KR102236753B1 - 군집 rtk 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법 - Google Patents

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rtk
drones
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박재우
염동준
강태경
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한국건설기술연구원
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Abstract

군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법이 제공된다. 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법은, 군집 RTK(Real-Time Kinematic) 드론들이, 토공현장에 대해 사전에 조닝(zoning)된 예비 지상기준점(GCP: Ground Control Point)들과 예비 검측점들 중 매칭된 점의 위치로 이동하여 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 획득하는 단계와, 하나 이상의 촬영용 드론이, 토공현장을 촬영하여 항공 영상들을 생성하는 단계와, 디지털맵 생성 서버가, 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표와 생성된 항공 영상들을 이용하여 토공현장의 디지털맵을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법{Method for setting ground control points using cluster RTK drones}
본 발명은 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 군집 RTK 드론들을 이용하여 지상기준점을 설정할 수 있는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법에 관한 것이다.
기존의 드론을 활용한 토공현장 디지털맵 생성 과정은 1) 지상기준점(GCP: Ground Control Point) 및 검측점 설정, 2) 드론 영상 취득 계획 수립, 3) 드론 영상 취득, 4) 영상기반 점군데이터(Point Cloud) 생성, 5) 정사영상 생성, 6) DSM(Digital Surface Model) 또는 DEM(Digital Elevation Model) 생성의 순서를 포함한다.
이러한 과정 중 3)~6)의 과정은 현재 구축된 시스템을 활용하여 어느 정도 자동화가 가능하지만, 1)~2)의 과정은 현재까지 자동화가 어려우며 인력의 투입을 필요로 한다.
특히, 지상기준점(GCP) 및 검측점 설정 과정은 사람이 직접 지상기준점에 해당하는 실제 위치에 방문해서 지상기준점으로 설정할 지점의 좌표 값을 측정 및 수집해야 하므로 노동집약적이고, 전체 프로세스에서 차지하는 시간이 매우 길다.
이로 인해, 지상기준점 및 검측점 설정 과정은 드론을 활용한 토공현장 디지털맵 생성 작업에서 대표적인 생산성, 경제성 저하요인으로 꼽히고 있으므로, 해당 과정을 인력 투입 없이 보다 빠른 시간 안에 해결할 수 있는 기술의 대안 마련이 필요하다.
국내 공개특허 10-2018-0021604호(2018년 03월 05일 공개)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 사람이 직접 지상기준점에 해당하는 실제 위치로 방문하는 수고를 해결하고, 인력 투입없이 신속히 지상기준점을 추출할 수 있는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 지상기준점의 입력 및 검측점의 위치좌표 측정은 최종 생성된 토공현장 디지털맵 내부에 있는 지상기준점 및 검측점을 시스템 사용자가 직접 눈으로 확인하여 입력 및 측정하는 방식으로 수행됨에 따라 사용자에 따라 입력 및 측정값이 상이하다는 한계점을 해결할 수 있는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 시스템은, 토공현장에 대해 사전에 조닝(zoning)된 예비 지상기준점(GCP: Ground Control Point)들과 예비 검측점들 중 매칭된 점의 위치로 이동하여 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 획득하는 군집 RTK(Real-Time Kinematic) 드론들; 상기 토공현장을 촬영하여 항공 영상들을 생성하는 하나 이상의 촬영용 드론; 및 상기 군집 RTK 드론들에 의해 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표와 상기 촬영용 영상에 의해 생성된 항공 영상들을 이용하여 토공현장의 디지털맵을 생성하는 디지털맵 생성 서버;를 포함한다.
상기 군집 RTK 드론들 각각은, 사전에 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점에 대응하는 상공으로 비행하도록 하는 자율주행 구동부; 상기 대응하는 상공에 도달하면, 상기 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점을 중심으로 착륙 가능한 지점을 판단하고, 상기 착륙 가능한 지점으로 착륙하면, 착륙된 지점을 실제 지상기준점과 실제 검측점으로 정하고 위치 좌표를 획득하는 드론 프로세서; 및 상기 획득된 실제 지상기준점과 실제 검측점의 위치 좌표를 상기 디지털맵 생성 서버로 전송하는 드론 통신 인터페이스부;를 포함한다.
상기 군집 RTK 드론들 각각은, 상기 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점을 중심으로 지상을 촬영하여 예비 촬영 영상을 생성하는 카메라;를 더 포함하고, 상기 드론 프로세서는, 상기 예비 촬영 영상을 분석하여 착륙 지점의 형상을 인식한 후, 상기 인식된 착륙 지점의 영상을 사전에 학습된 인공지능 학습 알고리즘에 입력하여 착륙 가능한 지점을 판단한다.
