KR102332717B1 - System of detecting crash status level on roofing tile with DRONE and operating method thereof - Google Patents

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KR102332717B1
KR102332717B1 KR1020200104464A KR20200104464A KR102332717B1 KR 102332717 B1 KR102332717 B1 KR 102332717B1 KR 1020200104464 A KR1020200104464 A KR 1020200104464A KR 20200104464 A KR20200104464 A KR 20200104464A KR 102332717 B1 KR102332717 B1 KR 102332717B1
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tile
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추혜성
황원준
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주식회사 리하이
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Abstract

The present invention relates to a system for detecting damage to a roof tile by a drone and a method for operating the same. The damaged state of the roof tiles that protect the roof structures of cultural assets such as buildings from snow and rain can be safely, quickly and precisely analyzed using video images and color separation techniques captured by drones, and location information and image processing technology. The system comprises: a drone photography unit in which a source signal of the acquired image taken simultaneously with visible light, microwave signal, and infrared signal at a location designated by GPS coordinate information and beacon location information for a specific part of the roof of the cultural property is recorded in each frame unit, the acquired image packet frame signal is encrypted, and simultaneous transmission is made on each channel of multiple communication methods; a wireless relay booster in which simultaneous wireless connection is made in short distance with each channel by multiple communication methods of Wi-Fi wireless communication method, FM wireless communication method, and Bluetooth wireless new method to the drone shooting unit, each encrypted acquired image packet frame signal is received, and all are transmitted at the same time; and a tiling condition analysis server in which wired connection is made with the wireless relay booster unit, the acquired image packet frame signal is received through each channel of multiple communication methods, any one acquired image packet frame signal is selected and decoded without transmission error, source signals of the acquired images taken with visible light, microwave and infrared, respectively are estimated, each image processing analysis is performed to estimate the damage grade of the roof tiles, and a final damage grade is detected by processing the arithmetic average of each estimated damage grade.

Description

드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 및 그 운용방법{System of detecting crash status level on roofing tile with DRONE and operating method thereof} System of detecting crash status level on roofing tile with DRONE and operating method thereof

본 발명은 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 목조건물 등 문화재의 지붕 구조물을 눈, 비 등으로부터 보호하는 기와의 파손 상태를 드론(DRONE)으로 항공 촬영한 영상 이미지에 색분해 기법과 촬영된 위치정보와 이미지 프로세싱 기술을 적용하여 안전하며 신속하고 정밀하게 손상 여부를 분석하는 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system for detecting damage to a roof tile by a drone and a method for operating the same, and more particularly, to a damaged state of a tile that protects a roof structure of a cultural property such as a wooden building from snow, rain, etc. It relates to a system for detecting damage to roof tiles by drones and its operation method, which safely, quickly and precisely analyzes damage by applying color separation techniques, photographed location information, and image processing technology to video images.

우리나라의 문화재가 포함되는 전통 건물은 목조로 이루어지며 건물 전체를 눈, 비 등으로부터 보호하기 위하여 기와(roofing tile)를 사용한다. Traditional buildings containing Korean cultural assets are made of wood, and roofing tiles are used to protect the entire building from snow and rain.

일반적으로 기와는 선택된 특정 종류의 흙을 기와 형상으로 성형시킨 후 높은 온도의 불에 구워 내구성을 높인 상태로 만들고 있으나 장시간 눈, 비, 바람, 태양빛 등의 자연환경에 노출되면 풍화작용에 의하여 파손되고 파손된 기와에 의하여 눈, 비 등이 건물 내부로 침투되어 목조 재료가 썩게 되는 등에 의하여 건물의 수명을 단축시키게 된다. In general, roof tiles are made by forming a selected specific type of soil into the shape of a tile and then roasting it in a high temperature fire to increase durability. and the damaged roof tiles cause snow, rain, etc. to penetrate into the inside of the building and cause the wooden materials to rot, shortening the lifespan of the building.

기와를 사용하는 건축물 특히, 문화재와 같이 보존 가치가 높고 건축된지 오래된 건출물의 기와는 파손상태를 수시로 점검하고 보수하여야 된다. Buildings using roof tiles, especially those with high preservation value such as cultural properties, should be inspected and repaired for damage frequently.

이러한 필요성을 일부 해소하는 종래기술로 대한민국 특허 출원번호 제10-2019-0178944호(2019. 12. 31.)에 의한 ‘드론을 이용하여 문화재 점검 서비스를 제공하는 방법 빛 서버’가 있다. As a prior art that partially resolves this need, there is a 'method light server for providing cultural properties inspection service using a drone' according to Korean Patent Application No. 10-2019-0178944 (2019. 12. 31.).

도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의한 드론에 의한 기와 상태 검출 시스템 기능 구성도 이다. 1 is a functional block diagram of a system for detecting a tile state by a drone according to an embodiment of the prior art.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술을 상세히 설명하면 서버(100), 데이터베이스(300), 드론(500)을 포함하는 구성이다. Hereinafter, when the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings, it is a configuration including the server 100 , the database 300 , and the drone 500 .

서버(100)는 프로세서, 메모리 등으로 이루어지는 하드웨어와 운용을 위한 애플리케이션의 소프트웨어를 포함하고, 드론(500)과 무선통신하는 통신부를 더 구비하며, 데이터베이스(300)와는 통신 상태로 접속하여 드론(500)이 확보한 각종 정보를 할당된 영역에 기록한다. 데이터베이스(300)는 각 문화재 또는 유사한 문화재에 대한 손상된 등급을 결정하는 샘플이미지를 별도 할당된 영역에 각각 기록 저장한다. The server 100 includes hardware consisting of a processor, memory, etc. and software of an application for operation, and further includes a communication unit for wireless communication with the drone 500 , and connects to the database 300 in communication with the drone 500 . ) and records the secured information in the allocated area. The database 300 records and stores sample images for determining a damaged grade for each cultural property or similar cultural property in a separately allocated area.

드론(500)은 특정 문화재의 지정된 위치에 대한 타켓이미지를 확보하여 서버(100)에 전송하고, 서버(100)는 수신된 타켓이미지를 데이터베이스(300)에 전송하며 데이터베이스(300)는 수신된 타켓이미지를 다수의 샘플이미지와 비교하여 설정된 임계치 이상의 일치율을 갖는 샘플이미지를 검색하며, 검색된 샘플이미지에 의한 잠성 손상 등급을 결정하는 구성이다. The drone 500 secures a target image for a designated location of a specific cultural property and transmits it to the server 100 , the server 100 transmits the received target image to the database 300 , and the database 300 transmits the received target image It is a configuration that compares the image with a plurality of sample images, searches for a sample image having a matching rate greater than or equal to a set threshold, and determines the latent damage grade by the searched sample image.

종래기술은 점검 대상 문화재의 특정 위치에 대한 타켓이미지를 드론(500)으로 촬영하고, 서버(100)는 타켓이미지를 수신하여 데이터베이스(300)에 전송하므로 데이터베이스(300)에서 타켓이미지와 가장 근접한 샘플이미지를 검색하고 해당하는 손상등급을 결정하는 장점이 있다, In the prior art, a target image for a specific location of the cultural property to be inspected is photographed with the drone 500, and the server 100 receives the target image and transmits it to the database 300, so the sample closest to the target image in the database 300 It has the advantage of retrieving images and determining the corresponding damage class,

그러나 종래기술은 샘플이미지가 타켓이미지와 일치하지 않을 수 있으며 또한 전국 모든 문화재에 대한 샘플이미지의 확보가 실질적으로 어렵고, 샘플 이미지를 기록하는 저장용량이 매우 커야 되는 문제를 여전히 해결하지 못하였다.However, the prior art still has not solved the problem that the sample image may not match the target image, and it is practically difficult to secure sample images for all cultural assets in the country, and the storage capacity for recording the sample images must be very large.

또한, 타켓이미지와 샘플이미지를 대비하여 임계치 이상의 일치율을 갖는 경우 해당 샘플이미지의 손상등급을 촬영된 타켓이미지의 손상등급으로 판정하므로 오차가 매우 크게 산출되고 최종 판정을 위하여 현장을 작업자가 직접 실사하여야 되는 문제가 여전히 남아 있다. In addition, if the target image and the sample image have a matching rate higher than the threshold, the damage grade of the sample image is judged as the damage grade of the photographed target image, so the error is calculated very large. The problem still remains.

따라서 문화재의 기와가 촬영된 이미지 신호를 다양한 방식으로 분석하여 손상된 등급을 신속하고 정밀하게 판단하는 기술을 개발할 필요가 있었다. Therefore, it was necessary to develop a technology to quickly and precisely judge the damaged grade by analyzing the image signals taken by the roof tiles of cultural properties in various ways.

대한민국 특허 출원번호 제10-2019-0178944호(2019. 12. 31.) ‘드론을 이용하여 문화재 점검 서비스를 제공하는 방법 빛 서버’Republic of Korea Patent Application No. 10-2019-0178944 (2019. 12. 31.) ‘Method of providing cultural properties inspection service using drones Light Server’

상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 목조 문화재 건축물의 기와 이미지를 정밀한 위치정보에 의하여 촬영하되 다양한 전자파로 촬영하고, 촬영장소의 주변환경에 의한 기후 데이터를 동시에 확보하여 연계 기록하며, 촬영된 이미지 신호를 다종 다수의 디지털 이미지 프로세싱(DSP) 기법에 의하여 분석하므로 기와의 손상 상태를 안전하며 정확하고 신속하게 분석 판단하는 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다. The present invention, which was devised to solve the problems and necessity of the prior art as described above, captures the tile image of a wooden cultural property building according to precise location information, but with various electromagnetic waves, and simultaneously secures climate data according to the surrounding environment of the shooting location A system for detecting damage to roof tiles by drones and its operation method that analyzes and judges the damage status of roof tiles safely, accurately and quickly by analyzing the photographed image signals using multiple digital image processing (DSP) techniques. Its purpose is to provide

상기와 같은 필요성과 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템은 문화재(1000) 지붕의 특정 부위를 지피에스 좌표정보와 비콘 위치정보에 의하여 지정된 위치에서 가시광선과 초단파 신호와 적외선 신호로 각각 동시에 촬영한 획득이미지 원천신호를 프레임 단위에 각각 기록하여 획득이미지 패킷프레임 신호로 암호화하고 구비된 다수 통신방식의 각 채널로 각각 동시에 전송하는 드론촬영부(2000); 상기 드론촬영부(2000)에 와이파이 무선통신 방식과 FM 무선통신 방식과 블루투스 무선통신 방식의 다수 통신방식에 의한 각 채널로 근거리에서 동시에 무선접속하고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 각각 수신하며 동시에 모두 전달하는 무선중계부스터부(3000); 상기 무선중계부스터부(3000)와 유선접속하고 다수 통신방식의 각 채널을 경유한 획득이미지 패킷프레임 신호를 전달받아 전송오류가 없는 어느 하나의 획득이미지 패킷프레임 신호를 선택하고 복호화하며 가시광선과 초단파와 적외선으로 각각 촬영된 획득이미지 원천신호를 각각 분리하고 각각을 이미지프로세싱 분석하여 기와의 손상등급을 각각 추정하며 각각 추정된 손상등급을 산술평균 연산처리하여 최종손상등급을 검출하는 기와상태분석서버(4000); 를 포함할 수 있다. The system for detecting damage to roof tiles by a drone of the present invention, devised to achieve the above needs and objectives, detects a specific part of the roof of the cultural property 1000 with visible light and microwave signals at a location designated by GPS coordinate information and beacon location information. A drone photographing unit 2000 that records source signals of acquired images taken simultaneously with infrared signals in frame units, encrypts them into acquired image packet frame signals, and transmits them simultaneously through each channel of a plurality of communication methods provided; To the drone photographing unit 2000, wirelessly access each channel by multiple communication methods of the Wi-Fi wireless communication method, the FM wireless communication method, and the Bluetooth wireless communication method at the same time and simultaneously receive the encrypted acquired image packet frame signal and all at the same time a wireless relay booster unit 3000 to transmit; Wired connection to the wireless relay booster unit 3000 and receiving an acquired image packet frame signal through each channel of multiple communication methods, selects and decodes any one acquired image packet frame signal without a transmission error, and transmits visible light and microwave A tile state analysis server (4000) that separates the source signals of each acquired image taken with infrared rays, analyzes each image processing to estimate the damage grade of the tile, and calculates the arithmetic average of each estimated damage grade to detect the final damage grade ); may include.

