KR102478816B1 - Stability evaluation and management method for a slope using unmanned aerial vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 낙석이나 붕괴가 의심되거나 예상되는 조사지역에 무인항공기를 이용한 정밀사진 측량 데이터를 확보하여 침식 모니터링 및 안정성 평가를 실시하고, 안정성 평과 결과를 토대로 붕괴나 낙석 등의 위험구간에 대한 지속적인 관리를 수행하는 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법에 관한 것이다.The present invention secures precise photogrammetry data using unmanned aerial vehicles in the investigation area where rockfalls or collapses are suspected or expected, conducts erosion monitoring and stability evaluation, and continuously manages dangerous sections such as collapses or rockfalls based on the stability evaluation results. It relates to a method for evaluating and managing the stability of a slope using an unmanned aerial vehicle that performs
최근에 무인비행체 또는 드론과 같은 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 이용한 기술의 지속적인 발전에 따라 단순한 화재진압, 구조 및 농약살포는 물론, 촬영장치를 구비하여 측량, 재난 또는 재해감시, 건축물 역설계 등 다양한 분야에서 활용도가 높아지고 있는 추세이다.Recently, according to the continuous development of technology using unmanned aerial vehicles such as unmanned aerial vehicles or drones, simple fire suppression, rescue and pesticide spraying, as well as surveying, disaster or disaster monitoring, reverse engineering of buildings, etc. Its use in various fields is increasing.
그에 따라, 상기와 같은 기술분야 및 다양한 산업분야에서도 무인항공기를 이용하여 항공사진이나 영상 등을 촬영하고, 이렇게 촬영된 항공자료를 기초로 3D 이미지로 표현되는 공간정보의 정확도를 높이고자 하는 기술들이 널리 연구되고 있다.Accordingly, in the above technical fields and various industrial fields, there are technologies that use unmanned aerial vehicles to take aerial photos or videos, and to improve the accuracy of spatial information expressed in 3D images based on the aerial data captured in this way. It is widely studied.
상기와 같은 항공자료를 기초로 3D 이미지로 표현되는 공간정보를 토목분야에 접목하게 되면, 특정 지역의 지형을 촬영하고, 3D 모델링한 후 분석하여 지형변화를 감지하거나 토질을 분류하기도 하며, 비탈면이나 경사면 등의 안정성을 분석하여 평가하기도 한다.When spatial information expressed in 3D images based on the above aerial data is applied to the civil engineering field, the topography of a specific area is photographed, 3D modeling is analyzed, and topographical changes are detected or soils are classified. It is also evaluated by analyzing the stability of slopes, etc.
예컨대, 등록특허공보 제10-1365090호의 '무인기를 이용한 지형 변화 감지 시스템', 등록특허공보 제10-1787542호의 '3차원 지형 모델과 토질 분류를 이용한 비탈면 안정성 평가 시스템 및 방법' 및 등록특허공보 제10-2156832호의 '드론을 이용한 사면의 측량 시스템 및 방법' 등이 있다.For example, Patent Registration No. 10-1365090 'Terrain Change Detection System Using UAV', Patent Registration No. 10-1787542 'Slope Stability Evaluation System and Method Using 3D Terrain Model and Soil Classification' and Registered Patent Publication No. No. 10-2156832, 'Slope surveying system and method using drones', etc.
또한, 발명자로 함께 참여한 등록특허공보 제10-1891087호의 '드론을 이용한 암반사면의 안정성 평가방법'의 경우에는 촬영된 사진을 정합하여 지상의 기준점과 대비해 발생된 오차를 보정한 다음 이를 이용해 개별 암반사면의 경사방향, 경사각 및 표면굴곡도와 같은 암반사면의 정보를 획득하고 추출한 다음 안정성 평가를 통해 암반사면의 위험도를 평가하고, 동일 양상의 불연속면에 대해 그룹화를 진행하는 것을 특징으로 하고 있다.In addition, in the case of the 'Method for Evaluating the Stability of Rock Slope Using a Drone' in Patent Registration No. 10-1891087, in which the inventor participated, the captured photos are matched to compare with the reference point on the ground to correct the error, and then use this to correct the individual rock mass. It is characterized by acquiring and extracting rock slope information such as slope direction, slope angle, and surface curvature, evaluating the risk of rock slope through stability evaluation, and grouping discontinuous surfaces of the same aspect.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가방법은, 첫째 조사지역의 경사면에 대한 안정성 평가만을 수행할 뿐, 그에 따라 안정성 평가 후 위험지역에 대한 기준이나 위험지역으로 판단되는 경우에 대한 사후처리가 없다는 문제가 있고, 둘째 무인항공기로부터 촬영된 사진이나 영상데이터만으로 3D 모델링을 수행하게 될 경우 3D 이미지의 정확도가 떨어지는 것은 물론, 평가지표가 단순히 3D 이미지 상에 생성된 포인트 클라우드를 통한 사면의 경사방향, 경사각 및 표면굴곡도만 가지고 안정성을 평가하게 되므로 안정성 평가의 신뢰도 역시 확보하기 어렵다는 문제가 있다.However, the stability evaluation method of the slope using an unmanned aerial vehicle according to the prior art as described above first only performs stability evaluation on the slope of the investigation area, and accordingly, after the stability evaluation, the criteria for the risk area or the risk area are determined. There is a problem that there is no post-processing for the case, and secondly, when 3D modeling is performed only with pictures or video data taken from an unmanned aerial vehicle, the accuracy of the 3D image is reduced, and the evaluation index is simply a point cloud generated on the 3D image. There is a problem that it is difficult to secure the reliability of the stability evaluation because the stability is evaluated only with the slope direction, slope angle, and surface curvature through the slope.