KR101933216B1 - River topography information generation method using drone and geospatial information - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드론으로 취득한 3차원 DSM 자료로부터 경사도 기법과 영역확장법을 공간정보 기술로 처리하여 DEM을 생성하는 기법을 개발하였으며, 연구대상지를 선정하고 드론 영상을 취득하였으며 영상매칭을 통해 정사영상과 DSM 자료를 구축하였고, 구축한 DSM 자료는 하천내 식생이나 수목을 포함하고 있기 때문에 하천 지반을 기준으로 하는 DEM을 생성하기 위해 UAV 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하고, 100개의 검증점을 선정한 후 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점)와 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도기 법에 의한 DEM 자료의 신뢰성을 제공한다. The present invention relates to a method of generating a river terrain information using a drone and spatial information, and more particularly, to a method of generating a DEM by processing gradient information and an area expansion method using spatial information technology from 3D DSM data acquired by a drone DEM images were obtained through image matching and orthogonal images and DSM data were constructed. Since the constructed DSM data includes the vegetation and trees in the stream, Based on the point cloud data acquired during the UAV photographing, we applied the gradient method and selected 100 verification points. Then, using the VRS (Virtual Reference Station) and the total station survey, The reliability of DEM data by the drone point cloud-based gradient method by evaluating the accuracy of the data It provides.

Description

드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법{River topography information generation method using drone and geospatial information}[0001] The present invention relates to a method of generating a river topography information using a drone and spatial information,

본 발명은 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드론으로 취득한 3차원 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 자료로부터 경사도 기법과 영역확장법을 공간정보 기술로 처리하여 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델)을 생성하는 기법을 개발하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for generating a stream topographical information using a drone and spatial information. More particularly, the present invention relates to a method for generating a stream topographical information by using a gradient information technique and a region expansion technique from a 3D DSM (Digital Surface Model) The present invention relates to a method of generating a stream topographical information using a drone and spatial information, which develops a technique of generating a DEM (Digital Elevation Model)

1. 배경 기술 1. BACKGROUND ART

하천주변 지역에 대한 지형자료는 국가하천, 지방하천 그리고 소하천 등의 각종 하천종합계획 수립을 비롯하여 대상하천의 환경 및 무분별한 개발행위의 제한 그리고 홍수 등의 재난관리 업무에 필수적으로 활용되고 있다. 최근 하천정비기본계획, 하천시설물 설치, 홍수분석, 유사량 해석 등과 같은 하천업무에 공간정보나 영상자료를 활용한 다양한 연구가 시도되고 있다. The topographic data for the surrounding area of rivers are essential for the establishment of comprehensive river basins such as national rivers, regional rivers and small rivers, as well as limiting the environment of rivers, irregular development activities, and disaster management such as floods. Recently, various studies using spatial information and image data have been attempted in river works such as basic river maintenance plan, river facility installation, flood analysis, and analysis of similarity.

먼저, GIS 기반 소프트웨어에서 실측단면을 이용하여 등간격 하도단면 및 유한요소망을 구축한 연구를 비롯하여, GIS를 활용하여 LiDAR 자료의 점밀도에 따른 침수영향을 분석한 연구도 있었다. 또한, 공간정보를 이용하여 3차원 하천 경계선을 매핑하는 연구, 및 위성영상으로부터 영상분류기법을 통해 하천의 형상을 추출하는 연구도 있었다.First, there is a study on the effect of inundation due to the density of LiDAR data using GIS, including the study of the uniform cross section and the finite element network by using actual cross section in GIS - based software. In addition, there have been studies to map 3D river boundaries using spatial information, and to extract the shape of stream through image classification method from satellite images.

하천의 지형자료 취득을 위한 기존의 하천측량 작업과정을 살펴보면, 먼저 1/50,000 지형도를 이용하여 유로상황, 지역면적, 지형 등을 확인하는 도상조사를 실시한 후 GPS(Global Positioning System), 토탈스테이션, 레벨을 이용하여 평면 및 종횡단측량을 수행하고 있다. 이러한 기존의 하천측량 방법은 광범위한 하천지역을 모두 관측하기에는 시간과 비용에 한계가 있기 때문에 약 200 횡단간격별로 수평위치와 표고값을 관측하여 성과물을 산출하게 된다. 따라서, 연속적으로 변하는 하천의 형상을 3차원으로 모델링할 수 없고, 특히 불규칙한 하천내에 식생이나 수목과 같은 지형지물이 많이 분포할 경우 지반의 정확한 표고값을 반영하기 어렵게 된다. 이와 같이, 횡단측량 성과에 의존한 하천지형 자료는 하천 전반에 대한 지형을 대표할 수 없기 때문에 하천정비기본계획을 통한 치수시설물 규모 결정을 비롯하여 홍수모델링 그리고 유사량 평가시 신뢰성을 확보하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 하천에 대한 신속하고 신뢰도 높은 3차원 지형자료 생성에 대한 연구가 요구되고 있다. In order to obtain the topographic data of rivers, we conducted a survey on river conditions, regional area, and topography using 1 / 50,000 topographic map. Then, GPS (Global Positioning System), total station, Level and longitudinal cross-sectional surveying. Since the conventional river survey method has a limited time and cost to observe a wide range of river areas, the horizontal position and elevation value are observed at about 200 transversal intervals and the output is calculated. Therefore, it is not possible to model the shape of continuously changing stream in three dimensions. Especially, when the irregular stream is distributed much in topographic features such as vegetation and trees, it is difficult to reflect the exact elevation value of the ground. In this way, since the river terrain data depending on the cross-sectional survey results can not represent the topography of the entire river, there is a problem that it is difficult to secure the reliability in the flood modeling and the similarity evaluation as well as the determination of the scale facility size through the river maintenance basic plan . Therefore, it is required to study the rapid and reliable 3D terrain data generation for rivers.

최근, 공간정보 분야에서 드론을 활용한 3차원 지형자료 구축 연구가 활발히 진행중에 있다. 드론은 무인비행측량시스템(UAV; Unmanned Aerial Vehicle) 이라고 한다. 드론은 위치정보와 자세정보를 취득하는 GPS와 INS(Inertial Navigation System, 관성 항법 장치) 센서를 비롯하여 영상을 촬영하는 카메라가 탑재되어 있으며, 최근 VRS(Virtual Reference Station) 측량이 가능한 드론 장비까지 사업에 활용되면서 보다 신속하게 지형을 모델링할 수 있게 되었다. In recent years, research on the construction of 3D terrain data using drones has been actively conducted in the field of spatial information. The drones are called unmanned aerial vehicles (UAVs). The drones are equipped with GPS and INS (Inertial Navigation System) sensors to acquire position information and attitude information, as well as a camera that captures images. In addition, the drones are equipped with a VRS (Virtual Reference Station) So that we can model the terrain faster.

하천주변 지형 지물에 대한 모델링을 위해 드론을 활용한 연구는 다음과 같다. 먼저, 드론(UAV)을 활용하여 소하천 지형자료 구축에 관한 효용성을 평가한 연구를 비롯하여, 드론 영상으로부터 수변구조물의 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 생성 및 정확도를 분석한 연구도 있었다. 또한, 접근 불가 지역에 대한 지형자료 취득을 위해 드론을 활용하거나 드론 사진측량기법을 활용하여 해변지형에 대한 모델링을 수행한 연구도 있었다. 그리고, 재난재해 분야의 활용사례로서, 근적외선(NiR) 센서를 드론에 탑재한 후 취득된 영상에 대해 다양한 영상분류 기법을 적용하여 수체탐지 정확도를 평가한 연구와 드론으로 관측한 지형자료를 무한사면해석모형과 연계하여 산사태 위험도를 평가한 연구도 있었다.A study using drones for the modeling of topographical landforms around rivers is as follows. First, there is a study that evaluated the utility of low - altitude terrain data using drones (UAV), and also analyzed the DSM (Digital Surface Model) and accuracy of waterfront structures from drones. In addition, there have also been studies on modeling of beach topography using drones or using drone photogrammetry to acquire topographical data for inaccessible areas. As a practical example of the disaster disaster area, a study was conducted to evaluate the accuracy of water detection by applying various image classification techniques to images acquired after mounting a near infrared ray (NiR) sensor on a drone, There have also been studies evaluating landslide risk in connection with analytical models.

이와 같이, 드론을 활용하여 3차원 지형모델링을 수행한 후 재난재해, 도시계획, 식생, 농업분야에 활용하는 연구들이 많이 발표되었다. 그러나, 기존의 드론을 활용한 지형모델링의 경우 지형지물을 모두 포함하는 DSM 자료를 기반으로 하고 있다. 하천지형은 식생, 수목, 구조물 등 다양한 지형지물이 분포하고 있으며, 하천정비기본계획을 비롯하여 홍수모델링 및 유사량분석 등에서 활용되는 지형자료는 순수한 지반의 표고값인 DEM(Digital Elevation Model) 자료이므로 드론으로 취득한 DSM 자료로부터 지형지물을 제거해야 DEM을 얻을 수 있다. As a result, many researches have been made on 3D terrain modeling using drones and disaster disaster, urban planning, vegetation, and agriculture. However, in the case of terrain modeling using existing drones, it is based on DSM data including all of the features. Since the topography data used in the flood modeling and sediment analysis, including the basic plan for river maintenance, is the digital Elevation Model (DEM) data, which is the elevation value of the pure ground, the river topography has various features such as vegetation, trees, DEMs can be obtained by removing features from DSM data.

Casbeer, D. W., Li, S. M., Beardd, R. W., McLain, T. W. and Mehra, R. K., 2008, “Fire Monitoring with Multiple Small UAVs”Proceedings of the American Control Conference, Portland, USA. Colomina. C., Bebe, R. W., McLain, T. W. and Mehra, R. K., 2008, "Fire Monitoring with Multiple Small UAVs", Portland, USA. Colomina. Colomina, I., Blazquez, M., Molina, P., Pares, M .E. and Wis, M., 2008, “A New Paradigm for High-Resolution Low-Cost Photogrammetryand Remote Sensing”ISPRS XXI Congress. Beijing, China, Jul. 3-11, 2008. pp.1201-1206. Colomina, I., Blazquez, M., Molina, P., Pares, M.E. and Wis, M., 2008, "A New Paradigm for High-Resolution Low-Cost Photogrammetry and Remote Sensing" ISPRS XXI Congress. Beijing, China, Jul. 3-11, 2008. pp.1201-1206. Everaerts. J., 2008, “Use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVS) for Remote Sensing and Mapping”ISPRS XXI Congress, 2008.6. Beijing China, pp. 1187-1191. Everaerts. J., 2008, "Use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVS) for Remote Sensing and Mapping" ISPRS XXI Congress, 2008.6. Beijing China, pp. 1187-1191. Grenzd orffer, G. J., Engel, A., Teichert, B., 2008, “Photogrammetric Potential of Low-Cost UAVS in Forestry and Agriculture”ISPRS XXI Congress, 2008.6. Beijing China, pp.1207-1213. Grenzd Orffer, G. J., Engel, A., Teichert, B., 2008, "Photogrammetric Potential of Low-Cost UAVS in Forestry and Agriculture" ISPRS XXI Congress, 2008.6. Beijing China, pp. 1207-1213. Nagai, M., Chen, T., Ahmed, A. and Shibasaki, R., 2008, “Borne Mapping by Multi Sensor Integration”ISPRS XXI Congress, Beijing, China, Jul. 3-11, 2008, pp.1215-1221.  Nagai, M., Chen, T., Ahmed, A. and Shibasaki, R., 2008, "Borne Mapping by Multi Sensor Integration" ISPRS XXI Congress, Beijing, China, Jul. 3-11, 2008, pp.1215-1221. Nebiker, S., Annen, A., Scherrer, M. and Oesch, D., 2008. “Light-Weight Multispectral Sensor for Micro UAV - Opportunities for Very High Resolution Airborne Remote Sensing”ISPRS XXI Congress, Beijing, China, Jul. 3-11, 2008. pp.1193-1199. "Light-Weight Multispectral Sensor for Micro UAV - Opportunities for Very High Resolution Airborne Remote Sensing" ISPRS XXI Congress, Beijing, China, Jul., 2008. Nebiker, S., Annen, A., Scherrer, M. and Oesch, . 3-11, 2008. pp.1193-1199.

