KR20060083076A - 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템 - Google Patents

건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS 및 무선영상전송방식에 의거 산사태 및 낙석 예상지역 등과 같은 건설공사 위험지역 및 구축된 건설구조물과 같은 감시대상 구조물을 실시간으로 모니터링할 수 있게하여 이들 감시대상 구조물에 대한 안전관리에 기여할 수 있는 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템을 제공한다.
이를 위해서 본 발명은 영상촬상 및 GPS수신수단(10)을 통해 획득된 현재 구조물 영상 및 GPS좌표를 실시간으로 전송하는 통신수단(20);, 상기 통신수단(20)을 통해 전송되는 현재 영상 및 GPS좌표를 실시간으로 저장하는 저장수단이 구비된 데이터저장수단(30);, 상기 데이터저장수단(30)에 저장된 데이터를 출력하는 데이터출력수단(40);, 상기 데이터출력수단(40)을 이용하여 출력된 현재 영상 및 GPS좌표와 기준 영상 및 GPS좌표를 비교하여 변위량을 검출하는 영상 및 GPS좌표 감시수단(50)을 구비하여 여러 지점의 변위를 실시간에 측정할 수 있기 때문에 여타의 센서에 비해 경제적일 뿐만 아니라, 구조물의 직접적인 변위량을 위치별로 정확히 자동 계측함으로써 시공중 혹은 시공후의 안전관리에 크게 기여할 수 있고, 계측자료를 체계적으로 저장 및 관리하여 연구자료로 활용할 수 있다.
영상, 카메라, 감시시스템, 건축구조물,

Description

건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템{construction monitoring system}
도1은 본 발명에 따른 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템의 전체 구성도,
도2는 본 발명에 따른 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템의 블럭도,
도3은 본 발명에 따른 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템에 있어 영상 및 GPS좌표 감시수단의 구성을 나타낸 블럭도,
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10: 영상촬상 및 GPS수신수단 20: 통신수단
30: 데이터저장수단 40: 데이터출력수단
50: 영상 및 GPS좌표 감시수단 51: 영상 및 GPS좌표 추출부
52: 영상 및 GPS좌표 검출부 53: 영상 윤곽선추출부
54: 영상 윤곽선저장부 55: 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부
56: 경보발생수단
본 발명은 GPS 및 무선영상전송방식을 이용하여 산사태 및 낙석 예상지역 등과 같은 건설공사 위험지역 및 기시공된 건설구조물과 같은 감시대상 구조물을 실시간으로 감시할 수 있게하므로써 시공중 혹은 시공후의 감시대상물의 안전관리에 크게 기여할 수 있는 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템을 제공함에 있다.
최근 산업발달과 더불어 건설공사가 대규모화되거나 건설현장이 도심지에 조성되는 사례가 빈번해지면서, 건설재해 발생시 사회경제적인 손실이 과거에 비할 수 없이 커지고 있는 실정이다. 특히, 지반분야의 경우는 현장 조사, 설계, 시공 및 사후관리에 이르기까지 많은 불확실성 요인을 내포하고 있고, 이러한 불확실성 요인으로 인한 재해가능성 및 위험요인이 존재한다고 판단되는 현장에 대한 정보화시공 및 계측관리가 절실하다.
예를 들어, 댐, 교량, 흙막이, 옹벽, 사면 등 각종 건설구조물의 시공중 혹은 시공후의 안정성에 크게 영향을 미치는 구조물 안정성을 실시간으로 계측관리하여 구조물의 붕괴를 사전에 예방하고 적절한 대응책과 안정성 확보를 위해 계측기술을 활용하는 방안이 다각도로 연구되고 있다.
또한, 기계, 전자 및 통신 등의 기술이 비약적으로 발전함에 따라 실시간에 지속적으로 현장 상태를 관찰할 수 있는 자동계측 시스템이 속속 개발되고 있으며, 시공관리와 건설재해의 예방에 큰 효과를 거두고 있다.
