KR101193076B1 - System for real-time measuring penetration depth of pile using 3D photogrammetry - Google Patents
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Abstract
3차원 사진측량 기법을 이용함으로써 파일 항타에 따른 파일의 관입량을 3차원 이동량으로 나타낼 수 있고, 파일 및 항타장치의 손상을 방지하도록 파일의 정확한 관입량을 측정할 수 있는, 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템이 제공된다. 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 항타 파일의 관입량을 측정하기 위한 파일 관입량 측정 시스템에 있어서, 파일의 주변에 설치되어 촬영 타겟의 변위량을 측정하기 위한 영상을 획득하는 제1 및 제2 영상 획득 장치; 파일에 부착되어 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치에 의해 촬영되는 촬영 타겟; 제1 및 제2 영상 획득 장치가 동시에 작동하도록 동기화시키는 신호 발생기; 및 제1 및 제2 영상 획득 장치의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하고, 제1 및 제2 영상 획득 장치로부터 각각 촬영된 두 개의 영상 데이터를 수집하여 3차원 공간좌표를 추출하며, 파일의 관입량 및 리바운드량에 대응하는 3차원 이동량을 도출하는 데이터 처리장치를 포함하되, 파일의 3차원 이동량은 상기 파일의 수직변위, 좌우 기울기 및 상하 기울기인 것을 특징으로 한다.By using the 3D photogrammetry technique, the penetration of the file according to the pile drive can be expressed as a three-dimensional movement amount, and the three-dimensional photo measurement, which can measure the exact penetration of the pile to prevent damage to the pile and the steering device, Provided is a real time file penetration measurement system. The real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement, the pile penetration measurement system for measuring the penetration amount of the driving pile, is installed in the periphery of the pile to obtain an image for measuring the displacement of the shooting target First and second image acquisition devices; Photographing targets attached to a file and photographed by the first and second image capturing devices; A signal generator for synchronizing the first and second image acquisition devices to operate simultaneously; And controlling focal lengths and photographing angles of the lenses of the first and second image capturing apparatuses, extracting three-dimensional spatial coordinates by collecting two image data photographed from the first and second image capturing apparatuses, respectively. And a data processing apparatus for deriving a three-dimensional movement amount corresponding to the penetration amount and the rebound amount, wherein the three-dimensional movement amount of the file is a vertical displacement, a left and right tilt, and a vertical tilt of the file.
Description
본 발명은 항타 파일의 관입량 측정에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 파일 항타시 3차원 사진측정(3D photogrammetry)을 이용하여 실시간으로 파일 관입량을 측정하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to measurement of penetration amount of a driving pile, and more particularly, to a system for measuring pile penetration in real time using 3D photogrammetry during pile driving.
일반적으로 고층건물, 교량, 항만 등과 같은 토목공사를 시공하기 위하여 건축물을 건축하기에 앞서 지반에 말뚝, 즉, 파일(Pile)을 수직 방향으로 항타하는 파일 시공이 수행된다. 이러한 파일은 그 길이가 길고, 또한 중량이 무거움으로 항타기를 이용하여 지반에 항타된다.In general, pile construction, which piles piles, that is, piles, in the vertical direction is performed on the ground before constructing a building in order to construct civil works such as high-rise buildings, bridges, and harbors. These piles are long in length and heavy in weight, and are driven to the ground using a helm.
이러한 파일 시공은 토목공사의 기초 공정으로서, 갈수록 고층화되어 가는 건축물의 안전을 위하여 파일이 항타되는 길이와 저항력의 결정이 더욱 중요해지고 있는 실정이다.Such pile construction is a basic process of civil engineering, and it is increasingly important to determine the length and resistance of pile piles for safety of buildings that are getting higher and higher.
이러한 파일 항타시에는 반드시 관입량 및 리바운드량 등 항타에 의해 파일에 발생하는 변위를 측정하여 파일의 관입량을 관리하고 있다. 이것은 항타시 측정한 파일의 변위 거동을 통하여 파일 기초가 지반에 제대로 시공되었는지를 확인할 수 있을 뿐 아니라, 경험적 방법을 통해 파일의 지지력을 간접적으로 평가할 수 있기 때문이다.At the time of pile driving, the displacement of the pile is measured by the driving force such as the penetration amount and the rebound amount, thereby managing the penetration amount of the pile. This is because not only can the pile foundation be properly installed in the ground through the displacement behavior of piles measured at the time of driving, but also the indirect evaluation of pile's bearing capacity is made by empirical method.
이러한 파일의 지지력은 복잡한 현장 지반 조건이나 시공 상태에 따라 크게 좌우되며, 설계시에 파일의 지지력을 정확하게 예측하기 어렵고, 예를 들면, 30% 정도의 오차가 발생하기 때문에, 시공 시 파일의 지지력을 확인하기 위한 현장시험이 필수적이라고 할 수 있다. 하지만, 현재 실무적으로 항타 파일의 변위량 측정은 주로 수작업에 의해 이루어지고 있는데, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다.The bearing capacity of these piles is highly dependent on the complex site ground conditions and construction conditions, and it is difficult to accurately predict the pile bearing capacity at design time, for example, about 30% of errors occur. On-site testing to confirm is essential. However, in practice, the displacement amount of the driving pile is mainly measured by hand, which will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 파일 관입량 측정장치를 나타내는 도면이다.1A and 1B are diagrams illustrating a file penetration measurement apparatus according to the related art.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 파일 관입량 측정장치의 경우, 파일(10)을 파일해머(20)에 의해서 항타하는 동안 파일에 기록지(11)를 부착하고, 지면에는 고정된 타겟(12)을 설치함으로써, 상기 타겟(12)의 상면에 파일의 관입량 및 리바운드량을 펜이나 연필 등의 필기구(13)에 의해서 측정한다.1A and 1B, in the case of the pile penetration measuring apparatus according to the related art, the
이러한 수작업은 작업자의 안전성에 문제가 있고, 측정 범위의 한계가 존재하며, 주변 환경 요인에 의한 오차가 발생하고, 작업자의 임의 조작 가능성이 존재하며, 현장에서 데이터 계측 후 실내에서 따로 분석해야 한다는 문제점이 있다. 이에 따라 신뢰성 있는 계측 장비를 이용한 실시간 관입량 측정 시스템이 필요하며, 전술한 문제점을 극복하고자 다양한 계측 및 광학 장비를 항타 파일의 변위 측정에 적용한 개발 사례가 있었으나, 실무에서 사용하기에 불편한 점이 많아 아직은 적극적으로 사용되지 못하고 있다. 따라서 전술한 수작업의 단점을 보완하면서도 편리하게 사용할 수 있는 관입량 측정 기반의 항타 파일 품질관리 시스템이 필요한 실정이다.This manual work has a problem of worker safety, limitations of measurement range, error due to environmental factors, operator's arbitrary operation possibility, and data analysis in the field and analysis in the room separately. There is this. Accordingly, there is a need for a real-time penetration measurement system using reliable measurement equipment, and in order to overcome the above-mentioned problems, there have been development examples in which various measurement and optical equipments are applied to the displacement measurement of the driving pile, but there are still many inconveniences in practical use. It is not actively used. Therefore, there is a need for a drive file quality management system based on penetration measurement that can be conveniently used while supplementing the above disadvantages of manual work.
