KR100732915B1 - 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용도로노선의 3차원적 결정 방법 - Google Patents

디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용도로노선의 3차원적 결정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선의 3차원적 결정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 대상지역을 포함하는 영역을 인공위성영상으로 촬영하는 단계; (b) 지상측량기계에 의해 지상 기준점을 취득하고, 정밀 입체도화기에 의해 입체도화를 하는 단계; (c) 계략 설계에 의해 (ⅰ) 후보노선을 선정하고, (ⅱ) 상기 선정된 후보노선을 선형으로 설계한 다음, (ⅲ) 상기 설계된 후보노선을 계략물량으로 산출하는 단계로 구성되는 도로계획설계 단계; (d) 상기 입체도화 데이터를 이용해 수치표고모델을 제작하는 단계; (e) 상기 제작된 수치표고모델을 입력받아 인공위성 정사투영영상을 제작하 제작하는 단계; (f) 상기 제작된 인공위성정사투영상 및 설계데이터를 중첩시키는 단계; (g) 상기 중첩된 데이터를 이용하여 시각화 및 시뮬레이션을 실시하는 단계; 및 (h) 경관 및 노선설계를 검토한 다음, 기본설계용 최종 도로노선을 결정하는 단계를 포함하는, 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선의 3차원적 결정방법에 관한 것이다.
본 발명은 인공위성영상을 이용하여, 정량적(위치정보 등)이고 정성적(특성정보 등)인 정보를 사용자에게 실세계와 비슷한 3차원 가상공간에서 즉각적으로 제공하여 대상지역에 대하여 인공위성영상 촬영을 실시하고 디지털사진 측량기술을 이용하여 정사투영사진제작 및 수치표고자료모델이 제작된 것을 도로 설계도면과 중첩한 후, 3차원 시각화하여 기본설계를 위한 합리적인 노선결정 방법을 제공하는 효과가 있다.
도로설계, 지형공간정보, 위성영상, 기본설계, 노선결정, 최적노선, 도로노선, 인공위성영상, 디지털사진측량

Description

디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선의 3차원적 결정 방법 {Method for Three-dimensional Determining of Basic design Road route Using Digital photommetry and Satellite Image}
도 1은 본 발명에 의해 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용해 가상공간에서 만들어진 설계 환경을 도시한 것이다.
도 2는 인공위성영상 촬영에서부터 기본설계용 도로노선 결정 방법에 관한 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 도로노선 결정을 위한 정사투영영상의 제작 절차를 도시한 것이다.
도 4는 도로노선 결정을 위한 수치표고모델의 제작 절차를 도시한 것이다.
도 5는 점선면의 도로설계데이터를 영상도면화하는 단계를 도시한 것이다.
발명의 분야
본 발명은 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로 노선의 3차원적 결정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 대상지역을 포함하는 영역을 인공위성영상으로 촬영하는 단계; (b) 지상측량기계에 의해 지상 기준점을 취득하고, 정밀 입체도화기에 의해 입체도화를 하는 단계; (c) 계략 설계에 의해 (ⅰ) 후보노선을 선정하고, (ⅱ) 상기 선정된 후보노선을 선형으로 설계한 다음, (ⅲ) 상기 설계된 후보노선을 계략물량으로 산출하는 단계로 구성되는 도로계획설계 단계; (d) 상기 입체도화 데이터를 이용해 수치표고모델을 제작하는 단계; (e) 상기 제작된 수치표고모델을 입력받아 인공위성 정사투영영상을 제작하 제작하는 단계; (f) 상기 제작된 인공위성정사투영상 및 설계데이터를 중첩시키는 단계; (g) 상기 중첩된 데이터를 이용하여 시각화 및 시뮬레이션을 실시하는 단계; 및 (h) 경관 및 노선설계를 검토한 다음, 기본설계용 최종 도로노선을 결정하는 단계를 포함하는, 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선의 3차원적 결정방법에 관한 것이다.
발명의 배경
기본설계(basic design)는 해당 사업에 대해 기술적, 환경적 세부기준과 공법을 선정하고 이에 대한 설계를 통해 경제적, 재무적 타당성을 보다 정밀하게 파악하는 단계이다. 실시설계(execution design)는 기본설계를 뼈대로 하여 세부 설계를 하는 것으로, 최종 노선에 대해 실제시공을 할 수 있도록 수행하는 과정이다.
