KR101881822B1

KR101881822B1 - 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법

Info

Publication number: KR101881822B1
Application number: KR1020170116276A
Authority: KR
Inventors: 최윤근
Original assignee: 영진시스템(주)
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-08-24

Abstract

본 발명은 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 관한 것으로서, 항공사진 획득단계, 수위 측정단계, 수면영역 추출단계, 면적 계산단계, 데이터 정리단계, 부분 담수용량 계산단계와 전체 담수용량 계산단계를 포함한다. 항공사진 획득단계는 시간 경과에 따라 수위가 변하는 저수지를 수시로 항공촬영하여 다수의 항공사진을 획득하는 단계이다. 수위 측정단계는 항공촬영 시점에서의 저수지 수위를 각각 측정하는 단계이다. 수면영역 추출단계는 다수의 항공사진에 나타난 저수지의 수면과 지표면이 만나는 수면 외곽선 내의 수면영역을 추출하는 단계이다. 면적 계산단계는 수면영역이 갖는 면적을 각각 계산하는 단계이다. 데이터 정리단계는 수위 측정단계에서 측정된 각각의 저수지 수위를 순서대로 배열하고, 이에 해당되는 면적을 일대일로 매칭시키는 단계이다. 부분 담수용량 계산단계는 순서대로 배열된 저수지 수위 중, 이웃하는 한 쌍의 저수지 수위 간의 수위 차이값을 계산하고, 한 쌍의 저수지 수위와 매칭된 두 면적의 평균값을 계산한 다음, 수위 차이값과 평균값을 서로 곱하여 부분 담수용량을 계산하는 단계이다. 전체 담수용량 계산단계는 각각의 저수지 수위에 따른 부분 담수용량을 모두 합하여 저수지의 전체 담수용량을 계산하는 단계이다.

Description

항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법{Method of measuring capacity of reservoir using aerial photograph}

본 발명은 저수지의 담수용량 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수위에 따라 변하는 저수지의 면적을 항공사진 상에서 간접적으로 획득하고, 획득된 각 면적을 평균적으로 합산하여 저수지의 전체 담수용량을 산출하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 관한 것이다.

우리나라는 하천의 길이가 상대적으로 짧고 경사가 급하여 물 흐름이 빠르며 하상계수(1년 중에 나타나는 최대유량과 최소유량 간의 상대 비율)가 크다는 특징이 있다. 즉, 하천수의 이용이 용이하지 않기 때문에, 우리나라는 전국적으로 2만여개에 달하는 저수지를 축조하여 이러한 지형적 한계를 극복하고 있다. 현재, 우리나라 저수지의 총 유효 저수량은 31억㎥ 규모로 전체 농업 용수량의 약 60% 이상을 차지하고 있다.

저수지가 축조되면 종래의 물 흐름이 변하게 되고, 새로운 수량 평형관계를 이루기 위해 저수지로 토사가 유입되는 퇴적현상이 발생되는데, 이러한 토사의 퇴적은 저수용량을 감소시키고, 바닥면 상승에 따른 홍수범위 확대 등 치수 및 관리상의 문제를 야기한다.

일반적으로 자연호보다 인공호에서 연평균 퇴적량이 높게 나타나기 때문에 인공호가 많은 우리나라에서는 퇴적물 침전에 의한 저수용량 감소현상이 빠르게 나타난다.

이에 대한 방안으로, 저수지의 준설이 정기적으로 실시되는데, 준설이라 함은 저수지나 하천의 바닥면에 쌓인 토사를 굴착하는 공사를 말한다. 준설은 저수용량 확보를 위한 준설, 바닥면의 유지관리 및 골재확보를 위한 준설, 수질개선을 위한 준설 등으로 구분된다.

상기 준설에 앞서, 준설의 대상영역과 준설량을 산정하기 위해 저수지의 담수용량 측정 작업이 선행되는데, 종래의 담수용량 측정 작업은 다음과 같이 진행되었다.

먼저, 저수지의 수면에 바둑판의 격자점 형태로 가상의 수심 측정지점을 설정하는 좌표 설정단계, 저수지에 측량선을 띄우고 GPS장비 및 수심측정기와 함께 조사요원이 탑승하는 단계, 수심 측정지점을 따라 종횡으로 이동하며 수심을 측정하는 단계, 측정된 수심을 토대로 해당 저수지의 등수심도를 작성하여 저수지의 바닥 지형을 추정하는 단계, 추정된 바닥지형을 토대로 저수지의 전체 담수용량을 산출하는 단계 등을 거치는 원시적인 형태로 작업이 진행되었다.

