대형 누수와 같은 상수도 사고가 발생했을 경우 신속한 대응조치를 위해서는 현장 관리자가 문제가 발생한 관로의 제수변을 찾아 제어해야 한다. 그러나 현재 상수도 시스템으로는 해당 제수변을 찾는 것이 쉽지 않고, 찾았다하더라도 관련 정보를 바로 알 수 없어 신속하게 대응하지 못하는 문제를 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 GPS와 증강현실 기술을 사용하여 제수변 위치를 찾는 시스템을 구현하였다. 제안된 시스템은 자이로, 가속도계, 자기 센서를 포함한 안도로이드 장치의 센서를 활용하여 원격 데이터베이스 서버의 위치 데이터와 장치의 현재 GSP 위치가 일치하는 밸브를 찾는다. 또한 증강현실 기술을 사용하여 캡처한 실제 장면에 그래픽 패턴과 추가 정보들을 오버레이하여 나타내었다. 본 연구의 시스템 구현으로 제수변의 체계적인 관리가 가능하므로 사고 발생 시 신속한 대응으로 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
대형 누수와 같은 상수도 사고가 발생했을 경우 신속한 대응조치를 위해서는 현장 관리자가 문제가 발생한 관로의 제수변을 찾아 제어해야 한다. 그러나 현재 상수도 시스템으로는 해당 제수변을 찾는 것이 쉽지 않고, 찾았다하더라도 관련 정보를 바로 알 수 없어 신속하게 대응하지 못하는 문제를 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 GPS와 증강현실 기술을 사용하여 제수변 위치를 찾는 시스템을 구현하였다. 제안된 시스템은 자이로, 가속도계, 자기 센서를 포함한 안도로이드 장치의 센서를 활용하여 원격 데이터베이스 서버의 위치 데이터와 장치의 현재 GSP 위치가 일치하는 밸브를 찾는다. 또한 증강현실 기술을 사용하여 캡처한 실제 장면에 그래픽 패턴과 추가 정보들을 오버레이하여 나타내었다. 본 연구의 시스템 구현으로 제수변의 체계적인 관리가 가능하므로 사고 발생 시 신속한 대응으로 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
In case of massive water leakage, it's crucial for field manager to quickly positioning the problematic valve and related ones. However, it's not easy for the system to find the corresponding valve and even if it's found, it can not respond quickly because it can't know the relevant information imme...
In case of massive water leakage, it's crucial for field manager to quickly positioning the problematic valve and related ones. However, it's not easy for the system to find the corresponding valve and even if it's found, it can not respond quickly because it can't know the relevant information immediately. In this paper, we implement the system for identifying sluice valve positions using GPS and AR techniques. The proposed system is composed of hand held android device, remote database server and data acquisition device for DB creation. We utilize the android device's sensors including GPS, gyro, accelerometer, magnetic sensor. The system identifies the valve with matching between the position data from the remote database server, and current GPS locations of device. We use AR techniques to overlay the graphics pattern of valve positions and some additional informations on captured real scene. With this system, it will be fast and accurate for maintenance of sluice valve of municipal water system.
In case of massive water leakage, it's crucial for field manager to quickly positioning the problematic valve and related ones. However, it's not easy for the system to find the corresponding valve and even if it's found, it can not respond quickly because it can't know the relevant information immediately. In this paper, we implement the system for identifying sluice valve positions using GPS and AR techniques. The proposed system is composed of hand held android device, remote database server and data acquisition device for DB creation. We utilize the android device's sensors including GPS, gyro, accelerometer, magnetic sensor. The system identifies the valve with matching between the position data from the remote database server, and current GPS locations of device. We use AR techniques to overlay the graphics pattern of valve positions and some additional informations on captured real scene. With this system, it will be fast and accurate for maintenance of sluice valve of municipal water system.
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문제 정의
이 문제점은 이미 개발된 도로교통용 초정밀 GPS 기술을 적용한 스마트폰이 출시된다면 해결될 것으로 기대된다. 또한 현재의 시스템에서는 증강현실 구현 기술에 Geolocation-based 방식이 적용되었지만 차후에는 이미지 인식 기술을 이용하여 화면에 나타나는 제수변 실사를 인식하는 방식인 Vision-based 방식을 적용하여 구현하는 것을 목표로 하고 있다.
