[서울시 X 셀파이엔씨(주)] 굴착공사 현장 지반함몰 사고 방지 시스템

with 서울특별시, 셀파이엔씨(주) l 25. 05 - 25. 09

안녕하세요, 시각 인공지능 솔루션으로 도시 안전의 혁신을 이끄는 파이미디어랩입니다.

오늘은 최근 사회적 이슈로 떠오른 '지반함몰(싱크홀)' 문제에 대응한 프로젝트를 소개해 드립니다. 셀파이엔씨(주)와 협력하여 '서울시 지반침하 사고 예방 신기술 공개모집'에 제안한 '굴착공사 현장 지반함몰 사고 방지 시스템' 구축 사례입니다. 서울아레나 건설현장 주변 보도에서 현장 실증을 성공적으로 완료하며, 최종적으로 서울시로부터 지반침하 신기술로 지정받는 성과를 거두었습니다. 사후 대응에 머물던 기존 방식을 넘어, 심부~천부~포장 구간을 아우르는 단계적 사전 예지 체계로 시민의 안전을 지키는 방법을 확인해 보세요.

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Project Background

"눈에 보이지 않는 지하의 위협, 어떻게 사전에 감지할 것인가?"

서울시를 비롯한 대도시에서 지반함몰 사고가 잇따라 발생하면서, 굴착공사 현장 주변의 시민 안전에 대한 우려가 커지고 있습니다. 특히 지반함몰은 사고 발생 직후의 대응만으로는 인명 피해를 막기 어렵기 때문에, 전조 증상 단계부터 실시간으로 감지할 수 있는 통합 체계 마련이 시급했습니다.

• 전조 증상 감지의 부재: 지반함몰 이전에 지반침하라는 전조 증상이 발생하지만, 기존 인력 중심의 육안 점검만으로는 미세한 변화를 실시간으로 포착하기 어려움

• 탐사 심도의 한계: 기존 3D GPR의 탐사 심도는 최대 5m에 불과하여, 심부에서 형성되는 지하 공동(空洞)을 놓치는 사각지대 존재

• 데이터 단절 문제: 굴착공사 전·중·후 탐사 수행 업체가 서로 달라 비교 분석 과정이 생략되어, 지반 변화의 연속성 추적이 불가

• Point 단위 해석의 한계: 기존 지중침하계는 특정 지점(Point)의 데이터만 제공하여, 광범위한 굴착 현장의 면적 단위 위험 예측이 어려움

  
  

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Why Pai Media Lab

🔍 왜 '파이미디어랩'의 기술이었을까요?

GPR이나 지중침하계 같은 기존 지반 탐사 장비는 정확하지만, '실시간성'과 '광범위 면 단위 감시'에는 명확한 한계가 있었습니다. 파이미디어랩은 RGB 카메라와 LiDAR를 융합한 복합 시각 AI 기술을 통해, 24시간 무인 자동 감시 체계를 완성하며 셀파이엔씨의 GPR·지중침하계 기술과 완벽한 시너지를 만들어냈습니다.

• 24시간 무인 모니터링: 지능형 CCTV로 도로 노면의 균열·침하를 실시간 자동 감지하여, 인력 출동 없이도 광범위 영역 상시 감시가 가능합니다.

• cm 단위 정밀 측정: 96채널 360도 LiDAR 센서로 지반의 미세 변위를 수치화하여 전조 증상을 조기에 포착합니다.

• 오탐지 최소화: RGB 영상과 3D 포인트 클라우드의 교차 검증으로 물웅덩이·적치물 등 환경 변수에 의한 오탐지를 원천 차단합니다.

실시간 지반 감지

복합 3D 감지 (RGB·LiDAR)

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Solution

1. RGB·LiDAR 멀티모달 AI 알고리즘 개발

"광범위한 굴착 현장, 어떻게 사각지대 없이 실시간으로 정확하게 감시할까요?"

문제 :

1) 광범위 현장의 사각지대: 굴착공사 현장 주변 도로는 면적이 넓어, GPR 같은 고가 장비로 천천히 면을 스캔하는 방식으로는 실시간 감지가 사실상 불가능했습니다.

2) 환경 변화로 인한 오탐지: 물웅덩이, 적치물, 눈/비 등 외적 변화가 발생할 때 단일 센서만으로는 실제 침하와 일반 환경 변화를 구분하기 어려웠습니다.

해결 :

1) 멀티모달 AI 알고리즘 자체 개발: RGB 카메라와 96채널 360도 LiDAR 센서를 결합하여, RGB 영상으로 객체·색 변이를 감지하고 LiDAR Depth 정보로 지반 침하 깊이를 cm 단위로 수치화하는 교차 검증 알고리즘을 자체 개발했습니다.

2) POI(Point of Interest) 기반 정밀 모니터링: 평시 지표면을 원점으로 POI 영역의 평균 높이 변화를 실시간 감측해, 침하 감지 시 면적·깊이·진행 상황과 차량·인원의 추락 여부까지 즉시 알림으로 전달합니다.

