KR102311558B1 - System and method for detecting structure damage using artificial intelligence, and a recording medium having computer readable program for executing the method - Google Patents

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KR102311558B1 KR1020200002435A KR20200002435A KR102311558B1 KR 102311558 B1 KR102311558 B1 KR 102311558B1 KR 1020200002435 A KR1020200002435 A KR 1020200002435A KR 20200002435 A KR20200002435 A KR 20200002435A KR 102311558 B1 KR102311558 B1 KR 102311558B1
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Abstract

인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체가 개시된다. 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템은 손상 탐지부, 손상 탐지 학습부, 및 가상영상 생성부를 포함한다. 손상 탐지부는 심층 신경망을 이용하여 관측영상에서 구조물의 손상을 탐지하고, 손상 탐지 학습부는 가상영상을 이용하여 손상 탐지부의 심층 신경망을 학습시키며, 가상영상 생성부는 가상영상을 생성한다. 이때, 가상영상 생성부는, 심층 신경망을 이용하여 가상영상을 생성하고, 가상 영상을 미리 설정된 가상영상 판별부로 출력하며, 가상영상 판별부의 판별 결과를 이용하여 가상영상 생성부의 심층 신경망을 개선한다.A structure damage detection system using artificial intelligence, a method, and a recording medium recording a computer readable program for executing the method are disclosed. A structure damage detection system using artificial intelligence includes a damage detection unit, a damage detection learning unit, and a virtual image generation unit. The damage detection unit detects damage to the structure in the observed image using the deep neural network, the damage detection learning unit learns the deep neural network of the damage detection unit using the virtual image, and the virtual image generator generates a virtual image. At this time, the virtual image generating unit generates a virtual image using the deep neural network, outputs the virtual image to a preset virtual image discriminator, and improves the deep neural network of the virtual image generating unit using the determination result of the virtual image discriminator.

Description

인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체 {SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING STRUCTURE DAMAGE USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE, AND A RECORDING MEDIUM HAVING COMPUTER READABLE PROGRAM FOR EXECUTING THE METHOD}SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING STRUCTURE DAMAGE USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE, AND A RECORDING MEDIUM HAVING COMPUTER READABLE PROGRAM FOR EXECUTING THE METHOD }

본 발명은 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 손상 탐지 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 촬영 영상과 인공지능 알고리즘을 이용하여 구조물의 콘크리트 손상을 탐지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a damage detection technology for the maintenance of a concrete structure, and more particularly, to a system and method for detecting damage to the concrete of a structure using a photographed image and an artificial intelligence algorithm.

SOC 시설물은 완공 이후에도 유지관리를 위한 주기적 검사가 필요하다. 예를 들어, 철도 터널의 경우 경과 년수별 현황 분석 결과에 따르면 20년 이상 된 터널의 비중이 전체의 41.8%를 차지하고 있어 주기적인 검사가 필수적이다. 도 1은 철도 터널의 경과년수별 현황을 나타낸 표이다.SOC facilities require periodic inspection for maintenance even after completion. For example, in the case of railroad tunnels, according to the results of analysis of the status of each year, the proportion of tunnels older than 20 years accounts for 41.8% of the total, so periodic inspection is essential. 1 is a table showing the status of railway tunnels by elapsed years.

한편, 종래 SOC 시설물의 상태평가시 점검자의 주관적인 판단 및 경험에 따라 손상정보가 기록되며, 이로 인해 작업 때마다 상이한 평가결과가 도출되어 그 결과에 대한 객관성 및 신뢰성이 떨어진다. On the other hand, damage information is recorded according to the subjective judgment and experience of the inspector when evaluating the condition of a conventional SOC facility, and thus different evaluation results are derived for each operation, thereby lowering objectivity and reliability of the results.

이에 따라, 4차 산업혁명 기술을 활용한 시설물 안전 및 유지관리 패러다임 변화로, 빅데이터와 3D 지하지도, 드론, 로봇 등 스마트 신기술을 활용한 시설물의 유지관리체계가 구축되고 있다. 하지만, 개발된 점검 로봇들은 객관적 평가 도구보다는 정보수집을 위한 도구에 치우쳐 있는 실정이다.Accordingly, as a paradigm change for facility safety and maintenance using the 4th industrial revolution technology, a facility maintenance system using smart new technologies such as big data, 3D underground maps, drones, and robots is being built. However, the developed inspection robots are biased toward information collection tools rather than objective evaluation tools.