여기서 등수심도 작성과 전체 담수용량 산출은 컴퓨터 소프트웨어를 통해 자동으로 이루어졌으므로 큰 문제가 되지는 않았다. 그러나, 그 전 단계, 다시 말해, 담수용량 산출을 위한 기초 데이터 획득을 위해서는 인력과 장비(선박 포함)가 필수적으로 요구된다는 문제점이 있었고, 수많은 수심 측정지점을 사람이 일일이 하나씩 측정하는 과정에서 상당한 시간과 노력 및 위험이 따랐다.

박승기, 정재훈, 2005, DGPS 음향 측심기를 이용한 농업용 저수지의 퇴적량 산정, 한국GIS학회지, 제13권 제3호, pp. 297-307.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 항공사진을 이용하여 컴퓨터 상에서 신속하고 간단하고 정확하게 저수지의 담수용량을 측정할 수 있는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법은, 시간 경과에 따라 수위가 변하는 저수지를 수시로 항공촬영하여 다수의 항공사진(P)을 획득하는 항공사진 획득단계(S1); 상기 항공촬영 시점에서의 저수지 수위(W)를 각각 측정하는 수위 측정단계(S2); 상기 다수의 항공사진(P)에 나타난 저수지의 수면과 지표면이 만나는 수면 외곽선(L) 내의 수면영역(A)을 추출하는 수면영역 추출단계(S3); 상기 수면영역(A)이 갖는 면적(M)을 각각 계산하는 면적 계산단계(S4); 상기 수위 측정단계(S2)에서 측정된 각각의 저수지 수위(W)를 순서대로 배열하고, 이에 해당되는 면적(M)을 일대일로 매칭시키는 데이터 정리단계(S5); 순서대로 배열된 저수지 수위(W) 중, 이웃하는 한 쌍의 저수지 수위(W) 간의 수위 차이값(ΔW)을 계산하고, 상기 한 쌍의 저수지 수위(W)와 매칭된 두 면적(M)의 평균값(Ma)을 계산한 다음, 상기 수위 차이값(ΔW)과 상기 평균값(Ma)을 서로 곱하여 부분 담수용량(ΔC)을 계산하는 부분 담수용량 계산단계(S6); 각각의 저수지 수위(W)에 따른 부분 담수용량(ΔC)을 모두 합하여 저수지의 전체 담수용량(C)을 계산하는 전체 담수용량 계산단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 있어서, 상기 전체 담수용량 계산단계(S7) 이후에 수행되며, 저수지의 최초 설계 담수용량과 상기 전체 담수용량(C) 간의 용량 차이값이 일정기준 이상일 경우, 토사의 퇴적으로 인해 저수지의 준설이 필요하다고 판단하고, 상기 용량 차이값을 준설 요구량(B)으로 산정하는 준설 여부 판단단계(S8);을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 있어서, 상기 준설 여부 판단단계(S8) 이후에 수행되며, 상기 준설 요구량(B)을 기준으로 저수지의 준설 공사가 실시된 이후, 상기 항공사진 획득단계(S1)부터 상기 전체 담수용량 계산단계(S7)까지의 과정을 재실시하여 갱신된 전체 담수용량(C')을 얻는 전체 담수용량 갱신단계(S9); 및 상기 갱신된 전체 담수용량(C')과 갱신 전 전체 담수용량(C)을 비교하여 준설 공사에 따른 준설량을 확인하는 준설량 확인단계(S10);를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 있어서, 상기 항공사진 획득단계(S1)에서 획득된 항공사진(P)은 디지털화된 픽셀이미지로서, 컴퓨터의 메모리에 입력되어 모니터 화면에 표시되고, 상기 수면영역 추출단계(S3)는, 미리 짜여진 특정 알고리즘에 따라 상기 항공사진(P)에서 상기 수면영역(A)이 자동으로 추출되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 있어서, 상기 수면영역 추출단계(S3)는, 상기 항공사진에서 저수지의 수면에 해당되는 특정 픽셀(E)을 선택하는 선택단계(S3a)와, 상기 항공사진의 전체 픽셀 중, 상기 특정 픽셀(E)의 밝기와 소정의 오차범위 이내의 밝기를 갖으며 서로 이웃하는 픽셀들로 이루어진 픽셀 집합영역(S)을 추출하는 추출단계(S3b)와, 상기 픽셀 집합영역(S)의 외곽선(SL)을 실제 수면 외곽선(L')과 비교하여 부분적으로 보정하는 보정단계(S3c)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 있어서, 상기 항공사진은, 일정비율의 축척으로 표현된 픽셀이미지이고, 각각의 픽셀은 상기 축척에 비례한 단위면적을 갖으며, 상기 면적 계산단계(S4)는, 상기 픽셀 집합영역(S) 내에 존재하는 픽셀의 총 개수와 상기 단위면적을 서로 곱하여 상기 수면영역(A)의 면적을 계산할 수 있다.

