초록 ▼

본 연구개발의 목표는 철도터널의 안전성 조사 및 유지보수 과정에서 터널의 형상을 측정하고 분석하는 과정을 자동화하기 위한 자율주행로봇 기반의 3차원 터널스캐너를 개발하는 것이다.
본 과제의 터널스캐너 개발의 내용 및 범위는 다음과 같다.
가. 레이저스캐너 개발
레이저스캐너는 레이저에 의한 거리측정에 의하여 터널의 내부 형상을 비접촉식으로 측정하는 장치이다. 이러한 레이저스캐너를 터널 측정에 적용하기 위해서는 고속, 정밀 측정을 위한 고성능 레이저스캐너가 필수적이다. 고성능 레이저스캐너 개발에서는 저가의 레이저스캐너를

본 연구개발의 목표는 철도터널의 안전성 조사 및 유지보수 과정에서 터널의 형상을 측정하고 분석하는 과정을 자동화하기 위한 자율주행로봇 기반의 3차원 터널스캐너를 개발하는 것이다.
본 과제의 터널스캐너 개발의 내용 및 범위는 다음과 같다.
가. 레이저스캐너 개발
레이저스캐너는 레이저에 의한 거리측정에 의하여 터널의 내부 형상을 비접촉식으로 측정하는 장치이다. 이러한 레이저스캐너를 터널 측정에 적용하기 위해서는 고속, 정밀 측정을 위한 고성능 레이저스캐너가 필수적이다. 고성능 레이저스캐너 개발에서는 저가의 레이저스캐너를 배열로 조합하여 고성능의 레이저스캐너를 경제적으로 구성한다. 레이저 스캐너의 개발은 다음의 요소로 구성된다.
- 레이저측정기 선정
- 레이저스캐너 측정기구물 개발
- 레이저스캐너 제어 하드웨어 개발
- 레이저스캐너 제어 소프트웨어 개발
나. 자율주행장치 개발
자율주행장치는 레이저스캐너를 탑재하고 터널의 지정구간을 일정한 지정속도로 정속 주행하는 Rail Guided Vehicle(RGV)이다. 이러한 RGV는 터널의 유지보수 작업에 따르는 요구사항을 만족하기 위하여 철도용품 표준규격에 준하여 설계, 제작한다. 자율주행장치의 개발은 다음의 요소로 구성된다.
- 주행장치 기구물 개발
- 주행장치 구동부 개발
- 주행장치 전원부 개발
- 주행장치 위치측정부 개발
다. 측정정보 분석기술 개발
자율주행장치에 탑재된 레이저스캐너에 의하여 수집된 측정 데이터를 가공하여 터널의 유지보수에 필요한 정보로 가공한다. 터널의 유지보수 현장에서 필요로 하는 정보를 기반으로 터널스캐너가 분석, 생성하는 유지보수 정보는 다음과 같다.
- 터널형상 측정기능 개발
- 최대통과한계면 측정기능 개발
- 터널변형 측정기능 개발
- 충돌우려지점 측정기능 개발

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...3
• 요약문 ...4
• 목차 ...11
• 제1장 서론 ...12
• 제1절 터널유지보수의 필요성 ...12
• 제2절 터널유지보수 현황 ...14
• 제3절 터널의 점검 및 안전진단 ...18
• 제4절 레이저터널스캐너 ...21
• 제2장 국내외 기술현황 ...23
• 제1절 매립센서 계측 ...23
• 1. 광섬유 센서 ...23
• 2. 3차원 광파기 ...24
• 3. EL Beam Sensor ...25
• 4. Basset Convergence System ...25
• 5. Tunnel Profile Monitoring System ...26
• 6. Digital Optic Conversion System ...26
• 7. 매립계측의 문제점 ...26
• 제2절 영상검사 ...29
• 1. CCD 비디오카메라 방식 ...29
• 2. CCD 라인센서 방식 ...31
• 제3절 레이저측정 ...33
• 제4절 기술비교 및 국내외 동향 ...34
• 제3장 레이저측정기술 개요 ...37
• 제1절 레이저측정 개요 ...37
• 1. 레이저 개요 ...37
• 2. 레이저의 종류 ...38
• 3. 레이저 응용 ...43
• 4. 레이저 안전 ...48
• 제2절 레이저측정 기술 ...52
• 1. 레이저 거리측정 개요 ...52
• 2. 삼각측량법 (Triangulation) ...53
• 3. 간섭계 ...54
• 4. TOF (Time-of-Flight) ...56
• 5. 레이저 라인스캐너(Laser Line Scanner) ...59
• 6. 삼차원 형상 측정 ...59
• 제3절 레이저센서에 의한 터널측정 ...61
• 1. 레이저 스캔 ...61
• 2. 레이저 측정장치의 구성요소 ...63
• 제4장 통합터널관리시스템 ...65
• 제5장 터널스캐너 분석 및 설계 ...68
• 제1절 레이저센서 분석 및 선정 ...68
• 1. 레이저센서 분석 ...68
• 2. 레이저센서 선정 ...74
• 제2절 레이저측정 적용성 분석 ...77
• 1. 터널 유지보수 환경의 레이저측정 실험 ...77
• 2. 터널환경의 레이저측정 적용 ...83
• 3. 터널측정 시험 ...87
• 제3절 터널 내 위치정보 획득 ...90
• 1. 위치정보 획득기술 현황 ...90
• 2. 기존 위치정보 획득기술의 제약사항 ...101
• 제4절 터널스캐너 시스템 설계 ...109
• 1. 터널스캐너 요구사항 ...109
• 2. 터널스캐너 요구 기능 ...109
• 3. 측정정밀도 및 측정속도 고려사항 ...111
• 4. 측정 방식 ...113
• 5. 터널스캐너 시스템 구조 ...116
• 제6장 터널스캐너 개발 ...119
• 제1절 레이저스캐너 개발 ...119
• 1. 레이저스캐너 개요 ...119
• 2. 레이저스캐너 제어장치 개발 ...124
• 3. 다채널 레이저스캐너 개발 ...129
• 제2절 자율주행장치 개발 ...131
• 1. 주행장치 차체 개발 ...132
• 2. 주행장치 전원부 개발 ...132
• 3. 주행장치 구동계 개발 ...133
• 4. 주행장치 제어계 개발 ...138
• 제3절 분석기술 개발 ...142
• 1. 터널형상 측정기능 개발 ...142
• 2. 통과한계면 측정기능 개발 ...149
• 3. 터널변형 측정기능 개발 ...154
• 4. 충돌예상지점 측정기능 개발 ...156
• 제7장 결론 ...158
• 제1절 기술개발 결과 ...158
• 1. 레이저스캐너 개발 ...158
• 2. 자율주행장치 개발 ...159
• 3. 측정정보 분석기술 개발 ...160
• 제2절 활용에 대한 건의 ...162
• 제3절 기대효과 ...163