KR102507543B1 - Measurement system of pile penetration and rebound - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파일 일측에 부착된 파일 마커와 기준 마커의 이미지를 카메라로 촬영하고, 데이터 처리부에서 촬영된 파일 마커와 기준 마커의 이미지를 분석하여 3차원 좌표상 상대 변위를 직접 연산함으로써, 별도의 가속도 센서 없이 파일의 관입량과 리바운드량을 정확하게 측정할 수 있는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템에 대한 것이다.
본 발명은 2D 이미지인 도형이 표시되어 측정 대상 파일의 일측에 부착되는 하나의 파일 마커; 상기 측정 대상 파일의 인접한 위치에 구비되는 기준 마커; 상기 파일 마커와 기준 마커를 동시에 동영상으로 촬영하는 카메라; 상기 카메라에 의해 촬영된 동영상 데이터에서 추출된 각 단위 시간별 이미지로부터 파일 마커와 기준 마커를 인식하고, 파일 마커와 기준 마커에 표시된 도형의 2D 이미지를 분석하여 파일 마커와 기준 마커에 표시된 도형의 크기 및 뒤틀림 방향의 단위 시간별 변화에 따라 2D 이미지들의 형상 변경을 연산하여 기준 마커에 대한 파일 마커의 3차원 좌표상 상대 변위를 연산함으로써 3D 공간 내 좌표로 변환하여 파일의 관입량 및 리바운드량을 측정하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 처리부로부터 산출된 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하는 디스플레이부; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention captures images of a file marker and a reference marker attached to one side of a file with a camera, and analyzes the images of the file marker and the reference marker captured by the data processing unit to directly calculate the relative displacement on three-dimensional coordinates, thereby generating a separate acceleration It is about a pile penetration and rebound measurement system that can accurately measure the penetration and rebound of piles without a sensor.
The present invention includes one file marker attached to one side of a file to be measured by displaying a figure that is a 2D image; a fiducial marker provided at an adjacent position of the measurement object file; a camera that simultaneously captures a video of the file marker and the reference marker; File markers and fiducial markers are recognized from images for each unit time extracted from video data taken by the camera, and 2D images of figures displayed on the file markers and fiducial markers are analyzed to determine the size and shape of the figures displayed on the file markers and fiducial markers. Data that calculates the shape change of 2D images according to the change in the warp direction per unit time and calculates the relative displacement of the pile marker with respect to the reference marker on the 3D coordinates, converting it into coordinates in the 3D space to measure the amount of penetration and rebound of the pile processing unit; and a display unit outputting the penetration amount and rebound amount of the file calculated by the data processing unit. It is characterized by consisting of.

Description

파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템{Measurement system of pile penetration and rebound}Pile penetration and rebound measurement system {Measurement system of pile penetration and rebound}

본 발명은 파일 일측에 부착된 파일 마커와 기준 마커의 이미지를 카메라로 촬영하고, 데이터 처리부에서 촬영된 파일 마커와 기준 마커의 이미지를 분석하여 3차원 좌표상 상대 변위를 직접 연산함으로써, 별도의 가속도 센서 없이 파일의 관입량과 리바운드량을 정확하게 측정할 수 있는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템에 대한 것이다.The present invention captures images of a file marker and a reference marker attached to one side of a file with a camera, analyzes the images of the file marker and the reference marker captured by the data processing unit, and directly calculates the relative displacement on three-dimensional coordinates. It is about a pile penetration and rebound measurement system that can accurately measure the penetration and rebound of piles without a sensor.

상부 지반이 풍화토 등의 연약지반인 경우, 직접 기초를 사용하면 침하 우려가 있어 깊은 기초인 파일 기초(pile foundation)가 주로 사용된다.When the upper ground is soft ground such as weathered soil, a pile foundation, which is a deep foundation, is mainly used because there is a risk of settlement if a direct foundation is used.

파일 기초는 상부의 연약층을 관통하여 하부의 단단한 지층까지 파일을 관입하여 구조물 하중을 지지하는 방식으로 구조적으로 안정된 기초 공법이다.Pile foundation is a structurally stable foundation construction method in which the pile penetrates through the upper soft layer to the lower hard layer to support the load of the structure.

이와 같이 지반에 근입된 파일은 극한 하중이나 허용 침하량 범위에서 지지 가능한 하중의 크기를 구하기 위해 동재하시험이나 정재하시험과 같은 파일 재하시험이 실시된다.In this way, pile load tests such as dynamic load tests or static load tests are conducted to determine the size of the load that can be supported in the maximum load or allowable settlement range for piles embedded in the ground.

