굴삭 자동화를 위한 레이저 스캐너 기반의 3차원 객체 탐지 알고리즘의 개발

유현석,박지운,최윤녕,김영석,Yoo, Hyun-Seok,Park, Ji-Woon,Choi, Youn-Nyung,Kim, Young-Suk 한국건설관리학회 2011 한국건설관리학회 논문집 Vol.12 No.6

2006년부터 한국에서 개발중인 지능형 굴삭 시스템(IES)은 이동, 굴삭, 상차를 포함하는 굴삭 작업 일련의 과정을 전자동으로 실현하기 위한 프로젝트로서, 굴삭 로봇 주변 지형의 3차원 모델링과 상차트럭의 위치, 사람의 접근, 이동경로상의 장애물 등의 객체를 정확하게 탐지하는 기술은 굴삭 자동화 장비의 작업 품질과 안전성 확보 측면에서 필수적으로 요구되는 핵심 요소 기술이라 할 수 있다. 이 연구의 목적은 레이저 스캐닝 시스템을 이용하여 지능형 굴삭 로봇 주변의 지형과 객체를 3차원으로 탐지함으로써 자동화 굴삭 작업의 품질과 안전성을 확보하는 데 있다. 본 연구에서는 굴삭기 주변의 3차원 지형으로부터 객체의 위치, 높이, 너비, 형상 정보를 추출하는 알고리즘을 제안하였으며, 실제 토공현장을 대상으로 한 실험을 통하여 알고리즘의 성능을 검증하였다. The intelligent excavating system(IES), the development in South Korea of which has been underway since 2006, aims for the full-scale automation of the excavation process that includes a series of tasks such as movement, excavation and loading. The core elements to ensure the quality and safety of the automated excavation equipment include 3D modeling of terrain that surrounds the excavating robot and the technology for detecting objects accurately(i.e., for detecting the location of nearby loading trucks and humans as well as of obstacles positioned on the movement paths). Therefore the purpose of this research is to ensure the quality and safety of automated excavation detecting the objects surrounding the excavating robot via a 3D laser scanning system. In this paper, an algorithm for estimating the location, height, width, and shape of objects in the 3D-realized terrain that surrounds the location of the excavator was proposed. The performance of the algorithm was verified via tests in an actual earthwork field.

지반형상 3차원 모델링을 위한 스테레오 비전 영상의 노이즈 제거 알고리즘 개발

유현석,김영석,한승우,Yoo, Hyun-Seok,Kim, Young-Suk,Han, Seung-Woo 한국건설관리학회 2009 한국건설관리학회 논문집 Vol.2 No.3

For developing an Automation equipment in construction, it is a key issue to develop 3D modeling technology which can be used for automatically recognizing environmental objects. Recently, for the development of "Intelligent Excavating System(IES), a research developing the real-time 3D terrain modeling technology has been implemented from 2006 in Korea and a stereo vision system is selected as the optimum technology. However, as a result of performance tests implemented in various earth moving environment, the 3D images obtained by stereo vision included considerable noise. Therefore, in this study, for getting rid of the noise which is necessarily generated in stereo image matching, the noise elimination algorithm of stereo-vision images for 3D terrain modeling was developed. The consequence of this study is expected to be applicable in developing an automation equipments which are used in field environment. 작업환경 주변의 사물(target object)을 자동으로 인식하고 그 결과를 효과적으로 모델링하는 기술은 작업 품질, 생산성 등 개발 장비의 성능(performance)에도 지대한 영향을 미치게 되므로 이는 건설자동화 장비를 개발함에 있어 필수적으로 요구되는 핵심 요소기술이다. 현재 국내에서는 2006년부터 지능형 굴삭 로봇(intelligent robotic excavator)의 개발을 위하여 토공 작업환경을 대상으로 스테레오 비전을 활용하여 굴삭 로봇 주변 영역의 지반형상을 3차원으로 모델링하기 위한 기술을 개발하고 있다. 본 연구의 목적은 실제 토공 작업환경을 3차원으로 모델링하는 과정에서 필연적으로 발생되는 스테레오 매칭 노이즈를 효과적으로 제거하기 위하여 다양한 토공작업 환경 요소가 포함된 스테레오 영상을 수집하고 토공 작업 환경의 3차원 모델링에 적합한 노이즈 제거 알고리즘을 제안하는 것이다. 본 연구를 통해 개발된 디지털 영상처리 기술은 토공 작업환경을 대상으로 주변을 자동 인식하고 추출하고자 하는 관심의 대상을 3차원으로 모델링해야 하는 굴삭기 이외의 자동화 장비 개발에 있어서도 응용성이 매우 클 것으로 기대된다.

