[논문]도로건설 현장에서의 드론 운용방안

성상민; 윤부열; 송미화; 조준상

doi:10.21289/ksic.2020.23.5.709

[국내논문] 도로건설 현장에서의 드론 운용방안
Drone Operation Plan at Road Construction Site 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.23 no.5, 2020년, pp.709 - 716

성상민 (동아대학교 토목공학과) , 윤부열 (창신대학교 토목공학과) , 송미화 (도로교통연구원 ICT융합연구실) , 조준상 (도로교통연구원 구조물연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, the drone's equipment development and software technology have dramatically improved. With such developments, the applicability is increasing in various fields that require rapid geospatial information, and in practice, regulations and systems have been established, and the fields in use are increasing. Also, in Korea, corporations and public institutions are actually using and researching drones in fields such as aircraft development, communication technology development, construction site use, and surveying. However, there are no fields where drones are actually used in road construction sites. Therefore, in this study, to utilize drones that have been actively used in the civil engineering and construction fields for road construction, we investigated the current status of the Korea Highway Corporation's field drone use research and classified the possibility of drone introduction by road construction. Finally, a method of using drones at road construction sites was proposed to prepare a method for using drones at road construction sites.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Drone use status of public institutions
그림 Fig. 1 Configuration of UAV-Photogrammetry system
표 Table 2. Using drones in the field of spatial information
표 Table 3. Korea Highway Corporation's Drone use case study
그림 Fig. 2 Drone operation plan at road construction site
표 Table 4. Drone application area by work type