상기 드론촬영부(2000)는 해당 제어신호에 의하여 지정된 위치에서 비행하는 운항부(2100); 상기 운항부(2100)에 접속하고 지피에스 좌표정보와 비콘 위치정보를 수신 분석하여 지정된 위치에서 비행하도록 제어신호를 출력하며 구성된 각 기능부에 해당 제어신호를 각각 출력하는 드론운항제어부(2200); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 가시광선으로 촬영하는 가시광선촬영부(2300); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 초단파 신호로 촬영하는 초단파촬영부(2400); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 적외선 신호로 촬영하는 적외선촬영부(2500); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 주변 기후에 의한 온도, 습도, 풍향, 풍속, 광량, 시간이 포함되는 주변기후 신호를 각각 검출하는 주변기후센서부(2610); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 가시광선촬영부(2300)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 상기 초단파촬영부(2400)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 상기 적외선촬영부(2500)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 주변기후센서부(2610)가 검출한 주변기후 신호를 소정 규격의 획득이미지 패킷프레임 신호로 암호화하거나 복호화하는 패킷암복호부(2620); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 와이파이 무선통신 방식으로 전송하는 와이파이무선부(2700); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 FM 무선통신 방식으로 전송하는 FM무선부(2800); 상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 블루투스 무선통신 방식으로 전송하는 블루투스무선부(2900); 를 포함할 수 있다. The drone photographing unit 2000 includes an operation unit 2100 that flies at a location designated by a corresponding control signal; A drone operation control unit 2200 that accesses the operation unit 2100, receives and analyzes GPS coordinate information and beacon position information, outputs a control signal to fly at a designated location, and outputs the corresponding control signal to each configured function unit; a visible ray photographing unit 2300 for photographing an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 with visible light according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200; a microwave imaging unit 2400 for photographing an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 as a microwave signal according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200; an infrared photographing unit 2500 for photographing an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 as an infrared signal according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200; Ambient climate sensor unit 2610 for detecting ambient climate signals including temperature, humidity, wind direction, wind speed, light quantity, and time by the surrounding climate according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200, respectively; The source signal of the acquired image photographed by the visible ray photographing unit 2300 according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200, the source signal of the acquired image photographed by the microwave photographing unit 2400, and the infrared photographing unit 2500 a packet encryption/decryption unit 2620 for encrypting or decrypting the acquired image source signal captured by ) and the ambient climate signal detected by the surrounding climate sensor unit 2610 into an acquired image packet frame signal of a predetermined standard; a Wi-Fi wireless unit 2700 that is activated and operated according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits an encrypted acquired image packet frame signal in a Wi-Fi wireless communication method; an FM radio unit 2800 that is activated and operated according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits an encrypted acquired image packet frame signal in an FM radio communication method; a Bluetooth wireless unit 2900 that is activated and operated according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits an encrypted acquired image packet frame signal in a Bluetooth wireless communication method; may include.

상기와 같은 필요성과 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 운용방법은 문화재와 드론촬영부와 무선중계부스터부와 기와상태분석서버를 포함하는 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 운용방법에 있어서, 상기 기와상태분석서버에 의하여 상기 드론촬영부가 촬영하고 전송된 획득이미지 원천신호를 이미지 프로세싱하는 명령신호가 입력되는 것으로 판단되면 가시광선으로 촬영된 신호인지 또는 초단파로 촬영된 신호인지 또는 적외선으로 촬영된 신호인지의 촬영 방식을 분류하는 구분단계; 상기 단계에서 구분된 촬영 방식을 마킹하고, 촬영된 획득이미지 원천신호를 주변기후 신호에 의하여 해당 표준 이미지 신호로 보정하며 보정된 해당 표준이미지 신호를 해당 색분해 프로세싱 처리하는 색분해 단계; 상기 색분해 단계에서 색분해된 각 이미지 신호로부터 경계선과 외곽선을 각각 추출하고 기와의 표준이미지 신호와 각각 대비하여 손상등급을 각각 추정하고 할당된 영역에 각각 기록하며 촬영방식 별 산술평균 연산된 임시손상등급과 각 촬영방식을 합산하여 산술평균연산한 최종손상등급을 각각 검출하고 기록하는 정밀검출단계; 를 포함할 수 있다. The method of operating a system for detecting damage to a roof tile by a drone of the present invention devised to achieve the above needs and objectives is a damage rating of a roof tile by a drone including a cultural property, a drone photographing unit, a wireless relay booster unit, and a tile condition analysis server In the detection system operating method, when it is determined by the roof tile state analysis server that a command signal for image processing the acquired image source signal photographed and transmitted by the drone photographing unit is input, whether it is a signal photographed with visible light or photographed with a microwave a classification step of classifying a photographing method of whether the signal is a signal or a signal photographed by infrared rays; a color separation step of marking the photographing method divided in the above step, correcting the captured image source signal into a corresponding standard image signal according to the ambient climate signal, and performing color separation processing on the corrected standard image signal; In the color separation step, the boundary line and the outline are extracted from each image signal, respectively, and the damage grade is estimated by comparing it with the standard image signal of the roof tile, respectively, and recorded in the allocated area. A precise detection step of detecting and recording the final damage grade calculated by summing the respective photographing methods; may include.

상기와 같은 구성의 본 발명은 장시간 더 보존할 가치가 있는 목조 문화재 건축물의 기와를 정밀한 위치정보에 의하여 촬영하고, 촬영되는 현장 주변환경의 기후 데이터를 동시에 정확하게 확보하여 연계 기록하며, 촬영된 다수의 이미지 신호를 다종 다양한 디지털 이미지 프로세싱(DSP) 기법에 의하여 분석하므로 기와의 손상 상태를 신속하고 안전하며 정확하게 분석하여 문화재의 수명을 오래 동안 유지시키는 장점이 있다. The present invention of the above configuration captures the roof tiles of a wooden cultural property building worth preserving for a long time by precise location information, accurately secures and records the climatic data of the surrounding environment of the site being photographed at the same time, and records a number of photographed Since the image signal is analyzed by a variety of digital image processing (DSP) techniques, it has the advantage of maintaining the lifespan of cultural properties for a long time by quickly, safely and accurately analyzing the damaged state of the roof tiles.

도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의한 드론에 의한 기와 상태 검출 시스템 기능 구성도,
도 2 는 일반적인 목조 문화재 기와의 안점점검을 위한 크레인 동원 육안점검 방식 촬영도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론에 의한 기와 상태 검출 시스템의 기능 구성도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론촬영부의 세부 기능 구성도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 획득이미지 패킷 프레임의 데이터 필드 구성도,
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 전자파의 종류별 활용분야 설명도,
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론에 의한 기와 상태 검출 시스템 운용방법의 순서도,
그리고
도 8 은 본 발명을 설명하기 위하여 일 실시 예로 촬영된 정상 기와와 비정상 기와의 사진 도시도 이다.
1 is a functional block diagram of a tile state detection system by a drone according to an embodiment of the prior art;
Figure 2 is a photograph of a crane mobilization visual inspection method for eye inspection of a general wooden cultural property tile;
3 is a functional configuration diagram of a system for detecting a tile state by a drone according to an embodiment of the present invention;
4 is a detailed functional configuration diagram of a drone photographing unit according to an embodiment of the present invention;
5 is a data field configuration diagram of an acquired image packet frame according to an embodiment of the present invention;
6 is an explanatory diagram of an application field for each type of electromagnetic wave according to an embodiment of the present invention;
7 is a flowchart of a method of operating a system for detecting a tile state by a drone according to an embodiment of the present invention;
and
8 is a diagram illustrating a photograph of a normal tile and an abnormal tile taken as an embodiment in order to explain the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all transformations, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하의 설명에서 동작전원을 공급하는 각 전원 기능부는 당연한 구성이며 설명을 간단하게 하고 기술적 사상을 명확하게 설명하기 위하여 도면 도시와 설명을 생략하기로 한다. In the following description, each power supply functional unit for supplying operating power is a natural configuration, and drawings and descriptions will be omitted to simplify the description and clearly explain the technical idea.

도 2 는 일반적인 목조 문화재 기와의 안점점검을 위한 크레인 동원 육안점검 방식 촬영도 이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론에 의한 기와 상태 검출 시스템의 기능 구성도 이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론에 의한 드론촬영부의 세부 기능 구성도 이고, 도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 획득이미지 패킷 프레임의 데이터 필드 구성도 이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 전자파의 종류별 활용분야 설명도 이다. Figure 2 is a view of the crane mobilization visual inspection method for eye inspection of a general wooden cultural property tile, Figure 3 is a functional configuration diagram of a tile state detection system by a drone according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is this According to an embodiment of the present invention, it is a detailed functional configuration diagram of a drone photographing unit by a drone, Figure 5 is a data field configuration diagram of an acquired image packet frame according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is an embodiment of the present invention According to the embodiment, it is a description of the application field for each type of electromagnetic wave.

이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템(900)을 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to all the accompanying drawings, according to an embodiment of the present invention will be described in detail the tile damage grade detection system 900 by a drone.

드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템(900)은 문화재(1000)와 드론촬영부(2000)와 무선중계부스터부(3000)와 기와상태분석서버(4000)를 포함하는 구성이다.The system 900 for detecting damage to a roof tile by a drone is configured to include a cultural property 1000 , a drone photographing unit 2000 , a wireless relay booster unit 3000 , and a tile state analysis server 4000 .

문화재(1000)는 목조 건축물이면서 지붕에 기와를 구비한다. 문화재(1000)에는 지피에스 신호를 방송하는 지피에스 인공위성(1100)과 단위 센티미터의 오차를 갖는 위치정보를 근거리에서 제공하는 비콘부(1200)가 포함되는 구성으로 설명하기로 한다. The cultural property 1000 is a wooden structure and has a roof tile. The cultural property 1000 will be described as including a GPS satellite 1100 that broadcasts a GPS signal and a beacon unit 1200 that provides location information having an error of unit centimeter in a short distance.

