최근 4차 산업혁명 시대를 맞아 산업계 전반에 걸쳐 첨단기술 접목을 통한 새로운 성장동력 확보에 나서고 있는 가운데 건설 분야에서도 이 같은 흐름에 대응하기 위한 변화가 나타나고 있다.
현재 건설 산업의 패러다임 전환을 위한 IT를 비롯한 클라우드, 빅데이터, 모바일 등 다양한 첨단기술을 접목, 그동안 문제점으로 지적받고 있던 건설 산업의 생산 정체성을 타파하기 위한 노력들이 곳곳에서 이뤄지고 있다.
이러한 다양한 변화의 모습 중 드론을 활용, 정확하고 효율성 높은 ‘토공량 산출 기술’이 개발되고 있어 귀추가 주목된다.
3차원 GCP 이용 ‘검증’ 경사지역 식생 영향 오차 평가 연구 박차
성토 절토량 계산 자동화 등 CAD 설계도서와 연동 가능성도 검토
전 세계적으로 건설 산업의 생산성이 정체되고 있는 가운데 첨단기술의 접목을 통한 새로운 건설 패러다임 도출이 중요한 현안으로 떠오르고 있다. 이미 주요 선진국에서는 스마트 건설기술이 빠르게 확산되고 있는 것으로 알려지고 있다.
또한, 대내외적으로 4차 산업혁명 시대에 대응하기 위한 건설현장의 정보화와 건설 산업의 생산성 향상을 위한 적극적인 대응의 필요성이 부각되면서 최근 건설 분야에서도 드론 등을 활용한 융합시장이 급성장하고 있다.
특히, 정보화 시공에 기반 한 토공량 산출(드론 활용)은 기존의 인력 검측 대비 높은 정확도와 효율성을 확보할 수 있으며, 사람이 접근하기 어려운 현장에서도 활용이 가능한 장점을 갖고 있다.
또한, 시공관리를 비롯해 품질관리, 공기단축, 비용절감 측면에서 스마트 건설로 가기 위한 중요한 공정기술로 평가받고 있다.
이에 이 연구에서는 건설현장의 정보화를 위한 드론 활용기술의 실·검증 연구와 기술 보완, 창업기업의 아이디어 실현을 위한 기술지원이 이뤄지고 있다.
연구내용
현재 한국건설기술연구원에서는 연구원 내 ‘스마트건설 지원센터’에 입주하고 있는 창업기업들의 스마트건설기술 아이디어 실현과 보완을 위한 기술 지원을 진행하고 있다.
연구원에서는 연구원 내 전문 연구자와의 매칭을 통해 연구원의 첨단 실험·분석 인프라 등을 활용한 스마트 건설기술의 구현과 실·검증 연구를 지원하고 있다.
이 같은 기술 지원사업의 일환으로 진행되고 있는 이 연구의 지원 대상은 지난 2018년 실시한 ‘18년 스마트건설 창업 아이디어 공모전’에서 최우수상을 수상한 ‘카르타’로 이 회사는 공모전 당시 ‘드론을 통한 사진 측량 기술을 바탕으로 한 토공량 산출 자동화 연구’를 제안한 바 있다.
따라서 이 연구에서는 우선적으로 건설현장 토공량 산출을 위한 드론 기술(3D Reconstruction)의 활용 가능성 검토와 기술지원을 수행한 후 현장 적용을 위한 기술고도화 연구와 기술사업화를 위한 판로개척 지원 등이 진행되고 있다.
이를 위해 ‘건설업에서의 드론 활용 관련 기술동향 검토와 분석’ 부문에서는 기존 사진 측량기술과의 비교를 통해 드론의 토공량 산출 분야 활용 가능성 검토와 보완기술 도출 등의 연구가 이뤄지고 있다.
또한, 현장실험을 통한 기존 토공량 산정방법과의 비교 분석 연구를 통한 개발기술의 완성도 평가 연구도 병행되고 있다.
특히, 정확도 검증을 위해 국내 건설사들과의 협력을 통해 3차원 GCP 등을 이용한 정확도 검증 연구를 비롯해 경사지역과 식생 등의 영향으로 발생하는 오차에 대한 기술 지원과 평가도 이뤄지고 있다.
