1. 서론
공사 감독자 및 본사의 관계자는 다수의 현장 관리와 원거 리에 위치한 현장 특성으로 인하여 직접 방문을 통한 현장 관 리가 어렵기 때문에 수시로 변화하는 현장의 현황 파악을 현 장 내 관계자의 구두 보고나 문서에 의존하고 있다. 이러한 간접적인 현장 관리 방식은 시공 방법 등의 설계 변경이 필요 한 상황에서 공사 감독자, 본사 관계자 등의 의사결정을 지연 시키고, 현장의 작업 추진이 지연되는 상황을 초래하는 등 여 러 가지 문제점을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 특히 토목 공사 현장은 광범위한 현장구역에서 작업들이 시행되므로 광 역 현장을 종합적으로 관리 할 수 있는 방법과 도구들이 요구 되고 있다.
본 연구에서는 현장과 원거리에 위치하는 발주자의 현장 정보관리 방식을 최근 각 분야에서 활용성이 증대되고 있 는 UAV (Unmanned Aerial Vehicle or Uninhabited Aerial Vehicle)를 활용하여 개선하는 방안을 제시한다. 이를 위하 여 UAV를 통해 취득한 현장의 공간정보를 활용한 건설 현장 의 현장 점검, 진도 관리 및 자료관리 등 실시간 현장 원격관 리 체계를 제시하고, 현장 내의 관계자와 협업할 수 있는 현 장 모니터링 시스템을 개발한다. 개발된 시스템은 사례 적용 을 통해 시스템을 사용 전·후의 현장 사업관리 업무 흐름도 를 비교하여 개선 효과를 분석하였다. 이러한 UAV 취득정보 를 활용한 원격 관리 체계는 온라인 방식의 현장정보 관리체 계를 가속화할 수 있으며, 건설현장에 UAV 활용성 증대를 위한 다양한 목적성 연구들로 발전될 수 있을 것으로 사료된 다.
2. 이론적 고찰
2.1 국내외 연구동향토목공사에 UAV 활용 현황은 토공량 산정을 위한 3D객체 생성 모델구성에 다수의 사례가 있다. 본 연구는 건설 현장관
UAV를 활용한 토목공사 현장 모니터링 시스템 개발에 관한 연구
정주석1·한선주2·강인석*
1하동군청·2경상대학교 토목공학과
Development of Construction Site Monitoring System Using UAV Data for Civil Engineering Project
Jeong, Juseok
1, Han, Seonju
2, Kang, Leenseok
*1Hadong County Office
2Department of Civil Engineering, Gyeongsang National University
Abstract :
The ordering organizations of civil engineering project manage the construction site indirectly because the construction site is mostly located at a remote location and the public official also manages many sites. Since the civil engineering project has a wide working area, it is not easy to know the status of the whole project quickly by the indirect management method by report of the field practitioner. In order to solve these problems, the field management system between the ordering organization and the field office is changing from offline to online. This study suggests an advanced construction site management system that obtains site-related 3D information with the use of UAV and shares the information between the construction site in remote locations and their supervising authorities. To develop an UAV application system, the problems of field management in many actual sites were analyzed and derived necessary functions such as status reporting and online information management. The developed system was applied to actual field to verify its usability and compared the efficiency improvement with existing field management method.
Keywords
: UAV, Construction Site Monitoring System, Construction Site Information Management, Civil Engineering Project
* Corresponding author : Kang, Leen Seok, Department of Civil Engineering, ERI, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
E-mail: [email protected]
Received May 2, 2017: revised July 6, 2017 accepted August 21, 2017
리와 연관된 모니터링 시스템과 관련되며 이에 연관된 기존 연구를 고찰해보면 다음과 같다.
옥현(2013)은 공공 도로건설공사를 대상으로 웹 카메라 (Web Camera)를 활용한 원격 현장 모니터링 시스템을 구축 하였다. 강인석(2010)은 4D CAD 시스템과 Telepresence 기 술을 연계한 원격 모니터링기반의 공정관리체계를 제시하였 고, 문성우(2007)는 건설 시공 현장에서 USN을 활용한 시공 모니터링 체계를 제시하였다. 조영선(2015)은 UAV를 이용 한 현장관리시스템 개발을 시도하였으며 주로 UAV취득정보 에 의한 3차원 공간정보 구축에 중점을 두고 있다. 연상호 외 (2013)은 건설현장에서 공사 진행 사항을 실시간으로 취득하 여 3차원 공간정보와 센서네트워크를 결합한 유비쿼터스 기 반 건설현장 관리시스템을 구현함으로써 건설현장에 가서 공 사 진척 현황을 확인해야 하는 수고와 시간을 아낄 수 있고 실시간 정보를 PC, 노트북 또는 스마트 폰 등으로 전송하여 공사 관련 담당자나 담당자가 있는 사무실 등에서 수신할 수 있도록 하였다.
