KR102146009B1 - 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초분광 영상정보를 이용한 제방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초분광 영상정보(hyperspectral image)를 이용하여 피 측정 대상인 제방의 균열(crack) 및 풍화도 등 토질특성에 대한 정보를 분석하는 것으로써, 지진 발생에 따른 제방의 안정성과 관련된 위험요소를 포함하여 신속하고 정확한 제방 모니터링이 이루어지도록 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초분광 영상정보를 이용한 제방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초분광 영상정보(hyperspectral image)를 이용하여 피 측정 대상인 제방의 균열(crack) 및 풍화도 등 토질특성에 대한 정보를 분석하는 것으로써, 지진 발생에 따른 제방의 안정성과 관련된 위험요소를 포함하여 신속하고 정확한 제방 모니터링이 이루어지도록 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 제방(堤防)이라 함은 물의 자연적(순리적) 유통을 막기 위한 인공적 시설을 의미하며, 그 내용은 저수(貯水)를 위한 제체(堤體)의 뜻과 방수(防水)를 위한 제체의 뜻 등 두 가지 의미와 기능을 가지고 있다.
제방은 상기 2가지 의미와 기능 중 하천관리법(河川管理法)에 의한 일반적인 하천의 제방을 뜻하는 것으로, 우리나라에서는 우기(雨期)인 6∼8월에 폭우가 쏟아질 때 대소 하천이 범람하여 농경지를 유실 또는 매몰하는 수재를 막기 위하여 축조한 시설을 말하며, 저수지의 제체, 방조제의 제체, 대소 하천의 제체 등을 총칭한다.
이러한 제방은 보통 수위가 높은 상태에서 흐르는 강물이 스며들어 무너지거나 침식당하지 않도록 충분히 넓게 쌓아올리고, 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 제방의 경사면과 둔덕 상부에는 잔디나 그 밖의 식물을 심어 홍수에 의한 침식을 방비한다.
지진 등 예측이 어려운 자연재해 발생에 대한 저수지 제방의 안정성 확보는 반드시 필요하다. 특히 지진으로 인한 균열 발생은 제방 붕괴 등 2차 피해를 가져올 수 있다. 국내에서는 2016년 9월 경주 및 2017년 11월 포항지역에서의 강진이 발생함에 따라 스마트한 지반 및 구조물 관리가 필요한 실정이다. 특히 구조물 관리의 고도화를 위해 첨단장비와 ICT 융복합 신기술을 활용한 조사와 모니터링이 요구된다. 현재 전국에 있는 저수지의 95%인 1만6700곳이 만들어진 지 30년 이상 됐으며 이 중 50년 이상된 저수지는 누수 위험이 높아지고 있다. 그러나 예산 부족 등으로 재해위험 저수지의 정비, 보수·보강·정밀안전진단 등의 실질적인 안전관리에 한계가 있는 것으로 나타났다.
특히 경북지역의 경우 도내 50년 이상 노후 저수지가 479곳이므로 지진 발생 후 2차 피해 가능성이 매우 높다. 또한 포항 지진 이후 진앙지 반경 50km 이내 재해취약 저수지 및 10만톤 이상 저수지 126개소를 대상으로 제방·배수시설·방수로의 전단균열, 누수여부와 취수시설 작동 상태 등을 집중분석하였으나 적은 인력으로 신속하게 육안조사를 실시하기 때문에 정확한 분석이 어려운 현실이다.
상기와 같은 제방은 재난 이벤트 예컨대, 지진 또는 홍수 등이 발생하고 난 후, 축조 구조에 데미지가 발생하였는지를 관리자가 주기적으로 해당 제방을 방문하여 일일이 육안으로 체크하였으나, 이러한 관리자의 육안 검사에는 한계가 있는바, 최근에는 센서 또는/및 항공사진을 통해 원격적으로 제방을 모니터링하여 현 생태를 분석하고 있다.
이와 같은 제방의 모니터링과 관련된 종래 기술로는 대한민국등록특허공보 제10-1204426호(이하 문헌 1이라 함)와 대한민국등록특허공보 제10-1881822호(이하 문헌 2이라 함)를 예로 들 수 있다.
상기 문헌 1은 하부에 제1나사산을 갖는 상부 덮개; 상측에 상기 상부 덮개의 제1나사산과 결합되는 제1나사부를 갖고 하측에 제2나사산을 갖는 니플 형상의 송신패널; 내주면에 상기 제2나사산과 결합하는 제2나사부를 갖는 연결패널; 상측 외주면에 상기 제2나사부와 연결되는 나사산을 갖고, 하측 개구부에서 내측으로 절곡되어 돌출 형성되고 외주면에 수나사부를 갖는 바디; 상기 바디에 내장되고, 수직 방향으로 내주면과 외주면이 관통되어 형성되는 삽입홈을 갖는 삽입패널; 상기 수나사부와 결합하는 암나사부를 갖고 원뿔 형태를 갖는 무게중심부; 및 안테나와 연결된 통신부와, 변위 정보를 감지하는 변위센서와 제어부(도면미표기), 전원공급장치를 포함하고, 양측면 단부가 상기 삽입패널의 삽입홈에 슬라이딩 결합하는 평판 형상의 본체로 이루어지는 계측센서;를 포함하여 이루어지는 계측수단을 통하여 치수시설물을 실시간 모니터링하는 것을 특징으로 하는 하천 월류에 의한 치수시설물 붕괴방지에 초점을 맞춘 실시간 모니터링 시스템이다.
