KR102613308B1 - 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템 - Google Patents

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KR102613308B1 KR1020230055772A KR20230055772A KR102613308B1 KR 102613308 B1 KR102613308 B1 KR 102613308B1 KR 1020230055772 A KR1020230055772 A KR 1020230055772A KR 20230055772 A KR20230055772 A KR 20230055772A KR 102613308 B1 KR102613308 B1 KR 102613308B1
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Abstract

본 발명은, 도로를 촬영하여 촬영 영상을 입력받는 카메라; 도로를 촬영하여 도로의 깊이 측정 데이터를 획득하는 깊이 카메라; 상기 카메라 및 상기 깊이 카메라로부터 수신되는 영상신호에 따라 포트홀 보수작업의 개시여부를 판단하여 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하는 도로관리서버; 및 상기 도로관리서버로부터 수신되는 작업신호에 따라 포트홀 수리작업을 진행하는 보수장치를 포함하고, 상기 카메라 및 상기 깊이 카메라로부터 촬영된 촬영 영상에서 관심영역(ROI, Region of Interest)을 추출하고, 상기 추출된 관심영역의 영상의 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 생성된 굴곡 이미지를 가공하여 도로관리서버로 전송하고, 설정된 단위시간이 경과될 때마다 상기 카메라 및 상기 깊이 카메라를 통해 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 굴곡 이미지를 상기 도로관리서버에 전송하면서 포트홀의 발전여부를 판단하고, 상기 포트홀의 크기가 설정치 이상이면 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

Description

인공지능을 이용하는 도로 관리시스템 {Road management system using artificial intelligence}
본 발명은 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 도로의 노면을 설정 기간 동안 일정한 시간 간격으로 촬영한 영상 데이터와 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리하고, 영상 데이터와 깊이 데이터를 통하여 포트홀이 감지되는 경우에는 포트홀이 생성되는 위치 데이터와 함께 데이터베이스에 영상 데이터와 깊이 데이터를 저장하며, 포트홀의 크기가 설정치 이상으로 커지거나 균열이 확대되면 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 위치 데이터, 영상 데이터 및 깊이 데이터를 송신하여 도로의 보수작업이 진행될 수 있도록 안내하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템에 관한 것이다.
일반적으로 도로 표면의 불량은 도로의 노후화와 기후 변화로 인해 도로의 구조 및기능이 현저히 저하되고, 교통량 증가에 따른 이동 하중의 영향으로 인해 포트홀 및 균열과 같은 현상이 반복해서 발생하기 때문이다.
특히, 도로 표면의 불량 상태는 불규칙적인 모양으로 발생하고, 발생 위치 또한 랜덤하게 발생하므로 운전자는 예기치 못한 위험에 노출되고, 이로 인한 교통사고가 발생되고 있으며 갈수록 사고발생 빈도가 증가하고 있는 실정이다.
이러한 사고를 예방하기 위해서는 도로 파손의 위치 정보가 우선적으로 수집되어 신속히 보수를 하여야 하나, 현재의 도로유지관리 시스템은 필요시 도로점검을 육안으로 실시하거나 운전자의 신고에 의해 도로 파손 및 포트홀 위치를 파악하는 방식으로 관리되고 있다.
그러나 2021년말 기준 113,405km인 전국 도로망을 인력 기반으로 관리하는데에는 재정·기술적으로 많은 문제점이 있을 뿐만 아니라, 도로 기능의 저하로 인한 교통사고를 예방하기 위한 도로유지관리 시스템의 개선이 시급한 상황이다.
특히, 아스팔트 또는 콘크리트 도로 포장시 표면에 생기는 국부적인 작은 구멍 또는 갈라진 틈을 의미하는 "포트홀"의 발생 현황 및 정비 실태 등에 대한 기초자료 조차 파악되지 않고 있으며, 지속적으로 증가하는 교통량으로 인한 도로의 피로도 및 우기철 이후 급속히 증가하는 포트홀은 도로 운행시 교통사고의 큰 위험요소로 노면홈이라고도 불리는데, 포트홀(pothole)로 인해 서울시에만 연간 5만건 이상 발생하는 것으로 조사됐고, 이로 인한 교통사고 또한 연간 3백여 건이 발생하는 것으로 나타났다.
따라서 이러한 포트홀을 검출하고 보수하기 위해 도로에서 발생하는 포트홀에 대한 분석과 검출할 수 있는 기술 및 시스템이 필요한 실정이다.
현재는 크게 진동센서를 이용하는 기술과 레이저와 같은 영상을 이용하는 기술로 구분된다.
진동센서를 이용하는 기술은, 차량 내 진동감지 센서를 장착하여 파손된 도로를 지나갈 때 발생하는 충격을 감지하는 방식으로 탐지영역의 제한과 인식률이 낮다는 단점이 있다.
영상을 이용하는 기술은, 일예로 차량 후미에 레이저와 고정밀 카메라를 장착하여 3차원 형상을 복원하는 조사방식인데, 장비의 가격이 고가라는 문제점이 있다.
