LiDAR 매핑 기술을 활용해, Wingfield Scale and Measure는 60여 년 전 방치된 기차 터널 내부를 탐사하고 측량하여, 이 터널들이 새로운 용도로 활용될 수 있도록 준비했습니다.
1956년, 32마일(51.5km) 길이의 석탄 수송 철도 노선 중 일부인 록힐 퍼니스의 레이 터널과 시들링 터널을 마지막 증기 기관차가 통과했습니다. 60여 년이 지난 지금, 록힐 퍼니스와 인근 도시로 관광객을 유치하기 위한 준비의 일환으로 이 터널들에 다시 발을 들여놓고 있습니다.
1874년에 뚫린 이 터널들은 이스트 브로드 탑 철도(East Broad Top Railroad)의 일부였는데, 이 철도는 미국에서 가장 초기에 협궤 선로를 도입한 철도 중 하나로, 궤간이 좁아 더 급격한 곡선 구간을 만들고 더 가벼운 교량을 건설할 수 있었습니다. 현재 로키 산맥 동쪽에서 현존하는 가장 오래된 협궤 철도로, 이 터널들은 레이(Wray) 및 시들링(Sidling) 터널을 포함해 총 27마일(43.5km)에 달하는 선로의 지속적으로 확대되고 있는 복원 프로그램의 일부입니다.
이스트 브로드 탑 철도 재단(EBT) 는 철도 노선, 증기 기관차 6대, 기관차 차고, 레일 및 기관차 제조 공장, 그 외 여객 및 화물 차량을 복원하고 보존하는 데 전념하는 비영리 재단입니다. 현재는 레이(Wray) 및 시들링(Sidling) 터널의 복구 작업에 주력하고 있습니다.
터널의 상태를 파악하고 최적의 보수 방안을 모색하기 위한 첫 번째 단계는 터널 내부에서 영상 및 LiDAR 데이터를 확보하는 것입니다. 그러나 오래되거나 사용되지 않는 터널은 붕괴나 지반 침하 가능성이 있어 안전 위험이 따르기 때문에 이는 쉽지 않은 작업입니다. 데이터 수집 담당자가 터널에 진입하기 전에 반드시 점검을 실시해야 하며, 필요한 경우 지지 구조물에 보강 공사를 해야 합니다. 이로 인해 상당한 지연이 발생할 수 있으며, 보수 프로젝트 비용이 증가할 수 있습니다.
다음 팀의 Wingfield Scale and Measure, 측정 솔루션 전문 기업인 Wingfield Scale and Measure의 팀은 EBT로부터 터널 복구 계획 수립을 위한 데이터 제공을 의뢰받았을 때 이러한 우려 사항을 잘 인지하고 있었습니다. 지반 상태가 불확실하여 지상 로봇을 사용하는 것이 부적합하다는 점을 파악한 Wingfield는 데이터 수집을 위해 DJI M300에 장착된 Hovermap 를 사용하기로 결정했습니다.
왼쪽은 오스틴 브룩스, 오른쪽은 윙필드 스케일 앤 메저(Wingfield Scale & Measure)의 제임스 케니입니다. 윙필드 팀은 폐쇄된 터널 내부의 잠재적 위험성을 인지하고, 상태를 조사하기 위해 윙필드 스케일 앤 메저( Hovermap) 기능을 탑재한 드론을 투입했습니다.
제임스 A. 케니, 수석 엔지니어
– 윙필드 스케일
2022년 봄, 윙필드 팀은 현장에 하루 동안 머물며 레이스 터널과 슬라이딩 터널 양쪽에서 측량 등급의 GPS 데이터와 항공 및 지상 기반 광학 측량( LiDAR ) 데이터를 수집했습니다.
2022년 봄, 윙필드 팀은 현장에 하루 동안 머물며 레이스 터널과 슬라이딩 터널 양쪽에서 측량 등급의 GPS 데이터와 항공 및 지상 기반 광학 측량( LiDAR ) 데이터를 수집했습니다.
