KR20130137463A - Opto-laser tunnel scanning system for generating 3-dimensional tunnel modelling, and dada processing method for the same - Google Patents

Opto-laser tunnel scanning system for generating 3-dimensional tunnel modelling, and dada processing method for the same Download PDF

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KR20130137463A KR1020120061105A KR20120061105A KR20130137463A KR 20130137463 A KR20130137463 A KR 20130137463A KR 1020120061105 A KR1020120061105 A KR 1020120061105A KR 20120061105 A KR20120061105 A KR 20120061105A KR 20130137463 A KR20130137463 A KR 20130137463A
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Abstract

Provided in the present invention, as a mobile automatic detecting technology on a tunnel and a facility, are an opto-laser tunnel scanning system for generating a three dimensional tunnel modeling and a data processing method thereof in order to match scan data, detected from a laser scanner, with image data captured by an image capturing device. The present invention can construct make stable the opto-laser tunnel scanning system by enhancing the performance of a rail guided vehicle (RGV), can enhance a data matching process between the scanner data and the image data by improving the detection algorithm performance for tracking a crack or a symptom and improving the performance of an operating program in accordance with an SDK application for a three dimensional rendering, can extend a connectivity to a unified tunnel maintaining system by changing a geometric space map (GSM) database configuration based on the Oracle and systematizing the database for a time series analysis on the crack or the symptom, and can connect or extend a unified operating program to existing design or construction data by generating a CAD file, made of coordinate data, on the image matching data, merging the CAD file with template data, and generating the 3ds Max file on the three dimensional rendering data. [Reference numerals] (100) Opto-laser tunnel scanning system;(110) Rail guided vehicle (RGV);(120) Laser scanner;(130) Image capturing device (camera);(141) Laser scanner driver;(142) Image capturing driver;(150) Controller;(151) Laser scanner controller;(152) Image capturing controller;(160) Data matching part;(180) Data processing & analyzing part;(190) Integrated operating program;(200) Tunnel integration maintenance system;(AA) Link

Description

3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법 {OPTO-LASER TUNNEL SCANNING SYSTEM FOR GENERATING 3-DIMENSIONAL TUNNEL MODELLING, AND DADA PROCESSING METHOD FOR THE SAME}[0001] OPTO-LASER TUNNEL SCANNING SYSTEM AND DATA PROCESSING METHOD THEREOF [0002] OPTO-LASER TUNNEL SCANNING SYSTEM FOR GENERATING [0003] 3-DIMENSIONAL TUNNEL MODELING, AND DADA PROCESSING METHOD FOR THE SAME [

본 발명은 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 터널 및 시설물에 대한 이동식 자동검측 기술로서, 3차원 터널 모델 생성을 위하여 레이저 스캐너로 검측한 스캔 데이터와 영상 촬영장치로 촬영한 영상 데이터를 정합하는, 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저(Opto-Laser) 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an opto-laser tunnel scanning system, and more particularly, to a mobile automatic inspection technique for a tunnel and a facility, which comprises scanning data scanned by a laser scanner and image The present invention relates to an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model for matching data, and a data processing method thereof.

터널 시설물의 증가와 대형화, 장대화 추세에 따라 안전점검과 진단의 필요성 및 수요의 지속적 상승이 예상되지만, 현재와 같이 인력에 의한 육안검사로는 한계가 있으며, 또한, 매립식 계측센서 방식의 유지보수 체계는 터널의 중장기 거동을 감시하는 것과 터널의 콘크리트 라이닝의 변상, 박리와 같이 통행에 즉각적인 영향을 줄 수 있는 요인을 파악하는데 한계가 있다.The need for safety inspection and diagnosis and the continuous increase of demand are expected according to the increase of the tunnel facilities, the enlargement of the tunnel facilities, and the tendency to intensify. However, there is a limit to the visual inspection by manpower as in the present, The maintenance system has limitations in monitoring the mid- to long-term behavior of tunnels and in identifying the factors that can have an immediate impact on the passage, such as the compensation and removal of concrete lining in tunnels.

이에 따라, 차량, 기차, 지하철 등이 운행되는 터널을 스캐닝하기 위해서 영상을 활용한 방법과 레이저를 활용한 방법이 사용되고 있다. 이때, 영상촬영에 의한 영상을 활용한 방법은 터널의 크기 및 형상에 적합한 조명 설비를 설치하고, 일정한 속도로 터널 라이닝 벽면을 라인카메라 또는 비디오카메라로 촬영하는 방식으로 구현된다. 또한, 레이저를 활용한 방법의 경우, 스캐너에 의한 스캐닝 결과를 통해 터널의 상태를 확인할 수 있다.Accordingly, a method using an image and a method using a laser are used to scan a tunnel in which a vehicle, a train, a subway, and the like are operated. In this case, the method using the image by the image shooting is implemented by installing lighting equipment suitable for the size and shape of the tunnel and photographing the wall surface of the tunnel lining at a constant speed by using a line camera or a video camera. In addition, in the case of using the laser, the state of the tunnel can be confirmed through the scanning result by the scanner.

도 1은 종래의 기술에 따른 터널 스캐닝 및 측정 결과를 개략적으로 나타낸 사진 및 측정도이다.1 is a photograph and a measurement view schematically showing tunnel scanning and measurement results according to a conventional technique.

도 1의 a)는 영상장비를 이용하여 터널을 스캐닝하는 상태를 개략적으로 나타낸 사진이고, 도 1의 b)는 영상장비에 의해 스캐닝된 측정결과를 나타낸 영상이다. 이와 같이, 영상을 활용하여 터널을 스캐닝할 경우에는 사전에 조명의 설치 등의 작업이 요구되므로 작업성이 떨어지며, 터널 전체 단면을 스캐닝해야 함에 따라 판독할 데이터의 양이 상당히 많다는 문제점이 있다.FIG. 1 (a) is a photograph schematically showing a state of scanning a tunnel using image equipment, and FIG. 1 (b) is an image showing a measurement result scanned by an image equipment. In this way, when scanning a tunnel using an image, work such as installation of illumination is required in advance, and workability is low, and there is a problem that the amount of data to be read is considerably large due to scanning the entire cross section of the tunnel.

도 1의 c)는 지하철 터널을 나타낸 것이고, 도 1의 d)는 레이저로 스캐닝된 결과를 나타낸 데이터이다. 이와 같이 레이저를 활용한 스캐닝의 경우, 레이저 자체의 정밀도에 결과가 좌우된다. 또한, 레이저 데이터의 경우, 정밀도는 다소 떨어지지만 터널의 내공변위 측정 및 건축한계선 확인에 적용이 가능하며, 반사강도의 터널의 형상적 특성을 이용하여 라이닝 표면상에서 이상 개소가 위치하는 지점을 찾아낼 수 있다. 그러나 터널 상에 위치하고 있는 미세 크랙에 대한 검측은 레이저에 의한 스캐닝으로는 한계가 있다는 문제점이 있다.Fig. 1 (c) shows the subway tunnel, and Fig. 1 (d) shows the result of laser scanning. In the case of laser scanning, the result depends on the precision of the laser itself. In the case of laser data, although the accuracy is somewhat lower, it can be applied to the measurement of the internal displacement of the tunnel and the confirmation of the building limit line. Using the shape characteristic of the tunnel of reflection intensity, . However, there is a problem that the detection of fine cracks located in the tunnel is limited by laser scanning.

전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허 출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-898061호에는 "하이브리드 터널 스캐닝 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.As a prior art for solving the above-mentioned problems, Korean Patent No. 10-898061, filed and registered by the applicant of the present invention, discloses an invention entitled "hybrid tunnel scanning device & .

도 2는 종래의 기술에 따른 하이브리드 터널 스캐닝 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a conventional hybrid tunnel scanning apparatus.

도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 하이브리드 터널 스캐닝 시스템(10)은 레이저 스캐너(11), 영상 취득장치(12), 영상 취득장치 구동부(13) 및 자주식 대차(14)를 포함한다.2, a conventional hybrid tunnel scanning system 10 includes a laser scanner 11, an image acquisition device 12, an image acquisition device driver 13, and a self propelled truck 14.

레이저 스캐너(11)는 터널의 라이닝 및 시설물 등 터널 내부에 대한 스캐닝을 일차적으로 수행하기 위한 것으로서, 자주식 대차(14)의 이동방향 전방부에 장착된다.The laser scanner 11 is primarily used for scanning the inside of tunnels, such as lining of tunnels and facilities, and is mounted on the front of the self-propelled truck 14 in the moving direction.

영상 취득장치(12)는 레이저 스캐너(11)에 의한 1차 스캐닝 이후, 터널 내부의 결함을 2차로 스캐닝하여 영상 데이터를 얻기 위한 것으로, 영상 취득장치 구동부(13)에 의해 이동될 수 있도록 자주식 대차(14)에 장착된다. 또한, 영상 취득장치(12)는 레이저 스캐닝 이후에 2차로 스캐닝을 하기 위한 것으로 자주식 대차(14)의 이동 방향에 대하여 레이저 스캐너(11)의 후방으로 장착되고, 국부 개소의 영상촬영뿐만 아니라, 여러 개소에 대한 촬영 및 측정을 위해 여러 대의 카메라가 장착된다.The image acquisition device 12 is for acquiring image data by scanning the defects in the tunnel two times after the primary scanning by the laser scanner 11. The image acquisition device 12 includes a self- (14). The image acquisition device 12 is for performing a secondary scanning after the laser scanning and is mounted to the rear of the laser scanner 11 with respect to the moving direction of the self propelling truck 14, Several cameras are installed for shooting and measuring the spot.

또한, 레이저 스캐너 및 영상 취득장치로부터 획득된 데이터를 처리 및 분석하는 중앙처리장치를 포함하고, 상기 중앙처리장치는 레이저 스캐너에 의해 측정된 데이터를 통해 촬영개소 특성 및 좌표를 추출하는 레이저 스캐너 제어부 및 영상 취득장치에 의해 획득된 영상데이터를 통해 국부영상을 획득하는 영상 취득장치 제어부를 포함한다.And a central processing unit for processing and analyzing the data obtained from the laser scanner and the image capturing apparatus, wherein the central processing unit comprises a laser scanner control unit for extracting the photographing point characteristics and coordinates through the data measured by the laser scanner, And an image acquisition device control unit for acquiring a local image through the image data acquired by the image acquisition device.

종래의 기술에 따른 하이브리드 터널 스캐닝 장치에 따르면, 레이저 스캐닝에 의하여 터널 내부를 일차적으로 스캐닝하고, 이에 따른 추출 데이터를 통해 결함부위 및 추가 촬영요부를 영상 취득장치를 통해 촬영하여 영상 데이터를 획득함으로써, 보다 빠르고 정확한 터널내의 스캐닝이 가능하다.According to the conventional hybrid tunnel scanning apparatus, the inside of the tunnel is first scanned by the laser scanning, and the defective part and the additional photographing main part are photographed through the extraction data to obtain the image data, Scanning within the tunnel is faster and more accurate.