따라서 도로 표면 상태 중에서 넓은 영역에서 랜덤하게 발생하는 포트홀(pothole)이나 빅 크랙(big crack)에 대한 위치정보와 형태정보를 동시에 그리고, 실시간으로 수집하는 기술이 상용화되어야 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 도로 보수 차량을 이용한 도로 보수 방법이 개발되었으며, 종래기술에 따른 도로 보수방법은, 파쇄 수단을 이용하여 포트홀 및 맨홀 주변 도로의 아스콘을 파쇄하는 아스콘 파쇄 단계와, 맨홀 주변 도로를 보수하는지의 여부를 판단하기 위해 구비된 센서를 이용하여 보수하는 도로의 맨홀 유무를 판단하는 단계를 수행하여 맨홀이 있는 맨홀 주변 도로를 보수하는 작업이라고 판단되면, 크레인에 맨홀의 뚜껑을 결합하고, 크레인을 이용하여 맨홀의 뚜껑을 인양하는 단계와, 파쇄된 도로의 체적을 계산하여 파쇄된 도로를 보수하기 위해 필요한 골재의 양과 액상 아스팔트의 양을 계산하는 단계와, 작업 패널이 골재와 액상 아스팔트의 필요량을 입력 받는 단계와, 필요한 골재의 양과 액상 아스팔트의 양이 작업 패널에 입력되면, 골재 저장부의 배출구에 구비되어 있으며, 개폐 가능하고 배출 정도를 조절하는 골재 저장부 밸브가 열리고, 액상 아스팔트저장부의 배출구에 구비되어 있으며, 개폐 가능하고 배출 정도를 조절하는 액상 아스팔트 저장부 밸브가 열리게 되어 아스콘 혼합부에 필요량만큼의 골재와 액상 아스팔트가 공급되는 골재 및 액상아스팔트 공급 단계와, 아스콘 혼합부가 공급받은 골재와 액상 아스팔트를 혼합하는 아스콘 혼합 단계와, 진공 흡입 장치가 아스콘 파쇄 단계에서 파쇄된 폐아스콘을 흡입하는 진공 흡입 단계와, 물탱크에 저장된 물이 배출되어, 도로가 청소되는 물청소 단계와, 아스콘 혼합 단계로부터 혼합된 아스콘이 배출되는 아스콘 배출 단계와, 아스콘 배출 단계에서 배출된 아스콘을 포설하여 도로를 보수하는 아스콘 포설 단계를 포함한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1926433호(2018년 12월 07일 공고, 발명의 명칭 : 포트홀 및 맨홀 유지 관리를 위한 도로 보수 차량을 이용한 도로 보수 방법)에 개시되어 있다.
종래기술에 따른 도로 보수 방법은, 도로 상에 생성되는 포트홀의 크기가 커지는지 확인할 수 있는 별도의 기술구성이 구비되지 않기 때문에 포트홀 보수 작업이 진행되어야 하는 정당한 시점을 판단하기 어렵고, 보수작업이 요구되지 않는 설정치 이하의 포트홀에 보수작업이 진행되어 도로를 관리하는데 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 어려운 문제점이 있고, 포트홀의 크기가 설정치 이상으로 커지는 시점을 판단하기 어려워 보수작업이 신속하게 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 도로의 노면을 설정 기간 동안 일정한 시간 간격으로 촬영한 영상 데이터와 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리하고, 영상 데이터와 깊이 데이터를 통하여 포트홀이 감지되는 경우에는 포트홀이 생성되는 위치 데이터와 함께 데이터베이스에 영상 데이터와 깊이 데이터를 저장하며, 포트홀의 크기가 설정치 이상으로 커지거나 균열이 확대되면 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 위치 데이터, 영상 데이터 및 깊이 데이터를 송신하여 도로의 보수작업이 진행될 수 있도록 안내하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 도로를 촬영하여 촬영 영상을 입력받는 카메라; 도로를 촬영하여 도로의 깊이 측정 데이터를 획득하는 깊이 카메라; 상기 카메라 및 상기 깊이 카메라로부터 수신되는 영상신호에 따라 포트홀 보수작업의 개시여부를 판단하여 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하는 도로관리서버; 및 상기 도로관리서버로부터 수신되는 작업신호에 따라 포트홀 수리작업을 진행하는 보수장치를 포함하고, 상기 카메라 및 상기 깊이 카메라로부터 촬영된 촬영 영상에서 관심영역(ROI, Region of Interest)을 추출하고, 상기 추출된 관심영역의 영상의 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 생성된 굴곡 이미지를 가공하여 도로관리서버로 전송하고, 설정된 단위시간이 경과될 때마다 상기 카메라 및 상기 깊이 카메라를 통해 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 굴곡 이미지를 상기 도로관리서버에 전송하면서 포트홀의 발전여부를 판단하고, 상기 포트홀의 크기가 설정치 이상이면 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도로관리서버에는 포트홀 영상, 도로 균열영상 또는 도로시설물 영상이 저장되고, 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손여부를 판단하여 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 중 해당 대상물의 보수작업 개시가 판단되는 경우에는 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 보수작업에 해당한 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수작업 개시신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 도로관리서버에 저장되는 굴곡 이미지가 포트홀인 경우에는 상기 순찰차량의 타이어 지름보다 1/3로 작은 크기의 포트홀과, 상기 순찰차량의 타이어 지름보다 1/2로 작은 크기의 포트홀과, 상기 순찰차량의 타이어 지름과 비교하여 크게 형성되는 포트홀로 구분하여 상기 순찰차량의 타이어 지름보다 크게 형성되는 포트홀이 발견되면 보수작업 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 보수장치는, 이동대차 전단부에 설치되고 도로 파손부위에 밀착되어 열에너지를 공급하면서 도로 파손부위를 목표온도까지 가열시키는 가열부; 상기 가열부에 의해 목표온도까지 가열된 도로 파손부위를 분쇄하는 분쇄부; 및 상기 분쇄부의 작동에 의해 생성되는 아스팔트 