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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 엄대용
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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최근 ICT(Information and Communications Technology) 융합 기술이 고도화됨에 따라 드론, 자율주행차, 공간정보, 인공지능 등 국토교통부 7대 신산업과 관련한 정책발표와 함께 스마트시티 및 디지털트윈 구현을 위한 4차 산업혁명 시대가 본격화되고 있다. 이렇듯 4차 산업혁명 시대의 첨단기술은 「건설기술진행기본계획」및「스마트건설기술 로드맵」에 따라 국토조사 및 유지관리 등을 위해 다양한 분야에 활발히 도입되고 있다. 건설 분야 역시 이러한 기술변화에 대응하기 위해 다양한 스마트 건설기술이 각 공정별로 빠르게 도입되고 있다. 특히, 건설 현장의 경우 공사를 위한 설계 단계에서 토공량 산출은 공사 전체의 설계비용에 직접적으로 영향을 주는 요소임으로 토공량 산출 공정의 효율화와 정확한 토공량 산출이 필요하다.
이에 본 연구에서는 무인비행장치(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)를 이용하여 건설 현장의 지형을 3차원 실사모델로 신속 정확하게 구축하고 이를 기반으로 토공량을 산출할 수 있는 새로운 개념의 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해 무인비행장치를 이용하여 대축척의 항공사진을 획득하여 건설 현장에 대하여 3차원 실사모델로 구축하고 이를 기반으로 토공량 산출을 위한 모델 자료의 구조 변환 프로세스를 정립하였다. 그리고 정립한 방법에 따라 산출된 토공량을 일반적인 방법에 의해 산출되는 토공량과 비교하여 토공량 산출 정확도를 분석함으로써 정립한 프로세스의 토공량 산출 방법의 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 더불어 토공량 산출 방법간 효율성 및 경제성을 분석하여 본 연구에서 제시하고 있는 3차원 모델 기반 토공량 산출 방법의 건설 현장 적용성을 검증하고자 하였다.
본 연구를 수행하기 위해 우선 무인비행장치를 이용하여 지형에 대한 고해상도 항공사진을 획득하고 이로부터 고밀도 점군자료를 생성하였다. 생성한 점군자료를 이용하여 지형의 형상이 직접적으로 반영된 고품질의 3차원 실사모델을 생성하였다. 그리고 3차원 모델을 이용하여 토공량을 산출하였다. 이때 생성한 3차원 모델은 서피스 모델 구조로 생성된 모델임에 따라 토공량 산출이 불가하다. 따라서 서피스 모델 자료의 전처리 및 솔리드 모델 구조변환 등 단계적 자료처리를 통해 토공량 산출이 가능한 B-Rep 솔리드 모델 구조로 변환을 수행하였다. 이렇게 구조 변환을 완료한 솔리드 모델 구조의 3차원 모델을 기반으로 토공량을 산출하고 그 결과에 대한 토공량 산출 정확도를 분석하였다. 또한, 기초자료 획득부터 토공량 산출까지의 소요시간을 산정하고 산정 결과로부터 소요비용을 산출함으로써 작업의 효율성 및 경제성을 분석하여 제시한 토공량 산출 방법의 현장 적용성을 검증하였다.
이상의 연구 결과로부터 본 연구에서 제시한 3차원 모델 기반 토공량 산출 방법의 활용성을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 지형의 불규칙적인 급변화 등으로 인해 일반적 토공량 산출 방법에서 발생할 수 있는 토공량 산출 오류의 문제를 해소할 수 있을 것으로 판단되며 나아가 토공량 산출을 위한 비용 절감은 물론 건설공사의 주기적 현장 모니터링 등 스마트 건설관리를 위한 기술로써 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
이에 본 연구에서는 무인비행장치(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)를 이용하여 건설 현장의 지형을 3차원 실사모델로 신속 정확하게 구축하고 이를 기반으로 토공량을 산출할 수 있는 새로운 개념의 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해 무인비행장치를 이용하여 대축척의 항공사진을 획득하여 건설 현장에 대하여 3차원 실사모델로 구축하고 이를 기반으로 토공량 산출을 위한 모델 자료의 구조 변환 프로세스를 정립하였다. 그리고 정립한 방법에 따라 산출된 토공량을 일반적인 방법에 의해 산출되는 토공량과 비교하여 토공량 산출 정확도를 분석함으로써 정립한 프로세스의 토공량 산출 방법의 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 더불어 토공량 산출 방법간 효율성 및 경제성을 분석하여 본 연구에서 제시하고 있는 3차원 모델 기반 토공량 산출 방법의 건설 현장 적용성을 검증하고자 하였다.
