KR100860771B1 - 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템 - Google Patents

지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 형상 및 공간좌표를 획득하여 공간정보를 획득할 수 있는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템에 있어서, 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 형성하여 지피에스 안테나에 의해 지피에스 위성으로부터 좌표 데이터를 수신받아 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하여 상기 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 기준점으로 형성하는 지피에스 수신기와, 상기 지피에스 수신기의 기준점에 형성하여 상기 기준점과 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부에 형성된 레이저 스캐너의 거리를 측정하여 상기 레이저 스캐너의 위치를 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표로 환산하는 레이저 변위계를 포함하는 위치 결정부와, 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 형상 및 공간좌표를 획득하기 위해 녹색, 적색, 근적외선 등의 레이저를 이용해 수 khz 내지 수백 khz의 반복 펄스를 사용하여 수십m 내지 수천m까지의 거리를 측정하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 거리와 내부 형상을 스캔하는 레이저 스캐너와, 상기 레이저 스캐너가 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부를 무인으로 이동할 수 있도록 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle)와, 상기 레이저 스캐너의 하단에 형성하여 레이저 스캐너의 자세 방위각 형성하는 2축 모터 드라이버와, 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)를 구동하기 위한 모터의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 AGV(Auto Guided Vehicle)를 정밀하게 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부로 이루어져 상기 레이저 스캐너의 위치 및 스캔 자세를 결정하도록 조정하는 레이저 스캐너 자세 제어부와, 상기 위치 결정부의 레이저 변위계를 통해 레이저 스캐너의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정하기 위해 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하여 3축방향의 변위정보를 보정하여 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 이동에 따른 좌표 변화를 보정하며, 지피에스와 강결합으로 인해 실시간 원시 데이터를 획득하여 AGV(Auto Guided Vehicle)의 궤적을 추적하는 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)와, 상기 지피에스 수신기를 기준점으로 상기 레이저 변위계를 통해 레이저 스캐너의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표와 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 설치된 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하여 이로부터 3축방향 변위값을 추정하고 상기 레이저 스캐너를 통해 목표 지점의 좌표값을 형성하여 상기 목표지점의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출하는 메인 컨트롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템을 제공한다.
레이저 스캐너, 절대좌표, 공간정보, 강결합

Description

지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템{System for acquiring inside space information of underground space and shielding structure}
본 발명은 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 지피에스 수신기를 통해 기준점을 형성하고 이로부터 목표지점까지의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 위치 결정부와 레이저 스캐너와 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛), 레이저 스캐너 자세 제어부를 이용해 보정하여 메인 컨트롤러로부터 지하 공간 및 차폐 구조물의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출할 수 있는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 지피에스 수신기를 통한 기준점을 형성하여 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하고, 상기 기준점에 레이저 변위계를 설치하여 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 상단에 형성된 레이저 스캐너 사이의 거리를 측정하며, 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 설치된 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하여 이로부터 3축방향의 변위값을 추정하고 이로 인해 레이저 스캐너의 좌표값을 형성하여 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출할 수 있는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 철도, 도로 등을 건설하는 경우에 산악지형에서는 터널과 같은 지하 공간 및 차폐 구조물의 건설이 필수적으로 수반된다. 특히 국토의 70%가 산악지역인 우리나라의 경우는 지하공간의 대표적인 구조물인 터널의 경우 그 중요성은 더욱 크다고 할 수 있다.
상기 지하 공간 및 차폐 구조물은 지속적으로 증가추세에 있으며, 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 관리 부실로 인한 재난을 사전에 방지하기 위하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 유지관리에 많은 비용과 인력이 증가하고 있는 실정으로 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 위험관리 시스템에 대한 중요성이 부각되었다.
이에 따라 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 위험관리 시스템의 중요성의 부각에 의해 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득에 대한 필요성 역시 증가하고 있으며, 상기 공간정보 자료는 방재시스템 구축에서의 필요성뿐만 아니라 GIS 공간좌표 데이터베이스에서 중요한 역할을 하고 있다.
