KR20200143161A - 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법 - Google Patents

자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법 Download PDF

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KR20200143161A
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Abstract

본 발명은 라이다 스캐너를 사용하여 확보된 공간정보를 바탕으로 지피에스신호가 수신되지 않는 지역에서도 위치정보와 함께 영상데이터를 제공하므로 구조물의 결함 위치를 정확하게 확인하여 신속하게 대응하는 것이 가능한 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법을 제공한다.
본 발명의 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법은 안전진단을 행하고자 하는 지역의 한 지점에 설치한 라이다 스캐너를 이용하여 기준점 및 공간정보를 수집하고, 수집된 공간정보를 제공받은 드론에 탑재된 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 구조물에 대한 일반 영상데이터와 적외선 영상데이터를 수집하고, 수집된 영상데이터를 분석하여 구조물에 대한 안전진단을 수행하는 과정을 포함한다.

Description

자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법 {Safety Inspection Method of Structure Using Drone with Simultaneous Localization and Mapping}
본 발명은 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지피에스신호가 수신되지 않는 지역에서도 공간정보를 바탕으로 촬영된 영상 및 라이다(LiDAR) 데이터를 분석하여 구조물의 결함 위치 및 형태를 정확하게 확인하여 신속하게 대응하는 것이 가능한 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법에 관한 것이다.
일반적으로, 사람이 접근하기 어려운 지형에 설치된 구조물이나 넓은 지역에 걸쳐 설치된 구조물의 안전여부를 실시간으로 진단하기 위한 방법으로 일반 카메라와 적외선 카메라 등을 탑재한 드론을 사용하는 경우가 많다.
예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-1707865호, 제10-1718287호, 제10-1866781호, 제10-1924275호, 제10-1954902호 등에는 드론을 이용하여 구조물 등의 안전을 진단하는 다양한 기술이 공개되어 있다.
그런데, 종래 드론을 이용한 구조물의 안전을 진단하는 기술은 지피에스신호를 수신할 수 있는 지역에서는 위치정보와 함께 영상데이터를 확보하는 것이 가능하지만, 교량의 하부나 터널 내부, 지붕이 있는 구조물의 내부에서는 지피에스 신호를 수신할 수 없는 지역에서는 정확한 위치정보를 영상데이터와 함께 확보하는 것이 어려우므로, 결함이 발견되는 지점을 신속하고 정확하게 확인하고 수리나 보수 등의 작업을 행하는 데에 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 라이다(LiDAR) 스캐너를 사용하여 확보된 공간정보를 바탕으로 지피에스신호가 수신되지 않는 지역에서도 위치정보와 함께 영상데이터를 제공하므로 구조물의 결함 위치를 정확하게 확인하여 신속하게 대응하는 것이 가능한 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법은 안전진단을 행하고자 하는 지역의 한 지점에 설치한 라이다 스캐너를 이용하여 기준점 및 공간정보를 수집하고, 수집된 공간정보를 제공받은 드론에 탑재된 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 구조물에 대한 일반 영상데이터와 적외선 영상데이터를 수집하고, 드론을 통하여 수집된 영상데이터를 관리서버에서 분석하여 구조물에 대한 안전진단을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진다.
상기에서 공간정보의 수집은 라이다 스캐너에서 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되는 펄스 신호가 수신기에 도착하는 시간을 측정하여 라이다 스캐너와 물체 사이의 거리를 분석하고, 이를 바탕으로 3차원 매핑을 행하는 과정으로 이루어진다.
상기 드론에서는 상기 라이다 스캐너로부터 제공받은 공간정보를 이용하여 확인되는 위치정보와 함께 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 수집된 일반 영상데이터 및 적외선 영상데이터를 관리서버로 전송하도록 구성한다.
본 발명의 실시예에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법에 의하면, 지피에스 신호가 수신되지 않는 지역에서도 위치정보와 함께 영상데이터를 제공하는 것이 가능하므로, 결함이 발생한 장소를 신속하게 확인하여 수리 및 보강하는 것이 가능하고, 충돌로 발생할 수 있는 드론 및 구조물의 안전도를 높이는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법에 의하면, 드론을 사용하여 영상 및 적외선 및 라이다 데이터를 수집하므로, 넓은 지역에 걸쳐 설치된 구조물에 대해서도 짧은 시간에 안전진단을 행하는 것이 가능하고, 사람의 접근이 어려운 지역에 설치된 구조물에 대해서도 안전진단을 행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법을 적용하는 상태를 나타내는 부분단면 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법을 나타내는 순서도이다.
다음으로 본 발명에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 라이다스캔단계(S10)와, 영상데이터수집단계(S20)와, 안전진단평가단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
상기 라이다스캔단계(S10)에서는 안전진단을 행하고자 하는 지역의 한 지점에 설치한 라이다 스캐너(10)(LiDAR Scaner)를 이용하여 기준점 및 공간정보를 수집하는 과정으로 이루어진다.
상기에서 공간정보의 수집은 라이다 스캐너(10)에서 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되는 펄스 신호가 수신기에 도착하는 시간을 측정하여 라이다 스캐너(10)와 물체 사이의 거리를 분석하고, 이를 바탕으로 3차원 매핑을 행하는 과정으로 이루어진다.
예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 라이다 스캐너(10)를 일정한 지점에 고정된 상태로 설치하고, 구조물의 상판(4) 저면과 벽체(2) 측면에 라이다 펄스 신호를 방출하고, 측정 범위내에 있는 상판(4) 및 벽체(2)로부터 반사되는 라이다 펄스 신호가 라이다 스캐너(10)의 수신기에 도착하는 시간을 측정하면, 라이더 스캐너(10)와 상판(4) 및 벽체(2) 사이의 거리를 알 수 있으며, 확보된 거리 데이터를 활용하면 상판(4) 및 벽체(2)로 이루어지는 3차원 공간정보를 생성하는 것이 가능하다.
상기에서 벽체(2)는 기둥형상으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 영상데이터수집단계(S20)에서는 수집된 공간정보를 제공받은 드론(20)에 탑재된 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 구조물에 대한 일반 영상데이터와 적외선 영상데이터를 수집하는 과정으로 이루어진다.
예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 드론(20)에서는 상기 라이다 스캐너(10)로부터 제공받은 공간정보를 이용하여 확인되는 위치정보와 함께 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 수집된 일반 영상데이터 및 적외선 영상데이터를 관리서버로 전송하도록 구성한다.
상기에서 드론(20)은 동시 위치측정 및 지도화(SLAM; Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘을 적용한 자율제어기술을 이용하여 구조물이나 장애물에 충돌하지 않는 상태로 필요로 하는 지역을 운행하면서 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 촬영하여 영상데이터를 수집하도록 이루어진다.
동시 위치측정 및 지도화(SLAM) 알고리즘은 로봇 등이 임의의 공간을 이동하면서 주변을 탐색하고 자신의 위치를 측정하여 동시에 지도를 작성하는 기법으로, 주로 레이저나 라이다, 카메라 등을 이용하여 주변 환경과의 거리를 측정하여 이루어진다.
즉, 상기 라이다 스캐너(10)를 이용하여 수집한 공간정보를 이용하여 3차원 지도화를 수행하고, 드론(20)은 이 정보를 이용하여 운행하면서 드론(20)에 탑재된 라이다 센서를 이용하여 지속적으로 위치정보를 수집하여 상기 라이다 스캐너(10)를 통하여 얻은 공간정보를 보완하면서 운행하므로, 지피에스 신호가 수신되지 않는 지역에서도 정확한 위치정보를 확인하는 것이 가능하다.
상기에서 드론(20)은 라이다 스캐너(10)를 이용하여 수집한 공간정보를 활용하여 최적의 비행경로를 계산하여 비행하도록 구성된다.
상기 안전진단평가단계(S30)에서는 드론(20)을 통하여 수집된 영상데이터를 관리서버에서 분석하여 구조물에 대한 안전진단을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진다.
상기 관리서버는 상기 드론(20)과 통신이 가능한 지역에 설치하여 드론(20)과 실시간으로 통신하면서 수집된 영상데이터를 수신하여 분석하므로 구조물에 대한 안전진단을 실시간으로 모니터링하는 것이 가능하도록 구성하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 드론(20)에는 수집되는 위치정보 및 영상데이터를 저장하는 저장장치를 탑재하고, 운행이 종료된 후에 관리서버에서 위치정보 및 영상데이터를 다운로드하여 구조물에 대한 안전진단을 행하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
2 - 벽체, 4 - 상판, 10 - 라이다 스캐너, 20 - 드론

