KR102545671B1 - 매설배관의 위치 맵핑을 위한 배관검사시스템 및 그 맵핑 방법 - Google Patents

매설배관의 위치 맵핑을 위한 배관검사시스템 및 그 맵핑 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따라 매설배관 내부를 주행하는 이동체를 이용하여 매설배관의 위치 맵핑을 수행하는 배관검사시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 상기 이동체의 위치 데이터를 측정하는 관성측정부; 상기 이동체의 전면에 구비되는 3D 깊이(depth) 센서; 및 상기 3D 깊이 센서를 제어하여 상기 매설배관 내 전방의 깊이 데이터를 추출하고, 상기 추출된 깊이 데이터로부터 상기 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출하며, 상기 검출된 배관 중심 좌표에 기초하여 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

매설배관의 위치 맵핑을 위한 배관검사시스템 및 그 맵핑 방법{INPIPE INPECTION APPRATUS FOR MAPPING OF LOCATION OF BURIED PIPELINE AND MAPPING METHOD THEREOF}
본 발명은 매설배관의 위치 맵핑을 위한 배관검사시스템 및 그 맵핑 방법에 관한 것이다.
매설배관의 건전성 관리를 위한 ILI(In-Line Inspection) 기술은 배관의 손상 부위에 대한 정밀/장거리 탐측과 평가를 하기 위한 것으로, 주로 인텔리전트 피그(Intelligent pig)라 불리는 배관검사시스템을 활용하여 이루어진다.
인텔리전트 피그는 배관에 발생한 문제의 위치와 정도를 측정하여 배관의 상태에 관한 정보를 획득하기 위해 만들어진 장비로, 배관 내에 밀착된 상태로 전후단 압력 차를 통해 배관 내를 주행하며 주요 센서시스템의 데이터를 취득 및 저장한다.
현재 매설배관의 위치 기반 디지털 맵핑(Digital mapping) 기술은 인텔리전트 피그의 관성항법시스템(Inertial Navigation System, INS)을 이용하여 순수항법 알고리즘을 통해 추정될 수 있다. 순수항법은 칼만필터(Kalman filter)를 통해 동체의 위치, 속도 및 자세를 계산하고, 위부 측정치로 오도미터(odometer, 주행거리계)를 통해 보정치를 제공한다.
또한, 매설배관에서는 GPS의 사용이 제한됨에 따라 일정 거리마다 매설배관의 직상부에 고정밀 GPS로 측량된 측정점인 AGM(Above Ground Marker)을 기초로 인텔리전트 피그의 통과 시간을 측정하며, 항법 알고리즘에서 그 위치를 보정치로 사용하여 맵핑 정확도를 향상하고 있다.
그러나, 기존의 관성항법시스템 및 오도미터를 기반으로 한 순수항법 알고리즘은 가속도계의 적분을 통해 인텔리전트 피그의 속도와 위치를 추정하기 때문에 관성항법시스템의 노이즈와 시스템 적분 시간에 대한 노이즈 등의 적분 에러로 인해, GPS의 측정치로 제공되는 AGM 구간 사이의 위치 에러가 점점 더 커지게 되는 단점이 있었다.
또한, AGM의 간격을 촘촘히 가져가게 되면, 비용과 시간, 인력이 기하급수적으로 증가하고 배관이 차량 통행이 많은 도심지나 바다, 하천으로 지나갈 경우에는 통과 여부 측정 자체가 어려워지는 문제가 있다.
