KR102619960B1 - Land creep monitoring and rock crack measurement and analysis system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상지역의 3차원 정보를 획득하고, 기 조사 데이터와 비교하여 땅 밀림과 암석의 균열 변위를 정량적으로 산출, 분석, 확인 할 수 있도록 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a ground clearance monitoring and rock crack measurement and analysis system, and more specifically, to obtain three-dimensional information of the analysis target area by firing a laser pulse from an observation reference point and measuring the time for reflection and return, and to conduct a survey. It is about a ground clearance monitoring and rock crack measurement and analysis system that allows quantitative calculation, analysis, and confirmation of ground clearance and rock crack displacement by comparison with data.
Description
본 발명은 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상지역의 3차원 정보를 획득하고, 기 조사 데이터와 비교하여 땅 밀림과 암석의 균열 변위를 정량적으로 산출, 분석, 확인 할 수 있도록 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a ground clearance monitoring and rock crack measurement and analysis system, and more specifically, to obtain three-dimensional information of the analysis target area by firing a laser pulse from an observation reference point and measuring the time for reflection and return, and to conduct a survey. It is about a ground clearance monitoring and rock crack measurement and analysis system that allows quantitative calculation, analysis, and confirmation of ground clearance and rock crack displacement by comparison with data.
일반적으로, 땅밀림(Land creep(Ground push))은 토양층이 지하수 따위의 영향으로 중력에 의해 서서히 아래쪽으로 밀리는 현상을 말하는 것으로, 첨부 도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 산사태와 달리 물이 차 올라 약해진 지반이 넓은 면적에 걸쳐 무너져 내리는 것을 땅밀림 현상이라고 하며, 산사태보다 인명과 재산 피해가 더 클 수 있으나 최근까지 관리 기준이 없어 우려가 되고 있는 재해 부분이다.In general, land creep (Ground push) refers to a phenomenon in which a soil layer is gradually pushed downward by gravity due to the influence of groundwater, etc. As shown in Figures 1 and 2 of the attached drawings, unlike landslides, water The collapse of the weakened ground over a large area is called a landslide phenomenon, and although it can cause greater loss of life and property than a landslide, it is a disaster that is raising concerns due to the lack of management standards until recently.
한편, 암석은 지표보다 높은 압력과 온도에서 만들어지는데, 암석이 지표에 노출되면 압력이 감소하여 부피가 팽창하며 암석 사이에 균열이 생기며, 이러한 암석의 틈 사이로 물이 스며들어 암석의 성분을 녹이기도 하지만, 물에 녹아 있는 물질이 암석의 틈 사이에서 결정을 만들고, 이런 결정이 자라면서 암석은 천천히 부서지게 된다. 특히 기온이 낮은 고산 지방이나 추운 지역에서는 물이 얼면서 부피가 9% 정도 증가하므로 암석의 틈을 더욱 커지게 한다. 이와 같이 암석의 성분 변화 없이 암석에 물리적인 힘이 가해져 풍화되는 것을 기계적 풍화 작용이라고 하며, 이러한 작용의 결과 암석의 균열이 많아지면 물이나 공기와 접촉할 수 있는 표면적이 넓어지므로 풍화 작용이 더욱 악화된다.Meanwhile, rocks are created at higher pressures and temperatures than the surface. When rocks are exposed to the surface, the pressure decreases, their volume expands, and cracks form between the rocks. Water seeps through the cracks of the rocks and dissolves the components of the rocks. However, substances dissolved in water form crystals between the cracks of the rock, and as these crystals grow, the rock slowly breaks down. Especially in alpine regions or cold areas with low temperatures, water freezes and its volume increases by about 9%, causing the cracks in the rock to become larger. In this way, weathering by applying physical force to a rock without changing its composition is called mechanical weathering. As a result of this action, as the cracks in the rock increase, the surface area that can come into contact with water or air expands, making the weathering worse. do.
최근에 이러한 땅밀림과 암석균열의 사전 감지하여 재해를 사전에 인지할 수 있도록 하는 기술이 다수 소개되었으며, 그 예로는 대한민국 등록특허공보 제10-2239394호(명칭 : 땅밀림 발생지 조사 시스템 및 이의 모니터링 장치 ; 이하 문헌 1)와 대한민국 등록특허공보 제10-2154725호(명칭 : 산지토사재해 감지 시스템 ; 이하 문헌 2)가 있다.Recently, a number of technologies have been introduced to enable early detection of such landslides and rock cracks to recognize disasters in advance, for example, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2239394 (name: Landslide occurrence site investigation system and its monitoring) There are devices; Document 1 hereinafter) and Republic of Korea Patent Publication No. 10-2154725 (name: Mountain soil disaster detection system; Document 2 hereinafter).
상기 문헌 1은 땅밀림 발생지 관리체계를 수행하는 땅밀림 발생지 조사 시스템에 있어서, 상기 땅밀림 발생지와 근접한 지역의 입지환경, 기상환경 및 사회환경 중 적어도 하나를 포함하는 데이터를 수집하여 예비조사를 수행하는 예비조사 수행부; 상기 예비조사 결과를 기반으로 상기 땅밀림의 발생 범위와 규모를 결정하고, 상기 땅밀림 발생지의 특성을 표출하는 땅밀림 발생지도를 작성하는 현장조사 수행부; 상기 땅밀림 발생지의 각 영역별로 물리적 위험성을 분석하여, 상기 물리적 위험성이 높은 순서대로 1차 위험도를 판정하는 위험도 판정부; 및 상기 1차 위험도 판정 여부에 따라 상기 땅밀림 발생지의 일 영역에 대해 모니터링을 실시하는 모니터링부;를 포함하며, 상기 모니터링부는, 토층의 밀림을 판단하고자 하는 영역의 지형 상태 정보를 입력 받는 상태 정보 입력부; 상기 토층의 내측과 외측에 일정 간격 또는 특정 지점에 하나 이상 설치되어 토층의 이동을 센싱 후 전송하는 상태 감지부; 및 상기 상태 감지부가 센싱한 데이터를 입력 받고, 상기 토층이 기 설정된 범위보다 초과하여 이동한 경우에 토층 밀림을 판단하는 토층 밀림 판단부;를 포함하고, 상기 상태 감지부는, 상기 토층의 내측과 외측에 기 설정된 이격 거리로 설치되어 지반의 변위를 측정하기 위한 다수의 변위 센서들을 포함하며, 상기 변위 센서들은, 상기 토층의 내측을 지표면을 중심으로 지층 구조로 구분하였을 때, 각 층 마다 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 땅밀림 발생지 조사 시스템이다.Document 1 above is a land-logging site investigation system that implements a land-logging site management system, and conducts a preliminary investigation by collecting data including at least one of the location environment, meteorological environment, and social environment of the area close to the site of the land-logging site. preliminary investigation department; A field investigation carrying out unit that determines the scope and scale of the land density based on the preliminary survey results and creates a land density map expressing the characteristics of the land density site; a risk determination unit that analyzes the physical risk for each area of the land jungle occurrence area and determines a primary risk in the order of the physical risk from high to high; And a monitoring unit that monitors an area of the land density occurrence depending on whether the primary risk level is determined, wherein the monitoring unit receives state information that receives topographical condition information of the area in which the soil layer is to be determined. input unit; One or more state detectors installed at regular intervals or specific points inside and outside the soil layer to sense and then transmit the movement of the soil layer; And a soil layer slide determination unit that receives the data sensed by the state sensor and determines soil layer slide when the soil layer moves beyond a preset range, wherein the state sensor is configured to determine the inside and outside of the soil layer. It is installed at a preset separation distance and includes a plurality of displacement sensors to measure the displacement of the ground, wherein at least one displacement sensor is installed on each floor when the inside of the soil layer is divided into a stratum structure centered on the ground surface. It is a landfill investigation system characterized by:
이러한 문헌 1는 상기 모니터링부가 토층의 밀림을 판단하고자 하는 영역의 지형 상태 정보를 입력 받고, 상기 토층의 내측과 외측에 일정 간격 또는 특정 지점에 하나 이상 설치되어 토층의 이동을 센싱 후 전송하는 상태 감지부 및 상기 상태 감지부가 센싱한 데이터를 입력 받고, 상기 토층이 기 설정된 범위보다 초과하여 이동한 경우에 토층 밀림을 판단하는 것으로, 땅밀림을 감지하는 센서를 재해 발생 가능 지역에 다수개를 고정 설치하여야 하므로, 설치 비용이 많이 소요되는 문제점이 있으며, 갑작스런 땅밀림 발생과 그 발생 정도가 큰 경우 감지 센서가 유실되거나 동작 불능상태가 되는 문제점이 있다.In Document 1, the monitoring unit receives information on the topography of the area in which it is desired to determine the compaction of the soil layer, and is installed at a certain interval or at a specific point on the inside and outside of the soil layer. It senses the movement of the soil layer and transmits it. Receives data sensed by the unit and the condition detection unit, and determines soil erosion when the soil layer moves beyond a preset range. Multiple sensors to detect land erosion are fixedly installed in areas where disasters may occur. Because it has to be done, there is a problem that installation costs are high, and if there is a sudden landslide and the degree of occurrence is large, there is a problem that the detection sensor is lost or becomes inoperable.