그 중 동재하시험은 지지력 확인을 위해 가장 일반적으로 적용되는 시험 방법이다. 동재하시험은 관입량과 리바운드량 등 항타 시 파일에 발생하는 변위를 측정하여 파일 관입량을 관리한다.Among them, the dynamic load test is the most commonly applied test method to confirm bearing capacity. The dynamic load test manages the amount of penetration by measuring the displacement that occurs in the pile during driving, such as the amount of penetration and rebound.

기존에는 파일 항타 시 관입량 및 리바운드량 측정을 위해 파일에 모눈종이와 같은 기록지를 부착하고, 기록지 전방에 가이드를 설치한 후 가이드에 지지시킨 펜을 기록지에 밀착시킨 다음 파일을 항타함으로써 파일의 수직 변위가 기록지에 표시되도록 하였다.In the past, in order to measure the amount of penetration and rebound during pile driving, a recording paper such as graph paper was attached to the pile, a guide was installed in front of the recording paper, a pen supported by the guide was closely attached to the recording paper, and then the pile was driven vertically. The displacement was marked on the recording paper.

이에 따라 파일 1회 타격 시마다 작업자가 펜을 직접 수평 이동시켜 기록되도록 하고, 최종 10회 이상의 타격에 의한 평균값으로 관입량 및 리바운드 동적 지지력을 산출하였다.Accordingly, the operator directly moves the pen horizontally for each hit of the file to be recorded, and the penetration amount and rebound dynamic bearing capacity were calculated as the average value of the last 10 or more hits.

그러나 이러한 재래식 방법은 정확도가 떨어지고, 기록지를 별도로 분석하여야 하는 번거로움이 있다. 또한, 작업자가 시험 대상 파일에 근접하여 측정하여야 하므로 작업자 안전사고의 우려가 있다.However, these conventional methods are inconvenient in that accuracy is low and the recording paper must be analyzed separately. In addition, since the operator has to measure in close proximity to the test object file, there is a concern about worker safety accidents.

이러한 종래 재래식 측정 방법의 문제점을 해결하고자 파일 전면에 촬영 타겟을 부착하여 카메라로 촬영 타겟을 촬영함으로써 촬영 타겟의 변위량을 측정하고, 촬영 타겟에는 가속도 센서를 부착하여 파일 항타 후 리바운드량을 측정하는 기술이 개발되었다(등록특허 제10-2200824호).In order to solve the problems of the conventional measurement method, a shooting target is attached to the front of the pile and the shooting target is photographed with a camera to measure the displacement of the shooting target, and an acceleration sensor is attached to the shooting target to measure the rebound amount after driving the pile. was developed (Registration Patent No. 10-2200824).

상기 등록기술에서는 가속도 센서가 항타 파일의 항타에 의한 진동을 진폭으로 측정하여 리바운드량을 측정한다. 그리고 측정된 가속도 값은 FFT(Fast Fourier Transform) 과정을 통해 변위로 변환된다. In the registration technique, the acceleration sensor measures the amount of rebound by measuring the amplitude of the vibration caused by the driving of the driving pile. And the measured acceleration value is converted into displacement through FFT (Fast Fourier Transform) process.

이러한 변환 과정에서 2회의 적분 과정을 거쳐야 하는데, 센서 자체의 노이즈로 인해 적분 시 누적 오차에 따른 편향(Bias) 발생이 불가피하다. 또한, 이러한 편향을 보정하기 위해 복잡한 후처리 과정을 거쳐야 하므로, 정확한 관입량 및 리바운드량 측정에 한계가 있다.In this conversion process, it is necessary to go through two integration processes, but due to the noise of the sensor itself, it is inevitable that bias occurs due to accumulated errors during integration. In addition, since a complicated post-processing process is required to correct this bias, there is a limit to accurate measurement of penetration and rebound.

