KR20100079627A

KR20100079627A - 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리방법

Info

Publication number: KR20100079627A
Application number: KR1020080138162A
Authority: KR
Inventors: 강기수
Original assignee: (주)포미트
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2010-07-08

Abstract

3차원 레이저로 스캔한 발전설비의 점집합(points of clouds)으로부터 발전설비의 3차원 형상을 복원하고 설비요소를 추출하여, 발전설비를 자동으로 관리하고 설비정보를 웹서버에 제공하는 방법에 관한 것이다. 즉, (a) 3차원 레이저스캔 장비로부터 발전설비의 점집합(points of clouds)을 입력받는 단계, (b) 다수의 시점에서 스캔한 상기 입력된 점집합을 하나의 시점에 대한 점집합으로 구성하는 이미지 단계, (c) 노이즈(noise)를 제거하고 3차원 형상을 복원하는 단계, (d) 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화하는 단계, (e) 복원된 3차원 형상을 설비요소별로 분리하는 단계, (f) 발전설비 도면을 작성하는 단계, (g) 설비요소별 요소정보를 입력받는 단계, (h) 발전설비의 구조 및 관리정보에 대한 웹서버의 요청을 처리하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 방법에 의해, 발전설비의 유지보수, 설비개선, 긴급상황 발생 등에 필요한 정보를 정확하고 빠르게 취득하여, 업무수행에 따른 비용을 절감하면서 동시에 신속하게 대응할 수 있다.

발전설비, 레이저스캔, Laser scan, 웹서버, 3차원, 영상

Description

3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법 { An web-based integrated management method for power generation equipments using a 3D laser scan device }

본 발명은 3차원 레이저로 스캔한 발전설비의 점집합(points of clouds)으로부터 발전설비의 3차원 형상을 복원하고 설비요소를 추출하여, 발전설비를 현상태(As-built)의 구조로 관리하고 설비정보를 웹서버에 제공하는 방법에 관한 것이다.

또, 본 발명은 발전설비를 설비요소별로 분리하여 도면을 작성하고 관리정보를 입력받아, 설비요소별로 자세하고 구체적인 도면정보나 관리정보를 관리하고 제공하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비 등 플랜트를 관리하기 위해서는 P&ID(Piping And Instrumentation Diagram)도면이 주요하게 이용되고 있다. P&ID도면은 플랜트의 배관(piping) 및 설비(instrumentation)에 대한 레이아웃을 간략하게 정리해 놓은 도면을 말한다. 즉, 설계당시 플랜트의 레이아웃은 통상의 기계 도면과 마찬가지로 복잡하므로 한눈에 이해하기 어렵다. 따라서 플랜트의 각 배관, 밸브, 부품 등을 간략화하여 도면에 표제란을 만들어 보기 쉽고 이해가 빠른 도움을 주는 P&ID도면이 발전설비를 관리하는데 필수적으로 이용된다.

발전설비를 유지보수하는 과정은 다음과 같다. 먼저 보수하고자 하는 배관 또는 장치 등 설비요소에 대한 도면을 찾고, 이 설비요소에 대한 제작사 매뉴얼, 정비 보고서 등 과거 정비이력으로부터 유지보수를 위한 정보를 얻는다. 특히, 발전설비 등 플랜트는 플랜트 공정의 흐름을 파악하여 타 계통에 미치는 영향을 분석하여 정비에 착수해야 한다. 설비요소에 대한 정비가 완료되면, 정비보고서를 작성하여 보관하는 것으로 유지보수 과정은 종료된다.

따라서 발전설비를 유지보수할 때, P&ID도면 등 발전설비에 대한 도면과 정비관련 정보를 효과적이고 효율적으로 관리하는 것이 무엇보다 중요하다.

이를 위해, 발전설비 등 플랜트의 유지보수에 필수적인 P&ID도면을 중심으로 발전설비를 종합적으로 관리하는 시스템에 관한 기술의 일례가 [대한민국 공개특허 10-2007-0079456(2007.8.7.공개), "발전설비용 종합관리시스템"](이하 하기문헌 1)에 개시되어 있다. 상기 하기문헌 1은 전자도면을 데이터베이스화하여, 네트워크에 연결된 개인 컴퓨터를 통하여 자유로이 검색하고 활용할 수 있는 발전설비용 종합관리시스템에 관한 것이다.

