KR102487904B1 - 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 훼손표토 영상의 RGB 값을 정상표토 영상의 RGB 값과 비교하여 훼손 표토를 자동 탐지하고 복원 지원하기 위한 시스템에 관한 것으로,
대상 표토의 영상의 RGB 값을 획득하기 위한 카메라와; 상기 카메라로부터 수신된 표토 영상의 RGB 값들을 변환,관리 프로그램에 의해 전처리, 속성관리, 포맷변환 및 지오코딩하기 위한 서버와; 상기 서버에서 변환 및 분류된 정보들을 저장하기 위한 데이터베이스들과; 상기 서버에서 지오코딩된 정보들을 Web-GIS 기반으로 표시하기 위한 모니터로 구성된 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에 있어서,
상기 서버는 카메라의 위치 추적기능을 사용하여 촬영 위치를 확인하기 위한 위치 확인수단과; 촬영된 표토영상을 셀 분해하여 RGB 값을 분석하기 위한 셀 형성 및 RGB 분석수단과; 대상 표토영상의 RGB 값과 정상 표토영상의 RGB 값을 비교하여 표토의 훼손여부를 판단하기 위한 훼손표토 검출부를 포함하며,
정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정과, 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
대상 표토의 영상의 RGB 값을 획득하기 위한 카메라와; 상기 카메라로부터 수신된 표토 영상의 RGB 값들을 변환,관리 프로그램에 의해 전처리, 속성관리, 포맷변환 및 지오코딩하기 위한 서버와; 상기 서버에서 변환 및 분류된 정보들을 저장하기 위한 데이터베이스들과; 상기 서버에서 지오코딩된 정보들을 Web-GIS 기반으로 표시하기 위한 모니터로 구성된 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에 있어서,
상기 서버는 카메라의 위치 추적기능을 사용하여 촬영 위치를 확인하기 위한 위치 확인수단과; 촬영된 표토영상을 셀 분해하여 RGB 값을 분석하기 위한 셀 형성 및 RGB 분석수단과; 대상 표토영상의 RGB 값과 정상 표토영상의 RGB 값을 비교하여 표토의 훼손여부를 판단하기 위한 훼손표토 검출부를 포함하며,
정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정과, 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 훼손표토 영상의 RGB 값을 정상표토 영상의 RGB 값과 비교하여 훼손 표토를 자동 탐지하고 복원 지원하기 위한 시스템에 관한 것으로,
표토 영상들을 1,2 단계에 걸쳐 다수의 셀로 분해하고, 1단계 분해된 셀은 일정방향으로 그룹핑해줌으로써, 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행할 수 있게되는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에 관한 것이다.
또한, 표토의 훼손을 객관회된 지표들에 따라 토양기능 및 용도별 평가하되, 표토 훼손의 시간에 따른 추이를 Web-GIS에 의해 제공함으로써 신속, 정확하게 대처할 수 있도록 하고, 일지역에 국한된 것이 아니라 전국적인 자료에 근거하여 시간, 지역에 따른 추이를 용이하게 파악하고 복원 지원할 수 있게함으로써, 표토의 훼손을 효과적으로 방지 및 대처할 수 있도록 한다.
일반적으로, 표토(表土)라 함은 토양층의 단면 중 유기물이 상당히 많고 대개 검은빛을 띠는 상층토(지표면에서 5~30cm 깊이 구간)를 말한다.
이러한 표토는 땅에 존재하는 많은 물질, 돌과 식물, 벌레의 사체 등이 오랜 세월 풍화되면 제일 먼저 표토가 되어, 식물의 성장에 필요한 영양분이 다량 함유하고 있으며, 유기물질과 미생물의 농도도 높아 거의 모든 토양 내 생물학적 활동은 표토에서 이루어지게 되며, 식물의 뿌리가 내리는 주요 부위인 만큼 식물이 자랄 수 있는 자양분을 다량 가지고 있고 식물 생육에 필요한 수분의 대부분을 공급하고 있다.
이와 같이 표토는 표층의 물을 흡수하여 지층으로 이동시키는 역할을 하는데, 이러한 표토의 투수능력은 토양의 상태에 결정적인 영향을 준다. 원래 토양에는 크고 작은 무수한 공간(틈)이 있고, 그것은 크게 모세관 공간과 비모세관 공간으로 대별되는데 양호한 투수성은 주로 후자에 의하여 결정된다.
즉, 물의 이동은 토양구조나 생물이 만든 구멍에 의해서 생긴 비모세관 공간량과 그 형상에 의해서 좌우된다. 만약 빗방울의 타격작용에 의해 토양공간이 폐쇄되면 표토의 투수성은 극히 불량해지고 토양 내의 유거 수량이 많아지겠지만, 표토가 작물의 생육에 의하여 팽창되거나 또는 경기에 의해 표층부의 토양과 심층부의 토양을 반전시키면 투수성이 양호해진다. 따라서 작물을 경작해야 하는 층으로서의 표토는 조작과 관리의 중요대상이 된다.
이처럼 표토는 생물들이 살아갈 생활터전을 제공할 뿐만 아니라 내부에서 물을 순환시키고 탄소를 저장하는 기능도 있으며, 토양의 오염물질을 정화하고 이상기후를 조절하는 등, 생물학적으로도 환경적으로도 중요한 표토 는 이미 세계적으로 중요한 자원으로 인식되고 있으며, 대한민국에서는 2010년 자국의 표토가 지닌 가치를 26.4 조원으로 산정(환경부)하였다.
이와 같이 표토는 높은 가치를 지니고 있는 자원이지만 아쉽게도 특별한 노력이 없으면 금방 유실되는 자원이기도 하다. 예로, 표토 1cm가 생성되기 위해서는 무려 200년 넘는 시간이 필요하나, 1 ~ 2년이면 금방 유실된다. 특히 대한민국의 경우는 국토의 약 63.7%가 산림으로 이루어진 만큼 표토가 더욱 중요한 나라이다.