그러나 종래의 기술에 따른 하이브리드 터널 스캐닝 장치의 경우, 자주식 대차(RGV)가 경사면 등에서 정속 주행 성능이 떨어지고, 크랙 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘의 성능이 떨어진다는 문제점이 있었다.However, in the hybrid tunnel scanning apparatus according to the related art, there is a problem that the performance of the detection algorithm for tracking cracks and anomalous indications is deteriorated because the constant-speed running performance of the self-propelled truck (RGV)

1) 대한민국 등록특허번호 제10-925724호(출원일: 2007년 2월 22일), 발명의 명칭: "레이저 스캔 데이터를 이용한 시설물 검측 장치 및 그 방법과 그를 이용한 터널 관리 시스템 및 그 방법"1) Korean Patent No. 10-925724 filed on Feb. 22, 2007, entitled " Apparatus for Detecting Facility Using Laser Scan Data, Method Therefor, and Tunnel Management System Using the Method & 2) 대한민국 등록특허번호 제10-640000호(출원일: 2006년 8월 4일), 발명의 명칭: "레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법"2) Korean Registered Patent No. 10-640000 (Filing Date: August 4, 2006), entitled "Method of measuring inner surface of tunnel by laser scanning" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-1097119호(출원일: 2009년 7월 20일), 발명의 명칭: "비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법"3) Korean Registered Patent No. 10-1097119 (filed on July 20, 2009), entitled "Method of inspecting the inner surface of a tunnel of a vision sensor system" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-898061호(출원일: 2007년 5월 25일), 발명의 명칭: "하이브리드 터널 스캐닝 장치"4) Korean Registered Patent No. 10-898061 filed on May 25, 2007, entitled "Hybrid Tunnel Scanning Device" 5) 일본 공개특허번호 제2004-53293호(공개일: 2004년 2월 19일), 발명의 명칭: "표면검사장치"5) Japanese Laid-Open Patent No. 2004-53293 (Publication Date: Feb. 19, 2004), entitled "Surface Inspection Apparatus" 6) 대한민국 등록특허번호 제10-457245호(출원일: 2001년 6월 15일), 발명의 명칭: "터널 유지 관리 자동 계측 분석 방법"6) Korean Registered Patent No. 10-457245 (Filing Date: June 15, 2001), entitled "Automatic Measurement Analysis Method for Tunnel Maintenance" 7) 일본 공개특허번호 제1997-284749호(공개일: 1997년 10월 31일), 발명의 명칭: "터널내 벽면의 촬영방법 및 이를 이용한 촬영장치"7) Japanese Laid-Open Patent No. 1997-284749 (Publication Date: October 31, 1997), entitled " Method of photographing a wall in a tunnel and photographing device using the same "

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자주식 대차(RGV)의 성능 개선을 통해 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템을 안정화시키고 현장 적용에 따른 성능평가 체계를 구축할 수 있는, 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a three-dimensional (3D) image display system capable of stabilizing an opto- laser tunnel scanning system by improving the performance of an RGV, To provide an opto-laser tunnel scanning system for generating a tunnel model and a data processing method thereof.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 크랙 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘 성능을 개선하고, 3차원 렌더링을 위한 SDK 적용에 따른 운영 프로그램 성능을 개선함으로써, 스캐너 데이터와 영상 데이터간의 데이터 정합 프로세스를 향상시킬 수 있는, 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to improve the performance of a detection algorithm for tracking cracks and anomalous indications and to improve the performance of an operating program according to application of an SDK for 3D rendering to achieve a data matching process between scanner data and image data And to provide an opto-laser tunnel scanning system and a data processing method thereof for generating a three-dimensional tunnel model.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 오라클(Oracle) 기반의 기하공간지도(GSM) 데이터베이스 구성을 변경하고, 크랙 및 이상 징후에 대한 시계열 분석을 위한 데이터베이스를 체계화함으로써, 터널 통합유지 관리체계와의 연계성을 확대할 수 있는, 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a tunnel integrated maintenance system and a tunnel maintenance management system by changing the configuration of an Oracle based Geospatial Map (GSM) database and organizing a database for time series analysis of cracks and anomalies The present invention provides an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model and a data processing method thereof.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하고 템플릿 데이터와 병합하며, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일을 생성함으로써, 통합운영 프로그램을 기존의 설계 및 시공 데이터와의 연계 및 확장시킬 수 있는, 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer readable medium storing a computer readable recording medium having embodied thereon a computer readable recording medium having embodied thereon a computer readable recording medium having embodied thereon a computer readable recording medium having embodied thereon, The present invention provides an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model capable of linking and extending with design and construction data, and a data processing method thereof.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 레이저 스캐너 및 영상 촬영장치가 탑재되는 프레임 바디 형태의 자주식 대차(RGV); 상기 자주식 대차(RGV)가 이동하는 동안 터널 내부를 검측하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득하는 레이저 스캐너; 상기 레이저 스캐너를 제어하며, 상기 레이저 스캐너로부터 획득된 스캔 데이터를 수신하는 레이저 스캐너 제어부; 터널 내부를 촬영하는 영상 촬영장치; 상기 영상 촬영장치를 구동하는 영상 촬영장치 구동부; 상기 영상 촬영장치를 제어하며, 상기 영상 촬영장치로부터 촬영된 영상 데이터를 수신하는 영상 촬영장치 제어부; 상기 레이저 스캐너를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 상기 영상 촬영장치를 이용하여 획득한 이종의 영상 데이터를 이용하여 측정구간 전체에 대한 하나의 정합된 옵토-레이저 데이터를 생성하고, 기하공간지도(GSM) 데이터베이스에 따라 레이저 스캔 데이터를 재구성하는 데이터 정합부; 및 상기 데이터 정합부에서 정합된 옵토-레이저 데이터를 처리 및 분석하는 데이터 처리 및 분석부를 포함하되, 상기 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링을 진행하여 3차원 터널 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model, comprising: a body frame type RGV equipped with a laser scanner and a photographing device; A laser scanner for detecting the interior of the tunnel while the RGV is moving to acquire three-dimensional coordinate data of the tunnel; A laser scanner controller for controlling the laser scanner and receiving scan data obtained from the laser scanner; A video photographing device for photographing the interior of the tunnel; A photographing apparatus driving unit for driving the image photographing apparatus; A video photographing device control unit for controlling the video photographing device and receiving video data photographed by the video photographing device; Using the laser scan data acquired by using the laser scanner and the heterogeneous image data obtained by using the imaging apparatus, one matched opto-laser data of the entire measurement section is generated and a geometric spatial map (GSM) is generated. A data matching unit for reconstructing laser scan data according to a database; And a data processing and analyzing unit for processing and analyzing the opto-laser data matched by the data matching unit. After the correction processing for each of the laser scan data and the image data is performed, matching data is formed to perform 3D rendering Thereby generating a three-dimensional tunnel model.

여기서, 상기 레이저 스캐너는 상기 자주식 대차(RGV)가 이동하는 동안 360ㅀ로 회전하는 스캐닝 미러를 이용하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다.Here, the laser scanner is characterized in that to obtain three-dimensional coordinate data for the tunnel by using a scanning mirror that rotates 360 ° while the self-propelled bogie (RGV) is moving.

여기서, 상기 자주식 대차는 배터리로 구동되고, 이중 서스펜션-기반의 구동축이 적용되어 저진동 자율 주행하는 것을 특징으로 한다.Here, the self-propelled truck is driven by a battery, and a double suspension-based drive shaft is applied to perform low-vibration self-running.

여기서, 상기 자주식 대차는 경사면을 포함하는 터널 구간에서의 정속 주행시 1㎝/sec 이하의 속도 정밀도를 확보하고, 출발시 3초 이내에 정속 주행모드로 진입하는 것을 특징으로 한다.Here, the self-propelled truck has a speed accuracy of 1 cm / sec or less at the constant speed running in the tunnel section including the inclined plane, and enters the constant speed running mode within 3 seconds at the departure.

여기서, 상기 자주식 대차는 고분해능 인코더와 250ps 단위로 인코더 펄스 간격을 측정하는 디지털 컨버터를 기반으로 하여 운전이 제어되는 것을 특징으로 한다.Here, the self-propelled truck is controlled based on a high-resolution encoder and a digital converter that measures an encoder pulse interval in units of 250 ps.

여기서, 상기 데이터 정합부는 크랙(Crack) 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘이 적용되고, 3차원 렌더링을 위한 소프트웨어 개발 키트(software development kit: SDK)를 적용한 것을 특징으로 한다.Here, the data matching unit is applied with a software development kit (SDK) for three-dimensional rendering, to which a detection algorithm for cracking and anomalous symptom tracking is applied.

여기서, 상기 데이터 정합부는 상기 영상 데이터 및 레이저 스캔 데이터의 해상도를 0.25㎜로 할 때 웨이브렛-기반의 크랙 검출 알고리즘에 따라 0.5㎜의 미세 크랙을 검출하는 것을 특징으로 한다.Here, the data matching unit detects a fine crack of 0.5 mm according to a wavelet-based crack detection algorithm when the resolution of the image data and the laser scan data is 0.25 mm.

여기서, 상기 기하공간지도(GSM) 데이터베이스 구성을 변경하고, 크랙 및 이상 징후에 대한 시계열 분석을 통해 터널 통합유지 관리체계와 연계될 수 있다.Here, the configuration of the Geospatial Map (GSM) database can be changed and linked with the tunnel integrated maintenance management system through time series analysis of cracks and abnormal symptoms.

여기서, 상기 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하고 템플릿 데이터와 병합하며, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일을 생성하는 것을 특징으로 한다.In this case, a CAD file (coordinate data) for the image registration data is generated, merged with the template data, and a 3ds Max file for the 3D rendering data is generated.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법은, 레이저 스캐너를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 영상 촬영장치를 이용하여 획득한 이종의 영상 데이터에 대한 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법에 있어서, a) 레이저 스캐너를 통해 측정한 레이저-스캔 데이터를 가시화하기 위해서 기하공간지도(Geometric Space Map: GSM)를 이용하여 재구성하는 단계; b) 상기 GSM-기반으로 레이저 스캔 데이터인 단면 데이터를 생성하는 단계; c) 상기 단면 데이터를 보정하는 단계; d) 옵토-레이저 데이터인 레이저-영상의 정합 데이터의 처리를 위한 데이터베이스를 생성하는 단계; e) 상기 데이터베이스를 이용한 레이저 및 영상 데이터 정합으로 옵토-레이저 데이터를 생성하는 단계; f) 상기 옵토-레이저 데이터를 보정 및 개선하는 단계; g) 데이터 포인트-기반 데이터의 3차원 렌더링을 위한 사전 데이터를 보정하는 단계; 및 h) 데이터 포인트-기반 데이터의 3차원 렌더링을 위한 후처리 작업을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링을 진행하는 것을 특징으로 한다.As another means for achieving the above-described technical problem, the opto-laser tunnel scan data processing method according to the present invention, the laser scan data obtained by using a laser scanner and heterogeneous image data obtained by using an imaging apparatus A method for processing opto-laser tunnel scan data for generating a three-dimensional tunnel model, comprising: a) reconstruction using a geometric space map (GSM) to visualize laser-scan data measured by a laser scanner; step; b) generating cross-sectional data that is the GSM-based laser scan data; c) correcting the cross-sectional data; d) generating a database for processing the matching data of the laser-image which is opto-laser data; e) generating opto-laser data by laser and image data matching using the database; f) correcting and improving said opto-laser data; g) correcting dictionary data for three-dimensional rendering of data point-based data; And h) performing a post-processing operation for three-dimensional rendering of the data point-based data, wherein after correcting each of the laser scan data and the image data, forming registration data and performing 3D rendering .

여기서, 상기 기하공간지도(GSM)는 동일한 간격을 가지는 논리적 공간상에 물리적 좌표값을 가지는 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터를 배열하고. 동일한 논리적, 물리적 특성을 가지는 공간상에서 보정 후처리 작업과 영상 정합, 3차원 렌더링 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.Here, the geometric spatial map (GSM) arranges laser scan data and image data having physical coordinate values in logical spaces having the same interval. A post-correction process, image registration, and 3D rendering are performed in a space having the same logical and physical characteristics.

여기서, 상기 레이저 스캔 데이터는 나선형 형태로 획득한 데이터로부터 설정 해상도를 기준으로 한 단면을 생성하기 위하여 상기 GSM(Geometric Space Map)에 레이저 스캐너로부터 획득한 Raw Data(원시 데이터)를 저장하는 것을 특징으로 한다.Here, the laser scan data stores Raw Data (raw data) obtained from a laser scanner in the Geometric Space Map (GSM) in order to generate a cross section based on a set resolution from data obtained in a spiral form do.

여기서, 상기 저장된 Raw Data 형태는 y축과 z축이 설정 해상도에 따라 균일한 크기를 가지고 각 배열 값은 공간정보인 x축 정보와 후에 영상데이터로부터 얻어져 저장하게 될 RGB 값에 대한 정보를 갖는 것을 특징으로 한다.Here, the stored Raw Data type has a uniform size according to the set resolution of the y-axis and the z-axis, and each array value has x-axis information as spatial information and information on RGB values to be stored and stored .

여기서, 상기 b) 단계에서 생성된 단면 데이터는, 한 개의 단면에 포함되는 단위 배열의 수를 조정함으로써 사용자의 필요성에 따라 선택적으로 단면을 생성하고, 레이저 데이터 보정을 수행함으로써 동적으로 레이저 데이터의 해상도를 조정하는 것을 특징으로 한다.Here, the cross-sectional data generated in the step b) is generated by selectively generating a cross-section according to the necessity of a user by adjusting the number of unit arrays included in one cross-section, and by performing laser data correction, Is adjusted.