그러나, 현재까지 구조물의 직접적이고 정량적인 계측은 경제적인 문제와 적 합한 계측센서 선택의 어려움 등으로 인해 측량에 의한 수동적인 방법을 주로 사용하고 있는 실정이어서 시공관리 혹은 시공 이후의 사후 계측관리에 활용하는 경우는 드물다.
따라서, 비전문가도 현장의 상태를 쉽게 파악은 물론 시각적으로도 대상 현장 감시가 가능한 영상처리(Image Processing) 기술을 계측분야에 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 다양한 현장조건을 보이는 제반 건설구조물에 효과적으로 적용시킬 수 있는 건설공사 위험지역 및 기존 건축구조물에 대한 실시간으로 감시할 수 있는 영상 감시시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예 및 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 건설공사 위험지역 및 건설구조물과 같은 감시대상 구조물에 설치되어 감시대상물의 영상 및 GPS좌표를 획득하는 영상촬상 및 GPS수신수단(10);, 상기 영상촬상 및 GPS수신수단(10)을 통해 획득된 현재 구조물 영상 및 GPS좌표를 유,무선을 이용하여 실시간으로 전송하는 통신수단(20);, 상기 통신수단(20)을 통해 전송되는 현재구조물 영상 및 GPS좌표를 실시간 으로 저장하는 저장수단이 구비된 데이터저장수단(30);, 상기 데이터저장수단(30)에 저장된 데이터를 출력하는 데이터출력수단(40);, 상기 데이터출력수단(40)을 이용하여 출력된 현재구조물의 영상 및 GPS좌표와 기준구조물의 영상 및 GPS좌표를 비교, 판단하는 변위량을 검출하는 영상 및 GPS좌표 감시수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 정전에 대비하여 예비전원을 제공하는 예비전원제공수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 영상 및 GPS좌표 감시수단(50)은 외부로부터 입력되는 감시대상 건설구조물에 대한 현재 영상 및 GPS좌표와 배경을 추출하기 위한 영상 및 GPS좌표 추출부(51);, 상기 추출된 현재 영상 정보를 검출하는 영상 및 GPS좌표 검출부(52);, 현재 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 추출하기 위한 영상 윤곽선추출부(53);, 기준 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 저장하는 영상 윤곽선저장부(54);, 상기 현재 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보와 기준 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 비교하기 위한 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부(55);, 상기 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부(55)의 비교 결과에 따라 이상이 없다고 판단되면 종료하고, 변위량이 발생시에는 알람 또는 경보를 발생하는 경보발생수단(56)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 건설구조물 실시간 감시시스템은 다양한 현장조건을 보이는 제반 건설분야, 특히 구조물의 실제 변위량을 실시간에 정량적으로 측정하고자 하는 경우에 적합하게 활용할 수 있어 변위 측정의 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
따라서 변위량의 계측이 요구되는 댐, 터널, 사면, 흙막이 구조물 등에 적용할 수 있고, 각종 건설구조물의 시공중 안전관리를 위한 정보화시공, 혹은 구조물의 시공후 유지관리를 목적으로 건설구조물의 변위량 측정이 요구되는 현장에 적용도 가능함으로써 건설구조물의 붕괴로 인한 피해를 최소한으로 억제하고, 수집된 계측자료는 체계적으로 저장, 관리함으로써 구조물의 붕괴 원인분석과 대책수립에 효과적으로 활용할 수 있는 장점이 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 구조물의 실시간 감시시스템의 일실시예를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 영상촬상 및 GPS수신수단(10)은 건설공사 위험지역 및 건설구조물과 같은 감시대상 구조물 또는 그 인근 지역에 설치되어 감시대상물의 영상 및 GPS좌표를 획득할 수 있도록 GPS가 있는 슬레이브(11a) 또는 GPS가 없는 슬레이브(11b) 등으로 구성되는 다수의 고체촬상소자(CCD :Charge Coupled Device)로 이루어지는 현장감시기(11)를 이용하여 감시대상 구조물의 영상 및 GPS좌표를 획득하도록 되어 있다.
