KR100587411B1

KR100587411B1 - 레이저를 이용한 건물 크기 정보의 획득방법

Info

Publication number: KR100587411B1
Application number: KR1020050113182A
Authority: KR
Inventors: 이우호
Original assignee: (주)대한지적기술단
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-06-08

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 건물 크기 정보의 획득방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS 수신기와 레이저장치를 이용하여 좌표값, 차량의 위치 및 특정 건물의 거리를 연산함으로써 건물 크기 정보를 획득하는 방법에 관한 것이다. 이에 따라, GIS 수치지도 제작에 이용되는 시설물이나 건축물의 크기 정보를 신속하고 정확하게 획득할 수 있다.

GIS, GPS, 레이저, 거리 측정, 수치지도

Description

레이저를 이용한 건물 크기 정보의 획득방법{Method for Obtaining Building Size Information Using Laser}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 건물 크기 정보를 획득하는 방법의 흐름을 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 장치의 단면을 개략적으로 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건물 크기 획득 방법을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔의 회전 각도에 따른 거리 데이터를 개략적으로 나타내는 그래프.

<도면의주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이동 차량　　　 11: GPS 수신부

12 : 고도검출부　　　　　　 13 : 연산부

14 : 제어부 　　　　 15 : 송신부

16 : 표시부　　　　 18 : GPS 위성

19 : 중앙통제부 20: 레이저 장치

21 : 레이저 발진부 22 : 수신부

23 : 광검출기 24 : 구동부

50 : 건물

본 발명은 레이저를 이용한 건물 크기 정보의 획득방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS(Global Position System ; 이하 GPS라 약칭함) 수신기와 레이저장치를 이용하여 이용하여 좌표값, 차량의 위치 및 특정 건물의 거리를 연산함으로써 건물 크기 정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.

최근에는 범지구적 위치결정 체계(global positioning system; GPS)를 이용하여 수치 지형 자료(digital terrain data)를 획득하는 기술이 활발히 연구되고 있다. GPS는 인공위성을 이용한 첨단 항법 체계로서, 정확한 지상의 측정 위치를 결정하기 위해 사용된다. 특별히 설계된 GPS 수신기들은 지구상의 어느 곳에서나 시간 제약 없이 인공위성에서 발신하는 정보를 수신하여 정지 또는 이동하는 물체의 절대적 위치를 측정할 수 있다. 이러한 GPS중 차량에 장착되는 GPS는 GIS(Geographic Information System)와 함께 사용되어 도로상황 등을 운전자에게 제공하며, 출발시점부터 목표 지점까지의 거리, 소요 시간, 도로 상황 등을 운전자 에게 알려주어 편리하고 신속하게 목표지점까지 도달하도록 도와주고 있다.

기존에 수치지형자료를 획득하거나 보정하기 위한 일례로, 한국특허공개공보 제2004-0061891호 등이 개시되어 있다. 이에 따르면, GPS를 탑재한 차량을 구비하고, 차량에는 GPS의 좌표정보를 송신하는 송신장치를 탑재한다. 송신장치의 좌표를 수신하는 중앙통제부는 GPS에서 송신되는 좌표를 통해 차량의 위치와 도로의 부대시설물의 종류를 파악하고, 파악된 차량의 좌표와 도로 부대시설물을 수치지도의 도로데이터를 비교하여 좌표의 수치지도에 해당 부대시설물이 반영되어 있는지를 확인하는 과정을 거쳐, 만약 반영되지 않은 부대시설물인 것으로 판정되면 좌표에 해당 부대시설물을 수치지도에 적용하게되는데, 이때 좌표를 보정하는 과정을 거치게 되며, 이러한 보정 과정은 기준점의 좌표를 이용하여 오차값을 추출해 내는 방법을 이용한다. 그런데, 종래의 보정 과정은 기준점에 대한 구체적인 선정 과정이 없고 단지 인접한 기준점을 이용하고 있기 때문에, 정확한 보정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