본 발명은 관성측정장치와 오도미터 외에 배관의 기하학적 속성을 검출할 수 있는 3D 깊이 센서로부터 수집된 깊이 데이터를 전방 배관의 지구좌표계상 좌표로 가공한 후, 항법 알고리즘의 측정치로 입력하여 매설배관의 위치 추정 정확도를 고도화할 수 있는 매설배관의 위치 맵핑을 위한 배관검사시스템 및 그 맵핑 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따라 매설배관 내부를 주행하는 이동체를 이용하여 매설배관의 위치 맵핑을 수행하는 배관검사시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 상기 이동체의 위치 데이터를 측정하는 관성측정부; 상기 이동체의 전면에 구비되는 3D 깊이(depth) 센서; 및 상기 3D 깊이 센서를 제어하여 상기 매설배관 내 전방의 깊이 데이터를 추출하고, 상기 추출된 깊이 데이터로부터 상기 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출하며, 상기 검출된 배관 중심 좌표에 기초하여 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 검출된 배관 중심 좌표를 항법 좌표로 변환하고, 상기 변환된 항법 좌표에 기초하여 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 기 설정된 시간 간격을 두고 전방의 영역을 복수 회 센싱하도록 상기 3D 깊이 센서를 제어하여 복수의 깊이 데이터를 수집하고, 상기 수집된 복수의 깊이 데이터로부터 중첩 영역의 깊이 데이터를 추출하며, 상기 추출된 깊이 데이터로부터 상기 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출할 수 있다.
또한, 상기 이동체의 주행 거리 데이터를 측정하기 위한 오도미터; 및 AGM(Above Ground Marker)을 통해 AGM 위치 좌표를 획득하기 위한 전자기파 발생기를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 오도미터에 의해 측정된 상기 주행 거리 데이터 및 상기 전자기파 발생기를 통해 획득된 AGM 위치 좌표에 더 기초하여, 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 매설배관 내부를 주행하는 이동체를 이용한 상기 매설배관의 위치 맵핑 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 이동체에 구비된 3D 깊이 센서를 제어하여 상기 매설배관 내 전방의 깊이 데이터를 추출하는 단계; 상기 추출된 깊이 데이터로부터 상기 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 배관 중심 좌표에 기초하여, 상기 이동체에 구비된 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 검출된 배관 중심 좌표를 항법 좌표로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 추출하는 단계는 기 설정된 시간 간격을 두고 전방의 영역을 복수 회 센싱하도록 상기 3D 깊이 센서를 제어하여 복수의 깊이 데이터를 수집하는 단계; 및 상기 수집된 복수의 깊이 데이터로부터 중첩 영역의 깊이 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보정하는 단계는 상기 이동체에 구비된 오도미터에 의해 측정된 주행 거리 데이터 및 상기 이동체에 구비된 전자기파 발생기를 통해 AGM으로부터 획득된 AGM 위치 좌표에 더 기초하여, 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정할 수 있다.
본 발명에 따르면, , ILI(In-Line Inspection)을 수행한 후, 결함이 있는 배관의 위치를 더욱 정확히 추정하여 제공함으로써, 배관 관리의 효율성을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 굴착 공사시에 위치 정보 오류로 인한 굴착에 의한 배관 사고를 예방하고 안전성을 도모할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관검사시스템의 구성을 간략히 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관검사시스템이 전방의 배관 중심 좌표를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 항법 알고리즘의 구조도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관검사시스템의 위치 맵핑 방법을 간략히 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 이하에서 기재되는 편의상 상하좌우의 방향은 도면을 기준으로 한 것이며, 해당 방향으로 본 발명의 권리범위가 반드시 한정되는 것은 아니다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관검사시스템의 구성을 간략히 도시한 블록도이다.
본 발명의 배관검사시스템(100)는 이동체(110), 관성측정부(120), 3D 깊이 센서(130), 오도미터(140), 전자기파 발생기(150) 및 프로세서(160)를 포함한다.
배관검사시스템(100)에서, 이동체(110), 관성측정부(120), 3D 깊이 센서(130), 오도미터(140) 및 전자기파 발생기(150)는 배관검사장치로 지칭될 수 있으며, 이때 프로세서(160)는 배관검사장치에 함께 내장되거나 배관검사장치와 물리적으로 분리, 이격될 수 있다. 실시예에서, 배관검사장치는 인텔리전트 피그 또는 배관검사로봇일 수 있다.
