모든 유형의 건설 프로젝트를 위한 드론 매핑

2018년 7월 20일

모든 현장은 서로 다르기 때문에 어려움도 각기 다릅니다. 드론 매핑은 계획, 모니터링, 문서화 등 현장의 다양한 문제를 해결하는 데 활용됩니다.

[ 최신 사례 ] ‘ PIX4Dmatic은 지속 가능한 도시 개발을 지원합니다 ‘ 보러가기

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첫 게시 일자	2018년 7월 20일
업데이트 일자	2020년 6월 10일

오스트리아의 대형 건설 회사인 STRABAG는 지난 4년 동안 드론을 사용해 왔으며 드론 매핑이 시간을 크게 절약하고 위험을 줄인다는 것을 발견했습니다. 경우에 따라 이 기술은 기존 측량 기술로 달성할 수 없었던 결과를 제공하기도 합니다.

4년이 넘는 기간 동안 PIX4D 소프트웨어로 작업하면서, 다른 대안을 모색해본 결과 STRABAG은 다음과 같은 결론을 내렸습니다. "PIX4D는 매핑과 처리에 있어 매우 사용자 친화적이며 편리합니다."

STRABAG은 수년 간 사진 측량 기술을 활용하여 수백 개의 프로젝트를 매핑하는 데 PIX4D 소프트웨어를 사용했습니다. 본 글에서는 이 중 세 가지에 초점을 맞출 것입니다.

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STRABAG 소개

오스트리아에 본사를 둔 STRABAG은 7만2천명 이상의 직원을 보유하고 있으며 전 세계적으로 서비스를 제공합니다. 독일 레겐스부르크에 위치한 드론 사업부는 도로, 교량 등 인프라 매핑, 비축량 측정, 건설 현장 모니터링에 중점을 두고 있습니다.

6명으로 구성된 드론 사업부는 전 세계의 복잡한 대규모 매핑 프로젝트를 관리합니다. 이러한 규모의 운영은 STRABAG의 각 사업부가 자체 드론을 사용하여 프로젝트를 매핑할 수 있도록 교육한 덕분에 가능했습니다. 이 사업부에서는 매달 40개 이상의 프로젝트를 감독하고 있으며, 그 수는 계속 증가하고 있습니다.

드론&PIX4D 사진 측량 소프트웨어를 이용한 매핑

소프트웨어를 선택할 때 STRABAG 팀은 결과물, 기존 워크플로와의 호환성, 사용 편의성을 우선적으로 고려했습니다. 어떤 소프트웨어든 사용하기 쉽고, 신뢰할 수 있는 결과물을 제공하며, CAD 및 BIM 등 기타 소프트웨어와의 원활한 호환성이 중요했습니다. 사용 편의성 외에도 소프트웨어는 진행 중인 건설 프로세스와 완벽하게 통합되고 점점 늘어나는 프로젝트 수를 처리할 수 있도록 확장가능해야 했습니다.

다양한 소프트웨어 솔루션과 비교 검토한 후 STRABAG은 PIX4D를 선택했습니다. STRABAG UAV 사업부 책임자 Thomas Gröninger는 “우리 회사에는 많은 직원이 근무하고 있으며, 원활한 워크플로가 중요합니다. PIX4D는 이러한 면에서 가장 사용하기 편리한 소프트웨어 중 하나입니다.”라고 전했습니다.

PIX4Dengine : 기업을 위한 원활한 통합

복잡한 대규모 프로젝트의 경우 처리 시간을 단축하고 워크플로를 간소화해야 한다는 점에서 PIX4D의 엔터프라이즈 솔루션은 STRABAG에 적합한 선택이었습니다. PIX4Dengine API 및 SDK는 PIX4D의 강력한 처리 알고리즘을 모든 비즈니스에 제공합니다. PIX4D의 처리 엔진은 STRABAG의 요구 사항에 맞도록 맞춤화를 거친 후 안전한 클라우드 컴퓨팅 서버에서 호스팅되었습니다. 이로 인해 팀의 유연성은 향상되고, 처리 시간은 단축되었습니다.

