KR102341114B1

KR102341114B1 - 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템

Info

Publication number: KR102341114B1
Application number: KR1020210120279A
Authority: KR
Inventors: 이현모
Original assignee: (주)조은공간정보
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2021-12-21

Abstract

본 발명은 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지도 제작을 위해 지하시설물을 측량할 때 드론을 이용하여 무인자동화 측량이 가능하게 하면서 사용되는 증강현실서버의 열화를 막아 사용중 시스템이 정지되는 현상을 차단하며, 특히 증강현실서버를 구성하는 다수의 모듈들이 간접 냉각되게 하여 동작중 쇼트가 발생하지 않으면서 안전하고 균일하게 냉각될 수 있도록 유도하여 시스템의 효율화를 달성할 수 있도록 함과 동시에 드론으로 측량된 지하시설물을 3차원 모델링 데이터로 처리하여 정보화시킬 수 있도록 개선된 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템에 관한 것이다.

Description

지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템{3D modeling data image processing system for underground facilities}

지리정보시스템(geographic information system, GIS)은 지리공간 데이터를 분석·가공하여 교통·통신 등과 같은 지형 관련 분야에 활용할 수 있는 지도 관리 시스템이다.

즉, 이러한 지리정보시스템은 과거 인쇄물 형태로 이용하던 지도 및 지리정보를 컴퓨터를 이용해 작성·관리하고, 여기서 얻은 지리정보를 기초로 데이터를 수집·분석·가공하여 지형과 관련되는 모든 분야에 적용하기 위해 설계된 종합 정보 시스템을 의미한다.

예를 들어, 지하에 매설된 광케이블, 상하수도관, 도시가스관, 송유관, 우수관 등과 같은 지하시설물의 점검 및 유지보수나 지하시설물의 사고시 긴급복구 등과 같이 지리정보를 기초로 하는 현장 업무의 경우에, 상술한 GIS를 활용하여 해당 현장의 지리정보, 즉, 지하시설물에 관한 정보를 얻어 업무를 진행하게 된다.

구체적으로, 컴퓨터나 노트북 등에 구비된 디스플레이를 통해 표시되는 해당 현장의 지하에 매설된 지하시설물의 위치와 정보를 얻거나 도면으로 출력하여 육안에 의해 지하시설물의 위치를 파악하게 된다.

그러나, 상술한 바와 같은 방식에 따르면, 지하에 매설된 지하시설물의 특정위치에서의 점검 및 유지보수를 위해 특정위치를 굴삭함에 있어서, 정확한 위치를 파악하기 어려워 잘못된 위치를 굴삭하게 되어 잘못 굴삭된 위치를 매설하고 새롭게 파악한 위치를 다시 굴삭함에 따른 작업효율이 떨어지는 문제점이 있다.

특히, 정확한 위치를 파악하지 못하고 이뤄지는 굴삭작업으로 인하여 도시가스관을 파손한 경우에는 대형 인명사고나 막대한 경제적 손실을 초래하는 커다란 문제점이 있다.

이를 개선하기 위해 등록특허 제10-1683732호(2016-12-01)가 개시된 바 있다.

그런데, 등록특허의 경우 지도제작에 필수적인 증강현실서버가 이를 구성하는 다수의 모듈들, 이를 테면 3D정보모듈, 속성정보모듈, 3D정보제공모듈, 속성정보제공모듈 등이 장시간에 걸쳐 빠른 속도로 정보를 처리하는 과정에서 상당한 발열을 수반하기 때문에 그 과정에서 모듈의 열화는 물론, 수분 등과 접촉하면서 단자간 쇼트가 발생하여 안전구동이 어렵고, 열화에 따른 처리불량, 셧다운 등으로 시스템의 안정성을 저해하는 요인이 되고 있으며, 이에 따라 증강현실서버의 사용수명이 단축되는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 등록특허의 경우는 이미 정보를 알고 있는 지하시설물에 대한 확인 및 지도제작에 사용되는 시스템으로서 미지의 지하시설물에 대한 탐지능력은 없는 상태이므로 이에 대한 보완도 필요하다.

또한, 탐지된 지하시설물을 영상처리하는데 있어서도 개선이 필요한 시점이다.