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

3D BIM 연계는 기존의 2D 도면을 3D 도면으로 제작하는 기술로 스마트건설의 핵심 기술이다. 공사 계획과 설계, 시공 전 단계에 드론을 투입하여 BIM 데이터를 구축하고자 하였다. 기존의 비탈면 변위 측정은 점검 차량 및 인력을 활용하여 직접 조사하는 방식으로 안전하지 않다.
건설 단계에서는 드론을 활용하여 신속, 정확, 경제적으로 선형(노선)결정을 할 수 있다. 또한, 정사 영상을 벡터라이징하여 도면으로 수치화하여 보상투기 방지 목적으로 지장물 조사를 실시할 수 있다. TIN, DEM을 이용하여 신속한 물량 산출로 토공량 산출이 가능하다.
2019년 국토지리정보원에서는 “무인비행장치 공간정보 구축 기술개발 및 품셈연구”를 실시하였다. 무인비행장치의 활용분야가 확대됨에 따라 2018년 ｢무인비행장치 이용 공공측량 작업지침｣을 고시하여 무인비행장치를 활용할 수 있는 제도적 기반을 마련하였으나, 관련 기술 및 품셈의 부재로 인한 성과물의 품질저하, 공간정보시장의 위축이 우려되어 무인비행장치 측량과 관련된 기술 개발 및 합리적 품셈을 개발하여 무인비행장치 측량의 활용성을 확장하고자 수행한 연구이다. 세부 연구 내용은 공간정보 구축을 위한 센서의 검정 기술과 품질 검수 기술을 개발하고, 기본측량 수행을 위한 표정기술과 입체도화 기술을 개발하였으며 무인비행장치 이용 기본측량 적용 및 기술개발 로드맵을 작성하였다[6].
본 연구는 토목 및 건설분야에 활발하게 이용되기 시작한 드론을 도로 건설 공종에 활용하기 위해 한국도로공사의 도로공사 현장 드론 활용 연구 현황을 조사하고 도로 건설 공종별로 분류하여 드론 도입 가능성을 제시하였다. 최종적으로 도로 건설현장에서의 드론의 활용방안을 마련하고자 단기, 중기, 장기로 분류하여 제안한 연구 결과는 다음과 같다.
2017년에는 “고속도로 드론 운용 및 통신환경 구축 기술 연구”를 실시하였다. 열화상 센서를 탑재한 드론을 제작하고 드론과 지상통제장비(GCS), 서버 통신환경을 LTE 통신망을 이용하여 실시간 통신환경을 구축하여 실시간 고속도로 교통분석, 비탈면 안전점검, 교량 점검, 토석류 및 산사태 모니터링에 활용하고자 하였다[9].
현대건설은 SK 텔레콤의 실시간 영상관제 솔루션 “T 라이브 캐스터”를 적용하여 “드론 자동제어기술 개발 및 건설현장 실증”을 실시하였다. 이 기술은 건설현장을 촬영한 드론 고화질 영상을 5G 및 LTE 망을 통해 관제센터로 실시간으로 전송하여 관리자의 의사결정을 도울 수 있는 기술이다. 포스코 건설은 건설 현장에서 드론과 3 D 스캐너로 촬영한 3D 성과물을 클라우드 기반의 전용 어플리케이션으로 언제 어디서나 사용할 수 있는 3D 디지털 지도를 개발하였다.
한국토지주택공사의 관련 업무에 드론 및 3D 영상처리 기술 등을 적용할 수 있는 방안을 마련하고자 하였다. 이에 따라, 드론의 본격 도입에 앞서 활용 분야를 정립하고 수요, 요구 성능 및 기종, 도입 규모, 운용 조직, 중장기 로드맵 등과 같은 체계적인 활용계획을 수립 하고자 수행된 연구이다[7].
하지만 도로 건설현장에서는 아직까지 실제적으로 드론이 활용 되는 분야가 없다. 이에 본 연구에서는 토목 및 건설분야에 활발하게 이용되기 시작한 드론을 도로 건설 공종에 활용하기 위해 한국도로공사의 도로공사 현장 드론 활용 연구 현황을 조사하고 도로 건설 공종별로 드론 도입 가능성을 분류하였다. 최종적으로 도로 공사 현장에서의 드론 운용 방안을 제안하여 도로 건설현장에서의 드론의 활용방안을 마련하고자 하였다.
이와 같이 한국도로공사에서는 도로 건설현장에 드론 활용을 크게 설계, 시공, 유지관리와 같은 부분으로 나누어 활용하고자 하였으며 드론 기체 개발 및 통신 기술을 연구하였다.
이에 본 연구에서는 토목 및 건설분야에 활발하게 이용되기 시작한 드론을 도로 건설 공종에 활용하기 위해 한국도로공사의 도로공사 현장 드론 활용 연구 현황을 조사하고 도로 건설 공종별로 드론 도입 가능성을 분류하였다. 최종적으로 도로 공사 현장에서의 드론 운용 방안을 제안하여 도로 건설현장에서의 드론의 활용방안을 마련하고자 하였다.
2017년 한국토지주택공사에서는 “무인비행장치(드론) 활용계획 수립 연구”를 실시하였다. 한국토지주택공사의 관련 업무에 드론 및 3D 영상처리 기술 등을 적용할 수 있는 방안을 마련하고자 하였다. 이에 따라, 드론의 본격 도입에 앞서 활용 분야를 정립하고 수요, 요구 성능 및 기종, 도입 규모, 운용 조직, 중장기 로드맵 등과 같은 체계적인 활용계획을 수립 하고자 수행된 연구이다[7].