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 조사지역의 경사면에 대한 안정성 평가와 함께 등급별로 분류하여 위험지역을 나누고, 기준치 이하의 위험지역은 지속적인 관리를 수행할 수 있는 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법을 제공하는 데 있다.The object of the present invention, which was conceived to solve the above problems, is an unmanned aerial vehicle capable of classifying risk areas by grade along with stability evaluation on the slope of the irradiation area, and continuously managing the risk area below the standard value. To provide a method for evaluating and managing the stability of slopes using
또한, 무인항공기로부터 촬영된 사진이나 영상 데이터와 함께 라이다에 의해 획득한 3D 형상이미지를 비교 분석하여 보다 정밀한 3D 이미지를 제작하고, 특히 지표지질조사를 통해 조사지역에 대한 안정성 평가시 다양한 평가지표로 분석하여 등급별로 분류함으로써 안정성 평가의 신뢰도를 확보할 수 있는 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법을 제공하는 데 있다.In addition, more precise 3D images are produced by comparing and analyzing 3D shape images acquired by LIDAR along with photos or video data taken from unmanned aerial vehicles. It is to provide a stability evaluation and management method for slopes using unmanned aerial vehicles that can secure the reliability of stability evaluation by analyzing and classifying them by grade.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, particular advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법은, 낙석이나 붕괴가 의심되거나 예상되는 조사지역을 선정하고, 상기 조사지역의 안정성 평가 및 관리계획을 수립하는 조사지역선정 및 계획수립단계와, 무인항공기를 이용하여 상기 조사지역의 항공사진 또는 영상을 확보하는 항공자료 확보단계와, 확보된 상기 항공사진 또는 영상으로부터 상기 조사지역의 3D 모델링을 수행한 후 3D 사진이미지를 제작하는 3D 모델링단계와, 제작된 상기 3D 사진이미지 상에 포인트 클라우드를 생성하는 포인트 클라우드 생성단계와, 상기 포인트 클라우드를 이용해 상기 조사지역의 경사면 정보를 획득하고, 분석한 후 안정성을 평가하여 등급별로 분류하는 안정성 평가 및 분류단계와, 상기 안정성의 등급이 기준치 이하인 경우 일정한 기간마다 상기 항공자료 확보단계 내지 안정성 평가 및 분류단계를 반복수행하는 경사면 관리단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the method for evaluating and managing the stability of a slope using an unmanned aerial vehicle according to the present invention selects an investigation area where rockfall or collapse is suspected or expected, and establishes a stability evaluation and management plan for the investigation area. After performing the survey area selection and planning step, the aerial data acquisition step of securing aerial photos or images of the survey area using unmanned aerial vehicles, and performing 3D modeling of the survey area from the obtained aerial photos or images A 3D modeling step of producing a 3D photo image, a point cloud generation step of generating a point cloud on the produced 3D photo image, obtaining and analyzing slope information of the survey area using the point cloud, and then determining stability It includes a stability evaluation and classification step of evaluating and classifying by grade, and a slope management step of repeating the aeronautical data securing step or stability evaluation and classification step at regular intervals when the stability grade is below the standard value.
또한, 상기 조사지역선정 및 계획수립단계는, 선정된 조사지역에 대한 지표지질조사와 함께 상기 무인항공기의 항공자료 확보를 위한 비행경로를 설계하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of selecting a research area and establishing a plan is characterized by designing a flight path for securing aerial data of the unmanned aerial vehicle along with surface geological survey of the selected research area.
또한, 상기 항공자료 확보단계는, 상기 조사지역의 항공사진 또는 영상과 함께 상기 무인항공기에 라이다(Lidar)를 장착하여 상기 조사지역을 3차원으로 이미지화한 3D 형상이미지를 획득하고, 상기 3D 모델링단계는, 상기 항공사진 또는 영상을 상기 3D 형상이미지에 3D 모델링을 수행하여 상기 3D 사진이미지를 제작하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the aerial data securing step, a lidar is mounted on the unmanned aerial vehicle along with an aerial photograph or video of the survey area to obtain a 3D shape image of the survey area in three dimensions, and the 3D modeling The step is characterized in that the 3D photographic image is produced by performing 3D modeling of the aerial photograph or video on the 3D shape image.
