KR20100103928A - 구조물 변위 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조물 변위 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구조물 변위 측정 시스템은 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈을 구비하는 측정 모듈을 포함한다. 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈은 각각 레이저부, 스크린, 카메라를 구비한다. 각각의 레이저부에서 발사된 레이저 빔이 스크린에 투영되면, 카메라로 캡쳐해서 레이저 패턴의 좌표값을 획득한다. 획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 측정한다.
본 발명에 따르면, 듀얼 레이저 비전 시스템을 이용하여 장대 구조물의 정확한 변위를 알아낼 수 있다.
구조물 안전 진단, 구조물 변위, 레이저, 카메라, 스크린, 좌표값

Description

구조물 변위 측정 시스템 및 방법 {Structural displacement measurement system and method using thereof}
본 발명은 구조물 변위 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 제1 레이저부에 의해 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴과 제2 레이저부에 의해 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴의 좌표값을 이용해 구조물의 변위를 측정하는 것이다.
토목 또는 건축 구조물은 교통, 지진, 돌풍 등과 같은 외부 하중에 노출된다. 따라서 토목 또는 건축 구조물의 경우 합리적이고 정확한 설계ㅇ시공도 중요하지만, 구조물의 사용성을 최적의 상태로 유지하고 구조물의 수명을 연장시키기 위해서는 적절한 유지 관리 업무가 매우 중요하다. 특히 최근에 고층 빌딩과 긴 교량과 같은 장대 구조물이 증가함에 따라 구조물 안전 진단 시스템(Structural Health Monitoring System)의 중요성이 더욱 커졌다. 이러한 구조물 안전 진단 시스템은 교량, 건물 등과 같은 구조물의 동적 거동 상황을 측정, 분석 및 진단하여 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다. 구조물 안전 진단 시스템은 구조물 손상 식별 방법, 데이터 획득 및 전송 방법 등과 같은 많은 기술들을 필요로 한다.
통상적으로 구조물 안전 진단 시스템은 구조물의 변위를 측정하기 위해 경사 계, 가속도 센서, 스트레인 게이지, PZT 센서 등을 사용하였다. 변위의 측정은 매우 중요함에도 불구하고 구조물의 거대한 크기와 접근의 어려움 때문에 많이 연구되지 않았다. 변위 측정에 주로 사용된 방법 중 하나는 직선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer, LVDT), 하부에 안정적인 기준점(reference point)을 필요로 하는 접촉 형태의 센서를 사용하는 것이다. 그러나 이러한 접촉 형태의 센서는 하부에 외부에서 관측하는 기준점(reference point)을 필요로 하므로 실용적이지 않다. 따라서 비전(vision) 또는 레이저 기반의 이동 로봇을 이용하여 구조물의 변위를 측정할 수 있는 장치 및 방법의 필요성이 커지고 있다.
본 발명의 목적은 접촉 형태의 센서가 아닌 듀얼 레이저 비전 시스템(dual laser vision system)을 이용하여 장대 구조물의 정확한 변위를 알아낼 수 있는 구조물 변위 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템은 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈을 포함한다. 제1 측정 모듈은 제1 레이저부, 제1 스크린, 제1 카메라를 구비한다. 제2 측정 모듈은 제2 레이저부, 제2 스크린, 제2 카메라를 구비한다. 제1 및 제2 레이저부는 레이저 빔을 발사한다. 제1 레이저부에서 발사된 레이저 빔은 제2 스크린에 투영되고, 제2 레이부에서 발사된 레이저 빔은 제1 스크린에 투영된다. 제1 카메라는 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하고, 제2 카메라는 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐한다. 제1 카메라는 제1 스크린의 전방 또는 후방에 위치할 수 있고, 제2 카메라는 제2 스크린의 전방 또는 후방에 위치할 수 있다. 제1 카메라 또는 제2 카메라 중 적어도 하나는 로봇 팔(manipulator)을 이용하여 설치될 수 있다.