분쇄물을 수거통에 수납하여 도로 파손부위에 이물질이 잔존하는 것을 방지하는 수거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 가열부는, 복수 개의 이동바퀴가 설치되는 가열본체; 상기 가열본체로부터 지면 측으로 로드가 돌출 가능하게 설치되는 승강실린더; 및 상기 승강실린더의 로드에 구비되어 도포 파손부위에 밀착되는 가열패널을 포함하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 가열패널에는 열선이 설치되고, 상기 열선에 의해 포장재가 가열된 후에 포장재 상면에 복수 개의 요철을 성형하는 요철성형부가 구비되고, 상기 열선으로부터 전달되는 열에너지가 상기 요철성형부에 전달되는 것을 억제함과 동시에 포장재 도포부위로 열에너지가 전달되도록 유도하는 과열방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 가열패널 저면에는 격자 모양으로 이루어지는 복수 개의 돌출홀부가 형성되고, 상기 돌출홀부를 통해 돌출 가능하도록 요철돌기가 구비되어 상기 요철성형부를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템은, 고가의 장비를 이용하지 않고 도로의 노면을 촬영한 영상과 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리할 수 있고, 도로의 일반 영상으로 판단하기 어려운 노면 상태를 깊이 카메라를 이용하여 포트홀 존재 여부 등을 판단함으로써, 도로 노면 상태를 더 정확하게 판단할 수 있으며, 일반 카메라와 깊이 카메라로부터의 영상을 처리하여 도로의 노면 상태를 판단하여 서버에 전송함으로써, 서버가 아닌 촬영 영역에서 영상 처리 및 판단 과정을 모두 수행 가능하도록 하여 전체적인 관리 효율 및 속도를 높일 수 있고, 영상 처리 및 판단 과정은 기계 학습을 통하여, 그 처리 속도 및 정확도를 더 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템은, 순찰차량에 구비되는 카메라 및 깊이 카메라에 의해 촬영되는 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 단위 시간이 경과될 때마다 변화되는 데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있으므로 포트홀의 크기, 도로 균열의 길이 또는 도로시설물의 변형량 등의 변화를 판단하면서 보수작업 개시여부를 정확히 판단할 수 있고, 인공지능을 학습작업에 의해 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 보수작업 시기를 보다 더 정확하게 판단할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템은, 보수대상물 포트홀 또는 도로 균열인 경우에 가열부를 구비하는 도로보수장치에 의해 보수작업이 진행되므로 포트홀 또는 균열이 발생된 부위를 손쉽게 가열하여 분쇄할 수 있어 새로운 도로 포장재를 도포하는 보수작업을 용이하게 진행할 수 있고, 도로 보수작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템은, 도로 포장재를 도포한 후에 요철부를 성형하는 요철성형부를 더 포함하므로 톨게이트 입구, 경사가 심한 도로와 같이 미끄럼방지 기능을 요구하는 도로에 보수작업을 진행하는 경우에 요철성형부를 구동시켜 용이하게 요철부를 시공할 수 있고, 요철부를 구비하는 도로의 보수작업에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 순찰차량이 포트홀 및 도로 균열을 촬영하는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 순찰차량이 도로시설물을 촬영하는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템이 도시된 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 보수장치가 도시된 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 도로 보수장치가 도시된 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 도로 보수장치 요철성형부가 도시된 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 도로 보수장치 요철성형부 및 과열방지부가 도시된 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 포트홀 보수방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 순찰차량이 포트홀 및 도로 균열을 촬영하는 사진이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 순찰차량이 도로시설물을 촬영하는 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템이 도시된 구성도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 보수장치가 도시된 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 도로 보수장치가 도시된 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 도로 보수장치 요철성형부가 도시된 측면도이다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 도로 보수장치 요철성형부 및 과열방지부가 도시된 구성도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템의 포트홀 보수방법이 도시된 순서도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템은, 도로를 촬영하여 촬영 영상을 입력받는 카메라와, 도로를 촬영하여 도로의 깊이 측정 데이터를 획득하는 깊이 카메라와, 카메라 및 깊이 카메라로부터 수신되는 영상신호에 따라 포트홀 보수작업의 개시여부를 판단하여 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하는 도로관리서버와, 도로관리서버로부터 수신되는 작업신호에 따라 포트홀 수리작업을 진행하는 보수장치를 포함한다.