또한, 상기 안정성 평가 및 분류단계는, 상기 조사지역의 지표지질 및 상기 포인트 클라우드를 이용하여 상기 조사지역의 경사면 정보를 규모 및 상태에 따라 안전성능 및 내구성능으로 나누어 a에서 e까지의 5개의 등급으로 각각 분류하여 평가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the stability evaluation and classification step divides the slope information of the investigation area into safety performance and durability performance according to the size and condition using the surface geology and the point cloud of the investigation area, and has five grades from a to e. It is characterized in that each is classified and evaluated as.
또한, 상기 안전성능은, 집수지형, 불안정지질, 불연속면특성, 지반변형, 지하수, 배수조건, 붕괴이력, 낙석 및 인장균열 유무에 따른 평가지표인 상태안전성능과, 평사투영해석 및 한계평형해석을 통한 평가지표인 구조안전성능을 포함하고, 상기 내구성능은, 지반상태, 표면보호공, 사면보강공, 절리상태 및 풍화진행도에 따른 평가지표인 것을 특징으로 한다.In addition, the safety performance includes state safety performance, which is an evaluation index according to catchment topography, unstable geology, discontinuous surface characteristics, ground deformation, groundwater, drainage conditions, collapse history, rockfall and tensile cracks, and projection analysis and limit equilibrium analysis. The durability performance is an evaluation index according to the ground condition, surface protection hole, slope reinforcement hole, joint state and weathering progress.
또한, 상기 경사면 관리단계는, 상기 조사지역의 평가된 안정성 등급이 c등급 이하인 경우 위험지역으로 선정하여 일정한 기간마다 상기 항공자료 확보단계 내지 안정성 평가 및 분류단계를 반복수행하고, 상기 위험지역에 식생이나 보호시설, 보강시설 또는 배수처리시설을 통하여 재평가된 안정성 등급이 a 또는 b등급으로 변경된 경우에는 관리를 종료하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the slope management step, if the evaluated stability grade of the investigation area is grade c or less, it is selected as a risk area, and the aerial data securing step or stability evaluation and classification step is repeatedly performed at regular intervals, and vegetation in the risk area is selected. However, if the stability grade re-evaluated through protection facilities, reinforcement facilities, or drainage treatment facilities is changed to grade a or b, it is characterized in that management is terminated.
본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법은, 조사지역의 경사면에 대한 안정성 평가와 함께 등급별로 분류하여 위험지역을 나누고, 기준치 이하의 위험지역은 식생이나 보호시설, 보강시설 또는 배수처리시설 등이 설치될 때까지 지속적인 관리를 수행할 수 있는 효과가 있다.In the slope stability evaluation and management method using an unmanned aerial vehicle according to the present invention, along with the stability evaluation of the slope of the investigation area, the risk area is classified by grade, and the risk area below the standard value is classified as vegetation or protection facility, reinforcement facility or There is an effect that continuous management can be performed until drainage treatment facilities are installed.
또한, 무인항공기로부터 촬영된 사진이나 영상 데이터와 함께 라이다에 의해 획득한 3D 형상이미지를 비교 분석하여 보다 정밀한 3D 이미지를 제작하고, 특히 지표지질조사를 통해 조사지역에 대한 안정성 평가시 다양한 평가지표로 분석하여 등급별로 분류함으로써 안정성 평가의 신뢰도를 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, more precise 3D images are produced by comparing and analyzing 3D shape images acquired by LIDAR along with photos or video data taken from unmanned aerial vehicles. By analyzing and classifying by grade, there is an effect of securing the reliability of stability evaluation.