그러나, 상기 문헌 1은 계측수단(계측센서)을 치수시설물에 매설하여 치수시설물의 붕괴 시작 시 치수시설물의 기울기가 변화하는 것을 측정하게 되므로, 붕괴 시점이나 붕괴 벌생 직전에 위험을 인지할 수밖에 없는 문제점이 있다.
또한, 계측수단을 치수시설물에 매설하게 되므로, 붕괴시 계측수단이 소실되거나 손상되므로, 계측수단의 반복적 사용이 불가능함에 따른 유지 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 상기 문헌 2는 시간 경과에 따라 수위가 변하는 저수지를 수시로 항공촬영하여 다수의 항공사진(P)을 획득하는 항공사진 획득단계(S1); 상기 항공촬영 시점에서의 저수지 수위(W)를 각각 측정하는 수위 측정단계(S2); 상기 다수의 항공사진(P)에 나타난 저수지의 수면과 지표면이 만나는 수면 외곽선(L) 내의 수면영역(A)을 추출하는 수면영역 추출단계(S3); 상기 수면영역(A)이 갖는 면적(M)을 각각 계산하는 면적 계산단계(S4); 상기 수위 측정단계(S2)에서 측정된 각각의 저수지 수위(W)를 순서대로 배열하고, 이에 해당되는 면적(M)을 일대일로 매칭시키는 데이터 정리단계(S5); 순서대로 배열된 저수지 수위(W) 중, 이웃하는 한 쌍의 저수지 수위(W) 간의 수위 차이값(ΔW)을 계산하고, 상기 한 쌍의 저수지 수위(W)와 매칭된 두 면적(M)의 평균값(Ma)을 계산한 다음, 상기 수위 차이값(ΔW)과 상기 평균값(Ma)을 서로 곱하여 부분 담수용량(ΔC)을 계산하는 부분 담수용량 계산단계(S6); 각각의 저수지 수위(W)에 따른 부분 담수용량(ΔC)을 모두 합하여 저수지의 전체 담수용량(C)을 계산하는 전체 담수용량 계산단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법이다.
그러나, 상기 문헌 2는 항공사진을 통해 제방을 포함한 저수지의 표면 재료(저수위)에 대한 정보를 수집하여 분석하는 방식이므로, 다각적이면 입체적인 정보 수집 및 이를 통한 분석이 이루어지지 못하게 되고, 그에 따라 제방을 포함한 저수지에 대한 정보 분석의 제약을 물론 정밀성 내지 정확성이 낮은 문제점이 있다.
상기와 같은 제방을 포함한 피검대상물에 대한 모니터링 시스템과 관련된 선행 기술의 문헌 예는 다음과 같다.
문헌 1 : 대한민국등록특허공보 제10-1204426호(명칭 : 항공사진과 지아이에스를 이용한 하천의 평면 변화분석시스템 및 그 방법 ; 출원일 : 2012년 07월 20일)
문헌 2 : 대한민국등록특허공보 제10-1881822호(명칭 : 항공사진을 이용한 저수지의 담수용량 측정 방법 ; 출원일 : 2017년09월12일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 초분광 영상정보(hyperspectral image)를 이용하여 피 측정 대상인 제방의 균열(crack) 및 풍화도 등 토질특성에 대한 정보를 분석하는 것으로써, 지진 발생에 따른 제방의 안정성과 관련된 위험요소를 포함하여 신속하고 정확한 제방 모니터링이 이루어지도록 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템을 제공함에 목적을 두고 있다.
