KR101923463B1 - Mobile mapping system with GPS - Google Patents

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KR101923463B1
KR101923463B1 KR1020180116248A KR20180116248A KR101923463B1 KR 101923463 B1 KR101923463 B1 KR 101923463B1 KR 1020180116248 A KR1020180116248 A KR 1020180116248A KR 20180116248 A KR20180116248 A KR 20180116248A KR 101923463 B1 KR101923463 B1 KR 101923463B1
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성천경
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(주)한양지에스티
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    • GPHYSICS
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    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/14Receivers specially adapted for specific applications

Abstract

The present invention provides a 3D position measurement system which obtains an accurate position of an object by applying the Kalman filtering method for 3D position information of the object measured from a satellite-use position measurement system installed in a vehicle such as a car, an inertial navigation system, and a velocity sensor, obtains 3D position coordinates and attribute information of the object based on 3D stereoscopic image information of the object provided from digital video cameras installed in the same vehicle, and databases the information. The database information constructed in accordance with the present invention can be used in real time as topographic/geographical data information which is a core in the construction of a geographic information system (GIS), a facility management system (FMS), and a city management system (UIS).

Description

지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템{Mobile mapping system with GPS} [0002] Mobile Mapping System with GPS [0003]

본 발명은 수치지도 제작 기술 분야 중 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수치지도에 입력될 위치정보(좌표정보)와 주변환경 정보를 인공위성 자동 위치측정 시스템(GPS : Global Positioning System, 지피에스)과 스테레오 카메라를 이용하여 측정 확보하고 전자화된 지도에 실시간으로 매핑시키는 이동식 맵핑 시스템(Mobile Mapping System) 기술 관련한 주변 지형/지물의 실제모습과 위치 정보를 실시간으로 확보하여 데이터베이스화 하는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a digital map generating system for 3D position information measurement using a digital map (GS), and more particularly, to a system and method for generating a digital map using a digital satellite positioning system GPS, Global Positioning System (GPS) and stereo camera, and real-time mapping of real terrain / landmarks and location information related to Mobile Mapping System Dimensional positional information measurement digital map production system using a geosynthetic database.

지피에스(GPS)는 범지구적 위치결정 시스템이라 할 수 있다. 지피에스 또는 인공위성 자동 위치측정 시스템은 지상, 해상, 공중 등 지구상의 어느 곳에서 시간제약 없이 지피에스 인공위성에서 발신(송신, 방송)하는 GPS 정보를 수신하여 정지 또는 이동하는 물체의 위치를 측정할 수 있도록 한다. GPS (Global Positioning System) is a global positioning system. The GPS or satellite automatic position measurement system can measure the position of an object that is stationary or moving by receiving GPS information transmitted (broadcasted) from a GPS satellite without any time limit on the earth, sea, air etc. .

GPS를 이용한 이동식 맵핑 시스템(MMS : Mobile Mapping System)은 토목분야의 측지, 수치사진측량, 수치지도제작, 다이내믹 비젼(Dynamic Vision) 및 지리정보 시스템(Geographic Information System, 이하 'GIS' 라 칭함) 기술 등을 통합한 최첨단 측량기술이다. 즉, 이동식 매핑 시스템은 차량이 포함된 교통수단에 장착된 디지털 카메라, 3D 레이저 측정 장치, 지피에스 등을 이용해 3차원 위치 측정, 도로와 주변 환경을 실제 모습처럼 구현할 수 있는 차세대 고정밀 수치지도 제작 기술을 의미한다. The Mobile Mapping System (MMS) using GPS can be used for geodetic surveying, digital photogrammetry, digital mapping, dynamic vision, and geographic information system (GIS) Cutting-edge surveying technology. In other words, the mobile mapping system is a next-generation high-precision digital map-making technology that can realize three-dimensional position measurement, roads and the surrounding environment as a real image by using a digital camera, a 3D laser measurement device, it means.

한편, 지리정보 시스템(GIS)은 최근에 여러 분야에서 활용되고 있는 지형/지물에 관한 위치정보를 담고 있는 기술로 나날이 그 효용성이 증대되고 있다. 이러한 지리정보 시스템(GIS)을 이용해 여러 자료들을 분석하고자 할 때, 위치정보는 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 따라서, 보다 신속한 위치정보를 수집할 수 있는 방법이 여러 각도에서 모색되고 있다. On the other hand, Geographic Information System (GIS) is a technology that contains location information about terrain / ground that is used in various fields in recent years and its effectiveness is increasing day by day. Location information plays a very important role when analyzing various data using this GIS. Therefore, a method of collecting position information more quickly is being sought from various angles.

일 예로, 정부는 1990년 초부터 국책사업의 일환으로 GIS 프로젝트를 추진해오고 있다. 이 프로젝트의 주요 내용은 국가 기간산업의 전산화, 각종 국토개발 관련 설계 및 관리 등의 분야에 주안점을 두고 매년 기하 급수적으로 정부예산을 투입하고 있다. For example, the government has been pursuing GIS projects since the early 1990s as a part of national projects. The main contents of this project are centering on the field of computerization of national basic industry, design and management related to various land development, and expending government budget exponentially every year.

그러나 이러한 GIS 구축 프로젝트는 전통적인 측량방식으로 진행되어 막대한 재원과 고급기술자들의 비효율적인 작업 분담 및 막대한 시간의 낭비를 초래하고 있다. 특히, 도로와 관련된 시설물의 경우, 데이터 구축을 위해 항공사진 측량방법을 사용하고 있으나 맨홀, 소화전 등과 같은 소형 시설물 등의 측정이 이루어지지 않아 수많은 인력을 동원하여 개략적으로 현장조사를 실시하고 있는 실정이다. 이러한 측정방법은 대상물에 대한 정확한 위치정보를 확보하지 못함으로 인해 매우 위험한 결과를 초래할 가능성이 있다. However, these GIS construction projects proceed with traditional surveying methods, resulting in huge financial resources, inefficient sharing of work by advanced technicians, and wasted time. Especially, in the case of the facilities related to the road, although the aerial photogrammetric method is used to construct the data, the small facilities such as the manhole, the hydrant, etc. are not measured and a lot of manpower is used to perform a field survey roughly . This method of measurement may result in very dangerous results due to the lack of accurate location information for the object.

결국, 종래의 방식으로는 외부환경에 따른 효율성과 정확성 문제로 인해 변화하는 정보에 대한 적절한 대응이 이루어질 수 없는 문제점이 있다. 실례로 1차 국책 GIS 사업의 대부분이 국가기본도의 수치지도화, 지방자치단체와 공공기업의 도로 및 지하시설물 관리시스템 구축사업이 중심이 되었다. 이 사업들은 막대한 재원을 들여 항공사진 측량방법 및 지상측량방법 등에 의하여 데이터를 구축하고 있으나 단기적으로는 1∼2년, 장기적으로는 4∼5년의 시간이 경과하면 데이터베이스를 갱신하여야 하는 문제가 발생한다. 기존의 측량방식으로는 이상에서 언급한 장애들을 효율적으로 해결할 수 없는 문제가 있다. As a result, in the conventional method, there is a problem in that it is impossible to appropriately respond to the changed information due to the efficiency and accuracy of the external environment. For example, most of the primary national GIS projects were mainly geographical mapping of national basic maps, road and underground facilities management system construction of local governments and public enterprises. These projects are building up the data by aerial photogrammetry and ground survey method with enormous financial resources. However, if the period of time is 1 to 2 years in the short term and 4 to 5 years in the long term, it is necessary to update the database do. There is a problem that the above-mentioned obstacles can not be efficiently solved by the existing surveying method.

대한민국 특허 등록번호 제10-0446195호(2004. 08. 19.) “3차원 위치 측정 및 그 방법”Korean Patent Registration No. 10-0446195 (2004. 08. 19.) "Three-dimensional position measurement and its method"

상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 수치지도를 기본으로 하는 지리정보 시스템(GIS), 시설물관리 시스템(Facility Management System) 및 도시관리 시스템(Urban Information System)을 구축함에 있어서 필수적인 지형 지물의 위치정보에 대한 수치지도 데이터베이스를 신속, 정확하고 저렴한 비용으로 확보하고 수치지도 데이터베이스를 구축할 수 있도록 하는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템 장치를 제공하는 것이 그 목적이다. In order to solve the problems and necessities of the related art as described above, the present invention has constructed a geographic information system (GIS), a facility management system (Facility Management System) and a city management system (Urban Information System) It is an object of the present invention to provide a device for producing a digital map of three-dimensional position information, which is capable of quickly, accurately and inexpensively obtaining a digital map database of positional information of essential features in a digital map database, Purpose.

본 발명의 다른 목적은 수치지도에 있어서 시설물 위치정보를 3 차원으로 실시간 위치측정하여 데이터 베이스화하는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a system for producing a three-dimensional geographical information measurement digital map using a geotechnical system for real-time position measurement of facility location information in a 3D map in a digital map.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템은 우주부분과 제어부분 및 사용자부분으로 이루어지는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템에 있어서, 상기 사용자부분은 차량에 부착된 복수의 디지털 카메라들 각각으로부터 대상물들 각각에 대한 광학 영상 정보들을 획득하고; 수집된 상기 영상들 각각을 전기적인 신호로 처리하고 처리된 상기 신호들 각각을 저장하고; 상기 저장된 상기 신호들 각각으로부터 정지영상을 절취하고; 상기 정지영상을 각 프레임별로 좌측과 우측의 정지영상으로 세분하고; 수치사진측량기법을 이용하여 상기 각 프레임별 좌측과 우측 정지영상의 특징을 추출하여 정합하고; 상기 정합된 영상을 이용하여 상기 대상물들의 외부표정요소를 각각 결정하고; 상기 결정된 외부표정요소를 이용하여 상기 대상물들의 3 차원 지상좌표를 각각 결정하고; 그리고 좌표변환 알고리즘을 이용하여 상기 지상좌표를 국지좌표로 변환하되, 상기 변환시에는 관성항법 시스템과 지피에스를 매개변수로 도입하여 상기 대상물들에 대응하는 각각의 상기 국지좌표 및 상기 영상 정보를 데이터베이스화하고, 상기 수치사진측량기법은 영역기준정합법으로 이용하고, 상기 영역기준정합법은 상관계수정합법과 최소제곱정합법을 포함하되, 상기 차량에 설치되는 지피에스는 수평유지 지피에스 수신장치로 이루어지며 회로상자부와 수평유지부와 완충부를 포함하여 구성되고, 상기 회로상자부는 원통형상을 하는 원통부와 상기 원통부의 상측 평면을 형성하는 상측평면과 상기 상측평면의 중앙부분에 고정설치되는 지피에스 안테나와 상기 원통부의 하측 평면 중앙부분에 고정 설치되며 상기 회로상자부의 무게 중심이 아래 부분에 형성되도록 하는 무게추가 포함되어 구성되고, 상기 수평유지부는 회로상자부의 상부 측면 일부에 회동상태로 설치되어 굴곡과 경사지에서 상기 회로상자부의 수평 상태를 유지시키는 것으로 어느 한쪽 방향으로 180도 범위에서 회동하고 복수가 일직선상에 설치되는 제 1 회동축, 상기 제 1 회동축이 회동상태로 설치되며 복수가 일직선상에 설치되는 제 1 회동홀, 상기 제 1 회동홀이 일직선상에 형성되는 회동테, 상기 제 1 회동축과 직각 방향으로 설치되어 180도 범위에서 회동하며 복수가 일직선상에 설치되는 제 2 회동축, 상기 제 2 회동축이 회동상태로 설치되고 복수가 일직선상에 설치되는 제 2 회동홀을 포함하는 구성이고, 상기 완충부는 외부의 충격과 진동으로부터 수평유지 지피에스 수신장치를 2 단계로 보호하는 것으로 외부의 물리적 화학적 충격으로부터 회로상자부를 보호하는 보호프레임, 상기 보호프레임에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 1 단계로 완충하는 제 1 완충부, 상기 보호프레임에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 2 단계로 완충하는 제 2 완충부, 상기 수평유지 지피에스 수신장치를 상기 차량에 고정 설치하는 베이스프레임을 포함하여 이루어질 수 있다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a three-dimensional position information measurement digital map production system using a gefit, comprising: a space portion; a control portion; and a user portion, , The user portion obtaining optical image information for each of the objects from each of the plurality of digital cameras attached to the vehicle; Processing each of the collected images with an electrical signal and storing each of the processed signals; Extracting a still image from each of the stored signals; Subdividing the still image into left and right still images for each frame; Extracting features of the left and right still images of each frame by using a digital photogrammetric technique and matching them; Determining an external facial expression element of each of the objects using the matched image; Determining three-dimensional ground coordinates of the objects using the determined external facial expressions; And transforming the ground coordinates into local coordinates using a coordinate transformation algorithm, wherein the local coordinates and the image information corresponding to the objects are converted into a database by introducing the inertial navigation system and the GPS into parameters, , The digital photogrammetric technique is used as an area reference calibration method, the area reference calibration method includes a phase correlation correction method and a least squares fitting method, wherein the paper dust applied to the vehicle is composed of a horizontal holding fiber- Wherein the circuit box portion comprises a cylindrical portion having a cylindrical shape, an upper flat surface forming an upper flat surface of the cylindrical portion, and a grounding antenna fixedly installed at a central portion of the upper flat surface, The center of gravity of the circuit box portion And the horizontal holding part is provided in a rotating state on a part of an upper side surface of the circuit box part so as to maintain the horizontal state of the circuit box at a curved and inclined place, A first rotating shaft rotatably mounted on the rotating shaft and having a plurality of rotating coils arranged in a straight line, a first rotating shaft having the first rotating shaft installed in a rotating state and a plurality of rotating coils arranged in a straight line, A second rotating shaft installed in a direction perpendicular to the first coaxial shaft and rotating in a range of 180 degrees and provided in a straight line, a second rotating shaft rotatably mounted on the first rotating shaft, And two buffer holes, and the buffering portion protects the horizontal holding fiber-receiving device in two stages from external shocks and vibrations, A protective cushion for protecting the circuit box from physical and chemical impact, a first buffer for buffering the physical impact applied to the protection frame in the vertical direction in one step, a physical shock applied in the vertical direction to the protection frame, And a base frame for fixing the horizontal holding fiber-reception device to the vehicle.

상기와 같은 구성의 본 발명은 수치지도를 이용하는 지리정보 시스템, 시설물관리 시스템, 도시관리 시스템 등을 구축하는데 핵심이 되는 지형/지물 데이터베이스를 신속, 정확하며 저렴한 비용으로 실시간 구축한다. 특히, 본 발명은 도로 주변 시설물들의 3차원 위치정보 데이터를 실시간으로 구축한다. 따라서 본 발명은 상기한 시스템들을 구축함에 있어 인력과 시간의 낭비를 막고 자료의 갱신을 주기적으로 행할 수 있으며 갱신 비용을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 신속, 정확하며 주기적인 정보갱신이 실시간으로 가능해짐에 따라 기간 시설물들에 대한 설계, 시공과 관리의 효율성 증대, 산업 전반에 걸친 지형, 지물 정보의 신속한 제공과 선진국으로부터의 기술 도입에 따른 재원낭비 및 기술의 잠식을 방지하는 경제적인 파급 효과가 있다. The present invention having the above-described configuration realizes a terrain / object database that is a key to building a geographic information system, a facility management system, and a city management system using a digital map in a quick, accurate and low cost real- In particular, the present invention realizes three-dimensional location information data of facilities around the road in real time. Accordingly, the present invention can prevent the waste of manpower and time in constructing the above systems, update the data periodically, and minimize the update cost. In addition, according to the present invention, it is possible to quickly, accurately, and periodically update information in real time, thereby increasing the efficiency of designing, constructing and managing infrastructure facilities, quickly providing terrain information, There is an economic ripple effect that prevents wasting resources and technology from being introduced by technology introduction.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수치지도 영상정보의 3 차원 위치정보를 결정하는 순서도;
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수치지도 영상정보의 3 차원 위치정보를 결정하는 순서도;
도 3은 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템의 구성 요소들을 보여주는 도면;
도 4는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템의 인공위성과 그 궤도를 보여주는 도면;
도 5는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템을 이용하여 대상물의 위치정보를 측정하는 원리를 보여주는 도면;
도 6은 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템을 이용하여 기지점에 대한 미지점의 상대 위치를 측정하는 원리를 보여주는 도면;
도 7은 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템을 이용하여 산출된 대상물의 지상좌표를 3 차원의 국지좌표로 변환하는 모형을 보여주는 도면;
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 시설물 관리의 작업 진행 과정을 보여주는 순서도;
도 9는 도 8에 의해 완성된 시설물 관리 수치지도를 보여주는 도면;
도 10a는 도 9에 도시된 A 지점의 확대 도면;
도 10b는 도 9에 도시된 B 지점의 확대 도면;
도 10c는 도 9에 도시된 C 지점의 확대 도면;
도 10d는 도 9에 도시된 D 지점의 확대 도면;
도 11 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 수평유지 GPS 수신장치의 분해 사시도,
도 12 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 수평유지 GPS 수신장치의 평면도,
그리고
도 13 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 수평유지 GPS 수신장치의 A-A 단면도 이다.
1 is a flowchart for determining three-dimensional position information of a digital map image information according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a flowchart for determining three-dimensional position information of a digital map image information according to a second embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 3 is a view showing components of a 3D map generation system using a geofist; FIG.
FIG. 4 is a view showing a satellite and its orbit of a 3D map generating system using a digital map;
5 is a diagram illustrating a principle of measuring position information of an object using a three-dimensional position information measurement digital map production system using a gefit;
6 is a diagram illustrating a principle of measuring a relative position of a point on a known point using a three-dimensional position information measurement digital map production system using a gefit;
FIG. 7 is a diagram showing a model for converting the ground coordinates of an object calculated using a three-dimensional position information measurement digital map production system using geosites into three-dimensional local coordinates;
FIG. 8 is a flowchart showing the process of the facility management according to the third embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a facility management numerical map completed by FIG. 8; FIG.
10A is an enlarged view of a point A shown in FIG. 9; FIG.
FIG. 10B is an enlarged view of point B shown in FIG. 9; FIG.
FIG. 10C is an enlarged view of point C shown in FIG. 9; FIG.
FIG. 10D is an enlarged view of a point D shown in FIG. 9;
11 is an exploded perspective view of a horizontal GPS receiver according to an embodiment of the present invention,
12 is a plan view of a horizontal GPS receiver according to an embodiment of the present invention,
And
13 is an AA cross-sectional view of a horizontal GPS receiver according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 본 발명의 기술을 상세히 설명한다.Hereinafter, the technique of the present invention will be described in detail with reference to all the attached drawings.