본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 있어서, 저수지는, 물이 유입되는 상류와, 제방에 의해 물이 가둬지는 하류로 구분되고, 상기 제방은, 최정상부인 둑마루(R1)와, 상기 둑마루에서 일정각도로 경사(θ)를 이루며 수면과 접하는 비탈면(R2)으로 구분되며, 상기 제방의 비탈면(R2)과 저수지의 수면이 만나는 수면 외곽선(L)은 변동되지 않는다는 가정하에, 상기 수위 측정단계(S2)에서, 상기 둑마루의 높이를 H, 상기 항공사진에 나타난 둑마루의 내측선과 상기 수면 외곽선(L) 간의 사진상 거리를 L1, 상기 항공사진의 축척을 1:x라고 하면, 상기 항공사진에 대응되는 저수지 수위(W)는 H-{(L1*x)*tanθ}에 따른 수식에 의하여 간접적으로 산출될 수 있다.

본 발명은 저수지의 수위에 따라 저수지의 수면 면적이 변화되고, 이것이 항공사진 상에 그대로 나타난다는 점에 착안하여 도출된 새로운 방식의 저수지 담수용량 측정법으로서, 기축적된 대량의 항공사진과 수위 데이터를 이용하여 컴퓨터 상에서 신속하고 간단하고 정확하게 저수지의 담수용량을 측정할 수 있고, 이를 통해 준설 여부의 판단 또는 준설 시기의 예측을 보다 수월하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이와 함께, 저수지의 수심을 직접 측정할 필요없이, 새롭게 촬영된 항공사진과 해당 수위 데이터만 있으면, 저수지의 전체 담수용량을 갱신해가면서 쉽고 간단하게 준설 공사를 감독하고 관리할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법의 수행과정을 개략적으로 나타낸 과정도.
도 2는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법의 흐름도.
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 수면영역 추출단계의 세부과정을 설명하기 위한 도면.
도 4a와 도 4b는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 부분 담수용량 및 전체 담수용량 계산단계의 이해를 돕기 위한 도면.
도 5는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 준설량 확인단계의 이해를 돕기 위한 도면.
도 6은 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 수위 측정단계의 일례를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명과 관련하여 공지된 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법의 수행과정을 개략적으로 나타낸 과정도이고, 도 2는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법의 흐름도이며, 도 3a 내지 도 3d는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 수면영역 추출단계의 세부과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a와 도 4b는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 부분 담수용량 및 전체 담수용량 계산단계의 이해를 돕기 위한 도면이며, 도 5는 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 준설량 확인단계의 이해를 돕기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법에 포함된 수위 측정단계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법은 수위에 따라 변하는 저수지의 면적을 항공사진 상에서 간접적으로 획득하고, 획득된 각 면적을 평균적으로 합산하여 저수지의 전체 담수용량을 산출하는 방법으로서, 항공사진 획득단계(S1), 수위 측정단계(S2), 수면영역 추출단계(S3), 면적 계산단계(S4), 데이터 정리단계(S5), 부분 담수용량 계산단계(S6)와 전체 담수용량 계산단계(S7)를 포함한다.

항공사진 획득단계(S1)는 시간 경과에 따라 수위가 변하는 저수지를 수시로 항공촬영하여 다수의 항공사진(P)을 획득하는 단계이다. 항공사진(P)은 위성, 항공기, 드론 등을 통해 촬영될 수 있다. 저수지의 항공촬영은 월 단위 또는 계절 단위로 주기적으로 촬영될 수도 있고, 저수지의 수위 변동이 심한 가뭄기 또는 장마철을 택하여 별도로 촬영될 수도 있다.

