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문제 정의
- 82초로 인식률이 기대에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 본 연구에서는 PC 부재의 인식률 저하원인(표면의 코드 표기 방식인 콘크리트 양생에 의한 음각 표현이 그림자를 발생시키고 또한 글자의 경계선을 모호하기 때문)을 규명하고 이를 개선하기 위해 페인트를 이용한 표기 방식을 제안하였다.
- 건설물류관리에 문자영상 인식기술을 적용하기 위해서는 기본적으로 직접 부재에 적용하여 적용 가능한 기술인 가에 대한 평가를 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 건설물류관리에 문자영상 인식기술의 적용 가능성 판단을 위해 적용 대상으로 선정한 철골, PC부재 샘플 표면에 앞에서 정의한 코드체계를 기반으로 코드를 표시하고 문자 영상 인식기술 적용 테스트를 통해 인식의 정확성과 소요시간을 측정하였다.
- 본 연구는 앞 서 설명한 바코드, RFID를 이용한 물류 관리의 한계를 극복하기 위한 방안의 일환으로 문자인식 기술의 적용 가능성 및 문자인식기술을 활용한 현장 물류 증대를 위한 방안 제시를 위해, 바코드, RFID의 적용이 모색된 바 있고, Fig. 1과 같이 자재의 식별을 위해 부재 코드기입이 가장 일반화된 자재인 철골과 PC 부재를 대상으로 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 건설 자재에 수기, 프린팅 또는 펀칭 방식 등으로 표기된 문자를 문자 인식 기술을 이용하여 인식하여, 기존 RFID 등과 같은 Auto ID 기반의 건설물류관리 기술을 대체할 수 있는 지에 대한 기술적 검토와 이를 실제 적용하기 위한 문자 표기 및 코드 체계를 제안 및 가능성 테스트를 수행하였다. 또한 기존 RFID 기반의 물류관리 프로세스와의 가상의 비교 분석을 통해 문자인식 기반 물류 프로세스의 효과를 예측하여 제시하였다.
- 본 연구에서는 바코드와 RFID의 대체 기술로서 문자인식 기술의 적용 가능성을 검토하기 위해 오픈 코드로 제공되고 있는 문자인식 프로그램(ABBYY Finereader 10)을 이용하여, 철골 및 PC 부재에 표기된 부재 코드에서 사용되고 있는 문자들의 인식율에 대한 1차 테스트를 진행하였다.
제안 방법
- 2와 같이, 기존 바코드, RFID, USN(Ubiquitous Sensor Network, 이하 USN) 등의 IT 기술 기반 물류관리 연구 및 상용화된 문자 인식기술에 대한 현황 고찰을 실시한 다음, 철골 및 PC 자재의 표면에 표기된 문자를 대상으로 상용 문자인식기술을 적용한 인식률 테스트를 통한 타당성 검토(1차)를 실시하고, 인식률 향상을 위한 개선 사항 및 코드체계, 문자 표기 방식을 제안하였다. 그리고 본 연구를 통해 제안한 코드체계 및 문자 표기방식을 실제 PC 및 철골 부재에 적용한 인식률 테스트(2차)를 통해 문자인식기술 기반 물류 관리의 적용 가능성을 검증하고, 이를 바탕으로 문자인식기술 기반의 물류 프로세스와 기존 RFID 기반 물류관리 시스템 대비 효과를 분석 하였다.
- 그리고 부재의 분류체계 표현과 확장성을 고려하여 숫자(10개)와 영문(26개)을 조합하여 총 3612개의 코드를 생성하여 관리할 수 있고 코드의 각 자릿수에 의미를 부여하여 코드체계의 일관성과 분류체계 표현이라는 조건을 만족시켰다. 또한 제안된 코드체계에는 부재의 타입 및 속성에 대한 정보와 부재의 위치정보를 표현할 수 있고, 식별코드 (Identification Code) 3자리를 두어 363개의 식별 코드를 부여할 수 있기 때문에 프로젝트별로 개별 부재가 같은 속성 및 공간정보를 가지는 경우에도 각 자재에 대한 개별적 관리가 가능하도록 하였다.
- 그리고 실제 건설현장에서 유사한 샘플을 만들기 위하여, 철골 부재는 적갈색 방청 페인트위에 흰색 페인트를 이용하여 인쇄체 코드를 표기 하였으며, PC부재 샘플은 인쇄체의 코드가 음각으로 나타날 수 있도록 콘크리트를 양생 하는 방식으로 코드를 표기하였다.