따라서, 객관적 평가를 위한 영상 정보를 활용한 딥러닝 등을 이용한 자동 상태평가 기술 필요하지만, 영상 데이터의 수집이 어려운 경우에는 상태평가를 위한 심층 신경망의 학습이 곤란해 구조물의 정확한 상태평가를 수행할 수 없는 문제가 있다.Therefore, automatic state evaluation technology using deep learning using image information for objective evaluation is necessary, but if it is difficult to collect image data, it is difficult to learn the deep neural network for state evaluation, so it is difficult to perform accurate state evaluation of structures. There is an impossible problem.

KRUS 10201800437471020180043747 AA

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 딥러닝 기반의 상태평가 기술을 적용하기 위한 효과적인 영상 데이터를 효율적으로 구축하고, 구축된 데이터들을 바탕으로 구조물의 손상을 탐지할 수 있도록 해 주는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned conventional problems, so that effective image data for applying a deep learning-based state evaluation technology can be efficiently constructed, and damage to a structure can be detected based on the constructed data. The purpose is to provide a system and method for doing so.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템은 손상 탐지부, 손상 탐지 학습부, 및 가상영상 생성부를 포함한다. 손상 탐지부는 심층 신경망을 이용하여 관측영상에서 구조물의 손상을 탐지하고, 손상 탐지 학습부는 가상영상을 이용하여 손상 탐지부의 심층 신경망을 학습시키며, 가상영상 생성부는 가상영상을 생성한다. In order to achieve the above object, a structure damage detection system using artificial intelligence according to the present invention includes a damage detection unit, a damage detection learning unit, and a virtual image generation unit. The damage detection unit detects damage to the structure in the observed image using the deep neural network, the damage detection learning unit learns the deep neural network of the damage detection unit using the virtual image, and the virtual image generator generates a virtual image.

이때, 가상영상 생성부는, 심층 신경망을 이용하여 가상영상을 생성하고, 가상 영상을 미리 설정된 가상영상 판별부로 출력하며, 가상영상 판별부의 판별 결과를 이용하여 가상영상 생성부의 심층 신경망을 개선한다.At this time, the virtual image generating unit generates a virtual image using the deep neural network, outputs the virtual image to a preset virtual image discriminator, and improves the deep neural network of the virtual image generating unit using the determination result of the virtual image discriminator.

이와 같은 구성에 의하면, 심층 신경망을 이용하여 생성한 가상 영상으로 딥러닝 기반의 상태평가 기술을 적용하기 위한 효과적인 영상 데이터를 구축하고, 구축된 데이터들을 바탕으로 구조물의 콘크리트 손상을 효율적으로 탐지할 수 있게 된다.According to this configuration, effective image data for applying deep learning-based condition evaluation technology can be constructed with virtual images generated using deep neural networks, and damage to concrete of structures can be efficiently detected based on the constructed data. there will be

이때, 구조물의 손상은 구조물의 콘크리트 손상일 수 있다.In this case, the damage to the structure may be damage to the concrete of the structure.

또한, 구조물 손상 탐지 시스템은 가상영상 판별부를 더 포함할 수 있으며, 가상영상 판별부는 심층 신경망을 이용하여 가상영상을 판별하고, 가상영상과 실제영상을 이용하여 가상영상 판별부의 심층 신경망을 개선할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 가상영상 생성부와 가상영상 판별부의 경쟁을 통해 보다 효율적으로 가상영상을 생성할 수 있게 된다. In addition, the structure damage detection system may further include a virtual image discriminator, and the virtual image discriminator can determine a virtual image using a deep neural network, and improve the deep neural network of the virtual image discriminator using a virtual image and a real image. have. According to such a configuration, it is possible to more efficiently generate a virtual image through competition between the virtual image generating unit and the virtual image determining unit.