본 연구에서는 제수변 위치 정보를 획득하기 위한 시스템과 제수변 위치를 현장에서 신속하게 검색하기 위한 시스템을 구현하였다.
이에 본 연구에서는 관리의 저비용과 GPS 오차를 제외한 환경적 요인을 제거하여, 신속한 대응에 필요한 제수변 위치를 확보할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하였다. 우선 제수변 위치를 확보하기 위해 고정밀 DGPS를 통해 제수변의 위치정보를 획득하여 데이터베이스화하고[1-2], 제수변 검색 알고리즘을 적용하여 제 수변을 찾아 사고에 신속하게 대응할 수 있도록 한다.
제안 방법
DPGS Receiver를 통해 취득되는 GPS 데이터는 경위도좌표로 수신되지만 본 시스템에서는 상수도본부에서 사용되고 있는 위치정보와의 호환을 위해 TM (Transverse Mercator: 횡단메르카토르좌표계) 좌표로 변환하여 사용한다. 경위도좌표를 TM좌표로 변환하기 위한 알고리즘에는 국토지리정보원에서 제공한 좌표계 변환지침을 적용하여 구현한다[6].
그룹화 된 후에 데이터 취득을 시작한다. GPS가 안정화될 때까지 실시간으로 정보를 입력받아 평균값으로 위치정보를 저장하고 저장된 데이터의 정확도를 높이기 위해 그룹화 된 제수변의 현장 패턴이 취득된 데이터의 패턴과 일치하는지를 확인한다. 만약현장 패턴과 일치할 경우 위치정보를 저장하고, 일치하지 않을 경우 데이터를 재취득한다.
이런 상황에서 제수변 위치 검색 시스템은 그림 3에서 보여지는 바와 같이 현장 관리자가 스마트폰의 GPS 기능을 사용하여 자신이 위치한 곳에서 가장 가까이에 위치한 제수변을 DB로부터 내려 받아 검색할 수 있게 한다. 검색된 결과를 통해 사고 제수변을 찾을 수 있고, 해당 정보를 확인하여 사고에 빠르게 대응하여 조치를 취할 수 있도록 유도한다.
오차를 줄이기 위해 각각의 제수변에 대한 위치값을 실시간으로 입력 받아 평균값을 산출하여 위치값을 취득한다. 또한 그룹으로 취득할 경우 패턴 알고리즘을 적용하여 시스템 화면에 패턴으로 표현하여 데이터의 정확도를 높인다.
Geolocation-based 방식은 GPS, 자이로스코프, 나침반을 이용하여 현재의 위치와 화면에 어떤 실사 정보가 나타나고 있는지를 파악하는 방식이다[7]. 본 연구에서는 이 방식을 사용하여 그림 6과 같이 현장 제수변(POI: Pont of Interest)이 카메라에 화면에 나타나면 서버에서 내려받은 정보에 해당하는 위치에 원형의 이미지를 표시하도록 한다. 표시된 이미지화면을 클릭하면 해당 제수변의 정보가 나타나게 된다.
본 연구의 시스템은 제수변 위치 정보를 획득하기 위한 시스템과 제수변 위치를 현장에서 신속하게 검색하기 위한 시스템으로 구성된다. 시스템이 동작하기 위해서는 GPS, Gyro sensor, accelerometer sensor, magnetic sensor가 기본으로 장착되어 있어야 하며, 특히 제수변 검색 시스템의 경우 증강현실을 제대로 구현해야 하므로 CUP 64bit 옥타코어 이상의 프로세서가 탑재된 기기를 사용한다.
본 시스템을 위한 DB에는 그림 2와 같이 총 3개의 테이블이 생성된다. 시스템의 보안을 위해 권한을 부여하는 account 테이블, 위치정보 획득 시스템을 통해 취득한 데이터로 구성된 wcontrol 테이블, 그룹화된 제수변의 대표 정보가 저장된 site 테이블로 구성된다.
