KR102303783B1 - 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템 - Google Patents
드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 대규모 사면재해 지역에서 드론을 활용하여 표준 운용 절차에 따라 현장에서 드론 운용과 센서정보를 활용해 직접조사를 수행하는 외업 조사와, 현장에서 드론으로 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사를 통하여, 산사태, 사면붕괴 등 재난사고 현장의 정보를 취득하여 분석할 수 있도록 하는, 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템이 개시된다.
개시된 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법은, (a) 통제 장치가 드론 장치의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법, 드론 장치의 센서 및 통신 상태 점검을 수행하는 조사 준비 단계; (b) 드론 장치가 상기 통제 장치의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계; 및 (c) 상기 통제 장치가 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계를 포함할 수 있다.
개시된 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법은, (a) 통제 장치가 드론 장치의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법, 드론 장치의 센서 및 통신 상태 점검을 수행하는 조사 준비 단계; (b) 드론 장치가 상기 통제 장치의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계; 및 (c) 상기 통제 장치가 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 무인기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV, 또는 드론(Drone), 이하 드론)를 활용하여 표준 운용 절차에 따라 현장에서 드론 운용과 센서정보를 활용해 직접조사를 수행하는 외업 조사와, 현장에서 드론으로 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사를 통하여, 산사태, 사면붕괴 등 재난사고 현장의 정보를 취득하여 분석할 수 있도록 하는, 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템에 관한 것이다.
산사태 등 사면재해는 산지에 사면을 이루고 있는 암석이나 토양의 일부가 집중호우, 태풍, 지진 등에 의해 붕괴되는 현상을 가리킨다. 통계적으로 보았을 때 산사태 피해면적은 연평균(2015~2019년) 약 72 ha로 최근 5년간에는 2019년의 피해가 가장 큰 것으로 나타났다. 여기에 산림분야 복구비 역시 증가추세로 나타나고 있다.
또한, 최근 이상 기후 현상에 따른 고온건조, 집중호우가 빈번하게 발생하면서 사면재해는 지속적으로 발생하고 있으며, 그 크기는 점차 대형화되고 있다.
특히, 우리나라 산지의 형상으로 볼 때 대부분 경사가 급하고, 토질구성에 있어 얇은 두께의 표층으로 덮여있어 비가 많이 장기간으로 내릴 경우에는 재해발생이 증가할 수 밖에 없는 취약점을 내포하고 있다. 여기에 제한된 국토의 공간확보(전원주택의 증가 등)를 위해 경사지가 개발되면서 사면 본래의 내적 안정성이 위협받고, 최근의 국지성 집중호우와 같은 외적 요인들로 인해 매년 피해가 꾸준히 발생하고 있는 실정이다.
우리나라는 그간 사면재해 피해저감 대책의 패러다임을 피해가 발생하였음을 전제로 한 복구중심에서 최근 대두되고 있는 ICT 기술을 활용하여 피해발생 전 예측 및 대응중심으로 전환하는 추세에 있으나, 실제 효과를 보기에는 요원한 실정이다.
매년 정부에서는 급경사지 붕괴위험지역의 전문가 합동 표본점검을 실시하여 재해위험도를 평가하고 위험요인을 사전에 확인하여 향후 해빙기 및 우기철의 재난사고 발생에 선제적으로 대응하고 있다.
일반적으로 급경사지 사면의 위험도 평가는 급경사지 재해위험도 평가기준(국민안전처, 2016)에 따라 수행되는데, 이러한 기준은 급경사지 사면의 붕괴에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요소들을 정량적으로 평가하고 그 합에 따라 급경사지의 위험을 구분한다. 이때, 정량화하는 과정에서 객관성이 결여될 수 있고, 조사자의 경험에 좌우될 수 있다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 대규모 사면재해 지역에서 반드시 취득해야 하는 자료임에도 불구하고 경사와 높이를 측정하는 등 현장의 여건상 취득이 불가능할 경우, 드론을 활용하여 표준 운용 절차에 따라 현장에서 드론 운용과 센서정보를 활용해 직접조사를 수행하는 외업 조사와, 현장에서 드론으로 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사를 통하여, 산사태, 사면붕괴 등 재난사고 현장의 정보를 취득하여 분석할 수 있도록 하는, 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법은, (a) 통제 장치가 드론 장치의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법, 드론 장치의 센서 및 통신 상태 점검을 수행하는 조사 준비 단계; (b) 드론 장치가 상기 통제 장치의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계; 및 (c) 상기 통제 장치가 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 상기 조사 준비 단계는, 산사태 발생 현황 및 조사범위 선정, 항공 안전법에 따라 상기 드론 장치의 촬영 및 비행승인 실시, 상기 드론 장치의 비행 및 촬영범위에 관한 비행경로 선정, 조사유형별 상기 드론 장치의 비행방법 선정, GCP 설치위치 선정을 실행할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 상기 외업 조사 단계는, 상기 드론 장치의 센서 및 통신상태에 관한 기체 점검을 실행하고, 상기 GCP 설치에 대하여 표정판 설치 및 GPS 측량을 실행하고, 상기 드론 장치의 활용 조사 시에 산사태 발생위치 및 현황 파악, 피해요인 영상 촬영, 센서의 계기 정보를 활용하여 현장을 조사하고, 맵핑자료 취득 시에 정사영상 촬영 및 피해 요인별 근접정밀 촬영을 실행할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 상기 외업 조사 단계는, 상기 드론 장치에 탑재된 기압계, 지자기, GPS 및 자이로스코프를 포함하는 센서의 계기정보 및 비행로그 정보를 활용해 조사에 필요한 거리, 폭, 위치정보, 비탈면 횡단현상을 현장에서 직접 조사·활용하는 방식으로 기체 점검을 실행하고, GCP 제어 및 상기 드론 장치를 활용하여 조사하고, 조사에 따라 맵핑 자료까지 취득할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식으로, 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 상기 외업 조사 단계는, 경사각 조사, 경사높이 조사, 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사, 비탈면 계곡 조사, 상부외력 및 주변환경 조사를 포함할 수 있다.
상기 경사각 조사는, 종단면 최하부와 최상부 정점의 높이, 그리고 경사가 시작되는 지점에서 최상부 지점까지의 이동거리를 측정할 수 있다. 경사가 시작하는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 고도 값을 측정하며, 이때 상기 드론 장치에 탑재된 짐벌과 카메라가 수평한 상태에서 영상에 표시된 초점거리와 목적물이 일치된 상태에서 최상부 정점의 높이 값(H)을 기록하며, 이후 최상부 정점까지 수평 이동한 거리 값(D)을 활용해 삼각함수를 이용하여 경사각을 계산할 수 있다.
상기 경사높이 조사는, 경사가 시작하는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 높이 값(H)을 측정할 수 있다.
상기 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사는, 급경사지의 측면에서 바라본 형태를 목측 또는 지형도를 이용하여 조사하되, 종단 현상에 따라 원형, 직선형, 요형, 복합형으로 구분하고, 횡단 형상에 따라 하강형, 평행형, 상승형, 복합형으로 구분하며, 사면붕괴로 인해 조사자의 접근이 어려운 급경사, 추락 위험구간, 식생 밀집지역에 접근하여 측면 및 다양한 각도에서 횡단 형상 및 종단 형상을 취득할 수 있다.
상기 비탈면 계곡 조사는, 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡의 연장과 폭의 거리를 조사하되, 대상지점과 위치에 대한 거리는 장비를 활용해 실측하는 것을 원측으로 하며, 조사원의 접근 및 이동 실측이 불가능한 경우에 지형도(수치 지형도)를 이용하여 조사할 수 있다.
상기 비탈면 계곡 조사는, 상기 드론 장치의 비행을 통해 수신되는 실시간 영상정보를 기반으로 계곡의 시작부와 종점에 인접한 계곡연장의 위치를 파악하고, 구간별 비행경로와 고도를 계산하고, 이후 카메라의 방향을 지면과 직각인 상태(90)로 고정하여 수평면과 가까운 계곡연장의 최하부에서부터 최상부까지 경로에 따라 비행한 로그값을 활용해 계곡연장 길이를 취득할 수 있다.
상기 상부외력 및 주변환경 조사는, 급경사지 상부에 주택, 철탑, 농경지, 철도, 도로의 유무를 확인하고, 조사가 필요한 지역을 전자지도 위에 비행구역과 진행경로를 설정해 주어 상기 드론 장치가 자동비행을 수행하고, 상기 드론 장치가 정해진 경로에 따라 비행하는 동안 상기 드론 장치에서 상부외력 영상을 상기 통제 장치로 실시간으로 송신하여 조사원이 현장의 상부외력을 실시간으로 확인할 수 있도록 디스플레이할 수 있다.
상기 (c) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식에 따른 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 상기 드론 장치에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석할 수 있는 평가항목을 전체 17가지 중 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리에 관한 11가지로 분류해 정량적 분석을 실행할 수 있다.
상기 경사각의 분석은, 3차원 포인트 클라우드와 매쉬 데이터에서 경사가 발생한 단면을 측정하는 방법으로 하부 정점과 최상부의 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정할 수 있다.
상기 경사높이의 분석은, 3차원 포인트 클라우드 상에서 조사대상의 단면을 추출해 수평면을 기준으로 도로에서부터 급경사지 최상부까지 수직으로 연결한 높이로 측정될 수 있다.
상기 급경사지의 상기 종단형상의 분석은, 영상정합 처리를 통해 수치표면 모델의 결과물을 활용해 등고선을 5 m 간격으로 추출하고, 이후 ESRI ArcGIS 프로그램을 이용해 정사영상과 등고선을 중첩시키는 방법으로 조사 지점의 상기 종단형상을 분석할 수 있다.
상기 급경사지의 상기 종단형상은, 상기 드론 장치가 조사 현장 상공에서 조사 지점을 다각적으로 촬영한 동영상과 3차원 포인트 클라우드의 결과물을 비교 검토하여, 이미지 프로세싱을 통해 분석된 등고선의 형태가 철형, 직선형, 요형, 및 복합형 중 하나로 분석될 수 있다.
상기 횡단형상의 분석은, 자연 비탈면의 횡단 형상에 대하여, 상기 경사각의 분석과 동일한 방법으로 실행하되, 조사 대상지의 단면을 추출해 횡단형상을 분석하고, 대상 지점을 다각적으로 촬영한 드론 영상과 3차원 포인트 클라우드 상에서 표현되는 형상 정보를 활용해 분석한 결과, 급경사지의 형태가 하강형, 평행형, 상승형, 복합형 중 하나로 분석될 수 있다.
상기 비탈면 계곡의 분석은, 상기 비탈면 계곡의 연장과 폭에 대하여, 사면피해가 발생한 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡을 대상으로 결과를 분석하되, 3차원 포인트 클라우드 상에서 비탈면 계곡의 시작점과 종점부 간 길이를 측정하는 방법으로 결과를 분석하고, 비탈면 계곡연장 길이는 계곡이 시작하는 최상부에서부터 최하부까지의 거리를 측정하는 방법으로 계곡이 형성된 경로를 따라 3차원 포인트 클라우드 상에서 대상 포인트를 지정하고, 포인트 간의 길이를 모두 연결한 값으로 결과를 분석할 수 있다.
상기 상부외력의 분석에서 상기 급경사지의 상기 상부외력에 영향을 미치는 요인은 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분을 포함하고, 상기 상부외력의 분석은 현장에서 촬영된 드론 영상과 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 생성된 정사영상과 3차원 포인트 클라우드를 활용해 상기 상부외력의 유무와 위치, 면적을 분석할 수 있다.