상기 인공지능 학습 알고리즘은, 상기 군집 RTK 드론이 상기 매칭된 점을 중심으로 착륙할 지점을 상기 촬영용 드론이 촬영할 경우, 상기 촬영용 드론이 촬영한 영상으로부터 상기 착륙된 지점을 디지털맵 서버가 식별할 수 있는지 예측하고, 식별할 수 있는 것으로 예측되는 지점을 착륙 가능한 지점으로 판단한다.
상기 디지털맵 생성 서버는, 상기 촬영용 드론에 의해 생성된 항공 영상들을 저장하는 데이터베이스; 및 상기 항공 영상들을 분석하여 상기 토공현장이 정상적으로 촬영되었는지 판단하고, 정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 상기 군집 RTK 드론들이 복귀하도록 처리하고, 비정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 상기 촬영용 드론이 상기 토공현장을 재촬영하여 항공 영상들을 재생성하도록 처리하는 서버 프로세서;를 포함한다.
상기 디지털맵 생성 서버는, 상기 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들과 상기 군집 RTK 드론들을 1:1 매칭하여 저장하고, 상기 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치를 고려하여 수립되는 상기 군집 RTK 드론들의 비행 계획을 저장하는 데이터베이스; 및 상기 데이터베이스에 저장된 비행 계획을 참고하여 상기 군집 RTK 드론들이 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 상공으로 이동하도록 비행을 제어하는 서버 프로세서;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법은, (A) 군집 RTK(Real-Time Kinematic) 드론들이, 토공현장에 대해 사전에 조닝(zoning)된 예비 지상기준점(GCP: Ground Control Point)들과 예비 검측점들 중 매칭된 점의 위치로 이동하여 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 획득하는 단계; (B) 하나 이상의 촬영용 드론이, 상기 토공현장을 촬영하여 항공 영상들을 생성하는 단계; 및 (C) 디지털맵 생성 서버가, 상기 (A) 단계에서 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표와 상기 (B) 단계에서 생성된 항공 영상들을 이용하여 상기 토공현장의 디지털맵을 생성하는 단계;를 포함한다.
상기 (A) 단계는, (A1) 상기 군집 RTK 드론들이, 각각 사전에 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점에 대응하는 상공으로 이동하는 단계; (A2) 상기 군집 RTK 드론들이, 각각 상기 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점을 중심으로 착륙 가능한 지점을 판단하는 단계; (A3) 상기 군집 RTK 드론들이, 상기 (A2) 단계에서 판단된 착륙 가능한 지점으로 착륙하는 단계; (A4) 상기 군집 RTK 드론들이, 상기 (A3) 단계에서 착륙된 지점을 상기 실제 지상기준점들과 실제 검측점들로서 정하고 위치 좌표를 획득하는 단계; 및 (A5) 상기 군집 RTK 드론들이, 상기 (A4) 단계에서 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 상기 디지털맵 생성 서버로 전송하는 단계;를 포함한다.
상기 (A2) 단계는, 상기 군집 RTK 드론들이 각각 구비된 카메라를 이용하여 상기 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들을 중심으로 지상을 촬영하여 예비 촬영 영상을 획득하고, 상기 예비 촬영 영상을 분석하여 착륙 지점의 형상을 인식한 후, 상기 인식된 착륙 지점의 영상을 사전에 학습된 인공지능 학습 알고리즘에 입력하여 착륙 가능한 지점을 판단한다.
상기 (A2) 단계에서 상기 인공지능 학습 알고리즘은, 상기 군집 RTK 드론들이 상기 매칭된 점을 중심으로 착륙할 지점을 상기 촬영용 드론이 촬영할 경우, 상기 촬영용 드론이 촬영한 영상으로부터 상기 군집 RTK 드론들이 착륙된 지점을 디지털맵 서버가 식별할 수 있는지 예측하고, 식별할 수 있는 것으로 예측되는 지점을 착륙 가능한 지점으로 판단한다.
상기 (C) 단계는, (C1) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 (B) 단계에서 생성된 항공 영상들을 분석하여 상기 토공현장이 정상적으로 촬영되었는지 판단하는 단계; 및 (C2) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 (C1) 단계에서 정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 상기 군집 RTK 드론들이 복귀하도록 처리하는 단계;를 포함하고, 상기 (C1) 단계에서 비정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 상기 촬영용 드론이 상기 토공현장을 재촬영하여 항공 영상들을 재생성한다.