상기 현장감시기(11)는 감시대상 건설구조물의 현재 영상 및 GPS좌표를 확대 혹은 축소하여 촬영하는 카메라에 적외선 LED를 장착하여 야간에도 식별이 가능하게 하고, 현장감시기에 의해 캡쳐(Capture)되는 영상은 확대 혹은 축소하여 정량적인 위치 변화 측정의 정밀도를 조정하는 기능을 한다.
상기 영상촬상 및 GPS수신수단(10)은 가격이 고가인 반면에 고정밀도가 요하는 경우에는 DGPS(Digital GPS)를 이용하면 그 위치의 수신 오차를 수 mm 이내로 줄일 수 있다.
따라서 기존 건설된 건설구조물은 고층건물 등의 양쪽 끝에 DGPS를 각각 설치해 두면 건물의 균열정도 및 건물의 기울기변화를 쉽게 감지할 수 있다.
상기 영상촬상 및 GPS수신수단(10)을 이용하여 각각의 건설공사 위험지역 및 건설구조물과 같은 감시대상 구조물의 영상은 유,무선으로 연결된 무선랜, 이더넷 등과 같은 통신수단(20)을 이용하여 중앙통제소(Main PC)에 전송하여 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 실시간 변위량을 저장 관리하기 위한 관리수단을 포함하는 데이터저장수단(30)에 자동 저장한다.
통신망은 전용선, 인터넷(Internet), 근거리통신망(LAN), 무선 LAN, 이더넷, 그외 어떤 것도 무방하고 전용선로 혹은 고주파(RF) 통신이나 적외선통신(Ir) 등으로 연결하여 건설구조물 영상 및 변위측정의 정밀도를 높이는 동시에 감시대상 범위(CCD 카메라의 시야 및 변위 측정 대상 지점 수)를 확장과 관련된 데이터 통신이 이루어지도록 연결 설정한다.
본 발명은 감시대상 현장의 적절한 위치에 설치된 위치 변화를 일련의 영상처리를 통해 정량적으로 산출함으로써 감시대상 구조물의 변위량을 실시간으로 측정할 수 있다. 즉, CCD 카메라를 이용하여 각 위치의 영상 및 GPS좌표를 순차적으로 획득하여 건설구조물 영상 및 GPS좌표를 저장함과 동시에 얻어진 영상신호를 변환하고, 이 신호는 다시 이미지 프로세싱에 기초한 감시 알고리즘으로 분석하여 정 보화한다. 이러한 정보(변위량)는 압축된 영상 및 GPS좌표와 함께 통신망을 이용하여 원거리에 위치한 본사 중앙통제소의 데이터저장수단으로 전송된다.
중앙통제소는 운용 및 보전업무를 위하여 통신망을 통해 건설구조물의 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 실시간 변위량을 전송받아 데이터베이스화하고, 이를 원거리에서도 실시간 확인할 수 있도록 인터넷 서비스를 제공한다.
또한, 건설구조물의 이상유무를 확인하여 장애 발생시(즉, 변위량이 크면) 운영자에게 유,무선망 또는 특정 경보시스템(50)의 알람 또는 경보음을 통해 실시간으로 알릴 수도 있다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 감시대상 건설구조물의 다수의 위치에 설치되어 있는 변위량 측정 대상 타겟(Target Point)의 영상 및 GPS좌표를 획득하기 위한 다수의 마스트 위에 설치되는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라를 통해 획득된 구조물의 현재 영상 및 GPS좌표를 저장 및 디지털 영상으로 변환하여 디지털화된 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 배경을 분리한 후 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 기준 구조물 영상 및 GPS좌표를 비교하여 위치 변화를 감지하고 변위량을 측정한 후 전용 통신망(무선랜, 이더넷 등)에 접속하여 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 그 변위량을 실시간으로 전송받아 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 실시간 변위량을 저장 관리하기 위한 중앙통제소의 데이터저장수단에 모두 저장하게 된다.
