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과제기본정보

연약지반 개량공사(PBD공법)의 품질관리 및 비대면 현장관리를 위한 3차원 디지털모델을 이용한 시공관리시스템2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C160687-02
국가과학표준분류 1순위 농림·수산 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 개발
과제명 연약지반 개량공사(PBD공법)의 품질관리 및 비대면 현장관리를 위한 3차원 디지털모델을 이용한 시공관리시스템
주관연구기관 (주)무브먼츠
총괄연구 책임자 성명 이종서
소속 (주)무브먼츠 직위 개발이사
전화번호 070-7769-0529 FAX 070-7966-6529
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 계
현금 현물 소계
2차년도 246,000,000 8,200,000 73,800,000 82,000,000 328,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 개발 기술 : 연약지반 개량공사(PBD공법) 3차원 시공관리 시스템
1.개발기술의 특성
- 2D 기반의 연약지반 개량공사 관리 체계에 3D와 증강현실, QR코드 등의 기술을 융합하여 시공품질 관리를 철저히하고 시공 데이터를 시각화함으로써 비대면으로 현장을 관리할 수 있는 체계를 구축하는 기술

2.주요 개발 내용
(1) WEB기반의 3차원 PBD 시공관리 시스템
- 개량공사 전후의 3차원 토질주상도 생성 알고리즘
- 타설 위치 도면 GIS전환
- PDF 형태의 시공기록성과(타설 일지) 분석 및 데이터 변환 알고리즘
- PBD 타설 데이터 3차원 모델 생성 기술
- PBD 타설 데이터 분석 및 불량 타설 위치 추출
- 이미지 프로세싱을 이용한 연직 배수재 사용량 확인 알고리즘
- PBD 연직배수재 자재관리 기능

(2) 증강현실 기반의 현장용 단말기 제작
- PBD 타설 위치 증강현실 가이드 기능
- PBD 타설 위치 검수 기능
- 고정밀 GPS와 연결할 수 있는 단말기 시제품 개발

(3) 안드로이드 기반의 어플리케이션 개발
- QR코드 인식을 통한 공사용 자재(연직배수재) 관리 솔루션
- 실시간 현장 3차원 시공모델 확인 기능
- 증강현실 기반으로 관리자 등과 원격 통신 솔루션
최종목표 ○ 최종 목표의 성격
- 전산화가 전혀 되지 않은 산업 분야이기 때문에 디지털 전환으로의 물리적 시간이 걸릴 것으로 예상되기 때문에 실제 현장에서 사용하기 쉽고 편한 방식으로 개발
예정
- 비대면 현장관리가 이뤄질 수 있도록 원격 통신 등에 많은 중점을 둘 예정
- 정확한 시공관련 정보 뿐 아니라 지반개량 전·후의 물성치 변화 등을 3D 공간상에 D/B화 하여 명실상부 “연약지반 품질보증체계의 표준”으로 제시

○ 설정근거
- 시스템 공인인증기관인 TTA의 GS인증 평가 내역을 기준으로 개발수준 설정
- PBD공법의 오차허용범위를 기준으로 정확도 등 수요기관의 요구수준을 근거로 설정
연구내용 및 범위 · 개발 내용(1) : 토질주상도 모델링을 위한 지질 예측 분석알고리즘을 비교분석하여 정확한 지층 정보를 예측할 수 있는 방법을 연구
- 토질에 대한 주상도를 모델링하기 위해서는 지층에 대한 예측이 필요하며, 공간통계와 기계학습을 비교분석하여 적합한 알고리즘을 찾아 적용하고자 함.
- 지층 예측 모델은 회귀 분석이 가능한 알고리즘을 대상으로 하며 공간 통계에 대표적인 Kriging과 기계학습에 MLP(Multi Layer Perceptron),
SVR(Support Vector Regression), Random Forest, Bagging을 비교분석함.

· 개발 내용(2) : 2D 설계도면 방식을 자동화하여 데이터 추출 시 휴먼에러를 줄이고 시간을 단측하여 전체 시스템에 도입

· 개발 내용(3) : PBD 3D 모델의 경량화 작업을 통하여 WebGL 기반 지도위에 타설 데이터를 보여주는 처리 속도 향상
- 우선 PBD를 표현할 기초 모델을 생성하고, 시각화할 영역에 대한 공간 인덱스를 생성
- 여기서 공간 인덱스는 Geohash를 이용하여 구획을 나누는데, Geohash는 위치 정보를 가지고 문자와 숫자로 인코딩하여 원하는 Grid 범위로 나누어 인덱스 생성
가능. 나누어진 Grid 구획을 기준으로 정중앙을 좌표의 원점으로 가지어 PBD의 위치 데이터를 절대 좌표로 바꿀 수 있도록 함
- 좌표 원점을 기준으로 PBD의 X, Y, 실입 데이터를 통해서 PBD의 3D 모델을 즉시 생성하여 배치함
- 배치한 인덱스 단위의 PBD 모델은 하나의 3D 모델로 생성되고, OGC(Open Geospatial Consortium)에서 채택한 대용량 데이터의 시각화 기법인 3D Tiles를
사용하여 표출함)

· 개발 내용(4) : OCR 데이터 추출시 사용하던 딥러닝 모델 성능 향상을 위하여 데이터 추출 데이터와 오류 수정 데이터를 이용하여 학습 데이터터를 생성 하고
학습데이터를 기반으로 LSTM 모델 재학습을 통하여 OCR 텍스트 추출의 정확도를 향상