따라서 카메라 및 깊이 카메라로부터 촬영된 촬영 영상에서 관심영역(ROI, Region of Interest)을 추출하고, 추출된 관심영역의 영상의 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 생성된 굴곡 이미지를 가공하여 도로관리서버로 전송하고, 설정된 단위시간이 경과될 때마다 카메라 및 깊이 카메라를 통해 영상 데이터, 깊이 데이터 및 위치 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 굴곡 이미지를 도로관리서버에 전송하면서 포트홀의 발전여부를 판단한다.
또한, 상기한 바와 같이 저장되는 굴곡 이미지를 통해 포트홀의 크기를 판단하고, 포트홀의 크기가 설정치 이상이면 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하여 보수작업이 적당한 시기에 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 본 실시예의 카메라에 의해 촬영되는 대상물은, 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물을 포함하므로 도로관리서버에는 포트홀 영상, 도로 균열영상 또는 도로시설물 영상이 저장되고, 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손여부를 판단하여 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 중 해당 대상물의 보수작업 개시가 판단되는 경우에는 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 보수작업에 해당한 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수작업 개시신호를 송신하게 된다.
상기한 바와 같이 본 실시예는, 고가의 장비를 이용하지 않고 도로의 노면을 촬영한 영상과 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리할 수 있다.
이를 위하여, 카메라로부터 도로의 촬영 영상을 입력받고, 깊이 카메라로부터 도로의 깊이 측정 데이터를 획득하여, 촬영 영상에서 관심영역(ROI, Region of Interest)을 추출한 후, 추출된 관심영역의 영상으로부터 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손 여부를 판단한다.
이때, 관심영역에 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손이 판단되는 경우, 관심영역의 깊이 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성하고, 생성된 굴곡 이미지를 가공하여 도로관리서버로 전송한다.
카메라로부터 도로의 일반 촬영 영상을 입력 받고, 깊이 카메라로부터 도로의 깊이 측정 데이터를 획득한 후, 전체 영상이 아니라 영상 중 도로에 해당하는 부분의 관심영역(ROI, Region of Interest)을 추출한다.
추출된 관심영역에 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 파손의 존재 여부를 판단하고, 관심영역에서 사전에 설정한 레벨로 에지를 추출한다.
이때, 관심영역에서 에지가 추출된 경우, 관심영역에 포트홀, 도로 균열 도는 도로시설물의 파손이 존재하는 것으로 판단하고, 만일 관심영역에서 에지가 추출되지 않은 경우에는 관심영역에 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손이 존재하지 않는 것으로 판단하여 이후 도로 굴곡 상태, 도로 노면 상태를 판단하기 위한 과정을 수행하지 않을 수 있다.
실제 영상에서 사전에 설정한 레벨로 에지 처리한 경우에, 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손이나 변형 부위가 없는 경우에는 에지가 추출되지 않는 것을 확인할 수 있고, 포트홀은 도로 표면에 손상이 생겨서 포트홀, 크랙 등의 오목하게 생긴 경우를 통칭해서 말하는 것이다.
한편, 관리자 또는 시스템에서 사전에 설정한 레벨로 에지 처리를 할 수 있고, 예를 들어, 속도가 빠른 고속도로, 자동차 전용 도로의 경우에는 에지 처리의 레벨을 높이거나, 작은 포트홀, 이물질에 대해서도 에지 처리할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 추출된 관심영역의 영상으로부터 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 파손의 존재 여부를 판단하는 단계에서, 관심영역에서 에지를 추출하고, 추출된 에지의 모양, 크기, 개수를 바탕으로 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손 여부를 학습시켜, 관심영역에서 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손 여부를 판단할 수 있으며, 학습 과정을 통해서, 학습 데이터 축척 및 판단 과정을 반복하면서 추후 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 파손의 판단 여부에 대해서 인공지능화 될 수 있다고 할 것이다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 관심영역에 포트홀이 존재하는 경우, 관심영역의 깊이 데이터를 이용하여 굴곡 이미지를 생성한다.
관심영역에서 에지가 추출된 경우, 관심영역에 포트홀 등이 존재하므로, 관심영역의 깊이 데이터를 추출한다.
이어서 추출된 관심영역의 깊이 데이터를 이용하여 최소자승법으로 평면방정식을 도출하고, 촬영 영상의 픽셀 별로 상기 평면방식을 이용한 관심영역의 평면 값과 깊이 카메라로부터의 깊이 측정 데이터의 깊이 값의 오차 값을 계산한다.
오차 값이 사전에 설정한 기준을 초과할 경우에는 해당 픽셀에 포트홀이 존재하는 것이므로, 해당 픽셀을 추출하고, 추출된 픽셀과 픽셀의 오차 값을 이용하여 굴곡 이미지를 생성한다.
이와 같이, 픽셀과 오차 값을 이용하여 굴곡 이미지를 생성하므로, 해당 영상에서의 픽셀 정보를 토대로 해당 굴곡 이미지의 위치와 형상이 상대적으로 정확하다고 할 것이다.
관심영역의 깊이 데이터 값에서 최소자승법으로 평면방정식을 구하고, 평면 값과 실제 측정값을 비교하여 오차가 발생할 경우에는 깊이의 오차가 존재하는, 즉 포트홀 등이 존재한다고 판단하는 것이다.