한편, 도 2는 종래의 기술에 따른 레이저 변위 측정장치를 이용한 파일 관입량 측정장치를 나타내는 도면이다.On the other hand, Figure 2 is a view showing a pile penetration measurement apparatus using a laser displacement measuring apparatus according to the prior art.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 레이저 변위 측정장치를 이용한 파일 관입량 측정장치의 경우, 레이저 변위 측정장치(31)를 파일(10) 가까운 지면에 설치하고 레이저빔의 반사판(32)을 파일해머(20)의 몸체에 부착하여, 파일(10) 항타 중에 레이저 변위 측정장치(31)로부터 반사판(32)까지의 거리를 측정하여, 이 거리의 변화량이 파일(10)의 관입량으로 환산된다.Referring to FIG. 2, in the case of the pile penetration measuring apparatus using the laser displacement measuring apparatus according to the related art, the laser
그리고 이러한 레이저 변위 측정장치(31)에서 측정된 거리의 변화량은 디지털 분석기(41)와 컴퓨터 시스템(42)을 거쳐 관입량으로 변환되어 프린터(43)로 출력된다.The amount of change in the distance measured by the laser
또한, 이러한 레이저 변위 측정장치(31)를 이용하는 방법은 레이저 변위 측정장치(31)를 파일해머(20)의 몸체에 부착하고, 레이저 빔의 반사판(32)을 파일 가까운 지면에 설치하여 측정할 수도 있다.In addition, the method using the laser
그러나 종래의 기술에 따른 레이저 변위 측정장치의 경우, 격심한 진동이 있을 경우에는 감지된 데이터에 오류가 발생하는 경우가 있고, 시스템에 사용된 통신방식에 따른 샘플링 속도(Sampling Rate)의 한계로 인하여 전체 성능이 제한 받는 단점이 있다. 특히, 파일(10)은 파일해머(20)에 충격을 받았을 때, 파일의 좌우 진동이 심한 경우, 레이저 변위 측정장치에서 출력되는 수직 이동량 정보가 부정확하여 파일(10)의 운동 특성을 관찰하기가 거의 불가능하다는 문제점이 있다.However, in the case of the laser displacement measuring apparatus according to the prior art, there is a case that an error occurs in the sensed data when there is severe vibration, and due to the limitation of the sampling rate according to the communication method used in the system The disadvantage is that overall performance is limited. In particular, when the
한편, 도 3a 및 도 3b는 종래의 기술에 따른 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템을 나타내는 도면이다.On the other hand, Figure 3a and Figure 3b is a view showing a drive quality analysis system using a displacement measurement mark according to the prior art.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템은, 관입되는 파일(10)의 표면에 부착되는 변위측정마크(51); 상기 변위측정마크(100)의 이동을 연속적으로 촬영하는 라인스캔 카메라(52); 및 상기 라인스캔 카메라(52)와 연결되어 상기 라인스캔 카메라(52)에 서 촬영된 영상자료를 수신하고, 수신된 영상자료를 이용하여 연산 작용을 하는 소프트웨어가 내장된 휴대용 컴퓨터(53)를 포함한다.3A and 3B, the drive quality analysis system using the displacement measurement mark according to the related art includes a
종래의 기술에 따른 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템의 경우, 자료를 항타 즉시 산출할 수 있도록 만든 자동화 항타 관리 시스템으로서, 분해도와 샘플링 속도(Sampling Rate)가 높고, 현장에서 즉시 자료 처리가 가능하지만, 단지 1차원 라인스캔 카메라(Line-scan Camera)를 사용하여 파일의 수직 변위에 대응하는 관입량 및 리바운드량을 측정하며, 특수 제작한 마커를 파일에 부착하여야 한다는 문제점이 있다.In the case of the drive quality analysis system using the displacement measurement mark according to the prior art, it is an automated drive management system that can calculate the data immediately, and has high resolution and sampling rate, and it is possible to process the data immediately in the field. However, there is a problem in that the penetration amount and the rebound amount corresponding to the vertical displacement of the pile are measured using only one-dimensional line-scan camera, and a specially manufactured marker is attached to the pile.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 3차원 사진측량 기법을 이용함으로써 파일 항타에 따른 파일의 관입량을 3차원 이동량으로 나타낼 수 있는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention for solving the above-described problems, the real-time file penetration amount using the three-dimensional photo measurement that can represent the penetration amount of the file according to the file driving by the three-dimensional movement amount by using the three-dimensional photogrammetry technique It is to provide a measurement system.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 파일 및 항타장치의 손상을 방지하도록 파일의 정확한 관입량을 측정할 수 있는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement that can measure the exact penetration amount of the file to prevent damage to the pile and the navigation device.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 항타 파일의 관입량을 측정하기 위한 파일 관입량 측정 시스템에 있어서, 파일의 주변에 설치되어 촬영 타겟의 변위량을 측정하기 위한 영상을 획득하는 제1 및 제2 영상 획득 장치; 상기 파일에 부착되어 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치에 의해 촬영되는 촬영 타겟; 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치가 동시에 작동하도록 동기화시키는 신호 발생기; 및 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하고, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치로부터 각각 촬영된 두 개의 영상 데이터를 수집하여 3차원 공간좌표를 추출하며, 상기 파일의 관입량 및 리바운드량에 대응하는 3차원 이동량을 도출하는 데이터 처리장치를 포함하되, 상기 파일의 3차원 이동량은 상기 파일의 수직변위, 좌우 기울기 및 상하 기울기인 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-mentioned technical problem, the real-time file penetration measurement system using the three-dimensional photographic measurement according to the present invention, in the file penetration measurement system for measuring the penetration amount of the driving file, First and second image acquisition devices installed to acquire an image for measuring an amount of displacement of the photographing target; Photographing targets attached to the file and photographed by the first and second image capturing devices; A signal generator for synchronizing the first and second image acquisition devices to operate simultaneously; And controlling focal lengths and photographing angles of the lenses of the first and second image capturing apparatuses, extracting three-dimensional spatial coordinates by collecting two image data photographed from the first and second image capturing apparatuses, respectively. And a data processing apparatus for deriving a three-dimensional movement amount corresponding to the penetration amount and the rebound amount of the file, wherein the three-dimensional movement amount of the file is vertical displacement, left and right tilt, and vertical tilt of the file.
여기서, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치가 상기 촬영 타겟을 동시에 촬영하여 두 개의 영상 데이터를 생성하고, 두 개의 영상 데이터로부터 3차원 좌표를 생성함으로써 상기 파일에 발생된 변위를 측정할 수 있다.Here, the first and second image capturing apparatuses may simultaneously photograph the photographing target to generate two image data and generate three-dimensional coordinates from the two image data to measure the displacement generated in the file.
여기서, 상기 파일에 부착된 촬영 타겟을 중심으로 전면부 또는 측면부에 일정간격의 거리를 유지한 제1 및 제2 영상 획득 장치를 배치하며, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치를 이용하여 항타 파일에 발생된 3차원 변위를 측정할 수 있다.The first and second image capturing apparatuses may be disposed on the front surface or the side surface of the photographing target attached to the file, and the driving file may be formed using the first and second image capturing apparatuses. Can measure the three-dimensional displacement generated.
여기서, 상기 데이터 처리장치는, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하는 카메라 제어부; 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치로부터 각각 상기 촬영 타겟을 촬영한 영상 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 촬영 타겟을 촬영한 영상 데이터에 대응하는 3차원 공간좌표를 처리하는 3차원 공간좌표 처리부; 및 상기 3차원 공간좌표 처리부에서 처리된 3차원 공간좌표에 따라 파일의 3차원 이동량에 대응하는 변위를 분석하는 데이터 분석부를 포함할 수 있다.The data processing apparatus may include a camera controller configured to control focal lengths and photographing angles of lenses of the first and second image capturing apparatuses; A data collector configured to collect image data photographing the photographing target from the first and second image capturing apparatuses; A three-dimensional spatial coordinate processor configured to process a three-dimensional spatial coordinate corresponding to the image data of the photographing target; And a data analyzer configured to analyze a displacement corresponding to the three-dimensional movement amount of the file according to the three-dimensional spatial coordinates processed by the three-dimensional spatial coordinate processor.
여기서, 상기 3차원 공간좌표 처리부는 상기 두 개의 영상 데이터로부터 3차원 좌표를 추출한 후, 좌표 변환에 따른 상기 파일의 종단 변형값을 추출할 수 있다.The three-dimensional spatial coordinate processing unit may extract three-dimensional coordinates from the two image data and then extract a longitudinal deformation value of the file according to coordinate transformation.
여기서, 상기 촬영타겟의 형태는 구의 형태일 수 있다.Here, the shape of the shooting target may be a shape of a sphere.
여기서, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치는 각각, 촬영 타겟을 촬영하는 CCD 카메라; 상기 CCD 카메라를 줌시키는 전동 줌 렌즈; 상기 CCD 카메라를 전후 방향으로 이동시키는 액추에이터; 상기 CCD 카메라를 좌우로 회전시키는 좌우조절 팬틸트; 및 상기 CCD 카메라를 상하로 회전시키는 상하조절 팬틸트를 포함할 수 있다.The first and second image capturing apparatuses may include: a CCD camera configured to photograph an imaging target; An electric zoom lens for zooming the CCD camera; An actuator for moving the CCD camera in the front and rear directions; Left and right adjustment pan tilt to rotate the CCD camera left and right; And it may include a vertical tilt pan tilt to rotate the CCD camera up and down.
본 발명에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 상기 파일 항타시 상기 파일의 변위를 시뮬레이션하는 파일 항타 변위발생기를 추가로 포함할 수 있다.The real-time pile penetration measurement system using the three-dimensional photograph measurement according to the present invention may further include a pile drive displacement generator for simulating the displacement of the pile during the pile driving.
여기서, 상기 파일 항타 변위발생기는, 파일 항타시 상기 파일의 상하 거동을 나타내는 액츄에이터; 파일 항타시 상기 파일의 좌우 기울기를 나타내는 고니오미터; 및 파일 항타시 상기 파일의 전후 기울기를 나타내는 로터리미터를 포함할 수 있다.Here, the pile drive displacement generator may include an actuator indicating a vertical motion of the pile when the pile is driven; Goniometer indicating the left and right slope of the pile during pile driving; And a pile meter may include a rotary meter indicating the front and rear slope of the pile.
본 발명에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 상기 제1 영상 획득 장치의 전후 방향 구동, 좌우조절 팬틸트 및 상하조절 팬틸트 구동을 제어하는 제1 카메라 구동 제어부; 및 상기 제2 영상 획득 장치의 전후 방향 구동, 좌우조절 팬틸트 및 상하조절 팬틸트 구동을 제어하는 제2 카메라 구동 제어부를 추가로 포함할 수 있다.Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photograph measurement according to the present invention, the first camera drive control unit for controlling the forward and backward direction, left and right adjustment pan tilt and vertical adjustment pan tilt drive of the first image acquisition device; And a second camera driving controller configured to control the forward-backward driving, the left-right adjusting pan tilt, and the up-down adjusting pan tilt driving of the second image capturing apparatus.
본 발명에 따르면, 3차원 사진측량 기법을 이용함으로써 파일의 관입량을 3차원 좌표로 변환하고 파일의 3차원 이동량을 측정할 수 있다.According to the present invention, it is possible to convert a penetration amount of a file into three-dimensional coordinates and to measure a three-dimensional movement amount of the file by using a three-dimensional photogrammetry technique.
본 발명에 따르면, 관입량의 정도를 표시하기에 적합한 촬영 타겟을 파일에 부착하여 발생 관입량을 3차원 좌표로 나타낼 수 있다.According to the present invention, a shooting target suitable for displaying the degree of penetration can be attached to a file so that the generated penetration can be represented in three-dimensional coordinates.