이동체(110)는 배관검사장치의 몸체를 형성하는 부분으로서, 배관 내부로 삽입되어 이동 가능한 크기와 형상을 가질 수 있다.
실시예에서, 이동체(110)는 내부 및 외부에 다양한 구성(배관 내벽 세정장치, 누설자속 감지장치, 측정데이터 수집/전송장치, 배관의 이상진단 장치, 배터리 팩 등)을 수용할 수 있다. 또한, 이동체(110)는 이동체(110)의 전단과 후단 사이에서의 발생하는 배관 내부 유체의 압력 차이에 따라 배관 내부 주행하면서 해당 구성이 배관 내부를 검사하는 등 각종 기능을 수행하도록 할 수 있다.
실시예에서, 이동체(110)는 하나 또는 복수 개로 구성될 수 있다. 복수 개로 구성되는 경우, 유니버셜 조인트와 같은 링크 부재를 통해 이동체(110)가 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전단의 제 1 이동체는 배관 내의 주행을 담당하고, 후단의 제 2 이동체는 배관 검사를 담당할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
관성측정부(120)는 이동체(110)가 주행했던 매설배관의 위치를 파악하기 위한 장치로, 배관의 유지 보수에 필수적인 요소이다. 관성측정부(120)는 관성공간에서 이동체(110)의 배관 내에서 전후, 좌우, 상하 3축으로의 이동을 감지하는 가속도계(accelerometer)와 피치(Pitch), 롤(Roll), 요(Yaw)의 3축 회전 각속도를 검출하는 자이로스코프(gyroscope) 같은 관성센서의 출력을 이용하여, 외부의 도움 없이 항체의 위치, 속도 및 자세에 대한 정보를 제공한다.
그러나, 관성센서만을 이용하여 항법 해를 구하게 되면, 항법 오차는 시간에 따라 증가하여 발산하게 된다. 이러한 단점을 개선하기 위한 방법으로, 위치 또는 속도 정보를 제공하는 비관성 보조센서의 도움을 받아 항법오차를 줄일 수 있는 보조항법(aided navagation) 방식이 사용될 수 있다.
본 발명의 배관검사시스템(100)는 비관성 보조센서의 예로서, 이하 상술되는, 오도미터(140) 및 AGM(Above Ground Marker)를 통해 AGM 위치 좌표를 획득하기 위한 전자기파 발생기(150)를 더 포함할 수 있다.
3D 깊이 센서(130)는 이동체(110)에 구비되며, 복수의 카메라 모듈을 통해 픽셀의 깊이를 계산하여 3D 이미지를 생성하는 구성이다. 3D 깊이 센서(130)는 기존 픽셀의 RGB, 채도, 콘트라스트 뿐만 아니라 깊이 데이터까지 획득할 수 있다.
3D 깊이 센서(130)는 ToF(Time-Of-Flight) 방식, 스테레오(Stereo-type) 방식, Structured Pattern 방식 또는 이들을 결합한 하이브리드 방식으로 동작할 수 있다. 이하에서는, 구체적 설명을 위한 실시예로서 3D 깊이 센서(130)가 ToF 방식으로 동작하는 ToF 카메라로 구현되는 것으로 가정하였다.
오도미터(140)는 이동체(110)의 주행거리를 측정하는 장치로, 관성센서의 오차에 의한 항법 오차의 발산을 억제하는데 쓰이게 된다. 오도미터(140)는 배관의 내벽에 밀착하며, 이동체(110)의 이동 시에 내벽을 따라 회전할 수 있다. 오도미터(140)는 홀센서 등의 자기센서를 이용하여 바퀴의 회전량을 측정하고, 이를 일정시간으로 나누어 속력 정보를 제공하는 기본 구조로 되어 있다.