항공사진 획득단계(S1)에서 획득된 항공사진(P)은 일정비율의 축척으로 디지털화된 픽셀이미지로서, 컴퓨터의 메모리에 입력되어 모니터 화면에 표시된다.

수위 측정단계(S2)는 항공촬영이 이루어진 시점에서의 저수지 수위(W)를 각각 측정하는 단계이다. 수위계가 설치된 저수지의 경우, 원격으로 해당 저수지의 수위를 획득할 수 있고, 수위계가 설치되지 않은 저수지의 경우, 저수지 현장에서 직접 저수지의 수위를 측정해야 할 것이다.

수면영역 추출단계(S3)는 다수의 항공사진(P)에 나타난 저수지의 수면과 지표면이 만나는 수면 외곽선(L) 내의 수면영역(A)을 추출하는 단계이다. 수면영역 추출단계(S3)는 미리 짜여진 특정 알고리즘에 따라 항공사진(P)에서 수면영역(A)이 자동으로 추출되게 할 수 있으며, 강이나 호수의 외곽 지점에는 대체적으로 풀이 잘 자라지 않기 때문에 수면과 지표면이 만나는 경계를 쉽게 구분하여 추출할 수 있다.

그 일례로, 픽셀의 밝기(명암도라고도 함) 차이를 이용한 추출방식이 적용될 수 있다. 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 항공사진(P)에서 저수지의 수면에 해당되는 특정 픽셀(E)을 선택하는 선택단계(S3a)가 실시된다. 이후, 도 3b에 도시된 바와 같이 항공사진(P)의 전체 픽셀 중, 상기 특정 픽셀(E)의 밝기와 소정의 오차범위 이내의 밝기를 갖으며 서로 이웃하는 픽셀들로 이루어진 픽셀 집합영역(S)을 추출하는 추출단계(S3b)가 실시된다. 픽셀 집합영역(S)이 추출되면, 도 3d에 도시된 바와 같이 픽셀 집합영역(S)의 외곽선(SL)을 실제 수면 외곽선(L')과 비교하여 부분적으로 보정하는 보정단계(S3c)가 실시된다.

추출단계(S3b)는 본 실시예와 같이 밝기가 비슷하고 서로 인접한 픽셀들의 집합이 모두 추출되게 할 수도 있고, 픽셀의 밝기가 미리 설정된 임계값보다 크게 변하는 지점을 연결한 윤곽선만 부분적으로 추출되게 할 수도 있다. 이러한 과정은 포토샵, 일러스트 등과 같이 외곽선 자동 추출 기능이 있는 그래픽 편집툴을 이용하여 진행될 수 있다.

보정단계(S3c)의 일례로서, 도 3d에 도시된 바와 같이 추출단계(S3b) 과정에서 픽셀 집합영역(S)의 외곽선(SL)을 따라 다수의 경계점이 일정간격으로 활성화되고, 실제 수면 외곽선(L')과 맞지 않는 경계점을 실제 수면 외곽선(L')과 일치되도록 마우스로 조정하는 방식으로 수정될 수 있다.

경계점과 경계점은 가상의 미소 직선으로 모두 연결되며, 경계점의 좌표가 수정되면, 그 경계점과 이웃하는 미소 직선들의 길이와 각도가 변하면서 외곽선(SL)의 형태가 부분적으로 바뀌게 된다.

면적 계산단계(S4)는 도 1 또는 도 4a에 도시된 바와 같이 수면영역(A)이 갖는 면적(M)을 각각 계산하는 단계이다. 픽셀이미지에서 각각의 픽셀은 축척에 비례한 단위면적을 갖으므로, 이를 이용하여 면적 계산단계(S4)는 픽셀 집합영역(S) 내에 존재하는 픽셀의 총 개수와 단위면적을 서로 곱하여 수면영역(A)의 면적을 계산한다.

데이터 정리단계(S5)는 수위 측정단계(S2)에서 측정된 각각의 저수지 수위(W)를 순서대로 배열하고, 이에 해당되는 면적(M)을 일대일로 매칭시키는 단계이다.