도 1은 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법의 일 실시예를 도시한 순서도이고,
도 2는 도 1의 실시예 중 항공자료 확보단계 및 3D 모델링단계의 일 실시예를 통한 작업과정을 도시한 캡쳐화면이며,
도 3은 도 1의 실시예 중 항공자료 확보단계 및 3D 모델링단계의 다른 실시예를 통한 작업과정을 도시한 캡쳐화면이고,
도 4는 도 1의 실시예 중 포인트 클라우드 생성단계의 작업과정을 도시한 캡쳐화면이며,
도 5는 도 1의 실시예 중 안정성 평가 및 분류단계 및 경사면 관리단계의 구체적인 작업과정을 설명한 순서도이고,
도 6은 도 5의 실시예 중 안전성능 평가지표 중 상태안전성능의 낙석이 있는 경우의 낙석시뮬레이션 해석과 구조안전성능의 평사투영해석 및 한계평형해석의 작업과정을 도시한 캡쳐화면이며,
도 7은 도 6의 실시예를 통해 3D 사진이미지 상에 평면, 쐐기, 전도 파괴나 낙석의 이동방향 등의 경사면 정보를 표시한 캡쳐화면이고,
도 8은 도 3의 실시예로부터 안정성 등급이 c등급 이하로 평가되어 위험지역으로 선정된 후 식생이나 보호, 보강 또는 배수처리시설 등을 통해 재평가된 안정성 등급이 b등급 이상으로 변경되어 관리가 종료되는 과정을 도시한 캡쳐화면이다.1 is a flowchart showing an embodiment of a method for evaluating and managing the stability of a slope using an unmanned aerial vehicle according to the present invention;
2 is a captured screen showing a work process through an embodiment of the air data acquisition step and 3D modeling step in the embodiment of FIG. 1;
3 is a captured screen showing a work process through another embodiment of the air data acquisition step and the 3D modeling step in the embodiment of FIG. 1;
Figure 4 is a captured screen showing the work process of the point cloud generation step in the embodiment of Figure 1,
Figure 5 is a flow chart explaining the specific work process of the stability evaluation and classification step and slope management step in the embodiment of Figure 1,
6 is a captured screen showing the work process of rockfall simulation analysis, projection analysis of structural safety performance, and limit equilibrium analysis in the case of rockfall of state safety performance among safety performance evaluation indicators in the embodiment of FIG. 5,
7 is a captured screen displaying slope information such as plane, wedge, overturning failure or movement direction of falling rock on a 3D photograph image through the embodiment of FIG. 6;
8 shows that the safety grade from the embodiment of FIG. 3 is evaluated as grade c or less and selected as a risk area, and then the re-evaluated stability grade through vegetation, protection, reinforcement, or drainage treatment facilities is changed to grade b or higher, and management is terminated. This is a screenshot showing the process.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a method for evaluating and managing the stability of a slope using an unmanned aerial vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 조사지역선정 및 계획수립단계(S100), 항공자료 확보단계(S200), 3D 모델링단계(S300), 포인트 클라우드 생성단계(S400), 안정성 평가 및 분류단계(S500) 및 경사면 관리단계(S600)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the method for evaluating and managing the stability of a slope using an unmanned aerial vehicle according to the present invention includes a survey area selection and planning step (S100), aerial data securing step (S200), 3D modeling step (S300), It includes a point cloud generation step (S400), a stability evaluation and classification step (S500), and a slope management step (S600).
조사지역선정 및 계획수립단계(S100)는 낙석이나 붕괴가 의심되거나 예상되는 조사지역을 선정하고, 상기 조사지역의 안정성 평가 및 관리계획을 수립한다. 예컨대, 국토부나 지자체 또는 토목, 건축업체로부터 안정성 평가업체가 의뢰를 받아 조사지역이 선정되고, 선정된 조사지역에 대한 안정성 평가 및 관리계획을 수립하게 된다. 이때, 선정된 조사지역에 대한 지표지질조사와 함께 무인항공기의 항공자료, 즉 항공사진 또는 영상이나 후술하는 라이다를 통한 3D 형상이미지 확보를 위한 최적의 비행경로를 설계한다.In the investigation area selection and plan establishment step (S100), an investigation area in which rockfall or collapse is suspected or expected is selected, and a stability evaluation and management plan are established for the investigation area. For example, a safety evaluation company receives a request from the Ministry of Land, Infrastructure, and Transport, a local government, or a civil engineering or construction company, selects an investigation area, and establishes a stability evaluation and management plan for the selected investigation area. At this time, the optimal flight path is designed to secure the 3D shape image through the aerial data of the unmanned aerial vehicle, that is, aerial photographs or images, or LIDAR to be described later, along with the surface geological survey of the selected investigation area.
항공자료 확보단계(S200)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 무인항공기를 이용하여 상기 조사지역의 항공사진 또는 영상을 확보한다. 즉, 무인항공기를 이용하여 복수의 사진 또는 영상을 촬영하되, 하나의 무인항공기로 복수의 비행경로를 따라 촬영하거나 복수의 무인항공기로 서로 다른 비행경로를 따라 촬영할 수도 있고, 하나의 무인항공기에 둘 이상의 카메라, 즉 스테레오 카메라를 이용하여 동시에 촬영할 수도 있다. 어떠한 방식의 촬영이든 조사지역의 항공사진 또는 영상을 촬영하여 후술하는 3D 모델링이 용이하도록 정합도를 높일 수 있으면 족하다.In the aerial data securing step (S200), as shown in FIGS. 1 and 2, aerial photos or images of the survey area are secured using an unmanned aerial vehicle. That is, multiple photos or videos may be taken using an unmanned aerial vehicle, but may be taken along multiple flight routes with one unmanned aerial vehicle or along different flight routes with multiple unmanned aerial vehicles. Images may be taken simultaneously using the above cameras, that is, stereo cameras. Any method of shooting is sufficient as long as it is possible to increase the degree of matching so that 3D modeling described later can be easily performed by taking an aerial photograph or video of the survey area.
