KR20210096455A - 입체마커의 cctv 영상인식기술을 이용한 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템 - Google Patents

입체마커의 cctv 영상인식기술을 이용한 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CCTV의 마커 추적기술을 이용하여 건설용 가시설 및 구조물의 안전성을 지속적으로, 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 나아가 건설용 가시설 및 구조물의 평면상의 변위 뿐만아니라 전방 또는 후방으로의 변위도 민감하게 감지할 수 있는 건설용 가시설 및 구조물 안전성 모니터링 시스템에 관한 것입니다. 특히, 본 발명은 별도의 인력투입이나 과다한 설비 없이 건설용 가시설 및 구조물의 안정성을 모니터링할 수 있다.

Description

입체마커의 CCTV 영상인식기술을 이용한 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템{SAFETY MONITORING SYSTEM OF STRUCTURES USING CCTV IMAGE RECOGNITION TECHNOLOGY FOR 3D MARKERS}
본 발명은 건물이나 토목구조물의 지반 공사시 지반의 붕괴 및 지하수의 유입을 방지하기 위하여 일시적으로 설치되는 흙막이 가시설과 거푸집, 동바리, 옹벽, 임시사면 등의 건설용 가시설 및 리모델링 건축물, 교량, 노후건물 등의 변위 계측이 필요한 구조물의 안전성을 모니터링하는 시스템에 관한 것이다.
흙막이 가시설은 건물의 기초나, 지하층 시공을 위한 터파기 시공시 굴착면의 붕락과 지하수의 유입을 방지하기 위하여, 굴착면을 안정화시키기 위한 임시 구조물을 말한다.
흙막이 가시설은 매우 다양한 종류가 있지만, 굴착경계를 따라 일정 간격으로 배치되는 수직말뚝, 수직지주들 사이를 연결하는 수평띠장 및 토류판 등으로 구성되는 경우가 일반적이다. 지반 조건에 따라 앵커나 락볼트를 시공하기도 하며, 띠장들 사이를 연결하는 트러스트를 덧대기도 한다.
최근 흙막이 가시설의 붕괴로 인한 안전사고가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 안전사고는 주로 부실시공에 기인한 경우가 많지만, 최근 기후 변화로 인해 예상치 못한 폭우가 내리는 경우 지반의 함수율이 높아져 사고의 위험성이 증대되고 있다.
시공 영역 주변에 건물이 없는 경우라면 당해 시공 현장의 문제로만 끝나지만, 건물이 밀집한 도심지에서의 흙막이 가시설 붕괴에 따라 지반이 무너지는 경우 대형 사고로 이어질 수 있다.
이에 시공 현장에서는 흙막이 가시설의 안전성에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다. 종래의 흙막이 가시설의 모니터링은 육안으로 조사를 하거나, 측량장비를 이용하거나 또는 물리적 구조물을 이용하였는 바, 실시간으로 알람이 이루어지기 어렵다. 또한 종래의 방법에서는 흙막이 가시설의 변위를 확인하기 위한 모니터링 인력이 투입되거나, 또는 물리적 구조물의 설치로 인하여 과다한 설비가 투입되어 비경제적이다.
특히, 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위는 붕괴 징후를 예측하는데 매우 중요하다. 하지만 종래의 방법들은 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위를 측정하기 어렵다.
결론적으로 별도의 인력 투입과 과다한 설비 없이 흙막이 가시설의 평면상의 변위 뿐만아니라 전방 또는 후방으로의 변위도 민감하게 감지할 수 있는 새로운 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건설용 가시설 및 구조물에 입체 마커를 설치하고, CCTV의 영상내 마커 위치 인식 기술을 이용하여 흙막이 가시설의 편면상 변위와 전방 또는 후방으로의 변위를 실시간으로 추적하여 모니터링하는 시스템을 그 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템은 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치되며, 전방으로 돌출되고, 적어도 2개 이상의 노출면을 가지고, 상기 노출면 중 적어도 하나에는 식별패턴이 형성된 복수의 입체마커; 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면을 촬영하여 상기 입체마커의 위치변화를 감지하며, 상기 복수의 입체마커가 모두 화상에 들어오는 위치에 설치되는 영상수집유닛; 및 상기 영상수집유닛이 수집한 영상을 분석하여 상기 건설용 가시설 및 구조물의 붕괴징후를 모니터링하는 모니터링 유닛;을 포함하고, 상기 모니터링 유닛은, 변위가 발생하기 전의 상태인 제1상태에서의 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 복수의 입체마커 중 제1입체마커 및 제2입체마커 사이의 실제거리정보가 저장된 저장모듈; 상기 영상수집유닛에서 수집한 화상을 분석하여 다음과 같은 동작을 수행하는 영상분석모듈, (a) 상기 영상수집유닛에서 수집한 제1상태에서의 화상에서의 상기 제1입체마커 및 제2입체마커 사이의 화상길이정보를 추출, (b) 상기 실제거리정보와 상기 화상길이정보의 비율을 연산하여 길이변환정보를 획득, (c) 변위가 발생한 후의 상태인 제2상태에서의 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 복수의 입체마커의 화상에서의 변위를 획득하고 상기 길이변환정보로 실제변위정보를 산출; 및 상기 실제변위정보가 기준값 이상인지 여부를 확인하여 알람을 송출하는 경보모듈;을 포함한다.