이하의 설명에서 근거리는 0 미터 이상 내지 2 킬로미터(Km) 범위의 직선거리까지로 설명한다. In the following description, the short distance is described as a straight-line distance in the range of 0 meters or more to 2 kilometers (Km).

지피에스(GPS) 인공위성(1100)은 지구의 비교적 낮은 궤도에서 위도, 경도, 해발, 시간, 각속도 등이 포함되는 좌표정보로 분석되는 지피에스(GPS) 신호를 방송하는 구성이며, 지구 궤도에는 24 개 이상의 지피에스 인공위성(1100)이 일정한 간격을 두고 궤도를 따라 이동하고 최소 3 개 이상의 지피에스 인공위성(1100)으로부터 지피에스 신호를 수신하고 분석하는 경우 필요한 좌표정보를 추출할 수 있으며 최소 오차 범위는 수십 센티미터 인 것으로 잘 알려져 있으며 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. The GPS satellite 1100 is a component that broadcasts a GPS signal analyzed with coordinate information including latitude, longitude, sea level, time, angular velocity, etc. in a relatively low orbit of the Earth, and there are 24 or more GPS satellites in the Earth's orbit. When the satellite 1100 moves along the orbit at regular intervals and receives and analyzes GPS signals from at least three GPS satellites 1100, necessary coordinate information can be extracted, and it is well known that the minimum error range is several tens of centimeters. and further detailed description will be omitted.

비콘부(1200)는 설치된 해당 위치의 정밀하게 실측된 좌표정보와 해당 위치를 상세히 설명하는 정보가 기록 저장되고 근거리에서 해당 주파수만 일치하는 경우 누구나 수신하도록 방송하는 구성이다. 비콘부(1200)가 송신하는 신호가 수신되는 경우 수신신호세기지수(RSSI : receive signal strength indicator)와 삼각측량 방식에 의하여 비콘부(1200)가 설치된 위치를 기준으로 수 센티미터 이내의 오차를 갖는 정밀한 위치정보를 추출한다. 비콘부(1200)는 불루투스 무선통신 방식으로 해당 위치정보를 방송하며 잘 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. The beacon unit 1200 is configured to record and store precisely measured coordinate information of the installed location and information describing the location in detail, and broadcast so that anyone can receive it if only the corresponding frequency matches in a short distance. When a signal transmitted by the beacon unit 1200 is received, a receive signal strength indicator (RSSI) and a precise triangulation method have an error within a few centimeters based on the location where the beacon unit 1200 is installed. Extract location information. The beacon unit 1200 broadcasts the corresponding location information in a Bluetooth wireless communication method and is well known, so a detailed description thereof will be omitted.

드론촬영부(2000)는 문화재(1000) 지붕의 특정 부위를 지피에스 좌표정보와 비콘 위치정보에 의하여 지정된 위치에서 전자파 신호로 분류되는 가시광선과 초단파 신호와 적외선 신호로 각각 동시에 촬영하고 각 전자파 신호에 의하여 촬영(확보)된 획득이미지 원천신호를 프레임 단위에 각각 기록하되 촬영과 동시에 검출된 주변기후정보를 함께 프레임 단위에 기록하여 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호로 암호화하고 다수 통신방식에 의한 각각의 채널로 각각 동시에 동일한 내용을 전송하므로 전송오류를 제거하는 구성이다. 전송오류 없는 데이터를 이용하므로 정밀하게 분석할 수 있다. The drone photographing unit 2000 shoots a specific part of the roof of the cultural property 1000 at a location designated by GPS coordinate information and beacon location information, respectively, with visible light, microwave signal, and infrared signal, which are classified as electromagnetic wave signals, respectively. The source signal of the captured image is recorded in each frame unit, but the surrounding climate information detected at the same time of shooting is recorded in the frame unit together with the captured image packet frame (5000) signal and each channel by multiple communication method. This is a configuration that eliminates transmission errors because each of them transmits the same content at the same time. Because data without transmission error is used, it can be precisely analyzed.

드론촬영부(2000)는 가시광선으로 촬영하되 음영지역 또는 야간 촬영을 위한 가시광선 조명부(2310)와 적외선 촬영을 위하여 적외선 조명부(2510)를 더 구비할 수 있고, 이러한 각 조명부는 촬영으로 해당 이미지 신호를 확보하는데 있어서 명료하고 정확한 이미지 신호의 확보를 위하여 매 0.5 초 간격으로 점멸시키는 구성이 매우 바람직하다. The drone photographing unit 2000 may further include a visible light illumination unit 2310 for photographing in a shaded area or at night and an infrared illumination unit 2510 for infrared photographing, but each of these lighting units is photographed with visible light. In order to secure a signal, it is very desirable to have a configuration that blinks every 0.5 second in order to secure a clear and accurate image signal.

드론촬영부(2000)는 운항부(2100)와 드론운항제어부(2200)와 가시광선촬영부(2300)와 초단파촬영부(2400)와 적외선촬영부(2500)와 주변기후센서부(2610)와 패킷암복호부(2620)와 와이파이무선부(2700)와 FM무선부(2800)와 블루투스무선부(2900)를 포함하는 구성이다. 또한, 도면의 단순 간력화를 위하여 도면 도시를 하지 않았으나 CDMA 방식 이동통신 무선부(2850)와 지피에스수신부(2870)를 더 포함한다. The drone photographing unit 2000 includes the operation unit 2100, the drone operation control unit 2200, the visible light photographing unit 2300, the microwave photographing unit 2400, the infrared photographing unit 2500, and the surrounding climate sensor unit 2610 and It has a configuration including a packet encryption/decryption unit 2620 , a Wi-Fi radio unit 2700 , an FM radio unit 2800 , and a Bluetooth radio unit 2900 . In addition, although not shown in the drawing for simplicity of the drawing, it further includes a CDMA mobile communication radio unit 2850 and a GPS receiver 2870 .

운항부(2100)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호를 인가받고 지정된 위치로 운항(비행)하고 안정되게 체공하는 구성이다. The operation unit 2100 is configured to receive a corresponding control signal from the drone operation control unit 2200, operate (fly) to a designated location, and stably stay in the air.

드론운항제어부(2200)는 운항부(2100)에 접속하고 원격 입력된 지피에스 좌표정보와 수신된 비콘 위치정보 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 분석하여 지정된 목적지에 정확하고 정밀하게 위치하도록 비행(운항)하도록 해당 제어신호를 출력하며 구성된 각 기능부에 각각의 해당 제어신호를 출력하며 각각의 운용 상태를 감시한다. The drone operation control unit 2200 connects to the operation unit 2100 and analyzes any one or any one or more of the remote input GPS coordinate information and the received beacon location information to accurately and precisely locate the flight (operation) at the designated destination. It outputs the corresponding control signal to do so, and outputs each corresponding control signal to each configured function unit, and monitors each operation state.

드론운항제어부(2200)는 내장 설치된 운용 프로그램과 운용 데이터에 의하여 운용되며, 필요한 경우 구비된 무선부를 통하여 갱신 또는 수정된 운용프로그램과 운용 데이터를 원격으로 수신하고 저장하며 설정 운용한다. 또한, 지피에스 신호를 수신하여 현재 위치하는 좌표정보를 확인하고 입력된 목적지의 좌표정보와 차이를 분석하며 목적지에 도착하도록 하는 해당 제어신호를 출력하는 응용프로그램은 당연하게 구비한 것으로 설명한다. The drone operation control unit 2200 is operated by the built-in operation program and operation data, and if necessary, remotely receives, stores, sets and operates updated or modified operation programs and operation data through the provided radio unit. In addition, it will be explained that an application program that receives the GPS signal, checks the coordinate information of the current location, analyzes the difference from the input coordinate information of the destination, and outputs the corresponding control signal to arrive at the destination is naturally provided.

드론운항제어부(2200)는 입력된 지피에스 좌표정보와 현장의 비콘부(1200)로부터 무선수신된 비콘 위치정보를 1차 산술평균 연산처리하여 체공할 위치정보를 1차 산정하고 산정된 위치정보에 의하여 지정된 위치로 운항과 체공하며, 1차 산정된 위치정보와 비콘 위치정보를 다시 2차 산술평균 연산처리하여 운항과 체공할 위치정보를 2차 산정하고 산정된 위치정보에 의하여 지정된 위치로 운항과 체공하며, 다시 2차 산정된 위치정보와 비콘 위치정보를 반복하여 3 차 산술평균 연산처리하여 체공할 위치정보를 3차 산정하고 산정된 위치정보에 의하여 지정된 위치로 운항과 체공한다. 즉 위치정보를 3 차에 의하여 반복 수정과 보정하므로 비교적 매우 정확하며 정밀한 위치정보에 의하여 지정된 위치로 운항하고 체공하며, 선택된 부위의 기와를 정밀하게 촬영하고 또한, 해당 데이터를 기록한 후 반복 사용하므로 추후에도 동일한 부위의 기와를 동일한 위치에서 정밀하게 반복 촬영할 수 있게 된다. 이러한 방식은 상시 조사가 필요한 경우 매우 유용하게 활용되는 기술이다. The drone operation control unit 2200 calculates the position information to fly by first calculating the arithmetic average of the input GPS coordinate information and the beacon position information wirelessly received from the beacon unit 1200 in the field. It operates and stays at the designated location, and the first calculated location information and the beacon location information are processed again by the second arithmetic average to calculate the location information to be operated and hovered again, and the flight and stay to the designated location based on the calculated location information Then, by repeating the second calculated location information and the beacon location information, the third arithmetic average calculation process is performed to calculate the location information to be hovered thirdly, and the flight and hovers to the designated location according to the calculated location information. In other words, since the location information is repeatedly corrected and corrected by the third time, it is relatively very accurate, and it flies and hovers to the designated location according to the precise location information. It is possible to accurately and repeatedly photograph the tiles of the same area at the same location. This method is a very useful technique when constant investigation is required.

드론촬영부(2000)가 체공하는 지정된 위치는 경도, 위도, 해발 등이 포함되고 오차범위가 각각 수 센티미터 단위 이내 이고, 지정된 위치의 지피에스 좌표정보를 입력받는 것으로 설명한다. It will be explained that the designated location where the drone photographing unit 2000 hovers includes longitude, latitude, sea level, etc., and the error range is within several centimeters, respectively, and receives GPS coordinate information of the designated location.

가시광선촬영부(2300)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 가시광선으로 촬영한다. 드론운항제어부(2200)는 필요에 의하여 가시광선 조명부(2310)가 동작되도록 해당 제어신호를 출력할 수 있다. The visible ray photographing unit 2300 captures an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 in visible light according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 . The drone operation control unit 2200 may output a corresponding control signal to operate the visible light illumination unit 2310 as necessary.

초단파촬영부(2400)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 초단파 신호로 촬영 또는 스캔한다. 일반적으로 알려진 레이다 스캔 방식이 적용될 수 있다. The microwave imaging unit 2400 captures or scans an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 as a microwave signal according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 . A commonly known radar scan method may be applied.

