KR102206161B1 - 무인비행체에 탑재된 합성구경레이더 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
무인비행체(드론)에 탑재된 SAR(Synthetic Aperture Radar) 센서로 촬영한 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 비탈면의 변위를 측정하고, 측정된 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면을 가시화함으로써, 비탈면의 보수 및 보강 우선순위를 선정할 수 있고, 이에 따라, 최근 지진, 혹한, 폭우 등으로 인해 발생빈도가 증가하고 있는 도로나 철도의 비탈면, 주택가 인근 급경사지에 대한 산사태 방지에 활용할 수 있고, 또한, 기존의 지점별 설치가 아닌 드론을 활용한 광범위한 지역의 다수 비탈면을 동시에 관리하면서도 동식물의 움직임 등에 영향을 받지 않고 비용-효과적으로 비탈면 변위를 측정할 수 있는, 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 비탈면 변위 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 광범위한 지역의 다수 비탈면을 동시에 측정할 수 있도록 합성구경레이더(Synthetic Aperture Radar: 이하 "SAR") 센서를 무인비행체인 드론(Drone)에 탑재한 SAR 센서 데이터 분석-기반의 비탈면 변위 측정 시스템에 관한 것이다.
국내의 경우, 산지가 많은 지형적 특성과 연평균 강우량, 예를 들면, 1300~1500㎜의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 기후 특성으로 인해 비탈면(또는 사면) 붕괴가 자주 발생함으로써 해마다 인명 및 재산의 손실뿐만 아니라 사회경제적으로도 커다란 피해를 입고 있다.
이에 따라, 비탈면의 붕괴를 사전에 예방하기 위한 대책으로서, 일반국도 및 고속도로 절토사면을 대상으로 비탈면 붕괴 감시 시스템 또는 비탈면 유지관리 시스템이 적용되고 있다. 이러한 비탈면 붕괴 감시 시스템은 공통적으로 위험 비탈면 분포현황 조사, 비탈면 조사 및 안정해석 수행, 대책공법 수립, 그리고 비탈면 자료에 대한 데이터베이스 구축 등을 근간으로 개발되고 있다.
특히, 도로 비탈면 붕괴 감시 시스템은 도로에 인접한 비탈면이 다양한 원인으로 붕괴하여 도로를 차단하는지 여부를 감시하며, 예를 들면, 영상 카메라를 사용하여 비탈면의 형상을 감지하는 시스템 또는 각종 변위계 센서를 사용하여 비탈면이 붕괴되는 것을 감지할 수 있다.
그러나, 종래의 기술에 따른 비탈면 붕괴 감시 시스템은 비탈면이 붕괴되는 순간 발생하는 측정값의 변화에 기초하여 비탈면의 붕괴 여부를 판단하므로 비탈면의 붕괴를 미리 알 수 없다는 한계가 있었다. 따라서 비탈면의 붕괴를 미리 예측하여 붕괴가 일어나기 전에 사전 조치를 취하고, 붕괴 발생시 신속하게 붕괴를 감지할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
또한, 국내의 경우, 1980년대부터 집중 투자된 도로 등 사회기반시설물(SOC)의 내구연한 도래에 따른 급속한 노후화가 진행되고 있고, 그에 따른 사회기반시설물(SOC)의 유지관리 비용이 해마다 증가하고 있다. 특히, 비탈면 등 지반붕괴 사고의 경우, 국지성 집중호우, 혹한 등 이상기후에 따라 연간 발생량의 차이가 발생하지만, 최근 들어 다시 증가 추세에 있다.
이러한 비탈면 붕괴 위험성 조사를 위해서는 비탈면의 정밀변위 측정이 필요한데, 이를 위해 현재 고가의 상시계측 시스템(Monitoring System)을 비탈면 개소별로 설치하여 운영하고 있다.
한편, 전술한 상시계측 시스템(Monitoring System)과 관련된 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2004-3487호에는 "사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템은, 표점이 설치된 사면(비탈면)에 대한 감시 영상을 획득하기 위한 CCD 카메라(11); 사면에 대한 지표 변위 및 우량 등과 같은 계측 데이터를 수집하여 처리하기 위한 신축계 및 온도센서(12)와 우량계(13) 및 데이터 로거 시스템(14); CCD 카메라(11)에서 획득된 사면 감시 영상 데이터를 근거리 유선 통신망을 통하여 전달받아 디스플레이하고, 해당 사면 감시 영상 데이터를 분석하여 사면의 움직임 여부를 판단하며, 신축계 및 온도센서(12)와 우량계(13) 및 데이터 로거 시스템(14)에서 수집된 사면 계측 데이터를 근거리 무선 통신망을 통하여 전달받아 분석하여 디스플레이하기 위한 감시 영상 및 계측 데이터 처리부(16); 및 감시 영상 및 계측 데이터 처리부(16)로부터 원거리 유선 또는 무선 통신망을 통하여 전달받은 감시 영상 및 계측 데이터를 저장, 관리 및 분석하여 사전에 사면의 붕괴를 예보를 하기 위한 중앙 제어부(17)를 포함한다.