아울러 카메라는 촬영 타겟의 촬영 이미지로부터 수직 변위를 측정하는 것으로, 카메라는 촬영 타겟과 일정한 거리를 유지하여야 한다. 그런데 파일 항타 시 지면 진동으로 인해 카메라의 흔들림이 매우 심해 측정값을 신뢰하기 어렵다.In addition, the camera measures the vertical displacement from the photographed image of the photographing target, and the camera must maintain a constant distance from the photographing target. However, the shaking of the camera is very severe due to ground vibration during pile driving, making it difficult to trust the measured value.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 별도의 가속도 센서 없이 파일 마커 이미지를 분석하여 파일의 3차원 상대 변위를 직접 연산함으로써 파일의 관입량과 리바운드량을 정확하게 측정할 수 있는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention analyzes the pile marker image without a separate acceleration sensor and directly calculates the three-dimensional relative displacement of the pile, thereby accurately measuring the pile penetration and rebound amount. We want to provide a volume measurement system.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 지반에 근입된 파일 항타 시 관입량 및 리바운드량을 측정하기 위한 것으로, 2D 이미지인 도형이 표시되어 측정 대상 파일의 일측에 부착되는 하나의 파일 마커; 상기 측정 대상 파일의 인접한 위치에 구비되는 기준 마커; 상기 파일 마커와 기준 마커를 동시에 동영상으로 촬영하는 카메라; 상기 카메라에 의해 촬영된 동영상 데이터에서 추출된 각 단위 시간별 이미지로부터 파일 마커와 기준 마커를 인식하고, 파일 마커와 기준 마커에 표시된 도형의 2D 이미지를 분석하여 파일 마커와 기준 마커에 표시된 도형의 크기 및 뒤틀림 방향의 단위 시간별 변화에 따라 2D 이미지들의 형상 변경을 연산하여 기준 마커에 대한 파일 마커의 3차원 좌표상 상대 변위를 연산함으로써 3D 공간 내 좌표로 변환하여 파일의 관입량 및 리바운드량을 측정하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 처리부로부터 산출된 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하는 디스플레이부; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 제공한다.The present invention according to a preferred embodiment is for measuring the amount of penetration and the amount of rebound when driving a pile embedded in the ground, and a 2D image of a figure is displayed and attached to one side of the pile to be measured. One pile marker; a fiducial marker provided at an adjacent position of the measurement object file; a camera that simultaneously captures a video of the file marker and the reference marker; File markers and fiducial markers are recognized from images for each unit time extracted from video data taken by the camera, and 2D images of figures displayed on the file markers and fiducial markers are analyzed to determine the size and shape of the figures displayed on the file markers and fiducial markers. Data that calculates the shape change of 2D images according to the change in warp direction per unit time and calculates the relative displacement of the pile marker with respect to the reference marker in 3D coordinates, converting it into coordinates in 3D space to measure the amount of penetration and rebound of the pile processing unit; and a display unit outputting the penetration amount and rebound amount of the file calculated by the data processing unit. It provides a pile penetration and rebound amount measuring system, characterized in that consisting of.

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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 파일의 전방에는 기준 마커가 고정되는 거치구가 구비되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 제공한다.The present invention according to another preferred embodiment provides a pile penetration amount and rebound amount measuring system, characterized in that the front of the pile is provided with a holder for fixing the reference marker.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 카메라는 거치구에 설치되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 제공한다.The present invention according to another preferred embodiment provides a pile penetration amount and rebound amount measuring system, characterized in that the camera is installed in the holder.

본 발명에 따르면 지반에 근입된 파일 항타 시 파일 일측에 부착된 파일 마커와 기준 마커의 이미지를 카메라로 촬영하되, 데이터 처리부에서 촬영된 파일 마커와 기준 마커의 이미지를 분석하여 3차원 좌표상 상대 변위로 연산함으로써 파일의 관입량 및 리바운드량을 측정할 수 있는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, images of the pile marker and the reference marker attached to one side of the pile are taken with a camera when the pile is driven into the ground, and the images of the pile marker and the reference marker taken by the data processing unit are analyzed to determine the relative displacement in 3D coordinates. It is possible to provide a pile penetration and rebound measurement system capable of measuring the penetration and rebound of the pile by calculating with .

따라서 별도의 가속도 센서 없이도 파일 마커와 기준 마커 이미지를 분석하여 파일의 3차원 상대 변위를 직접 연산할 수 있으며, 파일 관입량과 리바운드량을 정확하게 측정할 수 있다. Therefore, the 3D relative displacement of the pile can be directly calculated by analyzing the pile marker and fiducial marker images without a separate acceleration sensor, and the pile penetration amount and rebound amount can be accurately measured.

도 1은 본 발명 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 파일 마커 이미지를 나타내는 도면.
도 3은 데이터 처리부에서 인식된 파일 마커의 이미지를 3차원 좌표로 나타낸 도면.
도 4는 파일 마커와 기준 마커가 구비된 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 기준 마커와 파일 마커에 의한 상대 변위 측정 결과를 나타내는 도면.
도 6은 기준 마커와 파일 마커에 의한 상대 변위 측정 개념을 도시하는 도면.
도 7은 기준 마커와 카메라가 장착된 거치구가 설치된 실시예를 도시하는 도면.
1 is a diagram showing a system for measuring pile penetration and rebound amount according to the present invention.
2 is a diagram showing a file marker image;
3 is a diagram showing an image of a file marker recognized by a data processing unit in three-dimensional coordinates;
Fig. 4 shows an embodiment with pile markers and fiducial markers;
5 is a diagram showing a relative displacement measurement result by a reference marker and a pile marker;
Fig. 6 is a diagram showing the concept of relative displacement measurement by a reference marker and a pile marker;
7 is a view showing an embodiment in which a fiducial marker and a camera mounting bracket are installed.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail according to the accompanying drawings and preferred embodiments.

