KR101852368B1 - Uav 촬영을 통한 vrs 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법 - Google Patents

Uav 촬영을 통한 vrs 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하시설물 정보 측정방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 도시개발 또는 산업단지 등의 대규모 단지 개발 현장 등과 같이 지상기준점 선점이 불가한 지역에 시공되는 지하시설물의 위치 정보를 높은 신뢰도로 측정하고 관련 정보를 데이터베이스화할 수 있는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법에 관한 것으로, 촬영구간에 관한 비행촬영정보가 UAV의 제어모듈에 셋업되는 제1단계; 상기 촬영구간에 가상기지국을 설치하고 위치좌표를 측량하는 제2단계; 상기 비행촬영정보에 따라 상기 UAV가 상기 촬영구간인 지하시설물의 설치구역을 비행하면서, 상기 UAV의 디지털카메라가 상기 촬영구간을 촬영하며 촬영이미지를 생성하는 제3단계; 이미지프로세싱 장비가 상기 촬영이미지 내에 가상기준점의 측정성과를 이용하여, 상기 촬영이미지에 구성된 포인트들의 위치좌표 각각을 사진기준점 측량을 통해 절대좌표로 환산하는 제4단계; 상기 이미지프로세싱 장비가 촬영이미지를 영상화 및 접합해서 영상이미지로 생성하고, 상기 영상이미지에 상기 가상기준점을 마킹하는 제5단계; 상기 영상이미지에 마킹된 상기 가상기준점을 기준으로 사진기준점을 상호 연산해서, 상기 영상이미지에 대한 DEM과 DSM과 정사영상 중 선택된 하나 이상의 제1측량정보를 생성하는 제6단계;를 포함하는 것이다.

Description

UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법{METHOD FOR UNDERGROUND INFORMATION BASED ON VRS GEOMETRIC-CORRECTION USED BY UAV TAKING PICTURE}
본 발명은 지하시설물 정보 측정방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 도시개발 또는 산업단지 등의 대규모 단지 개발 현장 등과 같이 지상기준점 선점이 불가한 지역에 시공되는 지하시설물의 위치 정보를 높은 신뢰도로 측정하고 관련 정보를 데이터베이스화할 수 있는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법에 관한 것이다.
한정된 면적의 도심지가 지상은 물론 지하로도 지속적인 개발과 확장이 이루어지면서, 상하수도관, 전력 및 통신선로, 도시가스관로, 송유관, 주택건설 등에 수반되는 분기관 등의 지하시설물 신설도 급증하는 추세에 있다.
따라서 급증하는 지하시설물의 설치 위치 및 배치 현황에 대한 정보를 정확히 수집하고, 이를 기반으로 지속적인 유지관리가 요구되고 있다.
하지만 종래에는 지하시설물의 위치나 깊이에 대한 정보가 잘 갖추어져 있지 않으며, 지하시설물은 지하에 매설되어서 시각적으로는 그 위치 확인 등이 사실상 어려움이 있으므로, 기존 지하시설물의 유지관리는 물론 신규 시설물의 신설에도 많은 어려움이 있었다.
이러한 문제를 해소하기 위해서 종래에는 기존에 이미 설치된 지하시설물의 매설 위치와 깊이, 방향 등을 탐지하기 위한 전기 탐사법, 전자 탐사법, 지표투과 레이더 탐사법, 자기 마커를 이용한 위치탐지법 등이 제안되었다. 또한, 지하시설물을 신설할 경우에는 현장에서 직접 둘 이상의 작업자가 표척과 기타 토탈스테이션 등의 GPS 위치 확인 장비 등을 기반으로 해당 지하시설물의 매설깊이와 배치 위치를 탐지해 정보를 수집하고, 해당 지하시설물에 표식을 하는 방법 등이 제안되었다.
그러나 지하시설물을 신설할 경우에는 둘 이상의 작업자가 지하시설물의 매설 공정을 비교적 장시간 대기하면서 해당 지하시설물의 각 부위별 위치를 측정해야 하는 비효율적인 수고가 필요하고, 측정 중에는 지하시설물의 후속 설치 공정을 중단해야 하는 한편, 다수의 지하시설물을 다양한 방향에서 동시에 설치할 경우에는 작업자가 다수의 지하시설물을 일일이 방문해서 위치를 측정해야 하므로, 적지 않은 확인 시간과 노고가 요구되는 불합리함이 있었다.
한편, 지하시설물의 매설 깊이와 배선 또는 배관 위치 등을 좌표화해서 지도로 제작하기 위해서는, 해당 지하시설물의 GPS좌표 등의 위치정보 측량이 선행되어야 하고, 이를 다른 배경이미지 등과 연관해서 위치 관계 등을 절대 표정으로 완성해야 한다. 이러한 작업 공정을 수행하기 위해서는 지하시설물의 위치 기준이 될 수 있는 지상기준점을 선점하고 해당 지상기준점의 위치좌표를 측량해야 한다.
