KR101602471B1 - 하천 수위 측정 및 경고시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천 수위 측정 및 경고시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테레오 영상 내 하천 공간 정보를 공간 함수로 구현하여 오브젝트 트래킹을 수행할 수 있게 되어 하천 수위 및 변화 정보 등을 계산할 수 있는 하천 수위 측정 및 경고시스템에 관한 것이다.

Description

하천 수위 측정 및 경고시스템{River water level measurement and warning system.}

본 발명은 하천 수위 측정 및 경고시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테레오 영상 내 하천 공간 정보를 공간 함수로 구현하여 오브젝트 트래킹을 수행할 수 있게 되어 하천 수위 및 변화 정보 등을 계산할 수 있는 하천 수위 측정 및 경고시스템에 관한 것이다.

영상으로부터 3차원 모델을 복원하는 기법은, 컴퓨터 비전 영역에서 매우 오래된 연구 주제이다.

그 대표적인 기술로서 빛과 그림자의 관계로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(shape from shading), 물체 표면 패턴으로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(shape from texture) 및 윤곽선 정보로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(visual hull) 등이 있다.

특히, 윤곽선 정보로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(visual hull)은 매우 간단하면서도 효율적으로 3차원 모델을 복원할 수 있어 최근 많은 연구가 이루어졌다.

그러나, 이 기법은 오목한 영역에 대한 복원이 불가능한 문제점이 있으며, 카메라의 수가 적은 경우 매우 조악한 모델이 생성되는 문제점이 있다.

한편, 스테레오 영상을 이용한 영상 처리기법이 활발히 연구되고 있는데, 두 대의 카메라에서 얻어진 영상에서 생기는 양안 시차를 이용하여 깊이를 추정하는 기술이지만 이를 활용하기 위한 어플리케이션 기술 개발이 시급한 실정이다.

또한, 기존 지능형 CCTV의 특징으로서, 인공지능 방식의 인식으로 사람의 얼굴, 물체의 인식, 물체의 추적분야로 발달되어 있으나, 해상도 및 화소의 밝기만으로 물체를 판별하는 문제점이 있었다.

그리고, 기존 고정형 CCTV의 경우에는 감시영역을 벗어난 후 물체의 추적이 지속될 수 없으며, 카메라 고정대의 노후 및 바람, 열, 비, 진동 등의 외부 영향을 받아 감시영역이 변경될 소지가 많았었다.

일반적인 CCTV의 단점은 왜곡의 보정이 어려우며, 카메라와 객체의 정확한 위치, 길이, 높이, 크기, 방향을 알 수 없었다.

일반적으로 중소하천에는 관개용수를 수로에 끌어들이기 위해 둑을 쌓아 만든 저수시설로서 많은 보(洑)가 설치되어 있다.

이와 같이, 하천에 보(洑)를 설치하면 보(洑)를 기준으로 상·하류의 흐름이 변하고, 홍수시 소통이 원활하지 않아서 제방이 붕괴되는 등의 피해를 발생시킨다. 또한 유입되는 유사의 흐름을 차단하여 상류단에는 퇴적이 일어나고, 하류단에는 침식을 발생시켜 하상(河床)변화가 일어나게 된다.

이러한 하상변화는 단기적으로 하천에서의 취수, 배수 및 주운(舟運) 등 하천관리에 직접적인 영향을 주고, 장기적인 면에서는 하천 시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위의 변화, 그리고 하천부지의 변화 등 하천 및 유역관리에 광범위한 영향을 주고 있다. 따라서 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 하상변화를 미리 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 운용, 관리 면에서 매우 중요하다 할 것이다.

현재 하상변화를 포함하는 하천 및 하천 시설물의 관리는 업무 담당자가 직접 그 시설물을 방문하여 점검하는 전통적인 방식으로 수행되고 있다.

즉, 업무 담당자가 해당 시설물을 방문하고, 항목별로 해당 시설물에 대한

여러 가지 사항을 조사하여 장표에 기입하는 방식으로 각 업무 담당자에 의해 조사된 정보들을 취합하여 왔다.

그런데 이와 같은 방식은 각 담당자가 장표에 기입하는 방식으로 조사가 이루어지기 때문에 정보의 정확도 및 신뢰도가 매우 낮으며, 많은 인력과 시간이 소요되는 문제가 발생하였다.

아울러, 하천의 유속 및 다양한 하천 정보 역시 측정요원들이 개별적으로 측정하는 방법을 이용함에 따라 상기와 같은 문제점을 동일하게 가지고 있다.

이러한 문제들을 해소하기 위해 기존에 구축된 하천관리 지리정보시스템 및 국가수자원관리 종합정보 시스템 등을 활용하고 있다.