또한, 손상 탐지 학습부는, 실제영상으로부터 학습용 실제영상과 실험용 실제영상을 분리하고, 학습용 실제영상을 이용하여 생성된 학습용 가상영상을 이용하여 손상 탐지 알고리즘을 학습시키며, 실험용 실제영상을 이용하여 손상 탐지 알고리즘의 성능을 검증할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 소량의 실제영상을 이용하여 손상 탐지 학습부의 학습과 학습성능의 검증을 효과적으로 수행할 수 있게 된다.In addition, the damage detection learning unit separates the real image for learning and the real image for experimentation from the real image, learns the damage detection algorithm using the virtual image for learning generated using the real image for learning, and detects damage using the real image for the experiment The performance of the algorithm can be verified. According to such a configuration, it is possible to effectively perform the learning of the damage detection learning unit and the verification of the learning performance using a small amount of real images.

또한, 손상 탐지부는 관측영상에서 손상영역의 특징을 추출하는 특징 추출부, 손상영역을 포함하는 바운딩박스를 산출하는 바운딩박스 산출부, 손상영역에서 손상부위를 분할하는 손상부위 분할부, 및 손상부위의 손상 여부를 확률적으로 산출하는 손상확률 산출부를 포함할 수 있다.In addition, the damage detection unit includes a feature extraction unit for extracting features of the damaged area from the observed image, a bounding box calculation unit for calculating a bounding box including the damaged area, a damaged area dividing unit for dividing the damaged area from the damaged area, and the damaged area It may include a damage probability calculation unit for probabilistically calculating whether the damage of the.

또한, 본 발명에 따른 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 방법은 가상영상 생성부가 가상 영상을 생성하는 가상영상 생성 단계, 손상 탐지 학습부가 가상영상을 이용하여 손상 탐지부의 심층 신경망을 학습시키는 손상 탐지 학습 단계, 및 손상 탐지부가 심층 신경망을 이용하여 관측영상에서의 콘크리트 손상을 탐지하는 손상 탐지 단계를 포함한다.In addition, the method for detecting structural damage using artificial intelligence according to the present invention includes a virtual image generation step in which a virtual image generation unit generates a virtual image, and a damage detection learning step in which the damage detection learning unit learns a deep neural network of the damage detection unit using the virtual image. , and a damage detection step in which the damage detection unit detects damage to concrete in the observation image using a deep neural network.

이때, 가상영상 생성부는, 심층 신경망을 이용하여 가상영상을 생성하고, 가상영상을 미리 설정된 가상영상 판별부로 출력하며, 가상영상 판별부의 판별 결과를 이용하여 가상영상 생성부의 심층 신경망을 개선한다.In this case, the virtual image generating unit generates a virtual image using the deep neural network, outputs the virtual image to a preset virtual image discriminator, and improves the deep neural network of the virtual image generating unit by using the determination result of the virtual image discriminator.

아울러, 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체가 함께 개시된다.In addition, a recording medium recording a computer readable program for executing the method is disclosed together.

본 발명에 의하면, 심층 신경망을 이용하여 생성한 가상 영상으로 딥러닝 기반의 상태평가 기술을 적용하기 위한 영상 데이터를 효율적으로 구축하고, 구축된 데이터들을 바탕으로 구조물의 콘크리트 손상을 효과적으로 탐지할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to efficiently construct image data for applying a deep learning-based condition evaluation technology with a virtual image generated using a deep neural network, and to effectively detect damage to concrete of a structure based on the constructed data. do.

또한, 가상영상 생성부와 가상영상 판별부의 경쟁을 통해 보다 효과적으로 가상영상을 생성할 수 있게 된다. In addition, it is possible to more effectively generate a virtual image through competition between the virtual image generating unit and the virtual image determining unit.

또한, 소량의 실제영상을 이용하여 손상 탐지 학습부의 학습과 학습성능의 검증을 효과적으로 수행할 수 있게 된다.In addition, it is possible to effectively perform the learning of the damage detection learning unit and the verification of the learning performance using a small amount of real images.