바람직한 예에 있어서, 상기 영상수집유닛은 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 모든 입체마커에 대하여 정면이 아닌 위치에 설치되고, 상기 영상수집유닛이 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 모든 입체마커에 대하여 정면이 아닌 위치에 설치됨으로써 상기 영상분석모듈이 건설용 가시설 및 구조물의 표면이 전방으로 돌출되거나 후방으로 함몰됨으로써 발생하는 변위를 감지하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 입체마커는 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 부착면과, 상기 부착면의 일 위치에 일 모서리가 고정되는 제1노출면과, 상기 부착면에 타 위치에 일 모서리가 고정되는 제2노출면을 구비하고, 상기 제1노출면, 상기 제2노출면 및 상기 부착면이 연결되어 삼각기둥 형상을 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 입체마커는 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 부착면과, 상기 부착면의 일 위치에 일 모서리가 고정되는 제1노출면과, 상기 부착면에 타 위치에 일 모서리가 고정되는 제2노출면과, 상기 제1노출면과 상기 제2노출면에 양 모서리가 연결되는 제3노출면을 구비하고, 상기 제1노출면, 상기 제2노출면, 상기 제3노출면 및 상기 부착면이 연결되어 사각기둥 형상을 구성하고, 상기 식별패턴은 상기 제1노출면 및 상기 제2노출면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 영상분석모듈은 상기 건설용 가시설 및 구조물에 서로 인접하게 설치된 상기 입체마커를 3개씩 조합하여 모든 입체마커에 대하여 가상의 삼각형을 연속적으로 생성하여 삼각망를 형성하고, 상기 입체마커들 사이의 실제길이정보 및 화상길이정보는 모든 삼각망의 각각의 변의 길이인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 입체마커에 변위가 있는 경우 상기 삼각망의 각 변의 길이에 변화가 있지 않다면 영상수집유닛의 흔들림 또는 위치변화에 기인한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시시예 있어서, 낙석으로부터 상기 입체마커를 보호하기 위한 벽과 지붕을 구비한 낙석보호용 지그를 더 포함하고, 상기 입체마커는 상기 낙성보호용 지그의 내측 또는 전방에 설치되는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 CCTV의 마커 추적기술을 이용하여 흙막이 가시설을 포함하여, 동바리 구조물 및 거푸집을 포함하여 건설용 가시설 등 변위 계측이 필요한 건설용 가시설 및 구조물의 안전성을 지속적으로, 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 나아가 건설용 가시설 및 구조물의 평면상의 변위 뿐만아니라 전방 또는 후방으로의 변위도 민감하게 감지할 수 있다. 특히, 본 발명은 별도의 인력투입이나 과다한 설비 없이 건설용 가시설 및 구조물의 안정성을 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템은 사용자의 평가에 의해 건설용 가시설 및 구조물의 붕괴 징후를 예측하는 것이 아니고, 자동시스템에 의해 모니터링이 이루어지므로 일관되고 객관적인 모니터링 결과가 담보된다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템의 개략적 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템을 구축하기 위하여, 건설용 가시설 및 구조물 중 하나인 흙막이 가시설에 입체 마커를 설치하고 삼각형 그리드를 형성한 예를 보여주는 개략적 참고도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템의 입체마커의 개략적 사시도이다.
