KR20070021841A - 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 댐 모니터링시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 댐 시설물을 실시간으로 모니터링하여 이상상황을 감지하여 댐의 위급상황에 대해 신속한 전파 및 대책수립이 가능하여 위험요소를 사전에 판별 및 판단할 수 있는 보다 합리적인 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링시스템은 다수개의 댐에 적어도 하나이상 설치되는 카메라에서 댐시설물의 소정부분을 촬영한 영상을 통하여 상기 다수개의 댐 시설물을 모니터링 하는 중앙관리시스템에 있어서, 상기 카메라에서 최초촬영된 기준영상과 이후에 일정주기를 갖고 동일부분을 촬영한 영상을 3차원영상으로 변환시켜 댐시설물의 변형량을 연산하는 데이타분석부와; 상기 카메라에서 촬영된 기준영상 및 이후 영상데이타와 각 영상데이타의 변형량을 저장하고, 설정된 기준관리치와 상기 변형량을 비교하여 댐시설물의 위험도를 판단하는 데이타베이스와; 상기 데이타베이스에서 출력된 위험신호가 수신되면 이동통신망과 인터넷, 유선전화를 통해 설정된 예경보음성 및 문자메세지를 송신하는 예경보부를 포함한다.

댐, 절대좌표, 카메라, 기준점, 미지점

Description

댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 그 방법{Real-time Monitoring System and Method for DAM}

도 1은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 그 방법의 개념설명을 위한 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템에서 중앙관리시스템(300)을 나타낸 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템에서 데이타베이스(330)를 나타낸 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법을 나타낸 순서도,

도 5는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 영상처리단계를 나타낸 순서도,

도 6은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 원래영상의 일예를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 경계값을 적용한 영상을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 히스토그램을 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 윤곽추출의 일예를 나타낸 도면,

도 10은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 모델탐색단계에서 윤곽선의 추출을 나타낸 도면,

도 11a, 11b는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 잡음제거의 실시예를 나타낸 도면,

도 12a는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 최초촬영영상의 좌표설정단계를 나타낸 순서도,

도 12b는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 변형량산출단계를 나타낸 순서도이다.

도 13은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 우측영상의 기준점과 미 지점의 위치를 나타낸 도면,

도 14는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 좌측영상의 기준점과 미 지점의 위치를 나타낸 도면,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 카메라 102 : 기지국

200 : 중계소 300 : 중앙관리시스템

310 : 데이타분석부 311 : 이미지프로세싱모듈

312 : 모델탐색모듈 313 : 사진분석모듈

320 : 예경보부 330 : 데이타베이스

331 : 관리자정보DB 332 : 댐 기본정보DB

333 : 댐 세부정보 334 : 영상데이타DB

335 : 분석데이타DB 336 : 예경보정보DB

340 : SMS서버 350 : 웹서버

360 : 교환기

본 발명은 댐 모니터링시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 댐 시설물에 설정된 기준점을 촬영한 2차원적 영상을 3차원적영상으로 변환시켜 실시간으로 모니터링하므로서 측정값이 사전에 설정된 관리기준을 초과하면 문자메세지 또는 온라인을 통해 예경보를 발하게 되므로 댐의 위급상황에 대해 신속한 전파 및 대책수립이 가능하여 위험요소를 사전에 판별 및 판단할 수 있는 보다 합리적인 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 방법에 관한 것이다.

20세기 이후 지구는 많은 기상이변으로 인해 자연재해의 위험성이 더욱 커지고 있다. 특히, 토목/건축 구조물들의 대형화는 이러한 구조물의 붕괴에 따른 재해 규모를 더욱 크게 하는 요인이 되고 있다. 댐의 경우 1963년 이탈리아의 Vajont댐 붕괴, 1976년 미국 아이다호주의 Teton댐 붕괴 등의 사례에서 알 수 있는 바와 같이, 붕괴시 그 피해규모가 상상을 초월하여 경제, 산업적 측면 뿐 아니라 인명상의 피해를 가늠하기 어려울 정도로 막대한 손실을 초래할 수 있고, 국내의 경우에도 1996년과 1999년 2회에 걸쳐 연천댐이 붕괴되어 파주군 전체가 침수되는 피해를 겪은 사례에서 알 수 있듯이 댐붕괴에서 완전히 자유롭지는 못한 실정이다.

댐의 유지관리를 위해 많은 계측시스템들이 설치되어 댐의 시공초기부터 댐시공후 지속적인 유지관리가 이루어지고 있으나 많은 부분에서 망실되거나 사용이 불가능한 경우가 많다. 특히, 댐체의 변형에 대해서는 콘크리트댐의 경우 콘크리트 외벽의 균열이 발생하는 초기증상이 나타나게 되는데, 이러한 경우 계측관리를 위한 안전점검 담당자들의 직접적 현장 접근 및 관찰이 어려울 뿐 아니라, 균열의 진행정도를 파악하기도 어렵다. 또한 최근 들어 기상이변에 의한 집중호우의 발생이 빈번해지고, 우리나라 연평균강우량(1200~1400mm)의 2/3이상이 하절기에 집중되는 강우 특성에 의해 저류구조물의 위험성은 더욱 커지고 있는 실정이다.