부분 담수용량 계산단계(S6)는 순서대로 배열된 저수지 수위(W) 중, 이웃하는 한 쌍의 저수지 수위(W) 간의 수위 차이값(ΔW)을 계산하고, 한 쌍의 저수지 수위(W)와 매칭된 두 면적(M)의 평균값(Ma)을 계산한 다음, 수위 차이값(ΔW)과 평균값(Ma)을 서로 곱하여 부분 담수용량(ΔC)을 계산하는 단계이다.

예를 들어, 어느 시점에 찍힌 저수지 수면의 면적이 14만㎡, 그 때의 수위가 20m이고, 또 다른 시점에 찍힌 저수지 수면의 면적이 12만㎡, 그 때의 수위가 16m라면, 수위 차이값(ΔW)은 4m가 될 것이고, 두 면적(M)의 평균값(Ma)은 13만㎡로서, 부분 담수용량(ΔC)은 52만㎥가 된다.

이러한 방법은 두 횡단면적 사이의 평균적인 체적을 구하는 방법으로서, 계산이 매우 간단하다는 장점이 있다. 이외에도, 부분 담수용량(ΔC)의 계산은 양단면적 및 상기 양단면적의 평균면적에 각각 특정 가중치를 부여하여 전체 평균을 내는 각주공식에 의한 방법이 적용될 수도 있고, 기타 다양한 체적 계산방법이 적용될 수 있다.

전체 담수용량 계산단계(S7)는 각각의 저수지 수위(W)에 따른 부분 담수용량(ΔC)을 모두 합하여 저수지의 전체 담수용량(C)을 계산하는 단계이다. 즉, 도 4b에 도시된 바와 같이 저수지를 수위에 따라 층층히 구획하고, 구획된 부분의 체적을 모두 합산하여 저수지의 전체 담수용량(C)을 추정하는 것이다.

이때, 양단면 사이의 거리가 좁을수록 전체 담수용량(C)의 정확도가 높아지기 때문에 되도록 많은 양의 항공사진과 수위 정보를 수집하여 계산에 반영하는 것이 바람직하다. 참고로, 국토지리정보원의 국토정보맵, 포털사이트(네이버, 다음, 구글)의 지도 서비스, 국토교통부의 브이월드 사이트, 각 시군별 항공사진 DB 등을 통해 과거 항공사진들을 대량으로 수집할 수 있으며, 수위 또한, 그 변동내력이 한국농어촌 공사의 농촌용수종합정보시스템에서 시간대 별로 확인할 수 있다.

만약, 농촌용수종합정보시스템에서 조회가 불가능한 소규모 저수지의 경우, 직접 저수지의 수위를 측정할 수도 있으나, 현장에 가지 않고 다음과 같은 방법으로 저수지의 수위를 간접적으로 추정할 수도 있다.

도 6을 참조하면, 저수지는 일반적으로 물이 유입되는 상류와, 제방에 의해 물이 가둬지는 하류로 구분되고, 제방은 최정상부인 둑마루(R1)와, 둑마루에서 일정각도로 경사(θ)를 이루며 수면과 접하는 비탈면(R2)으로 구분된다. 제방의 비탈면(R2)과 저수지의 수면이 만나는 수면 외곽선(L)은 토사의 퇴적에 영향을 받지 않아 변동되지 않는다는 가정하에, 수위 측정단계(S2)에서 둑마루의 높이를 H, 항공사진에 나타난 둑마루의 내측선과 수면 외곽선(L) 간의 사진상 거리를 L1, 항공사진의 축척을 1:x라고 하면, 항공사진에 대응되는 저수지 수위(W)는 H-{(L1*x)*tanθ}에 따른 수식에 의하여 간접적으로 산출될 수 있다.

예를 들면, 둑마루의 높이가 50m, 비탈면의 경사가 45°, 항공사진의 축적이 1:5,000, 둑마루의 내측선과 수면 외곽선(L) 간의 사진상 거리가 2mm라면, 상기 수식에 따라 저수지 수위(W)는 대략 35.8m로 추정할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 저수지의 수위에 따라 저수지의 수면 면적이 변화되고, 이것이 항공사진 상에 그대로 나타난다는 점에 착안하여 도출된 새로운 방식의 담수용량 측정법이다.

