KR102657541B1 - 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치에 있어서, 모아레 마커가 부착된 수직 또는 수평 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수직 또는 수평 부재 영상을 입력받는 입력부, 수직 또는 수평 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입하는 영상처리부, 수직 또는 수평 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 제1 측정부, 수직 또는 수평 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 제2 측정부, 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수와 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 이용하여 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 연산부, 그리고 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위와 기준 값을 비교하여 수직 또는 수평 부재의 위험성 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.
Description
본 발명은 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설현상에서 모아레 현상을 이용하여 수직 또는 수평 부재의 붕괴 위험을 예측하는 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 시설물은 준공으로부터 30년이 지나면 노후화 시설물로 분류하며 이에 따른 별도의 유지관리가 필요하다.
도 1에서 도시한 바와 같이, '한국 시설물 안전 진단협회'의 '2020 시설물 통계연보' 에 따르면 국내의 등록된 시설물 중 준공연도 기준 30년, 20년, 10년 이상 된 시설물이 각각 16%, 41%, 73%에 해당하는 것으로 조사되었다.
이는 지금부터 20년 후 국내 시설물 중 준공 이후 30년 이상 된 노후화 시설물이 73%이상으로 노후화율이 급증한다는 것을 의미하며, 이에 따라 노후화된 시설물에 대한 유지관리가 필요하며 국내에서는 '시설물 안전 및 유지관리에 관한 특별법' 등의 시행으로 노후화 시설물에 대한 유지관리 대책을 마련하고 있다.
시설물 유지관리 방법 중 하나는 구조 건전성 모니터링(Structural Health Monitoring; 이하 "SHM"으로 명명한다)으로, SHM은 센서 네트워크와 신호처리 등을 통한 구조물 상태 진단 기술을 나타내며, 시설물 유지관리는 효율적인 구조물의 유지 보수와 안전성 확보에 있어 중요성이 강조되고 있다.
한편 SHM에 적용되는 여러 데이터 가운데 변위 및 진동은 시설물의 붕괴를 예측하는 등 시설물의 상태를 나타내는 주요 측정치로 사용된다.
이때, 카메라 영상 시스템은 한번의 영상 획득으로 많은 수의 물리적 부착 센서를 대신하여 구조물 부분 또는 전체의 거동을 측정함으로써 측정 시스템을 간소화하고, 유지비용을 크게 줄일 수 있어 다양한 분야에서 변위 및 진동 측정 방식으로 주목 받고 있다.
우리나라의 경우 시설물의 노후화뿐만 아니라 계절에 따른 일교차가 매우 크고, 한파나 태풍 등의 외부로부터 구조물에 작용하는 충격과 자극이 크며, 재료의 역학적 특성의 변화에 의해 시설물에 처짐이나 비틀림 등과 같은 장기적인 변형이 일어나며 이는 시설물의 붕괴로 이어질 수 있다.
따라서, 카메라를 이용한 지속적인 안전 진단을 통해 낙후로 인한 사고를 미리 방지하는 시설물 변위 측정 모니터링 방법이 필요하다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내등록특허 제10-1696629호 (2017.01.17 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건설현상에서 모아레 현상을 이용하여 수직 또는 수평 부재의 붕괴 위험을 예측하는 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치에 있어서, 모아레 마커가 부착된 수직 또는 수평 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수직 또는 수평 부재 영상을 입력받는 입력부, 상기 수직 또는 수평 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입하는 영상처리부, 상기 수직 또는 수평 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 제1 측정부, 상기 수직 또는 수평 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 제2 측정부, 상기 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수와 상기 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 이용하여 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 연산부, 그리고 상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위와 기준 값을 비교하여 상기 수직 또는 수평 부재의 위험성 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.
상기 판단부는, 상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위가 기준 값보다 클 경우, 상기 수직 또는 수평 부재가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위가 기준 값보다 크면, 붕괴 위험 감지 알람이 울리도록 설정하거나 기 설정된 사용자 단말기로 알람 신호를 전달하는 알람부를 더 포함할 수 있다.
상기 모아레 마커는, 상기 수직 또는 수평 부재에 길이 방향으로 부착될 수 있다.
상기 모아레 패턴은, 수직선 또는 수평선을 기준으로 일정 각도 기울어진 패턴 형태로 형성될 수 있다.
상기 연산부는, 하기의 수학식을 통해 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산할 수 있다.