여기서, 상기 데이터 로거 시스템(14)은 인터페이스회로(14a), 마이크로프로세서(14b) 및 RF 모듈(14c)을 포함한다. 또한, 종래의 기술에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템은, 태양전지모듈(15a), 배터리(15b) 및 레귤레이터(15c)로 이루어진 전원공급부(15)를 추가로 포함하고, 상기 데이터 로거 시스템(14)의 RF 모듈(14c)과 무선통신을 수행하는 RF 모듈(18)을 추가로 포함할 수 있다.
종래의 기술에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템에 따르면, 위험 사면을 실시간에 자동 계측 및 감시하고, 사면 붕괴를 사전에 예보하며, 인터넷 서비스를 통하여 위험 사면에 대한 정보를 제공함으로써, 사면 붕괴에 의한 인적 자원 및 물적 자원의 손실을 최소한으로 억제하고, 수집된 계측자료를 사면 붕괴의 원인을 분석하고 대책을 수립할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템은 비탈면 변위측정을 위한 상시계측 시스템으로서, 개소별 구축비용 과다 소요되어 다수의 비탈면을 동시에 관리하기 어렵고, 또한, 동식물 등의 움직임에 따른 센서 오작동 사례가 빈번하여 활용성에 제약이 있다. 이러한 문제점으로 인해서, 예를 들면, 국내의 경우, 전체 일반국도 비탈면인 약 30,000개 중에서 단지 146개소에만 설치하여 운영하고 있는 실정이다.
한편, 주요 사회기반시설물에 대한 주기적인 안전점검이 이루어지고 있으나, 주로 점검자에 의해 접근 가능한 지점에 대한 육안검사 수준에 머무르고 있으며, 또한, 점검에 필요한 인력과 자원의 부족 및 접근이 불가능한 시설물에 대한 점검의 어려움 등으로 인하여 점검주기가 제한되는 것이 현실이다.
이러한 육안 검사를 대체할 수 있도록 무인비행체인 드론과 영상처리 기법을 활용하는 연구가 활발하게 진행되고 있고, 드론을 시설물 외관 촬영 등 점검에 활용하고 있다. 예를 들면, 드론을 이용하여 재해지역을 촬영하고, 촬영화면을 모니터링하면서 구조 활동을 진행하거나, 그 촬영영상을 토대로 피해상황을 예측하고 있다.
전술한 재해를 모니터링하는 드론과 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1692781호에는 "드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템은, 복수의 모니터링 센서(20), 관리서버(30) 및 드론(50)을 포함한다.
복수의 모니터링 센서(20)는 자연 또는 인공 구조물에 일정 간격을 두고 배치되며, 위성위치정보, 토양의 수분 함유량, 경사지의 기울기, 경사지의 변위속도, 온도, 습도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하고, 주변영상을 촬영한다.
관리서버(30)는, 복수의 모니터링 센서(20) 중 적어도 어느 하나 이상이 관리 기준치를 초과하여 주의상황이 발생하면, 해당 지역으로 드론(50)을 출동시켜 드론(50)의 촬영영상을 추가적으로 제공받으며, 이때, 드론(50)의 촬영영상과 복수의 모니터링 센서(20)의 촬영영상 및 측정 데이터를 취합하여 주의상황을 검증한다. 또한, 관리서버(30)는 웹 브라우저에 표시되는 내용을 관리자(40)의 휴대용 단말기에 자동 송신할 수 있다.
드론(50)은 레이더 촬영을 통해 촬영지역을 3D 지도화하여 관리서버(30)에 제공하며, 복수의 모니터링 센서(20)로부터 측정 데이터 및 촬영영상을 제공받는다.
또한, 관리서버(30)는 복수의 모니터링 센서(20)가 설치된 지역의 지반 이상정보 이력과, 드론(50)의 촬영영상과, 복수의 모니터링 센서(20)의 촬영영상 및 측정 데이터, 위성 촬영영상 및 항공 촬영영상 중 적어도 어느 하나 이상을 취합하여 3D 기반의 지반 재해지도를 제작하고, 제작된 재해지도를 토대로 조기예보 및 경보를 발령할 수 있다.