상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 자동항법장치에 의해 촬영영역을 이동하면서 분광영상정보를 수집하고, 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 이상유무 또는 이상변화를 분석하여 정보화하고, 분석결과 이상 또는 변화가 있는 영역에 대해서 RGB영상정보를 수집하여, 상기 정보들을 운용장치로 전송하는 이동정보수집장치; 상기 이동정보수집장치의 이동경로를 설정 또는 실시간 원격 제어하면서, 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 취합하여, 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 촬영영역의 이상유무 또는 이상변화를 최종분석하고, 최종분석정보를 출력 및 저장하는 한편, 촬영영역에 대한 환경평가자료로 제공하는 운용장치;를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 이동정보수집장치는 비행선 또는 드론으로서, 전원공급용 배터리; 비행구동부; 현 위치정보를 제공하는 GPS부; 분광 및 RGB 영상정보를 촬영하는 촬영부; 상기 촬영된 영상정보를 저장하는 저장부; 상기 운용장치와 통신 접속시키는 통신부; 자동항법프로그램을 통해 운용장치 또는 인공위성에서 전송되는 좌표에 따라 이동하도록 비행구동부의 구동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보를 수집하는 촬영부의 동작을 제어하고, 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 상기 촬영부에서 수집된 분광 영상정보에 대해 이상유무 또는 이상변화를 분석하고, 이상이나 변화발생 정보가 있는 경우 해당 좌표로 근접 이동하여 RGB 영상정보를 수집하도록 상기 비행구동부 및 촬영부를 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 저장부에 저장하는 한편, 상기 운용장치로 정보들을 전송하도록 통신부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 운용장치는 원격적 관리장치로서, 상기 이동정보수집장치와 통신 접속시키는 운용통신부; 상기 이동정보수집장치에서 전송되는 정보 및 최종 분석된 정보를 출력하는 모니터부; 상기 이동정보수집장치에서 전송되는 정보 및 최종 분석된 정보를 저장하는 운용저장부; GPS정보를 기반으로 촬영영역에 대한 좌표값을 산출 저장하는 한편 상기 이동정보수집장치로 전송하거나, 상기 이동정보수집장치의 이동 및 동작을 원격 제어하고, 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 상기 이동정보수집장치에서 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보에 대해 이상유무 또는 이상변화를 최종 분석하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보 및 최종 분석정보를 모니터를 통해 출력하고 운용저장부에 저장하는 한편, 상기 이동정보수집장치와 통신접속시키는 운용통신부의 동작을 제어하는 운용제어부;를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
상기 이동정보수집장치의 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램은 촬영영역의 측정좌표 정확성을 위해 설정되는 지상기준점을 측량하는 지상기준점 측량파트; 촬영된 분광 영상 또는 RGB 영상을 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 데이터처리파트; 상기 데이터처리파트에서 처리된 데이터를 분석하여 지도에 맵핑시키는 데이터분석 및 맵핑파트; 및 상기 촬영영역을 종 방향과 횡 방향뿐만 아니라 깊이별로 상태 프로파일링이 가능하도록, 촬영영역의 균열도(길이/너비/깊이 등)를 지도화하는 균열지도작성파트; 상기 데이터분석 및 맵핑파트에서 맵핑되는 촬영영역의 이상 및 변화 발생에 따른 이벤트 발생신호를 출력하여, 상기 촬영부가 RGB 영상을 촬영하도록 하는 이벤트출력파트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동정보수집장치의 촬영부는 가시광선 영역과 근적외선 영역 파장대를 수백 개로 세분화하여 촬영하는 자외선과 적외선 영역의 분광정보 특성을 갖는 초분광센서(초분광카메라); 상기 RGB 영상을 촬영하는 DSLR을 포함한 디지털 카메라;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 운용장치의 정보분석 알고리즘 및 프로그램은 이동정보수집장치에서 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 취합하여 영상 및 문자로 변환시켜 모니터로 출력 및 운용저장부로 저장시키는 데이터통합파트; 통합된 분석데이터로부터 촬영영역의 이상 및 변화 발생 여부를 판단하고, 촬영영역의 균열도(길이/너비/깊이 등)를 최종분석하여 모니터로 출력 및 운용저장부로 저장하는 변화발생분석파트; 사전에 설정된 테이블에 따라 최종 분석정보를 입력하여 촬영영역에 대한 환경평가자료로 가공하여 제공하는 환경평가파트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 제방의 이동경로를 따라 비행하는 이동정보수집장치(110)에 마련된 촬영부(114)의 초분광센서에서 촬영된 분광 영상을 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램이 분석하여, 제방에 균열이 의심될 경우, 균열 좌표로 이동하여 RGB 영상을 근접 촬영하여, 분광 영상 및 분석정보와 함께 운용장치(120)로 전송하면, 상기 운용장치(120)는 이동정보수집장치(110)에서 전송된 정보들을 취합하여, 자체 탑재된 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 촬영영역인 제방에 발생된 균열의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 군열의 깊이를 포함한 제방의 단면을 분석하여 데이터화 함으로써, 제방에 대한 정보 분석의 정밀성 내지 정확성을 향상시키는 효과가 있으며, 이와 같이 분석한 데이터를 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가자료로 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여, 초분광 영상정보를 기반으로 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 다각적이면 입체적인 정보 수집 및 이를 통한 제방 상태 분석이 이루어지도록 하고, 이를 통해, 제방에 대한 폭넓은 정보 분석이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여, 초분광 영상정보를 기반으로 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 직접 관리자가 제방에서 육안으로 확인하지 않고도 제방의 균열 분포도와 깊이 등을 분석하는 것이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 촬영영역인 제방 상태 정보에 대한 분석의 정밀성 내지 정확성 향상과 추가적인 분석 확장성을 통해, 제방의 환경 조사가 정량적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 향후 제방환경 평가와 지진 및 홍수 발생 등 재해 가능성에 대한 평가가 추가적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 이동정보수집장치(110)의 초분광센서에서 촬영된 분광 영상의 분석 결과 제방에 균열이 발생하였거나 의심되는 경우, 설정된 이동경로에서 일시적으로 벗어나 균열이 발생된 좌표로 이동하여 RGB 영상을 촬영하여 운용장치(120)로 전송함으로써, 분석 알고리즘이나 프로그램에만 의존하지 않고 관리자가 사진 확인을 통해 직관적인 평가 분석을 추가함으로써, 분석의 정확도를 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 제방의 예를 도시한 사진.
