KR20170053769A - 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법 - Google Patents

무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인비행체로 촬영한 공사 현장의 영상을 실시간으로 운전기사에게 제공할 수 있는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법에 관한 것이다. 본 발명의 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템은, 무인비행체 유닛과 서버 모듈을 포함한다. 무인비행체 유닛은, 무인비행체 바디에 비행 구동력을 제공하는 무인비행체 구동부와, 영상 정보를 취득하는 무인비행체 영상 감지부 및 무인비행체 바디의 위치 정보를 감지하는 무인비행체 GPS를 포함하는 무인비행체 감지부와, 무인비행체 감지 신호를 전송하는 무인비행체 통신부와, 감지된 건물의 영상 정보를 무인비행체 통신부로 전달하고 무인비행체 구동부에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가하는 무인비행체 제어부를 구비한다. 서버 모듈은, 무인비행체 통신부와 통신하는 서버 통신부와, 사전 설정 건물 정보를 저장하는 서버 저장부와, 무인비행체 감지부에서 감지한 건물의 영상 정보를 사전 설정 건물 정보와 비교 처리하는 서버 제어부와, 서버 제어부에서 비교 처리된 비교 건물 정보를 출력하는 서버 출력부를 구비한다. 사전 설정 건물 정보는 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보를 포함한다.

Description

무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법{DRIVING SUPPORT SYSTEM FOR TOWER CRANE USING UNMANNED AERIAL VEHICLE AND IMAGE PROVIDING METHOD FOR TOWER CRANE USING THE SAME}
본 발명은 타워크레인의 운전 보조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인비행체로 촬영한 공사 현장의 영상을 실시간으로 운전기사에게 제공함으로써 운전기사가 더욱 정밀한 운반 작업을 수행할 수 있게 하는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설 현장에서는 공사에 필요한 철근, H빔 등의 각종 기자재들을 목표 지점으로 운송하기 위한 타워크레인을 설치하여 운용하고 있다.
타워크레인은 지상으로부터 수직으로 올라간 마스트와, 마스트의 상부에 지표면과 수평으로 길게 설치되어 회전 운동하는 지브와, 지브 상에서 수평 이동하는 트롤리를 포함한다. 트롤리의 말단에는 후크가 설치되어 트롤리와 함께 수평 운동 및 수직 운동하면서 인양물을 운반하게 된다. 지브의 하부에는 각종 조작기구가 설치된 운전실이 마련된다.
이러한 타워크레인은 지브를 회전시키고, 트롤리를 지브 상에서 직선 운동 시키면서 후크를 인양할 중량물의 상부에 위치시키고, 후크를 하강시켜 인양물을 건 후 상승시키고, 지브를 회전시키고 트롤리를 이동시키면서 인양물을 목표 지점의 상부로 이동시킨다. 그리고 후크를 하강하여 인양물을 목표 지점에 내려놓게 된다.
이러한 인양물 운반 작업은 고공의 운전실에 탑승한 운전기사가 조작기구를 조작하여 수행하게 된다. 타워크레인 운전기사는 지상의 운전기사로부터 수신호나 무전기를 통하여 작업 상황을 전달받아 지브의 회전과 트롤리의 직선 운동, 후크의 상승, 하강 운동 등 타워크레인 전반적인 동작을 직접 제어하게 된다.
건물의 시공시 타워크레인은 건물의 시공이 진행됨에 따라 점차 높아지는 건물의 층고에 맞춰 상승하게 된다. 이에 따라 운전실도 지상으로부터 높아지게 되어 운전기사의 시각이 지상으로부터 멀어지게 되고, 층고의 공정 진행으로 건물에 의해 운전기사의 시각이 가려지는 사각 지대의 범위가 증가하게 된다.
타워크레인의 운전기사는 사각지대에서의 트롤리 및 후크의 상승 또는 하강 작업을 신호수와의 수신호나 무전기 통화에 전적으로 의존하게 된다. 즉, 종래의 타워크레인 운용 방법은 운전기사가 지상과 멀리 떨어진 고공에서 지상의 상황을 어렴풋이 확인하거나 전혀 보지 못하는 상태에서 신호수의 지시를 받고 운전해야 한다. 따라서 운전기사의 능동적인 운전이 어려워 운전이 매우 불편하고, 작업 능률이 크게 떨어질 뿐만 아니라, 안전사고의 위험이 높다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 대한민국 등록실용신안공보 제0191025호(2000. 08. 16)에는 타워크레인의 지브 상에서 수평 이동하는 트롤리에 줌기능을 갖는 CCTV카메라를 장착하여 양중 작업시 훅에 매달린 부재 또는 훅 자체가 장애물과 충돌하는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 종래 기술은 CCTV카메라에서 촬영되는 영상 정보를 운전실에서 실시간으로 전송함으로써 인양부재와 장애물의 충돌을 사전에 방지하도록 운전기사의 조작을 유도하는 방식이다.
그런데 상술한 것과 같은 종래의 기술은 CCTV카메라가 트롤리에 위치하기 때문에 수직 방향에 대한 영상정보만을 운전기사에게 제공할 수 있다. 따라서 실제 현장에서 인양부재의 위치 수정과 같은 수평적인 작업에 대한 운전기사의 작업 보조 효과가 크게 떨어진다.