따라서, 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 공간정보를 획득하기 위한 다양한 기술이 개발되었으며 종래의 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획 득 시스템은 지하 공간 및 차폐 구조물 내면의 측면 및 천정으로부터 일정한 거리를 두고 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 바닥에 레이저 스캐너를 설치하고, 절대좌표를 알고 있는 터널 내면의 기준점을 4개 이상 측량하여, 상기 레이저 스캐너를 통해 위치 주사와 표면 주사를 행하여 상기 기준점과 위치주사를 통해 얻어진 데이터를 처리하고, 상기 레이저 스캐너의 설치 위치를 파악하며, 표면주사를 통해 얻어진 데이터를 처리하여 측정하고자하는 지하 공간 및 차폐 구조물 내면에 대한 표면 자료 및 영상을 구현하도록 구성되었다.
그러나 상기와 같은 종래의 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템은 레이저 스캐너를 고정된 위치에 설치하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 내면을 측정하는 것으로 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 전 부분에 대한 모니터링이 불가능하여 중요한 계측 지점을 설정하고 상기 계측 지점만 측정하여 비효율적이었으며, 이에 따라 전 부분에 대한 모니터링 시 비용은 물론 인력이 낭비되고, 계측 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었고, 그 효율성 또한 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 기술의 경우 지하 공간이라는 특수성으로 인하여 지피에스를 이용할 수 없었고, 광파기를 이용할 경우 공간정보 데이터 획득의 연속성이 떨어지고, 자동화가 불가능하였으며, 이로 인하여 기존의 레이저 스캐너는 공간정보의 연속적 취득과 절대좌표 획득이 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 지피에스 수신기를 통해 기준점을 형성하여 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하고, 이로부터 목표까지의 좌표를 위치 결정부와 레이저 스캐너와 레이저 스캐너 자세 제어부와 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)를 이용해 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정하여 메인 컨트롤러로부터 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 목표지점에 대한 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출함으로써 상기 지하 차폐 구조물의 공간 위치정보를 획득할 수 있고, 상기 레이저 스캐너의 내부에 디지털 카메라를 형성하여 상기 레이저 스캐너에 의해 스캔된 점들의 공간상의 영상정보를 동시에 획득할 수 있어 터널과 같은 긴 길이의 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 계측 시 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 이동을 통해 연속적으로 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보를 실시간으로 계측할 수 있는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 지피에스 수신기를 통해 기준점을 형성하여 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하고, 레이저 스캐너를 통해 목표한 좌표를 위치 결정부와 레이저 스캐너 자세 제어부와 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)를 이용해 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정하여 메인 컨트롤러로부터 지하 공간 및 차폐 구조물의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 공간 위치정보를 산출하고, 상기 레이저 스캐너의 내부에 디지털 카메라를 형성하여 상기 레이저 스캐너에 의해 스캔된 점들의 공간상의 영상정보를 동시에 획득할 수 있어 목표지점 대상 표면의 3차원 시각화가 가능하며, 이로부터 다양한 분석을 통해 지하 공간 및 차폐 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 인력을 절감할 수 있고, 상기 지하 공간 및 차폐 구조물에서 발생하는 사고를 사전에 방지할 수 있으며, 지진이나 수해 등과 같은 재해 이후의 지하 공간정보를 분석하여 재해재난 방지의 자료로 활용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 형상 및 공간좌표를 획득하여 공간정보를 획득할 수 있는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템에 있어서,
상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 형성하여 지피에스 안테나에 의해 지피에스 위성으로부터 좌표 데이터를 수신받아 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하여 상기 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 기준점으로 형성하는 지피에스 수신기와, 상기 지피에스 수신기의 기준점에 형성하여 상기 기준점과 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부에 형성된 레이저 스캐너의 거리를 측정하고 상기 레이저 스캐너의 위치를 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표로 환산하는 레이저 변위계를 포함하는 위치 결정부;
상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 형상 및 공간좌표를 획득하기 위해 녹색, 적색, 근적외선 등의 레이저를 이용해 수 khz 내지 수백 khz의 반복 펄스를 사용함으로써 수십m 내지 수천m까지의 거리를 측정하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 거리와 내부 형상을 스캔하는 레이저 스캐너;