한편, 건설구조물의 현재 영상 정보는 영상 및 GPS좌표 감시수단(50)을 이용하여 영상처리의 가장 기초적이면서도 가장 중요한 배경을 구분하는 알고리즘을 수행하여, 감시대상 건설구조물에 대한 현재 영상 및 GPS좌표와 배경을 영상 및 GPS좌표 추출부가 분리하여 추출하고, 추출된 현재 영상으로부터 급격히 변하는 부분을 영상 및 GPS좌표 검출부(52)가 검출한 다음 윤곽선검출부(53)에서 상기한 정보를 바탕으로 현재 영상 및 GPS좌표에 대한 경계를 나타내는 윤곽선 정보를 검출하고, 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부(55)에서 매칭 알고리즘을 이용하여 현재 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보와 기준 표점 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 비교한다.
이상의 매칭 알고리즘을 통한 매칭 결과에 따라 측정된 변위량은 압축된 현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 함께 통신망을 통해 중앙통제소로 실시간으로 전달되면 중앙통제소에서는 통신망을 통해 전송된 데이터(현재 구조물 영상 및 GPS좌표와 실시간 변위량)를 현지의 상태를 전국 어느 곳에서도 실시간에 확인할 수 있게 된다. 또한, 변위량이 기준치(임계치) 이상이면 경보시스템을 이용하여 운영자에게 유,무선망을 통해 실시간으로 알릴 수도 있다.
또 다른 실시예로 원영상 및 GPS좌표와 감시 영상 및 GPS좌표를 비교하는 것 외에도 원GPS(DGPS포함) 좌표와 변화된 GPS좌표를 비교하는 방법을 이용하여 영상윤곽선 정보를 획득할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 감시대상 위험구조물 및 기존 건축구조물의 여러 위치에 다수 설치하여 한 시스템으로 여러 지점의 영상 및 GPS좌표를 사용하여 실시간에 감시할 수 있기 때문에 경제적일 뿐만 아니라, 구조물의 직접적인 변위량을 위치별로 정확히 자동 계측도 가능하므로 시공중 혹은 시공후의 안전관리에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 계측자료를 체계적으로 저장 및 관리할 수 있어 축적된 영상과 GPS좌표 등과 같은 자료를 각 구조물의 변위량이 안정성에 미치는 영향에 대한 연구자료로도 활용도 가능하다는 장점이 있게된다.

Claims (6)

  1. 구조물 감시 시스템을 구성하는 것에 있어서,
    건설공사 위험지역 및 건설구조물과 같은 감시대상 구조물에 설치되어 감시대상물의 영상을 획득하는 영상촬상수단(10);, 상기 영상촬상수단(10)을 통해 획득된 현재 구조물 영상을 실시간으로 전송하는 통신수단(20);, 상기 통신수단(20)을 통해 전송되는 현재 영상을 실시간으로 저장하는 저장수단이 구비된 데이터저장수단(30);, 상기 데이터저장수단(30)에 저장된 데이터를 출력하는 데이터출력수단(40);, 상기 데이터출력수단(40)을 이용하여 출력된 현재 영상과 기준 영상을 비교하여 변위량을 검출하는 영상감시수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상감시수단(50)은 외부로부터 입력되는 감시대상 건설구조물에 대한 현재 영상 배경을 추출하기 위한 영상추출부(51);, 상기 추출된 현재 영상 정보를 검출하는 영상검출부(52);, 현재 영상에 대한 윤곽선 정보를 추출하기 위한 영상 윤곽선추출부(53);, 기준 영상에 대한 윤곽선 정보를 저장하는 영상 윤곽선저장부(54);, 상기 현재 영상에 대한 윤곽선 정보와 기준 영상에 대한 윤곽선 정보를 비교하기 위한 영상 윤곽선매칭부(55);, 및 상기 영상 윤곽선매칭부(55)의 비교 결과에 따라 이상이 없으면 종료하고 변위량이 발생시에는 알람 또는 경보를 발생하는 경보발생수단(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설공사 위험 지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템.