한편, 문헌 2는 임의의 높이로 퇴적된 토양의 변위가 이동되어 발생되는 산지토사재해를 감지하는 산지토사재해 감지 시스템에 있어서, 심층의 토양이 이동되는지 여부를 감지하는 제1 감지부; 표층의 토양이 이동되는지 여부를 감지하는 제2 감지부; 및 상기 제1 감지부로부터 전달되는 상기 심층의 토양의 이동 정보와 관련된 정보인 제1 감지 정보와 상기 제2 감지부로부터 전달되는 상기 표층의 토양의 이동 정보와 관련된 정보인 제2 감지 정보를 기초로 산지토사재해 발생 여부를 판단하는 분석 장치;를 포함하고, 상기 분석 장치는, 상기 제1 감지부로부터 상기 제1 감지 정보가 전달되고 상기 제2 감지부로부터 상기 제2 감지 정보가 전달되는 경우, 소정 기준 이상의 산사태 또는 땅밀림이 발생되었다고 판단하고, 상기 제1 감지부로부터 상기 제1 감지 정보만 전달되거나 상기 제2 감지부로부터 상기 제2 감지 정보만 전달되는 경우, 상기 제1 감지부의 고장 여부 또는 상기 제2 감지부의 고장 여부의 판단을 기초로 산지토사재해가 발생되었는지를 판단하는 산지토사재해 감지 시스템이다.Meanwhile, Document 2 provides a mountain soil disaster detection system for detecting mountain soil disasters caused by displacement of soil deposited at a certain height, including a first detection unit that detects whether deep soil is moved; a second sensing unit that detects whether the soil on the surface layer is moving; And based on the first detection information, which is information related to the movement information of the deep soil transmitted from the first detection unit, and the second detection information, which is information related to the movement information of the surface soil transmitted from the second detection unit. It includes an analysis device that determines whether a landslide disaster has occurred, wherein the analysis device, when the first detection information is transmitted from the first detection unit and the second detection information is transmitted from the second detection unit , when it is determined that a landslide or land slide exceeding a predetermined standard has occurred, and only the first detection information is transmitted from the first detection unit or only the second detection information is transmitted from the second detection unit, the first detection unit fails. It is a mountain soil disaster detection system that determines whether a mountain landslide disaster has occurred based on the judgment of whether or not the second detection unit is broken.
이러한 문헌 2는 심층의 토양이 이동되는지 여부를 감지하는 제1 감지부와 표층의 토양이 이동되는지 여부를 감지하는 제2 감지부를 재해 발생 가능 지역에 다수개 고정 설치하여야 하므로, 문헌 1과 마찬가지로 설치 비용이 많이 소요되는 문제점이 있으며, 갑작스런 땅밀림 발생과 그 발생 정도가 큰 경우 감지 센서가 유실되거나 동작 불능상태가 되는 문제점이 있다.In Document 2, the first detection unit that detects whether the soil in the deep layer is moving and the second detection unit that detects whether the soil in the surface layer is moving must be installed in multiple fixed locations in areas where disasters can occur, so they are installed in the same way as Document 1. There is a problem in that it costs a lot of money, and if there is a sudden landslide and the degree of the occurrence is large, there is a problem in that the detection sensor is lost or becomes inoperable.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상지역의 3차원 정보를 획득하고, 기 조사 데이터와 비교하여 땅 밀림과 암석의 균열 변위를 정량적으로 산출, 분석, 확인 할 수 있도록 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템을 제공함에 목적을 두고 있다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above. By emitting a laser pulse from an observation reference point and measuring the time for reflection and return, three-dimensional information of the analysis target area is obtained and compared with existing survey data. The purpose is to provide a ground compaction monitoring and rock crack measurement and analysis system that allows quantitative calculation, analysis, and confirmation of ground compaction and rock crack displacement.
상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 분석대상영역의 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상영역의 3차원 영상정보를 획득하는 3차원영상정보수집장치(100); 분석대상영역의 관측기준점에서 촬영을 통해 2차원 정보를 획득하는 2차원영상정보수집장치(200); 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 지형과 암석의 물리적 특성및 절리분포를 분석하여 분석대상영역의 매핑도를 구성하고, 땅밀림 및 암석 균열을 설정 규정에 따라 등급화하여 등급판정 시트를 작성하고, 판정된 등급과 기존 분석 데이터를 비교하여 정량적 땅밀림 변위 및 암석의 균열 변위 정도를 분석하여, 좌표변환 및 좌표값들의 평균값을 가지는 땅밀림과 암석 균열 정도를 3D영상으로 가시화하는 분석 및 3D영상화장치(300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object is a 3D image information collection device (100) that acquires 3D image information of the analysis target area by firing a laser pulse from an observation reference point of the analysis target area and measuring the time for reflection and return. ; A two-dimensional image information collection device (200) that acquires two-dimensional information through photography at the observation reference point of the analysis target area; Point clouds with 3D coordinate values from the information acquired from the 3D image information collection device 100 and the 2D image information collection device 200 are automatically triangulated, aligned, and processed through a 3D imaging program. Create a polygon model by merging, analyze the physical characteristics and joint distribution of the terrain and rocks to construct a mapping map of the analysis target area, grade the ground erosion and rock cracks according to the set regulations, and create a grading sheet. An analysis and 3D imaging device that analyzes the degree of quantitative ground displacement and rock crack displacement by comparing the determined grade with existing analysis data, and visualizes the ground slide and rock crack degree in 3D images with coordinate conversion and the average value of the coordinate values. (300); It is characterized by including.