본 발명의 설명에 있어서 선행기술 문헌인 특허 등록번호 제10-0446195호(2004. 08. 19.)에 기재된 내용을 모두 그대로 인용하며 후반부에서 본원발명의 핵심 기술 내용을 부가하여 상세히 더 설명하기로 한다. In the description of the present invention, the contents of the patent registration No. 10-0446195 (2004. 08. 19.), which is a prior art document, will be cited as it is and the details of the core technology of the present invention will be described later in detail do.

(구성)(Configuration)

본 발명에 따르면, 내부표정요소 결정, 외부표정요소 결정 및 영상정합 등의 알고리즘이 구축된다. 또한, 좌표변환 알고리즘에 의해 인공위성 자동 위치측정 시스템(GPS 수신장치)을 통해 산출되는 지상좌표가 3 차원의 국지좌표로 변환된다. 그리고 관성항법 시스템의 결과값을 절대표정시 이용할 수 있는 알고리즘이 구축된다.According to the present invention, algorithms such as internal facial expression determination, external facial expression determination, and image registration are constructed. Further, the ground coordinates calculated through the satellite automatic position measurement system (GPS receiving apparatus) are converted into three-dimensional local coordinates by the coordinate conversion algorithm. And an algorithm is constructed that can use the result of inertial navigation system in absolute expression.

본 발명의 일 특징에 따르면 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템은 우주부분(10)과 제어부분(12) 및 사용자부분(14)으로 구성되고, 사용자부분(14)은 인공위성 자동 위치측정 시스템(지피에스, GPS), 관성항법 시스템(INS), 속도 센서, 영상처리 시스템을 포함하며 지피에스, 관성항법 시스템, 속도센서 및 영상처리 시스템은 차량(운반수단, 운송수단)에 탑재된다. According to an aspect of the present invention, a three-dimensional position information measurement digital map generation system using a gefit comprises a space part 10, a control part 12 and a user part 14, (GPS), an inertial navigation system (INS), a speed sensor and an image processing system. The GPS, the inertial navigation system, the speed sensor and the image processing system are mounted on a vehicle (vehicle, vehicle).

상기 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템은 지피에스(인공위성 자동 위치측정 시스템), 관성항법 시스템, 속도 센서 중 선택된 어느 하나 이상 또는 모두를 결합하여 구성되고 일반도로, 고속도로 및 철도 등의 주변 시설물들에 대한 3 차원 위치정보를 정확하게 측정한다. The three-dimensional position information measurement digital map production system using the above-mentioned paper-and-legs is composed of a combination of at least one selected from a GPS (Automatic Positioning System for Satellite), an inertial navigation system and a speed sensor, Accurately measures the three-dimensional location information of facilities.

상기 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템은 디지털 카메라를 이용한 사진측량기법에 의해 시설물의 정확한 위치를 측정한다. 상기 사진특량기법에 의해서는 3 차원 실체시 영상(Stereo Image)이 획득된다. 획득된 3 차원 실체시(Stereo) 영상(Image)을 이용하여 확보된 위치정보는 실시간적으로 데이터베이스화 되며, 실체시 영상은 디지털 스테레오 카메라로 확보될 수 있다. 스테레오 카메라는 2개 또는 복수의 카메라를 일진선상에서 지정된 거리 간격으로 설치하고 각각의 카메라가 확보한 영상(이미지)를 분석 처리하고 투영하므로 인간이 눈으로 볼 수 있는 영상과 동일 유사한 입체감과 거리감을 느낄 수 있도록 하는 시스템 구성이며, 이미 잘 알려져 있으므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략하기로 한다. The digital map generation system using the above-described geophysical measurement device measures the precise position of a facility by photogrammetry using a digital camera. A 3D stereoscopic image is obtained by the photographic special technique. The location information obtained using the obtained 3D stereo image is stored in a database in real time, and the real image can be acquired by a digital stereo camera. A stereo camera is installed with two or more cameras at a specified distance on a single line, analyzes and processes the image (image) secured by each camera, so that the same stereoscopic feeling and distance as a human- And it is a well-known system configuration, so that detailed description will be omitted.

(작용) (Action)

본 발명에 따르면 내부표정요소 결정, 외부표정요소결정 및 영상정합 등의 알고리즘이 구축됨에 따라 디지털 비디오카메라를 이용한 수치사진측량 작업이 가능하다. 또한, 좌표변환 알고리즘과 인공위성 자동 위치측정 시스템을 통해 산출되는 지상좌표를 이용하여 3차원의 국지좌표로 변환이 가능하다. 그리고 관성항법 시스템의 결과값을 절대표정시에 이용할 수 있는 알고리즘을 구축함에 따라 대상물에 대한 3 차원의 위치 결정과 그 정확도에 대한 비교 및 분석을 효과적으로 수행할 수 있다. According to the present invention, numerical photogrammetric operations using a digital video camera are possible as algorithms for determining inner facial expression elements, determining outer facial expression elements, and image matching are constructed. In addition, it can be converted into three-dimensional local coordinates by using the coordinate transformation algorithm and the ground coordinates calculated by the satellite automatic position measurement system. In addition, by constructing an algorithm that can use the results of the Inertial Navigation System in absolute expression, it is possible to perform three-dimensional positioning of the object and to compare and analyze the accuracy thereof.

또한, 지리정보 시스템(GIS), 시설물관리 시스템 및 도시관리 시스템을 구축 하는데 핵심이 되는 지형 지물 데이터베이스를 신속, 정확 및 저렴한 비용으로 구축할 수 있다. 또, 도로와 철도 등 시설물에 관련된 3 차원 정보가 실시간으로 파악될 수 있다In addition, it is possible to construct a database of topographical objects that is essential for building a geographic information system (GIS), facility management system, and city management system at a fast, accurate and low cost. In addition, three-dimensional information related to facilities such as roads and railways can be grasped in real time

(실시예)(Example)

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

전술한 바와 같이, 본 발명은 토목분야의 측지, 수치사진측량, 수치지도제작 및 지리정보 시스템 기술을 통합한 최첨단 측량기술로 일반도로, 고속도로, 철도 등의 주변 관련 시설물들에 대한 3 차원 위치정보를 인공위성 자동 위치측정 시스템(GPS 수신장치), 관성항법 시스템과 속도센서를 결합하여 정확하게 측정하고, 두 대의 디지털 비디오 카메라를 이용하여 사진 측량기법에 의한 3 차원 실체시(Stereo) 영상을 획득한 후 실내 작업을 통해 시설물관리시스템, 지리정보시스템 구축을 위한 데이터베이스의 구축을 효율적으로 수행할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명은 인공위성 자동 위치측정 시스템(GPS), 관성항법 시스템(INS)과 속도 센서(Odometer)를 결합하여 대상물에 대한 정확한 3 차원 위치를 결정하고, 두 대의 디지털 비디오 카메라(CCD CAMERA)를 이용하여 측정 대상물의 3 차원 위치를 실체시 영상으로 획득하여 데이터베이스를 구축한다. As described above, the present invention is a state-of-the-art surveying technology that integrates geodetic geodetic surveying, digital photogrammetry, digital mapping, and geographic information system technology to provide three-dimensional location information on surrounding facilities such as general roads, expressways, (GPS receiver), an inertial navigation system and a velocity sensor to measure accurately, and a three-dimensional stereoscopic image is acquired by photogrammetry using two digital video cameras Through the indoor work, it is possible to efficiently construct the database for building the facility management system and the geographic information system. That is, the present invention combines an automatic positioning system (GPS), an inertial navigation system (INS), and a speed sensor (Odometer) to determine an accurate three-dimensional position of an object and two digital video cameras (CCD CAMERA) The three-dimensional position of the measurement object is acquired as the real-time image and a database is constructed.

특히, 차량 등의 운반구에 설치되는 지피에스(GPS) 시스템의 경우 GPS 인공위성이 발신하는 GPS 신호를 직선거리에서 일정하게 수신하므로 위치정보의 정확도와 신뢰도를 높일 수 있다. Especially, in the case of a GPS system installed in a vehicle such as a vehicle, accuracy and reliability of position information can be improved because GPS signals transmitted from GPS satellites are constantly received at a straight line distance.

2 개의 카메라(예컨데, CCD CAMERA)가 차량 등의 운반구(예컨데, 차량의 지붕 위)에 부착된다. 두 대의 카메라는 차량의 지붕 위 등에 단단하게 고정되고, 차량이 포함되는 운반수단의 운행 중에 그들의 위치 변화가 생기지 않도록 한다. 두 대의 카메라가 차량에 고정되기 때문에, 차량이 어느 곳에 위치하더라도 카메라의 외부표정요소는 정해진 값을 이용하여 사진측량에 의한 모형좌표를 구할 수 있도록 한다. 정확한 카메라의 표정요소들을 구하기 위해 정밀하게 제작된 타겟을 이용하여 상호표정 과정을 수행한다.Two cameras (for example, CCD CAMERA) are attached to a vehicle such as a vehicle (for example, on the roof of the vehicle). The two cameras are firmly fixed to the roof of the vehicle and prevent their position changes during operation of the vehicle including the vehicle. Since the two cameras are fixed to the vehicle, the external facial elements of the camera can be used to obtain model coordinates by photogrammetry, regardless of where the vehicle is located. In order to obtain accurate facial elements of the camera, we perform mutual facial expression process using a precisely produced target.

수치사진측량에서 두 장 이상의 중복 촬영된 수치사진영상에서 동일한 점이 피사된 입체쌍을 찾아내는 기술, 즉, 카메라 영상의 영상정합이 사용된다. 기계적/해석적 사진측량기술에서는 이러한 작업이 도화사의 판독에 바탕을 두고 이루어지나, 수치지도용 사진측량에서는 컴퓨터에 의한 수치적인 계산으로 진행된다. 영상정합은 사진으로부터 표고를 추출하거나 등고선 생성, 점이동(Point Transfer), 사진의 표정, 사진기준점측량(Photogrammetric Triangulation)에 적용될 수 있다. 그러나 어떠한 영상정합 알고리즘도 인간의 판단과 지적 능력에 의해서 수행되는 것만큼 만족스러운 결과를 산출하지는 못하고 있다. 이러한 이유로 영상정합에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다.In digital photogrammetry, two or more overlapping photographed images are used to find stereoscopic pairs that have the same point, that is, image matching of the camera image is used. In mechanical / analytical photogrammetry, this work is done on the basis of the reading of the paintings, but in digital photogrammetric surveys it is done by computer numerical calculations. Image registration can be applied to extraction of elevation from photographs, contour generation, point transfer, photographic expression, photogrammetric triangulation. However, any image matching algorithm can not produce satisfactory results as it is performed by human judgment and intellectual ability. For this reason, many researches on image matching are proceeding.

영역기준정합(Area Based Matching)에서 정합점을 찾기 위한 요소는 밝기 값이다. 즉, 영역기준정합은 왼쪽 사진의 일정한 구역을 기준으로 설정한 후 이에 해당하는 오른쪽 사진의 동일구역을 일정한 범위 내에서 이동시키면서 밝기값 사이에 높은 상관관계를 나타나는 점들을 찾아내는 원리를 이용하는 기법이다. 영역기준정합은 상관계수정합법(Cross Correlation Method)과 최소제곱정합법(Least Square Matching)으로 이분된다.The element for finding the matching point in area based matching is the brightness value. In other words, the area reference matching is based on the principle of finding a point having a high correlation between the brightness values while moving the same area of the right picture corresponding to the certain area of the left picture as a reference. The domain reference matching is divided into a cross correlation method and a least square matching method.

상관계수정합은 중복 촬영된 한 쌍의 사진간에 비교가 이루어진다고 할 때, 첫 번째 사진 상에 있는 어떤 점을 중심으로 하는 기준창틀(Reference Window, Target Window)을 설정하고, 두 번째 사진 상에서 공액점이 존재한다고 가정이 되는 영역 즉, 탐색창틀(Searching Window) 또는 탐색영역을 설정한다. 탐색창틀내의 임의의 한 점(n,m)을 중심으로 하고 기준창틀과 같은 크기의 창틀 즉 비교창틀이 있다고 하면, 기준창틀의 크기를 N×M이라 할 때 두 창틀간의 상관계수 r(n,m)은 다음과 같다. Correlation Coefficient Matching When a comparison is made between a pair of overlapping photographs, a reference window (Target Window) centered on a point on the first picture is set, and a conjugate point is set on the second picture A searching window or a search area is set. Assuming that the reference window frame has the same size as the reference window frame, that is, the comparison window frame, with the center of an arbitrary point (n, m) in the search window frame, the correlation coefficient r (n, m) is as follows.

Figure 112018096231318-pat00001
Figure 112018096231318-pat00001

여기서,here,

r(n, m) : 기준창틀과 비교창틀과의 상관계수, -1≤r(n, m)≤1의 값을 가진다.r (n, m): a correlation coefficient between the reference window frame and the comparison window frame, and -1 r (n, m) 1.

G_w (x,y) : 기준창틀의 (x, y)에서 영상의 밝기값G_w (x, y): brightness value of the image at (x, y) of the reference window frame

G_s (x,y) : 비교창틀의 (x, y)에서 영상의 밝기값G_s (x, y) is the brightness value of the image at (x, y)

Figure 112018096231318-pat00002
: 기준창틀 내 영상소 밝기값들의 평균
Figure 112018096231318-pat00002
: Average of brightness values of the image in the reference window frame

Figure 112018096231318-pat00003
: 비교창틀 내 영상소 밝기값들의 평균
Figure 112018096231318-pat00003
: Average of brightness values of the image in the comparison window frame

기준 영역Reference area 1One 22 33 44 55 66 77 88 99

탐색 영역Search area 1One 22 33 44 55 66 77 88 99

표 1은 기준영역, 표 2는 탐색영역으로, 표 1과 표 2는 상관계수정합법에서 기준창틀과 탐색창틀을 이용하여 영상정합점을 구하기 위한 표들이다.Table 1 shows the reference area, Table 2 shows the search area, and Tables 1 and 2 show the tables for obtaining the image matching points using the reference window frame and the search window frame in the phase correlation correction method.

기준창틀은 보통 홀수의 영상소들을 갖는 정사각형 또는 직사각형을 사용한다. 기준창틀과 비교창틀간의 상관계수 r(n,~m)이 최대인 점을 찾고, 그때의 상관계수 r(n,~m)이 임계치 이상이면 그 점을 영상정합점이라고 판단한다. 이 방법은 기준창틀만큼만 비슷하면 정합점이라고 판단하기 때문에 전혀 중복되지 않은 부분에서도 임계치 이상의 상관계수를 가지는 정합쌍이 존재하는 경우가 많다. 영상정합에 영향을 미치는 요소는 기준영역의 크기와 탐색영역의 크기이고 기준영역의 크기가 작으면 상관계수에 대한 신뢰도가 떨어지게 되므로 가장 정확한 영상정합을 위하여 적절한 크기의 기준영역을 결정하는 것이 중요하다. 또한, 본 발명은 식 (1)의 상관계수법을 사용하여 영상정합을 수행할 때, 계산속도를 향상시키기 위해 다음과 같은 변형식을 이용한다. The reference window frame typically uses a square or rectangle with an odd number of pixels. If the correlation coefficient r (n, ~ m) between the reference window frame and the comparison window frame is the maximum, the point is considered as the image matching point if the correlation coefficient r (n, ~ m) at that time is more than the threshold value. In this method, if the reference window frame is similar to the reference window frame, it is determined that the matching point is present. Since the factors affecting the image registration are the size of the reference region and the size of the search region and the size of the reference region is small, the reliability of the correlation coefficient is low. Therefore, it is important to determine an appropriate size reference region for the most accurate image matching . Further, the present invention uses the following variant to improve the calculation speed when performing image matching using the correlation coefficient method of Equation (1).

Figure 112018096231318-pat00004
Figure 112018096231318-pat00004

한편, 최소제곱정합법은 두 창틀간의 화소 값들의 차이의 제곱의 합이 최소로 되는 점을 매칭점이라고 판단하는 방법이다. 상기 정합법은 Akermann 등이 제안 한 것으로, 두 창틀(Window)이 올바른 매칭쌍 근처에 있다고 가정할 때, 두 창틀은 화소 값의 함수로 표현되고 두 창틀간의 영상소 밝기값의 차이는 크게 기하학적 차이와 방사량 차이(Radiometric Difference)에 기인한다. 기하학적 차이는 근본적으로 두 사진의 외부표정요소가 다르기 때문에 생기는 문제들과 사진을 디지털화하기 위해 주사할 때 주사선의 시작 위치와 주사의 방향, 주사선의 간격 등의 차이에 기인하는 것들이다. 방사량 차이는 똑같은 지역이라도 촬영, 필름의 현상 및 주사과정에서 발생하는 전체적인 또는 부분적인 밝기의 차이 그리고 사진의 디지털화 과정에서 생기는 각종 잡음들이다. On the other hand, the least squares fit method is a method of determining a point where the sum of the squares of the differences of the pixel values between the two window frames becomes minimum as a matching point. The matching method is proposed by Akermann et al., And assuming that the two window frames are near the correct matching pair, the two window frames are expressed as a function of the pixel values, and the difference in the image brightness values between the two window frames is represented by a geometric difference And radiated differences (Radiometric Difference). The geometric differences are fundamentally due to differences in the external facial elements of the two photographs and the differences in the starting position of the scanning line, the direction of the scanning, and the spacing of the scanning lines when scanning to digitize the photographs. Difference in the amount of radiation is the difference in total or partial brightness occurring in shooting, film development and scanning process in the same region, and various noise generated in the process of digitizing a photograph.