적외선촬영부(2500)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 적외선 신호로 촬영한다. 드론운항제어부(2200)는 필요에 의하여 적외선 조명부(2510)가 동작되도록 해당 제어신호를 출력할 수 있다. The infrared photographing unit 2500 captures an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 as an infrared signal according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 . The drone operation control unit 2200 may output a corresponding control signal so that the infrared lighting unit 2510 is operated as needed.

즉, 가시광선촬영부(2300)와 초단파촬영부(2400)와 적외선촬영부(2500)는 동일한 위치의 기와를 촬영하되, 상시 점검을 위하여 동일한 위치의 기와를 어느 때 이던지 또는 언제든지 반복 촬영할 수 있다. That is, the visible ray photographing unit 2300, the microwave photographing unit 2400, and the infrared photographing unit 2500 photograph the tile at the same position, but for regular inspection, the tile at the same position can be repeatedly photographed at any time or at any time. .

첨부된 도 6 을 참조하면 어떤 전자파를 어떤 분야에 사용하는 것이 적절한지 확인할 수 있다. 전자파에는 가시광선, 적외선, 극초단파 등이 포함되는 것으로 설명한다. 전자파를 이용하는 원격탐사는 전자파 에너지를 이용하여 대상 물체의 정보를 취득하는 기술을 통칭하는 것으로 천문, 지리, 토목, 군사적 이용 가치가 높아 활발한 기술개발이 이루어지고 있다. 전자파 에너지는 그 파장에 따라 다양한 특성을 가지며, 토지의 이용 실태를 분석, 지질도의 작성, 토양 상태의 판정, 농작물의 분류, 산림의 생육상태와 병충해 파악 및 벌목용 수종의 구분, 수자원의 탐지와 상태 파악 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 특히 지구상의 생태물리학적 대상과 인공 구조물에 대한 조사 및 감시를 지원하여 동적이며 지속적으로 변화하는 대상물의 변화 탐지를 가능하게 한다. Referring to FIG. 6 attached, it can be confirmed which electromagnetic wave is appropriate to use in which field. It is explained that electromagnetic waves include visible light, infrared rays, microwaves, and the like. Remote sensing using electromagnetic waves is a generic term for technology that acquires information about a target using electromagnetic energy, and active technology development is taking place due to its high value for astronomy, geography, civil engineering, and military use. Electromagnetic wave energy has various characteristics according to its wavelength, and it analyzes land use conditions, prepares geological maps, determines soil conditions, classifies crops, identifies forest growth conditions and pests, and classifies species for logging, water resource detection and It is used for a variety of purposes, such as checking the status. In particular, it supports the investigation and monitoring of eco-physical objects and artificial structures on Earth, enabling the detection of changes in dynamic and continuously changing objects.

전자파 신호로 촬영된 이미지 신호를 색분해 처리하는 경우 다양한 정보를 추출할 수 있으며 우주에서 지구의 자원탐사, 지질탐사, 기후조사, 해안선 변화, 화산활동감시 등에 이용되는 기술이고, 이러한 기술을 기와의 손상 등급을 검출하는데 적용하는 것이 본 발명의 기술적 사상 중에 하나이며, 이러한 우주기술은 이하에서 상세히 다시 설명하기로 한다. In the case of color separation processing of image signals taken with electromagnetic signals, various information can be extracted, and it is a technology used for resource exploration, geological exploration, climate survey, coastline change, and volcanic activity monitoring in space. It is one of the technical ideas of the present invention to apply to detect , and this space technology will be described again in detail below.

이러한 기술은 직접 측정 대상까지 가까이 이동하지 않아도 되며 원거리에서 한 번에 보다 넓은 영역의 관측이 가능하다. 또한 일정한 주기를 가진 연속 자료의 반복 획득이 가능하여 시간에 따른 연속적인 변화관찰 및 예측에도 이용 중이다. 이중, 이미지분석은 다양한 방법으로 획득한 영상을 연산하여 필요한 정보를 추려 내거나 특정 목적에 적합한 영상으로 재구성하는 것을 말한다. This technology does not need to move close to the measurement target directly, and allows observation of a wider area at a time from a distance. In addition, as it is possible to repeatedly acquire continuous data with a certain period, it is being used for continuous observation and prediction of changes over time. Among them, image analysis refers to calculating the images obtained by various methods to extract necessary information or to reconstruct it into an image suitable for a specific purpose.

주변기후센서부(2610)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 주변 기후에 의한 온도, 습도, 풍향, 풍속, 광량, 시간이 포함되는 주변기후정보 신호를 각각 검출한다. 전자파를 이용하여 촬영하는 경우, 확보된 해당 이미지 신호는 주변기후정보에 영향을 받으므로 소정 기준에 의한 기후조건 대비 차이나는 만큼을 나중에 보상 처리할 수 있게 되고, 소정 기준에 의한 기후조건은 반복 실험에 의하여 가장 선명하며 가장 정확하게 촬영되는 최적 촬영 기후조건이 선택되되 필요에 의하여 갱신 수정될 수 있고 드론촬영부(2000)의 할당된 메모리 영역에 기록되며 해당 운용을 위하여 설정되고 갱신 관리되는 것으로 설명한다. 보상 처리에는 증폭, 감쇄, 불필요한 신호 제거 등이 포함될 수 있다. The ambient climate sensor unit 2610 detects ambient climate information signals including temperature, humidity, wind direction, wind speed, light quantity, and time according to the surrounding climate according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200, respectively. In the case of photographing using electromagnetic waves, since the obtained image signal is affected by the surrounding climate information, it is possible to compensate for the difference compared to the climatic conditions according to the predetermined standards later, and the climatic conditions according to the predetermined standards are repeated experiments. The clearest and most accurate shooting climatic conditions are selected by , which can be updated and modified as needed, recorded in the allocated memory area of the drone shooting unit 2000, and set and updated for the corresponding operation. . Compensation processing may include amplification, attenuation, removal of unnecessary signals, and the like.

패킷암복호부(2620)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 가시광선촬영부(2300)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 초단파촬영부(2400)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 적외선촬영부(2500)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 주변기후센서부(2610)가 검출한 주변기후정보 신호를 소정 규격의 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호로 암호화하거나 또는 복호화한다. The packet encryption/decryption unit 2620 is an acquired image source signal photographed by the visible ray photographing unit 2300 and an acquired image source signal photographed by the microwave photographing unit 2400 according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200, and infrared rays The acquired image source signal captured by the photographing unit 2500 and the ambient climate information signal detected by the ambient climate sensor unit 2610 are encrypted or decrypted into an acquired image packet frame 5000 signal of a predetermined standard.

와이파이무선부(2700)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호를 와아파이 무선통신 방식으로 와이파이 무선 통신채널을 통하여 전송한다. 와이파이무선부(2700)가 통신을 위하여 점유한 통신경로를 와이파이 통신채널이라고 할 수 있다. The Wi-Fi wireless unit 2700 is activated by the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits the encrypted acquired image packet frame 5000 signal through the Wi-Fi wireless communication channel in the Wi-Fi wireless communication method. A communication path occupied by the Wi-Fi wireless unit 2700 for communication may be referred to as a Wi-Fi communication channel.

FM무선부(2800)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호를 FM 무선통신 방식으로 FM 무선 통신채널을 통하여 전송한다. FM무선부(2800)가 통신을 위하여 점유한 통신경로를 FM 통신채널이라고 할 수 있다. The FM radio unit 2800 transmits the acquired image packet frame 5000 signal activated and operated according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and encrypted using the FM radio communication method through the FM radio communication channel. The communication path occupied by the FM radio unit 2800 for communication may be referred to as an FM communication channel.

블루투스무선부(2900)는 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호를 블루투스 무선통신 방식으로 블루투스 무선 통신채널을 통하여 전송한다. 블루투스무선부(2900)가 통신을 위하여 점유한 통신경로를 블루투스 통신채널이라고 할 수 있다. The Bluetooth wireless unit 2900 transmits the acquired image packet frame 5000 signal that is activated and operated according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and is encrypted using the Bluetooth wireless communication method through the Bluetooth wireless communication channel. A communication path occupied by the Bluetooth wireless unit 2900 for communication may be referred to as a Bluetooth communication channel.

와이파이무선부(2700)와 FM무선부(2800)와 블루투스무선부(2900) 및 해당 통신 채널은 전송속도 향상을 위하여 각각 초당 1 기가 헤르츠 이상의 전송속도로 디지털 신호를 전송하는 고속 데이터 전송 네트워크로 이루어진다. 그러므로 해당 데이터 신호를 신속하게 전송한다. The Wi-Fi wireless unit 2700, the FM wireless unit 2800, the Bluetooth wireless unit 2900 and the corresponding communication channel consist of a high-speed data transmission network that transmits digital signals at a transmission rate of 1 gigahertz per second or more, respectively, in order to improve the transmission speed. . Therefore, the corresponding data signal is transmitted quickly.

획득이미지 패킷프레임(5000)은 총 185 바이트(byte)로 이루어지고 오버헤드 필드와 가시광선 획득이미지 데이터 필드와 초단파 획득이미지 데이터 필드와 적외선획득이미지 데이터 필드와 체크데이터 필드와 엔드필드를 포함하는 구성이다. The acquired image packet frame 5000 consists of a total of 185 bytes (bytes) and includes an overhead field, a visible light acquired image data field, a microwave acquired image data field, an infrared acquired image data field, a check data field, and an end field. am.

드론운항제어부(2200)는 기록할 특정 데이터의 용량이 비교적 커서 하나의 획득이미지 패킷프레임(5000)의 할당된 해당 필드 영역에 다 기록하지 못하는 경우, 다음 순서로 추가하여 획득이미지 패킷프레임(5000)을 할당하고 해당 데이터를 기록하며, 각각의 해당 프레임 일련번호를 부여하여 데이터가 연결 기록되어 있다는 표시를 오버헤드 필드 영역 및/또는 엔드 필드 영역에 기록하도록 제어하므로 수신측에서 필요한 데이터 복원 처리를 할 수 있도록 한다. When the drone operation control unit 2200 cannot record all of the specific data to be recorded in the assigned field area of one acquired image packet frame 5000 because the capacity of the specific data to be recorded is relatively large, it adds the acquired image packet frame 5000 in the following order. data is assigned, the corresponding data is recorded, and an indication that data is concatenated is written to the overhead field area and/or the end field area by assigning a serial number to each corresponding frame, so that the receiving side can perform the necessary data recovery processing make it possible

바이트(byte)는 디지털 신호에서 하나의 펄스신호에 대한 유무를 기록하는 최소 단위인 비트(bit)가 8 개 단위로 모인 것을 의미하며, 필요에 의하여 8 비트(bit) 이상을 하나의 바이트로 정의할 수도 있으나 이하의 설명에서는 허가받지 않은 제 3 자가 무단 접속 및 귀중한 정보의 도용을 방지하는 암호화를 위하여 10 비트(bit)가 하나의 바이트(byte)를 구성하는 것으로 정의한다. A byte means a collection of 8 bits, which is the minimum unit for recording the presence or absence of one pulse signal in a digital signal, and if necessary, more than 8 bits are defined as one byte However, in the following description, it is defined that 10 bits constitute one byte for encryption to prevent unauthorized access by unauthorized third parties and theft of valuable information.