상기 (A) 단계 이전에, (D) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치 중 하나를 상기 군집 RTK 드론들과 1:1 매칭하여 저장하는 단계; (E) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치를 고려하여 수립되는 상기 군집 RTK 드론들의 비행 계획을 저장하는 단계; 및 (F) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 (E) 단계에서 저장된 비행 계획을 참고하여 상기 군집 RTK 드론들이 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 상공으로 이동하도록 비행을 제어하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 군집 RTK 드론들 자체가 지상기준점이 자동으로 수집됨은 물론 데이터베이스에 자동 기록함으로써 관리자가 직접 지상기준점의 위치로 이동하여 체스보드 형태로 표식을 설치하는 수고를 해결하고, 보다 효율적으로 지상기준점을 설정 및 기록할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 군집 RTK 드론들을 활용하여 동시에 다수의 지상기준점의 배치가 가능하므로 지상기준점을 배치 및 측정하는 작업 소요 시간을 단축시킴을 물론 전반적인 토공현장 디지털맵 생성 작업의 생산성 및 효율성을 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 지상기준점으로 사용된 군집 RTK 드론들의 중심점을 판별하는 알고리즘을 이용하여 군집 RTK 드론들의 외장을 현장 환경에 맞게 고려할 수 있으며, 이에 따라 토공현장 디지털맵 생성 과정에서 발생할 수 있는 휴먼에러(Human error)를 최소화하고, 검측점의 위치좌표 측정 또한 동일한 방식으로 자동 수행됨에 따라 일관된 오차율 측정 결과를 시스템 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 군집 RTK 드론들을 이용하여 다수의 지상기준점을 동시에 측정함으로써 우수한 생산선으로 지상기준점의 측정이 가능하다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 시스템을 도시한 개념도를 도시한 도면,
도 2는 군집 RTK 드론과 디지털맵 생성 서버의 블록도를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 S340단계를 자세히 도시한 흐름도, 그리고,
도 5는 S400단계를 자세히 도시한 흐름도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 시스템의 각각의 구성은 기능 및/또는 논리적으로 분리될 수도 있으며, 반드시 각각의 구성이 별도의 물리적 장치로 구분되거나 별도의 코드로 작성됨을 의미하는 것은 아님을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.
상기 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 시스템의 동작을 위한 구성요소 또는 프로그램은 소정의 데이터 프로세싱 장치에 설치되어 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)을 이용한 디지털맵 생성 시스템을 도시한 개념도를 도시한 도면, 도 2는 군집 RTK 드론(100)과 디지털맵 생성 서버(300)의 블록도를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)을 이용한 디지털맵 생성 시스템은 인력이 직접 지상기준점에 해당하는 실제 위치에 방문해서 지상기준점(GCP: Ground Control Point)으로 설정할 지점의 좌표 값을 측정 및 수집하는 기존의 과정을 자동화하고, 또한, 다수의 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 다수의 지상기준점들 또는 검측점들의 역할을 수행하고, 촬영용 드론(200)이 다수의 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 착륙한 상태의 토공현장을 촬영한 후 서버(300)가 디지털맵을 작성함으로써 디지털맵 작성 프로세스를 간소화하면서 휴먼 에러를 최소화할 수 있다.
이를 위하여, 관리자는 토공현장의 지도(예를 들어, 위성사진, 이전에 작성된 정사영상 등)를 참조하여 토공현장에 설정할 예비 지상기준점들과 예비 검측점들의 설치 위치를 조닝(Zoning)하고, 조닝된 예비 지상기준점들과 예비 검측점들로 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)을 1:1로 위치시키기 위한 비행 계획을 세운다.
지상기준점은 점군데이터(PCD: Point Cloud Data) 생성 시 좌표 보정을 위한 레퍼런스가 되는 측점이다. 검측점은 생성된 점군데이터가 표현하는 해당 지점의 좌표와 GPS(Global Positioning System) 장비를 활용하여 실측한 좌표를 비교하여 보정하기 위해 설정되는 측점이다. 따라서, 지상기준점은 점군데이터 생성 시 반영되는 좌표의 보정값이고, 검측점은 생성된 점군데이터의 정확도를 검증하기 위해 사용된다.
비행 계획은 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 조닝된 예비 지상기준점들과 예비 검측점들로 충돌없이 비행하는 이동 순서, 이동 시간, 이동 경로를 포함하고, 지상기준점 또는 검측점의 역할 후 초기 위치로 복귀하기 위한 순서와 복귀 경로를 포함할 수 있다.
또한, 관리자는 토공현장의 특성 및 주변환경을 고려하여 하나 이상의 촬영용 드론(200)의 촬영 계획을 수립한다. 촬영 계획은 촬영용 드론(200)이 토공현장 전 영역을 이동하면서 정지영상으로 촬영하되, 모든 정지영상들이 상하좌우 중 적어도 하나로 연속하는 정지영상들과 일정 부분(예를 들어, 80%, 이는 일 예로서 이에 한정되지 않음) 중복되어 촬영하도록 할 수 있다.
