KR102357109B1 - Tunnel surface mapping system under construction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시공중 터널 막장면의 안전성 평가를 신속, 용이하게 할 수 있도록 입체적, 정량적 분석을 수행할 수 있는 상태평가 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a condition evaluation system capable of performing three-dimensional and quantitative analysis so as to quickly and easily evaluate the safety of a tunnel scene during construction.
터널 시공은 붕괴사고 등의 위험이 상존하므로 계측결과에 의한 안전성 검토를 하고, 근거가 되는 객관적인 데이터를 수집, 분석하여 체계적 시공정보 관리시스템을 구축하고자 노력하여 왔으며, 일부 건설사는 이미 부분적인 터널 시공용 관리시스템 구축을 위하여 노력하고 있는 것으로 파악되고 있다.Since the risk of collapse accidents exists in tunnel construction, we have tried to establish a systematic construction information management system by conducting a safety review based on the measurement results, collecting and analyzing the objective data as a basis, and some construction companies have already completed partial tunnel construction. It is understood that efforts are being made to establish a management system for
터널설계 및 시공관리상의 여러 문제점을 개선하고 객관적 판단기준에 의한 시공성과 안전성을 확보하기 위한 시공관리 시스템의 개발이 필요하다. It is necessary to develop a construction management system to improve various problems in tunnel design and construction management and to secure constructability and safety based on objective judgment criteria.
이러한 문제점을 해결하기 위해 국내공개특허공보 10-2005-0044973호에서는 경터널 막장에 임의의 간격으로 설치된 다수의 측정타깃을 기준타깃부터 순차적으로 스캐닝하는 단계; 상기에서 스캐닝한 영상 중 측정타깃들의 영상을 추출하여 획득하는 단계; 상기에서 추출한 측정타깃의 영상을 이용하여 각 측정타깃의 위치좌표를 계산하고 결정하는 단계; 상기에서 결정된 각 측정타깃의 위치좌표와 메모리에 미리 설정된 각 측정타깃의 최초 위치좌표를 상호 비교하는 단계; 및 상기에서 비교한 결과 위치좌표가 변경된 측정타깃이 있을 경우 변경된 좌표값을 분석하여 해당 측정타깃에 속하는 절리면의 전단거동 변위 및 지반 변위 정도를 판단하는 단계로 이루어진 레이저스캐너를 이용한 경터널 막장의 계측 방법이 제시된 바 있다. In order to solve this problem, in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2005-0044973, sequentially scanning a plurality of measurement targets installed at random intervals in the light tunnel curtain from a reference target; extracting and obtaining images of measurement targets from among the scanned images; calculating and determining the positional coordinates of each measurement target by using the extracted image of the measurement target; comparing the position coordinates of each measurement target determined in the above with the initial position coordinates of each measurement target preset in a memory; And if there is a measurement target whose position coordinates have been changed as a result of the above comparison, the measurement of the light tunnel curtain using a laser scanner comprising the steps of analyzing the changed coordinate values and determining the degree of shear behavior displacement and ground displacement of the joint surface belonging to the measurement target A method has been proposed.
그런데, 이러한 종래의 시공관리시스템은 절취사면의 일부경사 단면과 숏크리트 타설면의 일부분에 대한 포인트 자료를 얻는 수준이므로, 발파 단면이 불규칙한 터널의 현장 조건을 감안하면 각 단면에 대한 입체적, 정량적 분석에 한계를 나타내는 문제점이 있었다.However, since this conventional construction management system is at the level of obtaining point data on a part of the sloped section of the cut-off slope and a part of the shotcrete pouring face, considering the site conditions of the tunnel with an irregular blast section, it is necessary to analyze the three-dimensional and quantitative analysis of each section. There was a problem indicating the limit.
또한, 기존의 현장 매핑도 제작 방법은 기술자가 직접 터널 막장에서 막장면을 살피면서 작업을 하여야 하므로, 작업자가 낙석이나 토사물과 같은 위험요소에 노출된 상태에서 2시간~6시간 동안 계속해서 작업해야 하는 문제점이 있었다.In addition, in the existing method of making on-site mapping diagrams, technicians must work while examining the scenes at the end of the tunnel, so workers must continue to work for 2 to 6 hours while exposed to hazardous factors such as rockfalls and vomit. there was a problem with
또한, 작업자가 비숙련된 비전문 기술자이기 때문에 항상 작업 현장 주위에 숙련된 지질 전문 기술자가 상근하여 작업자가 시공한 작업 현장을 일일이 둘러보면서 체크해야 하므로, 숙련된 지질전문 기술자의 수가 절대적으로 모자라는 국내 실정에 의하여 현장에서 작성되는 매핑도의 정확성은 많이 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, since the worker is an unskilled, non-professional technician, skilled geological technicians are always on the job around the job site, and the worker has to look around and check the job site one by one. In reality, there was a problem in that the accuracy of the mapping diagram created in the field was greatly reduced.
이에, 물리적 측정을 통해 분석하던 막장면 분석을 좀 더 정량적이고, 객관적이면서 신속하게 수행할 수 있는 대안적 방법이 필요하다.Accordingly, there is a need for an alternative method that can perform the analysis of the scenes that was analyzed through physical measurement more quantitatively, objectively and quickly.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 시공중 터널 막장면의 안전성 평가를 신속, 용이하게 할 수 있도록 입체적, 정량적 분석을 수행할 수 있는 상태평가시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was invented to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a condition evaluation system capable of performing three-dimensional and quantitative analysis so as to quickly and easily evaluate the safety of the tunnel during construction. .