본 발명에 따르면, 파일의 정확한 관입량을 측정하여 파일 및 항타장치의 손상을 방지하고 기초 및 지반의 안정성을 도모할 수 있다.According to the present invention, it is possible to measure the precise penetration amount of the pile to prevent damage to the pile and the driving device, and to improve the stability of the foundation and the ground.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 파일 관입량 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 레이저 변위 측정장치를 이용한 파일 관입량 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 기술에 따른 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 동작 원리를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 영상 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 절대좌표 시스템과 임시좌표 시스템을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 방법에서 절대 변형량 산출 과정의 동작흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 영상 획득 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 파일 항타 변위발생기를 예시하는 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 변위 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 운용 과정의 개략적인 순서도이다.
도 14a 내지 도 14l은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 운용 과정을 예시하는 도면들이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 표적 측정 및 표적 변위 측정결과를 나타내는 도면들이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 제어 변위 및 측정 변위를 비교하기 위한 도면들이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 누적 변위에 대한 오차율을 나타내는 도면이다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 정밀도 평가를 예시하는 도면들이다.1A and 1B are diagrams illustrating a file penetration measurement apparatus according to the related art.
2 is a view showing a pile penetration measurement apparatus using a laser displacement measuring apparatus according to the prior art.
3a and 3b is a view showing a drive quality analysis system using a displacement measurement mark according to the prior art.
4 is a block diagram of a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a detailed configuration of a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the operating principle of the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining image processing in a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an absolute coordinate system and a temporary coordinate system in a real-time file penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention.
9 is an operation flowchart of an absolute deformation calculation process in a real-time file penetration measurement method using a three-dimensional photograph measurement according to an embodiment of the present invention.
10A and 10B are diagrams for describing an image capturing apparatus in a real-time file penetration measurement system using 3D photometry according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a photograph illustrating a pile driving displacement generator in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining a displacement measurement in a real-time pile penetration measurement system using a three-dimensional photograph measurement according to an embodiment of the present invention.
13 is a schematic flowchart of an operation process of a real-time file penetration measurement system using three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention.
14A to 14L are diagrams illustrating an operation process of a real-time file penetration measurement system using 3D photometry according to an exemplary embodiment of the present invention.
15A and 15B are diagrams illustrating target measurement and target displacement measurement results in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
16A and 16B are diagrams for comparing control displacements and measurement displacements in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating an error rate with respect to cumulative displacement in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
18A and 18B are diagrams illustrating precision evaluation in a real-time file penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 항타 작업 시 파일의 변위 거동을 측정하기 위하여 디지털 장비를 이용하여 시간에 따른 파일의 이미지를 획득하고, 3차원 사진 측량 및 영상 처리 기법을 활용하여 파일의 3차원 변위를 분석할 수 있다.First, the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention, to obtain the image of the file over time using digital equipment to measure the displacement behavior of the file during the driving operation, 3 Three-dimensional photogrammetry and image processing techniques can be used to analyze three-dimensional displacements of files.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 세부 구성을 나타내는 도면이다.4 is a block diagram of a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention It is a figure which shows a detailed structure.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 제1 영상 획득 장치(100), 제2 영상 획득 장치(200), 신호 발생기(300), 파일 항타 변위발생기(400), 촬영 타겟(500), 제1 구동제어 및 데이터 변환부(600), 제2 구동제어 및 데이터 변환부(700), 변위데이터 변환부(800) 및 데이터 처리장치(900)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the real-time file penetration measurement system using 3D photo measurement according to an embodiment of the present invention, the first
제1 영상 획득 장치(100) 및 제2 영상 획득 장치(200)는 각각 파일의 주변에 설치되어 촬영 타겟의 변위량 결과를 측정하며, 예를 들면, CCD 카메라일 수 있다.The first
상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)는 각각 도 5에 도시된 바와 같이, CCD 카메라(110, 210), 전동 줌 렌즈(120, 220), 액츄에이터(130, 230), 좌우조절 팬틸트(140, 240), 상하조절 팬틸트(150, 250) 및 삼각대(160, 260)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, the first and second
CCD 카메라(110, 210)는 촬영 타겟(500)을 촬영하기 위한 카메라이고, 전동 줌 렌즈(120, 220)를 구비한다.The
액츄에이터(130, 230)는 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)를 전후 방향으로 이동시킬 수 있다.The
좌우조절 팬틸트(140, 240)는 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200), 즉 CCD 카메라(110, 210)를 좌우로 회전시킬 수 있고, 상하조절 팬틸트(150, 250)는 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200), 즉 CCD 카메라(110, 210)를 상하로 회전시킬 수 있다.The left and right adjustment pan tilts 140 and 240 may rotate the first and second
삼각대(160, 260)는 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)를 지지하여 파일 근처에 고정한다.
또한, 신호 발생기(300)는 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)가 동시에 작동될 수 있도록 동기화시킨다.In addition, the
구체적으로, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)로 측정한 영상정보를 획득하기 위해서는 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)가 자동으로 영상을 획득하여 전송하는 방법, 트리거(trigger)를 사용하는 방법 그리고 정해진 속도로 전송하는 방법이 있다. 두 대 이상의 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)로부터 영상을 분석하기 위해서는 두 영상 촬영 시간의 동기화(synchronization)가 필수적으로, 동기화가 제대로 되지 않으면 영상을 동시간대에 획득하지 못하기 때문에 파일의 변위를 제대로 측정할 수 없다. 이러한 동기화를 위해서 트리거를 사용하여 영상정보를 획득하는 방법을 선택할 수 있다. 이때, 트리거의 종류에는 소프트웨어 트리거와 외부 트리거가 있으며, 본 발명의 실시예에서는 가장 신뢰할 수 있는 방법인 외부 트리거 신호를 받아 영상을 전송해주는 기능이 포함된 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)를 사용한다. 따라서 상기 신호 발생기(300)는 트리거를 위해 사용자가 설정한 신호를 주어진 주파수에 맞추어 발생시키는 장치이다.In detail, in order to acquire image information measured by the first and second
또한, 파일 항타 변위발생기(400)는 파일 항타를 시뮬레이션할 수 있는 장치로서, 축변위 및 회전변위를 예를 들면, 0.01㎜의 정밀도로 제어할 수 있고, 항타시 파일의 관입 및 편타 모사가 가능하다.In addition, the pile
상기 파일 항타 변위발생기(400)는 액츄에이터(410), 로터리미터(Rotary Meter: 420) 및 고니오미터(Goniometer: 430)를 포함할 수 있다.The pile
이때, 액츄에이터(410)는 파일의 상하 거동을 나타내며, 로터리미터(420)는 파일의 상하 기울기를 나타내고, 고니오미터(430)는 파일의 좌우 기울기를 나타낸다.At this time, the
또한, 촬영 타겟(500)은 항타 파일의 주변에 일정 간격으로 설정되고 상기 파일 및 상기 파일 항타 변위발생기(400)에 각각 부착되며, 한 쌍의 CCD 카메라(100, 200)에 의해 촬영된다. 여기서, 상기 촬영 타겟(500)의 형태는 예를 들면, 구의 형태일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니고 변위를 측정하기에 적합한 형태로 변형될 수 있다.In addition, the photographing
또한, 변위데이터 변환부(800)는 예를 들면, Serial To Ethernet Converter로서 RS-232일 수 있고, 파일 항타 변위발생기(400)의 액츄에이터(410)를 구동하기 위한 데이터를 전달하거나, 또는 상기 파일 항타 변위발생기(400)로부터 발생된 데이터를 데이터 처리장치(900)로 전달한다.In addition, the
또한, 데이터 처리장치(900)는 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하고, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)로부터 각각 촬영된 두 개의 영상 데이터를 수집하여 3차원 공간좌표를 추출하며, 상기 파일의 관입량 및 리바운드량에 대응하는 3차원 이동량을 도출하기 위한 데이터 수집 및 시스템 제어장치로서 컴퓨터(PC)일 수 있고, 항타 파일의 관입량 측정 결과인 데이터를 수집하고, 렌즈의 초점거리와 카메라의 타겟 촬영각도를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 파일의 3차원 이동량은 상기 파일의 수직변위, 좌우 기울기 및 상하 기울기를 나타낸다.In addition, the
상기 데이터 처리장치(900)는 카메라 제어부(910), 데이터 수집부(920), 3차원 공간좌표 처리부(930) 및 데이터 분석부(940)를 포함할 수 있다.The
카메라 제어부(910)는 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어한다.The
데이터 수집부(920)는 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)로부터 각각 상기 촬영 타겟(500)을 촬영한 영상 데이터를 수집한다.The
3차원 공간좌표 처리부(930)는 상기 촬영 타겟(500)을 촬영한 영상 데이터에 대응하는 3차원 공간좌표를 처리한다.The 3D spatial coordinate
데이터 분석부(940)는 상기 3차원 공간좌표 처리부(930)에서 처리된 3차원 공간좌표에 따라 파일 변위를 분석한다.The data analyzer 940 analyzes the file displacement according to the three-dimensional spatial coordinates processed by the three-dimensional spatial coordinate
