김정환 연구실
한국교통대학교 사회기반공학전공
김정환 교수
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김정환 연구실
한국교통대학교 사회기반공학전공 김정환 교수
김정환 연구실은 토공 및 건설 시공 과정을 디지털 모델과 자동화 제어로 연결하는 연구를 수행합니다. 굴삭기 작업계획 생성에서 기하 기반 경로 유사도와 작업 프리미티브 설계를 활용하고, GNSS 기반 머신가이던스로 굴착 깊이·경사에 대한 실시간 피드백이 작업 효율과 정밀도에 미치는 영향을 분석합니다. 또한 UAV 포인트클라우드와 BIM을 통합해 초기 지형 오차를 검토·수정하고 굴삭 작업의 명시적 작업순서를 생성합니다. 더불어 BIM 기반 LCA로 교량 및 프리캐스트 구조의 내재 탄소를 평가하고, 운영단계 GWP 적정성 평가 프로그램을 통해 지속가능 설계 방향을 도출합니다.
건설 자동화굴삭기BIMUAV 포인트클라우드Machine Guidance
대표 연구 분야
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굴삭기 작업계획 및 머신가이던스 기반 건설 자동화 연구
Excavator Task Planning and Machine Guidance for Construction Automation
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굴삭기 작업계획 및 머신가이던스 기반 건설 자동화 연구
Excavator Task Planning and Machine Guidance for Construction Automation
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UAV 포인트클라우드- BIM 통합 토공 설계검토 및 작업순서 생성 연구
UAV Point Cloud–BIM Integrated Earthwork Design Review and Task Sequencing
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BIM 기반 LCA 및 GWP 산정으로 건설 탄소배출 적정성 평가 연구
BIM-Based LCA and GWP Assessment for Embodied Carbon Evaluation
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
5개년 연도별 논문 게재 수
16총합
5개년 연도별 피인용 수
202총합
주요 논문
5
논문 전체보기
1
Article
|
인용수 1
·
2025The Influence of Real-Time Feedback on Excavator Operator Actions in Footing Excavation: Machine Guidance and Conventional Methods
Hyunsik Kim, Jeonghwan Kim, Bangyul An, Taeseok Song, Juntaek Oh, Minki Kim, Seungju Lee
IF 2.5 (2025)
Applied Sciences
굴삭기 작업은 토공 작업의 생산성에 중요한 역할을 하지만, 전통적인 방법은 종종 작업자의 직관과 경험에 크게 의존하여 결과의 일관성이 떨어질 수 있다. 본 연구는 굴착 깊이 및 경사와 관련된 실시간 피드백을 제공하는 기계 유도(MG)가 작업자의 행동을 어떻게 변화시키며, 기존 굴착 방법에 비해 성능을 어떻게 향상시키는지 규명하고자 하였다. 통제된 실험은 현재 운영 중인 건설 현장에서 수행되었으며, 유사한 조건에서 두 접근법을 적용하여 4개의 기초(footings)를 굴착하였다. 그 결과, MG 굴착은 작업의 총 소요 시간을 3650 s에서 2652 s로 감소시켰고, 굴착 사이클 수는 68회에서 57회로 줄였다. 이는 적시에 정확한 유도가 효율에 미치는 영향을 보여준다. 또한, 평균 충전 계수(fill factor)는 기존 방법에서 3.04였던 것이 MG 적용 시 3.47로 향상되어, 버킷에 대한 보다 일관되고 최적화된 적재가 이루어짐을 시사하였다. 이러한 결과는 실시간 피드백이 작업자의 자신감을 높이고 불필요한 움직임을 줄이며 체계적인 굴착 전략을 촉진할 수 있음을 확인한다. 따라서 본 연구는 MG가 굴착 성능을 유의미하게 최적화할 수 있다는 경험적 근거를 제공하며, 현대 건설 실무에서 이 기술의 더 광범위한 도입이 필요함을 강조한다.