디지털사진 측량기술(Digital Photogrammetry)은 사진측량학의 이론을 바탕으로 컴퓨터를 이용하여 현실세계에 적용하는 첨단 기술로써 과거 해석적 방법에서 최근 수치적 방법으로 바뀌고 있다. 해석적 방법에 의해서는 단지 수치지도생산에 한정적으로 사용되었지만, 수치사진측량방법을 이용하면 수치지도 제작, 수치표고모델 및 수치정사사진지도 등 다양한 수치 주제도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 대상물에 대한 3차원 시각화 및 시뮬레이션의 기능을 제공하고 있으므로 그 활용가치는 상당히 크다고 할 수 있다.
인공위성영상은 인공위성에 센서를 탑재하여 대상물로부터 방사 또는 반사되는 전자기파를 수집하여 CCD센서에 기록된 정보로써 최근 그 활용도가 높아지고 있다. 짧은 시간에 높은 해상력으로 넓은 지역의 대상물 관측이 가능한 것이 특징이다. 또한, 철도, 도로 등의 설계 시 가장 중요한 기본 데이터이기도 하다. 높은 해상력의 위성영상으로는 미국의 IKNOS, QuickBird위성 등이 있으며, 우리나라에서도 명년도 고해상도 위성을 발사할 예정이므로 그 활용도가 더욱 높아지리라 예상된다.
노선결정은 다수의 비교노선으로부터 최종적으로 하나의 계획노선을 선정하는 작업을 말하며, 도로 설계의 과정 중 기본적이면서도 가장 중요한 단계이나, 종래에 기본설계시 이용된 노선결정방법은 2차원의 단순 점선면 형태로 이루어진 지형도 및 현황도 상에서 결정하거나, 3차원 공간을 이용하더라도 단순 면형태의 3차원 지형공간처리기술을 이용하여 결정하였다. 이는 정성적 정보가 미흡하여 노선결정시 정량적(위치정보 등)이고, 정성적(특성정보 등)인 정보를 동시에 시각화하여 노선결정에 활용할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.
이에, 본 발명자들은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 인공위성영상을 이용하여, 정량적(위치정보 등)이고 정성적(특성정보 등)인 정보를 사용자에게 실세계와 비슷한 3차원 가상공간에서 즉각적으로 제공하여 도로 설계도면과 중첩한 후 3차원 시각화하여 기본설계를 위한 합리적인 노선결정 방법을 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 주된 목적은 디지털사진 측량기술과 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선 3차원 결정방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 대상지역을 포함하는 영역을 인공위성영상으로 촬영하는 단계; (b) 지상측량기계에 의해 지상 기준점을 취득하고, 정밀 입체도화기에 의해 입체도화를 하는 단계; (c) 계략 설계에 의해 (ⅰ) 후보노선을 선정하고, (ⅱ) 상기 선정된 후보노선을 선형으로 설계한 다음, (ⅲ) 상기 설계된 후보노선을 계략물량으로 산출하는 단계로 구성되는 도로계획설계 단계; (d) 상기 입체도화 데이터를 이용하여 다음의 단계를 거쳐 수치표고모델을 제작하는 단계; (ⅰ) DM(Digital Map)에 의해 1차 수치표고모델을 제작하는 단계; (ⅱ) 도로 설계 데이터를 이용하여 상기 1차 수치표고모델을 갱신하는 단계; 및 (ⅲ) 2차 수치표고모델을 제작하는 단계; (e) 상기 제작된 수치표고모델을 이용하여 다음의 단계를 거쳐 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계; (ⅰ) 상기 1차 수치표고모델을 입력하고, 센서모델링을 실시하여 1차 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계; (ⅱ) 2차 수치표고모델을 입력하고, 센서모델링을 실시하여 1차 인공위성 정사투영영상을 갱신하는 단계; 및 (ⅲ) 상기 정사투영영상과 중첩하여 2차 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계; (f) 상기 제작된 인공위성 정사투영영상 및 설계데이터를 중첩하는 단계; 및 (g) 상기 중첩된 데이터를 이용하여 시각화 및 시뮬레이션을 실시하는 단계를 포함하는 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선의 3차원적 결정방법을 제공한다.
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 본 발명을 통하여 가상공간에서 만들어진 노선검토 환경을 도시한 것으로, 수치표고자료에 인공위성영상과 도로설계데이터를 중첩하여 현실세계에 가까운 3차원 공간을 제공해 준다. 제공된 환경을 살펴보면, 지형의 기복에 인공위성영상이 덮여진 형태(610), 도로설계도에 의해 갱신된 지형기복위에 도로의 절토면(601,602), 성토면(603,604,605), 중심선(607), 도로외곽선(608), 도로평면설계영상(609)이 덮어진 형태로 나타내 진다. 또한 각 스테이션 별로 정확한 거리의 확인이 가능하도록 속성 텍스트파일이 화면에 나타나도록 구성(606)되어 있다.