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 터널의 시공현장에서 상태평가 대상이 되는 막장면을 바라보는 형태로 설치되는 막장면 상태평가장치를 이용하는 시공중 터널 막장면 상태평가 시스템에 있어서, 상기 막장면 상태평가장치의 측정위치값을 측위하는 측정위치측위부, 상기 막장면에 레이저 주사장비로 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터와 해당 점의 색을 수집하는 점군 데이터 수집부, 상기 레이저 주사장비의 수평값을 측정하는 수평측정부 및 상기 막장면의 방위값을 측정하는 방위측정부를 포함하는 데이터수집부와; 상기 점군 데이터 수집부로부터 수집된 점좌표를 기준으로 2차원 요소를 중복되지 않게 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬를 생성하는 전처리부와; 상기 전처리부에 의해 생성된 요소들의 법선벡터를 계산하되 노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거한 다음 각 요소의 법선벡터 및 색이 가진 패턴을 분석하여 개별 절리면과 경계선을 검출한 다음, 검출된 절리들의 방향과 길이를 기준으로 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행하는 분석부; 및 상기 분석부의 분석결과를 시각화하여 막장면의 상태를 시각적으로 표현해주는 후처리부;를 포함하되, 상기 측정위치측위부는 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트하고, 상기 점군 데이터 수집부는 상기 막장면에 레이저 주사장비로 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터와 해당 점의 색을 수집하며, 상기 수평측정부는 자이로센서로부터 상기 레이저 주사장비의 지면에 대한 수평값을 측정하고, 상기 방위측정부는 지자기센서로부터 수신되는 측정값을 이용하여 진북방향을 결정하고 막장면이 이루는 방위각을 산정하는 것을 특징으로 한다. For the above purpose, the present invention is a tunnel mak scene condition evaluation system during construction using a makjang scene condition evaluation device installed in the form of looking at the makjang scene to be evaluated at the construction site of the tunnel, the makjang scene state A measurement position positioning unit for positioning the measurement position value of the evaluation device, a point cloud data collection unit for collecting 3D point cloud data of the film scene and the color of the point by scanning a laser on the film scene with a laser scanning device, the laser scanning equipment a data collection unit including a horizontal measurement unit for measuring a horizontal value of , and an orientation measurement unit for measuring an azimuth value of the film scene; a pre-processing unit for generating a three-dimensional mesh of a scene to be analyzed by configuring two-dimensional elements to be non-overlapping based on the point coordinates collected from the point cloud data collection unit; Calculating the normal vectors of the elements generated by the preprocessor, removing unnecessary local protrusions and local depressions through a noise filter, and then analyzing the normal vectors and color patterns of each element to detect individual cuts and borders, then detect an analysis unit that quantitatively evaluates the excavation safety of the target makjang surface based on the direction and length of the joints; and a post-processing unit that visualizes the analysis result of the analysis unit and visually expresses the state of the scene. After generating learning data using the magnetic field map, the location estimation model is updated using the learning data, and the point cloud data collection unit injects a laser into the film scene with a laser scanning device to obtain three-dimensional point cloud data and The color of the corresponding point is collected, the horizontal measurement unit measures the horizontal value of the laser scanning device with respect to the ground from the gyro sensor, and the orientation measurement unit determines the true north direction using the measurement value received from the geomagnetic sensor. It is characterized in that the azimuth angle formed by this is calculated.
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또한, 본 발명에서 상기 수평측정부 및 방위측정부로부터 측정된 측정값의 노이즈를 제거하며 측정값에 대한 왜곡현상을 최소화하기 위해 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, it is characterized in that a Kalman filter is used to remove noise of the measured values measured from the horizontal measuring unit and the azimuth measuring unit and to minimize distortion of the measured values.
또한, 본 발명에서 상기 전처리부는 수집된 점좌표를 기준으로 인근 3개 또는 4개의 점을 연결하여 삼각요소 또는 사각요소를 구성하여 막장면의 3차원 메쉬를 생성하고, 상기 분석부는 터널의 공사 진행방향에 대한 절리면의 기하학적인 분포를 계산하고, 3개 이상의 절리면의 조합을 통해 쐐기블록을 도출하여 터널 시공의 안전성을 정량적으로 검토하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the pre-processing unit connects three or four neighboring points based on the collected point coordinates to construct a triangular or rectangular element to generate a three-dimensional mesh of the final scene, and the analysis unit proceeds with tunnel construction It is characterized by quantitatively examining the safety of tunnel construction by calculating the geometric distribution of the joint surfaces in the direction and deriving a wedge block through a combination of three or more joint surfaces.
또한, 본 발명은 측정위치값과, 막장면의 3차원 점군 데이터와, 상기 3차원 점군 데이터 수집을 위한 레이저 주사장비의 수평값과, 레이저가 주사되는 막장면의 방위값이 수집되어 저장되는 제1단계와; 상기 3차원 점군 데이터에 저장된 점좌표를 기준으로 인근 3개 또는 4개의 점을 중복되지 않게 연결하여 삼각요소 또는 사각요소를 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬(mesh)를 생성하는 제2단계와; 노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거하면서 각 요소의 법선벡터 및 색을 도출하여 개별 절리면과 경계선을 검출하는 제3단계와; 공사 위험도를 기준으로 사전에 정해놓은 기준에 부합하는 폭과 길이를 갖는 절리를 선택한 다음 선택된 절리 중 일정한 방향성을 갖는 절리를 그룹화하여 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행하는 제4단계;를 포함하되, 상기 측정위치값은 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트하여 수집되고, 상기 막장면의 3차원 점군데이터는 상기 막장면에 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터 및 해당 점의 색이 수집되며, 상기 레이저 주사장비의 수평값은 자이로센서로부터 상기 레이저 주사장비의 지면에 대한 수평값이 측정되어 수집되고, 상기 막장면의 방위값은 지자기센서로부터 수신되는 측정값을 이용하여 진북방향을 결정하고 막장면이 이루는 방위각을 산정하여 수집되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a first method in which a measurement position value, three-dimensional point cloud data of a scene, a horizontal value of a laser scanning device for collecting the three-dimensional point cloud data, and an azimuth value of a film scene in which a laser is scanned are collected and stored.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 점군 데이터 수집부로부터 수집된 점좌표를 기준으로 2차원 요소를 중복되지 않게 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬(mesh)를 생성한 다음, 노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거한 후 각 요소의 법선벡터 및 색이 가진 패턴을 분석하여 개별 절리면과 경계선을 검출하고, 검출된 절리들의 방향과 길이를 기준으로 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행하여 분석결과를 시각적으로 표현함으로써 터널 막장면의 입체적, 정량적 분석이 정확하고 빠르게 이루어질 수 있다. The present invention, which is made as described above, creates a three-dimensional mesh of the scene to be analyzed by configuring the two-dimensional elements so as not to overlap based on the point coordinates collected from the point cloud data collection unit, and then uses a noise filter to filter the unnecessary local areas. After removing the protrusions and local depressions, each element's normal vector and color pattern are analyzed to detect individual joints and boundaries, and based on the direction and length of the detected joints, quantitative evaluation of the excavation safety of the target makjang surface is performed. The three-dimensional and quantitative analysis of the tunnel scene can be performed accurately and quickly by visually expressing the analysis results by performing the analysis.