3D 모델링단계(S300)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 확보된 상기 항공사진 또는 영상으로부터 상기 조사지역의 3D 모델링을 수행한 후 3D 사진이미지를 제작한다. 조사지역을 촬영한 복수의 항공사진을 합쳐 서로 겹치는 부분을 제거하고, 남은 이미지를 연결하여 정합하며, 정합과정에서 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)와 대비하여 오차를 보정하여 3D 사진이미지를 제작한다.In the 3D modeling step (S300), a 3D photo image is produced after performing 3D modeling of the survey area from the aerial photograph or image obtained as shown in FIGS. 1 and 2 . Combine multiple aerial photos taken of the survey area to remove overlapping parts, connect and match the remaining images, and prepare 3D photo images by correcting errors in comparison with GCP (Ground Control Point) during the matching process do.
상기 항공자료 확보단계(S200) 및 3D 모델링단계(S300)의 경우 도 2에 도시된 바와 같이 항공사진 또는 영상만을 가지고 3D 모델링을 수행하여 3D 사진이미지를 제작하게 되면, 좌우편차는 크지 않으나 고도차에 대한 많은 보정이 요구되고, 특히 3D 모델링 과정이 복잡해질 수 있다.In the case of the aerial data acquisition step (S200) and the 3D modeling step (S300), when a 3D photo image is produced by performing 3D modeling with only aerial photographs or images as shown in FIG. 2, the left and right deviation is not large, but the altitude difference A lot of correction is required, especially the 3D modeling process can be complicated.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 항공자료 확보단계(S200)는 상기 조사지역의 항공사진 또는 영상과 함께 상기 무인항공기에 라이다(Lidar)를 장착하여 상기 조사지역을 3차원으로 이미지화한 3D 형상이미지를 획득한다. 라이다는 레이저 펄스를 발사하고, 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려낼 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 3, in the aerial data acquisition step (S200), a lidar is mounted on the unmanned aerial vehicle along with an aerial photograph or video of the survey area to obtain a 3D image of the survey area in three dimensions. Acquire a shape image. Lidar can accurately draw the surroundings by emitting laser pulses, receiving the light reflected from nearby objects and measuring the distance to the object.
이때, 상기 3D 모델링단계(S300)는 상기 항공사진 또는 영상을 상기 3D 형상이미지에 3D 모델링을 수행하여 상기 3D 사진이미지를 제작한다. 즉, 항공사진만으로 3D 모델링의 수행시 발생하는 고도차에 대한 보정과정을 상기 라이다를 통한 3D 형상이미지와 대비하여 최소화할 수 있는 장점이 있다.At this time, in the 3D modeling step (S300), the 3D photographic image is produced by performing 3D modeling of the aerial photograph or image on the 3D shape image. That is, there is an advantage in that the correction process for the altitude difference generated when performing the 3D modeling using only the aerial photograph can be minimized by comparing with the 3D shape image through the LIDAR.
포인트 클라우드 생성단계(S400)는 도 1 및 4에 도시된 바와 같이 제작된 상기 3D 사진이미지 상에 포인트 클라우드를 생성한다. 포인트 클라우드(point cloud)는 3차원 공간(x, y, z 좌표) 상에 퍼져 있는 여러 점(point)의 집합으로, 3D 모델링을 통해 제작된 3D 사진이미지 상에 포인트 클라우드를 생성한다. 이러한 포인트 클라우드를 통해 조사지역의 경사면을 정밀하게 분석할 수 있고, 이를 통해 경사면의 경사방향, 경사각 및 표면굴곡도를 포함하는 경사면의 다양한 정보를 획득할 수 있다.In the point cloud generating step (S400), a point cloud is created on the 3D photo image produced as shown in FIGS. 1 and 4 . A point cloud is a set of points spread over a three-dimensional space (x, y, z coordinates), and a point cloud is created on a 3D photo image produced through 3D modeling. Through this point cloud, it is possible to precisely analyze the slope of the survey area, and through this, various information on the slope including the slope direction, slope angle, and surface curvature of the slope can be obtained.