댐 계측의 경우, 댐의 변위를 기록하는 계측기는 대부분 자동계측을 요하지만 댐체의 변형이나 댐체 외벽의 변형 및 변위는 수동계측에 의존하는 것이 일반적이어서 상기와 같은 위험상황이 있는 경우에 댐체의 변형 진행과정이나 붕괴 발생 순간 및 과정의 파악에 따른 경계발령 및 사후조치의 조속한 시행이 사실상 불가능하여 만에 하나 발생할 수 있는 댐의 붕괴시 신속한 대응이 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 댐 시설물의 일정부분을 일정간격으로 촬영하여 2차원적영상을 3차원적영상으로 변환시켜 첫번째 영상과 다음 영상간의 변형량을 측정하여 기준관 리치와 비교하므로서 이상상황의 사전감지가 가능한 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 원래영상과 측정영상의 비교결과 그 변형량이 기준관리치를 초과시에는 예경보를 문자메세지 및 인터넷을 통해 신속하게 전파하므로 신속한 대응 및 대형사고를 미연에 방지함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예로서 구성된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링시스템은 다수개의 댐에 적어도 하나이상 설치되는 카메라에서 댐시설물의 소정부분을 촬영한 영상을 통하여 상기 다수개의 댐 시설물을 모니터링 하는 중앙관리시스템에 있어서, 상기 카메라에서 최초촬영된 기준영상과 이후에 일정주기를 갖고 동일부분을 촬영한 영상을 3차원영상으로 변환시켜 댐시설물의 변형량을 연산하는 데이타분석부와; 상기 카메라에서 촬영된 기준영상 및 이후 영상데이타와 각 영상데이타의 변형량을 저장하고, 설정된 기준관리치와 상기 변형량을 비교하여 댐시설물의 위험도를 판단하는 데이타베이스와; 상기 데이타베이스에서 출력된 위험신호가 수신되면 이동통신망과 인터넷, 유선전화를 통해 설정된 예경보음성 및 문자메세지를 송신하는 예경보부를 포함한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링시스템은, 제 1 실시예에 있어서 상기 데이타분석부는 상기 카메라에서 촬영된 컬러영상을 흑백 및 잡음 을 제거하는 이미지프로세싱모듈과; 상기 이미지프로세싱모듈에 의한 수정영상에서 최초영상에서 소정의 시설물로 설정된 모델을 탐색하는 모델탐색모듈과; 상기 모델탐색모듈에서 탐색된 수정영상을 3차원영상으로 변환시키고, 각 모델에서 설정되는 기준점을 절대좌표로 표현하고 그 절대좌표와 최초촬영된 영상의 절대좌표를 비교하여 변형량을 측정하는 사진분석모듈을 포함한다.

본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링시스템은, 제 2 실시예에 있어서 상기 데이타베이스는 관리자정보가 저장되어 데이타베이스의 접근권한을 부여하는 관리자정보DB와; 댐의 고유번호와 명칭, 위치정보가 저장되는 댐 기본정보DB와; 댐 명칭, 하천명, 위치, 제원, 건설과정, 댐의 주요기능이 저장되는 댐 세부정보DB와; 상기 데이타분석부에서 획득된 영상데이타를 저장하는 영상데이타DB와; 상기 사진분석모듈에서 분석된 영상데이타의 2차 및 3차원좌표와 변형량등 분석데이타가 저장되는 분석데이타DB와; 댐의 기준관리치정보를 저장하고, 상기 기준관리치정보와 상기 분석데이타DB에 저장되는 변형량을 비교하여 댐시설물의 위험도를 판단하는 예경보정보DB를 포함한다.