즉, 상기 하기문헌 1은 사용자를 인증하는 사내서버와; 상기 사내서버에 인증된 클라이언트가 연결되어 전자도면을 검색하고, 전자도면에 표시되는 해당기기의 이미지를 이용하여 기기의 정보를 관리할 수 있는 관리서버와; 상기 관리서버에서 해당기기의 정보를 근거로 하여 기기수리요청(Trouble Memo) 및 태그(Tag)요청을 결재처리하는 결재서버를 포함하며, 상기 서버들이 네트워크에 연결되어 상호 연동되는 기술을 개시하고 있다. 화면에 표시되는 전자도면은 도 1에서 보는 바와 같다.

그러나 하기 문헌 1은 발전설비에 대한 구조 정보를 2차원 도면인 P&ID도면으로 관리하므로, 숙련된 정비사가 아닌 이상 발전설비의 구조를 쉽게 파악하기 어렵다. 이를 위해, 최근에는 전문적인 CAD S/W를 이용하여 플랜트의 설계도면을 3차원으로 형상화하는 방법이 시도되고 있다.

또한 상기한 바와 같은 설비관리 시스템 또는 레이저 스캔에 관한 기술이 하기 문헌 2 내지 5에 기재되어 있다.

그러나 발전설비의 구조는 매우 복잡하게 설치되어 있기 때문에, 상술한 바와 같은 종래기술에 따라 발전설비의 형상을 전체적으로 표현하기는 불가능하다.

[문헌 1] 대한민국 공개특허 10-2007-0079456호(2007.8.7.공개)

[문헌 2] 일본국특허공개공보 2002-269184호(2002.9.20. 공개)

[문헌 3] 대한민국 공개특허 10-2006-0010284호(2006.2.2.공개)

[문헌 4] 대한민국 공개특허 10-2008-0091912호(2008.10.15.공개)