도 4는 입체마커 사이의 실제길이와 디지털 카메라의 화면에 표현된 화상길이와의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 입체마커가 카메라의 픽셀 내 위치변화와, 그에 따른 마커 사이의 선분 길이 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 입체마커의 상이 맺히는 카메라 픽셀의 중심점을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 건설용 가시설 및 구조물이 사면인 경우에 낙석으로부터 입체마커를 보호하기 위해 낙석보호용 지그를 설치하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 본 문서에서 "모듈"이나 "노드"는 CPU, AP 등과 같은 연산 장치를 이용하여 데이터를 이동, 저장, 변환 등의 작업을 수행한다. 예컨대 "모듈"이나 "노드"는 서버, PC, 태블릿 PC, 스마트폰 등과 같은 장치로 구현될 수 있다.
본 발명은 건설용 가시설 및 구조물의 안전성을 모니터링하기 위한 시스템으로서, 흙막이 가시설, 동바리, 거푸집, 옹벽, 임시사면 등 건축 및 토목 분야에서 사용하는 일시적 구조물에 대해서 모두 적용 가능하며, 또한 리모델링 건축물, 노후건물, 교량 등의 구조물에도 적용할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 흙막이 가시설에 대해서 예를 들어 설명하기로 한다.
본 발명은 건축물의 지반기초 또는 지하층을 시공하기 위한 터파기 공사에서, 굴착된 지반면의 붕괴 및 지하수의 유입을 방지하기 위하여 임시적으로 설치되는 흙막이 가시설의 안전성을 실시간으로 모니터링하기 위한 시스템이다. 특히 본 발명에서는 CCTV나 디지털카메라와 같은 영상수집유닛에서 특정 식별패턴이 형성되어 있는 마커 등의 표적을 추적하는 기술을 이용하여 흙막이 가시설의 각 부분별 변위를 지속적으로 측정함으로써 안전성을 판단할 수 있는 시스템을 개시한다.
최근 모든 산업의 추세는 인력의 투입을 최소화하고 자동시스템을 구축하는 기술에 집중되어 있다. 즉, 센서, 사물인터넷 등의 통신수단 및 커스터마이징된 소프트웨어가 적용된 시스템을 구축한다. 이러한 시스템은 인력의 투입을 최소화할 뿐만 아니라, 사용자(또는 관찰자)의 노하우에 의존하지 않고 언제나 일관된 결과를 보장할 수 있다는 이점이 있다.
흙막이 가시설의 안전성 모니터링에서도 위와 같은 산업적 추세가 적용될 필요가 있다. 본 발명에서도 마커-CCTV 추적 기술을 이용하여 인력의 투입없이 실시간으로 안정적 모니터링 결과를 담보할 수 있는 시스템을 개발하였다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 예에 대한 흙막이 가시설 모니터링 방법에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템의 개략적 구조도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템을 구축하기 위하여, 건설용 가시설 및 구조물 중 하나인 흙막이 가시설에 입체 마커를 설치하고 삼각망를 형성한 예를 보여주는 개략적 참고도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템은 입체마커, 영상수집유닛 및 모니터링유닛을 포함하여 구성된다.
입체마커는 흙막이 가시설의 표면에 설치된다. 입체마커가 설치되는 위치는 규칙적이거나 불규칙적이거나 무방하다. 입체마커는 표면과 일정 각도를 유지하여 부착될 수 있다. 본 실시예의 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 20개의 마커를 격자형으로 설치하였다. 다만, 도 2에서도 알 수 있듯이, 각각의 격자가 완전히 동일하지 않고 불규칙해도 무방하다. 도 2에서와 같이 흑막이 가시설의 표면의 각 지점에 입체마커가 부착된다. 도 2에서는 #1 ~ #20 까지의 입체마커가 부착되었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템은 일반적인 평면형의 마커가 아닌 입체마커를 이용한다.
도 3은 일 실시예에 따른 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템의 입체마커의 개략적 사시도이다.