도 1은 본 발명 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 도시하는 도면이고, 도 2는 파일 마커 이미지를 나타내는 도면이며, 도 3은 데이터 처리부에서 인식된 파일 마커의 이미지를 3차원 좌표로 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a system for measuring the amount of penetration and rebound of a file according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an image of a file marker, and FIG. 3 is a diagram showing an image of a file marker recognized by a data processing unit in three-dimensional coordinates. .

도 1 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템은 지반에 근입된 파일(1) 항타 시 관입량 및 리바운드량을 측정하기 위한 것으로, 2D 이미지인 도형이 표시되어 측정 대상 파일(1)의 일측에 부착되는 하나의 파일 마커(2); 상기 파일 마커(2)를 동영상으로 촬영하는 카메라(4); 상기 카메라(4)에 의해 촬영된 동영상 데이터에서 추출된 각 단위 시간별 이미지로부터 파일 마커(2)를 인식하고, 파일 마커(2)에 표시된 도형의 2D 이미지를 분석하여 파일 마커(2)에 표시된 도형의 크기 및 뒤틀림 방향의 단위 시간별 변화에 따라 2D 이미지들의 형상 변경을 연산하여 파일 마커(2)의 3차원 좌표상 상대 변위를 연산함으로써 3D 공간 내 좌표로 변환하여 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 측정하는 데이터 처리부(5); 및 상기 데이터 처리부(5)로부터 산출된 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 출력하는 디스플레이부(6); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, etc., the system for measuring the amount of penetration and rebound of piles of the present invention is for measuring the amount of penetration and rebound when driving a pile (1) embedded in the ground. One file marker (2) attached to one side of (1); a camera 4 for taking a video of the file marker 2; The file marker 2 is recognized from the image for each unit time extracted from the video data taken by the camera 4, and the 2D image of the figure displayed on the file marker 2 is analyzed to obtain the figure displayed on the file marker 2 By calculating the shape change of 2D images according to the change in the size and warp direction per unit time, and calculating the relative displacement of the file marker (2) on the 3D coordinates, converting it into coordinates in 3D space, penetrating amount and rebound of the pile (1) a data processing unit 5 for measuring quantity; and a display unit 6 outputting the penetration amount and rebound amount of the pile 1 calculated from the data processing unit 5; It is characterized by consisting of.

본 발명은 별도의 가속도 센서 없이 파일 마커(2)의 이미지를 분석하여 파일(1)의 3차원 상대 변위를 직접 연산함으로써, 파일(1)의 관입량과 리바운드량을 정확하게 측정할 수 있는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention analyzes the image of the pile marker 2 without a separate acceleration sensor and directly calculates the three-dimensional relative displacement of the pile 1, thereby accurately measuring the penetration amount and rebound amount of the pile 1. It is to provide a system for measuring the amount and rebound amount.

본 발명은 지반에 근입된 파일(1)을 항타하여 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 측정하기 위한 것이다.The present invention is to measure the penetration amount and rebound amount of the pile (1) by driving the pile (1) embedded in the ground.

본 발명은 파일 마커(2), 카메라(4), 데이터 처리부(5) 및 디스플레이부(6)를 포함하여 구성된다. The present invention is composed of a file marker 2, a camera 4, a data processing unit 5 and a display unit 6.

상기 파일 마커(2)는 측정 대상 파일(1)의 일측에 부착된다. The pile marker 2 is attached to one side of the pile 1 to be measured.

상기 파일 마커(2)에는 도형이 표시되어 있다.A figure is displayed on the file marker 2.

상기 카메라(4)는 파일 마커(2)를 촬영한다. The camera 4 photographs the file marker 2 .

상기 카메라(4)는 파일(1)에 부착된 파일 마커(2) 측 전방에 파일(1)과 소정 간격 이격된 위치에 구비될 수 있다. The camera 4 may be provided at a position spaced apart from the file 1 by a predetermined distance in front of the file marker 2 attached to the file 1.

상기 카메라(4)는 일반 디지털 카메라(4)뿐 아니라 스마트폰 등일 수 있다.The camera 4 may be a general digital camera 4 as well as a smart phone or the like.

상기 카메라(4)는 파일(1) 항타 시 파일 마커(2)를 동영상으로 촬영 가능하다.The camera 4 can take a video of the pile marker 2 when the pile 1 is driven.