본 발명 중 상기 3차원영상정보수집장치(100)는 분석대상영역에 고정되어, 절대 좌표를 알고 있는 관측기준점을 측량하고, 그 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 영상정보를 통신망을 통해 3D영상화장치(300)로 전송하는 3D스캐너인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the 3D image information collection device 100 is fixed to the analysis target area, measures an observation reference point whose absolute coordinates are known, and processes the data obtained from the observation reference point measurement and position scanning and the data obtained from surface scanning. It is characterized as a 3D scanner that extracts 3D location information and transmits 3D image information by scanning the analysis target area to be measured to the 3D imaging device 300 through a communication network.
본 발명 중 상기 2차원영상정보수집장치(200)는 3차원영상정보수집장치(100) 일측에 구비되어 분석대상영역을 실시간 촬영하는 디지털카메라인 것을 특징으로 한다.Among the present invention, the two-dimensional image information collection device 200 is characterized in that it is a digital camera provided on one side of the three-dimensional image information collection device 100 to photograph the analysis target area in real time.
본 발명 중 상기 분석 및 3D영상화장치(300)는 3차원영상정보수집장치(100)를 통해 절대좌표를 알고 있는 분석대상영역의 관측기준점을 측량하고, 상기 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 형상데이터를 형상화하고, 관측기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정한 3차원 위치정보 측정 데이터와 스캐닝한 3차원 형상데이터를 저장하고, 3차원영상정보수집장치(100)의 관측기준점 측량과 위치주사 및 표면주사를 통한 분석대상영역에 대한 스캐닝작업이 종료되면, 2차원영상정보수집장치(200)를 구동시켜 2차원 영상정보를 획득하고, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 획득한 3차원 영상정보 중 분석대상영역 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사강도(intensity)값으로 이루어지는 기초자료(raw data)를 분석하고, 사전에 저장된 지형 및 암석의 등급데이터와 각각 비교하여 지형 및 암석 등급을 산출 분석하는 알고리즘 및 프로그램이 탑재된 분석장치인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the analysis and 3D imaging device 300 measures the observation reference point of the analysis target area whose absolute coordinates are known through the 3D image information collection device 100, and the data obtained from the observation reference point measurement and position scanning and 3D position information is extracted by processing data obtained from surface scanning, 3D shape data is shaped by scanning the analysis target area to be measured, and 3D position is measured by processing data obtained from observation reference point surveying and position scanning. Information measurement data and scanned 3D shape data are stored, and when the observation reference point measurement of the 3D image information collection device 100 and scanning of the analysis target area through position scanning and surface scanning are completed, 2D image information is stored. The collection device 200 is driven to obtain two-dimensional image information, and point data having three-dimensional coordinate values is obtained from the information obtained from the three-dimensional image information collection device 100 and the two-dimensional image information collection device 200 ( Point clouds) are automatically triangulated, aligned, and merged through a 3D imaging program to create a polygon model, and among the 3D image information acquired by the 3D image information collection device 100, grid points constituting the surface of the analysis target area are used. Algorithms and programs that analyze raw data consisting of 3D coordinates and reflection intensity values of corresponding measurement points, and calculate and analyze terrain and rock grades by comparing them with pre-stored terrain and rock grade data. It is characterized by being a mounted analysis device.
상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 기본적으로 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상지역의 3차원 정보를 획득하고, 기 조사 데이터와 비교하여 땅 밀림과 암석의 균열 변위를 정량적으로 산출, 분석, 확인 할 수 있도록 하는 효과를 얻는다.The present invention based on the above problem-solving means basically fires a laser pulse from an observation reference point, measures the time it reflects and returns, obtains three-dimensional information of the analysis target area, and compares it with previous survey data to determine the density of land and rocks. This has the effect of being able to quantitatively calculate, analyze, and confirm the crack displacement.
또한, 본 발명은 분석대상영역 특히 땅밀림이나 암석 균열이 빈번히 발생하거나 이러한 현상이 예상되는 영역에 대해 주기적으로 반복 모니터링하여, 새롭게 나타난 레이저스캐닝과 디지털 카메라 촬영 영상정보를 해당 현장별로 축적하여 관리함으로써, 이를 종합하여 분석대상영역의 땅밀림 내지 암석 균열의 정도 및 분포도를 예측할 수 있도록 데이터베이스화하고, 이를 통해, 추후 해당 영역에서 땅밀림 내지 암석 균열의 예측 자료 이용하고 대처할 수 있도록 하는 효과를 얻는다.In addition, the present invention periodically and repeatedly monitors the analysis target area, especially areas where land erosion or rock cracks frequently occur or are expected to occur, and accumulates and manages newly appeared laser scanning and digital camera image information for each site. By combining this, a database is created to predict the degree and distribution of land slides or rock cracks in the analysis target area, and this has the effect of enabling use and response to prediction data of land slides or rock cracks in the area in the future.
도 1은 땅밀림의 예를 도시한 예시도.
도 2는 땅밀림의 예를 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성을 간략히 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구성을 좀 더 구체적으로 도시한 시스템 구성도.
도 5는 본 발명의 츨량 및 분석 과정을 도시한 순서 블록도. Figure 1 is an illustrative diagram showing an example of land jungle.
Figure 2 is an exemplary diagram showing an example of land jungle.
Figure 3 is a block diagram briefly showing the configuration according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a system configuration diagram showing the configuration according to an embodiment of the present invention in more detail.
Figure 5 is a block diagram showing the flow and analysis process of the present invention.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to the accompanying drawings presented in this manner as follows.
본 발명인 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템(100)은 첨부 도면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 분석대상영역의 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상영역의 3차원 영상정보를 획득하는 3차원영상정보수집장치(100); 분석대상영역의 관측기준점에서 촬영을 통해 2차원 정보를 획득하는 2차원영상정보수집장치(200); 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 지형과 암석의 물리적 특성및 절리분포를 분석하여 분석대상영역의 매핑도를 구성하고, 땅밀림 및 암석 균열을 설정 규정에 따라 등급화하여 등급판정 시트를 작성하고, 판정된 등급과 기존 분석 데이터를 비교하여 정량적 땅밀림 변위 및 암석의 균열 변위 정도를 분석하여, 좌표변환 및 좌표값들의 평균값을 가지는 땅밀림과 암석 균열 정도를 3D영상으로 가시화하는 분석 및 3D영상화장치(300); 를 포함하는 것일 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4 of the accompanying drawings, the present inventor's land forest monitoring and rock crack measurement and analysis system 100 fires a laser pulse at an observation reference point in the analysis target area and measures the time for reflection and return for analysis. A 3D image information collection device 100 that acquires 3D image information of the target area; A two-dimensional image information collection device (200) that acquires two-dimensional information through photography at the observation reference point of the analysis target area; Point clouds with 3D coordinate values from the information acquired from the 3D image information collection device 100 and the 2D image information collection device 200 are automatically triangulated, aligned, and processed through a 3D imaging program. Create a polygon model by merging, analyze the physical characteristics and joint distribution of the terrain and rocks to construct a mapping map of the analysis target area, grade the ground erosion and rock cracks according to the set regulations, and create a grading sheet. An analysis and 3D imaging device that analyzes the degree of quantitative ground displacement and rock crack displacement by comparing the determined grade with existing analysis data, and visualizes the ground slide and rock crack degree in 3D images with coordinate conversion and the average value of the coordinate values. (300); It may include.