종래의 드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템에 따르면, 드론의 촬영영상과 모니터링 센서의 촬영영상 및 측정 데이터를 취합하여, 재난지역의 상황을 정확하게 파악할 수 있고, 또한, 붕괴취약 현장에 기설치된 모니터링 센서의 측정 데이터와 드론의 위치추적 기능을 연동시킴으로써 사전 붕괴조짐을 효율적으로 파악할 수 있다. 또한, 광범위한 지형 변위 형상을 한눈에 파악할 수 있는 공간위치 정보를 드론을 이용하여 수집하고, 수집된 정보와 모니터링 센서의 측정 데이터를 조합하여, 입체적이고 직관적인 정보를 제공할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템의 경우, 붕괴취약 현장에 기설치된 모니터링 센서의 측정 데이터와 드론의 위치추적 기능을 연동시키도록 드론의 촬영영상과 모니터링 센서의 촬영영상과 측정 데이터를 취합하여야 하므로 데이터 처리가 복잡해지는 문제점이 있고, 또한, 모니터링 센서를 지점별 설치하기 때문에 광범위한 지역의 다수 비탈면을 동시에 측정할 수 없으며, 또한, 모니터링 센서가 동식물의 움직임 등에 영향을 받게 된다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무인비행체에 탑재된 SAR(Synthetic Aperture Radar) 센서로 촬영한 SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 비탈면의 변위를 측정하고, 측정된 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면을 가시화함으로써, 비탈면의 보수 및 보강 우선순위를 선정할 수 있는, 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 기존의 지점별 설치가 아닌 드론을 활용한 광범위한 지역의 다수 비탈면을 동시에 관리하면서도 동식물의 움직임 등에 영향을 받지 않고 비용-효과적으로 비탈면 변위를 측정할 수 있는, 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템은, 합성구경레이더(SAR) 센서가 비탈면을 촬영할 수 있도록 비행궤도를 따라 비탈면에 접근하도록 비행하는 무인비행체; 상기 비탈면에 대한 SAR 영상을 획득할 수 있도록 상기 무인비행체에 탑재되어 상기 비탈면을 시계열적으로 촬영하는 SAR 센서; 상기 SAR 센서에서 시계열적으로 다중 관측한 다중시기의 SAR 영상을 수집하는 SAR 영상 수집부; 상기 SAR 영상 수집부에서 수집한 SAR 영상을 처리하고, 수치지도 표고모델(DTM)을 생성하는 SAR 영상 처리부; 상기 무인비행체의 비행궤도정보와 상기 수치지도 표고모델(DTM)을 이용하여 모의 SAR 영상을 생성하고, 실제 무인비행체의 SAR 영상간의 정합을 통해 절대좌표의 보정을 수행하는 SAR 영상 보정부; 상기 SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 측정된 비탈면의 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면을 가시화하고, 상기 비탈면의 보수 및 보강을 위한 우선순위를 선정하는 비탈면 변위 분석 및 가시화부; 및 상기 무인비행체의 출동과 복귀, 비행, 충전, 비탈면 인식 및 SAR 영상 촬영을 원격 지시하는 무인비행체 비행 및 조종 단말을 포함하되, 상기 SAR 센서는 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 영상을 촬영하며; 그리고 상기 SAR 영상 처리부(140)는 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 진폭영상 상관계수, 간섭 줄무늬 선명도(Fringe visibility), 스펙클 추적(Speckle Tracking) 또는 참조 포인트(Reference point) 매칭 방법을 이용하여 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행하며,
상기 SAR 영상 처리부는, 상기 무인비행체에 장착된 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 센서를 활용하여 인접한 비행궤도에서 동일 비탈면에 대한 시계열(Time-Series)로 획득된 SAR 영상을 분류하는 SAR 영상 분류부; 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행하는 SAR 영상 정합부; 시계열로 측정된 SAR 영상의 간섭 패턴을 기록한 SAR 간섭도(Interferogram)를 생성하는 SAR 간섭도 생성부; 상기 SAR 간섭도에서 연속적인 물리적 위상값을 추출하기 위한 위상정렬(Phase unwrapping)을 수행하는 위상 정렬부; 및 상기 SAR 영상을 이용하여 관측된 변위에 좌표값을 부여(Geo-coding)하는 좌표값 부여부를 포함하며,
상기 위상 정렬부는 2π의 배수를 증감함으로써 SAR 간섭도에서 생성된 위상 증가분을 제거할 수 있고, 이로 인해 연속적인 물리적 위상정보를 복원하며,
상기 무인비행체는, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 SAR 센서에 의해 촬영된 영상신호를 전송하는 무선통신모듈; 상기 무선통신모듈을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛을 제어하고, 상기 SAR 센서의 구동을 제어하며, 상기 SAR 센서로부터 촬영된 SAR 영상 데이터를 상기 무선통신모듈을 통해 전송하는 것을 제어하는 제어부; 상기 SAR 센서에 의해 촬영된 SAR 영상 데이터를 저장하는 메모리; 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체를 비행시키도록 상기 제어부의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛; 및 상기 무선통신모듈, 제어부, 메모리, 비행 유닛 및 SAR 센서에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 SAR 영상 처리부는, 상기 무인비행체에 장착된 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 센서를 활용하여 인접한 비행궤도에서 동일 비탈면에 대한 시계열(Time-Series)로 획득된 SAR 영상을 분류하는 SAR 영상 분류부; 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행하는 SAR 영상 정합부; 시계열로 측정된 SAR 영상의 간섭 패턴을 기록한 SAR 간섭도(Interferogram)를 생성하는 SAR 간섭도 생성부; 상기 SAR 간섭도에서 연속적인 물리적 위상값을 추출하기 위한 위상정렬(Phase unwrapping)을 수행하는 위상 정렬부; 및 상기 SAR 영상을 이용하여 관측된 변위에 좌표값을 부여(Geo-coding)하는 좌표값 부여부를 포함하며,
상기 위상 정렬부는 2π의 배수를 증감함으로써 SAR 간섭도에서 생성된 위상 증가분을 제거할 수 있고, 이로 인해 연속적인 물리적 위상정보를 복원하며,
상기 무인비행체는, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 SAR 센서에 의해 촬영된 영상신호를 전송하는 무선통신모듈; 상기 무선통신모듈을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛을 제어하고, 상기 SAR 센서의 구동을 제어하며, 상기 SAR 센서로부터 촬영된 SAR 영상 데이터를 상기 무선통신모듈을 통해 전송하는 것을 제어하는 제어부; 상기 SAR 센서에 의해 촬영된 SAR 영상 데이터를 저장하는 메모리; 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체를 비행시키도록 상기 제어부의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛; 및 상기 무선통신모듈, 제어부, 메모리, 비행 유닛 및 SAR 센서에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따르면, 무인비행체에 탑재된 SAR(Synthetic Aperture Radar) 센서로 촬영한 SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 비탈면의 변위를 측정하고, 측정된 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면을 가시화함으로써 비탈면의 보수 및 보강 우선순위를 선정할 수 있고, 이에 따라, 최근 지진, 혹한, 폭우 등으로 인해 발생빈도가 증가하고 있는 도로나 철도의 비탈면, 주택가 인근 급경사지에 대한 산사태 방지에 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 지점별 설치가 아닌 드론을 활용한 광범위한 지역의 다수 비탈면을 동시에 관리하면서도 동식물의 움직임 등에 영향을 받지 않고 비용-효과적으로 비탈면 변위를 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 사면 관리를 위한 실시간 무인 감시 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템의 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템의 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 드론을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 SAR 영상 처리부를 구체적으로 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법의 동작흐름도이다.