생성된 굴곡 이미지를 가공하여 서버로 전송하는 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 도로 노면 상태를 최종적으로 관리하는 도로관리서버에서 생성된 굴곡 이미지를 실제 지도 등에 반영하기 위하여 굴곡 이미지를 가공한다.
구체적으로, 카메라의 설치 높이와 설치 각도를 반영하여 굴곡 이미지를 상방에서 수직으로 바라본 이미지로 변환한다. 즉, 촬영 영상을 차량 등의 이동수단에 위치한 카메라에서 바라본 영상이므로, 실제 도로를 상방에서 수직으로 바라본 탑뷰(top-view) 영상으로 변환하는 것이다.
굴곡 이미지를 포함한 관심영역 또는 굴곡 이미지 자체를 카메라가 위치한 사선에서 바라보는 각도가 아닌, 하늘에서 바라본 영상으로 수정함으로써, 실제 지도에 반영할 때 왜곡되지 않는다. 또한 복수의 영상들을 겹칠 경우에는 수직에서 바라본 탑뷰 영상을 겹쳐야 최종 정확한 이미지 및 영상 및 영상이 결합된 지도 등을 획득할 수 있다.
탑뷰로 변환된 이미지를 차량의 GPS 값과 진행 방향을 고려하여 굴곡 이미지를 진북 방향으로 회전한다.
이는 서버에서 관리하는 지도 또는 일반적인 지도의 영상, 이미지가 진북 방향으로 생성되는 경우가 많으므로, 서버 단에서 복수의 단말기, 시스템, 카메라, 에지(Edge) AI 등에서 전달받은 영상을 일관성 있게 결합하기 위해서는 각 단말기 또는 시스템에서 진북 방향으로 회전시켜 서버에 전송시키는 것이 바람직하다.
또한 진북 방향으로 회전된 굴곡 이미지와 함께 굴곡 이미지의 위치를 서버로 전송할 수 있고, 해당 굴곡 이미지 또는 해당 굴곡 이미지가 포함된 관심영역을 지도에 반영하기 위해서는 해당 굴곡 이미지의 위치 정보가 필요한데, 해당 영상을 촬영하는 위치 정보는 카메라를 구비하여 이동하는 차량의 GPS 값으로 확보가 가능하므로, 해당 GPS 값을 포함하는 위치 정보를 서버에 같이 전송한다.
또한, 촬영 시간에 대한 정보도 같이 전송하여 해당 영상에서의 굴곡 이미지가 발생 또는 시간대별로 굴곡 이미지의 변화를 추적 가능하므로, 시간 정보도 같이 서버에 같이 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 인공지능(AI) 기반의 도로 노면 상태 관리 시스템은 고가의 장비를 이용하지 않고 도로의 노면을 촬영한 영상과 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리할 수 있다.
이를 위하여, 카메라, 깊이 카메라, 관심영역 추출부, 에지 추출부, 포트홀 판단부, 깊이 데이터 추출부, 굴곡 이미지 생성부, 굴곡 이미지 처리부, 전송부를 포함한다.
카메라는 도로의 영상을 촬영하고 이를 저장, 전달한다.
깊이 카메라는 카메라와 시간적으로 연동되어 도로의 깊이 측정 데이터를 획득하고, 이를 저장 전달한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 관심영역 추출부는 카메라가 촬영한 영상에 관심영역을 추출하고, 에지 추출부는 관심영역 추출부로부터의 관심영역 사전에 설정한 레벨로 에지를 추출한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 포트홀 판단부는 관심영역에서 포트홀 존재 여부를 판단한다. 즉, 에지 추출부가 관심영역에서 에지가 추출한 경우, 포트홀 판단부는 관심영역에 포트홀이 존재하는 것으로 판단하는 것이다. 반대로 에지 추출부가 관심영역에서 에지가 추출하지 못 한 경우에는 포트홀이 존재하지 않는 것이므로 이후 과정을 수행하지 않을 수 있다.
만일, 포트홀이 존재하는 것으로 판단된 경우에는 깊이 데이터 추출부가 관심영역의 깊이 데이터를 추출한다.
그리고 굴곡 이미지 생성부는 깊이 데이터 추출부가 추출한 관심영역의 깊이 데이터를 이용하여 굴곡이미지를 생성한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 굴곡 이미지 생성부는 추출된 관심영역의 깊이 데이터를 이용하여 최소자승법으로 평면방정식을 도출하고, 촬영 영상의 픽셀 별로 평면방식을 이용한 관심영역의 평면 값과 깊이 카메라로부터의 깊이 측정 데이터의 깊이 값의 오차 값을 계산하고, 오차 값이 사전에 설정한 기준을 초과하는 픽셀을 추출한 후, 추출된 픽셀과 상기 오차 값을 이용하여 굴곡 이미지를 생성한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 굴곡 이미지 처리부는 생성된 굴곡 이미지를 가공한다. 이를 위하여, 굴곡이미지 처리부는 카메라, 깊이 카메라의 설치 높이와 설치 각도를 반영하여 상기 굴곡 이미지를 상방에서 수직으로 바라본 이미지로 변환하는 탑뷰(top-view) 변환부, 변환된 이미지를 차량의 GPS값과 진행 방향을 고려하여 굴곡 이미지를 진북 방향으로 회전하는 이미지 회전부 및 촬영된 영상의 시간과 위치를 도출하는 영상 정보 도출부를 포함한다. 이 때, 해당 굴곡 이미지 또는 해당 굴곡 이미지가 포함된 관심영역을 지도에 반영하기 위해서는 해당 굴곡 이미지의 위치 정보가 필요한데, 영상 정보 도출부가 도출한 위치 정보와, 촬영 시간에 대한 정보도 도출할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 전송부는 굴곡 이미지 처리부로부터의 가공된 굴곡 이미지를 서버로 전송한다. 이 때 전송부는 굴곡 이미지의 위치 정보와 함께 시간 정보도 같이 전송할 수 있다.