또한, 수치화된 지리 정보를 획득하기 위한 다른예로, GPS를 장착한 차량을 운행하면서 얻는 정보를 통해 도로나 건물의 수치정보를 측정하는 기술들이 제안되어 왔으며, 이에 관한 예가 한국등록특허 10-0404400 등에 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같이 종래에는 건물이나 도로 시설물의 크기 정보를 획득하기 위해 건물이나 시설물의 각 모서리에서 좌표값을 측정하거나, 그 중간 지점의 좌표값을 측정하는 방식이 이용되고 있다. 그리고, 이러한 방식들은 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 그 측정값의 정확도가 낮아 GIS 수치지도를 구축하는 데에 어려 움이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저를 이용하여 건물이나 시설물의 크기 정보를 신속하고 정확하게 획득할 수 있는 레이저를 이용한 건물 크기 정보를 획득하는 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 특정 건물 주변에서, 적어도 하나 이상의 면을 포함하는 상기 특정 건물 전체 윤곽이 용이하게 식별되는 측정 지점을 선정하는 단계; (b) 상기 선정된 측정지점에 GPS 위성으로부터 좌표 신호를 수신하는 GPS 수신부, 레이저 빔을 조사하고 수신하는 레이저 장치, GPS 수신부와 레이저 장치로부터 수신받은 신호를 이용하여 좌표값 및 차량의 위치와 측정하려는 건물과의 거리를 연산하는 연산부, 상기 획득된 좌표값 및 특정 건물의 거리 데이터를 중앙통제부로 전송하는 송신부, 상기 데이터를 디스플레이하는 표시부 및 제어부를 포함하는 이동차량을 이동하는 단계; (c) 상기 측정 지점에서 레이저 빔을 조사하는 레이저 발신부; 상기 레이저 발신부의 하부에 형성되며, 조사된 상기 레이저 빔을 수신하는 수신부; 상기 수신부의 하부에 형성되며, 상기 레이저 발신부와 상기 수신부를 회전 구동시키는 구동부; 및 상기 레이저 발신부의 하부에 형성되고, 조사되는 상기 레이저 빔의 회전 각도를 측정하여 표시하는 측각부를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 상기 측정 지점을 좌우 방향으로 스캔하고, 상기 레이저장치를 계속 회전시키며 연속적으로 조사하여 회전 각도에 따른 상기 측정 지점으로부터 상기 특정 건물까지의 거리 데이터를 획득하는 단계; 및 (d) 상기 거리 데이터를 분석하여 다음 단계를 거쳐 건물의 크기 정보를 산출하는 단계: (d1) 상기 거리 데이터에서 상기 특정 건물의 상기 각 모서리들(m1, m2, m3)과 상기 측정 지점 사이의 거리(L1, L2, L3)를 산출하는 단계; (d2) 상기 회전 각도 데이터를 이용하여 인접한 상기 모서리들 사이의 각도(a12, a23)를 산출하는 단계; (d3) 상기 (d1) 단계의 각 모서리들(m1, m2, m3)과 측정 지점 사이의 거리(L1, L2, L3)와, 상기 (d2) 단계의 모서리들 사이의 각도(a12, a23)를 이용하여 하기 [수학식 1]에 의해 특정 건물의 인접한 모서리들 사이의 거리(L12, L23)를 산출하는 단계; 및
[수학식 1]
L12²= L1²+ L2²- 2L1L2cos(a12)
L23²= L2²+ L3²- 2L2L3cos(a23)
(d4) 상기 (d3) 단계의 특정 건물의 인접한 모서리들 사이의 거리를 이용하여 상기 특정 건물의 수평 크기 정보를 획득하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 도면의 명확한 이해를 돕기 위해 다소 과장되거나 개략적으로 도시되거나 또는 생략되었으며, 각 구성요소의 실제 크기가 전적으로 반영된 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 건물 크기 정보 획득방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 건물 크기 정보를 획득하기 위한 이동 차량(10)은 GPS 위성(20)으로부터 좌표 신호를 수신하는 GPS 수신부(11), 레이저 빔을 조사하고 수신하는 레이저 장치(12), GPS 수신부(11)와 레이저 장치(12)로부터 수신받은 신호를 이용하여 좌표값 및 차량의 위치와 측정하려는 건물과의 거리를 연산하는 연산부(13), 이와 같은 획득된 좌표값 및 특정 건물의 거리 데이터를 중앙통제부(30)로 전송하는 송신부(15), 각종 결과들을 작업자에게 디스플레 이하는 표시부(16) 및 이와 같은 구성 요소들을 전반적으로 제어하는 제어부(14)를 포함한다.