사전에 조닝된 예비 지상기준점들과 예비 검측점들의 위치 좌표, 예비 지상기준점들과 예비 검측점들과 1:1로 매칭된 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)의 식별정보, 비행 계획 및 촬영 계획을 포함하는 사전 작업 정보는 디지털맵 생성 서버(300)에 저장될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 시스템은 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110), 하나 이상의 촬영용 드론(200) 및 디지털맵 생성 서버(300)를 포함한다.
군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 다수의 RTK 드론들로 이루어지며 토공현장에 대해 사전에 조닝된 예비 지상기준점과 예비 검측점의 위치 개수만큼 구비될 수 있다. 즉, (예비 지상기준점들과 개수+ 예비 검측점들의 개수):군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)의 개수=최소 1:1이다.
군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110) 각각은 토공현장에 대해 사전에 조닝된 예비 지상기준점들과 예비 검측점들 중 매칭된 점의 위치로 이동하여 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 도2 에는 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110) 중 하나가 도시되어 있으며, 이하에서는 '사전에 조닝된 예비 지상기준점들과 예비 검측점들 중 매칭된 하나의 점'을 '예비 타겟점'이라 한다.
도 2를 참조하면, 군집 RTK 드론(100)은 드론 통신 인터페이스부(110), 카메라(120), 자율주행 구동부(130), 드론 메모리(140) 및 드론 프로세서(150)를 포함할 수 있다.
드론 통신 인터페이스부(110)는 군집 RTK 드론(100)과 RTK-GPS 베이스(10)와의 통신을 위한 경로(또는 회로)를 제공한다. 드론 통신 인터페이스부(110)는 RTK-GPS 베이스(10)와 통신하여 군집 RTK 드론(100)의 좌표를 실시간으로 수신할 수 있다.
또한, 드론 통신 인터페이스부(110)는 디지털맵 생성 서버(300)로부터 전송되는 자율비행 명령을 수신할 수 있다. 자율비행 명령은 군집 RTK 드론(100)에 매칭된 예비 타겟점에 대응하는 상공으로 사전에 정해진 비행 경로를 이용하여 정해진 시간에 이동하도록 하는 명령과, 착륙 가능한 지점을 착륙하도록 하는 명령과, 사전에 정해진 복귀 경로를 이용하여 정해진 시간에 초기 위치로 복귀하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 드론 통신 인터페이스부(110)는 디지털맵 생성 서버(300)에게 RTK-GPS 베이스(10)로부터 수신한 군집 RTK 드론(100)의 위치 좌표를 군집 RTK 드론(100)의 식별정보와 함께 전송할 수 있다.
카메라(120)는 드론(100)의 하부에 지상을 촬영할 수 있도록 구비될 수 있다. 카메라(120)는 렌즈(미도시)의 방향을 조정하면서 촬영 각도를 조정할 수 있다. 카메라(120)는 드론 프로세서(150)의 제어에 의해 예비 타겟점을 중심으로 지상을 촬영하여 예비 촬영 영상을 생성하고, 생성된 예비 촬영 영상을 드론 프로세서(150)에게 전달할 수 있다.
자율주행 구동부(130)는 드론 프로세서(150)의 제어에 따라 군집 RTK 드론(100)이 토공현장 상공을 비행하면서 예비 타겟점에 수직 대응하는 상공으로 비행하도록 군집 RTK 드론(100)을 구동할 수 있다.
드론 메모리(140)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 드론 메모리(140)에는 군집 RTK 드론(100)이 제공하는 동작, 기능 등을 구현 및/또는 제공하기 위하여, 구성요소들(110~150)에 관계된 명령 또는 데이터, 하나 이상의 프로그램 및/또는 소프트웨어, 운영체제 등이 저장될 수 있다.
드론 메모리(140)에 저장되는 프로그램은 자율주행 프로그램, 인식 프로그램, 착륙 가능 판단 모델, 위치 보정 프로그램을 포함할 수 있다.
자율주행 프로그램은 디지털맵 생성 서버(300)의 제어 또는 명령에 따라 초기 위치로부터 예비 타겟점의 상공으로 비행하고, 다시 초기 위치로 복귀하며, 예비 타겟점의 위치 또는 예비 타겟점 주변의 위치로 착륙하기 위한 프로그램이다.