상기와 같이 표토가 쉽게 유실되는 원인으로는 매년 여름철 집중강우나 기후변화로 인한 게릴라성 폭우를 들 수 있는데, 표토 유실은 표토 침식으로 이어진다. 대한민국의 연평균 표토유실량은 32톤/ha로, 경제협력개발기구 (OECD)의 연간 토양침식 허용값인 11톤/ha에 비해 약 3배나 많은 수치이다.
표토 침식은 땅의 영양분으로 성패가 결정되는 농업에 치명적인 악영향을 미치는데, 토지의 기본적인 힘이 떨어 지는 현상이기 때문에 홍수 피해가 더욱 커지게 되고, 토질은 물론이고 수질까지 떨어뜨리게 된다.
토양은 식물성장의 기반이며 표토는 풍부한 유기물과 미생물을 바탕으로 식물에 물과 양분을 공급하여 생태계를 유지시키는 근간이며, 물질과 수자원 순환 및 탄소저장에 있어 중심적인 역할을 담당하는데, 표토는 유실되기까지 1-2년이 걸리는 반면 비옥한 표토는 1cm 생성에 약 200년 이상 소요되므로 표토를 귀중한 유한 자원으로 인식하고 체계적인 보전대책 수립이 필요하다.
전국표토침식량 예비조사(2012)에 따르면 국토의 30%이상에서 연평균 ha당 33톤을 초과하는 유실이 진행되고 있으며, 이는 OECD 토양 침식등급 중 최고 등급 매우 심함(severe)에 해당하며, 인위적 침식량 평가 결과 표토를 직접적으로 개발하는 면적의 연간 개발 사업지 표토의 10%가 유실되고 있는 것으로 추정된다.
따라서 표토의 보전을 위해서 표토훼손을 저감하기 위한 노력과 함께 훼손된 표토를 복원하여 원래의 기능을 복원되도록 하는 기술개발과 더불어 프로그램 모듈화가 필요하고 훼손된 표토의 복원을 위해서는 훼손지역에 대한 현장조사와 평가를 위한 데이터 구축과, 주기적이고 적절한 모니터링과 훼손표토 복원을 위한 사후관리 대책으로서 맞춤형 기술에 대한 모듈화가 필요한 실정이다.
표토훼손 지역은 전국적으로 분포되어 있으며, 훼손표토의 사후관리를 위해 모니터링, 평가 복원기술의 적용과정에서 물리적, 환경적, 생태학적 데이터와 같은 속성데이터와 토양통, 토지이용 등의 공간데이터 등이 사용되고 이를 분석하는 과정은 매우 복잡하다. 따라서 훼손된 표토를 복원하는 과정에 필요한 데이터 수집과 데이터베이스 구축, 데이터 자동연계를 통한 분석툴 자동화 및 분석결과를 시각화하고 웹을 통하여 공유하는 시스템이 반드시 필요하고, 4차 산업혁명 시대에 정보통신기술을 융합한 표토환경 관리를 위해서는 자료를 디지털화, 표준화 및 공유하는 과정이 반드시 필요한 실정이다.
본 발명은 표토의 훼손여부를 영상에 의해 분석하되, 대상 표토영상 셀들의 RGB값이 정상표토의 RGB값 범위로부터 이탈한 정도에 따라 표토의 훼손여부를 판단할 수 있게됨에 따라, 표토의 훼손여부를 용이하게 판별할 수 있도록 함에 첫번째 목적이 있다.
또한, 표토 영상들을 1,2 단계에 걸쳐 다수의 셀로 분해하고, 1단계 분해된 셀은 일정방향으로 그룹핑해줌으로써, 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행할 수 있도록 함에 두번째 목적이 있다.
한편, 객관회된 지표들에 따라 토양기능 및 용도별 평가하되, 표토 훼손의 시간에 따른 추이를 Web-GIS에 의해 제공함으로써 신속, 정확하게 대처할 수 있도록 하고, 일지역에 국한된 것이 아니라 전국적인 자료에 근거하여 시간, 지역에 따른 추이를 용이하게 파악하고 복원 지원할 수 있게함으로써, 표토의 훼손을 효과적으로 방지 및 대처함에 세번째 목적이 있는것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서는;
대상 표토의 영상의 RGB 값을 획득하기 위한 카메라와; 상기 카메라로부터 수신된 표토 영상의 RGB 값들을 변환,관리 프로그램에 의해 전처리, 속성관리, 포맷변환 및 지오코딩하기 위한 서버와; 상기 서버에서 변환 및 분류된 정보들을 저장하기 위한 데이터베이스들과; 상기 서버에서 지오코딩된 정보들을 Web-GIS 기반으로 표시하기 위한 모니터로 구성된 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에 있어서,
상기 서버는 카메라의 위치 추적기능을 사용하여 촬영 위치를 확인하기 위한 위치 확인수단과; 촬영된 표토영상을 셀 분해하여 RGB 값을 분석하기 위한 셀 형성 및 RGB 분석수단과; 대상 표토영상의 RGB 값과 정상 표토영상의 RGB 값을 비교하여 표토의 훼손여부를 판단하기 위한 훼손표토 검출부를 포함하며,
정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정과, 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정으로 진행된다.
상기 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정에서는, 정상표토의 카메라 영상을 1, 2단계에 걸쳐 셀분해하는 정상표토영상의 셀분해과정과; 2단계 셀의 RGB 값을 분석하여 최다수 RGB 값을 각 1단계 셀의 RGB 값으로 선정하는 1단계 셀의 RGB값 선정과정과; 1단계 셀에서 정상표토의 RGB 값 범위를 설정하고 데이터 저장하는 정상표토 RGB값 범위 선정과정으로 이루어진다.