대한민국 등록실용신안공보 제0191025호 (2000. 08. 16) 대한민국 공개특허공보 제2010-0037257호 (2010. 04. 09)
본 발명은 상술한 것과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공사 현장에서 무인비행체로 촬영한 공사 현장의 영상을 실시간으로 타워크레인의 운전실에 제공하여 운전기사가 직접 육안으로 확인이 불가능한 공사 현장을 영상을 통해 확인하여 더욱 능동적이고 적극적으로 타워크레인을 조작할 수 있도록 돕는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명의 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템은, 무인비행체 유닛과 서버 모듈을 포함한다. 상기 무인비행체 유닛은, 무인비행체 바디에 비행 구동력을 제공하는 무인비행체 구동부와, 상기 무인비행체 바디에 배치되어 영상 정보를 취득하는 무인비행체 영상 감지부 및 상기 무인비행체 바디의 위치 정보를 감지하는 무인비행체 GPS를 포함하는 무인비행체 감지부, 상기 무인비행체 감지부에서 감지된 영상 정보를 포함하는 무인비행체 감지 신호를 전송하는 무인비행체 통신부와, 상기 무인비행체 감지부에 감지된 건물의 영상 정보를 상기 무인비행체 통신부로 전달하고 상기 무인비행체 구동부에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가하는 무인비행체 제어부를 구비한다. 상기 서버 모듈은, 상기 무인비행체 통신부와 통신하여 무인비행체 감지 신호를 수신하고 상기 무인비행체 제어부에 무인비행체 제어 신호를 전달하는 서버 통신부와, 사전 설정 건물 정보를 저장하는 서버 저장부와, 상기 서버 통신부를 통하여 상기 무인비행체 감지부에서 감지한 건물의 영상 정보를 취득하고 상기 사전 설정 건물 정보와 비교 처리하는 서버 제어부와, 상기 서버 제어부에서 비교 처리된 비교 건물 정보를 출력하는 서버 출력부를 구비한다. 상기 사전 설정 건물 정보는 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보를 포함한다.
상기 무인비행체 영상 감지부가 취득한 영상 정보는 상기 서버 제어부로 전달되고, 상기 서버 제어부는 취득된 영상 정보로부터 건물의 자재를 확인하고, 상기 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보로부터 해당 건물 자재 중 현재 최종 탑재 자재를 비교하고, 상기 현재 최종 탑재 자재에 후속하는 후속 탑재 자재 정보를 상기 취득된 영상 정보에 중첩시켜 중첩 영상 정보를 형성할 수 있다.
상기 서버 제어부는 상기 중첩 영상 정보를 서버 출력부를 통하여 출력할 수 있다.
상기 서버 출력부는 건설 현장 타워크레인 내 배치되는 디스플레이를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명의 타워크레인의 영상 제공 방법은, 무인비행체 유닛과, 상기 무인비행체 유닛과 통신하여 무인비행체 제어 신호를 인가하고 상기 무인비행체 유닛의 무인비행체 감지부에서 취합된 감지 신호를 처리하는 서버 제어부와 상기 서버 제어부와 전기적으로 연결되고 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보를 포함하는 사전 설정 건물 정보를 저장하는 서버 저장부를 구비하는 서버 모듈을 구비하는 타워크레인의 운전 보조시스템을 제공하는 제공 단계; 상기 서버 제어부가 서버 통신부를 통하여 상기 무인비행체 유닛에 상기 무인비행체 유닛의 위치 정보를 포함하는 무인비행체 제어 신호를 인가하는 초기화 단계; 상기 무인비행체 제어부가 상기 무인비행체 제어 신호에 기초하여 건물의 영상 정보를 취득하는 무인비행체 영상 감지부를 통하여 영상 정보를 취득하는 영상 정보 취득 단계; 상기 무인비행체 감지부의 영상 정보와 사전 설정 건물 정보를 비교 처리하고 상기 감지된 영상 정보에 상기 사전 설정 건물 정보를 중첩시켜 중첩 영상 정보를 출력하는 영상 정보 출력 단계;를 포함한다.
상기 영상 정보 취득 단계는, 상기 무인비행체 유닛의 위치 정보에 따라 상기 무인비행체 유닛에 구비되는 무인비행체 구동부에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가하고 상기 무인비행체 유닛에 구비되는 무인비행체 GPS의 무인비행체 위치 감지 신호와 상기 위치 정보를 비교하여 위치 이동하는 위치 이동 단계와, 상기 위치 이동 단계에서 사전 설정된 위치 정보로 이동한 상태를 유지하도록 상기 무인비행체 구동부에 호버링 제어 신호를 인가하는 호버링 단계와, 상기 무인비행체 영상 감지부를 통하여 영상을 촬영하는 영상 촬영 단계를 포함할 수 있다.