인식 프로그램은 군집 RTK 드론(100)이 예비 타겟점에 대응하는 수직 상공에 도달하면, 예비 타겟점을 중심으로 하는 착륙 지점의 형상을 인식하기 위한 프로그램이다. 착륙 지점의 형상 인식은 카메라(120)의 촬영 영상, 초음파센서, 레이더, 라이다 등 다양한 기술들 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
착륙 가능 판단 모델은 인공지능 학습을 기반으로 생성된 알고리즘으로서, 인식 프로그램의 인식 결과인 착륙 지점의 형상으로부터 예비 타겟점이 착륙 가능한 지점인지 판단할 수 있다.
위치 보정 프로그램은 착륙 가능 판단 모델의 판단 결과 착륙 가능한 지점이 없는 경우, 예비 타겟점을 기준으로 착륙할 지점을 보정할 수 있다.
드론 프로세서(150)는 드론 메모리(140)에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하여 군집 RTK 드론(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
예를 들어, 드론 프로세서(150)는 군집 RTK 드론(100)이 예비 타겟점의 상공에 도달하면, 예비 타겟점을 중심으로 착륙 가능한 지점을 판단하고, 착륙 가능한 지점이 판단되면 판단된 지점에 착륙하도록 자율주행 구동부(130)를 제어한다. 군집 RTK 드론(100)이 판단된 지점으로 착륙되면, 드론 프로세서(150)는 착륙된 지점을 실제 지상기준점들 및 실제 검측점들 중 하나의 점(이하, '실제 타겟점'이라 한다)으로 정하고, RTK-GPS 베이스(10)로부터 군집 RTK 드론(100)의 위치 좌표를 획득하여 실제 타겟점의 위치 좌표로서 드론 메모리(140)에 저장할 수 있다.
자세히 설명하면, 드론 프로세서(150)는 군집 RTK 드론(100)이 예비 타겟점의 상공에 도달하면, 드론 메모리(140)에 저장된 인식 프로그램과 착륙 가능 판단 모델을 실행하여 예비 타겟점을 중심으로 지상을 촬영하도록 카메라(120)를 제어할 수도 있다.
드론 프로세서(150)는 카메라(120)로부터 예비 촬영 영상이 입력되면, 인식 프로그램을 기반으로 예비 촬영 영상을 분석하여 착륙 지점의 형상을 인식할 수 있다. 예를 들어, 드론 프로세서(150)는 영상 기반의 SfM(Structure from Motion) 알고리즘을 적용하여 예비 촬영 영상으로부터 대략적인 착륙 지점의 형상을 인식할 수 있다.
그리고, 드론 프로세서(150)는 예비 촬영 영상 중 인식된 착륙 지점의 영상(또는 예비 촬영 영상 전체)을 사전에 학습된 인공지능 학습 알고리즘, 즉, 착륙 가능 판단 모델에 입력하여 인식된 착륙 지점이 안정적인 이륙과 착륙이 가능한 지점인지 판단할 수 있다.
이 때, 착륙 가능 판단 모델은 촬영용 드론(200)으로 촬영 시 장애물이나 다른 물체의 그림자에 의해 착륙된 지점이 가리거나, 착륙된 지점이 기준 기울기보다 더 기울어져 군집 RTK 드론(100)의 인식이 불가한지 더 고려하여 착륙 가능한 지점인지를 판단할 수 있다.
예를 들어, 드론 프로세서(150)는 군집 RTK 드론(100)이 예비 타겟점을 중심으로 착륙할 촬영용 드론(200)이 촬영할 경우, 촬영용 드론(200)이 촬영한 영상 중 군집 RTK 드론(100)이 착륙된 지점을 디지털맵 생성 서버(300)가 식별할 수 있는지 예측하고, 식별할 수 있는 것으로 예측되는 지점을 착륙 가능한 지점으로 판단할 수 있다.
촬영용 드론(200)이 촬영한 영상 중 군집 RTK 드론(100)이 착륙된 지점을 디지털맵 생성 서버(300)가 식별할 수 없는 것으로 예측되면, 드론 프로세서(150)는 예비 타겟점을 보정하여 보정된 예비 타겟점의 상공으로 이동한 후 다시 보정된 예비 타겟점을 포함하는 예비 촬영 영상을 생성하고, 이를 분석하여 착륙 가능한 지점인지 판단할 수 있다.
착륙 가능 판단 모델에 의해 착륙 가능한 것으로 판단되면, 드론 프로세서(150)는 착륙 가능한 것으로 판단된 지점, 즉, 예비 타겟점을 중심으로 인식된 착륙 지점으로 착륙하도록 자율주행 구동부(130)를 제어한다.
군집 RTK 드론(100)이 예비 타겟점 또는 보정된 예비 타겟점에 착륙하면, 드론 프로세서(150)는 착륙된 위치를 실제 타겟점으로 정하고, RTK-GPS 베이스(10)로부터 현재 위치 좌표를 수신한 후 디지털맵 생성 서버(300)로 전송하도록 드론 통신 인터페이스부(110)를 제어한다. 군집 RTK 드론(100)에서 정해진 실제 타겟점은 실제 지상기준점들과 실제 검측점들 중 하나를 의미한다.