본 발명에 따르면, 자주식 대차(RGV))의 성능 개선을 통해 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템을 안정화시키고, 성능평가 체계를 구축하고 매뉴얼을 작성함으로써 현장 적용에 따른 성능평가 체계를 구축할 수 있다.According to the present invention, the performance evaluation system according to the field application can be constructed by stabilizing the opto-laser tunnel scanning system by improving the performance of the self-propelled truck (RGV), building a performance evaluation system, and creating a manual.

본 발명에 따르면, 크랙 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘 성능을 개선하고, 3차원 렌더링을 위한 소프트웨어 개발 키트(SDK) 적용에 따른 운영 프로그램 성능을 개선하며, 현장 적용 능력 및 사용자 편의성 향상을 위한 GUI 및 메뉴를 구성함으로써, 스캐너 데이터와 영상 데이터간의 데이터 정합 프로세스를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the performance of a detection algorithm for tracking cracks and anomalous indications, to improve the performance of an operating program by applying a software development kit (SDK) for 3D rendering, And the menu, it is possible to improve the data matching process between the scanner data and the image data.

본 발명에 따르면, 오라클(Oracle) 기반의 기하공간지도(GSM) 데이터베이스 구성을 변경하고, 크랙 및 이상 징후에 대한 시계열 분석을 위한 데이터베이스를 체계화함으로써, 터널 통합유지 관리체계와의 연계성을 확대할 수 있다.According to the present invention, it is possible to expand the connection with the tunnel integrated maintenance system by changing the configuration of the database based on Oracle (Oracle) and structuring the database for time series analysis of cracks and anomalies have.

본 발명에 따르면, 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하여 템플릿 데이터와 병합하고, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일을 생성함으로써, 통합운영 프로그램을 기존의 설계 및 시공 데이터와의 연계 및 확장시킬 수 있다.According to the present invention, a CAD file (coordinate data) for the image registration data is generated and merged with the template data, and a 3ds Max file for the 3D rendering data is generated, so that the integrated operation program is combined with the existing design and construction data Can be linked and extended.

도 1은 종래의 기술에 따른 터널 스캐닝 및 측정결과를 개략적으로 나타낸 사진 및 측정도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 하이브리드 터널 스캐닝 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템의 구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 자주식 대차(RGV)를 나타내는 도면이다.
도 5는 측정 모듈이 장착된 자주식 대차(RGV)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에서 데이터 수집 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에 적용된 크랙 검출 알고리즘 적용 결과를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에 적용된 크랙 검출 알고리즘 적용 결과 및 트래킹 프로그램 구현 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 정합 및 3차원 렌더링 결과를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법의 동작흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 GSM 기반의 데이터 생성 및 정합 과정을 나타내는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 DXF 파일 포맷으로 저장된 영상 정합 데이터 및 DS 파일 포맷으로 저장된 영상 정합 데이터를 나타내는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 통합운영 프로그램 메뉴를 예시하는 도면이다.
도 14a 내지 도 14g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 통합운영 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 나타내는 도면들이다.
1 is a photograph and a measurement view schematically showing tunnel scanning and measurement results according to a conventional technique.
2 is a perspective view schematically showing a conventional hybrid tunnel scanning apparatus.
FIG. 3 is a block diagram of an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention.
Figures 4A and 4B are diagrams showing the self propelled braking (RGV).
5 is a view showing a self propelled truck (RGV) equipped with a measuring module.
6 is a diagram schematically illustrating a data collecting process in an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a result of application of a crack detection algorithm applied to an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a result of applying a crack detection algorithm applied to an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention, and a tracking program implementation result.
9 is a diagram illustrating image matching and three-dimensional rendering results according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of processing an opto-laser tunnel scan data according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a GSM-based data generation and matching process according to an embodiment of the present invention.
12A and 12B are views showing image registration data stored in the DXF file format and image registration data stored in the DS file format according to the embodiment of the present invention, respectively.
13 is a diagram illustrating an integrated operating program menu according to an embodiment of the present invention.
14A through 14G are diagrams illustrating a graphical user interface (GUI) of an integrated operating program according to an embodiment of the present invention, respectively.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

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.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 체계적인 터널의 운영과 유지관리를 위하여 ⅰ) 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 안정화 및 현장 적용에 따른 성능평가 체계 구축, ⅱ) 데이터 정합 프로세스 개선, ⅲ) 터널 통합유지관리 체계와의 연계성 확대, ⅳ) 기존 설계 및 시공데이터와의 연계 및 확장을 위한 운용 소프트웨어 개선을 통하여 검측의 자동화와 검측 내용의 해석 및 보관에 있어서도 자동화를 유지함으로써, 작업자의 변경이나 작업환경의 변경에도 불구하고 지속적으로 사용이 가능한 기술을 제공하기 위한 것이다.First, an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention is designed to operate and maintain a systematic tunnel by: i) stabilizing an opto-laser tunnel scanning system; Ⅱ) Improvement of data matching process, ⅲ) Extension of connection with integrated maintenance management system of tunnel, ⅳ) Automation of inspection and interpretation and storage of inspection contents through improvement of operating software for linking and expansion with existing design and construction data The present invention is intended to provide a technique that can be continuously used even though the operator is changed or the work environment is changed.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템의 구성도이다.FIG. 3 is a block diagram of an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템(100)은, 자주식 대차(RGV: 110), 레이저 스캐너(120), 영상 촬영장치(130), 레이저 스캐너 구동부(141), 영상 촬영장치 구동부(142), 레이저 스캐너 제어부(151), 영상 촬영장치 제어부(152), 데이터 정합부(160), GSM(Geometric Space Map) 데이터베이스(170), 데이터 처리 및 분석부(180) 및 통합운영 프로그램(190)을 포함하며, 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템(100)은 터널 통합 유지관리 체계(200)와 연계되어 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, an optical-laser tunnel scanning system 100 for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention includes an RGV 110, a laser scanner 120, A laser scanner control unit 151, a data matching unit 160, a GSM (Geometric Space Map) database 170, Data processing and analysis unit 180 and an integrated operation program 190. The opto-laser tunnel scanning system 100 can be used in connection with the tunnel integrated maintenance system 200. [

본 발명의 실시예에 따른 옵토 레이저 스캐너(Opto-laser Scanner)는 레이저 스캐너를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 카메라를 이용하여 획득한 영상 데이터를 이용하여 측정구간 전체에 대한 하나의 정합된 데이터를 생성하게 된다.The Opto-laser Scanner according to an embodiment of the present invention uses a laser scan data acquired using a laser scanner and image data acquired using a camera to obtain one matched data for the entire measurement interval Respectively.

구체적으로, 자주식 대차(RGV: 110)는 프레임 바디 형태로 구현되어 상기 레이저 스캐너(120) 및 영상 촬영장치(130)가 탑재된다. 상기 자주식 대차(110)는 배터리로 구동되고, 이중 서스펜션-기반의 구동축이 적용되어 저진동 자율 주행한다.Specifically, the RGV 110 is implemented as a frame body, and the laser scanner 120 and the image capturing apparatus 130 are mounted. The self-propelled truck 110 is driven by a battery and a double suspension-based drive shaft is applied to drive the autonomous vehicle at low speed.

레이저 스캐너(120)는 상기 자주식 대차(RGV)가 이동하는 동안 터널 내부를 검측하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득한다. 예를 들면, 상기 레이저 스캐너(120)는 상기 자주식 대차(110)가 이동하는 동안 360ㅀ로 회전하는 스캐닝 미러를 이용하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득할 수 있다.The laser scanner 120 detects the inside of the tunnel while the RGV moves, and acquires three-dimensional coordinate data of the tunnel. For example, the laser scanner 120 may obtain three-dimensional coordinate data for the tunnel by using a scanning mirror that rotates at 360 ° while the self-propelled bogie 110 moves.

이러한 레이저 스캐너(120)에서, 레이저 스캐닝(laser scanning)은 레이저 측점군(point clouds)을 이용하여 사용자로 하여금 복잡한 대상물을 쉽게 이해하게 해주는 기술이며, 반사경의 움직임(sweeping 또는 rotating) 에 의한 레이저 빔의 편향(deflection), 대상물 표면에서의 레이저 빔의 반사(reflectance)와 반사된 레이저 빔의 수신(receiving)을 통하여 공간정보를 취득하며 레이저로 거리를 측정하고 X, Y, Z 좌표를 가지고 있는 다수의 측점군으로 구성된 3D 모형을 만들게 된다.In such a laser scanner 120, laser scanning is a technique for allowing a user to easily understand a complex object by using laser point clouds, and is a technique in which a laser beam , The reflectance of the laser beam on the surface of the object and the receiving of the reflected laser beam to obtain spatial information. The distance is measured with a laser, and a plurality of X, Y, Z coordinates And a 3D model consisting of a set of points of view.

영상 촬영장치(130)는 터널 내부를 촬영하여 영상 데이터를 획득한다. 상기 영상 촬영장치(130)는 외부 환경에서 사용되며 현재는 아날로그 방식의 카메라를 사용하고 있으나 고해상도 디지털 카메라로 교체하여 사용할 수도 있다.The image photographing apparatus 130 photographs the interior of the tunnel to acquire image data. The image photographing apparatus 130 is used in an external environment and currently uses an analog camera, but it can be used in place of a high-resolution digital camera.

레이저 스캐너 구동부(141)는 상기 레이저 스캐너(120)의 스캐닝 미러가 360ㅀ로 회전하도록 구동하고, 영상 촬영장치 구동부(142)는 상기 영상 촬영장치를 구동한다.The laser scanner driver 141 drives the scanning mirror of the laser scanner 120 to rotate 360 °, and the image capturing apparatus driver 142 drives the image capturing apparatus.

제어부(150)는 레이저 스캐너 제어부(151) 및 영상 촬영장치 제어부(152)를 포함하며, 상기 레이저 스캐너 제어부(151)는 상기 레이저 스캐너(120)를 제어하며, 상기 레이저 스캐너(120)로부터 획득된 스캔 데이터를 수신한다. 또한, 상기 영상 촬영장치 제어부(152)는 상기 영상 촬영장치(130)를 제어하며, 상기 영상 촬영장치(130)로부터 촬영된 영상 데이터를 수신한다.The control unit 150 includes a laser scanner control unit 151 and a photographing apparatus control unit 152. The laser scanner control unit 151 controls the laser scanner 120, And receives scan data. The image capturing apparatus control unit 152 controls the image capturing apparatus 130 and receives image data photographed from the image capturing apparatus 130.

데이터 정합부(160)는 상기 레이저 스캐너(120)를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 상기 영상 촬영장치(130)를 이용하여 획득한 이종의 영상 데이터를 이용하여 측정구간 전체에 대한 하나의 정합된 옵토-레이저 데이터를 생성하고, 기하공간지도(Geometric Space Map: GSM) 데이터베이스(170)에 따라 레이저 스캔 데이터를 재구성한다. 이때, 상기 데이터 정합부(160)는 크랙(Crack) 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘이 적용되고, 3차원 렌더링을 위한 소프트웨어 개발 키트(software development kit: SDK)를 적용하게 된다. 또한, 상기 데이터 정합부(160)는 상기 영상 데이터 및 레이저 스캔 데이터의 해상도를 0.25㎜로 할 때 웨이브렛-기반의 크랙 검출 알고리즘에 따라 0.5㎜의 미세 크랙을 검출할 수 있다.The data matching unit 160 uses the laser scan data acquired by using the laser scanner 120 and one matched to the entire measurement section using heterogeneous image data obtained by using the image photographing apparatus 130. Opto-laser data is generated and reconstructed in the laser scan data according to the Geometric Space Map (GSM) database 170. At this time, the data matching unit 160 applies a detection algorithm for tracking cracks and anomalies, and applies a software development kit (SDK) for 3D rendering. In addition, when the resolution of the image data and the laser scan data is 0.25 mm, the data matching unit 160 can detect a fine crack of 0.5 mm according to a wavelet-based crack detection algorithm.