전자기파 발생기(150)는 전자기파를 발생시키고, AGM에 설치된 TBMS(Time Based Marker System)가 이를 감지하여 이동체(110)가 통과한 시간과 AGM 위치 좌표를 제공하도록 한다. TBMS는 인텔리전트 피그와 시간 동기를 유지하며 배관 직상부의 지표면에 설치된다. 여기서, AGM 위치 좌표는 이미 알고 있는 TBMS가 설치된 AGM의 위치 좌표를 활용하거나 GPS를 통해 측정된 AGM의 위치 좌표로부터 획득할 수 있다.
이와 같이 오도미터(140)에 의해 측정된 주행 거리 데이터 및 AGM을 통해 획득된 AGM 위치 데이터는 관성측정부(120)에서 출력된 위치 데이터와 함께 확장칼만필터(Extended Kalman Filter)를 통해 융합되며, 구체적으로 관성측정부(120)에서 측정된 가속도와 각속도를 이용하여 이동체(110)의 위치 및 자세를 예측하고, 오도미터(140)로부터 측정된 주행 거리 데이터와 AGM 위치 데이터로 보정을 수행할 수 있다.
프로세서(160)는 배관검사시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 구성이다.
구체적으로, 프로세서(160)는 ToF 카메라(130)를 제어하여 매설배관 내 전방의 깊이 데이터를 추출하고, 추출된 깊이 데이터로부터 ToF 카메라(130)로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 배관 중심 좌표를 검출할 수 있다.
이후, 프로세서(160)는 검출된 배관 중심 좌표를 항법 좌표로 변환하고, 변환된 항법 좌표를 순수항법 알고리즘의 측정치로 입력함으로써 관성측정부(120), 오도미터 및 전자기파 발생기 등에 의해 측정된 매설배관의 위치 데이터를 보정할 수 있다.
이렇게 보정된 위치 데이터를 통해 배관의 맵핑 데이터(Mapping data)가 생성될 수 있으며, 맵핑 데이터는 호스트 컴퓨터(Host PC)에서 별도의 알고리즘을 가진 소프트웨어에 의해 처리될 수 있다. 처리된 결과는 CAD 등의 2D/3D의 이동 경로를 나타낼 수 있으며, 이를 기존의 관망도상에 입혀 갱신하거나 신규 작성하는 작업을 하는 데에 활용할 수 있다.
배관 중심 좌표 검출 및 매설배관의 위치 데이터 보정 방법은 도 2 및 3을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관검사시스템이 전방의 배관 중심 좌표를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
프로세서(160)는 이동체(110)의 전방에 구비된 ToF 카메라(130)를 제어하여, 배관(10) 내 전방의 깊이 데이터를 기 설정된 시간마다 수집할 수 있다. 이때, 수집되는 전방의 깊이 데이터는 ToF 카메라(130)에 의해 촬영되는 일정 구간 영역에 대한 깊이 데이터로 정의될 수 있다.
이후, 프로세서(160)는 추출된 깊이 데이터로부터 ToF 카메라(130)로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표 PxC, PyC 및 PzC를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 ToF 카메라(130)로부터 2.5m만큼 떨어진 구간 영역에 대한 배관 중심 좌표 PxC, PyC 및 PzC를 수집하도록 설정된 것을 가정하였으나, ToF 카메라(130)와 검출되는 배관 중심 좌표 PxC, PyC 및 PzC와의 거리는 이에 한정되지 않고 1.5m 또는 2m 등 다양한 거리로 설정될 수 있음은 물론이다.
이때, 프로세서(160)는 검출되는 배관 중심 좌표의 오차를 줄이기 위해 기 설정된 시간 간격을 두고 전방의 영역을 복수 회 촬영하도록 ToF 카메라(130)를 제어하여 복수의 깊이 데이터를 수집하고, 수집된 복수의 깊이 데이터로부터 중첩 영역의 깊이 데이터를 추출함으로써 정밀도를 향상시킬 수 있다.
실시예에서, 프로세서(160)는 1초의 시간 가격을 두고 전방의 영역을 t-2, t-1 및 t초에 각각 3번 촬영하도록 ToF 카메라(130)를 제어할 수 있다. 다만, 중첩 영역(21)의 깊이 데이터를 수집하기 위한 ToF 카메라(130)의 촬영 횟수는 3번에 한정되는 것은 아니며, 2번 또는 4번 이상의 횟수로 설정되는 등 다양하게 변경될 수 있다.
