KR20200034869A - Real-Time Modeling System and Method for Geo-Spatial Information Using 3D Scanner of Excavator - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an earthwork geographic information real-time modeling system using a three-dimensional scanner for an excavator and a method thereof. According to the present invention, the earthwork geographic information real-time modeling system using a three-dimensional scanner for an excavator includes: a real-time three-dimensional geographic information sensing device installed in the body of an excavator to create and update three-dimensional geographic information about a working section on an earthwork site in real time; and a control server remotely controlling the excavator to enable the excavator to automatically perform earthwork by receiving and analyzing the geographic information created by the real-time three-dimensional geographic information sensing device. Therefore, since work data about geographic information targets of an earthwork site is obtained through a three-dimensional scanner attached to an excavator to apply a three-dimensional analysis algorithm to geographic information of a working section, the earthwork geographic information real-time modeling system is capable of calculating an accurate workload in the working section in real time, thus increasing productivity while enabling automation for earthwork.

Description

굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법{ Real-Time Modeling System and Method for Geo-Spatial Information Using 3D Scanner of Excavator}Real-Time Modeling System and Method for Geo-Spatial Information Using 3D Scanner of Excavator}

본 발명은 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 굴삭기에 부착되는 복수개의 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for real-time modeling of earthwork information using a dedicated 3D scanner for excavators, and more specifically, to obtain work data for terrain information objects at a earthwork site using a plurality of dedicated 3D scanners attached to an excavator. By applying the 3D analysis algorithm to the terrain information of the work section, it is possible to perform accurate calculation of the amount of work in the work section in real time, thereby enabling automation for the earthwork work and at the same time increasing the productivity. Real-time terrain information modeling system and method using.

일반적으로 건설시공 현장에서의 토공작업은 사전에 작업 대상 구간의 지형을 파악하기 위해 장시간동안 측량작업을 실시하고, 이후에 현장에 투입될 건설장비의 규모, 장비의 종류, 및 공사 기간등을 계획하여 작업을 수행해 왔다.In general, earthwork at the construction site is surveyed for a long time to grasp the terrain of the target area in advance, and the size, type of equipment, and construction period of the construction equipment to be put into the site afterwards are planned. Has been doing this.

그러나, 건설시공 현장에서의 토공작업 특성상 작업공정이 진행되면 해당지역에서의 지형지물이 변형되어 토공작업 대상지역의 지형정보에 대한 데이터를 유지하고 공유하는 것이 어려운 문제점이 있었다.However, due to the nature of the earthwork work at the construction site, it was difficult to maintain and share the data on the terrain information of the earthwork work area by modifying the topography in the area.

즉, 토공작업 특성상 작업계획 및 작업량 산출이 실시간으로 이루어지기 어렵기 때문에 각각의 공정단계별로 주기적인 지형정보에 대한 데이터 갱신작업이 필요하지만 현재 대부분의 건설현장에서는 주기적인 갱신작업이 현실적으로 쉽지 않을 뿐만 아니라 심지어 이러한 데이터 갱신작업에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.In other words, due to the nature of the earthwork work, it is difficult to calculate work plans and work volumes in real time, so it is necessary to update data for periodic topographic information for each process step. However, at most construction sites, periodic update work is not easy in reality. Not even that, it takes a long time to update the data.

한편, 최근 들어 토공작업의 자동화에 많은 관심이 쏟아지고 있으며, 이러한 토공작업의 자동화를 위해서는 실시간으로 대상 지역의 지형구조를 파악해야 하고 그에 필요한 데이터를 구축하는 것이 필수적이 요소이다.On the other hand, in recent years, much attention has been devoted to the automation of earthwork, and in order to automate such earthwork, it is necessary to understand the topographical structure of the target area in real time and to build the necessary data.

그러나, 현재까지 토공작업은 대부분 작업 중간 중간시에 필요할 때마다 측량을 하는 것이 일반적이기 때문에 측량 전후에는 작업중이라 하더라도 작업의 진행사항이나 오작업 여부등을 파악하기 힘든 문제점이 있다.However, to date, most of the earthwork work has a problem in that it is difficult to grasp the progress of the work or whether there is a malfunction, even if the work is conducted before and after the measurement, since it is common to perform measurement whenever necessary.

또한, 작업 중간에 실시하는 측량은 대부분 인력작업으로 진행되어 토공작업 자동화에 필요한 데이터를 확보하는 것과는 거리가 멀거나 확보하더라도 장시간 소요되는 문제점이 있었다.In addition, most of the surveys performed in the middle of the work are conducted by manpower work, and there is a problem that it takes a long time even if it is far from or secures data necessary for automating the earthwork.

이러한 문제점들을 해결하기 위해, 근래에 들어와서 드론 등을 이용한 데이터 설비를 사용해 토공작업 지역의 지형정보를 측정하기 위한 시도가 빈번하게 일어나고 있으나, 현장에 투입된 건설장비등을 배제하다보니 정확한 정보를 얻기가 어렵고 지형정보 생성까지 매우 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.In order to solve these problems, recently, attempts have been made to measure the topographical information of the earthwork area using data facilities using drones, but it is possible to obtain accurate information by excluding construction equipment and the like that have been put into the field. It was difficult and it took a very long time to generate topographic information.

또한, 측량작업이 시작되면 해당지역에서의 건설장비들에 대한 작업을 중단시키기 때문에 자연발생적으로 토공작업의 생산성은 저하될 수 밖에 없으며, 또한, 이와 같이 측량작업으로 생성된 데이터는 현장에 대한 세밀한 지형정보 단위로 생산하기는 어렵고 대략적인 분석파악에 국한하여 사용되기 때문에 자동화 작업을 위한 데이터로 활용이 어려운 문제점이 있었다.In addition, when the surveying work starts, the work on construction equipment in the area is stopped, so the productivity of the earthwork is naturally reduced, and the data generated by the surveying work is detailed on the site. It was difficult to produce it as a unit of terrain information, and it was difficult to use it as data for automated work because it was limited to rough analysis.

따라서, 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 현실적이고도 적용이 가능한 토공작업에 관한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, it is urgent to demand a technology for practical and applicable earthwork that can accurately calculate the amount of work in the work section and enable automation for earthwork, while simultaneously increasing productivity.

공개특허공보 KR 10-1993-0021894호(공개일 1993.11.23.)Published Patent Publication KR 10-1993-0021894 (published on Nov. 23, 1993)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 복수개의 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention obtains work data for topographic information targets in an earthmoving site using a plurality of dedicated 3D scanners attached to an excavator, thereby 3D for topographic information in a work section. Real-time modeling system for earthwork topographic information using a dedicated 3D scanner for excavators that can increase productivity while enabling automation for earthwork by realizing accurate work load calculation in the work section by applying an analysis algorithm. To provide a method.

본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링시스템은, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치; 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비할 수 있다.A real-time modeling system for earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators according to an embodiment of the present invention is provided in the body of an excavator, and can generate and update 3D terrain information in real time for a work section in an earthwork site around an excavator in real time. 3D terrain information sensing device; And a control server that receives and analyzes the terrain information generated by the real-time 3D terrain information sensing device and reflects the local terrain information at the earthwork site around the excavator to the global terrain information of the entire construction section.