종래에는 유인 탐사선에 음향 측심 장비를 탑재하여 수많은 지점을 이동하면서 수동적으로 측량함으로 인해, 인력과 장비, 시간과 노력이 요구되었으나, 본 발명은 저수지의 수심을 일일이 측정하지 않고 항공사진과 수위 데이터을 이용하여 컴퓨터 상에서 신속하고 간단하게 저수지의 전체 담수용량(C)을 측정함으로써, 기존의 문제점들을 모두 해결할 수 있게 된다.

또한, 기상 등에 영향을 받지 않고 원하는 시기에 언제든지 저수지의 담수용량을 산출할 수 있다는 장점이 있으며, 기축적된 대량의 항공사진과 수위 데이터를 계산에 반영함으로써, 저수지의 전체 담수용량을 보다 정밀하게 산출할 수 있다.

이러한 저수지의 전체 담수용량을 산출하는 목적은 저수지의 준설 여부를 일차적으로 판단하기 위함인 바, 전체 담수용량 계산단계(S7) 이후에 준설 여부 판단단계(S8)가 수행된다.

준설 여부 판단단계(S8)는 도 5에 도시된 바와 같이 저수지의 최초 설계 담수용량(C0)과 전체 담수용량(C) 간의 용량 차이값이 일정기준 이상일 경우, 토사의 퇴적으로 인해 저수지의 준설이 필요하다고 판단하고, 용량 차이값을 준설 요구량(B)으로 산정하는 단계이다.

만약, 용량 차이값이 일정기준 미만일 경우에는 용량 차이값만큼 토사 퇴적이 진행됐다고 판단하고, 용량 차이값이 일정기준에 이를 때까지의 남은 시간을 가늠하여 저수지의 준설시기를 대략적으로 예측할 수 있다. 저수지의 유지관리 및 준설 계획 수립을 보다 효율적이고 체계적으로 할 수 있는 것이다.

이와 함께, 준설 공사가 제대로 이루어졌는지 확인하는 작업도 용이해진다. 종래에는 준설 전에만 저수지의 담수용량을 측정하고, 준설 후에는 수심측정 작업에 따른 비용 부담때문에 준설 공사에 대한 감리가 제대로 이루어지지 않았었다.

하지만, 본 발명은 별도의 수심측정 작업없이, 준설 공사 후에 촬영된 항공사진들만 있으면, 전산 작업을 통해 준설 공사에 따른 준설량을 확인할 수 있으며, 이를 위해, 전체 담수용량 갱신단계(S9)와 준설량 확인단계(S10)가 더 포함된다.

도 1 또는 도 5를 참조하면, 전체 담수용량 갱신단계(S9)는 준설 여부 판단단계(S8) 이후에 수행되며, 준설 요구량(B)을 기준으로 저수지의 준설 공사가 실시된 이후, 항공사진 획득단계(S1)부터 전체 담수용량 계산단계(S7)까지의 과정을 재실시하여 전체 담수용량(C')을 갱신하는 단계이다.

준설량 확인단계(S10)는 갱신된 전체 담수용량(C')과 갱신 전 전체 담수용량(C)을 비교하여 준설 공사에 따른 준설량을 확인하는 단계이다. 이와 같이 새롭게 촬영된 항공사진과 해당 수위 데이터만 있으면, 저수지의 전체 담수용량(C')을 갱신해가면서 쉽고 간단하게 준설 공사를 감독하고 관리할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

S1 : 항공사진 획득단계
S2 : 수위 측정단계
S3 : 수면영역 추출단계
S4 : 면적 계산단계
S5 : 데이터 정리단계
S6 : 부분 담수용량 계산단계
S7 : 전체 담수용량 계산단계