종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 드론으로 취득한 3차원 DSM 자료로부터 경사도 기법과 영역확장법을 공간정보 기술로 처리하여 DEM을 생성하는 기법을 개발하는데 그 목적이 있으며, 연구대상지를 선정하여 드론 영상을 취득하였으며 영상매칭을 통해 정사영상과 DSM 자료를 구축하였고, 구축한 DSM 자료는 하천내 식생이나 수목을 포함하고 있기 때문에 하천 지반을 기준으로 하는 DEM을 생성하기 위해 UAV 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하고, 100개의 검증점을 선정한 후 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도기 법에 의한 DEM 자료의 신뢰성을 제공하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to develop a technique of generating a DEM by processing gradient information and area expansion method using spatial information technology from 3D DSM data acquired by a drone, And the DSM data were constructed through the image matching. The DSM data constructed in this study includes the vegetation and the trees in the stream. Therefore, in order to generate the DEM based on the stream ground, Based on the point cloud data based on the gradient method, 100 points of verification were selected, and then the measurement values calculated from the VRS (Virtual Reference Station) survey and the total station survey were used to calculate the elevation accuracy of the DSM and DEM data , Which provides reliability of DEM data by the drone point cloud-based gradient method And using spatial information to provide a stream terrain information generation method.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법은, (a) 하천 지형의 대상지에 n개의 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)에 대해 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행하는 단계; (b) 드론(UAV)의 k개의 카메라 영상을 취득하며, 각각의 사진 파일에 GPS와 INS 정보가 연결되며, 영상정합 소프트웨어(Pix4D SW)에 의해 낱장들을 정합하여 영상매칭을 통해 사진과 GPS와 INS 정보로부터 3차원 포인트 클라우드 정확도를 향상시켜 드론 기반 정사영상과 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델)을 생성하는 단계; (c) 상기 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델)은 하천내 식생과 수목을 포함하기 때문에 하천 지반을 기준으로 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델)을 생성하기 위해, 드론(UAV)의 카메라 촬영을 통해 취득한 3차원 DSM 자료로부터 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법과 영역확장법을 사용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하는 단계; 및 (d) 드론(UAV) 카메라 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하며, m 개의 검증점을 선정한 후, VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도 기법에 의한 DSM 자료의 수평 및 수직정확도를 평가하는 단계를 포함한다. In order to achieve the object of the present invention, a method for generating a stream topographical information using a drone and spatial information comprises the steps of: (a) providing a virtual reference station (VRS) to a GCP (Ground Control Point) A reference point) survey; (b) acquire k camera images of drone (UAV), GPS and INS information are connected to each photo file, and matching sheets by image matching software (Pix4D SW) Generating a drone-based orthoimage and a DSM (Digital Surface Model) by improving the accuracy of the 3D point cloud from the INS information; (c) Since the digital surface model (DSM) includes vegetation and trees in the stream, the digital elevation model (DSM) of the dron (UAV) is used to generate a digital elevation model (DEM) A step of generating a DEM reflecting the elevation values available for the river surveying using the gradient method and the area expansion method based on the point cloud data from the 3D DSM data obtained through the photographing; (D) Apply gradient method based on point cloud data obtained from drones (UAV) camera shooting, select m verification points, and then use measurement values calculated from VRS and total station survey to calculate DSM And evaluating the horizontal and vertical accuracy of the DSM data by the drone point cloud-based gradient technique by evaluating the elevation accuracy of the DEM data.

상기 드론은 비행기 형상의 NiR 카메라를 탑재한 고정익 드론을 사용하며,드론(UAV)의 비행고도 195m에서 해상도 6㎝급으로 촬영하도록 설계하였으며, 종·횡중복도는 각각 85%와 70%로 설계된 것을 특징으로 한다. The drones are fixed-wing drones equipped with NiR cameras in airplane shape. The drones are designed to shoot at a flight height of 195 m at a flight altitude of 6 ㎝, and the longitudinal and lateral redundancy are designed to be 85% and 70%, respectively. .

상기 단계 (a)는, 드론의 카메라 촬영을 통해 얻어진 영상은 기본적으로 WGS84 UTM 좌표계를 가지게 되며, 국내 측지좌표계인 GRS80 TM으로의 변환을 위해 하천 지형의 대상지에 10개의 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)를 선정하였으며, 10개의 GCP에 대하여 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행한다. In the step (a), the image obtained through camera shooting of the drone is basically a WGS84 UTM coordinate system. In order to convert it into GRS80 TM, which is a domestic geodetic coordinate system, 10 GCPs (Ground Control Point, And a VRS (Virtual Reference Station) survey is performed on 10 GCPs.

상기 드론의 카메라 촬영을 통해 취득한 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 활용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하며, 포인트 클라우드 자료를 이용하여 하천내 수목을 분류하기 위해서는 비지면점과 지면점으로 구분되는 과정이 선행되고, 지면점 추출을 위하여 대상지역 지면의 경사도를 먼저 조사하고, 이 경사도를 기준으로 포인트 클라우드 자료내의 점간 거리와 표고차를 이용하여 경사도를 계산한 후 지면의 경사도와 비교하고 지면점을 분류하는 작업을 수행하며, 일정한 크기의 셀을 분할한 후 주어진 경사도 이내의 점들을 지면점으로 분류하며, 가상의 셀이 생성한 후 셀 내에 존재하는 다수의 포인트 클라우드 중 표고가 가장 낮은 포인트 시작 픽셀(seed pixel)로 할당하고 이웃셀과의 경사를 계산하여 사용자가 지정한 임계 경사값 이내에서 셀을 확장해 나가는 영역확장법을 적용한다. Based on the point cloud data obtained through the camera shooting of the drones, a grading method is used to generate a DEM reflecting the elevation values available for stream surveying. In order to classify the trees in the stream using point cloud data, In order to extract the ground points, we first investigate the slope of the target area, calculate the slope using the distance between the point cloud data and the elevation difference based on the slope, and then calculate the slope of the ground And dividing the ground points into a plurality of point clouds, dividing cells having a predetermined size, dividing the points within a given inclination into ground points, and calculating an elevation among a plurality of point clouds existing in the cell after the virtual cells are generated We assign it to the lowest point seed pixel and calculate the slope with the neighboring cell The user applies a region growing method extends out of the cell within the threshold slope value specified.

포인트 클라우드 자료를 이용한 상기 영역확장법은 영상분야에서 개발된 이론으로서, 일반적으로 영상에서 동일한 객체의 영역에 소속된 픽셀들은 서로 유사한 통계적인 특성을 가지고 있는 것에 기초하고 있으며, 영역확장법은 영상의 이러한 특성을 이용하여 초기 시작점, 즉 seed 픽셀로부터 시작하여 주위 픽셀값들과 비교함으로서 유사한 영역을 확장시키며, 상기 seed 픽셀과 이웃한 픽셀들의 intensity 값을 비교하여 유사도를 갖는 경우 동일한 영역으로 보고, 영역을 확대하며, The region expansion method using point cloud data is a theory developed in the image field. Generally, pixels belonging to the same object region in an image are based on having similar statistical characteristics. Using these characteristics, similar regions are expanded by comparing them with surrounding pixel values starting from an initial starting point, i.e., a seed pixel, and comparing the intensity values of neighboring pixels with the seed pixel, And,

영상에 영역의 동질성(homogeneity)을 검사하는 과정은 식 (1)에 의해 검사되며,

Figure 112018105856660-pat00033
(1)The process of examining the homogeneity of regions in an image is examined by Equation (1)
Figure 112018105856660-pat00033
(One)

여기서, P(ㆍ)는 논리적 술사(logical predicate)라고 하는데, True이면 괄호내의 영역이 동일한 영역이 되며,

Figure 112017052749290-pat00002
는 초기 seed 픽셀을 의미하고,
Figure 112017052749290-pat00003
는 초기 seed 픽셀과 이웃한 k개의 픽셀들을 의미하고, N은 이웃한 픽셀들의 전체 개수이며, 만약에 초기 seed 픽셀과 이웃한 영역이 서로 동질성을 갖는다면 식 (1)을 만족하게 되어 한 영역으로 확장되며, Here, P (-) is called a logical predicate, and if True, the area in parentheses becomes the same area,
Figure 112017052749290-pat00002
Denotes an initial seed pixel,
Figure 112017052749290-pat00003
Is the number of neighboring pixels, and N is the total number of neighboring pixels. If the initial seed pixel and neighboring regions are homogeneous, then Equation (1) is satisfied. Expanded,

Microstation V8과 Terra Scan/Terra Modeler 지형자료 처리 소프트웨어를 기반으로 경사도 기법에 기초한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 생성 프로세스를 적용하였으며, 전처리 과정에서 적용되는 매개변수는 포인트 클라우드의 밀도나 대상지의 지형여건에 따라 달라질 수 있으며, 기존의 연구에서 일반적으로 사용된 매개변수값을 기준으로 일부 값을 조정하였으며, 육안판독을 통해 DEM을 선정한다. Based on the Microstation V8 and the Terra Scan / Terra Modeler terrain data processing software, a digital elevation model (DEM) generation process based on the slope technique was applied. The parameters applied in the preprocessing process are density of the point cloud, It depends on the terrain condition. Some values are adjusted based on the parameter values commonly used in the existing studies, and the DEM is selected by visual inspection.

상기 전처리 과정은, 먼저 모든 점들을 Default Class로 분류한 후 다른 포인트들에 비해서 너무 낮거나 너무 높은 표고값을 갖는 포인트들을 Low Point Class로 지정하며, Low Point Class 분류가 수행되고 남은 Default Class에 대해서 지면 클래스(Ground Class)를 분류하고, 상기 지면 클래스는 기본적으로 발생 가능한 최대각을 설정하고, 각 포인트들을 경사도를 통해 찾아가는 과정으로 수행되며, 상기 지면 클래스 추출을 위해 6°각도를 기준으로 2m 반경내에 존재하는 다른 포인트들을 찾아가도록 수행하였으며, 1회 검색할 수 있는 최대거리는 5m로 제한하였으며, 제한된 영역 안에서 각도를 기준으로 다른 점들을 반복적으로 찾는 과정을 수행하였으며, 지면 포인트의 분류가 수행되고 남은 Default Class의 모든 포인트는 Low vegetation Class로 분류하였으며, Low vegetation Class에서 지면점을 기준으로 0.5m 이상 존재하는 점들은 Medium vegetation Class로, 3m 이상 존재하는 점들은 High vegetation Class로 분류하며, In the preprocessing step, all points are classified into a default class, and points having an elevation value that is too low or too high as compared with other points are designated as a low point class. Low point class classification is performed and the remaining default class The ground class is basically set by setting a maximum angle that can be generated, and each point is navigated through an inclination. In order to extract the ground class, a radius of 2 m The maximum distance that can be searched once was limited to 5m, and the process of finding the other points repeatedly based on the angle within the limited area was performed, and classification of ground points was performed. All points in the Default Class are classified as Low Vegetation Class and Low Vegetation Class When there is more than 0.5m books that are based on the fact that they exist as a Medium vegetation Class, more than 3m, and are classified as High vegetation Class,

활용하고자 하는 지면점을 정사영상으로부터 다시 확인하여 오분류된 점들을 지면점으로 분류하는 과정을 수행하였으며, 기본적으로, 6°를 기준으로 지면을 분류하기 때문에 하천 지역의 경계(boundary)를 급경사면이 나타나는 하천 양안 제방 부근은 수목으로 인식되는 오류를 방지하기 위해 Terra Scan 지형자료 처리 소프트웨어를 사용하여 하천 제방 부근에 대해서는 별도의 영역으로 설정하여 지면점을 수정하는 것을 특징으로 한다. In order to classify the misclassified points into the ground points by checking again from the orthoimage image, basically, since the ground is classified on the basis of 6 °, Is used to modify the land surface by using Terra Scan topographical data processing software to prevent erroneous errors recognized as trees in the vicinity of the rivers.