또한, 본 발명은 터널 시공현장에서 자기장 값을 활용한 자기장 맵으로부터 위치추정모델이 자동으로 업데이트되므로 GPS신호가 수신되지 않는 지하공간에서의 위치좌표를 정확히 측위할 수 있는 효과가 있으며, 자이로센서 및 지자기센서로부터 각각 수평값 및 방위값이 자동으로 측정되어 수집되므로 절리면의 방향과 경사각을 정확하고 빠르게 파악하여 막장면의 상태를 평가할 수 있으며, 전문가라 하더라도 주관적인 평가결과가 나오는 기존 방식과 달리, 정량적이고 객관적인 평가가 가능하다. 또한, 전문 인력이 현장에 상주하지 않더라도 막장면의 상태평가가 가능하고, 디지털화된 기록이 저장되므로 효율적인 인력운용이 가능하여 고착화된 암판정 전문가의 인력난 해소가 가능하다. In addition, the present invention has the effect of accurately positioning the position coordinates in an underground space where GPS signals are not received because the position estimation model is automatically updated from the magnetic field map using the magnetic field value at the tunnel construction site, and the gyro sensor and Since the horizontal and azimuth values are automatically measured and collected from the geomagnetic sensor, the direction and inclination angle of the joint can be accurately and quickly identified to evaluate the state of the makjang surface. and objective evaluation is possible. In addition, even if a professional manpower is not resident on the site, it is possible to evaluate the state of the scene, and since the digitized record is stored, efficient manpower management is possible, thereby solving the manpower shortage of cancer diagnosis specialists.
또한, 본 발명은 수평측정부 및 방위측정부로부터 수신되는 측정값을 칼만 필터(Kalman filter)를 통해 처리함으로써 저역 통과 필터(low pass filter)에 비해 노이즈를 효과적으로 걸러낼 수 있으며, 측정값 크기에 대한 왜곡현상을 최소화할 수 있다. In addition, the present invention can effectively filter out noise compared to a low pass filter by processing the measurement values received from the horizontal measurement unit and the orientation measurement unit through a Kalman filter, distortion can be minimized.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 시공중 터널 막장면 상태평가시스템을 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정위치측위부에 의한 시공 대상이 되는 터널의 자기장분포를 나타내는 자기장맵.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 점군데이터를 통해 절리면의 방향 및 방향각을 구한 결과.
도 5a) 내지 5c)는 본 발명의 일실시예에 따른 칼만 필터(Kalman filter)를 통한 측정값의 보정.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전처리부에 의한 막장면의 3차원 메쉬(mesh).
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 분석부를 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시공중 터널 막장면 상태평가방법을 나타내는 예시도.1 and 2 are schematic diagrams for explaining the state evaluation system of the tunnel scene during construction according to the present invention.
3 is a magnetic field map showing a magnetic field distribution of a tunnel to be constructed by a measurement location positioning unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a result of obtaining the direction and the direction angle of the joint through the point cloud data according to an embodiment of the present invention.
5a) to 5c) are corrections of measured values through a Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
6 is a three-dimensional mesh (mesh) of the scene surface by the preprocessor according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C are schematic diagrams for explaining an analysis unit according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view illustrating a method for evaluating the state of a tunnel during construction according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 시공중 터널 막장면 상태평가시스템에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a system for evaluating the condition of a tunnel under construction according to the present invention will be described in more detail.
본 발명은 터널 막장면의 입체적, 정량적 분석이 신속용이하고 객관적으로 이루어지도록 할 수 있는 시공중 터널 막장면 상태평가시스템을 개시한다. The present invention discloses a system for evaluating the condition of a tunnel scene during construction that can enable a three-dimensional and quantitative analysis of a tunnel scene to be performed quickly, easily and objectively.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 시공중 터널 막장면 상태평가 시스템을 설명하기 위한 개략적인 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정위치측위부에 의한 시공 대상이 되는 터널의 자기장분포를 나타내는 자기장맵이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 점군데이터를 통해 절리면의 방향 및 방향각을 구한 결과이고, 도 5a) 내지 5c)는 본 발명의 일실시예에 따른 칼만 필터(Kalman filter)를 통한 측정값의 보정이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전처리부에 의한 막장면의 3차원 메쉬(mesh)이고, 도 7a 내지 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 분석부를 설명하기 위한 개략적인 예시도로서, 본 발명은 데이터수집부(110)와, 전처리부(120)와, 분석부(130)와, 후처리부(140)를 포함하는 막장면 상태평가장치(100)를 포함한다. 1 and 2 are schematic exemplary views for explaining the system for evaluating the state of a tunnel under construction during construction according to the present invention, and FIG. It is a magnetic field map showing a magnetic field distribution, and FIG. 4 is a result of obtaining the direction and direction angle of a joint through point cloud data according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5a) to 5c) are Kalman according to an embodiment of the present invention. Correction of the measured value through a filter (Kalman filter), Figure 6 is a three-dimensional mesh (mesh) of the scene surface by the preprocessor according to an embodiment of the present invention, Figures 7a to 7c are an embodiment of the present invention As a schematic exemplary diagram for explaining the analysis unit according to
먼저, 도 1과 같이 상기 막장면 상태평가장치(100)는 터널의 시공현장에 설치되는 것으로, 상태평가 대상이 되는 막장면을 바라보는 형태로 설치되며, 별도의 거치대(101)를 통해 지면으로부터 소정높이에 배치될 수 있다. First, as shown in FIG. 1 , the makjangmyeon
다음으로, 도 2와 같이 상기 데이터수집부(110)는 측정위치측위부(111)와, 점군 데이터 수집부(112)와, 수평측정부(113)와, 방위측정부(114)를 포함한다. Next, as shown in FIG. 2 , the data collection unit 110 includes a measurement
상기 측정위치측위부(111)는 터널의 시공현장에 설치되는 상기 막장면 상태평가장치(100)의 측정위치값을 측위하는 것으로, 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트함으로써 측정위치값을 측위한다. The measuring
지구 자기장은 지구의 자남극점(south magnetic pole)에서 자북극점(north magnetic pole)으로 이어지는 거대한 자기장의 흐름을 말한다. 미국 해양대기관리처(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)의 2015년 세계 자기장 모델에 따르면 지구 자기장은 지역별로 각기 다른 분포를 보이며, 터널 시공현장과 같은 지하공간에서 더욱 큰 차이를 보인다. The Earth's magnetic field refers to the flow of a huge magnetic field from the earth's south magnetic pole to the north magnetic pole. According to the 2015 global magnetic field model of the US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), the Earth's magnetic field shows a different distribution by region, and the difference is even greater in underground spaces such as tunnel construction sites.