상기 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정에서는, 훼손표토의 카메라 영상을 1,2 단계에 걸쳐 셀분해하는 훼손표토 영상의 셀 분해과정과; 2단계 셀의 RGB 값을 분석하여 최다수 RGB 값을 각 1단계 셀의 RGB 값으로 선정하는 1 단계 셀의 RGB값 선정과정과; 정상표토의 RGB값과 비교하여 범위를 벗어난 곳을 훼손부위로 표시하는 훼손부위 검출과정과; 영상의 위치정보를 지도 위에 매칭하고 데이터를 저장하는 훼손표토 매핑과정과; 훼손부위가 1단계 셀의 어느 그룹에 해당하는지 확인하는 훼손방향 확인과정과; 훼손부위의 해당그룹에 따라 카메라 촬영범위를 확장하는 인근촬영과정으로 이루어진다.
상기 상기 정상표토 영상의 셀 분해과정은, 먼저 영상에서 목표지점을 중심으로 한 원형으로 분리한 다음, 다수의 다각형 셀이 원형 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 1 단계 셀 분해과정과; 1단계 분해된 각 셀에 대해, 다수의 다각형 셀이 그 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 2단계 셀 분해과정으로 이루어진다.
상기 1 단계 셀 분해과정에서 형성된 다각형 셀의 수와 2단계 셀 분해과정에서 형성된 다각형 셀의 수는 동일해야한다.
상기 정상표토 RGB값 범위 선정과정에서는 2단계 셀의 RGB값을 분석하여 최다수 RGB값을 각 1단계 셀의 RGB값으로 선정하되, 최다수 RGB 값 선정 시 버퍼를 주어 오차범위 내 값은 동일 RGB 값으로 판단할 수 있다.
상기 1단계 셀의 RGB값 선정과정에서는 2단계 셀의 RGB값을 분석하여 최다수 RGB값을 각 1단계 셀의 RGB값으로 선정하되, 최다수 RGB 값 선정 시 버퍼를 주어 오차범위 내 값은 동일 RGB 값으로 판단할 수 있다.
상기 정상표토 RGB값 범위 선정과정에서는 1단계 셀들의 평균치에서 상하 일정범위 내로 버퍼를 주거나, 1단계 셀의 최저치에서 최고치까지 범위에 의해 선정한다.
상기 훼손표토영상의 셀 분해과정은, 영상에서 목표지점을 중심으로 한 원형으로 분리한 다음, 다수의 다각형 셀이 원형 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 1단계 셀 분해과정과; 1단계 분해된 각 셀에 대해, 다수의 다각형 셀이 그 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 2단계 셀 분해과정으로 이루어진다.
상기 훼손표토영상의 셀 분해과정에서, 1단계 셀을 분해할 때 상하좌우에 연속적으로 배치된 다각셀들을 일정방향에 따라 다수 분할하여 그룹핑하는 과정을 포함한다.
상기 훼손부위 검출과정에서는 각 1단계 셀의 RGB값을 정상 표토의 RGB값과 비교하여 훼손부위(정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위)가 전체에서 일정치를 초과한 경우에는 훼손표토로 선정하고, 각 1단계 셀에서 훼손부위를 표시한다.
상기 각 1단계 셀에서 훼손부위(정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위)에 대하여 타 부위와 구분되도록 색상을 달리 표시하거나, 정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 정도에 따라 색상을 달리 표시할 수 있다.
상기 훼손표토 매핑 과정에서는, 표토영상의 위치정보를 지도 위에 매칭하여 표시함으로써, 해당 지역에서의 훼손부위가 각 1단계 셀의 단위로 표시된다.
상기 훼손방향 확인과정은, 1단계 셀들이 일정 방향에 따라 다수 분할된 그룹들 중에서 훼손부위가 어느 그룹에 해당하는지 확인할 수 있다.
상기 인근 촬영과정에서는, 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행한다.
상기 서버에는, 토양관련정보, 산림토양정보, 기상정보, 지질정보 및 지도정보들을 제공하기위한 외부정보 제공기관과; 상기 외부정보 제공기관에서의 외부 정보들을 수집 및 유효성 체크하고 시스템 연계하기 위한 연계서버가 더 연결되어,
외부정보 제공기관에서 토양환경정보, 산림토양정보, 기상정보, 지리정보, 지도정보를 연계서버로 제공받는 과정과,
연계서버에서 수집된 정보들이 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 환경적 평가지표로 분류되는 과정과,
연계서버에 수집된 정보들이 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 분류되는 과정과,
상기 표토의 기능 및 환경적 평가지표에 따라 분류된 정보들과, 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 각각 데이터베이스에 저장되는 과정과,
훼손지역의 센서들로부터 환경적 평가요소값이 서버에 입력되면 훼손표토의 용도 및 기능별로 분류되는 과정과,
상기 분류되어진 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고, 해당 평가요소에 대한 센서측정값에 의해 평가요소간 중요도를 책정하여 훼손정도 수치화하는 과정과,
상기 데이터베이스로부터 훼손표토의 용도 및 기능과 수치회된 훼손정도에 따라 복원 최적회 정보를 제공하는 과정과,
복원후 훼손표토에 대한 기능별 평가요소값의 추이를 Web-GIS 기반으로 제공하는 과정으로 진행된다.
외부정보 제공기관으로부터 연계서버로 제공된 토양환경정보, 산림토양정보, 기상정보, 지리정보, 지도정보들은, 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 환경적 평가지표에 따라 분류되어 데이터베이스에 저장되는데, 각 정보들은 지도와 매칭되어 데이터베이스에 제공되므로, 모니터를 통해 Web-GIS 기반으로 제공될 수 있도록 제공된다.
본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서는,
표토의 훼손여부를 영상에 의해 분석하되, 대상 표토영상 셀들의 RGB값이 정상표토의 RGB값 범위로부터 이탈한 정도에 따라 표토의 훼손여부를 판단할 수 있게됨에 따라, 표토의 훼손여부를 용이하게 판별할 수 있도록 한다.
또한, 표토 영상들을 1,2 단계에 걸쳐 다수의 셀로 분해하고, 1단계 분해된 셀은 일정방향으로 그룹핑해줌으로써, 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행할 수 있도록 한다.
