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문제 정의
- 변화로 추정되었다. 따라서 비교적 근거리 계측을 이용한 실내실험을 통해 측정값의 정밀도 및 적용성을 본 절에서는 검토해보고자 한다. 이를 위하여 블록식 보강토 옹벽 블록의 변형 및 구조물의 전체적인 변위 계측을 위한 실내 하중재하실험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 구조물의 안정성 평가방법 중 기존 계측체계 및 수동계측이 가지고 있는 단점들을 해결하기 위하여 고가의 계측시스템이면서 해석을 위한 3차원 좌표변환에 많은 시간이 소요되어 실시간 해석이 불가능한 소프트카피 사진측량이 가지고 있는 단점을 개선한 자동화 비쥬얼모니 터 링 시스템(AVMS, Automatic Visual Monitoring System)을 개발하였다. 개발된 프로그램은 실시간 자동화 변위계측시스템으로서 구조물 변형 및 변위에 대한 즉각적 대처가 가능할 수 있도록 디지털 영상을 실시간 획득하여 수치사진영상을 이용한 3차원 좌표값의 변화를 측정함으로서 변위계측을 가능케 할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 하로 5cm 강제 변위 시켜 미지점 1개의 측점에 대해 각 4회(STEP 1~4)의발생변위를 측정하였다. Simulation 절차는 그림 7과 같이 먼저, 시스템 및 CCD 카메라를 원격설치하고, 대상물에 측점이 되는 타겟을 설치 후 토탈스테이션을 이용하여 기지점과 미지점 및 카메라의 3차원위치를 획득하였다. 이러한 과정이 끝나면 대상측점에 대해 설치된 CCD 카메라를 이용하여 그림 8과 같이 좌.
- 개발 시스템의 현장적용성을 판단하기 위하여 대규모 구조물의 실험대상에 대한 한계 때문에 콘크리트 벽면으로 이루어진 운동장스탠드를 대상으로 하여 simulation을 실시하였다. 그리고 상.
- System)을 개발하였다. 개발된 프로그램은 실시간 자동화 변위계측시스템으로서 구조물 변형 및 변위에 대한 즉각적 대처가 가능할 수 있도록 디지털 영상을 실시간 획득하여 수치사진영상을 이용한 3차원 좌표값의 변화를 측정함으로서 변위계측을 가능케 할 수 있도록 하였다.
- 수평 동시변위계측 1회로 총 6회 실시하였다. 그리고 실험과정은 그림 10과 같이 블록을 3단으로 쌓고 그림 11과 같이 타겟을 설치한 후기 지점 및 미지점에 대하여 토탈스테이션과 비쥬얼 모니터링 시스템을 이용하여 각각 계측을 실시하였다. 변위는 연직하중을 3~5ton으로 변화시키면서 수직 변위를 발생시켰으며, 수평변위는 블록 하단의 침하유도를 위한 매트를 움직여 임의의 양만큼 발생시켰다.
- 대형 토목구조물들(댐, 교량, 건축 등)의 대부분이 콘크리트 시멘트 벽면으로 구성되어 있는데 착안하여 현장 적용성을 검토하였다. 즉, 계측 대상구조물은 그림 2 에서와 같이 콘크리트시멘트로 시공된 00대학교 내 운동장 스탠드를 대상으로 하였다.
- 또한 기지점의 개수가 많을수록 미지점 측정 결과의 신뢰성은 증가하게 된다. 따라서 본 simulation에서는 측정오차범위를 산정하고 적용되는 실험대상의 상태 및 요구되는 정확도 등을 파악하여 기지점을 미지점 개수의 약 70%-200% 정도로 고려하여 설치하였다. 한편, 개발 시스템의 정밀도 검증을 위하여 현장에서 원거리 계측 장비로 많이 사용되고 있는 토탈스테이션 (model : set 510/SOKKIA)을 사용하였으며, 사용된 장비의 사양은 표 1과 같다.