  3. 구조물 감시 시스템을 구성하는 것에 있어서,
    건설공사 위험지역 및 건설구조물과 같은 감시대상 구조물에 설치되어 감시대상물의 GPS좌표를 획득하는 GPS수신수단(10);, 상기 GPS수신수단(10)을 통해 획득된 현재 구조물 GPS좌표를 실시간으로 전송하는 통신수단(20);, 상기 통신수단(20)을 통해 전송되는 현재 GPS좌표를 실시간으로 저장하는 저장수단이 구비된 데이터저장수단(30);, 상기 데이터저장수단(30)에 저장된 데이터를 출력하는 데이터출력수단(40);, 상기 데이터출력수단(40)을 이용하여 출력된 현재 GPS좌표와 기준 GPS좌표를 비교하여 변위량을 검출하는 GPS좌표 감시수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 GPS좌표감시수단(50)은 외부로부터 입력되는 감시대상 건설구조물에 대한 현재 GPS좌표와 배경을 추출하기 위한 GPS좌표 추출부(51);, 상기 추출된 현재 GPS좌표를 검출하는 GPS좌표 검출부(52);, 현재 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 추출하기 위한 윤곽선추출부(53);, 기준 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 저장하는 윤곽선저장부(54);, 상기 현재 GPS좌표에 대한 윤곽선정보와 기준 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 비교하기 위한 GPS좌표 매칭부(55);, 및 상기 GPS좌표 매칭부(55)의 비교 결과에 따라 이상이 없으면 종료하고 변위량이 발생시에는 알람 또는 경보를 발생하는 경보발생수단(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템.
  5. 구조물 감시 시스템을 구성하는 것에 있어서,
    건설공사 위험지역 및 건설구조물과 같은 감시대상 구조물에 설치되어 감시대상물의 영상 및 GPS좌표를 획득하는 영상촬상 및 GPS수신수단(10);, 상기 영상촬상 및 GPS수신수단(10)을 통해 획득된 현재 구조물 영상 및 GPS좌표를 실시간으로 전송하는 통신수단(20);, 상기 통신수단(20)을 통해 전송되는 현재 영상 및 GPS좌표를 실시간으로 저장하는 저장수단이 구비된 데이터저장수단(30);, 상기 데이터저장수단(30)에 저장된 데이터를 출력하는 데이터출력수단(40);, 상기 데이터출력수단(40)을 이용하여 출력된 현재 영상 및 GPS좌표와 기준 영상 및 GPS좌표를 비교하여 변위량을 검출하는 영상 및 GPS좌표 감시수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 영상 및 GPS좌표 감시수단(50)은 외부로부터 입력되는 감시대상 건설구조물에 대한 현재 영상 및 GPS좌표와 배경을 추출하기 위한 영상 및 GPS좌표 추출부(51);, 상기 추출된 현재 영상 정보를 검출하는 영상 및 GPS좌표 검출부(52);, 현재 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 추출하기 위한 영상 윤곽선추출부(53);, 기준 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 저장하는 영상 윤곽선저장부(54);, 상기 현재 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보와 기준 영상 및 GPS좌표에 대한 윤곽선 정보를 비교하기 위한 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부 (55);, 및 상기 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부(55)의 비교 결과에 따라 이상이 없다고 판단되면 종료하고, 영상윤곽선 및 GPS좌표 매칭부(55)의 비교 결과에 따라 위치 변화를 감지하여 변위량이 발생하였다고 판단되면 사용자가 식별할 수 있도록 알람 또는 경보를 발생하는 경보발생수단(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설공사 위험지역 및 건설구조물의 실시간 감시시스템.
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