먼저 도 3(a)는 제1실시형태의 입체마커(10)이다. 도 3(a)를 참조하면, 본 발명의 입체마커(10)는 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 부착면(1)과, 부착면(1)의 일 위치에 일 모서리가 고정되는 제1노출면(2)과, 부착면(1)의 타 위치에 일 모서리가 고정되는 제2노출면(3)을 구비한다. 이로써 제1노출면(2)과 제2노출면(3)은 전방으로 돌출된다. 부착면(1), 제1노출면(2) 및 제2노출면(3) 이 연결되어 삼각기둥 형상을 구성한다. 제1노출면(1) 및/또는 제2노출면(2)에는 식별패턴(M)이 형성된다. 여기서 식별패턴(M)이란 QR코드와 같이 일정한 패턴이 인쇄되어 있는 부착물을 말하며, 아주 간단하게는 1, 2, 3 등의 숫자가 각기 인쇄된 스티커가 개별 식별패턴으로 활용될 수 있다. 또는 반사시트 등을 마커로 이용할 수도 있다. 이러한 식별패턴은 CCTV 등의 디지털 카메라에서 영상인식 등의 기법을 통해 인지할 수 있는 형태이면 된다. CCTV의 마커 추적 기술은 영상인식 및 추적 기술 분야에서 공지의 기술인 바 그 원리에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음으로 도 3(b)는 제2실시형태의 입체마커(10)이다. 제1실시형태와 제2실시형태를 비교해보면 제1노출면(2)과 제2노출면(3)이 이루는 각도에 차이가 있다. 이는 본 발명의 입체마커(10)가 가변형이기 때문이다. 즉, 부착면(1)을 기준으로 제1노출면(2)과, 제2노출면(3)이 고정되는 위치를 사용자가 조절할 수 있다. 부착면(1)을 기준으로 제1노출면(2)과, 제2노출면(3)이 고정되는 위치를 사용자가 조절하는 방법은 도 3(a) 또는 도3(b)에 위치조절부(8)를 이용할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한 되는 것은 아니다. 예컨대, 위치조절부(8)로 끼움홀에 제1노출면(2)과, 제2노출면(3)의 모서리에 돌출된 부분을 끼워넣는 것으로 구현할 수도 있다. 제1노출면(2)과 제2노출면(3)의 각도나 고정되는 위치를 조절할 수 있는 경우 이를 가변형 입체마커라 할 수 있다. 흙막이 가시설의 표면은 일정하지 않으므로 가변형 입체마커를 이용하여 노출면의 각도를 조절한다. 더군다나 작업환경에 따라 CCTV와 같은 영상수집유닛의 위치가 달라질 수 있는데, 가변형 입체마커는 그에 맞춰 노출면의 각도를 조절함으로써 보다 정확한 모니터링이 가능해진다.
도 3(c)는 제3실시형태의 입체마커(10)이다. 제3실시형태의 입체마커(10)는 제1노출면(2)과 제2노출면(3)에 양 모서리가 연결되는 제3노출면(4)을 더 구비한다. 제1노출면(2), 제2노출면(3), 제3노출면(4) 및 부착면(1)이 연결되어 사각기둥 형상, 구체적으로는 사다리꼴기둥 형상을 구성한다. 이때, 식별패턴(M)은 제1노출면(2) 또는 제2노출면(3)에 형성되며, 제3노출면(4)에는 식별패턴(M)이 형성되어 평면마커의 역할을 하거나, 광고 문구나 디자인을 형성할 수 있다.
영상수집유닛은 복수의 입체마커가 모두 화상에 들어오는 위치에 설치된다. 이때, 본 발명의 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템은 입체마커의 흙막이 가시설 표면에 대한 전방 또는 후방으로의 변위를 측정하기 위하여 영상수집유닛이 입체마커에 대하여 정면이 아닌 위치에 설치될 수 있다.
평면 마커의 경우 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위가 평면 마커의 원근에 의해서만 표시되는데, 영상수집유닛에서 수집한 화상을 픽셀단위로 분석하는 경우 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위를 정확히 측정할 수 없다는 문제가 있다.
이에 본 발명은 입체마커를 이용함으로써 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위를 입체마커의 변위를 이용하여 영상수집유닛에 제공하게 된다. 즉, 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위가 입체마커의 좌우상하의 변위로 나타나는 것이다. 특히, 영상수집유닛이 입체마커에 대하여 정면이 아닌 위치에 설치됨으로써 흙막이 가시설의 전방 또는 후방으로의 변위에 따른 입체마커의 좌우상하의 변위를 더욱 정확히 측정할 수 있다.
한편, 영상수집유닛의 설치시 정밀 GPS를 이용하여 영상수집유닛의 설치위치를 계측하고, 고도를 측정하며, 영상수집유닛이 바라보고 있는 방위각을 설정한다. 위치 및 방향이 설정된 영상수집유닛의 화상에는 복수의 입체마커가 모두 나타날 수 있도록 한다 이를 위해 영상수집유닛의 화각이 조절될 수 있고, 화각정보도 설정된다.
