용자 단말기에 부착된 GPS의 위치정보와 조합하여 굴삭부의 위치를 확인할 수도 있다. 예컨대 굴삭부에 마커를 부착하고 굴삭기 본체에 장착된 카메라로 촬영하면서 마커의 이동을 통해 굴삭부와 사용자 단말기 사이의 상대 거리를 산출하고, 제2위치정보와 조합하여 굴삭부의 정확한 제3위치정보를 확보할 수 있다. 카메라로 마커의 위치를 확인하고 이동을 추적하는 기술은 지능형 CCTV 기술에 의하여 구현되며, 이는 널리 사용되고 있는 기술인 바 자세한 설명은 생략한다.

제3위치정보가 실시간으로 사용자 단말기에 입력되면, 사용자 단말기에서는 제3위치정보가 위험영역 내에 있는지를 확인하여 도 4에 도시된 바와 같이 알람을 디스플레이하거나, 알람음을 송출할 수 있다. 본 발명의 일 예에서는 사용자 단말기와 굴삭장비의 HUD(head up display) 모듈과 연동시켜서, 알람을 굴삭기의 전면 패널에 디스플레이할 수도 있다.

특히 버켓의 심도(고도)가 위험 영역 내에 있으면 굴삭장비의 제어부에 신호를 송출하여 작동을 중지시킬 수 있다.

이에 따라 굴삭장비의 사용자가 굴삭부의 위치를 인지하지 못한 상황에서도 굴착 작업에 의한 지하매설물 파손을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

기존의 GPS-AR 기술은 위치정보와 증강현실 구현 기술을 이용하여 사용자 단말기에 대상물을 표현하는 방법에 대하여만 연구가 이루어졌다면, 본 발명에서는 GPS-AR 기술이 산업 현장에서 현실적으로 유효하게 사용될 수 있게 하는데 초점을 맞춘다. 즉 사용자의 부주의는 '변수'가 아닌 '상수'로서 존재할 수 있고, 이러한 조건에서도 굴착 작업에 의한 지하매설물의 파손을 방지할 수 있는 방법에 대해서 연구하였으며, 본 발명과 같이 굴삭장비의 제어장치와 GPS-AR 시스템을 연동하여 굴삭장비의 작동을 제어하는 방법을 마련하였다.

본 발명에 의하여 지하 굴착 공사시 의도치 않게 지하매설물을 파손하는 위험이 대폭 감소될 것으로 기대된다.

한편, 본 발명에서 공사영역의 경계선의 설정, 위험영역의 설정, 알람, 굴삭장비의 작동제어 등의 기능을 어떤 모듈에서 수행하는지에 대하여 구체적인 설명은 하지 않았으나, 이러한 기능은 AR모듈에 의하여 구현될 수 있다. 즉, AR모듈은 좁은 의미로는 실사화면과 지하매설물을 조합하여 증강현실 형태로 디스플레이하는 기능을 수행하지만, 넓은 의미로는 본 발명에 의한 방법을 수행하기 위한 중앙 콘트롤러 기능을 수행하는 모듈로 해석할 수 있다는 점을 첨언한다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100 ... GPS-AR을 이용한 지하매설물 파손 예방 시스템
10 ... 시스템 서버, 20 ... 데이터베이스
30 ... 사용자단말기, 40 ... 굴삭장비
91,92,93 ... 지하매설물 운영기관

Claims (8)

1. 굴착공사가 이루어지는 공사영역을 실시간으로 촬영하여 실사화면을 획득하는 동영상카메라와, 촬영된 화상을 표현하는 디스플레이부를 포함하는 영상모듈;
   상기 영상모듈의 위치정보를 실시간으로 획득하는 GPS모듈;
   상기 영상모듈의 방위 및 각도에 대한 자세정보를 실시간으로 획득하는 자세센싱모듈;
   유무선 통신을 통해 외부와 교신하는 통신모듈;
   굴착공사 지역의 외곽경계에 대한 경계정보 및 상기 외곽경계의 내측을 통과하는 지하매설물에 대한 매설물위치정보를 포함하여 데이터가 저장되는 데이터베이스; 및
   상기 GPS모듈과 자세센싱모듈로부터 획득한 위치정보와 자세정보 및 상기 동영상카메라의 화각정보를 통해 상기 디스플레이부 화면에 나타난 영역의 위치를 탐지하고, 상기 매설물위치정보를 이용하여 상기 디스플레이부 화면상에 지하매설물을 증강현실로 표출하는 프로세싱을 수행하는 AR모듈;을 구비하며,
   상기 영상모듈, GPS모듈, 자세센싱모듈, 통신모듈, 데이터베이스 및 AR모듈은 사용자단말기에 탑재되어 굴삭장비에 장착되고,
   상기 굴삭장비의 굴삭부의 위치정보를 실시간으로 획득하기 위한 버켓위치센싱모듈과 상기 굴삭부가 상기 지하매설물에 일정 범위 내로 근접하는 경우 알람을 송출하는 알람모듈을 더 구비하고,
   상기 지하매설물을 기준으로 좌우 및 상방의 일정 범위를 위험영역으로 설정하고, 상기 AR 모듈에서는 상기 디스플레이 유닛에 상기 위험영역이 증강현실로 표현하거나 또는 상기 지하매설물과 위험영역을 함께 증강현실로 표현하며,
   상기 굴삭부의 심도(고도)가 상기 위험영역에 위치하는 경우 상기 굴삭장비의 굴삭 작동이 제어되며,
   상기 데이터베이스에 저장되는 상기 지하매설물에 대한 위치정보는 상기 지하매설물의 운영기관으로부터 획득하되, 상기 굴착공사 지역의 외곽 경계선과 상기 지하매설물의 위치정보의 좌표를 조합하여 상기 외곽 경계선과 지하매설물의 교점을 찾아내고, 상기 지하매설물의 위치정보 중 공사구역 내측에 배치된 정보만을 분리한 것을 특징으로 하는 GPS-AR을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 AR모듈은 별도의 서버에 마련되어 상기 통신모듈을 통해 수신된 정보를 이용하여 프로세싱을 수행한 후, 다시 상기 통신모듈을 통해 프로세싱 결과물을 상기 통신모듈을 통해 실시간으로 전송하여 상기 영상모듈의 디스플레이부에 표출하는 것을 특징으로 하는 GPS-AR을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 버켓위치센싱모듈은 상기 굴삭부에 별도로 장착된 GPS 수신기로서 직접 상기 굴삭부의 위치를 파악하거나,
   또는 상기 GPS모듈과 굴삭부 사이의 상대 위치정보를 획득하기 위한 버켓위치센서로서 상기 GPS모듈에서 획득한 위치정보와 상기 버켓위치센서의 상대 위치정보를 조합하여 상기 굴삭부의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 GPS-AR을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 지하매설물의 위치정보를 획득하기 위하여 상기 굴착공사 영역을 탐사하기 위한 GPR탐사모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 GPS-AR을 이용한 굴착공사시 지하매설물 파손 예방 시스템.

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