도 8a 내지 도 8d는 각각 도 7에 도시된 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법에서, SAR 영상처리 과정을 구체적으로 나타내는 동작흐름도이다.
도 10a 내지 도 10g는 각각 도 9에 도시된 SAR 영상처리 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 드론 및 모니터링 센서 연동 기반의 재난 관리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템의 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템의 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 드론을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 SAR 영상 처리부를 구체적으로 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법의 동작흐름도이다.
도 8a 내지 도 8d는 각각 도 7에 도시된 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법에서, SAR 영상처리 과정을 구체적으로 나타내는 동작흐름도이다.
도 10a 내지 도 10g는 각각 도 9에 도시된 SAR 영상처리 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템의 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템은, 도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 무인비행체(110)인 드론에 탑재된 SAR(Synthetic Aperture Radar) 센서(120)로 촬영한 SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 비탈면의 변위를 측정하고, 도 3의 b)에 도시된 바와 같이, 측정된 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면을 가시화함으로써, 비탈면(200)의 보수 및 보강 우선순위를 선정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템은 무인비행체(110)에 탑재되는 합성구경레이더(Synthetic Aperture Radar: SAR) 시스템을 활용하여 구현되며, 여기서, 합성구경레이더(SAR) 시스템은 도플러 효과를 이용하여 구현된 것으로, 거리에 관계없이 일정한 방위각 해상도를 유지할 수 있으며, 초고주파를 사용하여 영상을 얻어내기 때문에 가시광의 유무와 날씨, 구름 등에 영향을 받지 않고도 소정 지역에 대한 정보를 얻어낼 수 있다. 특히, 도플러 효과를 이용하기 때문에 기존의 SLAR(Side-Looking Aperture Radar)보다 방위각 방향으로 훨씬 더 높은 고해상도를 실현한 시스템이다.
이러한 SAR 시스템은 수신된 신호로부터 영상을 재구성할 때, 수신신호에 포함되어 있는 거리방향 신호처리에 연관된 부분에 대한 압축(Range Compression)과 방위각 방향 신호처리에 연관된 부분에 대한 압축(Azimuth Compression)이 이루어진 후, 고주파 측정 왜곡을 보정하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템은, 기존의 지점별 설치가 아닌 드론을 활용한 광범위한 지역의 다수 비탈면(200)을 동시에 관리할 수 있고, 또한, 최근 지진, 혹한, 폭우 등으로 인해 발생빈도가 증가하고 있는 도로나 철도의 비탈면, 주택가 인근 급경사지에 대한 산사태 방지에 활용할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템을 설명하고, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법을 설명하기로 한다.
[무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템(100)]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템(100)은, 무인비행체(110), SAR 센서(120), SAR 영상 수집부(130), SAR 영상 처리부(140), SAR 영상 보정부(150), 비탈면 변위 분석부(160) 및 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)을 포함하며, 이때, 상기 SAR 영상 수집부(130), SAR 영상 처리부(140), SAR 영상 보정부(150) 및 비탈면 변위 분석부(160)는 통합적으로 하나의 비탈면 측정 관리자 단말로 구현될 수 있다.
무인비행체(110), 예를 들면, 드론은 SAR 센서(120)가 비탈면(200)을 촬영할 수 있도록 비행궤도를 따라 비탈면(200)에 접근하도록 비행한다.
무인비행체 비행 및 조종 단말(170)은 상기 무인비행체(110)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 비탈면 인식 및 SAR 영상 촬영을 원격 지시한다. 이때, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)은 무인비행체(110)의 출동 및 복귀, 비행, 충전, 비탈면 인식, SAR 영상 촬영을 원격 지시할 수 있는 각각의 알고리즘과 프로세서가 탑재되어 있다. 따라서 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)의 명령으로 출동한 무인비행체(110)는 상기 비탈면(200)에 근접하도록 비행한다.
SAR 센서(120)는 비탈면(200)에 대한 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 영상을 획득할 수 있도록 상기 무인비행체(110)에 탑재되어 상기 비탈면(200)을 촬영한다.