영상처리유닛의 설치와 함께 복수의 입체마커에 대한 3차원 위치정보가 측정(측량)된다. 각 입체마커의 설치 위치는 정밀 GPS 장비와 고도계를 이용하여 획득한다. 또는 본 실시예와 같이 3차원 지형정보를 파악하는데 사용하는 이른바 '토탈 스테이션'을 이용할 수도 있다. 즉, 토탈 스테이션을 카메라 설치위치에 거치한 후, 방위각을 세팅하여 구동시키면, 토탈 스테이션에서는 각 입체마커의 3차원 좌표정보를 획득할 수 있다.
상기한 바와 같이 영상수집유닛의 좌표, 방위, 화각을 설정하고, 각 마커의 3차원 좌표정보값을 획득한 후에는 영상수집유닛이 화상을 수집하고 이를 모니터링 유닛으로 전송한다.
모니터링 유닛은 저장모듈, 영상분석모듈, 경보모듈을 구비한다.
영상분석모듈은 화상을 전달받아 입체마커 사이의 거리를 측정 또는 연산한다. 입체마커 사이의 거리를 측정하는 것은 인접한 입체마커를 이용할 수 있다. 입체마커 사이의 거리를 획득하기에 앞서 "인접한 입체마커"를 정의해야 하는데, 본 실시예에서는 인접한 입체마커를 3개씩 조합하여 가상의 삼각형을 연속적으로 형성하여 도 2에 도시된 바와 같은 삼각망를 생성한다. 예컨대 도 2의 우측 2열의 가운데에 7번으로 표시된 지점은 6개의 삼각형의 하나의 꼭지점으로 설정될 수 있다.
흙막이 가시설의 붕괴 징후를 모니터링하기 위해서는 입체마커에 변위가 발생하였는지 여부를 판단하여야 한다. 변위가 발생하기 전의 상태를 제1상태라 하고, 변위가 발생한 후의 상태는 제2상태라 한다.
먼저 제1상태에서의 복수의 입체마커 중 2개, 예컨대 제1입체마커 및 제2입체마커 사의의 실제거리정보가 필요하다. 바람직하게 제1입체마커 및 제2입체마커는 삼각망의 한 변을 구성하는 인접한 입체마커일 수 있다. 실제거리정보는 앞에서 언급한 토탈스테이션을 이용할 수도 있으며, 각 입체마커의 3차원 좌표정보를 이용하여 수학적으로 계산할 수도 있다. 또는 시공도면을 이용하거나, 실제 측정을 통해서도 획득할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 삼각망 내 모든 삼각형의 각 변들(이하 '선분'이라 함)의 실제길이정보를 획득한다. 획득한 실제길이정보는 저장모듈에 저장된다.
영상분석모듈은 제1상태에서의 제1입체마커 및 제2입체마커 사의의 화상에서의 길이인 화상길이정보를 추출한다.
도 4는 카메라의 화상과 실제 피사체 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서 카메라 렌즈의 중심이 3차원 좌표(XL, YL, ZL)에 위치하고 있다. 그리고 피사체(지상점)는 3차원 좌표(XA, YA, ZA)에 위치한다. 카메라에 촬영된 지상점의 위치는 카메라 화상의 중심점으로부터 (Xa, Ya) 지점이다. 영상분석모듈은 입체마커의 추적기술을 통해 입체마커가 화상의 어떤 픽셀에 위치했는지를 탐지할 수 있다. 삼각망 내 각 선분의 픽셀 사이의 거리를 연산하면 화상에서의 길이, 즉 선분의 화상길이정보를 획득할 수 있다. 각 선분의 실제길이정보와 화상정보를 이용하여 마커 사이의 화상길이와 실제길이 사이의 비율, 즉 길이변환정보를 획득한다. 여기서 중요한 점은, 삼각망 내 모든 선분에 대하여 개별적으로 길이변환정보를 획득해야 한다. 영상수집유닛의 위치와 실제 입체마커들의 위치는 입체마커별로 모두 다르기 때문에 일률적으로 동일한 비율을 적용하면 오차가 발생하기 때문이다.
상기한 과정을 통해 모든 기초정보를 획득하고, 영상수집위치의 위치 등 기초설정값도 획득하여 저장모듈에 저장한다.
이후 본 발명의 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템이 동작하면서 흙막이 가시설에 대한 안정성을 모니터링 한다.