https://doi.org/10.3390/app15073729
Excavator
Operator (biology)
Computer science
Engineering
Mechanical engineering
2
Article
|
인용수 0
·
2025Efficiency Analysis of Machine Guidance Technology through Work Area Movement Patterns and Excavation Volume Comparison
Seung‐Ju Lee, Min Ki Kim, Sung Hwan Park, Gil Sang Hwang, Jeonghwan Kim
Journal of Construction Automation and Robotics
본 연구는 기존 방식과 GNSS 기반 기계 유도(machine guidance) 굴착기 간의 성능 차이를 정량적으로 평가한다. 아파트 건설 현장의 인접 구역에 서로 다른 두 대의 30톤 굴착기—하나는 전통적인 방식으로 운용하고, 다른 하나는 기계 유도 장치를 장착—를 배치하였다. 굴착량과 이동 효율과 같은 핵심 지표는 카메라, GNSS 장치 및 레벨 측량을 이용해 기록하였고, 각 작업 단계의 빈도와 지속 시간을 평가하기 위해 시계열 및 패턴 분석을 수행하였다. 그 결과, 기계 유도 굴착기는 기존 굴착기와 비교하여 총 굴착 시간을 약 27% 감소시켰으며, 굴착 사이클 수는 약 16% 줄였다. 과굴착 및 과소굴착 비율 또한 유의하게 감소하여 재작업 필요성을 최소화하고 전반적인 정확도를 향상시켰다. 이러한 결과는 실시간 위치 및 심도 데이터를 통해 수작업의 경험 기반 운용에 내재된 비효율을 어떻게 해소할 수 있는지를 보여준다. 본 연구는 토공 작업에서 효율성과 정밀도를 모두 향상시키는 기계 유도 기술의 이점을 입증하며, 특히 인력 부족과 작업자 숙련도 편차로 어려움을 겪는 대규모 건설 프로젝트에 대해 강한 시사점을 제공한다.
https://doi.org/10.55785/jcar.4.1.9
Volume (thermodynamics)
Work (physics)
Excavation
Movement (music)
Computer science
Engineering
Mechanical engineering
Geotechnical engineering
3
Article
|
인용수 9
·
2024Embodied carbon of BIM bridge models according to the application of off-site prefabrication: Precast concrete applied to superstructure and substructure
Hyunsik Kim, Seungjun Roh, Jeonghwan Kim
IF 8.2 (2024)
Developments in the Built Environment
교량의 PC(Prestressed Concrete) 및 RC(Reinforced Concrete) 적용에 따른 체화탄소(Embodied carbon, EC)의 변화는 BIM과 One-Click LCA를 사용하여 분석하였다. 동일한 형상의 콘크리트 교량(RC, PC, 상부구조만의 PC, 하부구조만의 PC)을 모델링하고, 물량내역서(bills of quantity)를 추출하여 LCA 소프트웨어에 입력함으로써 EC를 비교하였다. 그 결과, RC 대신 PC를 적용하는 것이 교량의 EC를 감소시키기 위한 필연적이고 보장된 방법은 아닐 수 있음을 확인하였다. 모든 모델에 대해 콘크리트 폐기물과 재료 운송 거리(transportation distances)에 따른 EC 민감도 분석을 수행하였다. 탄소 관점에서, PC를 상부구조와 하부구조에 각각 적용하기 위한 참고문헌을 제시하였다. 그 결과, 콘크리트 입력물의 콘크리트 폐기 및 운송 거리의 변화에 따라 PC 적용에 대한 해법을 도출하였다. 결론적으로, 투입 콘크리트 폐기물의 양과 운송 거리의 크기와 무관하게 하부구조만의 PC가 전체 EC 감소에 효과적임을 분석하였다. • 교량 BIM 및 LCA 도구를 사용하여 탄소발자국 평가를 수행하였다. • 프리캐스트 콘크리트(PC)의 체화탄소를 유도하였다. • 건설 콘크리트 폐기물의 변화를 통해 민감도 분석을 수행하였다. • 입력 재료의 운송 거리를 변경하여 민감도 분석을 수행하였다. • 콘크리트 교량 구조에서 탄소 저감을 위한 PC 적용 조건을 제안하였다.