또한, 제1 및 제2 구동제어 및 데이터 변환부(600, 700)는 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200) 및 상기 데이터 처리장치(900) 간의 구동데이터 전달 또는 촬영된 데이터의 전달을 위한 것으로, 상기 제1 및 제2 구동제어 및 데이터 변환부(600, 700)는 각각 Serial To Ethernet Converter(RS-232)(610, 710), 허브(Hub)(620, 720), Serial To Ethernet Converter(RS-485)(630, 730) 및 제어박스(카메라 구동 제어부)(640, 740)를 포함할 수 있다.The first and second driving control and
본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 사용하는 액츄에이터(130, 230)는 시리얼 통신을 사용한다. 이때, 시리얼 통신은 데이터를 비트 단위로 전송하는 통신방식으로서, (패러럴 통신과 반대인) 시리얼 통신의 종류는 다양하지만, 산업계에서는 일반적으로 RS232 통신 방식을 가장 많이 사용한다. 그러나 기존의 시리얼로만 연결되는 두 개의 시리얼 장치들은 거리의 제한이 있으며, RS232 장치의 연결 거리는 최대 15미터 정도로 제한되어 있다. 이를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에 시리얼 방식을 이더넷(ethernet) 방식으로 변환해 주는 컨버터를 사용할 수 있다.The
상기 제어박스(카메라 구동 제어부)(640, 740)는 각각 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)의 액츄에이터(130, 230), 좌우 조절 팬틸트(140, 240) 및 상하 조절 팬틸트(150, 250)의 구동을 제어한다.The control boxes (camera drive controllers) 640 and 740 are
따라서 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 파일에 부착된 촬영 타겟(500)을 중심으로 전면부 또는 측면부에 일정간격 거리를 유지한 한 쌍의 CCD 카메라(100, 200)를 배치하며, 한 쌍의 CCD 카메라(100, 200)를 이용하여 항타파일에 발생된 변위를 측정하며, 한 쌍의 CCD 카메라(100, 200)가 촬영타겟(500)을 동시에 촬영함으로써, 두 개의 영상 데이터를 생성하고, 이러한 두 개의 영상 데이터로부터 3차원 좌표를 생성함으로써, 파일에 발생된 변위에 대응하는 3차원 이동량을 측정하게 된다.Therefore, the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention, a pair of CCD camera maintaining a constant distance distance on the front or side surface centering on the
본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 사진측량 기법을 이용함으로써 파일의 관입량을 3차원 좌표로 변환하고 파일의 3차원 이동량을 측정할 수 있고, 관입량의 정도를 표시하기에 적합한 촬영 타겟을 파일에 부착하여 발생 관입량을 3차원 좌표로 나타낼 수 있다. 이에 따라 파일의 정확한 관입량을 측정하여 파일 및 항타장치의 손상을 방지하고, 기초 및 지반의 안정성을 도모할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by using a three-dimensional photogrammetry technique to convert the penetration amount of the file into three-dimensional coordinates and to measure the three-dimensional movement of the file, and to select a shooting target suitable for displaying the degree of penetration amount Attached to a file, the generated penetration can be expressed in three-dimensional coordinates. Accordingly, by measuring the exact penetration amount of the pile, it is possible to prevent damage to the pile and driving device, and to improve the stability of the foundation and ground.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 동작 원리를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating an operation principle of a real-time file penetration measurement system using 3D photo measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은, 두 대의 카메라를 통해 파일의 영상을 촬영하고, 데이터 처리장치인 컴퓨터(900)에서 상기 촬영된 2개의 영상 사진을 획득하여 3차원 좌표를 추출하고, 해석도화 소프트웨어 및 물체 분석 소프트웨어를 통해 파일의 3차원 이동량에 대응하는 변형벡터를 생성함으로써, 파일의 관입량 및 리바운드량의 거동을 도출할 수 있다. 이러한 과정은 파일 항타시 실시간으로 반복 수행됨으로써 실시간 통합 분석 시스템으로 구현될 수 있고, 결국 디지털 품질 관리가 가능해진다. 이러한 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.Referring to FIG. 6, in the real-time file penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an exemplary embodiment of the present invention, an image of a file is photographed through two cameras, and the photographing is performed by a
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 영상 처리를 설명하기 위한 도면이다.On the other hand, Figure 7 is a view for explaining the image processing in the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서, 도 7의 a)는 초기의 좌측 영상을 나타내고, 도 7의 b)는 경계값(Threshold)을 적용한 영상을 나타내며, 도 7의 c)는 좌측 영상의 윤곽 추출을 나타낸다. 도 7의 a) 내지 c)는 좌측 영상에 대한 영상처리를 나타내며, 우측 영상에 대해서도 동일한 방식으로 경계값 및 윤곽을 추출할 수 있다.In the real-time file penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an embodiment of the present invention, a) of FIG. 7 shows an initial left image, and b) of FIG. 7 shows an image to which a threshold is applied. 7C shows extraction of the contour of the left image. 7A to 7C illustrate image processing of the left image, and the boundary value and the contour may be extracted in the same manner with respect to the right image.
현재 영상 처리를 수행하는 원본 데이터의 종류는 컬러, 흑백, 이진으로 분류할 수 있다. 측정 대상을 컬러 사진은 색상의 차이로, 흑백 사진은 색깔의 구분은 없지만 농담으로서 나타내므로 명암으로서 입체적인 감각을 표현할 수 있으며, 이진 영상 데이터에서는 그레이 영상을 경계값(threshold)으로 이용하여 흑과 백의 두 가지 색으로 데이터를 취급한다. 그러므로 컬러 사진보다는 흑백 사진을 주로 영상 처리에서 많이 사용하며, 이진 영상은 처리에 있어서 단순하고 실용적인 영상 처리 시스템에 널리 사용한다.Types of original data that currently perform image processing may be classified into color, black and white, and binary. The color of the object is measured as the color difference, and the black and white picture is expressed as a shade, but the color can be expressed as a contrast, and the three-dimensional sense can be expressed as contrast.In the binary image data, the gray image is used as a threshold for black and white. Treat data in two colors. Therefore, black and white photographs are mainly used in image processing rather than color photographs, and binary images are widely used in image processing systems that are simple and practical in processing.
경계값 처리는 컬러나 흑백으로 촬영된 입력영상의 각 화소에 대해서 명도가 있는 일정한 값(경계값) 이상의 경우에 대응하는 출력 영상 화소값을 1로 하고 그 외의 경우는 0으로 하는 처리 방식이다.The boundary value processing is a processing method in which the output image pixel value corresponding to the case where the brightness of the input image photographed in color or black and white is equal to or greater than the constant value (boundary value) having brightness is set to 1, and in other cases, 0.
또한, 윤곽의 정의는 물체의 외곽을 나타내는 선으로, 윤곽은 영상 처리 차원에서는 영상을 특징짓는 선 요소라고 말할 수 있다. 영상의 많은 부분들은 대상물의 윤곽선을 주체로 하는 선으로서 표현되므로, 이러한 영상 처리에서 윤곽의 추출은 중요한 과정이며, 이러한 영상 처리에서는 영상의 농담과 색의 급격한 변화가 있는 부분을 물체와 물체, 혹은 물체와 배경의 경계를 윤곽으로 추출한다. 예를 들면, 윤곽을 추출하기 위한 방법으로는 우선 1차 및 2차 미분에 의한 영상 처리방법이 있다.In addition, the definition of the contour is a line representing the outline of the object, the contour can be said to be a line element that characterizes the image in the image processing dimension. Since many parts of the image are represented as lines mainly composed of the outline of the object, the extraction of the outline is an important process in such image processing. The boundary between the object and the background is extracted. For example, as a method for extracting an outline, first, there is an image processing method using first and second derivatives.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 절대좌표 시스템과 임시좌표 시스템을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an absolute coordinate system and a temporary coordinate system in a real-time file penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 사진 측량과 관련된 절대 변형량을 산출하기 위해서는 절대 좌표계를 설정하여야 한다. 즉, 사진측정에서 촬영에 들어가기 전 가장 기본적인 사항은 좌표계의 설정이다.First, in the real-time file penetration measurement system using 3D photometry according to an embodiment of the present invention, an absolute coordinate system must be set in order to calculate an absolute deformation amount related to photogrammetry. In other words, the most basic thing before taking a picture in photo measurement is the setting of the coordinate system.
일반적으로 좌표계는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기준점에 대한 삼각 측량을 위한 기선 방향을 X축으로 잡고 피사체 방향을 Z축, 연직상향을 Y축으로 설정한다. 일반 대상물에 대한 측량에서는 1회 측정으로 완료되기 때문에 문제가 없으나 변형 측정일 경우에는 일정기간을 주기로 하는 반복적인 촬영이기 때문에 절대 좌표계의 설정이 필수적이다. 측정주기가 몇 시간 정도로 짧을 경우에는 카메라를 그대로 유지하면 시스템 오류가 발생하지 않으나 장기간에 걸친 측정을 필요로 할 때에는 기준점에 대한 삼각 측량 시 기선이 불변이라고 가정할 수 없으므로 절대 좌표계가 변하게 된다.In general, as shown in FIG. 8, the coordinate system sets the Z direction and the vertical direction to the Y axis, while the base line direction for the triangulation with respect to the reference point is taken as the X axis. In surveying a general object, there is no problem because it is completed in one measurement, but in the case of deformation measurement, it is necessary to set an absolute coordinate system because it is a repetitive shooting with a certain period. If the measurement cycle is short for a few hours, keeping the camera intact does not cause a system error, but when a long-term measurement is required, the absolute coordinate system changes because the baseline cannot be assumed to be invariant when triangulating to a reference point.
결국, 좌표계가 3차원으로 회전하기 때문에 2단계, 3단계, 4단계 촬영 시의 기준점 좌표계를 1단계 촬영시의 좌표계로 3차원 역회전 변환하여야 한다. 이를 위해서 3가지의 회전인자들을 결정해야 한다. 즉, 1) 좌표계의 scale factor(λ), 2) 서로 직교하는 3축에 대한 회전각(ωA, φA, κA), 및 3) 동일 축을 따라 이동한 이동량(XA, YA, ZA)을 결정해야 한다.As a result, since the coordinate system rotates in three dimensions, the reference point coordinate system in the second, third and fourth stages of photographing should be converted three-dimensional inverse rotation to the coordinate system in the first stage of photographing. To do this, three rotation factors must be determined. That is, 1) the scale factor (λ) of the coordinate system, 2) the rotation angles (ω A , φ A , κ A ) with respect to three axes orthogonal to each other, and 3) the amount of movement (X A , Y A , Z A ) must be determined.