상기 붕괴 및 유실 이력의 분석은, 상기 급경사지 내에서 붕괴, 낙석, 표층유실의 흔적을 조사하고 이에 따른 피해규모를 분석하되, 상기 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 지점에서 일정 거리 이내에 위치하고 있는 지점을 대상으로 사면유실 피해 발생 이전의 이미지와 이후 이미지를 비교하여 분석할 수 있다.
상기 급경사지와 인접 시설물 간 거리의 분석은, 상기 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물의 유무를 확인하고, 상기 급경사지와 인접한 시설물과의 거리를 분석할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템은, 드론 장치의 촬영과 비행 승인, 상기 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 상기 드론 장치의 센서와 통신 상태 점검 및 GCP 설치위치 선정을 수행하는 통제 장치; 상기 통제 장치의 제어에 따라 외업 조사로서 현장 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 드론 장치; 및 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 내업 조사로서 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 분석 장치를 포함할 수 있다.
상기 통제 장치는, 산사태 발생 현황 및 조사범위 선정, 항공 안전법에 따라 상기 드론 장치의 촬영 및 비행승인 실시, 상기 드론 장치의 비행 및 촬영범위에 관한 비행경로 선정, 조사유형별 상기 드론 장치의 비행방법 선정, 및 상기 GCP 설치위치 선정을 실행할 수 있다.
상기 드론 장치는, 센서 및 통신상태에 관한 기체 점검을 실행하고, 상기 GCP 설치에 대하여 표정판 설치 및 GPS 측량을 실행하고, 현장 조사 시에 산사태 발생위치 및 현황 파악, 피해요인 영상 촬영, 센서의 계기 정보를 활용하여 현장을 조사하고, 맵핑자료 취득 시에 정사영상 촬영 및 피해 요인별 근접 및 정밀 촬영을 실행할 수 있다.
상기 드론 장치는, 탑재된 기압계, 지자기, GPS 및 자이로스코프를 포함하는 센서의 계기정보 및 비행로그 정보를 활용해 조사에 필요한 거리, 폭, 위치정보, 비탈면 횡단현상을 현장에서 직접 조사·활용하는 방식으로 기체 점검을 실행하고, GCP 제어 및 상기 드론 장치를 활용하여 조사하고, 조사에 따라 맵핑 자료까지 취득할 수 있다.
상기 외업 조사는, 경사각 조사, 경사높이 조사, 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사, 비탈면 계곡 조사, 상부외력 및 주변환경 조사를 포함할 수 있다.
상기 경사각 조사는, 종단면 최하부와 최상부 정점의 높이, 그리고 경사가 시작되는 지점에서 최상부 지점까지의 이동거리를 측정할 수 있다.
상기 경사각 조사는, 상기 경사가 시작되는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 고도 값을 측정하며, 상기 드론 장치에 탑재된 짐벌과 카메라가 수평한 상태에서 영상에 표시된 초점거리와 목적물이 일치된 상태에서 최상부 정점의 높이 값(H)을 기록하며, 이후 최상부 정점까지 수평 이동한 거리 값(D)을 활용해 삼각함수를 이용하여 경사각을 계산할 수 있다.
상기 경사높이 조사는, 경사가 시작하는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 높이 값(H)을 측정할 수 있다.
상기 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사는, 급경사지의 측면에서 바라본 형태를 목측 또는 지형도를 이용하여 조사하되, 종단 현상에 따라 원형, 직선형, 요형, 복합형으로 구분하고, 횡단 형상에 따라 하강형, 평행형, 상승형, 복합형으로 구분하며, 사면붕괴로 인해 조사자의 접근이 어려운 급경사, 추락 위험구간, 식생 밀집지역에 접근하여 측면 및 다양한 각도에서 횡단 형상 및 종단 형상을 취득할 수 있다.
상기 비탈면 계곡 조사는, 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡의 연장과 폭의 거리를 조사하되, 대상지점과 위치에 대한 거리는 장비를 활용해 실측하는 것을 원측으로 하며, 조사원의 접근 및 이동 실측이 불가능한 경우에 지형도(수치 지형도)를 이용하여 조사할 수 있다.
상기 비탈면 계곡 조사는, 상기 드론 장치의 비행을 통해 수신되는 실시간 영상정보를 기반으로 계곡의 시작부와 종점에 인접한 계곡연장의 위치를 파악하고, 구간별 비행경로와 고도를 계산하고, 이후 카메라의 방향을 지면과 직각인 상태(90)로 고정하여 수평면과 가까운 계곡연장의 최하부에서부터 최상부까지 경로에 따라 비행한 로그값을 활용해 계곡연장 길이를 취득할 수 있다.
상기 상부외력 및 주변환경 조사는, 급경사지 상부에 주택, 철탑, 농경지, 철도, 도로의 유무를 확인하고, 조사가 필요한 지역을 전자지도 위에 비행구역과 진행경로를 설정해 주어 상기 드론 장치가 자동비행을 수행하고, 상기 드론 장치가 정해진 경로에 따라 비행하는 동안 상기 드론 장치에서 상부외력 영상을 조사원이 현장의 상부외력을 실시간으로 확인할 수 있도록 상기 통제 장치로 실시간으로 송신할 수 있다.
상기 내업 조사는, 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식에 따른 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함할 수 있다.
상기 내업 조사는, 상기 분석 장치가 상기 드론 장치에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석하는 평가항목을 전체 17가지 중 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리에 관한 11가지로 분류해 정량적 분석을 실행할 수 있다.
상기 경사각의 분석은, 3차원 포인트 클라우드와 매쉬 데이터에서 경사가 발생한 단면을 측정하는 방법으로 하부 정점과 최상부의 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정할 수 있다.
상기 경사높이의 분석은, 3차원 포인트 클라우드 상에서 조사대상의 단면을 추출해 수평면을 기준으로 도로에서부터 급경사지 최상부까지 수직으로 연결한 높이로 측정할 수 있다.
상기 급경사지의 상기 종단형상의 분석은, 영상정합 처리를 통해 수치표면 모델의 결과물을 활용해 등고선을 5 m 간격으로 추출하고, 이후 ESRI ArcGIS 프로그램을 이용해 정사영상과 등고선을 중첩시키는 방법으로 조사 지점의 상기 종단형상을 분석할 수 있다.
상기 급경사지의 상기 종단형상은, 상기 드론 장치가 조사 현장 상공에서 조사 지점을 다각적으로 촬영한 동영상과 3차원 포인트 클라우드의 결과물을 비교 검토하여, 이미지 프로세싱을 통해 분석된 등고선의 형태가 철형, 직선형, 요형, 및 복합형 중 하나로 분석될 수 있다.
상기 횡단형상의 분석은, 자연 비탈면의 횡단 형상에 대하여, 상기 경사각의 분석과 동일한 방법으로 실행하되, 조사 대상지의 단면을 추출해 횡단형상을 분석하고, 대상 지점을 다각적으로 촬영한 드론 영상과 3차원 포인트 클라우드 상에서 표현되는 형상 정보를 활용해 분석한 결과, 급경사지의 형태가 하강형, 평행형, 상승형, 복합형 중 하나로 분석될 수 있다.
상기 비탈면 계곡의 분석은, 상기 비탈면 계곡의 연장과 폭에 대하여, 사면피해가 발생한 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡을 대상으로 결과를 분석하되, 3차원 포인트 클라우드 상에서 비탈면 계곡의 시작점과 종점부 간 길이를 측정하는 방법으로 결과를 분석하고, 비탈면 계곡연장 길이는 계곡이 시작하는 최상부에서부터 최하부까지의 거리를 측정하는 방법으로 계곡이 형성된 경로를 따라 3차원 포인트 클라우드 상에서 대상 포인트를 지정하고, 포인트 간의 길이를 모두 연결한 값으로 결과를 분석할 수 있다.
상기 상부외력의 분석에서 상기 급경사지의 상기 상부외력에 영향을 미치는 요인은 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분을 포함하고, 상기 상부외력의 분석은 현장에서 촬영된 드론 영상과 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 생성된 정사영상과 3차원 포인트 클라우드를 활용해 상기 상부외력의 유무와 위치, 면적을 분석할 수 있다.
상기 붕괴 및 유실 이력의 분석은, 상기 급경사지 내에서 붕괴, 낙석, 표층유실의 흔적을 조사하고 이에 따른 피해규모를 분석하되, 상기 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 지점에서 일정 거리 이내에 위치하고 있는 지점을 대상으로 사면유실 피해 발생 이전의 이미지와 이후 이미지를 비교하여 분석할 수 있다.
상기 급경사지와 인접 시설물 간 거리의 분석은, 상기 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물의 유무를 확인하고, 상기 급경사지와 인접한 시설물과의 거리를 분석할 수 있다.
본 발명에 의하면, 산불, 산사태, 병해충 등 산림재해 대응을 위해 드론을 활용하는 기술을 제공하고 산사태 피해조사 및 점검 등의 업무를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 산림분야에서 무인기의 효율적 운용을 위한 운영체계, 무인기 성능 및 활용기준, 산림조사와 모니터링에 필요한 요소기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 산사태가 발생한 지역을 드론으로 촬영하고 기준 영상정보를 활용해 피해영역을 자동 탐지할 수 있는 교차분석 방식의 자동 알고리즘을 제공할 수 있으며, 산사태 피해 발생시 피해면적을 효율적으로 분석하는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 드론에서 취득된 영상자료에 대하여 이미지 분석 프로세싱을 거쳐 3차원 공간정보를 구축해 토석류 발생규모 및 특성을 추정하는 자료로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 산악지형의 불규칙한 환경으로 인해 조사원의 위험노출을 최소화하고, 지상 접근이 어려운 환경적 요소를 고려해 현장에서 드론을 활용해 조사하는 기술과, 드론 취득자료를 기반으로 3차원 공간정보를 활용해 분석하는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 급경사지 관리 실무편람에서 제시된 평가항목 지침을 기반으로 조사유형에 따라 드론을 활용해 현장 및 내업에 활용할 수 있는 분류를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 드론 활용 조사유형의 분류에 대하여 인력조사 대비 조사현장의 접근성과 결과의 객관화 및 정량화 등 조사의 효율성에 따라 그 유형을 분류할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 현장에서 드론 활용을 통해 신속한 조사가 가능한 유형과 드론 취득자료를 기반으로 3차원 공간정보 분석을 통해 조사 대상 현장을 재구성하고, 필요에 따라 현장 상황을 기록 및 관리가 가능한 유형으로 분류할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 드론 장치에서 영상 취득시 다양한 센서(다분광 및 열밴드 등)를 활용하면 많은 내용의 구조역학적 물리적 특성과 토질 및 식생환경과 화학적 특성을 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 드론을 활용한 산사태 조사를 실시함에 따라, 인력 중심의 조사보다 기간이 약 90 % 단축되고, 1인당 조사가능 면적이 10배로 증가하게 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, SfM(Structure from Motion) 기법을 활용하여 3D 모델을 구축하면 다양한 인자들(경사도, 위치, 방향 등)에 대한 값을 도출할 수 있으며, 드론을 이용하여 콘크리트의 건정성(손상)을 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 드론 활용 현장조사 표준 운영 절차 수립시 비행 중 직접 습득이 가능한 정보와 내업을 통해 분석할 수 있는 정보의 구분을 명확히 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 산사태 원인 조사시 가장 중요한 인자들(용출수의 흔적, 분포, 유출흐름 등)에 대한 탐지 및 분석을 실행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 다분광, 초분광 카메라의 경우 재료가 다른 물체를 파악하는 데 용이하므로, 나무나 집 등의 객체와 토사 사면 자체를 분리하기 위한 기술로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 분석 장치에서 드론 영상을 분석하는 경우에 상용 드론을 이용하여 취득한 영상으로부터 인공지능 등을 이용하여 객체를 분리하는 기술을 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 활용 현장 조사 및 분석의 전체적인 진행 절차를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 비행 정보를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 경사각을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 경사높이를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 자연 비탈면 횡단형상을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 비탈면 계곡을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 상부외력을 조사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치로부터 취득한 현장 데이터에 대하여 PiX4D Mapper를 활용하여 3차원 공간 정보를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 자동 비행 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 영상분석 프로그램을 이용한 정량적 분석 과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 조사 대상지의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 항공촬영 비행경로 및 촬영 결과물을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 분석에 따른 재난현장 3차원 재구성을 통한 조사항목을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 경사각을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 경사높이를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지 종단형상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 자연비탈면 횡단형상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 비탈면 계곡을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 상부외력을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 붕괴 및 유실 이력을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지 인근 유실된 면적을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지와 인접 시설물 간의 거리를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 활용 현장 조사 및 분석의 전체적인 진행 절차를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 비행 정보를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 경사각을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 경사높이를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 자연 비탈면 횡단형상을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 비탈면 계곡을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 상부외력을 조사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치로부터 취득한 현장 데이터에 대하여 PiX4D Mapper를 활용하여 3차원 공간 정보를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 자동 비행 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 영상분석 프로그램을 이용한 정량적 분석 과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 조사 대상지의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 항공촬영 비행경로 및 촬영 결과물을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 분석에 따른 재난현장 3차원 재구성을 통한 조사항목을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 경사각을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 경사높이를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지 종단형상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 자연비탈면 횡단형상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 비탈면 계곡을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 상부외력을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 붕괴 및 유실 이력을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지 인근 유실된 면적을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지와 인접 시설물 간의 거리를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템(100)은, 통제 장치(110), 드론 장치(120) 및 분석 장치(130)를 포함할 수 있다.