여기서, 본 발명 중 상기 3차원영상정보수집장치(100)는 분석대상영역에 고정되어, 절대 좌표를 알고 있는 관측기준점을 측량하고, 그 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 영상정보를 통신망을 통해 3D영상화장치(300)로 전송하는 3D스캐너인 것일 수 있다.Here, the 3D image information collection device 100 of the present invention is fixed to the analysis target area, measures an observation reference point whose absolute coordinates are known, and data obtained from the observation reference point measurement and position scanning and data obtained from surface scanning It may be a 3D scanner that extracts 3D location information by processing and transmits 3D image information by scanning the analysis target area to be measured to the 3D imaging device 300 through a communication network.
한편, 본 발명 중 상기 2차원영상정보수집장치(200)는 3차원영상정보수집장치(100) 일측에 구비되어 분석대상영역을 실시간 촬영하는 디지털카메라인 것일 수 있다.Meanwhile, the two-dimensional image information collection device 200 of the present invention may be a digital camera provided on one side of the three-dimensional image information collection device 100 to photograph the analysis target area in real time.
또 한편, 본 발명 중 상기 분석 및 3D영상화장치(300)는 3차원영상정보수집장치(100)를 통해 절대좌표를 알고 있는 분석대상영역의 관측기준점을 측량하고, 상기 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 형상데이터를 형상화하고, 관측기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정한 3차원 위치정보 측정 데이터와 스캐닝한 3차원 형상데이터를 저장하고, 3차원영상정보수집장치(100)의 관측기준점 측량과 위치주사 및 표면주사를 통한 분석대상영역에 대한 스캐닝작업이 종료되면, 2차원영상정보수집장치(200)를 구동시켜 2차원 영상정보를 획득하고, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 획득한 3차원 영상정보 중 분석대상영역 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사강도(intensity)값으로 이루어지는 기초자료(raw data)를 분석하고, 사전에 저장된 지형 및 암석의 등급데이터와 각각 비교하여 지형 및 암석 등급을 산출 분석하는 알고리즘 및 프로그램이 탑재된 분석장치일 수 있다.On the other hand, in the present invention, the analysis and 3D imaging device 300 measures the observation reference point of the analysis target area whose absolute coordinates are known through the 3D image information collection device 100, and measures the observation reference point in the observation reference point measurement and position scanning. The obtained data and data obtained from surface scanning are processed to extract 3D location information, the 3D shape data obtained by scanning the analysis target area to be measured is shaped, and the data obtained from observation reference point surveying and position scanning are processed to measure the data. When the 3D location information measurement data and the scanned 3D shape data are stored, and the measurement of the observation reference point of the 3D image information collection device 100 and the scanning of the analysis target area through position scanning and surface scanning are completed, 2 2D image information is acquired by driving the 3D image information collection device 200, and 3D coordinate values are obtained from the 3D image information collection device 100 and the information obtained from the 2D image information collection device 200. Point clouds are automatically triangulated, aligned, and merged through a 3D imaging program to create a polygon model, and the surface of the analysis target area is formed from the 3D image information acquired by the 3D image information collection device 100. Analyze raw data consisting of the 3D coordinates of the grid points and the reflection intensity value of the corresponding measuring point, and calculate and analyze the terrain and rock grades by comparing them with pre-stored terrain and rock grade data. It may be an analysis device equipped with algorithms and programs.
이와 같은 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention is explained as follows.
먼저, 본 발명은 첨부 도면 도 5에 도시된 바와 같이, First, the present invention, as shown in Figure 5 of the attached drawing,
이러한 본 발명은 전술한 바와 같이, 분석대상영역의 관측기준점에서 레이저 펄스를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 분석대상영역의 3차원 영상정보를 획득하는 3차원영상정보수집장치(100); 분석대상영역의 관측기준점에서 촬영을 통해 2차원 정보를 획득하는 2차원영상정보수집장치(200); 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 지형과 암석의 물리적 특성및 절리분포를 분석하여 분석대상영역의 매핑도를 구성하고, 땅밀림 및 암석 균열을 설정 규정에 따라 등급화하여 등급판정 시트를 작성하고, 판정된 등급과 기존 분석 데이터를 비교하여 정량적 땅밀림 변위 및 암석의 균열 변위 정도를 분석하여, 좌표변환 및 좌표값들의 평균값을 가지는 땅밀림과 암석 균열 정도를 3D영상으로 가시화하는 분석 및 3D영상화장치(300); 를 포함하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템(100)이다.As described above, the present invention includes a 3D image information collection device 100 that acquires 3D image information of the analysis target area by emitting a laser pulse from an observation reference point of the analysis target area and measuring the time for reflection and return; A two-dimensional image information collection device (200) that acquires two-dimensional information through photography at the observation reference point of the analysis target area; Point clouds with 3D coordinate values from the information acquired from the 3D image information collection device 100 and the 2D image information collection device 200 are automatically triangulated, aligned, and processed through a 3D imaging program. Create a polygon model by merging, analyze the physical characteristics and joint distribution of the terrain and rocks to construct a mapping map of the analysis target area, grade the ground erosion and rock cracks according to the set regulations, and create a grading sheet. An analysis and 3D imaging device that analyzes the degree of quantitative ground displacement and rock crack displacement by comparing the determined grade with existing analysis data, and visualizes the ground slide and rock crack degree in 3D images with coordinate conversion and the average value of the coordinate values. (300); It is a land forest monitoring and rock crack measurement and analysis system (100) including.
여기서, 본 발명 중 상기 3차원영상정보수집장치(100)는 분석대상영역에 고정되어, 절대 좌표를 알고 있는 관측기준점을 측량하고, 그 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 영상정보를 통신망을 통해 3D영상화장치(300)로 전송하는 3D스캐너인 것을 바람직한 실시예로 한다.Here, the 3D image information collection device 100 of the present invention is fixed to the analysis target area, measures an observation reference point whose absolute coordinates are known, and data obtained from the observation reference point measurement and position scanning and data obtained from surface scanning A preferred embodiment is a 3D scanner that processes, extracts 3D location information, and transmits the 3D image information obtained by scanning the analysis target area to be measured to the 3D imaging device 300 through a communication network.
상기와 같은 3차원영상정보수집장치(100)는 하단에 부착된 삼각 지지대의 각도조정과는 별도로 수평, 수직으로 회전이 가능하도록 회전수단이 구성되고, 이러한 회전수단은 현장에 있는 관측자가 회전시키고자 하는 방향 및 각도로 정밀하게 회전되도록 스테핑모터, 방향제어부, 각도제어부로 이루어진다.The three-dimensional image information collection device 100 as described above is configured with a rotation means so that it can be rotated horizontally and vertically independently of the angle adjustment of the triangle support attached to the bottom, and this rotation means is rotated by an observer in the field. It consists of a stepping motor, a direction control unit, and an angle control unit to precisely rotate in the desired direction and angle.
또한, 상기 3차원영상정보수집장치(100)를 통한 3차원 위치정보를 추출하는 방법은 기본적으로 타임 오브 플라이트(Time of Flight) 원리를 이용하는 방식과 트라이앵귤레이션(Triangulation)방식으로 이루어진다.In addition, the method of extracting 3D location information through the 3D image information collection device 100 basically consists of a method using the Time of Flight principle and a triangulation method.
상기 타임 오브 플라이트(Time of Flight) 방식은 레이저 주사부, 수신부, 시간측정치로 구성되며, 레이저를 수신한 후, 시간차를 이용하여 거리를 측정한다.The Time of Flight method consists of a laser scanning unit, a receiving unit, and a time measurement, and after receiving the laser, the distance is measured using the time difference.
