표제지 1
목차 4
요약문 16
ABSTRACT 17
제1장 서론 18
1.1. 연구의 배경 및 목적 18
1.1.1. 노후화 구조물 유지관리 18
1.1.2. 교량 유지관리 비용 20
1.1.3. 도로 구조물 예산 22
1.1.4. 유지관리 산업 변화 25
1.1.5. 한국도로공사 구조물 관리 현황 27
1.1.6. 4차 산업 기술 적용 29
1.2. 연구내용 31
1.2.1. 전체 연구내용 31
1.2.2. 자체부문 연구내용 32
1.2.3. 용역부문 연구내용 32
1.2.4. 단계별 추진체계 및 목표 32
1.2.5. 주요 연구 내용 33
1.3. 연구 목표 34
1.3.1. 유지관리 점검 프로세스 개선 34
1.3.2. 스마트 점검 시스템 구축 37
제2장 고속도로 유지관리 기술 분석 39
2.1. 국내외 교량 유지관리 기준 분석 39
2.1.1. 국내 교량 유지관리 기준 40
2.1.2. 국외 교량 유지관리 기준 47
2.2. 국내외 교량 점검 방법론 분석 55
2.2.1. 국내 교량 유지관리 방법론 56
2.2.2. 국외 교량 유지관리 방법론 62
제3장 교량 스마트 점검기술 분석 65
3.1. 점검기술 수준 분석 65
3.2. 교량 취약 점검 부위 68
3.3. 스마트 점검기술 71
3.3.1. 스마트 점검 킷(Kit) 74
3.3.2. 스마트 점검 유틸리티(Utility) 90
3.3.3. 스마트 점검 모니터링(Monitoring) 105
3.3.4. 스마트 점검 오피스(Office) 시스템 114
제4장 딥러닝 기반 교량 손상유형 영상분석 117
4.1. 교량 손상유형 특징 추출을 위한 학습데이타 생성 117
4.1.1. 손상유형에 따른 점검데이타 획득 117
4.1.2. Data Annotation을 위한 프로그램 개발 119
4.2. 영상 점검 데이터 분석을 통한 교량손상 탐지 기법 120
4.2.1. 교량손상 유형 정의 120
4.2.2. 교량손상 특징추출을 위한 방법(LeNet) 개발 121
4.2.3. 교량손상 특징추출을 위한 방법(VGG Net) 개발 122
4.2.3. 교량손상 탐지를 위한 슬라이딩 윈도우 기법 개발 126
제5장 영상점검기술 기반 Test-Bed 구축 130
5.1. 대상 시설물 선정 및 시험 130
5.1.1. 시험도로 금당교, 연대교 130
5.1.2. 스마트 점검 시스템을 활용한 Test Bed 점검 131
5.1.3. 금당교, 연대교 점검사항 134
5.2. Test Bed 구축 134
5.2.1. 스마트 점검 시스템을 이용한 영상점검 134
5.2.2. Test Bed 현장 적용성 검토 141
5.3. 서해대교 현장 적용성 검토 146
5.3.1. 서해대교 영상점검 146
5.3.2. 영상점검 계획 수립 147
5.3.3. 영상점검 수행 147
5.3.4. 영상점검 주요장비 148
5.3.5. 영상점검 수행 내용 150
5.3.6. 영상점검 수행 결과 160
제6장 서울-세종 스마트 점검시스템 구축(안) 162
6.1. 서울-세종 고속도로 개요 및 교량 구조물 분석 162
6.2. 과업 대상 구간 교량 특성분석 179
6.3. 교량 DB구축을 위한 코드화 182
6.4. 대상 교량 스마트 점검 시스템 구축(안) 191
6.4.1. 교량 부재별 대표 대체기술 적용 수준 192
6.4.2. 스마트 점검 시스템 1단계 구축(안) 195
6.4.3. 스마트 점검 시스템 2단계 구축(안) 196
6.4.4. 스마트 점검 시스템 3단계 구축(안) 198
6.4.5. 선제적 유지관리체계(안) 200
6.4.6. 서울-세종 고속도로 대표 교량 점검 시스템 구축(안) 202
6.5. 서울-세종 고속도로 점검 시스템 구축 비용(안) 210
제7장 결론 215
참고문헌 217
도서정보(INFORMATION) 220
보고서 집필 내역 222
판권기 223
뒷표지 224
표 1.1. 도로 구조물의 경과연수 현황[내용없음] 7
표 1.2. 기관별 인당 관리 교량 수[내용없음] 7
표 1.3. 도로 구조물의 경과연수 현황 19
표 1.4. 기관별 인당 관리 교량 수 21
표 1.5. 시설물별 직접인건비 기준인원수 22
표 1.6. SOC 분야 예산 수립 현황 23
표 1.7. 제1·2종 시설물 중 SOC시설물 노후화 현황 및 추세전망 26
표 1.8. 국내 고속도로 교량 개소 27
표 1.9. 국내 도로공사 관리 고속도로 노후 교량 개소 27
표 2.1. 교량 시설물의 점검 및 진단 실시범위[내용없음] 7
표 2.2. 교량 시설물의 점검 및 진단 실시범위 41
표 2.3. 콘크리트 바닥판 상태평가 기준 44