한편, 객관회된 지표들에 따라 토양기능 및 용도별 평가하되, 표토 훼손의 시간에 따른 추이를 Web-GIS에 의해 제공함으로써 신속, 정확하게 대처할 수 있도록 하고, 일지역에 국한된 것이 아니라 전국적인 자료에 근거하여 시간, 지역에 따른 추이를 용이하게 파악하고 복원 지원할 수 있게함으로써, 표토의 훼손을 효과적으로 방지 및 대처하는 효과도 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 전국을 대상으로 표토정보가 수집되고, 각종 변환 및 관리프로그램에 의해 표토의 기능 및 환경적 평가지표로 분류되어 데이터베이스 저장되므로, 전국을 대상으로 한 표토훼손 관리가 가능케되고, 표토훼손지역의 복원을 위한 전 과정을 시스템화하고 시각화함으로써 사후관리를 용이토록 하는 효과도 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 서버 내 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서 수행되는 절차를 단계적으로 나타낸 흐름도이고,
도 4는 본 발명에서 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정을 나타낸 흐름도이고,
도 5는 본 발명에서 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정을 나타낸 흐름도이고,
도 6은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서 외부정보제공기관으로부터 토양환경정보, 산림토양정보 등이 제공되어 표토 정보의 데이터베이스가 구축되는 과정을 나타낸 블럭도이고,
도 7은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템의 일 실시예를 나타낸 블럭도이고,
도 8은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고 평가요소 간 중요도를 책정하여 훼손정도를 수치화한 다음, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 복원 최적화정보를 제공하는 과정을 나타낸 블럭도이고,
도 9는 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 제공되는 복원 최적화 관리기법의 예시도이고,
도 10은 본 발명에서 표토영상이 셀 분해된 상태를 나타낸 예시도이고,
도 11은 본 발명에서 1 단계 분해된 셀 중의 한개가 2 단계 분해된 상태를 나타낸 예시도이고,
도 12는 본 발명에서 1 단계 분해된 셀에 2 단계 셀의 대표 RGB 값이 선정된 상태를 나타낸 예시도이고,
도 13은 본 발명에서 표토영상이 1단계 분해된 셀에서 그룹핑된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 서버 내 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서 수행되는 절차를 단계적으로 나타낸 흐름도이고,
도 4는 본 발명에서 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정을 나타낸 흐름도이고,
도 5는 본 발명에서 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정을 나타낸 흐름도이고,
도 6은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서 외부정보제공기관으로부터 토양환경정보, 산림토양정보 등이 제공되어 표토 정보의 데이터베이스가 구축되는 과정을 나타낸 블럭도이고,
도 7은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템의 일 실시예를 나타낸 블럭도이고,
도 8은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고 평가요소 간 중요도를 책정하여 훼손정도를 수치화한 다음, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 복원 최적화정보를 제공하는 과정을 나타낸 블럭도이고,
도 9는 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 제공되는 복원 최적화 관리기법의 예시도이고,
도 10은 본 발명에서 표토영상이 셀 분해된 상태를 나타낸 예시도이고,
도 11은 본 발명에서 1 단계 분해된 셀 중의 한개가 2 단계 분해된 상태를 나타낸 예시도이고,
도 12는 본 발명에서 1 단계 분해된 셀에 2 단계 셀의 대표 RGB 값이 선정된 상태를 나타낸 예시도이고,
도 13은 본 발명에서 표토영상이 1단계 분해된 셀에서 그룹핑된 상태를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 명세서에서, 본 실시형태는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명의 범주는 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시형태를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 훼손표토 영상의 RGB 값을 정상표토 영상의 RGB 값과 비교하여 훼손 표토를 자동 탐지하고 복원 지원하기 위한 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 서버 내 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서 수행되는 절차를 단계적으로 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명에서 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 본 발명에서 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서 외부정보제공기관으로부터 토양환경정보, 산림토양정보 등이 제공되어 표토 정보의 데이터베이스가 구축되는 과정을 나타낸 블럭도이고, 도 7은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템의 일 실시예를 나타낸 블럭도이고, 도 8은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고 평가요소 간 중요도를 책정하여 훼손정도를 수치화한 다음, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 복원 최적화정보를 제공하는 과정을 나타낸 블럭도이고, 도 9는 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 제공되는 복원 최적화 관리기법의 예시도이고, 도 10은 본 발명에서 표토영상이 셀 분해된 상태를 나타낸 예시도이고, 도 11은 본 발명에서 1 단계 분해된 셀 중의 한개가 2 단계 분해된 상태를 나타낸 예시도이고, 도 12는 본 발명에서 1 단계 분해된 셀에 2 단계 셀의 대표 RGB 값이 선정된 상태를 나타낸 예시도이고, 도 13은 본 발명에서 표토영상이 1단계 분해된 셀에서 그룹핑된 상태를 나타낸 예시도이다.
본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템은 기본적으로 도 1과 같이 구성되는데,
토양관련정보, 산림토양정보, 기상정보, 지질정보 및 지도정보들을 제공하기위한 외부정보 제공기관과; 상기 외부정보 제공기관에서의 외부 정보들을 수집 및 유효성 체크하고 시스템 연계하기 위한 연계서버와; 대상 표토의 영상의 RGB 값을 획득하기 위한 카메라와; 상기 연계서버로부터 제공된 외부정보들과 상기 카메라로부터 수신된 표토 영상의 RGB 값들을 변환,관리 프로그램에 의해 전처리, 속성관리, 포맷변환 및 지오코딩하기 위한 서버와; 상기 서버에서 변환 및 분류된 정보들을 저장하기 위한 데이터베이스들과; 상기 서버에서 지오코딩된 정보들을 Web-GIS 기반으로 표시하기 위한 모니터로 구성된다.