종래의 하천관리 지리정보 시스템은 국가 하천 및 하천 시설물에 대한 도면과 상세한 정보를 관리하고, 하천 관련 제반업무를 지원하기 위하여 구축된 시스템이며, 종래의 국가 수자원관리 종합정보 시스템은 수자원 관련 정보를 체계적으로 조사ㆍ관측하고, 통합 DB 및 다양한 정보체계 구축을 통하여 수집, 관리, 분석, 정책지원 등의 서비스를 수행하는 시스템이고, 종래의 수도통합정보 시스템은 광역상수도와 공업용 수도시설의 과학적ㆍ체계적인 관리를 도모하고, 각종 지하시설물의 자연적 또는 인위적 파손에 능동적으로 대처하기 위한 시스템으로서 국가 지리정보체계와 연계하여 구축되어 있다.

그러나, 상기한 시스템들도 현재 하천 수위 정도를 직관적으로 확인할 수 있는 방법이 없어 범람 정도를 확인할 방법이 없었다.

대한민국 공개특허공보 10-2013-0117248호(2013.10.25)

본 발명의 하천 수위 측정 및 경고시스템은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스테레오 영상 내 하천 공간 정보를 공간 함수로 구현하여 오브젝트 트래킹을 수행할 수 있게 되어 하천 수위 및 변화 정보 등을 계산하도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하천 공간 정보를 이용하여 범람 이전에 사전 경보를 발생시키도록 하는데 있다.

본 발명의 하천 수위 측정 및 경고시스템은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 좌측 영상 및 우측 영상을 촬영하기 위하여 수평 프레임에 일정 거리 이격되게 설치 구성되는 스테레오카메라(10);

상기 스테레오카메라로부터 스테레오 영상을 획득하기 위한 스테레오영상획득부(100);

좌측 영상 및 우측영상의 라인을 보정하기 위한 라인보정부(200);

좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 에피폴라부(300);

좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하여 3차원 깊이 지도를 자동으로 생성하기 위한 깊이맵생성부(400);

공간 함수를 이용하여 하천 수위, 유속을 분석하기 위한 수위분석부(500);

하천 내 특정 포인트 정보를 획득하기 위한 설정정보획득부(600);

상기 설정정보획득부에 의해 획득된 포인트 정보를 토대로 해당 포인트와 동일한 평면을 분석하는 평면분석부(700);

상기 평면분석부에 의한 결과값을 스테레오 이미지와 평면맵으로 표출하기 위한 결과표출부(800)를 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 의해, 스테레오 영상 내 하천 공간 정보를 공간 함수로 구현하여 오브젝트 트래킹을 수행할 수 있게 되어 하천 수위 및 변화 정보 등을 계산할 수 있게 되어 관리자가 직관적으로 하천 수위를 확인할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하천 공간 정보를 이용하여 범람 이전에 사전 경보를 발생시키도록 함으로써, 사전 통보가 가능한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하천 수위 측정 및 경고시스템의 전체 블록도이다.
도 2는 좌측 영상 및 우측영상의 라인을 보정하는 예시도이며, 도 3은 깊이 지도 실행 예시도이며, 도 4는 실제 화면에서 관리자가 하천 내 특정포인트를 설정하는 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 하천 수위 측정 및 경고시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하천 수위 측정 및 경고시스템의 전체 블록도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 하천 수위 측정 및 경고시스템(1000)은 스테레오영상획득부(100); 라인보정부(200); 에피폴라부(300); 깊이맵생성부(400); 수위분석부(500); 설정정보획득부(600); 평면분석부(700); 결과표출부(800);를 포함하여 구성된다.

상기 스테레오영상획득부(100)는 스테레오 카메라(10)로부터 스테레오 영상을 획득하게 된다.

상기 스테레오 영상은 두 개의 카메라에서 촬영된 좌측 영상 및 우측 영상을 의미한다.

상기 라인보정부(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 좌측 영상 및 우측영상의 라인을 보정하게 되는 것이다.

즉, 흔들림이 발생하면 데이터 처리시에 에러가 발생할 수 있기 때문에 보정을 수행하게 되는 것이다.

이후, 상기 에피폴라부(300)는 좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하게 된다.

상기 깊이맵생성부(400)는 도 3과 같이, 좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하여 3차원 깊이 지도를 자동으로 생성하게 된다.

상기 수위분석부(500)는 공간 함수를 이용하여 하천 수위, 유속을 분석하게 된다.

또한, 속도 및 방향은 이미지가 아닌 실시간으로 이동하는 동영상 정보를 가지고 있기 때문에 쉽게 분석이 가능하게 될 것이다.

실제 스테레오 영상은 고정 위치값을 가지고 있는 이중카메라로부터 획득하기 때문에 하천이동체를 확인할 수 있고, 지도에 맵핑이 가능하게 되는 것이다.

상기와 같이, 이동경로를 알 수 있기 때문에 예를 들어, 어린이 보호구역을 지정하거나, 신호등을 도입하기 전에 증거 데이터로 활용할 수 있게 된다.

즉, 공간 정보를 이용하여 다양한 통계 정보로 활용할 수 있는 것이다.

또한, 공간 정보를 지도와 매칭한 후, 공간 함수를 구현해서 오브젝트 트래킹이 가능하므로 이동체를 추적하는데 활용할 수 있게 된다.

이때, 상기 설정정보획득부(600)는 하천 내 특정 포인트 정보를 획득하게 된다.