상기 트라이앵귤레이션(Triangulation)방식은 일반적인 측정시 3~5mm정도, 정밀측정시에는 0.5~2mm 정도의 오차가 발생하며, 시간차를 이용하는 특성상 가까운 거리에서 정밀도가 다소 저하되는 특성이 있다. 상기 트라이앵귤레이션(Triangulation)방식은 레이저를 목표물에 주사한 후 CCD 카메라를 사용하여 목표물의 레이저점(laser spot)을 기록한다. 이때 레이저 점의 위치와 내부적으로 기록된 레이저 빔의 주사각도, 레이저 주사부와 CCD 카메라의 거리(Base)에 의해 기하학적으로 거리를 측정한다.The triangulation method generates an error of about 3 to 5 mm in general measurement and 0.5 to 2 mm in precision measurement, and due to the nature of using time difference, accuracy is somewhat reduced at close distances. In the triangulation method, a laser is scanned to a target and then a CCD camera is used to record the target's laser spot. At this time, the distance is measured geometrically based on the position of the laser point, the scanning angle of the internally recorded laser beam, and the distance (base) between the laser scanning unit and the CCD camera.
본 발명에서는 타임 오브 플라이트(Time of Flight) 및 트라이앵귤레이션(Triangulation)방식을 사용하여, 3차원 위치정보를 추출할 수가 있고, 레이저 스캐닝 기법은 레이저 주사방식에 따라 포인트(Point), 라인(Line), 면적(Area) 단위의 스캐닝 방식으로 이루어진다.In the present invention, 3D location information can be extracted using Time of Flight and Triangulation methods, and the laser scanning technique can extract points and lines according to the laser scanning method. , It is done by scanning in area units.
상기 포인트 단위의 스캐닝은 레이져를 이용한 광삼각법 또는 자동초점(Auto-Focusing) 기능을 응용한 1차원 변위센서를 3차원 좌표측정기와 같은 기계적인 구동시스템에 장착하여 3차원 형상을 측정하는 방식이다. 즉, 송출부에서 보내 접속광이 물체에 부딪혀 돌아와서 수광부에 있는 PSD의 착상위치를 이용하여 그 거리를 알아내는 방식으로, 이 기법은 전기적인 간섭을 받지 않기 때문에 내잡음성이 좋으며 레이저의 파장을 짧게 하면 더욱 높은 정확도로 측정할 수 있다. The point-unit scanning is a method of measuring a three-dimensional shape by mounting a one-dimensional displacement sensor using an optical triangulation method using a laser or an auto-focusing function on a mechanical drive system such as a three-dimensional coordinate measuring machine. In other words, the connection light sent from the transmitter hits the object and returns, using the landing position of the PSD in the light receiver to determine the distance. This technique has good noise resistance because it is not subjected to electrical interference, and the laser wavelength is shortened. This allows measurement with higher accuracy.
또, 상기 라인 단위의 스캐닝은 슬릿 빔(Slit-beam)을 사용하는 방법이 가장 일반적인데 한 단면씩 측정하여 형상을 재현하는 방식이며, 슬릿 레이저를 주사하고, 렌즈를 통해 CCD에 그 영상을 기록함으로서 측정 데이터를 획득하게 된다. 조밀한 데이터를 얻기 위해서는 슬릿의 미세이동장치가 필요하며, 정확도는 80㎛~1mm 정도이다.In addition, the most common method of line-level scanning is using a slit-beam, which reproduces the shape by measuring one section at a time. A slit laser is scanned, and the image is recorded on a CCD through a lens. By doing this, measurement data is obtained. To obtain dense data, a slit micro-movement device is required, and the accuracy is about 80㎛~1mm.
또, 상기 면적 단위의 스캐닝은 공간코트화법, 모아레기법, 위상차 측정법(PMP)가 사용되며, 상기 공간코트화법은 측정대상에 패턴을 투사하고 카메라로 물체에 투영된 패턴을 촬영하고 이를 분석하여 3차원 데이터를 획득하는 시스템이고, 모아레기법은 일정한 범위의 형상을 한번에 재현하는 방식으로 한 쌍의 같은 피치를 가지는 동일한 직선 격자가 각각 투영격자와 기준격자로 사용된다. 광원에 의해 조명되어진 투영격자는 투영렌즈에 의해 측정 대상물체에 투영되게 되고, 투영된 직선형태의 격자는 물체의 높낮이에 따라서 휘어지게 되는데, 이 변형된 격자를 결상렌즈에 의해 기준격자 상에 결상되도록 하는 시스템이며, 위상차 측정법은 모아레기법에서 광학계를 대폭 간소화한 방법으로 고속으로 회전하고 있는 회전다면경에 레이저 다이오드를 이용한 슬릿광을 영사하여 측정영역을 스캐닝하는 방법이다.In addition, the area unit scanning uses a space coating method, a moiré technique, and a phase difference measurement method (PMP). The space coating method projects a pattern onto a measurement object, photographs the pattern projected onto the object with a camera, and analyzes it to obtain 3 It is a system that acquires dimensional data, and the moiré technique is a method of reproducing a certain range of shapes at once, and a pair of identical straight grids with the same pitch are used as the projection grid and reference grid, respectively. The projection grid illuminated by the light source is projected onto the object to be measured by a projection lens, and the projected straight grid is bent according to the height of the object. This deformed grid is imaged on the reference grid by an imaging lens. The phase difference measurement method is a method that greatly simplifies the optical system from the moiré technique and is a method of scanning the measurement area by projecting slit light using a laser diode onto a rotating polygonal mirror rotating at high speed.
본 발명에 따른 레이져 스캐너는 관측기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정한 3차원 위치정보 측정 데이터 그리고 스캐닝한 3차원 형상데이터를 메모리부에 저장되고, 상기 메모리부에 저장된 3차원 위치정보 데이터 및 3차원 형상데이터는 통신망을 통해 분석 및 3D영상화장치(300)로 전송된다.The laser scanner according to the present invention processes the data obtained from observation reference point surveying and position scanning, data obtained from surface scanning, and stores the measured 3D positional information measurement data and the scanned 3D shape data in a memory unit. The stored 3D location information data and 3D shape data are analyzed and transmitted to the 3D imaging device 300 through a communication network.
한편, 본 발명 중 상기 2차원영상정보수집장치(200)는 3차원영상정보수집장치(100) 일측에 구비되어 분석대상영역을 실시간 촬영하는 디지털카메라인 것을 바람직한 실시예로 한다.Meanwhile, in a preferred embodiment of the present invention, the two-dimensional image information collection device 200 is a digital camera provided on one side of the three-dimensional image information collection device 100 to photograph the analysis target area in real time.
상기와 같은 2차원영상정보수집장치(200)는 영상을 촬영하는 디지털카메라; 상기 디지털카메라에서 촬영된 영상을 저장하는 메모리; 상기 메모리로부터 저장된 영상 신호를 입력받아 디지털 영상 데이터로 변환, 압축하여 분석 및 3D영상화장치(300)로 전송하는 영상신호디코더; 를 포함한다.The two-dimensional image information collection device 200 as described above includes a digital camera that captures images; a memory that stores images captured by the digital camera; An image signal decoder that receives the image signal stored from the memory, converts it into digital image data, compresses it, analyzes it, and transmits it to the 3D imaging device (300); Includes.