표 2.4. 강 바닥판, 강거더, 강교각(강 주탑) 상태평가 기준 45
표 2.5. 정기 및 특별점검 결과 판정기준 50
표 2.6. 일본 교량 바닥판 평가기준. 51
표 2.7. 프랑스의 시설물 안전점검 53
표 2.8. 프랑스 교통국의 판정기준교량 바닥판 53
표 2.9. 독일의 시설물 안전점검 54
표 2.10. 국내 교량 세부 부재별 점검 방법 57
표 2.11. 점검 장비의 구분 58
표 3.1. 교량 형식별 열화 항목 진단 기술 현황[내용없음] 7
표 3.2. 교량 형식별 열화 항목 진단 기술 현황 65
표 3.3. 교량의 점검 사각지대 전문가 설문조사(서울-세종 고속도로 기획연구 보고서) 69
표 3.4. 기존 점검 대비 스마트 점검 방식의 장점 73
표 3.5. 스마트 점검기술 구성 74
표 3.6. 전동 파노라마헤드와 기존 수동파노라마헤드의 장단점 87
표 3.7. 슬라이드형 레일캠 활용방안 94
표 3.8. 드론과 레일/와이어캠의 비교 103
표 3.9. 시험도로에 설치된 CCTV의 주요 기능 109
표 4.1. 망상균열/백태 VGG-16 다중 분류모델의 실험 파라미터[내용없음] 8
표 4.2. 망상균열/백태 VGG-16 다중 분류모델의 실험 파라미터 124
표 4.3. 망상균열/백태 VGG-16 다중 분류모델의 모델 개요 125
표 4.4. 망상균열/백태 VGG-16 다중 분류모델의 실험 결과 126
표 5.1. 여주 시험도로 내 선정된 2개소 시설물[내용없음] 8
표 5.2. 여주 시험도로 내 선정된 2개소 시설물 130
표 5.3. 타임랩스 카메라 주요 제원 133
표 5.4. 서해대교 전체 현황 135
표 5.5. 콘크리트 거더의 손상분류 142
표 5.6. 강박스교의 손상 분류 144
표 5.7. 서해대교 제원 및 계획 146
표 5.8. 점검 투입 장비 149
표 6.1. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 교량 현황[내용없음] 8
표 6.2. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 교량 현황 163
표 6.3. 시설물 분류체계 182
표 6.4. 교량 부재별 부재코드 183
표 6.5. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 교량 현황 185
표 6.6. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 9공구 추자1교 185
표 6.7. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 186
표 6.8. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 9공구 고산천교 186
표 6.9. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 9공구 목동교 186
표 6.10. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 9공구 목리천교 187
표 6.11. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 10공구 광주성남IC교 187
표 6.12. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 10공구 직동1교 187
표 6.13. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 10공구 직동2교 188
표 6.14. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 10공구 직동3교 188
표 6.15. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 10공구 삼동교 188
표 6.16. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 12공구 감이교 189
표 6.17. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 12공구 광암교 189
표 6.18. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 12공구 감북교 189
표 6.19. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 12공구 초이교 190
표 6.20. 서울-세종 고속도로 (안성-서울 구간) 14공구 고덕대교 190