이러한 7개의 인자(λ, ωA, φA, κA, XA, YA, ZA)를 구하기 위해서는 우선 측정 대상인 구조물로 인한 지반의 거동에 대해 안정된 최소 3점 이상의 기준점(reference point)을 정하고, 매 측정단계 마다 기준점의 삼각측량과 함께 정밀 측정하여 3차원 좌표를 구하여야 한다. 1차 측정시의 성과와 2차 측정성과를 비교함으로써 이들 변환인자를 구하게 된다. 다수의 기준점을 선정하여 최소제곱법(least square method)을 이용할 수도 있으나, 어느 한 좌표축을 고정한다면 유일해 방법으로 정확한 성과를 얻을 수 있다.In order to obtain these seven factors (λ, ω A , φ A , κ A , X A , Y A , Z A ), at least three reference points stable for the ground behavior due to the structure to be measured are selected. In each measurement step, three-dimensional coordinates should be obtained by precise measurement along with triangulation of the reference point. These conversion factors are found by comparing the results of the first and second measurements. The least square method can be selected by selecting a plurality of reference points, but if one coordinate axis is fixed, the unique method can achieve accurate performance.
이러한 7개의 인자들을 구하기 위해서는 절대 좌표계와 임시 좌표계에서 이미 알고 있는 최소 3점의 기준점 좌표가 필요하다. 또한, 이들 인자들을 구하기 위해서는 축척계수 결정, 회전행렬 결정 및 평행 이동량의 결정 과정이 필요하다.To obtain these seven factors, we need at least three reference point coordinates known in absolute and temporary coordinates. In addition, in order to obtain these factors, it is necessary to determine the scale factor, determine the rotation matrix, and determine the amount of parallel movement.
결국, 절대 변형량 산출은 각 중요지점(epoch)의 좌표계에 대한 λA, ωA, φA, κA, XA, YA, ZA가 구해지게 되면, 각 기준점을 이용하여 번들 조정(bundle adjustment)을 실시하고 얻어진 각 미지점의 3차원좌표를 원래의 기준 좌표계로 변환한다. 결국, 각 중요지점(epoch)별로 변환된 미지점의 최종 3차원 좌표를 비교함으로써, 절대 변형량을 도 9에 도시된 바와 같이 산출할 수 있다.As a result, the absolute deformation calculation is performed by bundling each reference point when λ A , ω A , φ A , κ A , X A , Y A , and Z A for the coordinate system of each epoch are obtained. and adjust the three-dimensional coordinates of each unknown point to the original reference coordinate system. As a result, the absolute amount of deformation can be calculated as shown in FIG. 9 by comparing the final three-dimensional coordinates of the unknown point transformed for each significant point (epoch).
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 방법에서 절대 변형량 산출 과정의 동작흐름도이다.9 is an operation flowchart of an absolute deformation calculation process in a real-time file penetration measurement method using a three-dimensional photograph measurement according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 방법에서 절대 변형량 산출 과정은, 먼저, 제1 사진 처리(S110) 및 제2 사진 처리(S120), 중요지점에 대한 특성값 산출(S130), 좌표 변환(S140), 3차원 좌표 생성(S150) 및 절대 변형량 산출(S160) 과정으로 수행된다.Referring to FIG. 9, in the real-time file penetration measurement method using three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention, the absolute deformation amount calculation process may include first, first and second photo processing (S110) and second photo processing (S120); Characteristic value calculation (S130), coordinate transformation (S140), three-dimensional coordinate generation (S150) and absolute deformation calculation (S160) process for the important point is performed.
구체적으로, 제1 사진 처리(S110)는 제1 기준점 측량(S111), 제1 사진 촬영(S112), 제1 좌표계에 의한 기준점 산출(S113), 번들 조정(S114) 및 제1 측점의 3차원 위치 표준편차 산출(S115) 과정으로 수행된다. 또한, 제2 사진 처리(S120)는 제2 기준점 측량(S121), 제2 좌표계에 의한 기준점 산출(S122), 기준점 측량(S123), 제2 사진 촬영(S124), 번들 조정(S125) 및 제2 측점의 3차원 위치 표준편차 산출(S126) 과정으로 수행된다. 이후, 중요지점에 대한 특성값 산출(S130), 좌표 변환(S140), 3차원 좌표 생성(S150) 및 절대 변형량 산출(S160) 과정에 따라 각 중요지점(epoch)별로 변환된 미지점의 최종 3차원 좌표를 비교함으로써, 절대 변형량이 산출된다.In detail, the first photo processing S110 may include a first reference point surveying S111, a first picture taking S112, a reference point calculation based on the first coordinate system S113, a bundle adjustment S114, and a three-dimensional image of the first point. Position standard deviation calculation (S115) is performed. In addition, the second photo processing (S120) is the second reference point surveying (S121), the reference point calculation (S122) by the second coordinate system, the reference point surveying (S123), the second picture taking (S124), bundle adjustment (S125) and the first The three-dimensional position standard deviation calculation (S126) of the two points is performed. Then, the final 3 of the unknown points transformed for each significant point (epoch) according to the process of calculating the characteristic value (S130), coordinate transformation (S140), three-dimensional coordinate generation (S150) and absolute deformation calculation (S160) for the important point By comparing the dimensional coordinates, the absolute deformation amount is calculated.
한편, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 영상 획득 장치를 설명하기 위한 도면이다.10A and 10B are diagrams for describing an image capturing apparatus in a real-time file penetration measurement system using 3D photometry according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서, 영상 정보 전송을 위해서 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 영상 획득 장치와 수집된 영상정보를 분석하는 부분으로 나누어진다.In the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention, as shown in Figs. 10a and 10b for transmitting image information divided into parts for analyzing the image acquisition device and the collected image information Lose.
즉, 영상 획득 장치는 도 10b에 도시된 바와 같은 CCD 카메라(100)로서, 전술한 신호 발생기에서 발생하는 신호에 따라서 영상을 획득하여 데이터분석부, 즉 데이터 처리장치인 컴퓨터로 기가비트 이더넷을 이용하여 전송할 수 있다. 이러한 영상 획득 장치(100)에는 렌즈의 초점거리를 산정하는 모듈이 포함되며, 이를 사용하여 렌즈의 초점과 조리개를 조정한 후 영상을 획득하고 임의의 거리만큼 이동한 후 영상을 획득하여 두 개의 영상에 존재하는 표적의 크기를 비교하여 초점거리를 산정한다.That is, the image capturing apparatus is a
또한, 도 10b에 도시된 바와 같은 카메라(100)를 두 대 사용하여 영상을 획득하면, 데이터 분석부는 획득한 영상에 대해서 영상 처리를 통해서 타겟의 위치를 파악하고 파악된 위치와 카메라의 정보를 이용하여 사진 측량을 실시하여 타겟의 이동위치를 찾아낸다. 이때, 타겟의 이동 궤적은 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에 제공되는 차트를 통해서 실시간으로 확인할 수 있다.In addition, when an image is acquired by using two
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 파일 항타 변위발생기를 예시하는 사진이다.11 is a photograph illustrating a pile drive displacement generator in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
실제로 항타시 파일에 발생 가능한 변위 패턴은 수직 운동에서 크게 벗어나지 않기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은 충분한 수준의 표적 변위 제어를 위하여 일축 방향 변위를 제어할 수 있는 액츄에이터(actuator: 410) 및 회전 변위를 제어할 수 있는 고니오미터(goniometer: 430)와 로터리미터(rotary meter: 420)를 조합한 변위 발생기(400)를 사용한다.In fact, since the displacement pattern that may occur in the pile during driving does not deviate significantly from the vertical movement, the real-time pile penetration measurement system using the three-dimensional photographic measurement according to the embodiment of the present invention provides a uniaxial displacement for a sufficient level of target displacement control. An
이때, 표적인 촬영 타겟(500)의 축방향 변위를 제어하기 위해 액츄에이터(410)가 사용되며, 이러한 액츄에이터(410)가 축변위를 제어하는 장치라면, 고니오미터(430) 및 로터리미터(420)는 회전 변위를 제어하는 장치이다. 본 발명의 실시예에 따른 변위발생기(400)는 고니오미터(430) 및 로터리미터(420)를 액츄에이터(410)와 연결함으로써 회전 변위가 주어진 상태에서 축방향 운동을 하거나, 축방향 변위가 주어진 상태에서 회전 운동을 할 수 있다.At this time, the
파일 항타시 파일의 변위 거동은 기본적으로 관입 및 리바운드와 같이 수직 방향에서 발생하며, 이는 액츄에이터(410)에 촬영 타겟(500)을 붙이고 축방향으로 이동시키면서 모사할 수 있다. 그리고 파일은 시공시에 다소 기울어진 상태로 관입될 수 있는데, 이러한 상태에서 항타할 경우, 파일은 기울어진 상태에서 수직 운동을 하게 된다. 그러나 파일의 수직도는 시공 관리 상 매우 중요한 부분이므로 기울어짐이 발생하더라도 매우 작은 범위에서 발생하게 된다.The displacement behavior of the pile during pile driving occurs basically in the vertical direction, such as penetration and rebound, which can be simulated by attaching the
