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과제현황 목록

과제기본정보

교량의 내하력 평가를 위한 무타겟 실시간 변위 측정 기술 및 통합 관리 플랫폼 개발 (100 m 거리 0.1mm 이하 정확도)2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164184-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 교량의 내하력 평가를 위한 무타겟 실시간 변위 측정 기술 및 통합 관리 플랫폼 개발 (100 m 거리 0.1mm 이하 정확도)
주관연구기관 탄탄안전 주식회사
총괄연구 책임자 성명 이길호
소속 탄탄안전 주식회사 직위 부사장
전화번호 041-355-1024 FAX 0507-517-1144
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 3,500,000 31,500,000 35,000,000 245,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 시설물 공용년수 증가에 따라 인프라 시설 노후화에 대한 예방적 투자와 적절한 대책의 필요성이 대두되며 구조물 안전진단 시장의 성장이 이루어지고 있음
- 국내 시설물은 안전관리 인력 부족에 따른 첨단 기술 및 장비의 활용에 대한 연구가 필요함
- 국내·외에서 카메라와 타겟(체커보드, GPS)을 이용하여 변위를 측정하는 연구가 많이 진행중이나, 무 타겟(Non-target) 형태의 변위 측정은 전무한 상태임.
- 본 제안기술은 변위 측정의 편리성 및 정밀성을 극대화 할 수 있는 무 타겟의 영상처리기반 자동 계측 시스템과 효율적인 데이터 관리를 위한 클라우드 컴퓨팅 플랫폼을
개발하여 시설물 안전진단의 첨단화를 목표로 함.
최종목표 - 강재, 콘크리트 구조물의 표면이나 하부에 직접 접근하지 않고 100m 이내의 거리에서 촬영한 영상정보를 활용하여 구조물의 동적변위를 0.1mm의 해상도로 측정함.
시스템을 통해 계측한 데이터를 내하력 평가 요소에 맞추어 실무자가 관리할 수 있는 통합 관리 플랫폼을 개발함.

① 완전 비접촉식 카메라 캘리브레이션 기법 개발
② 영상처리를 이용한 초장거리(100m) 원격 변위 계측
③ 시스템 통합관리 및 제어 플랫폼 구축.
연구내용 및 범위 ① 완전 비접촉식 카메라 캘리브레이션 기법 개발

- 규격화된 구조광 투영기 및 브라켓 제작
- 교량 표면에 투영된 구조광의 각도에 따른 변형를 이용하여 카메라와 교량의 상대적 위치 계산

② 영상처리를 이용한 초장거리(100m) 원격 변위 계측이 가능한 장치 개발

- 광류(optical flow) 추적을 기반으로 하는 변위 측정(resolution: 0.1mm) 알고리즘 개발을 목표로 함
- 교량 표면에 볼트와 같은 자연 특징점(natural feature) 없이 측정 가능한 딥 매칭 알고리즘 개발을 목표로 함
- 주변 조도 변화에(날씨, 시간 등에 의한 일조량 변화) 영향을 받지 않는 SNR 필터 개발을 목표로 함
- 카메라 흔들림, 처짐 보정을 위한 알고리즘 개발

③ 시스템 통합관리 및 제어 플랫폼 구축

- 교량 내하력 평가에 반영되는 요소를 시각화한 사용자 중심의 실시간 연동 플랫폼 제작(delay: 50ms)
- 현장에 설치된 카메라를 제어할 수 있는 인터랙션 기능 구축

④ 영상기반 교량 화소 변위 측정 알고리즘 개발

- 딥러닝을 이용하여 육안으로 식별 가능한 특징점이 없는 구조물의 표면 영상으로부터 화소단위의 변위를 측정 가능한 알고리즘을 개발함.

⑤ 구조광 투영기를 이용한 영상에서 실제변위로의 스케일 변환 기법 개발

- 네 점으로 이루어진 구조광을 건물 표면에 투영하여 화소 단위의 변위를 실제 단위로 환산할 수 있는 축척 계산 시스템을 개발함.

⑥ 변위 측정 시스템 구축

- 알고리즘으로 측정한 영상 변화량을 스케일러로 변환할 수 있도록 카메라, 구조광 투영기, 소형 PC, 시스템 지지대로 구성된 시스템을 구축하고 비숙련자도 사용하기 쉽도록 기술을 패키징함.