이때, 상기 SAR 센서(120)는 합성구경레이더(Synthetic Aperture Radar: SAR)에서 특정 주파수의 마이크로파를 지상의 비탈면(200)으로 방사하여 비탈면(200)으로부터 반사된 반사파로부터 얻어진 서로 다른 시기의 동일 위치를 촬영한 적어도 2장 이상의 SAR 영상 중에서 먼저 촬영된 제1 SAR 영상과 후속 촬영된 제2 SAR 영상을 획득하고, 상기 획득된 제1 및 제2 SAR 영상들을 합성하여 상기 제1 SAR 영상의 위상에서 후속 촬영된 제2 SAR 영상의 위상을 차감하여 그 위상차에 의해 비탈면(200)의 변위를 나타내는 SAR 간섭도를 작성한다.
구체적으로, SAR 탐사는 기본적으로 SAR 센서(120)에서 마이크로파 대역의 전파를 상공에서 지상, 예를 들면, 비탈면(200)을 향하여 방사한다. 일반적으로, 상기 SAR 센서(120)에서 사용되는 주파수는 X-밴드(8~12㎓ 파장대), C-밴드(4~8㎓ 파장대) 및 L-밴드(1~2㎓ 파장대)의 3개의 주파수를 사용하고 있다. 이때, C-밴드(4~8㎓ 파장대) 및 X-밴드(8~12㎓ 파장대)와 같이 고주파수일수록 얻어지는 SAR 영상의 해상도가 좋지만, 투과도는 좋지 않기 때문에 비탈면(200)에 수목 등의 산란체가 많은 지역에서는 정확한 영상을 얻는데 어려움이 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 L-밴드(1~2㎓ 파장대)의 주파수를 사용하여 SAR 영상을 획득한다.
이때, 획득된 SAR 영상은 비탈면(200)의 산천 수목의 풍광을 나타내는 것이 아니고, 동일 위치의 지표에 대한 위상정보가 수록된 영상으로서, 상기 위상은 비탈면(200) 각각의 측정지점과 상기 SAR 센서(120)간의 거리정보이다.
이때, 상기 제1 및 제2 SAR 영상에는 비탈면(200)의 지표 변화가 없는 부분과 지표 변화가 발생한 부분이 포함되어 있으며, 각각의 제1 및 제2 SAR 영상만으로는 지표 변화 부분을 식별하기 어렵다. 이때, 동일한 위치에서 반복적으로 촬영된 SAR 영상에서 지표에서 물체에 아무런 이상이 없는 경우 별다른 차이가 발생되지 않지만, 물체의 움직임이 발생하게 되면 위상에 차이가 발생할 수밖에 없다.
따라서 SAR 간섭기법(SAR interferometry; inSAR)을 적용하여 획득된 제1 및 제2 SAR 영상으로부터 비탈면(200)의 지표 변위를 확인할 수 있는 SAR 간섭도(SAR interferogram)를 작성한다. 즉, 상기 제1 및 제2 SAR 영상의 동일하거나 인접한 지점이 합치되도록 제1 및 제2 SAR 영상을 중첩(overlap)하고, 이와 같이 중첩된 제1 SAR 영상의 위상에서 후속 촬영된 제2 SAR 영상의 위상을 차감한다.
두 개의 제1 및 제2 SAR 영상의 위상 간에 지표 변화가 없는 부분의 위상에는 차이가 없는 컬러 스케일의 해당 레벨의 색상이 표시되지만, 지표 변화가 있는 부분의 위상 차이는 컬러 스케일의 해당 레벨의 색상이 표시된다. 이때, 이러한 SAR 간섭도의 작성 프로세스는 컴퓨터로 구현된 관리자 단말의 SAR 영상 처리부(140)에 의해 실행된다.
이때, 상기 SAR 간섭도(SAR interferogram)는 수십 ㎢ 이상의 광범위한 지역에서 불과 수㎝ 내지 수㎜의 정밀도로 비탈면(200)의 지표 변위를 관측할 수 있기 때문에 비탈면(200) 지표의 작은 변위도 정확하게 관측할 수 있다.
SAR 영상 수집부(130)는 상기 SAR 센서(120)에서 시계열적으로 촬영한 SAR 영상을 수집한다.
SAR 영상 처리부(140)는 상기 SAR 영상 수집부(130)에서 수집한 SAR 영상을 처리하고, 수치지도 표고모델(DTM)을 생성한다.
SAR 영상 보정부(150)는 상기 무인비행체(110)의 비행궤도정보와 상기 DTM을 이용하여 모의(Simulated) SAR 영상을 생성하고, 실제 무인비행체(110)의 SAR 영상간의 정합을 통해 절대좌표의 보정을 수행한다. 다시 말하면, 관측된 변위의 절대좌표변환을 위해 하나 이상의 기준점 또는 비탈면 DTM이 필요하며, 이때, 비탈면 DTM은 이미 변위 관측에 요구되는 자료이다.
비탈면 변위 분석 및 가시화부(160)는 상기 SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 측정된 비탈면(200)의 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면(200)을 가시화한 후, 상기 비탈면(200)의 보수 및 보강 우선순위를 선정한다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 드론을 구체적으로 예시하는 도면으로서, 도 5a는 드론의 구성도이고, 도 5b는 드론을 예시하는 사진이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 무인비행체(110)는 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행유닛(114) 및 배터리(115)를 포함하며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 무인비행체(110)는 무인비행체 본체, 프로펠러 모터, 프로펠러 및 착륙 지지대 등을 포함한다.