본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링방법은 다수개의 댐에 적어도 하나이상 설치되는 카메라에서 댐시설물의 소정부분을 촬영한 영상을 통하여 상기 다수개의 댐 시설물을 모니터링 하는 방법에 있어서, 상기 카메라로부터 촬영된 영상을 수신하고 이를 저장하는 단계와; 상기 단계에서 수신된 원영상을 흑백영상으로의 변환 및 잡음을 제거하여 수정하는 영상처리단계와; 상기 댐 시설물의 수정영상에서 기준점으로 설정된 댐시설물의 소정의 부분을 지정한 모델을 탐색 하는 모델탐색단계와; 상기 수정영상에서 탐색된 모델을 3차원영상으로 변환시켜 해당 모델의 기준점과 임의로 설정되는 미지점을 절대좌표로 산출하고, 해당 절대좌표와 최초 촬영된 영상의 기준점 및 미지점의 절대좌표를 비교하여 그 변형량을 저장하는 사진측량단계와; 저장된 변형량과 설정된 기준관리치를 비교하여, 상기 변형량이 기준관리치를 초과하면 문자메세지, 인터넷, 음성신호를 통하여 예경보를 발하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 5 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링방법은, 제 4 실시예에 있어서 상기 영상의 수정단계는 영상의 각 화소에 대하여 명도가 있는 일정값 이상과 그 이하의 경우로 구분하여 컬러영상을 흑과 백의 두가지 색상으로 처리하는 경계값처리단계와; 상기 경계값처리단계의 흑백데이타의 명암대비 및 명암값분포를 표현하는 히스토그램산출단계와; 상기 흑백영상데이타에서 농담치가 급격히 변하는 부분을 2차원좌표값으로 변환시켜 크기와 방향을 갖는 벡터량으로 표현하여 윤곽의 강도와 방향을 연산하여 각 영상의 윤곽을 추출하는 윤곽처리단계와; 상기 영상에서 잡음을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 6 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링방법은, 제 4 실시예에 있어서 상기 모델탐색단계는 상기 최초 촬영된 영상에서 설정된 모델의 윤곽선을 추출하여 상기 수정영상에서 동일한 윤곽선을 갖는 소정의 시설물을 탐색하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 7 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링방법은, 제 4 실시예에 있어서 상기 사진측량단계는 최초 촬영된 영상의 기준점에 대한 절대좌표와 미지점 에 대한 절대좌표를 저장하는 하는 단계와; 이후 촬영된 영상의 기준점에 대한 절대좌표를 산출하는 단계와; 상기 영상에서 미지점에 대한 절대좌표를 산출하는 단계와; 상기 최초촬영된 영상의 기준점 및 미지점에 대한 절대좌표와 이후 촬영된 영상의 기준점과 미지점에 대한 절대좌표를 비교하여 변형량을 산출하고 이를 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 8 실시예에 따르면, 본 발명의 모니터링방법은, 제 7 실시예에 있어서 상기 최초촬영 영상의 절대좌표저장단계는 절대기준점을 입력하고, 실제측량된 기준점의 절대좌표가 입력되는 단계와; 미지점을 설정하고, 표준오차를 갖는 절대좌표를 산정하는 단계와; 상기 기준점과의 거리등을 통하여 2차원좌표를 산정하고, 그 2차원좌표를 3차원적인 절대좌표로 변환시켜 산출하고, 상기 기준점에 대한 절대좌표와 함께 저장하는 단계를 포함한다.

이하에서는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 그 방에 관한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템 및 그 방법의 개념설명을 위한 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 다수개의 댐 시설물에는 복수개의 카메라(101)가 각각 설치되어 소정의 시설물을 촬영하고, 기지국(102)에서는 이를 무선 또는 유선으로 송신한다. 따라서 상기 기지국(102)에서 송신된 촬영영상은 중계소(200)를 통하여 중앙관리시스템(300)에 송신되고, 상기 중앙관리시스템(300)은 촬영된 영상을 저장하고 분석하여 댐 시설물의 이상상황을 예경보하게 된다.

이때 상기 중앙관리시스템(300)은 상기 카메라(101)에 의해 최초 촬영된 영상에 소정의 부분을 모델로서 설정하고, 특정부분에 대한 기준점의 절대좌표와 관리자가 임의로 설정한 미지점에 대한 절대좌표를 산출하여 이를 저장한다. 그리고 해당 댐 시설물에서 이후부터 촬영되는 영상에서 상기 최초촬영된 영상에서 설정된 모델을 탐색하고, 해당 모델에서 기준점의 절대좌표와 미지점의 절대좌표를 산출하여 최초 촬영된 영상의 절대좌표를 비교하여 양 좌표의 변형량을 측정한다.

그리고 상기 중앙관리시스템(300)은 이를 설정된 기준관리치와 비교하여 초과되면 예경보를 발하게 되며, 이때 발하게 되는 예경보는 유무선전화라인과 인터넷을 통해 전파된다.

즉, 본 발명에서는 각 댐의 시설물에서 특정부분을 기준점과 미지점으로 설정하여 주기적으로 촬영하고, 각 촬영된 영상을 분석하여 댐의 변형정도를 측정하여 그 변형정도가 설정된 기준관리치를 초과하면 예경보를 발하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템에서 중앙관리시스템을 나타낸 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 중앙관리시스템(300)은 데이타를 분석하는 데이타분석부(310)와, 예경보를 발하는 예경보부(320)와, 댐정보 및 데이타를 저장하고 기준관리치와 측정된 변형량을 비교하는 데이타베이스(330)를 포함한다.