[문헌 5] 대한민국 공개특허 10-2008-0078167호(2008.8.27.공개)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3차원 레이저로 스캔한 발전설비의 점집합(points of clouds)으로부터 발전설비의 3차원 형상을 복원하고 설비요소를 추출하여, 발전설비를 현상태(As-built)의 구조로 관리하는 방법을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 발전설비를 설비요소별로 분리하여 도면을 작성하고 관리정보를 입력받아, 설비요소별로 자세하고 구체적인 도면정보나 관리정보를 관리하고 제공하는 방법을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 발전설비의 현상태(As-built) 3차원 형상과 설비요소별 관리정보를 웹으로 제공하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 3차원 레이저로 스캔한 발전설비의 점집합(points of clouds)으로부터 발전설비의 3차원 형상을 복원하고 설비요소를 추출하여, 발전설비를 자동으로 관리하고 설비정보를 웹서버에 제공하는, 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 시스템에 있어서, 3차원 레이저스캔 장비로부터 발전설비의 점집합(points of clouds)을 입력받는 스캐닝자료 입력 부; 다수의 시점에서 스캔한 상기 입력된 점집합을 하나의 시점에 대한 점집합으로 보정하여, 통합 점집합을 구성하는 이미지 정합부; 상기 통합 점집합에서 노이즈(noise)를 제거하고, 3차원 형상을 복원하는 형상복원부; 상기 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화하는 시각화 처리부; 상기 복원된 3차원 형상에서 설비요소를 추출하여, 상기 3차원 형상을 설비요소별로 분리하는 요소분리부; 상기 설비요소별로 도면을 작성하고, 설비요소별 도면을 통합하여 발전설비 도면을 작성하는 도면구성부; 상기 설비요소별 요소정보를 입력받는 요소정보 입력부; 발전설비의 구조 및 관리정보에 대한 웹서버의 요청을 처리하는 웹처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 시스템에 있어서, 상기 스캐닝자료 입력부에서 입력되는 3차원 점집합은 위상편이(Phase shift)방식으로 측정된 3차원 좌표인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 시스템에 있어서, 상기 시각화 처리부는, 빛에 대한 반사율 차이를 이용하여 명암을 넣는 명암(intensity)에 의한 시각화 방식 또는 3차원 형상의 각 요소에 색채를 달리하는 색채(RGB)에 의한 시각화 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 시스템에 있어서, 상기 요소분리부는, 상기 복원된 3차원 영상에서 기하학적 모양을 갖는 요소를 모델링하여 추출하거나, 작성된 설계도면에 따른 설비요소들의 형상에 대한 정보를 이용하여 설비요소를 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 웹서버와 네트워크로 연결된 통합관리 시스템을 이용하여, 3차원 레이저로 스캔한 발전설비의 점집합(points of clouds)으로부터 발전설비의 3차원 형상을 복원하고 설비요소를 추출하여, 발전설비를 자동으로 관리하고 설비정보를 웹서버에 제공하는, 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 통합관리시스템이 설비의 3차원 점집합(points of clouds)을 입력받는 단계; (b) 상기 통합관리시스템이 다수의 시점에서 스캔한 상기 입력된 점집합을 하나의 시점에 대한 3차원 점집합으로 보정하여, 정합 점집합을 구성하는 단계; (c) 상기 통합관리시스템이 상기 정합 점집합에서 노이즈(noise)를 제거하고, 3차원 형상을 복원하는 단계; (d) 상기 통합관리시스템이, 상기 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화하여 맵핑하는 단계; (e) 상기 통합관리시스템이, 상기 복원된 3차원 형상에서 설비요소를 추출하여, 상기 3차원 형상을 설비요소별로 분리하는 단계; (f) 상기 통합관리시스템이, 상기 설비요소별로 도면을 작성하고, 설비요소별 도면을 통합하여 발전설비 도면을 작성하는 단계; (g) 상기 통합관리시스템이, 상기 설비요소별 관리정보를 입력받는 단계; (h) 상기 웹서버가 설비의 구조 또는 관리정보에 대한 요청을 받아, 상기 통합관리시스템으로 처리를 요구하고 처리된 결과를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법에 의하면, 발전설비의 유지보수, 설비개선, 긴급상황 발생 등에 필요한 정보를 정확하고 빠르게 취득하여, 업무수행에 따른 비용을 절감하면서 동시에 신속하게 대응할 수 있는 효과가 얻어진다. 특히, 발전설비의 현장 확인업무를 간소화할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법에 의하면, 현상태(As-built)로 관리되는 구조인 레이저스캔 데이터(Laser Scan Data) + 3차원 모델을 3차원 모델링에 의한 설비개선에 필요한 공법개발 및 검토시 대안으로 사용할 수 있고, 발전설비의 변형에 의한 설비상태 자료취득시 사용할 수 있는 효과가 얻어진다. 특히, 플랜트의 건설기간 중 레이저스캔 정보를 저장 관리하여 지하매설물의 기록 보존할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법에 의하면, 웹기반으로 시스템에 접근하여 설비정보를 제공하여, 현장정보와 기술정보의 연계를 통한 신속한 업무대응을 할 수 있는 효과가 얻어진다. 특히, 긴급 상황 발생 시 사실적인 현장 파악에 용이하다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템은 측정자 단말(11), 사용자 단말(12), 통합관리시스템(30), 웹서버(50)로 구성된다. 또, 필요한 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스(40)도 추가하여 구성될 수 있다.

측정자 단말(11)과 사용자 단말(12)은 컴퓨팅 기능을 가진 단말기로서, 개인용 컴퓨터(PC), 노트북, 넷북, PDA 등을 의미한다. 측정자 또는 사용자는 측정자 단말(11) 또는 사용자 단말(12)의 마우스나 키보드 등 입력장치를 통해 상기 통합관리시스템(30) 또는 웹서버(50)에 필요한 정보를 입력하거나 명령을 전달한다. 즉, 측정자 또는 사용자는 항상 단말(11,12)을 통해 어떤 작업을 수행한다. 따라서 이하에서 측정자 또는 사용자가 어떤 작업을 수행하는 설명은 상기 측정자 또는 사용자가 단말(11,12)을 통해 수행하는 작업임을 의미하는 것으로 한다. 또, 도면부호 11, 12를 단말기 이외에 측정자 또는 사용자에게도 붙이기로 한다.

측정자(11)는 레이저스캔 장비(15)로 발전설비(20)를 스캔한다. 레이저스캔 장비(15)는 발전설비(20)를 스캔하여 3차원 점집합(Points of clouds)을 생성한다. 3차원 점집합(Points of clouds)은 발전설비(20)를 형상화하는 3차원 상의 점들이다. 측정자는 측정자 단말(11)을 통해 생성된 3차원 점집합을 통합관리시스템(30)에 전송한다.

