교량 구조물의 장기처짐 계측을 위한 카메라 자가모션 보정 기법

Abstract

교량의 시공 및 유지관리에 있어 장기변위는 중요한 정보를 제공한다. 교량은 장기간 외부환경에 노출되며 크리프, 건조수축, 피로누적, 단면손실, 지점부 경계조건 변화 등으로 인해 변위가 누적된다. 과도한 장기변위는 사용자의 주행감을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 안전성 문제를 야기하므로 설계 및 유지관리에 있어 철저한 관리가 필요하다. 기존 변위계측 기술은 실제 운용 중인 교량에 장기간 적용하기 어렵다. 교량 하부에 설치되어 변위를 계측하는 센서(링 게이지, LVDT 등)는 장기간 형하공간에 설치하기 어려워 단기계측에 주로 활용되고 있다. GPS를 활용한 변위 계측은 수직 방향으로 20mm 수준의 정밀도를 보여 장대교량에는 적합하지만, 일반 교량에 적용하기 위해서는 높은 정밀도가 요구된다. 그밖에 LDV, 카메라 등을 활용한 변위 계측은 장기간 센서가 움직이면서 변위 오차가 누적되는 한계를 보인다.이러한 장기변위 계측의 한계점을 보완하기 위해 본 연구에서는 듀얼카메라 기술을 통해 교량의 장기변위를 계측하는 기술을 제안한다. 듀얼카메라는 주 카메라와 보조 카메라로 이루어져 있다. 주 카메라는 계측지점에 부착된 타겟을 통해 구조물의 변위를 계측한다. 보조 카메라는 주 카메라에 부착되어 카메라의 3차원 모션을 계측한다. 주 카메라로 계측되는 변위는 실제 구조물 변위와 카메라 모션에 의한 에러의 합으로 나타나며, 보조 카메라로 계측된 3차원 모션 정보를 통해 카메라모션 에러를 보정한다. 따라서 본 기술은 카메라 모션에 따른 에러를 보정하여 장기간 변위 계측이 가능하다. 본 논문에서는 카메라 모션에 따른 오차를 제거하는 알고리즘을 제안하며, 40m 경간의 철도교에서 500일간 계측된 결과를 통해 검증한다.