SAR 센서(120)는 상기 무인비행체(110) 내에 회전 가능하도록 장착되어 비탈면(200)을 촬영한다.
무선통신모듈(111)은 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 SAR 센서(120)에 의해 촬영된 SAR 영상을 전송한다.
제어부(112)는 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 SAR 센서(120)의 구동을 제어하며, 상기 SAR 센서(120)로부터 촬영된 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 전송하는 것을 제어하도록 MCU로 구현되며, 메모리(113)는 상기 SAR 센서(120)에 의해 촬영된 SAR 영상 데이터를 저장한다.
비행 유닛(114)은 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)로부터 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체(110)를 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동된다.
배터리(115)는 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행 유닛(114) 및 SAR 센서(120)에 전원을 공급한다.
무인비행체 비행 및 조종 단말(170)은 상기 무인비행체(110)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 시설물 인식 및 영상촬영을 원격 지시한다. 이때, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)은 무인비행체(110)의 출동 및 복귀, 비행, 충전, 비탈면 인식, SAR 영상 촬영을 지시할 수 있는 알고리즘과 프로세서가 탑재되어 있다.
따라서 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)의 명령으로 출동한 무인비행체(110)는 비행궤도를 따라 상기 비탈면(200)에 근접하도록 비행하며, SAR센서(120)가 상기 비탈면(200)의 이상 유무를 확인하도록 SAR 영상을 촬영한다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 SAR 영상 처리부를 구체적으로 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템에서 SAR 영상 처리부(140)는 SAR 영상 분류부(141), SAR 영상 정합부(142), SAR 간섭도 생성부(143), 위상 정렬부(144) 및 좌표값 부여부(145)를 포함한다.
SAR 영상 분류부(141)는 상기 무인비행체(110)에 장착된 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 센서(120)를 활용하여 인접한 비행궤도에서 동일 비탈면(200)에 대한 시계열(Time-Series)로 획득된 SAR 영상을 분류한다.
SAR 영상 정합부(142)는 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 진폭영상 상관계수, 간섭 줄무늬 선명도(Fringe visibility), 스펙클 추적(Speckle Tracking), 참조 포인트(Reference point) 매칭 등의 방법을 이용하여 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행한다.
SAR 간섭도 생성부(143)는 시계열로 측정된 SAR 영상의 간섭 패턴을 기록한 SAR 간섭도(Interferogram)를 생성한다. 여기서, 상기 간섭이란 두 개의 파동이 일치(충돌)할 때 생성되는 패턴으로서, 예를 들면, 물속에 두 개의 돌을 던지게 되면 두 개의 물결 파동이 생기데 되는데, 두 파동이 부딪칠 때 생성되는 파동을 의미한다. 즉, 두 개의 고점(Crest) 파동이 부딪칠 때에는 파동의 높이가 두 배가 되고, 고점과 저점(Sag) 파동이 부딪칠 때에는 평탄(Flat)하게 된다.
위상 정렬부(144)는 상기 SAR 간섭도에서 연속적인 물리적 위상값을 추출하기 위한 위상정렬(Phase unwrapping)을 수행한다. 예를 들면, 2π의 배수를 증감함으로써 SAR 간섭도에서 생성된 위상 증가분을 제거할 수 있고, 이로 인해 연속적인 물리적 위상정보를 복원할 수 있다.
좌표값 부여부(145)는 상기 SAR 영상을 이용하여 관측된 변위에 좌표값을 부여(Geo-coding)한다. 이때, 적어도 하나 이상의 지상 기준점 또는 비탈면 수치지형 표고모델(Digital Terrain Model: DTM)을 이용한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 무인비행체에 탑재된 SAR(Synthetic Aperture Radar) 센서로 촬영한 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 비탈면의 변위를 측정하고, 측정된 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면을 가시화함으로써, 비탈면의 보수 및 보강 우선순위를 선정할 수 있고, 이에 따라, 최근 지진, 혹한, 폭우 등으로 인해 발생빈도가 증가하고 있는 도로나 철도의 비탈면, 주택가 인근 급경사지에 대한 산사태 방지에 활용할 수 있고, 또한, 기존의 지점별 설치가 아닌 드론을 활용한 광범위한 지역의 다수 비탈면을 동시에 관리하면서도 동식물의 움직임 등에 영향을 받지 않고 비용-효과적으로 비탈면 변위를 측정할 수 있다.
[무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법]
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법의 동작흐름도이고, 도 8a 내지 도 8d는 각각 도 7에 도시된 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법은, 먼저, 무인비행체(110) 상에 SAR 센서(120)를 탑재한다(S110).
다음으로, 상기 무인비행체(110)의 비행궤도를 따라 SAR 센서(120)가, 도 8a에 도시된 바와 같은 비탈면(200)의 시계열 변위 측정을 위한 SAR 영상을 촬영한다(S120).
다음으로, 상기 비탈면(200)을 다중 관측한 다중시기의 SAR 영상을 수집한다(S130). 도 8b에 도시된 바와 같이, 다수의 무인비행체(110) 및 SAR 센서(120)를 사용하여 비탈면(200)을 다중 관측하는 것이 바람직하다.