한편, 지구 자기장 값은 3차원 공간에서의 벡터로 표시되는데, 터널의 시공현장에서 작업자의 이동은 측정되는 자기장 값의 변화를 야기하며 자기장 맵 등고선상에서의 움직임으로 시각화될 수 있다. 자기장을 이용하여 터널의 시공현장 내 위치를 인식하고자 할 때는 하기의 특성을 고려하여야 한다.On the other hand, the Earth's magnetic field value is displayed as a vector in three-dimensional space, and the movement of the operator at the construction site of the tunnel causes a change in the measured magnetic field value and can be visualized as a movement on the magnetic field map contour line. When recognizing the location of a tunnel in the construction site using a magnetic field, the following characteristics should be considered.
첫째, 터널 시공현장에서 동일한 자기장 벡터 값을 갖는 여러 장소가 존재할 수 있다. 따라서, 단일 자기장 벡터 값만으로는 현재의 위치를 결정하기 어렵다.First, there may be several places with the same magnetic field vector value in the tunnel construction site. Therefore, it is difficult to determine the current position with only a single magnetic field vector value.
둘째, 작업자의 움직임은 연속적인 이동 궤적을 갖는다. 이는 t-1 시간에서의 작업자의 위치와 t 시간에서의 작업자의 위치 차이가 작으며 연속적인 값을 가짐을 의미한다. 따라서, 현재의 위치는 이전 시간의 위치에 영향을 받는다.Second, the movement of the operator has a continuous movement trajectory. This means that the difference between the position of the operator at time t-1 and the position of the operator at time t is small and has a continuous value. Therefore, the current position is affected by the position of the previous time.
셋째, 터널 시공현장에서의 작업자 이동 궤적과 마찬가지로 자기장 값의 변화 역시 연속적이다. 즉, 서로 인접한 위치의 자기장 값은 그 차이가 크지 않으며, 따라서 작업자의 이동에 따른 자기장 값의 변화는 등고선 상의 움직임과 같이 연속적인 특성을 갖는다.Third, like the movement trajectory of the worker at the tunnel construction site, the change in the magnetic field value is also continuous. That is, the difference in magnetic field values at adjacent positions is not large, and thus, the change in the magnetic field value according to the movement of the operator has a continuous characteristic, such as movement on the contour line.
이를 종합하면, 터널 시공현장에서 작업자의 이동에 따라 검출된 자기장 벡터 값의 변화 추이가 곡선 파형으로 표시될 수 있으며, 이는 연속적인 자기장 벡터 값, 즉 자기장 벡터 값 시퀀스의 길이가 길어짐에 따라 고유의 파형 패턴이 형성되므로 추정할 수 있는 현재 위치는 한 곳으로 수렴되는 특성을 갖는다.Taken together, the change trend of the magnetic field vector value detected according to the movement of the operator at the tunnel construction site can be displayed as a curved waveform, which is a continuous magnetic field vector value, that is, as the length of the magnetic field vector value sequence becomes longer, Since the waveform pattern is formed, the current position that can be estimated has a characteristic that converges to one place.
본 발명에서는 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, after generating a magnetic field map including a magnetic field value corresponding to each coordinate of the tunnel construction site, and then generating learning data using the magnetic field map, the location estimation model is updated using the learning data. do.
자기장 맵은 자기장 측정이 가능한 스마트폰 또는 자기장 센서를 이용하여 터널 시공현장의 일정 간격마다 설정된 기준점(refrernce point)에서 자기장을 측정한 후 측정된 자기장 값과 실제 좌표를 하나의 테이블로 구성한 것을 의미한다.The magnetic field map means that the magnetic field is measured at a reference point set at regular intervals at the tunnel construction site using a smartphone or magnetic field sensor capable of measuring the magnetic field, and then the measured magnetic field value and actual coordinates are configured in one table. .
이때, 각 측정 기준점 사이의 간격이 세밀해짐에 따라 위치 인식의 정확도는 높아지지만, 자기장 맵을 생성하는데 소요되는 시간과 노력이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. In this case, although the accuracy of location recognition increases as the distance between each measurement reference point becomes finer, there may be a problem in that the time and effort required to generate the magnetic field map increases.
따라서, 본 발명에서는 자기장이 거리에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 현상을 가짐에 주목하여 선형 보간법(linear interpolation)을 통해 실제 측정되지 않은 좌표의 자기장 값을 보간함으로써 높은 해상도를 갖는 자기장 맵을 생성할 수 있다.Therefore, in the present invention, paying attention to the fact that the magnetic field linearly increases or decreases with distance, a magnetic field map with high resolution is generated by interpolating the magnetic field value of the coordinates that are not actually measured through linear interpolation. can do.
다음으로, 상기 점군 데이터 수집부(120)는 레이저 주사장비로 막장면에 레이저를 주사하여 상기 막장면의 3차원 점군 데이터와 해당 점의 색을 수집한다. Next, the point cloud data collection unit 120 collects the 3D point cloud data of the film scene and the color of the corresponding point by scanning a laser on the film scene with a laser scanning device.
상기 막장면의 3차원 점군 데이터와 해당 점의 색은 다양한 방법을 통해 수집할 수 있다. 예를 들어 레이저스캐너를 통해 수집할 수 있다. 상기 레이저스캐너(미도시)는 별도의 지지대를 통해 지면에 수평하게 설치될 수 있으며, "A°"만큼 회전 가능하며 레이저빔을 주사하는 레이저 주사장비와, 반사되어 돌아오는 빛을 수광하는 수광부와, 레이저빔을 주사할 때에 막장면을 촬영하는 카메라부를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 레이저부의 미러 및/또는 카메라부의 렌즈를 "B°"만큼 회전하도록 구성하면, 레이저스캐너가 "A°"만큼 회전하면서 다시 좌우로 "B°"만큼 회전하므로, 구의 일부를 이루는 면적에 대하여 폭넓게 레이저를 주사하는 것이 가능하고 선이 아닌 면에 대하여 측량하는 것이 가능하다. 이러한 레이저스캐너는 다양한 방식으로 구성하여 사용하는 바, 기본적인 구성은 일반적인 레이저 측정방법에서 사용하는 다양한 시스템을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로, 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다.The three-dimensional point cloud data of the scene and the color of the corresponding point may be collected through various methods. For example, it can be collected through a laser scanner. The laser scanner (not shown) can be installed horizontally on the ground through a separate support, can be rotated by "A°", and includes a laser scanning device that scans a laser beam, a light receiver that receives reflected and returned light, , It may include a camera unit for photographing the scene when scanning the laser beam. Here, if the mirror of the laser unit and/or the lens of the camera unit is configured to rotate by “B°”, the laser scanner rotates by “A°” and rotates by “B°” left and right again, so the area forming a part of the sphere It is possible to scan a wide range of lasers over Since such a laser scanner is configured and used in various ways, the basic configuration can be implemented by applying various systems used in a general laser measurement method, so a detailed description of the configuration will be omitted.