상기 영상 정보 처리 단계는, 상기 서버 제어부가 상기 무인비행체 유닛의 위치 정보에 대응하는 BIM 뷰포인트 영상을 생성하는 BIM 뷰포인트 영상 생성 단계와, 상기 감지된 영상 정보의 좌표축과 상기 BIM 뷰포인트 영상의 좌표축을 비교하여 좌표축을 정합시키는 좌표축 정합 단계와, 상기 BIM 뷰포인트 영상 내 후속 탑재 자재 정보를 상기 감지된 영상 정보에 중첩시키키 위한 BIM 후속 탑재 자재 위치를 산출하는 BIM 후속 탑재 자재 위치 산출 단계와, 상기 감지된 영상 정보의 상기 BIM 후속 탑재 자재 위치에 상기 후속 탑재 자재 정보를 중첩시켜 중첩 영상을 산출하는 중첩 영상 산출 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템은 무인비행체 유닛을 이용하여 촬영한 공사 현장 영상을 시공에 필요한 모든 요소 정보가 들어있는 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보와 중첩시켜 타워크레인 운전기사에게 제공함으로써, 타워크레인 운전기사가 높은 운전 정밀도로 타워크레인을 운전할 수 있고 갑작스런 상황 발생에 대해 능동적으로 상황 대처할 수 있도록 지원한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템의 적용예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템을 통해 제공될 수 있는 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보의 일례를 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템을 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법을 설명하기 위한 제어 흐름도들이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템을 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법 중에서 짐발 조정 단계를 설명하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템에 의한 출력 영상을 예시적으로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템의 적용예를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)은 타워크레인(T)과 공사 중인 건물(B) 등 타워크레인(T) 주위를 공중 촬영할 수 있는 무인비행체 유닛(200)과, 무인비행체 유닛(200)에 제어 신호를 전송하고 무인비행체 유닛(200)이 촬영한 영상 정보를 처리하는 서버 모듈(300)을 포함한다. 이러한 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)은 타워크레인(T) 및 그 주변의 영상을 타워크레인 운전기사가 실시간으로 확인할 수 있도록 타워크레인(T)의 운전실(C)에 제공할 수 있다.
무인비행체 유닛(200)은 비행 기능을 갖는 무인비행체 바디(210)와, 무인비행체 구동부(220)와, 무인비행체 감지부(230)와, 무인비행체 제어부(240) 및 무인비행체 통신부(250)를 포함한다. 무인비행체 바디(210)는 중앙 바디를 중심으로 방사상으로 배치되어 프로펠러가 구비된 무인비행체 구동 바디를 구비하는 구조를 취한다. 무인비행체 바디(210)의 중앙 바디에는 무인비행체 제어부(240)와 무인비행체 감지부(230) 등의 다른 구성요소들이 배치될 수 있다. 도면에는 무인비행체 유닛(200)이 복수의 프로펠러가 등각 배치하는 프로펠러 타입의 무인비행체 바디(210)를 구비하는 것으로 나타냈으나, 무인비행체 유닛은 그 밖에 승하강 및 호버링 동작을 수행할 수 있는 다양한 다른 구조를 취할 수 있다.
무인비행체 구동부(220)는 무인비행체 바디(210)를 승하강 동작 내지 위치 유지하는 호버링 동작을 수행할 수 있도록 하는 구동력을 제공한다. 무인비행체 구동부(220)는 프로펠러와 프로펠러를 가동시키는 구동 모터를 포함할 수 있다.
무인비행체 감지부(230)는 무인비행체 바디(210)에 결합되며, 건물(B)의 영상 정보를 취득하는 무인비행체 영상 감지부(231)와, 무인비행체 GPS(232)와, 무인비행체 레이저센서(233)를 포함한다.
무인비행체 GPS(232)는 무인비행체 유닛(200)의 현재 위치 정보, 현재 위치 좌표 정보를 검출할 수 있다. 본 실시예에서 무인비행체 GPS(232)로 명명된 구성요소는 무인비행체 유닛(200)의 위치 정보 및 고도 정보를 감지 취득하는 기능을 구비하는 것을 나타낸다. 경우에 따라 지표 상(X-Y)의 평면 좌표 정보를 얻는 GPS와 지면으로부터의 높이 방향(Z)의 고도 정보를 얻는 고도계가 별개로 마련될 수도 있다.
무인비행체 영상 감지부(231)는 건물 정보, 즉 건물(B)의 영상 정보를 취득하는 것으로 다양한 카메라가 이용될 수 있다. 무인비행체 레이저센서(233)는 무인비행체 유닛(200)과 건물(B)의 외벽 간의 거리를 측정한다.
무인비행체 영상 감지부(231), 무인비행체 GPS(232) 및 무인비행체 레이저센서(233)의 감지된 무인비행체 영상 정보와 같은 건물 정보, 무인비행체 위치 정보 및 무인비행체 거리 정보를 포함하는 무인비행체 감지 신호는 무인비행체 제어부(240)로 전달된다.
무인비행체 제어부(240)는 서버 모듈(300)의 서버 제어부(310)의 무인비행체 제어 신호에 따라 무인비행체 바디(210)의 승하강 또는 호버링 동작을 제어한다. 즉, 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 구동부(220)의 구동 모터에 구동 제어 신호를 인가하여 무인비행체의 승하강 내지 호버링 동작을 제어한다. 또한 무인비행체 감지부(230)에서 감지된 무인비행체 감지 신호가 무인비행체 제어부(240)로 전송된다. 무인비행체 제어부(240)는 이를 무인비행체 저장부(260)에 저장할 수도 있고, 무인비행체 통신부(250)를 통하여 서버 모듈(300)로 전송할 수도 있다.