지하시설물이 신설되는 대상 지역으로는, 기존 시가화 구역과 도심지 등은 물론이고, 부존재했던 도시 또는 산업단지 등의 개발 대상 지역일 수도 있다. 그런데, 망실의 우려가 없는 구조물이 지상에 다수 설치된 기존 시가화 구역 또는 도심지 등과는 달리 개발 대상 지역은 지하시설물을 우선적으로 설치하므로, 지하시설물을 설치하는 과정에서 지하시설물의 인근에는 지상기준점으로 선점할 수 있는 대상이 사실상 전무한 실정이었다.
결국, 종래에는 대규모 개발 대상 지역에 설치되는 지하시설물에 대한 위치정보 등을 수집하기 위해서, 드론 등과 같은 UAV(Unmanned aerial vehicle)를 이용한 항공촬영방식이 아닌, 지상에서 직접 지하시설물의 위치를 일일이 측량해서 수집하는 번거로움과 불편이 불가피했다.
선행기술문헌 1. 특허등록번호 제10-1650525호(2016.08.24 공고)
이에 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 최소의 작업자와 작업 시간만으로도 대규모 개발 대상 지역에서 신설되는 지하시설물의 위치정보를 UAV 촬영을 통해 신속히 수집 및 측정할 수 있고, 해당 지하시설물 정보를 데이터베이스화해서 신뢰도 있는 지하시설물도도 구축할 수 있는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
촬영구간에 관한 비행촬영정보가 UAV의 제어모듈에 셋업되는 제1단계;
상기 촬영구간에 가상기지국을 설치하고 위치좌표를 측량하는 제2단계;
상기 비행촬영정보에 따라 상기 UAV가 상기 촬영구간인 지하시설물의 설치구역을 비행하면서, 상기 UAV의 디지털카메라가 상기 촬영구간을 촬영하며 촬영이미지를 생성하는 제3단계;
이미지프로세싱 장비가 상기 촬영이미지 내에 가상기준점의 측정성과를 이용하여, 상기 촬영이미지에 구성된 포인트들의 위치좌표 각각을 사진기준점 측량을 통해 절대좌표로 환산하는 제4단계;
상기 이미지프로세싱 장비가 촬영이미지를 영상화 및 접합해서 영상이미지로 생성하고, 상기 영상이미지에 상기 가상기준점을 마킹하는 제5단계; 및
상기 영상이미지에 마킹된 상기 가상기준점을 기준으로 사진기준점을 상호 연산해서, 상기 영상이미지에 대한 DEM과 DSM과 정사영상 중 선택된 하나 이상의 제1측량정보를 생성하는 제6단계;
를 포함하는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법이다.
상기의 본 발명은, 최소의 작업자와 작업 시간만으로도 대규모 개발 대상 지역에서 신설되는 지하시설물의 위치정보를 UAV 촬영을 통해 신속히 수집 및 측정할 수 있고, 해당 지하시설물 정보를 데이터베이스화해서 신뢰도 있는 지하시설물도도 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법의 일실시 예를 도시한 플로차트이고,
도 2는 본 발명에 따른 측정시스템의 일실시 예를 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법의 비행촬영정보와 관련한 UAV의 비행 및 촬영 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에서 지상에 설정된 가상기지국의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 도 4에 도시한 가상기준점의 위치 구간을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따른 정사영상의 모습을 보인 이미지이고,
도 7은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법의 다른 실시 예를 도시한 플로차트이고,
도 8은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따라 사후 촬영구간의 정사영상을 편집해 생성한 배관망도를 보인 이미지이고,
도 9는 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따라 구축한 지하시설물의 정위치 편집 배관망도를 보인 이미지이고,
도 10은 본발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따라 지상기준점을 기준으로 가상기준점의 오차를 수정하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따른 지하시설물도의 모습을 보인 이미지이고,
도 12은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에서 활용되는 디지털카메라의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 13는 도 12에 도시한 디지털카메라의 동작 모습을 개략적으로 도시한 일부 단면도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명을 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 위치 측정방법의 일실시 예를 도시한 플로차트이고, 도 2는 본 발명에 따른 측정시스템의 일실시 예를 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 위치 측정방법의 비행촬영정보와 관련한 UAV의 비행 및 촬영 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 실시의 지하시설물의 정보 측정방법은, 촬영구간에 관한 비행촬영정보가 UAV(100)의 제어모듈(190)에 셋업되는 제1단계; 상기 촬영구간에 가상기지국을 설치하고 위치좌표를 측량하는 제2단계; 상기 비행촬영정보에 따라 UAV(100)가 상기 촬영구간인 지하시설물의 설치구역을 비행하면서, UAV(100)의 디지털카메라(160)가 상기 촬영구간을 촬영하며 촬영이미지를 생성하는 제3단계; 이미지프로세싱 장비(300)가 상기 촬영이미지 내에 가상기준점의 측정성과를 이용하여, 상기 촬영이미지에 구성된 포인트들의 위치좌표 각각을 사진기준점 측량을 통해 절대좌표로 환산하는 제4단계; 이미지프로세싱 장비(300)가 촬영이미지를 영상화 및 접합해서 영상이미지로 생성하고, 상기 영상이미지에 상기 가상기준점을 마킹하는 제5단계; 상기 영상이미지에 마킹된 상기 가상기준점을 상호 연산해서, 상기 영상이미지에 대한 DEM과 DSM과 정사영상 중 선택된 하나 이상의 제1측량정보를 생성하는 제6단계;를 포함한다.