해외의 연구동향은 다음과 같다. Johannes (2012)는 디지 털 카메라가 장착된 고정 날개 UAV를 사용하여 환경 원격 탐사 응용 프로그램 시스템을 구축하였다. Gerald (2015)는 UAV를 통해 엔지니어에게 지상의 정확한 고해상도 정보를 제공함으로써 UAV가 산사태 모니터링에 효율적인 도구가 됨을 밝혔다. Laura (2016)는 지상 레이저 스캔을 사용하여 강둑 침식에 대한 모니터링 시스템을 개발하였다.
국내외 연구에서는 주로 다양한 장비를 통해 현장의 공간 정보를 디지털로 변환하여 현장과 원거리에 위치한 발주자 등이 현장 방문없이 원격지의 정보를 제공 받을 수 있는 방안 에 대한 연구들에 중점을 두고 있다. 이러한 연구 성과물을 활용하기 위해서는 현장 내 장비 설치 및 유지 관리 비용이 소요되며, 웹 카메라 등을 이용하는 방법은 작업 현장에 웹 카메라를 설치하여 현장의 제한된 공간정보만을 확보할 수 있다. 또한 현장에 UAV를 활용한 연구들은 대부분 수치표고 모델, 정사영상, 등고선도 등을 디지털로 취득하여 토공량 산 정 등 측량 성과 위주의 정보를 제공하고 있으므로, 현장관리 목적으로는 효과적인 활용성과를 나타내지 못하고 있다. 본 연구에서는 현장 내 장비 설치가 요구되지 않으면서 측량정 보중심의 공간좌표 구성이 아닌 건설 현장관리에 필요로 하 는 정보를 제공할 수 있는 UAV기반 건설현장 원격관리체계 를 제시한다.
2.2 건설현장 모니터링 시스템 특징
건설현장 모니터링 시스템 사례들은 주로 웹카메라, 온라 인 웹시스템, IoT 센서기반 정보통신 기술 등을 이용하여 사 용되고 있다. 웹카메라를 활용한 모니터링 방식의 경우 대표 적으로 웹카메라, 영상·음성 송수신 장비 및 모니터링 소프
트웨어 등이 필요하다. 이로 인하여 다수의 현장을 모니터링 할 경우 현장마다 동일한 장비와 소프트웨어가 사용되어야 하고 지속적인 유지관리 비용이 소요된다. 이러한 단점에도 불구하고 24시간 모니터링을 통한 안전 관리와, 현장 변화에 대한 실시간 저장이 가능하다는 장점으로 인하여 대다수 건 설현장에 사용되고 있다. 온라인 웹기반 현장관리시스템은 실시간 건설 현장에서 발생되는 각종 공정별 진도율과 안전 사고발생 현황 등을 실무자가 입력하여 공유하는 체계로서 비교적 적은 비용으로 현장관리가 가능하나 정보입력에 의존 하므로 수치적 정보기반의 관리형태가 되어 소수 실무자만 의 활용체계가 된다. IoT 센서 기반의 정보통신기술 활용 시 스템은 각종 센서를 활용하여 근로자와 장비, 공정을 통합 관 리하는 방식으로서 공정별 작업현황을 실시간으로 관리하고 현장 상황에 신속하게 대처할 수 있는 기능을 구축할 수 있으 나, 구축비용과 유지관리비용이 많이 소요되는 점을 고려해 야 한다.
3. 건설현장 관리 현황 분석 및 시스템 기능 도출
3.1 건설현장 관리 현황 분석본 연구를 위해 건설현장의 관리현황을 분석하기 위해 토 목공사 사업장 12개소를 선정하여 방문하여 면담 조사를 실 시하였다. 조사항목은 현장 점검 방법, 현장 점검 주기, 진도 보고 이용 매체, 진도 보고 주기, 현장 실정보고 이용 매체, 실정보고 증빙 자료 형태, 현장 자료 공유 방법, 자료 요청 이 용 매체의 항목으로 집계하였다. 조사된 결과를 통해 현장점 검 방식에 따른 분석, 진도관리 방식에 따른 분석, 실정보고 방식에 따른 분석, 자료관리 방식에 따른 분석 등 4가지 항목 으로 건설현장 관리 현황을 분석하였다.