사용자 단말(12)은 주로 발전설비(20)를 관리하는 관리자, 설비를 정비하는 정비자 등이 사용하는 컴퓨터 단말이다. 사용자는 사용자 단말(12)을 통해 통합관리시스템(30) 또는 웹서버(50)에 접속한다. 관리자가 발전설비(20)의 중요한 정보 등을 업데이트하거나 변경하는 경우에는 통합관리시스템(30)에 직접 접근하여 작업을 수행한다. 즉, 통합관리시스템(30)을 직접 관리하는 시스템 관리자들에게 접근을 허용한다.

그러나 일상적인 정비, 시설교체 등의 발전설비(20) 자체 유지보수 업무를 하는 사람들에게는 웹서버(50)만 접근이 허용된다. 즉, 유지보수 관리자는 웹서버(50)를 통해 발전설비(20)의 3차원 형상 정보, 설비요소별 정보들, 정비 또는 장애 보고서 등을 접근하여 볼 수 있다.

통합관리시스템(30)은 측정자 단말(11)로부터 발전설비(20)에 대한 3차원 점집합을 입력받아 발전설비(20)의 3차원 형상을 복원하여 처리한다. 예를 들면, 통합관리시스템(30)은 복원된 3차원 형상으로부터 설비요소를 추출하여 분리하여, 설비요소별 도면을 작성한다. 그리고 발전설비의 3차원 형상을 2차원 영상으로 시각화한다. 또, 통합관리시스템(30)은 설비요소별 또는 설비시설 전체에 대한 관리정보를 사용자(12) 또는 측정자(11)로부터 입력받아 관리하여, 상기 시각화 정보와 함께 웹서버(50)에 제공한다.

웹서버(50)는 인터넷(20)에 연결되어 발전설비(20)에 대한 정보를 웹 형태로 제공하는 서버이다. 웹서버(50)는 웹서비스 서버로서 역할을 하도록 구축되는 것이 바람직하다. 사용자(12)에게 서비스를 제공하기 위한 웹페이지를 제공한다. 특히, 웹서버(50)는 처리된 결과를 웹페이지 상에서 보여주거나, 필요한 입력 데이터를 웹페이지를 통해 전송 받는다. 상기 웹페이지는 단순한 텍스트, 이미지, 멀티미디어 등 이외에도 웹 어플리케이션 등 특정 작업을 수행하기 위한 구동 소프트웨어도 포함하는 의미이다. 이와 같은 기술은 본 분야의 공지기술이므로, 구체적 설명은 생략한다.

한편, 웹서버(50)는 통합관리시스템(30)으로부터 수신한 자료를 웹페이지 상에 보여주기 위하여, 3차원 형상 뷰어, 레이저스캔 데이터의 뷰어, 설계도면 뷰어 등의 유틸리티를 포함하여 구성한다. 바람직하게는, 웹서비스에 적합한 보편적인 3차원 뷰어를 사용하고, 레이저스캔 데이터나 3차원 형상 데이터를 보편적인 3차원 뷰어의 데이터 형식으로 전환하여 보여준다. 이렇게 함으로써, 사용자 단말(12)에 전용뷰어를 설치하는 번거로움을 줄일 수 있다.

마지막으로, 상기 데이터베이스(40)에 대해 설명한다. 데이터베이스(40)는 레이저스캔 장비(15)로 스캔한 3차원 점집합(Points of clouds)을 저장하는 점집합DB(41), 발전설비 및 설비요소들을 3차원으로 모델링한 3D 모델링을 저장하는 3D모델DB(43), 발전설비 및 설비요소들의 도면을 저장하는 도면DB(44), 설비요소별 관리정보를 저장하는 설비요소DB(43)로 이루어진다. 그러나 상기 데이터베이스(40)의 구성은 바람직한 일실시예일 뿐이며, 구체적인 장치를 개발하는데 있어서, 접근 및 검색의 용이성 및 효율성 등을 감안하여 데이터베이스 구축이론에 의하여 다른 구조로 구성될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법을 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법은 웹서버(50)와 네트워크로 연결된 통합관리 시스템(30)을 이용한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 웹기반 발전설비 통합관리 방법은 (a) 3차원 레이저스캔 장비로부터 발전설비의 점집합(points of clouds)을 입력받는 단계(S10), (b) 다수의 시점에서 스캔한 상기 입력된 점집합을 하나의 시점에 대한 점집합으로 구성하는 이미지 단계(S20), (c) 노이즈(noise)를 제거하고 3차원 형상을 복원하는 단계(S30), (d) 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화하는 단계(S40), (e) 복원된 3차원 형상을 설비요소별로 분리하는 단계(S50), (f) 발전설비 도면을 작성하는 단계(S60), (g) 설비요소별 요소정보를 입력받는 단계(S70), (h) 발전설비의 구조 및 관리정보에 대한 웹서버의 요청을 처리하는 단계(S80)로 나뉜다.