기준창틀의 크기를 N×M, 기준창틀의 밝기값을 G_w (x_w, y_w ), 탐색창틀에서 임의의 비교점을 중심으로 하고 기준창틀과 똑같은 크기를 갖는 비교창틀의 밝기값을 G_s (x_s ,y_s ) 그리고 탐색창틀에서 초기 근사치의 밝기값을 G_s^0 (x_s^0 ,y_s^0 )이라 한다면, 목표는 다음과 같은 밝기값의 차이가 최소가 되는 (x_s ,y_s )를 결정하는 것이다.G_s (x_s, y_w), G_s (x_s, y_w) is the brightness value of the reference window frame, y_s) and the brightness of the initial approximation in the search window is G_s ^ 0 (x_s ^ 0, y_s ^ 0), the goal is to determine (x_s, y_s) where the difference in brightness is minimized as follows.

Figure 112018096231318-pat00005
Figure 112018096231318-pat00005

수학식 (3)은 다음과 같이 쓸 수 있다.Equation (3) can be written as

Figure 112018096231318-pat00006
Figure 112018096231318-pat00006

여기서, G_s_x ,G_s_y는 x 및 y 방향의 밝기값의 변화량으로 다음과 같은 식으로 나타낸다.Here, G_s_x and G_s_y are the amounts of change in the brightness values in the x and y directions, and are expressed by the following equations.

Figure 112018096231318-pat00007
Figure 112018096231318-pat00007

두 창틀내의 좌표들은 피사체 공간(object space)에 있는 공통되는 표면과 투영변화의 관계에 있다. 정합이 될 매우 작은 크기의 창틀을 생각하면, 두 창틀간에 기하학적인 관계를 등각(Conformal) 사상변환, 부등각 사상변환(Affine) 등으로 근사적으로 가정할 수 있다. 두 창틀간에 다음과 같은 부등각 사상변환이 성립한다고 가정하면, The coordinates in the two window frames are in relation to the projection changes with a common surface in the object space. Considering the very small size window frame to be matched, we can approximate the geometric relationship between the two window frames by conformal mapping and affine mapping. Assuming that the following anisotropic transformation is established between the two window frames,

Figure 112018096231318-pat00008
Figure 112018096231318-pat00008

로 나타내며, 부등각 사상변환의 양변을 매개변수에 대하여 미분하고, 이것들을 상기 식(4)에 대입하면 관측방정식은 다음과 같다., And both sides of the anisotropic transformation are differentiated with respect to the parameters, and these are substituted into the above equation (4), the observation equation is as follows.

Figure 112018096231318-pat00009
Figure 112018096231318-pat00009

기준창틀과 탐색창틀간에 대응되는 각 화소 쌍마다 하나씩의 관측방정식이 형성되어 N×M 크기의 창틀에 대해 N×M 개의 방정식이 유도된다. 이것을 행렬을 써서 나타내면,One observation equation is formed for each corresponding pixel pair between the reference window frame and the search window frame to derive N × M equations for an N × M window frame. When this is expressed using a matrix,

Figure 112018096231318-pat00010
Figure 112018096231318-pat00010

여기서, here,

Figure 112018096231318-pat00011
Figure 112018096231318-pat00011

위 식의 최소제곱 해는,The least squares solution of the above equation is:

Figure 112018096231318-pat00012
Figure 112018096231318-pat00012

여기서, W는 무게행렬(weight matrix)이다.Here, W is a weight matrix.

이상과 같은 과정을 통해 얻어진 변환 매개변수를 사용하여 비교창틀에 대해 영상재배열(Image Resampling)을 하고 좌표를 갱신한다.Using the transformation parameters obtained through the above process, image resampling is performed on the comparison window frame and the coordinates are updated.

새로운 비교창틀의 중심은 다음과 같다. The center of the new comparison window frame is as follows.

Figure 112018096231318-pat00013
Figure 112018096231318-pat00013

동일한 방법으로 또 새로운 관측방정식을 만들고 해를 구한다. 이 작업을 반복하여 수렴할 때까지 계속하여 해를 구한다.In the same way, we create a new observation equation and solve the problem. Repeat this operation until the convergence is obtained.

영상재배열을 하는 방법에는 입력 격자상에서 가장 가까운 점의 영상소의 밝기값을 이용하는 최근린보간법(Nearest Neighborhood Interpolation), 인접하는 4점의 영상소 밝기값을 이용하는 공일차보간법(Bilinear Interpolation), 인접하는 16점 영상소 밝기값을 이용하는 공이차보간법(Bicubic Interpolation)등이 있다. 본 발명에서는 공이차보간법을 사용한다. 이러한 방법은 이미 잘 알려져 있다. The methods of image rearrangement include Nearest Neighborhood Interpolation using the brightness value of the nearest point on the input grid, Bilinear Interpolation using the brightness values of adjacent four points, And a bicubic interpolation method using a 16-point image brightness value. In the present invention, a pitch interpolation method is used. This method is already well known.

최소제곱정합법의 경우, 두 창틀의 전체적인 밝기의 차이에 대한 보정을 별도로 반복 계산 전에 실시해야 한다. 보정 방법으로는 두 창틀의 화소값의 평균과 분산을 같게 만들어주는 방법을 쓴다. 다음 식을 쓰면 두 창틀의 화소값의 평균과 분산이 같아진다. 기준창틀 화소의 평균을 , 표준편차를 sigma_w, 비교창틀 화소의 평균을 , 표준편차를 sigma_s, 비교창틀의 임의의 화소값을 G_s, 그리고 보정된 화소값을 G_s '라 하면, In case of least squares fitting, a correction for the difference in overall brightness of the two window frames must be performed separately before the iterative calculation. As a correction method, a method of making the average and variance of pixel values of two window frames equal is used. The following equation gives the average and variance of the pixel values of the two window frames. Assuming that the average of the reference window frame pixels is sigma_w, the standard deviation is the average of the comparison window frame pixels, the standard deviation is sigma_s, the arbitrary pixel value of the comparison window frame is G_s, and the corrected pixel value is G_s'

Figure 112018096231318-pat00014
Figure 112018096231318-pat00014

상기 식으로부터 최소제곱 매칭의 위치 정밀도는 가장 높으나 초기의 근사 위치가 틀릴 경우 상당한 수렴이 되므로, 매칭점의 초기 근사 위치가 2~3 화소 내에 있어야 한다. From the above equations, the positional precision of least squares matching is the highest, but when the initial approximate position is wrong, the convergence is considerable, so the initial approximate position of the matching point should be within 2 to 3 pixels.

형상기준정합(Feature Based Matching)은 대응점을 발견하기 위한 기본자료로서 특징(점, 선, 영역 등이 될 수 있으나 일반적 경계정보를 의미함)적인 인자를 추출하는 기법이다. 상기 형상기준정합은 두 영상에서 대응하는 특징을 발견하여 대응점을 찾아내는데, 이 경우 각점에 대한 평균값이나 분산과 같은 대표값을 계산하여 두 영상의 값을 서로 비교한 후 공액점을 이용한다. 이 방법은 각각의 수치화된 영상에서 어떤 화상함수의 특성을 가지는 특징점(InterestPoint)을 추출하고, 이들 간에 영상정합을 실시한다. 특징점을 추출하는 방법에 관하여 Moravec, Hannah 그리고 Forstner 등이 각각 제안하였는데, 이 중에서 Forstner가 제안한 Forstner Interest Operator가 많이 쓰인다. Forstner Interest Operator는 모서 리, 특징 점 그리고 원형물체의 중심을 검출하는 것으로 다음과 같은 것이 있다.Feature Based Matching is a technique for extracting factors that are characteristic (point, line, area, etc., but mean general boundary information) as basic data for finding corresponding points. The shape reference matching finds the corresponding feature in two images and finds a corresponding point. In this case, a representative value such as an average value or a variance is calculated for each point, and the values of the two images are compared with each other, and a conjugate point is used. In this method, feature points (InterestPoints) having the characteristics of an image function are extracted from each digitized image, and image matching is performed therebetween. Moravec, Hannah, and Forstner have proposed a method for extracting minutiae points. Among them, Forstner Interest Operator, which is proposed by Forstner, is widely used. Forstner Interest Operator detects edges, feature points, and the center of a circular object.

가령, 영상의 x, y 방향의 화소값의 변화량(gradient)를 g_x, ~g_y라 하자. 이것은 Robert Operator나 Sobel Operator로 컨벌루션(convolution)하여 계산한다.For example, let the gradients of the pixel values of the image in the x and y directions be g_x, ~g_y. This is calculated by convolving with the Robert Operator or the Sobel Operator.

Roberts OperatorRoberts Operator 00 1One -1-One 00

Sobel OperatorSobel Operator -1-One 00 1One -2-2 00 22 -1-One 00 1One 1One 22 1One 00 00 00 -1-One -2-2 -1-One

이어서, 다음과 같은 정규행렬 N을 계산한다.Then, the following normal matrix N is calculated.

Figure 112018096231318-pat00015
Figure 112018096231318-pat00015

계속해서, 다음과 같은 특징값 w, q를 산출한다.Subsequently, the following feature values w and q are calculated.

Figure 112018096231318-pat00016
Figure 112018096231318-pat00016

여기서, detN은 N의 determinant, trN은 N의 trace를 의미한다. w는 오차타원의 크기에 관계되고 contrast에 비례한다. q는 오차타원체의 형상에 관계되는 요 소로 0 에서 1 사이의 값을 갖는다. q가 1이면 완전한 원이 된다. 임계치를 넘는 q, w를 갖는 점들 중에서 해당점 근처에서 w가 최대가 아닌 점은 모두 제거하고 남는 점을 특징점으로 인식한다. q, w는 두 점간의 영상정합의 가부를 결정하는 명확한 기준은 되지 못하므로 흔히 특징점들간의 상관계수를 비교하는 방법 등과 병행해서 사용된다.Here, detN means a determinant of N, and trN means a trace of N. w is related to the size of the error ellipse and is proportional to the contrast. q is a factor related to the shape of the error ellipsoid and has a value between 0 and 1. If q is 1, it is a complete circle. Among the points having q and w exceeding the threshold value, all points having a maximum value in the vicinity of the corresponding point are removed, and the remaining points are recognized as the feature points. q and w are not used as definite criteria for determining whether or not image matching between two points is possible. Therefore, they are often used in combination with a method of comparing correlation coefficients between feature points.

수치사진측량 시스템 소프트웨어 개발과 관련하여 본 발명은 다음과 같은 제원을 갖는 디지털 비디오 카메라를 사용한다.In relation to the development of digital photogrammetry system software, the present invention uses a digital video camera having the following specifications.

제품명product name colar camera 15DSPcolar camera 15DSP 제조사manufacturer KAPPA opto-electronics GmbH(U.S.A)KAPPA opto-electronics GmbH (U.S.A) TypeType 1/2“ interline - transfer-CCD with
complementary colar filter
1/2 "interline - transfer-CCD with
코스터ARY 칼라 필터
AreaArea 6.45 * 4.8[mm], 768 * 494 pixel6.45 * 4.8 [mm], 768 * 494 pixels ResolutionResolution 480 lines(horizontal)480 lines (horizontal) Power supplyPower supply 12V DC/3W12V DC / 3W Housing fiameterHousing fiameter 73 * 50 * 148[mm], 410g73 * 50 * 148 [mm], 410 g

표 5의 카메라 제원으로부터, 본 발명은 최대 811 ×508 영상소를 취득할 수 있고, 유효 영상소의 크기는 768 ×494 pixel 이다. 본 발명은 640 ×480 pixel을 사용한다.From the camera specifications in Table 5, the present invention can acquire a maximum of 811 x 508 pixels, and the effective pixel size is 768 x 494 pixels. The present invention uses 640 x 480 pixels.

본 발명의 디지털 비디오 카메라는 실체시 영상의 수집과 3차원 위치정보 수집을 위하여 GPS 안테나와 함께 차량의 지붕에 부착된다. 또한, 상세히 후술되겠지만, 차량의 실내에는 GPS 수신기와 데이터 처리용 노트북 및 관성항법 시스템(INS)을 설치한다. The digital video camera of the present invention is attached to a roof of a vehicle together with a GPS antenna for collection of real-time images and for collecting three-dimensional position information. Further, as will be described later in detail, a GPS receiver, a data processing notebook, and an inertial navigation system (INS) are installed in a vehicle interior.

디지털 비디오 카메라를 이용한 수치사진측량 시스템을 위한 소프트웨어는 Microsoft사의 visual C++ 언어를 이용하여 Windows 환경의 컴퓨터상에서 보다 신속하고 정확한 영상처리를 수행한다.Software for digital photogrammetric systems using digital video cameras uses Microsoft's visual C ++ language to perform faster and more accurate image processing on computers running Windows.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 영상정보의 3 차원 지상좌표를 결정하는 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart for determining three-dimensional ground coordinates of image information according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 단계 16 내지 단계 20에서는 차량 지붕에 각각 부착된 두 대의 디지털 카메라를 이용하여 대상물의 영상을 촬상한다. 단계 24에서는 카메라의 광학 조절부를 통해 촬상소자로 수집된 각각의 영상을 전기적인 신호로 처리하고 이를 메모리에 저장한다. 단계 26에서는 단계 24로부터 정지영상을 절취한다. 단계 28과 단계 30들에서는 각 프레임별로 좌측과 우측의 정지영상으로 구분한다. 단계 32에서는 단계 28과 단계 30으로부터의 각 프레임별 정지영상을 정합한다. 단계 36에서는 단계 32로부터의 영상정합을 이용하여 외부표정요소를 결정한다. 단계 38에서는 단계 36으로부터 산출된 외부표정요소를 이용하여 대상물의 3차원 지상좌표를 결정한다. 단계 44에서는 좌표변환 알고리즘을 통해 단계 38의 지상좌표를 국지좌표로 변환한다. 이때, 관성관측장치(IMU)(40)와 GPS 신호를 수신(42)하고, 이들을 매개변수로 이용된다. Referring to Fig. 1, in steps 16 to 20, two digital cameras attached to a vehicle roof are used to capture an image of an object. In step 24, each image collected by the image pickup device through the optical adjusting unit of the camera is processed as an electrical signal and stored in a memory. In step 26, the still image is cut from step 24. In steps 28 and 30, each frame is divided into left and right still images. In step 32, the still images for each frame from step 28 and step 30 are matched. In step 36, the image matching from step 32 is used to determine an external facial expression element. In step 38, the three-dimensional ground coordinates of the object are determined using the external facial expression element calculated from step 36. In step 44, the ground coordinates of step 38 are converted into local coordinates through the coordinate transformation algorithm. At this time, GPS signals are received (42) with the inertial observer (IMU) 40, and these are used as parameters.

카메라의 영상으로부터 3 차원의 지상좌표를 결정하기 위해, 윈도우상의 영상창에는 상하좌우로 움직이는 스크롤바(scroll bar)가 있어, 작업화면보다 큰 영상도 처리할 수 있도록 한다. 확대 대상영역은 2배, 4배 최대 7배까지 가능하다. 작업화면 맨 아래의 상태바 우측엔 마우스가 위치하여 지점의 (x,~y) 좌표와 밝기값을 RGB값으로 표시한다. 마우스의 좌측버튼을 누르면 1번부터 번호가 순차적으로 붙어 영상에서 측점을 선택하여 영상좌표를 등록할 수 있다.In order to determine the three-dimensional ground coordinates from the image of the camera, the image window on the window has a scroll bar moving up and down and left and right so that an image larger than the work screen can be processed. The enlargement target area can be 2 times, 4 times, up to 7 times. The mouse is positioned on the right side of the status bar at the bottom of the work screen, and the (x, y) coordinates and brightness values of the point are displayed as RGB values. When the left button of the mouse is pressed, the image coordinates can be registered by selecting the point from the image sequentially from the number 1.

측점의 번호는 변경, 삭제가 가능하고 영상에서 번호 표시를 감출 수 있도록 한다. 자료의 입력, 출력 및 수정을 위해 간단한 문서 편집기를 추가하여 문서의 저장, 출력 이외에 자르 기, 복사, 붙이기 등의 편집기능을 지원한다.The number of the station can be changed and deleted, and the number display in the image can be hidden. A simple text editor is added for inputting, outputting and modifying the data, so that editing, cutting, copying, pasting and editing functions are available in addition to saving and printing of documents.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 영상처리용 소프트웨어를 이용하여 수치사진측량공정을 원활히 수행한다.As described above, the present invention smoothly performs a digital photogrammetric process using image processing software.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 영상정보의 3 차원 위치해석과정을 보여주는 순서도이다. 도 2를 참조하여, 본 발명의 대상물에 대한 3 차원 위치해석과정은 다음과 같다. FIG. 2 is a flowchart illustrating a three-dimensional position analysis process of image information according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a three-dimensional position analysis process for an object of the present invention is as follows.