확장유한요소법을 이용한 철근 콘크리트 보의 다중균열 해석

유현석,김한수,Yoo, Hyun-Suk,Kim, Han-Soo 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.2

최근에 요소망의 재구성이 불필요하고 균열의 가시화에 강점을 가지는 확장유한요소법(XFEM)을 이용한 균열 해석이 많이 연구되고 있지만 주로 단일재료로 이루어진 부재의 해석에 집중되어 있다. 본 논문에서는 복합재료 부재인 철근콘크리트 보의 다중균열 해석에 확장유한요소법을 적용하며 그 적용성과 타당성을 살펴보았다. 확장유한요소해석 기능이 탑재된 상용 해석프로그램인 ABAQUS를 사용하여 균열해석을 수행하였으며 그 결과를 실험결과와 비교하였다. 확장유한요소법에서 인접요소에 동시에 균열이 발생할 경우 균열의 불연속성이 나타나지 않은 부가자유도 잠김 현상을 발견하였고 이에 대한 원인과 그 해결방안을 제시하였다. 또한 실험결과와 유사한 다중균열 발생을 위한 모델링 기법도 제시하였다. 확장유한요소법을 이용한 해석결과는 실험결과와 유사한 균열 양상 및 균열 간격을 보여 주었으며 하중-변위 관계에 있어서도 실험에 근접한 결과를 보여 주었다. Recently, extensive research on crack analysis using extended finite element method(XFEM) which has main advantages in element re-meshing and visualization of cracks has been conducted. However, its application was restricted to the members of a single material. In this study, the applicability and feasibility of the XFEM to the multiple crack analysis of reinforced concrete beams were demonstrated. ABAQUS which has implemented XFEM was used for the crack analysis and its results were compared with test results. Enriched degree-of-freedom locking phenomenon was discovered and its causes and the ways to prevent it were suggested. The locking occurs when cracks in the adjacent elements simultaneously develop. A modelling technique for multiple cracking similar to test results was also proposed. The analysis with XFEM showed similar results to the tests in terms of crack patterns, spacing of cracks, and load-deflection relationship.

도로면 크랙실링 자동화를 위한 머신비전 알고리즘의 개발

유현석,이정호,김영석,김정렬,Yoo Hyun-Seok,Lee Jeong-Ho,Kim Young-Suk,Kim Jung-Ryeol 한국건설관리학회 2004 건설관리 : 한국건설관리학회 학회지 Vol.5 No.2

크랙실링 자동화 장비는 도로면에 존재하는 크랙 네트워크의 위치를 정확히 탐지 및 맵핑(mapping)하고 이를 모델링(modeling)한 후 경로 계획(path planning) 과정을 통해 크랙 네트워크의 중앙(spine)을 따라 실런트(sealant)를 분사하여 크랙을 효과적으로 실링할수 있도록 하는 장비이다. 따라서 실링될 크랙 네트워크의 정확한 위치를 모델링하기 위한 디지털 영상처리 알고리즘 및 최적 경로계획 알고리즘의 개발은 품질 및 생산성, 경제성 측면에서 크랙실링 자동화 장비의 성공적 개발을 위한 핵심 연구 주제로 인식되어 왔다. 기존 국외 도로면 크랙실링 자동화 장비에 적용된 디지털 영상처리 알고리즘은 크랙을 탐지하고 모델링하는 일련의 과정을 전적으로 컴퓨터에 의존하는 완전자동화 방식과 인간과 컴퓨터 간의 협업체제를 이용한 반자동화 방식으로 양분되어 개발되었다. 그러나 도로면에 존재하는 다양한 노이즈 및 그림자 등을 포함한 작업영역 내에서의 열악한 영상처리 여건 등으로 인해 만족할 만한 성과를 제시하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 크랙실링 자동화 장비를 개발함에 있어 디지털 영상처리 기술을 기반으로 한 완전자동화 방식과 그래피컬 프로그래밍을 활용한 반자동화 방식이 지닐 수 있는 강점만을 혼용하여 신속하고도 정확하게 크랙 네트워크를 모델링하고 최적 경로계획을 바탕으로 크랙실링 작업을 수행할 수 있는 머신비전 알고리즘을 제시하고자 한다. Machines for crack sealing automation have been continually developed since the early 1990's because of the effectiveness of crack sealing that would be able to improve safety, quality and productivity. It has been considered challenging problem to detect crack network in pavement which includes noise (oil marks, skid marks, previously sealed cracks and inherent noise). Moreover, it is required to develop crack network mapping and modeling algorithm in order to accurately inject sealant along to the middle of cut crack network. The primary objective of this study is to propose machine vision algorithms (digital image processing algorithm and path planning algorithm) for fully automated pavement crack sealing. It is anticipated that the effective use of the proposed machine vision algorithms would be able to reduce error rate in image processing for detecting, mapping and modeling crack network as well as improving quality and productivity compared to existing vision algorithms.