상기 (a)단계는 상기 통합관리시스템(30)이 3차원 레이저스캔 장비(15)로부터 발전설비의 3차원 점집합(points of clouds)을 입력받는 단계이다(S10). 특히, 상기 통합관리시스템(30)에서 입력되는 3차원 점집합은 위상편이(Phase shift)방식으로 측정된 3차원 좌표이다.

레이저스캔 장비(15)는 플랜트 설비를 레이저로 스캔하여 설비의 3차원 형상을 얻는 장비이다. 이러한 장비는 측정좌표에서 설비까지의 정확한 거리를 측정하여 설비의 상대 3차원 좌표를 얻는다. 바람직하게는, 레이저스캔 장비(15)는 단위측정이 미크론(~mm) 단위까지 가능하고, 초, 분단위로 신속하게 측정할 수 있고, 약 2~300m의 측정범위에서 원거리로 측정할 수 있는 산업계에 사용되는 고사양 장비를 이용한다.

이러한 레이저스캔 장비(15)는 설비의 실제 있는 형상을 그대로 취득할 수 있고, 비접속식으로 시설물 또는 설비의 형상에 대한 정보를 취득할 수 있다. 특히, 비접속식이므로, 대상물에 영향을 최소화하고 위험한 환경에도 사용이 가능하다.

레이저스캔 장비(15)로 시설물 또는 설비를 측정하는 원리를 도 4를 참조하여 설명한다. 플랜트 설비용으로 적용이 가능한 레이저 스캔 방식은 비행시간(Time of flight)방식과 위상편이(Phase shift)방식이 있다.

도 4a에서 보는 바와 같이, 비행시간(Time of flight)방식은 레이저의 이온의 비행시간을 이용하여 3차원 좌표 값을 획득한다. 레이저를 설비에 발사하면 레이저 이온이 설비에 닿아 반사된다. 이때, 반사되어 들어오는 이온의 비행시간을 계산하여, 관측자의 위치에서 설비간의 3차원 거리 값을 구한다.

3차원 거리값을 구하면, 레이저를 발사할 때의 3차원 상의 각도로부터 관측자의 위치좌표에 대한 상대좌표를 구할 수 있다. 도 4c와 같이, 설비가 감지되는 위치에 대한 3차원 상대좌표(포인트)를 구하여, 이를 좌표 상에 합쳐 놓으면 설비 의 형상이 나타남을 알 수 있다. 도 4c와 같은 3차원상의 포인트들을 3차원 점집합(Points of clouds)라고 말한다. 3차원 점집합의 각 점은 x, y, z축의 좌표 값을 가져 3차원 위치를 나타낸다.

비행시간(Time of flight)방식은 측정하는 방식은 간단하나, 측정 환경적 요인에 의해서 왜곡현상이 발생할 수 있다. 즉, 진동의 영향, 분진의 영향, 조도의 부족, 온도의 영향을 받는다.

도 4b와 같이, 위상편이(Phase shift)방식은 위상편이를 이용한 데이터 획득 방법이다. 즉, 레이저의 기존의 주파수 대역을 사용하여 위상편이를 시킨다. 캐리어 주파수(반송파)에 레이저스캔 장비(15)의 엔코더의 각도 및 레이저 발광 시간 등 여러 정보를 실어 시설물 또는 설비로 레이저를 발사하여 측정하여 측정한다.

위상편이(Phase shift)방식은 많은 정보를 사용함으로써 측정의 정밀도 및 측정시간을 단축할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 방식은 측정 속도 및 측정 환경적 요인에 대해서 강인성이 높아진다. 따라서 바람직하게는, 레이저스캔 장비(15)로 위상편이(Phase shift)방식을 사용하는 장비를 이용한다.

다시, 상기 (a)단계를 설명한다.

상기 (a)단계에서 입력받는 3차원 점집합은 앞서 설명한 바와 같이, 각 점에서의 3차원 좌표 값들이다. 3차원 좌표는 측정자의 측정위치에 대한 상대좌료 값일 수도 있고, 절대위치로 변환된 절대좌료 값일 수도 있다. 전자의 경우, 측정자(11)의 3차원 좌표를 함께 입력받는 것이 바람직하다.