제안 방법

2017년의 “드론을 이용한 숏크리트 배면 조사 연구”에서는 드론을 개조하여 일반 사진 및 영상, 열화상 사진 및 영상을 동시에 촬영 가능한 드론을 개발하였다. 개발한 드론을 이용하여 GPR 테스트 베드 교면 포장 열화상 자료 분석, 시공 중 노선 숏크리트 비탈면 열화상 자료 분석, 칠곡 물류 IC 숏크리트 비탈면 열화상 자료를 분석하였다[10].
단기는 1년을 기준으로 현재의 기술로 한국도로공사 기본업무에 즉시 적용이 가능한 단계로 3D BIM 연계, 비탈면 변위 측정, 토공량 산출을 제안하였고, 중기는 2∼3년을 기준으로 실현 가능성 계획으로 설정하여 각각의 부서(부처, 사업처, 건설처 등)에서 취득한 자료를 구성원들 모두가 업무에 적용 및 활용할 수 있는 활용확산 단계로 LiDAR 센서 탑재, 열화상 센서 탑재, IoT 기반 현장 안전관리, 5G 드론 관제를 제안하였다.
또한, 최근 대기업을 중심으로 드론 분야에 본격적으로 대규모 투자를 시작하였다. 두산모빌리티이노베이션은 2시간 이상의 비행을 가능케 하는 드론용 수소연료전지팩을 탑재한 드론을 개발하였다. 한화 시스템은 다수의 드론을 통제하는 지휘통제시스템을 개발하였고, 드론 무선 충전 시스템도 개발중에 있다.
둘째, 도로 건설 공종별로 드론 도입 분야를 분류하였다. 우선 도로 건설의 세 단계를 건설, 유지 관리, 재난 관리로 나누어 드론을 활용하고자 하였다.
연구 내용은 도로 사업을 건설분야, 유지관리 분야, 재난관리 분야로 나누어 드론 활용 방안을 수립하였다. 드론을 활용한 도로 관리(비탈면 조사, 교량 안전점검, 포장 균열 탐지 등)의 경제성 분석을 실시하였으며, 도로 사업 드론 활용 매뉴얼을 교량조사와 사면조사 분야로 나누어 제작하였다[8].
분석 결과, 드론 활용으로 인해 점검시간이 1∼2시간 단축하였으며, 촬영시 낙하사고의 위험이 있으며 2천만 화소 이상의 전경사진의 제출이 필요하다 판단하였다. 또한, 드론을 시공관리에 활용하여 공사 초기에는 설계측량 지형과 실제지형 비교를 통하여 지형과 도면의 불일치 구간을 사전에 조치하였고, 공사 중간에는 현장 전체의 영상을 눈으로 보고 의사결정이 가능하고 도면대로 시공되고 있는지, 기성 물량 및 비탈면, 구조물 관리가 계획대로 이루어지고 있는지 확인하였다. 공사 완료 시에는 주기적인 영상 취득으로 이후 민원 발생 시 분쟁 해소의 근거자료로 활용이 가능함을 확인하였다.
마지막으로 장기는 4∼5년을 목표로 설정하여 통합된 드론 자료를 통합하여 공사업무 및 정책 및 의사결정에 활용할 수 있는 극대화 단계로 자동 충전 배터리 스테이션, AI 기반 객체 탐지, AI 기반 크랙 탐지, AI 기반 도로포장 상태 분석을 제안하였다.
마지막으로 장기는 4∼5년을 목표로 설정하여 통합된 드론 자료를 통합하여 공사업무 및 정책 및 의사결정에 활용할수 있는 극대화 단계로 설정하였다.
무인비행장치의 활용분야가 확대됨에 따라 2018년 ｢무인비행장치 이용 공공측량 작업지침｣을 고시하여 무인비행장치를 활용할 수 있는 제도적 기반을 마련하였으나, 관련 기술 및 품셈의 부재로 인한 성과물의 품질저하, 공간정보시장의 위축이 우려되어 무인비행장치 측량과 관련된 기술 개발 및 합리적 품셈을 개발하여 무인비행장치 측량의 활용성을 확장하고자 수행한 연구이다. 세부 연구 내용은 공간정보 구축을 위한 센서의 검정 기술과 품질 검수 기술을 개발하고, 기본측량 수행을 위한 표정기술과 입체도화 기술을 개발하였으며 무인비행장치 이용 기본측량 적용 및 기술개발 로드맵을 작성하였다[6].