제어부(14)는 수치지도로부터 산출되는 도로 데이터와 건물 데이터 등을 이용하여 시각적인 지도를 표시부(16)에 도시하며, GPS 위성(20)으로부터 얻은 좌표값을 이용하여 이동 차량(10)이 수치지도의 어느 위치를 진행하고 있는지를 보여준다.

이와 같이 구성되는 이동 차량(10)을 이용하여 건물 크기 정보를 획득하는 방법은, 측정하려는 특정 건물을 선정한 후, 특정 건물의 주변에서 측정 지점을 선정하는 단계로부터 시작한다(S110). 측정 지점은 특정 건물의 윤곽을 육안으로 식별할 수 있는 위치로, 다른 건물이나 시설물이 측정하려는 특정 건물을 가리지 않는 위치로 선정된다.

측정 지점이 선정되고 이동 차량(10)이 측정 지점에 이동하면, 레이저를 이용하여 거리 데이터를 획득하는 단계가 진행된다(S120). 레이저 장치는 측정 대상인 특정 건물을 좌우 방향으로 스캔하며 레이저 빔을 연속적으로 조사하여 측정 지점과 특정 건물 사이의 거리 정보를 획득하기 위한 장치로, 도 3은 본 실시예에 따른 레이저 장치의 단면을 개략적으로 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 장치(20)는 레이저 빔을 조사하는 레이저 발진부(21), 수신부(22), 구동부(24), 및 측각부(25)를 포함하여 구성된다.

레이저 발진부(21)는 목표로 설정된 특정 건물을 향해 레이저 빔을 조사한 다. 레이저 발진부(21)는 레이더를 이용하여 거리를 측정하는 것과 같은 원리로 물체에 짧은 레이저 펄스를 보내게 되는데, 이때, 레이저 펄스가 짧을수록 보다 정밀한 측정을 할 수 있다.

수신부(22)는 레이저 발진부(21)로부터 조사된 레이저 빔이 특정 건물에 의해 산란되어 되돌아 오는 신호를 수신한다. 산란되어 되돌아 오는 신호는 광검출기(23)에 의해 검출되어 연산부(13)로 전송된다.

구동부(24)는 레이저 발진부(21) 및 수신부(22)의 하부에 연결되고, 이들을 상하좌우로 회전 구동시킨다. 이때, 회전되는 회전 각도는 측각부(25)에 의해 측정된다.

측각부(25)는 조사되는 레이저 빔의 회전 각도를 측정하여 표시한다. 측각부(25)는 레이저 빔이 처음 조사된 위치를 시작으로 하여 레이저 빔이 이동함에 따른 회전 각도 데이터를 신호처리장치로 전송한다.

한편, 연산부(13)는 측각부(25)에서 레이저 빔의 각도를 전송받고, 광검출기(23)로부터 수신된 신호를 전송받고, 이를 이용하여 레이저 빔의 조사 각도에 따른 측정 지점과 특정 건물 사이의 거리 데이터를 산출하게 된다. 여기서, 거리 데이터의 산출은 특정 건물에서 반사되며 산란된 빛이 돌아오는데 걸리는 시간을 측정하여 산출하게 되며, 이는 공지된 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 구성을 갖는 레이저 장치(20)는 특정 건물과의 거리를 측정하기 위해 먼저 특정 건물의 외부에 레이저를 조사한다. 이후, 레이저 발진부(21)와 수신부(22)가 구동부(24)에 의해 회전하며 레이저 빔이 특정 건물의 한쪽 끝 모서리 에 주사되기 시작하면, 주사된 레이저 빔은 특정 건물에 의해 산란되고, 그 일부가 수신부(22)로 되돌아오게 된다.