상기 방법은 식생과 수목을 포함하고 있는 하천의 일부 지역을 대상지로 선정하여 횡단구간에 대한 DSM과 DEM의 표고값에 대하여, 횡단구간내의 DSM 자료의 표고분포를 분석한 결과, 최대 10m 이상의 높이를 가진 수목이 위치하고 있어 DSM의 표고값이 지반을 나타내는 경사도 기법을 이용하여 생성한 DEM에 비해 표고분포가 매우 높게 나타나며, 반면에 포인트 클라우드를 기반으로 경사도 기법을 이용하여 생성한 DEM 자료의 경우 표고분포가 지반의 표고값과 유사하게 나타나는 것을 특징으로 한다. In the above method, the elevation distribution of DSM and DSM in the transverse section is analyzed for the elevation values of DSM and DEM for the transverse section by selecting a part of the stream including vegetation and trees. The elevation distribution of the DSM is higher than that of the DEM generated by using the slope method in which the elevation value of the DSM is located. In contrast, in the case of the DEM data generated by the gradient method based on the point cloud, Is similar to the elevation value of the ground.

상기 방법은 카메라가 구비된 드론 촬영을 통해 취득한 DSM 자료와 포인트 클라우드 자료 기반 경사도 기법을 통해 생성한 DEM 자료의 정확도 평가를 위해 100개의 검증점을 선정하였으며, 검증점은 식생이 거의 없는 지형을 비롯하여 지면으로부터 높이가 큰 식생이나 수목까지 다양하게 포함되도록 선정한다. In this method, 100 verification points were selected for the evaluation of the accuracy of the DEM data generated through the DSM data obtained through the drone shooting with the camera and the point cloud based gradient method. The verification points include the vegetation-free topography Choose from a wide range of heights, ranging from ground to high vegetation or trees.

상기 단계 (c)에서는, 각 검증점별 표고는 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량과 토탈스테이션 측량을 수행하여 취득하며, 식생이 거의 없는 지형은 VRS 측량을 통해 수평위치와 표고값을 취득하였으며, 지면으로부터 높이가 큰 수목의 경우 VRS 측량을 수행하기 어렵기 때문에 토탈스테이션을 활용하여 인접 지형에 프리즘을 위치한 후 원격 고저측량 방식으로 표고값을 취득한다. In the step (c), the elevation of each verification point is obtained by performing a VRS (Virtual Reference Station) survey and a total station survey, and the horizontal position and elevation value are obtained through the VRS survey, In the case of a tree with a large height from the ground, it is difficult to perform the VRS survey. Therefore, the total station is used to locate the prism on the adjacent terrain and then obtain the elevation value by the remote altitude surveying method.

각 검증점별 표고는 VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 수행하여 취득하고, 식생이 거의 없는 지형은 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 통해 수평위치와 표고값을 취득하였으며, 지면으로부터 높이가 큰 수목의 경우는 VRS 측량을 수행하기 어렵기 때문에 토탈스테이션 측량을 활용하여 인접 지형에 프리즘을 위치한 후 원격 고저측량 방식으로 표고값을 취득하였으며,Each elevation elevation for each verification point was obtained by performing VRS surveying and total station surveying. Horizontal position and elevation value were obtained through VRS (Virtual Reference Station) surveying of the terrain with little vegetation. , It is difficult to perform the VRS survey. Therefore, the total station survey was used to locate the prism on the adjacent terrain,

100개의 검증점별로 DSM, DEM, 최확값(TRUE) 표고 분포를 나타낸 그래프이다. 분석 결과, 포인트 클라우드 자료로부터 경사도기법을 이용하여 생성한 DEM은 최확값(TRUE)과 유사한 패턴을 보였으며, 반면에 DSM의 경우, 식생이 거의 없는 검증점에서는 최확값(TRUE)과 유사하게 나타난다. DSM, DEM, and maximum (TRUE) elevation distribution for 100 verification points. As a result of the analysis, the DEM generated by the gradient method from the point cloud data showed a pattern similar to the maximum value (TRUE), whereas the DSM showed similar to the maximum value (TRUE) at the verification point with little vegetation .

100개의 검증점별로 DSM과 DEM 자료에 대해 VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 얻은 최확값(TRUE)을 기준으로 표고오차를 계산하며, 최확값(TRUE)을 기준으로 평가한 DSM의 표고오차 범위는 0.08~15.33m로 나타났으며 표준오차는 ±3.84m로 계산되었으며, 반면에, DEM의 표고오차 범위는 0.27~0.41m로 나타났으며, 표준오차는 ±0.12m로 계산되어 DSM 자료에 비해 표고오차가 낮은 것이 확인되었으며, The elevation error is calculated based on the maximum value (TRUE) obtained from the VRS survey and total station survey for DSM and DEM data by 100 verification points, and the height error range of the DSM based on the maximum value (TRUE) 0.08 ~ 15.33m, and the standard error was calculated as ± 3.84m. On the other hand, the height error range of DEM was 0.27 ~ 0.41m and the standard error was calculated as ± 0.12m. It was confirmed that the error was low,

실제 지반의 표고값을 반영해야 하는 하천측량의 경우, 드론(UAV)의 카메라 영상으로부터 취득한 DSM 자료로부터 포인트 클라우드 기반 경사도 기법을 적용하여 DEM을 생성하여 활용하며, In the case of stream survey where the elevation value of the actual ground should be reflected, the point cloud based gradient method is applied to the DEM from the DSM data obtained from the camera image of the drone (UAV)

UAV 포인트 클라우드 기반 경사도 기법을 적용하여 분석한 DEM 자료가 하천정비기본계획, 홍수모델링, 유사량평가의 하천업무 수행을 위한 지형자료로 사용된다. The DEM data analyzed by applying the UAV point cloud-based gradient method are used as the topographic data for the river maintenance basic plan, flood modeling, and similarity assessment.

본 발명에 따른 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법은 드론으로 취득한 3차원 DSM 자료로부터 경사도 기법과 영역확장법을 공간정보 기술로 처리하여 DEM을 생성하는 기법을 개발하였으며, 연구대상지를 선정하여 드론 영상을 취득하였으며 영상매칭을 통해 정사영상과 DSM 자료를 구축하였다. 구축한 DSM 자료는 하천내 식생이나 수목을 포함하고 있기 때문에 하천 지반을 기준으로 하는 DEM을 생성하기 위해 UAV 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하였다. 그리고, 100개의 검증점을 선정한 후, VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도기 법에 의한 DEM 자료의 신뢰성을 제시하였다.According to the present invention, a method of generating a DEM by processing a gradient information and an area expansion method using a spatial information technology from a 3D DSM data acquired by a drone was developed. The drones were acquired and the orthoimages and DSM data were constructed through image matching. Since the constructed DSM data includes the vegetation and the trees in the stream, the slope method is applied based on the point cloud data acquired during the UAV photographing to generate the DEM based on the stream ground. Then, after selecting 100 verification points, the accuracy of the DSM and DEM data is evaluated by using the measurement values obtained from the VRS (Virtual Reference Station) survey and the total station survey, so that the drone point cloud-based slope method The reliability of the DEM data is presented.

본 연구에서는 드론 측량을 통해 취득된 포인트 클라우드 자료로부터 경사도기법을 적용하여 하천업무에 활용 가능한 지형자료를 구축하였으며, 대전광역시 서구 갑천 일부구간을 대상지로 선정하여 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.In this study, the geomorphological data that can be used for the river service were constructed by applying the gradient method from the point cloud data acquired through the drones survey. The results of the study were as follows; .

첫째, eMotion SW 비행계획수립 소프트웨어를 활용하여 비행계획을 수립하였으며 드론 촬영으로부터 얻어진 391매의 사진을 Pix4D SW 영상정합 소프트웨어로 처리하여 정사영상, 포인트 클라우드 그리고 DSM 자료를 구축하는 기법을 제시할 수 있었다. 특히 영상접합의 신뢰도를 확보하기 위해 GCP 측량을 수행한 결과 X(E), Y(N), Z의 표준편차가 각각 0.016m, 0.019m, 0.041m로서 나타났으며, 따라서 최종 결과물인 정사영상, 포인트 클라우드 그리고 DSM 자료의 수평 및 수직정확도를 각각 2㎝와 5㎝ 이내로 확보할 수 있었다.First, the flight plan was established using eMotion SW flight planning software, and 391 photographs obtained from the drone shooting were processed with Pix4D SW image matching software, and the technique of constructing orthophoto, point cloud and DSM data could be presented . Especially, the standard deviations of X (E), Y (N), and Z were 0.016m, 0.019m, and 0.041m, respectively, , Point cloud, and DSM data within 2 ㎝ and 5 ㎝, respectively.

둘째, UAV를 통해 취득된 포인트 클라우드를 기반으로 경사도기법을 적용하여 하천업무에 활용 가능한 DEM 자료를 구축할 수 있었으며, 특히 식생과 수목이 일부 포함된 지역을 대상으로 횡단면도를 확인한 결과 DSM에 포함된 수고(樹高)가 DEM에서 제거되었음을 확인할 수 있었다. Secondly, based on the point cloud obtained from UAV, it was possible to construct the DEM data that can be applied to the river work by applying the slope technique. Especially, It was confirmed that the tree height was removed from DEM.

셋째, VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 활용하여 100개의 검증점에 대한 최확값(TRUE)을 취득하였으며, 이를 통해 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 계산한 결과 DSM과 DEM의 표준오차는 각각 ±3.84m와 ±0.12m로 나타났다. 따라서, UAV 포인트 클라우드 기반 경사도기법을 적용하여 분석한 DEM 자료가 하천정비기본계획, 홍수모델링, 유사량평가 등의 하천업무 수행을 위한 지형자료로 효과적임을 알 수 있었다.Third, we obtained the maximum value (TRUE) for 100 verification points by using VRS survey and total station survey. As a result, the standard errors of DSM and DEM were calculated to be ± 3.84m And ± 0.12m, respectively. Therefore, it was found that DEM data analyzed by UAV point cloud - based gradient method is effective as topographic data for stream work such as river maintenance basic plan, flood modeling, and sediment valuation.

도 1은 드론 기반 정사영상과 DSM 생성을 위한 연구 대상지 사진이다.
도 2는 2번, 9번, 10번 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)에 대해 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행하는 화면이다.
도 3은 비행계획 소프트웨어(eMotion SW)를 활용하여 드론의 비행계획을 설계하는 화면이다.
도 4는 eMotion SW의 「Flight Data Manager」기능을 이용하여 사진파일에 GPS와 INS 정보를 연결하는 화면이다.
도 5는 드론 항공촬영 사진들을 영상 정합 소프트웨어(Pix4D SW)를 사용하여 영상접합 프로세싱을 나타낸 화면이다.
도 6은 영상 정합 소프트웨어(Pix4D SW)를 통해 생성된 정사영상(Orthomosaic)과 수치표면모델(DSM, Digital Surface Model) 자료를 나타낸 사진이다.
도 7은 정사영상과 DSM 파일을 이용하여 Virtual Survey SW로 구현한 일부하천 구간에 대한 3차원 모델링 화면이다.
도 8은 셀 분할을 통한 지연점 분류 도면이다.
도 9는 영역확장법 모식도이다.
도 10a는 경사도 기법에 기초한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 생성 프로세스를 나타낸 순서도이다.
도 10b는 포인트 클라우드(점군 데이터)를 설명한 도면이다.
도 10c는 토탈스테이션을 설명한 도면이다.
도 11은 (a) 하천 지형자료의 정확도 평가를 위해 설정한 경계내로 절취한 드론 DSM 자료이며, (b) 포인트 클라우드 자료 기반 경사도기법을 이용하여 생성한 DEM이다.
도 12는 식생과 수목을 포함하고 있는 히천의 일부 지역을 선정하여 횡단구간에 대한 DSM과 DEM의 표고값을 나타낸 도면이다.
도 13은 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점)와 토탈스테이션을 활용한 검증점 측량 사진이다.
도 14는 100개의 검증점별로 DSM, DEM, 최확값(TRUE) 표고 분포를 나타낸 그래프이다.
도 15는 검증점별 DSM, DEM 오차를 나타낸 그래프이다.
도 16은 DSM과 DEM 표준오차 분석을 비교한 도면이다.
FIG. 1 is a photograph of a study site for generating a drone-based orthoimage and DSM.
FIG. 2 is a screen for performing a VRS (Virtual Reference Station) survey on GCPs 2, 9, and 10 (ground control points).
FIG. 3 is a screen for designing a drones flight plan using the flight planning software (eMotion SW).
4 is a screen for connecting GPS and INS information to a photo file using the " Flight Data Manager " function of the eMotion SW.
FIG. 5 is a screen showing image fusion processing by using image matching software (Pix4D SW) of Drones aerial photography photographs.
6 is a photograph showing Orthomosaic and DSM (Digital Surface Model) data generated through the image matching software (Pix4D SW).
FIG. 7 is a three-dimensional modeling screen for some river sections implemented by Virtual Survey SW using an orthophoto image and a DSM file.
8 is a delay point classification diagram through cell division.
9 is a schematic diagram of the area expansion method.
10A is a flowchart showing a digital elevation model (DEM) generation process based on the gradient technique.
Fig. 10B is a view for explaining a point cloud (point cloud data).
10C is a view for explaining the total station.
Fig. 11 is (a) Dron DSM data cut into boundaries set for the accuracy evaluation of river terrain data, and (b) DEM generated using point cloud data based gradient method.
FIG. 12 is a view showing the elevation values of DSM and DEM for a transverse section by selecting a part of the area of Hicheon including vegetation and trees.
13 is a verification point survey photograph utilizing a VRS (Virtual Reference Station) and a total station.
FIG. 14 is a graph showing DSM, DEM, and maximum value (TRUE) elevation distribution per 100 verification points.
15 is a graph showing DSM and DEM errors for each verification point.
16 is a diagram comparing DSM and DEM standard error analysis.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