셋째, 도로 건설 공종별 드론 도입 분야를 토대로 도로 건설현장에서 드론 운용 방안을 제안하였다. 단기는 1년을 기준으로 현재의 기술로 한국도로공사 기본업무에 즉시 적용이 가능한 단계로 3D BIM 연계, 비탈면 변위 측정, 토공량 산출을 제안하였고, 중기는 2∼3년을 기준으로 실현 가능성 계획으로 설정하여 각각의 부서(부처, 사업처, 건설처 등)에서 취득한 자료를 구성원들 모두가 업무에 적용 및 활용할 수 있는 활용확산 단계로 LiDAR 센서 탑재, 열화상 센서 탑재, IoT 기반 현장 안전관리, 5G 드론 관제를 제안하였다.
2016년에는 효율적인 도로 사업 추진을 위하여 “드론을 활용한 도로 정책 개발 연구”를 실시하였다. 연구 내용은 도로 사업을 건설분야, 유지관리 분야, 재난관리 분야로 나누어 드론 활용 방안을 수립하였다. 드론을 활용한 도로 관리(비탈면 조사, 교량 안전점검, 포장 균열 탐지 등)의 경제성 분석을 실시하였으며, 도로 사업 드론 활용 매뉴얼을 교량조사와 사면조사 분야로 나누어 제작하였다[8].
둘째, 도로 건설 공종별로 드론 도입 분야를 분류하였다. 우선 도로 건설의 세 단계를 건설, 유지 관리, 재난 관리로 나누어 드론을 활용하고자 하였다. 건설 단계에서는 지형현황측량, BIM 설계, 유지 관리에서는 비탈면 측정 및 관리, 토공량 산정, 주기적인 공정관리 데이터 파악 및 구축, 마지막 재난 관리에서는 비탈면 및 시설물의 안점 점검 및 관리로 드론 활용 분야를 설정하였다.
장기 단계에서는 자동 충전 배터리 스테이션, AI 기반 객체 탐지, AI 기반 크랙 탐지, AI 기반도로포장 상태 분석을 제안하였다. 자동 충전 배터리 스테이션은 자동 이착륙이 가능하고 착륙 시 무선 충전 기능을 이용하여 충전이 가능하다.
중기 단계에서는 LiDAR 센서 탑재, 열화상 센서 탑재, IoT 기반 현장 안전관리, 5G 드론 관제를 제안하였다. LiDAR 센서를 탑재하여 드론 영상을 촬영하면 수목이 우거진 지역에서도 땅의 높이, 토공량, 비탈 경사도 계산이 가능하다.
첫째, 한국도로공사의 도로공사 현장 드론 활용 연구 현황을 조사한 결과 건설, 유지 관리, 재난관리와 같은 부분으로 나누어 활용하고자 하였으며 드론 데이터를 활용한 BIM 구축, 효율적인 드론 운용을 위한 통신환경 구축 기술 연구, 드론을 활용한 비탈면 및 도로포장 점검 방안, 시설물 유지 및 관리용 드론 기체 개발 등의 기술을 연구하여 설계, 시공, 유지 관리의 도로 건설 공종의 전체에 드론을 도입 및 활용하고자 하였으며 통신 기술 및 드론 기체 개발과 같은 원천 기술 연구도 수행하였다.
이 기술은 건설현장을 촬영한 드론 고화질 영상을 5G 및 LTE 망을 통해 관제센터로 실시간으로 전송하여 관리자의 의사결정을 도울 수 있는 기술이다. 포스코 건설은 건설 현장에서 드론과 3 D 스캐너로 촬영한 3D 성과물을 클라우드 기반의 전용 어플리케이션으로 언제 어디서나 사용할 수 있는 3D 디지털 지도를 개발하였다. 이 같은 고정밀 데이터를 현장 설계, 시공, 유지보수 등 현장 전반에 걸쳐 사용할 전망이다.