여기서, y는 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위 값이고, z는 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수이고, x는 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 방법에 있어서, 모아레 마커가 부착된 수직 또는 수평 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수직 또는 수평 부재 영상을 입력받는 단계, 상기 수직 또는 수평 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입하는 단계, 상기 수직 또는 수평 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 단계, 상기 수직 또는 수평 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 단계, 상기 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수와 상기 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 이용하여 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 단계, 그리고 상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위와 기준 값을 비교하여 상기 수직 또는 수평 부재의 위험성 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 수직 또는 수평 부재에 부착된 모아레 마커와 영상에 삽입된 모아레 무늬를 이용하여 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 산출하고, 산출된 값을 통해 수직 또는 수평 부재의 붕괴를 예측함으로써, 건설현장에서의 붕괴 사고를 예방하고, 인명피해 및 경제적인 피해를 방지할 수 있다. 또한, 수직 또는 수평 부재의 붕괴를 실시간으로 예측하여 위험 감지 알람을 전송함으로써, 효율적인 운영으로 빠른 대피를 가능하게 한다. 특히, 본 발명에 따르면, 가건물에 적용가능하며, 가건물의 기울어짐을 미리 파악하여 사고를 방지할 수 있다.
도 1은 노후화 시설물에 대한 추세를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4a는 모아레 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 모아레 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 모아레 현상의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 모아레 마커가 부착된 수직 부재를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5b는 영상처리된 모아레 패턴을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5c는 수직 부재의 수평변위에 따른 모아레 간섭무늬의 수직이동변위를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5d는 수직 부재의 수평변위에 따른 모아레 간섭무늬의 수직이동변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5e는 카메라와 수직 부재 사이의 거리에 따른 선형직선 기울기를 나타낸 도면이다.
도 5f는 카메라와 수직 부재 사이의 거리에 따른 모아레 마커의 세로길이를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 이용한 시설물 변위 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6의 S610 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 도 6의 S620 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 도 6의 S630 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4a는 모아레 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 모아레 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 모아레 현상의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 모아레 마커가 부착된 수직 부재를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5b는 영상처리된 모아레 패턴을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5c는 수직 부재의 수평변위에 따른 모아레 간섭무늬의 수직이동변위를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5d는 수직 부재의 수평변위에 따른 모아레 간섭무늬의 수직이동변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5e는 카메라와 수직 부재 사이의 거리에 따른 선형직선 기울기를 나타낸 도면이다.
도 5f는 카메라와 수직 부재 사이의 거리에 따른 모아레 마커의 세로길이를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 이용한 시설물 변위 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6의 S610 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 도 6의 S620 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 도 6의 S630 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 2를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 카메라(200) 및 사용자 단말기(300)와 네트워크로 연결된다.
먼저, 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 건설현장에서 모아레 현상을 기반으로 하여 수직 부재의 수평변위 변화를 통해 수직 부재의 붕괴 위험을 예측할 수 있는 기기로 구현된다.
즉, 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)은 카메라(200)로부터 촬영된 수직 부재 영상을 입력받으며, 붕괴 위험 감지를 알리기 위한 알람 신호를 사용자 단말기(300)로 전달할 수 있다.
다음으로, 카메라(200)는 건설현장 내에 설치되며, 거푸집 동바리, 임시 구조물, 가설 기자재 등의 수직 부재를 실시간으로 촬영하여 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)에 전송한다.
그리고, 사용자 단말기(300)는 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)로부터 붕괴 위험을 감지하는 알람 신호를 제공받을 수 있다.
이때, 사용자 단말기(300)는 휴대가 가능한 사용자 단말기로서, 노트북 컴퓨터, 스마트 패드 또는 스마트폰 등과 같이 유선 또는 무선으로 네트워크에 접속하여 정보를 주고받을 수 있는 기기로 구현될 수 있다.
이하에서는 도 2를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)의 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 입력부(110), 영상처리부(120), 제1 측정부(130), 제2 측정부(140), 연산부(150), 판단부(160) 및 알람부(170)를 포함한다.
먼저, 입력부(110)는 모아레 마커가 부착된 수직 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수직 부재 영상을 입력받는다.
이때, 모아레 마커는 모아레 현상을 유발하기 위한 마커로서, 수직 부재에 길이 방향으로 부착된다.
다음으로, 영상처리부(120)는 수직 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입한다.