3) RGB 교차 검증으로 오탐지 제거: LiDAR가 난반사를 일으키는 물웅덩이 같은 객체를 RGB 카메라가 사전에 식별하여 분석에서 제외함으로써, 오탐지 가능성을 원천 차단하고 분석 신뢰도를 극대화했습니다.

ROI 영역 내에 이상 감지

지반 침하 감지

지반침하 멀티모달 감지 솔루션 작동 시나리오

https://video.wixstatic.com/video/08b148_e2b1102d28d846498e2651432d23ed3e/1080p/mp4/file.mp4

지반침하 분석 시스템 Working Demo

Solution

2. 온디바이스 카메라 세트 및 PoE 통합 인프라

"전원 공사 없이, 도심 어느 곳에나 즉시 설치할 수 있을까요?"

문제: 

1) 이중 인프라 부담: RGB카메라와 LiDAR를 별도로 설치할 경우 전원 공사와 통신선 공사가 이중으로 발생하여, 도심 도로변 시공 비용과 기간이 크게 늘어날 것으로 예상되었습니다.

2) 실시간 처리 지연: 센서 데이터를 모두 중앙 서버로 전송 후 분석하는 방식은 네트워크 부하와 지연 시간을 유발했습니다.

해결 :

1) PoE 단일 케이블 설계: 별도의 전원 공사 없이 네트워크 케이블(LAN) 한 줄만으로 카메라 제어와 LiDAR 센싱을 동시 수행할 수 있는 온디바이스 카메라 세트를 자체 개발했습니다. 실증 현장에서는 지상 4m(CCTV), 8m(LiDAR) 높이의 인접 전신주에 손쉽게 설치 완료했습니다.

2) 현장 자체 서버 구성: 카메라 함체 내부에 자체 서버를 탑재하여 1차 분석을 현장에서 처리하고, 이상 감지 시에만 통합 플랫폼으로 데이터를 전송함으로써 네트워크 부하를 최소화했습니다.

PoE 통합 인프라 구조도

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Achievement & Results

평균 오차 0.53cm, 서울시 신기술 지정으로 입증된 정밀도

서울아레나 건설현장 주변 보도에서 3회에 걸친 단계적 지반침하 재연 실증을 수행한 결과, LiDAR 측장값과 실측값의 평균 오차는 0.53cm로 압도적인 정밀도를 입증했습니다. 최종적으로 서울시로부터 지반침하 분야 신기술로 지정받았습니다.

항목	성과 및 실적	비고
LiDAR 측정 평균 오차	0.53cm	1차 -0.5 / 2차 +0.3 / 3차 +0.9cm
지반함몰 사고 발생율(예상)	30% 감소	준실시간 대응 체계 구축
변위 측정 정밀도	cm 단위	LiDAR 기반 정밀 측정
탐사 심도 확장	최대 10m	심부용 GPR 추가 적용
경보 전송 시간	60초 이내	관리주체 자동 알림
침하 해석 방식	Point > GRID	면 단위 사고 예측
기술 성숙도(TRL)	6~7단계	지능형 CCTV·LiDAR·GPR

3차례에 걸친 실증을 통해 단순한 모니터링 시스템 구축을 넘어, 2cm 내외의 미세 침하부터 25cm 본격 침하까지 모든 단계에서 1cm 미만 오차로 측정할 수 있는 실용 수준의 정밀도를 검증했습니다. 또한, 기준 기존 기술 대비 제안 기술이 약 20%의 비용 절감 효과를 보이면서, 정밀도와 경제성을 동시에 입증한 솔루션임을 확인했습니다.

파이미디어랩의 주요 결과물

1. 지반침하 실시간 감지 AI 알고리즘 — RGB·LiDAR 멀티모달 융합 기반

2. 지반침하 실시간 감지용 온디바이스 카메라 세트 — PoE 단일 케이블 설계로 별도 전원 공사 불필요

'지반침하 안전 모니터링 시스템' 특허증

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Contact

혹시 비슷한 문제로 고민하고 계시다면

아직도 지반함몰이나 지반침하 사고를 사후 대응에만 의존하고 계신가요? 파이미디어랩은 셀파이엔씨와 협력한 이번 프로젝트를 통해, RGB와 LiDAR를 융합한 시각 AI 기술이 GPR·지중침하계 같은 전통적 탐사 장비와 결합될 때 만들어내는 강력한 시너지를 입증했습니다.

저희는 단일 센서의 한계를 넘어, 다중 센서 융합과 AI 예측 알고리즘을 결합한 통합 도시 안전 관제 솔루션을 제공합니다.

• 굴착공사 안전 관제: 대규모 굴착공사 현장 주변의 지반 안정성을 실시간으로 모니터링해야 하는 건설사 및 발주처

• 지자체 도로 안전 관리: 시민 통행이 잦은 도로의 지반함몰 사고를 사전에 예방하고자 하는 지자체 및 공공기관

• 노후 인프라 모니터링: 지하 매설물이 많고 지반 변동이 우려되는 도심 핵심 시설 관리 주체

검증된 시각 지능 기술과 입체적 탐사 플랫폼으로, 보이지 않는 지하의 위험까지 안전하게 관리해 보세요. 지금 바로 전문가 상담을 통해 현장 맞춤형 기술 로드맵을 확인하실 수 있습니다.

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