또 한편, 본 발명 중 상기 분석 및 3D영상화장치(300)는 3차원영상정보수집장치(100)를 통해 절대좌표를 알고 있는 분석대상영역의 관측기준점을 측량하고, 상기 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 형상데이터를 형상화하고, 관측기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정한 3차원 위치정보 측정 데이터와 스캐닝한 3차원 형상데이터를 메모리에 저장하고, 3차원영상정보수집장치(100)의 관측기준점 측량과 위치주사 및 표면주사를 통한 분석대상영역에 대한 스캐닝작업이 종료되면, 2차원영상정보수집장치(200)를 구동시켜 2차원 영상정보를 획득하고, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 획득한 3차원 영상정보 중 분석대상영역 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사강도(intensity)값으로 이루어지는 기초자료(raw data)를 분석하고, 사전에 저장된 지형 및 암석의 등급데이터와 각각 비교하여 지형 및 암석 등급을 산출 분석하는 알고리즘 및 프로그램이 탑재된 분석장치인 것을 바람직한 실시예로 한다.On the other hand, in the present invention, the analysis and 3D imaging device 300 measures the observation reference point of the analysis target area whose absolute coordinates are known through the 3D image information collection device 100, and measures the observation reference point in the observation reference point measurement and position scanning. The obtained data and data obtained from surface scanning are processed to extract 3D location information, the 3D shape data obtained by scanning the analysis target area to be measured is shaped, and the data obtained from observation reference point surveying and position scanning are processed to measure the data. The 3D location information measurement data and the scanned 3D shape data are stored in the memory, and when the observation reference point measurement of the 3D image information collection device 100 and the scanning of the analysis target area through position scanning and surface scanning are completed, , Acquire 2D image information by driving the 2D image information collection device 200, and obtain 3D coordinate values from the information acquired from the 3D image information collection device 100 and the 2D image information collection device 200. A polygon model is created by automatically triangulating, aligning, and merging point clouds with a 3D imaging program, and the surface of the analysis target area among the 3D image information acquired by the 3D image information collection device 100. Analyze basic data (raw data) consisting of the three-dimensional coordinates of the grid points that make up the grid and the reflection intensity value of the corresponding measuring point, and calculate the terrain and rock grades by comparing them with pre-stored terrain and rock grade data. A preferred embodiment is an analysis device equipped with an analysis algorithm and program.
이때, 상기 분석 및 3D영상화장치(300)는 원격지에 설치되는 원격 관리 및 분석컴퓨터에 탑재되거나, 상기 3차원영상정보수집장치(100)에 구비되거나, 현장 관측자가 휴대하는 분석단말장치에 탑재된다.At this time, the analysis and 3D imaging device 300 is mounted on a remote management and analysis computer installed in a remote location, is provided on the 3D image information collection device 100, or is mounted on an analysis terminal device carried by an on-site observer. .
상기와 같은 분석 및 3D영상화장치(300)는 분석대상영역에서 3차원영상정보수집장치(100)에서 스캐닝한 영상정보와 2차원영상정보수집장치(200)에서 촬영한 영상정보를 기준으로, 지형과 암석의 변형과 특성 및 균열분포를 자동 분석하여 지형과 암석을 사전에 설정된 규정 테이블에 따라 등급화하고, 해당 등급에 적용할 보강패턴을 선정한다.The analysis and 3D imaging device 300 as described above analyzes the terrain based on the image information scanned by the 3D image information collection device 100 and the image information captured by the 2D image information collection device 200 in the analysis target area. By automatically analyzing the deformation, characteristics, and crack distribution of rocks, the terrain and rocks are graded according to a preset regulation table, and the reinforcement pattern to be applied to the grade is selected.
이때, 상기 메모리는 3차원영상정보수집장치(100)에서 스캐닝한 영상정보와 2차원영상정보수집장치(200)에서 촬영한 영상정보 및 지형 및 암석 규정에 관한 등급데이터와 지형 및 암석 등급에 따른 보강공사에 관한 보강패턴 데이터를 해당 현장별로 축적하여 관리하며, 이를 종합하여 지형의 땅밀림 내지 암석의 균열 분포를 예측할 수 있도록 비교 및 분석 자료로 제공한다.At this time, the memory includes image information scanned by the 3D image information collection device 100, image information captured by the 2D image information collection device 200, grade data on terrain and rock regulations, and grade data according to terrain and rock grades. Reinforcement pattern data related to reinforcement work is accumulated and managed for each site, and provided as comparative and analysis data to predict the distribution of cracks in rocks or landfill in the terrain.
또한, 상기 분석 및 3D영상화장치(300)는 메모리에 저장된 레이저 스캐닝 작업후 캡쳐된 점데이터(Point Clouds)를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성함으로써, 땅밀림 내지 암석 균열의 좌표변환 및 좌표값들의 평균값을 가지는 절리데이터를 3D영상으로 가시화하여 비교 및분석하게 되는데, 이때, 3차원 영상화 프로그램은 지표지질조사의 노두 및 기존 분석대상영역의 현황을 정확하게 조사하여 각종 공학적 데이터를 3D영상으로 추출하는 프로그램이다.In addition, the analysis and 3D imaging device 300 generates a polygon model by automatically triangulating, aligning, and merging the point data (Point Clouds) captured after the laser scanning operation stored in the memory through a 3D imaging program, thereby reducing the risk of landslides. The coordinate transformation of rock cracks and the joint data with the average coordinate values are visualized in 3D images and compared and analyzed. At this time, the 3D imaging program accurately investigates the status of the outcrop of the surface geological survey and the existing analysis target area. This is a program that extracts various engineering data into 3D images.
이러한 3차원 영상화 프로그램을 통한 3 차원 모델링 기법은 무 타켓 토탈 스테이션을 자동화한 측량기법의 일종으로 측량할 범위를 결정하고 간격을 설정하면 레이저 스캐너가 1 초당 3 천번의 측량을 자동으로 실행하고, 분석대상영역을 30~50mm 간격으로 스캐닝을 실시하며, 정밀조사구간에 대해서는 2~3mm 단위로 정밀측정하여 땅밀림 내지 암석 균열의 정도 및 변화도를 구한다.This 3D modeling technique using a 3D imaging program is a type of surveying technique that automates the targetless total station. Once you determine the area to be surveyed and set the interval, the laser scanner automatically performs 3,000 surveys per second and analyzes them. Scanning of the target area is carried out at intervals of 30 to 50 mm, and precise measurements are taken in 2 to 3 mm units for detailed survey sections to determine the degree and degree of change in ground erosion or rock cracks.
또한, 분석대상영역의 DB 화 및 3 차원 표현기법으로, 분석대상영역의 방향성 땅밀림 내지 암석 균열의 경사와 경사방향과 균열(크기)간격과 균열면 연속성과 균열면 거칠기 및 예상 활동면의 확장 등을 정밀하고 객관성 있게 조사 분석하여 분석대상영역에 대한 조사자료의 객관화, 조사기간의 단축, 조사경비의 절감이 이루어지도록 한다.In addition, through DB conversion and 3D expression techniques of the analysis target area, the slope and slope direction of the directional land slide or rock crack, crack (size) interval, crack surface continuity, crack surface roughness, and expansion of the expected activity surface of the analysis target area are determined. By conducting research and analysis in a precise and objective manner, we aim to objectify the survey data for the analysis target area, shorten the survey period, and reduce survey expenses.
또한, 본 발명에 따른 3 차원 모델링에 사용된 소프트웨어는 3 차원모델링 전용 소프트웨어로 각측점의 점 데이터군의 불필요한 부분을 제거하고 서로 접합할 기준점을 정한 후, 각 측점의 점 데이터군을 합쳐 하나의 개체를 생성시킨다.In addition, the software used for 3D modeling according to the present invention is a 3D modeling-specific software that removes unnecessary parts of the point data group of each measurement point, determines reference points to join together, and then combines the point data group of each measurement point into one Creates an object.