본 연구를 수행하기 위해 우선 무인비행장치를 이용하여 지형에 대한 고해상도 항공사진을 획득하고 이로부터 고밀도 점군자료를 생성하였다. 생성한 점군자료를 이용하여 지형의 형상이 직접적으로 반영된 고품질의 3차원 실사모델을 생성하였다. 그리고 3차원 모델을 이용하여 토공량을 산출하였다. 이때 생성한 3차원 모델은 서피스 모델 구조로 생성된 모델임에 따라 토공량 산출이 불가하다. 따라서 서피스 모델 자료의 전처리 및 솔리드 모델 구조변환 등 단계적 자료처리를 통해 토공량 산출이 가능한 B-Rep 솔리드 모델 구조로 변환을 수행하였다. 이렇게 구조 변환을 완료한 솔리드 모델 구조의 3차원 모델을 기반으로 토공량을 산출하고 그 결과에 대한 토공량 산출 정확도를 분석하였다. 또한, 기초자료 획득부터 토공량 산출까지의 소요시간을 산정하고 산정 결과로부터 소요비용을 산출함으로써 작업의 효율성 및 경제성을 분석하여 제시한 토공량 산출 방법의 현장 적용성을 검증하였다.
이상의 연구 결과로부터 본 연구에서 제시한 3차원 모델 기반 토공량 산출 방법의 활용성을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 지형의 불규칙적인 급변화 등으로 인해 일반적 토공량 산출 방법에서 발생할 수 있는 토공량 산출 오류의 문제를 해소할 수 있을 것으로 판단되며 나아가 토공량 산출을 위한 비용 절감은 물론 건설공사의 주기적 현장 모니터링 등 스마트 건설관리를 위한 기술로써 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 연구 동향 분석 31.3 연구 내용 및 방법 8Ⅱ. 기본 이론 112.1 무인비행장치 기반 3차원 모델 구축 112.1.1 무인비행장치 측량 개요 112.1.2 무인비행장치 측량 정의 및 특성 122.1.3 무인비행장치 측량에 의한 3차원 모델 구축 이론 152.2 3차원 모델의 형식과 구조 특성 262.2.1 3차원 실사모델의 형식 262.2.2 3차원 모델의 형식별 구조 특성 272.2.3 솔리드 모델의 PointSet 이론 312.3 토공량 산출 방법 352.3.1 현행 토공량 산출 이론 362.3.2 CAD 기반 토공량 산출 382.3.3 토공량 산출 관련 선행 연구 분석 39Ⅲ. 3차원 모델 구축 및 구조 변환 프로세스 443.1 3차원 실사모델 구축 443.1.1 3차원 실사모델 생성 443.1.2 무인비행장치 촬영시스템 및 카메라 캘리브레이션 453.1.3 무인비행장치에 의한 대축척 항공사진 촬영 473.1.4 VRS-Network RTK에 의한 지상기준점 획득 493.1.5 고밀도 점군자료 생성 및 서피스 모델 생성 523.1.6 3차원 실사모델 구축 583.2 3차원 모델의 구조변환 593.2.1 3차원 모델 구조 변환 기법 설계 593.2.2 3차원 서피스 모델 구조 변환 643.2.3 3차원 솔리드 모델 구조 변환 및 구축 67Ⅳ. B-Rep 솔리드 모델 기반 토공량 산출 704.1 솔리드 모델 기반 3차원 모델을 이용한 토공량 산출 704.1.1 솔리드 모델의 포맷 변환 704.1.2 토공량 산출 714.2 토공량 산출 결과의 정확도 검증 714.2.1 현황측량에 의한 토공량 산출 724.2.2 항공사진처리시스템에 의한 토공량 산출 754.2.3 토공량 산출 정확도 비교·분석 764.3 건설 현장 적용성 분석 774.3.1 무인비행장치 측량 기반 토공량 산출 794.3.2 현황측량을 이용한 토공량 산출 854.3.3 토공량 산출 방법간 효율성 분석 954.3.4 토공량 산출 방법간 경제성 분석 105Ⅴ. 결 론 111참고문헌 114Abstract 124
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