먼저, 현장점검 방식에 따른 분석으로 현장점검 방법은 발 주자의 경우 현장을 직접 방문하여 점검하고 있는 것으로 나 타났으나 점검 주기가 대부분 주 1회 이하로 파악되었다. 본 사가 관내에 위치하는 경우 주 2회 이상 방문하여 현장을 점 검하는데 비하여 관외에 위치하는 경우 주 1회 이하로 현장 을 점검하고 있었다. 이는 발주자나 관외에 위치하는 본사 관 계자의 경우는 다수의 현장 관리와 현장까지 이동 시간, 비용 등의 제약으로 직접적인 현장 점검이 어려운 것으로 분석되 었다.
다음으로, 진도관리 방식에 따른 분석으로 발주자의 경우 조사대상 12개 현장 중 11개의 현장에서 유선 전화를 통해 현 장으로부터 진도를 보고 받고 있는 것으로 나타났다. 관내에 위치하는 본사의 경우 현장의 진도를 주 2회 이상 직접 보고 를 받으나, 관외에 위치하는 본사의 경우 모두 전화를 통해 현장 진도를 관리하고 있는 것으로 나타났다. 이는 다수의 현 장 관리와 현장까지 이동하는 데 걸리는 시간 등으로 현장 점
검을 할 수 없기에 부득이하게 전화 보고 등의 간접적인 방식 에 의존하여 현장진도를 관리하고 있는 것으로 분석되었다.
실정보고 방식에 따른 분석으로 발주자의 경우 11개의 현장 에서 발주자의 사무실로 직접 찾아와서 보고를 하고 있는 것 으로 나타났다. 본사가 관내에 위치하는 경우 현장으로부터 문서와 사진의 자료 형태로 직접 보고를 받는 사례도 파악되 었으나, 관외에 위치하는 경우 현장으로부터 문서, 사진, 동 영상 등의 다양한 자료 형태로 이메일과 유선전화를 통해 보 고를 받는 것으로 나타났다. 이는 현장 내 문제가 있을 경우 현장 내 관계자는 다양한 자료 형태를 이용하여 현장 상황을 자세히 모르는 의사결정권자를 이해시켜야 하는 문제가 있 다. 의사결정권자가 현장의 상황을 충분히 이해하고 결정을 내릴 때까지는 소요되는 시간으로 작업에 지연을 초래하는 사례도 파악되고 있다.
마지막으로, 자료관리 방식에 따른 분석으로 자료의 공유 방법은 발주자의 경우 6개 현장은 현장 자료를 직접 전달하 고 있었지만, 6개 현장은 대량의 종이 문서와, 전자파일을 이 용하여 현장 자료를 관리하고 있었다. 그리고 본사가 관내에 있는 6개 현장은 현장 자료를 직접 전달하고 있지만, 본사가 관외에 있는 6개 현장은 현장으로부터 이메일을 통해 현장 자료를 제공 받고 있었다. 발주자와 본사관계자는 대량의 종 이 문서와, 전자파일을 이용하여 현장 자료를 관리할 때 대량 의 종이 문서, 전자파일 등으로 현장 자료 관리에 불편을 겪 고 있는 것으로 분석되었다. 자료 요청 시 이용 매체는 발주 자, 관내에 위치하는 본사의 경우 현장에 유선전화를 통해 자 료를 요청하고 있는 반면에 관외에 위치하는 본사의 경우 이 메일을 통해 자료를 요청하고 있었다. 전화를 이용한 자료 요 청은 현장으로부터 불필요한 정보를 받거나 수신 두절로 필 요한 시점에 요청을 못하는 경우가 발생되는 것으로 분석되 었다.
3.2 모니터링 시스템에 요구되는 기능 도출 건설현장의 관리 현황 분석을 통해 본 연구에서 개발할 시 스템에 요구되는 기능을 다음과 같이 도출하였다.
현장 점검 관리 방식에 의한 분석 결과 현장과 원거리에 있 는 관계자는 다수의 현장 관리와 현장이동에 따른 시간, 비용 의 제약으로 직접 점검이 곤란한 점이 많으므로, 현장의 상황 을 표현하는 세부 사진과 동영상을 통해 실시간으로 현장 점 검을 할 수 있는 기능이 요구된다. 진도관리방식은 전화보고 등의 간접적 방식보다는 현장 상황을 직접 확인하면서 파악 할 수 있는 객관적 정보 전달이 가능한 기능이 필요하고, 실 정보고 방식도 의사결정까지 소요되는 시간을 단축하기 위한 현장의 실시간 현황정보 공유 기능들이 요구된다.