도 1은 철도 터널의 경과년수별 현황을 나타낸 표.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템의 개략적인 블록도.
도 3 내지 도 6은 콘크리트 균열 영상의 예이고, 도 7 내지 도 10은 콘크리트 박리/박막 영상의 예.
도 11은 도 2의 손상 탐지부의 콘크리트 표면 손상 탐지 기술을 설명하기 위한 도면.
도 12는 콘크리트 표면 손상 탐지 심층신경망 성능 고도화 학습 방식을 설명하기 위한 도면.
도 13은 콘크리트 표면 손상 영상 생성 기술을 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명에서 제시된 주요 기술들을 나타낸 도면.
1 is a table showing the status of railway tunnels by elapsed years.
Figure 2 is a schematic block diagram of a structure damage detection system using artificial intelligence according to an embodiment of the present invention.
3 to 6 are examples of concrete crack images, and FIGS. 7 to 10 are examples of concrete peeling/thin film images.
11 is a view for explaining the concrete surface damage detection technology of the damage detection unit of FIG.
12 is a diagram for explaining a learning method to advance the performance of a deep neural network for detecting damage to a concrete surface.
13 is a view for explaining a concrete surface damage image generation technology.
14 is a view showing the main techniques presented in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템의 개략적인 블록도이다. 도 2에서, 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템(100)은 손상 탐지부(110), 손상 탐지 학습부(120), 가상영상 생성부(130), 및 가상영상 판별부(140)를 포함하며, 손상 탐지부(110)는 다시 특징 추출부(112), 바운딩박스 산출부(114), 손상부위 분할부(116), 및 손상확률 산출부(118)를 포함한다.2 is a schematic block diagram of a structure damage detection system using artificial intelligence according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2 , the structure damage detection system 100 using artificial intelligence includes a damage detection unit 110 , a damage detection learning unit 120 , a virtual image generating unit 130 , and a virtual image determining unit 140 , , the damage detection unit 110 again includes a feature extraction unit 112 , a bounding box calculation unit 114 , a damaged part division unit 116 , and a damage probability calculation unit 118 .

손상 탐지부(110)는 심층 신경망을 이용하여 관측영상에서 구조물의 손상을 탐지한다. 이때, 구조물의 손상은 구조물의 콘크리트 손상일 수 있다. 도 3 내지 도 6은 콘크리트 균열 영상의 예이고, 도 7 내지 도 10은 콘크리트 박리/박막 영상의 예이다.The damage detection unit 110 detects damage to the structure in the observation image using a deep neural network. In this case, the damage to the structure may be damage to the concrete of the structure. 3 to 6 are examples of concrete crack images, and FIGS. 7 to 10 are examples of concrete peeling/thin film images.

이를 위해, 특징 추출부(112)는 관측영상에서 손상영역의 특징을 추출하고, 바운딩박스 산출부(114)는 손상영역을 포함하는 바운딩박스를 산출하고, 손상부위 분할부(116)는 손상영역에서 손상부위를 분할하며, 손상확률 산출부(118)는 손상부위의 손상 여부를 확률적으로 산출한다.To this end, the feature extraction unit 112 extracts the features of the damaged area from the observed image, the bounding box calculation unit 114 calculates a bounding box including the damaged area, and the damaged area dividing unit 116 is the damaged area. The damaged part is divided in , and the damage probability calculation unit 118 probabilistically calculates whether the damaged part is damaged.

보다 구체적으로, 손상 탐지부(110)의 탐지 알고리즘은 입력, 특징추출, 판단, 출력 4단계로 구성되어 있으며, 특징 추출 단계와 판단 단계는 심층 신경망으로 이루어져 있다. 도 11은 손상 탐지부(110)의 콘크리트 표면 손상 탐지 기술을 설명하기 위한 도면이다.More specifically, the detection algorithm of the damage detection unit 110 consists of input, feature extraction, determination, and output four steps, and the feature extraction step and determination step consist of a deep neural network. 11 is a view for explaining a concrete surface damage detection technology of the damage detection unit 110 .

도 11에 도시된 바와 같이, 특징추출 심층신경망은 입력 영상에서 손상영역의 특징을 나타낼 수 있는 특징 지도를 만들어내는 역할을 수행하고, 판단 단계 심층 신경망은 손상 영역을 Bounding Box로 나타내는 역할, 손상 여부를 확률적으로 나타내는 역할, 손상 영역에서 손상 부위를 정밀하게 분할을 수행하는 역할을 동시에 수행하는 Multi-task 기반의 알고리즘이다.As shown in FIG. 11, the feature extraction deep neural network plays a role in creating a feature map that can indicate the characteristics of the damaged area in the input image, and the deep neural network in the judgment stage plays a role of representing the damaged area as a bounding box, whether or not there is damage It is a multi-task-based algorithm that simultaneously performs the role of probabilistically representing .