상술한 동작에 의해 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 착륙한 지점의 위치 좌표가 디지털맵 생성 서버(300)로 전송되면, 촬영용 드론(200)은 디지털맵 생성 서버(300)의 제어에 의해 또는 관리자에 의해 토공현장을 촬영한다.
촬영용 드론(200)은 토공현장을 촬영하여 생성되는 항공 영상들(예를 들어, 정지영상들)을 실시간으로 또는 주기적으로 디지털맵 생성 서버(300)로 전송하거나, 또는 관리자에 의해 수동으로 디지털맵 생성 서버(300)에게 제공할 수 있다.
디지털맵 생성 서버(300)는 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)에 의해 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표와 촬영용 드론(200)에 의해 생성된 항공 영상들을 이용하여 토공현장의 디지털맵을 생성할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털맵 생성 서버(300)는 서버 통신 인터페이스부(310), 데이터베이스(320), 서버 메모리(330) 및 서버 프로세서(340)를 포함할 수 있다.
서버 통신 인터페이스부(310)는 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110) 및 촬영용 드론(200)과 통신할 수 있다. 예를 들어, 서버 통신 인터페이스부(310)는 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)에게 자율비행 명령을 전송하고, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)로부터 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 수신한다. 또한 서버 통신 인터페이스부(310)는 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)로부터 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표가 모두 수신되면 토공현장의 상공으로 비행하여 토공현장을 촬영하도록 촬영용 드론(200)에게 제어 명령을 전송할 수 있다.
데이터베이스(320)는 사전에 조닝된 토공현장의 예비 지상기준점들과 예비 검측점들의 위치 좌표, 예비 지상기준점들과 예비 검측점들에 1:1 매칭된 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)의 식별정보, 비행 계획, 촬영용 드론(200)에 의해 생성된 항공 영상들, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)로부터 수신되는 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 저장할 수 있다. 비행 계획은 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치를 고려하여 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 매칭된 예비 타겟점으로 이동하고, 다시 초기 위치로 복귀하는 계획을 포함한다.
서버 메모리(330)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 서버 메모리(330)에는 디지털맵 생성 서버(300)가 제공하는 동작, 기능 등을 구현 및/또는 제공하기 위하여, 구성요소들(310~340)에 관계된 명령 또는 데이터, 하나 이상의 프로그램 및/또는 소프트웨어, 운영체제 등이 저장될 수 있다.
서버 메모리(330)에 저장되는 프로그램은 비행 제어 프로그램, 영상 판단 프로그램, 디지털맵 생성 프로그램을 포함할 수 있다.
비행 제어 프로그램은 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)과 촬영용 드론(200)이 비행 계획에 따라 비행하도록 제어하는 프로그램이다.
영상 판단 프로그램은 항공 영상들의 해상도가 디지털맵 생성에 적합한지, 초점은 정확한지 등의 선예도와 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표로부터 디지털맵 생성이 가능한지를 판단할 수 있다.
디지털맵 생성 프로그램은 촬영용 드론(200)으로부터 입력되는 항공 영상들이 디지털맵 생성에 적합한지를 판단하고, 적합하면 디지털맵을 생성할 수 있다.
서버 프로세서(340)는 디지털맵 생성 서버(300)에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하여 디지털맵 생성 서버(300)의 전반적인 동작을 제어한다.
예를 들어, 서버 프로세서(340)는 데이터베이스(320)에 저장된 비행 계획을 참고하여 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 상공으로 이동하도록 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)에게 자율비행 명령을 전송할 수 있다. 이에 따라 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 지정된 경로를 따라 자율비행한다.
또한, 서버 프로세서(340)는 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)로부터 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표가 모두 수신되면 토공 현장을 촬영하도록 촬영용 드론(200)을 제어할 수 있다.
또한, 서버 프로세서(340)는 디지털맵 생성 프로그램을 실행하여 항공 영상들을 분석하여 토공현장이 정상적으로 촬영되었는지 판단하고, 정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 초기 위치로 복귀하도록 처리하고, 비정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 촬영용 드론(200)이 토공현장을 재촬영하여 항공 영상들을 재생성하도록 처리할 수 있다.
서버 프로세서(340)는 항공 영상들을 분석하여 선예도가 기준 미만이거나, 항공 영상들로부터 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 착륙된 실제 지상기준점들 및 실제 검측점들의 식별이 불가능하면 비정상적으로 촬영된 것으로 판단하여 디지털맵 생성이 불가능한 것으로 판단되면, 토공현장을 재촬영하도록 촬영용 드론(200)을 제어할 수 있다.