Table 1. Functions required in the site monitoring system
Field service
Analysis of management status of construction site
Functions required in the system
Field inspection
method
Difficulties in performing on-site inspection due to the limitation of travel time and cost to many field
management and site
Online functions to check the site without visiting the site
Progress management
method
Dependent on non-objective methods such as phone report
of relevant person in site
Functions to check the work situation of the site on an
objective basis
Status reporting
method
Delays in work until the decision maker fully understands the situation and
makes a decision
Functions to communicate with the people in and out of the field by visually watching the overall situation of the site
Data management
method
Inconvenience in field data management by storing a large
amount of paper documents and various electronic files
Functions to promptly ask for specific information needed by
field personnel
4. 모니터링 시스템 모형 구성 및 개발
4.1 현장 관리를 위한 UAV활용 정보구성본 연구에서 구축하는 UAV 취득정보를 이용한 현장관리 시스템을 활용하기 위해서는 UAV 영상을 이용하여 현장 정 보를 구성해야 하며, Fig. 1은 정보 구성 모형을 나타내고 있 다. 건설현장의 업무 관리에는 현장 점검 업무, 실정 보고 업 무, 진도 관리 업무, 자료 관리 업무가 있으며, 이들 업무의 수행을 위하여 먼저 UAV를 활용한 현장의 공간정보 확보가 필요하다. 현장의 공간정보 확보 단계는 UAV를 활용하여 비 행계획 수립, UAV 촬영, 영상처리 등 일련의 과정을 통해 현 장의 3차원 입체 모델링을 확보한다. 비행계획의 수립에서는 현장 촬영 구간 확인, 지장물, 고도, 중복도, 촬영횟수, 촬영 경로 등에 대한 계획을 수립한다.
Fig. 1. Data composition model for site management system
다음으로 UAV로 현장을 촬영하고, 정사영상과 DSM (Digital Elevation Model, 수치표면모델)을 확보하기 위한 영상처리 작업을 실시하고, 정사영상과 DSM을 병합하여 3 차원 모델링 작업을 한다. 시스템 자료 생성 단계는 본 연구 에서 개발할 시스템의 DB자료를 제작하는 것으로서 UAV를 통해 획득한 현장의 공간정보 자료를 바탕으로 UAV 동영상, 현장 전경, 작업 일보를 제작한다. UAV 동영상 자료는 사용 자가 현장의 정보를 동영상으로 확인할 수 있도록 하기 위한 자료로서 확보된 3차원 입체 모델링으로 작업구간에 대하여 Virtual Surveyor 프로그램으로 동영상을 제작하고, 사용자 가 사용하는 안드로이드, IOS, 크롬, 익스플로어 등 다양한 브라우저에서 실행되도록 mp4, ogv, webm 형식으로 파일 을 저장하여 제작한다. 현장 전경 자료는 사용자가 현장의 월 별로 변화하는 과정을 확인할 수 있도록 하기 위한 자료로서 UAV가 촬영한 현장의 월별 전경 사진을 통해 사진 편집 프 로그램으로 사진을 편집하고, 사용자에게 웹상에서 고해상도 사진 정보 제공을 위하여 png type으로 저장하여 제작한다.
작업 일보 자료는 사용자가 현장의 작업 내용, 공정율, 일 별 도급액 추진 상황 등을 웹상에서 확인할 수 있도록 하기 위한 자료로서 현장에서 사용하고 있는 작업일보, 공사비 내 역서, 도면 등의 정보를 사전 확보한다. 현장의 2D 도면과 3D 모델링을 병합하여 작업에 대한 평면도, 횡단면도를 제작 하여 작업 물량을 산출한다. 산출된 물량을 사전 확보된 공사 비 내역서에 기입하여 공정율, 일별 도급 집행내역 등에 대한 정보를 확보한다. 사전 확보된 작업 일보에 공정율, 도급 집 행 내역, 작업 내용 등의 정보를 기입하고 웹상에서 볼 수 있 도록 HTML (Hypertext Markup Language)의 형식으로 작 업 일보 자료를 생성한다. 생성된 시스템 DB 자료는 UAV를 활용한 원격 현장관리 시스템 운영체계의 현장 점검, 진도 관 리, 실정 보고, 자료 관리 등의 현장 관리 업무에 활용된다.
4.2 UAV 현장 모니터링 시스템 모형 구성 UAV를 이용하여 현장 정보를 취득한 후에는 현장관리 기 능을 갖춘 시스템에서 UAV정보를 활용해야 하며, 연구에 서 제시하는 UAV를 활용한 현장 모니터링 시스템의 모형은 Fig. 2와 같다. 우선 발주자, 본사 관계자 등의 사용자에게 필 요한 서비스 제공을 위한 시스템 서버를 구성하고, 사용자는 시스템 서버에 접속하여 시스템의 다양한 기능을 통해 현장 을 모니터링 할 수 있도록 한다.