다음으로, SAR 영상을 처리하여, 도 8c에 도시된 바와 같은, 수치지형 표고모델(DTM)을 생성한다(S140). 구체적인 SAR 영상 처리 과정은 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.
다음으로, 상기 무인비행체(110)의 비행궤도정보와 상기 수치지형 표고모델(DTM)을 이용하여 모의(Simulated) SAR 영상을 생성하고, 실제 무인비행체(110)에 탑재된 SAR 영상간의 정합을 통해 절대좌표의 보정을 수행한다(S150).
다음으로, 상기 SAR 영상이 보정된 비탈면 변위를 분석하고, 도 8d에 도시된 바와 같이, 위험변위를 가시화한다(S160).
본 발명의 실시예에 따르면, 무인비행체(110)를 활용하여 다수의 비탈면(200)에 변위를 측정할 수 있기 때문에 종래의 비탈면 개소별로 설치하는 상시계측 시스템에 비해 비탈면 변위 측정비용을 절감시킬 수 있다.
또한, L-밴드(1~2㎓ 파장대)의 SAR 센서(120)를 이용함에 따라 초목의 영향을 받지 않고 비탈면(120)의 변위 측정이 가능하다. 즉, 기존의 영상센서, 레이저센서 등은 초목의 영향을 받기 때문에 초목의 성장 영향을 제외한 비탈면 자체의 변위 측정이 불가능하지만, 본 발명의 실시예에 따른 SAR 센서(120)의 경우, L-밴드(1~2㎓ 파장대)를 이용하기 때문에 초목의 영향을 받지 않고 비탈면(200)의 변위를 측정할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법에서, SAR 영상처리 과정을 구체적으로 나타내는 동작흐름도이고, 도 10a 내지 도 10g는 각각 도 9에 도시된 SAR 영상처리 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 방법의 SAR 영상처리 과정(S140)은, 먼저, 무인비행체(110)에 장착된 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 센서(120)를 활용하여 인접한 비행궤도에서 동일 비탈면(200)에 대한 시계열(Time-Series)로 획득된 SAR 영상을 분류한다(S141). 예를 들면, 시계열(Time-Series)로 획득된 SAR 영상은 도 10a에 도시된 마스터 영상과 도 10b에 도시된 슬레이브 영상으로 분류하며, 이때, 도 10a는 마스터 영상인 제1 SAR 영상을 나타내고, 도 10b는 슬레이브 영상인 후속 촬영된 제2 SAR 영상을 나타낸다.
다음으로, 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 진폭영상 상관계수, 간섭 줄무늬 선명도(Fringe visibility), 스펙클 추적(Speckle Tracking), 참조 포인트(Reference point) 매칭 등의 방법을 이용하여 상기 제1 및 제2 SAR 영상에 대해 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행한다(S142). 예를 들면, 도 10c는 변경되지 않은 제1 SAR 영상을 나타내고, 도 10d는 정합된 제2 SAR 영상을 나타낸다.
다음으로, 시계열로 측정된 SAR 영상의 간섭 패턴을 기록한 SAR 간섭도(Interferogram)를 생성한다(S143). 예를 들면, 도 10e는 SAR 간섭도를 생성한 것을 나타내는 도면으로서, 상기 제1 및 제2 SAR 영상의 동일한 지점이 합치되도록 제1 및 제2 SAR 영상을 중첩(overlap)하고, 이와 같이 중첩된 제1 SAR 영상의 위상에서 후속 촬영된 제2 SAR 영상의 위상을 차감한다.
다음으로, 상기 SAR 간섭도에서 연속적인 물리적 위상값을 추출하기 위한 위상정렬(Phase unwrapping)을 수행한다(S144). 예를 들면, 도 10f는 위상 정렬된 것을 나타내는 도면이다.
다음으로, 상기 SAR 영상을 이용하여 관측된 변위에 좌표값을 부여(Geo-coding)한다(S145). 이때, 적어도 하나 이상의 지상 기준점 또는 비탈면 수치지형 표고모델(Digital Terrain Model: DTM)을 이용한다. 예를 들면, 도 10g는 좌표값을 부여한 것을 나타내는 도면이다.