본 실시의 지하시설물 정보 측정방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.
S05; 촬영계획 수립 단계
본 실시에서 작업자는 촬영지역에 대한 지도정보를 수집해서 배경지도로 선정하고, 상기 배경지도를 바탕으로 지하시설물의 설치 예정지를 파악하며, 이에 대응한 촬영구간의 범위를 결정한다. 일반적으로 상기 지도정보는 일반 포털사이트의 지도메뉴로부터 다운로드하여 수집할 수 있다. 참고로 상기 촬영구간의 범위라 함은 지하시설물 건설 현장에 해당하는 실제 거리일 수 있고, 본 실시에서는 건설 현장의 가로 폭(W)과 세로 폭(H)으로 구성된다.
상기 촬영구간의 범위가 확정되면, UAV(100)의 디지털카메라(160)가 상기 촬영구간의 범위를 촬영하기 위한 UAV(100)의 촬영고도를 결정한다. 계속해서 상기 촬영구간의 범위와 촬영고도가 확정되면, 디지털카메라(160)를 구성한 UAV(100)의 제원에 맞춰서 횡중복도와 종중복도와 UAV속도를 결정한다. 여기서 상기 횡중복도와 종중복도 등의 중복도는, 도 3에서 보인 대로 서로 이웃하는 촬영구간A와 촬영구간B가 중첩하는 중복구간이 촬영구간A 또는 촬영구간B와 대비한 비율을 의미한다.
본 실시에서 UAV(100)의 제어모듈(190)은, 상기 횡중복도와 촬영구간 범위를 변수로 하는 비행노선간격 연산식과, 상기 촬영구간 범위와 비행노선간격을 변수로 하는 비행노선수 연산식과, 상기 촬영구간 범위와 종중복도를 변수로 하는 촬영기선 연산식과, 상기 촬영구간 범위와 UAV속도와 비행노선당 사진매수를 변수로 하는 셔터간격 연삭식에 관한 솔루션을 구성하므로, 촬영계획 수립 과정에서 촬영구간의 범위와 횡중복도와 종중복도와 UAV속도와 촬영고도를 결정하는 촬영계획을 수립한다.
참고로, 상기 비행노선간격 연산식은 [수학식 1]과 같으며, 촬영구간 범위의 가로 폭(W)과 횡중복도를 변수로 삽입하면, 제어모듈(190)은 비행노선간격(SP)을 설정해서 구동모터(110)와 조향기(170)를 제어할 수 있다. 여기서, 구동모터(110)는 UAV(100)의 비행을 위해서 프로펠러에 회전력을 가하는 장치이고, 조향기(170)는 제어모듈(190)의 제어에 따라 구동모터(110)의 회전 기어를 조정해서 UAV(100)의 항로를 조정하는 장치이다.
Figure 112017124171435-pat00001
또한, 상기 비행노선수 연산식은 [수학식 2]와 같으며, 상기 촬영구간 범위의 가로 폭(W)과 비행노선간격(SP)을 변수로 삽입하면, 제어모듈(190)은 비행노선수(NFL)를 설정해서 구동모터(110)와 조향기(170)를 제어할 수 있다.
Figure 112017124171435-pat00002
또한 상기 촬영기선 연산식은 [수학식 3]과 같으며, 상기 촬영구간 범위의 세로 폭(H)과 종중복도를 변수로 삽입하면, 제어모듈(190)은 연속하는 촬영이미지의 촬영점의 거리인 촬영기선(B)을 확인할 수 있다.
Figure 112017124171435-pat00003
또한 상기 셔터간격 연삭식은 [수학식 4]와 같으며, 상기 촬영구간 범위의 세로 폭(H)과 UAV속도와 비행노선당 사진매수(NIM)를 변수로 삽입하면, 제어모듈(190)은 디지털카메라(160)의 셔터간격(SI)을 설정해서 디지털카메라(160)를 제어할 수 있다. 여기서 상기 비행노선당 사진매수(NIM)에 관한 연산식은 [수학식 5]와 같으며, 상기 촬영구간 범위의 세로 폭(H)과 촬영기선(B)을 변수로 삽입하면, 제어모듈(190)은 상기 비행노선당 사진매수(NIM)를 확인할 수 있다.