상기 데이터 처리부(5)는 카메라(4)에 의해 촬영된 파일 마커(2)의 이미지를 분석하여 파일 마커(2)에 표시된 도형의 크기 및 뒤틀림 방향의 변화에 따라 파일 마커(2)의 3차원 좌표상 상대 변위를 연산함으로써 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 측정한다. The data processing unit 5 analyzes the image of the file marker 2 captured by the camera 4 to obtain a three-dimensional image of the file marker 2 according to changes in the size and twist direction of the figure displayed on the file marker 2. The penetration amount and rebound amount of the pile 1 are measured by calculating the relative displacement on the coordinates.

즉, 상기 데이터 처리부(5)는 카메라(4)에서 촬영된 동영상 데이터에서 추출된 각 단위 시간별 이미지로부터 파일 마커(2)를 인식하고, 파일 마커(2)의 위치, 크기 및 형상의 변화를 분석한다.That is, the data processor 5 recognizes the file marker 2 from the image for each unit time extracted from video data captured by the camera 4, and analyzes changes in the position, size and shape of the file marker 2. do.

상기 데이터 처리부(5)는 이러한 분석 데이터로부터 파일 마커(2)의 3차원 좌표상 상대 변위를 연산한다.The data processing unit 5 calculates the relative displacement of the file marker 2 on three-dimensional coordinates from this analysis data.

다시 말하면, 상기 파일 마커(2) 자체는 2D 이미지이나 파일(1) 항타 시 파일(1)의 위치 변화에 따라 카메라(4)에서 촬영되는 이미지의 2차원 형상은 파일 마커(2)의 원래 2차원 형상과는 차이가 발생하게 된다. 상기 데이터 처리부(5)는 이러한 2D 이미지들의 형상 변경을 연산함으로써 3D 공간 내 좌표로 변환한다.In other words, the pile marker 2 itself is a 2D image, but the two-dimensional shape of the image captured by the camera 4 according to the position change of the pile 1 when the pile 1 is driven is the original 2D image of the pile marker 2. There is a difference with the dimensional shape. The data processing unit 5 converts these 2D images into coordinates in a 3D space by calculating shape changes.

이를 위해 상기 파일 마커(2)는 ArUco 마커를 사용할 수 있다.For this, the file marker 2 may use an ArUco marker.

ArUco 마커는 n×n 크기의 2차원 비트 패턴과 이를 둘러싸고 있는 검은색 테두리 영역으로 구성된다(도 2). The ArUco marker consists of an n×n 2-dimensional bit pattern and a black border area surrounding it (FIG. 2).

ArUco 마커의 검은색 테두리 영역은 마커를 신속하게 인식할 수 있게 한다.The black border area of the ArUco markers allows quick recognition of the markers.

검은색 테두리 내부의 2차원 비트 패턴은 흰색 셀과 검은색 셀의 조합으로 마커의 고유 ID를 표현한다.The two-dimensional bit pattern inside the black frame expresses the unique ID of the marker as a combination of white cells and black cells.

이러한 ArUco 마커의 각 셀은 각 모서리가 직각인 정사각형이므로, 셀의 각 변의 길이 비 및 셀의 뒤틀림(각 변 사이 각도)을 측정하여 3차원 좌표를 설정할 수 있다(도 3).Since each cell of the ArUco marker is a square with right angle corners, 3D coordinates can be set by measuring the length ratio of each side of the cell and the warp (angle between each side) of the cell (FIG. 3).

이에 따라 카메라(4) 방향과 수직인 면인 X, Y축뿐 아니라 Z축 방향의 진동이나 움직임도 인식 가능하여 좀 더 정확한 변위를 계산할 수 있다.Accordingly, vibration or movement in the Z-axis direction as well as the X and Y axes, which are planes perpendicular to the direction of the camera 4, can be recognized, so that more accurate displacement can be calculated.

또한, 파일(1)과 카메라(4)가 엄격하게 서로 수평을 이룰 필요도 없어 측정 장비 셋팅이 용이하다.In addition, the pile 1 and the camera 4 do not need to be strictly level with each other, making it easy to set the measuring equipment.

상기 디스플레이부(6)는 데이터 처리부(5)로부터 산출된 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 출력한다. The display unit 6 outputs the amount of penetration and rebound of the file 1 calculated from the data processing unit 5.

상기 디스플레이부(6)는 데이터 처리부(5)에서 연산한 파일(1)의 상대 변위를 수치 또는 그래프로 제공하여 표시할 수 있다.The display unit 6 may display the relative displacement of the file 1 calculated by the data processing unit 5 by providing it as a numerical value or a graph.

이로부터 작업자는 파일(1) 항타 시 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 확인할 수 있다.From this, the operator can check the amount of penetration and rebound of the pile (1) when driving the pile (1).