- 본 절에서는 측정 대상물에 9개의 타겟을 설치하여 토탈스테이션을 통한 기지점 및 카메라의 위치측정결과와 그림 2~그림 4의 과정을 거쳐 획득한 영상자료를 분석하여 개발된 시스템과의 결과를 비교 . 검토 하였다.
- 비쥬얼모니 더 링시스템과 토탈스테 이션을 이용하여 6 개의 기지점을 기준으로 하여 9개의 미지점에 대하여 하중 증가에 따른 수직변위와 임의의 수평변위를 계측하였고, 그 결과를 비교하였다.
- 2회, 수직 . 수평 동시변위계측 1회로 총 6회 실시하였다. 그리고 실험과정은 그림 10과 같이 블록을 3단으로 쌓고 그림 11과 같이 타겟을 설치한 후기 지점 및 미지점에 대하여 토탈스테이션과 비쥬얼 모니터링 시스템을 이용하여 각각 계측을 실시하였다.
- 이를 위하여 실내 . 외적용성 실험을 수행하였고, 개발된 시스템과 기존의 정밀계측 장비로 활용되고 있는 토탈스테이션의 측정 결과를 비교함으로서 현장적용성 및 정밀도에 대한 신뢰성을 확인하였다.
- 하, 좌. 우의 변위량 계측뿐만 아니라 실외실험에서 구현할 수 없었던 구조물의 전면변위 계측분석을 위해 보강토옹벽블록의 실내하중재하실험을 모델로 선정하여 목적한 계측점의 3D 좌표획득에 대한 정밀도의 신뢰성을 확인할 수 있도록 하였다. 먼저 실내 .
- 이러한 과정이 끝나면 대상측점에 대해 설치된 CCD 카메라를 이용하여 그림 8과 같이 좌. 우측의 이미지를 획득하고, 발생된 변위영상을 연속적으로 측정하여 변위벡터량을 산정하였다.
- 따라서 비교적 근거리 계측을 이용한 실내실험을 통해 측정값의 정밀도 및 적용성을 본 절에서는 검토해보고자 한다. 이를 위하여 블록식 보강토 옹벽 블록의 변형 및 구조물의 전체적인 변위 계측을 위한 실내 하중재하실험을 실시하였다.
- 따라서 영상획득에서 각종 구조물의 변화벡터를 추출하는 과정을 통합하면 구조물의 발생변위 및 변형 등을 쉽게 계측할 수 있게 된다. 이를 위해 영상획득에서부터 좌표생성, 변화벡터의 추출과정을 일시에 자동으로 해결하는 통합 소프트웨어를 개발하였으며, 그 과정은 그림 1에서 보는 바와 같다. 개발된 통합프로그램은 Delphi를 이용한 Windows 기반으로 하였다.
- 우로 9cm, 상 . 하로 5cm 강제 변위 시켜 미지점 1개의 측점에 대해 각 4회(STEP 1~4)의발생변위를 측정하였다. Simulation 절차는 그림 7과 같이 먼저, 시스템 및 CCD 카메라를 원격설치하고, 대상물에 측점이 되는 타겟을 설치 후 토탈스테이션을 이용하여 기지점과 미지점 및 카메라의 3차원위치를 획득하였다.
- 우에서 기지점과 미지점이 포함된 중복영상을 획득한다. 획득된 영상을 모델탐색을 용이하게 하기 위해 그레이 영상화하고 잡음 제거를 위해 image processing 작업을 수행한 후 생성된 수정영상과 찾고자 하는 모델에 대한 이미지를 가지고 geometric model finder를 이용해서 영상에서 미지점의 모델위치를 파악한다. 모델탐색과정에 의해서 얻어진 결과와 디지털카메라의 위치와 회전 등에 대한 기본정보 그리고 렌즈에 대한 정보를 이용하여 사진측량해석 모듈을 이용하여 앞서 찾아낸 모델의 공간상의 위치를 결정하게 된다.
