건설시스템공학과 김현준 교수 연구팀은 교량의 정기 점검 과정에서 수집 가능한 무인항공기 기반 다시점 영상을 활용하여 구조물 외관손상을 장기적으로 추적하고 정량화 할 수 있는 기술을 개발하였다. 해당 연구 성과는 다학제 분야 세계적 권위 학술지인 Structural Health Monitoring (JCR 상위 8.7%)에 게재되었다.

논문 제목은 “Long-term monitoring of damage progression using multi-view images from routine inspections of bridges”로, 구조물유지관리연구실 소속 박정선 석사과정 학생이 제1저자, 안태준 석사과정 학생이 공동저자, 김현준 교수가 교신저자로 참여했다. (DOI: https://doi.org/10.1177/14759217261443618)

기존의 교량 점검은 대부분 육안에 의존하는 방식으로 수행되어 시간과 비용이 많이 소요되며, 작업 환경에 따라 안전상의 위험이 존재한다. 또한 점검자의 주관적인 경험에 따라 검사 결과가 달라질 수 있어 객관적인 손상 평가를 수행하기에는 어려움이 있다. 최근에는 디지털 카메라를 활용한 영상 기반 기술이 주목받고 있으나, 촬영 시점마다 카메라의 위치와 각도가 달라 동일한 외관손상의 변화를 지속적으로 추적하기 어렵고, 영상에서 얻어진 정보를 실제 물리적인 단위로 변환하는 데에도 제약이 있다.

본 연구에서는 초기 점검 영상으로 생성한 3차원 구조물 모델을 기준으로 이후 정기 점검에서 획득한 영상을 동일 좌표계로 정렬하는 방법을 제안하였다. 이를 통해 서로 다른 시점에서 식별된 손상이라도 좌표 변환을 통해 자동으로 대응시킬 수 있으며, 시간에 따른 진행을 정성적으로 추적할 수 있다. 또한 GNSS(Global Navigation Satellite System) 데이터를 활용하여 3차원 구조물 모델의 실제 물리적인 스케일을 정의한 후 평면 추정 알고리즘을 적용하여 외관손상 면적을 정량화 하는 방법을 함께 제안하였다.

제안된 기술은 PSC교량을 대상으로 약 120일 동안 적용되어 균열, 박락, 누수 손상을 장기적으로 분석하였으며, 최대 약 4.61% 수준의 오차로 손상 정량화가 가능함을 확인하였다. 이를 통해 촬영 시점과 조건이 서로 다른 영상이라도 동일한 외관손상을 일관되게 추적 및 정량화 할 수 있음을 검증하였다.

서울과학기술대학교 건설시스템공학과 구조물유지관리연구실에서는 컴퓨터 비전 및 구조동역학을 기반으로 사회기반시설의 상태를 판단할 수 있는 다양한 물리적 지표(손상, 변위, 변형률, 긴장력 등)을 계측하여 장기적인 안전성을 확보하기 위한 연구를 수행하고 있다.