사진 측량으로 접근하기 어려운 자산 측량하기

콜롬비아의 교량 개보수를 통한 도로 건설

안티오키아 주는 콜롬비아 북서부에 위치한 산악 지형에 울창한 숲이 우거진 지역입니다. STRABAG는 이 험난한 지형을 가로지르는 176km의 고속도로 건설, 운영, 자금 조달 및 계획 계약을 맡았습니다. 이 도로는 ‘ autopista al Mar 1’ 이라고 불리며 주도인 메데인과 Bolombolo 시를 연결합니다.

프로젝트 정보

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프로젝트 유형	고속도로 건설 및 현대화
위치	콜롬비아
프로젝트 규모	176km
이미지 개수	위치당 최대 2,000장의 이미지로 매핑된 20개 이상의 교량
해상도	GSD 약 1.2픽셀(cm당)
워크플로	PIX4Dcapture 앱으로 작동하는 X3 카메라가 장착된 DJI Inspire 드론 1개 + GCP
소프트웨어	PIX4Dengine PIX4Dcapture

‘autopista al Mar 1’은 총 176km의 구간 중 75km는 완전히 새로 건설하는 도로이고, 65km는 기존 도로를 현대화하는 작업입니다. 터널 1개와 20개가 넘는 교량을 재건축하는 프로젝트이기도 합니다. 프로젝트의 성공 여부는 교량에 달려 있었지만 기술적인 세부 사항은 거의 정보가 부족했습니다. 프로젝트의 성공적인 완료를 위해 모든 지형 (기초, 기둥, 주변 지형 포함)을 정확하게 파악하는 것이 중요했습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 STRABAG는 드론과 PIX4D 소프트웨어를 도입했습니다.

Thomas는” 드론을 활용하여 다리 주변을 자유롭게 비행하면서 상부, 하부, 주변 지형까지 인프라 전체를 완벽하게 파악할 수 있었습니다. 결국 기존 측량 방법보다 훨씬 더 많은 데이터를 확보할 수 있었고 모든 작업이 더 빠르게 완료할 수 있었습니다.”라고 설명했습니다.

교량 점검의 효율성 혁신: 드론과 사진측량 기술의 활용

전통적인 측량 방법을 사용하면 교량 점검은 복잡하고, 많은 비용과 시간이 드는 과정입니다. 또한 교통, 위험한 위치 등 잠재적 위험이 따르기도 합니다. “GPS 로버로 포인트를 측량하려면 차도를 따라 걸어야 합니다. 이 과정은 매우 위험하고 때로는 진행자체가 불가능하기도 합니다. 하지만 드론을 사용하면 교통 상황에 구애받지 않고, 다리 주변을 비행하며 촬영을 진행할 수 있습니다. 전통적인 측량 방법보다 드론을 사용하여 사진측량 매핑을 하는 것이 더 효과적입니다.

또한 일부 교량 구역의 경우 기존의 방법으로는 측량이 불가능한 경우도 있습니다. 기존 방법으로는 교량의 모든 지점을 측량해야 합니다. 교량의 폭이 100m 이고, 길이가 200m인 경우, 매 미터마다 모든 가장자리에서 포인트 측량이 필요 합니다. 기존 토탈스테이션 방식의 경우 이보다 더 많은 포인트 측량이 요구됩니다. 이 과정은 오랜 시간이 걸리고 교량 하단 지점이나 기둥, 보 등은 빔 측량이 불가능하여, 충분한 데이터 확보가 어렵습니다. 걸어 다닐 수 있는 곳만 측량할 수 있기 때문에 다리 표면에 대한 데이터만 얻을 수 있었습니다. 이처럼 기존 측량 방식의 한계 외에도 콜롬비아의 매우 가파른 지형은 일반 측량사가 접근하기 어렵다는 한계점도 있었습니다. 때문에 우리는 프로젝트를 위한 기존과는 다른 기술의 적용이 필요했습니다.” 라고 Thomas는 설명했습니다.