표 6.21. 상부구조 항목별 점검 대체기술 및 점검 수준 193
표 6.22. 하부구조 항목별 점검 대체기술 및 점검 수준 193
표 6.23. 기타 부재 항목별 점검 대체기술 및 점검 수준 194
표 6.24. 스마트 점검 시스템 적용 대상 교량 선정 202
표 6.25. 직동2교 기초정보 203
표 6.26. 직동2교 상부구조 부재별 스마트 기술 적용안 205
표 6.27. 직동2교 하부구조 부재별 스마트 기술 적용안 206
표 6.28. 직동2교 기타 부재별 스마트 기술 적용안 207
표 6.29. 포인트 산정 및 비용 산정 근거 208
표 6.30. 촬영 포인트 당 촬영 비용 산출기준 209
표 6.31. 직동2교 상행선과 하행선 견적 209
표 6.32. 서울-세종 고속도로 교량별 스마트 점검 시스템 구축 예상 비용(1/4) 211
표 6.33. 서울-세종 고속도로 교량별 스마트 점검 시스템 구축 예상 비용(2/4) 212
표 6.34. 서울-세종 고속도로 교량별 스마트 점검 시스템 구축 예상 비용(3/4) 213
표 6.35. 서울-세종 고속도로 교량별 스마트 점검 시스템 구축 예상 비용(4/4) 214
그림 1.1. 연도별 교량 증가 현황 19
그림 1.2. 최저 시급 현황 및 인상율 21
그림 1.3. 2014년 이후 도로예산 현황 23
그림 1.4. 한·미·일 국가별 교량 준공현황 비교(1,000개소) 24
그림 1.5. 안전진단전문기관 증감 현황 25
그림 1.6. 연도별 교량 연장 통계 및 100m 이상 교량 비중 변화 28
그림 1.7. 500m 이상 장교량 통계 29
그림 1.8. 각 기관별 연구범위 32
그림 1.9. 단계별 추진체계 및 목표 33
그림 1.10. 기존 교량 점검 및 보수보강 프로세스 35
그림 1.11. 관리자의 현장점검 공유 35
그림 1.12. 데이터베이스의 구축 36
그림 1.13. 스마트 교량 점검 및 보수보강 프로세스 37
그림 1.14. 영상기반 스마트 점검 시스템 구축 As-Is & To-Be 37
그림 1.15. 스마트 점검 시스템 구축 목표 38
그림 2.1. 정밀점검보고서 기본 형식 46
그림 2.2. 외관조사망도 예제 47
그림 3.1. 교량의 점검 사각지대 68
그림 3.2. 스마트 기술로 검출된 교량 하부의 결함부 73
그림 3.3. 기존 점검 킷과 스마트 점검 킷의 점검 장비 비교 76
그림 3.4. 스마트글라스를 활용한 건설장비 프로세스 78
그림 3.5. 스마트 글래스 활용 사례 80
그림 3.6. 영상정보 처리 방법 85
그림 3.7. 360° 이미지 편집 과정 86
그림 3.8. 파노라마 헤드를 활용한 교량 강박스 내부 촬영 88
그림 3.9. 와이어로봇을 이용한 교량 거더와 슬래브 촬영 89
그림 3.10. 파노라마 헤드로 촬영된 강박스 내부 전경 90
그림 3.11. 기존 운영 중인 교량 점검용 드론 91
그림 3.12. 스마트 점검 유틸리티 활용 방안 92
그림 3.13. 자율주행 가능한 듀얼슬라이드 레일로봇 97
그림 3.14. 레일캠 무인원격 시스템 개요 98
그림 3.15. 와이어캠에 장착 된 360° 촬영 모듈로 획득된 이미지 99
그림 3.16. 사진망도 및 외관조사망도 100
그림 3.17. 윈치캠을 이용한 교각 점검 101
그림 3.18. 연대교 인근 설치된 CCTV와 통신장비 108
그림 3.19. 딥러닝을 활용한 차종분류 110
그림 3.20. 차종 분류 알고리즘 111
그림 3.21. 차량 분류 검출영역 초기 설정 화면 112
그림 3.22. 고속도로 CCTV를 활용한 차량 분류 알고리즘 테스트 113
그림 3.23. 딥러닝 모델을 활용한 차량 분류 결과 114
그림 3.24. 지도기반 스마트 오피스 교량위치 서비스 115
그림 3.25. 서해대교 초기화면 및 VR 시스템 115
그림 4.1. 서해대교 사장교 구간 영상점검 사진 117
그림 4.2. 균열손상 분류를 위한 영상점검 이미지 118
그림 4.3. 부식 및 도장 분류를 위한 영상점검 이미지 118
그림 4.4. 다중손상 유형 분류를 위한 학습 데이타 생성 119
그림 4.5. Yann LeCun이 제안한 LeNet-5의 구조 121
그림 4.6. VGG-16 Net의 구조 123
그림 4.7. 필터를 사용해 컨볼루션 했을 경우 각 출력 특징맵의 차이 123
그림 4.8. 균열, 백태 등 다중 분류모델의 학습 결과 124
그림 4.9. 망상균열 탐지 학습데이타 127
그림 4.10. 딥러닝 학습을 통한 망상균열 탐지 결과 127
그림 4.11. 백태 탐지 학습데이타 128