제1 레이저부와 제2 레이저부는 적어도 2개의 레이저 프로젝터를 구비할 수 있다. 제1 레이저부와 제2 레이저부 각각에 구비된 레이저 프로젝터에서 발사되는 레이저 빔은 서로 평행하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템은 제1 측정 모듈 및 제2 측정 모듈 중 적어도 하나는 레일 등과 같은 미리 정해진 경로를 따라 움직일 수 있다. 미리 정해진 경로는 레일이 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템은 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈을 복수개 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템은 복수 개의 측정 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 측정 모듈은 제1 레이저부, 제2 레이부, 양면 스크린, 제1 카메라, 제2 카메라를 포함한다. 제1 레이저부와 제2 레이저부는 서로 반대 방향으로 레이저 빔을 발사한다. 각각의 측정 모듈에 구비된 제1 레이저부와 제2 레이저부는 이웃하는 측정 모듈의 양면 스크린에 레이저 빔을 발사한다. 양면 스크린은 제1 스크린과 제2 스크린을 구비한다. 제1 카메라는 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐한다. 제2 카메라는 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐한다.
본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법은 제1 레이저부에서 제2 스크린으로 레이저 빔을 발사하며 제2 레이저부에서 제1 스크린으로 레이저 빔을 발사하는 단계, 제1 스크린과 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 카메라를 이용하여 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 레이저 패턴의 좌표값을 획득하는 단계 및 획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단하는 단계를 포함한다. 제1 레이저부와 제2 레이저부는 적어도 2개의 레이저 빔을 발사할 수 있다. 제1 측정 모듈 및 제2 측정 모듈 중 적어도 하나는 미리 정해진 경로를 따라 움직일 수 있다. 이러한 측정은 복수개의 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈을 이용하여 할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법은 제1 측정 모듈의 제1 레이저부에서 제2 측정 모듈의 제2 스크린으로 레이저 빔을 발사하며 제2 측정 모듈의 제2 레이저부에서 제1 측정 모듈의 제1 스크린으로 레이저 빔을 발사하는 단계, 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 제1 측정 모듈의 제1 카메라로 캡쳐하고 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 상기 제2 측정 모듈의 제2 카메라로 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 레이저 패턴의 좌표값을 획득하는 단계 및 획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단하는 단계를 포함한다. 제1 레이저부와 제2 레이저부는 적어도 2개의 레이저 빔을 발사할 수 있다. 제1 측정 모듈 및 제2 측정 모듈 중 적어도 하나는 미리 정해진 경로를 따라 움직일 수 있다. 이러한 측정은 복수개의 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈을 이용하여 할 수도 있다.
본 발명의 구조물 변위 측정 시스템 및 방법은 듀얼 레이저 비전 시스템을 이용하므로 외부에서 관측하는 기준점이 필요하지 않으며, 레이저 패턴의 좌표값을 이용하여 정확한 변위를 알아낼 수 있다. 따라서 고층 빌딩이나 긴 교량과 같은 장대 구조물의 변위를 접촉 센서를 사용하지 않고 용이하게 측정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구 성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템(100)은 제1 측정 모듈(110)과 제2 측정 모듈(160)을 포함한다. 제1 측정 모듈(110)은 제1 레이저부(120), 제1 스크린(130), 제1 카메라(140)를 구비한다. 제2 측정 모듈(160)은 제2 레이저부(170), 제2 스크린(180), 제2 카메라(190)를 구비한다. 본 발명의 다른 실시예에서는 구조물 변위 측정 시스템(100)이 제1 측정 모듈(110)과 제2 측정 모듈(160)을 복수 개 포함할 수도 있다. 제1 측정 모듈(110)과 제2 측정 모듈(160)은 로봇이 될 수 있다. 제1 측정 모듈(110)과 제2 측정 모듈(160)은 일정 거리만큼 떨어져 있다. 여기서 일정 거리는 구조물의 길이가 될 수 있다.
제1 레이저부(120)는 제2 스크린(180)을 향해 레이저 빔을 발사하고, 제2 스크린(180)에는 레이저 패턴이 투영된다. 본 실시예에서는 제1 레이저부(120)가 2개의 레이저 프로젝터(121)를 구비하고 있지만, 다른 실시예에서는 제1 레이저부(120)가 3개 이상의 레이저 프로젝터(121)를 구비할 수도 있다. 제1 레이저부(120)에 구비된 각각의 레이저 프로젝터(121)에서 발사되는 레이저 빔은 평행하다. 제2 스크린(160)에 투영되는 레이저 패턴의 수는 제1 레이저부(120)의 레이저 프로젝터(121)의 수에 따라 달라진다.