데이터 처리 및 분석부(180)는 상기 데이터 정합부(160)에서 정합된 옵토-레이저 데이터를 처리 및 분석한다.The data processing and analysis unit 180 processes and analyzes the opto-laser data matched by the data matching unit 160.

통합운영 프로그램(190)은 상기 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하고 템플릿 데이터와 병합하며, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일을 생성한다. 이에 따라 통합운영 프로그램(190)을 기존의 설계 및 시공 데이터와의 연계 및 확장시킬 수 있다.The integrated operation program 190 generates a CAD file (coordinate data) for the image registration data, merges it with the template data, and generates a 3ds Max file for the 3D rendering data. This allows the integrated operating program 190 to be linked to and extended with existing design and construction data.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 상기 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링을 진행하여 3차원 터널 모델을 생성하게 된다.Therefore, in the opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to the embodiment of the present invention, the laser scan data and the image data are corrected, respectively, Dimensional tunnel model.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 상기 기하공간지도(GSM) 데이터베이스 구성을 변경하고, 크랙 및 이상 징후에 대한 시계열 분석을 통해 터널 통합유지 관리체계(200)와 연계될 수 있다.In addition, an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention can change the configuration of the geometry map (GSM) database and perform tunnel integration maintenance through time series analysis of cracks and anomalies Can be associated with the management system (200).

한편, 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템의 사양을 나타낸다.Table 1 shows specifications of the opto-laser tunnel scanning system according to the embodiment of the present invention.

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 영상 데이터 및 레이저 스캐너의 개별 특성을 활용하여 터널 라이닝에 대한 표면 상태뿐만 아니라 기하학적 형태에 대한 점검이 가능한 터널 및 시설물에 대한 이동식 자동검측기술을 제공한다. 특히, 프레임 바디 형태의 자주식 대차(110)의 초경량화를 구현함으로써 안정성과 이동성을 향상시킬 수 있고, 사용자 편의성과 검측 신뢰성을 개선하여 현장에서의 시스템 설치 시 활용성을 개선할 수 있다.The opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention can be applied to a tunnel, which can check not only the surface state but also the geometry of the tunnel lining using image data and individual characteristics of the laser scanner. Provides mobile automatic detection technology for facilities. Particularly, by realizing the light weight of the self-propelled lorry 110 in the form of a frame body, stability and mobility can be improved, and user convenience and detection reliability can be improved to improve utility in the field installation.

또한, 이종센서간의 융합으로 발생한 다른 특성의 대용량 데이터(1GB/m)를 처리하기 위하여 복합적인 처리기술이 요구되는데, 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 새로운 개념의 기하공간지도(Geometric Space Map: GSM)를 데이터베이스화함으로써, 물리적으로 구현하고, 3차원의 공간상에서 규칙적이 배열의 특성을 가지는 영상 데이터와 비규칙성의 레이저 스캔 데이터를 동시에 고속 처리하여 운용할 수 있다.In addition, a complex processing technique is required to process large-capacity data (1 GB / m) having different characteristics caused by fusion of heterogeneous sensors. For this purpose, an opto-laser tunnel for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention The scanning system physically implements a new conceptual geometric space map (GSM) by database, and simultaneously implements image data having regular array characteristics in a three-dimensional space and irregular laser scan data at the same time High-speed processing can be operated.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 레이저 및 영상 데이터의 융합을 통하여 3차원 디지털 터널의 구현이 가능하며, 터널 내부 및 부차적인 상황을 3차원 평면상에서 확인할 수 있으므로 기존의 방법에 비해 향상된 터널의 상태평가 및 유지관리가 가능하게 된다.In addition, the opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention can realize a three-dimensional digital tunnel through fusion of laser and image data, And it is possible to evaluate and maintain the state of the tunnel as compared with the existing method because it can be confirmed on the dimension plane.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템은, 다양한 분야에 적용(철도 차량 검사를 위한 스캐닝 시스템, 콘크리트 궤도 검측시스템 등으로 변경 적용 가능)이 가능하며, 특히, 바퀴를 교체함으로써 현재 사용중인 터널뿐만 아니라 시공중인 터널에 대한 현장 계측을 수행할 수 있다. 이에 따라 GSM-기반의 대용량 데이터 처리 기술과 3D 렌더링 알고리즘 개발에 따른 운용소프트웨어 개선을 통하여 터널 통합유지관리 체계(200)와의 연계성을 확보할 수 있게 된다.In addition, the opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention can be applied to various fields (scanning system for railway vehicle inspection, concrete track inspection system, etc.) , Especially by replacing the wheels, it is possible to carry out field measurements on tunnels under construction as well as tunnels currently in use. Accordingly, it is possible to secure connection with the integrated tunnel maintenance management system 200 by improving operation software according to the development of GSM-based mass data processing technology and 3D rendering algorithm.

도 4a 및 도 4b는 자주식 대차(RGV)를 나타내는 도면이고, 도 5는 측정 모듈이 장착된 자주식 대차(RGV)를 나타내는 도면이다.Figs. 4A and 4B show the self-propelled bogie (RGV), and Fig. 5 shows the self propelled bogie (RGV) equipped with the measurement module.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에서, 자주식 대차(RGV: 110)는 프레임 바디 형태로 구현되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 스캐너(120) 및 영상 촬영장치(130)가 탑재된다.Referring to FIGS. 4A and 4B, in an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention, the RGV 110 is implemented as a frame body, The laser scanner 120 and the image capturing apparatus 130 are mounted.

상기 자주식 대차(110)는 배터리로 구동되고, 이중 서스펜션-기반의 구동축이 적용되어 저진동 자율 주행한다. 또한, 이러한 자주식 대차(RGV)는 배터리와 DC 모터에 의하여 구동되는 일반적인 전기 자동차와 비교하여 볼 때 조향장치가 없이 레일 안내(Rail Guided) 방식으로 운영되는 차이와 구동방식에 있어서 가속 페달과 정비 페달 대신 전기적인 제어신호로 출발, 가속 및 정지를 제어한다는 차이가 있으나, 일반적인 전기자동차와 유사한 기능과 구동 방식을 가진다.The self-propelled truck 110 is driven by a battery and a double suspension-based drive shaft is applied to drive the autonomous vehicle at low speed. In comparison with a general electric vehicle driven by a battery and a DC motor, the RGV is operated in a rail guided manner without a steering device, and in an operation mode in which the accelerator pedal and the maintenance pedal Instead of controlling the start, acceleration and stop with an electric control signal, it has a function and a driving method similar to a general electric vehicle.

이에 따라, 상기 자주식 대차(110)는 경사면을 포함하는 터널 구간에서의 정속 주행시 1㎝/sec 이하의 속도 정밀도를 확보하고, 출발시 3초 이내에 정속 주행모드로 진입하며, 상기 자주식 대차(110)는 고분해능 인코더와 250ps 단위로 인코더 펄스 간격을 측정하는 디지털 컨버터를 기반으로 하여 운전이 제어될 수 있다.Accordingly, the self-propelled truck 110 secures a speed accuracy of 1 cm / sec or less at a constant speed in a tunnel section including an inclined plane, enters a constant speed running mode within 3 seconds of departure, Operation can be controlled based on a high-resolution encoder and a digital converter that measures the encoder pulse interval in units of 250 ps.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에서 데이터 수집 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a data collecting process in an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에서, 자주식 대차(RGV: 110)에 대한 성능평가 절차는 일반적인 전기자동차에 적용하여 사용되는 성능평가 방법으로부터 다음과 같이 3가지 평가 항목으로서, 발진가속 시험, 최고속도 시험 및 주행 모드 시험을 도출하였다.In the opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention, the performance evaluation procedure for the self-propelled truck (RGV) 110 is as follows from a performance evaluation method applied to a general electric vehicle As the three evaluation items, the acceleration acceleration test, the maximum speed test and the running mode test were derived.

자주식 대차(RGV: 110)에 대한 성능 평가 시 데이터 수집 시스템은 구동 중의 자주식 대차의 상태 및 변화를 조사하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이 구성될 수 있고, 이때, 측정항목은 모터 인가전압 및 전류, 모터 회전수, 모터 제어기에 공급되는 가변저항의 단자전압이나 모터에 공급되는 전압 및 모터 제어기 가변저항 신호는 데이터 수집 시스템이 측정 가능 범위이므로 직접 측정하였고, 모터에 공급되는 전류는 최대 110A 범위의 고전류이기 때문에 션트(Shunt) 저항과 트랜스듀서를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 모터 속도는 홀 센서(Hall Sensor)를 이용하여 측정한다.The data collection system in the performance evaluation for the self-propelled truck (RGV) 110 may be configured as shown in FIG. 6 to investigate the state and change of the self-propelled braking during driving, , The motor rotation speed, the terminal voltage of the variable resistor supplied to the motor controller, the voltage supplied to the motor, and the motor controller variable resistance signal were directly measured because the data acquisition system was measurable, and the current supplied to the motor was 110A Because it is a high current, it can be measured using a shunt resistor and a transducer. In addition, the motor speed is measured using a Hall sensor.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에서, 자주식 대차(RGV: 110)는 경사면을 포함하는 터널 구간에서의 정속 주행시 1㎝/sec 이하의 속도 정밀도를 확보하고, 출발시 3초 이내에 정속 주행모드로 진입할 수 있도록 주행 시스템을 안정화시키고, 또한, 이중 서스펜션-기반의 구동축을 적용하고 배터리로 구동함으로써 고정밀 측정을 위한 저진동 자율주행장치를 제공한다. 또한, 자주식 대차(RGV: 110)의 구동시 운전 안정성 및 신뢰성 확보를 위해 고분해능 인코더와 250ps 단위로 인코더 펄스 간격을 측정하는 디지털 컨버터를 기반으로 하는 고속 DSP 정밀 운전제어 시스템을 구현할 수 있다.In the opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention, the self-propelled truck (RGV: 110) has a speed accuracy of less than 1 cm / sec at constant speed running in a tunnel section including an inclined plane The present invention provides a low-vibration autonomous travel apparatus for stabilizing a traveling system so as to enter a constant-speed traveling mode within 3 seconds upon departure, applying a double-suspension-based driving shaft, and driving the vehicle with a battery. In addition, a high-speed DSP precise operation control system based on a high-resolution encoder and a digital converter that measures the encoder pulse interval in units of 250 ps can be implemented to ensure operation stability and reliability when driving a self-propelled truck (RGV: 110).

따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 자주식 대차(RGV))의 성능 개선을 통해 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템을 안정화시키고, 성능평가 체계를 구축하고 매뉴얼을 작성함으로써 현장 적용에 따른 성능평가 체계를 구축할 수 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, the performance evaluation system according to the field application can be established by stabilizing the opto-laser tunnel scanning system by improving the performance of the self-propelled truck (RGV), building a performance evaluation system, .

한편, 데이터 정합 프로세스의 개선 작업은 크랙 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘 성능을 개선하고, 3차원 렌더링을 위한 SDK 적용에 따른 운영 프로그램 성능을 개선하며, 현장 적용 능력 및 사용자 편의성 향상을 위한 GUI 및 메뉴 구성을 중심으로 수행될 수 있다.On the other hand, the improvement work of the data matching process improves the performance of the detection algorithm for tracking cracks and anomalous indices, improves the performance of the operating program according to the application of the SDK for 3D rendering, Can be performed mainly on the menu configuration.

여기서, 크랙 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘 성능 개선은 0.5mm의 미세 크랙 검출을 위한 크랙 검출 알고리즘 성능 개선과 함께 누수, 백태와 같은 터널 내 변상에 대한 이상 징후 검출을 위하여 형태(Morphology) 기반의 검출 알고리즘을 적용하여 성능 개선을 수행하고, 이상 징후 트래킹 시 병변의 종류와 형태, 크기, 정도 등의 세부항목을 지정하여 선택적으로 이상 징후 트래킹이 수행할 수 있는 기능을 포함하여 통함 운영 프로그램 상에 구현하게 된다.Here, the performance improvement of the detection algorithm for tracking cracks and anomalous indices is improved by improving the performance of the crack detection algorithm for detection of micro cracks of 0.5 mm, and the morphology-based detection algorithm for detecting anomalous signs in the tunnel such as leakage, It is also possible to perform performance improvement by applying detection algorithm and to perform detailed tracking of abnormality symptom by specifying detailed items such as type, shape, size, and degree of lesion when tracking an abnormal symptom, .