도 4는 파일 마커와 기준 마커가 구비된 실시예를 도시하는 도면이고, 도 5는 기준 마커와 파일 마커에 의한 상대 변위 측정 결과를 나타내는 도면이며, 도 6은 기준 마커와 파일 마커에 의한 상대 변위 측정 개념을 도시하는 도면이다.4 is a view showing an embodiment provided with a pile marker and a reference marker, FIG. 5 is a view showing a relative displacement measurement result by the reference marker and the pile marker, and FIG. 6 is a relative displacement by the reference marker and the pile marker. It is a diagram illustrating the measurement concept.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 측정 대상 파일(1)의 인접한 위치에는 기준 마커(3)가 더 구비되고, 상기 카메라(4)는 파일 마커(2)와 기준 마커(3)를 동시에 촬영하며, 상기 데이터 처리부(5)는 기준 마커(3)에 대한 파일 마커(2)의 3차원 상대 좌표를 연산하여 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 측정하도록 구성할 수 있다. As shown in FIGS. 4 to 6, a fiducial marker 3 is further provided at an adjacent position of the measurement object file 1, and the camera 4 uses the file marker 2 and the fiducial marker 3. Simultaneously, the data processing unit 5 may be configured to calculate the three-dimensional relative coordinates of the pile marker 2 with respect to the reference marker 3 to measure the amount of penetration and rebound of the pile 1.

상기 기준 마커(3)는 카메라(4)의 진동이나 움직임에 상관없이 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 정확하게 측정하기 위해 측정 대상 파일(1)의 인접한 위치에 설치할 수 있다. The reference marker 3 may be installed adjacent to the pile 1 to be measured in order to accurately measure the amount of penetration and rebound of the pile 1 regardless of the vibration or movement of the camera 4.

상기 기준 마커(3)의 설치 위치는 카메라(4)의 화면 내에 포함되기만 하면 임의의 어느 위치든 상관 없다.The installation position of the fiducial marker 3 may be any position as long as it is included in the screen of the camera 4.

상기 기준 마커(3) 역시 ArUco 마커를 사용 가능하다.The fiducial marker 3 may also use an ArUco marker.

도 5에는 기준 마커(3)와 파일 마커(2)의 3차원 좌표상에서의 상대 거리 및 이로부터 산출된 파일 마커(2)의 수직 변위값이 나타난다.5 shows the relative distance between the reference marker 3 and the pile marker 2 on the 3D coordinates and the vertical displacement value of the pile marker 2 calculated therefrom.

상기 데이터 처리부(5)는 카메라(4)에서 촬영된 이미지로부터 파일 마커(2)와 기준 마커(3)를 인식하여, 각 마커의 원점과 3차원 축을 설정한다.The data processor 5 recognizes the file marker 2 and the reference marker 3 from the image captured by the camera 4, and sets the origin and 3D axis of each marker.

도 5에서 빨간색 선은 X축, 초록색 선은 Y축, 파란색 선은 Z축을 나타낸다.In FIG. 5, the red line represents the X-axis, the green line represents the Y-axis, and the blue line represents the Z-axis.

X축과 Y축은 ArUco 마커에서 정사각형 셀의 가로 및 세로 변과 일치하고, Z축은 이미지에서 셀의 형상이 각 모서리가 직각인 정사각형인 경우를 기준으로 설정된다. The X-axis and Y-axis coincide with the horizontal and vertical sides of the square cell in the ArUco marker, and the Z-axis is set based on the case where the shape of the cell in the image is a square with each corner at right angles.

도 6을 참고하여 기준 마커(3)와 파일 마커(2)에 의한 상대 변위 측정 개념을 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 6, the concept of measuring the relative displacement by the reference marker 3 and the pile marker 2 will be described as follows.

카메라(4)에서 파일 마커(2), 카메라(4)에서 기준 마커(3) 시점으로 본 상대벡터는 각각 파일 마커벡터(a) 및 기준 마커벡터(b)가 된다.Relative vectors seen from the viewpoint of the file marker 2 from the camera 4 and the reference marker 3 from the camera 4 become the file marker vector (a) and the reference marker vector (b), respectively.

이중 파일 마커벡터(a)를 파일 마커(2)에서 카메라(4) 시점으로 본 상대벡터로 역전시킨다(-a).The double file marker vector (a) is reversed from the file marker (2) to the relative vector viewed from the camera (4) point of view (-a).

시점 역전을 위해 회전행렬 변환(Rodrigues) 및 행렬 곱을 활용한다.For view reversal, rotation matrix transformation (Rodrigues) and matrix multiplication are utilized.