또한, 서버 프로세서(340)는 항공 영상들로부터 점군데이터를 생성하며(예를 들어, SfM 알고리즘 이용), 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)에 의해 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 이용하여 점군데이터의 좌표를 보정할 수 있다.
또한, 서버 프로세서(340)는 보정된 점군데이터를 이용하여 토공현장의 정사영상을 생성하고, 정사영상을 기반으로 DSM(Digital Surface Model) 또는 DEM(Digital Elevation Model) 등의 디지털맵을 생성한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 디지털맵 생성 시스템에 의해 수행될 수 있으며, 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 디지털맵 생성 서버(300)는 토공현장에 대해 사전에 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들과 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)을 1:1 매칭하여 데이터베이스(320)에 저장한다(S310).
디지털맵 생성 서버(300)는 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치를 고려하여 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)의 비행 계획을 수립한 후 데이터베이스(320)에 저장한다(S320). 비행 계획은 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)의 예비 타겟점으로 이동 및 적정 정착 위치로 착륙하기까지의 계획을 포함할 수 있다.
디지털맵 생성 서버(300)는 S320단계에서 저장된 비행 계획을 참고하여 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 상공으로 이동하도록 비행을 제어할 수 있다(S330).
군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 디지털맵 생성 서버(300)의 제어에 의해, 각각 토공현장에 대해 사전에 조닝된 예비 지상기준점들과 예비 검측점들 중 매칭된 점(이하, '예비 타겟점'이라 한다)의 위치로 이동하여 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 획득할 수 있다(S340).
디지털맵 생성 서버(300)는 S340단계로부터 수신되는 실제 지상기준점들과 실제 검측점들(즉, 실제 타겟점들)의 위치 좌표를 저장하고, 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표가 모두 획득되면, 토공현장을 촬영하도록 촬영용 드론(200)을 제어한다(S350, S360, S370).
하나 이상의 촬영용 드론(200)은 디지털맵 생성 서버(300)의 제어에 의해 토공현장을 촬영하여 항공 영상들을 생성하고, 생성된 항공 영상들을 디지털맵 생성 서버(300)에게 전송할 수 있다(S380, S390).
디지털맵 생성 서버(300)는 S360단계에서 저장된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표와 S390단계에서 수신된 항공 영상들을 이용하여 토공현장의 디지털맵을 생성한다(S400).
도 4는 S340단계를 자세히 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 각각 사전에 조닝된 예비 타겟점에 대응하는 상공으로 이동한다(S341).
각각 예비 타겟점의 상공에 도달하면, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 각각 예비 타겟점을 중심으로 착륙 가능한 지점을 판단할 수 있다(S343). S343단계는, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 각각 구비된 카메라를 이용하여 예비 타겟점을 중심으로 지상을 촬영하여 예비 촬영 영상을 획득하고, 예비 촬영 영상을 분석하여 착륙 지점의 형상을 인식한 후, 인식된 착륙 지점의 영상을 사전에 학습된 인공지능 학습 알고리즘에 입력하여 착륙 가능한 지점을 판단할 수 있다.
군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 각각 S343단계에서 판단된 착륙 가능한 지점으로 착륙한 후, 착륙된 지점을 실제 타겟점(즉, 실제 지상기준점들과 실제 검측점들 중 예비 타겟점에 대응하는 점)으로서 정하고 위치 좌표를 획득한다(S345).
군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)은 S345단계에서 획득된 실제 타겟점의 위치 좌표를 디지털맵 생성 서버(300)로 전송한다(S347).
도 5는 S400단계를 자세히 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 디지털맵 생성 서버(300)는 촬영용 드론(200)으로부터 수신되는 항공 영상들을 분석하여 토공현장이 정상적으로 촬영되었는지 판단할 수 있다(S410). S410단계는, 항공 영상들을 분석하여 선예도가 기준 미만이거나, 항공 영상들로부터 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 착륙된 실제 지상기준점들 및 실제 검측점들의 식별이 불가능하면 비정상적으로 촬영된 것으로 판단할 수 있다.
S410단계에서 정상적으로 촬영된 것으로 판단되면(S420-Yes), 디지털맵 생성 서버(300)는 항공 영상들을 데이터베이스(320)에 저장하고, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)이 복귀하도록 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)에게 복귀 명령을 전송할 수 있다(S430, S440).
디지털맵 생성 서버(300)는 저장된 항공 영상들로부터 점군데이터를 생성하고, 군집 RTK 드론들(100, 101, …, 110)에 의해 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 이용하여 점군데이터의 좌표를 보정한다(S450).