이러한 항타시 파일의 예상 거동을 고려하여 검증시험은 액츄에이터(410)에 표적을 붙이고, 이를 수직 방향으로 이동시키면서, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템으로 변위를 측정하는 방식으로 수행된다. 또한, 파일의 기울어짐을 고려하기 위하여 액츄에이터(410)의 초기 기울기를 고니오미터(430) 및 로터리미터(420)로 조절한 상태에서 표적을 이동시키면서도 측정한다. 이때, 상기 액츄에이터(410)의 초기 기울기는 수직 및 좌우전후 5방향으로 설정하였으며, 파일의 특성상 기울어짐이 발생하더라도 3°이내의 작은 범위 내에서 이동할 것이기 때문에 수직을 제외한 각각의 방향마다 1, 2, 3의 3가지 조건에서 실험이 수행될 수 있다.In consideration of the expected behavior of the driving pile, the verification test targets the
또한, 표적 이동거리의 범위는 변위 측정의 정밀도를 평가하기 위하여 비교적 작은 0~2㎜로 설정한다. 실제 현장에서는 시스템을 파일로부터 최대 약 10m 거리 내에서 현장 사정에 따라 거리를 다르게 하여 설치할 수 있지만, 이 경우 파일의 위치에 따라 카메라의 줌(zoom) 기능을 이용하여 촬영하므로 렌즈 왜곡에 따른 영향을 고려하지 않는다면 시스템의 성능은 이론적으로 거리와 무관하다. 따라서 이러한 실험 프로그램을 요약하면 도 12와 같다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 변위 측정을 설명하기 위한 도면으로서, 액츄에이터 초기 기울기, 표적 이동범위 및 표적 이동정보를 나타내고 있다.In addition, the range of the target movement distance is set to a relatively small 0 to 2 mm in order to evaluate the accuracy of the displacement measurement. In the actual field, the system can be installed at a distance of up to about 10m from the pile, depending on the situation.However, in this case, the zoom is performed using the camera's zoom function according to the position of the pile. If not considered, the performance of the system is theoretically independent of distance. Therefore, a summary of such an experimental program is shown in FIG. FIG. 12 is a diagram for explaining displacement measurement in a real-time pile penetration measurement system using 3D photographic measurement according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates an actuator initial tilt, a target movement range, and target movement information.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 운용 과정의 개략적인 순서도이고, 도 14a 내지 도 14l은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 운용 과정을 예시하는 도면들이다.On the other hand, Figure 13 is a schematic flowchart of the operation of the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention, Figures 14a to 14l is a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention Figures illustrating the operation of the real-time file penetration measurement system using a.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은 실시간 파일 품질관리 프로그램에 의해 운용되며, 초기화면 설정(S201), 카메라 검색(S202), 측점 정의(S203), 초점거리 산정(S204), 카메라 제어(S205), 영상 캡쳐(S206), 카메라 이동(S207), 초점거리 사정 완료(S208), 프로젝트 작성 마법사 실행(S209), 영상 획득(S210), 기지점 인식 성공(S211) 및 측량시스템 운용(S212)의 순서로 운용될 수 있다.Referring to Figure 13, the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention is operated by a real-time file quality management program, initial screen setting (S201), camera search (S202), point Definition (S203), focal length calculation (S204), camera control (S205), image capture (S206), camera movement (S207), focal length assessment completion (S208), project creation wizard execution (S209), image acquisition (S210) ), The known point recognition success (S211) and the survey system operation (S212) can be operated in the order.
구체적으로, 도 14a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템은 파일 품질관리(1010), 데이터 관리(1020), 렌즈왜곡 보정(1030) 및 초점거리 산정(1040)의 4가지 모듈로 구성된다. 파일 품질관리(1010)는 현장에서 항타 작업 시 파일에 발생하는 변위를 3차원 좌표로 측정하는 모듈이고, 데이터 관리(1020)는 계측한 파일의 변위를 그래프로 나타내는 모듈이다. 또한, 렌즈왜곡 보정(1030) 및 초점거리 산정(1040)은 제1 및 제2 영상 획득 장치(100, 200)를 보정(calibration)하기 위한 모듈로서, 각각 렌즈의 왜곡계수 및 초점거리를 찾아준다.Specifically, as shown in Figure 14a, the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention
이러한 실시간 파일 품질관리 프로그램을 사용하기 위해서는 렌즈왜곡 보정(1030) 및 초점거리 산정(1040) 모듈을 통하여 장비를 보정한 후, 파일 품질관리(1010) 모듈로 항타시 파일의 품질을 측정하고, 데이터 관리(1020) 모듈을 통하여 측정 결과를 분석하게 된다.In order to use the real-time file quality management program, after calibrating the device through the
구체적으로, 파일 품질관리(1010) 모듈은 왜곡계수와 초점거리가 계산된 카메라와 렌즈를 이용하여 사진측량(photogrammetry)을 수행하여 대상 지점의 3차원 좌표를 계산하고 발생한 변위량을 그래프로 표시하는 기능을 수행한다.Specifically, the
데이터관리(1020) 모듈은 사진 측량 후에 백업한 데이터를 읽어 그래프로 표현하는 기능으로 읽어온 데이터를 다른 형식으로 저장하는 기능도 제공한다.The
렌즈왜곡 보정(1030) 모듈은 사진 측량을 할 때 렌즈의 왜곡계수는 정밀한 계측을 할 경우 반드시 필요한 인자이다. 렌즈왜곡보정 모듈에서는 방향과 크기를 다양하게 설정하고 격자무늬 표적을 측정한 후, 격자의 교차점을 찾아서 왜곡보정계수를 계산하는 기능을 수행한다.In the lens
초점거리 산정(1040) 모듈은, 왜곡계수와 더불어 초점거리는 사진 측량에 있어서 매우 중요한 인자이므로, 두 개의 영상을 이용하여 초점거리와 촬영거리를 산정한다.The focal
다음으로, 도 14b에 도시된 바와 같이, 변위량을 측정하기 위해서는 먼저 카메라를 검색해야 한다. 예를 들면, 카메라검색 버튼을 클릭하면 사용할 카메라를 선택할 수 있는 화면이 나타난다. 본 발명의 실시예에서는 카메라를 두 대를 사용하므로 각각의 카메라 정보에 카메라를 연결시키고, 또한, 카메라를 연결시키기 위해서 먼저 카메라리스트에 나와 있는 영상을 클릭하고, 드래그하여 선택하고자 하는 카메라 탭 위에 놓는다. 그러면 카메라의 이름과 아이디 그리고 폭과 높이 값이 아래 텍스트박스에 나타난다. 이런 방법으로 나머지 다른 하나의 카메라도 선택한다.Next, as shown in FIG. 14B, the camera must be searched first to measure the displacement amount. For example, clicking the camera search button brings up a screen where you can select the camera to use. In the embodiment of the present invention, since two cameras are used, the cameras are connected to each camera information, and in order to connect the cameras, first click on the image in the camera list and drag and drop the image on the camera tab to be selected. . The camera's name, ID, and width and height values appear in the text box below. In this way, you select the other camera.
다음으로, 도 14c에 도시된 바와 같이, 측점을 정의하고, 다음으로, 도 14d에 도시된 바와 같이, 초점거리를 산정한다. 즉, 렌즈의 왜곡계수를 산정한 후에는 초점거리산정 모듈을 이용해서 카메라의 초점거리를 산정한다. 예를 들면, 렌즈가 고정초점렌즈라면 고정된 초점거리를 적용할 수 있지만, 줌이 가능한 카메라의 초점거리는 줌 상태에 따라 다르기 때문에 줌 상태를 고려하여 초점거리를 산정해야 한다. 이러한 초점거리 역시 반드시 계측에 선행되어야 한다.Next, as shown in Fig. 14C, points are defined, and then, as shown in Fig. 14D, a focal length is calculated. That is, after calculating the distortion coefficient of the lens, the focal length of the camera is calculated using the focal length calculation module. For example, if the lens is a fixed focus lens, a fixed focal length may be applied. However, since the focal length of the zoomable camera varies depending on the zoom state, the focal length should be calculated in consideration of the zoom state. This focal length must also precede measurement.
이러한 초점거리 산정 역시 초기메뉴 또는 계측단계에서 실행할 수 있다. 초점거리산정 모듈을 실행하고 화면의 좌측 상단의 상자를 클릭하여 왜곡계수를 산정하고자 하는 카메라를 선택한다.This focal length calculation can also be performed in the initial menu or measurement step. Run the focal length calculation module and click the box on the upper left of the screen to select the camera whose distortion factor you want to calculate.
다음으로, 도 14e에 도시된 바와 같이, 카메라의 제어가 수행되고, 다음으로, 도 14f에 도시된 바와 같이, 촬영 타겟에 대한 영상을 캡쳐한다.Next, as shown in FIG. 14E, control of the camera is performed, and as shown in FIG. 14F, an image of the photographing target is captured.
다음으로, 도 14g에 도시된 바와 같이, 카메라를 이동시키고, 다음으로, 도 14h에 도시된 바와 같이, 초점거리 사정이 완료된다.Next, as shown in FIG. 14G, the camera is moved, and as shown in FIG. 14H, the focal length assessment is completed.
다음으로, 도 14i에 도시된 바와 같이, 프로젝트 작성 마법사가 수행되어, 프로젝트 마법사화면이 나타나면 먼저 타겟 버튼을 클릭하여 기지점의 위치와 실제 좌표값을 읽어온다. 이후, 타겟 버튼을 클릭하면 화면이 나타나며, 실제 사용하고 있는 타겟의 모양과 같은 아이템을 선택하고 확인을 클릭한다. 여기서 표시되는 기지점의 개수와 각 기지점의 실제 좌표는 XML 형식으로 저장된 정보로, XML 정보를 지정된 형식에 맞추어서 편집을 하면 다양한 기지점을 구성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 14I, a project creation wizard is performed. When the project wizard screen appears, the target button is first clicked to read the position of the known point and the actual coordinate value. After clicking the target button, a screen appears. Select an item that looks like the shape of the target you are using and click OK. The number of known points displayed here and the actual coordinates of each known point are information stored in XML format, and various known points can be configured by editing the XML information according to a specified format.