- 3의 일반적인 문자인식 프로세스에 따라 오픈 코드로 제공되고 있는 문자인식 프로그램 (ABBYY Finereader 10)을 이용하여, Table 3에 나타난 총 12개의 철골, PC 부재 샘플을 대상으로 수행하였다. 그리고 테스트 회수는 통계적 의미를 가질 수 있도록 부재 샘플별로 50회, 각 부재별로 총 300회, 총 테스트 600회로 반복적인 테스트를 수행하여, 인식률, 소요시간, 순 인식시간을 측정하는 방식으로 진행하였다. 여기서 본 연구에서 제시하는 인식률은 각 샘플의 테스트마다 코드 12개의 자릿수 중 몇 개의 코드가 정확하게 인식되었는지를 의미하고, 소요시간은 사용자에 의한 영상 촬영, 영상정보 전송, 데이터 로드, 영상 전처리, 영역 추출, 영상 인식, 결과 출력, 사용자에 의한 오류 확인까지의 총 시간을 의미하며, 순 인식시간은 문자영상 인식 시스템에서 영상 전처리, 영역 추출, 영상 인식 단계의 소요시간만을 나타내는 순수한 데이터 처리 시간을 의미한다.
- 따라서 본 연구에서는 건설자재에 수기, 프린팅 또는 펀칭 방식으로 표기된 문자를 문자인식 기술을 이용해 인식하여, 기존 Auto ID 방식의 기술을 대체할 수 있는 지에 대한 가능성을 검토하고, 이를 활용한 문자인식기술 기반의 건설 물류관리를 위한 문자 표기 방식, 코드 체계를 제안하였으며, 제안된 문자인식 방법의 효과를 추정하기 위해 기존의 RFID 기반 물류 관리 프로세스와의 비교를 통해 문자 인식 방법으로의 전환 효과를 제시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 문자영상 인식기술을 이용한 건설 물류관리에 적합하며, 통합물류관리 시스템을 이용한 정보의 교환에 적합한 새로운 코드체계를 제안하는 것이 보다 효율적이라는 판단으로, 기존의 자재 코드의 분류 기준을 참조하여 아래의 사항을 만족하는 새로운 물류 코드 체계를 제안하였다.
- 따라서 본 연구에서는 앞 서 설명한 유사 문자들에 대해, 5가지 글자체와 5가지 문자배열로 25가지의 인쇄물 샘플을 다시 제작하여, 유사문자간의 인식률 테스트를 실시하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다.
- 본 연구에서는 건설 자재에 수기, 프린팅 또는 펀칭 방식 등으로 표기된 문자를 문자 인식 기술을 이용하여 인식하여, 기존 RFID 등과 같은 Auto ID 기반의 건설물류관리 기술을 대체할 수 있는 지에 대한 기술적 검토와 이를 실제 적용하기 위한 문자 표기 및 코드 체계를 제안 및 가능성 테스트를 수행하였다. 또한 기존 RFID 기반의 물류관리 프로세스와의 가상의 비교 분석을 통해 문자인식 기반 물류 프로세스의 효과를 예측하여 제시하였다.
- 또한 유사문자에 대해서는 0은 Ø, I는 소문자 i로 사용함으로서 인식오류를 줄일 수 있도록 하였고, 또한 문자간 구별이 쉽도록 ‘□’와 ‘-’ 기호를 활용하여 문자간 자리 수간의 이미지 인식이 손쉽게 이루어지도록 코드체계를 제안하였다.
- 그리고 부재의 분류체계 표현과 확장성을 고려하여 숫자(10개)와 영문(26개)을 조합하여 총 3612개의 코드를 생성하여 관리할 수 있고 코드의 각 자릿수에 의미를 부여하여 코드체계의 일관성과 분류체계 표현이라는 조건을 만족시켰다. 또한 제안된 코드체계에는 부재의 타입 및 속성에 대한 정보와 부재의 위치정보를 표현할 수 있고, 식별코드 (Identification Code) 3자리를 두어 363개의 식별 코드를 부여할 수 있기 때문에 프로젝트별로 개별 부재가 같은 속성 및 공간정보를 가지는 경우에도 각 자재에 대한 개별적 관리가 가능하도록 하였다.
- 본 연구에서 제안된 코드체계는 총 12개의 자릿수를 가지며 문자영상의 인식률과 부재 표면에 표시되는 공간 활용을 고려하여 2열로 배열하였다는 특징을 가지고 있다. 또한 유사문자에 대해서는 0은 Ø, I는 소문자 i로 사용함으로서 인식오류를 줄일 수 있도록 하였고, 또한 문자간 구별이 쉽도록 ‘□’와 ‘-’ 기호를 활용하여 문자간 자리 수간의 이미지 인식이 손쉽게 이루어지도록 코드체계를 제안하였다.