https://doi.org/10.1016/j.dibe.2024.100550
Precast concrete
Prefabrication
Substructure
Superstructure
Bridge (graph theory)
Structural engineering
Engineering
Civil engineering
Materials science
최신 정부 과제
3
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1
주관|
2019년 2월-2024년 2월
|100,000,000원몰입형 증강/가상현실 및 BIM 기반 굴삭기 원격조종 지원 시스템
1. 스테레오 비전 시스템 및 설치/운용 방법 개발
￭ 양안 인식(Binocular perception)이 가능한 스테레오 비전 시스템 선정
- 원격 조종자의 기술 요구 수준 분석을 통한 시스템 최소 사양 정의 (예, 해상도, 프레임율, 지연도 등)
- 요구 수준에 기반하여 적정 Depth Range선정을 위한 스테레오 카메라 Baseline, Pixel size, Disparity Value 정의 및 Stereo matching
￭ 사각 지대(Blind spot)을 최소화 하는 360도 스테레오 비전 시스템 개발
- 이미지 정합(Stitching) 사용 여부 검토
- 굴삭기 부착 가능 영역(안전, 전원, 부착 안정성 등 검토) 검토 및 위치 선정
2. 3축 짐벌(Gimbal) 연동 FPV (First Person View) 시스템 개발
￭ 3축 짐벌 및 스테레오 비전 통합
- 구축을 위한 하드웨어 설계 및 통신 방법 선정
- 적정 3축 짐벌 시스템 선정 및 설치 방법 검토 (예, 3D 프린팅을 이용한 마운트 설계 및 제작)
￭ FPV 시스템 설계 및 개발
- Low-latency 전송 방법 선정
- 미디어 트래픽에 따른 네트워크 대역폭 산정
- 통신 규약 및 환경 선정
3. 몰입형 AR/VR 플랫폼 선정 및 헤드 트레킹―짐벌 동기화 기술 개발
￭ 몰입형 AR/VR 헤드셋 기반 조종자 헤드 트레킹 및 짐벌 동기화 시스템
- 좌표 시스템 및 파라미터값 정의
- 원격 조종자 헤드 트레킹(Head tracking) 및 스마트 헤드 트레킹 기술(360도 영상 transition 기술 및 이종 스테레오 시스템간 이미지 병합)
- 지연시간 최소화 기술 적용
4. 몰입형 AR/VR 그래픽 처리 및 굴삭기 멀티모달 인터페이스 기술
￭ 몰입형 AR/VR 그래픽 처리
- 증강 현실(Augmented Reality)과 증강 가상현실(Augmented Virtuality) 기법/수준 정의
- OpenCV 및 게임 엔진(유니티, 언리얼 엔진 등)기반 그래픽 환경 구축
￭ Human-Machine Interface
- 멀티모달 인터페이를 위한 Ambient noise 및 진동 전송 시스템 사용 검토 및 선정
- 원격 조종 인터페이스 선정(원격 제어 시스템은 개발범위 外)
5. BIM 시공정보 검색, 추출 및 가공 기술
￭ 토공사 BIM 표준 데이터 분석
- 토공사와 관련된 BIM 제품 데이터 모델에 대한 포맷표준(IFC4 기반), 전자보고서 작성 및 납품 과정에 대한 표준(IDM, MVD, 납품지침), 업무를 위한 주요 속성정보 관련 표준, 웹기반 ICT 관련 표준별로 추출 가능한 BIM 데이터 정의
￭ AR/VR기반 굴삭기 시공정보 추출
- BIM 모델 AR/VR 플랫폼 운용 가능성 검토
- 각 굴삭 작업 수행에 도움이 되는 정보형태를 굴삭기 조종자, 엔지니어, 사업관리자를 대상으로 한 인터뷰를 통해 조사
- BIM 정보 가공 및 시공 정보(예, 설계고 대비 현재 굴착 깊이) 결과 도출
6. 굴삭 시공 정보 AR/VR 병합 및 업데이트 기술
￭ Markerless-AR/VR 맵핑 및 병합 기술
- 3차원 객체 모델 확립
- 카메라 교정 및 고유 파라미터 산출
- 추적 객체 및 영역 지정
- 카메라를 이용하여 객체의 위치 및 방향 추적
- 추적 객체의 방향에 따라 2D 랜더링
- 가상 객체 이미지와 현실 이미지의 병합
￭ BIM 기반 작업 진도 업데이트를 위한 HCI (Human-Computer Interface)
- UX를 고려한 영상정보 인터페이스 설계