여기서 상기 데이타분석부(310)는 상기 기지국(102)에서 송신되는 카메라(101)의 촬영영상을 흑백영상으로 변환시키는 이미지프로세싱모듈(311)과, 최초 촬영된 영상에서 설정된 모델을 탐색하는 모델탐색모듈(312)과, 최초촬영된 영상의 모듈과 이후 촬영된 영상의 모델을 3차원영상으로 변환시키고, 해당 절대좌표의 변형량을 측정하는 사진분석모듈(313)을 포함한다.

또한 상기 예경보부(320)는 상기 데이타베이스(330)와 연결되고, 문자메세지발송을 위한 SMS서버(340), 인터넷을 통한 예경보신호를 중계하는 웹서버(350)와, 유선전화망에 접근할 수 있는 교환기(360)에 각각 연결된다.

따라서 상기 데이타분석부(310)는 상기 기지국(102)으로부터 수신된 최초 촬영된 영상을 3차원영상으로 변환시켜 해당 좌표값을 산출하여 상기 데이타베이스(330)에 저장하고, 이후 촬영영상의 절대좌표와 최초 촬영된 영상의 절대좌표간의 변형량을 측정하여 이를 상기 데이타베이스(330)에 저장한다.

따라서 상기 데이타베이스(330)는 저장된 기준관리치와 측정된 변형량을 비교하여, 측정된 변형량이 기준관리치를 초과하면 상기 예경보부(320)에 예경보신호를 출력한다.

그러므로 상기 예경보부(320)는 상기 데이타베이스(330)로부터 예경보신호가 출력되면, SMS서버(340)와 웹서버(350), 교환기(360)를 통해 댐 시설물에 위험상황이 발생 또는 가능성이 있음을 예보 또는 경보를 전파하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템에서 데이타베이스를 나타낸 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 데이타베이스(330)는 관리자정보가 저장되어 각 데이타베이스(330)의 접근권한을 부여하는 관리자정보DB(331)와, 댐의 고유번호와 명칭, 위치정보가 저장되는 댐기본정보DB(332)와, 댐명칭, 하천명, 위치, 제원, 건설과정, 댐의 주요기능이 저장되는 댐 세부정보DB(333)와, 상기 데이타분석부(310)에서 획득된 영상데이타를 저장하는 영상데이타DB(334)와, 상기 사진분석모듈에서 분석된 영상데이타의 절대좌표와 변형량등 분석데이타가 저장되는 분석데이타DB(335)와, 댐의 기준관리치정보를 저장하고, 상기 기준관리치정보와 상기 분석데이타DB(335)에 저장되는 변형량을 비교하여 댐시설물의 위험도를 판단하는 예/경보정보DB를 포함한다.

상기 관리자정보DB(331)는 데이타베이스(330)에 접근한 사용자의 정보를 확인하여 접속을 허여하며, 상기 데이타분석부(310)를 통해 인가되는 영상데이타 및 분석데이타는 각각 관리자정보DB(331)를 통하여 상기 영상데이타DB(334)와 분석데이타DB(335)에 저장된다. 또한 예경보정보DB(336)는 분석데이타DB(335)에 저장된 분석데이타와 기준관리치를 비교하여, 상기 관리자정보DB(331)를 통하여 상기 예경보부(320)에 예경보신호를 출력한다.

도 4는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법을 나타낸 순서도이며 이를 이용하여 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 상기 데이타분석부(310)는 상기 기지국(102)으로부터 촬영된 컬러영상이 수신되면, 이를 상기 관리자정보DB(331)를 통해 상기 영상데이타DB(334)에 해당 댐정보와 날짜등으로 분류하여 저장한다. 그리고 상기 데이타분석부(310)는 이미지프로세싱모듈(311)을 구동시켜 해당 컬러영상을 흑백영상으로 변환시킨다(S100, S200).

상기 이미지프로세싱모듈(311)은 컬러영상데이타를 흑백의 이진데이타로 변 환시켜 흑백의 수정영상으로 변환시키는 영상처리를 실행한다(S300).

또한 상기 데이타분석부(310)는 모델탐색모듈(312)을 구동시켜 상기 영상처리단계에서 흑백영상으로 수정된 영상과 동일한 시설물을 촬영한 최초 촬영영상에서 소정의 시설물을 기준점으로 하여 설정되는 모델과 동일한 시설물을 탐색한다.

여기서 상기 모델은 관리자가 최초 촬영된 영상에서 임의로 설정하며, 상기 데이타분석부(310)는 관라자에 의해 설정된 최초촬영 영상에서의 모델을 영상데이타DB(334)에 저장한다(S300).