- 본 연구에서는 앞 서 문제 시 되었던 유사문자의 인식률 문제를 개선하기 위해, 기존 문자인식에서 유사문자 해결을 위해 사용되던 방식을 채용하여 숫자 0은 Ø으로, 영문 I는 소문자 i로 표기를 변경하고, 앞 서 수행한 유사 문자 인식 테스트 방식과 동일 한 방식으로 테스트를 실시하였다.
- 본 연구에서는 앞 서 제시한 문자인식 기술의 기술적 타당성 이외에, 본 연구에서 제시한 문자인식 기술 기반의 물류 프로세스의 효과 제시를 위해 기존의 RFID 기반의 물류 프로세스와 비교·분석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 앞 서 제안한 코드의 생성원칙을 반영하여, Fig. 5와 같이 새로운 코드체계를 제안하였다.
- 분석 방법은 기존 RFID 기반의 프로젝트 사례(Chin 2008의 S사의 서초 C 프로젝트, 철골 부재 2,356개 사용) 와 제안된 문자인식 기술을 가상으로 적용하는 방식으로 수행하였으며, 적용 프로세스는 Table 6에 나타난 프로세스와 같이, RFID의 프로세스는 기존 논문에 발표된 단계를 그대로 이용하였고, 제안된 문자인식의 프로세스의 경우는 철골 및 PC 표면에 부재 코드를 표시하는 것이 S 프로젝트에서도 병행되었다는 측면에서 시간에 포함하지 않고, 인식 시간 및 소요 시간은 기존 서초 프로젝트에서 사용된 RFID 장비와 문자인식 장치의 인식 속도를 30회 측정한 데이터를 이용하여 비교·분석을 수행하였다.
- 연구의 진행은 Fig. 2와 같이, 기존 바코드, RFID, USN(Ubiquitous Sensor Network, 이하 USN) 등의 IT 기술 기반 물류관리 연구 및 상용화된 문자 인식기술에 대한 현황 고찰을 실시한 다음, 철골 및 PC 자재의 표면에 표기된 문자를 대상으로 상용 문자인식기술을 적용한 인식률 테스트를 통한 타당성 검토(1차)를 실시하고, 인식률 향상을 위한 개선 사항 및 코드체계, 문자 표기 방식을 제안하였다. 그리고 본 연구를 통해 제안한 코드체계 및 문자 표기방식을 실제 PC 및 철골 부재에 적용한 인식률 테스트(2차)를 통해 문자인식기술 기반 물류 관리의 적용 가능성을 검증하고, 이를 바탕으로 문자인식기술 기반의 물류 프로세스와 기존 RFID 기반 물류관리 시스템 대비 효과를 분석 하였다.
- 추가로, 본 연구에서는 제안된 문자인식 기반의 물류 프로세스와 RFID 기반의 물류 프로세스의 비교를 통해, 제안된 방식의 시간, 업무 단계, 그리고 비용 절감 효과를 제시 하였다.
- 테스트 대상 자재는 부재의 표면에 코드를 일반적으로 표기하고, 기존 RFID 기반 프로세스가 적용된 바 있는 철골과 PC 부재를 대상으로 하여 연구를 수행하였으며, 총 3회의 인식 테스트 (1차: 표기 문자의 인식률 테스트, 2차: 유사문자 처리 후 인식률 테스트, 3차: 철골 및 PC 부재 샘플 대상 인식률 테스트)를 수행하여 기술적 가능성을 제시하였다.
- 테스트를 위해 철골, PC 부재의 샘플을 Fig. 6과 같이 철골 및 PC를 대상으로 제작하였으며, 다양한 문자 타입의 테스트를 위해 숫자와 영자의 누락 없이 코드를 조합하여, Table 3과 같이 철골 및 PC 타입별로 6개의 샘플을 제작하여 테스트를 실시하였다.
대상 데이터
- 그리고 1차 테스트에서 테스트한 문자는 아래 Fig. 4와같이, 국내 철골 및 PC 업체에서 흔히 사용되고 있는 부재 ID 체계를 조사하여, 알파벳 문자 26개 (A~Z)와 숫자 타입의 문자 10개 (0~9)를 대상으로 실시하였다.
- 또한 테스트의 인식 속도에 영향을 미치는 컴퓨터와 촬영 장치는 Table 4와 같이 DualCore 1.86GHz Processor, 1GB RAM의 컴퓨터와 1024×768 픽셀의 해상도를 가진 영상을 촬영할 수 있는 카메라를 사용하였다.