도 2는 인공위성영상 촬영에서부터 기본설계용 도로노선 결정 방법에 관한 흐름도를 도시한 것으로, 계획단계를 거친 후, 대상지역을 포함하는 영역에 대해 인공위성영상의 촬영(100)을 실시한다. 이때 대상지역이 넓은 경우 적절히 중복도를 주어 촬영하게 되며, 이후 지상측량기계에 의해 지상 기준점취득 및 정밀 입체도화기에 의해 입체도화 단계(200)를 거치게 된다. 다음 후보노선을 결정하고 계략 설계를 위해 도로계획설계 단계(301)를 거친다. 이후 DM(Digital Map)에 의해 수치표고모델제작을 제작(302)하한 후, 입체도화 데이터를 이용하여 인공위성 정사투영영상제작 단계(303)를 거쳐 설계데이터와 중첩하게 된다. 다음 도1과 같은 가상 설계검토 환경을 제공 후, 시각화 및 시뮬레이션을 실시(500)하게 된다. 사용자는 제공된 환경을 이용하여, 경관검토 및 노선설계검토단계(600)를 거치며, 이상이 없을 시 기본설계용 최종노선결정(700)을 마무리하게 된다.
여기서, (301)단계는 후보노선을 선정하고, 상기 선정된 후보노선을 선형으로 설계한 다음, 상기 설계된 후보노선은 계략물량으로 산출하는 단계로 구성된다. (302)단계는 (ⅰ) DM(Digital Map)에 의해 1차 수치표고모델을 제작하는 단계; (ⅱ) 도로 설계 데이터를 이용하여 상기 1차 수치표고모델을 갱신하는 단계; 및 (ⅲ) 2차 수치표고모델을 제작하는 단계로 구성된다. 또한, (303)단계는 (ⅰ) 상기 1차 수치표고모델을 입력하고, 센서모델링을 실시하여 1차 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계; (ⅱ) 2차 수치표고모델을 입력하고, 센서모델링을 실시하여 1차 인공위성 정사투영영상을 갱신하는 단계; 및 (ⅲ) 상기 정사투영영상과 중첩하여 2 차 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계로 구성된다.
도 3은 인공위성 정사투영영상을 얻기 위한 순서를 도시한 것이다. 도 4에서 제작된 1차 수치표고모델(S302a)을 입력받아 1차 인공위성 정사투영영상을 제작(S303a)하고, 2차 수치표고모델(S302c)을 입력받아 2차 인공위성 정사투영영상(S303c)을 제작하게 된다. 1차 인공위성 정사투영영상제작 단계를 살펴보면, 디지털화상처리기에 인공위성영상을 입력(10)하여 기준점전개작업(11)을 실시하고, 위성궤도요소(12)를 계산한다. DM에 의해 생성된 1차 수치표고모델을 입력(13)입력한 후 센서모델링(14)을 하게 된다. 그 다음 표정의 오차가 허용오차 내에 들어올 경우(15) 정사보정단계(16)를 거쳐 영상모자이킹을 실시(17)하게 된다. 그리고 대비확장 및 색상보정을 실시(18)한 이후 육안검수(19)를 통하여 이상이 없을 시 1차 정사투영영상의 생성(20)을 완료 한다. 2차 인공위성 정사투영영상제작 단계를 살펴보면, 디지털화상처리기에 인공위성영상을 입력(21)하여 기준점전개작업(22)을 실시하고, 위성궤도요소(23)를 계산한다. 도로설계데이터에 의해 생성된 2차 수치표고모델을 입력(24)입력한 후 센서모델링(25)을 하게 된다. 그 다음 표정의 오차가 허용오차 내에 들어올 경우(26) 정사보정단계(27)를 거쳐 영상모자이킹을 실시(28)하게 된다. 그리고 대비확장 및 색상보정을 실시(29)한 이후 육안검수(30)를 통하여 이상이 없을 시 정사투영영상의 생성(31)한다. 이후 도로평면설계영상(32)을 입력하고, 이를 정사투영영상과 중첩(33)하여 최종 2차 정사투영영상을 생성(34)하게 된다.