무인비행체 통신부(250)는 무인비행체 제어부(240)와 연결되어 무인비행체 제어부(240)의 무인비행체 통신 제어 신호에 따라 서버 모듈(300)과 송수신하여 서버 모듈(300)로 무인비행체 감지 정보를 송신한다. 또한 무인비행체 통신부(250)는 서버 모듈(300)로부터 무인비행체 제어 신호를 수신한다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 서버 모듈(300)은 서버 제어부(310)와, 서버 저장부(320)와, 서버 연산부(330)와, 서버 통신부(340)와, 서버 출력부(350)를 포함한다.
서버 통신부(340)는 서버 제어부(310)의 서버 통신 제어 신호에 따라 무인비행체 통신부(250)와 통신하여 무인비행체 감지 신호를 수신하고, 무인비행체 제어부(240)로 무인비행체 제어 신호를 송신한다.
서버 저장부(320)는 무인비행체 유닛(200)이 감지하고자 하는 대상 건물(B)의 사전 설정 건물 정보를 저장한다. 여기에서, 사전 설정 건물 정보는 건물(B)의 외벽 면적 정보나, 무인비행체 유닛(200)이 호버링 동작하여 영상 감지를 실행할 위치 정보 등을 포함하는 사전 설정 데이터를 지칭한다.
서버 제어부(310)는 서버 통신부(340)를 통하여 무인비행체 유닛(200)과 신호를 송수신한다. 서버 제어부(310)는 무인비행체 유닛(200)의 무인비행체 감지 신호로부터 건물 정보를 취득하고, 서버 저장부(320)에 저장된 사전 설정 건물 정보에 기초하여 무인비행체 유닛(200)을 제어하는 무인비행체 제어 신호를 발생한다. 또한 서버 제어부(310)는 무인비행체 유닛(200)으로부터 감지된 무인비행체 감지 정보를 서버 통신부(340)를 통하여 전달 받아 처리 내지 비교 판단하는 동작을 수행할 수 있다. 서버 제어부(310)는 서버 연산부(330)가 연산한 연산 결과를 수신하여 그 연산 결과를 무인비행체 감지 정보와 함께 처리할 수 있다.
서버 출력부(350)는 서버 제어부(310)의 출력 제어 신호에 따라 대상 건물(B)에 대한영상 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 서버 출력부(350)는 타워크레인 운전기사가 영상을 확인할 수 있도록 건설 현장의 타워크레인(T)의 운전실(C) 내에 배치되는 디스플레이로 구현될 수 있다. 이 밖에, 서버 출력부(350)는 건설 현장이나, 주 사무소 관리 조정실, 또는 기타 현장 작업자 등에게 영상 정보를 제공할 수 있도록 다양한 디스플레이로 구현될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)은 건물(B)의 영상 정보를 취득하고, 이를 서버 저장부(320)에 저장된 사전 설정 건물 정보와 비교 처리하여 그 비교 처리된 비교 건물 정보를 서버 출력부(350)를 통해 출력한다. 여기에서, 사전 설정 건물 정보는 빌딩 정보 모델링(BIM: Building Information Modeling) 정보를 포함할 수 있다.
빌딩 정보 모델링(BIM) 정보는 건축 분야에서 사용되고 있는 3D 모델링을 의미하는 것으로, 건물을 시공하기에 앞서 컴퓨터 프로그램 상에서 가상으로 시뮬레이션화하는 프로그램이다. 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보의 기본 형상은 3D 모델이며, 시공에 필요한 모든 요소 정보가 들어 있다. 특히, 시간의 흐름에 따라 공사 과정의 진행을 표현할 수 있어 사용자가 필요에 따라 공정별 시공 모습을 3D 모델링으로 확인할 수 있다. 무인비행체로부터 촬영되는 공사 현장 영상은 1차적으로 서버 모듈(300)로 전송되며, 서버 모듈(300)은 이를 도 3에 나타낸 것과 같은 미리 만들어진 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보와 매칭시킴으로써 타워크레인(T)이 운반중인 공사부재(보, 기둥, 가새 등)의 올바른 설치 위치를 시각적으로 표현할 수 있다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보에는 운반되는 공사요 부재뿐만이 아니라 현장에 설치된 여러 장비(타워크레인, 전선, 가설물, 전신주 등)를 모두 입력하여 화면에 색상처리 하여 표현할 수 있고, 이를 통해 화물 운반 중 발생할 수 있는 충돌 사고의 위험을 줄일 수 있다.
취득된 감지 영상 정보를 포함하는 건물 정보는 무인비행체 저장부(260)에 저장된다. 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 감지부(230)에 저장된 건물 정보를 무인비행체 통신부(250)를 통하여 서버 통신부(340)와 통신 상태를 유지하고, 서버 통신부(340)는 서버 제어부(310)를 거쳐 서버 저장부(320)에 감지된 건물 정보를 저장한다. 서버 제어부(310)는 서버 저장부(320)에 저장된 감지 건물 정보와 사전 설정 저장된 사전 설정 건물 정보를 비교하여 3D 모델링 영상으로 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)은 건설 현장의 영상 정보를 취득하는 과정에서 보다 정확한 영상 정보를 취득하기 위한 구성요소를 더 구비한다. 즉, 무인비행체 유닛(200)은 무인비행체 바디(210)와 무인비행체 영상 감지부(231)를 서로 연결하고, 이들의 상대 위치 조정을 위한 무인비행체 짐발부(270)를 더 구비한다.