Figure 112017124171435-pat00004
Figure 112017124171435-pat00005
한편, UAV(100)과 디지털카메라(160)의 제원에 따라 지상표본거리(GSD; Ground Sample Distance)를 확인할 수 있으며, 제어모듈(190)은 [수학식 6]에 촬영고도를 변수로 삽입해서 지상표본거리(GSD)를 확인할 수 있다.
Figure 112017124171435-pat00006
본 실시는 UAV(100)의 촬영고도가 30m이므로, [수학식 6]에 따라 지상표본거리(GSD)는 12.96mm이다.
한편, 본 실시에서 UAV(100)의 디지털카메라(160)는, 초점거리(f)가 3.61 mm이고, 렌즈제원은 폭 픽셀이 4000 pixel, 높이 픽셀이 3000 pixel이며, 픽셀크기는 0.00156 mm/pixel이다.
또한 본 실시에서 종중복은 80 %이고, 횡중복은 50 % 이상의 중복도로 해서, 비행노선간격(SP)과 촬영기선(B)을 도출한다. 또한 UAV(100)의 속도는 5 m/s로 해서 셔터간격(SI)을 도출한다.
이상 설명한 촬영계획에서 UAV의 속도와 셔터속도의 상관관계는 여러 형태의 시뮬레이션을 통한 경험치로서, 일반적으로 UAV(100)이 고속으로 비행하면 계획한 종중복도 보다 낮은 중복도의 영상을 디지털카메라(160)에 의해 촬영되며, 매우 저속으로 비행하면 과도한 중복도의 영상을 디지털카메라(160)에 의해 촬영된다. 이 경우 모두는 계획된 품질과 실행비에 영향을 주므로, 적절한 비행속도가 요구된다.
참고로, 낮은 중복도의 영상은 양질의 입체시를 만들 수 없고, 과도한 중복도의 영상은 이미지 프로세싱 시간을 너무 초과하므로, 작업준공 타이밍에 적절히 대처하여 자료처리에 과부하가 걸리지 않게 최적의 중복도로 촬영하는 것이 바람직하다.
S10; 촬영구간에 대한 비행촬영정보 셋업 단계
촬영계획 수립이 모두 완료하면, UAV(100)의 항공 촬영을 위한 비행촬영정보를 제어모듈(190)에 셋업한다.
전술한 바와 같이, 상기 비행촬영정보는 촬영구간의 범위와 횡중복도와 종중복도와 UAV속도와 촬영고도에 관한 데이터를 포함하고, 제어모듈(190)은 상기 연산식들에 의한 프로세싱을 통해 UAV(100)의 비행노선간격과 비행노선수와 촬영기선과 셔터간격 등을 산출한다.
제어모듈(190)은 지정된 프로세스에 따라 산출한 데이터에 따라 UAV(100)의 비행과 디지털카메라(160)의 동작을 제어하며, 이를 위해서 UAV(100)은 현재 비행고도를 측정하기 위한 고도계(120)와 INS(140)와 GPS인식기(130) 등을 구성할 수 있다.
참고로 본 실시의 UAV(100)은 제어모듈(190)에 자동항법기능을 구성시켜서 작업자가 설정한 비행촬영정보에 따라 UAV(100)이 자동 운항하도록 할 수도 있으나, 이외에도 작업자가 무선제어기(200)를 활용하여 UAV(100)의 비행을 직접 조정할 수도 있다. 이를 위해 UAV(100)은 무선제어기(200)와의 통신을 위한 무선통신기(180)를 더 포함할 수 있다.
이에 대응해서 무선제어기(200)는 UAV(100)과의 통신을 위한 무선통신기(210)와, 작업자가 직접 레버 또는 핸들을 조작하고 UAV(100)의 비행상태 등을 출력하는 입출력기(230)와, 입출력기(230)의 입력신호를 무선통신기(210)를 통해 UAV(100)으로 발신하고, UAV(100)으로부터 수신한 출력신호를 무선통신기(210)로부터 전달받아 처리 후 입출력기(230)를 통해 출력시키는 제어모듈(220)로 구성될 수 있다. UAV(100) 제어를 위한 무선제어기(200)의 구성과 프로세스는 이미 공지의 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에서 지상에 설정된 가상기지국의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시한 가상기준점의 위치 구간을 개략적으로 도시한 평면도이다.
S20; 촬영구간에 가상기지국을 설치하고 위치좌표를 측량하는 단계
지하시설물은 시가화 구역 내의 관로를 갱신 또는 신설하기 위한 실시간 제1공공측량과, 지방상하수도 신규관로 매설에 따른 실시간 제2공공측량과, 도시개발 또는 산업단지 등 대규모 단지 개발에 따른 신설배관 매설에 따른 실시간 제3공공측량으로 크게 구분될 수 있다.