Claims (5)

  1. 안전진단을 행하고자 하는 지역의 한 지점에 설치한 라이다 스캐너를 이용하여 기준점 및 공간정보를 수집하고,
    수집된 공간정보를 제공받은 드론에 탑재된 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 구조물에 대한 일반 영상데이터와 적외선 영상데이터를 수집하고,
    드론을 통하여 수집된 영상데이터를 관리서버에서 분석하여 구조물에 대한 안전진단을 수행하는 과정을 포함하는 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기에서 공간정보의 수집은 라이다 스캐너에서 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되는 펄스 신호가 수신기에 도착하는 시간을 측정하여 라이다 스캐너와 물체 사이의 거리를 분석하고, 이를 바탕으로 3차원 매핑을 행하는 과정으로 이루어지는 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 드론에서는 상기 라이다 스캐너로부터 제공받은 공간정보를 이용하여 확인되는 위치정보와 함께 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 수집된 일반 영상데이터 및 적외선 영상데이터를 관리서버로 전송하도록 구성하는 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 드론은 동시 위치측정 및 지도화(SLAM) 알고리즘을 적용한 자율제어기술을 이용하여 구조물이나 장애물에 충돌하지 않는 상태로 필요로 하는 지역을 운행하면서 일반 카메라와 적외선 카메라를 이용하여 촬영하여 영상데이터를 수집하도록 이루어지는 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 드론은 라이다 스캐너를 이용하여 수집된 공간정보를 활용하여 최적의 비행경로를 계산하여 비행하도록 구성하는 자율제어기술 드론을 이용한 구조물의 안전진단방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102516005B1 (ko) * 2022-11-02 2023-03-31 대한민국 실내 측위 조사로봇을 활용한 건물 붕괴 위험성 평가 방법 및 장치
EP4160175A1 (en) * 2021-09-30 2023-04-05 Topcon Corporation Hammering test system

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