도 2는 본 발명의 구성을 간략히 도시한 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 도시한 시스템 블록도.
도 4는 본 발명의 이동정보수집장치가 제방을 따라 이동하면서 분광정보를 수집하는 상태를 도시한 설명도.
도 5는 촬영영역인 제방을 촬영한 RGB 및 초분광 사진.
도 6은 초분광 촬영된 영상을 분광 데이터 큐브 형태로 분석한 상태도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 시스템 블록도.
도 2는 본 발명의 구성을 간략히 도시한 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 도시한 시스템 블록도.
도 4는 본 발명의 이동정보수집장치가 제방을 따라 이동하면서 분광정보를 수집하는 상태를 도시한 설명도.
도 5는 촬영영역인 제방을 촬영한 RGB 및 초분광 사진.
도 6은 초분광 촬영된 영상을 분광 데이터 큐브 형태로 분석한 상태도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 시스템 블록도.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템(100)은 첨부 도면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자동항법장치에 의해 촬영영역을 이동하면서 분광 영상정보를 수집하고, 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 이상유무 또는 이상변화를 분석하여 정보화하고, 분석결과 이상 또는 변화가 있는 영역에 대해서 RGB 영상정보를 수집하여, 상기 정보들을 운용장치로 전송하는 이동정보수집장치(110); 상기 이동정보수집장치(110)의 이동경로를 설정 또는 실시간 원격 제어하면서, 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 취합하여, 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 촬영영역의 이상유무 또는 이상변화를 최종 분석하고, 최종분석정보를 출력 및 저장하는 한편, 촬영영역에 대한 환경평가자료로 제공하는 운용장치(110);를 포함하여서 된 것일 수 있다.
여기서, 본 발명 중 상기 이동정보수집장치(110)는 비행선 또는 드론으로서, 전원공급용 배터리(111); 이동에 필요한 동력을 발생시키는 비행구동부(112); 현 위치정보를 제공하는 GPS부(113); 분광 및 RGB 영상정보를 촬영하는 촬영부(114); 상기 촬영된 영상정보를 저장하는 저장부(115); 상기 운용장치(120)와 통신 접속시키는 통신부(116); 자동항법프로그램을 통해 운용장치 또는 인공위성에서 전송되는 좌표에 따라 이동하도록 비행구동부(112)의 구동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보를 수집하는 촬영부(114)의 동작을 제어하고, 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 상기 촬영부(114)에서 수집된 분광 영상정보에 대해 이상유무 또는 이상변화를 분석하고, 이상이나 변화발생 정보가 있는 경우 해당 좌표로 근접 이동하여 RGB 영상정보를 수집하도록 상기 비행구동부(112) 및 촬영부(114)를 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 저장부(115)에 저장하는 한편, 상기 운용장치(120)로 정보들을 전송하도록 통신부(116)의 동작을 제어하는 제어부(117);를 포함하여서 된 것일 수 있다.
상기 이동정보수집장치(110)의 비행구동부(112)는 1개 또는 복수(2~6개)의 프로펠러형 추진체일 수 있다.
상기 이동정보수집장치(110)의 촬영부(114)는 가시광선 영역과 근적외선 영역 파장대를 수백 개로 세분화하여 촬영하는 자외선과 적외선 영역의 분광정보 특성을 갖는 초분광센서(초분광카메라); 상기 RGB 영상을 촬영하는 DSLR을 포함한 디지털 카메라;를 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 초분광센서는 근적외선(NIR) 영상센서 또는 다중분광 영상센서(Optical Multispectral Sensor) 또는 초분광 영상센서(Hyperspectral Sensor)로서, 상기 촬영영역의 상공에서 상기 근적외선(NIR) 영상센서는 600㎚~900㎚ 파장대 또는 Red 파장대와 NIR 파장대의 분광반사도, 상기 다중분광 영상센서는 400㎚~500㎚ 파장대 및 600㎚~700㎚ 파장대 또는 Blue 및 Red 파장대, 상기 초분광 영상센서는 400㎚~600㎚ 및 650㎚~750㎚ 파장대의 분광반사도를 측정하도록 분광 영상을 촬영하는 것일 수 있다.
상기 이동정보수집장치(110)의 통신부(116)는 LAN(Local Area Network : 근거리 통신망), MAN(Metropolitan Area Network : 대도시 통신망), WAN(Wide Area Network: 광역 통신망), 인터넷통신망, WiFi(Wireless Fidelityv : 와이파이)를 포함한 각종 온라인 데이터 통신망 및 GPS(Global Positioning System)와 접속하여 수집 정보 및 제어 신호를 이동정보수집장치(110)와 운용장치(120) 간에 양방향 통신 가능하도록 하는 통신모듈일 수 있다.
상기 이동정보수집장치(110)의 제어부(117)는 상기 제어 동작을 입력하거나 출력하거나 제어 신호를 발생시키도록 사전에 설정 저장된 알고리즘 및 프로그램을 포함한 제어장치일 수 있다.