단계 46과 단계 48에서는 차량위에 부착된 두 대의 카메라를 이용하여 각각의 우측 영상과 좌측 영상을 수집한다. 단계 50에서는 수집된 영상으로부터 좌측 영상의 특징점을 추출한다. 단계 52에서는 전술한 상관계수법을 사용하여 영상의 정합점을 구한다. 계속해서, 단계 54에서는 정합 강도에 따른 불량 정합점을 제거하는 일련의 과정을 진행한다. In steps 46 and 48, the right and left images are collected using two cameras attached on the vehicle. In step 50, the feature points of the left image are extracted from the collected images. In step 52, a matching point of the image is obtained using the correlation coefficient method described above. Subsequently, in step 54, a series of processes for eliminating the defective matching points according to the matching strength is performed.

단계 56에서는 상기 단계들(46 ~ 54)을 통해 얻어진 영상이 최하위 단계의 영상인가를 판단한다. 판별 결과가 최하위 영상이면 다음 단계 58으로 넘어가지만, 그렇지 않는 경우에는 다시 단계 52로 피드백되어 상관계수법을 이용한 영상정합 과정을 반복한다. 단계 58에서는 최하위 단계의 영상인 경우, 계속해서 최소제곱 영상정합을 수행한다. 단계 60에서는 전술한 공간후방교선법에 의한 외부표정요소를 결정한다. 단계 62에서는 상기 단계 60으로부터 결정된 외부표정요소를 이용하여 공간전방교선법을 수행한다. 그리고 단계 64에서는 최종적으로 대상물의 3차원 좌표를 결정한다.In step 56, it is determined whether the image obtained through the steps (46 to 54) is the lowest level image. If the discrimination result is the lowest, the process proceeds to the next step 58. Otherwise, the process returns to the step 52 to repeat the image matching process using the correlation coefficient method. In step 58, if the image is the lowest level, the least squares image matching is performed continuously. In step 60, an external facial expression element is determined by the above-described space backward-ray tracing method. In step 62, a space forward crossing method is performed using the external facial expression element determined in step 60. [ In step 64, the three-dimensional coordinates of the object are finally determined.

도 3 은 인공위성 자동 위치측정 시스템을 이용한 대상물의 위치 결정에 필요한 구성요소들을 개략적으로 보여준다.FIG. 3 schematically shows the components necessary for positioning an object using the satellite automatic positioning system.

통상, 인공위성을 이용한 대상물의 위치 결 정에는 GPS 외에도 관성항법 시스템(INS)과 같은 보조 시스템들이 추가로 구비된다.In general, auxiliary systems such as an Inertial Navigation System (INS) are additionally provided in addition to GPS to determine the position of an object using a satellite.

먼저, GPS를 이용한 위치결정 시스템에 관하여 살펴본다.First, a positioning system using GPS will be described.

전술한 바와 같이, GPS란 Global Positioning System의 약자로 범지구적 위치결정 체계라 할 수 있는 인공위성 자동 위치측정 시스템이다. GPS는 지상, 해상, 공중 등 지구상의 어느 곳에서나 시간제약 없이 인공위성에서 발신하는 정보를 수신하여 정지 또는 이동하는 물체의 위치를 측정할 수 있다. As described above, GPS is an abbreviation of Global Positioning System and is a satellite automatic positioning system which can be called a global positioning system. GPS can measure the position of an object that is stationary or moving by receiving information originating from a satellite without any restriction on the earth, sea or air.

도 3을 참조하여 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템을 설명하면 크게 우주부분(Space Segment)(10)과 제어부분(Control Segment)(12) 및 사용자부분(User Segment)(14) 등의 3부분으로 구성된다.A space segment 10, a control segment 12, and a user segment 14 are formed in a three-dimensional position information measurement digital map production system using a three- And the like.

GPS에 관한 연구 개발은 1973년에 미 해군의 TIMATION 프로그램과 미 공군의 621B 프로젝트가 미국방성 프로젝트로 통합되면서 NAVSTAR (NAVigation Satellite Time And Ranging)로 명명되면서 본격적으로 추진되기 시작하였다. GPS의 위성은 1978년 2월부터 시험위성인 Block-I 위성이 발사되었고, 1989년 2월부터 실용위성인 Block-II 위성이 발사되기 시작하였다. 도 4를 참조하여, 현재 총 24개의 위성이 가동되고 있는데, 전세계적으로 항상 4 개 이상의 위성으로부터 전파를 수신하여 시간의 제약없이 3차원적인 위치를 측정할 수 있다.GPS research and development began in earnest in 1973 when the US Navy's TIMATION program and the US Air Force's 621B project were merged into the United States Defense Initiative, NAVSTAR (NAVIGATION Satellite Time And Ranging). The GPS satellite, Block-I satellite, was launched from February 1978, and the Block-II satellite, a practical satellite, was launched in February 1989. Referring to FIG. 4, a total of 24 satellites are currently in operation, and three-dimensional positions can be measured without any time limitation by receiving radio waves from four or more satellites all over the world.

도 4를 참조하여, GPS 위성군은 6 개의 궤도에 실용위성 21 개와 궤도상의 예비위성 3 개 등 총 24 개로 구성된다.Referring to FIG. 4, the GPS satellite group is composed of twenty-four GPS satellites in total, including twenty-one practical satellites and three orbital standby satellites in six orbits.

위성궤도의 반경은 약 20,183 Km의 원이다. 궤도 경사각은 적도를 기준으로 55°이다. 승교점 적경간격이 60°로 6 개의 궤도면에 4 개씩의 위성이 배치된다. 실용위성의 공전주기는 0.5일 이고 개별 수명 은 7.5년으로 계획되어 있다.The radius of the satellite orbit is about 20,183 Km. The orbital inclination angle is 55 ° relative to the equator. Four successive satellites are arranged on six orbital planes with a right ascension threshold of 60 degrees. The orbital period of the practical satellite is planned to be 0.5 days and the individual life is 7.5 years.

각 위성은 세슘 원자시계 2 대, 루비듐 원자시계 2 대를 탑재하고 있다. 각각의 무게는 약 845kg이다.Each satellite is equipped with two cesium atomic clocks and two rubidium atomic clocks. Each weighs about 845kg.

제어부분 즉, 지상제어국(도 3의 12)에서 수행하는 업무는 위성에서 송신되는 신호의 품질 점검, 위성궤도의 추적, 위성에 탑재된 각종 기기의 동작상태 점검 및 그 밖의 각종제어 작업 등이 있다. 지상제어국(12)은 전세계적으로 5 개소가 존재한다. 4 개의 무인제어국은 대부분 적도 부근에 등간격으로 배치되어 있다. 주제어국은 Colorado Springs에 있다. 주제어국은 다른 제어국과 달리 위성의 궤도를 수정할 뿐만 아니라 사용불능 위성을 예비위성으로 교체하는 업무를 담당한다.The task performed in the control part, that is, the terrestrial control station (12 in Fig. 3), is to check the quality of signals transmitted from satellites, track satellite trajectories, check the operation status of various equipments mounted on satellites, have. There are five ground control stations 12 in the world. The four unmanned control stations are arranged at equal intervals in the vicinity of the equator. The main station is in Colorado Springs. Unlike other control stations, the main control station not only corrects the orbit of the satellite, but also replaces the unusable satellite with a standby satellite.

현재, GPS는 광범위하게 사용되고 있다. 사용자는 1개 이상의 수신기를 필수적으로 구비한다. 또한, 사용자에 따라서는 컴퓨터 시스템과 관련 소프트웨어를 보유한다.Currently, GPS is widely used. The user essentially has one or more receivers. In addition, some users have computer systems and related software.

GPS의 위치결정 원리를 간단하게 설명한다. 이것은 추적된 궤도에 의해서 정확한 위치를 알고 있는 위성에서 발신하는 전파를 수신하고 위성에서 관측점까지의 전파 도달시간을 측정하여 관측점의 공간적 위치를 알아낸다. 따라서, 위성과의 거리를 결정하는 가장 중요한 요소는 시간이다. 전술한 바와 같이, GPS 위성에는 지극히 안정도가 높은 원자시계를 탑재하고 있다. 위성에 탑재된 시계와 수신기의 시계가 정확히 일치한다면, 3개의 위성과의 거리만으로도 3차원적인 위치를 결정할 수 있다. 그러나, 위성에 탑재된 원자시계는 매우 고가인 관계로 일반인이 사용하기에는 부적합하다. 이러한 이유로, 수신기에는 저가의 비교적 정도가 낮은 시계를 사용하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 4 개의 위성에서 전파를 수신하여 위성 시각과 수신기 시각에서 발생하는 미지의 시간차를 제거하게 된다. 해상과 같이 고도를 알고 있거나, 2차원적인 위치 결정을 위해서 적어도 3 개의 위성에서 전파를 수신할 수 있어야 한다. 3차원적인 위치를 결정하기 위해서는 위치 미지수 3 개(X,Y,Z)와 위성과 수신기의 시계오차 미지수 1개(

Figure 112018096231318-pat00017
)로 이루어지는 총 4 개의 미지량을 결정해야 하는데, 이를 해결하기 위해 최소한 4개 이상의 위성을 확보하여야 한다. The positioning principle of GPS will be briefly explained. It receives radio waves originating from satellites whose exact position is known by the traced orbit, and measures the time of arrival of the radio waves from the satellite to the observation point to determine the spatial position of the observation point. Therefore, the most important factor in determining the distance from the satellite is time. As described above, the GPS satellite is equipped with an atomic clock having extremely high stability. If the clock on the satellite and the clock on the receiver are exactly the same, the three-dimensional position can be determined by the distance from the three satellites. However, atomic clocks mounted on satellites are very expensive and are not suitable for general use. For this reason, the receiver uses a relatively inexpensive low-cost clock. To solve this problem, it is necessary to receive the radio waves from the four satellites and to eliminate the unknown time difference between the satellite time and the receiver time. Be aware of altitude such as at sea, or be able to receive radio waves from at least three satellites for two-dimensional positioning. In order to determine the three-dimensional position, three unknown positions (X, Y, Z) and one clock error of satellite and receiver
Figure 112018096231318-pat00017
). In order to solve this problem, it is necessary to secure at least four satellites.

이상의 위치결정 원리로부터 위성 신호(Satellite message)를 통해 얻은 지구중심으로부터 위성까지의 벡터(U i )와,위성 신호로부터 지상의 수신기가 받은 수신기에서 위성까지의 거리벡터(r i )로 지구중심에서 측점까지의 위치벡터(R p )를 계산한다.(U i) from the center of the earth to the satellite obtained from the satellite message and the distance vector (ri) from the receiver to the satellite received from the satellite receiver from the satellite signal, And calculates a position vector (R p)

도 5는 GPS의 측위 원리를 보여준다. 도 5를 참조하여, (X i , Y i , Z i )가 알려진 4 개의 위성 S1, S2, S3, S4에서 지표 위의 한 점 P까지의 거리가 동시에 관측되어 P점의 좌표(X p , Y p , Z p )를 구할 수 있다.5 shows the positioning principle of the GPS. 5, the distances from the four known satellites S1, S2, S3, and S4 (X i, Y i, Z i) to one point P on the ground are observed at the same time, Y p, Z p).

즉, 일반식That is,

Figure 112018096231318-pat00018
Figure 112018096231318-pat00018

으로부터From

Figure 112018096231318-pat00019
Figure 112018096231318-pat00019

여기서, r i : 위성과 측점까지의 거리 (

Figure 112018096231318-pat00020
( V:전파속도, :전파도달시간))Where ri is the distance between the satellite and the point
Figure 112018096231318-pat00020
(V: propagation speed,: propagation time))

X i, Y i, Z i : 위성의 3차원 위치X i, Y i, Z i: 3D position of the satellite

X n, Y p, Z p : 구하고자 하는 측점의 위치X n, Y p, Z p: Position of the point to be found

Figure 112018096231318-pat00021
: 위성과 수신기의 시계오차
Figure 112018096231318-pat00021
: Time difference between satellite and receiver

가 얻어지고, 이것으로부터 측점 P의 좌표(X,Y,Z)를 간단히 계산할 수 있다.And the coordinates (X, Y, Z) of the point P can be simply calculated from this.

한편, GPS에 의한 위치결정의 오차원인에는 위성의 원자시계의 안정도, 위성궤도의 예측치의 정확도, 전리층의 전파지연, 대류권의 전파지연, 수신장치의 잡음 그리고 수신장치의 Channel 수 등이 있다. 일반적으로 알려져 있는 정확도는 1 대의 수신기로 측정되는 절대위치의 경우에 C/A코드 사용시 100m, P코드 사용시 10m 정도이다. 반면에, 2대 이상의 수신기로 측정되는 상대 위치의 경우에는 수십 Km 이상의 거리에서 cm 단위의 오차가 발생되므로 10 에 -6 승의 높은 정확도를 갖고 있다. On the other hand, GPS positioning errors include stability of the satellite's atomic clock, accuracy of satellite orbit predictions, propagation delay of the ionosphere, propagation delay of the troposphere, noise of the receiver, and channel number of the receiver. Generally known accuracy is about 100 m when using C / A code and about 10 m when using P code in case of absolute position measured by one receiver. On the other hand, the relative position measured by two or more receivers has a high accuracy of 10 to -6 because of the error in cm units at a distance of several tens of km or more.

GPS를 이용한 위치결정에 있어서 정확도 향상을 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, L1 과 L2의 두개의 반송파를 동시에 수신하여 도플러 관측법을 이용함으로써 전리층과 대류층에 의한 영향을 제거시키고, VLBI(Very Long Baseline Interferometry)와 GPS를 결합함으로써 정확도를 향상시킬 수 있다. 이러한 연구는 지각변동, 지질구조 등을 연구하는 지구물리학 및 측지학 분야에서 많은 발전이 기대되고 있다.Numerous studies have been conducted to improve the accuracy in positioning using GPS. Especially, it is possible to improve accuracy by receiving the two carriers of L1 and L2 at the same time and using the Doppler observation method to eliminate the influence of the ionosphere and convection layer, and combining GPS with Very Long Baseline Interferometry (VLBI). These studies are expected to be much improved in geophysical and geodetic fields that study crustal movements, geological structures, and so on.

GPS를 이용한 위치 측정법에는 1점 위치 측정법과 상대 위치 측정법이 있다. 1점 위치 측정법은 절대 위치 측정법이라고도 하는데, 1대의 GPS 수신기로 위성들의 전파와 코드를 분석하여 real time으로 지구상의 위치를 나타내는 절대위치를 측정하는 방법이다. 이는 주로 자동차, 항공기 및 인공위성과 같은 고속 운동체의 위치 결정과 등산, 해상위치 등과 같이 비교적 낮은 위치 정확도를 필요로 하는 경우에 사용되고 있다.There are two types of position measurement using GPS. One-point location method, also called absolute location method, is a method to measure the absolute position indicating the position of the earth in real time by analyzing the radio waves and codes of the satellites with one GPS receiver. This is mainly used for positioning of high-speed moving objects such as automobiles, airplanes and satellites, and relatively low positional accuracy such as climbing and sea position.

도 6에 도시된 바와 같이, 상대 위치측정법은 위치를 알고 있는 지점(기준점)으로부터 위치를 알고자 하는 지점(이동점)까지의 벡터를 구하여 위치를 구하는 방법이다. 이 방법은 기지점에 수신기를 설치하고, 미지점의 수신기와 양쪽에서 받은 위성정보를 비교 분석하여 위치를 계산한다. 상대 위치 측정법의 원리는 위성에서 발신하는 반송파를 여러 개의 수신기에서 수신하여 반송파 또는 코드의 위상을 측정함으로써 전파도달 시각의 차를 측정하는 방식이다. 일반적으로 이 방법을 많이 사용하고 있으며, 근거리 측량의 오차는 수 m에서 수 mm이며, 원거리 경우에는 10에 -6승에 이르는 정확도가 얻어진다. DGPS(Differential GPS)는 상대위치 측정법 중 위성의 발신하는 코드만으로 위치를 측정하는 방법으로 비교적 위치 정확도가 낮아 약 5m의 오차가 발생하며, OTF(On-The-Fly)는 위성에서 발신하는 반송파의 위상으로 위치를 계산하는 방식으로 수mm 이내의 오차로 위치 측정이 가능하다.As shown in FIG. 6, the relative position measurement method is a method of obtaining a vector from a point (reference point) at which a position is known to a point (moving point) at which the position is to be known, to obtain a position. In this method, a receiver is installed at a known point, and a position is calculated by comparing and analyzing satellite information received from both of the receiver and the unknown point. The principle of the relative position measurement method is a method of measuring the difference of the time of arrival by measuring the phase of a carrier or a code by receiving a carrier transmitted from a satellite at a plurality of receivers. In general, this method is used extensively, and the error of the near field measurement is several millimeters to several millimeters, and in the remote case, accuracy of 10 to -6 is obtained. DGPS (Differential GPS) is a method of measuring the position of a satellite using only the positioning code of the relative positioning method. The location accuracy is relatively low, resulting in an error of about 5 m. OTF (On-The-Fly) The position can be measured with an error within a few millimeters by calculating the position in phase.

본 발명에서는 GPS 장비로 Ashtech(Z-Surveyor)을 사용한다. 기준국은 성균관대학교 제 2 공학관에 위치한 옥상을 상시관측소로 하고, GPS 수신기와 GPS 안테나의 제원은 하기한 표들과 같다. In the present invention, Ashtech (Z-Surveyor) is used as a GPS device. The reference station is located at Sungkyunkwan University's second engineering building on the rooftop, and the specifications of GPS receiver and GPS antenna are as follows.