이후, 전송부로부터 굴곡 이미지, 굴곡 이미지의 위치 및 시간 정보를 전달받은 서버(도시되지 않음)는 해당 정보를 이용하여 지도를 생성하고, 지도에 굴곡 이미지 및 굴곡 정도에 따른 정보 등을 지도에 표시할 수 있다. 또한, 서버는 굴곡 이미지가 포함된 지도 또는 굴곡 정도가 심한 도로의 위치 정보를 별도의 관리 페이지 등을 통해서 공개하거나 이용자들에게 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 인공지능(AI) 기반의 도로 노면 상태 관리 시스템 및 방법에 따르면, 고가의 장비를 이용하지 않고 도로의 노면을 촬영한 영상과 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리할 수 있다.
또한, 본 실시예의 보수장치는, 이동대차(10) 전단부에 설치되고 도로 파손부위에 밀착되어 열에너지를 공급하면서 도로 파손부위를 목표온도까지 가열시키는 가열부(30)와, 가열부(30)에 의해 목표온도까지 가열된 도로 파손부위를 분쇄하는 분쇄부(50)와, 분쇄부(50)의 작동에 의해 생성되는 아스팔트 분쇄물을 수거통(72)에 수납하여 도로 파손부위에 이물질이 잔존하는 것을 방지하는 수거부(70)를 포함한다.
따라서 도로에 포트홀이나 균열이 발생되어 보수작업이 진행되면 가열부(30)의 작동에 의해 포트홀 또는 균열이 발생된 도로를 설정온도까지 가열하여 용이하게 분쇄하고, 분쇄된 도로 포장재를 수거부(70)에 의해 회수하게 된다.
이후에, 새로운 도로 포장재를 도포하여 도로의 보수작업을 완료하고, 도로의 미끄럼 방지기능이 요구되는 도로에는 요철성형부(50)의 작동에 의해 도로 표면에 요철을 성형하게 된다.
본 실시예의 가열부(30)는, 복수 개의 이동바퀴(34)가 설치되는 가열본체(32)와, 가열본체(32)로부터 지면 측으로 로드가 돌출 가능하게 설치되는 승강실린더(38)와, 승강실린더(38)의 로드에 구비되어 도포 파손부위에 밀착되는 가열패널(36)을 포함하고, 가열부(30)의 작동에 의해 가열공정이 이루어진다.
따라서 가열부의 작동이 개시되면 승강실린더(38)로부터 로드가 돌출되어 가열패널(36)이 하강하면서 지면에 밀착되고, 가열패널(36)에 전원이 공급되면 가열패널(36)에 구비되는 열선으로부터 열에너지가 방출되어 포장재가 도포부위에 가열공정을 진행하게 된다.
본 실시예의 가열패널(36)은, 복수 개의 단위패널(36c)이 연결축(36d)에 의해 연속되게 연결되어 1열을 이루는 제1패널(36a)과, 제1패널(36a)과 동일한 개수의 단위패널(36c)이 연결축(36d)에 의해 연속되게 연결되어 이루어지고, 연결축(36d)에 의해 서로 대향되게 배치되는 제1패널(36a)과 유동 가능하게 연결되는 제2패널(36b)을 포함한다.
본 실시예의 제1패널(36a)과 제2패널(36b)은 연결축(36d)에 구비되는 제1힌지부(36e)에 의해 회전 가능하게 연결되므로 승강실린더(38)의 작동에 의해 가열패널(36)이 도로 파손부위에 안착되면 제1힌지부(36e)를 중심으로 연결축(36d)이 회전되면서 복수 개의 단위패널(36c)이 도로 파손부위의 곡면 또는 굴곡면을 따라 회전되면서 밀착된다.
상기한 바와 같이 다수 개의 단위패널(36c)이 제1힌지부(36e)를 중심으로 회전되면서 곡면 또는 굴곡면을 이루면서 도로 파손부위의 곡면 또는 굴곡면에 밀착되므로 가열패널(36)과 도로 파손부위의 접촉면적이 증가하게 되고, 가열패널(36)로부터 공급되는 열에너지가 도로 파손부위에 효과적으로 전달되어 상대적으로 짧은 시간 내에 도로 파손부위를 목표온도까지 빠르게 가열시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 승강실린더(38)는, 승강실린더(38)로부터 출몰되고, 복수의 측 방향으로 분기되고 굴곡되는 연결로드(38a)와, 연결로드(38a) 일측에 설치되고 제1패널(36a)에 로드가 연결되는 제1조절실린더(38b)와, 연결로드(38a) 타측에 설치되고, 제2패널(36b)에 로드가 연결되는 제2조절실린더(38c)를 포함한다.
