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터널 콘크리트 라이닝 균열 분석을 위한 의미론적 분할 모델 학습
함상우,배수현,김휘영,이임평,이규필,김동규,Ham, Sangwoo,Bae, Soohyeon,Kim, Hwiyoung,Lee, Impyeong,Lee, Gyu-Phil,Kim, Donggyou 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.6
터널과 지하시설물을 비롯한 콘크리트 토목구조물을 안전하게 관리하려면 균열 발생 여부를 정기적인 점검을 통해 알아내야 한다. 터널의 콘크리트 라이닝 표면에 발생한 균열의 위치와 형태를 검사하는 일은 주로 고소작업차를 투입하여 이루어진다. 이러한 작업은 차로를 통제한 채 이루어지므로 교통 체증을 일으키며, 점검 종사자가 위험한 환경에 노출되며, 매번 같은 종사자가 같은 터널의 같은 부위를 조사하기 어려우므로 검사 결과의 일관성이 저해된다. 본 연구는 기존 터널 영상 취득 시스템을 대상으로 딥러닝 기술을 적용해 터널 내 콘크리트 라이닝의 균열을 자동으로 탐지하는 방법을 다음과 같이 제시한다. 구체적으로는 의미론적 분할(semantic segmentation)을 수행하는 딥러닝 모델을 공개 데이터셋으로 학습시키고, 터널 영상 취득 시스템으로 취득한 데이터셋을 딥러닝 모델에 입력했을 때 성능을 알아본다. 첫 번째, 공개 데이터셋을 전부 학습시켰을 경우, 두 번째, 공개 데이터셋 중 기존 터널 영상 취득 시스템 데이터셋과 관련성이 높은 데이터셋만 선택하여 학습시켰을 경우, 마지막으로 관련성이 높은 데이터셋과 균열이 없는 영상(negative example)을 선택하여 학습시켰을 경우에 대하여 성능을 비교하여 효율적인 모델 학습 방안을 모색한다. 그 결과 공개 데이터셋에서 관련성이 높은 영상과 균열이 없는 영상을 골라 학습시켰을 경우의 성능이 가장 좋았다. 향후 딥러닝 알고리즘을 터널 영상 취득 시스템에 적용할 때 효율적인 모델 학습 방안을 수립하는데 기여할 것으로 기대한다. In order to keep infrastructures such as tunnels and underground facilities safe, cracks of concrete lining in tunnel should be detected by regular inspections. Since regular inspections are accomplished through manual efforts using maintenance lift vehicles, it brings about traffic jam, exposes works to dangerous circumstances, and deteriorates consistency of crack inspection data. This study aims to provide methodology to automatically extract cracks from tunnel concrete lining images generated by the existing tunnel image acquisition system. Specifically, we train a deep learning based semantic segmentation model with open dataset, and evaluate its performance with the dataset from the existing tunnel image acquisition system. In particular, we compare the model performance in case of using all of a public dataset, subset of the public dataset which are related to tunnel surfaces, and the tunnel-related subset with negative examples. As a result, the model trained using the tunnel-related subset with negative examples reached the best performance. In the future, we expect that this research can be used for planning efficient model training strategy for crack detection.