상기 (b)단계는 통합관리시스템(30)이 다수의 시점에서 스캔한 상기 입력된 점집합을 하나의 시점에 대한 3차원 점집합으로 보정하여, 정합 점집합을 구성하는 단계이다(S20).

앞서 본 상기 (a)단계에서 입력받는 3차원 점집합은 대부분 상대좌표들이다. 즉, 측정자(11)가 측정하는 절대위치를 알 수 있는 방법이 없기 때문이다. 그런데, 측정자(11)는 한 군데에서만 측정을 하지 않는다. 발전설비 등 플랜트 설비는 상당히 크게 만들어지고 3차원이기 때문에 한 장소에 모든 것을 측정할 수 없다. 따라서 측정위치를 옮기게 된다.

이때, 3차원 점집합은 각각 측정위치가 다르다. 즉, 3차원 점집합은 다수의 시점에 대한 상대적인 좌표값들이다. 따라서 이들 다수의 시점의 상대적 좌표를 단일시점의 좌표값으로 변환해주어야 한다. 즉, 3차원 다시점 영상을 단일 시점으로 정합하는 기술을 이용하여 입력된 3차원 점집합을 정합한다. 예를 들면, 도 6a에서 4개의 3차원 점집합은 각각 다른 시점에서 측정된 값들임을 알 수 있다. 이를 하나의 시점으로 정합한 영상이 도 6b에 보여주고 있다. 상기 정합기술은 종래의 3차원 영상합성 기술을 이용하므로 구체적 설명은 생략한다.

이하에서, 상기 다수의 시점에 의한 3차원 점집합을 하나의 단일시점으로 변환한 것을 정합 점집합이라고 부르기로 한다.

상기 (c)단계는 통합관리시스템(30)이 상기 정합 점집합에서 노이즈(noise)를 제거하고, 3차원 형상을 복원하는 단계이다(S30).

레이저스캔 장비(15)를 통해 설비의 모든 형상을 측정할 수는 없다. 즉, 취득된 3차원 점집합은 사용자가 요구하는 특정 조건을 완벽하게 만족시키는 크기와 범위를 가진 자료로 측정되어 지지는 않는다. 앞서 설명한 측정환경에 따라 노이즈가 섞여있을 수 있다. 따라서 정합 점집합에서 불필요한 부분을 삭제할 필요가 있다. 또, 측정이 제대로 되지 않아 나타나지 않는 점들은 복원시켜 원래의 설비 형상을 최대한 그대로 복원한다.

상기 (d)단계는 통합관리시스템(30)이 상기 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화하여 맵핑하는 단계이다(S40). 특히, 상기 통합관리시스템(30)은 빛에 대한 반사율 차이를 이용하여 명암을 넣는 명암(intensity)에 의한 시각화 방식 또는 3차원 형상의 각 요소에 색채를 달리하는 색채(RGB)에 의한 시각화 방식을 적용한다.

3차원 형상을 2차원 영상인 화면에서 보여주기 위해서는 2차원 영상으로 맵핑하여야 한다. 이때, 2차원으로 맵핑하여 3차원으로 시각화하는 것이 바람직하다. 또, 3차원 형상은 복잡한 구조물로 구성된 설비이므로, 구조를 이해하기 쉽게 보여 주는 것이 바람직하다. 이를 위해, 명암(intensity)에 따른 시각화 방식과 색채(RGB)에 따른 시각화 방식이 있다.

도 7a에서 보는 바와 같이, 전자의 방식은 스캔된 설비의 빛에 대한 반사율 차이를 이용하여 명암을 넣어 3차원으로 시각화시키는 방식이다. 이때, 하나의 컬러 값 이용할 수 있다. 3차원 점집합의 밀도가 조밀하지 못할 경우에는 제대로 된 효과를 볼 수가 없다.

도 7b와 같이, 3차원 점집합을 2차원 이미지를 맵핑하여 색채(RGB)값을 넣어 표시한다. 구조에 따라 색채를 달리함으로써, 설비의 구조물을 보다 쉽게 인지할 수 있게 된다.

상기 (e)단계는 통합관리시스템(30)이 상기 복원된 3차원 형상에서 설비요소를 추출하여, 상기 3차원 형상을 설비요소별로 분리하는 단계이다(S50).