통제 장치(110)는, 지상에 구비되어, 재난사고 현장 정보 취득을 위해 도 2에 도시된 바와 같이 조사 준비를 실행할 수 있다. 예를 들어, 통제 장치(110)는 드론 장치(120)의 촬영과 비행 승인, 드론 장치(120)의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 드론 장치(120)의 센서와 통신 상태 점검 및 GCP 설치위치 선정을 수행할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 활용 현장 조사 및 분석의 전체적인 진행 절차를 나타낸 도면이다. 도 2에서 조사 준비는 현황 파악, 비행 및 촬영 허가, 비행 및 조사 계획 수립 등을 포함할 수 있다. 현황 파악은 산사태 발생 현황 및 조사범위를 선정하고, 비행 및 촬영 허가는 항공안전법 제127조 등에 따라 드론 장치(120)의 촬영 및 비행승인을 실시한다. 촬영 승인은 국방부에, 비행 승인은 항공청에 요청할 수 있다. 비행 및 조사 계획 수립은 비행 및 촬영범위 등 비행경로를 선정하고, 조사 유형별 드론 장치(120)의 비행 및 촬영 방법을 선정하며, GCP 설치위치를 선정하는 것을 포함한다.
이때, 통제 장치(110)는 컴퓨터 단말기, 노트북 장치, 서버 장치 등으로 구현될 수 있다.
드론 장치(120)는 통제 장치(110)의 제어에 따라 현장 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사를 실행할 수 있다. 드론 장치(120)가 실행하는 외업 조사는 도 2에 도시된 바와 같이 기체 점검, GCP 설치, 드론 활용 조사, 및 맵핑자료 취득 등을 포함할 수 있다. 기체 점검은 드론 센서 및 통신 상태 등 드론 장치(120)의 기체를 점검하고, 드론 장치(120)의 점검 비행을 포함할 수 있다. GCP 설치는 표정판 설치 및 GPS 측량을 포함한다. 드론 활용 조사는 산사태 발생위치 및 현황 파악, 피해요인 영상 촬영, 드론 계기 정보(센서)를 활용하여 현장 조사를 실행하는 것을 포함한다. 맵핑자료 취득은 정사영상을 촬영하고, 피해 요인별 근접 및 정밀 촬영을 실행하는 것이다.
외업 조사는 드론 장치(120)에 탑재된 기압계, 지자기, GPS 및 자이로스코프를 포함하는 센서의 계기정보 및 비행로그 정보를 활용해 조사에 필요한 거리, 폭, 위치정보, 비탈면 횡단현상을 현장에서 직접 조사·활용하는 방식으로 기체점검, GCP 제어, 드론활용 조사, 맵핑자료 취득까지의 과정을 포함할 수 있다.
분석 장치(130)는 드론 장치(120)로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사를 실행할 수 있다. 분석 장치(130)에서 실행하는 내업 조사는 도 2에 도시된 바와 같이, 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 등을 포함할 수 있다. 정사영상 제작은 영상분석 S/W(SoftWare)를 활용하여 정사영상을 제작할 수 있으며, 피해요인 분석은 3차원 공간정보를 활용하여 평가항목을 분석하며, 평가표 작성은 분석 결과를 활용하여 조사 및 평가값을 작성할 수 있다. 분석 장치(130)는 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식으로, 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 등의 내업 조사를 실행할 수 있다.
이때, 분석 장치(130)는 분석 알고리즘, 분석 프로그램 등이 설치된 컴퓨터 단말기, 노트북 단말기, 서버 장치 등이 될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)에서 실행하는 외업 조사는, 드론을 활용해 사면붕괴 피해 현장에서 신속하게 조사할 수 있는 평가항목 총 17가지 중 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 경사각 조사, 경사높이 조사, 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사, 비탈면 계곡 조사, 상부외력 및 주변환경 조사 등 8가지를 중심으로 조사 절차를 실행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 실행하는 외업 조사는, 기존 조사방법이 레이저 거리측정기, GPS, 줄자, 경사계, 계측기, 지형도 등을 활용해 육안 및 직접 탐문하는 경험적이고 정성적인 조사에 비하여, 현장조사 수행에 제약요소와 한계점을 개선하고 효율성을 제고하는데 드론 장치(120)를 활용하였다. 현장기반 드론 활용 조사절차는 드론 장치(120)의 구성요소로서 비행정보를 지원하는 기압계, 지자기, GPS 및 자이로스코프 등의 센서정보를 기반으로 드론의 이동경로에 따라 지도상에 표시되는 위치정보와, 도 3에 도시된 비행로그를 활용해 현장에서 직접 조사·평가하는 방법으로 실행하였다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 비행 정보를 예시한 도면이다. 비행로그는 드론 장치(120)가 이동한 경로에 따라 위경도 좌표와 비행고도, 촬영위치 등을 데이터화하여 정량적 결과분석 및 현장측정 자료를 검증하는 데이터로도 활용이 가능하다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 외업 조사는 급경사, 추락 위험구간, 식생밀집지역 등 조사자의 접근이 어려운 환경에서 드론 장치(120)를 활용한 비접근식 방식으로 붕괴위험성 항목을 조사하는데 시공간적 접근에 있어 효과적인 조사를 지원할 수 있다. 현장기반 드론 활용 조사항목을 정리하면 다음 표 1과 같다.
| 항목1 | 항목2 | 항목3,4 | 항목5,6 | 항목7,8 |
| 경사각 | 경사높이 | 비탈면 종단·횡단형상 |
비탈면 계곡 (연장, 폭) |
상부외력, 주변환경 |
1) 경사각
본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)를 활용한 경사각의 측정은 도 4에 도시된 바와 같이 종단면 최하부와 최상부 정점의 높이, 그리고 경사가 시작되는 지점에서 최상부 지점까지의 이동거리를 측정한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 경사각을 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
먼저, 경사가 시작되는 지면에 드론 장치(120)의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 고도 값을 측정한다. 이때 드론 장치(120)에 탑재된 짐벌과 카메라가 수평한 상태에서 영상에 표시된 초점거리와 목적물이 일치된 상태에서 최상부 정점의 높이 값(H)을 기록한다. 이후 최상부 정점까지 수평 이동한 거리 값(D)을 활용해 삼각함수를 이용하여 경사각을 계산할 수 있다.
2) 경사높이
기존 경사높이의 측정 방법은 조사자가 현장에서 레이저 거리 측정기를 활용해 수평면(지반)에서 급경사지의 최상부까지의 높이를 측정하며, 사면붕괴가 발생한 위치를 조사할 경우에는 등고선에 수직선을 그어 수평면(지반)에서 최상부까지의 사이를 10등분하여 대상 지점의 위치를 조사한다.
이에 반하여, 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)를 활용한 경사높이의 측정(조사)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 앞서 경사각을 측정하는 방법과 동일하게 경사가 시작되는 지면에 드론 장치(120)의 고도를 0m로 설정하고, 1번 지점에서 최상부 정점인 2번 지점까지 수직 상승하여 비행한 높이 값(H)으로 측정할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 경사높이를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
3) 자연 비탈면 종단 및 횡단형상
종단 및 횡단형상의 조사는 급경사지의 측면에서 바라본 형태를 목측 또는 지형도를 이용하여 조사하는 방법이며, 도 6에 도시된 바와 같이, 종단형상에 따라서는 원형, 직선형, 요형, 복합형으로 구분하고, 횡단형상에 따라서는 하강형, 평행형, 상승형, 복합형으로 구분한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 자연 비탈면 횡단형상을 측정하는 예를 나타낸 도면이다. 육상기반의 조사는 사면붕괴로 인해 조사자의 접근이 어려운 급경사, 추락 위험구간, 식생 밀집지역 등에서는 현장정보를 취득하는데 어려움이 있을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)를 활용할 경우, 이동하고자 하는 위치에 접근하여, 측면 및 다양한 각도에서 횡단형상 조사에 필요한 정보를 효율적으로 얻을 수 있다.
4) 비탈면 계곡
비탈면 계곡의 조사방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡의 연장과 폭의 거리를 조사한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 비탈면 계곡을 측정하는 예를 나타낸 도면이다. 대상지점과 위치에 대한 거리는 장비를 활용해 실측하는 것을 원측으로 하며, 조사원의 접근 및 이동 등 실측이 불가능한 경우에는 지형도(수치지형도)를 이용하여 조사할 수 있다.
그러나 육상기반의 조사는 현장 구간을 조사원이 직접 이동·실측하거나, 육안으로 확인된 정보를 기반으로 지형도에 조사·기록하는 방법의 경우 식생밀집 및 경사, 굴곡 등 불규칙한 환경에 의해 조사원의 경험적이고 주관적인 결과가 반영될 소지가 있다. 이에 반해 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)를 활용한 조사방법은 원거리 상공에서 항공촬영을 통해 계곡연장의 위치와 지점을 파악해 구간 별로 조사하고, 드론 장치(120)가 비행한 경로와 위치정보를 지도상에 기록·확인하는 방법으로 이루어진다.
먼저, 드론 장치(120)의 비행을 통해 수신되는 실시간 영상정보를 기반으로 계곡의 시작부와 종점에 인접한 계곡연장의 위치를 파악하고, 구간별 비행경로와 고도를 계산(설정)한다. 이후 카메라의 방향을 지면과 직각인 상태(90)로 고정하여 수평면과 가까운 계곡연장의 최하부에서부터 최상부까지 경로에 따라 비행한 로그값을 활용해 계곡연장 길이를 취득할 수 있다.