상기 수평측정부(130)는 자이로센서(미도시)로부터 상기 레이저 주사장비의 지면에 대한 수평값을 측정하고, 상기 방위측정부(140)는 지자기센서(미도시)로부터 수신되는 측정값을 이용하여 진북방향을 결정하고 막장면이 이루는 방위각을 산정한다. The horizontal measurement unit 130 measures a horizontal value with respect to the ground of the laser scanning device from a gyro sensor (not shown), and the orientation measurement unit 140 uses a measurement value received from a geomagnetic sensor (not shown). Then, the true north direction is determined and the azimuth formed by the Makjangmyeon is calculated.
한편, 터널 시공현장의 암반에는 불연속면(암반에 나타나는 모든 연약면을 총칭하며, 작은 단열에서 큰 단층까지 그 크기가 다양함)인 절리, 층리면, 단층, 파쇄대, 벽개, 편리, 단열 등이 발달하고 있으며, 불연속면을 경계로 암반은 구조적으로 불연속적이며 대부분의 불연속면은 분리면이므로 매우 작은 인장강도를 갖거나 인장강도가 거의 없다. 그리고 지표로부터 수백m 내에 있는 대부분의 암반은 역학적 거동을 하는 불연속면들을 포함하고 있어 불연속체의 거동을 하게 되므로, 암반의 구조와 불연속면의 성질은 터널공사 전후의 사면 및 터널의 안전에 큰 영향을 미치게 되어 반드시 주의깊게 조사될 필요가 있다. On the other hand, in the bedrock of the tunnel construction site, discontinuous surfaces (all soft surfaces appearing in the bedrock, the size of which varies from small to large faults), such as joints, layered faces, faults, crushers, cleavage, convenience, and insulation, have been developed. In addition, the bedrock is structurally discontinuous with the discontinuous surface as the boundary, and most of the discontinuous surface is a separation surface, so it has a very small tensile strength or almost no tensile strength. In addition, most rock masses within several hundred meters from the surface of the earth contain discontinuous surfaces with dynamic behavior and behave as discontinuous surfaces. and must be carefully scrutinized.
특히, 주향(성층면과 수평면의 교선의 방향을 말하며, 이 방향을 북을 기준으로 하여 나타냄)과 경사(성층면이 주향선과 직각을 이루며 수평면과 이루는 각이 최대인 각을 나타냄)는 사면 및 터널의 안전성에 가장 큰 영향을 미치는데, 종래에는 클리노메타(clinometer), 브란트컴파스(Brunton compass), 크리노컴파스(clino-compass) 등을 작업자가 직접 암반의 절리면에 놓고 주향과 경사를 측정하였다. 이러한 방법은 넓은 면적의 도로사면이나 터널에 있어서 측량에 시간이 많이 걸리며, 대절토 사면이나 위험구간에서는 작업자의 접근이 불가능하고, 넓은 암반에 있어서 모든 부위에 대한 주향과 경사의 측정이 불가능하므로 대표적으로 몇 곳을 선정하여 주향과 경사의 측정이 이루어져 암반에 대한 정확한 정보를 얻을 수 없었다. In particular, strike (referring to the direction of intersection between the stratified plane and the horizontal plane, and this direction is indicated with reference to the north) and slope (the stratified plane is perpendicular to the strike line and represents the maximum angle with the horizontal plane) of the slope and tunnel It has the greatest influence on safety, and in the prior art, a clinometer, a Brunton compass, a clino-compass, etc. were placed directly on the joint surface of the rock by an operator and the strike and inclination were measured. This method is representative because it takes a lot of time to survey on a wide road slope or tunnel, it is impossible for workers to approach on a large cut slope or dangerous section, and it is impossible to measure the strike and slope of all parts in a wide bedrock. Strike and inclination were measured by selecting several places, so accurate information about the bedrock could not be obtained.
상술한 문제점을 해결하고자 개시된 대한민국 등록특허공보 제10-0470147호를 살펴보면 수준계가 설치되는 수평판과 나침반이 설치되는 진북판으로 이루어지는 기준좌표대가 측량하고자 하는 대상물과 근접한 위치에 설치되어 대상물과 일체화된 상태로 레이저스캐너에 의하여 함께 스캔되어 각 측점에 대한 3차원 위치정보가 얻어지도록 함으로써 대상물을 3차원 영상화함과 동시에 기준좌표계가 구현되면서 암반 절리면의 방향성을 추출할 수 있도록 하였다. Looking at Korean Patent No. 10-0470147, which was disclosed to solve the above-mentioned problems, the reference coordinate base consisting of a horizontal plate on which a level gauge is installed and a true north plate on which a compass is installed is installed in a position close to the object to be measured and integrated with the object. It is scanned together with a laser scanner to obtain 3D position information for each point, so that the target can be 3D imaged and the reference coordinate system is realized at the same time to extract the directionality of the rock articulation.
그런데, 상기의 추출방법은 수동에 의해 계산에 반영해야 하는 번거로움이 있어서, 터널 시공의 프로세스를 고려할 때 지나치게 시간 소요가 많은 단점이 있고, 이를 디지털화된 기록으로 남기는데에도 애로사항이 있다. 본 발명에서는 절리면의 방향과 경사각을 구하기 위한 방위각 측정과 포인트 클라우드의 수평값 보정을 위해 센서에 의한 자동화 시스템을 구현하여, 5분 이내에 결과를 도출할 수 있으므로, 신속하고 정확한 상태평가가 가능하며, 저장된 데이터와 정보들은 BIM(Building Information Modeling, 건축 정보 모델) 자료와 연동이 되고, 시공이 완료된 후 유지관리 단계에서도 시설물 안전진단 등에 활용할 수 있다. However, the above extraction method has the inconvenience of being manually reflected in the calculation, so it takes too much time when considering the process of tunnel construction, and there is a difficulty in leaving it as a digitized record. In the present invention, an automated system by a sensor is implemented for azimuth measurement to obtain the direction and inclination angle of the joint and for correcting the horizontal value of the point cloud, and results can be derived within 5 minutes, enabling rapid and accurate state evaluation, The stored data and information are linked with BIM (Building Information Modeling) data, and can be used for facility safety diagnosis in the maintenance stage after construction is completed.