따라서 상기 모델탐색모듈(312)은 상기 영상데이타베이스(330)에 저장된 수정영상의 댐정보를 확인하여 최초 촬영된 영상의 모델을 독출하며 이는 도 10의 좌측사진에 일예로서 도시된다. 그리고 상기 모델탐색모듈(312)은 상기 독출된 모델의 윤곽선을 추출하고(도 10의 우측도면참조) 상기 수정영상에서 동일한 윤곽선을 갖는 시설물을 탐색하여 독출한다(S400).

이후 상기 데이타분석부(310)는 상기 사진분석모듈(313)을 구동시키고, 상기 사진분석모듈(313)은 상기 모델탐색모듈(312)에 의해 독출된 수정영상의 모델에서 사전에 실제좌표가 측량된 기준점으로부터 임으로 선택한 미지점의 절대좌표를 추출하고, 추출된 절대좌표와 최초촬영된 영상의 모델에서 미지점의 절대좌표를 비교하여 변형량을 산출한다.

즉, 일반적으로 댐시설물은, 예를들면, 콘크리트의 물성이 변화되면, 거기에 연결되는 모든 댐 시설물의 위치정도가 변하게 된다. 따라서 최초 촬영된 영상의 시설물과 이후 촬영된 영상에서 시설물의 절대좌표를 산출하여 이를 비교하여 이상 상황을 감지 및 전파하는 것이 본 발명의 요지에 해당된다.

이후, 상기 사진분석모듈(313)은 산출된 최초 촬영된 영상과 이후 촬영된 영상의 변형량을 상기 분석데이타DB(335)에 댐정보와 날짜등으로서 분류하여 저장한다(S500).

그러므로 상기 예경보정보DB(336)는 상기 분석데이타DB(335)에 저장된 변형량과 자체 저장하는 기준관리치를 비교하여 변형량이 기준관리치를 초과하면 상기 예경보부(320)에 이를 송신한다. 그러므로 상기 예경보부(320)는 상기 댐 기본정보 및 댐 세부정보DB(333)에 저장된 댐정보를 독출하여 해당 예경보신호의 댐의 위치 및 명칭을 상기 SMS서버(340)와 웹서버(350),교환기(360)를 통해 문자메세지, 구내전화, 인터넷을 통하여 해당 댐의 위급상황을 전파한다(S600).

도 5는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 영상처리단계를 나타낸 순서도, 도 6은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 원래영상의 일예를 나타낸 도면, 도 7은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 경계값을 적용한 영상을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 이미지프로세싱모듈(311)은 촬영된 컬러영상(도 6참조)을 원하는 장면을 농담으로서 나타내므로 색깔의 구분은 없지만 명암으로서 입체적인 감각을 느낄 수 있으며 주로 영상처리에서 많이 사용되는 흑백영상으로 변환시킨다. 여기서 이진 영상 데이터는 그레이의 영상을 경계값을 이용하여 흑과 백의 두 가지 색으로 데이터를 취급한다. 그러므로 이진영상은 처리에 있어서 단순하고 실용적인 시스템에 널리 사용하며 여기서는 이를 경계값” 이라는 용어를 사용하며, 이 경계값 처리라는 것은 입력영상의 각 화소에 대해서 명도가 있는 일정한 값 이상의 경우에 대응하는 출력 영상화소값을 1로하고 그 외의 경우는 0으로 하며 이는 도 7에 도시된 바와 같다. 아울러 상기 경계값 처리를 식으로 나타내면 하기의 수학식 1과 같다(S201).

이후, 상기 이미지프로세싱모듈(311)은 상기 경계값처리된 흑백영상에서 영상의 명암 값의 정보를 보여주기 위해 히스토그램을 연산한다. 여기서 상기 히스토그램은 영상의 구성 즉, 화소가 가진 명암값을 막대 그래프를 이용하여 표현한 것이며 이는 도 8에 도시된 바와 같다.

도 8은 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 히스토그램을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 히스토그램은 화소가 가질 수 있는 명암값을 x축상에 그리고 각 명암값의 빈도수를 y축상에 그린다. 어두운 영상은 화소분포가 오른쪽으로 편중된 Histogram을 갖는다. 만일 이상적인 영상이라면 영상 히스토그램은 균일한 분포를 가질 것이다. 어떤 영상의 명암값 분포가 빈약할 때 히스토그램 평활화라고 불리는 영상처리에 의해 향상될 수 있다. 히스토그램 평활화의 궁극적인 목적은 일정한 분포를 가진 히스토그램을 생성하는 것이다. 따라서 평활화를 수행한 히스토그램은 보다 균일한 분포를 가지며 명암값 분포를 재분배한다(S202).

그리고 상기 이미지프로세싱모듈(311)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 흑백영상에서 윤곽과 영상처리를 행한다. 여기서 윤곽은 물체의 외곽을 나타내는 선이라고 정의하며 이러한 윤곽은 영상처리 차원에서는 영상을 특징짓는 선 요소라고 말할 수 있다. 또한 영상중의 물체와 물체, 어떤 것은 물체와 배경의 경계가 윤곽이기 때문에 영상의 농담과 색의 급격한 변화가 있는 부분을 윤곽이라 한다.