프로세서(160)는 이렇게 촬영되어 수집된 3개의 깊이 데이터로부터 중첩 영역(21)에 해당하는 깊이 데이터를 추출할 수 있다.
한편, 프로세서(160)는 깊이 데이터로부터 검출된 배관 중심 좌표 PxC, PyC 및 PzC를 항법 좌표 PxG, PyG 및 PzG로 변환하여 관성측정부(120)에 의해 측정된 매설배관(10)의 위치 데이터를 보정할 수 있다. 배관 중심 좌표의 항법 좌표로의 변환 방법은 수학식 1 내지 5를 참조하여 설명하도록 한다.
아래 수학식 1은 배관을 실린더라 가정한 배관좌표계간 자세와 전방 중심점의 이격 편차를 모델링한 것이다.
Figure 112021007238254-pat00001
Figure 112021007238254-pat00002
,
Figure 112021007238254-pat00003
및
Figure 112021007238254-pat00004
는 ToF 카메라(130)에서 측정된 데이터로, Φ, θ및 Ψ는 배관좌표계(배관의 진행 방향 기준으로 배관 중심이 좌표계 기준이며, 진행방향은 x축)와 동체좌표계간의 각도를 의미하며, 각각 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw)를 나타낸다.
ESP는 배관중심 추정의 약어로서,
Figure 112021007238254-pat00005
,
Figure 112021007238254-pat00006
및
Figure 112021007238254-pat00007
는 배관좌표계로 변환된 3차원 거리값을 나타내며,
Figure 112021007238254-pat00008
및
Figure 112021007238254-pat00009
는 배관좌표계 중심에서 y축 및 z축의 이격거리를 나타내는 것으로, 배관좌표계 상의 센터 기준 중심점을 편차만큼 오프셋(offset)시켜 전방의 일정 거리의 배관 중심점을 구할 수 있다.
즉, ToF 카메라(130)에 의해 측정된 데이터를 배관좌표계상의 각도로 전치(transpose)하고, 중심과의 이격거리를 더해주면 배관좌표계 기준 3D 데이터로 변환할 수 있음을 의미한다.
아래 수학식 2는 배관의 난형도를 판단하기 위한 타원의 방정식으로, 배관의 타원 단면을 만족하는 수학적 방정식에 해당한다.
Figure 112021007238254-pat00010
아래 수학식 3과 같이, 최소자승 적합오차 함수는 위의 수학식 1 및 2를 만족하는 LMA(Levenberg-Marquardt Algorithm)의 목적함수로 정의된다.
Figure 112021007238254-pat00011
아래, 수학식 4는 곡선 적합에 널리 사용하는 LMA를 활용하여, 최적해를 수치적으로 도출하기 위한 식들을 나타낸 것이다. 즉, β가 최소가 되도록 반복적으로 수집된 3D 깊이 데이터에 임의의 각도, 이격 간격 및 타원의 장단축의 크기를 적용하여 에러(error)가 최소화되는 최적해를 찾아낼 수 있다.
Figure 112021007238254-pat00012
Figure 112021007238254-pat00013
Figure 112021007238254-pat00014
에러가 최소화되는 최적해가 도출되면, 그 때의
Figure 112021007238254-pat00015
및
Figure 112021007238254-pat00016
는 배관 중심과의 이격거리가 되며, 이격거리는 동체의 배관좌표계 상의 이격거리이므로 PxC, PyC 및 PzC를 동체좌표계 기준의 전방 배관 중심 좌표라고 가정하면, 지구고정좌표계 상의 좌표 PxG, PyG 및 PzG는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112021007238254-pat00017
이때, ToF 카메라(130)의 현재 지구고정좌표계 상의 위치 및 지구고정좌표계와 동체좌표계의 변환각 Φ, θ및 Ψ을 알고 있으므로, ToF 카메라(130)로부터 기 설정된 거리 앞의 배관 중심점의 지구고정좌표계 상의 좌표 PxG, PyG 및 PzG를 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 항법 알고리즘의 구조도를 나타낸 도면이다.