특히, 상기 이동정보수집장치(110)의 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램은 촬영영역의 측정좌표 정확성을 위해 설정되는 지상기준점을 측량하는 지상기준점 측량파트; 촬영된 분광 영상 또는 RGB 영상을 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 데이터처리파트; 상기 데이터처리파트에서 처리된 데이터를 분석하여 지도에 맵핑시키는 데이터분석 및 맵핑파트; 및 상기 촬영영역을 종 방향과 횡 방향뿐만 아니라 깊이별로 상태 프로파일링이 가능하도록, 촬영영역의 균열도(길이/너비/깊이 등)를 지도화하는 균열지도작성파트; 상기 데이터분석 및 맵핑파트에서 맵핑되는 촬영영역의 이상 및 변화 발생에 따른 이벤트 발생신호를 출력하여, 상기 촬영부(114)가 RGB 영상을 촬영하도록 하는 이벤트출력파트;를 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명 중 상기 운용장치(120)는 원격지 관리처의 PC(컴퓨터 시스템) 또는 서버이거나, 관리자의 스마트폰 또는 휴대제어단말(컨트롤 박스)과 같은 원격적 관리장치로서, 상기 이동정보수집장치(110)와 통신 접속시키는 운용통신부(121); 상기 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 정보 및 최종 분석된 정보를 출력하는 모니터부(122); 상기 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 정보 및 최종 분석된 정보를 저장하는 운용저장부(123); GPS정보를 기반으로 촬영영역에 대한 좌표값을 산출 저장하는 한편 상기 이동정보수집장치(110)로 전송하거나, 상기 이동정보수집장치(110)의 이동 및 동작을 원격 제어하고, 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 상기 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보에 대해 이상유무 또는 이상변화를 최종 분석하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보 및 최종 분석정보를 모니터(122)를 통해 출력하고 운용저장부(123)에 저장하는 한편, 상기 이동정보수집장치(110)와 통신접속시키는 운용통신부(123)의 동작을 제어하는 운용제어부;(124)를 포함하여서 된 것일 수 있다.
상기 운용장치(120)는 이동정보수집장치(110)에서 촬영 내지 측정된 데이터를 취합하고 편차를 교정하여 통합 분석 데이터로 출력하거나, 편차 범위가 설정된 범위를 초과하는 경우 해당 장소에 대해 재촬영 및 측정이 이루어지도록 관리하는 관제기능이 강화된 것일 수 있다.
상기 운용장치(120)의 정보분석 알고리즘 및 프로그램은 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 취합하여 영상 및 문자로 변환시켜 모니터(122)로 출력 및 운용저장부(123)로 저장시키는 데이터통합파트; 통합된 분석데이터로부터 촬영영역의 이상 및 변화 발생 여부를 판단하고, 촬영영역의 균열도(길이/너비/깊이 등)를 최종분석하여 모니터(122)로 출력 및 운용저장부(123)로 저장하는 변화발생분석파트; 사전에 설정된 테이블에 따라 최종 분석정보를 입력하여 촬영영역에 대한 환경평가자료로 가공하여 제공하는 환경평가파트;를 포함하는 것일 수 있다.
이와 같이 되는 본 발명의 작용을 첨부 도면 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 운용장치(120)에서 상기 이동정보수집장치(110)의 이동경로를 설정 또는 실시간으로 원격 제어하여 이동이 이루어지도록 한다.
상기 이동정보수집장치(110)는 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어 있어, 사전에 촬영영역에 대한 GPS 좌표지점을 입력하면 기설정된 운항 경로를 따라 첨부 도면 도 4에 도시된 바와 같이, 해당 제방의 설정 좌표에 따라 이동하면서 분광 연상을 촬영하게 된다.
이때, 상기 이동정보수집장치(110)는 사전에 설정된 이동경로를 따라 이동하되 GPS 신호를 통해 위치를 파악하고, 상기 이동정보수집장치(110)의 롤링 및 피칭에 대한 데이터 보정을 위하여 자동항법장치가 자세 값을 동시에 기록하여 자신들의 이동경로를 저장한다.
이러한 상태에서 상기 이동정보수집장치(110)가 근적외선 영상센서, 다중분광 영상센서 또는 초분광 영상센서와 같은 초분광센서로 분광영상을 촬영하고, 사전에 설정된 분광 또는 RGB 영상정보의 영상(색상) 변화도에 따라 이벤트가 발생 즉, 균열이 발생되었거나 균열이 의심되는 장소에 대해 근접하여 RGB 영상정보를 추가적으로 촬영하여 분석한다.
이와 같이 본 발명은 상기 이동정보수집장치(110)의 초분광센서에서 촬영된 분광 영상의 분석 결과 제방에 균열이 발생하였거나 의심되는 경우, 설정된 이동경로에서 일시적으로 벗어나 균열이 발생된 좌표로 이동하여 RGB 영상을 촬영하여 운용장치(120)로 전송함으로써, 분석 알고리즘이나 프로그램에만 의존하지 않고 관리자가 사진 확인을 통해 직관적인 평가 분석을 추가함으로써, 분석의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
참고로, 상기 초분광센서는 촬영영역의 상공, 예를 들면, 200m의 고도를 비행하는 이동정보수집장치(110)에서 디지털 카메라는 RGB 영상을 촬영하고, 근적외선(NIR) 영상센서는 600㎚~900㎚ 파장대 또는 Red 파장대와 NIR 파장대의 분광반사도, 상기 다중분광 영상센서는 400㎚~500㎚ 파장대 및 600㎚~700㎚ 파장대 또는 Blue 및 Red 파장대, 상기 초분광 영상센서는 400㎚~600㎚ 및 650㎚~750㎚ 파장대의 분광반사도를 측정하도록 분광 영상을 촬영하며, 이는 첨부 도면 5에 도시된 바와 같다.