상기 레이저 스캐너가 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부를 무인으로 이동할 수 있도록 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle)와, 상기 레이저 스캐너의 하단에 형성하여 레이저 스캐너의 자세 방위각 형성하는 2축 모터 드라이버와, 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)를 구동하기 위한 모터의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 AGV(Auto Guided Vehicle)를 정밀하게 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부로 이루어져 상기 레이저 스캐너의 위치 및 스캔 자세를 결정하도록 조정하는 레이저 스캐너 자세 제어부;
상기 위치 결정부의 레이저 변위계를 통해 레이저 스캐너의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정하기 위해 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하고, 3축방향의 변위정보를 보정하여 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 이동에 따른 좌표 변화를 보정하며, 지피에스와 강결합으로 인해 실시간 원시 데이터를 획득하여 AGV(Auto Guided Vehicle)의 궤적을 추적하는 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛);
상기 지피에스 수신기를 기준점으로 상기 레이저 변위계를 통해 레이저 스캐너의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표와 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 설치된 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하여 이로부터 3축방향 변위값을 추정하고 상기 레이저 스캐너를 통해 목표 지점의 좌표값을 형성하여 상기 목표지점의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출하는 메인 컨트롤러; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부는 레이저 스캐너를 지하 차폐 구조물 내부로 이동하기 위한 2개의 구동 서보모터와, 상기 구동 서보모터의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 상기 지하 차폐 구조물의 지표면이 일정하지 않고 요철부분에 의해 레이저 스캐너의 자세가 흐트러지거나 충격 및 충돌 등으로 연속적으로 속도 및 위치 형성에 실패하는 것을 방지하기 위한 구동 모터 드라이버와 상기 2개의 구동 서보모터를 동기 제어하는 모터 컨트롤러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 2축 모터 드라이버는 레이저 스캐너를 수직으로 290도 회전하도록 구성하는 수직 구동 스텝 모터와 상기 레이저 스캐너를 수평으로 360도 회전하도록 구성하는 수평 구동 스텝 모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)는 지피에스 수신기와 강결합을 통해 레이저 변위계를 이용하여 기준 거리 이동시 마다 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)를 초기화할 수 있도록 기준값을 트리거하여 적분오차를 상쇄시킬 수 있고, AGV(Auto Guided Vehicle)의 구동 서보모터로부터 피드백되어 오는 속도와 위치 값을 비교할 수 있어 최소 2개 이상의 기준속도와 가속도 값을 메인 컨트롤러에 제시할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 스캐너는 스캔된 점들의 공간상 위치정보와 함께 영상정보를 획득하여 상기 레이저 스캐너를 통해 취득된 점 데이터의 위치 보정 및 취득 영상과의 동기화를 수행하여 점 데이터 처리 및 영상을 처리하는 디지털 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 개략도이고, 도2는 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 블록도이며, 도3은 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 레이저 스캐너 자세 제어부의 블록도이고, 도4는 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 2축 모터 드라이버의 사시도이다.
본 발명은 터널과 같은 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 형상 및 공간정보를 획득하기 위해 상기 도1과 도2에 도시된 바와 같이 위치 결정부(100)에서 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 지피에스 수신기(110)를 통해 기준점을 형성하고, 상기 지피에스 수신기(110)로부터 지심 좌표계로 지구 타원체의 중심을 원점으로 X, Y, Z방향의 축을 따라 좌표를 결정하는 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하여 레이저 변위계(120)를 통해 레이저 스캐너(200)와의 거리를 측정해 상기 레이저 스캐너(200)의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득한다. 이때 레이저 스캐너 자세 제어부(300)를 통해 상기 레이저 스캐너(200)의 자세를 제어하고, IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)를 이용해 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)의 이동궤적을 추적하여 상기 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정할 수 있으며, 이로 인해 메인 컨트롤러로(500)부터 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 상기 레이저 스캐너(200)를 통해 목표지점의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정하여 산출할 수 있고, 상기 레이저 스캐너(200)에 디지털 카메라를 설치하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 공간좌표는 물론 영상정보를 획득할 수 있도록 한다.