이후, 파일 마커(2)에서 카메라(4) 시점의 상대벡터와 카메라(4)에서 기준 마커(3) 시점의 상대벡터를 합성하면, 파일 마커(2)에서 기준 마커(3) 시점의 상대벡터(c)를 얻을 수 있다.Then, when the relative vector from the viewpoint of the camera 4 in the file marker 2 and the relative vector from the viewpoint of the reference marker 3 from the camera 4 are synthesized, the relative vector from the viewpoint of the file marker 2 to the reference marker 3 (c) can be obtained.

따라서 카메라(4)의 상태와는 독립적인 상대벡터가 산출된다. 그리고 파일 마커(2)에서 기준 마커(3) 시점의 상대벡터를 원점으로 설정하고, 이동 변위를 계속해서 추적하면 카메라(4)의 떨림이나 지면 진동 여부와 상관없이 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 측정 가능하다.Therefore, a relative vector independent of the state of the camera 4 is calculated. In addition, if the relative vector at the point of view of the reference marker (3) is set as the origin in the pile marker (2), and the movement displacement is continuously tracked, the amount of penetration of the pile (1) and the The amount of rebound can be measured.

이에 따라 카메라(4)를 삼각대와 같은 별도의 지지부재에 고정하지 않고 작업자가 직접 손에 들고 촬영하더라도 정확한 측정값을 얻을 수 있다. 이 경우 카메라(4)의 손떨림 보정 역시 필요 없다.Accordingly, an accurate measurement value can be obtained even if a worker directly holds the camera 4 in his hand and takes a picture without fixing the camera 4 to a separate support member such as a tripod. In this case, image stabilization of the camera 4 is also not required.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 파일(1)의 전방에는 기준 마커(3)가 고정되는 거치구(7)가 구비될 수 있다. As shown in Figure 4, the front of the pile (1) may be provided with a holder (7) to which the reference marker (3) is fixed.

상기 기준 마커(3)는 파일 마커(2)의 상대 변위를 측정하는 기준점이 되는 것으로, 파일(1)과 분리되어 지반 상부에 별도로 설치되어야 한다.The reference marker 3 is a reference point for measuring the relative displacement of the pile marker 2, and must be installed separately from the pile 1 on the upper part of the ground.

이를 위해 지면에 거치구(7)를 설치하고, 상기 거치구(7)에 기준 마커(3)를 고정할 수 있다. To this end, a holder 7 may be installed on the ground, and the reference marker 3 may be fixed to the holder 7.

상기 거치구(7)는 삼각대 또는 별도의 프레임 등일 수 있다.The holder 7 may be a tripod or a separate frame.

도 7은 기준 마커와 카메라가 장착된 거치구가 설치된 실시예를 도시하는 도면이다.7 is a view showing an embodiment in which a fiducial marker and a camera are installed.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 카메라(4)는 거치구(7)에 설치될 수 있다.As shown in FIG. 7 , the camera 4 may be installed in the holder 7 .

상기 기준 마커(3)와 파일 마커(2)를 이용하는 경우, 카메라(4)의 움직임이나 진동이 발생하더라도 파일 마커(2)의 관입량 및 리바운드량 측정값에는 영향이 없어 카메라(4)와 기준 마커(3)의 상대위치를 굳이 고정할 필요는 없다. 그러나 측정 작업의 편의성을 도모하고 파일(1) 항타 시 작업자의 안전을 확보하기 위해 기준 마커(3)가 설치된 거치구(7)에 카메라(4)를 동시에 설치할 수 있다.In the case of using the reference marker 3 and the pile marker 2, even if movement or vibration of the camera 4 occurs, the measurement values of the penetration amount and rebound amount of the pile marker 2 are not affected, so that the camera 4 and the reference It is not necessary to fix the relative position of the marker 3. However, the camera 4 may be installed at the same time in the holder 7 where the reference marker 3 is installed to promote the convenience of the measurement work and to ensure the safety of the operator when driving the pile 1.

이에 따라 복수의 파일(1)에 대해 관입량 및 리바운드량 측정 시, 기준 마커(3)와 카메라(4)가 장착된 거치구(7)만을 이동시켜 신속하게 셋팅할 수 있다.Accordingly, when measuring the penetration amount and the rebound amount for the plurality of piles 1, it is possible to set quickly by moving only the reference marker 3 and the holder 7 to which the camera 4 is mounted.

또한, 카메라(4)로 기준 마커(3)와 파일 마커(2)를 동시에 촬영하여야 하는데 작업자가 카메라(4)를 직접 들고 촬영하는 경우, 작업자 실수 등으로 기준 마커(3)가 카메라(4) 화면 밖으로 벗어나는 경우가 있다.In addition, the reference marker 3 and the file marker 2 should be simultaneously photographed with the camera 4, but when the operator directly holds the camera 4 and takes the picture, the reference marker 3 is not captured by the camera 4 due to operator error. Sometimes it goes off screen.