또한, 상기 3D지형정보 센싱장치는, 상기 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있는 위치 추정모듈; 상기 굴삭기 본체에 복수개 배치되어 상기 굴삭기 주변의 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔하여 생성할 수 있는 3D 스캐너 모듈; 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 데이터 통합모듈; 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 체적 연산 모듈; 상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 로컬 지형정보 생성모듈; 및 상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 데이터 전송모듈;을 구비할 수 있다.In addition, the 3D topography information sensing device includes: a position estimation module capable of acquiring position information and posture angle information of an excavator using a pair of GPS antennas respectively installed at a center portion and a rear end of the excavator body; A 3D scanner module that is disposed on the excavator body to scan and generate earthwork work areas around the excavator with 3D terrain information; A data integration module that calculates each 3D terrain information generated by a plurality of 3D scanner modules disposed in the excavator body into one point cloud data for calculating the amount of earthwork; A volume calculation module for calculating the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module; A local terrain information generation module that generates local terrain information at a work site around an excavator by reflecting the amount of earthwork calculated by the volume calculation module in point cloud data; And a data transmission module that collects the local terrain information generated by the local terrain information generation module and transmits it to a control server.

상기 3D 스캐너 모듈은, 상기 굴삭기 본체의 붐대를 기준으로 좌우 양측에 한 쌍식 배치되어 누락되는 작업영역 없이 전체 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔할 수 있다.The 3D scanner module may scan the entire earthwork work area with 3D topographic information without a missing work area, which is arranged in pairs on both sides of the left and right sides of the boom of the excavator body.

상기 3D 스캐너 모듈은, 마운트; 상기 마운트의 상측으로 결합되는 원통형상의 스캐너 고정용 하부본체; 상기 스캐너 고정용 하부본체의 상단에 수평방향으로 회전가능하게 결합되고 부채꼴 형상의 지지패널을 구비하는 상부본체; 상기 하부본체의 내측 중심부에 수직으로 배치되어 상기 상부본체의 회전운동에 대한 구동력을 발생시키는 서보모터; 상기 서보모터의 회전력을 전달하는 타이밍풀리; 상기 타이밍풀리와 연동되어 상기 상부본체의 수평회전각도를 센싱하는 엔코더; 및 상기 지지패널에 장착되어 굴삭기의 작업구간에 대해 상하 수직방향으로 180도 범위의 스캐너센싱작업을 수행하는 레이저스캐너부;를 구비할 수 있다.The 3D scanner module includes a mount; A lower body for fixing a cylindrical scanner coupled to an upper side of the mount; An upper body rotatably coupled to the top of the lower body for fixing the scanner and having a fan-shaped support panel; A servo motor disposed vertically in the inner central portion of the lower body to generate driving force for rotational movement of the upper body; A timing pulley transmitting the rotational force of the servomotor; An encoder that senses a horizontal rotation angle of the upper body in connection with the timing pulley; And a laser scanner unit mounted on the support panel and performing a scanner sensing operation in a 180 degree range in the vertical direction in the vertical direction of the working section of the excavator.

상기 3D 스캐너 모듈은, 상기 상부본체의 상측에서 상기 레이저 스캐너부를 커버하며 결합되는 외부케이스;를 더 구비할 수 있다.The 3D scanner module may further include an outer case that is coupled while covering the laser scanner unit at an upper side of the upper body.

상기 외부케이스는, 일측 세로로 상기 레이저 스캐너부의 레이저 신호가 주사 되기 위한 일자형 주사홀;을 구비할 수 있다.The outer case may include a straight scanning hole for scanning a laser signal of the laser scanner unit on one side vertically.

상기 데이터통합모듈은, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.The data integration module obtains a determinant that minimizes the error of overlap by using two point cloud data generated by scanning a plurality of 3D scanner modules disposed at the excavator body at different angles in the terrain in front, and presenting the current map of the existing map. By transforming and superimposing coordinates on the surface, it is possible to generate terrain information for a new work area.

상기 체적 연산 모듈은, 시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고, 상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출할 수 있다.The volume calculation module, Set the region of interest (ROI) in the state that pre-construction pre-topography information is prepared to obtain the volume difference, a point elevation method using point cloud grid data obtained by the 3D scanner module, and a TIN using TIN mesh data. It is possible to calculate the amount of work using the split quadrature method.

본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링방법은, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치, 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비하는 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템에 의한 모델링방법에 있어서, 상기 굴삭기가 작업구간으로 위치 이동하는 제 1 단계; 상기 3D지형정보 센싱장치를 구성하는 위치 추정모듈에 의해 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득하여 토공작업전 지형정보에 필요한 기준정보를 갱신하는 제 2 단계; 상기 굴삭기가 작업구간에서 토공작업을 수행하는 제 3 단계; 상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계; 체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계; 상기 토공작업량이 목표한 단위작업량에 도달할 때까지 상기 제 3 단계 내지 제 5 단계를 반복수행하는 제 6 단계; 토공작업량이 목표 작업량에 도달하면 로컬 지형정보 생성모듈에 의해 상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 로컬 지형정보의 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 제 7 단계; 및 데이터 전송모듈에 의해 상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 제 8 단계; 를 포함할 수 있다.A method for real-time modeling of earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators according to an embodiment of the present invention is provided in the body of an excavator and can generate and update 3D terrain information in real time for a work section in an earthwork site around an excavator in real time Equipped with a 3D terrain information sensing device and a control server that receives and analyzes the terrain information generated by the real-time 3D terrain information sensing device and reflects the local terrain information at the earthwork site around the excavator to the global terrain information of the entire construction section; A modeling method using a real-time earth terrain information modeling system comprising: a first step in which the excavator is moved to a work section; A second step of acquiring position information and posture angle information of an excavator by a position estimation module constituting the 3D terrain information sensing device and updating reference information necessary for terrain information before earthwork; A third step in which the excavator performs earthwork in the work section; When the earthwork of the excavator is completed, one point cloud data (3D Point Cloud Data) for calculating the amount of earthwork by calculating each 3D terrain information generated by a plurality of 3D scanner modules disposed on the excavator body by a data integration module ) To the fourth step; A fifth step of calculating a volume of earthwork using point cloud data received by the data integration module by a volume calculation module; A sixth step of repeatedly performing the third to fifth steps until the amount of earthwork work reaches a target unit work amount; A seventh step of generating local terrain information at a work site around the excavator by reflecting the earthwork amount calculated by the volume calculation module by the local terrain information generation module to the point cloud data of local terrain information when the earthwork amount reaches the target work amount; And an eighth step of collecting local terrain information generated by the local terrain information generation module by the data transmission module and transmitting it to the control server; It may include.

상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계는, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.When the earthwork of the excavator is completed, one point cloud data (3D Point Cloud Data) for calculating the amount of earthwork by calculating each 3D terrain information generated by a plurality of 3D scanner modules disposed on the excavator body by a data integration module The fourth step of incorporation into) is to obtain a determinant in which the error of overlap is minimized by using two point cloud data generated by scanning a plurality of 3D scanner modules disposed at the excavator body at different angles from the front terrain. It is possible to generate topographic information for a new work area by converting and superimposing coordinates on the current indicator of the map.

상기 체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계는, 시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고, 상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출할 수 있다.In the fifth step of calculating the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module by the volume calculation module, a volume is set by setting a region of interest (ROI) in a state in which pre-topography information is prepared before construction. To find the difference, The workload can be calculated by a point elevation method using point group grid data obtained by the 3D scanner module, and a TIN division quadrature method using TIN mesh data.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 복수개의 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention, by using a plurality of dedicated 3D scanner attached to the excavator to obtain work data for the geospatial information objects in the earthwork site by applying a 3D analysis algorithm for the terrain information of the work section work section It is possible to perform accurate calculation of the amount of work in the real-time, thereby enabling the automation of earthwork, while at the same time providing a real-time modeling system and method for earthwork topographic information using a dedicated 3D scanner that can increase productivity. .