- 테스트의 수행은 Fig. 3의 일반적인 문자인식 프로세스에 따라 오픈 코드로 제공되고 있는 문자인식 프로그램 (ABBYY Finereader 10)을 이용하여, Table 3에 나타난 총 12개의 철골, PC 부재 샘플을 대상으로 수행하였다. 그리고 테스트 회수는 통계적 의미를 가질 수 있도록 부재 샘플별로 50회, 각 부재별로 총 300회, 총 테스트 600회로 반복적인 테스트를 수행하여, 인식률, 소요시간, 순 인식시간을 측정하는 방식으로 진행하였다.
성능/효과
- 1차 테스트 결과, 철골 및 PC 부재에 표기되는 문자의 경우 유사성을 가진 문자(0-숫자/O-영문, 1-숫자/I-영문, 2-숫자/Z-영문, 8-숫자/B-영문)의 처리가 필요한 것으로 나타났으며, 2차 테스트의 경우 이러한 문자를 처리하였을 경우 거의 100%의 문자 인식이 가능한 것으로 나타나 사용 문자의 구분이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- 위의 Table 6에 나타난 바와 같이, 기존 RFID 기반의 물류관리 프로세스와 문자영상 인식기술기반의 프로세스를 비교해 보면, RFID태그 부착과 탈착, 그리고 부재ID와 태그ID의 매칭 단계이외에는 동일함을 알 수 있다. 그리고 30회의 인식 속도 분석 결과 1초 이내의 유사 속도를 나타내는 것으로 나타나 이에 대한 시간의 차이는 무의미 한 것으로 조사되었다. 따라서 문자영상 인식기술 적용 시 변화 되는 업무단계를 제외한 나머지 단계는 업무시간이 같은 것으로 가정하였으며, 그 결과 부재별로 약 2분의 시간 단축과 3단계의 업무 단계 감소 등의 효과 나타나는 것으로 조사되었다.
- 그리고 3차 테스트의 경우는 철골 및 부재의 물류 관리에 필요한 코드를 반영하여 실제 철골 및 PC 부재의 표면 환경을 반영한 샘플을 이용하여 테스트를 수행한 것으로, 철골의 경우 인식률 98.83% 및 순 인식속도 0.79초로 적용 가능성이 높은 것으로 나타났으며, PC 부재의 경우는 인식률 95.20% 및 순 인식속도 0.82초로 인식률이 기대에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 본 연구에서는 PC 부재의 인식률 저하원인(표면의 코드 표기 방식인 콘크리트 양생에 의한 음각 표현이 그림자를 발생시키고 또한 글자의 경계선을 모호하기 때문)을 규명하고 이를 개선하기 위해 페인트를 이용한 표기 방식을 제안하였다.
- 그리고 이러한 전체 소요 시간(철골 13.61초, PC 14.18초)과 순 인식 시간 테스트 결과(철골 0.79초, PC 0.82초)를 볼 때, 본 연구진은 전체 소요 시간을 단축(촬영, 정보 전송, 데이터 로드 등) 할 수 있는 영상 처리용 어플리케이션의 개발 및 사용자의 숙련도 향상이 있을 경우, 철골 및 PC 부재의 물류관리의 각 단계에서 기존의 바코드 또는 RFID의 대체 기술로 문자 인식 기술을 적용 가능하다는 결론을 내렸다.
- 20%로 철골 부재에 비해 낮게 나타났다. 그리고 철골과 PC 부재의 인식률 저감의 원인을 분석해 본 결과, 철골 부재의 경우는 촬영 시 영상의 떨림, 렌즈의 부정확한 초점, 렌즈에 의한 영상의 왜곡 현상 발생으로 1.17%의 인식 불능이 발생 하는 것으로 나타났으며, PC의 경우는 철골과 같은 영상의 떨림, 렌즈의 부정확한 초점, 렌즈에 의한 영상의 왜곡 현상 외에 PC 부재에 음각된 코드 외곽선이 불명확하게 양생되거나 음각 표기로 인한 그림자 발생에 의해 4.8%가 인식률 되지 않는 경우가 나타났다. 즉, 철골의 경우는 물류관리 시, 철골에 표기된 코드의 촬영에 주의를 할 경우 보다 높은 인식률로 기존의 바코드나 RFID와 유사 수준의 인식이 가능하다는 것을 의미하고, PC의 경우는 기존 PC 공사에서 채택하고 있는 음각 방식의 코드 표기의 경우 인식 불능의 경우가 일부 생길 수 있으므로 철골 부재와 같이, 코드를 페인트 등으로 표기하는 것이 보다 효과적이라는 결론을 도출할 수 있었다.