대상 데이터
- 즉, 화소수가 높은 고품질 카메라를 사용하여 획득한 영상을 분석하면 보다 정밀한 계측결과를 얻을 수 있다. 따라서 적용성 판단과정 밀도의 신뢰성을 확인하기 위한 simulation에서는 최근 개발된 고정밀도의 약 1,000만 화소(4000x2672pixels)의 CCD 카메라(IPX-11M5-LC) 2대를 사용하였다. 본 시스템은 적용 현장의 조건 및 요구 계측정밀도에 따라 영상획득 수단(CCD 혹은 디지털 카메라)의 경제성을 고려하여 선택적으로 활용할 수 있는 장점을 가진다.
- 먼저 실내 . 외 실험 시 사용된 기지점은 각각 6개이며미지점은 각각 3개와 9개로 구성하였다. 기지점은 측정하고자 하는 미지점의 개수와 위치에 상관없이 임의적으로 변경이 가능하지만 반드시 1개 이상이 고정되어있어야 하며 측정대상물을 포함하는 영상에 나타나야 한다.
- 검토하였다. 즉, 계측 대상구조물은 그림 2 에서와 같이 콘크리트시멘트로 시공된 00대학교 내 운동장 스탠드를 대상으로 하였다. 측정대상위치는 그림 5 와 같이 측점으로부터 각각 약 76m~97m 떨어진 위치에 영상획득장비인 CCD 카메라 2대를 87.
- 즉, 계측 대상구조물은 그림 2 에서와 같이 콘크리트시멘트로 시공된 00대학교 내 운동장 스탠드를 대상으로 하였다. 측정대상위치는 그림 5 와 같이 측점으로부터 각각 약 76m~97m 떨어진 위치에 영상획득장비인 CCD 카메라 2대를 87.9m 이격 시켜 원격제어로 측정하였고, 측정대상물의 측점은 총 9개 (기지점 6개, 미지점 3개)의 타켓을 설치하였다(그림 2 참조). 이때 타켓 1, 4, 7번과 3, 6, 9번을 기지점으로 설정하였고, 타겟 2, 5, 8번을 미지점으로 설정하였다.
- 따라서 본 simulation에서는 측정오차범위를 산정하고 적용되는 실험대상의 상태 및 요구되는 정확도 등을 파악하여 기지점을 미지점 개수의 약 70%-200% 정도로 고려하여 설치하였다. 한편, 개발 시스템의 정밀도 검증을 위하여 현장에서 원거리 계측 장비로 많이 사용되고 있는 토탈스테이션 (model : set 510/SOKKIA)을 사용하였으며, 사용된 장비의 사양은 표 1과 같다.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 댐, 대규모사면 및 교량 등과 같은 대형구조물의 실시간 변위 生는 변형계측과 같은 현장 활용성을 검증하기 위해 디지털사진영상을 실시간 획득하고, 3D 좌표변화를 측정가능하도록 개발된 자동화 비쥬얼모니터링 시스템 (AVMS, Automatic Visual Monitoring System)을 이용하였다. 이를 위하여 실내 .
성능/효과
- 978mm 로서 개발된 시스템의 정밀도에는 큰 이상이 없음을 확인하였다. 따라서 각종 토목구조물 특히, 대형벽면으로 구성된 구조물들의 벽면변위나 외관변형 및 균열 등의 측정에 활용이 가능함을 알 수 있었다. 또한 렌즈의 왜곡-, zooming, 타겟 등의 추가적인 연구에 의해 오차는줄어들게 되므로 비쥬얼모니터링시스템에 의한 계측정밀도가 더욱 증가할 수 있을 것으로 추정된다.
- 원거리 계측의 현장적용을 위한 실험을 통해 CCD 카메라에 의한 비쥬얼모니터링시스템의 적용성을 확인하였으나 오차범위의 폭이 측정값에 비해 비교적 다양하게 분석되었으며, 이는 좌표값의 전면변위량에 의한 값의 변화로 추정되었다. 따라서 비교적 근거리 계측을 이용한 실내실험을 통해 측정값의 정밀도 및 적용성을 본 절에서는 검토해보고자 한다.