무인비행체 짐발부(270)는 짐발 바디(271)와 무인비행체 짐발 구동부(272)를 포함한다. 짐발 바디(271)는 무인비행체 바디(210)와 무인비행체 영상 감지부(231)를 연결하는 구성요소이다. 짐발 바디(271)는 소정의 링크 구조나, 상대 위치의 조정이 가능한 관절 구조 등으로 구성될 수 있다. 짐발 구동부(272)는 짐발 바디(271)의 서로 연결된 링크 간의 상대 회동력을 제공하기 위한 모터 등으로 구현될 수 있다. 이러한 무인비행체 짐발부(270)는 짐발 구동부(272)에서 발생하는 구동력이 짐발 바디(271)를 상대 회동시킴으로써 궁극적으로 무인비행체 바디(210)와 무인비행체 감지부(230) 간의 상대 위치를 조정할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)은 무인비행체 유닛(200)이 건물(B)과의 이격 거리를 감지할 수 있는 무인비행체 레이저센서(233)를 구비한다. 무인비행체 레이저센서(233)는 무인비행체 바디(210)와 건물 외벽 간의 거리를 감지하여 무인비행체 제어부(240)에 전송함으로써 무인비행체 제어부(240)가 무인비행체 유닛(200)을 건물 외벽으로부터 적절한 거리를 유지할 수 있게 한다.
무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 제어 신호와 무인비행체 위치 감지 신호에 기초하여 무인비행체 구동부(220)에 구동 제어 신호를 인가한다. 무인비행체 제어 신호는 무인비행체 유닛(200)의 위치 정보를 포함하는 것으로 서버 제어부(310)로부터 전달된다. 무인비행체 위치 감지 신호는 무인비행체 감지부(230)의 무인비행체 GPS(232)에서 감지된 무인비행체 유닛(200)의 현재 위치 정보를 나타낸다. 즉, 무인비행체 유닛(200)의 위치 정보는 무인비행체 유닛(200)을 통하여 건물(B)의 영상 정보를 취득하도록 무인비행체 유닛(200)을 호버링시키기 위한 위치를 나타낸다. 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 위치 감지 신호와 무인비행체 위치 정보와의 차이를 비교하여 이를 최소화시키도록 무인비행체 구동부(220)에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)에 의한 타워크레인의 영상 제공 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 4에 나타낸 것과 같이, 무인비행체 유닛(200)과 서버 모듈(300)을 포함하는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)이 제공되는 제공 단계(S10)가 실행된다. 무인비행체 유닛(200)와 서버 모듈(300)은 앞서 기술한 바 중복된 설명은 생략한다.
다음으로, 서버 제어부(310)가 무인비행체 유닛(200)의 무인비행체 제어부(240) 측으로 무인비행체 제어 신호를 인가하는 초기화 단계(S20)가 실행된다. 초기화 단계(S20)에서 서버 제어부(310)는 서버 저장부(320)에 저장된 사전 설정 건물 정보 중 무인비행체 유닛(200)이 건물(B)의 영상 정보를 취득하기 위한 위치 정보와 무인비행체 유닛(200)의 동작 상태 제어를 위한 정보를 포함하는 무인비행체 제어 신호를 서버 통신부(340)를 통하여 무인비행체 유닛(200)에 인가한다.
다음으로, 무인비행체 제어부(240)가 무인비행체 통신부(250)를 통하여 무인비행체 제어 신호를 수신하여 이에 기초하여 무인비행체 구동부(220)에 구동 제어 신호를 인가하고, 소정의 사전 설정된 위치에서 건물(B)의 영상 정보를 취득하는 영상 정보 취득 단계(S30)를 실행한다. 이때, 영상 정보 취득 단계(S30)는 도 5에 나타낸 것과 같이, 위치 이동 단계(S31)와, 호버링 단계(S32)와, 짐발 조정 단계(S33)와, 영상 촬영 단계(S34)를 포함한다.
위치 이동 단계(S31)에서 무인비행체 제어부(240)는 서버 모듈(300)로부터 전달된 사전 설정 건물 정보 내 포함된 무인비행체 유닛(200)의 위치 정보에 따라 무인비행체 구동부(220)에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가하고, 무인비행체 GPS(232)의 무인비행체 위치 감지 신호와 위치 정보를 비교하여 무인비행체 유닛(200)을 촬영을 위한 위치로 이동시킨다. 이때 무인비행체 유닛(200)이 점하는 위치 정보는 지면에 대한 X-Y 평면 상의 좌표 정보와 지면으로부터의 Z축 상으로의 높이 고도 정보를 동시에 포함한다. 위치 정보와 무인비행체 위치 감지 신호의 감지 정보 간의 비교차가 사전 설정 범위에 포함된 경우 해당 위치를 점유한 것으로 판단하여 더 이상의 위치 변동이 이루어지지 않을 수 있다.