오버헤드(OVHD, over head) 필드는 10 바이트(byte)로 이루어지며 프레임(frame)을 구성하는 데이터의 기록이 시작되는 시작위치, 전송목적지, 송신시간, 생성 좌표정보, 비트에 의한 전체데이터의 크기, 데이터의 양이 많은 경우 다수의 프레임으로 이루어 질 수 있으므로 연결된 상태를 표시하는 프레임 일련번호정보가 포함되어 기록된다. The OVHD (overhead) field consists of 10 bytes, and the starting position of the data composing the frame starts recording, the transmission destination, the transmission time, the generation coordinate information, and the total data by bits. When the size and amount of data are large, it can consist of multiple frames, so frame serial number information indicating the connected state is included and recorded.

가시광선 획득이미지 데이터 필드는 오버헤드 필드와 1 바이트의 간격을 두고 50 바이트로 이루어지며 가시광선촬영부(2300)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 주변기후센서부(2610)가 검출한 주변기후 신호가 기록 된다. The visible ray acquired image data field consists of 50 bytes with an interval of 1 byte from the overhead field, and the acquired image source signal captured by the visible ray imaging unit 2300 and the ambient climate signal detected by the surrounding climate sensor unit 2610 is recorded

초단파 획득이미지 데이터 필드는 가시광선 획득이미지 데이터 필드와 1 바이트의 간격을 두고 50 바이트로 이루어지며 초음파촬영부(2400)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 주변기후센서부(2610)가 검출한 주변기후 신호가 기록 된다. The microwave acquired image data field consists of 50 bytes with an interval of 1 byte from the visible light acquired image data field, and the acquired image source signal captured by the ultrasound imaging unit 2400 and the ambient climate detected by the ambient climate sensor unit 2610 The signal is recorded.

적외선획득이미지 데이터 필드는 초단파 획득이미지 데이터 필드와 1 바이트의 간격을 두고 50 바이트로 이루어지며 적외선촬영부(2500)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 주변기후센서부(2610)가 검출한 주변기후 신호가 기록 된다. The infrared acquired image data field consists of 50 bytes with an interval of 1 byte from the microwave acquired image data field, and the acquired image source signal captured by the infrared imaging unit 2500 and the ambient climate signal detected by the ambient climate sensor unit 2610 is recorded

체크(CHK, check) 데이터 필드는 적외선획득이미지 데이터 필드와 1 바이트의 간격을 두고 10 바이트로 이루어지며 가시광선 획득이미지 데이터 필드와 초단파 획득이미지 데이터 필드와 적외선획득이미지 데이터 필드에 각각 기록된 데이터를 각각 분석하여 오류가 포함된 것으로 판단되면 사이클릭리던던시체크(CRC) 방식과 해밍코드 방식을 순차 운용하여 오류를 중복 검출하고 중복 복구 처리한다. The check (CHK) data field consists of 10 bytes with an interval of 1 byte from the infrared acquired image data field, and the data recorded in the visible light acquired image data field, the microwave acquired image data field, and the infrared acquired image data field If it is determined that an error is included by analyzing each, the cyclic redundancy check (CRC) method and the Hamming code method are sequentially operated to detect duplicate errors and process duplicate repairs.

엔드(END) 필드는 체크데이터 필드와 1 바이트의 간격을 두고 10 바이트로 이루어지며 오류 검출과 복구 여부, 재전송요청 여부, 데이터 생성자 정보, 프레임의 종료위치, 프레임 일련번호정보가 포함되어 기록된다. The END field consists of 10 bytes with an interval of 1 byte from the check data field. Error detection and recovery, retransmission request, data generator information, frame end position, and frame serial number information are included and recorded.

각 데이터 필드 사이에 간격을 두는 1 바이트는 도면에 도시하는 경우 도면이 복잡해 지므로 도면에 도시하지 않았다. One byte spaced between each data field is not shown in the figure because the figure becomes complicated when shown in the figure.

무선중계부스터부(3000)는 드론촬영부(2000)에 와이파이 무선통신 방식과 FM 무선통신 방식과 블루투스 무선통신 방식의 다수 통신방식에 의한 각 채널로 근거리에서 동시에 무선접속하고 암호화된 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호를 각각 수신하며 동시에 모두 전달하는 구성이다. The wireless relay booster unit 3000 wirelessly connects to the drone photographing unit 2000 at the same time in a short distance using multiple communication methods of the Wi-Fi wireless communication method, the FM wireless communication method, and the Bluetooth wireless communication method, and the encrypted acquired image packet frame (5000) It is a configuration that receives each signal and transmits them all at the same time.

무선중계부스터부(3000)는 드론촬영부(2000)가 송신한 각 무선채널의 신호를 수신하고 전송에 필요한 일정한 레벨로 증폭하여 유선 또는 CDMA 이동통신 방식 무선으로 출력하는 구성이다. 이하의 설명에서 유선으로 출력하는 방식을 위주로 설명한다. The wireless relay booster unit 3000 is configured to receive a signal of each radio channel transmitted by the drone photographing unit 2000, amplify it to a certain level required for transmission, and output it wirelessly by wire or CDMA mobile communication method. In the following description, a method of outputting by wire will be mainly described.

기와상태분석서버(4000)는 무선중계부스터부(3000)와 유선접속하고 다수 통신방식의 각 채널을 경유한 획득이미지 패킷프레임(5000) 신호를 전달받아 전송오류가 없는 어느 하나의 획득이미지 패킷프레임 신호를 선택하고 복호화하며 가시광선과 초단파와 적외선으로 각각 촬영된 획득이미지 원천신호를 각각 분리하고 각각을 이미지프로세싱 분석하여 기와의 손상등급을 각각 추정하며 각각 추정된 손상등급을 산술평균 연산처리하여 최종손상등급을 검출 또는 추출하는 구성이다. The tile state analysis server 4000 has a wired connection with the wireless relay booster unit 3000 and receives the acquired image packet frame 5000 signal through each channel of multiple communication methods to receive any one acquired image packet frame without a transmission error. The signal is selected and decoded, and the source signal of the acquired image taken with visible light, microwave and infrared light is separated, respectively, and the damage level of the roof tiles is estimated by image processing analysis of each. It is a configuration for detecting or extracting grades.

기와상태분석서버(4000)는 다수 통신채널을 경유한 다수의 획득이미지 패킷 프레임(5000) 신호에 전송오류가 없는 것으로 분석되고 판단되면 지정된 우선순위의 채널을 경유한 획득이미지 패킷 프레임(5000) 신호를 선택한다. 지정된 우선순위의 채널은 와이파이 무선통신 채널, FM 무선통신 채널, 블루투스 무선통신 채널 순으로 지정하기로 하고, 필요에 의하여 순서를 임의 조정할 수 있음은 매우 당연하다. When the tile state analysis server 4000 is analyzed and determined that there is no transmission error in the multiple acquired image packet frame 5000 signals via the multiple communication channels, the acquired image packet frame 5000 signal via the channel of the designated priority select It is very natural that the channels of the designated priority are designated in the order of the Wi-Fi wireless communication channel, the FM wireless communication channel, and the Bluetooth wireless communication channel, and the order can be arbitrarily adjusted as needed.

기와상태분석서버(4000)의 상세한 기능은 이하의 운용방법 설명에서 다시 설명하기로 한다. Detailed functions of the tile state analysis server 4000 will be described again in the description of the operation method below.

우리나라의 전국에는 약 8,100 여개의 문화재가 있으며 관리인력은 2019년 현재 약 70 여명이고 제한된 예산에 의하여 문화재 돌봄에 의한 안전한 점검에 한계가 있는 것으로 분석되고 있다. 특히, 2019 년도에 한반도를 강타한 경주, 포항 대지진은 당시 63건의 문화재 피해가 발생하여 약 30억에 달하는 국고가 투입되었다고 한다. 특히, 목조 문화재 기와의 손상상태를 점검하기 위하여는 특성상 고공 크레인을 통한 육안점검을 하여야 되므로 비용, 안전, 시간 등에 제약을 받게 된다. There are about 8,100 cultural assets in Korea, and the number of management personnel is about 70 as of 2019, and it is analyzed that there is a limit to the safe inspection by caring for cultural assets due to the limited budget. In particular, the Gyeongju and Pohang earthquakes that hit the Korean Peninsula in 2019 caused 63 cultural property damage and approximately 3 billion national treasury was invested. In particular, in order to inspect the damaged state of the wooden cultural tile, it is necessary to visually inspect it using a high-altitude crane, so cost, safety, and time are limited.

일 실시 예로, 2016 ~ 2017 년도 문화재 돌봄 사업 경미수리 실적표에 의하면 목조 문화재 보수 중 가장 큰 비중을 차지하는 항목으로 기와의 손상과 크랙 점검이며 3,297 여건으로 집계되어 가장 큰 부분을 차지한다. 한편, 2020 년도 문화재 돌봄 사업에는 약 276 억원 정도의 예산이 확보되고 전국 23 곳의 돌봄사업단을 통해 문화재 상시 점검과 모니터링에 의한 예방관리 체계를 구축하며 사후에 발생하는 보수정비 부담을 줄일 목표를 세우고 있는 것으로 알려지고 있다. As an example, according to the performance table of minor repairs for the cultural property care project in 2016-2017, the item that accounts for the largest portion of the repair of wooden cultural properties is the inspection of damage and cracks in the roof tiles, accounting for 3,297 cases, accounting for the largest portion. Meanwhile, a budget of about 27.6 billion won is secured for the 2020 cultural heritage care project, and a preventive management system is established through regular inspection and monitoring of cultural heritage through 23 care work groups across the country, with the goal of reducing the post-mortem maintenance and repair burden. It is known that there is

목조 문화재의 기와 보수가 중요한 이유는 기와에 손상, 크랙(Crack)이 생기게 되면 흡수율이 높아지게 되고 누수가 발생되며 목조 부분이 썩어 손상 정도가 심해지는 결과를 초래하게 된다. 한편, 기와를 점검하기 위하여는 고공크레인을 활용하거나 높은 사다리를 통해 직접 육안 점검을 하고 있어 안전사고의 문제점과 장시간 점검으로 인해 비용이 증가하면서도 제한된 인력으로 상시 점검이 매우 어려운 상태이다. The reason why the maintenance of roof tiles for wooden cultural properties is important is that if damage or cracks occur in the roof tiles, the absorption rate increases, water leakage occurs, and the wood part rots, resulting in severe damage. On the other hand, in order to inspect the roof tiles, a high-level crane is used or a direct visual inspection is carried out through a high ladder, so it is very difficult to perform regular inspections with limited manpower while increasing costs due to safety accidents and long-term inspections.