이외에도 드론을 활용한 성토량과 절토량 계산 자동화 가능성도 검토되고 있다.
이 같은 연구 성과를 기반으로 향후 딥러닝 기반의 객체 인식 기술 등을 활용한 장애물 탐지와 보완 기술 고도화 지원 연구와 함께 CAD 설계도서와의 연동 가능성 검토와 실용화 지원을 위한 연구가 진행될 계획이다.
한편, 현재 개발 중인 기술은 카르타에서 보유하고 있는 드론으로 촬영한 이미지를 통해 건설 현장을 대상으로 3차원 모델을 재구성하는 기술과 생성한 3D 모델에서 길이, 부피 등의 필요한 정보를 추출하는 기술을 기반으로 하고 있다.
즉, 이 기술을 건설업에 초점을 맞춰 건설 현장에 특화된 기능인 토공량 산정과 정사사진 비교, 현장 사진 추출, 유저 인터페이스 등을 포함하는 기술로 개발되고 있다.
현재 고도화된 알고리즘으로 추출한 정사사진과 현장 3D데이터에 대한 기존 방법과의 비교·분석 연구를 마친 상태로 토공량 자동화 산정시스템 개발과 현장 적용을 목표로 관련 연구가 진행될 예정이다.
이를 위해 딥러닝 기반의 객체 인식 기술을 활용한 장애물 탐지와 보완 기술 고도화, CAD 설계도서와 연동을 통한 성토량·절토량 계산 자동화 시스템 개발과 현장 검증 연구가 이뤄질 계획이다.
특히, 이 연구에서는 기술 사업화를 위해 시공·감리 등 기존 업무 프로세스와 결합된 고객 유형별 맞춤형 솔루션 개발을 통해 성공적인 협업 레퍼런스의 조기 확보에 박차를 가하고 있다.
연구팀에서는 이 같은 성과들을 기반으로 창업기업(카르타)의 국내 사업 안정화를 도모하고, 이후 국내 대비 스마트건설 기술의 도입이 비교적 늦은 중국과 동남아시아권 진출을 검토, 추진할 예정이다.
카르타 김영훈 대표는 드론을 통한 토공량 산정 기술 개발에 나선 이유에 대해 “4차 산업혁명의 핵심 키워드인 드론은 건설업 분야에서 혁신을 일으키고 있다”며, “특히, 드론을 활용한 토공량 산정은 기존 방식 대비 정확도가 높고, 시간 단축과 비용 절감 효과가 뛰어나며, 공사 진척도와 작업량 등을 간편하게 확인할 수 있어 실시간 공정 관리가 가능한 장점을 갖고 있다”고 밝혔다.
이어 “이처럼 다양한 장점들로 인해 건설사 입장에서는 드론 도입 효과를 가장 쉽게 체감할 수 있다”고 말했다.
이 같은 기능은 자율비행을 통해 드론이 촬영한 2D 사진을 3D로 맵핑하는 카르타의 핵심 기술을 통해 구현될 전망이다.
특히, 건설 현장의 디지털화가 곧 스마트건설의 시작이라는 점에 비춰볼 때 드론을 활용한 건설현장 공정관리는 건설 산업 패러다임의 변화를 알리는 신호탄이 될 것으로 평가받고 있다.
카르타는 서울대학교에서 시작한 스마트건설 스타트업으로 건설용 드론 데이터 분석 플랫폼 연구 개발에서 탁월한 기술력을 선보이고 있다.
김 대표는 “지난 2018년 국토교통부에서 주관한 스마트건설 기술 공모전에서 최우수상을 수상한 이후 한국건설기술연구원 산하 스마트건설지원센터에 입주해 건설연과의 공동 연구를 통해 빠르게 기술 고도화에 성공하고 있다”며, “기술의 혁신성을 인정받아 올해 대한민국 산업대상 기술혁신대상을 수상한 바 있으며, 최근 영국계 킹슬리벤처스에서 투자를 유치했다”고 밝혔다.