상기 분광 영상은 최대 1,000개 정도의 좁은 스펙트럼 밴드로 촬영할 수 있어 물체의 반사특성을 그대로 기록하여 지형 및 지물을 구분할 수 있으며, 예를 들면, 100여 개가 넘는 파장구간에서 촬영영역으로부터 반사 또는 방출되는 복사에너지를 감지한다.
모든 이미징 시스템에는 필터와 센서 구성에 따라 측정되는 파장대가 존재한다. 한 종류 파장대만이 이용되는 경우는 panchromatic이라 부르며, 일반적으로 많이 사용되는 RGB 영상의 경우 센서에서 R,G,B 세 파장대를 감응하는 일종의 다분광 이미징(multispectral imaging)이라고 할 수 있다. 사람의 눈에 인식되는 것이 RGB라 RGB 영상을 많이 이용하는 것일 뿐 실제로는 다양한 방식의 구성이 가능하다.
이때, 초분광 이미징(hyperspectral imaging)은 일반적 분광기에서 이용되는 정도의 많은 정도의 파장 수에 공간적 이미징이 더해진 것이다. 픽셀마다 스펙트로미터로 촬영한 듯한 스펙트럼이 존재하는 것이다. 촬영되는 파장이 십~수백개, relative spectral resolution이 0.01 정도인 경우, hyperspectral이라고 하는데, 이 relative spectral resolution은 absolute spectral resolution/length of the spectrum이라고 한다. 분광분해능을 촬영되는 전체 파장범위로 나눈 값을 말한다.
일반적 RGB 영상이 Red, Blue, Green의 세 영상이 쌓여 있는 큐브 형태인 것처럼, 초분광 영상의 경우 촬영되는 각 파장 영상이 쌓여 있는 형태의 데이터 큐브가 형성된다.
분광 영상의 촬영 방식은 여러 가지가 존재하며, 이에 따라 측정 장치들의 분류가 나뉜다. 일반적인 RGB 영상과 같이 센서에 파장에 따른 필터들을 달아서 촬영하는 다분광장치들의 경우, 스냅샷으로 한 번에 영상이 촬영되며 센서의 필터 구성이 어떻게 되어 있느냐에 따라 얻어지는 데이터가 달라진다. 라인스캔을 하는 Pushbroom이나 포인트스캔인 Whisk-broom 방식에 비해 스냅샷 방식의 촬영이므로 훨씬 간단하고 모든 데이터가 동시에 촬영된다는 장점이 있지만, 센서와 필터 구성을 무한정으로 늘릴 수도 없기 때문에 파장대의 개수가 다른 방식에 비해 적다.
한편, 스캐닝 방식의 경우 이름 그대로 스캐닝을 하기 때문에 동시 촬영이 되지 않는다. 따라서 장치가 흔들리거나 피사체가 움직이면 안 된다. Pushbroom은 흔히 말하는 라인스캐닝 방식으로 가장 흔히 이용되는 초분광영상 촬영 방법이다. 한 번 촬영 시에 슬릿으로 선 방향의 빛이 들어와서 그 빛이 분광기를 거쳐 각 파장대 별로 퍼져 면이 되어 2D 디텍터에 검출된다. 공간 방향과 스펙트럼 방향의 2d 영상이 촬영된다. 그리고 카메라, 혹은 물체가 y방향으로 움직이면서 라인스캐닝을 하여 전체 3D 큐브를 구성한다(도 6 참조).
상기와 같이 제방의 설정 이동경로를 따라 비행하는 이동정보수집장치(110)에 마련된 촬영부(114)의 초분광센서에서 촬영된 분광 영상을 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램이 분석하여, 제방에 균열이 의심될 경우, 균열 좌표로 이동하여 RGB 영상을 근접 촬영하여, 분광 영상 및 분석정보와 함께 운용장치(120)로 전송하면, 상기 운용장치(120)는 이동정보수집장치(110)에서 전송된 정보들을 취합하여, 자체 탑재된 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 촬영영역인 제방에 균열이 발생되었는지 균열이 발생되었다면 균열의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 균열의 깊이를 포함한 제방의 단면을 분석하여 데이터화한다.