· 개발 내용(5) : 연약지반 개량공사의 품질관리 및 비대면 현장관리를 위한 3차원 디지털모델을 이용한 시공관리 시스템 구축 서비스는 그림24. 운영시스템 서비스
흐름도와 같이 구성하며 전체적인 데이터 처리는 서버에서 처리하고, 데이터 처리 및 클라이언트 요청에 대한 서버의 응답속도 성능 향상

· 개발 내용(6) : 비대면 영상 송출을 위하여 원본 영상의 크기를 줄이기 위하여 영상 압축 기술을 이용한 인코더 개발, RTMP(Real Time Messaging Protocal)
프로토콜을 이용하여 방송 송출(스트리밍서비스)서버를 개발하여 안정적인 송출을 지원 하는 CDN(Content Delivery Network) 서버 구축
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 연약지반 개량공사(PBD공법)의 품질관리 및 비대면 현장관리를 위한 3차원 디지털모델을 이용한 시공관리시스템 개발 1. 주상도 생성을 위한 지층 정보 예측 모델 개발
- 공간통계를 위한 크리깅 및 기계학습 알고리즘 비교분석
- 주상도 생성에 적합한 알고리즘 적용 및 학습 모델 생성

2. 시공구역, PBD 위치 등 데이터 추출을 위한 설계도면 분석
- 설계 도면 분석을 통한 데이터 형태 및 유형 조사
- 시공구역 정보, PBD 위치 정보와 같은 폴리곤, 포인트 데이터 추출을 위한 전처리 방안 수립
- 추출 데이터 검증 방안 수립

3. 설계도면에서의 데이터 자동 추출을 위한 프로그램 개발
- 분석된 설계도면에서 데이터를 자동으로 추출하는 프로그램 개발
- 데이터를 서버로 전송하는 모듈 개발

4. 텍스트 마이닝을 위한 딥러닝 연구 동향 조사
- PBD 타설 정보를 가지는 PDF 형태의 데이터를 추출하기 위한 연구동향 조사
- 텍스트 마이닝을 위한 딥러닝 연구동향 조사

5. 딥러닝 기반의 데이터 추출 인공지능 모델 개발
- PBD 데이터를 대상으로 OCR을 이용한 텍스트 인식 기술 개발
- 딥 러닝을 이용한 데이터 추출 정확도 향상을 위한 알고리즘 개발

6. QR코드 기반 관리용 앱 개발
- QR 코드 인식을 통한 연직 배수재 자재 관리용 앱 개발
연구성과 기술적 기대성과 - PBD 시공 전주기 과장에서 생산되는 모든 정보의 디지털화를 통해 데이터 기반의 의사결정, 시공품질 검수 자동화, 비대면 현장관리 등 국내 스마트 건설기술 경쟁력확보

- 시공현장 디지털화를 통한 설계-시공-관리 협업 지원 및 비대면 현장관리 등 해외 기술 경쟁력 확보

- 실시간 현장관리 기술 확보를 통한 안전성 제고로 국내의 시공 품질 관리의 대외 경쟁력 제고와 해외시장 진출 가능

- 파일 공법 등 PBD공법과 비슷한 시공현장에 기술적 확장 가능성 기대
사회 경제적 파급효과 - 디지털 건설로의 패러다임 전환기에 스마트 건설기술 활용으로 새로운 비즈니스 모델 및 일자리 창출 효과 기대

- 노동 집약적, 경험 의존적 산업에서 디지털 기반 고부가가치 산업으로의 전환에 따라 저출산 고령화 사회 노동 인력 감소에 대비

- BIM 및 디지털 기반 시공관리 등 새로운 비즈니스 모델에 의한 스타트업 등의 창업으로 신규 일자리 창출 가능

- 연약지반 개량공사의 부실시공을 예방하여 지반침하 및 싱크홀 등의 사고를 사전 예방

- 인도네시아 등의 연약지반 국가의 도시개발 사업에 진출하여 수출 극대화
활용방안 1) 3차원 연약지반 개량공사 시공관리 시스템 (활용분야: 연약지반 개량공사)
- 연약지반에서 진행되는 택지개발 현장
- 항만이나 배후부지 개발 현장

2) 고정밀 AR기술 및 원격 현장관리 기술 (활용분야: 모든 시공현장)
- 포스트 코로나시대에는 비대면 현장관리의 영역이 커질 것으로 예상
- AR기술과 결합한 현장관리는 많은 수요가 있음

3) PDF데이터 분석 및 3차원 시각화 기술 (활용분야: 타 토목공사 시공데이터 전산화)
- 현재 건설산업의 디지털 전환이 빠르게 진행되고 있음
- 대부분 하드카피 형태로 존재하기 때문에 전산화가 어려운데 본 기술을 이용하면 빠르게 전산화 할 수 있고 구조물의 경우 3차원으로 변환할 수 있음

4) QR코드 등을 이용한 자재 관리 기술 (활용분야: 타 토목공사 현장)
- 지하시설물 등의 많은 자재가 시공현장에 있는 산업에 자재관리에 대한 니즈가 크기 때문에 본 기술을 활용할 수 있을 것으로 기대
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 연약지반 개량공법 PBD공법 비대면 현장관리 3D모델 QR코드
영문 Soft Ground PBD method Non-Contact Site Management Non-Contact QR Code
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