이러한 윤곽은 농담치가 급격히 변하는 부분이기 때문에 함수의 변화분을 취하는 미분 연산이 윤곽선의 추출에 사용될 수 있다. 미분에는 1차미분과 2차미분이 있는데 좌표(x,y)의 경우 농담분포를 나타낸 1차 미분값은 크기와 방향을 가진 벡터량으로 표현된다. 여기서 는 x방향의 미분이고 는 y방향의 미분이다.

미분값을 구하게 되면 다음식으로 윤곽의 강도와 방향을 계산할 수 있다.

2차 미분은 1차미분을 다시 한번 미분하는 방법으로 윤곽의 강도만을 검출하는데 사용된다. 1차 미분연산자는 에지가 존재하는 영역을 지날 때 반응하는 부분이 많이 나타난다. 이것은 특히 완만한 경사를 이루는 에지일 경우에 더욱 반응이 두드러진다. 이상적인 에지 검출기는 에지의 중심에 위치한 임의의 에지만을 검출할 수 있어야 한다. 2차 미분 연산자의 장점은 검출된 에지의 윤곽선들이 폐곡선을 이룬다는 것이다. 이것은 영상 분할에 있어 중요한 사항이다. 또한 2차 미분은 밝기값이 점차적으로 변화되는 영역에 대해서 반응을 보이지 않는다. 2차미분 연산자의 좋은 예로 라플라시안(Laplacian)연산자를 들 수 있다.(S203)

그리고 상기 이미지프로세싱모듈(311)은 필터에 의하여 상기 영상의 잡음을 제거한다. 이때 잡음제거의 실예는 도 11a와 도 11b에 도시된 바와 같다.

도 11a, 11b는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 잡음제거의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 11a을 참조하면, 상기 이미지프로세싱모듈(311)은 민필터(Mean Filter)에 의한 잡음을 제거한다. 이것은 아래에서 보는바와 같이 어떤 화소 주변의 3x3 화소의 평균치를 그 화소의 값과 교환하는 기법이다. 이 기법은 영상을 흐리게 하면 세밀한 잡음은 눈에 보이지 않게 된다는 점에서 착안되었다.

도 11b를 참조하면, 상기 이미지프로세싱모듈(311)은 미디언필터(Median Filter)에 의한 잡음을 제거할 수 있다. 이는 도시된 바와 같이 3×3의 화소영역내의 9개 화소를 오름차순으로 정렬하고, 중앙값으로서 왼쪽에서 5번째인 농도4를 구할 수 있다. 위의 예제에서 10이라는 값은 잡음성분이었는데 확실히 제거가 되었 다. 이것은 주변과 비교하여 극단적으로 농도의 차이가 있는 것은 크기의 순서로 나열했을 때 왼쪽이나 오른쪽으로 치우치게 되어 중앙값으로 선택되지 않기 때문이다(S204).

도 12a는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 최초촬영영상의 좌표설정단계를 나타낸 순서도이다.

도 12a를 참조하면, 먼저 사진분석모듈(313)은 상기 중앙관리시스템(300)에서 각각 연결되는 기지국의 댐 시설물에 대하여 절대기준점을 입력한다(S501).

이때 관리자는 댐 시설물에서 소정의 부분에 대하여 기준점을 설정하고, 실제측량을 통해 기준점에 대한 절대좌표를 측정하여 본 시스템에 입력하며, 상기 사진분석모듈(313)은 상기 관리자의 조작신호에 의해 입력되는 상기 기준점에 대한 절대좌표를 저장한다(S502).

즉, 사진측정에서 촬영에 들어가기전 가장 기본적인 사항은 좌표계의 설정이다. 일반적으로 기준점에 대한 삼각측량을 위한 기선방향을 X축으로 잡고 피사체 방향을 Z축, 연직상향을 Y축으로 잡는다. 일반 대상물에 대한 측량에서는 1회측정으로 완료되기 때문에 문제가 없으나 댐 시설물과 같은 변형측정일 경우에는 일정기간을 주기로 하는 반복적인 촬영이기 때문에 절대좌표의 설정이 필수적이다.

이후 상기 사진분석모듈(313)은 최초 촬영된 영상을 수신하고, 상기 관리자의 조작신호에 의해 미지점을 설정한다. 여기서 상기 미지점은 상기 관리자에 의해 임의로 설정이 가능하며, 이때 상기 기준점과의 거리 및 촬영거리등을 고려하여 하나의 영상에 포함될 수 있는 시설물로 설정됨이 바람직하다(S503).