문화재 점검 중 기와 훼손 점검은 육안검사와 흡수율, 휨강도, 동파 등의 정밀검사를 통해 그 훼손 상태를 판별하므로 가장 시간이 오래 소요되는 항목 중에 하나이다. 규모가 비교적 큰 문화재의 경우에는 무작위로 기와를 추출하여 훼손 상태를 판단하고 기와에서 문제점이 발견되면 문제가 발생된 지점을 기준으로 주변의 30 내지 50 %에 해당하는 기와까지 함께 교체하는 유지 보수 방식으로 운영된다. During the inspection of cultural properties, the inspection for damage to tiles is one of the most time-consuming items as it determines the state of damage through visual inspection and detailed inspections such as water absorption, bending strength, and freezing. In the case of a relatively large cultural property, the tiles are randomly extracted to determine the state of damage, and when a problem is found in the roof tiles, it is a maintenance method that replaces up to 30 to 50% of the surrounding tiles based on the point where the problem occurred. is operated with

현재 방식의 기와 점검은 부족한 인력과 시간과 예산으로 인해 비효율적인 방식으로 점검이 진행되고 또한, 보수 관리를 육안 검사에 의존하므로 기와 수리와 유지보수의 명확한 기준점이 없어 관리가 어려운 실정이다. 즉, 인력부족과 육안점검의 한계 등 근본적인 문제점을 해결하기 위해 드론(drone)을 활용한 목조문화재의 기와 훼손도 측정 기술을 제공하여 문화재 관리의 한계를 극복하고 정확하며 신속한 보수와 정비를 가능하게 하는 것이 추구하는 기술적 사상이다. The current method of tile inspection is inefficient due to insufficient manpower, time and budget, and it is difficult to manage because there is no clear reference point for tile repair and maintenance because maintenance is dependent on visual inspection. In other words, in order to solve fundamental problems such as the lack of manpower and the limitations of visual inspection, we provide a technology to measure the level of damage to the roof tiles of wooden cultural assets using drones to overcome the limitations of cultural heritage management and enable accurate and prompt repair and maintenance. This is the technical idea that we are pursuing.

기와를 포함하는 석조물의 손상메커니즘에 대한 논문들은 물리적, 화학적, 생물학적 풍화로 구분되어 설명되고 있다. 물리적 풍화작용에 대한 연구는 동결-융해가 발생하는 풍화과정(Powers, 1945; 1949, Everett, 1961), 침수 및 건조되는 과정에서 발생하는 암석의 손상 모델(Kiessl, 1989), 암석 내부에 존재하는 염에 의한 풍화과정(Winkler, E.M. and Wilhelm, E.J., 1970; Winkler, E.M., 1973; Chapman, 1980; Sperling and Cooke, 1985; Goudie, 1999; Kuchitsu et al., 1999; Aref et al., 2002; Carlos et al, 2002)등이 다루어지고 있다. Papers on the mechanisms of damage to masonry including roof tiles are divided into physical, chemical, and biological weathering and explained. The study of physical weathering is a weathering process in which freeze-thaw occurs (Powers, 1945; 1949, Everett, 1961), a model of rock damage that occurs during submersion and drying (Kiessl, 1989), and the Weathering by salt (Winkler, EM and Wilhelm, EJ, 1970; Winkler, EM, 1973; Chapman, 1980; Sperling and Cooke, 1985; Goudie, 1999; Kuchitsu et al., 1999; Aref et al., 2002; Carlos et al, 2002) are covered.

이하에서 기와, 석조물, 석조문화재는 같은 의미이고 문맥에 적합하게 선택적으로 기재하기로 하되 가능하면 기와로 기재하기로 한다. In the following, the terms tile, stonework, and stone cultural property have the same meaning and will be selectively described in accordance with the context, but will be described as tile if possible.

화학적인 풍화작용에 대한 연구는 Jenny(1950), Wollast(1967), Birkeland(1984)에 의해 암석을 구성하는 광물이 물과 반응하면서 발생하는 원소의 이동경로를 추적하여 석조물의 풍화과정이 제시되었으며, 이후에도 많은 연구자들은 암석이 풍화되는 과정에서 발생하는 원소의 이동경로를 추적하여 암석의 풍화과정을 설명하였다. 이와같은 연구들이 활발히 진행되면서 주성분원소를 정량분석함으로써 암석의 풍화정도를 파악할 수 있는 다양한 풍화지수들이 제시되었다(Ruxton, 1968; Paker, 1970; Nesbitt and Young, 1982; Jayaverdena and Izawa, 1994).The study of chemical weathering was suggested by Jenny (1950), Wollast (1967), and Birkeland (1984) by tracing the path of movement of elements that occur when minerals constituting rocks react with water, and the weathering process of masonry was suggested. After that, many researchers explained the weathering process of rocks by tracing the movement paths of elements that occur in the process of weathering rocks. As such studies are actively conducted, various weathering indices have been proposed that can determine the degree of weathering of rocks by quantitative analysis of principal elements (Ruxton, 1968; Paker, 1970; Nesbitt and Young, 1982; Jayaverdena and Izawa, 1994).

생물학적 풍화작용에 대한 연구는 기와에 서식하고 있는 생물의 Chl. a와 색도를 기준으로 풍화상태를 파악하는 주제(Donner et al., 2002; Schumann et al., 2005), 환경인자와 생물의 활력도를 계산하여 생물이 기와에 미치는 영향을 평가하는 연구가 수행되고 있다(Piervittori et al., 2002; Gazzano et al., 2009). 훼손도 진단에 대한 연구는 훼손지도, 초음파탐사, 적외선 열화상 분석에 관한 내용이 주를 이룬다. Fitzner(2004), Kandemir-Yucel(2006)은 내부 공동이 있는 역사적인 건물에 대하여 초음파 탐사와 IR thermography를 실시하여 주변 환경의 여러 인자들이 초음파 속도에 영향을 미친다는 것을 밝혔다. 이외에도 Ranazarn Demirboga (2004), Matusinovic(2004)에 의하여 초음파 속도를 이용한 압축강도 추정에 관한 연구가 진행되고 있으며 Navi-Bidhebd(1997)에 의한 암석의 초음파 탐사 응용법, Del Rio(2006)의 파괴실험에 의한 화강암 물성과 초음파 속도를 이용한 물성 비교 등에 연구가 실시되었다. The study of biological weathering was conducted in Chl. A study was conducted to evaluate the effect of living things on the roof tiles by calculating the subject of a weathering state based on a and chromaticity (Donner et al., 2002; Schumann et al., 2005), and calculating the environmental factors and the vitality of living things. (Piervittori et al., 2002; Gazzano et al., 2009). Research on damage diagnosis mainly focuses on damage map, ultrasound probe, and infrared thermal image analysis. Fitzner (2004) and Kandemir-Yucel (2006) conducted ultrasonic surveys and IR thermography on historic buildings with internal cavities and found that several factors in the surrounding environment influence the ultrasonic velocity. In addition, research on compressive strength estimation using ultrasonic velocity is in progress by Ranazarn Demirboga (2004) and Matusinovic (2004). A study was conducted to compare the properties of granite by using ultrasonic velocity and the properties of granite.

이와 같이 석조물 보존에 관한 연구들은 대부분 전문적인 지식을 배경으로 이루어지고 있으며 손상메커니즘 및 정밀진단에 초점이 맞추어져 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 보존처리 및 현장적용에 대한 연구들도 단일문화재를 대상으로 하고 수행되고 있는 것으로 파악되었다. 따라서 다수의 석조물을 효율적으로 보존관리 및 모니터링하기 위한 연구가 필요한 것으로 확인되었다. As such, it can be seen that most of the studies on stone preservation are conducted with professional knowledge in the background, and are focused on damage mechanisms and precise diagnosis. In addition, it was found that studies on conservation treatment and field application were also conducted targeting a single cultural property. Therefore, it was confirmed that a study for the efficient conservation, management and monitoring of a large number of stone structures was necessary.

국내에서도 기와에 대한 체계적인 모니터링 및 보존시스템을 확립하기 위해 구성 재질특성을 바탕으로 풍화훼손도 진단을 통해 손상요인을 규명하는 다양한 연구가 수행되고 있다. 기와에 대한 보존 과학적 연구는 김지영 외(2009), 서만철 외(2001), 이명성 외(2012), 이선명 외(2010), 전유근 외(2008), 조영훈과 이찬희(2011) 등 국내외 많은 연구자들에 의해 보고된바 있으며 상당한 진전을 보이고 있다. 기와에 대한 비파괴 진단법의 적용은 서만철(2002)에 의해 불국사의 석가탑과 다보탑을 시작으로 현재까지 주로 석조물 각 부재의 역학적 및 물리적 특성을 파악하는 연구가 실시되고 있다. 최근에는 전유근 외(2008), 이찬희(2011)에 의해 초음파 탐사를 이용한 훼손도 진단과 이를 통해 향후에 있을 석조물 보존처리 지침을 제시해주고 있다. 또한 석조물의 장기적인 보존관리를 위해 최근에는 적외선 열화상분석 및 3차원 영상분석을 통한 조적식 석조물의 구조안정성 진단에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다(손호웅과 이성민, 2003; 전병규 외, 2008; 조영훈과 이찬희, 2009). 이외에도 공학 및 자연과학에서 실시되고 있는 비파괴기법들이 석조물에 적용되고 있다. To establish a systematic monitoring and preservation system for roof tiles in Korea, various studies are being carried out to identify damage factors through diagnosing the degree of weathering damage based on the characteristics of constituent materials. Conservation scientific research on roof tiles has been conducted by many domestic and foreign researchers, including Jiyoung Kim et al. (2009), Mancheol Seo et al. (2001), Myeongseong Lee et al. (2012), Sunmyung Lee et al. (2010), Yugeun Jeon et al. (2008), Younghoon Cho and Chanhee Lee (2011). has been reported and considerable progress has been made. As for the application of the non-destructive diagnostic method to roof tiles, starting with Seokgatap and Dabotap of Bulguksa by Seo Man-cheol (2002), studies have been conducted mainly to understand the mechanical and physical characteristics of each member of stone structures until now. Recently, Jeon Yu-geun et al. (2008) and Lee Chan-hee (2011) provide guidelines for masonry preservation and treatment in the future through the diagnosis of damage using ultrasonic exploration. In addition, for long-term preservation and management of masonry, research on the structural stability diagnosis of masonry masonry through infrared thermal image analysis and 3D image analysis is being actively conducted (Howoong Son and Seongmin Lee, 2003; Byeonggyu Jeon et al., 2008; Younghoon Cho and Chanhee Lee, 2009). In addition, non-destructive techniques that are being practiced in engineering and natural sciences are being applied to masonry.