영상수집유닛은 연속적으로 화상을 수집한다. 수집된 화상은 영상분석모듈에서 분석된다. 예컨대 본 실시예와 같이 영상분석모듈은 초당 5프레임 정도의 프레임을 단위로 입체마커의 화상에서의 픽셀의 위치변화를 추적함으로써, 복수의 입체마커의 화상에서의 변위를 획득한다.
도 5는 입체마커의 화상내에서의 위치변화와, 그에 따른 입체마커 사이의 선분 길이 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서 격자는 화상에서의 픽셀을 나타낸 것이고, 우측하단으로 해칭된 마커의 픽셀 위치 변화와, 이에 따른 주변 마커(좌측하단으로 이중선으로 해칭된 마커)와의 화상거리변화(A에서 B로 변화)를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 영상분석모듈에서는 일정 주기로 입체마커의 위치변화를 확인하고, 위치가 변화된 입체마커가 포함된 선분의 변형 길이를 획득한다. 여기서 입체마커의 위치는 이 마커의 상이 맺힌 픽셀의 중심점을 기준으로 하여 거리를 획득한다.
다만, 입체마커의 상이 여러 개의 셀에 걸쳐 있는 경우 도 6에 도시된 바와 같이 중심픽셀의 중심값을 기준으로 픽셀 좌표와 길이를 계산할 수 있다.
그리고 영상분석모듈은 해당 선분의 길이변환정보를 이용하여 화상에서의 변형 길이를 실제 길이변화량으로 전환하여 입체마커 사이의 실제 변위정보를 산출해낸다.
경보모듈은 실제변위정보가 기준값 이상인 경우 알람을 송출하며 문제가 생긴 입체마커를 특정하여 디스플레이 해준다.
여기서 한가지 중요한 점은 영상수집유닛의 위치나 각도의 변이에 따른 에러를 필터링해야 한다는 점이다. 본 실시예에서는 입체마커에 변위가 있음에도 불구하고 삼각망의 각 변의 길이에 변화가 있지 않다면 카메라의 위치 변화에 의한 것으로 파악한다. 바람의 영향으로 카메라의 위치나 각도가 달라진 경우, 비로 인하여 화상이 명확하지 않은 경우 또는 부주의로 카메라의 위치가 틀어진 경우에는 초기설정값을 이용하여 영상수집유닛를 다시 원상태로 위치시키면 된다.
그러나 다른 입체마커들 사이의 선분은 원위치를 유지하고 있지만, 일부 입체마커들의 화상에서의 픽셀위치가 변화하거나, 선분의 길이가 변화한 경우에는 지반의 작용에 의하여 흙막이 가시설의 변형이 일어난 경우이므로 알람을 송출하여 위험에 대비할 수 있도록 한다.
위에서는 설명의 편의를 위하여 입체마커가 화상에서 한 개의 픽셀에 위치하는 것을 전제하여 설명하였다.
위에서는 인접하는 입체마커 사이의 길이, 입체마커의 화상에서의 픽셀 위치의 변화를 추적하여 흙막이 가시설의 안전성을 모니터링하는 방법에 대하여 설명하였다.
그러나 본 발명에서는 삼각망 내 각 삼각형의 면적 변화, 또는 삼각형의 각 내각의 변화를 통해서도 흙막이 가시설의 변형 여부를 확인할 수 있을 것이다. 특히, 삼각망의 각 내각의 변화를 이용하는 것은 원근에 영향이 없어 보다 정확하게 흙막이 가시설의 붕괴 징후를 모니터링할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 마커-CCTV 영상 인식 기술을 이용하여 흙막이 가시설의 부분별 변위를 계측한다. 그리고 이 계측값은 흙막이 가시설의 실제 변위로 환산되어, 흙막이 가시설의 안전성을 실시간으로 확인할 수 있는 것이다.
도 7은 건설용 가시설 및 구조물이 사면인 경우에 낙석으로부터 입체마커를 보호하기 위해 낙석보호용 지그를 설치하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
한편, 입체마커는 평면마커와 달리 부피를 가지고 있기 때문에 낙석 등에 의해 파손될 가능성이 있다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 낙석으로부터 상기 입체마커를 보호하기 위한 벽과 지붕을 구비한 낙석보호용 지그(20)를 더 포함한다. 낙성보호용 지그(20)는 건설용 가시설 및 구조물의 표면(1)에 설치된다. 입체마커(10)는 낙성보호용 지그(20)의 내측 또는 전방에 설치되어 떨어지는 낙석으로부터 보호될 수 있다.