상기 위치 결정부(100)의 지피에스 수신기(110)는 RTK(Real Time Kinematic) 방식을 이용하여 지피에스 안테나를 통해 지피에스 위성으로부터 상기 지피에스 수신기(110)의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표 X, Y, Z를 획득하여 이를 기준점으로 상기 기준점에 레이저 변위계(120)를 형성하여 상기 레이저 스캐너 자세 제어부(300)의 AGV(Auto Guided Vehicle)(310) 상단에 설치된 레이저 스캐너(200)와의 거리를 측정하여 상기 레이저 스캐너(200)의 위치를 좌표로 환산한다. 상기 레이저 스캐너 자세 제어부(300)는 도3에 도시된 바와 같이 상기 레이저 스캐너(200)를 자하 공간 및 차폐 구조물의 내부를 무인으로 이동할 수 있는 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)와, 상기 레이저 스캐너(200)의 하단에 형성하여 레이저 스캐너(200)의 자세 방위각을 형성하는 2축 모터 드라이버(320)와 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)를 구동하기 위한 모터의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)를 정밀하게 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부(330)로 이루어지며, 상기 위치 결정부(100)에서 획득한 레이저 스캐너(200)의 좌표를 보정하기 위해 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)를 형성하여 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)의 이동정보를 획득하고 이를 통해 변위정보를 보정하며, 상기 레이저 스캐너(200)의 위치를 레이저 변위계(120)와 함께 좌표로 환산 보정한다(ΔX, ΔY, ΔZ).
상기 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)는 지피에스와의 강결합을 통해 레이저 스캐너(200)를 설치한 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)의 이동에 따른 좌표 변화를 보정하기 위한 것으로 가속도계와 자이로센서를 통해 획득된 데이터를 모션분석 알고리즘을 통해 자세벡터 및 현재까지의 이동궤적 정보를 포함하여 상기 정보를 메인 컨트롤러(500)로 전송하며, 상기 정보는 레이저 스캐너(200)의 스캔 범위와 자세각을 형성하는 인자로 사용된다.
상기와 같이 레이저 변위계(120)와 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)를 통해 레이저 스캐너(200)의 좌표가 보정되면 상기 레이저 스캐너(200)는 디지털 카메라와 함께 목표지점의 공간형상 정보를 추출하고 3차원 거리를 측정하여 상기 레이저 스캐너(200)에 의해 스캔된 점 데이터의 좌표를 산출하며(U, V, W), 상기 기준점의 X, Y, Z WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표와 상기 레이저 변위계(120)와 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)를 통해 보정된 레이저 스캐너(200)의 좌표값(ΔX, ΔY, ΔZ)과 상기 레이저 스캐너(200)의 점 데이터 좌표(U, V, W)를 메인 컨트롤러(500)에 전송하여 상기 레이저 스캐너(200)에서 스캔한 점 데이터의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표((X, Y, Z)+(ΔX, ΔY, ΔZ)+(U, V, W))를 산출할 수 있도록 한다.