도 6,7에서와 같이 상기 외부정보 제공기관에서는 전국토지에 대한 다양한 정보를 제공하는데,
농촌진흥청 국립농업과학원에서는 토양환경정보시스템(흙토람)을 구축하여 토양관련 공간자료와 표토 질(Quality)과 관련된 화학적, 물리적, 토양미생물에 관한 자료를 제공하고 있으며, 토양환경정보시스템에서는 농경지 표토에 대하여 1999년부터 4년 주기로 샘플지점을 선별하여 조사하고 있으나 조사의 기준이 작물의 생산적 측면에서 중금속오염도에 집중하고 있으며, 표토의 생태적 관점과 가치 평가에 대해서는 일부 미생물상에 대해서만 조사되는 경향이 있다.
환경산업기술원에서는 우리나라 표토의 효율적 평가, 관리, 보전을 위하여 표토 질의 복합적 평가 기법을 개발하고 Web GIS 표토 질 관리 시스템으로 구축하였는데, 이 시스템에서는 전국 표토의 복합적 질 평가를 위하여 흙토람, 지질도, 유실량 데이터베이스를 구축하고 표토유실량 토지이용별 등급화, 표토유실분석, 표토 질 평가를 위한 정량적 기법을 개발하여 제공하고있다. 이를 통하여 지역별 상황에 적합한 표토 질 및 유실방지 최적관리기법과 침식현황 모니터링 기법을 제공받을 수 있다.
환경산업기술원의 Web GIS 표토 질 및 관리시스템에서는, 표토기능에 따른 지표에 대한 정보를 제공하는데, 표토기능으로는 식물 바이오메스 생산 기능, 토양 유실/보존기능, 지하수 함양 기능, 자연식생 서식지 기능, 탄소 저장기능, 및 중금속 흡착기능으로 분류되고, 식물 바이오메스 생산 기능에 대해서는 Ph, CEC, OM, p205의 지표로 분류되고, 토양 유실/보존기능에 대해서는 R, K, LS, C, P factor, land use의 지표로 분류되고, 지하수 함양 기능에 대해서는 Landuse, Hydrologic soil gropus(HSG), Hydrologic response unit(HRU), Daily Rainfall data, Curve number(CN)의 지표로 분류되고, 자연식생 서식지 기능에 대해서는 국토환경성평가지도, 생태환경지도로 분류되고, 탄소 저장기능에 대해서는 토양밀도, 토성, 유기물함량, 토지이용도의 지표로 분류되고, 중금속 흡착기능에 대해서는 pH, 유기물 함량, 점토 함량의 지표로 분류되어 데이터베이스에 저장된다.
또한, 농촌진흥청 흙토람에서 제공하는 토양통자료 및 토양도와, 한국 지질자원 연구원에서 제공하는 지질도와, 표토 유실량 DB로도 표토기능이 분류되는데, 토양통자료 및 토양도에 대해서는 토양통(하천 범람지, 하해 범람지, 저수지, 암석지, 광석지, 용암지를 제외한 313개 항목)과 토양도의 지표로 분류되고, 지질도에 대해서는 지질부호(260개)와 수치 지리도의 지표로 분류되고, 표토 유실량 DB에 대해서는 수치지질도(국립지리원), DEM(10m×10m), 토지피복도, 토지이용현황도(환경부)의 지표로 분류되어 데이터베이스에 저장된다.
한편, 외부정보 제공기관에서는 상기한 토양환경 정보 외에도, 임상도, 산림입지 토양도, 산사태 위험지도, 산림기능 구분도와 같은 산림 토양정보가 제공되고, 그 외에도 기싱정보, 질정보, 지도정도가 제공되므로,
이와 같이 외부정보 제공기관으로부터 연계서버로 제공된 토양환경정보, 산림토양정보, 기상정보, 지리정보, 지도정보들은, 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 환경적 평가지표에 따라 분류되어 데이터베이스에 저장되는데, 각 정보들은 지도와 매칭되어 데이터베이스에 제공되므로, 모니터를 통해 Web-GIS 기반으로 제공될 수 있도록 제공된다.
또한, 외부정보 제공기관으로부터 제공된 정보에서는, 전국 표토의 복합적 질 평가를 위하여 흙토람, 지질도, 유실량 데이터베이스를 구축하고 표토유실량 토지이용별 등급화, 표토유실분석, 표토 질 평가를 위한 정량적 기법을 함께 제공하므로, 이를 통해 지역별 상황에 적합한 표토 질 및 유실방지 최적관리기법, 즉 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 분류되어 각각 데이터베이스에 저장되어진다.
한편, 대상 지역에는 카메라가 구비되어 표토영상을 촬영하고, 쵤영된 표토영상으로부터 셀분해되어 획득되어진 RGB값은 정상표토의 RGB값과 비교하여 표도의 훼손여부를 판단하게된다.
상기 카메라는 영상을 화소단위로 저장할 수 있는 디지탈 기능을 가진 것이면 충분하므로, 휴대폰을 사용할 수도 있을 것이다.
휴대폰 카메라를 사용할 경우 내장된 GPS 및 자이로 센서와, 가속도 센서 등을 사용하여 위치 추적이 가능하므로, 표토영상은 주소 정보와 함께 서버에 전달되고 저장될 수 있을 것이며, 지도 위에 매칭되어 모니터상에 표시될 수 있을 것이다.
이때 서버는 도 2에서와 같이, 카메라의 위치 추적기능을 사용하여 촬영 위치를 확인하기 위한 위치 확인수단과; 촬영된 표토영상을 셀 분해하여 RGB 값을 분석하기 위한 셀 형성 및 RGB 분석수단과; 대상 표토영상의 RGB 값과 정상 표토영상의 RGB 값을 비교하여 표토의 훼손여부를 판단하기 위한 훼손표토 검출부를 포함한다.
본 발명은 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정과, 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정으로 이루어지는데,
먼저 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 정상표토의 카메라 영상을 1, 2단계에 걸쳐 셀분해하는 정상표토영상의 셀분해과정과; 2단계 셀의 RGB 값을 분석하여 최다수 RGB 값을 각 1단계 셀의 RGB 값으로 선정하는 1단계 셀의 RGB값 선정과정과; 1단계 셀에서 정상표토의 RGB 값 범위를 설정하고 데이터 저장하는 정상표토 RGB값 범위 선정과정으로 이루어진다.