지능형 굴삭 로봇의 개발을 위한 로컬영역 3차원 모델링 센서 선정 및 현장 적용성 분석에 관한 연구

유현석,권순욱,김영석,Yoo, Hyun-Seok,Kwon, Soon-Wook,Kim, Young-Suk 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.6

2006년부터 국내에서는 운전자의 개입 없이 완전 자동화 방식으로 동작하는 지능형 굴삭 로봇을 개발하고 있다. 이러한 굴삭 로봇을 개발함에 있어 주변(로컬영역) 작업환경의 지형이나 이동 경로상의 장애물, 굴삭기에 접근하는 상차트럭 등의 객체를 정확하게 탐지하는 기술은 작업품질과 안전성 확보 측면에서 필수적으로 요구되는 핵심기술이다. 선진 외국에서는 토공 자동화 장비의 로컬영역 3차원 모델링을 위하여 광대역 3D 레이저 스캐너나 스테레오 비전 카메라와 같은 센서를 사용하여 주변 지형을 3차원으로 모델링하는 연구를 수행하였으나, 센싱 시스템 구축에 지나치게 높은 비용이 소요되거나 모델링 결과에 노이즈가 다수 발생하여 모델링 속도가 과다하게 소요되는 문제점이 있었다. 이 연구에서는 지능형 굴삭 로봇의 로컬영역 3차원 모델링을 위하여 현재까지 개발된 3차원 작업환경 모델링 센서의 기술 사양과 장단점을 분석하고, AHP 분석을 통하여 센서별 적용가능성을 분석한다. 또한 실제 토공사 작업현장의 현장실험을 통해 해당 센서의 3차원 모델링 품질과 정확성을 분석하고 지능형 굴삭 로봇의 로컬영역 3차원 모델링에 가장 적합한 센서 선정 및 현장 적용성을 검증하고자 한다. Since 2006, an Intelligent Excavation Robot which automatically performs the earth-work without operator has been developed in Korea. The technologies for automatically recognizing the terrain of work environment and detecting the objects such as obstacles or dump trucks are essential for its work quality and safety. In several countries, terrestrial 3D laser scanner and stereo vision camera have been used to model the local area around workspace of the automated construction equipment. However, these attempts have some problems that require high cost to make the sensor system or long processing time to eliminate the noise from 3D model outcome. The objectives of this study are to analyze the advantages of the existing 3D modeling sensors and to examine the applicability for practical use by using Analytic Hierarchical Process(AHP). In this study, 3D modeling quality and accuracy of modeling sensors were tested at the real earth-work environment.

도로면 크랙실링 자동화 장비의 최적 경로계획 알고리즘 개발

유현석,이정호,김영석,Yoo, Hyun-Seok,Lee, Jeong-Ho,Kim, Young-Suk 한국건설관리학회 2010 한국건설관리학회 논문집 Vol.11 No.4

도로면 크랙실링 공법은 예방적 차원에서 도로면에 발생된 크랙을 초기에 효과적으로 보수할 수 있는 공법으로 국내외에 서는 1990년대 초반부터 기존 도로면 크랙실링 작업의 생산성, 안전성 및 품질의 균일성 확보를 목적으로 크랙실링 자동화 장비의 개발을 위한 지속적인 연구개발 노력을 수행해 왔다. 도로면 크랙실링 자동화 장비를 개발함에 있어 특히 경로계획은 주어진 작업 영역 내에서 개발 장비로 하여금 실링될 크랙 네트워크를 시간 효과적으로 횡단할 수 있도록 하는 운항 정보를 제공하게 되므로 이는 개발 장비의 성능을 결정 짖는 매우 중요한 연구주제라 할 수 있다. 본 연구의 목적은 작업 영역 내 경로계획 데이터의 효과적인 모델링을 통해 크랙실링 자동화 장비의 최적 경로계획 알고리즘을 개발하는 것으로써, 경로 집합전체를 완전 탐색하는 2단계 트리 알고리즘과 크랙의 순열만을 탐색하는 1단계 트리 알고리즘을 개발하였으며, 알고리즘의 성능 측정 및 분석을 통해 최적 경로계획 알고리즘의 적용 범위와 그에 따른 성능 향상 정도를 평가하였다. 이 연구의 결과는 도로면 크랙실링 자동화 장비의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. During the last two decades, several tele-operated and machine-vision-assisted systems have been developed in construction and maintenance area such as pavement crack sealing, sewer pipe rehabilitation, and excavation. In developing such tele-operated and machine-vision-assisted systems, trajectory plans are very important tasks for optimal motions of robots whether their environments are structured or unstructured. This paper presents an optimal trajectory planning algorithm used for a machine-vision-assisted automatic pavement crack sealing system. In this paper, the performance of the proposed optimal trajectory planning algorithm is compared with the greedy trajectory plans which are used in previously developed pavement crack sealing systems. The comparison is based on computational cost versus overall gains in crack sealing efficiency. Finally, it is concluded that the proposed algorithm plays an important role in productivity improvement of the automatic pavement crack sealing system developed.