모델명model name Z-FXZ-FX 제조사manufacturer Ashtech. incAshtech. inc Staic 정밀도Staic precision 5mm + 1 ppm(drms)5 mm + 1 ppm (drms) RTK 정밀도RTK precision horizontal 1cm + 2 ppm
vertical 1.7cm + 2ppm
horizontal 1cm + 2 ppm
vertical 1.7cm + 2ppm
channelchannel 12 channel12 channel batterybattery 내장/외장Built-in / Exterior weightweight 3.75 lbs3.75 lbs dimensiondimension 3’ H + 7.3’ W * 8.25’D3 'H + 7.3' W * 8.25 'D powerpower 10 - 28V DC, 8.0W10 - 28 V DC, 8.0 W

모델명model name Choke ring antennaChoke ring antenna 제조사manufacturer Ashtech. incAshtech. inc FrequencyFrequency L1 1575.42 +- 10.23 MHz
L2 1227.60 +- 10.23 MHz
L1 1575.42 + - 10.23 MHz
L2 1227.60 + - 10.23 MHz
Antenna gainAntenna gain

계속해서, 관성항법 시스템(INS)을 이용한 대상물의 위치해석에 관해서 살펴본다.Next, the positional analysis of the object using the Inertial Navigation System (INS) will be described.

항법을 수행한다는 것은 현재의 위치파악 뿐만 아니라, 현재의 위치로부터 목표점까지 갈 수 있는 방법을 모색하는것이다. 항법을 수행하는 방법으로는 조정법(Piloting), 추측항법(Dead Reckoning), 천문항법(Celestial Navigation), 관성항법(Inertial Navigation) 그리고 전파항법(Radio Navigation) 등 5 가지가 있다.Performing the navigation is not only to find the current location, but also to find a way to go from the current location to the target location. There are five methods of performing navigation: Piloting, Dead Reckoning, Celestial Navigation, Inertial Navigation, and Radio Navigation.

조정법은 기지의 표지에 대해서 탑재기의 위치를 해석하는 것으로 간단하며 가장 오래된 항법이다. 추측항법은 관측된 일련의 속도 증가량으로부터 외삽법을 이용하여 위치를 해석하는 방법이다. 천문항법은 일정한 시간동안 천체의 위치를 관측하여 현재 위치를 파악하는 것이다. 관성항법은 평형을 유지하는 탑재기에 장착된 가속도계를 이용하여 탑재기의 위치를 해석하는 것이다. 그리고, 전파항법은 송신기로부터 발사된 전자기파가 수신기까지 도달한 후 되돌아오는 시간을 관측하여 물체의 위치를 해석하는 방법이다. The adjustment method is the simplest and oldest navigation for interpreting the position of the mount for the mark of the base. Probabilistic navigation is a method of interpreting locations using extrapolation from the observed series of velocity increments. The astronomical navigation is to observe the position of a celestial object for a certain period of time and to grasp its current position. Inertial navigation is to analyze the position of the mount using an accelerometer mounted on the mount. The radio navigation method is a method of analyzing the position of an object by observing the time that the electromagnetic wave emitted from the transmitter reaches the receiver and then returns.

자이로스코프(Gyroscope)는 지구의 회전을 보는 물건이란 의미를 가지며 일반적으로 자이로(Gyro)라고 불린다. 자이로는 크게 세차(Precession)를 이용한 회전식 자이로와 콜리올리힘을 이용한 진동식 자이로, 새그낵(sagnac) 효과를 이용한 광학 자이로 등이 있다.A gyroscope is a thing of the earth's rotation and is generally called a gyro. The gyro is largely composed of a rotary gyro using a precession, a vibration gyro using a collio force, and an optical gyro using a sagnac effect.

자이로는 회전축을 중심으로 고속으로 회전하고 있는 회전자(Rotor)를 안정 지지대(Gimbal)가 지지하는 구조로 이루어져 있다. 직교하는 두 개의 축 주위를 안정지지대가 지지하는 자이로를 2축 자유도 자이로라고 한다. 또한, 두 개의 축 주위에 마찰과 불균형 등으로 인한 비틀림 모멘트가 존재하지 않는 회전자를 장착한 자이로를 자유 자이로라고 한다. 1축 자유도 자이로는 회전축 이외에 한 개의 출력축과 한 개의 입력축을 가지며, 세 개의 축은 서로 직교한다. The gyro has a structure in which a stable support (gimbal) supports a rotor rotating at high speed around a rotary shaft. A gyro supported by a stable support around two orthogonal axes is called a biaxial degree of freedom gyro. Also, a gyro equipped with a rotor around two axes without torsional moment due to friction and imbalance is called a free gyro. A single-axis-freedom gyro has one output shaft and one input shaft in addition to the rotary shaft, and the three shafts are orthogonal to each other.

진동 자이로에는 회전자가 존재하지 않기 때문에 수명이 길고 작동에 필요한 준비시간이 짧다는 장점이 있다. 그러나 온도에 의한 양력이 크다는 단점이 있다. The vibration gyro has the advantages of long life and short preparation time for operation because there is no rotor. However, there is a disadvantage that the lift due to temperature is large.

광학 자이로에서 이용하는 새그낵 효과는 원형광로가 회전할 때 분절된 광선들이 약간의 시간차를 두고 모이게 되는데 이때 발생하는 경로차를 말한다. 광로의 굴절률은 1로 가정한다. 자이로가 각속도 ω(omega)로 회전하는 경우, A 지점에서 입사한 두 개의 빛이 원형 광로를 따라서 서로 반대방향으로 한 바퀴 회전하는데 필요한 시간차

Figure 112018096231318-pat00022
는 수학식 (16)과 같다. The new Gnag effect used in the optical gyro is that when the circular light path rotates, the segmented rays converge with a slight time difference. The refractive index of the optical path is assumed to be 1. When the gyro rotates at an angular velocity ω (omega), the time difference required for one rotation of the two lights incident at the point A in opposite directions along the circular optical path
Figure 112018096231318-pat00022
(16). &Quot; (16) "

Figure 112018096231318-pat00023
Figure 112018096231318-pat00023

여기서, C는 광속도이고 C>> R ω 이다. 또한 S는 원형 광로가 둘러싼 면적이다. 식 (16)의

Figure 112018096231318-pat00024
를 이용한 광로차
Figure 112018096231318-pat00025
은 수학식 (17)과 같다.Where C is the speed of light and C >> R ω. S is the area enclosed by the circular optical path. Equation (16)
Figure 112018096231318-pat00024
Optical pathway using
Figure 112018096231318-pat00025
(17). &Quot; (17) "

Figure 112018096231318-pat00026
Figure 112018096231318-pat00026

가속도계(accelerometer)는 단위 질량을 가속하는데 필요한 힘(specific force)을 관측하는 장비로, 가속도계를 장착한 탑재기의 가속도를 관측할 때 물체의 관성을 이용한다. 가속계의 종류에는 적분 자이로가 장착된 적분 자이로 가속도계(Pendulous Integrating Gyro Accelerometer : PIGA), 마찰이 작은 상자내에 탑재된 실험용 물체를 이용한 실험 질량체 가속도계(proof mass accelerometer), 두 개의 얇은 금속테이프의 진동을 이용한 진동 현 가속도계(vibrating string accelerometer) 및 광섬유를 이용한 광섬유 가속계(fiber optic accelerometer) 등이 있다.An accelerometer is an instrument that measures the specific force required to accelerate a unit mass. It uses the inertia of an object when observing the acceleration of an accelerometer mounted device. Types of accelerometers include a Pendulous Integrating Gyro Accelerometer (PIGA) with integrated gyro, a proof mass accelerometer using an experimental object mounted in a small box of friction, A vibrating string accelerometer, and a fiber optic accelerometer using an optical fiber.

적분 자이로 가속도계는 자유도가 1인 자이로에서 출력축 주위의 비틀림 모멘트가 입력축 주위에 세차를 발생시키는 현상을 이용하여 제작할 수 있다. 적분 자이로 가속도계의 입력축을 따라 발생한 선형 가속도는 레이트 자이로의 출력축에 비틀림 모멘트를 발생시킨다. 이러한 과정을 통해서 자이로의 입력축에 대해서 수직인 원통에 세차운동이 일어난다. The integral gyro accelerometer can be manufactured by using the phenomenon that the torsional moment around the output shaft generates a wash around the input shaft in the gyro with 1 degree of freedom. The linear acceleration generated along the input shaft of the integral gyro accelerometer generates a torsional moment on the output shaft of the rate gyro. Through this process, a carcass motion occurs in the cylinder perpendicular to the input shaft of the gyro.

실험 질량체 가속계는 하나의 관속에서 좌우로 자유로이 운동하는 작은 질량체이며, 운동을 제한할 수 있는 스프링과 커다란 요동을 방지하기 위한 제동장치(damping)에 연결되어있다. 가속도계의 운동방정식은 여기에 작용하는 힘의 합이 0 이라는 가정으로부터 유도할 수 있다.Experimental mass accelerators are small masses that move freely from one vortex to the other and are connected to springs to limit motion and to damping to prevent large fluctuations. The equation of motion of the accelerometer can be derived from the assumption that the sum of the forces acting here is zero.

진동 현 가속도계는 이동이 가능한 물체의 좌측과 우측에 현을 연결하여 가속도를 관측한다. 이때 사용되는 현은 엄밀한 의미에서 얇은 금속 테이프이다. 자석(magnet)은 테이프가 공칭 주파수(nominal frequency)를 가지고 일정한 진동을 유지하도록 하는 역할을 한다. 외부상자가 반응축(sensitive axis)을 따라서 가속되는 경우 이동물체(sliding mass)는 두 개의 테이프가 서로 다른 주파수를 가지고 진동할 수 있도록 각기 다른 장력을 발생시킨다. 가속도는 두개의 테이프가 가지는 진동 주파수의 차이에 비례한다.The vibration transit accelerometer connects the strings to the left and right sides of the movable object to observe the acceleration. The strings used here are thin metal tapes in a strict sense. The magnet acts to keep the tape at a nominal frequency and to maintain constant vibration. When an outer box is accelerated along a sensitive axis, a sliding mass generates different tensile forces so that the two tapes can vibrate at different frequencies. The acceleration is proportional to the difference in the vibration frequencies of the two tapes.

광섬유 가속도계는 물체에 가속을 일으키는 힘을 관측하기 위한 장비로서, 가속이 발생하면 미소 영역대의 주파수가 생겨서 광섬유 내에 광학력(optical power)의 강도가 변조된다. 광섬유 가속도계의 관측범위와 민감도는 광섬유의 단단함(stiffness)과 질량에 의해 영향을 받는다.The fiber accelerometer is a device for observing the force that accelerates an object. When acceleration occurs, the frequency of the micro-region is generated and the intensity of the optical power is modulated in the optical fiber. The range and sensitivity of optical fiber accelerometers are affected by the stiffness and mass of the optical fiber.

계속해서, 관성항법은 탑재기의 가속도를 관측하여 적분함으로써 기지의 출발점에 대한 탑재기의 속도 및 위치를 파악하는 과정이다. 가속도계는 가속도를 감지하는 장치이다. 가속도는 방향과 크기를 가지는 벡터량이다. 자이로는 관성계내에서 가속도계가 고정된 상태를 일정하게 유지되도록 한다. 가속도계는 중력가속도를 감지하지 않기 때문에 이러한 가속도계의 결함을 보완하기 위하여 중력모형에 기초한 중력효과를 도입할 필요가 있다. 컴퓨터와 중력모형을 이용하여 중력을 위치의 함수로 계산할 수 있으며, 위치는 관측된 가속도를 두 번 적분함으로써 얻을 수 있다.Continuously, inertial navigation is a process of observing the acceleration of an onboard machine and integrating it, thereby determining the speed and position of the onboard machine relative to the starting point of the base. An accelerometer is a device that detects acceleration. Acceleration is a vector quantity with direction and magnitude. The gyro ensures that the accelerometer remains stationary in the inertial system. Since the accelerometer does not sense gravitational acceleration, it is necessary to introduce a gravitational effect based on the gravitational model in order to compensate for defects in these accelerometers. Computers and gravity models can be used to calculate gravity as a function of position, which can be obtained by integrating the observed acceleration twice.

관성항법 체계의 기본 기능은 감지(sensing), 계산(computing), 출력(outputting) 등이다. 가속도계와 자이로는 감지가능을 수행하며, 가속도와 각 회전량과 같은 관측값을 컴퓨터로 전송한다. 컴퓨터는 이 자료를 이용하여 속도와 위치, 자세, 자세 변화율, 방향, 고도 등을 계산한다. 출력기능은 사용자의 목적에 맞게 적절한 자료를 출력하는 것이다.The basic functions of the inertial navigation system are sensing, computing, and outputting. Accelerometers and gyros perform detectable and transmit observations, such as acceleration and angular rotation, to a computer. The computer uses this data to calculate speed, position, posture, rate of change of posture, direction, and altitude. The output function is to output the appropriate data for the user's purpose.

위치해석에 이용되는 외부 항법장비들을 관성항법체계에 결합할 수 있다. 속도관측에 이용되는 장비에는 주행거리계(odometer) 등이 있으며 위치해석에 이용되는 장비에는 GPS가 있다.External navigation devices used for location analysis can be combined into an inertial navigation system. The equipment used for speed observation includes an odometer, etc. The equipment used for position analysis includes GPS.

계속해서, GPS의 측량성과는 WGS-84 좌표계 상의 좌표로 얻어지며 이를 이용하기 위하여 여러 가지 좌표변환이 필요하다. 또한, 좌표변환은 실시간 사진측량 시스템의 상호표정 및 절대표정을 위한 기본적인 도구이다. 3차원 직교좌표계는 공간의 위치를 나타내는데 가장 기본적으로 사용되는 좌표계로써 평면 직교좌표계를 확장하여 생각하며, 서로 직교하는 세 축으로 이루어진다. 또한, 지구상의 절대 위 치를 표시하는데 있어서 일반적으로 가장 널리 쓰이는 좌표계로 경위도 좌표계가 있으며 경도와 위도를 통해 수평위치를 표시한다.Subsequently, the measurement performance of the GPS is obtained with the coordinates on the WGS-84 coordinate system, and various coordinate transformations are required to use it. Coordinate transformation is also a fundamental tool for the mutual expression and absolute expression of real-time photogrammetry systems. The three-dimensional Cartesian coordinate system is a coordinate system that is used most basically to represent the position of a space. It is considered to extend the plane Cartesian coordinate system and consists of three axes orthogonal to each other. In addition, the most commonly used coordinate system for displaying the absolute position on the earth is the latitude coordinate system, which displays the horizontal position through the longitude and latitude.

지구좌표변환에 관하여 살펴본다.Let's look at the transformation of the earth coordinates.

GPS에 의한 결과값은 WGS-84 타원체 상의 값으로 나타낸다. 어느 한 점에 대한 경위도 고도 좌표는 3차원 직교 좌표계상으로 수학식 (18), (19), (20)과 같이 표현된다. The results from GPS are represented by values on the WGS-84 ellipsoid. The latitude and longitude altitude coordinates for any one point are expressed by the following equations (18), (19), and (20) on a three-dimensional orthogonal coordinate system.

Figure 112018096231318-pat00027
Figure 112018096231318-pat00027

Figure 112018096231318-pat00028
Figure 112018096231318-pat00028

Figure 112018096231318-pat00029
Figure 112018096231318-pat00029

여기서,here,

e 2 = (a 2 - b 2 )/a 2 e 2 = (a 2 - b 2 ) / a 2

a : 타원체의 장반경a: long axis of the ellipsoid

b : 타원체의 단반경b: Roundness of the ellipsoid

이다.to be.

반대로, 어느 한 점의 3차원 직교좌표는 수학식 (21), (22), (23)을 통해 경위도 좌표계로 바뀐다.Conversely, the three-dimensional Cartesian coordinates of a point are transformed into the longitudinal coordinate system through equations (21), (22), and (23).

Figure 112018096231318-pat00030
Figure 112018096231318-pat00030

Figure 112018096231318-pat00031
Figure 112018096231318-pat00031

Figure 112018096231318-pat00032
Figure 112018096231318-pat00032

여기서, here,

Figure 112018096231318-pat00033
Figure 112018096231318-pat00033

(e') 2 = (a 2 - b 2 )/b 2(e ') 2 = (a 2 - b 2) / b 2

Figure 112018096231318-pat00034
Figure 112018096231318-pat00034

WGS-84를 대한민국에서 사용하는 Bessel 타원체로 투영변환하는 것은 두 기준계 상의 위성 관측점에 대한 WGS-84 및 Bessel 좌표의 측지좌표성분의 편차량을 Molodensky 변환식으로부터 도출하고, 이를 보정하여 두 측지측량계 간의 변환을 수행함을 의미한다. 서로 다른 두 타원체 간의 측지좌표성분의 편차량을 구하는 식은 수학식 (24), (25), (26)과 같다.The projection transformation of WGS-84 to the Bessel ellipsoid used in Korea derives the deviation of the geodetic coordinate components of the WGS-84 and Bessel coordinates from the Molodensky transformation to the satellite viewpoints on the two reference systems, Conversion is performed. Equations (24), (25), and (26) are used to obtain the deviation of the geodesic coordinate components between two different ellipsoids.

Figure 112018096231318-pat00035
Figure 112018096231318-pat00035

Figure 112018096231318-pat00036
Figure 112018096231318-pat00036

Figure 112018096231318-pat00037
Figure 112018096231318-pat00037

여기서, Δψ, Δλ, ΔH는 입력 타원체와 변환된 타원체 간의 측지좌표성분의 편차량이고 출력-입력의 단위는 초이다. Here, Δψ, Δλ, and ΔH are the deviation of the geodesic coordinate component between the input ellipsoid and the transformed ellipsoid, and the unit of output-input is seconds.