본 실시는 제3공공측량에 관한 기술이므로, UAV 촬영 이전에 가상기지국(VRS; Virtual Reference Stations)을 우선 설치한다. 여기서 가상기지국(VRS)은 위치 기반 서비스를 하기 위해 GPS 위성 수신 방식과 GPS 기지국으로부터 얻은 정보를 통합하여 임의의 지점에서 단말기 또는 휴대폰으로 그 지점에서 정보를 얻기 위한 것이다. 본 실시는 작업자가 임의로 지하시설물과 근접한 위치에 GPS수신기와 표식판으로 구성된 가상기지국(VRS)를 설치해서, 해당 위치의 GPS좌표를 측량한다. 상기 가상기지국(VRS)의 GPS좌표가 측량되면 GPS수신기를 철거하고 상기 표식판은 제 위치에 그대로 유지시켜서, UAV촬영 시 상기 표식판이 촬영되도록 한다.
결국, 도 5와 같이 UAV 촬영을 하면, 해당 촬영이미지에는 상기 표식판이 확인되고, 이를 통해 상기 표식판의 중점을 가상기준점(PP)으로 확정할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따른 정사영상의 모습을 보인 이미지이다.
S30; 비행 중인 UAV의 디지털카메라가 촬영구간을 촬영하는 단계
해당 설치구역의 촬영 사례에 대한 정보와 현황도는 이번 촬영계획도의 기본도로 활용이 되며, 촬영구간별 위치 및 구간별 간격, 횡중복도, 종중복도와 촬영이미지 매수 등이 촬영계획대로 설계되어 코스별 검사표가 작성된다.
연장 50m 이하의 연속적인 도시개발 및 산업단지 등의 실시간 지하시설물도의 위치를 UAV(100)으로 촬영하는 경우 자동항법기능이 있는 UAV(100)이라 하더라도 기준 목표방향이 대부분 없는 관계로 활용성이 떨어진다. 본 실시에 UAV(100)은 중국 DJI에서 제조한 PHANTOM4로, 자동항법기능으로 탭 플라이(TAP Fly) 기능이 있으나, 예상경로와 실제 비행경로 사이에 편차가 있고, 목표방향으로 선택할 수 있는 범위가 스크린 상에서 제한이 되어 있다.
본 실시는 작업자가 현장에서 거리측정기 등으로 촬영 셔터 간격에 맞춰 마커용 흰분필로 촬영구간의 도상에 표식을 하고, 디지털카메라(160)로 해당 촬영구간을 연속 촬영해서 촬영이미지 내에 표식과 촬영이미지의 매수와 중복도 등으로 고려해 프로세싱한다. 이러한 프로세싱을 통해 촬영이미지의 각 지점에 대한 위치좌표와 영상이미지 접합 등을 수행할 수 있다.
참고로, 촬영구간으로 지정되는 설치구역은 광활한 지역이기 때문에 바람의 불규칙한 풍속도를 고려하여 동일한 고도 유지 촬영을 신중하게 응하여야 하고, 수회 반복 촬영으로 고도변화와 항로 변화에 따른 오차에 대처할 수 있다.
이상 설명한 촬영 과정을 고려해서 UAV(100)의 비행을 제어하고, 제어모듈(190)은 셋업된 비행촬영정보에 따른 디지털카메라(160)의 구동을 제어한다. 디지털카메라(160)은 제어모듈(190)의 제어에 따라 지정된 촬영구간을 일정 단위로 촬영해서 촬영이미지를 생성하고, UAV(100)의 기억장치(150)에 상기 촬영이미지 데이터를 저장한다.
참고로, 기억장치(150)는 작업자가 UAV(100) 본체에서 손쉽게 탈착할 수 있는 USB 또는 램모듈 등의 이동식 저장매체일 수 있다.
S40; 촬영이미지의 포인트를 사진기준점 측량을 통해 절대좌표로 환산하는 단계
촬영 작업이 모두 완료하면, 상기 촬영이미지에 구성된 무수한 점들의 좌표(X, Y, Z; X, Y; X, Y, Px, Py)를 측정한 다음, 앞서 측량한 소수의 가상기준점(PP)의 측정성과를 이용하여 상기 무수한 점들의 좌표를 전자계산기, 블록 조정기 및 도해적 방법에 의하여 절대 혹은 절대좌표로 환산한다.
전술한 사진기준점 측량 공정은 공지의 사진기준점측량(AT; Aerial Triangulation) 기술이므로, 여기서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시에서 사진기준점 측량 공정은 이미지프로세싱 장비(300)에서 이루어지고, 본 실시의 이미지프로세싱 장비(300)는 'Agis soft'에서 제작한 'Photoscan PRO' 이미지 프로세싱 프로그램을 활용한다. 그러나 지도 제작을 위한 이미지프로세싱 장비라면 이하의 권리범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
참고로, 이미지프로세싱 장비(300)가 UAV(100)의 기억장치(150)로부터 해당 촬영이미지 데이터를 수신해서 상기 촬영이미지를 각각 영상화 처리를 한다. UAV(100)의 기억장치(150)와 이미지프로세싱 장비(300) 간에 통신은 전술한 바와 같이 탈착식 기억장치(150)를 이미지프로세싱 장비(300)에 접속하는 방식으로 이루어질 수도 있고, 비행 중인 UAV(100)이 이미지프로세싱 장비(300)와 무선통신하는 방식으로 이루어질 수도 있다.