2. 드론 기반 정사영상과 DSM 생성2. Drone-based orthoimage and DSM generation

2.1 대상지 선정과 지상기준점 측량2.1 Site selection and ground reference point survey

본 연구는 드론으로 취득한 3차원 DSM 자료로부터 경사도 기법과 영역확장법을 공간정보 기술로 처리하여 DEM을 생성하는 기법을 개발하기 위한 것이다. 실시예에서는, 대전광역시 서구에 위치하고 있는 갑천 일부 구간을 연구대상지로 선정하여 드론 영상을 취득하였으며 영상매칭을 통해 정사영상과 DSM 자료를 구축하였다. 구축한 DSM 자료는 하천내 식생이나 수목을 포함하고 있기 때문에 하천 지반을 기준으로 하는 DEM을 생성하기 위해 UAV 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하였다. 그리고, 100개의 검증점을 선정한 후, VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도 기법에 의한 DEM 자료의 신뢰성을 제시하였다.The purpose of this study is to develop a method to generate DEM by processing gradient information and area expansion method with spatial information technology from 3 - D DSM data acquired by drone. In this study, some sections of Gapcheon located in Seo - gu of Daejeon Metropolitan City were selected as study sites and drones were acquired. Orthographic images and DSM data were constructed through image matching. Since the constructed DSM data includes the vegetation and the trees in the stream, the slope method is applied based on the point cloud data acquired during the UAV photographing to generate the DEM based on the stream ground. Then, after selecting 100 verification points, the accuracy of DSM and DEM data is evaluated by using the measurement values obtained from the VRS (Virtual Reference Station) survey and the total station survey, so that the drone point cloud- The reliability of the DEM data was suggested.

도 1은 드론 기반 정사영상과 DSM 생성을 위한 연구 대상지 사진이다. FIG. 1 is a photograph of a study site for generating a drone-based orthoimage and DSM.

실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 대전광역시 서구에 위치하는 일부 하천구간을 연구 대상지로 선정하였다. 대상지역은 국가하천인 갑천구간으로써 약 1.5㎞의 하도길이를 가지고 있다. 하천지형은 식생, 수목, 구조물 등 다양한 지형지물이 분포하고 있다 In the embodiment, as shown in FIG. 1, some river sections located in the western part of Daejeon Metropolitan City are selected as study sites. The target area is the Gap River section of the national river, which has a length of about 1.5 km. The river terrain includes various types of terrain such as vegetation, trees, and structures.

드론 촬영을 통해 얻어진 영상은 기본적으로 WGS84 UTM 좌표계를 가지게 되며, 국내 측지좌표계인 GRS80 TM으로의 변환을 위해서는 지상기준점(GCP; Ground Control Point) 측량을 수행해야 한다. GCP 측량을 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 총 10점을 지상기준점(GCP)으로 선정하였으며, GCP 측량은 가상기준망을 활용하여 측위가 가능한 VRS 측량을 사용하였다. VRS 측량은 약 3~5㎝ 정도의 수평 및 수직 오차를 가지고 있으나, 하천 지형 측량은 하상이 매우 불규칙하고 측정하는 수신기의 위치에 따라 상당량의 오차가 발생하므로 VRS 측량을 사용하였다. 표 1은 VRS 측량을 통해 취득한 GCP 측량결과를 보여주고 있으며, 도 2는 2번, 9번, 10번 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)에 대해 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행하는 화면이다. The images obtained through drone shooting will have the WGS84 UTM coordinate system basically, and the ground control point (GCP) survey must be performed for conversion to the domestic geodetic coordinate system GRS80 TM. As shown in FIG. 1, a total of 10 points were selected as the ground reference point (GCP) for the GCP survey, and the GCP survey was used for the VRS survey capable of positioning using the virtual reference network. The VRS survey has a horizontal and vertical error of about 3 ~ 5 cm. However, the river terrain survey is very irregular and the VRS survey is used because it causes a considerable error depending on the location of the receiver. Table 1 shows the results of the GCP survey obtained through the VRS survey, and FIG. 2 shows the VRS (Virtual Reference Station) survey for the GCPs 2, 9, and 10 (ground control points) .

Figure 112017052749290-pat00004
Figure 112017052749290-pat00004

2.2 드론 기반 정사영상과 DSM 생성2.2 Drone-based Orthographic Image and DSM Generation

하천 지형자료 취득을 위해 사용한 드론 장비는 비행기 형상의 고정익 드론(스위스 SenseFly에서 제작한 eBee 모델)로써 최대 50분까지 비행이 가능하고 단일비행 시 약 12㎢의 비행이 가능하다. 디지털 카메라는 비측량용 카메라인 일본 Sony사의 WX220 모델로써 초점거리는 4∼25㎜이다. The drone equipment used for river terrain data acquisition is an airplane-shaped fixed wing dron (eBee model manufactured by SenseFly, Switzerland) that can fly up to 50 minutes and can fly about 12 km2 on a single flight. The digital camera is a WX220 model of Sony, a non-surveying camera, with a focal length of 4 to 25 mm.

표 2는 본 연구에서 이용한 드론 장비의 제원을 나타낸 것이다.Table 2 shows the specifications of the drones used in this study.

Figure 112017052749290-pat00005
Figure 112017052749290-pat00005

드론(UAV)의 비행계획수립은 eMotion SW를 활용하였으며, 대상지역은 주변에 높은 산지를 포함하고 있어 드론의 카메라 촬영시 충돌의 위험 등을 고려하여 비행고도 195m에서 해상도 6㎝급으로 촬영하도록 설계하였다. 또한, 종·횡중복도는 각각 85%와 70%로 설계하였으며, 하천 지역 대상지역의 면적을 고려하여 총 2회 촬영하여 영상을 접합하였다. The flight plan of the drone (UAV) was made using eMotion SW and the target area included high mountain area nearby, so it was designed to shoot at a flight level of 195m and resolution of 6cm in consideration of the risk of collision when shooting the drones Respectively. In addition, the longitudinal and lateral redundancy was designed to be 85% and 70%, respectively.

도 3은 비행계획 소프트웨어(eMotion SW)를 활용하여 드론의 비행계획을 설계하는 화면이다.FIG. 3 is a screen for designing a drones flight plan using the flight planning software (eMotion SW).

연구 대상지역에 대해 총 391매의 사진을 촬영하였으며, eMotion SW의 「Flight Data Manager」기능을 이용하여 도 4에 도시된 바와 같이, 사진파일에 GPS와 INS 정보를 연결하였다.A total of 391 photographs were photographed for the study area and the GPS and INS information were connected to the photograph file as shown in FIG. 4 by using the "Flight Data Manager" function of the eMotion SW.

도 5는 드론 항공촬영 사진들을 영상 정합 소프트웨어(Pix4D SW)를 사용하여 영상접합 프로세싱을 나타낸 화면이다.FIG. 5 is a screen showing image fusion processing by using image matching software (Pix4D SW) of Drones aerial photography photographs.

실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 영상 정합은 Pix4D SW(영상정합 소프트웨어)를 사용하여 수행하였다. 영상접합 과정에서 VRS 측량을 통해 얻어진 10개의 GCP(지상기준점)에 대한 X(E), Y(N), Z의 표준편차는 각각 0.016m, 0.019m, 0.041m로 평가되었다. 따라서, 정사영상, 포인트 클라우드 그리고 DSM 자료의 수평 및 수직정확도를 각각 2㎝와 5㎝ 이내로 확보할 수 있었다.In the embodiment, as shown in Fig. 5, image registration was performed using Pix4D SW (image registration software). The standard deviations of X (E), Y (N), and Z for 10 GCP (ground reference points) obtained by VRS survey were 0.016m, 0.019m, and 0.041m, respectively. Therefore, the horizontal and vertical accuracy of orthoimage, point cloud, and DSM data can be secured within 2 ㎝ and 5 ㎝, respectively.

영상정합 소프트웨어(Pix4D SW)는 사진, GPS, INS(Inertial Navigation System, 관성 항법 장치) 정보로부터 3차원 포인트 클라우드 정확도를 향상시켜 궁극적으로 신뢰도 높은 정사영상과 DSM 자료를 생성한다. The image matching software (Pix4D SW) improves 3D point cloud accuracy from photograph, GPS, INS (Inertial Navigation System) information, and ultimately produces highly reliable orthographic image and DSM data.

도 6은 영상 정합 소프트웨어(Pix4D SW)를 통해 생성된 정사영상(Orthomosaic)과 수치표면모델(DSM, Digital Surface Model) 자료를 나타낸 사진이다. 참고로, 정사영상에 하천지형자료의 정확도 평가를 위한 경계(Boundary)와 검증점(Validation)을 함께 표시하였으며, 구축한 정사영상과 DSM 자료의 용량은 각각 837MB와 816MB로 나타났다. 6 is a photograph showing Orthomosaic and DSM (Digital Surface Model) data generated through the image matching software (Pix4D SW). For reference, boundaries and validation points for the accuracy evaluation of river terrain data are shown in the orthoimage image. The capacity of the orthoimage and DSM data are 837MB and 816MB, respectively.

3. 공간정보 기술을 이용한 하천지형자료 구축3. Construction of river terrain data using spatial information technology

드론(UAV)의 카메라을 사용하여 구축한 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 자료는 하천내 식생과 수목 등을 포함하고 있기 때문에, 하천측량시 실제 필요로 하는 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 자료와는 차이를 보이게 된다. Digital Surface Model (DSM) data constructed by using a camera of a drone (UAV) includes vegetation and trees in the river. Therefore, the DEM (Digital Elevation Model, ) Data.

도 7은 정사영상과 DSM 파일을 이용하여 Virtual Survey SW로 구현한 일부하천 구간에 대한 3차원 모델링 화면이다. 하천내의 수목이나 식생의 영향으로 실제 지반보다 높은 표고값이 반영된 DSM 자료가 생성되었음을 보여주고 있다.FIG. 7 is a three-dimensional modeling screen for some river sections implemented by Virtual Survey SW using an orthophoto image and a DSM file. It is shown that the DSM data reflecting elevation values higher than the actual ground were generated due to the influence of trees and vegetation in the stream.