또한, 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 훼손표토의 카메라 영상을 1,2 단계에 걸쳐 셀분해하는 훼손표토 영상의 셀 분해과정과; 2단계 셀의 RGB 값을 분석하여 최다수 RGB 값을 각 1단계 셀의 RGB 값으로 선정하는 1 단계 셀의 RGB값 선정과정과; 정상표토의 RGB값과 비교하여 범위를 벗어난 곳을 훼손부위로 표시하는 훼손부위 검출과정과; 영상의 위치정보를 지도 위에 매칭하고 데이터를 저장하는 훼손표토 매핑과정과; 훼손부위가 1단계 셀의 어느 그룹에 해당하는지 확인하는 훼손방향 확인과정과; 훼손부위의 해당그룹에 따라 카메라 촬영범위를 확장하는 인근촬영과정으로 이루어진다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명드리자면 다음과 같다.
상기 정상표토 영상의 셀 분해과정은,
먼저 영상에서 목표지점을 중심으로 한 원형으로 분리한 다음, 다수의 다각형 셀이 원형 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 1 단계 셀 분해과정과 (도 10 참조), 1단계 분해된 각 셀에 대해, 다수의 육각형 셀이 그 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 2단계 셀 분해과정으로 이루어진다. (도 11 참조)
이때 1단계 셀 형성과정에서 형성된 다각형 셀의 수와 2단계 셀 형성과정에서 형성된 다각형 셀의 수는 반드시 동일해야하는데, 예를 들어 도 10, 11에서와 같이 1단계 셀 형성과정에서 육각형 셀을 61개로 배치한 경우에는 2단계 셀 형성과정에서도 육각형 셀을 61개로 배치하여, 총 3,721개 (61×61=3721)의 육각형 셀이 배치되도록 한다.
상기 1단계 셀의 RGB값 선정과정에서는, 먼저 2단계 셀의 3,721개의 토양 부위를 대표하는 색상의 값을 RGB(Red, Green, Blue) 값으로 저장하여 총 3,721개의 팔레트를 생성하고,
1단계 셀의 대표 RGB값은 각 1단계 셀의 61개의 셀에서 중복된 셀의 색상이 가장 많은 셀의 색상을 대표색상으로 지정하는데, 중복되는 2단계 셀의 색상이 없을 경우 각 2단계 셀의 RGB 값의 버퍼를 주어 대표색상을 찾도록 한다. 즉, 최다수 RGB 값 선정 시에 버퍼를 주어 오차범위 내 값은 동일 RGB 값으로 판단하게된다. (도 12 참조)
RGB 값의 버퍼는 최대 각 Red + α, Green + α. Blue + α (α는 -5 ~ +5) 로 정할 수 있다. 예를 들어 최대 Red가 204이고, Green이 123이고, Blue가 14인 경우 버퍼를 Red의 경우 199 ~ 209, Green은 118 ~ 128, Blue는 9 ~ 19와 같이 줌으로써 최다 중복값을 찾을 수 있게된다.
참고로 RGB 색 모형은 빛의 삼원색을 이용하여 색을 표현하는 방식으로서, 빨강(RED), 초록(GREEN), 파랑(BLUE) 세 종류의 광원(光源)을 이용하여 색을 혼합하며 색을 섞을수록 밝아지기 때문에 '가산 혼합'이라고 한다.
디지털 이미지에서 사용되는 RGB 가산혼합의 종류로는 sRGB, 어도비 RGB 등이 있으며, 하나의 색은 삼원색을 기준선으로 하는 삼차원 직교 좌표계의 한 점으로 나타낼 수 있는데, 예를 들어 흰색은 세 광원 모두 색이 없는 상태이므로 좌표(0,0,0)으로 표현할 수 있고, 각 광원의 최댓값을 255라고 한다면 빨강은 좌표(255,0,0)과 같이 표현되고, 녹색은 좌표(0,255,0)와 같이 표현되고, 파란색은 좌표(0,0,255)와 같이 표현될 것이다.
또한, 좌표(80,0,0)과 같이 GREEN 광원과 BLUE 광원이 여전히 빛이 없는 상태에서 RED 광원이 약하게 80정도로 비춰진다면 고동색이 될 것이고, 주황색은 좌표(255,127,0)으로 나타낼 수 있을 것이며, 세 광원이 모두 같은 값을 갖으면 은색과 같은 무채색이 되고, 노랑의 경우 (255, 255, 0)이고, 시안은 (0, 255, 255)이고, 마젠타는 (255, 0, 255)로 나타낼 수 있을 것이다.
상기 정상표토 RGB값 범위 선정과정에서는, 1단계 셀에서 정상 표토의 RGB값 범위를 설정 후 데이터 저장하게되는데, 정상표토 RGB값 범위를 선정함에 있어서는 1단계 셀들의 평균치에서 상하 일정범위 내로 버퍼를 주거나, 1단계 셀의 최저치에서 최고치까지 범위에 의해 선정할 수 있을 것이다.
이와 같이 선정되어진 정상 표토의 RGB값 범위는 해당 지역(토양조건)에 대한 정상표토의 샘플 데이터로서 저장될 것이다.
한편, 상기 훼손표토영상의 셀 분해과정은, 영상에서 목표지점을 중심으로 한 원형으로 분리한 다음, 다수의 육각형 셀이 원형 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 1단계 셀 분해과정과;
1단계 분해된 각 셀에 대해, 다수의 육각형 셀이 그 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 2단계 셀 분해과정으로 이루어진다.