또한, 3차원 렌더링을 위한 SDK 적용에 따른 운영 프로그램 성능 개선은 정합 데이터에 대한 3차원 렌더링을 위하여 기존에 별도의 외부 프로그램에서 수행되던 기능과 함께 개발된 알고리즘을 통합 운영 프로그램에 탑재하여 터널 측정 결과에 대한 후처리 과정이 일과적으로 수행될 수 있도록 운영 프로그램의 기능을 향상시키는 방법으로 진행한다. 특히, 영상 정합 및 3차원 렌더링 프로세스에 대한 조정 파라미터를 도출하여 사용자의 목적에 맞게 결과를 출력할 수 있도록 프로그램의 기능을 개선할 수 있다.In addition, the improvement of the operating program according to the application of the SDK for the 3D rendering is performed by integrating the function developed in a separate external program and the algorithm developed in the integrated operation program for the 3D rendering of the matching data, The processing of the operation program is performed so that the postprocessing process of the operation program can be performed on a routine basis. In particular, it is possible to derive the adjustment parameters for the image registration and the 3D rendering process, thereby improving the function of the program so that the result can be outputted according to the user's purpose.

또한, 현장 적용 능력 및 사용자 편의성 향상을 위한 GUI 및 메뉴 구성은 운영프로그램의 현장 적용 능력을 향상하기 위하여 전체 운영프로그램을 기능적으로 범주화하여 현장 측정 및 후처리, 데이터 관리, 시스템 상태 체크 등의 기능 단위로 구분함으로써, 체계적인 메뉴를 구성할 수 있고, 현장 측정 시 터치스크린에 의한 조작이 가능하도록 메뉴와 GUI를 구성하여 장비 운전이 가능하도록 하고, 측정 전 영상 정합을 수행하여 레이저 스캐너 및 카메라의 설치 상태에 대한 확인이 가능할 수 있는 기능을 통함 운영 프로그램 상에 함께 구현하게 된다.In addition, the GUI and menu configuration for improving the field application ability and the user convenience can be classified into functional units such as field measurement and post-processing, data management, and system status check by functionally categorizing all operating programs , It is possible to construct a systematic menu and configure the menu and GUI so that it can be operated by the touch screen in the field measurement. Thus, it is possible to operate the equipment, Which can be verified with the operating program.

한편, 이전의 크랙 검출 알고리즘의 경우, 크랙 검출 영상에서는 벽면 재질의 텍스처가 지나치게 많이 나타나 미세 크랙을 검출하기에는 다소 어려운 점이 있으며, 텍스처를 제거하기 위하여 이진화를 실시할 경우, 균열선의 중간에 끊어지는 현상이 발생하여 시계열 분석 등과 같이 추세선을 이용한 성장 방향 예측 및 진행정도의 정확한 상태를 파악하기 어려운 점이 있었다.On the other hand, in the case of the previous crack detection algorithm, the texture of the wall material is excessively large in the crack detection image, and it is somewhat difficult to detect the micro crack. In the case of binarization to remove the texture, And it is difficult to predict the growth direction using the trend line such as time series analysis and to grasp the accurate state of the progress degree.

전체 크랙으로부터 추출하여 분할한 크랙들에 대한 직선의 방정식을 구할 수 있고 이와 같은 직선들을 연결하여 재구성하면 전체 크랙의 궤적을 얻을 수 있게 되며 연결점이 없거나 길이가 짧은 크랙들은 노이즈 성분으로 간주하여 제거할 경우 개선된 크랙 검출 영상을 획득할 수 있게 된다.A straight line equation for cracks extracted from the whole cracks can be obtained. The reconstruction can be performed by connecting the straight lines to obtain the trajectory of the entire crack. The cracks having no connection point or having a short length are regarded as noise components and can be removed It is possible to obtain an improved crack detection image.

이때, 크랙 검출 알고리즘을 적용한 결과는 도 7에 도시된 바와 같고, 특히, 도 7의 d)는 이전 방식의 결과와 새롭게 적용된 크랙검출 알고리즘에 대한 결과를 비교로 개선 효과가 매우 뛰어남을 확인할 수 있다.In this case, the result of applying the crack detection algorithm is as shown in Fig. 7, and in particular, Fig. 7 (d) shows that the improvement effect is excellent by comparing the results of the old method and the newly applied crack detection algorithm .

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에 적용된 크랙 검출 알고리즘 적용 결과를 나타내는 도면으로서, 도 7의 a)는 원영상을 나타내고, 도 7의 b)는 Maxima Map에 의한 크랙 검출 영상을 나타내며, 도 7의 c)는 이진화 영상을 나타내고, 도 7의 d)는 크랙 검출 알고리즘 적용 결과를 나타낸다. 또한, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템에 적용된 크랙 검출 알고리즘 적용 결과 및 트래킹 프로그램 구현 결과를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 정합 및 3차원 렌더링 결과를 예시하는 도면이다.7 is a diagram showing a result of applying a crack detection algorithm applied to an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention. FIG. 7A shows an original image, ) Represents a crack detection image by the Maxima Map, FIG. 7C shows a binary image, and FIG. 7D shows a result of applying a crack detection algorithm. 8A and 8B are diagrams showing results of application of a crack detection algorithm and implementation of a tracking program applied to an opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram illustrating image matching and three-dimensional rendering results according to an embodiment of the present invention. FIG.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 옵토 레이저 스캐너 측정 데이터의 특성은 다음과 같다.The characteristics of the opto-laser scanner measurement data according to the embodiment of the present invention are as follows.

구체적으로, 레이저 스캔 데이터는 측정 중 360ㅀ로 회전하는 스캐닝 미러에 의하여 각 측정 포인트에 대한 3차원 좌표를 획득하게 되며 RGV 이동 중 획득하는 전체 데이터는 나선형 주사 방식으로 획득한 데이터 셋과 같은 형태를 가진다. 반면에 영상 데이터는 RGV 이동 중 연속촬영을 수행하고 촬영된 각 영상으로부터 세그먼트 영상을 획득하고 이를 이용하여 측정 구간 전체에 대한 하나의 파노라마 영상을 생성하게 된다. 그러나 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터는 같은 3차원 공간에 대한 좌표 데이터를 갖지만, 그 특성이 매우 상이하여 일대일 대응 또는 선형적인 계산식을 이용하여 매핑(Mapping)하여 정합하기 매우 어려운 특징을 가진다.Specifically, the laser scan data acquires three-dimensional coordinates for each measuring point by a scanning mirror rotating at 360 ° during the measurement, and the entire data obtained during the RGV movement has the same shape as the data set obtained by the spiral scanning method. Have On the other hand, the image data is continuously photographed during RGV movement, and a segment image is obtained from each photographed image, and one panorama image is generated for the entire measurement region using the segment image. However, the laser scan data and the image data have coordinate data for the same three-dimensional space, but their characteristics are very different. Therefore, they are very difficult to map and match by using a one-to-one correspondence or a linear calculation formula.

전술한 바와 같이, 레이저 스캐너는 RGV가 이동하는 동안 360ㅀ로 회전하는 스캐닝 미러를 이용하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득하게 된다. 이때, 상기 레이저 스캐너가 360ㅀ로 회전할 때 각 측정 포인트에 대한 3차원 데이터의 측정은 일정한 간격으로 이루어지게 된다. 예를 들면, 상기 레이저 스캐너가 1,200RPM의 속도로 회전하고 있으며, 레이저 스캔 데이터의 샘플링 간격이 10㎲일 때, 레이저 스캐너는 1회전 하는데 50ms의 시간이 소요된다. 이때, 1회전 즉, 한 단면당 5,000개의 샘플을 측정하게 되며 각 샘플은 0.072ㅀ 마다 측정하게 된다. 그러나 측정은 일정한 시간 간격으로 진행되지만 레이저 스캐너의 각 측정 데이터는 각 측정 포인트와의 거리에 따라 x, y, z의 값이 달라질 수 있다.As described above, the laser scanner acquires three-dimensional coordinate data for the tunnel using a scanning mirror that rotates 360 degrees while the RGV is moving. At this time, the three-dimensional data for each measuring point is measured at regular intervals when the laser scanner rotates at 360 ㅀ. For example, when the laser scanner is rotating at a speed of 1,200 RPM, and the sampling interval of the laser scan data is 10 microseconds, the laser scanner takes 50 ms to make one revolution. In this case, one sample, that is, 5,000 samples are measured per section, and each sample is measured every 0.072 ms. However, the measurement proceeds at regular time intervals, but the values of x, y, and z may vary depending on the distance between each measurement point and each measurement data of the laser scanner.

전술한 바와 같이 레이저 스캔 데이터와 정합되는 파노라마 영상 데이터는 이동 중 촬영된 각 영상으로부터 하나의 영상 세그먼트를 추출하고 이를 머지(Merge)하여 얻게 된다. 이때, 각 영상 세그먼트 즉, 각 촬영 영상은 레이저 스캔 데이터와 같이 일정한 시간 간격을 가지며 획득됨과 동시에 3차원 공간상에서 일정한 간격을 가지며 획득된다.As described above, the panorama image data matched with the laser scan data is obtained by extracting one image segment from each image captured during the movement and merging the image segment. At this time, each image segment, that is, each photographed image, is acquired with a predetermined time interval, such as laser scan data, and is acquired at a predetermined interval in the three-dimensional space.

따라서 영상 데이터와 레이저 스캔 데이터의 특성을 비교하여 보면 영상 데이터를 구성하고 있는 각 픽셀 데이터는 3차원 공간상의 각 측정 포인트들이 2차원 영상 내에서 기하학적으로 일정한 간격을 가지며 균일하게 분포되어 있는 것과 같이 배열된다. 이에 반하여 레이저 스캔 데이터는 3차원 공간상의 각 측정 포인트들이 3차원 공간 좌표로 저장되기 때문에 그 특성이 달라진다.Therefore, when the characteristics of the image data and the laser scan data are compared, each pixel data constituting the image data is arranged such that each measurement point on the three-dimensional space is uniformly distributed at a geometrically uniform interval in the two- do. On the other hand, the characteristics of the laser scan data are different because each measurement point on the three-dimensional space is stored as three-dimensional space coordinates.

본 발명의 실시예에 따른 옵토 레이저 스캐너에서 측정한 데이터를 가시화하는 작업은, 도 10에 도시된 바와 같이 진행되며 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링까지 진행하게 된다. 이때, 두 이종 데이터의 정합 전이라 하더라도 각 데이터에 대한 보정작업이 진행될 때 정합의 결과 상황을 고려하지 않을 수 없는 문제가 발생하기 때문에 동일한 특성을 가진 논리적 공간상에 측정 데이터를 배치하고 작업을 수행하여야 한다.The operation of visualizing the data measured by the opto-laser scanner according to the embodiment of the present invention is performed as shown in FIG. 10, and after the laser scan data and the image data are corrected, the registration data is formed, And then proceeds to rendering. In this case, even if the two heterogeneous data are not matched, there arises a problem in which the result of the matching can not be taken into consideration when the correction for each data proceeds, so that the measurement data is arranged on the logical space having the same characteristics and the operation is performed shall.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법의 동작흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of processing an opto-laser tunnel scan data according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법은, 레이저 스캐너를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 영상 촬영장치를 이용하여 획득한 이종의 영상 데이터에 대한 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법으로서, 먼저, 레이저 스캐너를 통해 측정한 레이저-스캔 데이터를 가시화하기 위해서 기하공간지도(Geometric Space Map: GSM)를 이용하여 재구성한다(S110). 여기서, 상기 기하공간지도(GSM)는 동일한 간격을 가지는 논리적 공간상에 물리적 좌표값을 가지는 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터를 배열하고, 동일한 논리적, 물리적 특성을 가지는 공간상에서 보정 후처리 작업과 영상 정합, 3차원 렌더링 작업을 수행하게 된다.Referring to FIG. 10, the method for processing opto-laser tunnel scan data according to an exemplary embodiment of the present invention may include three-dimensional information about laser scan data acquired using a laser scanner and heterogeneous image data obtained using an image photographing apparatus. As an opto-laser tunnel scan data processing method for generating a tunnel model, first, the laser-scan data measured by a laser scanner is reconstructed using a geometric space map (GSM) (S110). Here, the geometric spatial map (GSM) arranges laser scan data and image data having physical coordinate values in logical spaces having the same spacing, and performs post-correction processing and image registration in a space having the same logical and physical characteristics. You will perform 3D rendering.