- 끝으로 본 연구에서 제안한 문자인식 기반의 건설물류관리 방식은 기존 물류관리기술의 확산의 장애 요인 중의 하나인 추가 업무(tag 부착, 매핑 등) 및 비용 발생을 새로운 기술로 해결하기 위한 기술적 가능성을 제시했다는 것에 의의를 가진다. 그리고 추후 제안된 문자인식 기반 물류 관리 프로세스의 실용화를 위해서는 시스템 개발을 통한 현장검증, 본 연구에서 제안한 코드체계를 표준화하기 위한 추가 연구, 그리고 문자 인식각도에 따른 인식률 향상에 관한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.
- 다음으로 인식에 걸리는 전체 소요 시간의 경우는 철골 및 PC 부재 각각 13.61초와 14.18초로 나타났으나, 문자 인식을 위한 순 인식 시간은 0.79초와 0.82초로 나타났다.
- 그리고 30회의 인식 속도 분석 결과 1초 이내의 유사 속도를 나타내는 것으로 나타나 이에 대한 시간의 차이는 무의미 한 것으로 조사되었다. 따라서 문자영상 인식기술 적용 시 변화 되는 업무단계를 제외한 나머지 단계는 업무시간이 같은 것으로 가정하였으며, 그 결과 부재별로 약 2분의 시간 단축과 3단계의 업무 단계 감소 등의 효과 나타나는 것으로 조사되었다.
- Table 2의 테스트 결과에 나타난 바와 같이 개선된 Ø과 소문자 i에 대한 인식률은 기존의 0과 I와 달리, 100%의 인식률을 가지는 것으로 나타났다. 따라서 이 대안은 문자영상 인식용 코드체계 정의의 조건으로서 부재의 분류체계 표현과 확장성을 만족시키기 위한 숫자, 영문의 혼합 물류 코드에 사용하기 적합한 것으로 결론 내었다.
- Table 1에 나타난 테스트 결과에서 보는 바와 같이, 유사 문자 인 0(숫자)은 대부분 O(영문)로 인식되었으며, 일부 테스트에서 I는 1과 l(소문자 L)로 인식되었다. 또한 0(숫자) 과 I에 대한 인식률은 각각 12%, 76%로 테스트에서 사용된 다른 문자들에 비해 낮은 것으로 나타났다.
- 먼저, 인식률 측면에서 철골 부재의 경우는 98.83%로 철골 부재의 물류관리 단계에서 사용 가능한 수준의 높은 인식률의 결과를 나타내었고, PC 부재의 경우는 95.20%로 철골 부재에 비해 낮게 나타났다. 그리고 철골과 PC 부재의 인식률 저감의 원인을 분석해 본 결과, 철골 부재의 경우는 촬영 시 영상의 떨림, 렌즈의 부정확한 초점, 렌즈에 의한 영상의 왜곡 현상 발생으로 1.
- 8%가 인식률 되지 않는 경우가 나타났다. 즉, 철골의 경우는 물류관리 시, 철골에 표기된 코드의 촬영에 주의를 할 경우 보다 높은 인식률로 기존의 바코드나 RFID와 유사 수준의 인식이 가능하다는 것을 의미하고, PC의 경우는 기존 PC 공사에서 채택하고 있는 음각 방식의 코드 표기의 경우 인식 불능의 경우가 일부 생길 수 있으므로 철골 부재와 같이, 코드를 페인트 등으로 표기하는 것이 보다 효과적이라는 결론을 도출할 수 있었다.
- 철골 및 PC 공사의 ID에 활용되는 문자인 숫자 문자와 영문의 조합으로 이루어진 가상의 코드를 대상으로 테스트한 결과, 자릿수, 형태, 코드의 일관성에 따라 다소 상이하기는 하나 문자 개별로 볼 때 0(숫자)과 O(영문), 1과 I와 같은 유사 문자가 조합된 경우를 제외하고는 인식율이 100%에 가까워 문자인식을 물류 관리에 적용할 가능성이 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 끝으로 본 연구에서 제안한 문자인식 기반의 건설물류관리 방식은 기존 물류관리기술의 확산의 장애 요인 중의 하나인 추가 업무(tag 부착, 매핑 등) 및 비용 발생을 새로운 기술로 해결하기 위한 기술적 가능성을 제시했다는 것에 의의를 가진다. 그리고 추후 제안된 문자인식 기반 물류 관리 프로세스의 실용화를 위해서는 시스템 개발을 통한 현장검증, 본 연구에서 제안한 코드체계를 표준화하기 위한 추가 연구, 그리고 문자 인식각도에 따른 인식률 향상에 관한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.
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