이에 상기 거치구(7)에 기준 마커(3)와 카메라(4)를 모두 장착하면, 기준 마커(3)와 카메라(4)의 상대위치가 고정되어 기준 마커(3)가 항상 카메라(4) 화면 내에 위치하도록 셋팅 가능하다. 그러므로 기준 마커(3)가 화면에서 누락되지 않는다. Accordingly, when both the fiducial marker 3 and the camera 4 are mounted on the holder 7, the relative positions of the fiducial marker 3 and the camera 4 are fixed, so that the fiducial marker 3 always follows the camera 4. It can be set to be positioned within the screen. Therefore, the fiducial marker 3 is not missing from the screen.

상기 거치구(7)는 지반 상부에 거치되는 메인프레임(71), 상기 메인프레임(71)의 상부에 구비되어 카메라(4)가 장착되는 카메라거치부(72) 및 상기 메인프레임(71)의 전방으로 돌출되어 기준 마커(3)가 카메라(4)의 전방에 위치하도록 장착되는 기준 마커 거치부(73)로 구성할 수 있다(도 7).The holder 7 is a main frame 71 mounted on the ground, a camera holder 72 provided on the upper part of the main frame 71 to which the camera 4 is mounted, and the main frame 71 It may be composed of a fiducial marker holder 73 protruding forward and mounted so that the fiducial marker 3 is located in front of the camera 4 (FIG. 7).

1: 파일
2: 파일 마커
3: 기준 마커
4: 카메라
5: 데이터 처리부
6: 디스플레이부
7: 거치구
71: 메인프레임
72: 카메라거치부
73: 기준 마커 거치부
1: File
2: file marker
3: reference marker
4: camera
5: data processing unit
6: display unit
7: Cradle
71: mainframe
72: camera holder
73: reference marker holder

Claims (4)

지반에 근입된 파일(1) 항타 시 관입량 및 리바운드량을 측정하기 위한 것으로,
2D 이미지인 도형이 표시되어 측정 대상 파일(1)의 일측에 부착되는 하나의 파일 마커(2);
상기 측정 대상 파일(1)의 인접한 위치에 구비되는 기준 마커(3);
상기 파일 마커(2)와 기준 마커(3)를 동시에 동영상으로 촬영하는 카메라(4);
상기 카메라(4)에 의해 촬영된 동영상 데이터에서 추출된 각 단위 시간별 이미지로부터 파일 마커(2)와 기준 마커(3)를 인식하고, 파일 마커(2)와 기준 마커(3)에 표시된 도형의 2D 이미지를 분석하여 파일 마커(2)와 기준 마커(3)에 표시된 도형의 크기 및 뒤틀림 방향의 단위 시간별 변화에 따라 2D 이미지들의 형상 변경을 연산하여 기준 마커(3)에 대한 파일 마커(2)의 3차원 좌표상 상대 변위를 연산함으로써 3D 공간 내 좌표로 변환하여 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 측정하는 데이터 처리부(5); 및
상기 데이터 처리부(5)로부터 산출된 파일(1)의 관입량 및 리바운드량을 출력하는 디스플레이부(6); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템.
It is for measuring the amount of penetration and rebound when driving a pile (1) embedded in the ground.
One file marker (2) attached to one side of the file (1) to be measured by displaying a figure that is a 2D image;
A reference marker (3) provided at an adjacent position of the measurement target file (1);
a camera 4 for simultaneously taking a video of the file marker 2 and the reference marker 3;
The file marker 2 and the fiducial marker 3 are recognized from the image for each unit time extracted from the video data captured by the camera 4, and the 2D of the figure displayed on the file marker 2 and fiducial marker 3 is obtained. By analyzing the image and calculating the shape change of 2D images according to the change in the size and warp direction of the figures displayed on the file marker 2 and the fiducial marker 3 per unit time, the A data processing unit 5 for measuring the amount of penetration and rebound of the pile 1 by converting the relative displacement on 3D coordinates into coordinates in 3D space; and
a display unit 6 for outputting the penetration amount and rebound amount of the pile 1 calculated from the data processing unit 5; Pile penetration and rebound measurement system, characterized in that consisting of.
삭제delete 제1항에서,
상기 파일(1)의 전방에는 기준 마커(3)가 고정되는 거치구(7)가 구비되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템.
In paragraph 1,
Pile penetration amount and rebound amount measurement system, characterized in that the front of the pile (1) is provided with a holder (7) to which the reference marker (3) is fixed.
제3항에서,
상기 카메라(4)는 거치구(7)에 설치되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 및 리바운드량 측정 시스템.
In paragraph 3,
The camera (4) is a pile penetration amount and rebound amount measurement system, characterized in that installed in the holder (7).
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