본 논문에서는 지하공간 통합지도를 탐사 현장에서 활용하기 위한 모바일 단말기용 서비스 시스템을 설계 구현한다. 모바일 단말기용 현장활용 서비스 시스템은 지하공간 통합지도 관리 시스템에서 제공하는 타일맵, 3차원 지형정보, 지하구조물, 지하시설물, 지반정보 등을 현재 위치에 따라 3차원으로 가시화하도록 설계되었고, 현장 탐사로 얻어진 결과를 실시간으로 반영하도록 설계되었다. 또한, 제안된 시스템은 모바일 단말기의 무선 네트워크 및 기기 특성에 따른 제약 문제로 지하공간 통합지도를 glTF 포맷 형태로 전송 후 가시화 하도록 구현하였다. 구현된 모바일 서비스 시스템은 지하공간 탐사 현장에서 3차원으로 지도 및 공간 객체들을 가시화하여 사용자에게 정확하고 통합된 지하공간 데이터를 제공함으로써 탐사 현장에서의 사고 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 갱신된 지하공간 데이터를 실시간으로 지하공간 통합지도 관리 시스템에 전송하여 최신성과 정확성을 유지할 수 있다.
지하시설물에 따른 안전과 지하정보의 활용이 점차 부각되고 있는 현대 시대에 맞추어, 국가는 더욱 정밀하고 정확한 지하공간정보 확보 및 활용을 추진하고 있다. 앞으로는 국토교통부에서 구축 중인 15종(지하시설물 6종, 지하구조물 6종, 지반 3종) 지하공간통합지도를 적극 활용하여, 국가안전 및 지하공사 편의성 향상을 위해 많은 기여를 할것으로 예상된다. 하지만 현장담당자가 모바일기기로 지하공간통합지도를 요청할 때, 대용량의 지하공간통합지도가 무선구간에서 빠르게 전송되어 서비스되지 않는다면, 현장담당자에게 불편을 초래하고, 업무 지연을 유발한다. 본 논문에서는 현장담당자가 최소한의 정보교환으로 타일링된 지하공간통합지도를 신속하게 전송 서비스 받을 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 따라서 고속 모바일용 지하공간통합지도 전송을 위한 데이터셋에 맞춤으로 타일링체계를 구성한다. 아울러 모바일용 지하공간통합지도 데이터에 대한 전송체계를 설정하고, 현장 지하공간통합지도 전용 TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) 기반 공간정보 타일링 전송 프로토콜을 개발한다.
도심지 지하시설물 노후화가 진행되고, 도로 굴착 안전사고에 불안이 형성되고 있는 가운데, 국토교통부에서는 「지반침하 예방대책」과 지하공간의 효율적 활용방안의 일환으로 2015년부터 지하공간통합지도를 구축하기 시작하여 그 범위를 매년 확산하고 있다. 현행 지하공간통합지도 정보는 웹기반으로 데스크탑 환경에서 운용되고 있는 바, 굴착 공사장과 같은 현장 환경에서의 활용에는 제한되는 부분이 있는 것이 사실이다. 웹기반 환경에서 구축 운영되고 있는 지하공간통합지도는 대용량 3차원 데이터이다. 따라서 데이터를 현장으로 지체 없이 전송하여 서비스하기 위해서는 지하공간통합지도 데이터를 가볍게 할 방안이 필요하다. 또한 현재 지하공간통합지도는 3DS, COLLADA등 데이터포맷이 일원화 되어있지 않으며, 좌표체계 방식도 상대좌표, 절대좌표 등으로 상이하다. 본 연구에서는 국내외 선행연구와 기술적용 사례를 분석하여 모바일용 지하공간통합지도 데이터포맷 및 경량화 방법을 제시하고, 제시된 포맷의 모바일용 지하공간통합지도를 생성할 수 있는 기술 개발을 실시하였다. 또한 현장에서 빠르게 데이터를 전송받을 수 있도록 3차원 데이터 압축기술을 적용하여 경량화율을 테스트해 보았으며, 현장에서 압축된 3D 데이터를 해제하여 활용할 수 있는 기술개발을 하였다. 아울러 향후 본 연구에서 실험적으로 개발한 기술을 보완하고 추가 연구실시하여 굴착현장에서 활용할 수 있는 소프트웨어로 제작하여 활용에 쓰이는 것을 목표로 한다.