도 13은 본 발명에서 표토영상이 1단계 분해된 셀에서 그룹핑된 상태를 나타낸 예시도로서, 1단계 셀을 분해할 때 그룹핑과정을 둘 수 있는데, 이는 상하좌우에 연속적으로 배치된 육각셀들을 일정방향에 따라 다수 분할하여 그룹핑하는 과정으로서, 북, 북동, 동, 남동, 남, 남서, 서, 북서, 가운데 방향의 9그룹으로 분할할 수 있는데, 도 13에서는 '1,2,3,5,8,9,13(7개)'셀을 '북'그룹으로, '6, 10,14,15,18,19,23(7개)'셀을 '북동'그룹으로, '24,28,32,33,37,42(6개)'셀을 '동'그룹으로, '41,45,46,50,51,55,58(7개)'셀을 남동'그룹으로, '49,53,54,57,59,60,61(7개)'셀을 '남'그룹으로, '39,43,44,47,48,52,53,56(7개)'셀을 '남서'그룹으로, '20,25,29,39,34,38(6개)'셀을 '서'그룹으로, ' 4,7,11,12,16,17,21(7개)'셀을 '가운데'그룹으로 분할할 수 있다.
상기 1단계 셀의 RGB값 선정과정에서는, 정상표토의 1단계 셀의 RGB값 선정과정에서와 마찬가지로 먼저 2단계 셀의 3,721개의 토양 부위를 대표하는 색상의 값을 RGB(Red, Green, Blue) 값으로 저장하여 총 3,721개의 팔레트를 생성하고,
1단계 셀의 대표 RGB값은 각 1단계 셀의 61개의 셀에서 중복된 셀의 색상이 가장 많은 셀의 색상을 대표색상으로 지정하는데, 중복되는 2단계 셀의 색상이 없을 경우 각 2단계 셀의 RGB 값의 버퍼를 주어 대표색상을 찾도록 한다. 즉, 최다수 RGB 값 선정 시에 버퍼를 주어 오차범위 내 값은 동일 RGB 값으로 판단하게된다. (도 12 참조)
상기 훼손부위 검출과정에서는, 각 1단계 셀의 RGB값을 정상 표토의 RGB값과 비교하여 훼손부위, 즉 정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위가 전체에서 일정치를 초과한 경우, 예를 들어 정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위가 90%를 초과한 경우에는 훼손표토로 선정하고, 각 1단계 셀에서 훼손부위를 표시한다.
이와 같이 각 1단계 셀에서 훼손부위, 즉 정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위에 대해서는 타 부위와 구분되도록 색상을 달리하여 표시할 수 있을 것이다.
또한 각 1단계 셀의 훼손부위에 대하여 정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 정도에 따라서도 색상을 달리하여 표시할 수 있을 것인데, 예를 들어 각 1단계 셀의 훼손부위가 정상 표토의 RGB값 범위를 10% 내로 벗어난 경우 파랑색, 정상 표토의 RGB값 범위를 10 ~ 30% 벗어난 경우엔 보라색, 정상 표토의 RGB값 범위를 30%를 넘게 벗어난 경우엔 빨간색으로 표시할 수 있을 것이다.,
상기 훼손표토 매핑 과정은 표토영상의 위치정보를 지도 위에 매칭하여 표시함으로써, 해당 지역에서의 훼손부위가 각 1단계 셀의 단위로 표시되는 과정이다.
상기 훼손방향 확인과정은 훼손부위가 1단계 셀의 어느 그룹에 해당하는지 확인하는 과정으로서, 상기 훼손표토영상의 셀분해 과정에서 1단계 셀들이 그룹핑 과정에 의해 일정 방향으로 다수 분할된 경우 훼손부위가 1단계 셀의 어느 그룹에 해당하는지 확인할 수 있다.
상기 인근촬영 과정은 훼손부위의 해당그룹에 따라 카메라 촬영범위 확장 하는 과정으로서, 도 13에서와 같이 표토영상의 1단계 셀들은 북, 북동, 동, 남동, 남, 남서, 서, 북서, 가운데 방향의 9그룹으로 분할되어있는데, 만일 훼손부위가 북동, 남서 지역에 위치한 경우에는 훼손방향이 45도 경사방향에 위치할 가능성이 크므로 카메라 촬영범위가 우상향하도록하고, 훼손부위가 북서, 남동 지역에 위치한 경우에는 훼손방향이 -45도 경사방향에 위치할 가능성이 크므로 카메라 촬영범위가 우하향하도록하며, 훼손부위가 북, 남 지역에 위치한 경우에는 훼손방향이 상하방향에 위치할 가능성이 크므로 카메라 촬영범위가 상하방향으로 이동케하고, 훼손부위가 동, 서 지역에 위치한 경우에는 훼손방향이 좌우방향에 위치할 가능성이 크므로 카메라 촬영범위가 좌우방향으로 이동케한다.
이와 같이 카메라는 훼손표토의 인근지역으로 촬영지역을 확장하되,
1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 확장하게되므로, 훼손표토만을 선별적으로 탐지할 수 있게되는 바, 훼손표토만을 선별적으로 신속, 정확하게 탐지할 수 있게된다.
또한 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행할 수 있게되는 것이다.
표토 훼손은 다양한 원인에 의해 이루어지는데, 크게는 자연적원인과 인위적 원인으로 분류되고, 자연적 원인으로는 강우강도, 선행 강우조건과, 토양 유실 및 침식, 지진과 같은 직접적 원인과, 지리/지형 요인, 지질요인, 식생요인과 같은 간접원인이 있고, 인위적 원인으로는 굴착, 절취, 성토, 사토, 정화토, 준설토와 같은 개발사업이 있다.
토양환경지도는 단면특성과 토양지형과 토양분류와 토양해설에 따라 분류되는데, 단면특성으로는 심토토색, 심토토성, 구조, 심토주토색, 심토자갈함량, 경사, 모암(모재), 배수등급, 유효토심, 침식등급, 표토토성, 표토자갈함량으로 분류되고, 토양지형으로는 분포지형, 퇴적양식으로 분류되고, 토양분류로는 토양목, 토양아목, 토양대군으로 분류되고, 토양해설로는 주토지이용, 토지이용추천, 토양유형, 논적성등급, 논저해요인, 밭적성등급, 밭저해요인, 과수상전적성등급, 과수상전저해요인, 초지적성등급, 초지저해요인, 임지적성등급, 임지저해요인으로 분류된다.