상기 설정정보획득부는 사용자에 의해 하천 내 특정 포인트를 지정하면 해당 특정 포인트의 좌표값을 획득하게 되는 것이다.

상기 평면분석부(700)는 설정정보획득부에 의해 획득된 포인트 정보를 토대로 해당 포인트와 동일한 평면을 분석하게 된다.

이후, 결과표출부(800)는 평면분석부에 의한 결과값을 스테레오 이미지와 평면맵으로 표출하게 되는 것이다.

그리고, 상기 평면분석부는 장애물이 있어도 이와 상관없이 특정 포인트와 동일한 평면을 분석할 수 있게 된다.

이는 공간 정보를 이용하기 때문에 장애물이 있어도 특정포인트와 동일 수평선 상에 존재하는 모든 좌표값들을 동일 평면으로 표시하기 때문에 하천의 현재 수위 상태를 직관적으로 확인할 수 있게 된다.

따라서, 주변에 존재하는 하천둑의 최상단을 넘어가게 되면 하천이 범람하는 것으로 볼 수 있기 때문에 최상단까지 현재 하천의 수위로부터 몇미터 정도가 남아있는지를 바로 확인할 수 있게 되는 것이다.

이를 자동적으로 알려주기 위하여 본 발명의 시스템은,

평상시 하천 수위값과 스테레오 이미지 정보를 저장하고 있는 기준정보디비(850);

상기 기준정보디비에 저장된 하천 수위값을 토대로 지정된 특정 포인트의 수위값을 비교하여 변화 수위를 분석하는 변화수위분석부(900);

상기 변화 수위값이 임계치를 초과할 경우에 경보 이벤트를 발생시키기 위한 경보발생부(950);를 더 포함하여 구성할 수 있다.

상기 기준정보디비(850)에는 평상시 하천 수위값과 스테레오 이미지 정보를 저장하고 있게 된다.

이를 기준값으로 활용하고, 현재 감시 중인 하천의 수위를 분석할 수 있게 된다.

상기 변화수위분석부(900)는 기준정보디비에 저장된 하천 수위값을 토대로 지정된 특정 포인트의 수위값을 비교하여 변화 수위를 분석하게 된다.

상기 경보발생부(950)는 변화 수위값이 임계치를 초과할 경우에 경보 이벤트를 발생시키게 된다.

즉, 임계치를 2미터로 설정하게 되면, 변화 수위값이 이를 초과할 경우에 경보 이벤트를 발생시켜 관리자나 센터에 이를 즉각적으로 알려주게 되는 것이다.

본 발명의 구성 및 동작을 통해 스테레오 영상 내 하천 공간 정보를 공간 함수로 구현하여 오브젝트 트래킹을 수행할 수 있게 되어 하천 수위 및 변화 정보 등을 계산할 수 있게 되어 관리자가 직관적으로 하천 수위를 확인할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하천 공간 정보를 이용하여 범람 이전에 사전 경보를 발생시키도록 함으로써, 사전 통보가 가능한 효과를 제공한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 스테레오영상획득부
200 : 라인보정부
300 : 에피폴라부
400 : 깊이맵생성부
500 : 수위분석부
600 : 설정정보획득부
700 : 평면분석부
800 : 결과표출부
850 : 기준정보디비
900 : 변화수위분석부
950 : 경보발생부

Claims (3)

1. 하천 수위 측정 및 경고시스템에 있어서,
   좌측 영상 및 우측 영상을 촬영하기 위하여 수평 프레임에 일정 거리 이격되게 설치 구성되는 스테레오카메라(10);
   상기 스테레오카메라로부터 스테레오 영상을 획득하기 위한 스테레오영상획득부(100);
   좌측 영상 및 우측영상의 라인을 보정하기 위한 라인보정부(200);
   좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 에피폴라부(300);
   좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하여 3차원 깊이 지도를 자동으로 생성하기 위한 깊이맵생성부(400);
   공간 함수를 이용하여 하천 수위, 유속을 분석하기 위한 수위분석부(500);
   하천 내 특정 포인트 정보를 획득하기 위한 설정정보획득부(600);
   상기 설정정보획득부에 의해 획득된 포인트 정보를 토대로 해당 포인트와 동일한 평면을 분석하는 평면분석부(700);
   상기 평면분석부에 의한 결과값을 스테레오 이미지와 평면맵으로 표출하기 위한 결과표출부(800);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하천 수위 측정 및 경고시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 평면분석부는,
   장애물이 있어도 이와 상관없이 특정 포인트와 동일한 평면을 분석할 수 있는 것을 특징으로 하는 하천 수위 측정 및 경고시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   평상시 하천 수위값과 스테레오 이미지 정보를 저장하고 있는 기준정보디비(850);
   상기 기준정보디비에 저장된 하천 수위값을 토대로 지정된 특정 포인트의 수위값을 비교하여 변화 수위를 분석하는 변화수위분석부(900);
   상기 변화 수위가 임계치를 초과할 경우에 경보 이벤트를 발생시키기 위한 경보발생부(950);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하천 수위 측정 및 경고시스템.
   

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