이때, 모아레 패턴은 수직선을 기준으로 일정 각도 기울어진 패턴 형태로 수직 부재 화면 상에 삽입된다.
다음으로, 제1 측정부(130)는 수직 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수를 측정한다.
이때, 제1 측정부(130)는 수직 부재에 부착한 모아레 마커와 영상처리를 통해 삽입한 모아레 패턴이 겹쳐지면서 모아레 현상에 의해 서로 간섭하여 나타난 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수를 측정한다.
다음으로, 제2 측정부(140)는 수직 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수를 측정한다.
이때, 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수는 수직 부재와 카메라 사이의 거리가 멀어질수록 적어진다.
다음으로, 연산부(150)는 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수와 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수를 이용하여 수직 부재의 수평변위를 연산한다.
다음으로, 판단부(160)는 연산된 수직 부재의 수평변위와 기준 값을 비교하여 수직 부재의 위험성 여부를 판단한다.
이때, 판단부(160)는 연산된 수직 부재의 수평변위가 기준 값보다 클 경우, 수직 부재가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 알람부(170)는 수직 부재의 위험성이 기준 값보다 크면, 붕괴 위험 감지 알람이 울리도록 설정한다.
이때, 알람부(170)는 사용자 단말기(300)로 알람 신호를 전송하여, 사용자 단말기(300)를 통해 사용자에게 붕괴 위험을 알릴 수 있다.
이하에서는 도 4a 내지 도 4c를 이용하여 모아레 현상에 대하여 설명한다.
도 4a는 모아레 현상을 설명하기 위한 도면이고, 도 4b는 모아레 패턴을 설명하기 위한 도면이고, 도 4c는 모아레 현상의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에서 나타낸 바와 같이, 모아레 현상은 파동의 성질을 가지고 있는 빛의 간섭 현상을 의미하고, 진동수의 파동이 간섭하였을 때와 미동수의 미세한 차이가 있는 파동이 간섭해 나타나는 맥놀이 현상과 같은 원리로 발생한다.
도 4b에서 나타낸 바와 같이, 모아레 패턴은 일정한 간격을 갖는 무늬가 반복해 겹쳐지고 서로 간섭해서 생기는 패턴을 의미한다.
도 4c에서 나타낸 바와 같이, (a)격자는 주기가 p인 직선 격자이고, (b)격자는 (a)격자와 동일한 주기를 가지며 반 시계방향으로 θ만큼 회전되어 있는 상태를 나타낸다. 그리고, (a)격자 및 (b)격자를 겹쳤을 경우, (c)격자와 같은 모아레 패턴이 얻어지고, (d)격자는 (c)격자에서 p/2만큼 수평방향으로 이동한 상태를 나타낸다.
따라서, 모아레 패턴에서 주기 P인 (c)격자는 직선 격자의 주기가 p인 (a)격자보다 다소 증폭된 크기 값을 가진다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 4a 내지 도 4c에 나타낸 바와 같이 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 격자를 중첩하여 발생된 모아레 현상을 기반으로 증폭된 주기를 이용해서 간섭무늬의 수직변위를 측정한다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5f을 이용하여 시설물 변위 측정 모니터링을 위한 실험 과정에 대하여 설명한다.
도 5a는 모아레 마커가 부착된 수직 부재를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a에서 나타낸 바와 같이, 수직 부재는 실제 현장과 유사한 형태의 크기인 외경 60mm, 길이 2m로 구현된 물체를 사용할 수 있고, 모아레 마커는 너비가 15mm, 간격은 15mm, 세로길이가 500mm의 격자를 사용하였으나, 너비, 간격 및 세로길이는 달라질 수 있다.
또한, 본 실험에 따르면 카메라와 수직 부재와의 거리를 2m에서 8m까지 1m 간격으로 이동하고, 수직 부재의 수평변위이동을 1mm에서 10mm까지는 1mm 단위로, 12mm에서 20mm까지는 2mm단위로 이동하여 총 15개의 변위를 각각 7회씩 촬영한다.
도 5b는 영상처리된 모아레 패턴을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5b에서 나타낸 바와 같이, 각 변위를 촬영한 영상에는 영상처리를 통해 모아레 패턴이 삽입되고, 모아레 패턴이 삽입된 영상은 수직 부재에 부착된 모아레 마커와 서로 간섭되어 간섭무늬가 나타난다. 이때, 격자 기울기가 작을수록 큰 증폭이 나타난다. 여기서, 모아레 패턴은 관측 가능한 수준의 적절한 기울기를 적용하는 것으로, 8°기울인 격자무늬를 사용하였으나, 설계에 따라 기울기는 변경될 수 있다.