가파른 지형에 위치한 교량을 매핑할 때의 어려움

이 프로젝트는 산악 지형으로 인해 여러 도전과제를 안고 있었습니다. 이와 관련한 내용은 다음과 같습니다.

PIX4Dcapture 앱에서 자유 비행 모드로 교량 기초와 기둥을 매핑해야 한다는 점.
관심 영역에 기초와 기둥이 모두 포함되기 때문에 지상 기준점(GCP)을 도로의 수평면과 교각의 수직면에 모두 배치가 필요하다는 점. 또한 GNSS 연결 네트워크가 없었기 때문에, GCPs는 토탈 스테이션을 사용하여 측정해야 한다는 점.
이 지역은 매우 울창한 식생으로 인해 3D 포인트 클라우드에 불편한 노이즈와 아티팩트를 생성할 가능성이 있다는 점. 그러나 PIX4D의 rayCloud 솔루션은 포인트 클라우드 편집을 간소화하고 정확한 모델을 쉽게 생성할 수 있도록 도와주었습니다.

PIX4D 드론 매핑 소프트웨어를 통한 프로세스 간소화

수집된 모든 이미지는 PIX4D 매핑 소프트웨어를 사용하여 처리되어 기존 교량의 정확하고 매우 상세한 3D 모델과 주변 지역의 지리 참조 오쏘모자이크를 생성했습니다[해상도 또는 cm당 1.2 픽셀의 지상 샘플링 거리(GSD)] 3D 모델을 통해 팀은 관심 지역을 자세히 시각화하고 정밀한 측정과 부피 계산을 통해 건설 프로젝트를 효율적으로 계획할 수 있었습니다. 팀은 3D 포인트 클라우드를 벡터화하여 교량 선을 구하고 생성된 DTM을 사용하여 부피를 계산했습니다. STRABAG은 PIX4D 소프트웨어로 프로세스를 간소화하고 각 교량을 매핑하는 데 필요한 전체 작업 시간을 단축했습니다. “다른 사진 측량 소프트웨어와 비교했을 때 PIX4D의 제품이 더 빨라 보였습니다. 자동 GCP 마킹과 같은 완전 자동화 기능 덕분에 수동 처리 시간을 크게 단축할 수 있었습니다. 반면 이전 프로젝트에서 테스트한 다른 소프트웨어에서는 속도가 느리거나 교량과 같은 복잡한 구조물을 배열하는 데 어려움이 있었습니다.” – Thomas-

이 프로젝트는 드론을 활용함으로써 시간을 절약하고 비용을 절감할 수 있었을 뿐 아니라 다른 방법으로는 불가능했던 측정도 진행할 수 있었습니다. 앞서 언급했듯이 건설업만큼 복잡하거나 잠재적으로 위험한 산업도 드뭅니다.

토공 모니터링 속도 80% 향상

독일의 토공 관리

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워크플로 생성

프로젝트의 어려움

프로세스 간소화

독일 다름슈타트의 양성자 및 이온 연구 시설은 완공 시 세계에서 가장 크고 복잡한 입자 가속기 중 하나가 될 전망입니다. 가장 중요한 설비는 둘레가 1,100m에 달하는 링 가속기입니다. ‘페어 링(FAIR Ring)’의 건설은 프로젝트의 일부에 불과합니다. 4년간 진행되는 이 프로젝트에는 10개국이 참여하므로 쉽고 효율적인 토공 모니터링이 필수입니다.