이하, 본 발명에 따른 3차원 영상데이터를 3D영상으로 가시화하는 과정을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the process of visualizing 3D image data as a 3D image according to the present invention will be described by way of example.
먼저, 분석대상영역을 스캐닝하여 얻어낸 3차원 좌표값을 갖는 점데이터(Point clouds)를 3차원 영상 프로그램을 이용하여 불필요한 데이터는 삭제(필터링)하고, 각 위치(View Point)에서 스캐닝한 데이터를 결합하기 위해 상 호기준점을 선정하여 하나의 구조체로 형성시킨다.First, unnecessary data is deleted (filtered) using a 3D imaging program for point clouds with 3D coordinate values obtained by scanning the analysis target area, and the data scanned at each location (view point) is combined. To do this, mutual reference points are selected and formed into a single structure.
이러한 과정에서 불필요한 일부 점데이터를 필터링하고, 그 필터링한 점데이터군을 상호연결(Polygon)하여 삼각망을 구성한 후 면으로 처리한 다음 실제치수를 가지는 입체영상(3D Modeling)으로 재현하고, 입체영상을 재현한 후, 측정하고자 하는 땅밀림 내지 암석 균열의 상대좌표값을 절대좌표값으로 변환하여 좌표값들의 평균값을 갖는 평면으로 구성하여 얻고자 하는 땅밀림 내지 암석 균열의 데이터를 획득할 수가 있다.In this process, some unnecessary point data is filtered, the filtered point data group is interconnected (polygon) to form a triangular network, processed into a surface, and then reproduced as a three-dimensional image (3D modeling) with actual dimensions. After reproducing, the relative coordinate values of the land slide or rock crack to be measured can be converted to absolute coordinates and constructed as a plane with the average value of the coordinate values to obtain the data of the land slide or rock crack to be obtained.
이러한 데이터의 획득이 가능한 이유는 땅밀림 내지 암석 균열을 이루는 각각의 점데이터가 3차원 좌표값을 가지고 있기 때문이며, 땅밀림 내지 암석 균열 면을 이루는 점데이터의 평균값을 갖는 면의 형성에 의한 오차는 균일하게 배분되어 결과에 큰 영향을 주지 못하기 때문이다.The reason why such data can be acquired is because each point data that forms the ground slide or rock crack has a three-dimensional coordinate value, and the error caused by the formation of a surface with the average value of the point data that forms the land slide or rock crack surface is This is because it is distributed evenly and does not have a significant impact on the results.
또한, 상기 3차원 연상 프로그램은 상기 분석대상영역의 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사 강도(intensity)값으로 이루어지는 기초자료(raw data)를 분석프로그램을 통해 분석하고, 메모리에 미리 입력된 땅밀림 내지 암석 균열의 등급 데이터와 상호 비교해서 등급을 설정하고, 이에 따른 보강패턴을 선정한다.In addition, the 3D association program analyzes raw data consisting of the 3D coordinates of the grid points constituting the surface of the analysis target area and the reflection intensity value of the corresponding measurement point through an analysis program, and stores the raw data in the memory. The grade is set by comparing it with the grade data of ground clearance or rock cracks entered in advance, and a reinforcement pattern is selected accordingly.
여기서, 암석 균열 등급은 예컨대, 암석의 지질구조와 물리적 성질을 암반특성에 따라 암반공학적으로 분류한 RMR(Rock Mass Rating)등급을 적용할 수 있으며, 그 등급에 따라서 극경암, 경암, 보통암, 연암, 풍화암 등으로 이루어진다.Here, the rock crack grade can be, for example, applied to the RMR (Rock Mass Rating) grade, which is a rock engineering classification of the geological structure and physical properties of rocks according to rock mass characteristics, and depending on the grade, extremely hard rock, hard rock, average rock, It is made up of soft rock and weathered rock.
상기와 같이 되는 본 발명은 분석대상영역 특히 땅밀림이나 암석 균열이 빈번히 발생하거나 이러한 현상이 예상되는 영역에 대해 주기적으로 반복 모니터링하여, 새롭게 나타난 레이저스캐닝과 디지털 카메라 촬영 영상정보를 해당 현장별로 축적하여 관리함으로써, 이를 종합하여 분석대상영역의 땅밀림 내지 암석 균열의 정도 및 분포도를 예측할 수 있도록 데이터베이스화하고, 이를 통해, 추후 해당 영역에서 땅밀림 내지 암석 균열의 예측 자료 이용하고 대처할 수 있도록 하는 것이 가능하다.The present invention as described above periodically and repeatedly monitors the analysis target area, especially areas where land erosion or rock cracks frequently occur or are expected to occur, and accumulates newly appeared laser scanning and digital camera image information for each site. By managing this, it is possible to synthesize this into a database to predict the degree and distribution of land slides or rock cracks in the analysis target area, and through this, it is possible to use and respond to the prediction data of land slides or rock cracks in the relevant area in the future. do.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.Although the invention has been described and illustrated in connection with preferred embodiments for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as so shown and described.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.In addition, those skilled in the art will understand that numerous changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Accordingly, all such appropriate changes, modifications and equivalents should be considered to fall within the scope of the present invention.
100 : 3차원영상정보수집장치
200 : 2차원영상정보수집장치
300 : 분석 및 3D 영상화장치100: 3D image information collection device
200: 2D image information collection device
300: Analysis and 3D imaging device
Claims (10)
분석대상영역의 관측기준점에서 촬영을 통해 2차원 정보를 획득하는 2차원영상정보수집장치(200);
상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 지형과 암석의 물리적 특성및 절리분포를 분석하여 분석대상영역의 매핑도를 구성하고, 땅밀림 및 암석 균열을 설정 규정에 따라 등급화하여 등급판정 시트를 작성하고, 판정된 등급과 기존 분석 데이터를 비교하여 정량적 땅밀림 변위 및 암석의 균열 변위 정도를 분석하여, 좌표변환 및 좌표값들의 평균값을 가지는 땅밀림과 암석 균열 정도를 3D영상으로 가시화하는 분석 및 3D영상화장치(300); 를 포함하고,
상기 분석 및 3D영상화장치(300)는,
3차원영상정보수집장치(100)를 통해 절대좌표를 알고 있는 분석대상영역의 관측기준점을 측량하고, 상기 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 형상데이터를 형상화하고, 관측기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정한 3차원 위치정보 측정 데이터와 스캐닝한 3차원 형상데이터를 메모리에 저장하고, 3차원영상정보수집장치(100)의 관측기준점 측량과 위치주사 및 표면주사를 통한 분석대상영역에 대한 스캐닝작업이 종료되면, 2차원영상정보수집장치(200)를 구동시켜 2차원 영상정보를 획득하고, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 및 2차원영상정보수집장치(200)에서 획득한 정보에서 3차원 좌표값을 갖는 점데이터를 3차원 영상화 프로그램을 통해 자동 삼각화, 정렬, 병합하여 폴리곤 모델을 생성하되, 상기 3차원영상정보수집장치(100) 획득한 3차원 영상정보 중 분석대상영역 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사강도(intensity)값으로 이루어지는 기초자료(raw data)를 분석하고, 사전에 저장된 지형 및 암석의 등급데이터와 각각 비교하여 지형 및 암석 등급을 산출 분석하는 알고리즘 및 프로그램이 탑재된 분석장치인 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
A 3D image information collection device 100 that acquires 3D image information of the analysis target area by emitting a laser pulse from the observation reference point of the analysis target area and measuring the time for reflection and return;
A two-dimensional image information collection device (200) that acquires two-dimensional information through photography at the observation reference point of the analysis target area;
Point data with 3D coordinate values from the information acquired from the 3D image information collection device 100 and the 2D image information collection device 200 are automatically triangulated, aligned, and merged through a 3D imaging program to create a polygon model. Create a mapping map of the analysis target area by analyzing the physical characteristics and joint distribution of the topography and rocks, grade the ground erosion and rock cracks according to the set regulations, prepare a grading sheet, and compare the determined grades and An analysis and 3D imaging device (300) that compares existing analysis data to analyze quantitative ground displacement and rock crack displacement, and visualizes the ground slide and rock crack degree with the average value of coordinate transformation and coordinate values as a 3D image; Including,
The analysis and 3D imaging device 300,