제2 레이저부(170)는 제1 스크린(130)을 향해 레이저 빔을 발사하고, 제1 스크린(230)에는 레이저 패턴이 투영된다. 본 실시예에서는 제2 레이저부(170)가 2개의 레이저 프로젝터(171)를 구비하고 있지만, 다른 실시예에서는 제2 레이저부(170)가 3개 이상의 레이저 프로젝터(171)를 구비할 수 있다. 각각의 레이저 프로젝터(171)에서 발사되는 레이저 빔은 평행하다. 제1 스크린(130)에 투영되는 레이저 패턴의 수는 제2 레이저부(170)의 레이저 프로젝터(171)의 수에 따라 달라진다.
제1 카메라(140)는 제1 스크린(130)에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐(capture)할 수 있다. 제2 카메라(190)는 제2 스크린(180)에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 카메라(140)는 제1 스크린(130)의 후방에 위치하고, 제2 카메라(190)는 제2 스크린(160)의 후방에 위치한다. 다른 실시예에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 카메라(240)는 제1 스크린(230)의 전방에 위치하고, 제2 카메라(290)는 제2 스크린(260)의 전방에 위치할 수 있다.
각각의 카메라(140, 190, 240, 290)가 근거리에 있는 스크린(130, 180, 230, 280)에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하므로, 고가의 고성능의 카메라가 아니어도 스크린(130, 180, 230, 280)에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐할 수 있다. 또한 원거리에 있는 스크린에서 캡쳐하는 것보다 캡쳐된 레이저 패턴이 선명하다. 다른 실시예에서는 카메라(140, 190, 240, 290)를 로봇 팔(manipulator)을 이용하여 설치 할 수 있다. 이 경우 시각적 검사(visual inspection)가 가능하다.
레이저 패턴을 캡쳐한 후, 레이저 패턴의 좌표값을 획득한다. 레이저 패턴의 좌표값을 획득하면, 이를 이용하여 구조물의 변위를 판단할 수 있다. 이를 구체적으로 도 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 획득된 데이터 m과 추정된 위치 p를 개념적으로 나타내는 도면이다.
본 실시예에서는 제1 레이저부와 제2 레이저부가 각각 2개의 레이저 프로젝터를 구비하고 있으므로, 제1 스크린과 제2 스크린에 각각 2개의 레이저 패턴이 생긴다. 각각의 스크린은 2차원이므로, 레이저 패턴에 대해 8개의 스칼라(scalar) 값을 획득할 수 있다. 획득된 값을 이용하여 상대 변위, 즉 x축, y축, z축에 대한 이동
Figure 112009015592139-PAT00001
와 회전각
Figure 112009015592139-PAT00002
를 추정할 수 있다. 기구학(kinematics)은 획득된 데이터
Figure 112009015592139-PAT00003
와 추정된 위치
Figure 112009015592139-PAT00004
사이의 기하학적인 관계를 정의한다. 여기서
Figure 112009015592139-PAT00005
와
Figure 112009015592139-PAT00006
는 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴이고,
Figure 112009015592139-PAT00007
와
Figure 112009015592139-PAT00008
는 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴이다. 기구학 방정식을 유도하기 위해서, 변환 행렬(transformation matrix)
Figure 112009015592139-PAT00009
와
Figure 112009015592139-PAT00010
가 사용될 수 있다. 변환 행렬은 다음과 같다.
Figure 112009015592139-PAT00011
Figure 112009015592139-PAT00012
Figure 112009015592139-PAT00013
는
Figure 112009015592139-PAT00014
와
Figure 112009015592139-PAT00015
사이의 다음과 같은 관계에 의해 구할 수 있다.
Figure 112009015592139-PAT00016
여기서
Figure 112009015592139-PAT00017
는
Figure 112009015592139-PAT00018
의 회전 행렬(ratation matrix)이고,
Figure 112009015592139-PAT00019
는
Figure 112009015592139-PAT00020
의 전달 행렬(translation matrix)이다. 변환 행렬
Figure 112009015592139-PAT00021
와
Figure 112009015592139-PAT00022
를 사용하여 몇 단계의 수학적 과정을 거치면, 기구학 방정식을 얻을 수 있다.