대한민국 등록특허 제10-1720755호(2017-03-22), '지하시설물의 3차원 모델링 데이터의 영상처리시스템'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 지도 제작을 위해 지하시설물을 측량할 때 드론을 이용하여 무인자동화 측량이 가능하게 하면서 사용되는 증강현실서버의 열화를 막아 사용중 시스템이 정지되는 현상을 차단하며, 특히 증강현실서버를 구성하는 다수의 모듈들이 간접 냉각되게 하여 동작중 쇼트가 발생하지 않으면서 안전하고 균일하게 냉각될 수 있도록 유도하여 시스템의 효율화를 달성할 수 있도록 함과 동시에 드론으로 측량된 지하시설물을 3차원 모델링 데이터로 처리하여 정보화시킬 수 있도록 개선된 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 증강현실서버와, 모바일 클라이언트를 포함하는 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템에 있어서;
상기 증강현실서버는 지형과 지하시설물의 3D정보가 분류저장되는 3D정보모듈, 상기 모바일 클라이언트의 소정 위치정보에 대한 3D정보요청을 수신하고 그에 상응하는 3D정보를 상기 모바일 클라이언트로 전송하는 3D정보제공모듈을 포함하고;
상기 모바일 클라이언트는 GPS와 연동하여 위치정보를 제공하는 위치정보모듈, 상기 위치정보를 VRS서버로 전송하여 상기 위치정보에 대응하는 보정치를 상기 VRS서버로부터 수신하는 보정치수신모듈, 상기 보정치를 이용하여 상기 위치정보를 보정하여 보정위치정보를 생성하는 보정위치생성모듈, 상기 보정위치정보를 상기 증강현실서버로 전송하여 상기 보정위치정보에 대응하는 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 수신하는 3D정보수신모듈, 상기 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 적어도 높이맵 기법, 쿼드트리 기법, 절두체컬링 기법 중 하나가 적용된 3D엔진으로 모델링하여 지형 및 지하시설물에 대한 3D객체를 생성하는 3D객체생성모듈, IMU와 연동하여 자세정보를 제공하는 자세정보모듈, 카메라를 통해 실시간 영상정보를 획득하는 영상획득모듈, 상기 보정위치정보 및 상기 자세정보에 근거하여 상기 3D객체를 상기 영상정보에 중첩하여 정합시키는 정합모듈, 상기 정합된 3D객체와 영상정보를 디스플레이를 통해 그래픽적으로 표시하는 표시모듈을 포함하며;
상기 증강현실서버로 제공되지 않는 지역의 지하시설물 정보를 탐지하도록 분산진동센서를 탑재한 무인탐지로봇을 더 구비하며;
상기 3D객체생성모듈에는 OBJ, DAE, 3MX를 포함한 3차원 모델링이 가능한 파일포맷을 실행할 수 있는 파일포맷실행기와, 파일포맷실행기가 구현한 화면상에 그물형태의 표준폼을 표시하고 기준점 좌표를 설정한 후 분산진동센서가 탐지하여 기록한 탐지영상정보를 읽어들여 표준폼 상에 배열하는 메쉬설정기와, 메쉬설정기에 의해 배열된 탐지영상정보에 기준점 좌표를 기준으로 무인탐지로봇이 측정한 심도데이터와 GPS를 통해 얻은 상기 무인탐지로봇의 위치좌표데이터를 매칭시켜 3차원 영상인 3D 객체를 생성하는 맵핑기가 더 포함하되,
상기 무인탐지로봇은 로봇본체를 구비하고 모바일클라이언트로부터 송신된 제어정보를 수신하여 탐지할 지역으로 자동 비행하게 되며, 상기 로봇본체의 하단면에는 체결부가 마련되고, 상기 체결부에는 장비본체부가 장탈착되며, 상기 장비본체부에는 탐지블럭부가 교체가능하게 조립되고, 상기 장비본체부의 표면에는 원통형상의 체결장착부가 형성되며, 상기 체결장착부의 내부 바닥면에는 도우넛 형태로 내부에 구멍이 있는 원판형 자석이 고정되고, 상기 원판형 자석의 내부 천공된 구멍에는 상기 원판형 자석 보다 1-1.5mm 더 두꺼운 두께의 원형시트가 부착되며, 상기 체결부의 내부 바닥면에는 원판형태의 철편이 고정되고, 상기 장비본체부의 하단면에는 돌출가이드가 형성되며, 상기 돌출가이드에는 판슬라이더가 끼워지고, 상기 판슬라이더는 상기 탐지블럭부의 상면에서 일체로 돌출형성된 구조물이며, 상기 탐지블럭부의 내부에는 분산진동센서와 고주파펄스를 발생시키는 펄스주사기와 상기 펄스주사기에 연결된 광섬유가 더 설치되고, 상기 판슬라이더의 상면에는 단자가 마련되며, 상기 단자에 대응하여 상기 돌출가이드의 내부 천정면에는 접속단자가 구비된 것을 특징으로 하는 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 지도 제작을 위해 지하시설물을 측량할 때 드론을 이용하여 무인자동화 측량이 가능하게 하면서 사용되는 증강현실서버의 열화를 막아 사용중 시스템이 정지되는 현상을 차단하며, 특히 증강현실서버를 구성하는 다수의 모듈들이 간접 냉각되게 하여 동작중 쇼트가 발생하지 않으면서 안전하고 균일하게 냉각될 수 있도록 유도하여 시스템의 효율화를 달성할 수 있도록 함과 동시에 드론으로 측량된 지하시설물을 3차원 모델링 데이터로 처리하여 정보화시킬 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템의 구성을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증강현실서버의 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모바일 클라이언트의 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모바일 클라이언트의 하드웨어 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 VRS서버의 구성을 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 DEM을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 보정위치정보가 중심타일 내에서 변경된 경우를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 보정위치정보가 중심타일에서 외곽 타일로 변경된 경우를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 보정위치정보의 위치를 중심으로 일정 반경을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 3D 엔진에 사용되는 높이맵 기법을 설명하기 위한 등고선을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 3D 엔진에 사용되는 높이맵 기법을 설명하기 위한 높이맵의 예를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 3D 엔진에 사용되는 높이맵 기법을 설명하기 위해 높이맵으로 생성한 3D지형을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 모바일 클라이언트에 구비된 디스플레이에 지하시설물이 표시된 화면을 보여주는 사진.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 지하설비 관측을 기초로 한 측지측량 시스템의 모바일 클라이언트에 구비된 디스플레이에 지형이 표시된 화면을 보여주는 사진.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 3D정보의 제공 과정을 보여주는 흐름도.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 속성정보의 제공 과정을 보여주는 흐름도.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 측지측량 시스템의 보정위치에 따른 증강현실서버의 처리 과정을 보여주는 순서도.
도 18은 본 발명에 따른 측지측량 시스템을 구성하는 증강현실서버의 냉각구조를 보인 예시도.
도 19는 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 무인탐지로봇의 예시도.
도 20은 도 19의 무인탐지로봇에 장착되는 탐지장비의 예시도.
도 21은 본 발명 영상처리에 따른 3D객체생성모듈의 구체적인 구성예를 보인 구성블럭도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 본 발명은 등록특허 제10-1683732호의 기술을 그대로 이용한다. 즉, 시스템은 그대로 이용하며 이 시스템의 효율화를 위한 개량기술을 포함한다. 따라서, 이하 설명되는 시스템 구성은 등록특허의 구성을 그대로 인용하기로 한다.

예컨대, 본 발명에 따른 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 증강현실서버(100), 모바일 클라이언트(200)를 포함한다.

상기 증강현실서버(100)는, 지형의 3D정보, 지형의 속성정보, 지하시설물의 3D정보, 지하시설물의 속성정보 등이 분류저장되어 상기 모바일 클라이언트(200)와 정보를 주고 받는다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 증강현실서버(100)는 3D정보모듈(110), 3D정보제공모듈(130), 속성정보모듈(120), 속성정보제공모듈(140)을 포함하여 구성된다.

상기 3D정보모듈(110)은, 지형과 지하시설물의 3D정보가 분류저장되는 모듈로서, 상기 지형의 3D정보는 DEM, 항공사진, 지적선 등 지형에 대한 입체적인 정보를 갖는 자료가 포함될 수 있고, 상기 지하시설물의 3D정보는 3D맥스, 3D캐드 등과 같은 프로그램으로 생성한 모델링 데이터 등이 포함될 수 있다.

상기 DEM(Digital Elevation Models)은, 지리 정보 시스템 구축을 위해 사용되는 3차원 좌표로 나타낸 자료로서, 특히, 지형을 표현한 수치지형모델(DTM:Digital Terrain Model)이 있으며, 수치지형모델은 지표면에 일정 간격으로 분포된 지점의 높이 값을 수치로 기록한 것을 컴퓨터를 이용하여 처리한 것이다.

상기 DEM의 수집 방법으로는, 지상측량, 사진측정학적 방법, 수치지도, 레이더(rader, RAdio Detecting And Ranging), 라이다(lidar, Light Detection And Ranging), 소나(sonar, sound navigation and ranging) 등을 이용하여 취득할 수 있다.

상기 3D정보제공모듈(130)은, 상기 모바일 클라이언트(200)의 소정 위치정보에 대한 3D정보요청을 수신하고 그에 상응하는 3D정보를 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송하는 모듈이다.

한편, 상기 증강현실서버(100)가 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송하는 3D정보는, 도 6에 도시된 바와 같이, DEM을 일정 크기로 타일링한 모형타일 및/또는 지하시설물의 모델링 데이터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 모바일 클라이언트(200)의 소정 위치정보는, 모바일 클라이언트(200)에 의해 생성되는 "보정위치정보"가 될 수 있으며, 3D정보와 보정위치정보에 대해서는 모바일 클라이언트(200)에 대한 설명시 상세하게 하도록 한다.

상기 속성정보모듈(120)은, 상기 지형과 지하시설물의 속성정보가 분류저장되는 모듈로서, 상기 지형의 속성정보는 지적정보, 토지정보, 면적정보 등이 포함될 수 있고, 상기 지하시설물의 속성정보는 지형지물부호, 관리번호, 관리기관, 설치일자, 구경, 깊이 등에 대한 정보가 포함될 수 있다.