이러한 지형지물들을 추출하거나 제거하기 위해 포인트 클라우드 자료를 이용하는 연구들이 항공레이저측량분야를 중심으로 진행되어 왔다. 포인트 클라우드를 활용한 기존의 연구들은 Local Maxima 방법을 이용하여 건물을 추출하는 부분에 집중되었다. Local Maxima 방법은 필터의 크기와 높이 임계값이 변수로 사용되며 필터 내에 포함된 포인트 자료들의 최저 표고값을 계산하고 최저 표고값 보다 가정된 임계값 이상의 표고값을 갖는 자료를 비지면점으로 분류한다. Local Maxima는 적용지역의 분류할 건물과 같은 지상물의 최대 건물 크기를 미리 파악해야 되며 매우 큰 지상물을 제거하기 위해서는 필터의 크기가 커지고 동시에 필터의 경사가 작아지기 때문에 경사지역에서는 적용이 어렵게 된다.Studies using point cloud data to extract or remove these features have been centered around aerial laser surveying. Previous studies using point clouds have focused on extracting buildings using the Local Maxima method. The Local Maxima method uses the size and height threshold of the filter as a variable and calculates the lowest elevation value of the point data contained in the filter and classifies the data having elevation value higher than the assumed elevation value as the non-elevation point . Local Maxima needs to know in advance the maximum building size of the ground such as the building to be classified in the applicable area. In order to remove very large ground water, it becomes difficult to apply in the slope area because the filter becomes larger in size and at the same time the slope of the filter becomes smaller.

따라서, 본 발명에서는 드론의 카메라 촬영을 통해 취득한 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 활용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하였다. Therefore, in the present invention, a DEM reflecting the elevation values available for stream surveying is generated using the gradient method based on the point cloud data acquired through the camera shooting of the drones.

포인트 클라우드 자료를 이용하여 하천내 수목을 분류하기 위해서는 비지면점과 지면점으로 구분되는 과정이 선행되어야 한다. 지면점 추출을 위하여 대상지역 지면의 경사도를 먼저 조사하고, 이 경사도를 기준으로 포인트 클라우드 자료내의 점간 거리와 표고차를 이용하여 경사도를 계산한 후 지면의 경사도와 비교하고 지면점을 분류하는 작업을 수행하여야 한다. 이 경우 계산되는 셀의 영역이 너무 클 경우 그림 8(a)와 같이 수목이 지면으로 오분류되는 문제가 발생하며, 이를 해결하기 위해서는 하천 지역 대상지 내의 수목의 폭이나 지형특성을 고려한 셀의 영역을 설정하는 것이 중요하다. In order to classify the trees in the stream using the point cloud data, the process of distinguishing between the non-ground point and the ground point should be preceded. In order to extract the land surface, we first investigate the slope of the target area, calculate the slope using the distance between the points in the point cloud data and the elevation difference based on the slope, compare with the slope of the ground, and classify the ground point shall. In this case, if the area of the calculated cell is too large, the problem of misclassifying the tree as shown in Fig. 8 (a) occurs. To solve this problem, the area of the cell considering the width and topographic characteristics of the trees It is important to set it up.

도 8은 셀 분할을 통한 지연점 분류 도면이다. 도 8(b)는 일정한 크기의 셀을 분할한 후 주어진 경사도 이내의 점들을 지면점으로 분류하는 과정으로서, 도 8(a)에서 수목이 지면으로 오분류되는 문제가 해결됨을 알 수 있다.8 is a delay point classification diagram through cell division. 8 (b) is a process of dividing a cell having a predetermined size into points corresponding to a given inclination, and FIG. 8 (a) shows that the problem of misclassifying the trees into the ground is solved.

가상의 셀이 생성한 후 셀 내에 존재하는 다수의 포인트 클라우드 중 표고가 가장 낮은 포인트 시작 픽셀(seed pixel)로 할당하고 이웃셀과의 경사를 계산하여 사용자가 지정한 임계 경사값 이내에서 셀을 확장해 나가는 영역확장법을 적용하였다.After a virtual cell is created, it is assigned to the lowest point cloud among the many point clouds existing in the cell, and the cell is expanded within the threshold slope specified by the user by calculating the slope with the neighboring cell Outgoing area extension method was applied.

도 9는 영역확장법 모식도이다. 9 is a schematic diagram of the area expansion method.

포인트 클라우드 자료를 이용한 영역확장법은 영상분야에서 개발된 이론으로서, 일반적으로 영상에서 동일한 객체의 영역에 소속된 픽셀들은 서로 유사한 통계적인 특성을 가지고 있는 것에 기초하고 있다. 영역확장법은 영상의 이러한 특성을 이용하여 초기 시작점, 즉 seed 픽셀로부터 시작하여 주위 픽셀값들과 비교함으로서 유사한 영역을 확장시키는 방법이다. 도 8에서 보는 바와 같이, seed 픽셀과 이웃한 픽셀들의 intensity 값을 비교하여 유사도가 높은 경우 동일한 영역으로 보고 영역을 확대해 나간다(Pitas, 1993).The area expansion method using point cloud data is a theory developed in the image field. In general, the pixels belonging to the same object region in the image have a similar statistical characteristic. The region expansion method is a method of extending the similar region by comparing these values with surrounding pixel values starting from an initial starting point, i.e., a seed pixel, using this characteristic of the image. As shown in FIG. 8, the seed pixel is compared with the intensity values of neighboring pixels, and when the similarity is high, the report area is expanded to the same area (Pitas, 1993).

영상에 영역의 동질성(homogeneity)을 검사하는 과정은 식 (1)과 같다.The process of examining the homogeneity of a region in an image is shown in Equation (1).

Figure 112018105856660-pat00034
(1)
Figure 112018105856660-pat00034
(One)

여기서 P(ㆍ)는 논리적 술사(logical predicate)라고 하는데, True이면 괄호내의 영역이 동일한 영역이 된다.

Figure 112017052749290-pat00007
는 초기 seed 픽셀을 의미하고,
Figure 112017052749290-pat00008
는 초기 seed 픽셀과 이웃한 k개의 픽셀들을 의미한다. 여기서 N은 이웃한 픽셀들의 전체 개수이다. 만약 초기 seed 픽셀과 이웃한 영역이 서로 동질성을 갖는다면 식 (1)을 만족하게 되어 한 영역으로 확장될 수 있다.Here, P () is called a logical predicate. If True, the area in parentheses is the same area.
Figure 112017052749290-pat00007
Denotes an initial seed pixel,
Figure 112017052749290-pat00008
Means the initial seed pixel and neighboring k pixels. Where N is the total number of neighboring pixels. If the initial seed pixel and neighboring regions are homogeneous, the region can be extended to one region by satisfying Equation (1).

본 발명에서는 Bentley 사의 Microstation V8과 Terrasolid 사의 Terra Scan/Terra Modeler를 기반으로 도 10과 같은 경사도 기법에 기초한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 생성 프로세스를 적용하였다. 전처리 과정에서 적용되는 매개변수는 포인트 클라우드의 밀도나 대상지의 지형여건에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 기존의 연구에서 일반적으로 사용된 매개변수값을 기준으로 일부 값을 조정하였으며, 육안판독을 통해 가장 적절한 DEM을 선정하였다.In the present invention, a digital elevation model (DEM) generation process based on the gradient technique as shown in FIG. 10 is applied based on Microstation V8 of Bentley and Terra Scan / Terra Modeler of Terrasolid. The parameters applied in the preprocessing process may vary depending on the density of the point cloud and the terrain conditions of the site. Therefore, in the present invention, some values were adjusted based on the parameter values generally used in the existing studies, and the most appropriate DEM was selected through visual inspection.

전처리 과정을 살펴보면, 먼저 모든 점들을 Default Class로 분류한 후 다른 포인트들에 비해서 너무 낮거나 너무 높은 표고값을 갖는 포인트들을 Low Point Class로 지정하게 된다. Low Point Class 분류가 수행되고 남은 Default Class에 대해서 지면(Ground) Class를 분류하는 과정을 수행한다. 지면 클래스는 기본적으로 발생 가능한 최대각을 설정하고, 각 포인트들을 경사도를 통해 찾아가는 과정으로 수행된다. 본 발명에서는 지면 Class 추출을 위해 일반적으로 사용되는 각도인 6°를 기준으로 2m 반경내에 존재하는 다른 포인트들을 찾아가도록 수행하였다. 1회 검색할 수 있는 최대거리는 5m로 제한하였으며, 제한된 영역 안에서 각도를 기준으로 다른 점들을 반복적으로 찾는 과정을 수행하였다. 지면 포인트의 분류가 수행되고 남은 Default Class의 모든 포인트는 Low vegetation Class로 분류하였다. Low vegetation Class에서 지면점을 기준으로 0.5m 이상 존재하는 점들은 Medium vegetation Class로, 3m 이상 존재하는 점들은 High vegetation Class로 분류하였다. In the preprocessing process, all the points are classified into the Default Class, and points having an elevation value that is too low or too high compared to other points are designated as the Low Point Class. The Low Point Classification is performed and the ground class is classified for the remaining Default Classes. The ground class is basically performed by setting the maximum angle that can be generated, and navigating each point through the gradient. In the present invention, other points existing within a radius of 2 m are searched based on a commonly used angle of 6 ° for extracting a ground class. The maximum distance that can be retrieved once was limited to 5m, and the process of finding different points repeatedly based on the angle within the limited area was performed. Classification of ground points was performed and all remaining points of the Default Class were classified as Low vegetation class. In the low vegetation class, the points that exist more than 0.5m from the ground point are classified as Medium vegetation class and the points existing more than 3m are classified as High vegetation class.

본 발명에서 활용하고자 하는 지면점을 정사영상으로부터 다시 확인하여 오분류된 점들을 지면점으로 분류하는 과정을 수행하였다. 기본적으로, 6°를 기준으로 지면을 분류하기 때문에 급경사면이 나타나는 하천 양안 제방 부근은 수목으로 인식되는 오류를 가져오게 된다. 따라서, 본 발명에서는 Terra Scan 지형자료 처리 소프트웨어를 이용하여 하천 제방 부근에 대해서는 별도의 영역으로 설정하여 지면점을 수정하였다.The ground points to be utilized in the present invention are checked again from the orthoimage image, and the misclassified points are classified into ground points. Basically, since the ground is classified on the basis of 6 °, the vicinity of the riverside bank bank where the steep slopes are appeared leads to errors recognized as trees. Therefore, in the present invention, the ground point is corrected by setting Terra Scan terrain data processing software as a separate area near the river bank.

본 발명에서는 하천 지형자료의 정확도 평가를 위해 경계(boundary)를 설정하였다. 경계는 좌안 유제부의 경우는 하천제방을 기준으로 하였으며, 우안 무제부의 경우는 홍수의 범위가 미칠 수 있는 범위를 고려하여 결정하였다. In the present invention, the boundary is set for the accuracy evaluation of the stream topographical data. The boundaries were determined based on river bank in the case of the left eye tributary and in the case of the right eye untreated area in consideration of the extent of the flood.

도 10a는 경사도 기법에 기초한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 생성 프로세스를 나타낸 순서도이다. 10A is a flowchart showing a digital elevation model (DEM) generation process based on the gradient technique.

본 발명의 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법은, (a) 하천 지형의 대상지에 n개의 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)에 대해 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행하는 단계; (b) 드론(UAV)의 k개의 카메라 영상을 취득하며, 각각의 사진 파일에 GPS와 INS 정보가 연결되며, 영상정합 소프트웨어(Pix4D SW)에 의해 낱장들을 정합하여 영상매칭을 통해 사진과 GPS와 INS 정보로부터 3차원 포인트 클라우드 정확도를 향상시켜 드론 기반 정사영상과 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델)을 생성하는 단계; (c) 상기 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델)은 하천내 식생과 수목을 포함하기 때문에 하천 지반을 기준으로 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델)을 생성하기 위해, 드론(UAV)의 카메라 촬영을 통해 취득한 3차원 DSM 자료로부터 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법과 영역확장법을 사용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하는 단계; 및 (d) 드론(UAV) 카메라 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하며, m 개의 검증점을 선정한 후, VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도 기법에 의한 DSM 자료의 수평 및 수직정확도를 평가하는 단계를 포함한다. The method of generating a river terrain information using the drones and spatial information according to the present invention comprises the steps of: (a) performing a VRS (Virtual Reference Station) survey on n GCPs (ground control points, ground reference points) step; (b) acquire k camera images of drone (UAV), GPS and INS information are connected to each photo file, and matching sheets by image matching software (Pix4D SW) Generating a drone-based orthoimage and a DSM (Digital Surface Model) by improving the accuracy of the 3D point cloud from the INS information; (c) Since the digital surface model (DSM) includes vegetation and trees in the stream, the digital elevation model (DSM) of the dron (UAV) is used to generate a digital elevation model (DEM) A step of generating a DEM reflecting the elevation values available for the river surveying using the gradient method and the area expansion method based on the point cloud data from the 3D DSM data obtained through the photographing; (D) Apply gradient method based on point cloud data obtained from drones (UAV) camera shooting, select m verification points, and then use measurement values calculated from VRS and total station survey to calculate DSM And evaluating the horizontal and vertical accuracy of the DSM data by the drone point cloud-based gradient technique by evaluating the elevation accuracy of the DEM data.