여기서, 제1조절실린더(38b)로부터 돌출되는 로드는 제1패널(36a)의 상면 중앙부에 연결되고, 제2조절실린더(38c)로부터 돌출되는 로드는 제2패널(36b)의 상면 중앙부에 연결되어 다수 개의 제1패널(36a) 및 제2패널(36b)이 다수 개의 제1조절실린더(38b) 및 제2조절실린더(38c)에 의해 승강 가능하도록 연결된다.
본 실시예의 제1조절실린더(38b) 및 제2조절실린더(38c)는 실린더 내부에 탄성부재에 설치되어 로드가 돌출된 상태를 유지하고, 포장재 도포부위에 가열패널(36)이 가압되어 밀착되면 굴곡된 도로면에 다수 개의 단위패널(36c)이 밀착되면서 로드를 승강실린더(38), 제1조절실린더(38b) 또는 제2조절실린더(38c) 내부로 삽입시키면서 가열패널(36)이 곡면 또는 굴곡면으로 변형되어 포장재 도포부위에 밀착된다.
제1조절실린더(38b) 및 제2조절실린더(38c)로부터 돌출되는 로드는 단위패널(36c)의 상면 중앙부에 제2힌지부(38d)에 의해 회전 가능하게 설치되므로 단위패널(36c)이 제2힌지부(38d)를 중심으로 회전되면서 다양한 형상의 곡면 또는 굴곡면을 형성할 수 있게 된다.
본 실시예의 승강실린더(38)는 유압 또는 공압에 의해 로드가 돌출되는 구동실린더가 설치될 수 있으며, 작업자가 정방향 또는 역방향으로 회전시키면서 승강시킬 수 있는 볼트축이 승강실린더(38)의 다른 실시예로 설치될 수 있고, 이는 본 실시예의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 변경하여 실시할 수 있는 것이므로 다른 실시예에 대한 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 실시예는, 3개의 제1패널(36a)과, 3개의 제2패널(36b)로 이루어지는 가열패널(36)에 대하여 설명하였지만, 가열패널(36)을 이루는 단위패널(36c)의 개수는 다양하게 변경 가능하며, 이는 본 실시예의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 변경하여 실시할 수 있는 것이므로 다른 실시예에 대한 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 실시예의 가열패널(36)에는 열선(90)이 설치되고, 열선(90)에 의해 포장재가 가열된 후에 포장재 상면에 복수 개의 요철을 성형하는 요철성형부(50)가 구비되고, 열선(90)으로부터 전달되는 열에너지가 요철성형부(50)에 전달되는 것을 억제함과 동시에 포장재 도포부위로 열에너지가 전달되도록 유도하는 과열방지부(80)를 더 포함한다.
본 실시예의 가열패널(36) 저면에는 격자 모양으로 이루어지는 복수 개의 돌출홀부(82)가 형성되고, 돌출홀부(82)를 통해 돌출 가능하도록 요철돌기(57)가 구비되어 요철성형부(50)를 이루게 된다.
본 실시예의 요철성형부(50)는, 조절실린더의 로드에 연결되는 연결대(54)와, 연결대(54)로부터 하측으로 연장되는 복수 개의 가압대(56)와, 가압대(56)로부터 연장되어 돌출홀부(82) 외측으로 돌출되어 포장재 상면을 가압하면서 요철을 성형하는 요철돌기(57)와, 요철돌기(57)를 돌출홀부(82) 내측으로 삽입시키도록 탄성력을 제공하는 탄성부재(58)를 포함한다.
따라서 승강실린더 및 조절실린더로부터 로드가 돌출되면 가열시트(36)가 포장재 도포부위에 안착된 후에 연결대(54) 및 가압대(56)에 의해 요철돌기(57)가 돌출홀부(82) 외측으로 돌출되면서 포장재 상면에 일정한 간격으로 패턴홈부(12)를 성형하게 된다.
이때, 가열시트(36)에 설치되는 열선(90)에 의해 요철성형부(50)가 변형되거나 파손될 수 있는데, 본 실시예는, 과열방지부(80)가 구비되므로 요철성형부(50)가 과열에 의해 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 실시예의 과열방지부(80)는, 돌출홀부(82)를 구비하고 가열시트(36) 저면에 설치되는 절연시트(84)와, 절연시트(84) 저면에 설치되는 전도시트(86)와, 절연시트(84)와 전도시트(86) 사이에 개재되어 열에너지를 공급하는 열선(90)을 포함한다.
따라서 열선(90)에서 공급되는 열에너지는 절연시트(84)에 의해 요철성형부(50)에 공급되는 것을 차단하고, 열선(90)에 의해 공급되는 열에너지는 전도시트(86)를 따라 전도되면서 포장재 도포부위에 전달되므로 포장재의 상면을 효과적으로 가열할 수 있게 된다.