5) 상부외력
상부외력 및 주변환경의 조사방법은 급경사지 상부에 주택, 철탑, 농경지, 철도, 도로 등의 유무를 확인하는 것이다. 기존 조사방법은 급경사지 상부 및 주변을 조사원이 직접 현장에 이동해 육안으로 확인하며, 현장에 접근이 곤란한 경우에는 지자체 방문 및 주민 인터뷰를 통해 정보를 확인할 수 있다. 상황에 따라서 지적도를 활용하는 방법 등으로 급경사지의 상부외력을 조사할 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)를 활용한 상부외력 조사방법은, 도 8에 도시된 바와 같이 자율비행 소프트웨어를 활용해 비교적 쉽고 간단한 절차만으로도 현장 확인이 가능하다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치를 활용하여 상부외력을 조사하는 예를 나타낸 도면이다. 자율비행은 드론 운용을 지원하는 어플리케이션을 활용하는 방법으로, 조사가 필요한 지역을 전자지도 위에 비행구역과 진행경로를 설정해 주어, 드론 장치(120)가 자동비행을 수행할 수 있다. 드론 장치(120)는 상부외력 영상을 조사원이 현장의 상부외력을 실시간으로 확인할 수 있도록 통제 장치(110)로 실시간으로 송신한다. 드론 장치(120)가 정해진 경로에 따라 비행하는 동안 조사원은 드론 장치(120)에서 실시간으로 송신하는 영상을 확인하여 현장의 상부외력을 실시간으로 파악할 수 있다. 또한, 드론 장치(120)에서 촬영된 정보는 분석 장치(130) 또는 스마트 기기에 저장되기 때문에 조사 현장 비행이 종료된 후에도 필요에 따라 현장 정보를 재확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)에서 실행하는 내업 조사는, 드론 장치(120)에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석할 수 있는 평가항목을 전체 17가지 중 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리에 관한 11가지로 분류해 정량적 분석을 실행할 수 있다.
| 항목1 | 항목2 | 항목3 | 항목4 | 항목5 |
| 경사각 | 경사높이 | 종단형상 | 횡단형상 | 지반 변형·균열 |
| 항목 6,7 | 항목 8 | 항목 9 | 항목 10 | 항목 11 |
| 비탈면 계곡(연장/폭) |
상부외력 | 붕괴유실이력 | 주변환경 | 급경사지와 인접 시설물의 거리 |
드론 장치(120)를 활용한 정량적 분석을 수행하기 위해 조사대상 지역을 대상으로 비행 계획을 수립하고, 자율비행을 통한 영상촬영 및 현장 데이터를 수집한다.
이후 영상분석 프로그램인 PIX4D Mapper를 이용해 도 9에 도시된 바와 같이 (a) 데이터 취득, (b) 영상분석 화면, (c) 데이터 추출 과정을 통하여 특징점 추출, 포인트 클라우드 생성 등 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 최종적으로 3차원 지형정보(DSM, DEM)와 정사영상을 생성해 조사항목에 필요한 정보를 분석하였다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치로부터 취득한 현장 데이터에 대하여 PiX4D Mapper를 활용하여 3차원 공간 정보를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다. 영상정보 기반의 정량적 분석은 2차원 정사영상과 3차원 모델링을 통한 맵핑자료를 활용해 조사에 필요한 길이와 부피, 형상의 단면확인 등 붕괴위험성 항목을 정량적으로 분석할 수 있다. 정량적 분석은 현장에서 드론 장치(120)를 활용한 조사결과를 비교·검증을 통해 발생 가능한 오차를 최소화하고, 현장 상황을 3차원 공간정보로 기록·분석할 수 있어 대상 현장을 중장기적으로 관리하는 측면에서도 유용한 자료로 활용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 드론 장치(120)는 도 10에 도시된 바와 같이, 비행계획 수립, 비행준비, 현장비행 및 비행종료 과정을 통하여 조사 현장에 대한 자동 비행을 수행할 수 있다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 자동 비행 과정을 나타낸 도면이다. 현장 자료 수집을 위한 드론 장치(120)의 비행 계획 수립은 PIX4D Mapper의 Capture Application을 이용해 비행구역 및 경로설정에 따라 촬영에 필요한 면적을 설정하고, 현장 상황 및 지형에 따라 Polygon, 2D Grid, 3D Double Grid, Free Flight Mission의 방법으로 현장정보를 수집할 수 있다. 상용 드론 장치(120)의 경우 일반적으로 1회 비행시 20분 내외의 비행시간과 400 400 m 정도의 면적촬영이 가능하다. 조사 현장의 여건 및 환경에 따라 비행고도와 중복도를 달리하여 촬영면적과 시간을 적합하게 설정할 수 있다. 비행 준비는 카메라, 프로펠러, 배터리, 캘리브레이션 등 기체 및 기상상태 점검(5 m/s 이하)을 수행하고, 현장 비행은 비행계획 전송 및 자율비행(목표고도 이륙 후, 카메라 초점상태 확인)을 수행한다.
드론 장치(120)의 2D Grid 비행 시에는 카메라의 방향이 드론 기체의 수평 상태에서 지상을 바라보는 방향인 90로 설정하고, 중복도를 종방향 70 %, 횡방향 70 % 이상으로 설정함으로써 드론 장치(120)의 운용시 바람의 영향으로 기체가 계획경로를 벗어나 중복도가 낮게 나오는 현상을 방지할 수 있다.
산악지형의 경우 나무 및 식생의 상태로 인해 촬영사진의 특징점과 매칭점 분석이 어렵기 때문에, 종횡방향의 중복도를 각각 85 %, 75 % 이상으로 설정해 영상분석의 효율성을 높일 수 있다.
비행 종료 시에는 촬영영상 상태 및 촬영매수를 확인한다. 드론 장치(120)의 촬영물 결과는 현장에서 취득된 사진의 상태가 중요한 요소로 작용할 수 있다. 그러므로 드론 장치(120)의 운용 시에는 바람의 풍속이 5 m/s 이내의 기류가 안정한 상태, 구름이 없는 쾌청일 중 태양각이 45 인 10시에서 14시경이 가장 적합하다.
드론 장치(120)는 IMU 센서가 드론의 관성 및 자세, 방향을 유지하는 중요한 요소이기 때문에, 비행 전 기체의 점검과 센서 켈리브레이션이 우선적으로 이루어져야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)는 도 11에 도시된 바와 같이, 드론 장치(120)로부터 취득된 자료를 영상분석 프로그램을 활용해 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 지형정보 및 정사영상 자료를 통해 필요한 항목에 대하여 정량적 분석을 실행한다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 영상분석 프로그램을 이용한 정량적 분석 과정을 나타낸 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)에서 영상분석 프로그램을 이용한 정량적 분석은 자료입력 및 준비 과정, Sparse Point Clouds 과정, Densified Point Clouds 과정 및 DSM, DTM, Orthomosaic 과정을 포함한다. 자료입력 및 준비 과정은 촬영사진 입력, 좌표계 선정 등 기초자료 입력 및 이미지 프로세싱을 실행한다. Sparse Point Clouds 과정은 사진의 특징점 추출과 매칭을 실행한다. Densified Point Clouds 과정은 점군 데이터 생성 및 수치영상 기초자료 준비를 실행한다. DSM, DTM, Orthomosaic 과정은 3차원 공간정보를 생성 및 구축한다.
영상분석 과정은 드론 장치(120)에서 취득된 자료를 영상분석 프로그램을 활용해 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 지형정보 및 정사영상 자료를 통해 조사에 필요한 항목을 분석한다. 드론 장치(120)에서 촬영된 사진은 교환 이미지 파일 형식(EXIF)으로 카메라 정보를 비롯해 촬영날짜, 노출시간, 촬영방식, 초점거리, 조리개 수치, GPS 정보 등 기본정보가 메타 데이터로 저장되며, 좌표계는 세계측지계인 WGS-84의 경위도 좌표의 데이터를 기본으로 한다.
영상분석을 위한 이미지 프로세싱은 메타정보가 포함된 드론 촬영물을 영상분석 프로그램을 활용해 일반적인 방법으로 사진의 특징점 추출과 매칭과정을 거쳐 Sparse point clouds를 생성하고, 사진의 특징점 및 위치정보를 기반으로 Structure from Motion(SfM) 방식의 알고리즘을 적용해 3차원 포인트 클라우드를 생성한다. 생성된 자료에는 X, Y, Z 값의 위치정보와 RGB 정보를 포함하는 각각의 점군 데이터로 표현된다. 최종적으로는 3차원 포인트 클라우드 자료의 프로세싱을 거쳐 정사영상과 수치표면 모델, 수치표고 모델의 결과물이 생성된다.
본 발명의 실시예에서는 집중호우로 인한 비탈면 유실 및 토사로 매몰된 경기도 가평에 있는 펜션의 급경사지를 도 12에 도시된 바와 같이 조사 대상지로 선정하여 조사를 진행하였다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장 조사 대상지의 한 예를 나타낸 도면이다. 매몰된 펜션은 급경사지 높이의 1/2 거리 내에 근접하게 위치해 있었으며, 도 12에 도시된 바와 같이 펜션 바로 아래쪽에는 편도 1차선의 도로와 급경사지가 다시 시작되는 인공절개 지역이었다
현장조사에 사용된 드론 장치(120)는 항공촬영에 사용하는 회전익 쿼드콥터 드론인 인스파이어2(Inspire 2)를 사용했으며, 카메라는 RGB 정보의 자연색상을 취득할 수 있는 X5S 카메라를 사용하였다. 조사에 사용된 드론 기체는 5 m/s 이상의 바람에도 내풍성을 갖고 안정적인 비행이 가능해 비교적 고도가 높고 기류의 변화가 불규칙한 산간지형에서 효율적 운용이 가능하다. 드론 장치(120) 및 카메라의 세부 제원은 다음 표 3에 나타내었다.
| Inspire 2 | X5S camera | ||
| 형식 | 회전익 쿼드??터 | 유효픽셀 | 20.8 MP |
| 배터리 | LiPo 6S4,280 mAh | 동영상 해상도 | 5.2K 30 fps 4K 60f ps |
| 무게 | 3,440 g (배터리 포함, 카메라 제외) |
무게 | 461 g |
| GPS호버링 정확도 | 수직 ~ 0.5 m수평 ~ 1.5 m | 크기 | 140Х98Х132 mm |
| 최대 제어범위 | 7 km | 광각(FOV) | 72 ° |
| 최대 비행속도 | 30 m/s | 전자셔터 속도 | 8~1/8,000 s |
| 최대 비행고도 | 5,000 m | 조리계 범위(ISO) | 100~6,400(동영상)100~25,600(사진) |
| 최대 비행시간 | 27 min | 짐벌 마운트 | 탈착형 |
현장조사는 2020년 9월 23일에 진행하였으며, 드론 장치(120)의 원거리 운용을 통해 조사지역에 대한 피해 위치 및 주변 상황을 파악한 후 비행계획을 수립하였다.
드론 장치(120)의 현장비행 및 정보취득은 PIX4D Mapper Capture Application을 이용하였으며, 드론 장치(120)의 항공 촬영에 활용되는 2D Grid 방식의 자율비행을 통해 항공촬영을 실시하였다. 조사 대상지의 현장은 0.181 km2의 규모로 촬영면적이 좁고, 일반적인 경로형 비행 만으로도 현장의 정보를 취득할 수 있어 2D Grid에 의한 촬영방법이 효율적인 것으로 적용하였다.