이와 같은 본 발명은 촬영영역인 제방에 대한 정보 분석의 정밀성 내지 정확성을 향상시키는 것이 가능하고, 이와 같이 분석한 데이터를 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가자료로 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여, 초분광 영상정보를 기반으로 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 다각적이면 입체적인 정보 수집 및 이를 통한 제방 상태 분석이 이루어지도록 하고, 이를 통해, 제방에 대한 폭넓은 정보 분석이 가능하다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여, 초분광 영상정보를 기반으로 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 직접 관리자가 제방에서 육안으로 확인하지 않고도 제방의 균열 분포도와 깊이 등을 분석하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 촬영영역인 제방 상태 정보에 대한 분석의 정밀성 내지 정확성 향상과 추가적인 분석 확장성을 통해, 제방의 환경 조사가 정량적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 향후 제방환경 평가와 지진 및 홍수 발생 등 재해 가능성에 대한 평가가 추가적으로 이루어지도록 하는 것이 가능하다.
상기와 같은 본 발명에서 상기 운용장치(120)는 이동정보수집장치(110)에서 촬영 내지 측정된 데이터를 취합하고 편차를 교정하여 통합 분석 데이터로 출력하거나, 편차가 설정 범위를 초과하는 경우 해당 장소에 대해 재촬영 및 측정이 이루어지도록 관리하는 관제기능이 포함되어 있다.
이와 같이 상기 운용장치(120)가 이동정보수집장치(110)에서 촬영 내지 측정된 데이터를 취합하고 편차를 교정하는 것은, 취합된 촬영 내지 측정 데이터에서 각종 분석 수치의 총 합을 측정 횟수로 나눈 평균값으로 교정하는 것이 바람직하며, 설정된 편차 범위를 초과하는 경우, 적어도 제방의 해당 위치에 변화가 발생 예컨대 제방에 균열이 발생하였다는 것을 의미하므로, 상기 이동정보수집장치(110)를 해당 제방에 대한 전체 재촬영 및 측정을 하거나, 제방의 해당 좌표로 이동하여 재촬영 및 측정을 하여 재 분석을 실시함으로써, 제방의 상태를 더욱 정확히 모니터링할 수 있도록 한다.
상기와 같은 본 발명은 첨부 도면 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 이동정보수집장치(110)의 제어부(117) 또는 상기 운용장치(120)의 운용제어부(124)는 지진감지장치(130)에서 검출된 지진 레벨이 사전에 설정된 레벨 이상이거나, 강수측정장치(140)에서 측정된 강수량이 사전에 설정된 양 이상인 경우, 상기 이동정보수집장치(110)를 관할 제방으로 이동시켜 분광 영상 또는 RGB 영상을 수집하여 분석이 이루어지도록 하는 것도 바람직하다.
이와 같이 하면, 지진이나 폭우 또는 홍수 발생 등과 같은 자연재해에 의해 제방의 손상 여부를 재해 발생 즉시 즉각적으로 확인하여 재난에 대처할 수 있도록 하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 제방 모니터링 시스템 110: 이동정보수집장치
111 : 배터리 112 : 비행구동부
113 : GPS부 114 : 촬영부
115 : 저장부 116 : 통신부
117 : 제어부 120 : 운용장치
121 : 운용통신부 122 :모니터부
123 : 운용저장부 124 : 운용제어부
111 : 배터리 112 : 비행구동부
113 : GPS부 114 : 촬영부
115 : 저장부 116 : 통신부
117 : 제어부 120 : 운용장치
121 : 운용통신부 122 :모니터부
123 : 운용저장부 124 : 운용제어부
Claims (10)
- 자동항법장치에 의해 촬영영역을 이동하면서 분광 영상정보를 수집하고, 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 이상유무 또는 이상변화를 분석하여 정보화하고, 분석결과 이상 또는 변화가 있는 영역에 대해서 RGB 영상정보를 수집하여, 상기 정보들을 운용장치로 전송하는 이동정보수집장치(110);
상기 이동정보수집장치(110)의 이동경로를 설정 또는 실시간 원격 제어하면서, 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 취합하여, 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 촬영영역의 이상유무 또는 이상변화를 최종 분석하고, 최종분석정보를 출력 및 저장하는 한편, 촬영영역에 대한 환경평가자료로 제공하되,
상기 이동정보수집장치(110)에서 촬영 내지 측정된 데이터를 취합하고, 취합된 촬영 내지 측정 데이터에서 각종 분석 수치의 총 합을 측정 횟수로 나눈 평균값으로 교정하고, 교정값이 설정된 편차 범위를 초과하는 경우, 제방의 해당 위치에 균열을 포함한 변화 발생을 의심하고 상기 이동정보수집장치(110)를 해당 제방으로 재차 이동시켜 재촬영 및 측정을 한 후 재분석하는 관제기능이 탑재된 운용장치(120); 를 포함하여서 된 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템. - 청구항1에 있어서,
상기 이동정보수집장치(110)는 비행선 또는 드론인 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템.