상기 레이저 스캐너(200)는 녹색, 적색, 근적외선 등의 레이저를 사용하며, 수 Khz 내지 수백 Khz의 반복펄스를 사용하여 수십 m 내지 수천 m까지 거리가 측정되고, 상기 레이저 스캐너(200) 내부에 디지털 카메라를 형성하여 상기 레이저 스캐너(200)를 통해 스캔한 점 데이터의 위치 정보와 함께 영상정보도 동시에 획득할 수 있어 목표지점의 표면에 3차원 시각화가 가능하고 이로부터 다양한 분석이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 레이저 스캐너(200)는 레이저 스캐너 자세 제어부(300)의 2축 모터 드라이버(320)를 통해 자세 방위각을 형성하며, 상기 2축 모터 드라이버(320)는 상기 레이저 스캐너(200)를 수직으로 290도 회전할 수 있도록 하는 수직 구동 스텝모터(321)와 수평으로 360도 회전이 가능하도록 하는 수평 구동 스텝모터(322)로 이루어져 상기 레이저 스캐너(200)의 자세 방위각을 결정하도록 한다.
또한, 상기 레이저 스캐너 자세 제어부(300)의 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부(330)는 레이저 스캐너(200)를 지하 공간 및 차폐 구조물에 이동하기 위해 2개의 구동 서보모터(331)를 구성하여 상기 레이저 스캐너(200)의 방향과 위치를 결정하며, IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)의 데이터 정밀도를 확보하기 위해 자세 유지 및 목표 거리를 유지함으로써 상기 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)에서 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있고, 상기 레이저 스캐너(200)의 자세 유지를 위해 상기 구동 서보모터(331)의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 지표면이 일정하지 않고 요철 부분에 의해 상기 레이저 스캐너(200)의 자세가 흐트러지거나 충격 및 충돌 등으로 연속적인 속도 및 위치 형성이 실패하는 것을 방지할 수 있도록 상기 구동 서보모터(331)를 구동하는 구동 모터 드라이버(332)와 상기 2개의 구동 서보모터(331)를 동기 제어하는 모터 컨트롤러(333)로 이루어져 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)(310)를 정밀하게 구동할 수 있도록 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 지피에스 수신기(110)를 통해 기준점을 형성하여 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하고, 레이저 스캐너(200)의 좌표를 레이저 변위계(120)와 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)(400)를 이용해 상기 레이저 스캐너(200)의 좌표를 보정하며, 메인 컨트롤러(500)로부터 상기 레이저 스캐너(200)에서 스캔된 점데이터의 좌표를 산출하여 상기 지하 차폐 구조물의 공간 위치정보를 산출하고, 상기 레이저 스캐너(200)의 내부에 디지털 카메라를 형성하여 상기 레이저 스캐너(200)에 의해 스캔된 점들의 공간상 위치정보와 함께 영상정보도 동시에 획득하여 대상 표면의 3차원 시각화가 가능하며, 이로부터 다양한 분석을 통해 지하 공간 및 차폐 구조물의 유지관리에 소요되는 비용과 인력을 절감할 수 있고, 재난을 사전에 방지할 수 있으며, 지진이나 수해 등과 같은 재해 이후의 지하 공간정보를 분석하여 재해재난 방지의 자료로 활용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 개략도.
도2는 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 블록도.
도3는 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 AGV 구동부를 나타내는 블록도.