다음으로, 상기 GSM-기반으로 레이저 스캔 데이터인 단면 데이터를 생성하고(S120), 상기 단면 데이터를 보정한다(S130).Next, cross-sectional data which is laser scan data is generated based on the GSM-based data (S120), and the cross-sectional data is corrected (S130).

다음으로, 옵토-레이저 데이터인 레이저-영상의 정합 데이터의 처리를 위한 데이터베이스를 생성하고(S140), 상기 데이터베이스를 이용한 레이저 및 영상 데이터 정합으로 옵토-레이저 데이터를 생성한다(S150).Next, a database for processing registration data of laser-images, which are opto-laser data, is generated (S140), and opto-laser data is generated by matching laser and image data using the database (S150).

다음으로, 상기 옵토-레이저 데이터를 보정 및 개선하고(S160), 데이터 포인트-기반 데이터의 3차원 렌더링을 위한 사전 데이터를 보정한다(S170).Next, the opto-laser data is corrected and improved (S160), and preliminary data for 3D rendering of the data point-based data is corrected (S170).

다음으로, 데이터 포인트-기반 데이터의 3차원 렌더링을 위한 후처리 작업을 수행함으로써(S180), 상기 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링을 진행하게 된다.Next, by performing post-processing for three-dimensional rendering of the data point-based data (S180), after performing the correction operation for each of the laser scan data and the image data to form a registration data to proceed to the three-dimensional rendering do.

한편, 기하공간지도(GSM)는 동일한 간격을 가지는 논리적 공간상에 물리적 좌표값을 가지는 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터를 배열하고 동일한 논리적, 물리적 특성을 가지는 공간상에서 보정 등의 후처리 작업과 영상 정합, 3차원 렌더링 작업을 수행함으로써, 작업 결과의 질적 향상과 사실성을 극대화할 수 있다. 특히, 레이저 데이터의 경우, Z축 방향으로의 해상도 향상을 위하여 데이터 보정을 수행하더라도 동일한 단면상의 데이터와 연속한 단면상에서 같은 위치에 위치하는 데이터 포인트를 찾는 것이 어렵기 때문에 레이저 스캔 데이터의 보정 과정을 개선하기 위해서도 필수적인 방안으로 사용하고 있다.On the other hand, the geometric space map (GSM) arranges the laser scan data and the image data having the physical coordinates on the logical space having the same interval, and performs post-processing such as correction on the space having the same logical and physical characteristics, By performing a 3D rendering operation, it is possible to maximize the quality of work results and the reality. Particularly, in the case of laser data, even if data correction is performed to improve the resolution in the Z-axis direction, it is difficult to find the data points located at the same position on the same cross section and the data of the same cross section. It is also used as an indispensable measure for improvement.

레이저 스캔 데이터의 경우, 나선형 형태로 획득한 데이터로부터 설정 해상도를 기준으로 한 단면을 생성하기 위하여 Geometric Space Map에 레이저 스캐너로부터 획득한 Raw Data를 저장한다. 이때, 저장된 형태는 y축과 z축은 설정 해상도에 따라 균일한 크기를 가지고 각 배열 값은 공간정보인 x축 정보와 후에 영상데이터로부터 얻어져 저장하게 될 RGB 값에 대한 정보를 가지게 된다. 이는 실질적으로 영상 데이터가 레이저 스캔 데이터와 비교하여 볼 때 YZ의 좌표 평면 상에 존재하기 때문이다.In the case of laser scan data, the raw data acquired from the laser scanner is stored in the Geometric Space Map to generate a cross section based on the set resolution from the data acquired in the helical form. At this time, the stored shape has a uniform size according to the set resolution of the y-axis and the z-axis, and each array value has information about x-axis information as spatial information and RGB values to be obtained and stored from the image data later. This is because substantially the image data exists on the coordinate plane of YZ as compared with the laser scan data.

또한, 각 단면에 대한 데이터를 생성하게 되며 한 개의 단면에 포함되는 단위 배열의 수를 조정함으로써 사용자의 필요성에 따라 선택적으로 단면을 생성하고 레이저 데이터 보정을 수행함으로써 동적으로 레이저 데이터의 해상도를 조정할 수 있는 장점을 가지게 되며 균일한 픽셀 간격을 가지며 배열되어 있는 영상 데이터와의 접합 및 후처리 작업에 탁월한 기능성을 발휘하게 된다. 이에 대한 도식화된 개요는 도 11에 도시된 바와 같다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 GSM 기반의 데이터 생성 및 정합 과정을 나타내는 도면이다.In addition, by generating the data for each cross section and by adjusting the number of unit arrays included in one cross section, it is possible to dynamically adjust the resolution of the laser data by selectively generating the cross section according to the user's need and performing laser data correction And has a uniform pixel interval, and exhibits excellent functionality for bonding and post-processing with arranged image data. A schematized outline thereof is as shown in Fig. 11 is a diagram illustrating a GSM-based data generation and matching process according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 크랙 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘 성능을 개선하고, 3차원 렌더링을 위한 소프트웨어 개발 키트(SDK) 적용에 따른 운영 프로그램 성능을 개선하며, 현장 적용 능력 및 사용자 편의성 향상을 위한 GUI 및 메뉴를 구성함으로써, 스캐너 데이터와 영상 데이터간의 데이터 정합 프로세스를 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the performance of the detection algorithm for tracking cracks and anomalous indices is improved, the operating program performance is improved by applying a software development kit (SDK) for 3D rendering, and the field application ability and user convenience are improved , The data matching process between the scanner data and the image data can be improved.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 운영 소프트웨어(통합운영 프로그램)는 측정 결과와 타 응용 프로그램과의 데이터 호환성을 향상시키기 위한 작업으로서, 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하고 템플릿 데이터와 병합하는 기능, 및 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일 생성 기능을 제공한다.Meanwhile, the operation software (integrated operation program) according to the embodiment of the present invention is a work for improving the data compatibility between the measurement result and the other application programs. The operation software generates a CAD file (coordinate data) And 3ds Max file creation function for 3D rendering data.

여기서, 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터) 생성 및 템플릿 데이터와의 병합은 측정 터널에 대한 CAD 파일 형태의 기존 설계 및 시공데이터를 운영 프로그램에서 로드하여 템플릿 데이터로 활용할 수 있는 기능을 구현하고, 또한, 기존 설계 및 시공 데이터에 대한 템플릿 데이터를 활용하여 터널 스캐닝 결과와 비교 또는 두 데이터간의 병합을 통하여 터널의 내부 한계면 변화 등의 분석자료로 활용될 수 있도록 측정된 터널 스캐닝 결과에 대하여 단면별 CAD 파일을 생성할 수 있는 기능을 구현한다. 이에 따라 터널 관련 타 프로그램에서 연계하여 활용할 수 있는 확장성을 가지도록 하는 기능을 통합운영 프로그램 상에 구현된다.Here, the CAD file (coordinate data) generation for the image registration data and the merging with the template data are realized by loading the existing design and construction data in the form of a CAD file for the measurement tunnel in the operation program and using the same as template data In addition, the tunnel scanning results are compared with the tunnel scanning results using the template data of the existing design and construction data, or the tunnel scanning results can be used as the analysis data such as the change in the internal limit of the tunnel through the merging of the two data. It implements the function to generate separate CAD files. Therefore, the integrated operation program implements the functions that have the scalability that can be utilized in connection with other programs related to the tunnel.

이때, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일 생성 기능은 터널 스캐닝 결과로 생성된 3차원 데이터를 3ds Max 프로그램에서 활용하여 다양한 업무를 수행할 수 있도록 3ds Max에서 읽기가 가능한 포맷의 3차원 데이터 파일 생성 기능을 제공한다.In this case, the 3ds Max file creation function for the 3D rendering data is created by using the 3D data generated from the tunnel scanning result in the 3ds Max program, so that the 3D data file can be read in 3ds Max to perform various tasks Function.

또한, CAD 프로그램에서 사용하는 파일들 중에서 3차원 데이터를 처리할 수 있는 파일 포맷 중 *.dxf를 범용적으로 가장 많이 사용하기 때문에 *.dxf 포맷으로 데이터 파일을 생성할 수 있도록 기능을 개발하여 통합 운영 프로그램에 탑재하게 된다.In addition, among the files used in CAD programs, * .dxf among the file formats that can process 3-D data is most commonly used. Therefore, functions for generating data files in * .dxf format have been developed and integrated It will be installed in the operating program.

이것은 기존의 설계 및 시공 데이터들이 CAD 프로그램을 위하여 작성되기 때문에 측정 데이터에 대한 단면 또는 볼륨 데이터를 *.dxf 포맷 형태로 Export하여 제공할 경우, 터널 한계면 등의 터널 변형 사항이나 크랙 등 이상 징후가 발생된 정확한 위치를 파악할 수 있는 장점이 있다.This is because existing design and construction data are prepared for CAD program. Therefore, if cross-section or volume data of measurement data is exported in the form of * .dxf format, It is possible to grasp the exact position that has occurred.

이때, 측정 데이터를 직접 DXF 파일 포맷으로 변경할 수 있으나, 3차원 데이터에 대하여 사용하는 많은 파일 포맷들이 존재하며 이 중에서 SAT 파일 포맷은 아스키 값으로 데이터를 Export할 수 있는 포맷이기 때문에 측정 데이터를 Export 기에 가장 적합한 형태를 제공하며 SAT 파일 포맷은 DXF 파일 포맷으로 변환하기에도 용이한 장점이 있어 측정 데이터를 SAT 파일 포맷으로 임시 저장한 후 다시 DXF 파일 포맷으로 저장하여 Export 할 수 있다.In this case, the measurement data can be directly changed to the DXF file format, but there are many file formats used for the three-dimensional data. Of these, the SAT file format is a format capable of exporting data as an ASCII value. The SAT file format is easy to convert to the DXF file format. The measurement data can be temporarily stored in the SAT file format, and then stored and exported in the DXF file format.

DXF(Drawing eXchange Format) 데이터 포맷은 AutoDesk 사에서 AutoCAD와 타CAD 시스템간 도면 데이터 교환을 위해 개발한 교환 파일로서, ASCII텍스트 파일로 구성되어 있다. 아스키 방식으로 저장되는 경우, 그룹코드와 해당 값들의 리스트가 저장되는 간단한 구조이지만, 그룹코드와 해당 값들의 리스트 구조 때문에 선 하나를 저장할 경우에도 많은 저장용량을 차지한다. DXF 파일의 기본이 되는 단위는 그룹(Group)으로 여러 그룹이 모여 하나의 섹션(Section)을 이루고, 이러한 섹션들이 모여 DXF 파일을 구성한다.The DXF (Drawing eXchange Format) data format is an exchange file developed by AutoDesk for the exchange of drawing data between AutoCAD and other CAD systems. It is composed of ASCII text files. When stored in ASCII format, it is a simple structure in which a group code and a list of values are stored. However, because of the list structure of the group codes and the corresponding values, a storage capacity of one line is also occupied. The basic unit of a DXF file is a group, in which several groups form a single section, and these sections are assembled into a DXF file.

도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 DXF 파일 포맷으로 저장된 영상 정합 데이터 및 DS 파일 포맷으로 저장된 영상 정합 데이터를 나타내는 도면들로서, 도 12a는 DXF 파일 포맷으로 저장된 영상 정합 데이터를 나타내고, 도 12b는 DS 파일 포맷으로 저장된 영상 정합 데이터를 나타낸다.12A and 12B are views showing image registration data stored in a DXF file format and image registration data stored in a DS file format according to an embodiment of the present invention. FIG. 12A shows image registration data stored in a DXF file format, 12B shows image registration data stored in the DS file format.