각각의 스크린에서,
Figure 112009015592139-PAT00023
와
Figure 112009015592139-PAT00024
를 투영하는 제1 레이저 프로젝터는 원점에서 y축 방향으로
Figure 112009015592139-PAT00025
만큼 떨어져서 설치되고,
Figure 112009015592139-PAT00026
와
Figure 112009015592139-PAT00027
를 투영하는 제2 레이저 프로젝터는 제1 레이저 프로젝터로부터
Figure 112009015592139-PAT00028
만큼 떨어져서 설치된다. 만약, B로부터 제1 스크린에 투영된 제1 레이저를 고려한다면, 스크린 좌표
Figure 112009015592139-PAT00029
는 다음과 같다.
Figure 112009015592139-PAT00030
여기서
Figure 112009015592139-PAT00031
은 레이저 B로부터 제1 스크린까지의 거리이다. 제1 스크린에서 z=0 이므로,
Figure 112009015592139-PAT00032
벡터의 z 성분을 0으로 하여
Figure 112009015592139-PAT00033
을 구할 수 있다. 구한
Figure 112009015592139-PAT00034
을 대입하여, 투영된 레이저 빔의 실제 스크린 좌표
Figure 112009015592139-PAT00035
를 구할 수 있다. 제2 레이저는 y축 방향으로
Figure 112009015592139-PAT00036
만큼 떨어져서 설치되므로, 스크린 좌표
Figure 112009015592139-PAT00037
는 다음과 같은 식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112009015592139-PAT00038
또한
Figure 112009015592139-PAT00039
의 z 성분을 0으로 하여
Figure 112009015592139-PAT00040
를 구할 수 있다.
Figure 112009015592139-PAT00041
를 대입하여, 투영된 레이저 빔의 실제 스크린 좌표
Figure 112009015592139-PAT00042
를 구할 수 있다. 유사한 방법으로,
Figure 112009015592139-PAT00043
와
Figure 112009015592139-PAT00044
를 구하면 다음과 같다.
Figure 112009015592139-PAT00045
이와 같이 구한 값을 대입하면, 기구학 방정식 M을 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112009015592139-PAT00046
최대 경사법(steepest descent method)을 사용하면, 추정된 위치 p는 다음과 같다.
Figure 112009015592139-PAT00047
여기서
Figure 112009015592139-PAT00048
이고,
Figure 112009015592139-PAT00049
는 Jacobian의 pseudo-inverse 이다.
레이저 패턴의 좌표값을 이용하여 상대 변위를 판단하는 방법은 본 실시예에서 설명하고 있는 방법과 다른 방법이 사용될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템은 레이저 패턴의 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단하기 위한 데이터 처리부를 구비할 수 있다.
만약 측정에 불확실성이 존재한다면, 추정된 위치 p를 구하기 위해 확장형 칼만 필터(Extended Kalman Filter)를 사용할 수 있다. 짧은 시간적 간격(interval)에서 p의 상태는 정지되므로, 시스템 함수는 단위 행렬(identity matrix)이다. 칼만 필터의 예측(prediction) 단계에서, 상태 예측
Figure 112009015592139-PAT00050
와 측정
Figure 112009015592139-PAT00051
은 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112009015592139-PAT00052
여기서 P는 상태의 에러 공분산 행렬(error covariance matrix)이고, Q는 시스템 노이즈의 공분산 행렬(covariance matrix)이고, M은 기구학 방정식이다.
Figure 112009015592139-PAT00053
는 선험적인(a priori) 예측을 의미하고,
Figure 112009015592139-PAT00054
은 귀납적인(a posteriori) 예측을 의미한다.
칼만 필터의 관찰 단계에서, 다음과 같은 방정식이 적용된다.
Figure 112009015592139-PAT00055
여기서 R은 측정 노이즈의 공분산 행렬이다.
마지막으로, 칼만 필터의 업데이트 단계를 적용하여 다음과 같은 귀납적인 결과를 얻을 수 있다.
