자동화 토공시스템을 위한 지능형 네비게이션 전략 (Intelligent Navigation Strategies for an Automated Earthwork System)

국문 초록 (Abstract)

건설에서 토공은 가장 기본적인 공종이다. 오늘날 건설시장에서 안전성과 생산성 향상을 위하여 자동화에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 자동화 굴삭기가 토공작업을 효과적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 요소기술로서 전역경로계획법과 지역경로계획법을 제시하고 있다. 이러한 경로계획은 작업환경과 동일하게 모델링된 컴퓨터내의 가상환경을 바탕으로 영역분할, 최적 플랫폼 위치선정 및 작업 순차생성 등을 통하여 생성되며, 효과적으로 토공작업을 수행하는데 사용될 수 있다. 전역경로계획은 SensBug에서 언급되지 않았던 굴삭기의 크기 및 안전버퍼를 고려하여 이동경로를 생성하도록 하였으며, 움직이는 물체를 회피하여 목표점까지 이를 수 있는 방안도 제시하였다. 그리고 지역경로계획에서는 작업영역을 세부 Zone 구분, Zone사이 이동순서 및 Zone내에서 이동패턴을 제시하여 굴삭기의 움직임이 최소가 되도록 하는 경로를 생성한다. 본 연구에서 제시된 결과는 자동화 토공시스템의 요소기술로서 적용되고 있으며, 작업자의 관여 없이 원격조정 또는 자동화된 형태로 안전하고 효과적인 토공작업을 위한 경로를 생성하고, 위험한 환경에서 토공작업을 수행할 수 있는 지능을 자동화 토공시스템에 부여할 수 있을 것이다. 또한 작업자는 건설현장에서 여러 대의 장비를 동시에 관리할 수 있게 됨으로써 경제적인 효과가 있을 것으로 사료된다.
실제 현장에 적용되기 위해서는 몇 가지 요소들이 고려되어야만 한다. 이러한 요소는 토공현장의 진출입구의 위치, 트럭의 상차위치, 작업도로의 위치, 현장내의 배수방향, 흙의 상태, 지장물의 종류 및 위치 등이 토공계획을 수립하는데 매우 중요하다, 하지만 이러한 요소들을 모두 고려하는 것은 매우 어렵다. 만약 어려대의 토공장비가 토공작업에 투입이 된다면 한대의 장비만 투입하였때와는 달리 공간간섭에 관한 요소도 고려을 해야만 한다. 추후 연구에서는 트럭의 상차위치, 흙의 종류, 및 지장물의 위치 등을 고려하여 토공 자동화 시스템을 좀 더 현실적으로 개선할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Earthwork is the most common type of work in construction. The needs for automation have been increased to better deal with the safety and the productivity of the earthwork operation in today’s construction market. In this research, intelligent navigation strategies, which are essential to an automated earthwork system to execute excavation effectively, are suggested. Such navigation strategies are made on the basis of a scanned environment on computer. Global navigation strategy is calculated to create movable paths reflecting the size and the safety buffer of equipment that are not included in SensBug[13]. A method to reach a target point avoiding mobile obstacles is presented. Local navigation strategy creates efficient paths which minimize equipment movement, through dividing a work area into several small zones, proposing the order of movement between zones and the moving patterns inside each zone. When the results of this paper are applied as one of the core technologies for developing an automated earthwork system, it will be possible to give intelligence to the automated system to generate a safe and effective path for remote or automated earthwork operations and to execute earthwork in a hazard-free environment. In addition, an operator will be able to handle and monitor several pieces of equipment at one site, thereby increasing the economic efficiency.
The factors that affect equipment movement should be considered for a real application on a construction site. The factors such as locations of an entry and exit of a construction site, loading positions of trucks, locations of hauling roads, drainage in the site, soil conditions, and locations of underground utilities are important for earthwork planning and vary according to site environment, so it is very hard to consider all these factors. If multiple pieces of equipment are involved in earthwork operations, a navigation path in the environment with multiple pieces of equipment is different from that in the environment with a single piece of equipment due to space interference. In future research, additional factors such as loading positions of trucks, soil conditions, and locations of underground utilities will be considered for further improving upon the automated earthwork system.