또한, 본 발명은, 토공작업 자동화에 필수요소라 할 수 있는 작업현장의 지형정보를 실시간으로 취득함으로써 종래기술에 따른 측량작업에 의한 공사 중단 및 측량정보 처리시간 소요로 인한 비효율적인 작업요소를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention reduces the inefficient work factor due to the suspension of construction by the surveying work according to the prior art and the time required to process the surveying information by acquiring in real time the terrain information of the work site, which can be an essential element for the automation of earthwork work. It has the effect.

또한, 본 발명은, 토공현장의 지형정보를 실시간으로 취득하고 분석할 수 있어 현재 토공작업 현장에서의 작업량에 대한 초과달성작업/미달성 작업 여부를 실시간으로 확인함으로써 작업의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to acquire and analyze the terrain information of the earthwork site in real time, thereby improving the productivity of the work by checking in real time whether the work is exceeded or underachieved for the amount of work at the current earthwork site. There is.

또한, 본 발명은, 토공작업에 의해 변화되는 지형정보를 기존의 지형정보에 반영하여 실시간으로 갱신이 가능하기 때문에 건설공사 현장에서 수행되는 연관 작업에 활용이 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can be utilized in the related work performed at the construction site because it can be updated in real time by reflecting the topographic information changed by the earthwork in the existing topographic information.

또한, 본 발명은, 토공작업에 대한 지형정보를 모두 데이터화하여 생성하기 때문에 다양한 목적의 자료로 활용할 수 있어 결과적으로 토공작업에 대한 자동화 시뮬레이션을 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, the present invention can be utilized as data for a variety of purposes because all the terrain information for the earthwork work is generated as data, and as a result, there is an effect that enables automated simulation of the earthwork.

또한, 본 발명은, 종래에 사용하던 레이저 스캐너를 굴삭기 전용 3D스캐너 모듈에 적용이 가능하게 함으로써 제품단가를 줄이고 결과적으로 생산성을 높이는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the product cost and consequently increasing productivity by enabling the application of a laser scanner used in the past to a 3D scanner module dedicated to excavators.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템의 전체구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3D지형정보 센싱장치를 개략적으로 설명하기 위한 블럭구성도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너 모듈을 설명하기 위한 사시도와 분해도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 굴삭기의 자세각정보를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 적용된 지형정보에 대한 데이터를 획득하는 기본알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 토공작업량을 산정하기 위한 점군데이터 통합방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 토공작업한 데이터 획득 및 알고리즘 적용을 통해 지형정보를 추출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 사전 지형지도와 작업 지형 지도를 이용하여 작업량을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view schematically showing the overall configuration of a real-time modeling system for earth and earth information using a 3D scanner dedicated to an excavator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for schematically illustrating the 3D topographic information sensing device illustrated in FIG. 1.
3 to 4 are perspective and exploded views for explaining a 3D scanner module according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart for explaining a method for real-time modeling of earthwork topographic information using a 3D scanner dedicated to an excavator according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a method for calculating attitude angle information of an excavator.
7 to 9 are diagrams for explaining a basic algorithm for acquiring data on terrain information applied to an embodiment of the present invention.
10 to 11 are views for explaining a method of integrating point cloud data for estimating the amount of earthwork according to an embodiment of the present invention.
12 to 14 are views showing a process of extracting topographic information through data acquisition and algorithm application in the earthwork.
15 is a diagram for explaining a method of calculating a workload using a prior terrain map and a working terrain map according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the description of the present invention is only an example for structural or functional description, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the examples described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing technical ideas.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are for distinguishing one component from other components, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be "connected" to another component, it may be understood that other components may exist directly in the middle, although other components may be directly connected. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, that is, "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly neighboring to" should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprises” or “have” are used features, numbers, steps, actions, components, parts or the like. It is to be understood that a combination is intended to be present, and should not be understood as pre-excluding the presence or addition possibility of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (for example, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation. The identification code does not describe the order of each step, and each step clearly identifies a specific order in context. Unless stated, it may occur in a different order than specified. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains, unless otherwise defined. The terms defined in the commonly used dictionary should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템의 전체구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing the overall configuration of a real-time modeling system for earth and earth information using a 3D scanner dedicated to an excavator according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템은, 실시간 3D지형정보 센싱장치(100), 및 관제서버(200)를 구비할 수 있다.As shown in the figure, a real-time modeling system for earth and terrain information using a 3D scanner dedicated to an excavator may include a real-time 3D terrain information sensing device 100 and a control server 200.

보다 상세하게는, 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)는, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있다.In more detail, the real-time 3D terrain information sensing device 100 is provided in the body of the excavator and can generate and update 3D terrain information in real time about the work section in the earthwork site around the excavator.

또한, 상기 관제서버(200)는, 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영할 수 있다.In addition, the control server 200 receives and analyzes the terrain information generated by the real-time 3D terrain information sensing device 100 and reflects the local terrain information at the earthwork site around the excavator to the global terrain information of the entire construction section. can do.

여기서, 본 발명의 핵심아이디어는, 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)를 이용하여 토공작업 자동화에 필수요소라 할 수 있는 작업현장의 지형정보를 실시간으로 취득하는 것으로서, 이로 인해, 종래기술에 따른 측량작업에 의한 공사 중단 및 측량정보 처리시간 소요로 인한 비효율적인 작업요소를 줄일 수 있으며, 토공작업 현장에서의 작업량에 대한 초과달성작업/미달성 작업 여부를 실시간으로 확인함으로써 작업의 생산성을 높일 수 있다.Here, the core idea of the present invention is to acquire in real time the topographic information of the work site, which can be an essential element for the automation of earthwork using the real-time 3D topographic information sensing device 100. It is possible to reduce the inefficient work elements due to the suspension of construction work by surveying work and the time required for processing surveying information, and increase the productivity of work by checking in real time whether excess or underachieving work is done for the amount of work at the earthwork site. You can.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 기술적 특징부인 실시간 3D지형정보 센싱장치(100)를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The real-time 3D topographic information sensing device 100, which is a technical feature of the present invention, will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4 as follows.

도 2는 도 1에 도시된 3D지형정보 센싱장치를 개략적으로 설명하기 위한 블럭구성도이다.FIG. 2 is a block diagram for schematically illustrating the 3D topographic information sensing device illustrated in FIG. 1.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D지형정보 센싱장치(100)는, 위치추정모듈(110), 3D 스캐너 모듈(120), 데이터 통합모듈(130), 체적 연산 모듈(140), 로컬 지형정보 생성모듈(150), 및 데이터 전송모듈(160)을 구비할 수 있다.As shown in the figure, the 3D topographic information sensing device 100 according to an embodiment of the present invention includes a location estimation module 110, a 3D scanner module 120, a data integration module 130, and a volume calculation module 140 ), A local terrain information generation module 150, and a data transmission module 160.

더욱 상세하게는, 상기 위치추정모듈(110)은, 상기 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나(101)를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있다.In more detail, the position estimation module 110 may acquire position information and posture angle information of the excavator using a pair of GPS antennas 101 respectively installed at the center and rear ends in the longitudinal direction of the excavator body. have.

여기서, 상기 위치정보 자세각 정보를 획득하는 방법에 대한 상세한 설명은 후술하는 도 6에서 상술하기로 한다.Here, a detailed description of the method for obtaining the position information attitude angle information will be described in detail with reference to FIG. 6 to be described later.

또한, 상기 3D 스캐너 모듈(120)은, 상기 굴삭기 본체에 복수개 배치되어 상기 굴삭기 주변의 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔하여 생성할 수 있다.In addition, a plurality of the 3D scanner module 120 may be disposed on the excavator body to scan and create a 3D terrain information by scanning the earthwork area around the excavator.