한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 통합운영 프로그램 메뉴를 예시하는 도면이다.13 is a diagram illustrating an integrated operating program menu according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 통합 운영 소프트웨어는 현장 측정을 위한 운전 제어 파트, 측정 결과에 대한 데이터 후처리 작업을 위한 데이터 프로세싱 파트, 영상정합과 3차원 데이터 렌더링을 이용한 크랙 검출 등의 고차원 분석을 위한 데이터 모델링 파트, 및 시계열 분석 등을 위한 분석 파트로 구성되며, 전체적인 메뉴 구성에 대한 설명은 표 2 및 표 3에 도시된 바와 같다.13, the integrated operation software according to the embodiment of the present invention includes an operation control part for on-site measurement, a data processing part for data post-processing on the measurement result, a crack detection using image registration and three- , And an analysis part for time series analysis. The overall menu structure is as shown in Table 2 and Table 3. [0100]

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

전술한 4개의 메인 메뉴에 속하는 부메뉴에서 수행되는 기능들은 별도의 창을 이용하여 사용자가 간편하게 조작할 수 있도록 프로그램이 구현되며, 전체 메뉴 중 대표적인 메뉴에 대한 GUI를 나타내면 도 14a 내지 도 14g에 도시된 바와 같다.The functions performed in the submenus belonging to the four main menus described above are implemented such that a user can easily operate the functions using a separate window. When a GUI for a representative menu among all menus is displayed, Respectively.

도 14a 내지 도 14g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 통합운영 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 나타내는 도면들로서, 구체적으로, 도 14a는 RGV 운전 설정 및 구동을 GUI를 나타내고, 도 14b는 레이저 데이터 프로세싱을 위한 GUI를 나타내며, 도 14c는 측정 구간 전체에 대한 레이저 데이터 프로세싱 결과 출력을 나타내며, 도 14d는 영상 데이터 프로세싱을 위한 GUI를 나타내고, 도 14e는 파노라마 영상 생성을 위한 GUI를 낱내며, 도 14f는 크랙 검출을 위한 GUI를 나타내고, 도 14g는 2D Texture 및 3D Volume Rendering을 위한 GUI를 나타낸다.14A and 14B are diagrams showing a graphical user interface (GUI) of an integrated operating program according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 14A shows a GUI for setting and driving RGV operation, Fig. 14C shows a GUI for processing, Fig. 14C shows output of laser data processing results for the entire measurement period, Fig. 14D shows a GUI for image data processing, Fig. 14E shows a GUI for creating a panorama image, Shows a GUI for detecting cracks, and FIG. 14G shows a GUI for 2D texture and 3D volume rendering.

구체적으로, 도 13에 도시된 시스템 제어(System Control) 주메뉴 내에서 Configuration 부메뉴는, 도 14a에 도시된 바와 같이, 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템의 운전과 검측 데이터 획득을 위한 시스템 설정 및 운전을 수행하는 기능을 가지며, Laser Power와 Max Range 등의 레이저 스캐너에 대한 시스템 설정을 수행하고, RGV의 이동거리 및 속도 등 시스템 운전과 관련된 모든 기능을 수행할 수 있다.13, the configuration submenu in the system control main menu shown in FIG. 13 is used to set up and operate the system for operation of the opto-laser tunnel scanning system and acquisition of the detection data, as shown in FIG. 14A It can perform system setting for laser scanner such as Laser Power and Max Range, and perform all functions related to system operation such as moving distance and speed of RGV.

또한, 영상 획득을 위한 프레임 수 조정 및 해상도, 획득 모드 등을 조정하고 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터를 저장할 수 있고. 측정 현장에서 카메라 세팅 상태를 확인하기 위한 파노라마 Preview 기능을 포함하여 측정 데이터의 오류를 현장에서 파악할 수 있다.In addition, it is possible to adjust the number of frames for image acquisition, adjust the resolution and acquisition mode, and store laser scan data and image data. Includes a panorama preview function to check the camera settings at the measurement site, so that errors in the measurement data can be grasped on the spot.

다음으로, 도 13에 도시된 데이터 처리(Data Processing) 주메뉴 내에서 Laser Data Processing 부메뉴는, 도 14b에 도시된 바와 같이, 획득한 레이저 스캔 데이터를 분석하고, 한 개의 단면을 이용하여 레이저 스캔 데이터 보정과 해상도 개선을 위한 보정 알고리즘 및 디지털 필터를 적용하여 처리 결과를 확인할 수 있다. Next, as shown in Fig. 14B, the laser data processing submenu in the data processing main menu shown in Fig. 13 analyzes the acquired laser scan data, You can check the processing results by applying correction algorithm and digital filter for data correction and resolution improvement.

특히, 측정된 레이저 스캔 데이터의 유효성을 확인하기 위한 분석 결과를 GUI 상에 도시하고 분석 파일로 저장함으로써, 사용자에게 측정 결과에 대한 직관적인 판단을 도울 수 있으며, 레이저 스캔 데이터에 대한 보정 및 디지털 필터 적용과 같은 후처리 작업을 수행하고 단면 데이터를 생성하는 과정에서도 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 도 14c에 도시된 바와 같이, 측정 구간 전체에 대한 처리결과를 현시할 수 있는 기능을 제공한다.In particular, the analysis result for checking the validity of the measured laser scan data is displayed on the GUI and stored as an analysis file, so that the user can intuitively determine the measurement result, It can also be useful in the process of post-processing such as application and generating cross-sectional data. Further, as shown in Fig. 14C, a function for displaying the processing result for the entire measurement section is provided.

다음으로, 도 13에 도시된 데이터 처리(Data Processing) 주메뉴 내에서 Image Data Processing 부메뉴는, 현장 측정시에 카메라로부터 획득되는 16bit 단위의 영상 데이터를 효율적으로 저장하기 위하여 무손실 압축 기법을 적용하여 dt의 확장자를 가지는 압축파일로 저장하게 된다. 따라서 Data Convert 메뉴는 일반적으로 사용할 수 있는 영상 파일로 변환하는 과정이 요구되며 이에 따라 측정 시 저장된 dt 파일을 jpg 또는 raw 포맷의 파일로 변환하는 기능을 수행한다.Next, in the main menu of the data processing main menu shown in FIG. 13, the image data processing submenu applies a lossless compression technique in order to efficiently store image data of 16 bits obtained from the camera during field measurement dt file with an extension of. Therefore, the Data Convert menu is required to convert to a commonly used image file, and thus converts the dt file stored in the measurement into a jpg or raw format file.

Image Data Correction은, 도 14d에 도시된 바와 같이, 각 카메라로부터 획득한 영상을 디스플레이하여 밝기 및 대조도 보정과 다양한 디지털 영상 처리 알고리즘을 적용하여 화질 개선의 작업을 수행할 수 있으며, 하단의 히스토그램을 이용하여 보다 분석적인 작업을 수행할 수 있다. 그와 함께 화질 개선을 위한 다양한 영상 필터를 구현하여 적용할 수 있도록 하였으며 최적의 화질을 가지는 영상을 이용하여 파노라마 영상 생성을 위한 영상 세그먼트를 생성할 수 있다.As shown in FIG. 14D, Image Data Correction can perform an image quality improvement operation by displaying images acquired from each camera and applying brightness and contrast correction and various digital image processing algorithms. Can be used to perform more analytical work. In addition, various image filters for improving image quality can be implemented and applied, and an image segment for generating a panoramic image can be generated using an image having an optimal image quality.

다음으로, 도 13에 도시된 데이터 처리(Data Processing) 주메뉴 내에서 Panorama Image 부메뉴는, 도 14e에 도시된 바와 같이, 각 카메라로부터 획득한 원시영상에 대한 영상 보정 및 화질 개선이 완료된 이미지셋을 기반으로 파노라마 영상생성을 위한 작업을 수행할 수 있도록 각 이미지셋을 썸네일 형태로 로드하여 각 영상의 위치를 설정하여 세로방향으로 디스플레이한다. 이때, 각 카메라에 대한 영상을 단순하게 더블 클릭함으로T 해당 영상이 위치 오프셋 획득을 위한 창으로 자동적으로 이동할 수 있도록 함으로써 사용자 편의성을 극대화할 수 있다.Next, as shown in FIG. 14E, the Panorama Image submenu in the main menu of the data processing main processing shown in FIG. 13 includes an image set for image correction and image quality improvement of a raw image acquired from each camera The image set is loaded in a thumbnail form so that the panorama image can be created, and the position of each image is set and displayed in the vertical direction. At this time, by simply double-clicking the image for each camera, the corresponding image can be automatically moved to the window for obtaining the position offset, thereby maximizing the user's convenience.

또한, 전술한 바와 같이 각 영상의 위치 오프셋 값 획득을 영상 배열이 완료되면 프로그램의 이동 컨트롤러를 이용하여 각 영상을 이동하여 파노라마 영상을 만드는 작업을 수행한다. 이때, 각 영상의 위치 이동에 따른 각 영상의 위치 오프셋 값은 프로그램 상에 저장 되어 각 영상으로부터 획득한 영상 세그먼트를 조합하여 파노라마 영상을 생성하는 과정에 일괄적으로 적용할 수 있으며, 별도의 설정 파일 형태로 저장하여 지속적으로 사용할 수 있다.In addition, as described above, when positional offset values of each image are acquired, when the image arrangement is completed, a movement controller of the program is used to move each image to create a panoramic image. At this time, the position offset value of each image according to the positional shift of each image may be collectively applied to the process of generating the panoramic image by combining the image segments acquired from each image stored in the program, And can be used continuously.

다음으로, 도 13에 도시된 데이터 처리(Data Processing) 주메뉴 내에서 Crack Detection 부메뉴는, 도 14f에 도시된 바와 같이, 영상 데이터를 기반으로 크랙 검출을 위한 알고리즘 적용 및 크랙 데이터 가시화의 기능을 제공한다. 이것은 전체 측정 영역에 대한 전체적인 크랙 검출 수행이 가능할 뿐만 아니라 특정구간 또는 특정 관심영역(Region Of Interest: ROI)에 대한 크랙 검출 수행이 가능하다. 특히, 별도의 Pseudo-Color Mapping 기법의 적용으로, 도 14f에 도시된 바와 같이, 크랙의 두께에 따른 Color Mapping이 가능하도록 하여 사용자가 손쉽게 크랙의 현 상태를 파악할 수 있다.Next, as shown in FIG. 14F, the Crack Detection submenu in the main menu of the data processing main menu shown in FIG. 13 has a function of applying an algorithm for crack detection based on image data and a function of crack data visualization to provide. This makes it possible to carry out a crack detection on a specific region or a region of interest (ROI) as well as perform an overall crack detection on the entire measurement region. In particular, by applying a separate pseudo-color mapping technique, as shown in FIG. 14F, color mapping according to the thickness of the crack can be performed, so that the user can easily grasp the current state of the crack.

다음으로, 도 13에 도시된 데이터 처리(Data Processing) 주메뉴 내에서 2D Texture Rendering 및 3D Volume Rendering 부메뉴는, 도 14g에 도시된 바와 같이, GSM Database를 이용한 영상정합 데이터에 대한 렌더링 결과를 가시화하는 기능을 제공한다. 전술한 바와 같이 Coin3d 라이브러리 및 3D 가속기를 이용하여 수행되며, 가시화의 정도 즉, 가시화를 위한 기준 해상도를 통하여 표현되는 포인트 또는 픽셀의 수를 동적방법(Dynamic Method)으로 조절하여 구현하는 방식을 취함으로써 처리 속도를 최소화하고 가시화된 데이터에 대한 수정 및 변경 작업이 신속하게 진행될 수 있다.Next, the 2D Texture Rendering and 3D Volume Rendering submenus in the main menu of the data processing shown in FIG. 13 can display the rendering result of the image matching data using the GSM database as shown in FIG. 14G . As described above, the Coin3d library and the 3D accelerator are used, and a method of adjusting the degree of visualization, that is, the number of points or pixels expressed through the reference resolution for visualization, is implemented by adjusting the dynamic method The processing speed can be minimized and the modification and change operation of the visualized data can proceed quickly.