수신부(22)로 되돌아온 레이저 빔은 광검출기(23)에 의해 검출되고, 이에 광검출기(23)는 연산부(13)로 신호를 전송하게 된다. 연산부(13)는 광검출기(23)로부터 전송된 신호를 통해 측정 지점으로부터 특정 건물까지의 거리 데이터를 산출하게 된다. 이때, 연산부(13)는 측각부(25)로부터 전송받은 회전 각도 데이터을 통해 레이저 빔이 조사된 각도에 따른 거리 데이터를 산출한다.

레이저 빔이 구동부(24)의 회전 구동에 의해 계속 회전하며 연속적으로 조사되면, 연산부(13)는 특정 건물과 측정 지점 사이의 거리데이터를 지속적으로 산출하게 된다.

거리 데이터가 산출되고 이에 레이저 빔이 특정 건물을 지나 다시 허공이나 다른 건물에 조사되면, 연산부(13)는 이를 판단하고 거리 데이터 산출을 완료하게 된다. 이와 같은 과정을 통해 산출된 거리 데이터는 각각의 레이저 빔 조사 각도에 따른 거리를 나타내게 된다.

다음으로, 연산부(13)에서 레이저 빔의 조사 각도에 따른 측정 지점과 특정 건물 사이의 거리 데이터를 산출하면, 산출된 데이터를 분석하여 특정 건물의 크기 정보를 산출하는 단계가 진행된다(S130).

특정 건물의 크기 정보를 산출하는 단계는, 먼저 산출된 데이터에서 특정 건물의 각 모서리들과 측정 지점 사이의 거리데이터를 산출하는 단계를 거친다(S131). 이러한 거리 데이터는 그래프를 이용하여 도시하면 보다 용이하게 식별할 수 있다.

도 4는 본 실시예에 따른 건물 크기 획득 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 실시예에 따른 레이저 빔의 회전 각도에 따른 거리 데이터를 개략적으로 나타내는 그래프이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 특정 건물(50)의 각 모서리(m1, m2, m3)들은 그래프에서 굴곡점(m1, m2, m3)으로 나타난다. 즉, 레이저 빔이 허공이나 다른 건물에 조사되다가 특정 건물(50)로 조사되는 시점인 특정 건물과 레이저 빔이 처음 접하는 모서리(m1)까지의 거리 데이터는 급경사를 이루며 도시된다. 이후, 레이저 빔이 회전함에 따라 거리 데이터는 완만한 기울기를 이루며 점차 낮은 값으로 도시된다.

특정 건물(50)과의 측정 지점 사이의 최단 거리에 형성된 모서리(m2)에 레이저 빔이 조사되면, 거리 데이터는 최저값(L2)을 나타내게 된다. 이후, 거리 데이터는 점차적으로 증가하여 레이저 빔이 특정 건물의 외부로 다시 벗어나게 되면, 거리 데이터는 무한대 혹은 큰 폭으로 멀어진 거리를 나타낸다.

따라서, 그래프 상의 굴곡점(m1, m2, m3)을 선별하여 이에 대한 거리(L1, L2, L3)를 산출하게 되면, 측정 지점과 특정 건물의 각 모서리들 사이의 거리(L1, L2, L3)를 알 수 있게 된다.

다음으로, 측각부(25)에서 측정된 회전 각도 데이터를 이용하여 인접한 상기 모서리(m1, m2, m3)들 사이의 각도들을 산출하는 단계가 진행된다(S132). 연산부(13)는 측각부(25)로부터 전송받은 회전 각도 데이터를 기반으로, 모서리(m1, m2, m3)들에 레이저 빔이 조사된 각도(a1, a2, a3)를 추출하고, 추출된 각도(a1, a2, a3)들의 차를 구하여 각 모서리들 간의 각도값을 산출한다. 본 실시예에서는 3개의 모서리(m1, m2, m3)를 측정하였으므로 2개의 각도값, 즉 m1과 m2 사이의 각도값(a12)과 m2, m3 사이의 각도값(a23)을 산출하게 된다.