도 4는 수치표고모델을 얻기 위한 순서를 도시한 것이다. 당해 입체도화데이 터를 이용한 1차 수치표고모델(S302a)을 제작하고, 이후 도로설계 데이터를 이용하여 1차 수치표고모델을 갱신(S302b)하여 2차 수치표고모델(S302c)을 제작하게 된다. 1차 수치표고모델의 제작을 살펴보면, DM(Digital Map)을 입력(50)한 후 높이데이터만을 추출(51)하여 Shp형태의 데이터로 변환(52)한다. 그 다음 TIN(53)을 구성하여 오차를 점검(54)하게 되며, 허용오차 이내에 들어올 시 1차 수치표고모델 생성(55)을 완료하게 된다. 2차 수치표고모델의 제작을 살펴보면, 입력받은 도로설계데이터(56)로부터 높이데이터만을 추출(57)하여 Shp형태의 데이터로 변환(58)한다. TIN구성(59) 후 허용오차를 점검(60)하여 이를 만족할 시 도로표고모델을 생성(61)하고 이를 1차 수치표고모델과 중첩(62)하여, 1차 당해입체도화에 의한 1차 수치표고모델을 갱신하여 2차 수치표고모델을 생성(63)하게 된다.
도 5는 점선면의 도로설계데이터를 영상도면화하는 단계를 나타낸 것이다. 수치화상처리기에 도로 평면설계데이터를 입력(S32a)한 후 시각화할 대상 레이어를 추출(S32b)하게 된다. 이후 점선면 형태의 캐드 데이터를 Shp데이터로 변환(S32c)한 처리 한 후, 영상형의 격자데이터로 표현하게 되는 레스터 라이징 단계(S32d)를 거치게 되면 최종 도로평면설계영상(S32e)이 생성된다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다 고 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용해서 기본설계용 도로노선을 합리적으로 결정하는 방법을 제공하는 효과가 있다. 본 발명은 인공위성영상을 이용하여, 정량적(위치정보 등)이고 정성적(특성정보 등)인 정보를 사용자에게 실세계와 비슷한 3차원 가상공간에서 즉각적으로 제공하여 대상지역에 대하여 인공위성영상 촬영을 실시하고 디지털사진 측량기술을 이용하여 정사투영사진제작 및 수치표고자료모델이 제작된 것을 도로 설계도면과 중첩한 후, 3차원 시각화하여 기본설계를 위한 합리적인 노선결정 방법을 제공하는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 디지털사진 측량기술과 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선 3차원 결정방법은 기존의 도상에서의 노선결정 또는 단순 입체면 생성을 하여 시각화한 노선결정 방법에 비해 실제공간을 더욱 사실적으로 보여주므로 현실세계에 타당한 노선설계를 할 수 있는 차별화된 장점을 지니고 있으며, 고속도로와 같은 대규모 지역의 설계 시 광역시 단위의 넓은 지역에 대한 기본설계에 항공사진에 의한 방법보다 경제적으로 적용 가능한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 다음의 단계를 포함하는, 디지털사진 측량기술 및 인공위성영상을 이용한 기본설계용 도로노선의 3차원적 결정방법:
    (a) 대상지역을 포함하는 영역을 인공위성영상으로 촬영하는 단계;
    (b) 지상측량기계에 의해 지상 기준점을 취득하고, 정밀 입체도화기에 의해 입체도화를 하는 단계;
    (c) 계략 설계에 의해 (ⅰ) 후보노선을 선정하고, (ⅱ) 상기 선정된 후보노선을 선형으로 설계한 다음, (ⅲ) 상기 설계된 후보노선을 계략물량으로 산출하는 단계로 구성되는 도로계획설계 단계;
    (d) 상기 입체도화 데이터를 이용하여 다음의 단계를 거쳐 수치표고모델을 제작하는 단계;
    (ⅰ) DM(Digital Map)에 의해 1차 수치표고모델을 제작하는 단계;
    (ⅱ) 도로 설계 데이터를 이용하여 상기 1차 수치표고모델을 갱신하는 단계; 및 (ⅲ) 2차 수치표고모델을 제작하는 단계;
    (e) 상기 제작된 수치표고모델을 이용하여 다음의 단계를 거쳐 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계;
    (ⅰ) 상기 1차 수치표고모델을 입력하고, 센서모델링을 실시하여 1차 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계;
    (ⅱ) 2차 수치표고모델을 입력하고, 센서모델링을 실시하여 1차 인공위성 정사투영영상을 갱신하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 정사투영영상과 중첩하여 2차 인공위성 정사투영영상을 제작하는 단계;
    (f) 상기 제작된 인공위성 정사투영영상 및 설계데이터를 중첩하는 단계; 및
    (g) 상기 중첩된 데이터를 이용하여 시각화 및 시뮬레이션을 실시하는 단계.
  2. 삭제
  3. 삭제
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