상기 속성정보제공모듈(140)은, 상기 모바일 클라이언트(200)의 지형과 지하시설물에 대한 속성정보 요청을 수신하고 해당 지형과 지하시설물의 속성정보를 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송하는 모듈이다.

한편, 상기 3D정보제공모듈(130)과 상기 속성정보제공모듈(140)은 별도로 구성되어 이뤄질 수도 있으나, 하나의 모듈로 구성되어 각 기능별로 나뉘어 작동할 수도 있음은 물론이다.

상기 모바일 클라이언트(200)는, 상기 증강현실서버(100)와 정보를 주고 받으며, 상기 증강현실서버(100)로부터 전송받은 3D정보와 속성정보를 이용하여 증강현실을 바탕으로 실세계에 3차원 가상의 이미지를 겹쳐보여 주게 된다.

이러한 모바일 클라이언트(200)는, 예를 들어, 무선통신 기능 및 컴퓨팅 기능을 구비한 스마트폰, UMPC(Ultra Mobile Personal Computer) 등을 통해 구현될 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모바일 클라이언트(200)는 위치정보모듈(210), 보정치수신모듈(215), 보정위치생성모듈(220), 3D정보수신모듈(225), 3D객체생성모듈(230), 자세정보모듈(235), 영상획득모듈(240), 정합모듈(245), 표시모듈(250), 속성정보수신모듈(255)을 포함하여 구성된다.

상기 위치정보모듈(210)은 GPS(도 4의 210a)와 연동하여 위치정보를 제공받는 모듈로서, 상기 GPS(210a)는, 예를 들어, 일반 GPS(Global Positioning System) 또는 DGPS(Differential Global Positioning System) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

상기 일반 GPS(Global Positioning System)는 인공위성을 이용하여 모바일 클라이언트(200)의 실시간 위치를 알 수 있게 하는 시스템으로서, 이러한 시스템은 위성 궤도 오차, 위성 시계 오차, 전리층 오차, 대류권 오차, 다중 경로 오차, 수신기 오차 등의 영향으로 대략 ±5M 내지 ±10M의 오차를 가진다.

상기 DGPS(Differential Global Positioning System)는 상술한 바와 같이 오차를 일으키는 요소들을 보정하고, 오차를 최대한 줄여서 더욱 정확한 위치를 얻기 위한 시스템으로서, 대략 ±0.7M 내지 ±1M의 오차를 가진다.

상기 보정치수신모듈(215)은, 상술한 바와 같은 일반 GPS, DGPS의 오차를 더욱 줄여서 더더욱 정확한 위치를 얻기 위한 모듈이다.

상술한 일반 GPS, DGPS의 오차는 지하시설물의 위치를 파악하는데 상당히 큰 오차로서, 지하시설물의 점검 및 유지보수나 지하시설물의 사고시 긴급복구 등과 같이 지리정보를 기초로 하는 현장 업무의 경우에, 지하시설물의 위치파악은 수 cm 이내로 정밀하게 이뤄져야 한다.

따라서, 상술한 바와 같은 일반 GPS, DGPS로부터 제공받은 위치정보를 VRS서버(300)로 통상의 무선 통신 방식(CDMA망, 3G망, Wibro망 등)을 통해 전송하여 상기 위치정보에 대응하는 보정치를 상기 VRS서버(300)로부터 통상의 무선 통신 방식을 통해 수신하여 후술하는 보정위치생성모듈(220)이 보다 정확한 위치정보를 생성하도록 하는 것이다.

여기서, VRS(Virtual Reference station)서버란, 일반 GPS, DGPS의 오차를 줄이기 위해 모바일 클라이언트(200)로부터 전송받은 위치정보에 대응하는 보정치를 산출하는 위치측정 서버이다.

이러한 VRS서버(300)는, 예를 들어, 국토지리정보원에서 운영하는 공지의 서버가 사용될 수도 있고, 별도의 VRS상시관측소 및 서버를 운영하는 방식으로 구성될 수도 있다.

상기 VRS서버(300)는, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상시관측소(310)를 이용하여 보정치를 산출하는데, 상기 상시관측소(310)는 전국에 걸쳐 여러 개소 분포되어 있으며, 정밀하게 측정된 기준위치에 설치되어 24시간 위성으로부터 위성위치신호를 수신하여 수신된 결과를 VRS서버(300)로 전송한다.

즉, 보정치수신모듈(215)은 GPS(210a)로부터 제공받은 위치정보를 상기 VRS서버(300)로 통상의 무선 통신 방식(CDMA망, 3G망, Wibro망 등)을 통해 전송하고, 상기 VRS서버(300)는 전송받은 위치정보와 기산출된 각 상시관측소(310)의 보정치를 바탕으로 상기 모바일 클라이언트(200)가 위치된 지점에 해당하는 보정치를 계산한 후 이를 다시 상기 보정치수신모듈(215)로 통상의 무선 통신 방식을 통해 전송하며, 상기 VRS서버(300)가 전송하는 보정치를 상기 보정치수신모듈(215)이 수신하게 된다.

상기 보정위치생성모듈(220)은 상기 VRS서버(300)로부터 전송받은 보정치를 이용하여 상기 위치정보를 보정하여 보정위치정보를 생성하는 모듈이다. 즉, VRS에서 전송하는 보정치를 이용하여 GPS(210a)로부터 제공받은 위치정보를 보정하여 보다 정확한 위치정보인 보정위치정보를 생성하는 것이다.

상술한 바와 같이, VRS서버(300)를 이용하여 최종적으로 얻어진 보정위치정보의 정확도는 ±1 내지 ±2cm의 오차범위로서, 이렇게 얻은 위치정보는 일반 GPS, DGPS보다 훨씬 정확한 이점이 있다.

상기 3D정보수신모듈(225)은, 상기 보정위치생성모듈(220)에 의해 생성된 보정위치정보를 상기 증강현실서버(100)로 전송하여 상기 보정위치정보에 대응하는 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 수신하는 모듈이다.

이때, 상기 모바일 클라이언트(200)가 상기 증강현실서버(100)로부터 수신하는 3D정보는, 도 7에 도시된 바와 같이, DEM을 일정 크기로 타일링한 다수의 모형타일 중 상기 보정위치정보에 대응하는 중앙타일, 상기 중앙타일을 둘러싼 외곽타일 및 상기 보정위치정보를 중심으로 일정 반경에 대응하는 지하시설물의 모델링 데이터를 포함한다.

즉, 증강현실서버(100)는 일정크기로 분할되어 타일링된 다수의 DEM 모형타일을 가지고 있으며, 상기 모바일 클라이언트(200)로부터 전송받은 보정위치정보에 대응하는 중앙타일과, 상기 중앙타일을 둘러싼 8개의 외곽타일을 포함하여 총 9개의 모형타일을 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송한다.

또한, 상기 증강현실서버(100)는 상기 모형타일과 함께 상기 보정위치정보를 중심으로 일정 반경에 대응하는 지하시설물의 모델링 데이터, 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 반경 128M 내에 위치한 지하시설물의 3D맥스, 3D캐드 등의 프로그램으로 모델링한 데이터를 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송한다.