도4는 본 발명에 따른 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템의 2축 모터 드라이버의 사시도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **
100 : 위치 결정부 110 : 지피에스 수신기
120 : 레이저 변위계 200 : 레이저 스캐너
300 : 레이저 스캐너 자세 제어부 310 : AGV(Auto Guided Vehicle)
320 : 2축 모터 드라이버 321 : 수직 구동 스텝모터
322 : 수평 구동 스텝모터 330 : AGV 구동부
331 : 구동 서보모터 332 : 구동 모터 드라이버
333 : 모터 컨트롤러 400 : IMU
500 : 메인 컨트롤러

Claims (5)

  1. 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 형상 및 공간좌표를 획득하여 공간정보를 획득할 수 있는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템에 있어서,
    상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 외부에 형성하여 지피에스 안테나에 의해 지피에스 위성으로부터 좌표 데이터를 수신받아 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 획득하여 상기 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 기준점으로 형성하는 지피에스 수신기와, 상기 지피에스 수신기의 기준점에 형성하여 상기 기준점과 상기 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부에 형성된 레이저 스캐너의 거리를 측정하고 상기 레이저 스캐너의 위치를 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표로 환산하는 레이저 변위계를 포함하는 위치 결정부;
    상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 형상 및 공간좌표를 획득하기 위해 녹색, 적색, 근적외선 등의 레이저를 이용해 수 khz 내지 수백 khz의 반복 펄스를 사용함으로써 수십m 내지 수천m까지의 거리를 측정하여 상기 지하 공간 및 차폐 구조물 내부의 거리와 내부 형상을 스캔하는 레이저 스캐너;
    상기 레이저 스캐너가 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부를 무인으로 이동할 수 있도록 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle)와, 상기 레이저 스캐너의 하단에 형성하여 레이저 스캐너의 자세 방위각 형성하는 2축 모터 드라이버와, 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)를 구동하기 위한 모터의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 AGV(Auto Guided Vehicle)를 정밀하게 구동하는 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부로 이루어져 상기 레이저 스캐너의 위치 및 스캔 자세를 결정하도록 조정하는 레이저 스캐너 자세 제어부;
    상기 위치 결정부의 레이저 변위계를 통해 레이저 스캐너의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 보정하기 위해 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하고, 3축방향의 변위정보를 보정하여 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 이동에 따른 좌표 변화를 보정하며, 지피에스와 강결합으로 인해 실시간 원시 데이터를 획득하여 AGV(Auto Guided Vehicle)의 궤적을 추적하는 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛);
    상기 지피에스 수신기를 기준점으로 상기 레이저 변위계를 통해 레이저 스캐너의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표와 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 속도 피드백 값을 바탕으로 설치된 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)로 상기 AGV(Auto Guided Vehicle)의 3축 가속도와 각속도를 이용한 속도벡터를 형성하여 이로부터 3축방향 변위값을 추정하고 상기 레이저 스캐너를 통해 목표 지점의 좌표값을 형성하여 상기 목표지점의 WGS84(World Geodetic System, 세계측지계) 좌표를 산출하는 메인 컨트롤러; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 AGV(Auto Guided Vehicle) 구동부는 레이저 스캐너를 지하 차폐 구조물 내부로 이동하기 위한 2개의 구동 서보모터와, 상기 구동 서보모터의 전압, 전류, 엔코더, 속도를 피드백하여 상기 지하 차폐 구조물의 지표면이 일정하지 않고 요철 부분에 의해 레이저 스캐너의 자세가 흐트러지거나 충격 및 충돌 등으로 연속적으로 속도 및 위치 형성에 실패하는 것을 방지하기 위한 구동 모터 드라이버와 상기 2개의 구동 서보모터를 동기 제어하는 모터 컨트롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2축 모터 드라이버는 레이저 스캐너를 수직으로 290도 회전하도록 구성하는 수직 구동 스텝 모터와 상기 레이저 스캐너를 수평으로 360도 회전하도록 구성하는 수평 구동 스텝 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)는 지피에스 수신기와 강결합을 통해 레이저 변위계를 이용하여 기준 거리 이동시 마다 IMU(Inertial measurement unit, 관성 측정 유닛)를 초기화할 수 있도록 기준값을 트리거하여 적분오차를 상쇄시킬 수 있고, AGV(Auto Guided Vehicle)의 구동 서보모터로부터 피드백되어 오는 속도와 위치 값을 비교할 수 있어 최소 2개 이상의 기준속도와 가속도 값을 메인 컨트롤러에 제시할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는 스캔된 점들의 공간상 위치정보와 함께 영상정보를 획득하여 상기 레이저 스캐너를 통해 취득된 점 데이터의 위치 보정 및 취득 영상과의 동기화를 수행하여 점 데이터 처리 및 영상을 처리하는 디지털 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 공간 및 차폐 구조물의 내부 공간정보 획득 시스템.
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