M300의 탑재 카메라와 하단에 장착된 Hovermap 를 활용해, 이들은 Hovermap의 ‘파일럿 어시스트 모드(Pilot Assist Mode)’를 통해 터널을 탐사했으며, 탑재 카메라는 시각적 점검을 위한 UAV 의 1인칭 시점 영상을 제공했습니다. 파일럿 어시스트 모드에서 사용할 수 있는 Hovermap의 전방향 충돌 회피 기능과 GPS 미지원 비행 기능은 드론 주위에 안전 구역을 형성하여 장비와 터널 모두를 안전하게 보호합니다. 터널 탐사 도중 한 시점에서 드론이 조종사의 제어 신호와 연결이 끊어졌으나, ‘ Hovermap ’는 통신 단절 프로토콜을 가동하여 안전한 귀환(Return-to-Home) 경로를 계획하고 실행하기 시작했으며, 이는 장비와 터널의 안전을 보장하기 위한 또 다른 조치였습니다.
148년 된 터널 내부에서 실시한 LiDAR 스캔 결과, 붕괴된 지지 목재 구조물이 확인되어 인력을 투입하는 대신 드론을 투입하기로 한 결정이 타당했음이 입증되었다.
윙필드 팀이 스캔을 통해 터널 내부의 지지 목재 구조물이 붕괴된 사실을 확인했을 때, 드론을 투입하는 것이 최선의 조치임이 확인되었습니다. 그렇지 않았다면 인원이 진입하기 전에 지지 공사를 해야 했을 뿐만 아니라 지상 자율 주행 차량의 운용에도 제한이 따랐을 것입니다.
사무실로 돌아온 윙필드(Wingfield) 팀은 퀀텀( Maptek )의 Point Studio와 Hovermap 간의 연동 기능, 그리고 자체적으로 개발한 맞춤형 가져오기 워크플로를 활용하여 퀀텀 스캔( Hovermap ) 데이터의 가져오기 및 후처리를 원활하게 진행했습니다. Maptek 또한 Point Studio를 사용하여 모든 LiDAR 스캔 데이터와 Wingfield의 독자적인 워크플로우를 통해 생성된 사진측량 데이터를 결합하여 단일 데이터셋을 생성했습니다. Point Studio를 통해 결합된 데이터셋은 State Plane 좌표계를 사용하여 지리 참조 처리되고, 필터링되었으며, 최종 결과물을 내보내기 전에 품질 관리 검사가 수행되었습니다.
데이터셋의 최종 결과물과 함께 동영상 및 스크린샷이 EBT에 제공되었습니다. 이 자료는 보수 업체들이 터널 보수 프로젝트의 계획과 범위를 더 효과적으로 수립하는 데 활용될 것입니다. 안전 요건 수립을 시작으로, 이 데이터는 제거해야 할 자재의 양은 물론, 침수량 및 터널의 전반적인 상태를 측정하는 데에도 활용될 것입니다. 정확한 데이터를 바탕으로 시공사들은 더 정확한 견적을 제시하여 일정과 예산을 준수할 수 있게 될 것입니다.
드론에 장착된 Hovermap 를 활용해 터널 내부를 신속하게 매핑할 수 있게 됨에 따라 윙필드의 현장 작업 시간이 단축되었으며, 이로 인해 절감된 비용은 EBT에 환원되었습니다.
제임스는 “ Hovermap 를 활용하지 않았다면, 이 프로젝트에서 이 정도의 수준 높은 데이터 수집을 달성하는 것은 불가능했을 것”이라고 말합니다.
또한 이 최종 결과물은 EBT에 특정 시점의 터널 상태에 대한 기록도 제공하는데, 이는 1874년 터널이 처음 건설된 이후 한 번도 이루어지지 않았던 일이다.
윙필드 팀은 독자적인 워크플로우를 활용해 모든 LiDAR 스캔 데이터와 사진측량 데이터를 통합하여 단일 데이터셋을 생성함으로써, EBT에 터널의 상태에 대한 최신의 정확한 정보를 제공했습니다.
제임스 로슬룬드, 엔지니어링 이사
– 이스트 브로드 탑 재단(East Broad Top Foundation Inc.)