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Camera | Digital Railway를 위한 항공 데이터 수집

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작성자 KPYOURS 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일18-07-23 13:43 조회529회 댓글0건

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June 21 2018 

Digital Railway를 위한 항공 데이터 수집  

향상된 드론 플랫폼으로 철도 기반시설 검사의 효율성 개선 

by James Dunthorne

 

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철도 네트워크가 직면하고 있는 주요 과제들 중 하나는 철도 선로의 고장을 예방하는 것 입니다. 잠재적인 선로 불량을 피하는 것은 검사관들에게 위험 부담을 주지 않고 철도 방해를 피하면서, 수 천 마일의 선로를 검사한다는 것을 의미합니다.  ‘디지털 레일웨이(Digital Railway)’ 구축은 혁신적인 검사 방법 중 하나입니다. - 실제의 그리고 잠재적인 선로 데미지를 식별하는 정확하고 역동적인 시각화 툴입니다. 최고 품질의 데이터 수집에 기반한 디지털 레일웨이는 레일 개발, 유지, 보수 그리고 리뉴얼 프로젝트에 대해 우선 순위를 매기고 계획할 때, 보다 나은 결정을 내리는데 도움을 줍니다. 이번 기사에서는 영국의 레일웨이 프로젝트에서 이런 툴의 실제 활용 모습을 보여드리겠습니다. 

 

영국의 Network Rail 과 협업을 진행한 Plowman Craven 은 최근에 Vogel R3D 를 개발하였습니다. 무인 항공기 (Unmanned Aerial Vehicle, UAV 또는 Drone (드론)) 기반한 이 서비스는 5mm 이하까지 정확한 선로 인프라 구조의 3D 측정을 가능하게 만들었습니다.  이 툴은 철도 인프라 구조의 전반적인 조사를 수행하고 접근이 어려운 지역에 상공으로 접근하고 지상 인력의 위험 부담을 제한하기 위해 개발되었습니다. 고해상도의 이미지는 단일 비행으로도 넓은 표면 지역을 촬영할 수 있게 만들어줍니다. 촬영이 되면, 중첩된 이미지들이  사진 측량 (Photogrammetry) 소프트웨어를 통하여 처리되어, 정확한 3D 포인트 클라우드를 생성합니다. 소프트웨어의 픽셀 매칭 알고리즘은 내부 방향성 변수들과 항공삼각측량을 해결하기 위해 사용됩니다. 

 

 

| 새로운 UAV 플랫폼 

 

Vogel R3D 시스템은 안전성과 신뢰성으로 유명한 Aerialtronics 드론과 함께  Phase One 인더스트리얼 1억 화소 미디움 포맷 항공 카메라로 구성되어있습니다. 동급 제품 중 가장 가벼운 무게를 자랑하는 이 카메라의 센서는 최적의 데이터 품질을 위해 더 많은 양의 빛을 캡처할 수 있게 만들어졌고, 하이 다이나믹 레인지를 갖고 있어서 같은 이미지에서 조도차이가 나는 피사체들에 대한 정확한 측정이 가능합니다.

 

안전한 케이스를 가능하게 하는 시스템의 주요 포인트 중 하나는 항공기의 회전자(rotor) 셋업입니다. 4 개의 회전자로만 하늘을 나는 항공기에서는 하나의 회전자 고장만으로도 추락할 가능성이 큰 반면, 이 항공기는 총 8 개의 회전자로 구성되어 있어 시스템의 이중화를 제공합니다. 이중화와 신뢰도가 실제 환경에서의 안전성에 중요한 이유가 여기서 나옵니다. Aerialtronics 플랫폼의 안전 기능들, 하드웨어 이중화와 그들의 실적은 Plowman Craven이 영국 민간 항공국 (Civil Aviation Authority) 로부터 ‘안전 운용 케이스’ 로 인정을 받고, 무인 항공기를 도심 상공에 날릴 수 있게 했습니다. 이런 향상된 비행 허가는 소수의 오퍼레이터들에게만 주어지는 것입니다.  

 

 

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 Vogel R3D 시스템은  Aerialtronics 드론으로 구성되어있다.

몇몇 로케이션에서 움직이고 주차되어있는 기차의 수만 봐도 측량 팀에게는 쉽지 않은 도전이라는 것이 증명됩니다. 선로는 오직 비어있을 때만 완벽하게 확인이 가능하죠. 그말은 아주 높은 레벨의 계획과 준비가 요구된다는 것입니다. 특히 기차가 움직이지 않는, 아무런 방해물이 없는 상황이 60 초 밖에 없는 붐비는 역들은 더 합니다. 열차가 지나갈 때까지 수동으로 측량을 잠깐 멈추는 능력도 이 프로젝트에서는 무척이나 중요합니다. 사용하는 시스템에서는, 사진 측량 오버랩(중첩)을 설정하여 선로를 막고있는 기차들 때문에 결과물에 영향을 줄 가능성을 차단합니다.  