상기 3D객체생성모듈(230)은, 상기 증강현실서버(100)로부터 전송받은 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 적어도 높이맵 기법, 쿼드트리 기법, 절두체컬링 기법 중 하나가 적용된 3D엔진(도 4의 230a)으로 모델링하여 지형 및 지하시설물에 대한 3D객체를 생성하는 모듈이다.

구체적으로, 상기 3D객체생성모듈(230)의 3D엔진(230a)은, 상기 모형타일을 높이맵(Heightmap) 기법으로 높이맵을 생성하고, 상기 높이맵을 쿼드트리(Quad tree) 기법으로 분할하여 단위노드를 생성하며, 상기 단위노드를 절두체컬링(frustum culling) 기법으로 컬링하여 모델링하여 3D객체를 생성한다.

상기 높이맵 기법은, 등고선의 원리를 실시간 3차원 그래픽에 응용한 것으로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 등고선에서는 높이값을 등고선의 색깔 값으로 나타냈으나, 높이맵은 높이 값을 0~255 사이의 명암 값으로 나타낸 것이라 할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 만들고자 하는 3차원 지형을 2차원 높이 정보만을 가진 높이맵으로 만들고, 도 12에 도시된 바와 같이, 높이맵 정보를 사용하여 3차원 지형으로 재구축하는 것을 의미한다.

상기 쿼드트리는, 자료 구조의 하나인 트리의 일종으로 공간을 4개의 자식 노드로 재귀적으로 분할하는 방법을 이용하는 것과 같이 자식 노드가 4개인 트리를 의미한다. 이러한 쿼드트리를 사용하는 가장 큰 이유는 거대한 지형을 빠르게 검색할 수 있기 때문이다. 따라서 큰 덩어리 단위로 필요 없는 데이터를 제거함으로써, 3D엔진(230a)이 처리해야 할 데이터량을 빠르게 줄일 수 있다.

상기 절두체컬링은, 시야 절두체를 이용하여 화면에 보이는지 안보이는지 판단을 내려서 보이는 부분만 선별해 렌더링하기 위한 기법으로서, 수많은 폴리곤과 오브젝트들 중에서 실제로 카메라(도 4의 240a)의 시야 범위에 포함되는 것들만 렌더링하고, 나머지 것들은 렌더링하지 않는 기법을 의미한다.

상기 자세정보모듈(235)은 모바일 클라이언트(200)에 고정되어 설치된 IMU(235a, inertial measurement unit, 관성측정장치)와 연동하여 자세정보를 제공하는 모듈로서, 상기 IMU(235a)는 자북과 자북을 기준으로 한 yaw, pitch, roll의 오일러 각을 산출하여 모바일 클라이언트(200)의 자세정보를 제공하게 된다.

상기 영상획득모듈(240)은 모바일 클라이언트(200)에 고정되어 설치된 카메라(240a)를 통해 실시간 영상정보를 획득하는 모듈이다.

상기 정합모듈(245)은 상기 보정위치생성모듈(220)에 의해 생성된 보정위치정보 및 자세정보모듈(235)에 의해 제공된 자세정보에 근거하여 상기 3D객체생성모듈(230)에 의해 생성된 3D객체를 상기 카메라(240a)의 실시간 영상정보에 중첩하여 정합시키는 모듈이다.

즉, 상기 보정위치정보에 근거하여 3D객체의 위치와 모바일 클라이언트의 위치가 상호 매칭되도록 함과 동시에 상기 3D객체의 자세 및 방향과 상기 카메라(240a)의 자세 및 방향이 상호 매칭되도록 하여 3D객체와 카메라의 실시간 영상정보가 중첩되도록 하여 정합시키는 것이다.

상기 표시모듈(250)은 상술한 바와 같이 상호 정합된 3D객체와 영상정보를 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시하는 모듈이다. 이러한 표시모듈(250)을 통해 현장에서 작업하는 작업자가 상기 디스플레이(250a)를 통해 지하시설물의 매설위치를 시각적으로 확인할 수 있게 된다.

상기 속성정보수신모듈(255)은 상기 디스플레이(250a)에 표시된 3D객체에 대한 속성정보를 상기 증강현실서버(100)에 요청 및 수신하여 상기 디스플레이(250a)에 표시하는 모듈로서, 상기 디스플레이(250a)에 표시된 지형과 지하시설물의 속성정보를 증강현실서버(100)에 요청하여 증강현실서버(100)의 속성정보모듈(120)에 저장된 지형과 지하시설물의 속성정보를 속성정보제공모듈(140)로부터 제공받는다.

도 15를 참조하여, 상술한 바와 같이 구성된 증강현실서버(100), 모바일 클라이언트(200)를 이용한 지하시설물의 실시간 정보제공 방법에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 모바일 클라이언트(200)가, GPS(210a)로부터 제공된 위치정보를 VRS서버(300)로 전송하여 상기 위치정보에 대응하는 보정치를 상기 VRS서버(300)로부터 수신하고, 수신한 보정치를 이용하여 상기 위치정보를 보정하여 보정위치정보를 생성한다.

즉, ±5M 내지 ±10M의 오차범위 갖는 일반 GPS(Global Positioning System) 또는 ±0.7M 내지 ±1M의 오차범위를 갖는 DGPS(Differential Global Positioning System)로부터 위치정보를 제공받은 모바일 클라이언트(200)는 현재위치의 정보를 VRS서버(300)로 전송하고, VRS서버(300)는 모바일 클라이언트(200)의 위치에 대응하는 보정치를 모바일 클라이언트(200)로 전송하며, 모바일 클라이언트(200)는 현재위치의 정보와 VRS서버(300)로부터 전송받은 보정치를 연산하여 정확한 위치정보인 보정위치정보를 생성하는 것이다.

다음으로, 모바일 클라이언트(200)가, 상기 보정위치정보를 상기 증강현실서버(100)로 통상의 무선 통신 방식을 통해 전송하여 상기 보정위치정보에 대응하는 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 요청한다.

즉, 모바일 클라이언트(200)가 ±1cm의 오차범위를 갖는 보정위치정보를 상기 증강현실서버(100)로 전송하여, 모바일 클라이언트(200)의 비교적 정확한 위치를 기준으로 한 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보 증강현실서버(100)에 요청한다.

다음으로, 증강현실서버(100)가, 요청된 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 상기 모바일 클라이언트(200)로 통상의 무선 통신 방식을 통해 전송한다.

한편, 상기 증강현실서버(100)는 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 분류저장하고 있으며, 상기 지형의 3D정보는 DEM, 항공사진, 지적선 등 지형에 대한 입체적인 정보를 갖는 자료가 포함될 수 있고, 상기 지하시설물의 3D정보는 3D맥스, 3D캐드 등과 같은 프로그램으로 생성한 모델링 데이터 등이 포함될 수 있다.

예를 들어, 상기 증강현실서버(100)에 DEM이 분류저장된 경우에, 상기 DEM은, 도 6에 도시된 바와 같이, 일정크기로 분할되어 타일링된 모형타일의 형태로 저장될 수 있다.