다음으로, 특정 건물(50)의 모서리(m1, m2, m3)들과 측정 지점과의 거리 및 모서리들 사이의 각도(a12, a23)를 이용하여 특정 건물(50)의 인접한 모서리들 사이의 거리(L12, L23)를 산출하는 단계가 진행된다(S133). 이를 구하는 수학식은 이미 공지된 제 2 코사인 법칙을 이용할 수 있다(c²= a²+ b²- 2abcosθ)

이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

L12²= L1²+ L2²- 2L1L2cos(a12)

L23²= L2²+ L3²- 2L2L3cos(a23)

마지막으로, 특정 건물(50)의 수평 크기 정보를 획득하는 단계가 진행된다.

특정 건물(50)이 사각의 단면을 갖는 건물인 경우, 산출된 두 면의 거리(L12, L23)를 통해 특정 건물의 수평 크기를 획득할 수 있다. 또한 불특정한 형상의 건물인 경우, 전술된 방법을 특정 건물의 반대 편에 적용한 후, 산출된 모든 면의 거리를 통해 특정 건물의 수평 크기 정보를 획득하게 된다.

본 발명은 특정 건물 주변에서 측정 지점을 선정하고, 측정 지점에서 레이저 빔을 회전시키며 조사하여, 회전 각도에 따른 거리 데이터를 획득하여 건물의 크기 정보를 산출하기 때문에, 건물의 크기 정보를 신속하고 정확하게 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims

다음의 단계를 포함하는 레이저를 이용한 건물 크기 정보 획득방법:

(a) 특정 건물 주변에서, 적어도 하나 이상의 면을 포함하는 상기 특정 건물 전체 윤곽이 용이하게 식별되는 측정 지점을 선정하는 단계;

(b) 상기 선정된 측정지점에 GPS 위성으로부터 좌표 신호를 수신하는 GPS 수신부, 레이저 빔을 조사하고 수신하는 레이저 장치, GPS 수신부와 레이저 장치로부터 수신받은 신호를 이용하여 좌표값 및 차량의 위치와 측정하려는 건물과의 거리를 연산하는 연산부, 상기 획득된 좌표값 및 특정 건물의 거리 데이터를 중앙통제부로 전송하는 송신부, 상기 데이터를 디스플레이하는 표시부 및 제어부를 포함하는 이동차량을 이동하는 단계;

(c) 상기 측정 지점에서 레이저 빔을 조사하는 레이저 발신부; 상기 레이저 발신부의 하부에 형성되며, 조사된 상기 레이저 빔을 수신하는 수신부; 상기 수신부의 하부에 형성되며, 상기 레이저 발신부와 상기 수신부를 회전 구동시키는 구동부; 및 상기 레이저 발신부의 하부에 형성되고, 조사되는 상기 레이저 빔의 회전 각도를 측정하여 표시하는 측각부를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 상기 측정 지점을 좌우 방향으로 스캔하고, 상기 레이저장치를 계속 회전시키며 연속적으로 조사하여 회전 각도에 따른 상기 측정 지점으로부터 상기 특정 건물까지의 거리 데이터를 획득하는 단계; 및

(d) 상기 거리 데이터를 분석하여 다음 단계를 거쳐 건물의 크기 정보를 산출하는 단계:

(d1) 상기 거리 데이터에서 상기 특정 건물의 상기 각 모서리들(m1, m2, m3)과 상기 측정 지점 사이의 거리(L1, L2, L3)를 산출하는 단계;

(d2) 상기 회전 각도 데이터를 이용하여 인접한 상기 모서리들 사이의 각도(a12, a23)를 산출하는 단계;

(d3) 상기 (d1) 단계의 각 모서리들(m1, m2, m3)과 측정 지점 사이의 거리(L1, L2, L3)와, 상기 (d2) 단계의 모서리들 사이의 각도(a12, a23)를 이용하여 하기 [수학식 1]에 의해 특정 건물의 인접한 모서리들 사이의 거리(L12, L23)를 산출하는 단계; 및

[수학식 1]

L12²= L1²+ L2²- 2L1L2cos(a12)

L23²= L2²+ L3²- 2L2L3cos(a23)

(d4) 상기 (d3) 단계의 특정 건물의 인접한 모서리들 사이의 거리를 이용하여 상기 특정 건물의 수평 크기 정보를 획득하는 단계.
삭제