그리고 상기 사진분석모듈(313)은 상기 입력된 기준점에 대한 절대좌표를 통해 상기 기준점과 미지점간의 거리, 렌즈의 종류, 촬영거리등을 고려하여 표준오차를 설정한다(S504).

상기 사진분석모듈(313)은 상기 단계에서 산정된 표준오차를 이용하여 미지점에 대한 절대좌표를 산출하여 이를 상기 분석데이타DB(335)에 저장한다(S505).

이때 상기 촬영영상은 2차원영상으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 좌측영상과 우측영상을 매칭시켜 하기의 수학식 5와 6의 공선조건방정식을 통해 각 영상의 기준점과 미지점을 공간투영한다.

여기서, xn,yn은 사진좌표, f는 카메라의 초점길이, mij는 회전행렬의 인자, XL,YL,ZL : 노출점 L의 공간좌표, XN,YN,ZN은 점 N의 공간좌표이다.

상기 사진분석모듈(313)은 상기와 같은 공선조건방정식에 의해 촬영영상의 2차원 사진좌표는 공간투영변화시키고, 공간투영변화된 그 값을 방향여현값으로 바꾸어 최적의 초기값을 구하고(Space Resection), 상기 수학식 5와 6에서 발생된 미지수를 다시계산하여 대상 미지점에 대한 공간좌표의 근사치값을 구한 초기보정값 을 산출(Space Intersection)하므로서 미지점에 대한 절대좌표를 산출한다.

도 12b는 본 발명에 따른 댐 시설물의 실시간 모니터링방법에서 변형량산출단계를 나타낸 순서도이다.

도 12b를 참조하면, 상기 사진분석모듈(313)은 상기 카메라로부터 최초 촬영된 시설물과 동일한 시설물을 재차 촬영한 영상을 수신하면, 먼저 수신된 최초 촬영된 영상모델과 동일한 모델의 기준점에 대한 절대좌표를 산출한다(S511).

즉, 최초촬영된 영상에서는 관리자가 실제측량해서 기준점에 대한 절대좌표를 입력하였으나, 재차 촬영된 영상에서는 상기 사진분석모듈(313)이 상기 기준점에 대한 절대좌표를 산출한다. 이때 산출되는 기준점에 대한 절대좌표는 좌측영상과 우측영상이 상술한 공선조건방정식을 통해 매칭되어 3차원적인 절대좌표로 산출된다(S512).

또한 상기 사진분석모듈(313)은 상기 촬영영상에서 좌측영상과 우측영상의 미지점의 2차원좌표를 상술한 공선조건방정식을 통해 매칭시켜 3차원적인 절대좌표로 산출한다(S513).

그리고 상기 사진분석모듈(313)은 상기 재차 촬영된 영상에서 추출된 기준점에 대한 절대좌표와 미지점에 대한 절대좌표를 비교하여 그 변형량을 산출한다. 즉, 토목구조물과 같이 6개월 내지 1년동안 장기간에 걸친 측정을 필요로 할 때에는 기준점에 대한 삼각측량시 기선이 불변이다고 가정할 수 없으므로 절대좌표가 변한다. 결국 좌표계가 3차원으로 회전하기 때문에 2단계, 3단계, 4단계 촬영시의 기준점의 절대좌표를 최초 촬영시의 절대좌표로 3차원 역회전변환 하여 변형량을 산출 한다(S514).

본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 댐시설물의 일정부분을 설정하고, 지속적으로 촬영하여 이를 3D영상으로 변환시켜 그 절대좌표가 최초촬영된 영상에서의 절대좌표와 비교하여 변형량을 측정하여 기준관리치와 비교하므로서 댐시설물의 이상을 감지하게 되므로 보다 신속하고 정확한 예경보가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 예경보를 이동통신망이나 구내전화망, 인터넷을 통하여 전파함에 따라 그 신속성이 배가되어 이상상황에 대해 적절한 대응이 빠르게 이루어질 수 있어 대형사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 다수개의 댐에 적어도 하나이상 설치되는 카메라에서 댐시설물의 소정부분을 촬영한 영상을 통하여 상기 다수개의 댐 시설물을 모니터링 하는 중앙관리시스템에 있어서,

   상기 카메라에서 최초촬영된 기준영상과 이후에 일정주기를 갖고 동일부분을 촬영한 영상을 3차원영상으로 변환시켜 댐시설물의 변형량을 연산하는 데이타분석부와;

   상기 카메라에서 촬영된 기준영상 및 이후 영상데이타와 각 영상데이타의 변형량을 저장하고, 설정된 기준관리치와 상기 변형량을 비교하여 댐시설물의 위험도를 판단하는 데이타베이스와;

   상기 데이타베이스에서 출력된 위험신호가 수신되면 이동통신망과 인터넷, 유선전화를 통해 설정된 예경보음성 및 문자메세지를 송신하는 예경보부를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 모니터링시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이타분석부는