다음으로, 상기 전처리부(120)는 상기 점군 데이터 수집부(112)로부터 수집된 점좌표를 기준으로 2차원 요소를 중복되지 않게 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬(mesh)를 생성한다. Next, the pre-processing unit 120 generates a 3D mesh of the scene to be analyzed by configuring the 2D elements to be non-overlapping based on the point coordinates collected from the point cloud
바람직하게는, 상기 전처리부(120)는 수집된 점좌표를 기준으로 인근 3개 또는 4개의 점을 연결하여 삼각요소 또는 사각요소를 구성하여 도 6과 같이 막장면의 3차원 메쉬를 생성한다. Preferably, the pre-processing unit 120 connects three or four adjacent points based on the collected point coordinates to form a triangular element or a rectangular element to generate a three-dimensional mesh of the scene as shown in FIG. 6 .
상기 분석부(130)는 상기 전처리부에 의해 생성된 요소들의 법선벡터를 계산하되 노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거한 다음 각 요소의 법선벡터 및 색이 가진 패턴을 분석하여 개별 절리면과 경계선을 검출한 다음, 검출된 절리들의 방향과 길이를 기준으로 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행한다. 여기에서, 상기 법선벡터는 방위측정부로부터 측정된 방위값을 기준으로 방위각을 산출하는 것이 바람직하다. The analysis unit 130 calculates the normal vectors of the elements generated by the pre-processing unit, removes unnecessary local protrusions and local depressions through a noise filter, and then analyzes the normal vectors and color patterns of each element to obtain individual joint surfaces and After detecting the boundary line, quantitative evaluation of the excavation safety of the target Makjang surface is performed based on the direction and length of the detected joints. Here, it is preferable that the normal vector calculates the azimuth based on the azimuth value measured by the azimuth measurement unit.
도 7a) 내지 7c)를 참조하면, 상기 분석부는 터널의 공사 진행방향에 대한 절리면의 기하학적인 분포를 계산하고, 3개 이상의 절리면의 조합을 통해 쐐기블록을 도출하여 터널 시공의 안전성을 정량적으로 검토한다. 예를 들어, 터널 시공현장의 천정부에서 발생하는 쐐기블록은 블록의 자체 하중에 의해 자유낙하하거나 미끄러짐 파괴가 발생하며, 측벽부에서는 암반비탈면에서와 같이 1면 또는 2면 쐐기파괴가 발생한다. 따라서, 막장 관찰시 절리의 방향성을 측정하여 평사투영해석을 실시하면 개략적인 쐐기블록의 파괴여부와 블록의 규모를 추정할 수 있다. 7a) to 7c), the analysis unit calculates the geometric distribution of the joint surfaces for the construction progress direction of the tunnel, derives wedge blocks through a combination of three or more joint surfaces, and quantitatively reviews the safety of tunnel construction do. For example, wedge blocks that occur at the ceiling of a tunnel construction site are free-falling or slip fractures occur due to the block's own load, and wedge fractures on one side or two sides occur on the side wall as in the case of a rocky slope. Therefore, by measuring the directionality of the joint when observing the makjang and performing a flat projection analysis, it is possible to roughly estimate whether the wedge block is broken and the size of the block.
상기 후처리부(140)는 추출된 막장 및 절리, 절리 그룹 데이터를 시각화하여 이를 통해 사용자가 막장면의 상태를 쉽게 파악할 수 있도록 한다. 사용자에 의해 절리판정, 그룹핑의 조건 등이 변경되는 경우 그 결과가 즉시 반영되면서 시각적으로 확인하도록 할 수 있다. The post-processing unit 140 visualizes the extracted makjang, jeolli, and jeolli group data so that the user can easily understand the state of the makjangmyeon. When the user changes the joint determination and grouping conditions, the result is immediately reflected and can be visually confirmed.
또한, 본 발명에 따른 막장면 상태평가장치(100)는 전원공급을 위한 전원부(150)와, 무선 통신을 통해 상기 후처리부에 의한 분석결과를 시공현장으로부터 소정거리만큼 떨어진 단말기(PC, 스마트폰 등)에 전달하기 위한 통신부(160)를 포함할 수 있다. In addition, the makjangmyeon
다음으로, 본 발명에서 상기 수평측정부 및 방위측정부로부터 측정되는 측정값의 노이즈를 제거하며 측정값에 대한 왜곡현상을 최소화하기 위해 칼만 필터(Kalman filter)를 사용할 수 있다. Next, in the present invention, a Kalman filter may be used to remove noise from the measurement values measured by the horizontal measurement unit and the orientation measurement unit and to minimize distortion of the measurement values.
칼만 필터의 알고리즘을 간략하게 설명하면 다음과 같다. The algorithm of the Kalman filter is briefly described as follows.
(1). 상태변수 초기값 및 오차 공분산 초기값(
(2). 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 따라 추정값과 오차 공분산을 예측한다.(2). Estimated value and error covariance are predicted according to
(여기에서, 
(여기에서, 
(3). 하기의 수학식 3에 따라 칼만이득을 계산한다. (3). The Kalman gain is calculated according to Equation 3 below.
(여기에서, Kk는 칼만이득(Kalman gain)이며, 
(4). 하기의 수학식 4에 따라 측정값(zk)을 이용해 추정값을 계산한다. (4). An estimated value is calculated using the measured value z k according to Equation 4 below.
(5). 하기의 수학식 5에 따라 오차 공분산을 계산한다. (5). The error covariance is calculated according to Equation 5 below.
이후, 정해진 오차 범위내에 들어올 때까지 (2)~(5)를 반복한다. After that, repeat (2) to (5) until it falls within the specified error range.
통상적으로, 아날로그 센서로부터 들어오는 신호에는 노이즈가 있기 마련인데, 이를 처리하는 방법으로 저역 통과 필터(low pass filter)를 사용하는 경우가 많다. 그런데, 저역 통과 필터는 실제 측정값보다 진폭(amplitude)이 작아지는 경향이 있어서 측정값 크기에 대한 왜곡현상이 심한 문제점이 있었다. 도 5a) 내지 5c)는 칼만 필터를 통해 자이로센서 및 지자기센서로부터 수신되는 측정값의 노이즈를 제거한 결과로서, 본 발명은 상술한 저역 통과 필터를 대신하여 칼만 필터(kalman filter)를 사용함으로써 측정값 크기에 대한 왜곡현상을 최소화할 수 있으며, 노이즈를 효과적으로 걸러낼 수 있다. In general, there is noise in a signal coming from an analog sensor, and a low pass filter is often used as a method of processing this. However, the low-pass filter has a problem in that the amplitude of the measured value tends to be smaller than that of the actual measured value, so that the distortion of the measured value is severe. 5a) to 5c) are results of removing noise from the measurement values received from the gyro sensor and the geomagnetic sensor through the Kalman filter, and the present invention uses a Kalman filter instead of the above-described low-pass filter. Size distortion can be minimized and noise can be effectively filtered out.