⑦ 원격 제어 애플리케이션 개발

- 지도에서 교량을 선택하여 교량별 내하력 평가 이력을 확인할 수 있고, 원격으로 계측 시작을 명령할 수 있는 애플리케이션을 개발함. 클라우드 컴퓨팅을 활용하여 애플리케이션과 연동된 서버에서 충격계수, 고유진동수를 산정하여 내하력 평가 보고서를 자동으로 작성함. 작성된 내용은 애플리케이션을 통해 열람 가능.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 <계측을 위한 영상처리 기술 및 스케일링 기술 개발>

① 영상 변화량 측정 알고리즘 개발

- 교량의 매끈한 표면에서도 특징점을 추적할 수 있는 알고리즘 개발.
- 0.1mm의 해상도로 동적변위 측정이 가능한 영상처리 기술 개발.
- 알고리즘의 지연율 1000ms 이하 연산속도 확보.
- 영상의 외부환경에 의한 노이즈 최소화 방법 개발.

② 비접촉식 영상 스케일 계산 시스템 개발
- 100m이상 거리의 구조물에 정확한 모양의 상이 맺히도록 하는 측정기 제작.
- 영상에서의 변위를 실제 변위로 변환 할 수 있는 스케일 알고리즘 개발
- 변위 오차율 5%미만의 정확도 확보
- 딥 템플릿 매칭 기법과 딥 플로우를 사용하여 고정밀 영상 변위 측정 기술을 개발함. Isolated forest를 이용한 노이즈 감쇄 및 카메라 처짐 보정 기술을 결합하여 데이터를 보간함.
- 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 구조광 모델의 최적화 방식으로 영상 축척을 계산하는 알고리즘을 개발.
- 카메라에 결합 가능한 사각형 모양의 구조광 투영기를 설계 및 제작함. 투영기는 100m 이상의 거리에서 정밀한 광선 정렬이 가능하도록 제작함.
연구성과 기술적 기대성과 『 전 세계 최초 무타겟 장거리 원격 변위 측정 기술 개발』
- 기술적으로 가장 문제가 되었던 ‘타겟 설치’를 통한 변위 측정을 제안한 ‘무타겟’기반 측정 기법을 통해 현장에서 교량에 별도의 설치 없이 즉각적으로 변위 측
정이 가능하도록 함
- 전 세계적으로 개발된 사례가 없는 기술로, 시설물 원격 변위 측정 기술 분야에서 기술적으로 우위를 점할 수 있음
사회 경제적 파급효과 『산업재해 감소』
-기존의 변위 계측은 작업자의 안전에 취약함. 하지만, 개발된 영상 기반 변위 측정 기법은 작업자의 안전을 보장이 가능할 것으로 기대
『선제적 유지관리를 통한 예산 절감』
-타 교량유지관리 시스템보다 저렴한 가격으로 운영할 수 있으며, 이로 인해 전국 교량의 설치에도 예산 부담이 적음
-교량 유지관리·보수보강 기술력 제고로 노후교량의 수명연장을 통한 국가 SOC 시설물의 유지보수 예산 절감에 크게 기여
- 정부의 노후교량에 대한 선제적 개발 기술을 이용한 대응을 통해 미래 유지보수 비용을 연간 약 1,000억 원 이상의 경제적 예산 절감 기대
『청년 디지털 일자리 창출』
-교량에 대한 신규 구축보다는 성능개선·보수보강 등 유지관리 예산이 확대될 것으로 예상하여 관련 분야 일자리 창출이 매우 증가할 것으로 기대
-기술의 국산화를 바탕으로 국내 BIM, AR 관련 기업들과의 협업을 통해 특성화된 맞춤형 스마트 시티 및 구조물 유지관리 관련 신시장 창출 가능
『해외진출, 국가경쟁력 향상』
-새로운 IoT 센서 시스템을 최초로 개발함으로써 표준화 선점, 해외시장 개척을 통한 국가 경쟁력 제고 및 신 일자리 창출 가능성 기대
활용방안 ① 완전 비접촉식 영상 축척 계산 기술

구조물 하부나 표면에 직접 접근하지 않고 100m 이내의 원거리에서 영상 축척을 오차율 3% 미만으로 계산 가능한 기술개발. 구조물에 축적자(타겟)를 직접 부착하지 않아도 되는 기술로, 영상 기반 기술인 구조물 3D매핑, 균열 크기 정량화에 필요함.

② 조도에 영향을 받지 않는 영상 기반 변위 측정

영상에 작용하는 외부 환경변화를 배제함으로써 일정한 영상 특징점을 추출하는 알고리즘 개발. 영상처리 기반기술에서 촬영 시점이나 조명 환경에 무관하게 안정적으로 변위, 균열을 계산 가능함.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 비접촉식 영상처리 변위 구조광 투영기 원격
영문 none-contact image processing displacement laser projector remote
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