여기서, 상기 3D 스캐너 모듈(120)은, 종래기술에 따른 대부분의 2D 레이저 스캐너가 좌우 수평방향에 대해서는 180도로 회전반경이 크지만 상하 수직방향에 대해서는 선회하는 범위가 존재하지 않기 때문에, 이를 개선하여 레이저 스캐너의 주사방향을 굴삭기의 전방 방향에 대하여 90도 각도로 위치를 바꾼 다음, 전체 모듈의 하우징을 수평방향으로 360도 회전가능하게 구성함으로써 상하수직방향에 대해서도 180도 선회반경을 가지면서 360도 수평회전하게 할 수 있어 굴삭기 전용으로 사용할 수 있는 3D스캐너를 제공할 수 있다. 즉, 2D 스캐너를 이와 같은 방식으로 3D스캐너로 활용할 수 있게 만든 것이다. Here, the 3D scanner module 120 improves this, since most 2D laser scanners according to the prior art have a large 180-degree rotation radius in the horizontal direction in the left and right, but no turning range exists in the vertical direction. By changing the scanning direction of the laser scanner at an angle of 90 degrees with respect to the front direction of the excavator, the housing of the entire module is configured to be rotatable 360 degrees in the horizontal direction, while having a turning radius of 180 degrees in the vertical direction and 360 degrees. Since it can be rotated horizontally, a 3D scanner that can be used exclusively for excavators can be provided. That is, the 2D scanner can be used as a 3D scanner in this way.

따라서, 본 발명은, 종래에 사용하던 레이저 스캐너를 굴삭기 전용 3D스캐너 모듈에 적용이 가능하게 함으로써 제품단가를 줄이고 결과적으로 생산성을 높이는 효과가 있다.Therefore, the present invention has the effect of reducing the product cost and consequently increasing productivity by enabling the laser scanner used in the related art to be applied to a 3D scanner module dedicated to excavators.

또한, 상기 데이터 통합모듈(130)은, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합할 수 있다.In addition, the data integration module 130 calculates each 3D terrain information generated by the plurality of 3D scanner modules 120 disposed in the excavator body to calculate the amount of earthwork, 3D Point Cloud Data).

여기서, 상기 3D 스캐너 모듈(120)은, 상기 굴삭기 본체의 붐대를 기준으로 좌우 양측에 한 쌍식 배치되어 누락되는 작업영역 없이 전체 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔할 수 있다.Here, the 3D scanner module 120 may scan the entire earthwork work area with 3D terrain information without a missing work area, which is arranged in pairs on both sides of the left and right sides of the boom of the excavator body.

또한, 상기 체적 연산 모듈(140)은, 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산할 수 있고, 상기 로컬 지형정보 생성모듈(150)은, 상기 체적 연산 모듈(140)에서 연산한 토공작업량을 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 12 내지 도 15에 상술하기로 한다.Also, the volume calculation module 140 may calculate the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module, and the local terrain information generation module 150 may perform the volume calculation module 140. Local terrain information at the work site around the excavator may be generated by reflecting the calculated earthwork work amount on the point cloud data, and detailed description thereof will be described with reference to FIGS. 12 to 15.

또한, 상기 데이터 전송모듈(160)은, 상기 로컬 지형정보 생성모듈(150)에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버(200)로 전송할 수 있다.In addition, the data transmission module 160 may collect the local terrain information generated by the local terrain information generation module 150 and transmit it to the control server 200.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너 모듈을 설명하기 위한 사시도와 분해도이다.3 to 4 are perspective and exploded views for explaining a 3D scanner module according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너 모듈은, 굴삭기 본체에 고정되기 위한 마운트(121), 상기 마운트(121)의 상측으로 결합되는 원통형상의 스캐너 고정용 하부본체(122), 상기 스캐너 고정용 하부본체(122)의 상단에 수평방향으로 회전가능하게 결합되고 분리가능한 부채꼴 형상의 지지패널(123a)을 구비하는 상부본체(123), 상기 하부본체(122)의 내측 중심부에 수직으로 배치되어 상기 상부본체(123)의 회전운동에 대한 구동력을 발생시키는 서보모터(124), 상기 서보모터(124)의 회전력을 전달하는 타이밍풀리(125), 상기 타이밍풀리(125)와 연동되어 상기 상부본체(123)의 수평회전각도를 센싱하는 엔코더(126), 및 상기 지지패널(123a)에 장착되어 굴삭기의 작업구간에 대해 상하 수직방향으로 180도 범위의 스캐너센싱작업을 수행하는 레이저스캐너부(127)를 구비할 수 있다.As shown in the figure, the 3D scanner module according to an embodiment of the present invention, the mount 121 for fixing to the excavator body, the lower body 122 for fixing the cylindrical scanner coupled to the upper side of the mount 121 , The upper body 123 having a support panel 123a having a detachable fan shape rotatably coupled to the top of the lower body 122 for fixing the scanner, and in the inner center of the lower body 122 Servo motor 124 which is vertically arranged to generate driving force for rotational movement of the upper body 123, timing pulley 125 transmitting the rotational force of the servo motor 124, and interlocking with the timing pulley 125 Encoder 126 to sense the horizontal rotation angle of the upper body 123, and a laser mounted on the support panel 123a to perform a scanner sensing operation in the 180 degree range in the vertical direction in the vertical direction of the working section of the excavator Lovely A canner portion 127 may be provided.

여기서, 상기 3D스캐너 모듈(120)은, 상기 상부본체(123)의 상측에서 상기 레이저 스캐너부(127)를 커버하며 결합되는 외부케이스(129)를 더 구비할 수 있으며, 상기 외부케이스(129), 일측 세로로 상기 레이저 스캐너부(127)의 레이저 신호가 주사 되기 위한 일자형 주사홀(129a)를 구비할 수 있다.Here, the 3D scanner module 120 may further include an outer case 129 that is coupled to cover the laser scanner unit 127 at an upper side of the upper body 123, and the outer case 129 , A vertical scanning hole 129a for scanning the laser signal of the laser scanner unit 127 vertically may be provided.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart for explaining a method for real-time modeling of earthwork topographic information using a 3D scanner dedicated to an excavator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법은, 앞서 도 1 내지 도 4에서 상술한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템을 사용한 것으로서, 굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치(100), 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버(200)를 구비하는 것을 전제로하며, 이에 대한 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.A method for real-time modeling of earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators according to an embodiment of the present invention is a real-time modeling of earth and terrain information previously described with reference to FIGS. 1 to 4, and is provided in the body of an excavator to provide an earthwork site around the excavator Real-time 3D topographic information sensing device 100 capable of generating and updating 3D topographic information in real time in the work section, and receiving and analyzing topography information generated by the real-time 3D topographic information sensing device to analyze the earth surrounding the excavator On the premise of having a control server 200 that reflects the local topographic information at the site to the global topographic information of the entire construction section, the description of the same configuration will be omitted.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법은, 작업 위치 이동단계(S10), 자세정보 갱신단계(S20), 토공작업단계(S30), 3D스캔데이터 통합단계(S40), 작업량 계산단계(S50), 반복작업단계(S60), 로컬지형정보 생성 및 갱신 단계(S70), 및 로컬지형정보 서버전송단계(S80)을 포함할 수 있다.As shown in the figure, a method for real-time modeling of earthwork terrain information using a 3D scanner dedicated to an excavator according to an embodiment of the present invention includes: a work position moving step (S10), a posture information updating step (S20), and a earthwork working step (S30). , 3D scan data integration step (S40), workload calculation step (S50), iterative work step (S60), local terrain information generation and update step (S70), and may include a local terrain information server transmission step (S80). .