도 5c는 수직 부재의 수평변위에 따른 모아레 간섭무늬의 수직이동변위를 설명하기 위한 예시도이고, 도 5d는 수직 부재의 수평변위에 따른 모아레 간섭무늬의 수직이동변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5c에서 나타낸 바와 같이, 영상 내에 나타난 모아레 간섭무늬는 수직 부재가 수평으로 이동함에 따라 수직으로 이동되었다.
따라서, 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 이동된 간섭무늬의 수직이동 변위에 대응하는 픽셀 개수를 측정한다.
그리고, 도 5d에서 나타낸 바와 같이, 수직 부재의 수평변위가 증가함에 따라 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수는 증가된다.
또한, 카메라와 수직 부재와의 거리가 달라짐에 따라 수직 부재의 수평변위와 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수가 달라짐을 그래프를 통해 알 수 있다.
즉, 카메라와 수직 부재와의 거리의 변화에 따라 수직 부재의 수평변위, 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수 및 그래프 상의 선형직선의 기울기가 달라짐을 알 수 있다.
따라서, 도 5d를 통해 수직 부재의 수평변위에 따른 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수의 관계식을 얻을 수 있으며, 하기의 수학식 1을 통해 나타낸다.
여기서, y는 수직 부재의 수평변위(mm)이고, A는 도 4d의 그래프에서 나타난 선형직선 기울기이고, x는 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수를 나타낸다.
또한, 도 4d의 그래프로부터 선형직선 기울기(A)와 카메라와 수직 부재 사이의 거리의 관계는 분석 결과 하기의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
여기서, S는 카메라와 수직 부재 사이의 거리(m)를 나타낸다.
도 5e는 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)에 따른 선형직선 기울기(A)를 나타낸 도면이다.
도 5e에서 나타낸 바와 같이, 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)가 증가될수록 선형직선 기울기(A)가 증가됨을 알 수 있다.
즉, 이러한 분석 결과를 통해 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)에 따른 선형직선 기울기(A)의 관계식이 상기의 수학식 2와 같이 도출된다.
그리고, 선형직선 기울기(A)를 산출하기 위한 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)는 수직 부재에 부착한 모아레 마커의 세로길이를 이용하여 산출될 수 있는 바, 이하에서는 도 5f를 통해 카메라와 수직 부재 사이의 거리에 따른 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수의 관계식에 대하여 설명한다.
도 5f는 카메라와 수직 부재 사이의 거리에 따른 모아레 마커의 세로길이를 나타낸 도면이다.
도 5f에서 나타낸 바와 같이, 카메라를 통해 수직 부재를 촬영한 영상에 포함된 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수가 증가될수록, 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)는 감소된다.
따라서, 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)에 대한 관계식은 도 5f를 통해 하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
여기서, z는 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수를 나타낸다.
즉, 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)는 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수(z)를 통해 계산될 수 있으며, 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)를 알면 수학식2를 통해 선형직선 기울기(A)를 산출할 수 있다.
그리고, 선형직선 기울기(A)와 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수(x)를 통해 수직 부재의 수평변위(y)를 산출할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 9을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 이용한 시설물 변위 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 입력부(110)는 모아레 마커가 부착된 수직 부재로부터 일정거리에 이격된 카메라를 통해 촬영된 수직 부재 영상을 입력받는다(S610).
도 7은 도 6의 S610 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7에서 나타낸 바와 같이, 모아레 마커는 수직 부재에 길이 방향으로 부착되며, 입력부(110)는 카메라를 통해 실시간 촬영된 수직 부재 영상을 실시간으로 입력받는다.
다음으로, 영상처리부(120)는 수직 부재 영상에 모아레 패턴을 삽입한다(S620).
도 8은 도 6의 S620 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8에서 나타낸 바와 같이, 영상처리부(120)는 입력받은 수직 부재 영상에 대하여 수직선을 기준으로 일정 각도 기울어진 모아레 패턴을 삽입하여 간섭무늬가 나타나도록 한다.
예를 들어, 영상처리부(120)는 8°정도가 기울어진 상태의 모아레 패턴을 삽입할 수 있다.