S50; 영상이미지에 가상기준점 마킹 단계
이미지프로세싱 장비(300)는 상기 영상이미지 또는 다수의 촬영이미지를 상호 결합하여 영상이미지를 완성하며, 이를 위해서 이미지프로세싱 장비(300)는 촬영이미지 검색 및 출력, 다수의 촬영이미지 정렬 및 접합, 이미지 내에 대상 구간의 Dense Cloud 편집, 대상 구간의 Mesh 편집, 대상 구간의 Texture 편집, 지상기준점 마킹, 지상기준점이 마킹된 영상이미지 정렬을 순차로 수행한다.
지상기준점이 마킹된 영상이미지를 정렬한 후에 지상기준점에 대한 에러가 확인되면, 에러가 확인된 지상기준점을 수정하거나 삭제할 수 있다.
상기의 과정을 수회 반복해서 다수의 촬영이미지의 영상화 처리를 완료하고, 영상이미지 내에 각 지점의 위치좌표를 파악한다.
S60; 제1측량정보 생성 단계
상기 촬영이미지들의 접합을 통한 영상이미지가 완성되면, 영상이미지에 마킹된 지상기준점의 위치좌표와 사진기준점 및 픽셀 분석 등을 기반으로 도 6과 같은 정사영상과 수치표고모형(DEM; Digital Elevation Model)과 수치표면모형(DSM: Digital Surface Model) 등의 제1측량정보를 생성하고, 'Geo Referencing'된 영상들에 관한 공간정보 DB를 구축한다.
상기 수치표고모형과 수치표면모형과 정사영상 등의 생성 공정은 공지의 기술이므로, 여기서는 상기 모형 및 영상 생성을 위한 구체적인 기술 설명은 생략한다.
참고로, 'Geo Referencing'은 영상과 지도 투영계를 연결시켜 영상의 개별 픽셀에 지도좌표를 부여하는 계산과정으로, 상기 지도좌표는 지상기준점을 이용하여 영상과 지도좌표와의 관계를 다항식으로 구성함으로써 계산된다.
도 7은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법의 다른 실시 예를 도시한 플로차트이고, 도 8은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따라 사후 촬영구간의 정사영상을 편집해 생성한 배관망도를 보인 이미지이고, 도 9는 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따라 구축한 지하시설물의 정위치 편집 배관망도를 보인 이미지이고, 도 10은 본발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따라 지상기준점을 기준으로 가상기준점의 오차를 수정하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에 따른 지하시설물도의 모습을 보인 이미지이다.
S70; 사후 설치구역에 대한 지상기준점 선점과 위치좌표 측량 단계
지하시설물이 매설되어 도로 포장 등의 작업이 완공하면, 해당 설치구역은 신설 도로 또는 추가 시설물 등이 망실의 우려가 없으므로, UAV(100)을 이용한 사후의 설치구역을 재촬영하기 이전에 작업자가 상기 설치구역을 사전답사해서 UAV(100)의 촬영구간에서 위치가 변하거나 망실하지 않는 다수의 지점을 각각 지상기준점(GCP)으로 선정하고, 상기 지점의 GPS 위치좌표를 측량한다. 따라서 해당 지상기준점(GCP)의 위치좌표는 UAV(100)을 이용한 촬영 이전에 확정한다.
본 실시는 설치구역에 해당되는 공공기준점의 성과고시 현황을 사전에 조사하여 공공측량성과와 측량기록의 사본 교부를 측량시행자(발주처)에 신청하여 교부받고, 교부된 공공기준점 성과표에 따라 사전에 답사하여 망실 여부를 조사한다.
그리고 기존 2, 4급 지상기준점도 사전조사를 통해 중복설치되지 않도록 최대한 활용한다.
그리고 지하시설물의 효율적인 관리 및 유지보수와 자료 활용도를 높이기 위해 발주처에서 설치한 2급 지상기준점과 연계된 4급 기준점을 설치하므로, 그 위치는 망실 및 훼손의 우려가 없는 지역에 설치한다.
그리고 설치구역에서 지상기준점(GCP)을 확인하고 사전조사를 통하여 매설밀도 및 망의 상태를 고려해서 최소한 다른 지상기준점 1점 이상과 시통이 가능하도록 선점하여야 한다. 또한 4급 기준점에서 작업위치 안에 촬영 범위에서 사진기준점 측량(AT; Aerial Triangulation) 성과에 활용을 위해 추가 지상기준점을 설치구역의 범위 내 외곽지역에 배치하여 양질의 성과를 취득할 수 있게 한다.