후속적으로, 전술한 바와 같이, 상기 SAR 영상을 보정한 후, 비탈면 변위를 분석하여 위험변위를 가시화할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 국토교통부는 매년 1,250억원의 예산을 투입하여 300~400개소의 비탈면을 정비하는데, 현재 비탈면이 설치되지 않은 대부분의 비탈면의 변위를 측정할 수 있다. 또한, 비탈면 붕괴, 낙석 등 피해상황을 살펴보면 해빙기나 하절기 폭우에 의해 증가되는 경향이 있는데, 해빙기, 폭우시 비탈면 변위 발생 여부에 대한 수시점검이 가능하여 비탈면 붕괴로 인한 인명피해 등 사회적 피해를 최소화할 수 있다. 또한, 국내 도로 및 철도 비탈면은 수 만개에 이르고 급경사지도 30,000개에 달하는데, 이러한 비탈면 및 급경사지의 효율적 관리를 위한 변위 측정기술로 활용할 수 있다. 특히, 최근 혹한, 지진, 폭우 등으로 지반의 급격한 변위가 발생할 가능성이 높아진 점을 감안하면 그 활용도가 높아질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 비탈면 변위 측정 시스템
110: 무인비행체(드론) 120: SAR 센서
130: SAR 영상 수집부 140: SAR 영상 처리부
150: SAR 영상 보정부 160: 비탈면 변위 분석 및 가시화부
170: 무인비행체 비행 및 조종 단말
111: 무선통신모듈 112: 제어부
113: 메모리 114: 비행유닛
115: 배터리
141: SAR 영상 분류부 142: SAR 영상 정합부
143: SAR 간섭도 생성부 144: 위상 정렬부
145: 좌표값 부여부
110: 무인비행체(드론) 120: SAR 센서
130: SAR 영상 수집부 140: SAR 영상 처리부
150: SAR 영상 보정부 160: 비탈면 변위 분석 및 가시화부
170: 무인비행체 비행 및 조종 단말
111: 무선통신모듈 112: 제어부
113: 메모리 114: 비행유닛
115: 배터리
141: SAR 영상 분류부 142: SAR 영상 정합부
143: SAR 간섭도 생성부 144: 위상 정렬부
145: 좌표값 부여부
Claims (13)
- 합성구경레이더(Synthetic Aperture Radar: SAR) 센서(120)가 비탈면(200)을 촬영할 수 있도록 비행궤도를 따라 비탈면(200)에 접근하도록 비행하는 무인비행체(110);
상기 비탈면(200)에 대한 SAR 영상을 획득할 수 있도록 상기 무인비행체(110)에 탑재되어 상기 비탈면(200)을 시계열적으로 촬영하는 SAR 센서(120);
상기 SAR 센서(120)에서 시계열적으로 다중 관측한 다중시기의 SAR 영상을 수집하는 SAR 영상 수집부(130);
상기 SAR 영상 수집부(130)에서 수집한 SAR 영상을 처리하고, 수치지도 표고모델(DTM)을 생성하는 SAR 영상 처리부(140);
상기 무인비행체(110)의 비행궤도정보와 상기 수치지도 표고모델(DTM)을 이용하여 모의(Simulated) SAR 영상을 생성하고, 실제 무인비행체(110)의 SAR 영상간의 정합을 통해 절대좌표의 보정을 수행하는 SAR 영상 보정부(150);
상기 SAR 영상의 시계열 프로파일링을 통해 측정된 비탈면(200)의 변위 데이터를 해석하여 붕괴 위험성이 있는 비탈면(200)을 가시화하고, 상기 비탈면(200)의 보수 및 보강을 위한 우선순위를 선정하는 비탈면 변위 분석 및 가시화부(160); 및
상기 무인비행체(110)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 비탈면 인식 및 SAR 영상 촬영을 원격 지시하는 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)을 포함하되,
상기 SAR 센서(120)는 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 영상을 촬영하며; 그리고 상기 SAR 영상 처리부(140)는 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 진폭영상 상관계수, 간섭 줄무늬 선명도(Fringe visibility), 스펙클 추적(Speckle Tracking) 또는 참조 포인트(Reference point) 매칭 방법을 이용하여 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행하며,
상기 SAR 영상 처리부(140)는,
상기 무인비행체(110)에 장착된 L-밴드(1~2㎓ 파장대) SAR 센서(120)를 활용하여 인접한 비행궤도에서 동일 비탈면(200)에 대한 시계열(Time-Series)로 획득된 SAR 영상을 분류하는 SAR 영상 분류부(141); 시계열적인 비탈면 변위 발생 여부 측정을 위해 시계열 SAR 영상 정합(Image co-registration)을 수행하는 SAR 영상 정합부(142); 시계열로 측정된 SAR 영상의 간섭 패턴을 기록한 SAR 간섭도(Interferogram)를 생성하는 SAR 간섭도 생성부(143); 상기 SAR 간섭도에서 연속적인 물리적 위상값을 추출하기 위한 위상정렬(Phase unwrapping)을 수행하는 위상 정렬부(144); 및 상기 SAR 영상을 이용하여 관측된 변위에 좌표값을 부여(Geo-coding)하는 좌표값 부여부(145)를 포함하며, 상기 위상 정렬부(144)는 2π의 배수를 증감함으로써 SAR 간섭도에서 생성된 위상 증가분을 제거할 수 있고, 이로 인해 연속적인 물리적 위상정보를 복원하며,
상기 무인비행체(110)는, 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 SAR 센서(120)에 의해 촬영된 영상신호를 전송하는 무선통신모듈(111); 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 SAR 센서(120)의 구동을 제어하며, 상기 SAR 센서(120)로부터 촬영된 SAR 영상 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 전송하는 것을 제어하는 제어부(112); 상기 SAR 센서(120)에 의해 촬영된 SAR 영상 데이터를 저장하는 메모리(113); 상기 무인비행체 비행 및 조종 단말(170)로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 무인비행체(110)를 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛(114); 및 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행 유닛(114) 및 SAR 센서(120)에 전원을 공급하는 배터리(145)를 포함하는 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템. - 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 좌표값 부여부(145)는 적어도 하나 이상의 지상 기준점 또는 비탈면 수치지형 표고모델(Digital Terrain Model: DTM)을 이용하여 좌표값을 부여하는 것을 특징으로 하는 무인비행체에 탑재된 SAR 센서를 활용한 비탈면 변위 측정 시스템. - 삭제
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