2D Grid의 비행경로는 도 13에 도시된 바와 같이 조사 현장을 중심에 두고 12개의 비행라인으로 경로를 설정해 종방향 85 %, 횡방향 85 %의 중복도로 0.181 km2 면적을 15시25분부터 15시47분 동안 촬영하였다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 드론 장치의 항공촬영 비행경로 및 촬영 결과물을 나타낸 도면이다. 드론 장치(120)의 비행고도는 드론 기체가 이륙한 지면으로부터 약 150 m 고도에서 촬영해 3.29 cm 급의 공간 해상도를 획득할 수 있었으며, 총 200장의 영상정보를 취득하였다. 현장 조사시 기상의 상태는 풍속 3.5 m/s, 기온 28 , 습도 68 %로 기류가 안정적인 조건에서 드론 장치(120)를 운용할 수 있었다
본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)는 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식에 따른 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함하는 내업 조사를 실행할 수 있다.
즉, 분석 장치(130)는 내업 조사에 대하여, 드론 장치(120)에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석하는 평가항목을 전체 17가지 중 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리에 관한 11가지로 분류해 정량적 분석을 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)는 전술한 바와 같은 과정으로 드론 장치(120)로부터 획득한 영상 정보를 분석하고, 3차원 포인트 클라우드를 활용하여 조사 현장을 재구성할 수 있다.
드론 촬영물은 영상분석 프로그램 PIX4D Mapper를 활용해 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 표 2에서 설명한 11개 항목들 중 도 14에 도시된 바와 같이 9개 항목(비탈면 연장, 폭 등 2개 항목)을 중심으로 결과를 분석하였다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 분석에 따른 재난현장 3차원 재구성을 통한 조사항목을 나타낸 도면이다. 미분석된 2개의 항목들(지반균열, 주변환경)은 조사 현장과 관련이 없는 것으로 판단하여 제외하였다. 분석방법은 3차원 포인트 클라우드 상에서 피해 현장을 재구성해 조사 유형에 따라 길이, 경사도, 부피 등을 추출하는 방법으로 필요한 정보를 분석하였다.
경사각은 종단면에서 최하부 정점과 최상부 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정하는 것이다. 경사 높이는 수평면(지반)에서 급경사지 최상부 정점까지의 수직고를 측정하는 것이다. 급경사지 종단형상은 사면방향으로 자른 단면의 형상을 확인하는 것이다. 자연 비탈면 횡단형상은 급경사지 측면에서 바라본 급경사지 형태를 확인하는 것이다. 비탈면 계곡은 급경사지 시작점과 종점에 인접한 계곡의 연장과 폭을 측정하는 것이다. 상부외력은 급경사지 상부에 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분 등을 확인하는 것이다. 인근지역 붕괴유실 이력은 급경사지 내 붕괴, 낙석, 표층유실 등 과거 발생흔적을 확인하는 것이다. 급경사지와 인접 시설물 간의 거리는 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물 유무를 확인하고, 시설물이 존재할 시 급경사지와의 거리에 따른 피해 예상도를 파악하는 것이다.
1) 경사각
경사각의 분석은, 3차원 포인트 클라우드와 매쉬 데이터에서 경사가 발생한 단면을 측정하는 방법으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 하부 정점과 최상부의 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정하는 것이다. 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 경사각을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 15에서, 분석 장치(130)의 분석 결과, 대상사면의 경사각은 40 로 확인되었다.
2) 경사높이
경사높이의 분석은, 3차원 포인트 클라우드 상에서 조사 대상의 단면을 추출해 수평면을 기준으로 도 16에 도시된 바와 같이, 도로에서부터 급경사지 최상부까지 수직으로 연결한 높이로 측정하는 것이다. 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 경사높이를 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 16에서, 분석 장치(130)의 분석 결과, 대상사면의 높이는 71.9 m로 확인되었다.
3) 급경사지 종단형상
급경사지의 종단형상은 영상정합 처리를 통해 수치표면 모델의 결과물을 활용해 도 17에 도시된 바와 같이 등고선을 5 m 간격으로 추출하고, 이후 ESRI ArcGIS 프로그램을 이용해 정사영상과 등고선을 중첩시키는 방법으로 조사지점의 종단형상을 분석하였다. 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지 종단형상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 17에서, 분석 장치(130)의 급경사지 종단형상 분석결과는 요형으로 확인되었다. 분석결과의 검증을 위해 현장조사 당시 상공에서 조사지점을 다각적으로 촬영한 동영상과 3차원 포인트 클라우드의 결과물을 비교·검토하였다.
이미지 프로세싱을 통해 분석된 등고선의 형태는 철형, 직선형, 요형, 및 복합형 중 하나로 분석되었고, 기존 수치지형도를 활용하는 방법에 비해, 지형의 기복과 형태 등 현재의 현장상황을 그대로 반영할 수 있어 최신화된 현장자료를 활용해 급경사지 종단형상을 효율적으로 확인할 수 있었다.
4) 자연비탈면 횡단형상
자연비탈면의 횡단형상은 경사각 분석, 경사높이 분석과 같은 방법으로 실행하되, 도 18에 도시된 바와 같이 조사 대상지의 단면을 추출해 횡단형상을 분석하였다. 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 자연비탈면 횡단형상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 18에서, 분석 장치(130)의 단면분석 결과, 급경사지의 형태는 경사가 일정한 평행형으로 확인되었다. 형상의 객관적 확인 및 검증을 위해 대상지점을 다각적으로 촬영한 드론 영상과 3차원 포인트 클라우드 상에서 표현되는 형상정보를 활용해 분석결과를 비교·검토하였다. 분석한 결과, 급경사지의 형태가 하강형, 평행형, 상승형, 복합형 중 하나로 분석되었다.
5) 비탈면 계곡
비탈면 계곡의 분석은, 비탈면 계곡의 연장과 폭에 대하여, 도 19에 도시된 바와 같이 사면피해가 발생한 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡을 대상으로 결과를 분석하였다. 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 비탈면 계곡을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 19에서, 분석 장치(130)는 3차원 포인트 클라우드 상에서 비탈면 계곡의 시작점과 종점부 간의 길이를 측정하는 방법으로 결과를 분석하였다. 비탈면 계곡연장 길이는 계곡이 시작하는 최상부에서부터 최하부까지의 거리를 측정하는 방법으로 계곡이 형성된 경로를 따라 3차원 포인트 클라우드 상에서 대상 포인트를 지정하고, 포인트 간의 길이를 모두 연결한 값으로 결과를 추출하였다. 비탈면 계곡 폭의 길이는 투영된 2D의 값과 지형 3D의 값이 동일한 9.82 m로 분석되었다.
6) 상부외력
급경사지의 상부외력에 영향을 미치는 요인으로는 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분 등이 있으며, 특히 급경사지 상부에 철도나 도로가 위치할 경우 진동에 의한 지속적인 상재하중이 작용에 사면안정에 불리하게 작용한다.
상부외력의 조사는 도 20에 도시된 바와 같이 현장에서 촬영된 드론 영상과 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 생성된 정사영상과 3차원 포인트 클라우드를 활용해 상부외력의 유무와 위치, 면적을 분석하였다. 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 상부외력을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 20에서, 분석 장치(130)의 상부외력 분석결과, 다음 표 4와 같이 급경사지 상부 및 주변에서 묘와 밭을 확인할 수 있었다.
| 구분 | 상부외력 요인(개수) |
2D 면적(m2) | 3D 영역(m2) | 비탈면 유실 인접거리(m) |
| A 구역 | 묘(4) | 261.60 | 278.74 | 178.17 |
| B 구역 | 묘(3) | 533.87 | 550.01 | 139 |
| C 구역 | 밭(1) | 922.89 | 1013.07 | 43.54 |
묘는 2개(A, B) 구역에서 총 7개의 묘가 확인되었으며, 묘가 자리하고 있는 구역의 총 면적은 795.47 m2로 분석되었다. 또한, 비탈면 유실이 발생된 지점과 가장 가까운 묘(B)까지의 직선거리는 139 m로 확인되었다.
밭은 총 1개 구역(C)에서 확인되었으며, 밭의 면적은 922.69 m2 으로 분석되었다. 비탈면 유실 피해가 발생된 지점과 밭의 가장 근접한 거리는 43.54 m로 확인되었다.
7) 인근지역 붕괴·유실 이력
붕괴·유실 이력의 분석은 도 21에 도시된 바와 같이 급경사지 내에서 붕괴, 낙석, 표층유실 등의 흔적을 조사하고, 이에 따른 피해규모를 분석하였다. 인근지역 붕괴·유실이력 조사는 B지점을 대상으로 분석하였다. 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 붕괴 및 유실 이력을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 즉, 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 지점에서 일정 거리 이내에 위치하고 있는 지점을 대상으로 사면유실 피해 발생 이전의 이미지와 이후 이미지를 비교하여 분석하는 것이다. 도 21에서, 분석 장치(130)의 분석결과, B지점은 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 A지점에 비교적 멀지 않은 거리에 위치하고 있었다.
B 지점은 현장조사 당시 갑작스런 기상변화로 강우가 발생해 드론의 비행 및 육안조사 등 현장조사가 불가능한 상황이므로, 현장에서의 붕괴·유실 흔적을 확인할 수 없었다. 그러나, 강우가 발생하기 전 약 20 분간의 드론운용 및 자동비행으로 취득한 사진의 영상자료를 기반으로 3차원 포인트 클라우드 상에서 현장을 재조명하는 과정에서 도 21에 도시된 바와 같이 B지점의 붕괴·유실 흔적을 확인할 수 있었다.
붕괴·유실 흔적은 도 22에 도시된 바와 같이 사면붕괴가 발생한 A지점으로부터 수평거리 약 221.82 m 떨어진 곳에 있으며, 붕괴유실이 발생한 구간은 총 150 m로 확인할 수 있었다. 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지 인근 유실된 면적을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 22에서 유실된 토사는 급경사지 상단부에서 중간에 위치한 편도 1차선의 도로를 넘어 하단부까지 유실되었으며, 면적은 1,938.23 m2로 분석되었다.
8) 급경사지와 인접 시설물 간의 거리
급경사지와 인접 시설물과의 거리분석은 도 23에 도시된 바와 같이 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물의 유무를 확인하고, 급경사지와 인접한 시설물과의 거리를 분석하였다. 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치에서 급경사지와 인접 시설물 간의 거리를 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 23에서, 분석 장치(130)의 거리 분석결과, 2020년 9월 23일 사면유실로 인해 피해가 발생된 급경사지의 높이는 급경사지 높이에서 분석된 바와 같이 71.6 m로 확인되었다. 비탈면 유실로 매몰된 펜션의 위치는 급경사지 최하부 지점에 위치하고 있었으며, 급경사지 높이의 1/2 이내 거리에 있었던 것으로 확인되었다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장정보 취득 및 분석 시스템(100)은, 통제 장치(110)가 드론 장치(120)의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 및 GCP 설치위치 선정을 수행하는 조사 준비 단계를 실행할 수 있다(S810).
이어, 드론 장치(120)는 통제 장치(110)의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계를 실행할 수 있다(S820). 여기서, 통제 장치(110)는 드론 장치(120)의 비행을 원격으로 조종할 수 있는 프로그램이 설치된 컴퓨터 장치, 스마트폰, PDA, 노트북 컴퓨터, 서버 장치 등이 될 수 있다.