다음으로, 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 구동부(220)에 무인비행체 호버링 제어 신호를 인가하여 무인비행체 유닛(200)을 사전 설정된 위치 정보로 이동한 상태를 유지하도록 한다. 즉, 무인비행체 유닛(200)을 건물(B)에 대한 상대 이동 없이 정위치 점유하여 고정 상태를 유지하도록 한다.
다음으로, 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 감지부(230)의 무인비행체 영상 감지부(231)에 무인비행체 영상 제어 신호를 인가하여 무인비행체 영상 감지부(231)를 통하여 건물(B)의 영상을 촬영하는 영상 촬영 단계(S34)를 실행한다. 이때, 무인비행체 레이저센서(233)가 대상 건물(B)과의 이격 거리를 감지하여 무인비행체 제어부(240)로 전달하고 이 정보는 무인비행체 저장부(260)에 저장될 수 있다.
한편, 영상 정보 취득 단계(S30)에 있어 영상 촬영 단계(S34) 이전에 짐발 조정 단계(S33)가 먼저 수행될 수 있다. 짐발 조정 단계(S33)에서 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 짐발부(270)를 조정하여 무인비행체 영상 감지부(231)의 촬영 각도를 조정한다. 짐발 조정 단계(S33)에서 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 유닛(200)을 사전 설정 각도로 틸팅 동작시키도록 무인비행체 구동부(220)에 무인비행체 조정 제어 신호를 인가하고 무인비행체 레이저센서(233)가 무인비행체 유닛(200)와 건물(B)과의 거리를 감지한다. 이때, 짐발 구동부(272)는 틸팅 동작을 실행하여 궁극적으로 무인비행체 레이저센서(233)가 건물 외벽과의 일정 범위에서의 거리 감지 구간에 대한 거리를 감지하도록 한다. 무인비행체 제어부(240)는 무인비행체 레이저센서(233)의 틸팅 동작 동안 감지 거리를 비교하여 최소 거리에 대응하는 각도 위치를 확인한다. 그리고 무인비행체 유닛(200)과 건물(B) 간의 감지된 거리 중 최소 거리에 대응하는 각도로 짐발 구동부(272)를 가동시켜 무인비행체 짐발부(270)에 연결되는 무인비행체 영상 감지부(231)를 위치 조정하게 된다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 사전 설정된 각도 범위(-θ 내지 θ)로 무인비행체 짐발부(270)의 짐발 구동부(272)를 틸팅 동작시켜 무인비행체 레이저센서(233)에서 감지된 건물 외벽과의 거리가 최소가 되는 짐발 바디(271)의 위치를 건물(B)의 외벽 대비 직각 상태로 판단하고 해당 틸팅 각도 위치로 짐발 구동부(272)를 구동시킨다. 이렇게 무인비행체 짐발부(270)의 위치를 조정하여 무인비행체 영상 감지부(231)와 건물(B)의 외벽과의 수직 상태를 유지하도록 함으로써 촬영 영상의 왜곡을 최소화시킬 수 있다.
이와 같은 영상 정보 취득 단계(S30)가 완료된 후, 서버 모듈(300)이 무인비행체 감지부(230)에서 감지된 건물 정보를 서버 저장부(320)에 저장된 사전 설정 건물 정보와 비교하여 처리하여 출력하고자 하는 영상 정보를 처리하는 영상 정보 처리 단계(S40)가 실행된다.
도 6에 나타낸 것과 같이, 영상 정보 처리 단계(S40)는 BIM 뷰포인트 영상 생성 단계(S41)와, 좌표축 정합 단계(S42)와, BIM 후속 자재 위치 산출 단계(S43)와, 중첩 영상 산출 단계(S44)를 포함한다.
먼저, BIM 뷰포인트 영상 생성 단계(S41)와 좌표축 정합 단계(S42)를 통해 서버 제어부(310)가 무인비행체 유닛(200)의 위치 정보에 대응하는 BIM 뷰포인트 영상을 생성하고, 감지된 영상 정보의 좌표축과 BIM 뷰포인트 영상의 좌표축을 비교하여 좌표축을 정합시킨다.
이때, 서버 모듈(300)이 1차적으로 무인비행체 유닛(200)의 무인비행체 GPS(232)로부터 GPS 정보를 수신한 후 이를 기준점(Land Mark)을 통해 변환한다. 여기에서 기준점이란 공사 현장에서 계측을 위해 실제 설치된 측정 위치로, 기준점의 GPS 데이터를 구할 수 있으므로 이 좌표를 절대좌표로 사용한다. 그리고 2차적으로 BIM의 공간좌표를 기준점으로 하여 변환한다. 이때는 BIM의 절대기준이 없으므로 현장에서의 기준점과 건물간 거리를 기준으로 한다. 측정 방법은 기준점에서 건물(B)의 특정 위치까지의 x축, y축, z축 거리를 측정하여 BIM 프로그램에서의 건물(B)의 특정 위치에서 x축, y축, z축 별로 측정거리만큼 떨어진 위치를 절대좌표의 기준점으로 한다. 이러한 방법으로 기준점을 통해 무인비행체 유닛(200)의 GPS 좌표와 BIM의 극좌표가 동일한 절대좌표로 치환되게 된다. 3차적으로 무인비행체 유닛(200)의 위치에 대한 GPS 데이터를 절대좌표로 치환한 후 해당위치로 BIM의 카메라 시점(Camera View Point)을 이동시킨다. 이 과정을 통하여 무인비행체 유닛(200)의 촬영위치와 BIM 프로그램상의 촬영위치가 동일위치가 된다.