안정성 평가 및 분류단계(S500)는 도 1 및 5에 도시된 바와 같이 상기 포인트 클라우드를 이용해 상기 조사지역의 경사면 정보를 획득하고, 분석한 후 안정성을 평가하여 등급별로 분류한다. 보다 구체적으로, 상기 안정성 평가 및 분류단계(S500)는 상기 조사지역의 지표지질 및 상기 포인트 클라우드를 이용하여 상기 조사지역의 경사면 정보를 규모 및 상태에 따라 안전성능 및 내구성능으로 나누어 a에서 e까지의 5개의 등급으로 각각 분류하여 평가할 수 있다.In the stability evaluation and classification step (S500), as shown in FIGS. 1 and 5, slope information of the survey area is obtained using the point cloud, analyzed, and then stability is evaluated and classified into grades. More specifically, the stability evaluation and classification step (S500) divides the slope information of the investigation area into safety performance and durability performance according to the scale and condition using the surface geology and the point cloud of the investigation area, and ranges from a to e. It can be evaluated by classifying each into five grades of
예컨대, 규모 및 상태에 따라 불안정 지질이 없는 경우에는 a, 일부 분포(견고)인 경우에는 b, 국지적으로 분포(파쇄)인 경우에는 c, 전반적으로 분포(파쇄)인 경우에는 d, 전반적으로 분포(파쇄, 누수 등)인 경우에는 e로 평가할 수 있다.For example, depending on scale and condition, a for no labile lipids, b for partial distribution (robust), c for locally distributed (fracture), d for generally distributed (fracture), and generally distributed. (crushing, leaking, etc.) can be evaluated as e.
또한, 안전성능은 집수지형, 불안정지질, 불연속면특성, 지반변형, 지하수, 배수조건, 붕괴이력, 낙석 및 인장균열 유무에 따른 평가지표인 상태안전성능과, 평사투영해석 및 한계평형해석을 통한 평가지표인 구조안전성능을 포함할 수 있고, 상기 내구성능은 지반상태, 표면보호공, 사면보강공, 절리상태 및 풍화진행도에 따른 평가지표를 포함할 수 있다.In addition, safety performance is evaluated through state safety performance, which is an evaluation index according to catchment topography, unstable geology, discontinuous surface characteristics, ground deformation, groundwater, drainage conditions, collapse history, rockfall and tensile cracks, and evaluation through projection analysis and limit equilibrium analysis. It may include structural safety performance, which is an index, and the durability performance may include evaluation indicators according to ground conditions, surface protection holes, slope reinforcement holes, joint conditions, and weathering progress.
상기 안전성능 중 상태안전성능에서, 집수지형은 사면 내외 집수지형의 개수이고, 불안정지질은 단층 및 전단대, 습곡, 암맥 등의 분포 규모 및 상태이며, 불연속면특성은 연장성, 틈새, 거칠기, 충전물, 풍화도 및 간격을 말하고, 지반변형은 포행, 단차 및 배부름 등이며, 지하수는 누수 발생 위치 및 유출량이고, 배수조건은 산마루배수구, 소단배수구, 종배수구, 비탈끝배수구 등이며, 붕괴이력은 세굴 및 표층균열, 표층파괴, 심층파괴 등이고, 낙석은 발생규모 및 예상 낙석에너지이며, 인장균열은 진행유무이다. 상기와 같은 상태안전성능 각각의 평가지표는 조사지역의 지표지질조사를 통해 달성할 수 있고, 다만 낙석의 경우 도 6의 낙석시뮬레이션 해석에 도시된 바와 같이 경사면 정보로 취득할 수 있다.In the state safety performance of the above safety performance, catchment topography is the number of inside and outside catchment topography, unstable geology is the distribution scale and state of faults and shear zones, folds, dikes, etc., and discontinuous surface characteristics are extensibility, crevices, roughness, filling, The degree of weathering and interval are referred to as the ground deformation. Surface cracks, surface cracks, deep cracks, etc., rockfalls are the scale of occurrence and expected rockfall energy, and tensile cracks are progress or not. Each evaluation index of state safety performance as described above can be achieved through the surface geological survey of the investigation area, but in the case of falling rocks, as shown in the rockfall simulation analysis of FIG. 6, it can be obtained as slope information.
또한, 상기 안전성능 중 구조안전성능은 경사면 정보로부터 도 6에 도시된 바와 같이 평사투영해석을 통해 쐐기파괴, 평면파괴 및 전도파괴 여부 및 정도를 분석할 수 있고, 한계평형해석을 통해 건기시, 우기시 및 지진시의 안전율을 분석할 수 있다.In addition, among the safety performance, the structural safety performance can analyze the presence and degree of wedge failure, plane failure, and overturning failure through planar projection analysis as shown in FIG. 6 from the slope information, and through limit equilibrium analysis, Safety factor can be analyzed during rainy season and earthquake.
또한, 상기 내구성능의 평가지표에서, 지반상태는 토양경도 및 초기값 대비 슈미트해머 강도 추정값의 비율이고, 표면보호공은 식생피복율 및 손상면적율이며, 사면보강공은 보강공 두부와 진반의 밀착도 및 보강공 두부의 균일 및 파손 정도이며, 절리상태 및 풍화진행도는 명칭 그대로이다.In addition, in the evaluation index of the durability performance, the ground condition is the ratio of the estimated value of the Schmidt hammer strength to the initial value and the soil hardness, the surface protection ball is the vegetation coverage rate and the damaged area ratio, and the slope reinforcing ball is the close contact between the head of the reinforcing ball and the ground It is the degree of uniformity and damage of the head of the road and reinforcing hole, and the joint state and weathering progress are as they are named.