먼저, 상기 작업 위치 이동단계(S10)는, 상기 굴삭기가 작업구간으로 위치 이동하는 제 1 단계일 수 있다.First, the working position moving step (S10) may be a first step in which the excavator is moved to a working section.

다음으로, 상기 자세정보 갱신단계(S20)는, 상기 3D지형정보 센싱장치(100)를 구성하는 위치 추정모듈(110)에 의해 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득하여 토공작업전 지형정보에 필요한 기준정보를 갱신하는 제 2 단계일 수 있다.Next, in the posture information update step (S20), the position information and posture angle information of the excavator are obtained by the position estimation module 110 constituting the 3D topographic information sensing device 100, and the posture information is added to the terrain information before earthwork. It may be a second step of updating necessary reference information.

다음으로, 상기 토공작업단계(S30)는, 상기 굴삭기가 작업구간에서 토공작업을 수행하는 제 3 단계일 수 있다.Next, the earthwork operation step (S30) may be a third step in which the excavator performs earthwork work in the work section.

다음으로, 상기 3D스캔데이터 통합단계(S40)는, 상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈(130)에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계일 수 있다.Next, in the 3D scan data integration step (S40), each 3D generated by the plurality of 3D scanner modules 120 disposed in the excavator body by the data integration module 130 when the earthwork of the excavator is completed. It may be the fourth step of integrating the terrain information into one point cloud data (3D Point Cloud Data) for calculating the amount of earthwork.

다음으로, 상기 작업량 계산단계(S50)는, 체적 연산 모듈(140)에 의해 상기 데이터 통합모듈(130)에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계일 수 있다.Next, the operation amount calculation step (S50) may be a fifth step of calculating the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module 130 by the volume calculation module 140.

다음으로, 상기 반복작업단계(S60)는, 상기 토공작업량이 목표한 단위작업량에 도달할 때까지 상기 제 3 단계 내지 제 5 단계를 반복수행하는 제 6 단계일 수 있다.Next, the repetitive work step (S60) may be a sixth step of repeatedly performing the third to fifth steps until the amount of earthwork work reaches a target unit work amount.

다음으로, 상기 로컬지형정보 생성 및 갱신 단계(S70)는, 상기 토공작업량이 목표 작업량에 도달하면 로컬 지형정보 생성모듈(150)에 의해 상기 체적 연산 모듈(140)에서 연산한 토공작업량을 로컬 지형정보의 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 제 7 단계일 수 있다.Next, in the step of generating and updating the local terrain information (S70), when the earthwork work amount reaches a target work amount, the earthwork work amount calculated by the volume calculation module 140 by the local terrain information generation module 150 is local terrain. It may be a seventh step of generating local topographic information at the work site around the excavator by reflecting the information on the point cloud data.

마지막으로, 상기 로컬지형정보 서버전송단계(S80)는, 상기 데이터 전송모듈(160)에 의해 상기 로컬 지형정보 생성모듈(150)에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버(200)로 전송하는 제 8 단계일 수 있다.Finally, in the step S80 of transmitting the local terrain information server, the local terrain information generated by the local terrain information generation module 150 is collected by the data transmission module 160 and transmitted to the control server 200. It may be the eighth step.

본 발명의 실시예에 따른 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여, 도 6 내지 도 15를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In order to describe in more detail a method for real-time modeling of earth and terrain information using a 3D scanner dedicated to an excavator according to an embodiment of the present invention, it will be described with reference to FIGS. 6 to 15 as follows.

먼저, 도 6은 굴삭기의 자세각정보를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.First, FIG. 6 is a view for explaining a method of calculating posture angle information of an excavator.

도면에 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 상기 제 2 단계에서, 굴삭기의 위치정보 및 자세정보를 갱신하기 위해서 위치 추정모듈(110)을 이용할 수 있는데, 이때, 상기 위치 추정모듈(110)은, 도 6b 에 도시된 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나(101)를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있다.As shown in the figure, in the second step illustrated in FIG. 5, a position estimation module 110 may be used to update position information and position information of an excavator. At this time, the position estimation module 110 may , By using a pair of GPS antenna 101 respectively installed in the longitudinal center and rear end of the excavator body shown in Figure 6b it is possible to obtain the position information and posture angle information of the excavator.

보다 상세하게는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 GPS 안테나, 즉 안테나 2개를 굴삭기 본체 에 고정시킨 후 굴삭기 중심 위치로 사용하는 안테나의 위치를 A, 자세각을 계산하기 위한 보조 안테나의 위치를 B로 사용하여 두 안테나에 측정된 좌표위치에서 두 위치점이 이루는 좌표상의 각도를 굴삭기의 자세각정보로 할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 6A, the pair of GPS antennas, that is, two antennas are fixed to the excavator body, and the position of the antenna used as the center position of the excavator is A, and assistance for calculating the posture angle Using the position of the antenna as B, the angle on the coordinates formed by the two position points at the coordinate positions measured by the two antennas can be used as the attitude angle information of the excavator.

상기 굴삭기의 자세각에 대한 연산식은 하기의 [수학식 1]과 [수학식 2]와 같다.The equation for the attitude angle of the excavator is as shown in [Equation 1] and [Equation 2] below.

[수학식 1] 두 점 사이의 거리 d=sqrt((x2-x1)^2 + (Y2-y1)^2)[Equation 1] Distance between two points d = sqrt ((x2-x1) ^ 2 + (Y2-y1) ^ 2)

[수학식 2] 두 점 사이의 각도 θ=acos((x2-x1)/d)[Equation 2] The angle between two points θ = acos ((x2-x1) / d)

다음으로, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 적용된 지형정보에 대한 데이터를 획득하는 기본알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.Next, FIGS. 7 to 9 are views for explaining a basic algorithm for acquiring data on terrain information applied to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 앞서 상술한 3D 스캐너 모듈(120)을 이용한 지형정보를 분석하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings, a method for analyzing terrain information using the 3D scanner module 120 described above according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시예에 따라 3D 스캐너 모듈(120)에 의해 획득하는 3D 점군데이터(3D Point Cloud Data)는 한 대에 초당 27,000개의 거리 데이터가 출력되며, 패닝 속도에 다라 전방 지형 영역의 거리 데이터는 수십만개 까지도 될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, 3D point cloud data acquired by the 3D scanner module 120 outputs 27,000 distance data per second per one, and depending on the panning speed, the distance data of the frontal terrain area is It can be hundreds of thousands.

그렇기 때문에, 실시간으로 지형정보를 분석하기 위해서는 필요한 데이터의 개수를 줄이는 작업이 필요하며, 도 7와 같이, 측정된 데이터의 불필요한 부분, 예를 들어 굴삭기의 형상 및 지표면등을 제거하는 것이 필요하다.Therefore, in order to analyze the terrain information in real time, it is necessary to reduce the number of necessary data, and as shown in FIG. 7, it is necessary to remove unnecessary parts of the measured data, for example, the shape and surface of the excavator.

즉, 지형정보의 대상범위(Region of Interest)외의 데이터를 제거하기 위하여 굴삭기 붐, 암, 버킷의 기구학에 의한 형상 및 불필요한 지표면등을 제거할 수 있다.That is, in order to remove data outside the region of interest of the terrain information, the shape of the excavator boom, the arm, the bucket due to the kinematics and unnecessary surface may be removed.