따라서, 상기 증강현실서버(100)가 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송하는 지형의 3D정보는 DEM의 모형타일이 될 수 있고, 상세하게는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 모바일 클라이언트(200)로부터 전송받은 보정위치정보에 대응하는 중앙타일과, 상기 중앙타일을 둘러싼 8개의 외곽타일을 포함하여 총 9개의 모형타일을 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송한다.

또한, 상기 증강현실서버(100)는 상기 모형타일과 함께 상기 보정위치정보를 중심으로 일정 반경에 대응하는 지하시설물의 모델링 데이터, 예를 들어, 3D맥스, 3D캐드 등의 프로그램으로 모델링한 데이터를 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송한다.

다음으로, 모바일 클라이언트(200)가, 전송받은 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 적어도 높이맵 기법, 쿼드트리 기법, 절두체컬링 기법 중 하나가 적용된 3D엔진(230a)으로 모델링하여 지형 및 지하시설물에 대한 3D객체를 생성한다.

구체적으로, 상기 3D엔진(230a)은, 상기 모형타일을 높이맵(Heightmap) 기법으로 높이맵을 생성하고, 상기 높이맵을 쿼드트리(Quad tree) 기법으로 분할하여 단위노드를 생성하며, 상기 단위노드를 절두체컬링(frustum culling) 기법으로 컬링하여 모델링하여 3D객체를 생성할 수 있다.

다음으로, 모바일 클라이언트(200)가, 상기 보정위치정보 및 IMU(235a)로부터 제공된 자세정보에 근거하여 상기 3D객체를 카메라(240a)를 통해 획득한 실시간 영상에 정합하여 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시한다.

즉, 상기 보정위치정보에 근거하여 3D객체의 위치와 모바일 클라이언트의 위치가 상호 매칭되도록 함과 동시에 상기 3D객체의 자세 및 방향과 상기 카메라(240a)의 자세 및 방향이 상호 매칭되도록 하여 3D객체와 카메라의 실시간 영상정보가 중첩되도록 하여 정합시킨 후 상호 정합된 3D객체와 실시간 영상정보를 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시하는 것이다.

상술한 바와 같이, 모바일 클라이언트(200)가 GPS(210a)의 위치정보와 VRS의 보정치를 연산하여 보정위치정보를 생성하고 이러한 보정위치정보를 증강현실서버(100)로 전송하여 지형과 지하시설물에 대한 3D정보를 요청하여 전송받는다.

증강현실서버(100)는 수치표고모형(DEM, Digital Elevation Model)을 일정 크기로 타일링한 다수의 모형타일 중 상기 보정위치정보에 대응하는 중앙타일, 상기 중앙타일을 둘러싼 외곽타일 및 상기 보정위치정보를 중심으로 일정 반경에 대응하는 지하시설물의 모델링 데이터를 모바일 클라이언트(200)로 전송한다.

모바일 클라이언트(200)는 전송받은 3D정보를 3D객체로 생성하여 실시간 영상과 정합하여 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시하는 방식을 통해 작업자가 디스플레이(250a)를 통해 지하시설물을 시각적으로 확인할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 실시간 영상과 3D정보를 정합하여 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시함에 있어서, 상기 디스플레이(250a)에 표시되는 3D객체를 실시간 영상과 함께 트래킹 기반으로 구현하기 위해서, 모바일 클라이언트(200)가 GPS(210a)로부터 제공된 위치정보를 VRS서버(300)로 전송하여 상기 위치정보에 대응하는 보정치를 상기 VRS서버(300)로부터 수신하고, 수신한 보정치를 이용하여 상기 위치정보를 보정하여 보정위치정보를 생성하는 것을 반복하여 실행한다.

즉, 증강현실서버(100)는 모바일 클라이언트(200)가 반복실행하여 생성한 보정위치정보를 주기적으로 수신하며, 도 17에 도시된 바와 같이, 주기적으로 수신한 보정위치정보가 중앙타일 내에 유지되는 범위 내에서 변경되는지 확인하게 된다.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보정위치정보가 상기 중앙타일 내에 유지되는 범위 내에서 변경된 경우에, 상기 증강현실서버(100)는 상기 보정위치정보를 중심으로 일정 반경에 대응하는 지하시설물의 모델링 데이터 중 바로전 전송한 모델링 데이터와 중복되지 아니한 모델링 데이터를 상기 모바일 클라이언트로 전송하여, 이후의 단계가 이뤄진다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 보정위치정보가 상기 중앙타일에서 어느 하나의 외곽타일로 변경된 경우에, 상기 증강현실서버(100)는 해당 외곽타일을 새로운 중앙타일로 인식하고, 상기 보정위치정보의 변경방향에 대응하는 새로운 외곽타일 및 상기 보정위치정보를 중심으로 일정 반경에 대응하는 지하시설물의 모델링 데이터 중 바로전 전송한 모델링 데이터와 중복되지 아니한 모델링 데이터를 상기 모바일 클라이언트로 전송하여, 이후의 단계가 이뤄진다.

한편, 이전 중앙타일은 새로운 중앙타일의 외곽에 위치하게 되므로 외곽타일로 새롭게 인식하게 된다.

또한, 모바일 클라이언트(200)는 증강현실서버(100)로부터 새롭게 전송받은 3개의 새로운 외곽타일에 대응하여, 상기 보정위치정보의 변경방향에 반대되는 3개의 이전 외곽타일을 삭제하여 모바일 클라이언트(200)의 부하를 방지하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 모바일 클라이언트(200)의 디스플레이(250a)를 통해 3D객체와 실시간 영상을 정합하여 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시하며, 지속적인 보정위치정보를 생성하여 트래킹 기반으로 구현될 수 있도록 반복 실행하는 중에, 추가로 모바일 클라이언트(200)의 디스플레이(250a)를 통해 3D객체의 속성정보 확인을 위해 아래의 단계가 추가로 실행될 수 있으며, 도 16을 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 모바일 클라이언트(200)가, 상기 디스플레이(250a)에 표시된 3D객체에 대한 속성정보를 상기 증강현실서버(100)에 요청한다.

이때, 상기 요청은 사용자에 의해 이뤄질 수 있으며, 예를 들어, 3D객체에 대한 속성정보를 확인하기 위해 모바일 클라이언트(200)에 구비된 입력장치(미도시)를 통한 사용자의 요청 입력으로 상기 모바일 클라이언트(200)가 증강현실서버(100)에 속성정보를 요청하게 될 수 있다.

다음으로, 증강현실서버(100)가, 요청된 해당 3D객체에 대한 속성정보를 상기 모바일 클라이언트(200)로 전송한다.

이때, 상기 증강현실서버(100)가 모바일 클라이언트로 전송하는 3D객체에 대한 속성정보는, 도 13에 도시된 바와 같이, OBJECTID, DEP, AVR_DEPTH, SHAPE_LEN 등이 포함될 수 있다.

여기서, 상기 OBJECTID는 3D객체의 고유 ID이고, DEP는 지하시설물의 매설 깊이이며, AVR_DEPTH는 지하시설물의 평균 매설 깊이이고, SHAPE_LEN는 지하시설물의 길이이다.

다음으로, 모바일 클라이언트(200)가, 전송받은 속성정보를 상기 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시한다.