이와 같이 국내의 기와의 모니터링에 대한 연구도 국외의 연구경향과 유사한 양상을 보이는 것으로 확인되었다. 국내외에서 기와의 손상메커니즘, 정밀진단 기술에 대한 연구들이 활발히 진행되고 있는 것에 반해 장기적인 모니터링에 관한 연구는 부족한 실정이다. 앞에서 언급한 바와 같이 각각의 연구들은 단일문화재를 대상으로 적용할 때는 상당히 효과적이지만 다수의 문화재에 적용하기에는 연구기간, 전문인력의 부족 등의 이유로 많은 제약이 있는 실정이다. 또한 연구방법이 조금씩 상이하여 연구결과를 체계적으로 데이터베이스화 하는데 많은 어려움이 있다. 기와의 풍화는 물리, 화학, 생물학적 요인이 단독 또는 복합적으로 작용하여 나타나는 복잡한 자연현상이다. 따라서 기와의 상태를 정량적으로 나타내는 것은 암석 공학은 물론 지질학, 건축학 등의 학문에서 중요한 연구테마이며 다양한 방법이 개발 및 시도되고 있다. 그러나 대부분의 기와 강도 평가 기술은 시료의 파괴를 수반하므로 문화재보존을 위한 모니터링 방법으로는 적절하지 못한 경우가 많다. 따라서 기와에 대한 상태는 초음파속도를 이용하여 간접적으로 기와의 강도를 측정하고 XRF 분석 및 육안 조사를 병행하는 통합적 훼손도 평가 기술이 주로 활용되고 있다. 이 기술은 측정 데이터의 과학적 분석과 풍화 상태에 대한 전문적 판단을 종합하여 기와의 훼손도를 물리적, 화학적, 생물학적 및 구조적 관점에서 단계별로 평가한다. 평가 결과는 각 요소별로 5단계의 정수로 표현되며 통합적 훼손율 산출을 통한 정량적 평가가 가능하여, 기와의 보존처리 및 관리를 위한 기준을 제시하고 있다. As such, it was confirmed that studies on the monitoring of roof tiles in Korea showed similar patterns to those of overseas studies. While studies on the damage mechanism of roof tiles and precision diagnosis technology are being actively conducted at home and abroad, studies on long-term monitoring are lacking. As mentioned above, each study is quite effective when applied to a single cultural property, but there are many limitations when applied to a large number of cultural properties due to the research period and lack of professional manpower. In addition, there are many difficulties in systematically converting the research results into a database because the research methods are slightly different. Weathering of roof tiles is a complex natural phenomenon that occurs when physical, chemical, and biological factors act alone or in combination. Therefore, quantitatively representing the state of roof tiles is an important research theme in rock engineering as well as geology and architecture, and various methods are being developed and tried. However, most techniques for evaluating the strength of roof tiles involve the destruction of samples, so it is often not appropriate as a monitoring method for the preservation of cultural properties. Therefore, the state of the tiles indirectly measures the strength of the tiles by using the ultrasonic speed, and the integrated damage evaluation technology that performs XRF analysis and visual inspection in parallel is mainly used. This technology evaluates the degree of damage to tiles step by step from a physical, chemical, biological and structural point of view by synthesizing scientific analysis of measured data and professional judgment on weathering conditions. The evaluation result is expressed as an integer of 5 steps for each element, and quantitative evaluation is possible through the calculation of the integrated damage rate, providing standards for the preservation, treatment and management of roof tiles.

그러나 이 방법은 기와의 상태에 대해 비교적 정확한 진단이 가능한 반면, 전문적인 기술과 장비, 장기간의 조사시간이 요구되어 효율적 측면에서는 한계가 있다. 특히 기와는 전국에 걸쳐 산재하고 있으며 대형의 건조물 형태가 대부분으로 적절한 환경 구축이 어려운 경우가 대부분이다. 따라서 풍화 요인의 차단을 통한 예방적 보존은 불가능한 경우가 많고, 이 경우 보존처리를 통해 상태를 개선하였다 하더라도 반듯이 추가적인 손상이 발생하므로 상시 모니터링이 가능한 효율적이며 체계적인 관리 방안이 요구된다. 기와의 표면에서 발생한 풍화는 공통적으로 표면의 색상 및 질감의 변화를 유발하며 따라서 색상의 변화를 통해 기와의 풍화 정도를 유추할 수 있을 것으로 보인다. 이러한 변화는 사진촬영을 통한 색상분석을 통해 정량적 해석이 가능할 것이다. 특히 문화재 분야에 있어서 사진 자료는 촬영 및 보관이 용이하고 현재 상태에 대한 가장 신뢰할 수 있는 기록물로서 과거로부터 방대한 데이터를 보유하고 있다. 따라서 변화 양상의 분석 및 이를 바탕으로 한 예측이 가능하므로 보다 효과적인 보존관리가 이루어질 것으로 기대된다. 암석의 색은 내부에 함유된 광물의 구성과 화학조성에 의해 결정되며, 주요 전이원소, 란탄원소의 전자전이 등에 의한 전자파의 흡수에 의해 고유의 색을 나타낸다. 그러나 대표적인 풍화양상인 표면 입자의 탈락과 간극의 확장에 의해 형성된 암석 표면의 요철과 마모, 특정 성분의 용출과 농집, 지의류 및 녹색 식물의 생장 등은 암석의 색을 변화시킨다(Mitsushita, et al., 1998). 특히 토양화학의 분야에서는 토양의 특징을 기술할 때 그 색상이 중요한 지표로 활용되고 있으며 보다 객관적이며 정량적인 기술을 하기 위해 먼셀기호를 이용하고 있다. However, while this method can make a relatively accurate diagnosis of the state of the roof tiles, it has limitations in terms of efficiency because it requires specialized technology, equipment, and long-term investigation time. In particular, roof tiles are scattered all over the country, and in most cases, it is difficult to establish an appropriate environment as most of them are in the form of large buildings. Therefore, preventive preservation through blocking of weathering factors is often impossible, and in this case, even if the condition is improved through conservation treatment, additional damage will occur. Weathering that occurs on the surface of a tile commonly causes a change in the color and texture of the surface, so it is expected that the degree of weathering of the tile can be inferred through the change in color. These changes can be quantitatively interpreted through color analysis through photography. In particular, in the field of cultural properties, photographic materials are easy to take and store, and as the most reliable record of the current state, they have vast amounts of data from the past. Therefore, it is possible to analyze changes and make predictions based on them, so more effective conservation management is expected. The color of a rock is determined by the composition and chemical composition of the minerals contained inside, and exhibits its own color by absorption of electromagnetic waves due to electronic transition of major transition elements and lanthanum elements. However, typical weathering patterns such as irregularities and abrasion on the rock surface formed by the removal of surface particles and expansion of gaps, elution and aggregation of specific components, and the growth of lichens and green plants change the color of rocks (Mitsushita, et al. , 1998). In particular, in the field of soil chemistry, the color is used as an important indicator when describing the characteristics of the soil, and the Munsell symbol is used for more objective and quantitative description.

이외에도 Nakashima et al. (1989)는 색채색차계를 이용하여 암석 및 광물의 색을 측정하고 내부의 산화상태와 화학반응의 진행상태에 따라 색이 계통적으로 변화한다는 것을 입증하였다. 또한 Nagano and Nakashima (1989)는 색채색차계를 이용하여 화강암의 풍화에 따른 색채의 변화를 검토하고 풍화에 따른 수산화철 (FeO(OH))의 생성에 의해 암석의 색이 황갈색으로 계통적으로 변화한다는 것을 입증하였다. 이러한 일련의 연구는 암석 색의 정량적 측정을 통해 풍화에 따른 색상의 변화에 대해 광물학적, 화학적 근거를 제시한 것이다. In addition, Nakashima et al. (1989) measured the color of rocks and minerals using a colorimeter and proved that the color changes systematically according to the internal oxidation state and the progress of the chemical reaction. In addition, Nagano and Nakashima (1989) examined the color change according to the weathering of granite using a colorimeter and found that the color of the rock changes systematically to yellowish brown by the generation of iron hydroxide (FeO(OH)) according to the weathering. proved. This series of studies provided the mineralogical and chemical basis for the color change due to weathering through quantitative measurement of rock color.

우주기술과 이미지센서의 발달로 최근 주목 받고 있는 신기술이 원격탐사이다. 원격탐사란 원거리에 위치한 대상을 빛이나 열 등 전자기파를 이용해 간접적 방법으로 대상에 대한 정보를 알아내는 것을 말한다. 가시광선을 이용할 경우 원거리에서 촬영한 이미지를 이용하여 적조의 발생, 오염물의 이동, 해안선의 변화, 사막화 및 화산활동의 감시 등 다양한 지구 변화의 관측이 가능하다. 특히 사진자료를 이용하므로 비파괴적으로 실시되며 원거리에서 조사가 가능하고 연속적인 변화 관찰에 용이한 점에서 기와 모니터링에 적합한 것으로 보인다. With the development of space technology and image sensors, a new technology that has recently been attracting attention is remote sensing. Remote sensing refers to finding information about an object in an indirect way using electromagnetic waves such as light or heat from a distant object. In case of using visible light, it is possible to observe various changes in the earth, such as occurrence of red tides, movement of pollutants, changes in coastlines, monitoring of desertification and volcanic activity, using images taken from a long distance. In particular, since it uses photographic data, it is non-destructive, can be investigated from a distance, and it is easy to observe continuous changes.

현재의 기와 모니터링 관리는 풍화가 진행된 후 정밀진단 결과를 바탕으로 보존처리 여부를 결정하였으나 이미지 분석은 간편하고 원격 조사가 가능하여 상시 모니터링이 가능한 구조로 개편이 가능하다. 기와의 상시 모니터링을 통해 이상 발생 시에는 신속한 조치가 가능하므로 보다 효과적인 원활한 보존관리가 가능할 것으로 보인다. 따라서 본 발명에서는 기와의 모니터링 기법으로서 원격탐사의 한 분야인 이미지분석을 도입하였으며 대표적인 기와에 적용하여 그 가능성을 확인할 수 있다. The current roof tile monitoring management decided whether to preserve it based on the precise diagnosis results after weathering has progressed. Through constant monitoring of the roof tiles, prompt action can be taken in case of an abnormality, so more effective and smooth conservation management is expected. Therefore, in the present invention, image analysis, which is a field of remote sensing, is introduced as a monitoring technique for roof tiles, and the possibility can be confirmed by applying it to a representative roof tiles.

도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 운용방법의 순서도 이고, 도 8 은 본 발명을 설명하기 위하여 일 실시 예로 촬영된 정상 기와와 비정상 기와의 사진 도시도 이다. 7 is a flowchart of a method of operating a system for detecting damage to a roof tile by a drone according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a photograph showing a normal tile and an abnormal tile taken as an embodiment to explain the present invention.

이하에서 첨부된 모든 도면을 참조하여 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 운용방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to all the accompanying drawings, a method of operating a roof tile damage grade detection system by a drone will be described in detail.

문화재와 드론촬영부와 무선중계부스터부와 기와상태분석서버를 포함하는 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템 운용방법에 있어서, 구분단계에 의한 것으로 기와상태분석서버에 의하여 드론촬영부가 촬영하고 전송된 획득이미지 원천신호를 디지털 이미지 프로세싱하는 명령신호가 입력되는 것으로 판단되면(S100) 가시광선으로 촬영된 신호인지(S110) 또는 초단파로 촬영된 신호인지(S120) 또는 적외선으로 촬영된 신호인지(S130)의 촬영 방식을 분류한다. In the method of operating a system for detecting damage to a roof tile by a drone, which includes a cultural property, a drone photographing unit, a wireless relay booster unit, and a tile state analysis server, it is by a classification step, and the drone photographing unit photographed and transmitted by the tile state analysis server. When it is determined that a command signal for digital image processing of an image source signal is input (S100), whether a signal photographed with visible light (S110), a signal photographed with a microwave (S120), or a signal photographed with infrared light (S130) Classify the shooting method.

색분해 단계에 의한 것으로 구분단계에서 구분된 촬영 방식을 마킹(marking) 또는 구분되도록 분류하고, 촬영된 획득이미지 원천신호를 주변기후 신호에 의하여 해당 표준 이미지 신호로 보정하며(S140) 보정된 해당 표준이미지 신호를 해당 색분해 프로세싱 처리한다(S150). According to the color separation step, the photographing method classified in the classification step is marked or classified to be classified, and the source signal of the captured image is corrected to the corresponding standard image signal by the ambient climate signal (S140), and the corrected standard image The signal is subjected to color separation processing (S150).