Fig. 2는 현장정보 운영체계의 시스템 구성 모습으로 UAV 에서 취득된 현장 정보를 활용하기 위한 원격 현장 정보관리 를 수행하는 모형을 나타낸 것이다. 현장에서는 발주자가 현 장의 정보를 관리할 수 있도록 WEB, VNC, WebDAV, MAIL 등의 IT 기술을 활용한 모니터링 시스템을 구축하고, 발주자 등의 사용자는 스마트 폰, PC 등을 통하여 모니터링 시스템
에 접속하여 현장 점검, 실정 보고, 진도 관리, 자료 관리 등 의 현장 관리 업무를 수행한다. 연구에서 제시한 원격 현장정 보 운영체계 모형을 통해 발주자 등은 현장 관계자의 구두, 서면보고 등의 오프라인 현장 관리 방식에서 원격지에 위치 한 현장의 현장 점검, 실정 보고, 진도 관리, 자료 관리 등의 현장 관리 업무 방식을 온라인으로 수행함으로서 기존의 오 프라인 현장 관리 방식을 개선할 수 있다.
Fig. 2. Site information monitoring system model
4.3 UAV 현장 모니터링 시스템 개발
본 연구에서 개발한 UAV 현장 모니터링 시스템은 UAV 를 활용하여 현장의 공간정보를 확보한 후, 보편적으로 사용 되는 PC, 태블릿, 휴대폰 등의 IT기기를 통해 현장 내 관계자 와 협의를 할 수 있으며 현장의 각종 정보를 열람 및 공유할 수 있는 기능으로 구성하였다. UAV 현장 모니터링 시스템은 Fig. 3과 같이 사용자가 필요로 하는 현장 정보를 담고 있는 SYSTEM DB, 모니터링 시스템 기능을 담당하는 SERVER, 서버에 접속하여 시스템 기능을 사용하는 USER로 크게 구 성된다. 시스템 DB는 사용자에게 제공하는 현장의 정보를 나 타내는 것으로서 UAV를 활용하여 취득한 현장의 공간정보, 현장의 동영상, 현장 사진 및 작업 일보 자료 등의 현장 정보 를 나타낸다. 시스템 SERVER는 사용자가 별도의 오프라인 공간이 아닌 웹브라우저를 통해 웹상에서 모니터링 시스템 에 접속할 수 있는 기능을 담당하는 WEB SERVER, 현장내 외의 관계자가 현장에 대한 시각적인 정보를 공유하면서 현 장에 대한 회의를 할 수 있는 Online Meetings 기능을 담당
하는 VNC SERVER, 발주자, 본사 등의 현장 관계자가 별도 의 프로그램 설치 없이 현장 정보를 전자 파일 형태로 제공하 고 정보를 열람, 다운할 수 있는 기능을 담당하는 WEBDAV SERVER, 발주자, 본사 등의 관계자가 시스템 상에서 현 장 내 관계자에게 정보를 요청할 수 있는 기능을 담당하는 MAIL SERVER로 구성되어 있다.
Fig. 3. Architecture of construction site monitoring system using UAV data
모니터링 시스템에 접속한 사용자에게 보여주는 초기화면 은 Fig. 4와 같고, 스마트폰, PC, 태블릿 등의 다양한 기기로 시스템에 접속하여 사용할 수 있도록 사용기기에 따른 웹페 이지 레이아웃이 변화되도록 반응형 웹 기법을 활용하여 구 성되어 있다. 초기화면에서는 UAV 현장 모니터링 시스템이 설치된 현장의 목록을 볼 수 있다. 모니터링 하고자 하는 현 장을 선택하면 선택된 현장의 모니터링 시스템에 접속할 수 있다. 각 메뉴의 이동은 클릭 혹은 터치로 작동되며, 시스템 의 기능 사용은 별도의 프로그램 설치 없이 사용할 수 있다.
초기 화면 오른쪽 상단의 를 터치하면 초기화면으로 돌아갈 수 있는 HOME, 현장의 정보를 볼 수 있는 현장 모니터링, 현 장에 정보를 요청할 수 있는 정보 요청 메뉴가 나타난다.
Fig. 4. Main menu of UAV monitoring system
현장 모니터링을 터치하면 사용자가 현장내의 관계자와 회 의를 할 수 있는 Fig. 5와 같은 온라인 회의 기능, 현장의 3D
모델링을 동영상으로 볼 수 있는 UAV 동영상 기능, 현장의 월별 변화 모습을 볼 수 있는 현장 전경 기능, 현장의 추진 사 항 등을 확인 할 수 있는 작업 일보 기능, 현장의 정보를 열 람, 다운 할 수 있는 정보 공유 기능을 사용할 수 있도록 구성 하였다. 현장 모니터링 메뉴의 각 기능 선택은 사용자의 원활 한 접근성 및 시인성을 고려하여 버튼 형식으로 구성하였다.