이어, 분석 장치(130)는 드론 장치(120)로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계를 실행할 수 있다(S830).
한편, 전술한 S810, S820, 및 S830 단계가 포함된 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법을 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장정보 취득 및 분석 시스템(100)은, (a) 통제 장치가 드론 장치의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 및 GCP 설치위치 선정을 수행하는 조사 준비 단계; (b) 드론 장치가 상기 통제 장치의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계; 및 (c) 분석 장치가 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계를 포함하는 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법이 기록된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치의 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)는, 재난 조사 현장에 있는 드론 장치(120)로부터 현장 조사 영상 정보를 수신한다(S910).
이어, 분석 장치(130)는 드론 장치(120)에서 취득한 영상 정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 실행한다(S920).
이어, 분석 장치(130)는 정량적으로 측정 및 분석할 수 있는 평가항목 전체 17가지 중 11가지를 분류한다(S930).
이어, 분석 장치(130)는 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리에 관한 정량적 분석을 실행한다(S940).
한편, 전술한 S910, S920, S930, 및 S940 단계가 포함된 분석 장치의 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법을 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 재난사고 현장정보 취득 및 분석 시스템(100)은, (a) 분석 장치가 조사 현장에 있는 드론 장치로부터 현장 조사 영상 정보를 수신하는 단계; (b) 상기 분석 장치가 상기 드론 장치에서 취득한 영상 정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 실행하는 단계; (c) 상기 분석 장치가 정량적으로 측정 및 분석할 수 있는 평가항목 전체 17가지 중 11가지를 분류하는 단계; 및 (d) 상기 분석 장치가 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리에 관한 정량적 분석을 실행하는 단계를 포함하는 분석 장치의 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법이 기록된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 분석 장치(130)는 분석 결과를 화면 상에 디스플레이하는 디스플레이부를 포함할 수 있는 바, 디스플레이부는, 기판 상에 게이트 전극 및 신호배선을 포함하는 게이트 금속층이 형성될 수 있다. 여기서, 기판은 디스플레이부가 종이처럼 휘어져도 표시 성능을 그대로 유지할 수 있도록 유연한 특성을 갖는 플렉서블(flexible) 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 게이트 금속층은 저저항 특성을 갖는 제1 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어지는 단일층 구조이거나 또는 둘 이상의 제1 금속물질들로 이루어짐으로써 이중층 또는 삼중층 구조로 형성될 수도 있다. 이러한 게이트 금속층은 캐패시터(C1)의 하부전극을 이루고, 연장되어 구동 박막트랜지스터(DRT)의 게이트 전극을 이루게 된다.
그리고, 게이트 금속층을 포함한 기판의 표시영역 전면에는 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화 실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 게이트 절연막 및 식각 정지막이 형성될 수 있다.
게이트 절연막의 상부 및 식각 정지막 사이에는, 각 박막트랜지스터(SWT, SST, DRT)에 대응하여 비정질 실리콘, 폴리실리콘 또는 반도체 산화물 중, 선택되는 어느 하나로 이루어지는 반도체층이 형성된다. 이러한 반도체층은 식각 정지막 상에 형성되는 컨택홀을 통해 일부 영역이 노출되며, 컨택홀을 포함하는 절연막 및 식각 정지막 상부에는 구동 박막트랜지스터(DRT)의 소스 및 드레인 전극, 데이터 신호(Vdata) 인가배선, 전원전압(ELVDD) 인가배선을 포함하는 제1 소스 및 드레인 금속층이 형성된다. 여기서, 제1 소스 및 드레인 금속층은 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리 티타늄(MoTi), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질조합으로 이루어질 수 있다.
특히, 구동 박막트랜지스터(DRT)에는 서로 이격하며 컨택홀(contact hole)을 통해 노출된 반도체층과 각각 접촉하며 금속물질로 이루어진 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되어 있다. 이에 따라, 게이트 전극, 게이트 절연막, 반도체층 및 소스 및 드레인 전극은 하나의 구동 박막트랜지스터(DRT)를 이루게 된다. 또한, 구동 박막트랜지스터(DRT) 이외에 스위칭 박막트랜지스터(SWT) 및 센싱 박막트랜지스터(SST)도 동일 적층구조로 형성된다.
여기서, 스위칭 박막트랜지스터(SWT)의 게이트 전극 및 드레인 전극은 각각 스캔배선 및 데이터 배선과 연결되어 있으며, 스위칭 박막트랜지스터(SWT)의 소스전극은 구동 박막트랜지스터(DRT)의 게이트 전극과 전기적으로 연결되어 있고, 센싱 박막트랜지스터(SST) 및 구동 박막트랜지스터(DRT)의 소스 전극은 서로 연결되어 있다. 또한, 제1 소스 및 드레인 금속층에서 데이터신호 인가배선은 캐패시터(C1)의 상부 전극을 이루게 된다.
한편, 제1 소스 및 드레인 금속층은 모두 단일층 구조를 가질 수 있지만, 이는 두 금속물질의 조합에 의한 이중층 또는 삼중층 구조를 이룰 수도 있다.
그리고, 제1 소스 및 드레인 금속층의 상부로는 구동 박막트랜지스터(DRT)를 덮으며, 제1 소스 및 드레인 금속층의 일부를 노출시키는 패시베이션 막이 형성된다. 특히, 페시베이션 막의 일부 영역은 식각되어 하부의 제1 소스 및 드레인 금속층의 전원전압 인가배선을 노출시키며, 상부의 제2 소스 및 드레인 금속층과 접촉되도록 한다.
패시페이션 막의 상부로는 제2 소스 및 드레인 금속층이 형성된다. 이러한 제2 소스 및 드레인 금속층은 제1 소스 및 드레인 금속층과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 특히 구동 박막트랜지스터(DRT)의 상부로 패터닝되어 게이트 전극과 동일한 전압이 인가됨으로써 듀얼 게이트(dual gate)구조를 이루게 되는 보조 게이트 전극을 포함한다.
이러한 제2 소스 및 드레인 금속층은 제1 소스 및 드레인 금속층의 전원전압 인가배선이 노출된 영역까지 연장되어 접촉됨에 따라, 그로부터 공급되는 신호가 애노드 금속층까지 인가되도록 한다.
그리고, 제2 소스 및 드레인 금속층의 상부로는 층간 절연막이 형성된다. 이러한, 층간 절연막의 일부 영역에는 하부의 제2 소스 및 드레인 금속층을 노출시키는 제1 컨택홀이 형성되어 있으며, 제1 컨택홀을 포함하여 층간 절연막 상부로는 각 화소별로 분리된 형태를 가지는 애노드 금속층이 형성되어 있다.
여기서, 제1 컨택홀에 의해 노출되는 영역은 하부로 게이트 금속층과 제1 소스 및 드레인 금속층의 데이터신호 인가배선이 이루는 캐패시터(C1)와 중첩되며, 제2 소스 및 드레인 금속층과 애노드 금속층이 접촉되는 제1 영역으로 정의된다.
또한, 제1 영역에서는 제1 소스 및 드레인 금속층의 데이터신호 인가배선과 제2 소스 및 드레인 금속층이 패시베이션막에 의해 서로 절연되어 있다.
애노드 금속층은 유기발광 다이오드의 애노드 전극을 이루는 것으로, 애노드 금속층의 상부로는 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광 패턴으로 구성된 유기 발광층 및 캐소드 전극이 형성되어 있다. 이에 따라, 애노드 금속층 및 캐소드 전극과, 두 전극 사이에 개재된 유기 발광층은 유기발광 다이오드를 이루게 된다.
여기서, 유기 발광층은 유기 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 발광 효율을 높이기 위해 정공 주입층(hole injection layer), 정공 수송층(hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자 수송층(electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
특히, 본 발명의 애노드 금속층은 일 방향으로 연장되어 제1 컨택홀이 아닌, 패시베이션 막과 중첩되지 않는 제2 소스 및 드레인 금속층이 노출되는 층간 절연막의 제2 컨택홀까지 연장되어 제2 소스 및 드레인 금속층과 이중으로 접촉되는 것을 특징으로 한다.
즉, 하나의 화소에 포함된 층간 절연막에는 패시베이션막과 중첩되는 영역에 형성되는 제1 컨택홀 뿐만 아니라, 패시베이션막이 식각되어 제1 소스 및 드레인 금속층의 전원전압 인가배선 및 제2 소스 및 드레인 금속층이 접촉되는 영역에 대응하여 제2 컨택홀이 더 형성되고, 제2 컨택홀까지 애노드 금속층이 연장되어 이중(redundancy)으로 제2 소스 및 드레인 금속층과 애노드 금속층이 접촉되게 된다.
여기서, 제2 컨택홀에 의해 노출되는 영역은 게이트 금속층, 제1 소스 및 드레인 금속층의 전원전압 인가배선, 제2 소스 및 드레인 금속층과, 애노드 금속층이 순차적으로 형성되어 서로 직접 접촉되는 제2 영역으로 정의된다.
이러한 구조에 따라, 제2 소스 및 드레인 금속층의 식각 공정에서 패시베이션막의 단차에 의해 제2 소스 및 드레인 금속층의 단선(open) 불량이 발생하게 되어도, 애노드 금속층 및 제2 소스 및 드레인 금속층 간의 전기적 연결에는 변함이 없게 된다. 이러한 애노드 금속층으로 공급되는 신호는 구동 박막트랜지스터(DRT)를 통해 인가되는 전원전압(ELVDD)이다.
그리고, 애노드 금속층의 상부로는 유기 발광층으로의 수분 침투를 방지하기 위한 적어도 하나의 패시베이션막, 유기막 및 보호필름 등이 더 구비되어 하나의 유기전계 발광표시장치를 이루게 된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 급경사지에서 발생하는 재난사고에 드론을 활용하는 방법으로 기존 지상조사를 대치할 수 있는 현장조사 프로세스와 피해현장을 3차원으로 재구성해 정량적인 결과를 분석하였다. 이와 같은 실시예는 자연재해 분야 드론활용 현장조사 표준운영절차와 드론 취득자료 기반 재난현장 재구성 및 원인분석 기법이라는 성과물로 요약될 수 있다.
드론을 활용한 급경사지 현장조사 체계는 우선 급경사지 관리실무편람(국민안전처, 2016)의 조사절차를 분석하고, 드론에 탑재된 센서 및 성능정보, 영상분석 프로그램의 특성을 분석해 드론으로 조사가 가능한 항목을 내업과 외업으로 구분하였다. 외업을 통한 조사방법은 실제 현장에서 드론을 운용하는 측면에서 현실적으로 조사가 가능한 유형과 드론의 운영방법을 체계화하였다. 내업을 통한 분석방법은 현장에서 드론으로 취득된 사진을 영상분석을 통해 3차원 포인트 클라우드로 가공하여 조사에 필요한 거리 및 면적을 분석하는 방법을 체계화하였다.
본 실시예를 통해 드론을 활용한 산사태 등 사면재해에 대한 조사체계와 정량적 분석결과에 대한 효율성을 확인할 수 있었다. 특히, 드론을 활용한 현장조사 표준운영절차는 조사원이 직접 조사지점까지 직접 탐문 및 계측기기를 사용하지 않고도 3차원 포인트 클라우드를 활용해 내업만으로도 높은 수준의 정량적인 분석이 가능했다. 그러나 자연비탈면 또는 산지의 위험성 평가 항목 17개를 모두 드론으로 조사할 수는 없었으며, 그 중 현실적으로 조사가 가능한 8가지(외업)와 11가지(내업)의 유형을 선별하여 조사하였다.