이어 “최근에는 관련 분야의 최고 권위를 자랑하는 스위스의 Pix4D사와의 기술 제휴를 통해 기술의 안정성과 신뢰도 향상에 매진하고 있다”고 덧붙였다.
기대효과
드론 기반으로 정확한 토공량을 산출할 수 있는 기술 확보를 통해 지원 기업의 기술 성숙도 향상이 이뤄질 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 머신러닝 기반 3D 객체 인식을 통해 기존 측량의 문제점으로 남아 있던 산림지역에서의 오차율 과다 등의 문제 개선에도 기여할 전망이다.
인 / 터 / 뷰
저렴한 비용으로 토공량 산정 프로그램 개발 목표
김영석 연구위원
한국건설기술연구원 김영석 연구위원은 “지난해 연구원 내 스마트건설지원센터에서는 국토부와 공동으로 스마트 건설과 청년 창업이라는 두 가지 목표 달성을 위해 스마트 건설과 관련된 창업 아이디어를 보유하고 있는 기업들을 기술적으로 지원하고, 공동으로 연구할 수 있는 장을 마련했다”며, “그 일환으로 지난해 ‘스마트건설 창업 아이디어 공모전’을 통해 수상한 5개 기업의 아이디어를 구현하고, 실·검증하기 위한 연구 지원사업이 진행되고 있다”고 밝혔다.
이어 “5개의 아이디어 중 이 연구에서는 드론을 통해 취득된 사진 데이터를 기반으로 기존 사진 측량 대비 보다 정확도가 높은 토공량 자동측량 기술에 대한 기술적 보완과 지원이 이뤄지고 있다”고 말했다.
최근 건설 분야에서는 스마트건설로 중심 축이 옮겨가면서 기존 기술의 단점을 보완하는 한편, 보다 자동화, 정밀화된 기술들이 속속 시장에 선보이고 있다. 하지만, 창업기업들이 개발하는 기술들이 현장에 적용되기에는 아직까지 한계가 뚜렷하다.
김 박사는 “창업기업들의 경우 아이디어는 좋지만, 시장 수요가 없는 제품들을 개발하며, 어려움에 직면하는 경우가 매우 많다”며, “따라서 이 연구에서는 현장에 실제로 적용할 수 있는 기술 개발을 목표로 지원 기업인 카르타에서 보유하고 있는 탁월한 프로그래밍 감각과 2D 사진을 3D로 맵핑하는 기술을 토공량 산정에 접목시킬 수 있는 방안을 모색하고 있다”고 소개했다.
이어 “특히, 실제 현장에서 저렴한 비용으로 토공량을 산정할 수 있는 프로그램 개발에 목표를 맞추고 연구원 내 드론 전문가 등이 참여한 가운데 연구를 진행하고 있다”며, “카르타에서 현재 보유하고 있는 기술의 경우 실제 세계적으로 많이 사용되고 있는 기술과의 기술 격차가 거의 없을 만큼 기술 성숙도가 높아 조만간 상용화에 성공할 것으로 생각된다”고 말했다.
“드론 영상기술은 건설산업 패러다임 전환 견인 역할 확신”
김 박사팀은 많은 현장에서의 실험과 검증을 통한 기술력 향상을 위해 국내 대기업이 수행 중인 현장 섭외 등 아낌없는 지원을 통해 기술 상용화에 노력을 기울이고 있다.
향후 이 연구에서는 플랫폼 구축을 통한 클라우드 기반의 서비스를 제공하며, 현장에서의 비용 절감에 나설 계획이다.
“드론 영상은 다양한 해석이 가능한 기술로 건설산업 패러다임 전환의 견인차 역할을 할 수 있습니다”
김 박사는 “현재 드론이 사진 측량에만 국한돼 사용되는 측면이 강해 매우 안타깝다”며, “드론을 통해 취득된 영상과 사진은 시각화 기능 이외에도 이를 통한 토공량 산정 등 다양한 용도로 활용할 수 있어 4차 산업혁명 시대의 흐름에 따른 건설 산업의 스마트화에 크게 기여할 것”이라고 강조했다.