Figure 112009015592139-PAT00056
확장형 칼만 필터의 장점은 에러 공분산을 예측할 수 있다는 것이다. 그러므로 에러의 확대를 추정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템이 레일을 따라 움직이는 것을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템의 제1 측정 모듈(310)과 제2 측정 모듈(360)은 레일(400)을 따라 움직일 수 있다. 레일(400)은 교량(500)과 같은 긴 구조물을 따라 설치될 수 있다. 제1 측정 모듈(310)과 제2 측정 모듈(360)이 레일(400)을 따라 이동하는 경우 긴 구조물을 보다 효과적으로 측정할 수 있다. 다른 실시예에서는 구조물 측정 변형 시스템이 제1 측정 모듈(310)과 제2 측정 모듈(360)을 복수개 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 개의 측정 모듈을 구비하는 구조물 변위 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 측정 변형 시스템은 측정 모듈(510a, 510b, 510c)을 복수 개 포함할 수 있다. 각각의 측정 모듈(510a, 510b, 510c)은 제1 레이저부(520a, 520b, 520c), 제2 레이저부((530b, 530c), 양면 스크린(540a, 540b, 540c), 제1 카메라(550a, 550b, 550c), 제2 카메라(560b, 560c)를 구비한다. 제1 레이저부(520a, 520b, 520c)와 제2 레이저부((530b, 530c)는 서로 반대 방향으로 레이저 빔을 발사한다. 각각의 레이저부에서 발사되는 레이저 빔은 이웃하는 측정 모듈의 양면 스크린 중 어느 한 면에 투영된다. 양면 스크린은 각각 제1 스크린과 제2 스크린을 포함한다. 이와 같은 양면 스크린을 사용하는 경우 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 제1 카메라(550a, 550b, 550c)와 제2 카메라(560b, 560c)는 각각 양면 스크린 중 어느 한 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법은 제1 레이저부에서 제2 스크린으로 레이저 빔을 발사하며, 제2 레이저부에서 제1 스크린으로 레이저 빔을 발사한다(S610). 제1 레이저부와 제2 레이저부는 적어도 2개의 레이저 빔을 발사할 수 있다. 이 때 제1 레이저부에서 발사되는 레이저 빔은 서로 평행하고, 제2 레이저부에서 발사되는 레이저 빔은 서로 평행하다. 제1 스크린과 제2 스크린에는 레이저 패턴이 투영된다.
각각의 스크린에 투영된 레이저 패턴은 카메라를 이용하여 캡쳐할 수 있다(S620). 레이저 패턴 캡쳐는 하나의 카메라로 할 수도 있고, 2개의 카메라로 할 수도 있다. 2개의 카메라가 사용되는 경우, 각각의 카메라는 캡쳐하고자 하는 스크린의 전방 또는 후방에 설치될 수 있다.
레이저 패턴의 이미지가 캡쳐되면, 캡쳐된 이미지로부터 레이저 패턴의 좌표값을 획득한다(S630). 이 후 획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단할 수 있다(S640). 획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단을 위해서는 여러 가지 방법이 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법은 우선 제1 측정 모듈의 제1 레이저부에서 제2 측정 모듈의 제2 스크린으로 레이저 빔을 발사하며, 제2 측정 모듈의 제2 레이저부에서 제1 측정 모듈의 제1 스크린으로 레이저 빔을 발사한다(S710). 제1 레이저부와 제2 레이저부는 적어도 2개의 레이저 빔을 발사할 수 있다. 이 때 제1 레이저부에서 발사되는 레이저 빔은 서 로 평행하고, 제2 레이저부에서 발사되는 레이저 빔은 서로 평행하다. 제1 스크린과 제2 스크린에는 레이저 패턴이 투영된다. 제1 측정 모듈 및 제2 측정 모듈 중 적어도 하나는 미리 정해진 경로를 따라 움직일 수 있다. 미리 정해진 경로는 레일 될 수 있다. 다른 실시예에서는 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈이 복수개일 수 있다. 각각의 제1 측정 모듈과 제2 측정 모듈은 레일의 정해진 구간을 따라 이동하면서 구조물의 변위를 측정할 수 있다.
다음으로, 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 제1 측정 모듈의 제1 카메라로 캡쳐하고, 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 제2 측정 모듈의 제2 카메라로 캡쳐한다(S720). 각각의 카메라는 캡쳐하고자 하는 스크린의 전방 또는 후방에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 각각의 카메라가 자신이 포함된 측정 모듈에 구비된 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하므로, 고가의 고성능의 카메라가 아니어도 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐할 수 있다. 또한 원거리에 있는 스크린에서 캡쳐하는 것보다 선명하게 레이저 패턴을 캡쳐할 수 있다.
레이저 패턴을 캡쳐한 후, 캡쳐된 레이저 패턴의 좌표값을 획득하고(S630), 획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단한다(S640).
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
시뮬레이션에서
Figure 112009015592139-PAT00057
에 대한 참값(true value)은 (0.01, -1.02, 100, 0.001, -0.002, 0.003)으로 설정하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 추정된 값은 참값으로 매우 빠르게 수렴한다는 것을 알 수 있다. 단지 6번의 반복(iteration) 후에 수렴한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 도면.