손상 탐지 학습부(120)는 가상영상을 이용하여 손상 탐지부(110)의 심층 신경망을 학습시킨다. 이때, 손상 탐지 학습부(120)는 실제영상으로부터 학습용 실제영상과 실험용 실제영상을 분리하고, 학습용 실제영상을 이용하여 생성된 학습용 가상영상을 이용하여 손상 탐지 알고리즘을 학습시키며, 실험용 실제영상을 이용하여 손상 탐지 알고리즘의 성능을 검증할 수 있다. The damage detection learning unit 120 learns the deep neural network of the damage detection unit 110 using a virtual image. At this time, the damage detection learning unit 120 separates the real image for learning and the real image for experimentation from the real image, uses the virtual image for learning generated using the real image for learning to learn the damage detection algorithm, and uses the real image for the experiment. Thus, the performance of the damage detection algorithm can be verified.

보다 구체적으로, 탐지 알고리즘의 학습은 가상으로 생성된 콘크리트 손상 영상을 이용하여 수행함으로 탐지 성능을 고도화하는 것을 특징으로 한다. 도 12는 콘크리트 표면 손상 탐지 심층신경망의 성능 고도화 학습 방식을 설명하기 위한 도면이다.More specifically, the learning of the detection algorithm is characterized in that the detection performance is advanced by performing it using the virtual generated concrete damage image. 12 is a diagram for explaining a performance enhancement learning method of a deep neural network for detecting damage to a concrete surface.

도 12에서 먼저, 심층 신경망을 학습하기 위해 학습용 데이터와 실험용 데이터로 구분하여 학습용 데이터를 이용하여 가상의 데이터를 생성하고, 학습용 데이터에 가상의 데이터를 추가하여 콘크리트 표면 손상 탐지 인공지능 알고리즘의 학습을 수행한다. 이후, 실험용 데이터를 학습된 인공지능에 적용 후 탐지 성능 결과에 따라 학습을 종료하거나 앞선 절차를 반복하여 다시 새로운 가상의 데이터를 추가하여 학습을 재수행한다. In FIG. 12, first, to learn the deep neural network, virtual data is generated using the training data by dividing the training data and the experimental data, and the learning of the artificial intelligence algorithm for detecting damage to the concrete surface is performed by adding the virtual data to the training data. carry out After that, after applying the experimental data to the learned artificial intelligence, the learning is terminated according to the detection performance result, or the previous procedure is repeated to add new virtual data again to re-perform the learning.

가상영상 생성부(130)는 가상영상을 생성한다. 이때, 가상영상 생성부(130)는, 심층 신경망을 이용하여 가상영상을 생성하고, 가상 영상을 미리 설정된 가상영상 판별부(140)로 출력하며, 가상영상 판별부(140)의 판별 결과를 이용하여 가상영상 생성부(130)의 심층 신경망을 개선한다.The virtual image generating unit 130 generates a virtual image. At this time, the virtual image generation unit 130 generates a virtual image using a deep neural network, outputs the virtual image to a preset virtual image determination unit 140 , and uses the determination result of the virtual image determination unit 140 . Thus, the deep neural network of the virtual image generator 130 is improved.

이때, 가상영상 판별부(140)는 심층 신경망을 이용하여 가상영상을 판별하고, 가상영상과 실제영상을 이용하여 가상영상 판별부(140)의 심층 신경망을 개선할 수 있다. In this case, the virtual image determining unit 140 may determine a virtual image using the deep neural network, and improve the deep neural network of the virtual image determining unit 140 using the virtual image and the real image.

보다 구체적으로, 가상영상 생성부(130)는 생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Network: GAN)을 이용한 가상의 영상 생성 기술을 사용하여 소량의 콘크리트 손상 영상으로 무한대의 손상 영상을 생성하는 구성이다. More specifically, the virtual image generator 130 is configured to generate an infinite damage image from a small amount of concrete damage image using a virtual image generation technology using a generative adversarial network (GAN).

도 13은 콘크리트 표면 손상 영상 생성 기술을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 가상영상 생성부(130)의 생성자(Generator) 심층신경망은 0과 1사이에 생성되는 1 by 100 배열의 난수를 발생시키고 이를 입력으로 하여 출력을 가상 손상 영상을 만든다. 13 is a view for explaining a concrete surface damage image generation technology. First, the generator deep neural network of the virtual image generator 130 generates a random number of a 1 by 100 array generated between 0 and 1 and uses it as an input to create a virtual damaged image as an output.