- 몰입형 VR/AR 인터페이스에서 객체지향 BIM 모델 DB로 각 액티비티별 특성을 고려하여 곧바로 업데이트될 수 있는 표준화 기술을 프로세스별로 정의
증강 현실
가상 현실
BIM
굴삭기
원격 조종
건설 생산성
건설 안전
몰입감
2
주관|
2019년 2월-2024년 2월
|100,000,000원몰입형 증강/가상현실 및 BIM 기반 굴삭기 원격조종 지원 시스템
1. 스테레오 비전 시스템 및 설치/운용 방법 개발
￭ 양안 인식(Binocular perception)이 가능한 스테레오 비전 시스템 선정
- 원격 조종자의 기술 요구 수준 분석을 통한 시스템 최소 사양 정의 (예, 해상도, 프레임율, 지연도 등)
- 요구 수준에 기반하여 적정 Depth Range선정을 위한 스테레오 카메라 Baseline, Pixel size, Disparity Value 정의 및 Stereo matching
￭ 사각 지대(Blind spot)을 최소화 하는 360도 스테레오 비전 시스템 개발
- 이미지 정합(Stitching) 사용 여부 검토
- 굴삭기 부착 가능 영역(안전, 전원, 부착 안정성 등 검토) 검토 및 위치 선정
2. 3축 짐벌(Gimbal) 연동 FPV (First Person View) 시스템 개발
￭ 3축 짐벌 및 스테레오 비전 통합
- 구축을 위한 하드웨어 설계 및 통신 방법 선정
- 적정 3축 짐벌 시스템 선정 및 설치 방법 검토 (예, 3D 프린팅을 이용한 마운트 설계 및 제작)
￭ FPV 시스템 설계 및 개발
- Low-latency 전송 방법 선정
- 미디어 트래픽에 따른 네트워크 대역폭 산정
- 통신 규약 및 환경 선정
3. 몰입형 AR/VR 플랫폼 선정 및 헤드 트레킹―짐벌 동기화 기술 개발
￭ 몰입형 AR/VR 헤드셋 기반 조종자 헤드 트레킹 및 짐벌 동기화 시스템
- 좌표 시스템 및 파라미터값 정의
- 원격 조종자 헤드 트레킹(Head tracking) 및 스마트 헤드 트레킹 기술(360도 영상 transition 기술 및 이종 스테레오 시스템간 이미지 병합)
- 지연시간 최소화 기술 적용
4. 몰입형 AR/VR 그래픽 처리 및 굴삭기 멀티모달 인터페이스 기술
￭ 몰입형 AR/VR 그래픽 처리
- 증강 현실(Augmented Reality)과 증강 가상현실(Augmented Virtuality) 기법/수준 정의
- OpenCV 및 게임 엔진(유니티, 언리얼 엔진 등)기반 그래픽 환경 구축
￭ Human-Machine Interface
- 멀티모달 인터페이를 위한 Ambient noise 및 진동 전송 시스템 사용 검토 및 선정
- 원격 조종 인터페이스 선정(원격 제어 시스템은 개발범위 外)
5. BIM 시공정보 검색, 추출 및 가공 기술
￭ 토공사 BIM 표준 데이터 분석
- 토공사와 관련된 BIM 제품 데이터 모델에 대한 포맷표준(IFC4 기반), 전자보고서 작성 및 납품 과정에 대한 표준(IDM, MVD, 납품지침), 업무를 위한 주요 속성정보 관련 표준, 웹기반 ICT 관련 표준별로 추출 가능한 BIM 데이터 정의
￭ AR/VR기반 굴삭기 시공정보 추출
- BIM 모델 AR/VR 플랫폼 운용 가능성 검토
- 각 굴삭 작업 수행에 도움이 되는 정보형태를 굴삭기 조종자, 엔지니어, 사업관리자를 대상으로 한 인터뷰를 통해 조사
- BIM 정보 가공 및 시공 정보(예, 설계고 대비 현재 굴착 깊이) 결과 도출
6. 굴삭 시공 정보 AR/VR 병합 및 업데이트 기술
￭ Markerless-AR/VR 맵핑 및 병합 기술
- 3차원 객체 모델 확립
- 카메라 교정 및 고유 파라미터 산출
- 추적 객체 및 영역 지정
- 카메라를 이용하여 객체의 위치 및 방향 추적
- 추적 객체의 방향에 따라 2D 랜더링
- 가상 객체 이미지와 현실 이미지의 병합
￭ BIM 기반 작업 진도 업데이트를 위한 HCI (Human-Computer Interface)
- UX를 고려한 영상정보 인터페이스 설계
- 몰입형 VR/AR 인터페이스에서 객체지향 BIM 모델 DB로 각 액티비티별 특성을 고려하여 곧바로 업데이트될 수 있는 표준화 기술을 프로세스별로 정의
증강 현실
가상 현실
BIM
굴삭기
원격 조종
건설 생산성
건설 안전
몰입감
3
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2019년 2월-2024년 2월