상기 드론은 비행기 형상의 NiR 카메라를 탑재한 고정익 드론을 사용하며,드론(UAV)의 비행고도 195m에서 해상도 6㎝급으로 촬영하도록 설계하였으며, 종·횡중복도는 각각 85%와 70%로 설계된 것을 특징으로 한다. The drones are fixed-wing drones equipped with NiR cameras in airplane shape. The drones are designed to shoot at a flight height of 195 m at a flight altitude of 6 ㎝, and the longitudinal and lateral redundancy are designed to be 85% and 70%, respectively. .

상기 단계 (a)는, 드론의 카메라 촬영을 통해 얻어진 영상은 기본적으로 WGS84 UTM 좌표계를 가지게 되며, 국내 측지좌표계인 GRS80 TM으로의 변환을 위해 하천 지형의 대상지에 10개의 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)를 선정하였으며, 10개의 GCP에 대하여 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행한다. In the step (a), the image obtained through camera shooting of the drone is basically a WGS84 UTM coordinate system. In order to convert it into GRS80 TM, which is a domestic geodetic coordinate system, 10 GCPs (Ground Control Point, And a VRS (Virtual Reference Station) survey is performed on 10 GCPs.

상기 드론의 카메라 촬영을 통해 취득한 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 활용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하며, 포인트 클라우드 자료를 이용하여 하천내 수목을 분류하기 위해서는 비지면점과 지면점으로 구분되는 과정이 선행되고, 지면점 추출을 위하여 대상지역 지면의 경사도를 먼저 조사하고, 이 경사도를 기준으로 포인트 클라우드 자료내의 점간 거리와 표고차를 이용하여 경사도를 계산한 후 지면의 경사도와 비교하고 지면점을 분류하는 작업을 수행하며, 일정한 크기의 셀을 분할한 후 주어진 경사도 이내의 점들을 지면점으로 분류하며, 가상의 셀이 생성한 후 셀 내에 존재하는 다수의 포인트 클라우드 중 표고가 가장 낮은 포인트 시작 픽셀(seed pixel)로 할당하고 이웃셀과의 경사를 계산하여 사용자가 지정한 임계 경사값 이내에서 셀을 확장해 나가는 영역확장법을 적용한다. Based on the point cloud data obtained through the camera shooting of the drones, a grading method is used to generate a DEM reflecting the elevation values available for stream surveying. In order to classify the trees in the stream using point cloud data, In order to extract the ground points, we first investigate the slope of the target area, calculate the slope using the distance between the point cloud data and the elevation difference based on the slope, and then calculate the slope of the ground And dividing the ground points into a plurality of point clouds, dividing cells having a predetermined size, dividing the points within a given inclination into ground points, and calculating an elevation among a plurality of point clouds existing in the cell after the virtual cells are generated We assign it to the lowest point seed pixel and calculate the slope with the neighboring cell The user applies a region growing method extends out of the cell within the threshold slope value specified.

포인트 클라우드 자료를 이용한 상기 영역확장법은 영상분야에서 개발된 이론으로서, 일반적으로 영상에서 동일한 객체의 영역에 소속된 픽셀들은 서로 유사한 통계적인 특성을 가지고 있는 것에 기초하고 있으며, 영역확장법은 영상의 이러한 특성을 이용하여 초기 시작점, 즉 seed 픽셀로부터 시작하여 주위 픽셀값들과 비교함으로써 유사한 영역을 확장시키며, seed 픽셀과 이웃한 픽셀들의 intensity 값을 비교하여 유사도를 갖는(유사도가 높은) 경우 동일한 영역으로 보고, 영역을 확대하며, The region expansion method using point cloud data is a theory developed in the image field. Generally, pixels belonging to the same object region in an image are based on having similar statistical characteristics. Using these characteristics, similar regions are expanded by comparing them with surrounding pixel values starting from an initial starting point, i.e., a seed pixel, and comparing intensity values of neighboring pixels with the seed pixel, if the similarity is high (high degree of similarity) , Enlarging the area,

영상에 영역의 동질성(homogeneity)을 검사하는 과정은 식 (1)에 의해 검사되며,

Figure 112018105856660-pat00035
(1)The process of examining the homogeneity of regions in an image is examined by Equation (1)
Figure 112018105856660-pat00035
(One)

여기서, P(ㆍ)는 논리적 술사(logical predicate)라고 하는데, True이면 괄호내의 영역이 동일한 영역이 되며,

Figure 112017052749290-pat00010
는 초기 seed 픽셀을 의미하고,
Figure 112017052749290-pat00011
는 초기 seed 픽셀과 이웃한 k개의 픽셀들을 의미하고, N은 이웃한 픽셀들의 전체 개수이며, 만약에 초기 seed 픽셀과 이웃한 영역이 서로 동질성을 갖는다면 식 (1)을 만족하게 되어 한 영역으로 확장되며, Here, P (-) is called a logical predicate, and if True, the area in parentheses becomes the same area,
Figure 112017052749290-pat00010
Denotes an initial seed pixel,
Figure 112017052749290-pat00011
Is the number of neighboring pixels, and N is the total number of neighboring pixels. If the initial seed pixel and neighboring regions are homogeneous, then Equation (1) is satisfied. Expanded,

Microstation V8과 Terra Scan/Terra Modeler 지형자료 처리 프로그램을 기반으로 경사도 기법에 기초한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 생성 프로세스를 적용하였으며, 전처리 과정에서 적용되는 매개변수는 포인트 클라우드의 밀도나 대상지의 지형여건에 따라 달라질 수 있으며, 기존의 연구에서 일반적으로 사용된 매개변수값을 기준으로 일부 값을 조정하였으며, 육안판독을 통해 가장 적절한 DEM을 선정하하는 것을 특징으로 한다. Based on the Microstation V8 and the Terra Scan / Terra Modeler terrain data processing program, a digital elevation model (DEM) generation process based on the gradient technique was applied. The parameters applied in the preprocessing process are the density of the point cloud, It can be varied depending on the geographical conditions, and some values are adjusted based on the parameter values commonly used in the existing studies, and the most suitable DEM is selected through visual inspection.

도 10b는 포인트 클라우드(점군 데이터)를 설명한 도면이다. Fig. 10B is a view for explaining a point cloud (point cloud data).

포인트 클라우드(점군 데이터)는 사진측량을 이용하여 3차원 좌표(X,Y,Z)를 갖는 포인트 클라우드를 추출할 수 있다. 입체 사진측량 계산 방법의 일종으로서 같은 지점에 대해 중복으로 촬영한 두 개의 사진으로부터 삼각측량과 유사한 방식으로 특징점의 높이값을 계산하게 된다.The point cloud (point cloud data) can extract a point cloud having three-dimensional coordinates (X, Y, Z) using photogrammetry. As a type of 3D photogrammetry calculation method, a height value of a feature point is calculated from two photographs taken in duplicate for the same point in a manner similar to triangulation.

도 10c는 토탈스테이션을 설명한 도면이다. 10C is a view for explaining the total station.

토탈스테이션은 각도와 거리를 동시에 관측할 수 있는 기능이 함께 갖추어져 있는 측량기로서, 2점의 좌표(X,Y,Z)를 알고 있을 경우 측량하고자 하는 새로운 점의 좌표를 계산할 수 있는 장비이다. 토탈스테이션에 탑재된 마이크로프로세서에서 자료를 짧은 시간에 계산하여 표시해 주고, 결과를 컴퓨터로 보내어 도면으로 변환할 수 있는 전자식 측정 기기이다. The total station is equipped with the ability to simultaneously observe the angle and the distance. It is a device that can calculate the coordinates of a new point to be measured when two coordinates (X, Y, Z) are known. It is an electronic measuring instrument that can calculate and display the data in a short time in the microprocessor installed in the total station, and convert the result to a computer.

도 11은 (a) 하천 지형자료의 정확도 평가를 위해 설정한 경계내로 절취한 드론 DSM 자료이며, (b) 포인트 클라우드 자료 기반 경사도기법을 이용하여 생성한 DEM이다. 또한, 하천 지형자료의 정확도 검증을 위한 검증점(Validation)을 도 11 (a) 및 (b)와 같이 표시하였다.Fig. 11 is (a) Dron DSM data cut into boundaries set for the accuracy evaluation of river terrain data, and (b) DEM generated using point cloud data based gradient method. In addition, the validation for verifying the accuracy of the stream topography data is shown in Figs. 11 (a) and (b).

도 12는 식생과 수목을 포함하고 있는 하천의 일부 지역을 대상지로 선정하여 횡단구간에 대한 DSM과 DEM의 표고값을 나타낸 도면이다. 횡단구간내의 DSM 자료의 표고분포를 분석한 결과, 최대 10m 이상의 높이를 가진 수목이 위치하고 있어 DSM의 표고값이 지반을 나타내는 DEM에 비해 매우 높게 나타난 것을 확인할 수 있다. 반면에, 포인트 클라우드를 기반으로 경사도 기법을 이용하여 생성한 DEM 자료의 경우 약 63~64 EL.m의 표고분포를 보였으며, 따라서, 지반의 표고값과 유사하게 나타난 것으로 확인되었다.FIG. 12 is a view showing the elevation values of DSM and DEM for a transverse section by selecting a part of the river including vegetation and trees as a target area. As a result of the analysis of the elevation distribution of DSM data in the transverse section, it can be seen that the elevation value of DSM is much higher than that of DEM which shows the ground because the trees with a height of 10m or more are located. On the other hand, the DEM data generated by the gradient method based on the point cloud showed an elevation distribution of about 63 ~ 64 EL.m, and thus it was confirmed that it is similar to the elevation value of the ground.

카메라가 구비된 드론 촬영을 통해 취득한 DSM 자료와 포인트 클라우드 자료 기반 경사도 기법을 통해 생성한 DEM 자료의 정확도 평가를 위해 도 11 (a), (b)와 같이 100개의 검증점을 선정하였다. 검증점은 식생이 거의 없는 지형을 비롯하여 지면으로부터 높이가 큰 식생이나 수목까지 다양하게 포함되도록 선정하였다. In order to evaluate the accuracy of the DSM data obtained through the drone shooting with the camera and the DEM data generated by the point cloud based gradient method, 100 verification points were selected as shown in FIGS. 11 (a) and (b). The verification points were selected to include various terrains with little vegetation, as well as vegetation and trees with a large height from the ground.

도 13은 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점)와 토탈스테이션을 활용한 검증점 측량 사진이다. 13 is a verification point survey photograph utilizing a VRS (Virtual Reference Station) and a total station.

각 검증점별 표고는 도 13에 도시된 바와 같이, VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 수행하여 취득하였다. 식생이 거의 없는 지형은 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 통해 수평위치와 표고값을 취득하였으며, 지면으로부터 높이가 큰 수목의 경우는 VRS 측량을 수행하기 어렵기 때문에 토탈스테이션 측량을 활용하여 인접 지형에 프리즘을 위치한 후 원격 고저측량 방식으로 표고값을 취득하였다. As shown in FIG. 13, each verification point elevation was obtained by performing a VRS surveying and a total station surveying. The VRS (Virtual Reference Station) survey was used to obtain the horizontal position and altitude of the terrain with little vegetation. In the case of trees with a large height from the ground, it is difficult to perform the VRS survey. After the prism was placed on the terrain, elevation values were obtained by the remote altimeter survey method.