ΔX, ΔY, ΔZ : 입력 타원체와 변환된 타원체의 타원체 원점 이동량ΔX, ΔY, ΔZ: the ellipsoidal origin shift of the input ellipsoid and the converted ellipsoid

a : 입력 타원체의 장반경a: the long axis of the input ellipsoid

f : 입력 타원체의 flatteningf: flattening the input ellipsoid

Δa, Δf : 입력 타원체와 변환 타원체 매개변수의 차이Δa, Δf: difference between input ellipsoid and transform ellipsoid parameters

e : ecentricitye: ecentricity

e 2 : 2f-f 2 e 2 : 2f-f 2

Figure 112018096231318-pat00038
Figure 112018096231318-pat00038

Figure 112018096231318-pat00039
Figure 112018096231318-pat00039

Figure 112018096231318-pat00040
Figure 112018096231318-pat00040

평면 직교좌표계를 경위도 좌표계로 바꾸기 위해 평면직교좌표 원점의 경위도좌표 (λ 0 ,ψ 0 ), 선축척계수 S 0 = 0.9999를 썼을 때의 평면직교좌표(X N , Y E ), 자오선과 묘유선의 곡률반경을 각각 R 1 , N 1 이라 하면, 구하는 점의 경도λ, 위도ψ 및 진북방위각(또는 자오선수차) γ는 수학식 (27), (28), (29)로 주어진다.Plane Cartesian coordinates (XN, YE) when the longitudinal degree coordinates (λ 0, ψ 0) and the line scale factor S 0 = 0.9999 of the planar Cartesian coordinate origin are used to convert the planar Cartesian coordinate system to the longitudinal latitude coordinate system, (27), (28), and (29), respectively, where R 1 and N 1 are R 1 and N 1, respectively.

Figure 112018096231318-pat00041
Figure 112018096231318-pat00041

Figure 112018096231318-pat00042
Figure 112018096231318-pat00042

Figure 112018096231318-pat00043
Figure 112018096231318-pat00043

여기서here

ρ= 206264.806247″ρ = 206264.806247 "

Figure 112018096231318-pat00044
Figure 112018096231318-pat00044

ψ 1 : 구하는 점에서 좌표원점을 지나는 자오선에 내린 수선의 발의 위도로써 식 (30)을 이용해 반복계산하여 구한다.ψ 1: It is the latitude of the foot of the waterline passing through the meridian passing through the origin of coordinate at the point to be obtained and it is repeatedly calculated by using equation (30).

만일 ψ 1 의 추정값과 ψ n 이 주어지면, 이로부터 B ψ 를 구한다든가, ψ n+1 을 계산한다.If an estimate of ψ 1 and ψ n are given, either find B ψ or calculate ψ n + 1 from it.

이 계산은 ψ n+1 - ψ n 〈 2″×10 -5 을 만족할 때까지 반복하여 그 때의 ψ n+1 을 ψ 1 으로 한다. This calculation is repeated until ψ n + 1 - ψ n <2 "× 10 -5 is satisfied, and ψ n + 1 at that time is defined as ψ 1.

Figure 112018096231318-pat00045
Figure 112018096231318-pat00045

Figure 112018096231318-pat00046
Figure 112018096231318-pat00046

B ψ = 적도로부터 ψ 1 까지의 자오선 호의 길이B ψ = length of meridian arc from equator to ψ 1

경위도좌표(λ,ψ)인 어느 지점의 (X N , Y E )좌표 및 자오선수차 γ, 축척계수 S는 다음 수학식 (31), (32) 들로부터 구해진다.(X N, Y E) coordinates and the meridional aberration γ and the scale factor S at any point having the longitude and latitude coordinates (λ, ψ) are obtained from the following equations (31) and (32).

Figure 112018096231318-pat00047
로 놓으면
Figure 112018096231318-pat00047
To

Figure 112018096231318-pat00048
Figure 112018096231318-pat00048

Figure 112018096231318-pat00049
Figure 112018096231318-pat00049

Figure 112018096231318-pat00050
Figure 112018096231318-pat00050

이다.to be.

여기서,here,

Figure 112018096231318-pat00051
Figure 112018096231318-pat00051

계속해서, 7-매개변수를 이용한 좌표변환에 대하여 살펴본다.Next, the coordinate transformation using the 7-parameter will be described.

7-매개변수법(7-Parameters Method)은 최소제곱법을 이용하여 7 개의 변환매개변수를 산정함으로써 서로 다른 두직교좌표계간의 변환을 수행하는 방법이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 변환되어야 할 좌표로 나타나는 좌표계(X GP )와 변환할 좌표로 나타나는 좌표계(X th )간의 변환방정식은 Helmert 변환을 이용하여 식 (33)과 같이 구성할 수 있다.The 7-parameter method is a method of performing transformation between two different orthogonal coordinate systems by calculating seven transformation parameters using the least squares method. As shown in FIG. 7, the conversion equation between the coordinate system (X GP) represented by the coordinates to be converted and the coordinate system (X th) represented by the coordinates to be converted can be configured as Equation (33) using Helmert transform.

여기서,here,

α 1 , α 2 , α 3 는 각각 X축, Y축, Z축 방향의 회전을 나타낸다.α 1, α 2, and α 3 represent rotation in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively.

Figure 112018096231318-pat00052
Figure 112018096231318-pat00052

여기서,

Figure 112018096231318-pat00053
는 두 좌표계 원점의 평행이동량으로
Figure 112018096231318-pat00054
와 같다. here,
Figure 112018096231318-pat00053
Is the parallel movement amount of the two coordinate system origin
Figure 112018096231318-pat00054
.

R은 두 좌표계 간의 회전행렬이다. 상기 수학식 (33)을 구체적으로 나타내면 수학식 (34)와 같다.R is the rotation matrix between two coordinate systems. Expression (33) can be expressed as Equation (34).

Figure 112018096231318-pat00055
Figure 112018096231318-pat00055

여기서,here,

X GP , Y GP , Z GP : 변환된 좌표X GP, Y GP, Z GP: Converted coordinates

X th , Y th , Z th : 변환할 좌표X th, Y th, Z th: coordinates to be converted

S : 축척계수S: Scale factor

γ 11 , γ 12 , ··· , γ 33 : 회전행렬계수? 11,? 12, ...,? 33: rotation matrix coefficient

ΔX, ΔY, ΔZ : 평행이동량DELTA X, DELTA Y, DELTA Z:

이다.to be.

또한, 회전행렬 R의 구성요소는 수학식 (35)와 같다.In addition, the component of the rotation matrix R is expressed by Equation (35).

Figure 112018096231318-pat00056
Figure 112018096231318-pat00056

여기서,here,

ω,

Figure 112018096231318-pat00057
, x 는 X, Y, Z축에서의 회전각을 의미한다. 회전행렬은 정방행렬이므로
Figure 112018096231318-pat00058
= 1 이다. ω,
Figure 112018096231318-pat00057
, and x denotes the rotation angle in the X, Y, and Z axes. Since the rotation matrix is a square matrix
Figure 112018096231318-pat00058
= 1.

Figure 112018096231318-pat00059
Figure 112018096231318-pat00059

식 (36)은 비선형 함수이므로 Taylor 급수를 이용하여 선형화하고 1차항까지 취하면 식 (37)과 같이 선형화된 방정식이 구성된다.Since equation (36) is a nonlinear function, linearization is performed using the Taylor series and taking up the first order term, as shown in equation (37).

Figure 112018096231318-pat00060
Figure 112018096231318-pat00060

Figure 112018096231318-pat00061
Figure 112018096231318-pat00061

식 (37)에서 X 0 는 7-매개변수의 초기 근사값이며 dX는 X 0 에 대한 보정값이다. 또한 X는 7-매개변수이다. 식 (38)을 이용하여 조건방정식을 구성하고 행렬식으로 나타내면 수학식 (39)와 같다.In equation (37), X 0 is the initial approximation of the 7-parameter and dX is the correction value for X 0. X is also a 7-parameter. Using the equation (38), a conditional equation is constructed and expressed by a matrix equation, as shown in equation (39).

Figure 112018096231318-pat00062
Figure 112018096231318-pat00062

여기서,here,

Figure 112018096231318-pat00063
Figure 112018096231318-pat00063

이다.to be.

I개 측점에 대하여, 단위경중률 (P=I)로 가정하고 수학식 (39)를 해석하면 7 개 변환요소의 보정량을 산출할 수 있다. For the I points, the correction amount of seven conversion elements can be calculated by interpreting Equation (39) assuming the unit weighting factor (P = I).

Figure 112018096231318-pat00064
Figure 112018096231318-pat00064

또한, 여인수 행렬(cofactor matrix) Q c 는 다음과 같이 구성된다.Also, the cofactor matrix Q c is constructed as follows.

Figure 112018096231318-pat00065
Figure 112018096231318-pat00065

또한, autocofactor 행렬 Q dd 는 여인수 행렬의 역행렬이므로 수학식 (42)와 같다.In addition, since the autocofactor matrix Q dd is an inverse matrix of the coefficient matrix, it is expressed by Equation (42).

Figure 112018096231318-pat00066
Figure 112018096231318-pat00066

따라서, 7 개의 변환 매개변수인 ΔX, ΔY, ΔZ, ω,

Figure 112018096231318-pat00067
, x, S를 알면 서로 다른 두 좌표계 상의 좌표를 변환할 수 있다.Thus, the seven transformation parameters? X,? Y,? Z,?,
Figure 112018096231318-pat00067
, x, and S, you can transform the coordinates on two different coordinate systems.

본 발명에 사용된 관성항법 시스템(INS)의 제원은 다음과 같다.The specifications of the Inertial Navigation System (INS) used in the present invention are as follows.

모델명model name ISIS-IMUISIS-IMU 제조사manufacturer Inertial Science, IncInertial Science, Inc SizeSize 3.30’ * 2.5’ * 1.833.30 '* 2.5' * 1.83 WeightWeight 250g250g Power supplyPower supply 4W @ 5V DC4W @ 5V DC AccelerationAcceleration upto 500gupto 500g input methodinput method Analog and/or DigitalAnalog and / or Digital Angular rate capabilityAngular rate capability upto 3,000° / secupto 3000 ° / sec

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 시설물 관리의 작업 진행 과정을 보여주는 순서도이다. 도 8을 참조하여, 본 발명의 시설물 관리의 작업 진행 과정은 다음과 같다.FIG. 8 is a flowchart showing the process of the facility management according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the operation progress of the facility management of the present invention is as follows.

단계 66에서는 관리하고자 하는 도로 시설물들의 대상을 선정한다. 단계 68에서는 대상 지역이 선정된 경우 촬영 계획을 수립한다. 단계 70에서는 GPS 상시기준점 위치를 파악한다. 단계 72에서는 실험 장비들에 대한 점검 작업으로 GPS 수신기, INS 및 CCD 카메라를 점검한다. 단계 74에서는 대상 지역에 대한 영상 정보를 수집한다. 단계 76에서는 좌표결정 자료를 수집한다. 단계 78에서는 단계 74 및 단계76으로부터 수집된 영상 및 자료들을 소프트웨어적으로 프로그램된 알고리즘을 이용하여 처리한다. 단계 80에서는 단계 78로부터 처리된 결과를 실내에서 별도의 작업을 통해 편집한다. 그리고, 단계 82에서는 단계 80으로부터 편집된 자료를 토대로 최종적인 대상 지역에 대한 결과 도면을 작성한다.In step 66, the target of the road facilities to be managed is selected. In step 68, a shooting plan is set up when the target area is selected. In step 70, the position of the reference point on the GPS is grasped. In step 72, the GPS receiver, the INS, and the CCD camera are inspected for the test equipment. In step 74, the image information about the target area is collected. Step 76 collects the coordinate determination data. In step 78, the images and data collected from steps 74 and 76 are processed using a software programmed algorithm. In step 80, the result processed in step 78 is edited through a separate operation in the room. Then, in step 82, based on the edited data from step 80, a final drawing of the final target area is made.

도 9는 도 8의 과정을 통해 얻어진 대상지역에 대한 시설물 관리도면이다.9 is a facility management chart for the target area obtained through the process of FIG.

도 10a 내지 10d 들은 각각 도 9에 도시된 참조문자들의 확대 도면을 나타낸다.Figures 10A through 10D show enlarged views of the reference characters shown in Figure 9, respectively.

요약하면, 본 발명은 일반도로, 고속도로 및 철도 주변의 관련 시설물들에 대한 3 차원 위치를 지리정보 시스템(GPS), 관성항법 시스템(Strapdown INS), 거리 측정 센서(Odometer) 및 속도 측정 센서 (Speed Sensor)를 결합하여 정확하게 측정하고, 두 대 이상의 디지털 비디오 카메라(CCD CAMERA)를 이용하여 사진측량기법에 의한 3 차원의 실체시 영상(Stereo Image)을 획득한 후 실내작업을 통해 지리정보 시스템(GIS) 및 시설물관리 시스템(FMS) 등의 구축에 필수적인 지형/지물의 데이터베이스화를 효율적으로 수행한다. In summary, the present invention relates to a method and system for locating three-dimensional locations of related facilities on public roads, highways and railroad by using a geographic information system (GPS), an inertial navigation system (Strapdown INS), a distance measuring sensor (Odometer) Sensor), and acquire three-dimensional stereoscopic image by photogrammetric method using two or more digital video cameras (CCD CAMERA) ) And a facility management system (FMS).

좀 더 구체적으로 살펴보면, 본 발명은 디지털 카메라로부터 수집된 대상 지 역에 대한 영상 정보의 수치적인 계산을 컴퓨터에 의해 자동적으로 처리할 수 있도록 수치사진측량의 자동화 프로그램을 구축하였다. 더 나아가 사용자 인터페이스를 위하여 윈도우즈 환경으로 제작하였다. 특히, 영상의 수치사진 측량을 위해서 디지털 카메라의 내부표정요소 결정, 외부표정요소 결정 및 영상 정합 등의 알고리즘을 구축하였다. 한편, 본 발명은 GPS 측량 성과를 3 차원 국지좌표로 변환하기 위해 좌표변환 알고리즘을 제시하고, 기지점의 수신기와 미지점(이동점)의 수신기 사이의 위성 정보를 비교·분석하여 위치를 결정하는 상대측위 방법을 개시하였다. 또한, 본 발명은 관성항법 시스템의 결과 값을 절대표정시로 이용할 수 있는 알고리즘을 구축하고, 차량에 3 가지 센서를 탑재하여 3 차원 위치결정을 실시한 후 그 정확도를 비교 분석하였다.More specifically, the present invention has constructed an automatic program for numerical photogrammetry so that a computer can automatically process the numerical calculation of image information about a target area collected from a digital camera. Furthermore, we made it for Windows environment for user interface. Especially, for the digital photogrammetry, algorithms such as inner facial element determination, outer facial element determination, and image matching are constructed. Meanwhile, the present invention proposes a coordinate transformation algorithm for converting the GPS measurement results into three-dimensional local coordinates, and provides a coordinate transformation algorithm for comparing the GPS information between the receiver of the known point and the receiver of the unknown point A positioning method is disclosed. In addition, the present invention constructs an algorithm that can use the results of the inertial navigation system as an absolute expression, implements three-dimensional positioning by mounting three sensors on the vehicle, and then compares and analyzes the accuracy thereof.

전술한 바와 같이, 본 발명은 대상물의 3 차원 위치 좌표 및 속성(Attribute) 정보를 획득하여 데이터베이스화 한 것이다. 본 발명으로부터 얻어지는 데이터 정보를 근간으로 기간 시설물들에 대한 정확한 지리정보 시스템(GIS)을 구축하여 인재를 방지하고 다양한 정보화에 대한 사용자 요구에 부응하며, 신속한 정보의 획득과 제공 및 다양한 응용기술의 개발을 위한 기술정보의 축적이 가능하다.As described above, the present invention is a database obtained by acquiring three-dimensional position coordinates and attribute information of an object. Based on the data information obtained from the present invention, it is possible to construct an accurate geographic information system (GIS) for infrastructure facilities, to prevent human resources, to meet user demands for various informationization, to acquire and provide information rapidly, It is possible to accumulate technical information.

현재 구축되고 있는 모든 공공 시설물들 즉, 도로, 상·하수도, 철도, 전기·통신 등의 데이터베이스의 영년변화로 인한 데이터 갱신 문제가 크게 대두될 전망이다. 선진국에서는 매년 주기로 소규모적으로 데이터를 갱신하다가 5년 단위로 중규모로 데이터를 갱신하고 있는 데 반하여 국내에서는 초기의 데이터를 구축하고 있는 단계여서 데이터 갱신 문제에 대한 고려가 전혀 이루어지지 않고 있다. 4∼5년 후에도 현재와 같이 막대한 재정을 투입하여 데이터 갱신을 진행하는 것은 거의 불가능해 보이고 국가 재정의 낭비를 초래하게 될 것이다. 본 발명은 이와 같이 향후 야기되는 데이터 갱신에 따른 고비용의 문제를 해결하고 보다 효율적으로 데이터 갱신을 이루기 위해 필수적인 기술임을 알 수 있다.There will be a lot of data renewal problems due to years of change in all the public facilities that are currently being built, such as roads, water, sewerage, railway, electricity and communication databases. In developed countries, data is updated at a small scale every year, and then the data is updated at medium scale every 5 years. However, since data is being constructed at the initial stage in Korea, there is no consideration of data update problem. After 4 to 5 years, it will be almost impossible to carry out the data update with enormous financial resources as it is now, and it will result in waste of national finances. It can be seen that the present invention is an essential technique for solving the problem of high cost due to the data updating caused in the future and for performing data updating more efficiently.

지금까지 실시예들을 통해 본 발명을 기술하고 있지만, 본 발명의 범위는 실시예들에 한정되지 않음을 잘 알 수 있다.While the invention has been described by way of examples, it is to be understood that the scope of the invention is not limited to the examples.