한편, 지상기준점(GCP)의 위치좌표는 해석 프로세싱 즉, 기선해석계산부와 기선벡터점검계산부와 조정계산부 등을 통해 도출하는 방식으로 최종 측량한다.
S80; 지상기준점을 기준으로 사후 촬영구간의 촬영이미지의 사진기준점을 절대좌표로 환산하는 단계
앞서 설명한 사진기준점 측량 방식을 통해 사후 촬영구간의 촬영이미지에 구성된 무수한 점들의 좌표(X, Y, Z; X, Y; X, Y, Px, Py)를 측정한 다음, 앞서 측량한 소수의 지상기준점(GCP)의 측정성과를 이용하여 상기 무수한 점들의 좌표를 전자계산기, 블록 조정기 및 도해적 방법에 의하여 절대 혹은 절대좌표로 환산한다.
결국, 지하시설물의 매설 이전, 즉 사전에는 가상기준점(PP)을 기준으로 촬영이미지에 대한 사진기준점 측량을 진행하고, 하수에는 지상기준점(GCP)을 기준으로 촬영이미지에 대한 사진기준점 측량을 진행한다.
사전의 절대좌표와 사후의 절대좌표 환산이 각각 완성하면, 도 10과 같이 사전의 절대좌표 값을 사후의 절대좌표 값과 비교해서 오차를 수정한다. 이를 위해 가상기준점(PP) 및 가상기준점(PP)을 기준으로 환산된 다수의 사전 절대좌표 값(CP1, CP2)을 사후 촬영이미지의 해당 지점에 배치해서, 사전 절대좌표 값(CP1, CP2)이 사후 촬영이미지 내에 사진기준점의 좌표값과 차이가 있다면, 사전 절대좌표 값(CP1, CP2)을 상기 사진기준점의 좌표값으로 수정한다.
S90; 사후의 설치구역을 촬영하며 수집한 정보를 기반으로 제2측량정보를 생성하는 단계
지상기준점(GCP) 설치와 항공촬영 및 사진기준점 측량이 모두 완료하면, 앞서 개시한 재촬영구간에 대해 S50 내지 S60 단계를 반복해 실시해서, 해당 촬영이미지를 기초로 하는 정사영상과 수치표고모형(DEM; Digital Elevation Model)과 수치표면모형(DSM: Digital Surface Model) 등의 제2측량정보를 생성한다. 즉, 도로포장 등의 매설 작업 이후에 지하시설물이 외관으로 보이지 않은 설치지역을 UAV(100)으로 재촬영해서 이를 기초로 도 9에서 보인 영상이미지를 완성하는 것이다.
참고로 도 8과 같이 지하시설물도의 정위치 편집은 CAD프로그램을 사용하여 각 측점별 지하시설물도 작성규정에 따라 이루어진다. 또한 이미지프로세싱 장비(300)는 포토스캔 프로세싱 과정을 통해 'Draw point' 기능과 'Draw Poly Line' 기능을 수행해서, 도 9과 같이 스캔 이미지에 'Point'와 'Line'을 표시하고, 이렇게 표시된 각 측점에는 Shapes 파일이 링크된다. 즉, 'Arc GIS'에서 운용되는 형태로 데이터 파일이 생성되는 것이다.
여기서 'Shapes' 파일은 공간 피처의 위치, 쉐이프, 속성을 저장하는 Esri 벡터데이터 저장 형식이다. 관련 파일 셋으로 저장되며 하나의 피처 클래스를 포함하는 쉐이프파일은 ArcMap과 같은 GIS 데스크톱 응용프로그램에서 이전부터 사용되어 왔으며, 연결된 데이터가 많은 대용량 피처를 포함하는 경구가 많다. 'Shapes' 파일에 소량의 데이터(일반적으로 1,000개 미만의 피처)가 있는 경우 Map viewer에서 생성한 맵에 *.zip, *.shp, *.shx, *.dbf 확장자의 파일을 포함하는 *prj 확장자의 파일로 추가해서, 다른 사람이 웹브라우저를 통해 볼 수 있도록 제공할 수도 있다.
본 실시에서 도 8 및 도 9에서 보인 배관망도는 중압관에 대하여 20m 체인 간격의 측점을 'Point'별 'Shapes' 파일로 취득하고, 지하시설물의 배관 라인은 중압 및 고압 유형별 'Poly Line Shapes' 파일을 형성하므로, 각 레이어별로 구분하여 속성도를 작성한다. 따라서 설치구역 내에 지하시설물에 대하여 작업자가 원하는 배관라인, 관경, 관종, 심도 등의 기타 정보들을 생성해 관리할 수 있다.
이상 수집한 정보를 활용 및 적용해서 CAD 등의 도면작성 시스템을 도화해서 도 11에서 보인 지하시설물도를 완성한다.
도 12은 본 발명에 따른 지하시설물 정보 측정방법에서 활용되는 디지털카메라의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 13는 도 12에 도시한 디지털카메라의 동작 모습을 개략적으로 도시한 일부 단면도이다.