도 14는 100개의 검증점별로 DSM, DEM, 최확값(TRUE) 표고 분포를 나타낸 그래프이다. 분석 결과, 포인트 클라우드 자료로부터 경사도기법을 이용하여 생성한 DEM은 최확값(TRUE)과 유사한 패턴을 보였다. 반면에, DSM의 경우, 식생이 거의 없는 검증점에서는 최확값(TRUE)과 유사하게 나타났으나 높은 수고(樹高)를 가지는 검증점에서는 최확값(TRUE)과 큰 차이를 나타냈다.FIG. 14 is a graph showing DSM, DEM, and maximum value (TRUE) elevation distribution per 100 verification points. As a result of the analysis, the DEM generated from the point cloud data using the gradient method showed a pattern similar to the maximum value (TRUE). On the other hand, DSM showed a similarity to the maximum value (TRUE) at the verification point with little vegetation, but a large difference from the maximum value (TRUE) at the verification point with high plant height.

도 15는 검증점별 DSM, DEM 오차를 나타낸 그래프이다. 15 is a graph showing DSM and DEM errors for each verification point.

100개의 검증점별로 DSM과 DEM 자료에 대해 VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 얻은 최확값(TRUE)을 기준으로 표고오차를 도 15와 같이 계산하였다. 최확값(TRUE)을 기준으로 평가한 DSM의 표고오차 범위는 0.08~15.33m로 나타났으며 표준오차는 ±3.84m로 계산되었다. 반면에, DEM의 표고오차 범위는 0.27~0.41m로 나타났으며, 표준오차는 ±0.12m로 계산되어 DSM 자료에 비해 표고오차가 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 실제 지반의 표고값을 반영해야 하는 하천측량의 경우, 드론(UAV)의 카메라 영상으로부터 취득한 DSM 자료로부터 포인트 클라우드 기반 경사도 기법을 적용하여 DEM을 생성하여 활용하는 것이 효과적임을 알 수 있었다.The elevation error was calculated based on the maximum value (TRUE) obtained from the VRS survey and the total station survey for DSM and DEM data by 100 verification points as shown in FIG. The height error range of the DSM based on the maximum value (TRUE) was 0.08 ~ 15.33m and the standard error was calculated as ± 3.84m. On the other hand, the height error range of DEM is 0.27 ~ 0.41m, and the standard error is ± 0.12m, which shows that the altitude error is much lower than DSM data. Therefore, in the case of stream survey which needs to reflect the actual ground level, it is effective to generate and utilize DEM by applying point cloud based gradient method from DSM data obtained from camera image of drone (UAV).

도 16은 DSM과 DEM 표준오차 분석을 비교한 도면이다.16 is a diagram comparing DSM and DEM standard error analysis.

결론적으로, 본 발명은 드론의 측량을 통해 취득된 포인트 클라우드 자료로부터 경사도 기법을 적용하여 하천업무에 활용 가능한 지형자료를 구축하였으며, 대전광역시 서구 갑천 일부구간을 대상지로 선정하여 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.As a result, the present invention constructed the terrain data that can be utilized for the river business by applying the gradient method from the point cloud data obtained through the survey of the drones, and conducted a research by selecting a section of the Gapcheon area in Daejeon, The results were as follows.

첫째, 드론의 비행계획 소프트웨어 인 eMotion SW를 활용하여 비행계획을 수립하였으며 드론(UAV)의 카메라 촬영으로부터 얻어진 391매의 사진을 Pix4D SW(영상정합 소프트웨어)로 처리하여 정사영상, 포인트 클라우드 그리고 DSM 자료를 구축하는 기법을 제시하였다. 특히, 드론 카메라 사진 391매의 영상접합의 신뢰도를 확보하기 위해 GCP 측량을 수행한 결과 X(E), Y(N), Z의 표준편차가 각각 0.016m, 0.019m, 0.041m로서 나타났다. 따라서, 최종 결과물인 정사영상, 포인트 클라우드 그리고 DSM 자료의 수평 및 수직정확도를 각각 2㎝와 5㎝ 이내로 확보할 수 있었다.First, flight plan was established using dron flight planning software, eMotion SW, and 391 photographs obtained from the camera of the dron (UAV) were processed by Pix4D SW (image matching software), and ortho image, point cloud and DSM data And the method of constructing the. Especially, the standard deviations of X (E), Y (N), and Z were 0.016m, 0.019m, and 0.041m, respectively, as a result of GCP survey to ensure the reliability of video connection of 391 drone camera photographs. Therefore, the horizontal and vertical accuracy of the final result, orthoimage, point cloud, and DSM data, could be secured within 2 ㎝ and 5 ㎝, respectively.

둘째, 드론(UAV)을 통해 취득된 포인트 클라우드를 기반으로 경사도 기법을 적용하여 하천업무에 활용 가능한 DEM 자료를 구축할 수 있었으며, 특히 식생과 수목이 일부 포함된 지역을 대상으로 횡단면도를 확인한 결과 DSM에 포함된 수고(樹高)가 DEM에서 제거되었음을 확인할 수 있었다. Secondly, based on the point clouds acquired through drone (UAV), it was possible to construct the DEM data that can be applied to the river work by applying the slope technique. Especially, the cross - The tree height was removed from the DEM.

셋째, VRS 측량과 토탈스테이션을 활용하여 100개의 검증점에 대한 최확값(TRUE)을 취득하였으며, 이를 통해 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 계산한 결과 DSM과 DEM의 표준오차는 각각 ±3.84m와 ±0.12m로 나타났다. 따라서, UAV 포인트 클라우드 기반 경사도 기법을 적용하여 분석한 DEM 자료가 하천정비기본계획, 홍수모델링, 유사량평가 등의 하천업무 수행을 위한 지형자료로 효과적임을 알 수 있었다.Third, we obtained the maximum value (TRUE) for 100 verification points by using VRS surveying and total station. As a result, the standard errors of DSM and DEM were calculated to be ± 3.84m ± 0.12m. Therefore, it was found that DEM data analyzed by UAV point cloud - based gradient method is effective as topographic data for stream work such as river maintenance basic plan, flood modeling, and sediment valuation.

전술한 바와 같이 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 저장될 수 있다. As described above, the method of the present invention can be implemented as a program and recorded on a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, memory card, hard disk, magneto-optical disk, storage device, etc.) Lt; / RTI >

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention.

1-10: GCP: Ground Control Point, 지상기준점
VRS: Virtual Reference Station, 가상기준점
DSM: Digital Surface Model, 수치 표면 모델
DEM: Digital Elevation Model, 수치 표고 모델
1-10: GCP: Ground Control Point, Ground Control Point
VRS: Virtual Reference Station, Virtual Reference Point
DSM: Digital Surface Model, Numerical Surface Model
DEM: Digital Elevation Model, Digital Elevation Model

Claims (11)