최근 도심지의 지반함몰 및 침하, 노후 지하시설물 파손 등 지하공간에 대한 안전 이슈가 증가하고 있어 지하시설물의 정확한 관리가 더욱 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 현장에서 취득하는 지하시설물 실시간 측량 데이터 또는 지하시설물 탐사 후 현장 측량으로 취득한 지하시설물 측량 데이터를 지하공간통합지도 상에 가시화하고, 측량성과로 변환하는 기능을 개발하였다. 또한, 본 연구를 통해 개발한 지하공간통합지도 연계 현장 측량 성과 활용 기능을 사용하여 서울시 은평구 상수관로 매설공사 현장에서 토탈스테이션으로 획득한 측량성과를 지하공간통합지도상에 가시화 하고, 공간정보 성과파일로 변환 및 지하공간통합지도 모바일 센터로 전송하는 현장실증을 수행하였다. 이를 바탕으로 지하공간통합지도가 구축된 지역에서 측량성과를 활용하는 작업 절차를 검증할 수 있었으며, 향후 개선 방향을 검토할 수 있었다.
지하공간정보지도 관리 프로그램은 일반지도와는 달리 지하정보를 3D 형태로 한 눈에 볼 수 있도록 만든 시스템이다. 이 시스템은 전송 데이터의 경량화를 위해 지도를 타일지도로 만들어 관리하고 있으나 지하에는 다양한 지하구조물들이 있고, 3D 데이터로 되어 있어 데이터의 용량이 크다. 따라서 일반적으로 클라이언트가 모바일 프로그램에서 타일지도를 요청할 때 마다 서버가 요청한 타일지도를 클라이언트에게 전송하는데 전송지연시간 문제가 발생하고 있다. 본 논문에서는 모바일용 지하공간정보지도 관리 시스템에서 클라이언트에게 제공되는 타일지도 데이터에 대한 요청응답 속도를 향상시키기 위해 타일 캐싱 방법을 설계한다. 제안된 기법은 클라이언트가 타일지도를 보고 있는 동안에 서버가 다음 타일지도를 미리 예측하여 프리페칭하고 프리페칭한 데이터를 서비스 서버에 저장하지 않고 클라이언트 모바일 단말기의 메모리에 미리 저장하여 전송지연시간 문제를 해결하는 방법을 제안한다.
도시가 확장되고 지하시설물 관련 공사가 늘어남에 따라 지하시설물 관로 네트워크를 3차원으로 분석할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있다. 국내에서는 2015년부터 15종의 지하정보(지하시설물, 지하구조물, 지반)를 3차원 기반 지하공간통합지도로 구축하는 사업을 진행하고 있다. 하지만 현재 3차원 지하시설물 구축은 수작업 기반으로서 구축 방법이 매우 복잡하고 지자체별 수백만 건이 넘는 대용량 데이터를 처리하기에는 시간과 비용이 많이 발생한다. 본 논문은 3차원 지하시설물 모델의 가공 및 갱신 자동화 구축 프레임워크를 제시함으로써 3차원 지하시설물 모델을 최소비용으로 신속하게 구축하는 방안을 수립하였다. 본 연구에서 개발된 지하시설물 가공 및 부분갱신 자동화 기술들은 지하공간통합지도 구축사업에 즉시 현장적용이 가능할 것으로 기대한다.