사실적 영상물에서 다루는 다양한 층위의 현실과 진실들: 다큐멘터리, 다큐소프(docu-soap) 그리고 리얼리티 프로그램을 중심으로

유현석 ( Hyun Suk Yoo ) 한국커뮤니케이션학회 2010 커뮤니케이션학연구 Vol.18 No.3

최근 들어 다큐멘터리가 인기를 얻고 있다. 다큐멘터리의 인기와 더불어 다큐소프, 리얼리티 프로그램 같은 다양한 종류의 사실적 프로그램이 우리 방송계를 장악하고 있다. 오늘날 사실에 기반을 둔 텔레비전 프로그램의 상당수는 ``리얼리티`` 또는 ``다큐멘터리`` 등의 용어를 의도적으로 사용하면서 이러한 개념과의 연관성을 강조하고 있다. 이러한 용어가 인기를 끄는 이유는 다큐멘터리나 리얼리티 프로그램에서 보여주는 것은 현실(reality)이라는 믿음과 현실을 보여주는 것 자체가 진실(truth)이라는 생각에서 비롯된다. 이 논문에서는 첫째, 시대별 다큐멘터리의 발전 현황과 이러한 발전을 통해 다큐멘터리 작가들이 보여주고자 했던 다양한 차원의 현실들(realities)과 이러한 현실을 다룸으로써 찾고자 했던 진실(truth)은 과연 무엇인지 살펴보고, 둘째, 이러한 논의를 바탕으로 다큐멘터리의 장르적 특성에 기반을 둔 다큐소프(docu-soap)와 리얼리티 프로그램에서 다루는 현실과 진실의 본질이 과연 어떤 점에서 다큐멘터리에서 다루는 그것들과 다른지 살펴보고자 한다. 이를 통해, 이 논문에서는 다큐멘터리와 사실적 프로그램(factual program) 장르의 본질적 차이와 이들 장르의 변화방향에 대해 논의하고자 한다. Documentaries have gained in popularity over the recent years. Along with this trend, factual TV programs, such as reality show and docu-soap have been dominating prime time broadcasts. Nowadays, many of those programs intentionally use the term ``reality`` and/or ``documentary`` to emphasize the connection between them and documentary genre. In this context, this paper examines various notions and boundaries of the factual TV programs. Having identified the dominant modes of documentaries and factual programs, this paper explains the similarities and differences among docu-soap, reality program and documentary based on the various notions of realities and truths. By doing this, this paper intends to address the essences and directions of the fields of documentary, docu-soap and reality show in Particular, and factual TV programs in general.

케네스 버크(Kenneth Burke)의 레토릭 분석 방법에 관한 연구

유현석 ( Hyun Suk Yoo ) 순천향대학교 사회과학연구소 2005 사회과학연구 Vol.11 No.1

다큐멘터리의 다양성에 관한 연구

유현석 ( Hyun Suk Yoo ) 순천향대학교 사회과학연구소 2007 사회과학연구 Vol.13 No.1

다큐멘터리를 이해하는 방법: 진실과 리얼리티

유현석 ( Hyun Suk Yoo ) 순천향대학교 사회과학연구소 2009 사회과학연구 Vol.15 No.1

오늘날 텔레비전에서는 방송되는 많은 교양오락(factual entertainment) 프로그램은 다큐멘터리의 특성을 띠고 있으며, 이로 인해 다큐멘터리와 비다큐멘터리의 경계가 모호해지고 있다. 이런 관점에서 이 논문에서는 다양한 형태로 변화하며 진화하고 있는 다큐멘터리의 장르적 특성과 범위에 대해 탐구하고자 한다. 이를 위해, 이 논문에서는 기존에 논의되고 있는 다큐멘터리 분류 방법에 대해 설명하고, 이러한 분류 방법의 한계와 제한점을 지적한 후, 다큐멘터리의 다양성을 이해하는 새로운 방법으로 다양한 차원의 리얼리티에 관한 개념을 제시하고자 한다. This article examines the notions about what is fitting to documentary and the boundaries of various forms of documentary. Having identified sub-modes of the documentary field based on Nichols`s study, it reviews the category of documentary across some of its dominant modes. Then, this article suggests various notions of reality as a useful means to comprehend the field of documentary.