대상 데이터

토목 및 건설현장 분야에서 대우건설은 국내 최초로 건설 산업용 원격 드론 관제시스템을 구축하여 실제 건설현장의 공사 진행 현황과 안전 관리 및 시설물 모니터링을 실시간으로 가능하게 하였다. 한화건설은 대구외곽순환고속도로 제 1공구 건설현장으로 금호대교를 포함하는 총 5.11km의 고속도로 현장의 효율적인 안전관리를 위하여 드론을 사용하여 수행하였다. 현대건설은 SK 텔레콤의 실시간 영상관제 솔루션 “T 라이브 캐스터”를 적용하여 “드론 자동제어기술 개발 및 건설현장 실증”을 실시하였다.

성능/효과

또한, 드론을 시공관리에 활용하여 공사 초기에는 설계측량 지형과 실제지형 비교를 통하여 지형과 도면의 불일치 구간을 사전에 조치하였고, 공사 중간에는 현장 전체의 영상을 눈으로 보고 의사결정이 가능하고 도면대로 시공되고 있는지, 기성 물량 및 비탈면, 구조물 관리가 계획대로 이루어지고 있는지 확인하였다. 공사 완료 시에는 주기적인 영상 취득으로 이후 민원 발생 시 분쟁 해소의 근거자료로 활용이 가능함을 확인하였다.
반대로 드론 운용 및 시스템 관리와 같은 고급 인력의 새로운 일자리를 창출할 수 있다. 두 번째로는 도로 건설현장의 시공 정밀도 향상 및 예산 절감이 가능해지고, IoT 기반 현장 안전 관리 시스템으로 건설 현장의 산업 재해 수치를 낮출 수 있다. 마지막으로 4차 산업혁명에 발 맞추어 정보화 시공 및 스마트 건설의 토대를 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
분석 결과, 드론 활용으로 인해 점검시간이 1∼2시간 단축하였으며, 촬영시 낙하사고의 위험이 있으며 2천만 화소 이상의 전경사진의 제출이 필요하다 판단하였다.

후속연구

두 번째로는 도로 건설현장의 시공 정밀도 향상 및 예산 절감이 가능해지고, IoT 기반 현장 안전 관리 시스템으로 건설 현장의 산업 재해 수치를 낮출 수 있다. 마지막으로 4차 산업혁명에 발 맞추어 정보화 시공 및 스마트 건설의 토대를 마련할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

Bu-yeol, Yun, Won-sub, Yoon, A Study on the Improvement of Orthophoto Accuracy According to the Flight Photographing Technique and GCP Location Distance in Orthophoto Generation Using UAV, Journal of the Korean Society of Industry Convergence v.21 no.6, pp.345-354, (2018).
KIAST(Korea Institute of Aviation Safety Technology), "https://www.kiast.or.kr/kr/sub06_04_03_02.do", (2020).
Na-rae Lee, Target Level of Safety for UAV Integrated Operation in the National Airspace, Master's thesis, Korea Aerospace University, Gyeonggi-do, Korea, pp. 3-21, (2014).
Sang-min, Sung, A Study on Spatial Resolution Analysis Methods of UAV Images, Ph.D.dissertation, Dong-A University, Busan, Korea, 8p, (2018).
Sang-min, Sung, Quality Verification and Utilization of UltraLight UAV Imagery in Parcel Boundary Delineation, Master's thesis, Dong-A University, Busan, Korea, 11p, (2015).
NGII(National Geographic Information Institute). Developement of the technologies on spatial information building and study on work labor estimate using UAV, Research Report, Research report, NGII, Republic of Korea, pp.3, (2019)
KLHC(Korea Land and Housing Corporation), Establishment of plan to utilize LH unmanned aerial vehicles, Research report, LH, Republic of Korea, pp.3-249, (2017).
KECRI(Korea Expressway Corporation Research Institute), A Feasibility Study on the UAV(Drone)'s Application for the Road Engineering, Research report, KECRI, Republic of Korea, pp.1-4, (2016)
KECRI(Korea Expressway Corporation Research Institute), Research on the Drones operation & Communication technology in expressway, Research report, KECRI, Republic of Korea, pp.1-2, (2017).
KECRI(Korea Expressway Corporation Research Institute), A Study on the Investigation of Slope Shotcrete using Drone and Thermal Camera, Research report, KECRI, Republic of Korea, pp.1, (2017).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증