즉, 도 13에 도시된 바와 같이, OBJECTID, DEP, AVR_DEPTH, SHAPE_LEN에 대한 정보가 디스플레이(250a)를 통해 그래픽적으로 표시되도록 한다.

한편, 상술한 바와 같이, VRS서버를 이용하여 지하시설물의 위치를 트래킹 기반으로 구현하고, 해당 지하시설물의 속성정보를 제공함에 따라, 예를 들어, 도시 중심가 지하에 매설된 도시가스관의 매설 상태와 속성정보를 디스플레이를 통해 시각적으로 볼 수 있어, 작업하고자 하는 도시가스관을 빠르게 확인할 수 있고, 작업하고자 하는 도시가스관의 특정위치를 디스플레이를 통해 빠른 시간 내에 찾아갈 수 있어 작업능률을 높일 수 있음과 더불어 정확도를 높일 수 있다.

미설명한 도 14는 모바일 클라이언트에 구비된 디스플레이에 지형이 표시된 화면을 보여주는 사진이다.

상술한 구성으로 기본으로 갖춘 측지측량 시스템에서 본 발명은 특히, 증강현실서버(100)에 탑재된 다수의 모듈(M, 도 18 참조)들이 안전하고 적정하게 냉각될 수 있도록 하는 냉각구조를 포함한다.

이때, 도 18에서와 같이, 상기 모듈(M)은 정보모듈(110), 3D정보제공모듈(130), 속성정보모듈(120), 속성정보제공모듈(140)을 의미하며, 본 발명은 상기 4개의 모듈(M)이 접속되는 메인보드(1310)를 냉각하여 이 모듈(M)들이 열화없이 안정적으로 구동되어 처리효율을 높이도록 구성된다.

특히, 본 발명에서는 PCB 형태의 메인보드(1310) 뒷면에 솔더링된 자국들이 남아 있기 때문에 냉각판을 맞대게 되면 쇼트될 확률이 있으므로 도시와 같이 간봉(1320)을 통해 간격을 유지시킨 상태에서 냉각챔버(1400)를 고정하여 냉각챔버(1400) 내부를 흐르는 냉각유체의 온도와 흐름을 조절하는 냉각유닛(1500)에 의해 적정한 온도로 간접냉각되게 함으로써 메인보드(1310)의 열화를 막아 이에 접속된 기판들의 열화도 함께 막도록 구성된다.

이때, 상기 냉각유닛(1500)은 소형의 유체 회로도로서, 상기 냉각컨트롤러(미도시)에 의해 구동 제어되게 되는데, 이를 위해 상기 냉각유닛(1500)은 상기 냉각챔버(1400)와 연결되어 메인보드(1310)의 뒷면을 적정온도로 냉각시키도록 냉각유체를 냉각 혹은 가열하는 냉각기(1510)와 가열기(1520)를 포함한다.

여기에서, 상기 냉각기(1510)와 가열기(1520)는 모두다 소형의 열전소자(TEM)이며, 냉각은 흡열쪽에만 냉각유체가 접촉하게 하여 냉각시키고, 가열은 발열쪽에만 냉각유체가 접촉하게 하여 가열시키는 방식으로 동작된다.

또한, 유체혼합기(1530)가 구비되어 냉각된 유체와 가열된 유체를 혼합하여 메인보드(1310)를 냉각할 온도로 조절하여 냉각챔버(1400)로 공급하도록 구성된다.

이를 위해, 유체혼합기(1530)의 배출단에는 냉각챔버(1400)로 혼합된 냉각유체를 공급하기 위한 유체공급관(1532)이 연결 배관되고, 냉각챔버(1400)의 타측에는 유체배출관(1534)이 연결된 후 가열기(1520)의 인입단과 냉각기(1510)의 인입단으로 흘러가도록 배관된다.

이 경우, 냉각유체의 순환을 유지하기 위해 상기 유체배출관(1534) 상에는 상기 냉각컨트롤러에 의해 제어되는 유체써클펌프(1540)가 설치되며, 유체배출관(1534)의 일부에는 제1,2분배밸브(1542,1544)가 설치되고 냉각컨트롤러와 연결되어 개폐 혹은 개도가 조절됨으로써 냉각기(1510) 쪽으로 흘러가는 냉각유체의 양과, 가열기(1520) 쪽으로 흘러가는 냉각유체의 양을 조절하도록 구성된다.

그리고, 상기 냉각기(1510)의 배출단과 유체혼합기(1530)의 유입단을 연결하는 냉각연결관(1512)이 배관되고, 상기 냉각연결관(1512) 상에는 냉각온도검출기(1514)가 설치되어 검출온도를 실시간으로 냉각컨트롤러로 전송하도록 구성된다.

또한, 상기 가열기(1520)의 배출단과 유체혼합기(1530)의 유입단을 연결하는 가열연결관(1522)이 배관되고, 상기 가열연결관(1522) 상에는 가열온도검출기(1524)가 설치되어 검출온도를 실시간으로 냉각컨트롤러로 전송하도록 구성된다.

그리하여, 두 온도를 비교하여 혼합했을 때 조절되는 온도를 연산하고, 현재 메인보드(1310)의 표면온도를 검출하여 냉각에 필요한 온도를 산출하고, 그 온도에 맞게 유체혼합기(1530)를 통해 냉각유체의 온도를 조절하게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 유체공급관(1532)의 냉각챔버(1400) 투입 직전에는 회귀밸브(1550)가 더 설치되고, 상기 회귀밸브(1550)의 전단에는 온도검출센서(1552)가 설치되며, 상기 회귀밸브(1550)에는 회귀라인(1554)이 연결되고, 상기 회귀라인(1554)은 온도검출센서(1552)의 전단에 연결되며, 상기 회귀라인(1554) 상에는 제1,2열전소자(1556,1558)가 병렬로 설치되고, 냉각컨트롤러의 제어신호에 따라 개폐가 제어되는 밸브(미도시)에 의해 유체가 흘러가는 방향이 결정되도록 구성된다.

예컨대, 제1열전소자(1556)는 흡열쪽만 냉각유체가 접촉되게 하여 냉각기능이 구현되고, 제2열전소자(1558)는 발열쪽만 냉각유체가 접촉되게 하여 가열기능이 구현되어 냉각유체의 최종 투입온도를 조절할 수 있도록 더 구성될 수 있다.

이에 따라, 메인보드(1310)를 안정적으로 냉각시킬 수 있어 시스템의 안정화를 물론, 시스템의 효율화를 유지할 수 있다.

이때, 상기 냉각챔버(1400)는 열전달 효율이 우수하면서 방식성이 뛰어나야 장수명화를 달성할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 냉각챔버(1400)의 경우 열전달 효율을 저해하지 않으면서 방식성도 갖추어야 하기 때문에 일반적인 도장방식으로는 목적을 달성할 수 없다.