다음으로, BIM 후속 자재 위치 산출 단계(S43)를 수행하여 BIM 뷰포인트 영상 내 후속 탑재 자재 정보를 감지된 영상 정보에 중첩시키키 위한 BIM 후속 탑재 자재 위치를 산출하고, 중첩 영상 산출 단계(S44)를 수행하여 감지된 영상 정보의 BIM 후속 탑재 자재 위치에 후속 탑재 자재 정보를 중첩시켜 중첩 영상을 생성한다. 이러한 과정에서, 서버 모듈(300)은 도 8에 나타낸 것과 같이 타워크레인(T)으로 운반되는 후속 자재가 설치된 상태를 나타내는 가상의 이미지(VI)를 영상 정보로 추출하여 색상처리 후 무인비행체 유닛(200)이 촬영한 영상 이미지에 중첩시킴으로써 타워크레인 운전기사가 쉽게 확인할 수 있는 출력 영상(IMG)을 생성할 수 있다.
그리고 영상 정보 출력 단계(S50)에서 생성된 출력 영상(IMG)을 타워크레인(T)의 운전실(C)에 설치된 디스플레이 등에 출력함으로써, 타워크레인 운전기사가 후속 자재를 건물(B)의 정위치로 정확하게 운반할 수 있게 한다.
본 실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)에 의한 타워크레인의 영상 제공 과정 중에, 무인비행체 유닛(200)은 타워크레인 운전기사 또는 현장기사의 필요에 의해 위치 변경될 수 있다. 무인비행체 유닛(200)의 위치가 변경되는 경우, 앞서 설명한 것과 같은 BIM 뷰포인트 영상 생성 단계(S41)와 좌표축 정합 단계(S42)를 반복함으로써 지속적으로 양방향의 영상 정보가 일치화 되도록 한다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)은 무인비행체 유닛(200)을 이용하여 촬영한 공사 현장 영상을 시공에 필요한 모든 요소 정보가 들어있는 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보와 중첩시켜 타워크레인 운전기사에게 제공함으로써, 타워크레인 운전기사가 높은 운전 정밀도로 타워크레인(T)을 운전할 수 있게 돕는다. 특히, 다이아그리드 구조물의 시공시, 타워크레인 운전기사가 타워크레인(T)을 운전하는데 큰 도움을 줄 수 있다.
도 2에 나타낸 것과 같이, 다이아그리드 구조물은 건물(B)의 최외곽 입면이 대각가새와 보부재로 구성되는 구조시스템이다. 다이아그리드 구조물은 대각가새 부재가 기울어져 시공될 뿐만 아니라, 한 개의 대각가새 모듈 안에서 여러 층이 형성되기 때문에 시공시 철골부재가 자립해야 하는 어려움이 있다. 대각가새 부재의 기울기를 유지하기 위하여 지상에서부터 부재를 기울인 채 타워크레인(T)으로 들어올리게 된다. 그리고 두 개의 대각가새가 노드(Node)에 접합되는 동안 타워크레인(T)이 대각가새의 기울기를 계속 유지하고 있어야 하므로, 타워크레인(T)의 정밀한 운전이 요구된다.
종래에는 타워크레인(T)의 운전실(C)과 다이아그리드 노드의 접합부와의 거리가 멀어 운전기사가 육안으로 확인하기 쉽지 않고, 타워크레인 운전기사가 지상의 시공기사의 무전에 의존하여 타워크레인(T)을 운전하였기 때문에 운전 정확도 및 작업 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
이에 반해, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템(100)을 활용하면, 무인비행체 유닛(200)이 실시간으로 제공하는 영상 정보를 타워크레인 운전기사가 직접 보면서 타워크레인(T)을 조작할 수 있어 타워크레인(T)의 운전 정확도 및 작업 효율을 높이고, 타워크레인(T)의 운전 실수로 인한 안전 사고의 위험을 크게 줄일 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템 및 이를 이용한 타워크레인의 영상 제공 방법은, 무인비행체 유닛을 통해 건물(B)의 영상 정보를 취득하고 이를 사전 설정 건물 정보와 비교 처리하여 타워크레인 운전기사가 볼 수 있게 영상으로 출력하는 구조를 이루는 범위에서 다양한 구성이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100...무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템
200...무인비행체 유닛 210... 무인비행체 바디
220...무인비행체 구동부 230...무인비행체 감지부
231...무인비행체 영상 감지부 232...무인비행체 GPS
233...무인비행체 레이저센서 240...무인비행체 제어부
250...무인비행체 통신부 260...무인비행체 저장부
270...무인비행체 짐발부 271...짐발 바디
272...짐발 구동부 300...서버 모듈
310...서버 제어부 320...서버 저장부
330...서버 연산부 340...서버 통신부
350...서버 출력부

Claims (7)