가시광선으로 확보된 이미지 신호는 256 개로 색분해하며, 초음파 신호로 확보된 이미지 신호는 8 개로 색분해 하며, 적외선 신호로 확보된 이미지 신호는 8 개로 색분해 할 수 있다. 색분해 숫자는 필요에 의하여 가감할 수 있음은 매우 당연하다. An image signal secured by visible light is color-separated into 256 pieces, an image signal secured by an ultrasound signal is color-separated into 8 pieces, and an image signal secured by an infrared signal can be color-separated into 8 pieces. It is very natural that the color separation number can be added or subtracted as needed.

정밀검출단계는 색분해 단계에서 색분해된 각 이미지 신호로부터 경계선과 외곽선을 각각 추출하고 기와의 표준이미지 신호와 각각 대비하여 손상등급을 각각 추정하고 할당된 영역에 각각 기록하며(S160) 촬영방식 별 산술평균 연산된 임시손상등급과 각 촬영방식을 합산하여 산술평균 연산한 최종손상등급을 각각 검출하고 기록한다(S170). 필요에 의하여 이러한 과정을 반복한다(S180). In the precise detection step, the boundary line and the outline are extracted from each image signal separated by color in the color separation step, respectively, the damage grade is estimated by comparing it with the standard image signal of the roof tile, respectively, and recorded in the allocated area (S160). By summing the calculated temporary damage grade and each imaging method, the final damage grade calculated by the arithmetic average is detected and recorded (S170). This process is repeated if necessary (S180).

첨부된 도 8 에서와 같이 정상 상태의 기와와 비정상 상태의 기와로부터 각각 추출되는 경계선과 외곽선은 매우 다르게 분석된다. As shown in the accompanying FIG. 8 , the boundary lines and outlines extracted from the tiles in the normal state and the tiles in the abnormal state are analyzed very differently.

정상 상태의 기와에서는 윤곽선과 외곽선이 비교적 일정하며 유사하지만, 비정상 상태의 기와에서는 파손, 전단 등이 발생한 부분에서 경계선과 윤곽선이 추가로 발생하게 되므로 윤곽선과 외곽선이 다르고 매우 복잡하게 나타난다. In a tile in a normal state, the outline and outline are relatively constant and similar, but in a tile in an abnormal state, the boundary and outline are additionally generated at the part where damage or shear occurs, so the outline and outline are different and appear very complicated.

기와를 촬영한 해당 이미지 신호를 디지털 이미지 프로세싱 처리하면 윤곽선과 외곽선을 추출할 수 있으며, 윤곽선과 외곽선을 추출하는 디지털 이미지 프로세싱 기술은 프로그램으로 거래되며 잘 알려져 있고 쉽게 선택 사용될 수 있으므로 이하에서 더 이상의 구체적인 설명을 하지 않기로 한다. If the corresponding image signal taken from the roof tiles is subjected to digital image processing, outlines and outlines can be extracted. Digital image processing technology for extracting outlines and outlines is traded as a program, is well-known and can be easily selected and used, so no more specific details will be provided below. I'm not going to explain.

이와 같이 기와를 촬영한 이미지 신호의 디지털 이미지 프로세싱에 의하여 추출된 경계선과 외곽선을 분석하면 기와가 변형, 풍화 또는 파손되었는지 등을 정확하게 판단하고, 해당 손상등급을 자동 또는 수동으로 부여할 수 있다. By analyzing the boundaries and outlines extracted by digital image processing of the image signals photographed in this way, it is possible to accurately determine whether the roof tiles are deformed, weathered or damaged, and to assign the corresponding damage grades automatically or manually.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims.

900 : 드론에 의한 기와 상태 검출 시스템
1000 : 문화재 1100 : 지피에스인공위성
1200 : 비콘부 2000 : 드론촬영부
2100 : 운항부 2200 : 드론운항제어부
2300 : 가시광선촬영부 2400 : 초단파촬영부
2500 : 적외선촬영부 2610 : 주변기후센서부
2620 : 패킷암복호부 2700 : 와이파이무선부
2800 : FM무선부 2900 : 블루투스무선부
3000 : 무선중계부스터부 4000 : 기와상태분석서버
5000 : 획득이미지패킷프레임
900: tile state detection system by drone
1000: Cultural property 1100: GPS satellite
1200: beacon unit 2000: drone photography unit
2100: operation unit 2200: drone operation control unit
2300: visible light imaging unit 2400: microwave imaging unit
2500: infrared imaging unit 2610: ambient climate sensor unit
2620: packet encryption/decryption unit 2700: Wi-Fi wireless unit
2800: FM wireless part 2900: Bluetooth wireless part
3000: wireless relay booster unit 4000: tile state analysis server
5000: acquired image packet frame

Claims (3)

삭제delete 문화재(1000) 지붕의 특정 부위를 지피에스 좌표정보와 비콘 위치정보에 의하여 지정된 위치에서 가시광선과 초단파 신호와 적외선 신호로 각각 동시에 촬영한 획득이미지 원천신호를 프레임 단위에 각각 기록하여 획득이미지 패킷프레임 신호로 암호화하고 구비된 다수 통신방식의 각 채널로 각각 동시에 전송하는 드론촬영부(2000);
상기 드론촬영부(2000)에 와이파이 무선통신 방식과 FM 무선통신 방식과 블루투스 무선통신 방식의 다수 통신방식에 의한 각 채널로 근거리에서 동시에 무선접속하고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 각각 수신하며 동시에 모두 전달하는 무선중계부스터부(3000);
상기 무선중계부스터부(3000)와 유선접속하고 다수 통신방식의 각 채널을 경유한 획득이미지 패킷프레임 신호를 전달받아 전송오류가 없는 어느 하나의 획득이미지 패킷프레임 신호를 선택하고 복호화하며 가시광선과 초단파와 적외선으로 각각 촬영된 획득이미지 원천신호를 각각 분리하고 각각을 이미지프로세싱 분석하여 기와의 손상등급을 각각 추정하며 각각 추정된 손상등급을 산술평균 연산처리하여 최종손상등급을 검출하는 기와상태분석서버(4000); 를 포함하는 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템에 있어서,
상기 드론촬영부(2000)는
해당 제어신호에 의하여 지정된 위치에서 비행하는 운항부(2100);
상기 운항부(2100)에 접속하고 입력된 지피에스 좌표정보와 수신된 비콘 위치정보 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 분석하여 지정된 위치에서 비행하도록 제어신호를 출력하며 구성된 각 기능부에 해당 제어신호를 각각 출력하는 드론운항제어부(2200);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 가시광선으로 촬영하는 가시광선촬영부(2300);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 초단파 신호로 촬영하는 초단파촬영부(2400);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 문화재(1000)의 지붕 특정 부위에 위치하는 기와의 이미지 신호를 적외선 신호로 촬영하는 적외선촬영부(2500);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 주변 기후에 의한 온도, 습도, 풍향, 풍속, 광량, 시간이 포함되는 주변기후 신호를 각각 검출하는 주변기후센서부(2610);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 상기 가시광선촬영부(2300)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 상기 초단파촬영부(2400)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 상기 적외선촬영부(2500)가 촬영한 획득이미지 원천신호와 주변기후센서부(2610)가 검출한 주변기후 신호를 소정 규격의 획득이미지 패킷프레임 신호로 암호화하거나 복호화하는 패킷암복호부(2620);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 와이파이 무선통신 방식으로 전송하는 와이파이무선부(2700);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 FM 무선통신 방식으로 전송하는 FM무선부(2800);
상기 드론운항제어부(2200)의 해당 제어신호에 의하여 활성화 운용되고 암호화된 획득이미지 패킷프레임 신호를 블루투스 무선통신 방식으로 전송하는 블루투스무선부(2900); 를 포함하는 드론에 의한 기와 손상등급 검출 시스템.
The source signal of the acquired image taken at the same time as visible light, microwave signal, and infrared signal at a location designated by GPS coordinate information and beacon location information on a specific part of the roof of the cultural property 1000 is recorded in frame units, respectively, as an acquired image packet frame signal A drone photographing unit 2000 that encrypts and transmits each channel of a plurality of communication methods at the same time;
To the drone photographing unit 2000, wirelessly access each channel by multiple communication methods of the Wi-Fi wireless communication method, the FM wireless communication method, and the Bluetooth wireless communication method at the same time, and receive the encrypted acquired image packet frame signal, respectively, and all at the same time a wireless relay booster unit 3000 to transmit;
Wired connection with the wireless relay booster unit 3000, receives the acquired image packet frame signal through each channel of multiple communication methods, selects and decodes any one acquired image packet frame signal without a transmission error, and transmits visible light and microwave A tile state analysis server (4000) that separates the source signals of each acquired image taken with infrared rays, analyzes each image processing to estimate the damage grade of the tile, and calculates the arithmetic average of each estimated damage grade to detect the final damage grade ); In the tile damage rating detection system by a drone comprising a,
The drone photographing unit 2000 is
a navigation unit 2100 that flies at a location designated by the corresponding control signal;
It accesses the navigation unit 2100, analyzes any one or any one or more of the input GPS coordinate information and the received beacon location information, outputs a control signal to fly at a designated location, and sends the corresponding control signal to each of the configured functional units. Drone operation control unit 2200 to output;
a visible ray photographing unit 2300 for photographing an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 with visible light according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200;
a microwave imaging unit 2400 for photographing an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 as a microwave signal according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200;
an infrared photographing unit 2500 for photographing an image signal of a tile located on a specific portion of the roof of the cultural property 1000 as an infrared signal according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200;
Ambient climate sensor unit 2610 for detecting ambient climate signals including temperature, humidity, wind direction, wind speed, light quantity, and time by the surrounding climate according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200, respectively;
The source signal of the acquired image photographed by the visible ray photographing unit 2300 according to the corresponding control signal of the drone operation control unit 2200, the source signal of the acquired image photographed by the microwave photographing unit 2400, and the infrared photographing unit 2500 a packet encryption/decryption unit 2620 for encrypting or decrypting the acquired image source signal captured by ) and the ambient climate signal detected by the surrounding climate sensor unit 2610 into an acquired image packet frame signal of a predetermined standard;
a Wi-Fi wireless unit 2700 that is activated and operated according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits an encrypted acquired image packet frame signal in a Wi-Fi wireless communication method;
an FM radio unit 2800 that is activated and operated according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits an encrypted acquired image packet frame signal in an FM radio communication method;
a Bluetooth wireless unit 2900 that is activated and operated according to a corresponding control signal of the drone operation control unit 2200 and transmits an encrypted acquired image packet frame signal in a Bluetooth wireless communication method; A tile damage rating detection system by a drone comprising a.
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KR1020200104464A 2020-08-20 2020-08-20 System of detecting crash status level on roofing tile with DRONE and operating method thereof KR102332717B1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101984778B1 (en) * 2018-10-11 2019-05-31 (주)와이즈콘 Method for multiple image cooperation on diagnosis exterior wall of structure and apparatus for performing the method

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