다음으로, 도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 시공현장 막장면 상태평가방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다. Next, with reference to FIG. 8 , a method for evaluating the condition of the final scene of a tunnel construction site according to a preferred embodiment of the present invention will be briefly described as follows.
도 8과 같이, 본 발명에 따른 막장면 상태평가방법은 제1단계(S1) 내지 제4단계(S4)로 이루어진다. As shown in Fig. 8, the method for evaluating the state of a scene according to the present invention consists of a first step (S1) to a fourth step (S4).
먼저, 제1단계(S1)는 터널 시공현장 막장면의 상태를 평가하기 위하여 측정위치값과, 막장면의 3차원 점군 데이터와, 상기 3차원 점군 데이터 수집을 위한 레이저 주사장비의 수평값과, 레이저가 주사되는 막장면의 방위값이 수집저장되는 단계이다. First, the first step (S1) is a measurement position value to evaluate the state of the final scene of the tunnel construction site, the three-dimensional point cloud data of the final scene, and the horizontal value of the laser scanning equipment for collecting the three-dimensional point cloud data; It is a step in which the azimuth value of the film scene where the laser is scanned is collected and stored.
바람직하게는, 상기 측정위치값은 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트하여 수집되며, 상기 막장면에 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터 및 해당 점의 색을 수집한다. Preferably, the measured position value generates a magnetic field map including a magnetic field value corresponding to each coordinate of the tunnel construction site, then generates learning data using the magnetic field map, and then uses the learning data to estimate a location model is collected by updating the scene, and the 3D point cloud data of the scene and the color of the corresponding point are collected by scanning the laser on the scene.
또한, 상기 레이저 주사장비의 지면에 대한 수평값은 자이로센서로부터 측정되어 수집되며, 상기 방위값은 지자기센서로부터 수신되는 측정값을 이용하여 진북방향을 결정하고 막장면이 이루는 방위각을 산정하여 수집된다. In addition, the horizontal value with respect to the ground of the laser scanning device is measured from the gyro sensor and collected, and the azimuth value is collected by determining the true north direction using the measured value received from the geomagnetic sensor and calculating the azimuth angle formed by the makjang surface. .
다음으로, 제2단계(S2)는 상기 3차원 점군 데이터에 저장된 점좌표를 기준으로 인근 3개 또는 4개의 점을 중복되지 않게 연결하여 삼각요소 또는 사각요소를 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬(mesh)를 생성하는 단계이다. Next, the second step (S2) is based on the point coordinates stored in the three-dimensional point cloud data, by connecting three or four neighboring points without overlapping to form a triangular element or a rectangular element to form a three-dimensional (3D) scene of the scene to be analyzed. This is a step to create a mesh.
다음으로, 제3단계(S3)는 노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거하면서 각 요소의 법선벡터 및 색을 도출하여 개별 절리면과 경계선을 검출한다. Next, in the third step (S3), an individual joint plane and boundary line are detected by deriving the normal vector and color of each element while removing unnecessary local protrusions and local dents through the noise filter.
여기에서, 상기 노이즈 필터는 수평측정부 및 방위측정부에 의한 측정값의 노이즈의 효과적인 제거 및 측정값에 대한 왜곡현상을 최소화하기 위해 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하는 것이 바람직하며, 각 요소의 법선벡터는 방위측정부로부터 측정된 방위값을 기준으로 방위각을 산출하는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the noise filter uses a Kalman filter in order to effectively remove the noise of the measured value by the horizontal measurement unit and the orientation measurement unit and minimize the distortion to the measured value, and It is preferable that the normal vector calculates the azimuth based on the azimuth value measured by the azimuth measurement unit.
다음으로, 제4단계(S4)는 공사 위험도를 기준으로 사전에 정해놓은 기준에 부합하는 폭과 길이를 갖는 절리를 선택한 다음 선택된 절리 중 일정한 방향성을 갖는 절리를 그룹화하여 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행한다. Next, the fourth step (S4) selects a joint having a width and a length that meets the criteria set in advance based on the construction risk, and then groups the joints with a certain direction among the selected joints to improve the excavation safety of the target makjang surface. Quantitative evaluation of
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described with reference to one embodiment, it will be understood that this is only an example, and that those skilled in the art may make various modifications and equivalent embodiments therefrom. Therefore, the true protection scope of the present invention should be determined only by the appended claims.
100 : 막장면 상태평가장치 101 : 거치대
110 : 데이터수집부
111 : 측정위치측위부
112 : 점군 데이터 수집부
113 : 수평측정부
114 : 방위측정부
120 : 전처리부
130 : 분석부
140 : 후처리부
150 : 전원부
160 : 통신부100: makjangmyeon state evaluation device 101: cradle
110: data collection unit
111: measurement position positioning unit
112: point cloud data collection unit
113: horizontal measurement unit
114: azimuth measurement unit
120: preprocessor
130: analysis unit
140: post-processing unit
150: power supply
160: communication department
Claims (5)
상기 막장면 상태평가장치(100)의 측정위치값을 측위하는 측정위치측위부(111), 상기 막장면에 레이저 주사장비로 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터와 해당 점의 색을 수집하는 점군 데이터 수집부(112), 상기 레이저 주사장비의 수평값을 측정하는 수평측정부(113) 및 상기 막장면의 방위값을 측정하는 방위측정부(114)를 포함하는 데이터수집부(110)와;
상기 점군 데이터 수집부로부터 수집된 점좌표를 기준으로 2차원 요소를 중복되지 않게 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬(mesh)를 생성하는 전처리부(120)와;
상기 전처리부에 의해 생성된 요소들의 법선벡터를 계산하되 노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거한 다음 각 요소의 법선벡터 및 색이 가진 패턴을 분석하여 개별 절리면과 경계선을 검출한 다음, 검출된 절리들의 방향과 길이를 기준으로 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행하는 분석부(130); 및
상기 분석부의 분석결과를 시각화하여 막장면의 상태를 시각적으로 표현해주는 후처리부(140);를 포함하되,
상기 측정위치측위부(111)는 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트하고,
상기 점군 데이터 수집부(112)는 상기 막장면에 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터와 해당 점의 색을 수집하며,
상기 수평측정부(113)는 자이로센서로부터 상기 레이저 주사장비의 지면에 대한 수평값을 측정하고,
상기 방위측정부(114)는 지자기센서로부터 수신되는 측정값을 이용하여 진북방향을 결정하고 막장면이 이루는 방위각을 산정하는 것을 특징으로 하는 터널 시공현장 막장면 상태평가시스템.