Claims

시간 경과에 따라 수위가 변하는 저수지를 수시로 항공촬영하여 다수의 항공사진(P)을 획득하는 항공사진 획득단계(S1);
상기 항공촬영 시점에서의 저수지 수위(W)를 각각 측정하는 수위 측정단계(S2);
상기 다수의 항공사진(P)에 나타난 저수지의 수면과 지표면이 만나는 수면 외곽선(L) 내의 수면영역(A)을 추출하는 수면영역 추출단계(S3);
상기 수면영역(A)이 갖는 면적(M)을 각각 계산하는 면적 계산단계(S4);
상기 수위 측정단계(S2)에서 측정된 각각의 저수지 수위(W)를 순서대로 배열하고, 이에 해당되는 면적(M)을 일대일로 매칭시키는 데이터 정리단계(S5);
순서대로 배열된 저수지 수위(W) 중, 이웃하는 한 쌍의 저수지 수위(W) 간의 수위 차이값(ΔW)을 계산하고, 상기 한 쌍의 저수지 수위(W)와 매칭된 두 면적(M)의 평균값(Ma)을 계산한 다음, 상기 수위 차이값(ΔW)과 상기 평균값(Ma)을 서로 곱하여 부분 담수용량(ΔC)을 계산하는 부분 담수용량 계산단계(S6);
각각의 저수지 수위(W)에 따른 부분 담수용량(ΔC)을 모두 합하여 저수지의 전체 담수용량(C)을 계산하는 전체 담수용량 계산단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 전체 담수용량 계산단계(S7) 이후에 수행되며,
저수지의 최초 설계 담수용량과 상기 전체 담수용량(C) 간의 용량 차이값이 일정기준 이상일 경우, 토사의 퇴적으로 인해 저수지의 준설이 필요하다고 판단하고, 상기 용량 차이값을 준설 요구량(B)으로 산정하는 준설 여부 판단단계(S8);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.
제2항에 있어서,
상기 준설 여부 판단단계(S8) 이후에 수행되며,
상기 준설 요구량(B)을 기준으로 저수지의 준설 공사가 실시된 이후, 상기 항공사진 획득단계(S1)부터 상기 전체 담수용량 계산단계(S7)까지의 과정을 재실시하여 갱신된 전체 담수용량(C')을 얻는 전체 담수용량 갱신단계(S9); 및
상기 갱신된 전체 담수용량(C')과 갱신 전 전체 담수용량(C)을 비교하여 준설 공사에 따른 준설량을 확인하는 준설량 확인단계(S10);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 항공사진 획득단계(S1)에서 획득된 항공사진(P)은 디지털화된 픽셀이미지로서, 컴퓨터의 메모리에 입력되어 모니터 화면에 표시되고,
상기 수면영역 추출단계(S3)는, 미리 짜여진 특정 알고리즘에 따라 상기 항공사진(P)에서 상기 수면영역(A)이 자동으로 추출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.
제4항에 있어서,
상기 수면영역 추출단계(S3)는, 상기 항공사진에서 저수지의 수면에 해당되는 특정 픽셀(E)을 선택하는 선택단계(S3a)와, 상기 항공사진의 전체 픽셀 중, 상기 특정 픽셀(E)의 밝기와 소정의 오차범위 이내의 밝기를 갖으며 서로 이웃하는 픽셀들로 이루어진 픽셀 집합영역(S)을 추출하는 추출단계(S3b)와, 상기 픽셀 집합영역(S)의 외곽선(SL)을 실제 수면 외곽선(L')과 비교하여 부분적으로 보정하는 보정단계(S3c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.
제5항에 있어서,
상기 항공사진은, 일정비율의 축척으로 표현된 픽셀이미지이고, 각각의 픽셀은 상기 축척에 비례한 단위면적을 갖으며,
상기 면적 계산단계(S4)는, 상기 픽셀 집합영역(S) 내에 존재하는 픽셀의 총 개수와 상기 단위면적을 서로 곱하여 상기 수면영역(A)의 면적을 계산하는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.
제1항에 있어서,
저수지는, 물이 유입되는 상류와, 제방에 의해 물이 가둬지는 하류로 구분되고,
상기 제방은, 최정상부인 둑마루(R1)와, 상기 둑마루에서 일정각도로 경사(θ)를 이루며 수면과 접하는 비탈면(R2)으로 구분되며,
상기 제방의 비탈면(R2)과 저수지의 수면이 만나는 수면 외곽선(L)은 변동되지 않는다는 가정하에,
상기 수위 측정단계(S2)에서, 상기 둑마루의 높이를 H, 상기 항공사진에 나타난 둑마루의 내측선과 상기 수면 외곽선(L) 간의 사진상 거리를 L1, 상기 항공사진의 축척을 1:x라고 하면, 상기 항공사진에 대응되는 저수지 수위(W)는 H-{(L1*x)*tanθ}에 따른 수식에 의하여 간접적으로 산출되는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법.