|100,000,000원몰입형 증강/가상현실 및 BIM 기반 굴삭기 원격조종 지원 시스템
스테레오 비전 시스템 및 설치/운용 방법 개발
￭ 양안 인식(Binocular perception)이 가능한 스테레오 비전 시스템 선정
- 원격 조종자의 기술 요구 수준 분석을 통한 시스템 최소 사양 정의 (예, 해상도, 프레임율, 지연도 등)
- 요구 수준에 기반하여 적정 Depth Range선정을 위한 스테레오 카메라 Baseline, Pixel size, Disparity Value 정의 및 Stereo matching
￭ 사각 지대(Blind spot)을 최소화 하는 360도 스테레오 비전 시스템 개발
- 이미지 정합(Stitching) 사용 여부 검토
- 굴삭기 부착 가능 영역(안전, 전원, 부착 안정성 등 검토) 검토 및 위치 선정
3축 짐벌(Gimbal) 연동 FPV (First Person View) 시스템 개발
￭ 3축 짐벌 및 스테레오 비전 통합
- 구축을 위한 하드웨어 설계 및 통신 방법 선정
- 적정 3축 짐벌 시스템 선정 및 설치 방법 검토 (예, 3D 프린팅을 이용한 마운트 설계 및 제작)
￭ FPV 시스템 설계 및 개발
- Low-latency 전송 방법 선정
- 미디어 트래픽에 따른 네트워크 대역폭 산정
- 통신 규약 및 환경 선정
몰입형 AR/VR 플랫폼 선정 및 헤드 트레킹―짐벌 동기화 기술 개발
￭ 몰입형 AR/VR 헤드셋 기반 조종자 헤드 트레킹 및 짐벌 동기화 시스템
- 좌표 시스템 및 파라미터값 정의
- 원격 조종자 헤드 트레킹(Head tracking) 및 스마트 헤드 트레킹 기술(360도 영상 transition 기술 및 이종 스테레오 시스템간 이미지 병합)
- 지연시간 최소화 기술 적용
몰입형 AR/VR 그래픽 처리 및 굴삭기 멀티모달 인터페이스 기술
￭ 몰입형 AR/VR 그래픽 처리
- 증강 현실(Augmented Reality)과 증강 가상현실(Augmented Virtuality) 기법/수준 정의
- OpenCV 및 게임 엔진(유니티, 언리얼 엔진 등)기반 그래픽 환경 구축
￭ Human-Machine Interface
- 멀티모달 인터페이를 위한 Ambient noise 및 진동 전송 시스템 사용 검토 및 선정
- 원격 조종 인터페이스 선정(원격 제어 시스템은 개발범위 外)
BIM 시공정보 검색, 추출 및 가공 기술
￭ 토공사 BIM 표준 데이터 분석
- 토공사와 관련된 BIM 제품 데이터 모델에 대한 포맷표준(IFC4 기반), 전자보고서 작성 및 납품 과정에 대한 표준(IDM, MVD, 납품지침), 업무를 위한 주요 속성정보 관련 표준, 웹기반 ICT 관련 표준별로 추출 가능한 BIM 데이터 정의
￭ AR/VR기반 굴삭기 시공정보 추출
- BIM 모델 AR/VR 플랫폼 운용 가능성 검토
- 각 굴삭 작업 수행에 도움이 되는 정보형태를 굴삭기 조종자, 엔지니어, 사업관리자를 대상으로 한 인터뷰를 통해 조사
- BIM 정보 가공 및 시공 정보(예, 설계고 대비 현재 굴착 깊이) 결과 도출
굴삭 시공 정보 AR/VR 병합 및 업데이트 기술
￭ Markerless-AR/VR 맵핑 및 병합 기술
- 3차원 객체 모델 확립
- 카메라 교정 및 고유 파라미터 산출
- 추적 객체 및 영역 지정
- 카메라를 이용하여 객체의 위치 및 방향 추적
- 추적 객체의 방향에 따라 2D 랜더링
- 가상 객체 이미지와 현실 이미지의 병합
￭ BIM 기반 작업 진도 업데이트를 위한 HCI (Human-Computer Interface)
- UX를 고려한 영상정보 인터페이스 설계
- 몰입형 VR/AR 인터페이스에서 객체지향 BIM 모델 DB로 각 액티비티별 특성을 고려하여 곧바로 업데이트될 수 있는 표준화 기술을 프로세스별로 정의
증강 현실
가상 현실
BIM
굴삭기
원격 조종
건설 생산성
건설 안전
몰입감
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건설 장비 제어 방법 및 장치
상태
거절출원연도
2022출원번호
1020220100881필터를 사용한 지형 정보 처리 장치 및 방법
상태
등록출원연도
2020출원번호
1020200189604영상 분석을 이용한 굴삭기의 상차 예비 동작 모니터링 시스템 및 방법
상태
등록출원연도
2020출원번호
1020200189600