 

 

| 초고해상도 이미지 얻 

 

35 미터 상공에서 운용되는 Vogel R3D 시스템은 일련의 미리 프로그램된 비행 경로를 따라 수 천장의 중첩된 고해상도 이미지들을 촬영합니다. 이 초고해상도 이미지는 높은 정확도를 가진 측량 수준의 데이터 생성에 중요하고, 측정 데이터 뿐만 아니라 장소에 대한 완전한 시각적 기록을 남겨줍니다. 

 

1억 화소 RAW 이미지의 높은 품질은 아주 작은 특징까지도 확인할 수 있게 해줍니다. 1-2 mm 의 지상 거리에서 침목 표시와 특정 레일 클립, 플래시 버트 용접 위치도 식별이 가능합니다. 이런 대상물들은 조사관들이 야간에 선로에서 헤드 토치만 장착한 채로 작업할 때에 시각적으로 위치를 파악하는데 꽤나 문제가 될 수 있는 부분입니다.  

 

일반적으로 무인 항공기는 배터리 교체가 필요하기 전까지 약 10 분 정도 비행을 하고, 약 300 장 정도의 이미지를 그 시간 동안 촬영할 수 있습니다. 각각의 비행 전에는 수 많은 안전 체크가 선행되어야 하는데, 여기에는 UAV 시스템의 무결성과 운용되는 지역의 위험성 확인이 포함됩니다. 영국의 선로에서 작업을 진행한 첫 6 개월 동안, Vogel 시스템은 50 시간이 넘는 비행 시간 동안 프로젝트 구역을 돌아다니며 8 TB 가 넘는 RAW 이미지를 촬영했습니다. 

 

 

| 디지털 레일웨이의 시각화 

 

선로 조사를 실시하는 기존의 방법과는 다르게, 지형 측량 CAD 데이터는 초고해상도 정사 사진들(orthophoto), 아주 디테일한 컬러 포인트 클라우드와 RAW 이미지들로 보완됩니다. 모든 데이터들은 하드 카피로 공급이 가능하며 Plowman Craven의 클라우드 기반 데이터 관리 플랫폼으로도 이해당사자들의 열람이 가능합니다. 

 

이 시각화된 데이터의 궁극적인 가치는 매우 중요합니다. 전 세계의 이해 당사자들이 태블릿 또는 컴퓨터로 특정 사이트를 ‘돌아’ 다닐 수 있도록 하여 이미지 조사와 측정된 데이터 추출이 가능해졌습니다. 특히 선로 루트의 물리적 특징에 대한 극히 제한적인 정보를 가지고 일해야 하는 기관사들과 보수 유지 업체들에게, 이런 검증되고 유용한 데이터에 접속할 수 있다는 것은 엄청 효과적일 겁니다. 또한 미래의 선로 유지 프로젝트들을 모니터링, 기획, 예측과 준비를 할 때 결정을 내리는 데 도움이 되겠죠.   

 

 

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선로 조사를 실시하는 기존의 방법과는 다르게 지형 조사 CAD 데이터는 초고해상도 정사 사진 (orthophoto) 들과 디테일한 색상 포인트 클라우드에 RAW 이미지 파일들을 더하여 보완을 진행합니다. 

기존의 조사 방법에 비해서 얻을 수 있는 이점은 매우 분명합니다. Surrey 의 Guildford 에서 Vogel R3D 로 진행한 측량은 성공적이었습니다. 이 곳은 철도 네트워크 안에서도 제일 붐비는 곳 중 하나이며 한 시간동안 30 대가 넘는 열차가 지나는 곳입니다. 게다가, Guildford 역은 세 개의 노선이 지나가는 장소로서 동시에 3 파트 모두 비어있는 상태를 바라는 것은 거의 불가능했습니다. 하지만 Vogel 시스템은 이런 필요성을 없애고, 몇 달이 걸리는 프로젝트 기간과 엄청난 프로그램 비용을 줄였습니다. 무인 항공기는 1,200 미터 길이의 선로를, 최대 8 개 트랙까지를 조사할 수 있었습니다. 단 5 일 동안 선로 진입 없이 말이죠. 건강과 안전을 모두 챙기면서 클라이언트는 전체 철도 궤도 (Permanent-way, P-Way) 디테일, 포인트 클라우드, 정사 사진(Orthophoto) 에 대한 모든 지형 조사 결과를 몇 주만에 받을 수 있었습니다. 라인 사이드와 플랫폼 측정 또한 함께 진행되었습니다.

 

추가자료 : 

https://industrial.phaseone.com/

https://plowmancraven.s3.amazonaws.com/panoramics/grange-slidings/index.html

https://goo.gl/UMBU6K


 

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