(a) 하천 지형의 대상지에 n개의 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)에 대해 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행하는 단계;
(b) 드론(UAV)의 k개의 카메라 영상을 취득하며, 각각의 사진 파일에 GPS와 INS 정보가 연결되며, 영상정합 소프트웨어(Pix4D SW)에 의해 낱장들을 정합하여 영상매칭을 통해 사진과 GPS와 INS 정보로부터 3차원 포인트 클라우드 정확도를 향상시켜 드론 기반 정사영상과 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델)을 생성하는 단계;
(c) 상기 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델)은 하천내 식생과 수목을 포함하기 때문에 하천 지반을 기준으로 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델)을 생성하기 위해, 드론(UAV)의 카메라 촬영을 통해 취득한 3차원 DSM 자료로부터 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법과 영역확장법을 사용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하는 단계; 및
(d) 드론(UAV) 카메라 촬영시 취득된 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 적용하며, m 개의 검증점을 선정한 후, VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 산정한 측량값을 활용하여 DSM과 DEM 자료의 표고정확도를 평가함으로써 드론 포인트 클라우드 기반 경사도 기법에 의한 DSM 자료의 수평 및 수직정확도를 평가하는 단계;
를 포함하는 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
(a) performing a VRS (Virtual Reference Station) survey on n GCPs (ground control points) at a destination of the stream terrain;
(b) acquire k camera images of drone (UAV), GPS and INS information are connected to each photo file, and matching sheets by image matching software (Pix4D SW) Generating a drone-based orthoimage and a DSM (Digital Surface Model) by improving the accuracy of the 3D point cloud from the INS information;
(c) The digital surface model (DSM) includes the vegetation in the river and the trees, so it is necessary to use the digital elevation model (UEM) A step of generating a DEM reflecting the elevation values available for the river surveying using the gradient method and the area expansion method based on the point cloud data from the 3D DSM data obtained through the photographing; And
(d) Apply a slope method based on the point cloud data acquired during the drone (UAV) camera shooting, and select m verification points. Then, using the measurement values calculated from the VRS survey and the total station survey, Evaluating the horizontal and vertical accuracy of the DSM data by the drone point cloud-based gradient technique by evaluating the elevation accuracy of the data;
A method for generating a stream topographical information using a drone and spatial information.
제1항에 있어서,
상기 드론은 비행기 형상의 NiR 카메라를 탑재한 고정익 드론을 사용하며,
드론(UAV)의 비행고도 195m에서 해상도 6㎝급으로 촬영하도록 설계하였으며, 종·횡중복도는 각각 85%와 70%로 설계된, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
The method according to claim 1,
The drones use fixed wing drones equipped with an airplane-shaped NiR camera,
A method of generating river terrain information using drones and spatial information, designed to shoot at a resolution of 6 cm at a flight altitude of 195 m, and a longitudinal and a lateral overlap of 85% and 70%, respectively.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)는
드론의 카메라 촬영을 통해 얻어진 영상은 기본적으로 WGS84 UTM 좌표계를 가지게 되며, 국내 측지좌표계인 GRS80 TM으로의 변환을 위해 하천 지형의 대상지에 10개의 GCP(Ground Control Point, 지상기준점)를 선정하였으며, 10개의 GCP에 대하여 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 수행하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
The images obtained through the camera shooting of the drone have basically WGS84 UTM coordinate system and 10 GCP (Ground Control Point) are selected for the land area of the river terrain for conversion to the GRS80 TM, which is a domestic geodetic coordinate system. A method for generating river terrain information using drone and spatial information, which performs VRS (Virtual Reference Station) survey for GCPs.
제1항에 있어서,
상기 드론의 카메라 촬영을 통해 취득한 포인트 클라우드 자료를 기반으로 경사도 기법을 활용하여 하천측량에 활용 가능한 표고값이 반영된 DEM을 생성하며, 포인트 클라우드 자료를 이용하여 하천내 수목을 분류하기 위해서는 비지면점과 지면점으로 구분되는 과정이 선행되고, 지면점 추출을 위하여 대상지역 지면의 경사도를 먼저 조사하고, 이 경사도를 기준으로 포인트 클라우드 자료내의 점간 거리와 표고차를 이용하여 경사도를 계산한 후 지면의 경사도와 비교하고 지면점을 분류하는 작업을 수행하며, 일정한 크기의 셀을 분할한 후 주어진 경사도 이내의 점들을 지면점으로 분류하며, 가상의 셀이 생성한 후 셀 내에 존재하는 다수의 포인트 클라우드 중 표고가 가장 낮은 포인트 시작 픽셀(seed pixel)로 할당하고 이웃셀과의 경사를 계산하여 사용자가 지정한 임계 경사값 이내에서 셀을 확장해 나가는 영역확장법을 적용하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
The method according to claim 1,
Based on the point cloud data obtained through the camera shooting of the drones, a grading method is used to generate a DEM reflecting the elevation values available for stream surveying. In order to classify the trees in the stream using point cloud data, In order to extract the ground points, we first investigate the slope of the target area, calculate the slope using the distance between the point cloud data and the elevation difference based on the slope, and then calculate the slope of the ground And dividing the ground points into a plurality of point clouds, dividing cells having a predetermined size, dividing the points within a given inclination into ground points, and calculating an elevation among a plurality of point clouds existing in the cell after the virtual cells are generated We assign it to the lowest point seed pixel and calculate the slope with the neighboring cell How to Create Rivers terrain user is using, drones and space for applying a region growing method extends out of the cell within the threshold slope value specified.
제4항에 있어서,
포인트 클라우드 자료를 이용한 상기 영역확장법은 영상분야에서 개발된 이론으로서, 일반적으로 영상에서 동일한 객체의 영역에 소속된 픽셀들은 서로 유사한 통계적인 특성을 가지고 있는 것에 기초하고 있으며, 영역확장법은 영상의 이러한 특성을 이용하여 초기 시작점, 즉 seed 픽셀로부터 시작하여 주위 픽셀값들과 비교함으로써 유사한 영역을 확장시키며, 상기 seed 픽셀과 이웃한 픽셀들의 intensity 값을 비교하여 유사도를 갖는 경우 동일한 영역으로 보고, 영역을 확대하며,
영상에 영역의 동질성(homogeneity)을 검사하는 과정은 식 (1)에 의해 검사되며,
Figure 112018105856660-pat00036
(1)
여기서, P(ㆍ)는 논리적 술사(logical predicate)라고 하는데, True이면 괄호내의 영역이 동일한 영역이 되며,
Figure 112018105856660-pat00013
는 초기 seed 픽셀을 의미하고,
Figure 112018105856660-pat00014
는 초기 seed 픽셀과 이웃한 k개의 픽셀들을 의미하고, N은 이웃한 픽셀들의 전체 개수이며, 만약에 초기 seed 픽셀과 이웃한 영역이 서로 동질성을 갖는다면 식 (1)을 만족하게 되어 한 영역으로 확장되며,
Microstation V8과 Terra Scan/Terra Modeler를 기반으로 경사도 기법에 기초한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 생성 프로세스를 적용하였으며, 전처리 과정에서 적용되는 매개변수는 포인트 클라우드의 밀도나 대상지의 지형여건에 따라 달라질 수 있으며, 기존의 연구에서 일반적으로 사용된 매개변수값을 기준으로 일부 값을 조정하였으며, 육안판독을 통해 DEM을 선정하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
5. The method of claim 4,
The region expansion method using point cloud data is a theory developed in the image field. Generally, pixels belonging to the same object region in an image are based on having similar statistical characteristics. Using these characteristics, a similar region is expanded by starting from an initial starting point, i.e., a seed pixel, by comparing with neighboring pixel values, and comparing the intensity values of neighboring pixels with the seed pixel, And,
The process of examining the homogeneity of regions in an image is examined by Equation (1)
Figure 112018105856660-pat00036
(One)
Here, P (-) is called a logical predicate, and if True, the area in parentheses becomes the same area,
Figure 112018105856660-pat00013
Denotes an initial seed pixel,
Figure 112018105856660-pat00014
Is the number of neighboring pixels, and N is the total number of neighboring pixels. If the initial seed pixel and neighboring regions are homogeneous, then Equation (1) is satisfied. Expanded,
Based on the Microstation V8 and the Terra Scan / Terra Modeler, a digital elevation model (DEM) generation process based on the gradient technique was applied. The parameters applied in the preprocessing process depend on the density of the point clouds and the terrain conditions of the site The method of generating the stream topographical information using the drone and spatial information, which adjusts some values based on the parameter values commonly used in the existing studies and selects the DEM by visual reading.
제5항에 있어서,
상기 전처리 과정은, 먼저 모든 점들을 Default Class로 분류한 후 다른 포인트들에 비해서 너무 낮거나 너무 높은 표고값을 갖는 포인트들을 Low Point Class로 지정하며, Low Point Class 분류가 수행되고 남은 Default Class에 대해서 지면 클래스(Ground Class)를 분류하고, 상기 지면 클래스는 기본적으로 발생 가능한 최대각을 설정하고, 각 포인트들을 경사도를 통해 찾아가는 과정으로 수행되며, 상기 지면 클래스 추출을 위해 6°각도를 기준으로 2m 반경내에 존재하는 다른 포인트들을 찾아가도록 수행하였으며, 1회 검색할 수 있는 최대거리는 5m로 제한하였으며, 제한된 영역 안에서 각도를 기준으로 다른 점들을 반복적으로 찾는 과정을 수행하였으며, 지면 포인트의 분류가 수행되고 남은 Default Class의 모든 포인트는 Low vegetation Class로 분류하였으며, Low vegetation Class에서 지면점을 기준으로 0.5m 이상 존재하는 점들은 Medium vegetation Class로, 3m 이상 존재하는 점들은 High vegetation Class로 분류하며,
활용하고자 하는 지면점을 정사영상으로부터 다시 확인하여 오분류된 점들을 지면점으로 분류하는 과정을 수행하였으며, 기본적으로, 6°를 기준으로 지면을 분류하기 때문에 하천 지역의 경계(boundary)를 급경사면이 나타나는 하천 양안 제방 부근은 수목으로 인식되는 오류를 방지하기 위해 Terra Scan 지형자료 처리 소프트웨어를 이용하여 하천 제방 부근에 대해서는 별도의 영역으로 설정하여 지면점을 수정하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
6. The method of claim 5,
In the preprocessing step, all points are classified into a default class, and points having an elevation value that is too low or too high as compared with other points are designated as a low point class. Low point class classification is performed and the remaining default class The ground class is basically set by setting a maximum angle that can be generated, and each point is navigated through an inclination. In order to extract the ground class, a radius of 2 m The maximum distance that can be searched once was limited to 5m, and the process of finding the other points repeatedly based on the angle within the limited area was performed, and classification of ground points was performed. All points in the Default Class are classified as Low Vegetation Class and Low Vegetation Class When there is more than 0.5m books that are based on the fact that they exist as a Medium vegetation Class, more than 3m, and are classified as High vegetation Class,
In order to classify the misclassified points into the ground points by checking again from the orthoimage image, basically, since the ground is classified on the basis of 6 °, In order to prevent errors recognized as trees in the vicinity of the rivers, a terrain scan data processing software is used to modify the land surface by setting the area near the river bank as a separate area, Information generation method.
제1항에 있어서,
식생과 수목을 포함하고 있는 하천의 일부 지역을 대상지로 선정하여 횡단구간에 대한 DSM과 DEM의 표고값에 대하여, 횡단구간내의 DSM 자료의 표고분포를 분석한 결과, 최대 10m 이상의 높이를 가진 수목이 위치하고 있어 DSM의 표고값이 지반을 나타내는 경사도 기법을 이용하여 생성한 DEM에 비해 표고분포가 매우 높게 나타나며, 포인트 클라우드를 기반으로 경사도 기법을 이용하여 생성한 DEM 자료의 경우 표고분포가 지반의 표고값과 유사하게 나타나는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
The method according to claim 1,
As a result of analyzing the elevation distribution of the DSM data in the transverse section for the elevation values of the DSM and the DEM for the transverse section by selecting a part of the stream including the vegetation and the trees, In the case of DEM data generated by the gradient method based on the point cloud, the elevation distribution is higher than the elevation value of the ground A method for generating river terrain information using drones and spatial information, similar to
제1항에 있어서,
카메라가 구비된 드론 촬영을 통해 취득한 DSM 자료와 포인트 클라우드 자료 기반 경사도 기법을 통해 생성한 DEM 자료의 정확도 평가를 위해 100개의 검증점을 선정하였으며, 검증점은 식생이 거의 없는 지형을 비롯하여 지면으로부터 높이가 큰 식생이나 수목까지 다양하게 포함되도록 선정하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
The method according to claim 1,
100 verification points were selected to evaluate the accuracy of the DEM data generated through the DSM data obtained through the camera drone shooting and the point cloud data based gradient method. The verification points consisted of the terrain with little vegetation and the height A method for generating river terrain information using drone and spatial information, which selects various vegetation or trees to be included in various ways.
제1항에 있어서,
상기 단계 (c)는
각 검증점별 표고는 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량과 토탈스테이션 측량을 수행하여 취득하며, 식생이 거의 없는 지형은 VRS 측량을 통해 수평위치와 표고값을 취득하였으며, 지면으로부터 높이가 큰 수목의 경우 VRS 측량을 수행하기 어렵기 때문에 토탈스테이션을 활용하여 인접 지형에 프리즘을 위치한 후 원격 고저측량 방식으로 표고값을 취득하는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
The method according to claim 1,
The step (c)
VRS (Virtual Reference Station) survey and total station survey were performed for each verification point elevation. Horizontal position and elevation value were obtained from the VRS survey with little vegetation. A method of generating river terrain information using a drone and spatial information, which uses a total station to locate a prism on an adjacent terrain and then obtains an elevation value using a remote altitude surveying method because it is difficult to perform a VRS survey.
제8항에 있어서,
각 검증점별 표고는 VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 수행하여 취득하고, 식생이 거의 없는 지형은 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점) 측량을 통해 수평위치와 표고값을 취득하였으며, 지면으로부터 높이가 큰 수목의 경우는 VRS 측량을 수행하기 어렵기 때문에 토탈스테이션 측량을 활용하여 인접 지형에 프리즘을 위치한 후 원격 고저측량 방식으로 표고값을 취득하였으며,
100개의 검증점별로 DSM, DEM, 최확값(TRUE) 표고 분포를 나타낸 그래프이며, 분석 결과, 포인트 클라우드 자료로부터 경사도기법을 이용하여 생성한 DEM은 최확값(TRUE)과 유사한 패턴을 보였으며, 반면에 DSM의 경우, 식생이 거의 없는 검증점에서는 최확값(TRUE)과 유사하게 나타나는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.
9. The method of claim 8,
Each elevation elevation for each verification point was obtained by performing VRS surveying and total station surveying. Horizontal position and elevation value were obtained through VRS (Virtual Reference Station) surveying of the terrain with little vegetation. , It is difficult to perform the VRS survey. Therefore, the total station survey was used to locate the prism on the adjacent terrain,
The results of the analysis show that the DEM generated from the point cloud data using the gradient method has a pattern similar to the maximum value (TRUE), whereas the DEM In the case of DSM, the method of generating river terrain information using drone and spatial information, which is similar to the maximum value (TRUE) at the verification point with little vegetation.
제8항에 있어서,
100개의 검증점별로 DSM과 DEM 자료에 대해 VRS 측량과 토탈스테이션 측량을 통해 얻은 최확값(TRUE)을 기준으로 표고오차를 계산하며, 최확값(TRUE)을 기준으로 평가한 DSM의 표고오차 범위는 0.08~15.33m로 나타났으며 표준오차는 ±3.84m로 계산되었으며, 반면에, DEM의 표고오차 범위는 0.27~0.41m로 나타났으며, 표준오차는 ±0.12m로 계산되어 DSM 자료에 비해 표고오차가 낮은 것이 확인되었으며,
실제 지반의 표고값을 반영해야 하는 하천측량의 경우, 드론(UAV)의 카메라 영상으로부터 취득한 DSM 자료로부터 포인트 클라우드 기반 경사도 기법을 적용하여 DEM을 생성하여 활용하며,
UAV 포인트 클라우드 기반 경사도 기법을 적용하여 분석한 DEM 자료가 하천정비기본계획, 홍수모델링, 유사량평가의 하천업무 수행을 위한 지형자료로 사용되는, 드론과 공간정보를 이용한 하천지형정보 생성 방법.

9. The method of claim 8,
The elevation error is calculated based on the maximum value (TRUE) obtained from the VRS survey and total station survey for DSM and DEM data by 100 verification points, and the height error range of the DSM based on the maximum value (TRUE) 0.08 ~ 15.33m, and the standard error was calculated as ± 3.84m. On the other hand, the height error range of DEM was 0.27 ~ 0.41m and the standard error was calculated as ± 0.12m. It was confirmed that the error was low,
In the case of stream survey where the elevation value of the actual ground should be reflected, the point cloud based gradient method is applied to the DEM from the DSM data obtained from the camera image of the drone (UAV)
A method for generating stream topographical information using Dron and spatial information, where DEM data analyzed by applying UAV point cloud - based gradient method is used as topographic data for performing river service in river maintenance basic plan, flood modeling, and sediment valuation.

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