그림 4.12. 백태 탐지 학습결과 128
그림 4.13. 일반균열 탐지 학습결과 129
그림 4.14. 부식 탐지 학습 결과 129
그림 5.1. 검출된 결함 위치 표시와 수록된 정보 샘플 130
그림 5.2. 여주 테스트 베드의 전파테스트 131
그림 5.3. 거더와 슬래브 영상점검 모듈형 카메라(좌)와 회전식 카메라(우) 131
그림 5.4. 소형 360° 카메라를 사용한 금당교 교대 영상 점검 132
그림 5.5. 기초면에서 촬영된 교각(좌)과 윈치캠으로 촬영된 교각 측면(우) 132
그림 5.6. 강박스 내부 영상점검 결과 133
그림 5.7. 360° 카메라를 사용한 교대점검 및 타임랩스 카메라 촬영 134
그림 5.8. 서해대교 전체 종평면도 136
그림 5.9. 서해대교 사장교구간 종평면도 137
그림 5.10. 서해대교 주탑 종평면도 138
그림 5.11. 서해대교 상부거더 종평면도 139
그림 5.12. 서해대교 주탑 하단부와 교량 측면 항공촬영 이미지 140
그림 5.13. 교량의 각 부재로 가기 위한 기능 구현 140
그림 5.14. 서해대교 기초 상면 촬영 사전 조사 141
그림 5.15. 바닥기초면 망상균열 141
그림 5.16. HDR기술을 활용한 원본 이미지 141
그림 5.17. 금당교 백태 이미지 142
그림 5.18. 금당교에서 조사된 망상균열 143
그림 5.19. 박스 내부의 도장 박리 발생한 부분 144
그림 5.20. 박스 내부 빗물 유입 흔적 145
그림 5.21. 금당교와 연대교 테스트배드 부재별 영상점검 145
그림 5.22. 서해대교 항공 위치도 146
그림 5.23. 서해대교 사장교 구간 PY2 드론 점검 151
그림 5.24. P41-P42 하부 드론 점검 151
그림 5.25. P41-P42 사이 중심부 드론 점검 152
그림 5.26. 서해대교 주탑과 내 외부 모습 152
그림 5.27. 교량 하면의 촬영부재들 153
그림 5.28. 점검대차를 이용한 교량 하면의 촬영포인트 153
그림 5.29. 교량 횡단면 촬영 포인트 154
그림 5.30. 교량의 종단면 촬영 포인트 154
그림 5.31. 교량의 하면 영상 점검 154
그림 5.32. 교량 외부 측면 부재와 부식 상세 확인 이미지 155
그림 5.33. 주탑 외부 촬영시 드론의 촬영포인트 156
그림 5.34. 주탑 외부 측면 콘크리트 결함 확인 예시 156
그림 5.35. 엘리베이터 상단 영상점검 157
그림 5.36. 주탑 내부 정착구 영상점검 157
그림 5.37. 노출보정을 위한 브라케팅 촬영 158
그림 5.38. 서해대교 기초 바닥판 영상점검 158
그림 5.39. 항공 360° 촬영 시 앵글에 보이지 않는 상단부 159
그림 5.40. 교량 외부 측면 부재 드론 점검 160
그림 5.41. 콘트롤 포인트 작업 후 실제 이미지와 동일한 내용 출력 161
그림 5.42. 적정 노출을 얻기 위한 브라케팅 촬영 이미지들 161
그림 5.43. 후처리 작업 전후비교 161
그림 6.1. 서울-세종 고속도로 노선도 162
그림 6.2. 용인구리 건설사업단 1공구 종평면도 167
그림 6.3. 용인구리 건설사업단 2공구 종평면도 168
그림 6.4. 용인구리 건설사업단 3공구 종평면도 169
그림 6.5. 용인구리 건설사업단 4공구 종평면도 170
그림 6.6. 용인구리 건설사업단 5공구 종평면도 171
그림 6.7. 용인구리 건설사업단 6공구 종평면도 172
그림 6.8. 용인구리 건설사업단 7~9공구 종평면도 173
그림 6.9. 용인구리 건설사업단 10공구 종평면도 174
그림 6.10. 용인구리 건설사업단 11공구 종평면도 175
그림 6.11. 용인구리 건설사업단 12공구 종평면도 176
그림 6.12. 용인구리 건설사업단 13공구 종평면도 177
그림 6.13. 용인구리 건설사업단 14공구 종평면도 178
그림 6.14. 안성-서울(구리) 구간 교량 대분류 179
그림 6.15. 서울-세종 고속도로 안성-서울(구리) 구간 교량 소분류 180
그림 6.16. 교량 부재별 대체 적용 기술(PSC I교) 191
그림 6.17. 단계별 스마트 점검 시스템 구축(안) 192
그림 6.18. 스마트 점검 시스템 1단계 구축(안) 195
그림 6.19. 스마트 점검 시스템 2단계 구축(안) 197
그림 6.20. 스마트 점검 시스템 3단계 구축(안) 199
그림 6.21. 선제적 유지관리 체계 201
그림 6.22. 직동2교 상부구조 점검 구역 예상 조감도 204
그림 6.23. 직동2교 하부구조 및 기타 점검 구역 예상 조감도 206