프로젝트 정보

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프로젝트 유형	대규모 시설 건설
위치	독일, 다름슈타트
프로젝트 규모	30km²
이미지 개수	매월 1,800장
해상도	GSD 약 1.3픽셀(cm당)
워크플로	마이크로드론 MD4-1000 드론(Sony RX1 R2 42MP 카메라 + 플레이트에 GCP 장착)
소프트웨어	PIX4Dengine

더 빠른 결과 전달

드론과 PIX4D는 기존 방식보다 최대 80% 더 빠른 결과를 제공하여 시간을 대폭 절감할 수 있습니다. 기존 기법으로는 한 번 측량하려면 약 2주가 소요됩니다. 하지만 드론을 사용하면 하루 만에 해당 지역을 측량하고 다음 날 이미지를 처리할 수 있습니다. Thomas는 “기존 방식의 경우 비행과 처리에 2주가 소요되는 반면, 드론 기술을 사용하면 이틀이면 충분합니다. 시간을 많이 절약할 수 있고 정확도도 높습니다.”라고 설명합니다.

대규모 프로젝트의 효율적인 문서화

케냐의 댐 건설

케냐의 티바 댐은 이 지역의 모습을 완전히 바꿀 것입니다. 안정적인 연중 물 공급으로 인해 매년 두 번째 작물 수확이 가능해질 예정이기 때문입니다. 하지만 댐 건설을 시작하기 전 STRABAG는 댐 주변 8km²에 달하는 지역을 측량해야 했습니다. 드론의 사용은 항공 개요를 확보하고 지형의 3D 모델을 만드는 데 가장 효과적이고 경제적인 방법이었습니다.

프로젝트 정보

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프로젝트 유형	댐 건설
위치	케냐 나이로비 지역
프로젝트 규모	8km
이미지 개수	6,500장
해상도	GSD 약 2.4픽셀(cm당)
워크플로	X4S 카메라가 장착된 Inspire II 드론 + 콘크리트에 설치한 GCP
소프트웨어	PIX4Dengine

STRABAG는 대규모 프로젝트에서 정확한 지도를 작성하고 지오레퍼런싱 데이터를 확보하기 위해 여러 지상기준점 (GCP)을 설치했습니다. 하지만 곧바로 측량 과정에서 문제에 직면했습니다. 매일 오전 폭우가 쏟아져 지상에 표시한 GCP 마크가 지워져 하루에 수집한 데이터와 다음 날 수집한 데이터를 정확하게 비교할 수 없었던 것입니다.

팀은 콘크리트로 만든 GCP를 구축하여 마침내 측정치를 얻고 정확도를 확신할 수 있는 솔루션을 찾았습니다. GCP를 구축하고 측정하는 과정은 3주가 걸렸지만, 일단 설치한 후에는 전체 지역을 비행하여 이미지를 수집하는 데 3일밖에 걸리지 않았습니다.

PIX4D를 통한 대량 이미지를 처리에는 1주일이 소요되었습니다. GCP 마킹 과정의 어려움을 극복하기 위해 STRABAG은 드론으로 PPK-Direct Georeferencing 시스템을 시험 사용해 보았습니다. “이 GPS 시스템은 PIX4D 소프트웨어와 호환이 잘 됩니다. 테스트했을 때의 결과도 우수했습니다. GPS 정보가 2cm 이상의 정확도로 이미지 파일에 내장되어 있기 때문에 더 이상 PIX4D에서 추가 보정할 필요가 없습니다. 이를 통해 GCP를 줄이고 향후 프로젝트에서 상당한 시간을 절감할 수 있었습니다. 예를 들어 프로젝트 진행을 위해 기존 100개 대신 20개의 GCP만 필요하게 된 거죠.”- Thomas –

다양한 프로젝트, 하나의 도구

여기 소개된 프로젝트들은 규모, 복잡성, 위치 면에서 매우 다릅니다. 그러나 가장 효율적인 데이터 수집 및 처리를 위해 STRABAG는 동일한 도구 세트, 즉 드론과 PIX4D 드론 매핑 소프트웨어를 사용했습니다.

복잡한 프로젝트의 진행

요구 사항과 워크플로를 고려한 맞춤형 통합 솔루션

태그 건설 완료 공정표 모니터링 BIM 토공 사용 사례 인프라 및 자산 관리 프로젝트 계획 및 설계 PIX4Dmapper PIX4Dengine