복원된 3차원 형상에서 설비요소를 추출하는 것은 2가지 방식에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 3차원 모델링 기법을 이용하여 3차원 형상에서 설비요소를 추출하거나, 설비의 설계도를 이용하여 3차원 형상에서 설비요소를 추출할 수 있다.

먼저, 전자의 경우, 3차원 모델링은 3차원 영상에서 기하학적 모양을 갖는 요소를 모델링하여 추출하는 방식이다. 예를 들면, 발전설비의 요소들은 파이프(원통), 면, 실린더, 구, 박스, 코너, 원뿔(cone), H빔(H-beam) 등의 기하학 모양을 정의하고, 3차원 영상에서 이 정의에 따른 구성요소들을 추출하는 방식이다. 이들 모양들은 규격화되고 단순한 형상 모델들이다.

후자의 경우, 발전설비를 만들 당시, 작성된 설계도면을 이용할 수 있다. 최근에 설계도면은 대부분 CAD로 작성되고, CAD의 도면은 3차원으로 형상화시키는 기능을 가지고 있다. 따라서 설계도에 따라 각 설비요소들의 형상에 대한 정보를 축적하고, 축적된 형상정보를 이용한다. 즉, 3차원 영상에서 축적된 설비요소의 형상과 유사한 요소를 추출한다. 이때, 영상으로부터 물체를 인식하는 종래의 기법을 이용한다.

복원된 3차원 점집합으로부터 설비요소를 추출한 결과가 도 8a와 도 8b에서 도시되고 있다.

상기 (f)단계는 통합관리시스템(30)이 상기 설비요소별로 도면을 작성하고, 설비요소별 도면을 통합하여 발전설비 도면을 작성하는 단계이다(S60).

앞서 본 바와 같이, 3차원 영상에서 각 설비요소를 추출하여 분리하면, 각 설비요소별로 도면을 작성한다. 3차원 모델링을 한 경우에는 기하학적 정보로부터 도면이 작성되고, 설계도면을 이용한 경우에는 설계도면의 데이터를 이용하여 보다 정확한 도면을 작성할 수 있다. 후자의 경우, 종래의 설계도면은 설비를 만들 당시의 예전 도면이라면, 작성되는 도면은 현상태(As-built)를 반영한 도면이다.

특히, 전자의 경우, 3차원 모델링에 의한 도면 작성은 형상에 대한 도면이다. 즉, 배관인 경우, 배관의 두께나 배관 내의 이음새 등 세부 설계 정보는 포함되지 않는다. 이런 정보는 설비 건축당시의 설계도면에 의하여 보완되어야 한다.

원래 플랜트 관리를 위한 P&ID(Piping And Instrumentation Diagram)도면도 전체 레이아웃을 간략하게 정리해놓은 도면이다. 따라서 형상에 대한 도면으로 충분하다. 바람직하게는, 설비요소에 대한 형상의 도면과 함께 설계도면을 연결하여, 사용자(12)가 원할 때, 설계도면을 볼 수 있도록 연동하여 구축한다.

상기 (g)단계는 통합관리시스템(30)이 상기 설비요소별 관리정보를 입력받는 단계이다(S70).

설비요소별 관리정보는 설비요소에 대한 설계도, 정비이력, 정비보고서, 매뉴얼 등을 포함한다. 즉, 설비요소를 관리하기 위한 제반 정보를 모두 포함할 수 있다.

상기 (h)단계는 통합관리시스템(30)이 발전설비의 구조 및 관리정보에 대한 웹서버의 요청을 처리하는 단계이다(S80).

앞서 본 바와 같이, 웹서버(50)는 사용자(12)에게 웹서비스에 의해 설비에 대한 정보를 제공한다. 웹서버(50)는 사용자(12)의 요청이 들어오면, 요청을 분석하여 필요한 데이터를 통합관리시스템(30)에 요청한다. 통합관리시스템(30)은 웹서버(50)의 요청을 받아 요청하는 데이터를 데이터베이스(40)로부터 가져와 웹서버(50)에 전송한다.