Fig. 5. Sub menu of site monitoring menu
온라인 회의 기능은 시스템에 접속한 사용자 확인을 위해 접속 후 별도의 사용자 이름을 입력 후 기능을 사용할 수 있 도록 하였다. UAV 동영상, 현장 전경, 작업일보 기능은 별도 의 인증없이 현장 정보를 조회할 수 있다. 정보 공유 기능은 정보의 보안을 위해 ID와 비밀번호를 입력하는 사용자 인증 을 거친 후 기능을 사용할 수 있도록 하였다. 정보 요청을 터 치하면 사용자가 현장에 정보를 요청할 수 있는 화면으로 이 동한다. 해당 화면에서 사용자는 본인의 이름, 이메일, 전화 번호 정보를 입력한 후 필요한 정보의 요청 내용을 입력하고 요청하기 버튼을 터치하면 현장 내 관계자의 이메일로 요청 내용이 즉시 전달되도록 구성하였다.
5. 모니터링 시스템 현장 적용 및 효율성 분석
5.1 UAV 현장 모니터링 시스템의 현장 적용본 연구에서 개발된 시스템의 현장 적용을 위하여 선정된 프로젝트는 현장의 모습이 시시각각으로 변화가 발생되는 토목공사 현장이며, 현장 관계자가 UAV를 활용한 현장 관 리 방식에 관심이 높은 현장이기에 본 연구의 목적인 UAV 를 활용한 현장 모니터링 시스템 적용에 적합한 지역으로 판 단하였다. 시스템적용을 위하여 Fig. 6의 상단과 같이 비행 전 사전답사를 한 후 구글어스를 활용하여 비행고도 및 비행 경로를 설정하였다. 현장의 지장물을 고려하여 평균 고도는 143m, 종방향 중복도 75%, 횡방향 중복도 60%로 설정하였 다. 또한 Fig. 7의 하단과 같이 비행경로를 3구간으로 나누어 실시하였다. 현장의 공간정보 취득을 위한 하드웨어로 고정 익 UAV와 캐논 S110 카메라를 사용하였다.
Fig. 6. On-Site flight area & planned flight path
본 연구에서는 고정익 UAV의 비행 속도가 회전익에 비해 빠른 시간 내 현장의 공간정보를 취득할 수 있으므로 사용하 였으며, 공간정보 가공을 위한 소프트웨어로 emotion 프로 그램, Virtual surveyor 프로그램을 이용하였다. Fig. 7은 영 상 처리 작업으로 생성된 정사영상과 DSM (Digital Surface Model)을 병합하여 현장의 3차원 모델링을 제작한 것이다.
Fig. 7. 3D Modeling of construction site
또한 현장관리 정보로 활용하기 위한 UAV 동영상, 현 장 전경, 작업일보 시스템 자료를 생성하였다. UAV 동영 상 자료는 취득한 3D 모델링을 활용하여 제작하고 Virtual surveyor 프로그램을 이용하여 사용자가 사용하는 다양한 웹 브라우저에서 재생할 수 있도록 mp4, ogv, webm형식의 비 디오 파일로 저장하여 HTML source 태그로 각 파일을 지정 하여 동영상 자료를 생성하였다.
Fig. 8. UAV Database
Fig. 8에서와 같이 현장 전경 자료는 UAV를 활용하여 현 장 전체를 배경으로 현장 작업 전과 착수 후 2015년 9월, 10 월, 11월에 각 1차례씩 촬영하여 사진 편집 프로그램을 활 용하여 모니터링 시스템에 사용할 수 있도록 편집하고 png type으로 파일을 저장하여 HTML img 태그로 각 파일을 지 정하여 현장 전경 자료를 생성하였다. 작업일보 자료를 생성 하기 위해서 먼저, Fig. 9와 같이 UAV를 활용하여 취득된 현 장의 3D 모델링에 현장의 2D 계획평면도, 횡단면도 CAD 도 면을 병합하여 설계 계획 대비 작업 추진 물량을 산출하였다.
Fig. 9. Drawings mode of UAV data
다음으로, Fig. 10과 같이 현장에서 사용하고 있는 공사비 내역서에 산출된 물량을 입력하여 계획 물량, 금액 대비 현재 의 시공 물량, 금액을 비교하여 공정율을 파악하였다. 그리 고, 현장에서 사용하고 있는 작업일보에 상기에서 획득한 작 업물량, 공정율 정보를 입력한 후 HTML 형식의 전자파일로 저장하여 작업일보 자료를 생성하였다. 작업일보는 현설계도 면을 확보한 후, 도면과 UAV를 활용하여 취득된 현장의 3차 원 입체 모델을 병합하여 현재의 작업 상황을 확인할 수 있는 계획평면도와 횡단면도 등의 도면을 제작한 후 작업 물량을 산출하여 현장의 공정율, 도급 집행 내역 등을 확인한다.