대표적인 예로 토층심도와 지하수 상태는 조사원이 직접 현장에 탐문하여 육안조사와 계측이 이루어져야 그 위험성에 대한 평가가 가능하다. 특히, 드론의 경우 수풀 및 나뭇가지 등 산악지형의 환경상 조사대상 급경사지에 근접하게 접근할 경우 로터가 파손되어 추락의 위험성이 증가할 수 있다.
결론적으로 본 실시예를 통해 드론을 활용한 조사는 기존의 지상조사 방법과 달리 조사원이 직접 조사지점까지 접근하거나, 각종 계측장비를 사용하지 않고도 3차원 재난현장 재구성(3차원 포인트 클라우드)을 통해 내업 만으로 수준높은 정량적 분석이 가능한 장점을 갖고 있다. 이처럼 드론을 활용한 조사방법은 현장조사에 소비되는 시간과 인력 등 자원의 안배적 측면에서도 유용하게 활용될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대규모 사면재해 지역에서 반드시 취득해야 하는 자료임에도 불구하고 경사와 높이를 측정하는 등 현장의 여건상 취득이 불가능할 경우, 드론을 활용하여 표준 운용 절차에 따라 현장에서 드론 운용과 센서정보를 활용해 직접조사를 수행하는 외업 조사와, 현장에서 드론으로 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사를 통하여, 산사태, 사면붕괴 등 재난사고 현장의 정보를 취득하여 분석할 수 있도록 하는, 드론을 활용한 사면붕괴를 포함한 재난사고 현장정보 취득 및 분석 방법과 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 재난사고 현장정보 취득 및 분석 시스템
110 : 통제 장치
120 : 드론 장치
130 : 분석 장치
110 : 통제 장치
120 : 드론 장치
130 : 분석 장치
Claims (48)
- (a) 통제 장치가 드론 장치의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 및 GCP 설치위치 선정을 수행하는 조사 준비 단계;
(b) 드론 장치가 상기 통제 장치의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계; 및
(c) 분석 장치가 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계;
를 포함하고
상기 (c) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식에 따른 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함하고,
상기 (c) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 상기 분석 장치가 상기 드론 장치에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석할 수 있는 평가항목 중 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리로 분류해 정량적 분석을 실행하고,
상기 경사각의 분석은, 3차원 포인트 클라우드와 매쉬 데이터에서 경사가 발생한 단면을 측정하는 방법으로 하부 정점과 최상부의 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정하고,
상기 경사높이의 분석은, 3차원 포인트 클라우드 상에서 조사대상의 단면을 추출해 수평면을 기준으로 도로에서부터 급경사지 최상부까지 수직으로 연결한 높이로 측정하고,
상기 급경사지의 상기 종단형상의 분석은, 영상정합 처리를 통해 수치표면 모델의 결과물을 활용해 등고선을 5 m 간격으로 추출하고, 이후 ESRI ArcGIS 프로그램을 이용해 정사영상과 등고선을 중첩시키는 방법으로 조사 지점의 상기 종단형상을 분석하고,
상기 급경사지의 상기 종단형상은, 상기 드론 장치가 조사 현장 상공에서 조사 지점을 다각적으로 촬영한 동영상과 3차원 포인트 클라우드의 결과물을 비교 검토하여, 이미지 프로세싱을 통해 분석된 등고선의 형태가 철형, 직선형, 요형, 및 복합형 중 하나로 분석되고,
상기 횡단형상의 분석은, 자연 비탈면의 횡단 형상에 대하여, 상기 경사각의 분석과 동일한 방법으로 실행하되, 조사 대상지의 단면을 추출해 횡단형상을 분석하고, 대상 지점을 다각적으로 촬영한 드론 영상과 3차원 포인트 클라우드 상에서 표현되는 형상 정보를 활용해 분석한 결과, 급경사지의 형태가 하강형, 평행형, 상승형, 복합형 중 하나로 분석되고,
상기 비탈면 계곡의 분석은, 상기 비탈면 계곡의 연장과 폭에 대하여, 사면피해가 발생한 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡을 대상으로 결과를 분석하되, 3차원 포인트 클라우드 상에서 비탈면 계곡의 시작점과 종점부 간 길이를 측정하는 방법으로 결과를 분석하고,
상기 비탈면 계곡의 연장 길이는 계곡이 시작하는 최상부에서부터 최하부까지의 거리를 측정하는 방법으로 계곡이 형성된 경로를 따라 3차원 포인트 클라우드 상에서 대상 포인트를 지정하고, 포인트 간의 길이를 모두 연결한 값으로 결과를 분석하고,
상기 상부외력의 분석에서 상기 급경사지의 상기 상부외력에 영향을 미치는 요인은 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분을 포함하고,
상기 상부외력의 분석은 현장에서 촬영된 드론 영상과 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 생성된 정사영상과 3차원 포인트 클라우드를 활용해 상기 상부외력의 유무와 위치, 면적을 분석하고,
상기 붕괴 및 유실 이력의 분석은, 상기 급경사지 내에서 붕괴, 낙석, 표층유실의 흔적을 조사하고 이에 따른 피해규모를 분석하되, 상기 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 지점에서 일정 거리 이내에 위치하고 있는 지점을 대상으로 사면유실 피해 발생 이전의 이미지와 이후 이미지를 비교하여 분석하고,
상기 급경사지와 인접 시설물 간 거리의 분석은, 상기 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물의 유무를 확인하고, 상기 급경사지와 인접한 시설물과의 거리를 분석하는 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 상기 조사 준비 단계는, 산사태 발생 현황 및 조사범위 선정, 항공 안전법에 따라 상기 드론 장치의 촬영 및 비행승인 실시, 상기 드론 장치의 비행 및 촬영범위에 관한 비행경로 선정, 조사유형별 상기 드론 장치의 비행방법 선정, GCP 설치위치 선정을 실행하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 외업 조사 단계는, 상기 드론 장치의 센서 및 통신상태에 관한 기체 점검을 실행하고, 상기 GCP 설치에 대하여 표정판 설치 및 GPS 측량을 실행하고, 상기 드론 장치의 활용 조사 시에 산사태 발생위치 및 현황 파악, 피해요인 영상 촬영, 센서의 계기 정보를 활용하여 현장을 조사하고, 맵핑자료 취득 시에 정사영상 촬영 및 피해 요인별 근접정밀 촬영을 실행하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 외업 조사 단계는, 상기 드론 장치에 탑재된 기압계, 지자기, GPS 및 자이로스코프를 포함하는 센서의 계기정보 및 비행로그 정보를 활용해 조사에 필요한 거리, 폭, 위치정보, 비탈면 횡단현상을 현장에서 직접 조사·활용하는 방식으로 기체 점검을 실행하고, GCP 제어 및 상기 드론 장치를 활용하여 조사하고, 조사에 따라 맵핑 자료까지 취득하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 외업 조사 단계는, 경사각 조사, 경사높이 조사, 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사, 비탈면 계곡 조사, 상부외력 및 주변환경 조사를 포함하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 경사각 조사는, 종단면 최하부와 최상부 정점의 높이, 그리고 경사가 시작되는 지점에서 최상부 지점까지의 이동거리를 측정하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 경사각 조사는, 상기 경사가 시작되는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 고도 값을 측정하며, 상기 드론 장치에 탑재된 짐벌과 카메라가 수평한 상태에서 영상에 표시된 초점거리와 목적물이 일치된 상태에서 최상부 정점의 높이 값(H)을 기록하며, 이후 최상부 정점까지 수평 이동한 거리 값(D)을 활용해 삼각함수를 이용하여 경사각을 계산하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 경사높이 조사는, 경사가 시작되는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 높이 값(H)을 측정하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사는, 급경사지의 측면에서 바라본 형태를 목측 또는 지형도를 이용하여 조사하되, 종단 형상에 따라 원형, 직선형, 요형, 복합형으로 구분하고, 횡단 형상에 따라 하강형, 평행형, 상승형, 복합형으로 구분하며, 사면붕괴로 인해 조사자의 접근이 어려운 급경사, 추락 위험구간, 식생 밀집지역에 접근하여 측면 및 다양한 각도에서 횡단 형상 및 종단 형상을 취득하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 비탈면 계곡 조사는, 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡의 연장과 폭의 거리를 조사하되, 대상지점과 위치에 대한 거리는 장비를 활용해 실측하는 것을 원측으로 하며, 조사원의 접근 및 이동 실측이 불가능한 경우에 지형도(수치 지형도)를 이용하여 조사하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 비탈면 계곡 조사는, 상기 드론 장치의 비행을 통해 수신되는 실시간 영상정보를 기반으로 계곡의 시작부와 종점에 인접한 계곡연장의 위치를 파악하고, 구간별 비행경로와 고도를 계산하고, 이후 카메라의 방향을 지면과 직각(90)인 상태로 고정하여 수평면과 가까운 계곡연장의 최하부에서부터 최상부까지 경로에 따라 비행한 로그값을 활용해 계곡연장 길이를 취득하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 상부외력 및 주변환경 조사는, 급경사지 상부에 주택, 철탑, 농경지, 철도, 도로의 유무를 확인하고, 조사가 필요한 지역을 전자지도 위에 비행구역과 진행경로를 설정해 주어 상기 드론 장치가 자동 비행을 수행하고, 상기 드론 장치가 정해진 경로에 따라 비행하는 동안 상기 드론 장치에서 상부외력 영상을 조사원이 현장의 상부외력을 실시간으로 확인할 수 있도록 상기 통제 장치로 실시간으로 송신하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법.