Measure the observation reference point of the analysis target area whose absolute coordinates are known through the 3D image information collection device 100, and process the data obtained from the observation reference point measurement and position scanning and the data obtained from surface scanning to provide 3D location information. Extract and shape the 3D shape data by scanning the analysis target area to be measured, process the data obtained from observation reference point surveying and position scanning, and store the measured 3D location information measurement data and scanned 3D shape data in memory. When the measurement of the observation reference point of the 3D image information collection device 100 and the scanning of the analysis target area through position scanning and surface scanning are completed, the 2D image information collection device 200 is driven to produce a 2D image. Obtain information, and automatically triangulate and align point data with 3D coordinate values from the information acquired from the 3D image information collection device 100 and the 2D image information collection device 200 through a 3D imaging program. , Merge to create a polygon model, using the 3D coordinates of the grid points constituting the surface of the analysis target area among the 3D image information acquired by the 3D image information collection device 100 and the reflection intensity value of the corresponding measurement point. It is an analysis device equipped with algorithms and programs that analyze raw data and calculate and analyze terrain and rock grades by comparing them with pre-stored terrain and rock grade data,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 3차원영상정보수집장치(100)는,
분석대상영역에 고정되어 절대 좌표를 알고 있는 관측기준점을 측량하고, 그 관측기준점 측량과 위치주사에서 얻어진 데이터 및 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 3차원 위치정보를 추출하고, 측정하고자 하는 분석대상영역을 스캐닝한 3차원 영상정보를 통신망을 통해 3D영상화장치(300)로 전송하는 3D스캐너인 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The 3D image information collection device 100,
Measure an observation reference point that is fixed in the analysis target area and whose absolute coordinates are known, process the data obtained from observation reference point surveying and position scanning, and data obtained from surface scanning to extract 3D location information and measure the analysis target area. It is a 3D scanner that transmits the scanned 3D image information to the 3D imaging device 300 through a communication network,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 3차원영상정보수집장치(100)는,
하단에 부착된 삼각 지지대의 각도조정과는 별도로 수평, 수직으로 회전이 가능하도록 회전수단이 구성되고, 이러한 회전수단은 현장에 있는 관측가가 회전시키고자 하는 방향 및 각도로 정밀하게 회전되도록 스테핑모터, 방향제어부, 각도제어부로 이루어진 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The 3D image information collection device 100,
Apart from the angle adjustment of the triangular support attached to the bottom, a rotation means is configured to enable rotation horizontally and vertically, and this rotation means is a stepping motor to precisely rotate in the direction and angle desired by the observer in the field. Consisting of a direction control unit and an angle control unit,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 3차원영상정보수집장치(100)를 통한 3차원 위치정보를 추출하는 방식은,
레이저 주사부, 수신부, 시간측정치로 구성되며, 레이저를 수신한 후, 시간차를 이용하여 거리를 측정하여 좌표값을 산출하는 타임 오브 플라이트 방식인 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The method of extracting 3D location information through the 3D image information collection device 100 is:
It consists of a laser scanning unit, a receiving unit, and a time measurement, and is a time-of-flight method that measures the distance using the time difference and calculates the coordinate value after receiving the laser.
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 3차원영상정보수집장치(100)를 통한 3차원 위치정보를 추출하는 방식은,
레이저를 목표물에 주사한 후 CCD 카메라를 사용하여 목표물의 레이저점을 기록하고, 이때 레이저 점의 위치와 내부적으로 기록된 레이저 빔의 주사각도, 레이저 주사부와 CCD 카메라의 거리에 의해 기하학적으로 거리를 측정하여 좌표값을 산출하는 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The method of extracting 3D location information through the 3D image information collection device 100 is:
After scanning the laser to the target, the laser point of the target is recorded using a CCD camera. At this time, the distance is geometrically determined by the position of the laser point, the scanning angle of the internally recorded laser beam, and the distance between the laser scanning unit and the CCD camera. Calculating coordinate values by measuring,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 2차원영상정보수집장치(200)는,
3차원영상정보수집장치(100) 일측에 구비되어 분석대상영역을 실시간 촬영하는 디지털카메라인 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The two-dimensional image information collection device 200,
A digital camera installed on one side of the 3D image information collection device (100) to capture the analysis target area in real time,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 2차원영상정보수집장치(200)는,
영상을 촬영하는 디지털카메라;
상기 디지털카메라에서 촬영된 영상을 저장하는 메모리;
상기 메모리로부터 저장된 영상 신호를 입력받아 디지털 영상 데이터로 변환, 압축하여 분석 및 3D영상화장치(300)로 전송하는 영상신호디코더; 를 포함하는 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The two-dimensional image information collection device 200,
A digital camera that takes video;
a memory that stores images captured by the digital camera;
An image signal decoder that receives the image signal stored from the memory, converts it into digital image data, compresses it, analyzes it, and transmits it to the 3D imaging device (300); Including,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 분석 및 3D영상화장치(300)는,
원격지에 설치되는 원격 관리 및 분석컴퓨터에 탑재되거나, 상기 3차원영상정보수집장치(100)에 구비되거나, 현장 관측자가 휴대하는 분석단말장치에 탑재된 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.
In claim 1,
The analysis and 3D imaging device 300,
It is mounted on a remote management and analysis computer installed in a remote location, provided in the 3D image information collection device 100, or mounted on an analysis terminal device carried by an on-site observer,
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
상기 3차원 영상화 프로그램을 통한 3 차원 모델링 기법은,
무 타켓 토탈 스테이션을 자동화한 측량기법의 일종으로 측량할 범위를 결정하고 간격을 설정하면 레이저 스캐너가 1 초당 3 천번의 측량을 자동으로 실행하고, 분석대상영역을 30~50mm 간격으로 스캐닝을 실시하며, 정밀조사구간에 대해서는 2~3mm 단위로 정밀측정하여 땅밀림 내지 암석 균열의 정도 및 변화도를 구하는 것,
을 특징으로 하는 땅 밀림 모니터링과 암석 균열 측정 및 분석 시스템.In claim 1,
The 3D modeling technique using the 3D imaging program is,
It is a type of surveying technique that automates the targetless total station. Once you determine the area to be surveyed and set the interval, the laser scanner automatically performs 3,000 surveys per second and scans the analysis target area at 30~50mm intervals. , for the detailed survey section, measure precisely in 2~3mm increments to determine the degree and degree of change in ground loosening or rock cracking;
Characterized by a land cover monitoring and rock crack measurement and analysis system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210113074A KR102619960B1 (en) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | Land creep monitoring and rock crack measurement and analysis system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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2021
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Patent Citations (3)
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