In the tunnel final scene condition evaluation system during construction using the makjang scene condition evaluation device installed in the form of looking at the final scene to be evaluated at the construction site of the tunnel,
The measuring position positioning unit 111 for positioning the measured position value of the film scene state evaluation device 100, the film scene is scanned with a laser with a laser scanning device to collect the three-dimensional point cloud data of the film scene and the color of the corresponding point A data collection unit 110 including a point cloud data collection unit 112, a horizontal measurement unit 113 for measuring the horizontal value of the laser scanning device, and an orientation measurement unit 114 for measuring the azimuth value of the film scene. Wow;
a pre-processing unit 120 for generating a three-dimensional mesh of the scene to be analyzed by configuring the two-dimensional elements to be non-overlapping based on the point coordinates collected from the point cloud data collection unit;
Calculating the normal vectors of the elements generated by the preprocessor, removing unnecessary local protrusions and local depressions through a noise filter, and then analyzing the normal vectors and color patterns of each element to detect individual cuts and borders, then detect an analysis unit 130 that quantitatively evaluates the excavation safety of the target makjang surface based on the direction and length of the joints; and
Post-processing unit 140 that visually expresses the state of the scene by visualizing the analysis result of the analysis unit;
The measurement location positioning unit 111 generates a magnetic field map including magnetic field values corresponding to respective coordinates of the tunnel construction site, then generates training data using the magnetic field map, and then uses the training data to estimate a location update the
The point cloud data collection unit 112 collects three-dimensional point cloud data of the scene and the color of the corresponding point by scanning the laser on the scene,
The horizontal measurement unit 113 measures a horizontal value with respect to the ground of the laser scanning device from the gyro sensor,
The azimuth measurement unit 114 determines the true north direction by using the measurement value received from the geomagnetic sensor and calculates the azimuth angle formed by the makjangmyeon.
[2] The tunnel construction site according to claim 1, wherein a Kalman filter is used to remove noise of the measured values measured from the horizontal measurement unit and the orientation measurement unit and to minimize distortion of the measured values. Makjangmyeon status evaluation system.
상기 분석부(130)는 터널의 공사 진행방향에 대한 절리면의 기하학적인 분포를 계산하고, 3개 이상의 절리면의 조합을 통해 쐐기블록을 도출하여 터널 시공의 안전성을 정량적으로 검토하는 것을 특징으로 하는 시공중 터널 막장면 상태평가 시스템.하는 시공중 터널 막장면 상태평가 시스템.
According to claim 1, wherein the preprocessor 120 generates a three-dimensional mesh of the final scene by connecting three or four neighboring points based on the collected point coordinates to form a triangular or rectangular element,
The analysis unit 130 calculates the geometric distribution of the joint surfaces with respect to the construction progress direction of the tunnel, derives wedge blocks through a combination of three or more joint surfaces, and quantitatively reviews the safety of tunnel construction. Tunnel end scene condition evaluation system. A tunnel end scene condition evaluation system during construction.
상기 3차원 점군 데이터에 저장된 점좌표를 기준으로 인근 3개 또는 4개의 점을 중복되지 않게 연결하여 삼각요소 또는 사각요소를 구성하여 분석 대상인 막장면의 3차원 메쉬(mesh)를 생성하는 제2단계(S2)와;
노이즈 필터를 통해 불필요한 국부돌출과 국부함몰을 제거하면서 각 요소의 법선벡터 및 색을 도출하여 개별 절리면과 경계선을 검출하는 제3단계(S3)와;
공사 위험도를 기준으로 사전에 정해놓은 기준에 부합하는 폭과 길이를 갖는 절리를 선택한 다음 선택된 절리 중 일정한 방향성을 갖는 절리를 그룹화하여 대상 막장면의 굴착 안전성에 대한 정량적인 평가를 수행하는 제4단계(S4);를 포함하되,
상기 측정위치값은 터널 시공현장의 각 좌표에 대응하는 자기장 값을 포함하는 자기장 맵을 생성한 다음 상기 자기장 맵을 이용하여 학습 데이터를 생성한 후 상기 학습 데이터를 이용하여 위치추정모델을 업데이트하여 수집되고,
상기 막장면의 3차원 점군데이터는 상기 막장면에 레이저를 주사하여 막장면의 3차원 점군 데이터 및 해당 점의 색이 수집되며,
상기 레이저 주사장비의 수평값은 자이로센서로부터 상기 레이저 주사장비의 지면에 대한 수평값이 측정되어 수집되고,
상기 막장면의 방위값은 지자기센서로부터 수신되는 측정값을 이용하여 진북방향을 결정하고 막장면이 이루는 방위각을 산정하여 수집되는 것을 특징으로 하는 시공중 터널 막장면 상태평가방법.
A first step (S1) in which the measurement position value, the 3D point cloud data of the scene, the horizontal value of the laser scanning device for collecting the 3D point cloud data, and the azimuth value of the scene in which the laser is scanned are collected and stored (S1) Wow;
A second step of generating a three-dimensional mesh of the scene to be analyzed by constructing a triangular or rectangular element by connecting three or four adjacent points without overlapping based on the point coordinates stored in the three-dimensional point cloud data. (S2) and;
a third step (S3) of detecting individual cutoff surfaces and boundary lines by deriving normal vectors and colors of each element while removing unnecessary local protrusions and local depressions through a noise filter;
The fourth step of performing a quantitative evaluation of the excavation safety of the target Makjang surface by selecting a joint with a width and length that meets the criteria set in advance based on the construction risk, and then grouping the joints with a certain direction among the selected joints (S4); including,
The measured location value is collected by generating a magnetic field map including magnetic field values corresponding to each coordinate of the tunnel construction site, then generating learning data using the magnetic field map, and updating the location estimation model using the learning data become,
The 3D point cloud data of the scene is collected by scanning a laser on the scene, and the 3D point cloud data of the scene and the color of the corresponding point are collected.
The horizontal value of the laser scanning device is collected by measuring the horizontal value with respect to the ground of the laser scanning device from the gyro sensor,
The azimuth value of the makjangmyeon is a tunnel makjangmyeon state evaluation method during construction, characterized in that it is collected by determining the true north direction using the measurement value received from the geomagnetic sensor and calculating the azimuth formed by the makjangmyeon.
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