반대로, 당업자라면 본 발명을 통해 다양한 수정 및 변경이 가능함은 자명하다. 따라서, 본 발명의 보호범위에 대한 해석은 상기한 다양한 수정 및 변경 등의 범위까지 포함하는 최광위의 개념으로 접근해야 할 것이다. On the contrary, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention. Accordingly, the interpretation of the scope of protection of the present invention should be approached as a concept of the maximum light including the range of various modifications and changes.

한편, 정확하고 정밀한 3 차원 위치정보 확보를 위하여 차량이 포함된 운반구에 설치되는 지피에스(GPS) 수신장치의 경우 GPS 인공위성의 신호를 직선거리에서 일정하게 수신하여야 되지만 차량이 이동하는 지면의 굴곡, 경사 등에 의하여 GPS 인공위성과의 직선거리에서 일정하게 유지하지 못하므로 오차가 발생하는 문제가 있었다. On the other hand, in order to obtain accurate and precise three-dimensional position information, in the case of a GPS receiver installed in a vehicle including a vehicle, it is necessary to receive a signal of a GPS satellite constantly at a straight line distance. However, The distance between the GPS satellite and the GPS satellite can not be maintained constant.

그러므로 차량에 설치된 지피에스(GPS) 수신장치가 지면의 굴곡, 경사 등에 영향을 받지 않고 항상 수평상태를 형성하여 인공위성과의 직선거리를 언제나 일정하게 유지하도록 하는 기술이 필요하다. Therefore, there is a need for a technique for always maintaining a constant distance from a satellite to a satellite by forming a horizontal state without being influenced by bending, tilting, or the like of a ground installed in a vehicle.

도 11 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 수평유지 GPS 수신장치의 분해 사시도 이고, 도 12 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 수평유지 GPS 수신장치의 평면도 이고, 도 13 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 수평유지 GPS 수신장치의 A-A 단면도 이다. FIG. 11 is an exploded perspective view of a horizontal GPS receiver according to an embodiment of the present invention, FIG. 12 is a plan view of a horizontal GPS receiver according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an AA sectional view of a horizontal GPS receiver according to an embodiment.

이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 인공위성 자동 위치측정 시스템을 형성하는 수평유지 지피에스(GPS) 수신장치(1000) 구성을 상세히 설명하면 회로상자부(1100)와 수평유지부(1200)와 완충부(1300)를 포함하여 이루어진다. Hereinafter, a configuration of a horizontal GPS receiver 1000 for forming an automatic position-measuring system according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1300).

수평유지 지피에스 수신장치(1000)는 차량의 지붕 등과 같이 인공위성의 신호를 직접 수신하되 잘 수신할 수 있는 위치에 고정 설치되고, 설치된 상태로부터 차량이 이동하는 도로에 굴곡 또는 경사가 있어도 항상 수평을 유지하는 지피에스 안테나(GPS ANT)로 지피에스 인공위성이 출력(전송, 송신, 방송)하는 지피에스 신호를 수신하여 분석 처리하므로 위치정보(좌표정보)를 실측한다. The horizontal holding fiber reception device 1000 is fixedly installed at a position where it can receive a satellite signal directly, such as a roof of a vehicle, and can receive it well. Even if the road on which the vehicle is moving is bent or inclined, (Transmission, transmission, broadcasting) by the GPS satellite antenna (GPS ANT) and analyzes and processes the position information (coordinate information).

수평유지 지피에스 수신장치(1000)의 지피에스 안테나는 수평이 유지되지 못하게 되면 지피에스 인공위성의 지피에스 신호를 정확하게 수신하지 못하게 되고 또한, 수평유지 지피에스 수신장치(1000)가 수평이 유지되지 않게 되면 인공위성과 지피에스 안테나 사이의 수신거리 차이에 의하여 지피에스 안테나가 수신하는 신호에 의한 거리값과 수신레벨값에 오차값이 포함되어 실측되는 위치정보 값의 정확도와 정밀도가 낮아지게 된다. When the horizontal SAW receiving apparatus 1000 fails to maintain the horizontal position, it can not correctly receive the GSR signal of the GSR satellite. If the horizontal holding GSR apparatus 1000 is not maintained in the horizontal position, The error value is included in the distance value and the reception level value due to the signal received by the GPS satellite antenna, and the accuracy and accuracy of the measured position information value are lowered.

즉, 지피에스 안테나가 수평을 유지하는 경우 실시간 실측되는 도로 상의 각 위치에서 수신 신호의 거리값과 레벨값에 오차가 없게 되므로, 수평유지 지피에스 수신장치(1000)는 지피에스 안테나가 어떠한 지형, 주변환경에서도 항상 수평을 유지하도록 하는 구성이다. That is, when the grounding antenna is held horizontally, there is no error between the distance value and the level value of the received signal at each position on the road in real time, so that the horizontal holding and grounding device 1000 receives the grounding antenna in any terrain, And is always kept horizontal.

지피에스를 이용하는 3 차원 위치정보 실측은 인공위성과의 직선 거리값과 수신되는 신호의 레벨값을 분석하는 방식이며, 일반적으로 잘 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. The three-dimensional positional information real side using a GPS is a method of analyzing a linear distance value with a satellite and a level value of a received signal and is generally well known, and thus a detailed description thereof will be omitted.

회로상자부(1100)는 원통형상을 하는 원통부(1110)와 원통부(1110)의 상부 평면을 형성하는 상측평면(1130)과 상측평면(1130)의 중앙부분에 고정설치되는 지피에스 안테나(1150)와 원통부(1110)의 하측평면 중앙부분에 고정 설치되어 무게 중심이아래부분에 형성되도록 하는 무게추(1170)를 포함하는 구성이다. The circuit box portion 1100 includes a cylindrical portion 1110 having a cylindrical shape and a top surface 1130 forming an upper plane of the cylindrical portion 1110 and a grounding antenna 1150 fixedly installed at a central portion of the top plane 1130. [ And a weight 1170 fixed to the central portion of the lower side of the cylindrical portion 1110 so that the center of gravity is formed at a lower portion.

상기 원통부(1110)는 원통형상을 하며 비어 있는 내부에는 수신된 지피에스 신호를 분석하는 회로부가 구비될 수 있다. 그러나 필요에 의하여 회로부는 다른 위치에 구비할 수도 있다. 회로부는 지피에스 인공위성이 발신(송신, 출력, 방송)하는 지피에스 신호를 수신 분석하여 현재 위치한 장소의 위도(latitude), 경도(longitude), 해발(sea level), 시간(time)이 포함되는 다양한 종류의 수치값으로 분석하여 각각 출력하고 기록 저장하며 3차원 위치정보 측정을 위한 해당 데이터로 변환한다. 이와 같은 분석과 변환 등에 대하여는 이미 설명되거나 또는 잘 알려져 있으므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다. The cylindrical portion 1110 may have a cylindrical shape, and a hollow portion may be provided with a circuit portion for analyzing the received signal. However, if necessary, the circuit part may be provided at another position. The circuitry receives and analyzes the GPS signals that are transmitted (transmitted, output, broadcast) by the GPS satellites and provides various types of signals including latitude, longitude, sea level, And outputs the data, records it, and converts it into corresponding data for three-dimensional position information measurement. Such analysis, conversion, and the like are already described or well known, so a detailed description will be omitted.

수평유지부(1200)는 회로상자부(1100)의 상부 측면 일부에 회동상태로 설치되어 경사지에서 상기 회로상자부(1100)의 수평 상태를 유지시키는 구성으로 제 1 회동축(1210), 제 1 회동홀(1220), 회동테(1230), 제 2 회동축(1240), 제 2 회동홀(1250)을 포함하는 구성이다. The horizontal holding part 1200 is installed on a part of the upper side surface of the circuit box part 1100 in a rotating state so as to maintain the horizontal state of the circuit box part 1100 on a slope, And includes a rotating hole 1220, a rotating frame 1230, a second rotating shaft 1240, and a second rotating hole 1250.

제 1 회동축(1210)은 원통부(1110)의 상부 측면 양쪽에 일직선상으로 일치되게 돌출 설치되며 회로상자부(1100)를 가상적 수평면의 하측 공간에 의한 어느 한쪽 방향으로 180도 범위에서 회동시킬 수 있다. The first coaxial shaft 1210 is provided so as to be linearly projected on both sides of the upper side of the cylindrical portion 1110 and rotates the circuit box portion 1100 in a range of 180 degrees in either direction by the lower space of the virtual horizontal plane .

제 1 회동홀(1220)은 회동테(1230)의 양쪽 측면에 일직선상으로 일치되게 2개 형성된 홀(구멍)이며, 제 1 회동축(1210)이 삽입되어 회동한다. The first rotation hole 1220 is a hole (hole) formed in two straight lines on both sides of the rotation frame 1230, and the first rotation axis 1210 is inserted and rotated.

회동테(1230)는 제 1 회동축(1210)이 회동상태로 삽입되는 제 1 회동홀(1220)을 일직선상으로 일치되게 형성하고 원통부(1110)의 외부 지름 보다 큰 내부 지름을 형성하며 원형 테 형상을 한다. The rotating tongue 1230 has a first rotating hole 1220 in which the first rotating shaft 1210 is inserted in a rotating state in a straight line and forms an inner diameter larger than the outer diameter of the cylindrical portion 1110, Shape.

회동테(1230)는 제 1 회동축(1210)을 제 1 회동홀(1220)에 삽입 상태로 설치하고 회로상자부(1100)의 상측 부분에 설치되어 회로상자부(1100)를 어느 한 방향에 의한 180 도 범위에서 회동시킬 수 있다. The first rotating shaft 1210 is inserted into the first rotating hole 1220 and the circuit box portion 1100 is installed on the upper portion of the circuit box portion 1100 so that the circuit box portion 1100 is moved in either direction It is possible to make a rotation in a range of 180 degrees.

제 2 회동축(1240)은 회동테(1230)의 외주면에 제 1 회동홀(1220)이 형성하는 일직선과 수평면 상에서 직각되는 위치의 일직선상 양쪽 방향으로 각각 돌출 설치된다. The second coaxial shaft 1240 protrudes from the outer peripheral surface of the rotation frame 1230 in a direction perpendicular to the straight line formed by the first rotation hole 1220 and perpendicular to the horizontal plane.

제 2 회동축(1240)은 회동테(1230)를 가상 수평면의 하측 공간에서 제 1 회동축(1210)의 회동방향과 직각을 이루는 다른 방향으로 180도 범위에서 회동시킬 수 있다. The second coaxial shaft 1240 can pivot the tilting frame 1230 in the lower space of the virtual horizontal plane in a range of 180 degrees in the other direction perpendicular to the tilting direction of the first pivot 1210.

즉, 회로상자부(1100)는 제 1 회동축(1210)에 의하여 수평면의 하측 공간 어느 한 방향에서 180 도 범위로 회동하고, 제 2 회동축(1240)에 의하여 직각의 다른 방향에서 180 도 범위로 회동하므로 가상 수평면의 하측공간에서 360 도 범위로 자유롭게 회동할 수 있게 된다. That is, the circuit box portion 1100 is rotated by 180 degrees in any one direction of the lower space of the horizontal plane by the first rotating shaft 1210, and 180 degrees in the other direction perpendicular to the second rotating shaft 1240 So that it is possible to freely rotate in a range of 360 degrees in the lower space of the virtual horizontal plane.

제 2 회동홀(1250)은 완충부(1300)를 구성하는 보호프레임(1310)의 상부 일측에 일직선 상으로 일치되게 2개가 형성되며, 제 2 회동축(1210)을 회동상태로 삽입 설치한다. The second rotating hole 1250 is formed in a straight line on one side of the upper portion of the protective frame 1310 constituting the buffering portion 1300 and the second rotating shaft 1210 is inserted and installed in a rotating state.

완충부(1300)는 수평유지 지피에스 수신장치를 외부의 충격 등으로부터 2 단계로 완충하는 것으로 보호프레임(1310), 제 1 완충부(1320), 제 2 완충부(1330), 베이스프레임(1340)을 포함하는 구성이다. The buffering part 1300 buffers the horizontal holding fiber-receiving device in two stages from an external shock or the like and has a protective frame 1310, a first buffer part 1320, a second buffer part 1330, a base frame 1340, .

보호프레임(1310)은 원통부(1110)의 길이보다 더 긴 길이이며 밑면이 폐쇄된 원통형상이고, 원통부(1110)의 길이를 충분히 수용하고 남는 길이 또는 내부 바닥면으로부터의 높이에 제 2 회동홀(1250)을 형성한다. 도면에서는 원통형상으로 도시되어 있으나 밑면이 폐쇄된 삼각통 형상, 사각통 형상, 또는 다각통 형상이 포함될 수 있다. 보호프레임(1310)은 외부에서 직접 인가되는 물리적, 화학적 충격으로부터 회로상자부(1100)와 수평유지부(1200)를 직접 보호한다. The protective frame 1310 has a cylindrical shape which is longer than the length of the cylindrical portion 1110 and has a closed bottom and has a length sufficient to accommodate the length of the cylindrical portion 1110 or a height (1250). Although shown in the drawing as a cylindrical shape, it may include a triangular barrel having a closed bottom, a rectangular barrel, or a polygonal barrel. The protection frame 1310 directly protects the circuit box portion 1100 and the horizontal holding portion 1200 from physical and chemical impacts applied directly from the outside.

제 1 완충부(1320)는 보호프레임(1310)에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 1차(1 단계)로 완충하는 구성이며, 완충브라켓(1321), 완충로드(1322), 완충스프링(1323), 제 1 완충너트(1324), 제 2 완충너트(1325), 제 3 완충너트(1326)를 포함하는 구성이다. The first buffering part 1320 is configured to buffer the physical impact applied to the protection frame 1310 in the vertical direction in a first stage and includes a cushioning bracket 1321, a cushioning rod 1322, a cushioning spring 1323 A first damping nut 1324, a second damping nut 1325, and a third damping nut 1326. As shown in Fig.

제 1 완충부(1320)는 균형이 맞도록 3개 이상이 균등한 간격으로 설치되고 도면에서는 일예에 의하여 4개가 균등한 간격으로 설치되는 것으로 도시하고자 하였으며 필요에 의하여 가감 설치할 수 있음은 매우 당연하다. The first cushioning part 1320 is provided with three or more equally spaced intervals so as to be balanced, and four cushioning parts 1320 are provided at equal intervals according to an example. .

완충브라켓(1321)은 평판의 사각형상이며 보호프레임(1310)의 상하 길이 방향의 중간 부분 또는 중상 부분 중 어느 일 부분이되 동일한 수평선 상의 선택된 부분에 설치되며 돌출되게 설치되고 평면의 중앙 부분에 완충로드(1322)가 원활하게 삽입되고 유동될 수 있는 직경 크리의 제 1 홀(1327)이 형성된다. The cushioning bracket 1321 has a rectangular shape of a flat plate and is provided at a selected portion on the same horizontal line as the middle portion or the middle portion in the vertical direction of the protective frame 1310. The cushioning bracket 1321 is protruded, A first hole 1327 of a diameter of a circle is formed so that the rod 1322 can smoothly be inserted and flowed.

완충브라켓(1321)은 균등한 간격으로 3개 이상 설치되되 필요에 의하여 가감될 수 있으며, 첨부된 도면에서는 4개가 설치되는 상태로 도시하고자 노력하였고, 제 1 회동축(1210)과 제 2 회동축(1240)이 각각 설치되는 위치에서의 동일 수직방향 선상에 설치되는 것으로 도시하였다. The cushioning brackets 1321 are installed at equal intervals, but three or more cushioning brackets 1321 can be added or subtracted as needed. In the drawings, four cushioning brackets 1321 are installed. The first cushion 1210 and the second cushion 1240 are installed on the same vertical line at the positions where they are respectively installed.

완충로드(1322)는 봉 형상을 하며 완충브라켓(1321)의 제 1 홀(1327)과 베이스프레임(1340)의 제 2 홀(1328) 사이를 관통하고 지지할 수 있는 길이로 이루어지며, 제 1 홀(1327)에 삽입되어 원활하게 상하 유동될 수 있는 직경이고, 상측 끝단 일부분과 하측 끝단 일부분에 각각 나사산이 형성된다. The buffering rod 1322 is rod-shaped and has a length capable of penetrating and supporting between the first hole 1327 of the buffering bracket 1321 and the second hole 1328 of the base frame 1340, And is inserted into the hole 1327 and smoothly flows upward and downward, and a thread is formed at a portion of the upper end and a portion of the lower end, respectively.

완충스프링(1323)은 완충로드(1322)의 외주면에 삽입되되 상측 끝단은 완충브라켓(1321)의 하측면에 지지되고 하측끝단은 베이스프레임(1340)의 상측면에 지지되어 탄성을 발생한다. The cushioning spring 1323 is inserted into the outer circumferential surface of the cushioning rod 1322 while the upper end is supported by the lower side of the cushioning bracket 1321 and the lower end is supported by the upper side of the base frame 1340 to generate elasticity.

제 1 완충너트(1324)는 완충로드(1322)의 상측 끝단에 형성된 나사산에 나사결합하고 완충로드(1322)가 제 1 홀(1327)의 상측방향으로는 유동되되 하측방향으로는 유동 범위를 제한하면서 이탈되지 못하도록 한다. The first cushioning nut 1324 is screwed to the thread formed at the upper end of the cushioning rod 1322 and the cushioning rod 1322 is moved upward in the first hole 1327 while limiting the flow range in the downward direction So that it can not be separated.

제 2 완충너트(1325)는 제 2 홀(1327)의 상측면 위치에서 완충로드(1322)의 하측 끝단에 형성된 나사산에 나사결합하고 완충로드(1322)를 고정시켜 완충로드(1322)가 제 2 홀(1327)의 하측방향으로 이동하지 못하도록 유지시킨다. The second cushioning nut 1325 is screwed to the thread formed at the lower end of the cushioning rod 1322 at the upper side position of the second hole 1327 and the cushioning rod 1322 is fixed, And keeps it from moving in the downward direction of the hole 1327.