다음으로, 도 14j에 도시된 바와 같이, 촬영 타겟에 대한 두 영상을 획득할 수 있고, 다음으로, 도 14k에 도시된 바와 같이, 두 영상에 대해 기지점 인식이 성되며, 다음으로, 도 14l에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템이 운용된다.Next, as shown in FIG. 14J, two images of the photographing target may be obtained. Next, as shown in FIG. 14K, known point recognition may be performed on the two images, and then, in FIG. 14L. As shown, a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention is operated.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 성능 검증은 각 축 방향의 좌표값의 신뢰성을 평가하는 방법 대신, 시험 장비의 액츄에이터에서 제어한 변위와 시스템으로 측정한 좌표로 산정한 변위량 정량적으로 비교하는 방법을 사용한다.On the other hand, the performance verification of the real-time pile penetration measurement system using the three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention, instead of a method of evaluating the reliability of the coordinate values in each axis direction, the displacement and system controlled by the actuator of the test equipment A method of quantitatively comparing the displacements calculated from the measured coordinates is used.
한편, 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 표적 측정 및 표적 변위 측정결과를 나타내는 도면들이다.15A and 15B are diagrams illustrating target measurement and target displacement measurement results in a real-time pile penetration measurement system using 3D photographic measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템을 이용한 표적 측정을 나타내는 도면이고, 도 15b는 표적 변위 측정결과가 파일의 수직 변위에 대응하는 z 좌표 및 파일의 기울기에 대응하는 x 및 y좌표와 나타낼 수 있다.FIG. 15A is a diagram illustrating a target measurement using a real-time file penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a z coordinate and a file in which the target displacement measurement result corresponds to a vertical displacement of the file. It can be represented with the x and y coordinates corresponding to the slope of.
한편, 도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 제어 변위 및 측정 변위를 비교하기 위한 도면들로서, 도 16a는 변위 측정 결과가 좌로 기울어진 경우를 나타내며, 도 16b는 변위 측정 결과가 우로 기울어진 경우를 각각 나타낸다.16A and 16B are diagrams for comparing control displacements and measurement displacements in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an exemplary embodiment of the present invention. 16B shows cases where the displacement measurement results are inclined to the right.
도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 제어 변위 및 측정 변위를 비교하면, 측정 변위가 제어 변위와 거의 일치함으로써 높은 측정 신뢰성을 나타낼 수 있다.As shown in FIGS. 16A and 16B, when the control displacement and the measurement displacement are compared in the real-time pile penetration measurement system using the three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention, the measurement displacement is substantially coincident with the control displacement. Measurement reliability can be shown.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템으로 측정한 변위량은 초기 데이터에서 획득한 x, y, z 좌표값을 이용하여 산정할 수 있고, 표적의 각 이동 단계에서 변위량을 산정하고, 이를 액츄에이터에서 제어한 표적의 변위량과 비교하였다. 각 시험 종류에 대하여 제어한 변위(controlled)와 측정한 변위(measured) 결과를 비교하면, 그래프에 나타난 선이 1:1 기울기(45도)와 유사할수록 제어한 변위량과 측정한 변위량이 일치하는 것을 나타낸다. 이때, 그래프에 나타난 격자의 교차점에서 제어한 변위와 측정한 변위값을 비교해보면 선의 위치가 격자의 교차점의 위치와 거의 일치하며, 따라서 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템이 0~2㎜의 비교적 좁은 범위에서도 표적의 변위를 정확하게 측정함을 정성적으로 평가할 수 있다. 또한, 측정 결과가 액츄에이터의 초기 위치가 조건(수직 또는 기울어짐)에 상관없이 일관되게 우수함을 확인할 수 있다.On the other hand, the displacement measured by the real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement according to an embodiment of the present invention can be calculated using the x, y, z coordinate values obtained from the initial data, each movement of the target The displacement amount was calculated at the stage and compared with the displacement amount of the target controlled by the actuator. Comparing the controlled and measured results for each test type, the more similar the line on the graph is to the 1: 1 slope (45 degrees), the more consistent the measured displacement and measured displacement are. Indicates. At this time, comparing the measured displacement value and the measured displacement value at the intersection point of the grid shown in the graph, the position of the line almost coincides with the position of the intersection point of the grating, and thus real-time file penetration using 3D photo measurement according to an embodiment of the present invention. It is possible to qualitatively assess that the volumetric measurement system accurately measures the displacement of the target even in a relatively narrow range of 0 to 2 mm. In addition, it can be confirmed that the measurement results are consistently excellent regardless of the condition (vertical or inclined) of the initial position of the actuator.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 누적 변위에 대한 오차율을 나타내는 도면이다.FIG. 17 is a diagram illustrating an error rate with respect to cumulative displacement in a real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photograph measurement according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 누적 변위에 대한 오차율은 총 변위가 0.5㎜ 이상인 경우, 오차율이 약 2.5% 이내로 수렴되는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 17, in the real-time pile penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an exemplary embodiment of the present invention, the error rate for the cumulative displacement is less than about 2.5% when the total displacement is 0.5 mm or more. It can be seen that.
한편, 변위 측정의 정밀도 수준은 측정값의 유효숫자가 어느 자리까지 참값과 동일한지를 기준으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 변위 측정 정밀도가 0.1㎜인 시스템으로 측정한 값을 0.01㎜ 수준에서 반올림하였을 경우, 0.1㎜ 수준까지 유효숫자가 참값과 동일하다는 의미이며, 동시에 최대 오차는 0.05㎜가 된다.On the other hand, the precision level of the displacement measurement can be evaluated based on how far the significant figure of the measured value is equal to the true value. For example, when a value measured by a system having a displacement measurement accuracy of 0.1 mm is rounded from the 0.01 mm level, it means that the effective number is equal to the true value up to the 0.1 mm level, and at the same time, the maximum error is 0.05 mm.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 정밀도 평가는 이러한 개념에 기초하여 표적이 일정 거리를 움직이는 이동 단계에서 측정한 변위값의 범위를 액츄에이터에서 제어한 변위와 분석하는 방법으로 평가하였다. 예를 들면, 정밀도의 평가 범위는 1㎜ 및 0.1㎜ 수준으로 설정하며, 이는 시험 결과, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 성능이 10㎜ 수준보다는 훨씬 정밀하여 1㎜ 수준부터 정밀도 평가가 의미가 있는 반면 액츄에이터의 정밀도는 0.01㎜이기 때문에 정밀도는 0.1㎜까지 평가 가능하기 때문이다.Based on this concept, the precision evaluation of the real-time pile penetration measurement system using the three-dimensional photograph measurement according to the embodiment of the present invention is based on the displacement and the displacement controlled by the actuator in the range of the displacement value measured in the movement stage moving a certain distance. It evaluated by the method of analysis. For example, the evaluation range of precision is set at the level of 1 mm and 0.1 mm, which indicates that the test results show that the performance of the real-time file penetration measurement system using the three-dimensional photographic measurement according to the embodiment of the present invention is much higher than the level of 10 mm. This is because the precision evaluation is meaningful from the 1mm level while the actuator has a precision of 0.01mm, and the precision can be evaluated to 0.1mm.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템에서 정밀도 평가를 예시하는 도면들이다.18A and 18B are diagrams illustrating precision evaluation in a real-time file penetration measurement system using three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention.
도 18a는 각 시험에서 표적이 1㎜ 이동할 때 마다 측정된 변위의 증분을 누적 변위와 함께 나타내며, 결과가 1㎜에 가까울수록 정확하다고 판단할 수 있다. 전술한 바와 같이, 오차가 0.5㎜ 이내에 있을 경우(측정값이 0.5~1.5㎜ 내에 있을 경우), 정밀도를 1㎜로 판단할 수 있다. 그래프에서 확인할 수 있듯이 1㎜ 변위 측정은 모든 경우에서 측정 결과가 거의 일치하며, 1㎜ 수준에서의 정밀도는 사실상 100%라고 판단할 수 있다.FIG. 18A shows the increment of the measured displacement along with the cumulative displacement each time the target moves 1 mm in each test, which can be judged to be more accurate as the result is closer to 1 mm. As described above, when the error is within 0.5 mm (when the measured value is within 0.5 to 1.5 mm), the precision can be determined to be 1 mm. As can be seen from the graph, the 1 mm displacement measurement is almost identical in all cases, and the accuracy at the 1 mm level is virtually 100%.