참고로, 상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 마커의 CCTV 영상 인식 기술을 이용한 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템 중 모니터링 유닛은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독가능매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독가능매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체, 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (7)

  1. 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치되며, 전방으로 돌출되고, 적어도 2개 이상의 노출면을 가지고, 상기 노출면 중 적어도 하나에는 식별패턴이 형성된 복수의 입체마커;
    상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면을 촬영하여 상기 입체마커의 위치변화를 감지하며, 상기 복수의 입체마커가 모두 화상에 들어오는 위치에 설치되는 영상수집유닛; 및
    상기 영상수집유닛이 수집한 영상을 분석하여 상기 건설용 가시설 및 구조물의 붕괴징후를 모니터링하는 모니터링 유닛;을 포함하고,
    상기 모니터링 유닛은,
    변위가 발생하기 전의 상태인 제1상태에서의 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 복수의 입체마커 중 제1입체마커 및 제2입체마커 사이의 실제거리정보가 저장된 저장모듈;
    상기 영상수집유닛에서 수집한 화상을 분석하여 다음과 같은 동작을 수행하는 영상분석모듈,
    (a) 상기 영상수집유닛에서 수집한 제1상태에서의 화상에서의 상기 제1입체마커 및 제2입체마커 사이의 화상길이정보를 추출,
    (b) 상기 실제거리정보와 상기 화상길이정보의 비율을 연산하여 길이변환정보를 획득,
    (c) 변위가 발생한 후의 상태인 제2상태에서의 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 복수의 입체마커의 화상에서의 변위를 획득하고 상기 길이변환정보로 실제변위정보를 산출; 및
    상기 실제변위정보가 기준값 이상인지 여부를 확인하여 알람을 송출하는 경보모듈;을 포함하는 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상수집유닛은 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 모든 입체마커에 대하여 정면이 아닌 위치에 설치되고,
    상기 영상수집유닛이 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 설치된 모든 입체마커에 대하여 정면이 아닌 위치에 설치됨으로써 상기 영상분석모듈이 건설용 가시설 및 구조물의 표면이 전방으로 돌출되거나 후방으로 함몰됨으로써 발생하는 변위를 감지하는 것을 특징으로 하는 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입체마커는 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 부착면과, 상기 부착면의 일 위치에 일 모서리가 고정되는 제1노출면과, 상기 부착면에 타 위치에 일 모서리가 고정되는 제2노출면을 구비하고,
    상기 제1노출면, 상기 제2노출면 및 상기 부착면이 연결되어 삼각기둥 형상을 구성하는 것을 특징으로 하는 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입체마커는 상기 건설용 가시설 및 구조물의 표면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 부착면과, 상기 부착면의 일 위치에 일 모서리가 고정되는 제1노출면과, 상기 부착면에 타 위치에 일 모서리가 고정되는 제2노출면과, 상기 제1노출면과 상기 제2노출면에 양 모서리가 연결되는 제3노출면을 구비하고,
    상기 제1노출면, 상기 제2노출면, 상기 제3노출면 및 상기 부착면이 연결되어 사각기둥 형상을 구성하고,
    상기 식별패턴은 상기 제1노출면 또는 상기 제2노출면에 형성되는 것을 특징으로 하는 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상분석모듈은 상기 건설용 가시설 및 구조물에 서로 인접하게 설치된 상기 입체마커를 3개씩 조합하여 모든 입체마커에 대하여 가상의 삼각형을 연속적으로 생성하여 삼각망를 형성하고,
    상기 입체마커들 사이의 실제길이정보 및 화상길이정보는 모든 삼각망의 각각의 변의 길이인 것을 특징으로 하는 건설용 가시설 및 구조물 안정성 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입체마커에 변위가 있는 경우 상기 삼각망의 각 변의 길이에 변화가 있지 않다면 영상수집유닛의 흔들림 또는 위치변화에 기인한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 건설용 가시설 및 구조물 안전성 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    낙석으로부터 상기 입체마커를 보호하기 위한 벽과 지붕을 구비한 낙석보호용 지그를 더 포함하고,
    상기 입체마커는 상기 낙성보호용 지그의 내측 또는 전방에 설치되는 것을 특징으로 하는 건설용 가시설 및 구조물 안전성 모니터링 시스템.
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