본 실시의 디지털카메라(160)는, 렌즈(161a)가 장착된 카메라 본체(161); 카메라 본체(161)의 일측에 설치되는 자화성 패널(162); 카메라 본체(161)를 수평 이동이 가능하게 수용하되, 장력스프링(163b)을 매개로 연결되어서 카메라 본체(161)가 일측방으로 위치를 유지하도록 하는 함체(163); 자화성 패널(162)과 마주하도록 함체(163)에 설치되는 전자석(164); 제어모듈(190)의 구동신호를 받아 전자석(164)으로 전류를 인가하는 스위치(165);를 포함한다.
한편, 제어모듈(190)은 디지털카메라(160)의 셔터 구동에 대응해서 스위치(165)에 구동신호를 발신한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 카메라 본체(161)를 기준으로 촬영을 위한 UAV(100)의 진행방향과 대향하는 위치에 전자석(164)이 설치되고, 장력스프링(163b)은 카메라 본체(161)를 기준으로 전자석(164)과 대향하는 위치에서 카메라 본체(161)를 함체(163)에 위치시킨다. 따라서 카메라 본체(161)는 전자석(164)이 위치하는 방향으로는 그 이동이 제한된다.
한편, 전자석(164)은, 카메라 본체(161)와 마주하게 배치되는 전도체(164a)와, 전도체(164a)로부터 인출하는 플런저(164b)와, 플런저(164b)를 감싸며 스위치(165)과 전기적으로 연결되는 코일(164c)로 구성된다. 따라서 스위치(165)가 닫히면 코일(164c)에 전류가 인가되면서 자기장이 발생하고, 플런저(164b) 및 전도체(164a)는 자성을 띠게 된다.
이에 대응해서 카메라 본체(161)의 일측에는 자화성 패널(162)이 설치되므로, 전자석(164)의 자력에 의해 카메라 본체(161)는 장력스프링(163b)의 장력에 저항해서 도 13의 (b)도면과 같이 전자석(164)과 접합을 위해 이동한다.
결국, 비행 중인 UAV(100)에서 디지털카메라(160)가 지상을 촬영하면, 디지털카메라(160)는 UAV(100)의 비행속도에 대응하는 후진속도로 촬영 시점의 위치를 유지하게 되고, 결국, 디지털카메라(160)는 UAV(100)의 이동과는 무관하게 고정된 촬영 자세로 지상을 촬영한다. 이를 위해 제어모듈(190)은 디지털카메라(160)의 셔터 제어와 동시에 스위치(165)를 제어한다.
이후 스위치(165)가 열리면 장력스프링(163b)의 장력에 의해 카메라 본체(161)는 제 위치로 복귀하고, 후속 촬영에 대비한다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 촬영구간에 관한 비행촬영정보가 UAV의 제어모듈에 셋업되는 제1단계;
    상기 촬영구간에 가상기지국을 설치하고 위치좌표를 측량하는 제2단계;
    상기 비행촬영정보에 따라 상기 UAV가 상기 촬영구간인 지하시설물의 설치구역을 비행하면서, 상기 UAV의 디지털카메라가 상기 촬영구간을 촬영하며 촬영이미지를 생성하는 제3단계;
    이미지프로세싱 장비가 상기 촬영이미지 내에 가상기준점의 측정성과를 이용하여, 상기 촬영이미지에 구성된 포인트들의 위치좌표 각각을 사진기준점 측량을 통해 절대좌표로 환산하는 제4단계;
    상기 이미지프로세싱 장비가 촬영이미지를 영상화 및 접합해서 영상이미지로 생성하고, 상기 영상이미지에 상기 가상기준점을 마킹하는 제5단계; 및
    상기 영상이미지에 마킹된 상기 가상기준점을 기준으로 사진기준점을 상호 연산해서, 상기 영상이미지에 대한 DEM과 DSM과 정사영상 중 선택된 하나 이상의 제1측량정보를 생성하는 제6단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제6단계 이후 상기 지하시설물이 매설된 사후의 설치구역에서 위치가 변하거나 망실하지 않는 다수의 지점을 각각 지상기준점으로 선점하고, 상기 지점의 위치좌표를 측량하는 제7단계; 및
    상기 비행촬영정보에 따라 상기 UAV가 사후의 설치구역을 비행하면서 상기 디지털카메라가 사후의 촬영구간을 촬영하고, 상기 이미지프로세싱 장비가 상기 가상기준점을 상기 지상기준점으로 대체해서, 상기 제4단계에서 환산된 절대좌표를 수정하는 제8단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제8단계 이후, 상기 이미지프로세싱 장비가 상기 가상기준점을 상기 지상기준점으로 대체해서, 상기 제5단계 내지 제6단계를 재수행해서 지하시설물도 구축을 위한 제2측량정보를 생성하는 제9단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV 촬영을 통한 VRS 지상기준점 방식의 지하시설물 정보 측정방법.


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