이어서, 가상영상 판별부(140)의 판별자(Discriminator) 심층 신경망이 실제와 가상 손상 영상을 입력으로 하여 참인지 거짓인지를 50%의 확률로 구분한다. 생성자를 통해 만들어진 가상영상으로 판별자에게 거짓이라고 학습하고, 다음으로 실제 영상으로 다시 판별자에게 참이라고 학습하는 것이다.Next, the discriminator deep neural network of the virtual image discriminator 140 divides the real and the virtual damaged images into true or false with a probability of 50%. It learns to be false to the discriminator with the virtual image created through the generator, and then learns to be true to the discriminator again with the real image.

이후, 생성자와 판별자를 연결하여 생성자에서 만들어진 가상 영상을 참이라고 하고 생성자 부분만 학습한다. 이와 같은 방식을 충분히 반복하여 완성된 생성자 심층 신경망으로 무수히 많은 콘크리트 손상 영상을 생성한다. 두 개의 심층 신경망을 경쟁관계로 두어 생성자가 만들어내는 가상 영상과 실제 손상 영상을 판별자가 구분하는 결과를 계속해서 학습시키는 것이다.After that, by connecting the generator and the discriminator, the virtual image created by the generator is called true, and only the generator part is learned. By repeating this method sufficiently, the complete generator deep neural network generates countless concrete damage images. By putting two deep neural networks in competition, the discriminator continuously learns the result of distinguishing between the virtual image created by the generator and the actual damaged image.

정리하면, 본 발명에서는 콘크리트 손상(균열, 박리/박락 등)에 대한 영상 정보를 활용한 딥러닝 기반의 상태 평가시 필요한 학습 데이터를 확보하기 위해서 비지도 학습인 생성적 적대 신경망을 이용하여 콘크리트 표면에 발생할 수 있는 가상의 손상 영상을 생성하는 기술과 만들어진 영상정보를 바탕으로 손상을 탐지하는 인공지능 객체 인식 기술을 제시한다.In summary, in the present invention, in order to secure learning data necessary for deep learning-based state evaluation using image information on concrete damage (cracks, peeling/exfoliation, etc.), unsupervised learning, a generative adversarial neural network, is used to We present a technology to create a virtual image of damage that can occur in the image and an artificial intelligence object recognition technology to detect damage based on the created image information.

보다 구체적으로, 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 콘크리트 표면 손상 영상 생성 기술, 콘크리트 표면 손상 탐지 기술, 콘크리트 표면 손상 탐지 심층신경망 성능 고도화 학습 방식을 제안한다. 도 14는 본 발명에서 제시된 주요 기술들을 나타낸 도면이다.More specifically, we propose a concrete surface damage image generation technology, a concrete surface damage detection technology, and a deep neural network performance enhancement learning method for the maintenance of concrete structures. 14 is a view showing the main techniques presented in the present invention.

본 발명에 의하면, 도로터널, 철도 터널, 공동구 등을 주기적으로 점검하여 안전사고를 사전에 예방하여 파손에 의한 경제적인 손실을 줄일 수 있을 것으로 예상된다.According to the present invention, it is expected to be able to reduce economic losses due to damage by preventing safety accidents in advance by periodically inspecting road tunnels, railroad tunnels, common areas, and the like.

예상 적용 분야로는 Hyperloop/Urban Loop 뿐만 아니라, 현재 운용중인 철근콘크리트 터널과 지하 매설 관로에서도 충분히 적용이 가능하여 활용도가 매우 높다고 예상된다.It is expected to be very useful as it can be sufficiently applied not only to the Hyperloop/Urban Loop, but also to the currently operated reinforced concrete tunnel and underground pipeline.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.Although the present invention has been described with reference to some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereto, but should also extend to modifications or improvements of the above embodiments supported by the claims.