   상기 카메라에서 촬영된 컬러영상을 흑백 및 잡음을 제거하는 이미지프로세싱모듈과;

   상기 이미지프로세싱모듈에 의한 수정영상에서 최초영상에서 소정의 시설물로 설정된 모델을 탐색하는 모델탐색모듈과;

   상기 모델탐색모듈에서 탐색된 수정영상을 3차원영상으로 변환시키고, 각 모델에서 설정되는 기준점을 절대좌표로 표현하고 그 절대좌표와 최초촬영된 영상의 절대좌표를 비교하여 변형량을 측정하는 사진분석모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 모니터링시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 데이타베이스는

   관리자정보가 저장되어 데이타베이스의 접근권한을 부여하는 관리자정보DB와;

   댐의 고유번호와 명칭, 위치정보가 저장되는 댐 기본정보DB와;

   댐 명칭, 하천명, 위치, 제원, 건설과정, 댐의 주요기능이 저장되는 댐 세부정보DB와;

   상기 데이타분석부에서 획득된 영상데이타를 저장하는 영상데이타DB와;

   상기 사진분석모듈에서 분석된 영상데이타의 2차 및 3차원좌표와 변형량등 분석데이타가 저장되는 분석데이타DB와;

   댐의 기준관리치정보를 저장하고, 상기 기준관리치정보와 상기 분석데이타DB에 저장되는 변형량을 비교하여 댐시설물의 위험도를 판단하는 예경보정보DB를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 실시간 모니터링시스템.
4. 다수개의 댐에 적어도 하나이상 설치되는 카메라에서 댐시설물의 소정부분을 촬영한 영상을 통하여 상기 다수개의 댐 시설물을 모니터링 하는 방법에 있어서,

   상기 카메라로부터 촬영된 영상을 수신하고 이를 저장하는 단계와;

   상기 단계에서 수신된 원영상을 흑백영상으로의 변환 및 잡음을 제거하여 수정하는 영상처리단계와;

   상기 댐 시설물의 수정영상에서 기준점으로 설정된 댐시설물의 소정의 부분을 지정한 모델을 탐색하는 모델탐색단계와;

   상기 수정영상에서 탐색된 모델을 3차원영상으로 변환시켜 해당 모델의 기준점과 임의로 설정되는 미지점을 절대좌표로 산출하고, 해당 절대좌표와 최초 촬영된 영상의 기준점 및 미지점의 절대좌표를 비교하여 그 변형량을 저장하는 사진측량단계와;

   저장된 변형량과 설정된 기준관리치를 비교하여, 상기 변형량이 기준관리치를 초과하면 문자메세지, 인터넷, 음성신호를 통하여 예경보를 발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 실시간 모니터링방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 영상의 수정단계는

   영상의 각 화소에 대하여 명도가 있는 일정값 이상과 그 이하의 경우로 구분하여 컬러영상을 흑과 백의 두가지 색상으로 처리하는 경계값처리단계와;

   상기 경계값처리단계의 흑백데이타의 명암대비 및 명암값분포를 표현하는 히스토그램산출단계와;

   상기 흑백영상데이타에서 농담치가 급격히 변하는 부분을 2차원좌표값으로 변환시켜 크기와 방향을 갖는 벡터량으로 표현하여 윤곽의 강도와 방향을 연산하여 각 영상의 윤곽을 추출하는 윤곽처리단계와;

   상기 영상에서 잡음을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 실시간 모니터링방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 모델탐색단계는

   상기 최초 촬영된 영상에서 설정된 모델의 윤곽선을 추출하여 상기 수정영상에서 동일한 윤곽선을 갖는 소정의 시설물을 탐색하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 실시간 모니터링방법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 사진측량단계는

   최초 촬영된 영상의 기준점에 대한 절대좌표와 미지점에 대한 절대좌표를 저장하는 하는 단계와;

   이후 촬영된 영상의 기준점에 대한 절대좌표를 산출하는 단계와;

   상기 영상에서 미지점에 대한 절대좌표를 산출하는 단계와;

   상기 최초촬영된 영상의 기준점 및 미지점에 대한 절대좌표와 이후 촬영된 영상의 기준점과 미지점에 대한 절대좌표를 비교하여 변형량을 산출하고 이를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐 시설물의 실시간 모니터링방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 최초촬영 영상의 절대좌표저장단계는

   절대기준점을 입력하고, 실제측량된 기준점의 절대좌표가 입력되는 단계와;

   미지점을 설정하고, 표준오차를 갖는 절대좌표를 산정하는 단계와;

   상기 기준점과의 거리등을 통하여 2차원좌표를 산정하고, 그 2차원좌표를 3차원적인 절대좌표로 변환시켜 산출하고, 상기 기준점에 대한 절대좌표와 함께 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐시설물의 실시간 모니터링방법.

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