또한, 도 8에서와 같이, 획득한 점군데이터를 격자 데이터로 변경하는 과정이 필요한데, 이것은, 근거리 데이터의 밀도가 원거리 데이터의 밀도보다 훨씬 높기 때문에 대상 지형의 정보 균일화를 위하여 격자화 하여 3차원 지도를 작성하는 것이 필요하기 때문이다. In addition, as shown in FIG. 8, a process of changing the acquired point cloud data into grid data is required. This is because the density of the short-range data is much higher than the density of the far-field data. Because it is necessary to write.

한편, 격자데이터를 구하는 방법은 격자 내에 존재하는 점군 데이터를 평균값으로 하는 방법, 중앙값을 사용하는 방법, 고도가 최저인 점 데이터를 사용하는 방법이 있으며, 본 발명의 실시예에서는 지형지도에서 최저값을 사용하는 방법을 적용하였다.On the other hand, the method of obtaining the grid data includes a method of using point data having the lowest altitude as a mean value, a method of using a median point group data present in the grid, and in the embodiment of the present invention, the minimum value in the topographic map is used. The method used was applied.

또한, 본 발명의 실시예에서는 지형정보 생성을 위해, 도 9에서와 같이 격자데이터로부타 면 데이터를 생성하는 과정이 필요하며, 격자 데이터를 TIN(Triangulated Irregular Network, 부정삼각망)방법으로 망을 구성하면 도면과 같이 면데이터를 생성할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, in order to generate topographic information, a process of generating surface data from grid data as shown in FIG. 9 is required, and the grid data is networked using a TIN (Triangulated Irregular Network) method. If configured, surface data can be generated as shown in the figure.

다음은, 도 10 내지 도 11을 참조하여, 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)로 스캔한 데이터를 통합하는 방법을 설명할 수 있다.Next, with reference to FIGS. 10 to 11, a method of integrating data scanned by a plurality of 3D scanner modules 120 may be described.

도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 토공작업량을 산정하기 위한 점군데이터 통합방법을 설명하기 위한 도면이다.10 to 11 are views for explaining a method of integrating point cloud data for estimating the amount of earthwork according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 3D 스캐너 모듈(120)은 최소의 수량으로 3D 스캔데이터를 획득하기 위하여, 최적위치인 좌측 전방과, 우측 에 후방에 각각 하나씩 설치하여, 붐대에 가려 보이지 않는 지형도 스캔이 가능하게 할 수 있다.As shown in the figure, in the embodiment of the present invention, the 3D scanner module 120 is installed at the left front and the right rear, which are optimal positions, to obtain 3D scan data in the smallest quantity, respectively, to the boom. Scanning of uncovered topography can also be possible.

이후에, 두 개의 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 3D 점군데이터는 도 11과 같이, 데이터 통합모듈(130)에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합할 수 있다.Subsequently, 3D point cloud data obtained by two 3D scanner modules is generated by each 3D terrain generated by the plurality of 3D scanner modules 120 disposed on the excavator body by the data integration module 130 as shown in FIG. 11. Information can be calculated and integrated into one point cloud data (3D Point Cloud Data) to calculate the amount of earthwork.

이때, 상기 하나의 점군데이터로 통합하는 방법은, 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈(120)이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.At this time, the method of integrating into the single point cloud data, the error of overlap using two point cloud data generated by scanning a plurality of 3D scanner modules 120 at different angles from the terrain in front of the excavator body It is possible to generate topographic information for a new work area by obtaining a determinant that minimizes and converting and overlaying coordinates of the current map of the existing map.

도 12 내지 도 14는 토공작업한 데이터 획득 및 알고리즘 적용을 통해 지형정보를 추출하는 과정을 나타내는 도면이다.12 to 14 are views showing a process of extracting topographic information through data acquisition and algorithm application in the earthwork.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 굴삭기 주변의 토공현장에서 지형정보를 취득하는 과정은 앞서, 도 7 내지 도 9에서 설명한 바와 같이, 도 12에 도시된 전처리 데이터를 도 13의 격자데이터로 변환하고, TIN에 의해 도 14의 메쉬 데이터를 생성하는 것을 알 수 있다.As shown in the figure, the process of acquiring the terrain information at the earthwork site around the excavator according to the embodiment of the present invention, as described in FIGS. 7 to 9, the pre-processing data shown in FIG. It can be seen that the grid data is converted and mesh data of FIG. 14 is generated by the TIN.

도 15는 본 발명의 실시예에 따라 사전 지형지도와 작업 지형 지도를 이용하여 작업량을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.15 is a diagram for explaining a method of calculating a workload using a prior terrain map and a working terrain map according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하여 체적 연산 모듈(140)에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 15, a method for calculating the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module by the volume calculation module 140 will be described as follows.

본 발명의 실시예에 따른 토공작업량을 연산하는 방법은, 시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고, 도면에 도시된 바와 같이, 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출할 수 있다.In the method of calculating the amount of earthwork according to an embodiment of the present invention, a region of interest (ROI) is set in a state in which pre-topography information is prepared before construction to obtain a difference in volume, and as shown in the figure, 3D The amount of work can be calculated by the point elevation method using the point group grid data obtained by the scanner module, and the TIN division quadrature method using the TIN mesh data.

여기서, 상기 점고법은, 사전 지형 지도 및 현재 작업 지형 지도를 같은 격자 간격의 격자 데이터로 변환 후 얻어진 두 격자 지도를 겹쳐 격자의 교점들에 대해 높이 차를 구하고 격자의 면적을 곱하여 총합을 구하는 방법으로, 도 15의 점고법은 사점 평균법을 나타내는 것으로 격자 교점의 모서리 높이의 평균을 구하는 방법이다.Here, the point elevation method is a method of obtaining a height difference between intersections of grids and multiplying the area of the grids by overlaying the two grid maps obtained after converting the previous topographic map and the current working topographic map into grid data having the same grid spacing. As a result, the point height method in FIG. 15 represents a dead point average method, and is a method of obtaining an average of the heights of corners of a grid intersection point.

또한, TIN분할 구적법은, 사전 지형 지도와 작업 지형 지도를 TIN으로 면 데이터를 작성하고 일정한 표고치의 기준면을 설정한 후 TIN의 수평면적과 TIN을 구성하는 교점들의 높이의 평균을 곱하여 적분하여 체적을 구하는 방법이다.In addition, the TIN segmentation quadrature method creates the face data using a pre-topographic map and a working topographic map as a TIN, sets a constant elevation level, multiplies and integrates the horizontal area of the TIN and the average of the heights of the intersection points that make up the TIN to calculate the volume It is a way to obtain.

이 밖에도 도면에는 도시되지 않았으나, 체적을 구하는 방법으로 프리즈모이달법이 있으며, 상세하게는, 사전지형지도와 작업 지형지도를 TIN으로 면데이터를 작성하고 면 데이터의 모서리를 서로 다른 면데이터로 투영하여 새로운 선분을 생성하며, 각 면 데이터는 원래의 점들과 새로운 점들로 새로운 TIN데이터를 생성하여 높이 차를 구하여 각주공식(Prismoidal Formula)으로 체적을 구하여 적분하면 작업량을 계산할 수 있는 것으로, 가장 정확한 것으로 알려져 있으나 다른 방법에 비하여 복잡하다.In addition, although not shown in the drawings, there is a freeze-modal method as a method for obtaining a volume. Specifically, face data is created with a TIN using a pre-topographic map and a work topographic map, and the edges of the face data are projected as different face data. To create a new line segment, and each face data is generated by generating new TIN data from the original points and new points, and calculating the difference by calculating the volume using the Prismoidal Formula and calculating the work volume. Known, but more complex than other methods.