100: 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템
110: 손상 탐지부
112: 특징 추출부
114: 바운딩박스 산출부
116: 손상부위 분할부
118: 손상확률 산출부
120: 손상 탐지 학습부
130: 가상영상 생성부
140: 가상영상 판별부
100: Structure damage detection system using artificial intelligence
110: damage detection unit
112: feature extraction unit
114: bounding box calculation unit
116: damaged part division
118: damage probability calculator
120: damage detection learning unit
130: virtual image generation unit
140: virtual image discrimination unit

Claims (8)

심층 신경망을 이용하여 관측영상에서 구조물의 손상을 탐지하는 손상 탐지부;
가상영상을 이용하여 상기 손상 탐지부의 심층 신경망을 학습시키는 손상 탐지 학습부; 및
상기 가상영상을 생성하는 가상영상 생성부를 포함하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템으로서,
상기 가상영상 생성부는,
심층 신경망을 이용하여 상기 가상영상을 생성하고,
상기 가상 영상을 미리 설정된 가상영상 판별부로 출력하며,
상기 가상영상 판별부의 판별 결과를 이용하여 상기 가상영상 생성부의 심층 신경망을 개선하며,
상기 손상 탐지 학습부는,
실제영상으로부터 학습용 실제영상과 실험용 실제영상을 분리하고,
상기 학습용 실제영상을 이용하여 상기 가상 영상 생성부가 상기 학습용 실제영상과 차별화되도록 생성한 복수의 가상영상과 상기 학습용 실제영상을 각각 이용하여 상기 손상 탐지부를 학습시키고,
상기 실험용 실제영상을 이용하여 상기 손상 탐지부의 성능을 검증하고,
상기 손상 탐지부의 성능에 따라 다시 가상영상 생성부가 새로운 가상영상을 생성하도록 하며,
상기 가상영상 판별부는,
심층 신경망을 이용하여 상기 가상영상을 판별하고,
상기 가상영상과 실제영상을 이용하여 상기 가상영상 판별부의 심층 신경망을 개선하되,
상기 가상 영상과 상기 실제영상을 이용하여 학습된 상기 가상영상 판별부의 심층신경망이 수행한 판별 결과를 이용하여 상기 가상영상 생성부의 심층 신경망이 학습되며,
상기 가상영상 판별부의 심층 신경망은,
상기 가상영상이 거짓으로 인식되고 상기 실제영상이 참으로 인식되도록 학습된 이후 다시 상기 가상영상이 참으로 인식되도록 학습되는 경쟁적 학습을 통해 학습되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템.
a damage detection unit that detects damage to a structure in an observation image using a deep neural network;
Damage detection learning unit for learning the deep neural network of the damage detection unit using a virtual image; and
As a structure damage detection system using artificial intelligence comprising a virtual image generator for generating the virtual image,
The virtual image generation unit,
Generate the virtual image using a deep neural network,
Outputs the virtual image to a preset virtual image determining unit,
The deep neural network of the virtual image generation unit is improved by using the determination result of the virtual image discrimination unit,
The damage detection learning unit,
Separating the real image for learning and the real image for experimentation from the real image,
Learning the damage detector using a plurality of virtual images generated by the virtual image generator to differentiate it from the real image for learning using the real image for learning and the real image for learning, respectively,
Verifies the performance of the damage detection unit using the actual image for the experiment,
The virtual image generation unit generates a new virtual image again according to the performance of the damage detection unit,
The virtual image determining unit,
Determining the virtual image using a deep neural network,
Using the virtual image and the real image to improve the deep neural network of the virtual image discrimination unit,
The deep neural network of the virtual image generating unit is learned using the determination result performed by the deep neural network of the virtual image discriminating unit learned using the virtual image and the real image,
The deep neural network of the virtual image discrimination unit,
Structure damage detection system using artificial intelligence, characterized in that the virtual image is recognized as false and the real image is learned to be recognized as true, and then learned through competitive learning in which the virtual image is again learned to be recognized as true.
청구항 1에 있어서,
상기 구조물의 손상은 상기 구조물의 콘크리트 손상인 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템.
The method according to claim 1,
The damage to the structure is a structure damage detection system using artificial intelligence, characterized in that the concrete damage to the structure.
청구항 1에 있어서,
상기 가상영상 판별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템.
The method according to claim 1,
Structure damage detection system using artificial intelligence, characterized in that it further comprises the virtual image determination unit.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 손상 탐지부는,