상술한 각각의 평가지표를 분석하여 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 평가지표에 해당하는 색상별로 3D 사진이미지 상에 경사면의 정보를 표시하여 조사지역 전체적으로 또는 부분적으로 확인할 수 있으며, 또한 안정성 평가시 등급별로 나누어 표시할 수도 있다.By analyzing each evaluation index described above, as shown in FIG. 7, information on the slope is displayed on the 3D photo image for each color corresponding to each evaluation index to check the entire or partial irradiation area, and also when evaluating stability. It can also be displayed by class.
경사면 관리단계(S600)는 도 1, 5 및 8에 도시된 바와 같이 상기 안정성의 등급이 기준치 이하인 경우 일정한 기간마다 상기 항공자료 확보단계(S200) 내지 안정성 평가 및 분류단계(S500)를 반복수행한다. 즉, 최초 조사지역에 대하여 안정성 평가작업을 수행하여 등급별로 분류한 후 안정성 등급이 기준치를 초과하는 경우에는 더 이상의 관리가 필요없지만, 기준치 이하인 경우에는 등급에 따라 분기별, 반기별 또는 년간 단위로 기간을 정하여 안정성 평가작업을 반복하는 것이다.As shown in FIGS. 1, 5 and 8, in the slope management step (S600), the aerial data acquisition step (S200) to the stability evaluation and classification step (S500) are repeatedly performed at regular intervals when the stability grade is below the standard value. . In other words, after performing the stability evaluation work on the first investigation area and classifying it by grade, if the stability grade exceeds the standard value, no further management is required. It is to repeat the stability evaluation work by setting a period.
이때, 최초 안정성 평가시 기준치 이하의 위험지역에 대하여는 식생이나 보호시설, 보강시설 또는 배수처리시설 등을 통해 경사면의 위험을 해소하여야 하지만, 예산 책정이나 비용적인 면에서 안정성 평가작업 이후 곧바로 위험해소 작업을 수행할 수 없으므로 위험지역에 대해서는 지속적인 관리가 필요하다.At this time, in the case of risk areas below the standard during the initial stability evaluation, the risk of the slope must be eliminated through vegetation, protection facilities, reinforcement facilities, or drainage treatment facilities. cannot be performed, so continuous management is required for dangerous areas.
따라서, 상기 경사면 관리단계(S600)는 도 5 및 8에 도시된 바와 같이 상기 조사지역의 평가된 안정성 등급이 c등급 이하인 경우 위험지역으로 선정하여 일정한 기간마다 상기 항공자료 확보단계(S200) 내지 안정성 평가 및 분류단계(S600)를 반복수행한다. 그러나, 상기 위험지역에 식생이나 보호시설, 보강시설 또는 배수처리시설 등을 통하여 재평가된 안정성 등급이 a 또는 b등급으로 변경된 경우에는 관리를 종료한다.Therefore, in the slope management step (S600), as shown in FIGS. 5 and 8, if the evaluated stability grade of the survey area is lower than grade c, it is selected as a risk area, and the aerial data securing step (S200) to stability are selected for a certain period. The evaluation and classification step (S600) is repeatedly performed. However, if the stability level re-evaluated through vegetation, protection facilities, reinforcement facilities, or drainage treatment facilities in the above risk area is changed to grade a or b, management is terminated.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법은, 조사지역의 경사면에 대한 안정성 평가와 함께 등급별로 분류하여 위험지역을 나누고, 기준치 이하의 위험지역은 식생이나 보호시설, 보강시설 또는 배수처리시설 등이 설치될 때까지 지속적인 관리를 수행할 수 있는 효과가 있다.As described above, the stability evaluation and management method of the slope using an unmanned aerial vehicle according to the present invention classifies the risk area by grade along with the stability evaluation of the slope of the investigation area, and the risk area below the standard value is divided into vegetation or protection facilities. However, there is an effect that continuous management can be performed until reinforcement facilities or drainage treatment facilities are installed.
또한, 무인항공기로부터 촬영된 사진이나 영상 데이터와 함께 라이다에 의해 획득한 3D 형상이미지를 비교 분석하여 보다 정밀한 3D 이미지를 제작하고, 특히 지표지질조사를 통해 조사지역에 대한 안정성 평가시 다양한 평가지표로 분석하여 등급별로 분류함으로써 안정성 평가의 신뢰도를 확보할 수는 효과가 있다.In addition, more precise 3D images are produced by comparing and analyzing 3D shape images acquired by LIDAR along with photos or video data taken from unmanned aerial vehicles. It is effective to secure the reliability of stability evaluation by analyzing and classifying by grade.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical spirit of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and changes will fall within the protection scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.