제 3 완충너트(1326)는 제 2 홀(1327)의 하측면 위치에서 완충로드(1322)의 하측 끝단에 형성된 나사산에 나사결합하고 완충로드(1322)를 고정시켜 완충로드(1322)가 제 2 홀(1327)의 상측방향으로 이동하지 못하도록 유지시킨다. The third cushioning nut 1326 is screwed to the thread formed at the lower end of the cushioning rod 1322 at the lower side position of the second hole 1327 and the cushioning rod 1322 is fixed, So as not to move in the upward direction of the hole 1327.

즉, 제 2 완충너트(1325)와 제 3 완충너트(1326)에 의하여 완충로드(1322)는 제 2 홀(1327)에 고정된 상태로 설치되고 유지된다. That is, the buffering rod 1322 is fixed and fixed to the second hole 1327 by the second buffering nut 1325 and the third buffering nut 1326.

필요에 의하여 제 2 완충너트(1325)와 제 3 완충너트(1326)를 사용하지 않고, 완충로드(1322)를 제 2 홀(1328) 위치에 용접 등의 방식으로 고정하거나, 제 2 홀(1328)에 나사산을 형성하고 완충로드(1322)의 하측 끝단에 형성된 나사산을 이용하여 나사체결되어 고정되도록 할 수 있음은 매우 당연하다. The buffering rod 1322 may be fixed to the second hole 1328 at the position of welding or the like without using the second buffering nut 1325 and the third buffering nut 1326, It is quite natural that a thread is formed on the lower end of the cushioning rod 1322 and screwed and fixed using a screw thread formed on the lower end of the cushioning rod 1322. [

제 2 완충부(1330)는 베이스프레임(1340)의 상측면 중앙부분에 고정 설치되고, 보호프레임(1310)에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 2차(2 단계)로 완충하는 구성이며 스폰지, 실리콘, 천연 및 인공 고무류, 종이류, 헝겊류와 기타 탄성이 있는 물체 등 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 이루어진다. The second buffering part 1330 is fixed to the center of the upper surface of the base frame 1340 and buffers the physical impact applied to the protection frame 1310 in the vertical direction in a second stage, Silicone, natural and artificial rubbers, paper, cloth, and other elastic materials, and the like.

제 2 완충부(1330)는 사각형상 육면체로 도시되어 있으나 원형 입방체, 다각형상 입방체 등으로 이루어질 수 있음은 매우 당연하다. Although the second buffering part 1330 is shown as a rectangular hexahedron, it is quite natural that the second buffering part 1330 can be formed of a circular cube or a polygonal cube.

베이스프레임(1340)은 차량의 지붕 등에 고정 설치되는 구성이며, 차량의 지붕 등에 고정 설치되는 기능부분은 도시 및 설명하지 않았으나 일반적으로 알 수 있으며, 제 1 홀(1327)의 위치와 대응되는 위치에 제 1 홀(1327)의 숫자와 동일한 숫자의 제 2 홀(1328)을 형성하고, 도면에서는 4개의 제 2 홀(1328)이 도시되어 있으나 필요에 의하여 가감할 수 있다. The base frame 1340 is fixedly installed on the roof of the vehicle or the like, and a functional part fixedly installed on the roof of the vehicle or the like is not shown and described but is generally known. The base frame 1340 is fixed at a position corresponding to the position of the first hole 1327 A second hole 1328 having the same number as the number of the first hole 1327 is formed, and four second holes 1328 are shown in the figure, but can be added or subtracted if necessary.

상기와 같은 구성의 수평유지 지피에스 수신장치(1000)는 차량이 이동하는 도로의 굴곡, 경사, 장애물 등에 의하여 차량의 자세가 변하여도 지피에스 안테나(1150)는 항상 일정하게 지피에스 인공위성 방향을 향하게 되므로 지피에스 인공위성으로부터 방송되는 지피에스 신호를 양호하면서 일정한 레벨로 정확하게 수신하게 된다. Even if the attitude of the vehicle changes due to bending, inclination, obstacles, or the like of the road on which the vehicle is moving, the horizontal SAW receiving apparatus 1000 having the above-described structure always has the GSAS antenna 1150 constantly directed to the GSAS satellite direction, And correctly receives the geosite signal broadcasted from the mobile station 100 at a predetermined level.

즉, 수평유지 지피에스 수신장치(1000)는 정적측위 방식에서 기준점이 설치되는 현장 및 관측대상지점(이동점, 미지점)이 설치되는 현장의 지형이 매우 급경사 또는 굴곡이 심하거나 계단 형상, 다양한 장애물 등에 의하여 수평면을 형성하기 어려운 경우에도 쉽고 빠르며 간편하고 안정적으로 상측평면(1130)이 안정적으로 수평면을 형성하여 지피에스 안테나(1150)가 항상 안정적이며 일정한 레벨로 지피에스 신호를 정확하게 수신하는 장점이 있다. In other words, the horizontal retention GS reception apparatus 1000 can be configured such that the ground where the reference point is installed and the observation target point (the moving point, the non-point) are installed in the static positioning system is very steep or curved, It is easy and quick to simply and stably form the horizontal plane of the upper plane 1130 so that the laser AS antenna 1150 always receives the laser signals accurately at a stable and constant level.

또한, 지형 등의 외부 요인에 의하여 발생하는 진동을 2 단계로 완충하므로 회로상자부(1100)를 포함하는 수평유지 지피에스 수신장치(1000)를 충격, 진동 등으로부터 보호하여 지피에스 신호의 안정적인 수신동작을 보장하는 장점이 있다. In addition, since the vibration generated by external factors such as topography is buffered in two steps, the horizontal holding fiber-reception device 1000 including the circuit box portion 1100 is protected from impact, vibration, etc., There is an advantage to guarantee.

따라서 정적측위에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 최소관측 시간이 비교적 짧은 지역 등에서도 신속하게 인공위성 방향으로 설치되어 최소관측 시간을 채울 수 있으며, 수평면 형성에 의하여 지피에스 신호를 정확하게 수신하므로 측지측량된 좌표정보에 대한 신뢰성과 정확도를 더욱 높이는 장점이 있다. Therefore, the time required for the static positioning can be shortened, and even in a region where the minimum observation time is relatively short, it can be quickly installed in the satellite direction to fill the minimum observation time. Since the geosynthetic signal is accurately received by the horizontal plane formation, It has the advantage of increasing the reliability and accuracy of information.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

10: 인공위성군 12: 지상제어국
14: 사용자부문
1000 : 수평유지 지피에스(GPS) 수신장치
1100 : 회로상자부 1110 : 원통부
1130 : 상측평면 1150 : 지피에스 안테나
1170 : 무게추 1200 : 수평유지부
1230 : 회동테 1240 : 제 2 회동축
1250 : 제 2 회동홀 1300 : 완충부
1310 : 보호프레임 1320 : 제 1 완충부
1330 : 제 2 완충부 1340 : 베이스프레임
10: Satellite group 12: Ground control station
14: User sector
1000: Horizontal Keeping GPS Receiver
1100: circuit box part 1110: cylindrical part
1130: upper plane 1150:
1170: Weight weight 1200: Horizontal holding part
1230: Rotating tee 1240: Second coaxial
1250: second rotating hole 1300: buffer portion
1310: Protection frame 1320: First buffer
1330: second buffer part 1340: base frame

Claims (1)

우주부분과 제어부분 및 사용자부분으로 이루어지는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템에 있어서,
상기 사용자부분은 차량에 부착된 복수의 디지털 카메라들 각각으로부터 대상물들 각각에 대한 광학 영상 정보들을 획득하고; 수집된 상기 영상들 각각을 전기적인 신호로 처리하고 처리된 상기 신호들 각각을 저장하고; 상기 저장된 상기 신호들 각각으로부터 정지영상을 절취하고; 상기 정지영상을 각 프레임별로 좌측과 우측의 정지영상으로 세분하고; 수치사진측량기법을 이용하여 상기 각 프레임별 좌측과 우측 정지영상의 특징을 추출하여 정합하고; 상기 정합된 영상을 이용하여 상기 대상물들의 외부표정요소를 각각 결정하고; 상기 결정된 외부표정요소를 이용하여 상기 대상물들의 3 차원 지상좌표를 각각 결정하고; 그리고 좌표변환 알고리즘을 이용하여 상기 지상좌표를 국지좌표로 변환하되, 상기 변환시에는 관성항법 시스템과 지피에스를 매개변수로 도입하여 상기 대상물들에 대응하는 각각의 상기 국지좌표 및 상기 영상 정보를 데이터베이스화하고, 상기 수치사진측량기법은 영역기준정합법으로 이용하고, 상기 영역기준정합법은 상관계수정합법과 최소제곱정합법을 포함하되,
상기 차량에 설치되는 지피에스는 수평유지 지피에스 수신장치로 이루어지며 회로상자부와 수평유지부와 완충부를 포함하여 구성되고,
상기 회로상자부는 원통형상을 하는 원통부와 상기 원통부의 상측 평면을 형성하는 상측평면과 상기 상측평면의 중앙부분에 고정설치되는 지피에스 안테나와 상기 원통부의 하측 평면 중앙부분에 고정 설치되며 상기 회로상자부의 무게 중심이 아래 부분에 형성되도록 하는 무게추가 포함되어 구성되고,
상기 수평유지부는 회로상자부의 상부 측면 일부에 회동상태로 설치되어 굴곡과 경사지에서 상기 회로상자부의 수평 상태를 유지시키는 것으로 어느 한쪽 방향으로 180도 범위에서 회동하고 복수가 일직선상에 설치되는 제 1 회동축, 상기 제 1 회동축이 회동상태로 설치되며 복수가 일직선상에 설치되는 제 1 회동홀, 상기 제 1 회동홀이 일직선상에 형성되는 회동테, 상기 제 1 회동축과 직각 방향으로 설치되어 180도 범위에서 회동하며 복수가 일직선상에 설치되는 제 2 회동축, 상기 제 2 회동축이 회동상태로 설치되고 복수가 일직선상에 설치되는 제 2 회동홀을 포함하는 구성이고,
상기 완충부는 외부의 충격과 진동으로부터 수평유지 지피에스 수신장치를 2 단계로 보호하는 것으로 외부의 물리적 화학적 충격으로부터 회로상자부를 보호하는 보호프레임, 상기 보호프레임에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 1 단계로 완충하는 제 1 완충부, 상기 보호프레임에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 2 단계로 완충하는 제 2 완충부, 상기 수평유지 지피에스 수신장치를 상기 차량에 고정 설치하는 베이스프레임을 포함하여 이루어지되,
상기 보호프레임은 원통부의 상하 방향 길이보다 더 긴 길이이며 밑면이 폐쇄된 원통형상이고, 원통부의 길이를 수용하고 남는 길이 또는 내부 바닥면으로부터의 높이에 제 2 회동홀을 형성하며,
상기 제 1 완충부는 상기 보호프레임의 외주면에 3개 이상이 균등한 간격으로 설치되고,
상기 제 2 완충부는 베이스프레임의 상측면 중앙부분에 고정 설치되고, 보호프레임에 상하방향으로 인가되는 물리적 충격을 완충하며 스폰지, 실리콘, 천연고무류, 인공고무류, 헝겊류, 탄성이 있는 물체 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 이루어고,
상기 베이스프레임은 제 1 홀의 위치와 대응되는 위치에 제 1 홀의 숫자와 동일한 숫자의 제 2 홀을 형성하며,
상기 제 1 완충부는
상기 보호프레임의 외주면 상하 길이 방향의 중상 부분 중 어느 일 부분이되 동일한 수평선 상의 선택된 부분에 돌출되게 설치되고 평면의 중앙 부분에 완충로드가 원활하게 삽입되고 유동되는 제 1 홀이 형성되며 평판의 사각형상으로 이루어지는 완충브라켓;
상기 완충브라켓의 제 1 홀과 베이스프레임의 제 2 홀 사이를 관통하고 지지하는 길이로 이루어지며, 제 1 홀에 삽입되어 원활하게 상하 유동되는 직경이고, 상측 끝단 일부분과 하측 끝단 일부분에 각각 나사산이 형성되며 봉 형상을 하는 완충로드;
상기 완충로드의 외주면에 삽입되며 상측 끝단은 완충브라켓의 하측면에 지지되고 하측끝단은 베이스프레임의 상측면에 지지되어 탄성을 발생하는 완충스프링;
상기 완충로드의 상측 끝단에 형성된 나사산에 나사결합하고 완충로드가 제 1 홀의 상측방향으로는 유동되되 하측방향으로는 유동 범위를 제한하면서 이탈되지 못하도록하는 제 1 완충너트;
상기 제 2 홀의 상측면 위치에서 완충로드의 하측 끝단 부분에 형성된 나사산에 나사결합하고 완충로드를 고정시켜 완충로드가 제 2 홀의 하측방향으로 이동하지 못하게하는 제 2 완충너트; 및
상기 제 2 홀의 하측면 위치에서 완충로드의 하측 끝단 부분에 형성된 나사산에 나사결합하고 완충로드를 고정시켜 완충로드가 제 2 홀의 상측방향으로 이동하지 못하게 하는 제 3 완충너트;를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 지피에스를 이용한 3차원 위치정보 측정 수치지도 제작 시스템.
1. A three-dimensional position information measurement digital map production system using a geosite comprising a space part, a control part and a user part,
The user portion obtaining optical image information for each of the objects from each of the plurality of digital cameras attached to the vehicle; Processing each of the collected images with an electrical signal and storing each of the processed signals; Extracting a still image from each of the stored signals; Subdividing the still image into left and right still images for each frame; Extracting features of the left and right still images of each frame by using a digital photogrammetric technique and matching them; Determining an external facial expression element of each of the objects using the matched image; Determining three-dimensional ground coordinates of the objects using the determined external facial expressions; And transforming the ground coordinates into local coordinates using a coordinate transformation algorithm, wherein the local coordinates and the image information corresponding to the objects are converted into a database by introducing the inertial navigation system and the GPS into parameters, , The numerical photogrammetric technique is used as an area reference calibration method, and the area reference calibration method includes a phase correlation correction method and a least squares fitting method,
Wherein the fiber sheet installed in the vehicle is composed of a horizontal holding fiber reception device and includes a circuit box portion, a horizontal holding portion and a buffer portion,
Wherein the circuit box portion includes a cylindrical portion that is cylindrical, an upper flat surface that defines an upper flat surface of the cylindrical portion, and a grounding antenna that is fixed to a central portion of the upper flat surface and is fixed to a central portion of a lower flat surface of the cylindrical portion, And a weight for allowing the center of gravity to be formed in the lower portion,
Wherein the horizontal holding part is provided on a part of an upper side surface of the circuit box part in a rotating state so as to maintain the horizontal state of the circuit box part at a curved and inclined place and which rotates in a range of 180 degrees in either direction, A first rotating hole in which the first rotating shaft is installed in a rotating state and a plurality of rotating coils are installed in a straight line, a rotating shaft in which the first rotating shaft is formed in a straight line, and a second rotating shaft provided in a direction perpendicular to the first rotating shaft A second rotating shaft which rotates in a range of 180 degrees and in which a plurality of rotating coils are arranged in a straight line, and a second rotating hole in which the second rotating shaft is rotated and a plurality of the rotating coils are arranged in a straight line,
The cushioning part protects the horizontal holding fiber-receiving device from external shocks and vibrations in two stages. The protective frame protects the circuit box part from external physical and chemical impacts. The physical shock applied to the protection frame in one direction A second buffer for buffering the physical shock applied to the protective frame in two stages in a vertical direction, and a base frame for fixing the horizontal holding fiber-reception device to the vehicle,
Wherein the protection frame has a cylindrical shape which is longer than the length of the cylindrical portion in the up-and-down direction and has a closed bottom, forms a second turning hole at a length remaining to accommodate the length of the cylindrical portion or at a height from the inner bottom,
Wherein at least three of the first buffer parts are provided on the outer peripheral surface of the protective frame at even intervals,
The second buffer part is fixed to the central part of the upper surface of the base frame and buffs up the physical impact applied to the protection frame in the up and down direction. The second buffer part buffs physical shocks such as sponge, silicone, natural rubber, artificial rubber, It consists of one or more than one,
Wherein the base frame forms a second hole having a number equal to the number of the first hole at a position corresponding to the position of the first hole,
The first buffer
Wherein a first hole is formed at a central portion of the flat surface so as to protrude from a selected portion on the same horizontal line and smoothly inserted and flowed into the flat surface, A cushioning bracket having a shape;
A diameter that is inserted into the first hole and smoothly flows upward and downward and has a length that penetrates and supports between the first hole of the buffer bracket and the second hole of the base frame, A buffering rod formed and shaped like a rod;
A cushion spring inserted into the outer circumferential surface of the cushioning rod, the cushion spring having an upper end supported by a lower surface of the cushioning bracket and a lower end supported by an upper surface of the base frame to generate elasticity;
A first dampening nut screwed into a thread formed on the upper end of the cushioning rod so as to prevent the cushioning rod from moving in the upward direction of the first hole while limiting the flow range in the downward direction;
A second damper nut screwed to a thread formed at a lower end portion of the cushioning rod at an upper side position of the second hole and fixing the cushioning rod to prevent the cushioning rod from moving in a downward direction of the second hole; And
And a third cushioning nut screwed into a thread formed at a lower end portion of the cushioning rod at a lower side position of the second hole and fixing the cushioning rod to prevent the cushioning rod from moving in an upward direction of the second hole A 3D Mapping System for Measuring 3 - Dimensional Position Information Using.
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