다음으로, 제1 측정부(130)는 수직 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수(x)를 측정한다(S530).
도 9는 도 6의 S630 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9에서 나타낸 바와 같이, 수직 부재가 수평으로 이동되었다면, 수직 부재 영상 내에 발생된 간섭무늬는 수직으로 이동되며, 제1 측정부(130)는 간섭무늬가 수직으로 이동한 변위에 대응하는 픽셀 개수(x)를 측정한다.
다음으로, 제2 측정부(140)는 수직 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수(z)를 측정한다(S540).
이때, 카메라와 수직 부재 사이의 거리(S)가 증가할수록, 화면상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수(z)는 작은 값으로 측정된다.
다음으로, 연산부(150)는 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수(x)와 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수(z)를 이용하여 수직 부재의 수평변위를 연산한다(S550).
이때, 수직 부재의 수평변위(y)는 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 도출된 하기의 수학식 4를 통해 연산될 수 있다.
예를 들어, 도 5의 S530 단계를 통해 측정된 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수가 200개라고 가정하고, 도 5의 S540 단계를 통해 측정된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이에 대응하는 픽셀 개수가 400개라고 가정하면, 수학식 4에 의해 수직 부재의 수평변위가 35.97mm 이동한 것으로 연산될 수 있다.
다음으로, 판단부(160)는 연산된 수직 부재의 수평변위(y)와 기준 값을 비교하여 수직 부재의 위험성 여부를 판단한다(S560).
이때, 기준 값은 10mm로 설정할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 연산된 수직 부재의 수평변위(y)가 35.97mm로 기준 값인 10mm보다 클 경우, 판단부(160)는 수직 부재가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단한다.
다음으로, 알람부(170)는 붕괴 위험 감지 알람이 울리도록 설정하거나 기 설정된 사용자 단말기로 알람 신호를 전달한다(S570).
만일, 도 5의 S560 단계에서 붕괴 위험이 없는 것으로 판단할 경우, 알람부(170)는 붕괴 위험 감지 알람을 작동시키지 않으며, 다시 S510 단계를 통하여 실시간으로 붕괴 위험 가능성을 모니터링 한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 수직 부재에 부착된 모아레 마커의 세로길이 방향에 따라 수직 부재의 수평변위를 측정할 수 있으며, 이와 동일한 방법으로 수직 부재에 부착된 모아레 마커의 가로길이 방향에 따라 수직 부재의 수직변위를 측정할 수 있다. 수직 부재의 수직변위를 측정하는 방법은 도 5 내지 도 8에서 설명한 S510 내지 S570 단계와 실질적으로 동일하므로 당업자라면 용이하게 실시할 수 있는 바, 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 실시예에서는 수직 부재를 이용한 것으로 기술하였으나, 수직 부재 대신 수평 부재를 이용할 수도 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시례에 따르면, 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 모아레 마커가 부착된 수평 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수평 부재 영상을 입력받고, 수평 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입하여, 수평 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정한다. 그리고, 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 수평 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 측정하며, 간섭무늬의 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수와 화면 상의 모아레 마커의 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 이용하여 수평 부재의 수직변위를 연산한다. 그리고, 시설물 변위 측정 모니터링 장치(100)는 연산된 수평 부재의 수직변위와 기준 값을 비교하여 수평 부재의 위험성 여부를 판단한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 수직 또는 수평 부재에 부착된 모아레 마커와 영상에 삽입된 모아레 무늬를 이용하여 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 산출하고, 산출된 값을 통해 수직 또는 수평 부재의 붕괴를 예측함으로써, 건설현장에서의 붕괴 사고를 예방하고, 인명피해 및 경제적인 피해를 방지할 수 있다. 또한, 수직 또는 수평 부재의 붕괴를 실시간으로 예측하여 위험 감지 알람을 전송함으로써, 효율적인 운영으로 빠른 대피를 가능하게 한다. 특히, 본 발명에 따르면, 가건물에 적용가능하며, 가건물의 기울어짐을 미리 파악하여 사고를 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 시설물 변위 측정 모니터링 장치, 110: 입력부,
120: 영상처리부, 130: 제1 측정부,
140: 제2 측정부, 150: 연산부,
160: 판단부, 200: 카메라,
300: 사용자 단말기
120: 영상처리부, 130: 제1 측정부,
140: 제2 측정부, 150: 연산부,
160: 판단부, 200: 카메라,
300: 사용자 단말기
Claims (12)
- 모아레 현상을 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 장치에 있어서,