위치정보를 취득할 때는 위성의 상태, 날씨, 측정시간대, 주변 환경 등의 요인에 따라 오차범위가 달라진다. 오차를 줄이기 위해 각각의 제수변에 대한 위치값을 실시간으로 입력 받아 평균값을 산출하여 위치값을 취득한다. 또한 그룹으로 취득할 경우 패턴 알고리즘을 적용하여 시스템 화면에 패턴으로 표현하여 데이터의 정확도를 높인다.
이에 본 연구에서는 관리의 저비용과 GPS 오차를 제외한 환경적 요인을 제거하여, 신속한 대응에 필요한 제수변 위치를 확보할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하였다. 우선 제수변 위치를 확보하기 위해 고정밀 DGPS를 통해 제수변의 위치정보를 획득하여 데이터베이스화하고[1-2], 제수변 검색 알고리즘을 적용하여 제 수변을 찾아 사고에 신속하게 대응할 수 있도록 한다. 제수변 검색 알고리즘이 적용된 시스템은 스마트폰을 통해 증강현실로 구현하였다.
우선 제수변 위치를 확보하기 위해 고정밀 DGPS를 통해 제수변의 위치정보를 획득하여 데이터베이스화하고[1-2], 제수변 검색 알고리즘을 적용하여 제 수변을 찾아 사고에 신속하게 대응할 수 있도록 한다. 제수변 검색 알고리즘이 적용된 시스템은 스마트폰을 통해 증강현실로 구현하였다.
제수변을 효율적으로 검색하기 위해 특정 영역 안에 위치하고 있는 여러 개의 제수변을 하나의 영역으로 그룹화한다. 그룹화된 제수변이 검색될 때에는 제수변 각각의 위치정보 값들의 평균이 그룹의 검색 위치값이 되며, 그 값은 DB의 site 테이블 site.
본 시스템의 구성으로 인해 제수변 위치를 정확히 모르는 경우에도 스마트폰으로 제수변을 찾을 수 있어 사고에 효율적으로 대응할 수 있게 되었다. 즉 각종 상수도사고 발생 시 효율적인 대처로 시설물 유지관리에 원활을 기할 수 있게 되어, 단수로 인한 생활 불편과 물이 도로로 넘쳐 차량과 보행자의 통행 불편을 최소화하여 대민서비스를 개선하고 신속하게 대응할 수 있는 시스템을 구축하였다.
이론/모형
DPGS Receiver를 통해 취득되는 GPS 데이터는 경위도좌표로 수신되지만 본 시스템에서는 상수도본부에서 사용되고 있는 위치정보와의 호환을 위해 TM (Transverse Mercator: 횡단메르카토르좌표계) 좌표로 변환하여 사용한다. 경위도좌표를 TM좌표로 변환하기 위한 알고리즘에는 국토지리정보원에서 제공한 좌표계 변환지침을 적용하여 구현한다[6]. 변환 알고리즘은 위치 검색 알고리즘에도 적용된다.
제수변을 증강현실에 나타내기 위해 사용자의 위치 정보를 제공하는 GPS, 휴대폰이 가리키는 방향을 나타내는 나침반, 카메라, 자이로스코프(gyroscope)를 사용한다. 이 정보들을 가지고 스마트폰의 카메라에 나타내는 실사 정보를 파악하는 방식으로는 Geolocation -based 방식을 사용한다.
제수변을 증강현실에 나타내기 위해 사용자의 위치 정보를 제공하는 GPS, 휴대폰이 가리키는 방향을 나타내는 나침반, 카메라, 자이로스코프(gyroscope)를 사용한다. 이 정보들을 가지고 스마트폰의 카메라에 나타내는 실사 정보를 파악하는 방식으로는 Geolocation -based 방식을 사용한다.
성능/효과
본 시스템은 기존의 시스템에 비해 관리 비용이 저렴하고 안전한 작업이 가능하다. 또한 현재 제수변 관리는 숙련된 기술자에 크게 의존하고 있는 실정으로 이 기술자들이 부서이동이나 퇴직을 하게 될 경우 정보가 연계되지 않는 문제점을 가지고 있었다.