Fig. 10. Work report using UAV data
다음으로, 사용자가 시스템에 접속할 수 있도록 서버 PC 를 선정한 후 모니터링 시스템 기능을 담당하는 시스템 서 버를 구성하였다. 본 연구에 사용된 서버 PC는 OS 윈도우
7, Graphic Hardware 1GB, RAM 8GB, CPU 인텔 i7, HDD 256GB의 사양과, 인터넷이 구축된 환경에 있는 것을 사용하 였다. 마지막으로, 발주자, 본사 등의 현장 관계자에게 스마 트폰, PC 등의 다양한 IT기기를 통해 개발된 모니터링 시스 템의 기능을 사용하도록 하였다. Fig. 11에서는 본 연구에서 구축한 시스템의 주요 기능에 대해 UAV정보 취득 등 현장 적용과정을 표현하고 있다.
Function for online meeting Function of UAV movie
Function of site panorama view Function of work status review
Function of data sharing Function of data request
Fig. 11. Main functions of site monitoring system
5.2 UAV 현장 모니터링 시스템 효율성 분석 개발된 UAV 현장 모니터링 시스템의 효율성을 분석하기 위해 본 연구의 조사에 참여한 현장 관계자 24명을 대상으로 면담을 통해 기능 구성의 적정성, 시간, 비용 절감 효과에 대 하여 리커트 척도(likert-type scale) 방식으로 조사하였다.
Table 2. Satisfaction survey on system usability
Efficiency Item Very
good Good Moderate Not
good Very bad
Appropriatenessof functional configuration
10 9 5 0 0
Time saving 8 10 2 3 1
Cost saving 12 7 1 2 2
Table 2는 분석결과를 나타내고 있다. 기능 구성의 적정성 에 관한 조사결과 ‘매우 그렇다’ 41.7%, ‘그렇다’ 37.5%, ‘보통
이다’ 20.8%로 집계되었고, 조사에서 79.2%가 ‘그렇다’ 이상 에 응답한 결과를 통해 시스템의 기능 구성이 적절한 것으로 판단된다. 그 외의 기능들은 골고루 분포되어있지만 이는 현 장 관계자들이 현장을 모니터링 할 때 꼭 필요한 사항들로 기 능이 구성되어 있기 때문인 것으로 분석되었다. 다음으로, 시 간 절감 효과에 관한 조사에서 '매우 그렇다‘ 33.3%, '그렇다‘
41.7%, '보통이다‘ 8.3%, '그렇지 않다‘ 12.5%, '매우 그렇지 않 다‘ 4.2%로 집계되었으며, 절감 효과에 관한 조사에서 75.0%
가 시스템 사용으로 현장 관리에 소요되는 시간의 절감 효과 가 있을 것으로 판단된다. 이는 본 시스템을 사용하여 현장을 관리함으로써 현장 관리에 소요되는 시간을 줄일 수 있다는 것으로 분석되었다. 그리고 비용 절감 기대 효과에 관한 조 사에서 '매우 그렇다‘ 50%, '그렇다‘ 29.2%, '보통이다‘ 4.2%, ' 그렇지 않다‘ 8.2%, '매우 그렇지 않다‘ 8.3%로 집계되었으 며, 79.2%가 현장 관리에 소요되는 비용의 절감 효과가 있 을 것으로 판단하고 있다. 하지만, UAV 현장 모니터링 시스 템 사용으로 월별 현장 관리에 절감되는 예상 비용은 발주자 의 경우는 시스템 사용 전에 현장 방문이 어려워 현장 관리 에 소요되는 비용이 낮았기에 시스템 사용 후에도 큰 변동이 없었으나, 본사 관계자의 경우 50~100만원 미만으로 비용 을 절감할 수 있다는 것으로 분석되었다. 이러한 조사결과는 UAV 현장 모니터링 시스템이 현장 내 별도의 장비 구축 없 이 UAV를 통해 빠른 시간 내 현장 정보를 취득할 수 있는 설 치성, 시스템 기능 사용에 있어 별도의 프로그램 설치와 사용 법을 익히지 않아도 되는 편리성, 장소, 시간에 관계없이 사 용 가능한 사용성 때문인 것으로 분석되었다.