S100 : 조사지역선정 및 계획수립단계
S200 : 항공자료 확보단계
S300 : 3D 모델링단계
S400 : 포인트 클라우드 생성단계
S500 : 안정성 평가 및 분류단계
S600 : 경사면 관리단계S100: Survey area selection and plan establishment stage
S200: Aviation data acquisition step
S300: 3D modeling step
S400: point cloud generation step
S500: Stability evaluation and classification step
S600: Slope management step
Claims (6)
상기 조사지역선정 및 계획수립단계는,
선정된 조사지역에 대한 지표지질조사와 함께 상기 무인항공기의 항공자료 확보를 위한 비행경로를 설계하고,
상기 항공자료 확보단계는,
상기 조사지역의 항공사진 또는 영상과 함께 상기 무인항공기에 라이다(Lidar)를 장착하여 상기 조사지역을 3차원으로 이미지화한 3D 형상이미지를 획득하고,
상기 3D 모델링단계는,
상기 항공사진 또는 영상을 상기 3D 형상이미지에 3D 모델링을 수행하여 상기 3D 사진이미지를 제작하고,
상기 안정성 평가 및 분류단계는,
상기 조사지역의 지표지질 및 상기 포인트 클라우드를 이용하여 상기 조사지역의 경사면 정보를 규모 및 상태에 따라 안전성능 및 내구성능으로 나누어 a에서 e까지의 5개의 등급으로 각각 분류하여 평가하고,
상기 안전성능은,
집수지형, 불안정지질, 불연속면특성, 지반변형, 지하수, 배수조건, 붕괴이력, 낙석 및 인장균열 유무에 따른 평가지표인 상태안전성능과,
평사투영해석 및 한계평형해석을 통한 평가지표인 구조안전성능을 포함하고,
상기 내구성능은,
지반상태, 표면보호공, 사면보강공, 절리상태 및 풍화진행도에 따른 평가지표이고,
상기 경사면 관리단계는,
상기 조사지역의 평가된 안정성 등급이 c등급 이하인 경우 위험지역으로 선정하여 일정한 기간마다 상기 항공자료 확보단계 내지 안정성 평가 및 분류단계를 반복수행하고,
상기 위험지역에 식생이나 보호시설, 보강시설 또는 배수처리시설을 통하여 재평가된 안정성 등급이 a 또는 b등급으로 변경된 경우에는 관리를 종료하는 것을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 경사면의 안정성 평가 및 관리방법.A survey area selection and plan establishment step of selecting a survey area where rockfalls or collapses are suspected or expected, and establishing a stability evaluation and management plan for the survey area, and securing aerial photos or images of the survey area using unmanned aerial vehicles. A 3D modeling step of producing a 3D photo image after performing 3D modeling of the survey area from the obtained aerial photograph or image, and a point of generating a point cloud on the produced 3D photo image A cloud generation step, a stability evaluation and classification step of obtaining and analyzing slope information of the survey area using the point cloud, evaluating stability and classifying it into grades, and if the stability grade is below a reference value, the stability evaluation and classification step Including the slope management step of repeatedly performing the aerial data acquisition step or the stability evaluation and classification step,
In the step of selecting the research area and establishing a plan,
Design a flight path to secure aerial data of the unmanned aerial vehicle along with surface geological survey of the selected survey area,
In the step of securing aviation data,
Obtaining a 3D shape image obtained by imaging the irradiation area in three dimensions by mounting a lidar on the unmanned aerial vehicle along with an aerial photograph or video of the irradiation area,
The 3D modeling step,
Performing 3D modeling of the aerial photograph or video on the 3D shape image to produce the 3D photographic image,
The stability evaluation and classification step,
Using the surface geology and the point cloud of the investigation area, the slope information of the investigation area is divided into safety performance and durability performance according to scale and condition, classified into five grades from a to e, respectively, and evaluated,
The safety performance is
State safety performance, which is an evaluation index according to catchment topography, unstable geology, discontinuous surface characteristics, ground deformation, groundwater, drainage conditions, collapse history, rockfall and tensile cracks,
Including structural safety performance, which is an evaluation index through projection projection analysis and limit equilibrium analysis,
The durability performance is
It is an evaluation index according to the ground condition, surface protection work, slope reinforcement work, joint state and weathering progress,
In the slope management step,
If the evaluated stability grade of the investigation area is grade c or less, select it as a risk area and repeat the above-mentioned air data acquisition step or stability evaluation and classification step at regular intervals,
Stability evaluation and management method of a slope using an unmanned aerial vehicle, characterized in that the management is terminated when the stability grade re-evaluated through vegetation or protection facilities, reinforcement facilities or drainage treatment facilities in the dangerous area is changed to grade a or b.
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