관성측정부(120)는 감지, 계산 및 출력 세 가지 기능을 수행하며, 관성측정부(120) 내 관성센서(111)를 구성하는 가속도계(121-1)와 자이로스코프(121-2)는 이동체(110)의 가속도 및 각속도를 측정하여 연산부(122)로 입력할 수 있다.
연산부(122)는 초기 조건(③)에 따라 이 측정된 데이터를 이용하여 좌표변환, 적분, 필터링 등의 과정을 거친 후 항법에 필요한 속도/위치(①), 자세(②)를 계산하고, 이와 같은 계산 결과로서 최종적으로 도출된 위치 데이터를 출력하게 된다.
이와 같이 연산부(122)로부터 출력된 위치 데이터는 비관성 보조센서인 오도미터(140)에 의해 측정된 주행 거리 데이터(속도 데이터), 전자기파 발생기(150)를 통해 획득된 AGM 위치 데이터 및 전방 배관의 중심 좌표 데이터와 함께 전향 필터(④) 및 후향 필터(⑤)에 차례로 입력될 수 있다.
이후, 비선형 스무딩 알고리즘(non-linear smoothing algorithm)을 통해 매설 배관의 정밀 위치가 최종적으로 도출되며, 이 계산 과정에서 전향 필터(④) 및 후향 필터(⑤)로부터 도출된 공분산
Figure 112021007238254-pat00018
, 상태변수
Figure 112021007238254-pat00019
, 상태변수 오차
Figure 112021007238254-pat00020
및 공분산 역행렬
Figure 112021007238254-pat00021
이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관검사시스템의 위치 맵핑 방법을 간략히 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 이동체에 구비된 3D 깊이 센서를 제어하여 매설배관 내 전방의 깊이 데이터를 추출한다(S410). 이때, 기 설정된 시간 간격을 두고 전방의 영역을 복수 회 센싱하도록 3D 깊이 센서를 제어하여 복수의 깊이 데이터를 수집하고, 수집된 복수의 깊이 데이터로부터 중첩 영역의 깊이 데이터를 추출할 수 있다.
이후, 추출된 깊이 데이터로부터, 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출한다(S420).
이후, 검출된 배관 중심 좌표를 항법 좌표로 변환한다(S430).
이후, 변환된 항법 좌표에 기초하여, 이동체에 구비된 관성측정부에 의해 측정된 매설배관의 위치 데이터를 보정한다(S440). 이때, 이동체에 구비된 오도미터에 의해 측정된 주행 거리 데이터 및 이동체에 구비된 전자기파 발생기를 통해 AGM으로부터 획득된 GPS 위치 좌표에 더 기초하여, 관성측정부에 의해 측정된 매설배관의 위치 데이터를 보정할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, ILI(In-Line Inspection)을 수행한 후, 결함이 있는 배관의 위치를 더욱 정확히 추정하여 제공함으로써, 배관 관리의 효율성을 증대시킬 수 있다. 또한, 이에 따라 굴착 공사시에 위치 정보 오류로 인한 굴착에 의한 배관 사고를 예방하고 안전성을 도모할 수 있다.