Table 3. Summary results for most useful function
Item On-line meeting
UAV image
Site image
Work report
Data sharing
Client 3 2 1 2 2
Distribution
ratio(%) 25 16.7 8.2 16.7 16.7
Contractor 3 2 2 2 2
Distribution
ratio(%) 25 16.7 16.7 16.7 16.7
Table 3은 시스템에서 유용한 기능의 설문 분석결과로서, 발주자 및 시공사 모두 온라인 회의, UAV 동영상, 현장 전 경, 작업 일보, 정보 공유 기능의 순서로 조사되었으며, 이는 웹상에서 현장과 실시간으로 작업 현황을 볼 수 있고 작업 공 간을 전체적으로 보면서 현장과 즉시 회의가 가능한 장점 때 문인 것으로 분석되었다.
6. 결론
본 연구에서는 현장 내에 위치하는 관계자의 구두 및 서면 보고 등으로 현장 정보를 관리하는 기존의 오프라인 방식을 관계자의 방문 없이 사무실에서 현장 상황을 확인할 수 있는 온라인 방식으로 개선하고자 건설현장에 UAV 취득정보를 활용한 원격관리체계를 제시하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
첫째, 기존의 현장관리 현황 조사 분석을 위하여 12개 건설 현장을 선정하여 현장점검방식 등 4개 항목에 대하여 관리현 황과 문제점 분석을 시도하였으며, 이를 통하여 원격지 현장 의 관리체계에 요구되는 기능들을 도출하였다. 도출된 기능 은 WEB, VNC, WebDAV 및 MAIL 등 4개의 IT 기술을 활용 하여 구축하였으며, 사례 적용을 통해 발주자 등의 사용자가 온라인에서 현장과 협업이 가능하고 현장 방문 없이 현장의 다양한 정보를 실시간으로 제공 받을 수 있음을 확인하였다.
둘째, 연구에서는 UAV취득정보에 의한 원격지 현장의 사 업관리를 보다 효율적으로 할 수 있는 웹 기반 시스템을 구축 하였으며, 현장의 보다 높은 활용성 확보를 위하여 현장정보 생성단계, 시스템 구축 단계 및 현장 효율성 분석 단계로 구 분하여 현장관리 운영체계의 구성을 시도하였다. 개발된 시 스템은 기존 모니터링 시스템 연구와 달리 UAV를 활용하여 현장의 공간 정보를 확보함으로서 현장 내 모니터링 장비의 구축 및 유지관리가 요구되지 않으며, 웹 기반으로 개발된 시 스템 기능으로 인하여 사용자는 별도의 프로그램 설치 없이 현장 정보를 모니터링 할 수 있다.
셋째, 본 연구에서 개발한 시스템의 적용성 분석에서 기능 구성의 적정성, 시간, 비용 절감 효과에 대해 활용성이 있는 것으로 분석되었으며, 이로써 UAV를 활용하여 현장 정보 취 득과 원격 현장정보 운영 시스템을 운용하면 발주자의 불필 요한 현장 점검이 최소화되고, 현장 관리에 소요되는 시간과 비용이 절감될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 제시한 건설현장 원격관리체계의 활용은 PMIS활용이 곤란하고 공사규모가 중규모이면서 일정기간 이상의 공사기간을 갖는 건설현장의 현장관리에 효율적으로 사용될 수 있으며, 보다 정밀한 관리 효과를 갖기 위해서는 UAV 정보 취득의 빈도 향상과 현장관리자가 요구하는 모니 터링 기능 보완이 지속적으로 필요한 부분이다.
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요약 :
토목공사 발주기관은 공사현장이 대부분 원거리에 위치하고 담당공무원도 다수의 현장을 관리하게 되므로 간접적 방식으로 현장을 관리하고 있다. 토목공사 현장은 광범위한 작업구역을 가지므로 현장 실무자의 보고에 의한 간접적 관리방식으로는 사업 전체의 현황을 신속하게 파악하기가 쉽지 않다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 발주기관과 현장간의 현장관리시스템은 오프라인 에서 온라인방식으로 변화되고 있다. 본 연구에서는 UAV에서 취득한 현장의 3차원정보를 활용하여 원거리에 위치한 현장과 감독 기관간에 관련 정보를 온라인으로 공유할 수 있는 개선된 현장관리시스템을 제시한다. 이를 위하여 연구에서는 다수의 실제 현장 의 현장관리 운영체계의 문제점을 분석하여 UAV활용 현장관리시스템에 필요로 하는 공사현황보고 및 온라인 정보관리 등의 주요 기능을 도출하였다. 연구에서 개발된 시스템은 실제 공사 중인 현장에 적용하여 활용성을 검증하였으며, 다수의 현장 조사를 통하 여 기존의 간접적 현장관리 방식과의 효율성 개선사항을 분석하였다.
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