도 3은 획득된 데이터 m과 추정된 위치 p를 개념적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템이 레일을 따라 움직이는 것을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 개의 측정 모듈을 구비하는 구조물 변위 측정 시스템을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법을 나타내는 순서도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법을 나타내는 순서도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

Claims (14)

  1. 레이저 빔을 발사하는 제1 레이저부와, 레이저 빔이 투영되는 제1 스크린과, 상기 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하는 제1 카메라를 구비하는 제1 측정 모듈; 및
    레이저 빔을 발사하는 제2 레이저부와, 레이저 빔이 투영되는 제2 스크린과, 상기 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하는 제2 카메라를 구비하는 제2 측정 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 레이저부에서 발사된 레이저 빔은 상기 제2 스크린에 투영되고, 상기 제2 레이부에서 발사된 레이저 빔은 상기 제1 스크린에 투영되는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  2. 레이저 빔을 발사하는 제1 레이저부와, 레이저 빔이 투영되는 제1 스크린과, 상기 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하는 제1 카메라를 구비하는 제1 측정 모듈; 및
    레이저 빔을 발사하는 제2 레이저부와, 레이저 빔이 투영되는 제2 스크린과, 상기 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하는 제2 카메라를 구비하는 제2 측정 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 레이저부에서 발사된 레이저 빔은 상기 제2 스크린에 투영되고, 상 기 제2 레이부에서 발사된 레이저 빔은 상기 제1 스크린에 투영되며,
    상기 제1 측정 모듈 및 상기 제2 측정 모듈 중 적어도 하나는 미리 정해진 경로를 따라 움직이는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미리 정해진 경로는 레일인 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 카메라는 상기 제1 스크린의 전방 또는 후방에 위치하고,
    상기 제2 카메라는 상기 제2 스크린의 전방 또는 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저부와 상기 제2 레이저부는 각각 적어도 2개의 레이저 프로젝터를 구비하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 레이저부와 상기 제2 레이저부 각각에 구비된 레이저 프로젝터에서 발사되는 레이저 빔은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 카메라 또는 제2 카메라 중 적어도 하나는 로봇 팔(manipulator)을 이용하여 설치되는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 측정 모듈과 상기 제2 측정 모듈은 복수개인 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  9. 서로 반대 방향으로 레이저 빔을 발사하는 제1 레이저부와 제2 레이저부와, 레이저 빔이 투영되는 제1 스크린과 제2 스크린을 구비하는 양면 스크린과, 상기 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하는 제1 카메라와 상기 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 캡쳐하는 제2 카메라를 구비하는 측정 모듈을 복수 개 포함하 며,
    각각의 측정 모듈에 구비된 상기 제1 레이저부와 상기 제2 레이저부는 이웃하는 측정 모듈의 양면 스크린에 레이저 빔을 발사하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  10. 제1 레이저부에서 제2 스크린으로 레이저 빔을 발사하며, 제2 레이저부에서 제1 스크린으로 레이저 빔을 발사하는 단계;
    상기 제1 스크린과 상기 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 카메라를 이용하여 캡쳐하는 단계;
    상기 캡쳐된 레이저 패턴의 좌표값을 획득하는 단계; 및
    획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.
  11. 제1 측정 모듈의 제1 레이저부에서 제2 측정 모듈의 제2 스크린으로 레이저 빔을 발사하며, 상기 제2 측정 모듈의 제2 레이저부에서 상기 제1 측정 모듈의 제1 스크린으로 레이저 빔을 발사하는 단계;
    상기 제1 스크린에 투영된 레이저 패턴을 상기 제1 측정 모듈의 제1 카메라로 캡쳐하고, 상기 제2 스크린에 투영된 레이저 패턴을 상기 제2 측정 모듈의 제2 카메라로 캡쳐하는 단계;
    상기 캡쳐된 레이저 패턴의 좌표값을 획득하는 단계; 및
    획득된 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 레이저부와 상기 제2 레이저부는 적어도 2개의 레이저 빔을 발사하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 측정 모듈 및 상기 제2 측정 모듈 중 적어도 하나는 미리 정해진 경로를 따라 움직이는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 측정 모듈과 상기 제2 측정 모듈은 복수개인 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.
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