한편, 상술한 다양한 실시예에 따른 매설배관의 위치 맵핑 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
또한, 개시된 실시예들에 따른 매설배관의 위치 맵핑 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은 S/W 프로그램, S/W 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품은 전자 장치의 제조사 또는 전자 마켓(예, 구글 플레이 스토어, 앱 스토어)을 통해 전자적으로 배포되는 S/W 프로그램 형태의 상품(예, 다운로더블 앱)을 포함할 수 있다. 전자적 배포를 위하여, S/W 프로그램의 적어도 일부는 저장 매체에 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다. 이 경우, 저장 매체는 제조사의 서버, 전자 마켓의 서버, 또는 SW 프로그램을 임시적으로 저장하는 중계 서버의 저장매체가 될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 서버 및 클라이언트 장치로 구성되는 시스템에서, 서버의 저장매체 또는 클라이언트 장치의 저장매체를 포함할 수 있다. 또는, 서버 또는 클라이언트 장치와 통신 연결되는 제 3 장치(예, 스마트폰)가 존재하는 경우, 컴퓨터 프로그램 제품은 제 3 장치의 저장매체를 포함할 수 있다. 또는, 컴퓨터 프로그램 제품은 서버로부터 클라이언트 장치 또는 제 3 장치로 전송되거나, 제 3 장치로부터 클라이언트 장치로 전송되는 S/W 프로그램 자체를 포함할 수 있다.
이 경우, 서버, 클라이언트 장치 및 제 3 장치 중 하나가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행할 수 있다. 또는, 서버, 클라이언트 장치 및 제 3 장치 중 둘 이상이 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 분산하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 서버(예로, 클라우드 서버 또는 인공 지능 서버 등)가 서버에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 서버와 통신 연결된 클라이언트 장치가 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 매설배관 내부를 주행하는 이동체를 이용하여 매설배관의 위치 맵핑을 수행하는 배관검사시스템에 있어서,
    상기 이동체의 위치 데이터를 측정하는 관성측정부;
    상기 이동체의 전면에 구비되는 3D 깊이(depth) 센서; 및
    기 설정된 시간 간격을 두고 상기 매설배관 내 전방의 영역을 복수회 센싱하도록 상기 3D 깊이 센서를 제어하여 복수의 깊이 데이터를 수집하며, 상기 수집된 복수의 깊이 데이터로부터 중첩 영역의 깊이 데이터를 추출하고, 상기 추출된 깊이 데이터로부터 상기 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출하며, 상기 검출된 배관 중심 좌표에 기초하여 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는 프로세서를 포함하는, 배관검사시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 검출된 배관 중심 좌표를 항법 좌표로 변환하고, 상기 변환된 항법 좌표에 기초하여 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는, 배관검사시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동체의 주행 거리 데이터를 측정하기 위한 오도미터; 및
    AGM(Above Ground Marker)을 통해 AGM 위치 좌표를 획득하기 위한 전자기파 발생기를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 오도미터에 의해 측정된 상기 주행 거리 데이터 및 상기 전자기파 발생기를 통해 획득된 AGM 위치 좌표에 더 기초하여, 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는, 배관검사시스템.
  5. 매설배관 내부를 주행하는 이동체를 이용한 상기 매설배관의 위치 맵핑 방법에 있어서,
    기 설정된 시간 간격을 두고 상기 매설배관 내 전방의 영역을 복수 회 센싱하도록 상기 이동체에 구비된 3D 깊이 센서를 제어하여 복수의 깊이 데이터를 수집하는 단계;
    상기 수집된 복수의 깊이 데이터로부터 중첩 영역의 깊이 데이터를 추출하는 단계;
    상기 추출된 깊이 데이터로부터 상기 3D 깊이 센서로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 전방의 배관 중심 좌표를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 배관 중심 좌표에 기초하여, 상기 이동체에 구비된 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는 단계;를 포함하는, 위치 맵핑 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출된 배관 중심 좌표를 항법 좌표로 변환하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보정하는 단계는, 상기 변환된 항법 자표에 기초하여 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정함으로써 수행되는, 위치 맵핑 방법.
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 이동체에 구비된 오도미터에 의해 측정된 주행 거리 데이터 및 상기 이동체에 구비된 전자기파 발생기를 통해 AGM으로부터 획득된 AGM 위치 좌표에 더 기초하여, 상기 관성측정부에 의해 측정된 상기 매설배관의 위치 데이터를 보정하는, 위치 맵핑 방법.
  9. 제 5 항, 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위하여 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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