건설기계의 작업 효율성 향상을 위한 시각화 작업 가이던스 기술 개발 : 굴삭기를 활용한 토공 작업을 중심으로|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

굴삭기는 토공사의 대표적인 건설기계로서, 굴삭기의 작업 효율성은 토공사 전반의 작업 생산성에 큰 영향을 미친다. 그러나 굴삭 작업의 중요성에도 불구하고 최근 굴삭기 운용 업역으로의 신규인력 유입 감소 및 숙련된 굴삭기 운전자 부족 현상이 심화되면서 굴삭 작업의 효율성이 저하되고 있는 실정이다. 최근 이와 같은 문제를 인식하고 굴삭기 운용의 편의성 및 용이성을 제고하여 굴삭기의 작업 효율성을 증진시키기 위한 선행연구 및 기술개발이 지속적으로 수행되어 왔다. 그러나 조사된 선행연구는 모두 굴삭기 충돌 방지 및 장애물 탐지 기술에 초점을 맞추어 개발됨에 따라 실제 굴삭 작업의 지원을 통한 작업 편의성 및 용이성 향상 효과를 기대할 수 없으며, 굴삭 작업 지원 측면에서 개발된 머신 가이던스 및 굴삭기 어라운드 뷰 모니터링(AVM) 시스템은 고가의 초기 비용, 도심지 공사 및 굴삭 작업에서의 활용성 부족으로 인해 현업에서 활발히 적용되지 못하고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 목적은 국내 토공사 현장에서 가장 높은 비중으로 활용되는 굴삭기의 작업 효율성을 제고하기 위한 시각화 작업 가이던스 기술을 개발하고 그 성능을 검증하는 것이다. 본 연구를 통해 개발된 시각화 작업 가이던스 기술은 AVM 영상 장비중심 반경 7m, 굴삭기 작업정보 반영 속도 50ms, AVM 영상의 Refresh Rate 28fps를 확보함으로써, 기존 굴삭기 AVM 시스템 대비 우수한 성능을 보였으며, 80시간의 연속 현장 운용을 통해 시스템 안정성을 확보하였다. 또한 개발된 시각화 작업 가이던스 기술을 활용할 경우, 굴삭 작업 20.60%, 평탄화 작업 22.18%의 생산성 향상과 동시에 13%의 유휴시간 단축이 가능함을 현장 적용을 통해 검증하였다. 본 연구는 기존 연구가 굴삭기를 활용한 작업의 안전성 향상 측면에서만 제한적으로 수행되었다는 한계점을 토대로, 굴삭기의 작업 효율성 제고를 위해서는 실질적인 작업 지원 측면에서의 연구가 필요함을 증명함으로써 새로운 연구의 방향을 제시하였다. 또한 본 연구에서 제안된 연구의 방법론 및 진행 프로세스는 굴삭기뿐만 아니라 다양한 건설기계의 시각화 작업 가이던스 시스템 개발을 위해서도 활용이 가능하다. 추후 이와 같은 건설기계 작업 지원 측면의 연구가 활발히 수행될 경우, 굴삭기뿐만 아니라 토공 작업에서 활용되는 다양한 건설기계에 적합한 연구 결과가 도출될 수 있으며, 연구 결과의 실용화 및 상용화를 통해 전반적인 토공사의 작업 효율성 향상이 가능할 것으로 기대된다.

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굴삭기는 토공사의 대표적인 건설기계로서, 굴삭기의 작업 효율성은 토공사 전반의 작업 생산성에 큰 영향을 미친다. 그러나 굴삭 작업의 중요성에도 불구하고 최근 굴삭기 운용 업역으로...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The productivity of earth work is directly related to the efficiency of the excavator used in the work. However, as the supply of new labor has decreased, and the lack of skilled operators persists, the operational efficiencies of excavators are being seriously degraded. Although this problem has been dealt with in many studies, most of the proposed techniques are not actively applied to real construction sites because of their limitations as work support systems. Both the machine guidance system and the around view monitoring (AVM) system, which were developed to enhance the efficiency of excavators, have limited availability because of high initial cost, low applicability to downtown areas, and inapplicability with respect to work support. This study aims to develop a visualized working guidance system for improving the operational efficiencies of excavators that are most frequently used for earth work in South Korea. The superior performance of the proposed system compared to the conventional ones was demonstrated by securing a central radius of 7 m, working information of an excavator, a slope reflection rate of 50 ms, and an AVM image refresh rate of 28 fps. The system stability was verified by an 80 h field application. When the proposed system was used, the productivities of the excavation and grading work were improved by 20.60% and 22.18%, respectively, and the idle time of an excavator could be reduced by approximately 13%. The visualized working guidance system developed in this study is the first construction equipment support system combining the machine guidance and AVM systems for excavators. In this regard, the proposed system is a novel advancement. Commercializing this visualized working guidance system for practical use would not only improve the productivity of earth work because of the enhanced operational efficiency of the excavators but also advance the technical level.

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