도시재생 모니터링을 위한 지리참조된 건물 입면 정사영상 자동 생성
함상우(Ham, Sangwoo),이임평(Lee, Impyeong) 대한공간정보학회 2020 대한공간정보학회지 Vol.28 No.1
최근 도시정책은 구도심의 역사와 문화를 보존할 수 있는 도시재생 중심으로 변화하고 있으며, 도시재생사업을 올바르게 추진하려면 사업대상지의 변화를 자세히 모니터링 해야 한다. 도시재생 모니터링을 위해 사진측량 기법을 이용하여 시계열 건물 입면 정사영상을 생성하면 건물의 현황과 변화를 다각적으로 살펴볼 수 있다. 본 연구에서는 GIS와 연계 가능하도록 지리참조된 형태의 건물 입면 정사영상을 기준영상을 이용하여 자동으로 생성하는 방법을 제시한다. 먼저 지리참조된 건물 입면 정사영상을 생성하기 위해 건물 입면을 XY 평면에 품고 Z축이 입면에 수직이면서 지상좌표계와 일정한 변환관계를 갖는 건물좌표계를 정의한다. 그리고 번들 조정을 수행하여 건물좌표계에 지리참조된 기준영상을 구축한다. 이후 일정 주기로 건물 입면 영상을 신규 취득한 다음 기준영상과 함께 지상기준점 없이 번들 조정을 수행하여 새로 취득한 건물 입면 영상을 지리참조한다. 마지막으로 지리참조한 영상을 이용하여 건물 입면 정사영상을 생성한다. 본 연구에서는 건물좌표계를 정의하여 임의의 대상면에 투영한 정사영상의 위치를 표현하기 어려운 기존 래스터 데이터 형식의 단점을 극복할 수 있었으며, 초기에 기준영상을 구축한 후에는 신규 취득 영상에 대해 자동으로 정사영상을 생성할 할 수 있었다. 제시된 방법을 통해 도시재생 모니터링을 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대되며, 도시재생 활동가가 자동으로 건물 입면 영상을 구축할 수 있을 것으로 기대된다. Recently, urban planning policy is shifting to urban regeneration which allows preserving the history and culture of the old city. To accomplish successful urban regeneration, it is necessary to monitor the change of the area. Photogrammetric products such as facade ortho-images can be useful for documenting current status and temporal change of the buildings. In this study, we propose an automatic generation method of georeferenced and GIS-integratable facade ortho-images using reference images. First, to integrate facade ortho-images to GIS, we define a building coordinate system (BCS) in which the XY plane embeds the facade and the Z-axis is perpendicular to the facade. Then, bundle adjustment is performed to georeference a reference image dataset to the BCS. Second, we acquire a new image dataset and perform bundle adjustment with the reference images. Lastly, through multi-view stereo and ortho-rectification process, we build facade ortho-images. We could overcome the shortcomings of the raster data format which is difficult to represent the position of the orthogonal plane projected on an arbitrary surface by defining the BCS, and we could generate new facade ortho-images automatically using the reference images. We expect that we can provide base data for urban regeneration monitoring, and we also expect that urban regeneration activists can build facade ortho-images by themselves.
전산유체역학 해석에 기반한 20㎾급 도립형 횡류수차의 제작 및 성능 실증
함상우(Sangwoo Ham),최지웅(Ji-Woong Choi),정창호(Changho Jeong),김태윤(Taeyun Kim),최상인(Sangin Choi),진근영(Glenn Young Jin),이정완(Jeong Wan Lee),하호진(Hojin Ha) 한국기계가공학회 2021 한국기계가공학회지 Vol.20 No.2
The cross-flow turbine is one of the most famous and widely used hydraulic power systems for a long time. The cross-flow turbine is especially popular in many countries and remote regions where off-grided because of its many benefits such as low cost, high efficiency at low head, simple structure, and easy maintenance. However, most modern turbines, including the cross-flow turbine, are unsuitable for the ultra-low head situation, known as less than 3m water head or zero head with over 0.5m/s flow velocity. In this study, we demonstrated a 20kW class inverted-type cross-flow turbine’s performance. First, we reevaluated our previous studies and introduced how to design the inverted-type cross-flow turbine. Secondly, we fabricated the 20kW class inverted-type cross-flow turbine for the performance test. And then, we designed a testbed and installed the turbine system in the demonstration facility. In the end, we compare the demonstration with its previous CFD results. The comparing result shows that both CFD and real model fitted on guide vane angle at 10 degrees. At the demonstration, we achieved 42% turbine efficiency at runner speed 125 RPM.
전산유체역학을 이용한 초저낙차 상황에서의 도립형 횡류수차의 해석 및 설계 최적화
함상우(Sangwoo Ham),하호진(Hojin Ha),이정완(Jeong Wan Lee) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회지 Vol.18 No.4
The cross-flow turbine is a key hydraulic power system that is widely due to low costs, high efficiency, and low maintenance. In particular, the cross-flow turbine considered as the most suitable turbine for low head situations as it is known to operate down to 5 m of water head. However, the conventional cross-flow turbine is unsuitable for ultra-low head situations with less than a 3 m water head. In this study, we propose an inverted-type cross-flow turbine to overcome the limitations of conventional cross-flow turbines under ultra-low head situations. First, we described the limitations of conventional turbines and suggested a new turbine for the ultra-low head circumstances. Second, we investigated the performance of the new turbine using CFD analysis. Results demonstrated the effects of the design parameters, such as number of blades and rotor diameter ratio, on the performance of the suggested turbine. As a result, we developed an inverted-type cross-flow turbine with up to 60% efficiency under low water head conditions.