상기 관측영상에서 손상영역의 특징을 추출하는 특징 추출부;
상기 손상영역을 포함하는 바운딩박스를 산출하는 바운딩박스 산출부;
상기 손상영역에서 손상부위를 분할하는 손상부위 분할부; 및
상기 손상부위의 손상 여부를 확률적으로 산출하는 손상확률 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 시스템.
The method according to claim 1, The damage detection unit,
a feature extracting unit for extracting features of the damaged region from the observed image;
a bounding box calculation unit for calculating a bounding box including the damaged area;
a damaged area dividing unit for dividing the damaged area in the damaged area; and
Structure damage detection system using artificial intelligence, characterized in that it comprises a damage probability calculator for probabilistically calculating whether the damaged part is damaged.
가상영상 생성부가 상기 가상 영상을 생성하는 가상영상 생성 단계;
손상 탐지 학습부가 상기 가상영상을 이용하여 손상 탐지부의 심층 신경망을 학습시키는 손상 탐지 학습 단계; 및
상기 손상 탐지부가 심층 신경망을 이용하여 관측영상에서의 콘크리트 손상을 탐지하는 손상 탐지 단계를 포함하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 방법으로서,
상기 가상영상 생성부는,
심층 신경망을 이용하여 상기 가상영상을 생성하고,
상기 가상영상을 미리 설정된 가상영상 판별부로 출력하며,
상기 가상영상 판별부의 판별 결과를 이용하여 상기 가상영상 생성부의 심층 신경망을 개선하며,
상기 손상 탐지 학습부는,
실제영상으로부터 학습용 실제영상과 실험용 실제영상을 분리하고,
상기 학습용 실제영상을 이용하여 상기 가상 영상 생성부가 상기 학습용 실제영상과 차별화되도록 생성한 복수의 가상영상과 상기 학습용 실제영상을 각각 이용하여 상기 손상 탐지부를 학습시키고,
상기 실험용 실제영상을 이용하여 상기 손상 탐지부의 성능을 검증하고,
상기 손상 탐지부의 성능에 따라 다시 가상영상 생성부가 새로운 가상영상을 생성하도록 하며,
상기 가상영상 판별부는,
심층 신경망을 이용하여 상기 가상영상을 판별하고,
상기 가상영상과 실제영상을 이용하여 상기 가상영상 판별부의 심층 신경망을 개선하되,
상기 가상 영상과 상기 실제영상을 이용하여 학습된 상기 가상영상 판별부의 심층신경망이 수행한 판별 결과를 이용하여 상기 가상영상 생성부의 심층 신경망이 학습되며,
상기 가상영상 판별부의 심층 신경망은,
상기 가상영상이 거짓으로 인식되고 상기 실제영상이 참으로 인식되도록 학습된 이후 다시 상기 가상영상이 참으로 인식되도록 학습되는 경쟁적 학습을 통해 학습되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 구조물 손상 탐지 방법.
a virtual image generating step of generating the virtual image by a virtual image generating unit;
Damage detection learning step in which the damage detection learning unit learns the deep neural network of the damage detection unit using the virtual image; and
As a structure damage detection method using artificial intelligence, the damage detection unit includes a damage detection step of detecting concrete damage in an observation image using a deep neural network,
The virtual image generation unit,
Generate the virtual image using a deep neural network,
Outputs the virtual image to a preset virtual image determining unit,
The deep neural network of the virtual image generation unit is improved by using the determination result of the virtual image discrimination unit,
The damage detection learning unit,
Separating the real image for learning and the real image for experimentation from the real image,
Learning the damage detector using a plurality of virtual images generated by the virtual image generator to differentiate it from the real image for learning using the real image for learning and the real image for learning, respectively,
Verifies the performance of the damage detection unit using the actual image for the experiment,
The virtual image generation unit generates a new virtual image again according to the performance of the damage detection unit,
The virtual image determining unit,
Determining the virtual image using a deep neural network,
Using the virtual image and the real image to improve the deep neural network of the virtual image discrimination unit,
The deep neural network of the virtual image generating unit is learned using the determination result performed by the deep neural network of the virtual image discriminating unit learned using the virtual image and the real image,
The deep neural network of the virtual image discrimination unit,
The method for detecting structural damage using artificial intelligence, characterized in that the virtual image is recognized as false and the real image is learned to be recognized as true, and then is learned through competitive learning in which the virtual image is again learned to be recognized as true.
청구항 7의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체.
A recording medium in which a computer readable program for executing the method of claim 7 is recorded.
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