모아레 마커가 부착된 수직 또는 수평 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수직 또는 수평 부재 영상을 입력받는 입력부,
상기 수직 또는 수평 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입하는 영상처리부,
상기 수직 또는 수평 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 제1 측정부,
상기 수직 또는 수평 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 제2 측정부,
상기 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수와 상기 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 이용하여 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 연산부, 그리고
상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위와 기준 값을 비교하여 상기 수직 또는 수평 부재의 위험성 여부를 판단하는 판단부를 포함하 고,
상기 제1 측정부는 수직 부재에 부착한 모아레 마커와 영상처리를 통해 삽입한 모아레 패턴이 겹쳐지면서 모아레 현상에 의해 서로 간섭하여 나타난 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수를 측정하고,
상기 연산부는 하기의 수학식을 통해 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 시설물 변위 측정 모니터링 장치:
여기서, y는 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위 값이고, z는 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수이고, x는 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 나타낸다. - 제1항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위가 기준 값보다 클 경우, 상기 수직 또는 수평 부재가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하는 시설물 변위 측정 모니터링 장치. - 제2항에 있어서,
상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위가 기준 값보다 크면, 붕괴 위험 감지 알람이 울리도록 설정하거나 기 설정된 사용자 단말기로 알람 신호를 전달하는 알람부를 더 포함하는 시설물 변위 측정 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 모아레 마커는,
상기 수직 또는 수평 부재에 길이 방향으로 부착되는 시설물 변위 측정 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 모아레 패턴은,
수직선 또는 수평선을 기준으로 일정 각도 기울어진 패턴 형태로 형성되는 시설물 변위 측정 모니터링 장치. - 삭제
- 시설물 변위 측정 모니터링 장치를 이용한 시설물 변위 측정 모니터링 방법에 있어서,
모아레 마커가 부착된 수직 또는 수평 부재로부터 일정거리 이격된 카메라를 통해 실시간으로 촬영된 수직 또는 수평 부재 영상을 입력받는 단계,
상기 수직 또는 수평 부재 영상을 영상 처리하여 화면 상에 모아레 패턴을 삽입하는 단계,
상기 수직 또는 수평 부재 영상으로부터 발생된 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 단계,
상기 수직 또는 수평 부재 영상에 포함된 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 단계,
상기 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수와 상기 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수를 이용하여 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 단계, 그리고
상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위와 기준 값을 비교하여 상기 수직 또는 수평 부재의 위험성 여부를 판단하는 단계를 포함하 고,
상기 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 측정하는 단계는 수직 부재에 부착한 모아레 마커와 영상처리를 통해 삽입한 모아레 패턴이 겹쳐지면서 모아레 현상에 의해 서로 간섭하여 나타난 간섭무늬의 수직이동변위에 대응하는 픽셀 개수를 측정하고,
상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 단계는
하기의 수학식을 통해 상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위를 연산하는 시설물 변위 측정 모니터링 방법:
여기서, y는 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위 값이고, z는 화면 상의 모아레 마커의 세로길이 또는 가로길이에 대응되는 픽셀 개수이고, x는 간섭무늬의 수직이동변위 또는 수평이동변위에 대응되는 픽셀 개수를 나타낸다. - 제7항에 있어서,
상기 상기 수직 또는 수평 부재의 붕괴여부를 판단하는 단계는,
상기 연산된 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위가 기준 값보다 클 경우, 상기 수직 또는 수평 부재가 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하는 시설물 변위 측정 모니터링 방법. - 제8항에 있어서,
상기 수직 또는 수평 부재의 수평변위 또는 수직변위가 기준 값보다 크면, 붕괴 위험 감지 알람이 울리도록 설정하거나 기 설정된 사용자 단말기로 알람 신호를 전달하는 단계를 더 포함하는 시설물 변위 측정 모니터링 방법. - 제7항에 있어서,
상기 모아레 마커는,
상기 수직 또는 수평 부재에 길이 방향으로 부착되는 시설물 변위 측정 모니터링 방법. - 제7항에 있어서,
상기 모아레 패턴은,
수직선 또는 수평선을 기준으로 일정 각도 기울어진 패턴 형태로 형성되는 시설물 변위 측정 모니터링 방법. - 삭제
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