  1. 무인비행체 바디에 비행 구동력을 제공하는 무인비행체 구동부와, 상기 무인비행체 바디에 배치되어 영상 정보를 취득하는 무인비행체 영상 감지부 및 상기 무인비행체 바디의 위치 정보를 감지하는 무인비행체 GPS를 포함하는 무인비행체 감지부, 상기 무인비행체 감지부에서 감지된 영상 정보를 포함하는 무인비행체 감지 신호를 전송하는 무인비행체 통신부와, 상기 무인비행체 감지부에 감지된 건물의 영상 정보를 상기 무인비행체 통신부로 전달하고 상기 무인비행체 구동부에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가하는 무인비행체 제어부를 구비하는 무인비행체 유닛; 및
    상기 무인비행체 통신부와 통신하여 무인비행체 감지 신호를 수신하고 상기 무인비행체 제어부에 무인비행체 제어 신호를 전달하는 서버 통신부와, 사전 설정 건물 정보를 저장하는 서버 저장부와, 상기 서버 통신부를 통하여 상기 무인비행체 감지부에서 감지한 건물의 영상 정보를 취득하고 상기 사전 설정 건물 정보와 비교 처리하는 서버 제어부와, 상기 서버 제어부에서 비교 처리된 비교 건물 정보를 출력하는 서버 출력부를 구비하는 서버 모듈;을 포함하고,
    상기 사전 설정 건물 정보는 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인비행체 영상 감지부가 취득한 영상 정보는 상기 서버 제어부로 전달되고,
    상기 서버 제어부는 취득된 영상 정보로부터 건물의 자재를 확인하고, 상기 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보로부터 해당 건물 자재 중 현재 최종 탑재 자재를 비교하고, 상기 현재 최종 탑재 자재에 후속하는 후속 탑재 자재 정보를 상기 취득된 영상 정보에 중첩시켜 중첩 영상 정보를 형성하는 것을 특징으로 하는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서버 제어부는 상기 중첩 영상 정보를 서버 출력부를 통하여 출력하는 것을 특징으로 하는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 서버 출력부는 건설 현장 타워크레인 내 배치되는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체를 이용한 타워크레인의 운전 보조시스템.
  5. 무인비행체 유닛과, 상기 무인비행체 유닛과 통신하여 무인비행체 제어 신호를 인가하고 상기 무인비행체 유닛의 무인비행체 감지부에서 취합된 감지 신호를 처리하는 서버 제어부와 상기 서버 제어부와 전기적으로 연결되고 빌딩 정보 모델링(BIM) 정보를 포함하는 사전 설정 건물 정보를 저장하는 서버 저장부를 구비하는 서버 모듈을 구비하는 타워크레인의 운전 보조시스템을 제공하는 제공 단계;
    상기 서버 제어부가 서버 통신부를 통하여 상기 무인비행체 유닛에 상기 무인비행체 유닛의 위치 정보를 포함하는 무인비행체 제어 신호를 인가하는 초기화 단계;
    상기 무인비행체 제어부가 상기 무인비행체 제어 신호에 기초하여 건물의 영상 정보를 취득하는 무인비행체 영상 감지부를 통하여 영상 정보를 취득하는 영상 정보 취득 단계; 및
    상기 무인비행체 감지부의 영상 정보와 사전 설정 건물 정보를 비교 처리하고 상기 감지된 영상 정보에 상기 사전 설정 건물 정보를 중첩시켜 중첩 영상 정보를 출력하는 영상 정보 출력 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인의 영상 제공 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 영상 정보 취득 단계는,
    상기 무인비행체 유닛의 위치 정보에 따라 상기 무인비행체 유닛에 구비되는 무인비행체 구동부에 무인비행체 구동 제어 신호를 인가하고 상기 무인비행체 유닛에 구비되는 무인비행체 GPS의 무인비행체 위치 감지 신호와 상기 위치 정보를 비교하여 위치 이동하는 위치 이동 단계와,
    상기 위치 이동 단계에서 사전 설정된 위치 정보로 이동한 상태를 유지하도록 상기 무인비행체 구동부에 호버링 제어 신호를 인가하는 호버링 단계와,
    상기 무인비행체 영상 감지부를 통하여 영상을 촬영하는 영상 촬영 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인의 영상 제공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 영상 정보 처리 단계는,
    상기 서버 제어부가 상기 무인비행체 유닛의 위치 정보에 대응하는 BIM 뷰포인트 영상을 생성하는 BIM 뷰포인트 영상 생성 단계와,
    상기 감지된 영상 정보의 좌표축과 상기 BIM 뷰포인트 영상의 좌표축을 비교하여 좌표축을 정합시키는 좌표축 정합 단계와,
    상기 BIM 뷰포인트 영상 내 후속 탑재 자재 정보를 상기 감지된 영상 정보에 중첩시키키 위한 BIM 후속 탑재 자재 위치를 산출하는 BIM 후속 탑재 자재 위치 산출 단계와,
    상기 감지된 영상 정보의 상기 BIM 후속 탑재 자재 위치에 상기 후속 탑재 자재 정보를 중첩시켜 중첩 영상을 산출하는 중첩 영상 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인의 영상 제공 방법.
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