예를 들면, 측정 구간 전체에 대한 데이터를 가시화할 경우, 기준 해상도는 10cm가 되어 계산되는 포인트 수를 적절하게 줄임으로서 연산 속도 및 그래픽 메모리의 사용을 최소화할 수 있다. 이와는 반대로 전체 측정 구간 중 일부 구간만을 가시화할 경우, 기준 해상도가 낮아져 렌더링을 위한 연산과 디스플레이에 사용하는 포인트의 수가 증가되어 가시화 결과에 따른 해상도를 적정한 수준으로 유지하면서 전체 연산에 사용되는 포인트 수를 일정하게 유지할 수 있다.For example, in the case of visualizing data for the entire measurement period, the reference resolution is 10 cm, so that the calculation speed and the use of the graphics memory can be minimized by appropriately reducing the number of points to be calculated. On the contrary, when only a partial section of the entire measurement section is visualized, the reference resolution is lowered, and the number of points used for rendering and displaying are increased, so that the resolution according to the visualization result is maintained at an appropriate level, It can be kept constant.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하여 템플릿 데이터와 병합하고, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일을 생성함으로써, 통합운영 프로그램을 기존의 설계 및 시공 데이터와의 연계 및 확장시킬 수 있다.As a result, according to the embodiment of the present invention, the CAD file (coordinate data) for the image registration data is generated and merged with the template data, and the 3ds Max file for the 3D rendering data is generated, And can be linked to and extended with construction data.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템
110: 자주식 대차(Rail Guided Vehicle: RGV)
120: 레이저 스캐너
130: 영상 촬영장치
141: 레이저 스캐너 구동부
142: 영상 촬영장치 구동부
150: 제어부
151: 레이저 스캐너 제어부
152: 영상 촬영장치 제어부
160: 데이터 정합부
170: GSM(Geometric Space Map) 데이터베이스
180: 데이터 처리 및 분석부
190: 통합운영 프로그램
200: 터널 통합 유지관리 체계
100: Opto-Laser Tunnel Scanning System
110: Rail Guided Vehicle (RGV)
120: Laser Scanner
130:
141: laser scanner driving section
142:
150:
151: Laser scanner control section
152:
160: Data matching unit
170: Geometric space map (GSM) database
180: Data processing and analysis unit
190: Integrated Operations Program
200: Tunnel integrated maintenance system

Claims (14)

레이저 스캐너 및 영상 촬영장치가 탑재되는 프레임 바디 형태의 자주식 대차(RGV);
상기 자주식 대차(RGV)가 이동하는 동안 터널 내부를 검측하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득하는 레이저 스캐너;
상기 레이저 스캐너를 제어하며, 상기 레이저 스캐너로부터 획득된 스캔 데이터를 수신하는 레이저 스캐너 제어부;
터널 내부를 촬영하는 영상 촬영장치;
상기 영상 촬영장치를 구동하는 영상 촬영장치 구동부;
상기 영상 촬영장치를 제어하며, 상기 영상 촬영장치로부터 촬영된 영상 데이터를 수신하는 영상 촬영장치 제어부;
상기 레이저 스캐너를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 상기 영상 촬영장치를 이용하여 획득한 이종의 영상 데이터를 이용하여 측정구간 전체에 대한 하나의 정합된 옵토-레이저 데이터를 생성하고, 기하공간지도(GSM) 데이터베이스에 따라 레이저 스캔 데이터를 재구성하는 데이터 정합부; 및
상기 데이터 정합부에서 정합된 옵토-레이저 데이터를 처리 및 분석하는 데이터 처리 및 분석부
를 포함하되,
상기 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링을 진행하여 3차원 터널 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
A frame body type self-propelled truck (RGV) equipped with a laser scanner and a photographing device;
A laser scanner for detecting the interior of the tunnel while the RGV is moving to acquire three-dimensional coordinate data of the tunnel;
A laser scanner controller for controlling the laser scanner and receiving scan data obtained from the laser scanner;
A video photographing device for photographing the interior of the tunnel;
A photographing apparatus driving unit for driving the image photographing apparatus;
A video photographing device control unit for controlling the video photographing device and receiving video data photographed by the video photographing device;
Using the laser scan data acquired by using the laser scanner and the heterogeneous image data obtained by using the imaging apparatus, one matched opto-laser data of the entire measurement section is generated and a geometric spatial map (GSM) is generated. A data matching unit for reconstructing laser scan data according to a database; And
A data processing and analysis unit for processing and analyzing the opto-laser data matched by the data matching unit,
Including,
Dimensional tunnel model to generate a 3D tunnel model by performing a correction operation on each of the laser scan data and the image data and then forming registration data and performing 3D rendering to generate a 3D tunnel model. .
제1항에 있어서,
상기 레이저 스캐너는 상기 자주식 대차(RGV)가 이동하는 동안 360ㅀ로 회전하는 스캐닝 미러를 이용하여 터널에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 1,
The laser scanner acquires three-dimensional coordinate data for a tunnel by using a scanning mirror that rotates at 360 ° while the self-propelled bogie (RGV) moves, opto-laser tunnel scanning for generating a three-dimensional tunnel model. system.
제1항에 있어서,
상기 자주식 대차는 배터리로 구동되고, 이중 서스펜션-기반의 구동축이 적용되어 저진동 자율 주행하는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 1,
Characterized in that the self-propelled truck is driven by a battery, and a double suspension-based drive shaft is applied to perform a low-vibration self-running.
제3항에 있어서,
상기 자주식 대차는 경사면을 포함하는 터널 구간에서의 정속 주행시 1㎝/sec 이하의 속도 정밀도를 확보하고, 출발시 3초 이내에 정속 주행모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the self-propelled bogie has a speed accuracy of less than 1 cm / sec at a constant speed in a tunnel section including an inclined plane, and enters a constant speed running mode within 3 seconds of departure. Laser Tunnel Scanning System.
제3항에 있어서,
상기 자주식 대차는 고분해능 인코더와 250ps 단위로 인코더 펄스 간격을 측정하는 디지털 컨버터를 기반으로 하여 운전이 제어되는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 3,
Characterized in that the self-propelled bogie is operated based on a high resolution encoder and a digital converter that measures the encoder pulse interval in units of 250 ps. The opto-laser tunnel scanning system for generating a three-dimensional tunnel model.
제1항에 있어서,
상기 데이터 정합부는 크랙(Crack) 및 이상 징후 트래킹을 위한 검출 알고리즘이 적용되고, 3차원 렌더링을 위한 소프트웨어 개발 키트(software development kit: SDK)를 적용한 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the data matching unit is implemented with a detection algorithm for tracking cracks and anomalies and applying a software development kit (SDK) for three-dimensional rendering. Laser Tunnel Scanning System.
제1항에 있어서,
상기 데이터 정합부는 상기 영상 데이터 및 레이저 스캔 데이터의 해상도를 0.25㎜로 할 때 웨이브렛-기반의 크랙 검출 알고리즘에 따라 0.5㎜의 미세 크랙을 검출하는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the data matching unit detects a fine crack of 0.5 mm according to a wavelet-based crack detection algorithm when the resolution of the image data and the laser scan data is 0.25 mm. Laser Tunnel Scanning System.
제1항에 있어서,
상기 기하공간지도(GSM) 데이터베이스 구성을 변경하고, 크랙 및 이상 징후에 대한 시계열 분석을 통해 터널 통합유지 관리체계와 연계되는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 1,
Characterized in that the geometry spatial map (GSM) database configuration is changed and linked to a tunnel integrated maintenance system through time series analysis of cracks and anomalies.
제1항에 있어서,
상기 영상 정합 데이터에 대한 CAD 파일(좌표데이터)을 생성하고 템플릿 데이터와 병합하며, 3차원 렌더링 데이터에 대한 3ds Max 파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템.
The method of claim 1,
Dimensional coordinate system, and a CAD file (coordinate data) for the image registration data is generated and merged with the template data to generate a 3ds Max file for the 3D rendering data. .
레이저 스캐너를 이용하여 획득한 레이저 스캔 데이터와 영상 촬영장치를 이용하여 획득한 이종의 영상 데이터에 대한 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법에 있어서,
a) 레이저 스캐너를 통해 측정한 레이저-스캔 데이터를 가시화하기 위해서 기하공간지도(Geometric Space Map: GSM)를 이용하여 재구성하는 단계;
b) 상기 GSM-기반으로 레이저 스캔 데이터인 단면 데이터를 생성하는 단계;
c) 상기 단면 데이터를 보정하는 단계;
d) 옵토-레이저 데이터인 레이저-영상의 정합 데이터의 처리를 위한 데이터베이스를 생성하는 단계;
e) 상기 데이터베이스를 이용한 레이저 및 영상 데이터 정합으로 옵토-레이저 데이터를 생성하는 단계;
f) 상기 옵토-레이저 데이터를 보정 및 개선하는 단계;
g) 데이터 포인트-기반 데이터의 3차원 렌더링을 위한 사전 데이터를 보정하는 단계; 및
h) 데이터 포인트-기반 데이터의 3차원 렌더링을 위한 후처리 작업을 수행하는 단계
를 포함하되,
상기 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터 각각에 대한 보정 작업을 거친 후 정합 데이터를 형성하여 3차원 렌더링을 진행하는 것을 특징으로 하는 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법.
A method of processing an opto-laser tunnel scan data for generating a three-dimensional tunnel model for laser scan data acquired using a laser scanner and heterogeneous image data acquired using an imaging apparatus,
a) reconstructing using a geometric space map (GSM) to visualize laser-scan data measured by a laser scanner;
b) generating cross-sectional data that is the GSM-based laser scan data;
c) correcting the cross-sectional data;
d) generating a database for processing the matching data of the laser-image which is opto-laser data;
e) generating opto-laser data by laser and image data matching using the database;
f) correcting and improving said opto-laser data;
g) correcting dictionary data for three-dimensional rendering of data point-based data; And
h) Performing a post-processing operation for three-dimensional rendering of data point-based data
Including,
Wherein the correcting operation is performed on each of the laser scan data and the image data, and then the matching data is formed and the 3D rendering is performed.
제10항에 있어서,
상기 기하공간지도(GSM)는 동일한 간격을 가지는 논리적 공간상에 물리적 좌표값을 가지는 레이저 스캔 데이터와 영상 데이터를 배열하고. 동일한 논리적, 물리적 특성을 가지는 공간상에서 보정 후처리 작업과 영상 정합, 3차원 렌더링 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법.
The method of claim 10,
The geospatial map (GSM) arranges laser scan data and image data having physical coordinate values in logical spaces having the same interval. A method for processing opto-laser tunnel scan data, comprising performing post-correction, image registration, and three-dimensional rendering in a space having the same logical and physical characteristics.
제10항에 있어서,
상기 레이저 스캔 데이터는 나선형 형태로 획득한 데이터로부터 설정 해상도를 기준으로 한 단면을 생성하기 위하여 상기 GSM(Geometric Space Map)에 레이저 스캐너로부터 획득한 Raw Data(원시 데이터)를 저장하는 것을 특징으로 하는 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법.
The method of claim 10,
Wherein the laser scan data stores raw data (raw data) acquired from a laser scanner in the GSM (Geometric Space Map) to generate a cross section based on a set resolution from data obtained in a spiral shape. - Laser tunnel scan data processing method.
제12항에 있어서,
상기 저장된 Raw Data 형태는 y축과 z축이 설정 해상도에 따라 균일한 크기를 가지고 각 배열 값은 공간정보인 x축 정보와 후에 영상데이터로부터 얻어져 저장하게 될 RGB 값에 대한 정보를 갖는 것을 특징으로 하는 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법.
The method of claim 12,
The stored raw data form has information on y-axis and z-axis having a uniform size according to the set resolution, and each array value has x-axis information which is spatial information and information on RGB values to be obtained and stored afterward from the image data Wherein the optical data is processed by an opto-laser tunnel scanning method.
제10항에 있어서,
상기 b) 단계에서 생성된 단면 데이터는, 한 개의 단면에 포함되는 단위 배열의 수를 조정함으로써 사용자의 필요성에 따라 선택적으로 단면을 생성하고, 레이저 데이터 보정을 수행함으로써 동적으로 레이저 데이터의 해상도를 조정하는 것을 특징으로 하는 옵토-레이저 터널 스캔 데이터 처리 방법.
The method of claim 10,
The cross-sectional data generated in the step b) may be modified by adjusting the number of unit arrays included in one cross section so as to selectively generate a cross section according to the user's need and dynamically adjusting the resolution of the laser data by performing laser data correction Wherein the first and second wavelengths are different from each other.
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