이에, 본 발명에서는 구리 분말 10중량%, 흑연 분말 10중량%, 탈황석고 5중량%, 산화알루미늄 분말 15중량%, 실리콘 검과 이소헥산이 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물 10중량%, 피마자유 10중량%, 탄화규소 분말 5중량%, 메탈폴리실록산 20중량% 및 나머지 폴리카보네이트수지를 혼합 교반한 코팅액을 스프레이코팅하여 소포성과 발수성 및 내부식성을 강화시킬 수 있다. 즉, 단지 스프레이코팅 방식이지만 열전달성, 즉 방열성, 방냉성이 우수하면서도 방식성을 충분히 달성할 수 있다.

이때, 구리 분말은 전성과 연성이 뛰어나고 전기 전도도 뿐만 아니라, 열전도성도 뛰어나기 때문에 계면간 접지력과 부착력 및 방열특성을 강화시키기 위해 첨가된다.

또한, 흑연 분말은 분산안정성과 열전달특성이 우수하여 방열성을 강화시키기 위해 첨가된다. 그리고 탈황석고는 속경성을 높이면서 특히 수축방지를 통해 균열을 억제하기 위해 첨가된다. 아울러 산화알루미늄 분말은 열전도성 필러 특성을 구현하여 방열특성을 증대시키기 위해 첨가된다.

또한, 실리콘 검과 이소헥산이 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물은 투명성을 유지하면서 점착안정성을 유지하고, 투광성에 비례하여 방열특성을 강화시키는데 기여한다. 이 경우, 이소헥산은 실리콘 검을 녹여 겔화시키면서 투광성을 증강시키는데 기여한다.

뿐만 아니라, 피마자유는 경화속도를 조절하고 혼화성을 유지하며 윤활성을 확보하면서 블리딩 억제하기 위해 첨가된다. 또한 메탈폴리실록산은 소포성과 발수성 및 내부식성을 강화하기 위해 첨가된다.

이렇게 구성하게 되면, 일반적인 도장으로는 얻을 수 없는 방열특성과 함께 방식성도 확보할 수 있게 된다.

이와 같은 구성에 기초하여 본 발명은 도 19 및 도 20과 같은 무인탐지로봇(1000)을 더 구비한다.

상기 무인탐지로봇(1000)은 모바일클라이언트(200)와 무선통신가능하게 구성되며, 차량(미도시)을 이용하여 탐지할 지역으로 이동될 수 있다.

특히, 탐지할 지역은 증강현실서버(100)를 통해 지하시설물 정보가 제공되지 않는 지역으로서 지하시설물 지도 제작을 위한 측지측량에 따른 탐지가 필요한 지역이다.

아울러, 무인탐지로봇(1000)은 로봇본체(1002)를 포함하며, 모바일클라이언트(200)로부터 송신된 제어정보를 수신하여 탐지할 지역으로 자동 비행하게 된다.

이때, 상기 로봇본체(1002)의 하단면에는 체결부(1004)가 마련된다.

그리고, 상기 체결부(1004)에 장탈착되는 장비본체부(1100)와, 상기 장비본체부(1100)에 교체가능하게 조립되는 탐지블럭부(1130)를 포함한다.

보다 구체적으로, 도 20의 예시와 같이 장비본체부(1100)를 로봇본체(1002)의 체결부(1004)에 조립할 때 조립부에서 발생되는 유격에 의해 미세한 진동이 장비본체부(1100)로 영향을 주지 않도록 하기 위해 체결부(1004)에 나사결합되도록 상기 장비본체부(1100)의 표면에서 돌출된 원통형상의 체결장착부(1102) 내부 바닥면에는 도우넛 형태로 내부에 구멍이 있는 원판형 자석(1104)이 견고히 고정되고, 이 원판형 자석(1104)의 내부 천공된 구멍에는 상기 원판형 자석(1104) 보다 1-1.5mm 더 두꺼운 두께의 원형시트(1106)가 부착된다.

상기 원형시트(1106)는 폴리우레탄수지로 가공된 시트로서 탄성완충력을 부여하기 위함이다.

그리고, 상기 체결부(1004)의 내부 바닥면에는 원판형태의 철편(IR)이 고정된다.

이에 따라, 최종적으로 체결할 때 원형시트(1106)의 개재하에 자력에 의해 흡착되기 때문에 미세 진동을 흡수하면서 완벽한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

한편, 장비본체부(1100)의 하단면에는 돌출가이드(1108)가 형성된다.

그리고, 상기 돌출가이드(1108)에는 판슬라이더(1134)가 끼워지는데, 상기 판슬라이더(1134)는 상기 탐지블럭부(1130)의 상면에서 일체로 돌출형성된 구조물일 수 있다.

특히, 상기 탐지블럭부(1130)의 내부에는 분산진동센서(1136)가 더 설치될 수 있고, 또한 고주파펄스를 발생시키는 펄스주사기(PJ)와, 상기 펄스주사기(PJ)에 연결된 광섬유(LF)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 분산진동센서(1136) 및 펄스주사기(PJ)의 구동과 제어를 위해 판슬라이더(1134)의 상면에는 단자(TR)가 마련되며, 상기 단자(TR)에 대응하여 상기 돌출가이드(1108)의 내부 천정면에는 접속단자(미도시)가 구비되어야 함은 당연하다.

덧붙여, 접속단자는 장비본체부(1100) 내부에 탑재되는 장비컨트롤러(1200)에 연결되어 장비컨트롤러(1200)로 하여금 상기 분산진동센서(1136)와 펄스주사기(PJ)를 제어할 수 있도록 구성되며, 또한 장비컨트롤러(1200)는 장비본체부(1100)의 기본 제어기능도 수행한다.

즉, 상기 장비컨트롤러(1200)는 모바일클라이언트(200)와 통신하여 탐지하고 있는 위치정보(무인탐지로봇이 GPS로부터 받은 위치정보)를 위치정보모듈(210)로 실시간 전송하도록 제어하며, 동시에 탐지시 확인된 지하시설물의 형상정보도 전송하도록 제어하는데, 전송된 영상정보는 모바일클라이언트(200)의 제어하에 영상획득모듈(240)로 전송되며, 전송된 영상정보는 3D객체생성모듈(230)에 의해 3D 객체로 생성되고, 생성된 3D 객체는 증강현실서버(100)의 메모리상에 별도 저장되어 후처리된다.

한편, 지하시설물의 탐지는 광섬유를 이용한 분산센싱기술(Distrubuted Sensing Technology)에 의해 이루어진다. 이러한 분산센싱기술은 광섬유(LF)의 한쪽 끝을 지면 닿게 한 상태에서 펄스주사기(PJ)를 통해 특정 파장의 레이저 펄스를 주사한 후 산란되어 되돌아오는 광신호를 분산진동센서(1136)가 감지 분석하여 변형이나 진동의 변화를 통해 지하시설물의 유무나 그 형상까지도 예측할 수 있도록 한 측정기술이다.

여기에서, 분산진동센서는 DAS(Distributed Acoustic Sensing)라고 하며, 토목 구조물의 변형을 계측하는데 많이 활용된다.

따라서, 무인탐지로봇(1000)은 광섬유(LF)가 지면에 닿은 상태로 서서히 이동하면서 지하시설물 유무 및 그 형상을 탐지하여 모바일클라이언트(200)로 보고하게 된다.

이때, 상기 장비본체부(1100)는 자체적인 배터리(1300)를 구비할 수도 있다.