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- 드론 장치의 촬영과 비행 승인, 상기 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 상기 드론 장치의 센서와 통신 상태 점검 및 GCP 설치위치 선정을 수행하여, 조사 준비를 실행하는 통제 장치;
상기 통제 장치의 제어에 따라 현장 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사를 실행하는 드론 장치; 및
상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사를 실행하는 분석 장치;
를 포함하고,
상기 내업 조사는, 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식에 따른 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함하고,
상기 내업 조사는, 상기 분석 장치가 상기 드론 장치에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석하는 평가항목 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리로 분류해 정량적 분석을 실행하고,
상기 경사각의 분석은, 3차원 포인트 클라우드와 매쉬 데이터에서 경사가 발생한 단면을 측정하는 방법으로 하부 정점과 최상부의 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정하고,
상기 경사높이의 분석은, 3차원 포인트 클라우드 상에서 조사대상의 단면을 추출해 수평면을 기준으로 도로에서부터 급경사지 최상부까지 수직으로 연결한 높이로 측정하고,
상기 급경사지의 상기 종단형상의 분석은, 영상정합 처리를 통해 수치표면 모델의 결과물을 활용해 등고선을 5 m 간격으로 추출하고, 이후 ESRI ArcGIS 프로그램을 이용해 정사영상과 등고선을 중첩시키는 방법으로 조사 지점의 상기 종단형상을 분석하고,
상기 급경사지의 상기 종단형상은, 상기 드론 장치가 조사 현장 상공에서 조사 지점을 다각적으로 촬영한 동영상과 3차원 포인트 클라우드의 결과물을 비교 검토하여, 이미지 프로세싱을 통해 분석된 등고선의 형태가 철형, 직선형, 요형, 및 복합형 중 하나로 분석되고,
상기 횡단형상의 분석은, 자연 비탈면의 횡단 형상에 대하여, 상기 경사각의 분석과 동일한 방법으로 실행하되, 조사 대상지의 단면을 추출해 횡단형상을 분석하고, 대상 지점을 다각적으로 촬영한 드론 영상과 3차원 포인트 클라우드 상에서 표현되는 형상 정보를 활용해 분석한 결과, 급경사지의 형태가 하강형, 평행형, 상승형, 복합형 중 하나로 분석되고,
상기 비탈면 계곡의 분석은, 상기 비탈면 계곡의 연장과 폭에 대하여, 사면피해가 발생한 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡을 대상으로 결과를 분석하되, 3차원 포인트 클라우드 상에서 비탈면 계곡의 시작점과 종점부 간 길이를 측정하는 방법으로 결과를 분석하고, 비탈면 계곡연장 길이는 계곡이 시작하는 최상부에서부터 최하부까지의 거리를 측정하는 방법으로 계곡이 형성된 경로를 따라 3차원 포인트 클라우드 상에서 대상 포인트를 지정하고, 포인트 간의 길이를 모두 연결한 값으로 결과를 분석하고,
상기 상부외력의 분석에서 상기 급경사지의 상기 상부외력에 영향을 미치는 요인은 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분을 포함하고, 상기 상부외력의 분석은 현장에서 촬영된 드론 영상과 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 생성된 정사영상과 3차원 포인트 클라우드를 활용해 상기 상부외력의 유무와 위치, 면적을 분석하고,
상기 붕괴 및 유실 이력의 분석은, 상기 급경사지 내에서 붕괴, 낙석, 표층유실의 흔적을 조사하고 이에 따른 피해규모를 분석하되, 상기 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 지점에서 일정 거리 이내에 위치하고 있는 지점을 대상으로 사면유실 피해 발생 이전의 이미지와 이후 이미지를 비교하여 분석하고,
상기 급경사지와 인접 시설물 간 거리의 분석은, 상기 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물의 유무를 확인하고, 상기 급경사지와 인접한 시설물과의 거리를 분석하는 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 통제 장치는, 산사태 발생 현황 및 조사범위 선정, 항공 안전법에 따라 상기 드론 장치의 촬영 및 비행승인 실시, 상기 드론 장치의 비행 및 촬영범위에 관한 비행경로 선정, 조사유형별 상기 드론 장치의 비행방법 선정, 및 상기 GCP 설치위치 선정을 실행하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 드론 장치는, 센서 및 통신상태에 관한 기체 점검을 실행하고, 상기 GCP 설치에 대하여 표정판 설치 및 GPS 측량을 실행하고, 현장 조사 시에 산사태 발생위치 및 현황 파악, 피해요인 영상 촬영, 센서의 계기 정보를 활용하여 현장을 조사하고, 맵핑자료 취득 시에 정사영상 촬영 및 피해 요인별 근접 및 정밀 촬영을 실행하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 드론 장치는, 탑재된 기압계, 지자기, GPS 및 자이로스코프를 포함하는 센서의 계기정보 및 비행로그 정보를 활용해 조사에 필요한 거리, 폭, 위치정보, 비탈면 횡단현상을 현장에서 직접 조사·활용하는 방식으로 기체 점검을 실행하고, GCP 제어 및 상기 드론 장치를 활용하여 조사하고, 조사에 따라 맵핑 자료까지 취득하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 외업 조사는, 경사각 조사, 경사높이 조사, 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사, 비탈면 계곡 조사, 상부외력 및 주변환경 조사를 포함하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 28 항에 있어서,
상기 경사각 조사는, 종단면 최하부와 최상부 정점의 높이, 그리고 경사가 시작되는 지점에서 최상부 지점까지의 이동거리를 측정하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 29 항에 있어서,
상기 경사각 조사는, 상기 경사가 시작되는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 고도 값을 측정하며, 상기 드론 장치에 탑재된 짐벌과 카메라가 수평한 상태에서 영상에 표시된 초점거리와 목적물이 일치된 상태에서 최상부 정점의 높이 값(H)을 기록하며, 이후 최상부 정점까지 수평 이동한 거리 값(D)을 활용해 삼각함수를 이용하여 경사각을 계산하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 28 항에 있어서,
상기 경사높이 조사는, 경사가 시작하는 지면에 상기 드론 장치의 고도를 0m로 설정하고 최상부 정점까지 수직 상승하여 비행한 높이 값(H)을 측정하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 28 항에 있어서,
상기 자연 비탈면 종단횡단 형상 조사는, 급경사지의 측면에서 바라본 형태를 목측 또는 지형도를 이용하여 조사하되, 종단 현상에 따라 원형, 직선형, 요형, 복합형으로 구분하고, 횡단 형상에 따라 하강형, 평행형, 상승형, 복합형으로 구분하며, 사면붕괴로 인해 급경사, 추락 위험구간, 식생 밀집지역에 접근하여 측면 및 다양한 각도에서 횡단 형상 및 종단 형상을 취득하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 28 항에 있어서,
상기 비탈면 계곡 조사는, 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡의 연장과 폭의 거리를 조사하되, 대상지점과 위치에 대한 거리는 장비를 활용해 실측하는 것을 원측으로 하며, 조사원의 접근 및 이동 실측이 불가능한 경우에 지형도(수치 지형도)를 이용하여 조사하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 28 항에 있어서,
상기 비탈면 계곡 조사는, 상기 드론 장치의 비행을 통해 수신되는 실시간 영상정보를 기반으로 계곡의 시작부와 종점에 인접한 계곡연장의 위치를 파악하고, 구간별 비행경로와 고도를 계산하고, 이후 카메라의 방향을 지면과 직각인 상태(90)로 고정하여 수평면과 가까운 계곡연장의 최하부에서부터 최상부까지 경로에 따라 비행한 로그값을 활용해 계곡연장 길이를 취득하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
- 제 28 항에 있어서,
상기 상부외력 및 주변환경 조사는, 급경사지 상부에 주택, 철탑, 농경지, 철도, 도로의 유무를 확인하고, 조사가 필요한 지역을 전자지도 위에 비행구역과 진행경로를 설정해 주어 상기 드론 장치가 자동비행을 수행하고, 상기 드론 장치가 정해진 경로에 따라 비행하는 동안 상기 드론 장치에서 상부외력 영상을 조사원이 현장의 상부외력을 실시간으로 확인할 수 있도록 상기 통제 장치로 실시간으로 송신하는, 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 시스템.
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- (a) 통제 장치가 드론 장치의 촬영 및 비행 승인, 드론 장치의 비행, 촬영 범위 및 비행 경로 선정, 조사 지역 촬영 방법 선정, 및 GCP 설치위치 선정을 수행하는 조사 준비 단계;
(b) 드론 장치가 상기 통제 장치의 제어에 따라 조사 지역을 비행하면서 센서를 활용해 직접 조사를 수행하여 재난사고 현장 정보를 취득하는 외업 조사 단계; 및
(c) 분석 장치가 상기 드론 장치로부터 취득한 정보를 기반으로 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 3차원 공간정보를 구축 및 활용해 정량적으로 분석하는 내업 조사 단계;
를 포함하고
상기 (c) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 3차원 공간정보 구축 및 현장 재구성을 통해 객관적이고 정량적인 조사결과를 도출하는 방식에 따른 정사영상 제작, 피해요인 분석, 평가표 작성 과정을 포함하고,
상기 (c) 단계에서 상기 내업 조사 단계는, 상기 분석 장치가 상기 드론 장치에서 취득한 영상정보를 기반으로 사면붕괴 현장을 3차원 영상가공을 통해 정량적으로 조사 및 분석할 수 있는 평가항목 중 경사각, 경사높이, 종단형상, 횡단형상, 지반 변형 및 균열, 비탈면 계곡, 상부외력, 붕괴 및 유실 이력, 주변환경, 및 급경사지와 인접 시설물 간 거리로 분류해 정량적 분석을 실행하고,
상기 경사각의 분석은, 3차원 포인트 클라우드와 매쉬 데이터에서 경사가 발생한 단면을 측정하는 방법으로 하부 정점과 최상부의 정점을 연결한 선과 수평면 사이의 각을 측정하고,
상기 경사높이의 분석은, 3차원 포인트 클라우드 상에서 조사대상의 단면을 추출해 수평면을 기준으로 도로에서부터 급경사지 최상부까지 수직으로 연결한 높이로 측정하고,
상기 급경사지의 상기 종단형상의 분석은, 영상정합 처리를 통해 수치표면 모델의 결과물을 활용해 등고선을 5 m 간격으로 추출하고, 이후 ESRI ArcGIS 프로그램을 이용해 정사영상과 등고선을 중첩시키는 방법으로 조사 지점의 상기 종단형상을 분석하고,
상기 급경사지의 상기 종단형상은, 상기 드론 장치가 조사 현장 상공에서 조사 지점을 다각적으로 촬영한 동영상과 3차원 포인트 클라우드의 결과물을 비교 검토하여, 이미지 프로세싱을 통해 분석된 등고선의 형태가 철형, 직선형, 요형, 및 복합형 중 하나로 분석되고,
상기 횡단형상의 분석은, 자연 비탈면의 횡단 형상에 대하여, 상기 경사각의 분석과 동일한 방법으로 실행하되, 조사 대상지의 단면을 추출해 횡단형상을 분석하고, 대상 지점을 다각적으로 촬영한 드론 영상과 3차원 포인트 클라우드 상에서 표현되는 형상 정보를 활용해 분석한 결과, 급경사지의 형태가 하강형, 평행형, 상승형, 복합형 중 하나로 분석되고,
상기 비탈면 계곡의 분석은, 상기 비탈면 계곡의 연장과 폭에 대하여, 사면피해가 발생한 급경사지의 시작점과 종점에 인접한 계곡을 대상으로 결과를 분석하되, 3차원 포인트 클라우드 상에서 비탈면 계곡의 시작점과 종점부 간 길이를 측정하는 방법으로 결과를 분석하고,
상기 비탈면 계곡의 연장 길이는 계곡이 시작하는 최상부에서부터 최하부까지의 거리를 측정하는 방법으로 계곡이 형성된 경로를 따라 3차원 포인트 클라우드 상에서 대상 포인트를 지정하고, 포인트 간의 길이를 모두 연결한 값으로 결과를 분석하고,
상기 상부외력의 분석에서 상기 급경사지의 상기 상부외력에 영향을 미치는 요인은 주택, 철탑, 농경지, 철도, 봉분을 포함하고,
상기 상부외력의 분석은 현장에서 촬영된 드론 영상과 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 생성된 정사영상과 3차원 포인트 클라우드를 활용해 상기 상부외력의 유무와 위치, 면적을 분석하고,
상기 붕괴 및 유실 이력의 분석은, 상기 급경사지 내에서 붕괴, 낙석, 표층유실의 흔적을 조사하고 이에 따른 피해규모를 분석하되, 상기 급경사지 내에서 사면유실 피해가 발생한 지점에서 일정 거리 이내에 위치하고 있는 지점을 대상으로 사면유실 피해 발생 이전의 이미지와 이후 이미지를 비교하여 분석하고,
상기 급경사지와 인접 시설물 간 거리의 분석은, 상기 급경사지 붕괴 시 피해 영향권에 있는 시설물의 유무를 확인하고, 상기 급경사지와 인접한 시설물과의 거리를 분석하는 재난사고 현장 정보 취득 및 분석 방법이 기록된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
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