지하공간에는 다양한 구조물들이 있고 그 구조물들의 지하공간 데이터는 지하공간통합지도 관리 시스템(IUGMMS)에서 3D 데이터로 관리되고 있다. 작업자는 준공도서 제출 프로그램으로 변경된 지하공간 데이터를 반영한 통합지도 전체를 IUGMMS에 전송하여 갱신하고 있다. 그러나 통합지도 파일의 크기가 크기 때문에 전송하고 갱신하는 시간이 지연되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 변경된 통합지도와 IUGMMS에 저장되어 있는 통합지도에서 공간특성정보를 각각 구하고 비교해서 변경된 지하정보 데이터가 있는 통합지도만 추출하여 전송하고자 한다. 실험 결과, 기존 방법은 전송하려는 통합지도의 영역이 넓을수록 통합지도를 전송하는 시간과 갱신하는 시간이 파일 크기에 비례하여 증가하였지만, 제안한 방법은 변경된 지하공간 데이터가 포함된 통합지도만 전송하기 때문에 전송 시간이 짧았고 갱신하는 시간도 짧았다. 그 결과 변경된 통합지도를 전송하고 갱신할 때 발생하는 시간의 지연을 줄일 수 있었다.
본 논문에서는 모바일 단말기에서 지하공간 통합지도 관리를 위한 서비스 시스템을 설계한다. 설계된 시스템은 현장에서 수집된 정보를 모바일 단말기에서 직접 확인 후 정합성을 검증할 수 있는 기능과 허가된 사용자만이 지도 및 지하공간 정보에 접근하여 확인 및 수정할 수 있는 기능을 가진다. 또한, 설계된 모바일 서비스 시스템을 구현하기 위해 모바일 클라이언트 모듈/현장 지원 시스템, 관리자 UI 모듈/현장 데이터 반영 모듈 간 흐름을 다이어그램으로 표현하여 제안한다.
정부는 지하안전사고 대응 및 예방을 위해 현행 수작업 기반의 지하공간통합지도 구축 및 갱신체계를 지하구조물을 포함한 지하정보에 대해서 자동화 기반의 3D 지하정보 구축 및 갱신체계로의 전환을 위한 준공도서제출 시스템 구축사업을 진행하고 있다. 하지만 3D 지하구조물 자동화 갱신 시 필요한 표준도면 연구가 미비하여 이에 관한 구체적인 연구가 필요한 실정이다. 본 논문에서는 지하공간통합지도를 구성하는 6종 지하구조물을 대상으로 표준도 기반의 3차원 지하구조물 구축 방안을 제시하여 신속 정확한 도면데이터 작성과 체계적인 3차원 지하구조물 도면데이터 관리가 이루어질 수 있도록 하였다. 또한, 지하정보 실무에 활용 가능한 3D 구축용 가공도면 툴을 개발하여, 일반 CAD 프로그램 사용자들도 쉽게 가공도면을 제작할 수 있도록 하였다. 본 논문에서 도출된 결과물들은 향후 3D 지하구조물 구축을 위한 표준 프레임워크 및 실무적용 지침 수립 시 주요한 참조자료가 될 것으로 기대한다.
최근 들어 지반침하 발생이 전국적으로 늘어감에 따라 지하공간개발, 지하안전관리를 위한 지하정보의 최신성 및 활용성은 그 어느 때 보다 중요해졌다. 하지만 2015년부터 시작된 지하공간통합지도 구축사업은 수작업기반의 장주기 갱신체계의 문제점을 갖고 있다. 본 논문은 이러한 한계를 극복하고 2D·3D 지하구조물 데이터를 가공, 변환, 갱신, 관리, 가시화 등의 지하구조물 데이터 관리의 전 주기적 관점에서 자동화 관리가 가능한 3D CAD/GIS 기반 지하구조물 통합관리 자동 갱신기술을 구현하였다. 이러한 기술을 적용한다면 기존의 복잡한 지하구조물 3차원 구축 로직을 하나의 시스템에서 통합처리 및 갱신 관리가 가능하며, 지하구조물 자동갱신을 위한 기반 기술로서 지하공간개발 및 지하안전관리에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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