이와 같은 절차를 거침으로써 무인탐지가 가능하여 무인자동화된 측지측량도 가능하게 되는 것이다.

특히, 상기 3D객체생성모듈(230)에 의해 전송된 영상정보가 3D 객체로 생성되기 위해 상기 3D객체생성모듈(230)에는 도 21과 같이, OBJ, DAE, 3MX를 포함한 3차원 모델링이 가능한 파일포맷을 실행할 수 있는 파일포맷실행기(2302)와, 파일포맷실행기(2302)가 구현한 화면상에 그물형태의 표준폼을 표시하고 기준점 좌표를 설정한 후 전송된 영상정보를 읽어들여 표준폼 상에 배열하는 메쉬설정기(2304)와, 메쉬설정기(2304)에 의해 배열된 영상정보에 기준점 좌표를 기준으로 무인탐지로봇(1000)이 측정한 심도데이터, GPS를 통해 얻은 상기 무인탐지로봇의 위치좌표데이터를 매칭시켜 3차원 영상인 3D 객체를 생성하는 맵핑기(2306)를 포함한다.

즉, 3차원 모델링 데이터 영상으로 처리하는 방법은 메시(Mesh) 영상기반 정합방법을 활용하는 것으로, 분산진동센서(1136)가 탐지하여 기록한 영상정보를 수신하는 단계가 먼저 수행된다.

이어, 영상정보가 수신되면 3D객체생성모듈(230)이 파일포맷실행기(2302)를 구동시키는 단계가 수행된다.

이렇게 정해진 파일포맷이 실행되면, 메쉬설정기(2304)가 화면상에 그물형태의 표준폼을 표시하고 기준점 좌표를 설정한 후 전송된 영상정보를 읽어들여 표준폼 상에 배열하는 단계가 수행된다.

이때, 영상정보의 시각화 각도를 설정할 수 있는 필드 오브 뷰(Field of View)를 보조적으로 실행할 수도 있다.

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이후, 맵핑기(2306)가 메쉬설정기(2304)에 의해 배열된 영상정보에 기준점 좌표를 기준으로 무인탐지로봇(1000)이 측정한 심도데이터, GPS를 통해 얻은 위치좌표데이터를 매칭시켜 3차원 영상인 3D 객체를 생성하는 단계를 수행한다.

이를 통해, 분산진동센서(1136)가 탐지하여 기록한 영상정보를 수치지도 상에 표현할 수 있는 3D 객체로 변환시킬 수 있고, 미지의 지하시설물에 대한 정보를 가공할 수도 있게 되어 더욱 더 효율적이고 정확한 지하시설물 관리가 가능하게 된다.

100:증강현실서버 110:3D정보모듈
120:속성정보모듈 130:3D정보제공모듈
140:속성정보제공모듈 200:모바일 클라이언트
210:위치정보모듈 220:보정위치생성모듈
230:3D객체생성모듈 240:영상획득모듈
250:표시모듈 300:VRS서버
310:상시관측소

Claims

증강현실서버와, 모바일 클라이언트를 포함하는 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템에 있어서;
상기 증강현실서버는 지형과 지하시설물의 3D정보가 분류저장되는 3D정보모듈, 상기 모바일 클라이언트의 소정 위치정보에 대한 3D정보요청을 수신하고 그에 상응하는 3D정보를 상기 모바일 클라이언트로 전송하는 3D정보제공모듈을 포함하고;
상기 모바일 클라이언트는 GPS와 연동하여 위치정보를 제공하는 위치정보모듈, 상기 위치정보를 VRS서버로 전송하여 상기 위치정보에 대응하는 보정치를 상기 VRS서버로부터 수신하는 보정치수신모듈, 상기 보정치를 이용하여 상기 위치정보를 보정하여 보정위치정보를 생성하는 보정위치생성모듈, 상기 보정위치정보를 상기 증강현실서버로 전송하여 상기 보정위치정보에 대응하는 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 수신하는 3D정보수신모듈, 상기 지형 및 지하시설물에 대한 3D정보를 적어도 높이맵 기법, 쿼드트리 기법, 절두체컬링 기법 중 하나가 적용된 3D엔진으로 모델링하여 지형 및 지하시설물에 대한 3D객체를 생성하는 3D객체생성모듈, IMU와 연동하여 자세정보를 제공하는 자세정보모듈, 카메라를 통해 실시간 영상정보를 획득하는 영상획득모듈, 상기 보정위치정보 및 상기 자세정보에 근거하여 상기 3D객체를 상기 영상정보에 중첩하여 정합시키는 정합모듈, 상기 정합된 3D객체와 영상정보를 디스플레이를 통해 그래픽적으로 표시하는 표시모듈을 포함하며;
상기 증강현실서버로 제공되지 않는 지역의 지하시설물 정보를 탐지하도록 분산진동센서를 탑재한 무인탐지로봇을 더 구비하며;
상기 3D객체생성모듈에는 OBJ, DAE, 3MX를 포함한 3차원 모델링이 가능한 파일포맷을 실행할 수 있는 파일포맷실행기와, 파일포맷실행기가 구현한 화면상에 그물형태의 표준폼을 표시하고 기준점 좌표를 설정한 후 분산진동센서가 탐지하여 기록한 탐지영상정보를 읽어들여 표준폼 상에 배열하는 메쉬설정기와, 메쉬설정기에 의해 배열된 탐지영상정보에 기준점 좌표를 기준으로 무인탐지로봇이 측정한 심도데이터와 GPS를 통해 얻은 상기 무인탐지로봇의 위치좌표데이터를 매칭시켜 3차원 영상인 3D 객체를 생성하는 맵핑기가 더 포함하되,
상기 무인탐지로봇은 로봇본체를 구비하고 모바일클라이언트로부터 송신된 제어정보를 수신하여 탐지할 지역으로 자동 비행하게 되며, 상기 로봇본체의 하단면에는 체결부가 마련되고, 상기 체결부에는 장비본체부가 장탈착되며, 상기 장비본체부에는 탐지블럭부가 교체가능하게 조립되고, 상기 장비본체부의 표면에는 원통형상의 체결장착부가 형성되며, 상기 체결장착부의 내부 바닥면에는 도우넛 형태로 내부에 구멍이 있는 원판형 자석이 고정되고, 상기 원판형 자석의 내부 천공된 구멍에는 상기 원판형 자석 보다 1-1.5mm 더 두꺼운 두께의 원형시트가 부착되며, 상기 체결부의 내부 바닥면에는 원판형태의 철편이 고정되고, 상기 장비본체부의 하단면에는 돌출가이드가 형성되며, 상기 돌출가이드에는 판슬라이더가 끼워지고, 상기 판슬라이더는 상기 탐지블럭부의 상면에서 일체로 돌출형성된 구조물이며, 상기 탐지블럭부의 내부에는 분산진동센서와 고주파펄스를 발생시키는 펄스주사기와 상기 펄스주사기에 연결된 광섬유가 더 설치되고, 상기 판슬라이더의 상면에는 단자가 마련되며, 상기 단자에 대응하여 상기 돌출가이드의 내부 천정면에는 접속단자가 구비된 것을 특징으로 하는 지하시설물의 3차원 모델링 데이터 영상처리 시스템.
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