디지털맵 생성 서버(300)는 보정된 점군데이터를 이용하여 토공현장의 정사영상을 생성하고, 정사영상을 기반으로 디지털맵을 생성한다(S460).
반면, S410단계에서 비정상적으로 촬영된 것으로 판단되면(S410-Yes),, 디지털맵 생성 서버(300)는 촬영용 드론(200)이 토공현장을 재촬영하여 항공 영상들을 재생성하도록 제어할 수 있다(S470).
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.
한편, 이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 101, …, 110: 군집 RTK 드론들
100: 군집 RTK 드론 110: 드론 통신 인터페이스부
120: 카메라 130: 자율주행 구동부
140: 드론 메모리 150: 드론 프로세서
200: 하나 이상의 촬영용 드론 300: 디지털맵 생성 서버
310: 서버 통신 인터페이스부 320: 데이터베이스
330: 서버 메모리 340: 서버 프로세서

Claims (6)

  1. (A) 군집 RTK(Real-Time Kinematic) 드론들이, 토공현장에 대해 사전에 조닝(zoning)된 예비 지상기준점(GCP: Ground Control Point)들과 예비 검측점들 중 매칭된 점의 위치로 이동하여 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 획득하는 단계;
    (B) 하나 이상의 촬영용 드론이, 상기 토공현장을 촬영하여 항공 영상들을 생성하는 단계; 및
    (C) 디지털맵 생성 서버가, 상기 (A) 단계에서 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표와 상기 (B) 단계에서 생성된 항공 영상들을 이용하여 상기 토공현장의 디지털맵을 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 (A) 단계는,
    (A1) 상기 군집 RTK 드론들이, 각각 사전에 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점에 대응하는 상공으로 이동하는 단계;
    (A2) 상기 군집 RTK 드론들이, 각각 상기 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들 중 매칭된 점을 중심으로 착륙 가능한 지점을 판단하는 단계;
    (A3) 상기 군집 RTK 드론들이, 상기 (A2) 단계에서 판단된 착륙 가능한 지점으로 착륙하는 단계;
    (A4) 상기 군집 RTK 드론들이, 상기 (A3) 단계에서 착륙된 지점을 상기 실제 지상기준점들과 실제 검측점들로서 정하고 위치 좌표를 획득하는 단계; 및
    (A5) 상기 군집 RTK 드론들이, 상기 (A4) 단계에서 획득된 실제 지상기준점들과 실제 검측점들의 위치 좌표를 상기 디지털맵 생성 서버로 전송하는 단계;를 포함하며,
    상기 (A2) 단계는,
    상기 군집 RTK 드론들이 각각 구비된 카메라를 이용하여 상기 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들을 중심으로 지상을 촬영하여 예비 촬영 영상을 획득하고, 상기 예비 촬영 영상을 분석하여 착륙 지점의 형상을 인식한 후, 상기 인식된 착륙 지점의 영상을 사전에 학습된 인공지능 학습 알고리즘에 입력하여 착륙 가능한 지점을 판단하는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (A2) 단계에서 상기 인공지능 학습 알고리즘은,
    상기 군집 RTK 드론들이 상기 매칭된 점을 중심으로 착륙할 지점을 상기 촬영용 드론이 촬영할 경우, 상기 촬영용 드론이 촬영한 영상으로부터 상기 군집 RTK 드론들이 착륙된 지점을 디지털맵 서버가 식별할 수 있는지 예측하고, 식별할 수 있는 것으로 예측되는 지점을 착륙 가능한 지점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (C) 단계는,
    (C1) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 (B) 단계에서 생성된 항공 영상들을 분석하여 상기 토공현장이 정상적으로 촬영되었는지 판단하는 단계; 및
    (C2) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 (C1) 단계에서 정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 상기 군집 RTK 드론들이 복귀하도록 처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 (C1) 단계에서 비정상적으로 촬영된 것으로 판단되면, 상기 촬영용 드론이 상기 토공현장을 재촬영하여 항공 영상들을 재생성하는 것을 특징으로 하는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (A) 단계 이전에,
    (D) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치 중 하나를 상기 군집 RTK 드론들과 1:1 매칭하여 저장하는 단계;
    (E) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 조닝된 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 위치를 고려하여 수립되는 상기 군집 RTK 드론들의 비행 계획을 저장하는 단계; 및
    (F) 상기 디지털맵 생성 서버가, 상기 (E) 단계에서 저장된 비행 계획을 참고하여 상기 군집 RTK 드론들이 예비 지상기준점들 및 예비 검측점들의 상공으로 이동하도록 비행을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 군집 RTK 드론들을 이용한 지상기준점 설정 방법.
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