- 청구항1에 있어서,
상기 이동정보수집장치(110)는 비행선 또는 드론으로서,
전원공급용 배터리(111);
이동에 필요한 동력을 발생시키는 비행구동부(112);
현 위치정보를 제공하는 GPS부(113);
분광 및 RGB 영상정보를 촬영하는 촬영부(114);
상기 촬영된 영상정보를 저장하는 저장부(115);
상기 운용장치(120)와 통신 접속시키는 통신부(116);
자동항법프로그램을 통해 운용장치 또는 인공위성에서 전송되는 좌표에 따라 이동하도록 비행구동부(112)의 구동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보를 수집하는 촬영부(114)의 동작을 제어하고, 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 상기 촬영부(114)에서 수집된 분광 영상정보에 대해 이상유무 또는 이상변화를 분석하고, 이상이나 변화발생 정보가 있는 경우 해당 좌표로 근접 이동하여 RGB 영상정보를 수집하도록 상기 비행구동부(112) 및 촬영부(114)를 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 저장부(115)에 저장하는 한편, 상기 운용장치(120)로 정보들을 전송하도록 통신부(116)의 동작을 제어하는 제어부(117); 를 포함하여서 된 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 촬영부(114)는 가시광선 영역과 근적외선 영역 파장대를 수백 개로 세분화하여 촬영하는 자외선과 적외선 영역의 분광정보 특성을 갖는 초분광센서;
RGB 영상을 촬영하는 DSLR을 포함한 디지털 카메라; 를 포함하여서 된 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 초분광센서는 근적외선(NIR) 영상센서 또는 다중분광 영상센서(Optical Multispectral Sensor) 또는 초분광 영상센서(Hyperspectral Sensor)로서, 상기 촬영영역의 상공에서 상기 근적외선(NIR) 영상센서는 600㎚~900㎚ 파장대 또는 Red 파장대와 NIR 파장대의 분광반사도, 상기 다중분광 영상센서는 400㎚~500㎚ 파장대 및 600㎚~700㎚ 파장대 또는 Blue 및 Red 파장대, 상기 초분광 영상센서는 400㎚~600㎚ 및 650㎚~750㎚ 파장대의 분광반사도를 측정하도록 분광 영상을 촬영하는 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이동정보수집장치(110)의 분광영상분석 알고리즘 및 프로그램은 촬영영역의 측정좌표 정확성을 위해 설정되는 지상기준점을 측량하는 지상기준점 측량파트;
촬영된 분광 영상 또는 RGB 영상을 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 데이터처리파트;
상기 데이터처리파트에서 처리된 데이터를 분석하여 지도에 맵핑시키는 데이터분석 및 맵핑파트;
상기 촬영영역을 종 방향과 횡 방향뿐만 아니라 깊이별로 상태 프로파일링이 가능하도록, 촬영영역의 균열도를 지도화하는 균열지도작성파트;
상기 데이터분석 및 맵핑파트에서 맵핑되는 촬영영역의 이상 및 변화 발생에 따른 이벤트 발생신호를 출력하여, RGB 영상을 촬영하도록 하는 이벤트출력파트; 를 포함하는 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템. - 청구항1에 있어서,
상기 운용장치(120)는 원격적 관리장치로서,
상기 이동정보수집장치(110)와 통신 접속시키는 운용통신부(121);
상기 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 정보 및 최종 분석된 정보를 출력하는 모니터부(122);
상기 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 정보 및 최종 분석된 정보를 저장하는 운용저장부(123);
GPS정보를 기반으로 촬영영역에 대한 좌표값을 산출 저장하는 한편 상기 이동정보수집장치(110)로 전송하거나, 상기 이동정보수집장치(110)의 이동 및 동작을 원격 제어하고, 정보분석 알고리즘 및 프로그램을 통해 상기 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보에 대해 이상유무 또는 이상변화를 최종 분석하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보 및 최종 분석정보를 모니터(122)를 통해 출력하고 운용저장부(123)에 저장하는 한편, 상기 이동정보수집장치(110)와 통신접속시키는 운용통신부(123)의 동작을 제어하는 운용제어부;(124) 를 포함하여서 된 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템.
- 삭제
- 청구항1에 있어서,
상기 운용장치(120)의 정보분석 알고리즘 및 프로그램은 이동정보수집장치(110)에서 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보와 분석정보를 취합하여 영상 및 문자로 변환시켜 모니터(122)로 출력 및 운용저장부(123)로 저장시키는 데이터통합파트;
통합된 분석데이터로부터 촬영영역의 이상 및 변화 발생 여부를 판단하고, 촬영영역의 균열도를 최종분석하여 모니터(122)로 출력 및 운용저장부(123)로 저장하는 변화발생분석파트;
사전에 설정된 테이블에 따라 최종 분석정보를 입력하여 촬영영역에 대한 환경평가자료로 가공하여 제공하는 환경평가파트; 를 포함하여서 된 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템. - 청구항1에 있어서,
상기 이동정보수집장치(110)의 제어부(117) 또는 상기 운용장치(120)의 운용제어부(124)는 지진감지장치(130)에서 검출된 지진 레벨이 사전에 설정된 레벨 이상이거나, 강수측정장치(140)에서 측정된 강수량이 사전에 설정된 양 이상인 경우, 상기 이동정보수집장치(110)를 관할 제방으로 이동시켜 분광 영상 또는 RGB 영상을 수집하여 분석이 이루어지도록 하는 것,
을 특징으로 하는 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템.
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| KR1020190076605A KR102146009B1 (ko) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템 |
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| KR1020190076605A KR102146009B1 (ko) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 초분광 영상정보를 이용한 제방 모니터링 시스템 |
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