상기와 같이, 본 발명은, 굴삭기에 부착되는 전용 3D 스캐너를 이용해 토공 현장의 지형정보 대상들에 대한 작업데이터를 획득하여 작업구간의 지형정보에 대한 3D 분석 알고리즘을 적용함으로써 작업구간에서의 정확한 작업량 산출을 실시간으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 토공 작업에 대한 자동화를 가능하게 하면서 동시에 생산성을 높일 수 있는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention, by using a dedicated 3D scanner attached to the excavator to obtain the work data for the geospatial information objects of the earthwork site and apply the 3D analysis algorithm for the geospatial information of the work section, the exact work amount in the work section It is possible to perform the calculation in real time, and thereby, it is possible to automate the earthwork, and at the same time, to provide a real-time modeling system and method of earthwork topographic information using a dedicated 3D scanner that can increase productivity.

또한, 본 발명은, 토공작업 자동화에 필수요소라 할 수 있는 작업현장의 지형정보를 실시간으로 취득함으로써 종래기술에 따른 측량작업에 의한 공사 중단 및 측량정보 처리시간 소요로 인한 비효율적인 작업요소를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention reduces the inefficient work factor due to the suspension of construction by the surveying work according to the prior art and the time required to process the surveying information by acquiring in real time the terrain information of the work site, which can be an essential element for the automation of earthwork work. It has the effect.

또한, 본 발명은, 토공현장의 지형정보를 실시간으로 취득하고 분석할 수 있어 현재 토공작업 현장에서의 작업량에 대한 초과달성작업/미달성 작업 여부를 실시간으로 확인함으로써 작업의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to acquire and analyze the terrain information of the earthwork site in real time, thereby improving the productivity of the work by checking in real time whether the work is exceeded or underachieved for the amount of work at the current earthwork site. There is.

또한, 본 발명은, 토공작업에 의해 변화되는 지형정보를 기존의 지형정보에 반영하여 실시간으로 갱신이 가능하기 때문에 건설공사 현장에서 수행되는 연관 작업에 활용이 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can be utilized in the related work performed at the construction site because it can be updated in real time by reflecting the topographic information changed by the earthwork in the existing topographic information.

또한, 본 발명은, 토공작업에 대한 지형정보를 모두 데이터화하여 생성하기 때문에 다양한 목적의 자료로 활용할 수 있어 결과적으로 토공작업에 대한 자동화 시뮬레이션을 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, the present invention can be utilized as data for a variety of purposes because all the terrain information for the earthwork work is generated as data, and as a result, there is an effect that enables automated simulation of the earthwork.

또한, 본 발명은, 종래에 사용하던 레이저 스캐너를 굴삭기 전용 3D스캐너 모듈에 적용이 가능하게 함으로써 제품단가를 줄이고 결과적으로 생산성을 높이는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the product cost and consequently increasing productivity by enabling the application of a laser scanner used in the past to a 3D scanner module dedicated to excavators.

지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.The present invention has been described in detail so far, but the embodiments mentioned in the process are merely illustrative, and it is clear that it is not limited, and the present invention is the technical spirit or field of the present invention provided by the following claims. Within the scope of not departing, component changes to the extent that they can be dealt with evenly will fall within the scope of the present invention.

100 : 실시간 3D지형정보 센싱장치 101 : GPS안테나
110 : 위치추정모듈 120 : 3D 스캐너 모듈
121 : 마운트 122 : 하부본체
123 : 상부본체 124 : 서보모터
125 : 타이밍풀리 126 : 엔코더
127 : 레이저 스캐너부 129 : 외부케이스
130 : 데이터 통합모듈 140 : 체적 연산모듈
150 : 로컬 지형정보 생성 모듈 160 : 데이터 전송모듈
200 : 관제서버
100: Real-time 3D terrain information sensing device 101: GPS antenna
110: location estimation module 120: 3D scanner module
121: mount 122: lower body
123: upper body 124: servo motor
125: Timing pulley 126: Encoder
127: laser scanner unit 129: outer case
130: data integration module 140: volume calculation module
150: local terrain information generation module 160: data transmission module
200: control server

Claims (11)

굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치; 및
상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
A real-time 3D terrain information sensing device provided in the body of the excavator and capable of generating and updating 3D terrain information in real time for a work section at an earthwork site around the excavator; And
Exclusively for excavators characterized in that it comprises; a control server that receives and analyzes the terrain information generated by the real-time 3D terrain information sensing device and reflects the local terrain information at the earthwork site around the excavator to the global terrain information of the entire construction section. Real-time modeling system of earthwork information using 3D scanner
청구항 1에 있어서, 상기 3D지형정보 센싱장치는,
상기 굴삭기 본체의 길이방향 중심부와 후단에 각각 설치되는 한 쌍의 GPS 안테나를 이용하여 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득할 수 있는 위치 추정모듈;
상기 굴삭기 본체에 복수개 배치되어 상기 굴삭기 주변의 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔하여 생성할 수 있는 3D 스캐너 모듈;
상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 데이터 통합모듈;
상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 체적 연산 모듈;
상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 로컬 지형정보 생성모듈; 및
상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 데이터 전송모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 1, The 3D terrain information sensing device,
A position estimation module capable of acquiring position information and posture angle information of the excavator by using a pair of GPS antennas respectively installed at the center and rear ends in the longitudinal direction of the main body of the excavator;
A 3D scanner module that is disposed on the excavator body to scan and generate earthwork work areas around the excavator with 3D terrain information;
A data integration module that calculates each 3D terrain information generated by a plurality of 3D scanner modules disposed in the excavator body and integrates it into one point cloud data (3D Point Cloud Data) for calculating the amount of earthwork;
A volume calculation module for calculating the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module;
A local terrain information generation module that generates local terrain information at a work site around an excavator by reflecting the amount of earthwork calculated by the volume calculation module in point cloud data; And
Real-time modeling system for earth and earth information using a dedicated 3D scanner for excavators, comprising: a data transmission module that collects the local terrain information generated by the local terrain information generation module and transmits it to a control server.
청구항 2에 있어서, 상기 3D 스캐너 모듈은,
상기 굴삭기 본체의 붐대를 기준으로 좌우 양측에 한 쌍식 배치되어 누락되는 작업영역 없이 전체 토공작업영역을 3D 지형정보로 스캔할 수 있는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 2, The 3D scanner module,
A real-time modeling system for earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators, characterized in that the entire earthwork area can be scanned as 3D terrain information without missing work areas, which are arranged on both sides of the left and right sides based on the boom of the excavator body.
청구항 3에 있어서, 상기 3D 스캐너 모듈은,
마운트;
상기 마운트의 상측으로 결합되는 원통형상의 스캐너 고정용 하부본체;
상기 스캐너 고정용 하부본체의 상단에 수평방향으로 회전가능하게 결합되고 부채꼴 형상의 지지패널을 구비하는 상부본체;
상기 하부본체의 내측 중심부에 수직으로 배치되어 상기 상부본체의 회전운동에 대한 구동력을 발생시키는 서보모터;
상기 서보모터의 회전력을 전달하는 타이밍풀리;
상기 타이밍풀리와 연동되어 상기 상부본체의 수평회전각도를 센싱하는 엔코더; 및
상기 지지패널에 장착되어 굴삭기의 작업구간에 대해 상하 수직방향으로 180도 범위의 스캐너센싱작업을 수행하는 레이저스캐너부;를 구비한 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 3, The 3D scanner module,
Mount;
A lower body for fixing a cylindrical scanner coupled to an upper side of the mount;
An upper body rotatably coupled to the top of the lower body for fixing the scanner and having a fan-shaped support panel;
A servo motor disposed vertically in the inner central portion of the lower body to generate driving force for rotational movement of the upper body;
A timing pulley transmitting the rotational force of the servomotor;
An encoder that senses a horizontal rotation angle of the upper body in connection with the timing pulley; And
A real-time modeling system for earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators, which is mounted on the support panel and includes a laser scanner unit that performs a scanner sensing operation in a 180-degree range in the vertical direction in the vertical direction of the excavator.
청구항 4에 있어서, 상기 3D 스캐너 모듈은,
상기 상부본체의 상측에서 상기 레이저 스캐너부를 커버하며 결합되는 외부케이스;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 4, The 3D scanner module,
A real-time modeling system for earth and terrain information using a dedicated 3D scanner, characterized in that it further comprises an outer case that is coupled to the upper side of the upper body and covers the laser scanner unit.
청구항 5에 있어서, 상기 외부케이스는,
일측 세로로 상기 레이저 스캐너부의 레이저 신호가 주사 되기 위한 일자형 주사홀;을 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 5, The outer case,
Real-time modeling system for earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators, characterized in that it has a;
청구항 2에 있어서, 상기 데이터통합모듈은,
상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 2, The data integration module,
A plurality of 3D scanner modules arranged in the excavator body are used to obtain a determinant that minimizes the error of overlap using two point cloud data generated by scanning from different angles on the terrain in front, and convert the coordinates of the current index of the existing map. Real-time modeling system for earth and earth information using a 3D scanner dedicated to excavators, characterized by generating terrain information for a new work area by overlapping
청구항 2에 있어서, 상기 체적 연산 모듈은,
시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고,
상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템
The method according to claim 2, The volume calculation module,
Set the Region of Interest (ROI) in the state that the pre-topography information is prepared before construction to obtain the difference in volume,
A real-time modeling system for earthwork topographic information using a dedicated 3D scanner for excavators, characterized in that the amount of work is calculated by a point elevation method using point cloud grid data obtained by the 3D scanner module, and a TIN division quadrature method using TIN mesh data.
굴삭기의 본체에 구비되어 굴삭기 주변 토공현장에서의 작업구간에 대한 3D 지형정보를 실시간으로 생성 및 갱신할 수 있는 실시간 3D지형정보 센싱장치, 및 상기 실시간 3D지형정보 센싱장치에서 생성된 지형정보를 수신하고 분석하여 상기 굴삭기 주변 토공현장에서의 로컬 지형정보를 전체 공사구간의 글로벌 지형정보에 반영하는 관제서버;를 구비하는 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템에 의한 모델링방법에 있어서,
상기 굴삭기가 작업구간으로 위치 이동하는 제 1 단계;
상기 3D지형정보 센싱장치를 구성하는 위치 추정모듈에 의해 굴삭기의 위치정보와 자세각정보를 획득하여 토공작업전 지형정보에 필요한 기준정보를 갱신하는 제 2 단계;
상기 굴삭기가 작업구간에서 토공작업을 수행하는 제 3 단계;
상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계;
체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계;
상기 토공작업량이 목표한 단위작업량에 도달할 때까지 상기 제 3 단계 내지 제 5 단계를 반복수행하는 제 6 단계;
토공작업량이 목표 작업량에 도달하면 로컬 지형정보 생성모듈에 의해 상기 체적 연산 모듈에서 연산한 토공작업량을 로컬 지형정보의 점군데이터에 반영하여 굴삭기 주변 작업현장에서의 로컬 지형정보를 생성하는 제 7 단계; 및
데이터 전송모듈에 의해 상기 로컬 지형정보 생성모듈에서 생성된 로컬 지형정보를 취합하여 관제서버로 전송하는 제 8 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법
A real-time 3D topographic information sensing device provided in the body of an excavator and capable of generating and updating 3D topographic information in real time on a work area in the vicinity of an excavator, and receiving topographic information generated by the real-time 3D topographic information sensing device In the modeling method by the real-time geospatial information modeling system comprising; a control server that reflects and analyzes the local terrain information at the earthwork site around the excavator in the global terrain information of the entire construction section,
A first step in which the excavator is moved to a working section;
A second step of acquiring position information and posture angle information of an excavator by a position estimation module constituting the 3D terrain information sensing device and updating reference information necessary for terrain information before earthwork;
A third step in which the excavator performs earthwork in the work section;
When the earthwork of the excavator is completed, one point cloud data (3D Point Cloud Data) for calculating the amount of earthwork by calculating each 3D terrain information generated by a plurality of 3D scanner modules disposed on the excavator body by a data integration module ) To the fourth step;
A fifth step of calculating a volume of earthwork using point cloud data received by the data integration module by a volume calculation module;
A sixth step of repeatedly performing the third to fifth steps until the amount of earthwork work reaches a target unit work amount;
A seventh step of generating local terrain information at the work site around the excavator by reflecting the earthwork amount calculated by the volume calculation module by the local terrain information generation module to the point cloud data of local terrain information when the earthwork amount reaches the target work amount; And
An eighth step of collecting local terrain information generated by the local terrain information generation module by a data transmission module and transmitting it to a control server; Real-time modeling method of earth and terrain information using a dedicated 3D scanner, characterized in that it comprises a
청구항 9에 있어서, 상기 굴삭기의 토공작업이 완료되면 데이터 통합모듈에 의해 상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈에서 생성한 각각의 3D 지형정보를 연산하여 토공작업량을 산정하기 위한 하나의 점군데이터(3D Point Cloud Data)로 통합하는 제 4 단계는,
상기 굴삭기 본체에 배치되는 복수개의 3D 스캐너 모듈이 전방의 지형에서 각각 다른 각도에서 스캔하여 생성된 두개의 점군데이터를 이용하여 중첩의 오차가 최소화 되는 행렬식을 구하고 기존지도의 현재지표에 대한 좌표를 변환시켜 중첩하함으로써 새로운 작업영역에 대한 지형정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법
The method according to claim 9, When the earthwork of the excavator is completed, one point cloud data for estimating the amount of earthwork work by calculating each 3D terrain information generated by a plurality of 3D scanner modules disposed on the excavator body by a data integration module The 4th step to integrate with (3D Point Cloud Data) is,
A plurality of 3D scanner modules arranged in the excavator body are used to obtain a determinant that minimizes the error of overlap using two point cloud data generated by scanning from different angles on the terrain in front, and convert the coordinates of the current index of the existing map. Real-time modeling of earthwork topographic information using a 3D scanner dedicated to excavators, characterized by generating topographic information for a new work area by overlapping
청구항 9에 있어서, 상기 체적 연산 모듈에 의해 상기 데이터 통합모듈에서 수신한 점군데이터를 이용하여 토공작업량을 연산하는 제 5 단계는,
시공전 사전지형정보가 준비된 상태에서 관심영역(ROI;Region of Interest)을 설정하여 체적의 차이를 구하고,
상기 3D 스캐너 모듈에 의해 획득한 점군 격자데이터를 이용하는 점고법, 및 TIN 메쉬 데이터를 이용하는 TIN 분할 구적법으로 작업량을 산출하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 전용 3D 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 방법.
The method according to claim 9, The fifth step of calculating the amount of earthwork using the point cloud data received from the data integration module by the volume calculation module,
Set the Region of Interest (ROI) in the state that the pre-topography information is prepared before construction to obtain the difference in volume,
A method for real-time modeling of earth and terrain information using a dedicated 3D scanner for excavators, characterized in that the amount of work is calculated by a point elevation method using point cloud grid data obtained by the 3D scanner module, and a TIN division quadrature method using TIN mesh data.
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