후속연구
그러나 스마트폰의 GPS와 자이로스코프의 오차로 인해 거리와 방향을 계산하는데 있어 정확성이 오차범위만큼 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 이 문제점은 이미 개발된 도로교통용 초정밀 GPS 기술을 적용한 스마트폰이 출시된다면 해결될 것으로 기대된다. 또한 현재의 시스템에서는 증강현실 구현 기술에 Geolocation-based 방식이 적용되었지만 차후에는 이미지 인식 기술을 이용하여 화면에 나타나는 제수변 실사를 인식하는 방식인 Vision-based 방식을 적용하여 구현하는 것을 목표로 하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
iD Marker와 RFID를 이용한 제수변 관리 시스템의 한계는?
또한 해당 제수변에 대한 정보를 바로 알지 못해 신속한 대처가 이루어지지 않아 수돗물 공급 중단은 기본이며, 사고 발생 지역이 도로일 경우 교통사고 및 교통체증을 유발하는 경우도 발생하고 있다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 일부 도시에서는 제수변의 체계적인 관리를 위해 iD Marker와 RFID를 도입하여 시스템을 시범 구축하였으나 고비용, 신호간섭, 폭우·폭설 등과 같은 기술적·환경적 제한으로 인해 만족스러운 관리가 어려운 상황이다. 또한 초기 대응에 필수요건인 제수변의 위치 확보가 쉽지 않아 사고 발생 시 신속한 대응 또한 이루어지지 못하고 있다.
본 연구에서 제시하는 제수변 관리 시스템에서 필요한 센서는?
본 연구의 시스템은 제수변 위치 정보를 획득하기 위한 시스템과 제수변 위치를 현장에서 신속하게 검색하기 위한 시스템으로 구성된다. 시스템이 동작하기 위해서는 GPS, Gyro sensor, accelerometer sensor, magnetic sensor가 기본으로 장착되어 있어야 하며, 특히 제수변 검색 시스템의 경우 증강현실을 제대로 구현해야 하므로 CUP 64bit 옥타코어 이상의 프로세서가 탑재된 기기를 사용한다. 두 시스템 모두 안드로이드 앱으로 구현되며, 시스템의 최적화를 위해 Galaxy Tab S2와 Galaxy Note 5에 시스템을 구현한다.
현재 제수변 철괘의 문제점은?
도시의 많은 지역에는 상수도 관로가 매설되어 있고, 관로 주요지점에는 누수나 파손 등 각종 상수도 관련 사고가 발생하거나 시설확충공사를 할 때 관을 일시적으로 폐쇄하거나 유량을 조절하기 위한 제수변이 설치되어 있다. 이런 제수변을 보호하기 위해 도로면에 제수변 철괘가 설치돼 있으나 철괘 상당수가 설치된 지 오래되어 파손 및 침하되고 도로포장 덧씌우기 등으로 매몰된 곳이 있어 실질적으로 사고가 발생했을 시 해당 제수변을 찾는 것이 쉽지 않은 실정이다. 또한 해당 제수변에 대한 정보를 바로 알지 못해 신속한 대처가 이루어지지 않아 수돗물 공급 중단은 기본이며, 사고 발생 지역이 도로일 경우 교통사고 및 교통체증을 유발하는 경우도 발생하고 있다.
참고문헌 (7)
H.S. Kim, C.Y. Kim, I. Lee, "Identifying Sluice Valve by utilizing the GPS", in 2016 International Conference on Future Information and Communication Engineering, pp. 320-321, June. 2016.
Y.W. Kim, "Analysis and signal stability measurement for DGPS radio wave propagation", Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no.2, pp.231-236, Feb. 2016.
G. Y. Kim, Satellite Telecommunications System Engineering, Seoul, JinhanM&B, 2012.
What is the accuracy of DGPS? [Internet]. Available: http://what-isthe.blogspot.kr/2010/04/what-is-accuracy-of-dgps.html.
M. H. Refan, A. Dameshghi and M. K. Arzarrin, "Implementation of DGPS Reference and User Stations Based on RPCE Factors", Wireless Personal Communication, vol. 90, no.4, pp. 1597-1617, June. 2016.
National Geographic Information Institute, [Internet]. Available: http://www.ngii.go.kr/kor/board/view.do?rbsIdx31&key%EB%B3%80%ED%99%98&keyFieldsearch1&idx251.
Augmented Reality of Smart Phone. [Internet]. Available: http://d2.naver.com/helloworld/1346.
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