- 우영상을 그림 8에서와 같이 각각 획득하고, 변위가 발생된 측점에 대해 개발시스템과 토탈스테이션에 의해 각각 변위량을 측정하여 표 3의 결과를 얻었다. 토탈스테이션과 비쥬얼모니터링시스템을 이용한 사진측량의 측정결과를 비교한 결과, 발생변위측점에 대한 오차는 0.325mm~ 10.436mm로 다소 불규칙적인 차이를 나타내고 있지만 카메라 화소수와 대상물의 실제 거리를 고려하여 산정된 오차범위는 0mm~ 10.978mm 로서 개발된 시스템의 정밀도에는 큰 이상이 없음을 확인하였다. 따라서 각종 토목구조물 특히, 대형벽면으로 구성된 구조물들의 벽면변위나 외관변형 및 균열 등의 측정에 활용이 가능함을 알 수 있었다.
- 표 5에서 보는 바와 같이 개발 시스템과 토탈스테이션을 이용하여 얻은 측정값을 비교한 결과, 미지점 9개에 대한 발생변위의 계측오차는 0.045~2.085mm의 차이를 나타내었으며 산정된 오차범위는서 시스템의 신뢰성을 확인하였다.
- 이와 같은 실험결과에서 알 수 있듯이 시스템의 정밀도는 큰 문제가 없음을 확인하였다. 한편, 각각의 실험결과에서 나타난 오차의 원인을 분석한 결과, 결과비교를 위하여 사용된 정밀계측 장비인 토탈스테이션 고유의 기계오차에 의한 원인과 영상획득 시 빛에 의해 측정용 반사타겟이 번짐현상을 나타내어 영상의 명암문제가 원인으로 분석되었다. 따라서 기계 오차에 대한 원인을 배제시키고, 빛에 의한 반사가 없는 타겟을 시용한다면 개발된 시스템의 정밀도에 대한 신뢰성은 더욱 높아질 것으로 판단된다.
후속연구
- 한편, 각각의 실험결과에서 나타난 오차의 원인을 분석한 결과, 결과비교를 위하여 사용된 정밀계측 장비인 토탈스테이션 고유의 기계오차에 의한 원인과 영상획득 시 빛에 의해 측정용 반사타겟이 번짐현상을 나타내어 영상의 명암문제가 원인으로 분석되었다. 따라서 기계 오차에 대한 원인을 배제시키고, 빛에 의한 반사가 없는 타겟을 시용한다면 개발된 시스템의 정밀도에 대한 신뢰성은 더욱 높아질 것으로 판단된다.
- 따라서 각종 토목구조물 특히, 대형벽면으로 구성된 구조물들의 벽면변위나 외관변형 및 균열 등의 측정에 활용이 가능함을 알 수 있었다. 또한 렌즈의 왜곡-, zooming, 타겟 등의 추가적인 연구에 의해 오차는줄어들게 되므로 비쥬얼모니터링시스템에 의한 계측정밀도가 더욱 증가할 수 있을 것으로 추정된다.
- 본 연구를 통해 개발된 수치사진영상을 활용한 실시간 자동 변위계측시스템은 대형벽면으로 이루어진 각종 토목구조물 및 옹벽구조물의 벽면변위계측이나 변형 및 균열 등의 측정에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 뿐만 아니라 개발된 비쥬얼모니터 링시스템은 빠른 속도로 발전하고 있는 영상획득매체의 화소수 증가로 인하여 해석目 정밀도가 크게 향상될 수 있기 때문에 벽면 변위 뿐만 아니라 대부분의 토목구조물에 발생되는 미소변위 및 변형계측이 가능함으로서 새로운 자동화 계측체계가 마련될 수 있을 것으로 사료된다.
- 뿐만 아니라 개발된 비쥬얼모니터 링시스템은 빠른 속도로 발전하고 있는 영상획득매체의 화소수 증가로 인하여 해석目 정밀도가 크게 향상될 수 있기 때문에 벽면 변위 뿐만 아니라 대부분의 토목구조물에 발생되는 미소변위 및 변형계측이 가능함으로서 새로운 자동화 계측체계가 마련될 수 있을 것으로 사료된다.
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