한편, 바람직하게는, 상기 통합관리시스템(30)은 요청된 데이터가 3차원 형상 데이터 또는 레이저스캔 데이터인 경우에는 웹서버(50)에서 사용되는 뷰어의 데이터 형식으로 전환하여 전송한다. 또 다른 바람직한 실시예는, 통합관리시스템(30)에서 3차원 형상 데이터 또는 레이저스캔 데이터를 그대로 전송하고, 웹서버(50)에서 수신된 데이터를 사용되는 뷰어의 데이터 형식으로 전환하여 사용자(12)에게 제공한다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 발전설비 등 플랜트의 유지보수를 관리하는 시스템에 적용이 가능하다. 특히, 본 발명은 레이저스캔 장비로 발전설비를 스캔하여 발전설비의 요소들을 현상태(As-built)로 유지하여 관리하고, 정비이력 등 관리정보를 통합하여 관리 하여, 이러한 정보를 웹상에서 제공하는 발전설비의 유지보수 관리시스템에 적용이 가능하다.

도 1은 종래의 발전설비 종합관리시스템의 화면을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통 합관리 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 이용되는 3차원 레이저스캔 장비의 원리를 설명하는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따라 3차원 레이저스캔 장비로 발전설비를 스캔하여 3차원 영상으로 복원한 결과의 일례를 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명에 따라 다시점에서 스캔한 3차원 점집합을 단일시점의 3차원 점집합으로 정합한 결과의 일례를 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따라 발전설비의 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화한 결과의 일례를 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따라 발전설비의 복원된 3차원 형상에서 설비요소를 추출하고 분리하여 표시한 결과의 일례를 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명에 따라 발전설비의 복원된 3차원 형상에서 2차원 도면 및 3차원 모델링을 한 결과의 일례를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 측정자 단말 12: 사용자 단말

13 : 인터넷 15 : 레이저스캔 장비

20 : 발전설비 30: 통합관리 시스템

40 : 데이터베이스 41 : 점집합DB

42 : 3D모델DB 43 : 도면DB

44 : 설비요소DB 50 : 웹서버

60 : 저장서버 65 : 백업DB

Claims

웹서버와 네트워크로 연결된 통합관리시스템을 이용하고, 3차원 레이저로 스캔한 발전설비의 점집합(points of clouds)으로부터 발전설비의 3차원 형상을 복원하고 설비요소를 분리하여, 설비정보를 상기 웹서버에 제공하는, 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법에 있어서,

(a) 상기 통합관리시스템이 설비의 3차원 점집합(points of clouds)을 입력받는 단계;

(b) 상기 통합관리시스템이 다수의 시점에서 스캔한 상기 입력된 점집합을 하나의 시점에 대한 3차원 점집합으로 보정하여, 정합 점집합을 구성하는 단계;

(c) 상기 통합관리시스템이 상기 정합 점집합에서 노이즈(noise)를 제거하고, 3차원 형상을 복원하는 단계;

(d) 상기 통합관리시스템이, 상기 복원된 3차원 형상을 입체감이 나타나는 2차원 영상으로 시각화하여 맵핑하는 단계;

(e) 상기 통합관리시스템이, 상기 복원된 3차원 형상에서 설비요소를 추출하여, 상기 3차원 형상을 설비요소별로 분리하는 단계;

(f) 상기 통합관리시스템이, 상기 설비요소별로 도면을 작성하고, 설비요소 별 도면을 통합하여 발전설비 도면을 작성하는 단계;

(g) 상기 통합관리시스템이, 상기 설비요소별 관리정보를 입력받는 단계;

(h) 상기 웹서버가 설비의 구조 또는 관리정보에 대한 요청을 받아, 상기 통합관리시스템으로 처리를 요구하고 처리된 결과를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (a)단계에서,

입력되는 3차원 점집합은 위상편이(Phase shift)방식으로 측정된 3차원 좌표인 것을 특징으로 하는 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (d)단계는,

빛에 대한 반사율 차이를 이용하여 명암을 넣는 명암(intensity)에 의한 시각화 방식 또는 3차원 형상의 각 요소에 색채를 달리하는 색채(RGB)에 의한 시각화 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (e)단계는,

상기 복원된 3차원 영상에서 기하학적 모양을 갖는 요소를 모델링하여 추출하거나, 작성된 설계도면에 따른 설비요소들의 형상에 대한 정보를 이용하여 설비요소를 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (g)단계는,

설비요소에 대한 설계도, 정비이력, 정비보고서, 매뉴얼 중 어느 하나 이상을 입력받는 것을 특징으로 하는 3차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항의 이동저장장치를 이용한 차원 레이저스캔 기술을 응용한 웹기반 발전설비 통합관리 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.