이로써, 도로의 노면을 설정 기간 동안 일정한 시간 간격으로 촬영한 영상 데이터와 깊이 데이터를 이용하여 노면의 상태를 관리하고, 영상 데이터와 깊이 데이터를 통하여 포트홀이 감지되는 경우에는 포트홀이 생성되는 위치 데이터와 함께 데이터베이스에 영상 데이터와 깊이 데이터를 저장하며, 포트홀의 크기가 설정치 이상으로 커지거나 균열이 확대되면 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 위치 데이터, 영상 데이터 및 깊이 데이터를 송신하여 도로의 보수작업이 진행될 수 있도록 안내하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 관리시스템이 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 이동대차 30 : 가열부
32 : 가열본체 34 : 이동바퀴
36 : 가열패널 38 : 승강실린더
50 : 요철성형부 54 : 연결대
56 : 가압대 57 : 요철돌기
58 : 탄성부재 80 : 과열방지부
82 : 돌출홀부 84 : 전동시트
86 : 절연시트 90 : 열선

Claims (7)

  1. 도로를 촬영하여 촬영 영상을 입력받는 카메라;
    도로를 촬영하여 도로의 깊이 측정 데이터를 획득하는 깊이 카메라;
    상기 카메라 및 상기 깊이 카메라로부터 수신되는 영상신호에 따라 포트홀 보수작업의 개시여부를 판단하여 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수신호를 송신하는 도로관리서버; 및
    상기 도로관리서버로부터 수신되는 작업신호에 따라 포트홀 수리작업을 진행하는 보수장치를 포함하고,
    상기 보수장치는,
    이동대차 전단부에 설치되고 도로 파손부위에 밀착되어 열에너지를 공급하면서 도로 파손부위를 목표온도까지 가열시키는 가열부;
    상기 가열부에 의해 목표온도까지 가열된 도로 파손부위를 분쇄하는 분쇄부; 및
    상기 분쇄부의 작동에 의해 생성되는 아스팔트 분쇄물을 수거통에 수납하여 도로 파손부위에 이물질이 잔존하는 것을 방지하는 수거부를 포함하고,
    상기 가열부는,
    복수 개의 이동바퀴가 설치되는 가열본체;
    상기 가열본체로부터 지면 측으로 로드가 돌출 가능하게 설치되는 승강실린더; 및
    상기 승강실린더의 로드에 구비되어 도포 파손부위에 밀착되는 가열패널을 포함하고,
    상기 가열패널(36)은,
    복수 개의 단위패널(36c)이 연결축(36d)에 의해 연속되게 연결되어 1열을 이루는 제1패널(36a); 및
    상기 제1패널(36a)과 동일한 개수의 상기 단위패널(36c)이 상기 연결축(36d)에 의해 연속되게 연결되어 이루어지고, 상기 연결축(36d)에 의해 서로 대향되게 배치되는 상기 제1패널(36a)과 유동 가능하게 연결되는 제2패널(36b)을 포함하고,
    상기 제1패널(36a)과 상기 제2패널(36b)은 상기 연결축(36d)에 구비되는 제1힌지부(36e)에 의해 회전 가능하게 연결되므로 상기 승강실린더(38)의 작동에 의해 상기 가열패널(36)이 도로 파손부위에 안착되면 상기 제1힌지부(36e)를 중심으로 상기 연결축(36d)이 회전되면서 복수 개의 상기 단위패널(36c)이 도로 파손부위의 곡면 또는 굴곡면을 따라 회전되면서 밀착되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도로관리서버에는 포트홀 영상, 도로 균열영상 또는 도로시설물 영상이 저장되고, 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물의 파손여부를 판단하여 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 중 해당 대상물의 보수작업 개시가 판단되는 경우에는 포트홀, 도로 균열 또는 도로시설물 보수작업에 해당한 도로유지관리 기관 또는 보수업체에 보수작업 개시신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도로관리서버에 저장되는 굴곡 이미지가 포트홀인 경우에는 순찰차량의 타이어 지름보다 1/3로 작은 크기의 포트홀과, 상기 순찰차량의 타이어 지름보다 1/2로 작은 크기의 포트홀과, 상기 순찰차량의 타이어 지름과 비교하여 크게 형성되는 포트홀로 구분하여 상기 순찰차량의 타이어 지름보다 크게 형성되는 포트홀이 발견되면 보수작업 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열패널에는 열선이 설치되고, 상기 열선에 의해 포장재가 가열된 후에 포장재 상면에 복수 개의 요철을 성형하는 요철성형부가 구비되고,
    상기 열선으로부터 전달되는 열에너지가 상기 요철성형부에 전달되는 것을 억제함과 동시에 포장재 도포부위로 열에너지가 전달되도록 유도하는 과열방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열패널의 저면에는 격자 모양으로 이루어지는 복수 개의 돌출홀부가 형성되고, 상기 돌출홀부를 통해 돌출 가능하도록 요철돌기가 구비되어 상기 요철성형부를 이루는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하는 도로 관리시스템.
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Citations (7)

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