도 18b는 각 시험에서 표적이 0.1㎜ 이동할 때 마다 측정된 변위의 증분을 누적 변위와 함께 나타내고 있으며, 오차가 0.05㎜ 이내에 있을 경우(측정값이 0.05~0.15㎜ 내에 있을 경우), 정밀도를 0.1㎜로 판단할 수 있다. 이 경우에는 1㎜ 시험 결과에 비해 다소 분산이 심하게 나타나지만, 이것은 액츄에이터에 내재된 오차의 영향을 포함하기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 액츄에이터의 오차 영향을 포함하여도 모든 측정 결과는 0.1㎜ 정밀도 기준을 만족시킬 수 있으며, 기준보다도 좁은 범위인 0.75~1.25㎜ 내에 있었음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템의 실제 성능은 그래프에 나타난 것보다 더욱 뛰어나며, 0.1㎜ 정밀도를 보장할 수 있다.FIG. 18B shows the increment of the measured displacement along with the cumulative displacement each time the target moves 0.1 mm in each test. When the error is within 0.05 mm (when the measured value is within 0.05-0.15 mm), the accuracy is 0.1 mm. Judging by In this case, the dispersion is more severe than the 1 mm test result, but this is considered to include the influence of the error inherent in the actuator. However, all the measurement results, including the influence of the error of the actuator, can satisfy the 0.1 mm precision criterion, and it can be confirmed that the measurement results were within 0.75 to 1.25 mm, which is narrower than the standard. Therefore, the actual performance of the real-time pile penetration measurement system using the three-dimensional photographic measurement according to an embodiment of the present invention is more excellent than that shown in the graph, it is possible to ensure 0.1mm accuracy.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100: 제1 영상 획득 장치
200: 제2 영상 획득 장치
300: 신호 발생기
400: 파일 항타 변위발생기
500: 촬영 타겟
600: 제1 구동제어 및 데이터 변환부
700: 제2 구동제어 및 데이터 변환부
800: 변위데이터 변환부(Serial To Ethernet Converter: RS-232)
900: 데이터 처리장치
110, 210: CCD 카메라
120, 220: 전동 줌 렌즈
130, 230: 액츄에이터
140, 240: 좌우조절 팬틸트
150, 250: 상하조절 팬틸트
160, 260: 삼각대
410: 액츄에이터
420: 로터리미터(Rotary Meter)
430: 고니오미터(Goniometer)
610, 710: Serial To Ethernet Converter(RS-232)
620, 720: 허브(Hub)
630, 730: Serial To Ethernet Converter(RS-485)
640, 740: 제어박스(카메라 구동 제어부)
910: 카메라 제어부
920: 데이터 수집부
930: 3차원 공간좌표 처리부
940: 데이터 분석부100: first image acquisition device
200: second image acquisition device
300: signal generator
400: pile drive displacement generator
500: shooting target
600: first drive control and data conversion unit
700: second drive control and data conversion unit
800: displacement data converter (Serial To Ethernet Converter: RS-232)
900: data processing unit
110, 210: CCD camera
120, 220: motorized zoom lens
130, 230: actuator
140, 240: pan tilt
150, 250: pan tilt
160, 260: tripod
410: actuator
420: Rotary Meter
430: Goniometer
610, 710: Serial To Ethernet Converter (RS-232)
620, 720: Hub
630, 730: Serial To Ethernet Converter (RS-485)
640, 740: control box (camera drive control unit)
910: camera control unit
920: data collector
930: 3D spatial coordinate processing unit
940: data analysis unit
Claims (10)
파일의 주변에 설치되어 촬영 타겟(500)의 변위량을 측정하기 위한 영상을 획득하는 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200);
상기 파일에 부착되어 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)에 의해 촬영되는 촬영 타겟(500);
상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)가 동시에 작동하도록 동기화시키는 신호 발생기(300); 및
상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하고, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)로부터 각각 촬영된 두 개의 영상 데이터를 수집하여 3차원 공간좌표를 추출하며, 상기 파일의 관입량 및 리바운드량에 대응하는 3차원 이동량을 도출하는 데이터 처리장치(900)
를 포함하되,
상기 파일의 3차원 이동량은 상기 파일의 수직변위, 좌우 기울기 및 상하 기울기인 것을 특징으로 하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.In the pile penetration measurement system for measuring the penetration amount of the driving pile,
First and second image acquisition devices 100 and 200 installed around the file to acquire an image for measuring the displacement of the photographing target 500;
A photographing target 500 attached to the file to be photographed by the first and second image capturing apparatuses 100 and 200;
A signal generator 300 for synchronizing the first and second image acquisition apparatuses 100 and 200 to operate simultaneously; And
Controls the focal length and the photographing angle of the lens of the first and second image capturing apparatuses 100 and 200, collects two image data shot from the first and second image capturing apparatuses 100 and 200, respectively, A data processing apparatus 900 extracting coordinates and deriving a three-dimensional movement amount corresponding to the penetration amount and the rebound amount of the file
Including,
The three-dimensional moving amount of the file is a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement, characterized in that the vertical displacement, left and right tilt and up and down tilt of the file.
상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)가 상기 촬영 타겟(500)을 동시에 촬영하여 두 개의 영상 데이터를 생성하고, 두 개의 영상 데이터로부터 3차원 좌표를 생성함으로써 상기 파일에 발생된 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 1,
The first and second image capturing apparatuses 100 and 200 simultaneously capture the photographing target 500 to generate two image data, and generate three-dimensional coordinates from the two image data to measure the displacement generated in the file. Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photographic measurement, characterized in that.
상기 파일에 부착된 촬영 타겟(500)을 중심으로 전면부 또는 측면부에 일정간격의 거리를 유지한 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)를 배치하며, 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)를 이용하여 항타 파일에 발생된 3차원 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 1,
The first and second image capturing apparatuses 100 and 200 maintaining a predetermined distance from the front or side surface of the photographing target 500 attached to the file are disposed, and the first and second image capturing apparatuses ( Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement, characterized in that for measuring the three-dimensional displacement generated in the driving file using 100,200.
상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하는 카메라 제어부(910);
상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)로부터 각각 상기 촬영 타겟(500)을 촬영한 영상 데이터를 수집하는 데이터 수집부(920);
상기 촬영 타겟(500)을 촬영한 영상 데이터에 대응하는 3차원 공간좌표를 처리하는 3차원 공간좌표 처리부(930); 및
상기 3차원 공간좌표 처리부(930)에서 처리된 3차원 공간좌표에 따라 파일의 3차원 이동량에 대응하는 변위를 분석하는 데이터 분석부(940)
를 포함하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 1, wherein the data processing apparatus 900,
A camera controller 910 for controlling focal lengths and photographing angles of lenses of the first and second image capturing apparatuses 100 and 200;
A data collector 920 for collecting image data of the photographing target 500 from the first and second image capturing apparatuses 100 and 200, respectively;
A three-dimensional spatial coordinate processor 930 for processing a three-dimensional spatial coordinate corresponding to the image data of the photographing target 500; And
Data analysis unit 940 for analyzing the displacement corresponding to the three-dimensional movement amount of the file according to the three-dimensional spatial coordinates processed by the three-dimensional spatial coordinate processing unit 930
Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement comprising a.
상기 3차원 공간좌표 처리부(930)는 상기 두 개의 영상 데이터로부터 3차원 좌표를 추출한 후, 좌표 변환에 따른 상기 파일의 종단 변형값을 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 4, wherein
The three-dimensional spatial coordinate processing unit 930 extracts three-dimensional coordinates from the two image data, and then extracts a longitudinal deformation value of the file according to coordinate transformation. Measuring system.
상기 촬영 타겟(500)의 형태는 구의 형태인 것을 특징으로 하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 1,
The form of the shooting target 500 is a real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photographic measurement, characterized in that the shape of the sphere.
촬영 타겟을 촬영하는 CCD 카메라(110,210);
상기 CCD 카메라(110,210)를 줌시키는 전동 줌 렌즈(120,220);
상기 CCD 카메라(110,210)를 전후 방향으로 이동시키는 액츄에이터(130,230);
상기 CCD 카메라(110,210)를 좌우로 회전시키는 좌우조절 팬틸트(140,240); 및
상기 CCD 카메라(110,210)를 상하로 회전시키는 상하조절 팬틸트(150,250)
를 포함하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The apparatus of claim 1, wherein the first and second image acquisition apparatuses 100 and 200, respectively,
CCD cameras 110 and 210 for photographing a photographing target;
Motorized zoom lenses 120 and 220 for zooming the CCD cameras 110 and 210;
An actuator (130, 230) for moving the CCD camera (110, 210) in the front-rear direction;
Left and right adjustment pan tilt (140,240) for rotating the CCD camera (110,210) left and right; And
Vertical panning tilt (150,250) for rotating the CCD camera (110,210) up and down
Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement comprising a.
상기 파일 항타시 상기 파일의 변위를 시뮬레이션하는 파일 항타 변위발생기(400)를 추가로 포함하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 1,
Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photographic measurement further comprises a pile drive displacement generator 400 for simulating the displacement of the pile during the pile drive.
파일 항타시 상기 파일의 상하 거동을 나타내는 액츄에이터(410);
파일 항타시 상기 파일의 좌우 기울기를 나타내는 고니오미터(430); 및
파일 항타시 상기 파일의 전후 기울기를 나타내는 로터리미터(420)
를 포함하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 8, wherein the pile drive displacement generator 400,
An actuator (410) indicating a vertical behavior of the pile when the pile is driven;
Goniometer (430) indicating the left and right slope of the pile when the pile is driven; And
Rotary meter 420 indicating the forward and backward slope of the pile when the pile is driven
Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement comprising a.
상기 제1 영상 획득 장치(100)의 전후 방향 구동, 좌우조절 팬틸트(140) 및 상하조절 팬틸트(150) 구동을 제어하는 제1 카메라 구동 제어부; 및
상기 제2 영상 획득 장치(200)의 전후 방향 구동, 좌우조절 팬틸트(240) 및 상하조절 팬틸트(250) 구동을 제어하는 제2 카메라 구동 제어부
를 추가로 포함하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템.The method of claim 1,
A first camera driving controller which controls the front-rear direction driving, the left-right adjusting pan tilt 140 and the up-down adjusting pan tilt 150 driving of the first image capturing apparatus 100; And
A second camera driving control unit for controlling the front-rear direction driving, the left-right adjusting pan tilt 240 and the up-down adjusting pan tilt 250 of the second image capturing apparatus 200.
Real-time file penetration measurement system using a three-dimensional photo measurement further comprising.
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