본 발명에서는, 전국 표토의 복합적 질 평가를 위하여 흙토람, 지질도, 유실량 데이터베이스를 구축하고 표토유실량 토지이용별 등급화, 표토유실분석, 표토 질 평가를 위한 정량적 기법을 함께 제공하며,
외부정보 제공기관에서 제공된 토양 환경정보들이 표토의 기능 및 훼손원인들에 따라 분류되고, 이에 대응되는 복원 최적화 정보들과 함께 데이터베이스에 저장되어진다.
따라서 본 발명에서는 도 7에서와 같이, 지질정보 시스템, 흙토람 등에서 토양 환경정보를 제공받고, 산림공간서비스에선 산림정보를 제공받으며, 도로명 주소에서는 훼손지역의 위치정보를 제공받으며,
상기 정보들은 데이터 수집모듈, 시스템 연계묘듈, 유효성 체크모듈로 이루어진 연계서버를 거쳐, 전처리 모듈, 속성관리모듈, 포맷변환, 지오코딩의 변환, 관리프로그램이 내장된 서버로 제공되며, 상기 서버에서는 표토 훼손지역 평가 플랫폼 알고리즘이 실행된다.
이때 서버의 훼손표토 검출부에서 대상 표토영상의 RGB 값과 정상 표토영상의 RGB 값을 비교하여 복원을 요하는 훼손표토인 것으로 판정된 경우, 외부정보 제공기관에서 제공된 토양 환경정보들이 표토의 기능 및 훼손원인들(강우, 경사도, 법정경계, 심토주토색, 심토토색, 심토토성, 침식등급, 토양구조, 토양유형, 하천정보, DEM, 연속기적도, 임도망도,임상도, 표토토성, 표토자갈함량, 토지이용, 토양통)에 따라 분류되고 이에 대응되는 복원 최적화 정보들과 함께 저장된 데이터베이스로부터 최적의 복원방법을 제공받게됨으로서, 신속 정확한 복구가 가능케된다.
도 8은 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고 평가요소 간 중요도를 책정하여 훼손정도를 수치화한 다음, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 복원 최적화정보를 제공하는 과정을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서, 훼손표토의 용도, 기능 및 수치화된 훼손정도에 따라 제공되는 복원 최적화 관리기법의 예시도로서, 서버 내 알고리즘이 실행되어 표토 훼손지역에 대한 토지이용 용도가 결정되면, 용도에 따른 토양 복원 기능이 결정되므로 식물 바이오메스 생산, 지하수 함양, 자연식생 서식지, 탄소저장, 중금속 흡착, 토양 유실/보전, 풍화민감도에 따라, 임간재배, 덤불지역관리, 보존성 피복, 경사면 롼충식재, 피복작물, 침식지역 식재, 숲의 임분개선, 식생수로, 멀칭, 다층경작, 방목지 식재, 감소추세 서식지 복원 및 관리, 수변 완충림, 수변식생 피복, 나무/관목 조성 등 51개의 최적화된 관리기법 중에서 택일하여 복원작업이 이뤄지도록 한다.
따라서 본 발명에서는 표토의 훼손여부를 영상에 의해 분석하되, 대상 표토영상 셀들의 RGB값이 정상표토의 RGB값 범위로부터 이탈한 정도에 따라 표토의 훼손여부를 판단할 수 있게됨에 따라, 표토의 훼손여부를 용이하게 판별할 수 있도록 한다.
본원발명의 서버에서 처리되는 알고리즘에 대해 정리해보면 다음과 같다.
토양관련정보, 산림토양정보, 기상정보, 지질정보 및 지도정보들을 제공하기위한 외부정보 제공기관과; 상기 외부정보 제공기관에서의 외부 정보들을 수집 및 유효성 체크하고 시스템 연계하기 위한 연계서버와; 대상 표토의 영상의 RGB 값을 획득하기 위한 카메라와; 상기 연계서버로부터 제공된 외부정보들과 상기 카메라로부터 수신된 표토 영상의 RGB 값들을 변환,관리 프로그램에 의해 전처리, 속성관리, 포맷변환 및 지오코딩하기 위한 서버와; 상기 서버에서 변환 및 분류된 정보들을 저장하기 위한 데이터베이스들과; 상기 서버에서 지오코딩된 정보들을 Web-GIS 기반으로 표시하기 위한 모니터로 구성된 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에 있어서,
외부정보 제공기관에서 토양환경정보, 산림토양정보, 기상정보, 지리정보, 지도정보를 연계서버로 제공받는 과정과,
연계서버에서 수집된 정보들이 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 환경적 평가지표로 분류되는 과정과,
연계서버에 수집된 정보들이 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 분류되는 과정과,
상기 표토의 기능 및 환경적 평가지표에 따라 분류된 정보들과, 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 각각 데이터베이스에 저장되는 과정과,
훼손지역의 센서들로부터 환경적 평가요소값이 서버에 입력되면 훼손표토의 용도 및 기능별로 분류되는 과정과,
상기 분류되어진 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고, 해당 평가요소에 대한 센서측정값에 의해 평가요소간 중요도를 책정하여 훼손정도 수치화하는 과정과,
상기 데이터베이스로부터 훼손표토의 용도 및 기능과 수치회된 훼손정도에 따라 복원 최적회 정보를 제공하는 과정과,
복원후 훼손표토에 대한 기능별 평가요소값의 추이를 Web-GIS 기반으로 제공하는 과정으로 진행된다.
본 발명에 따른 표토 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에서는,
표토 영상들을 1,2 단계에 걸쳐 다수의 셀로 분해하고, 1단계 분해된 셀은 일정방향으로 그룹핑해줌으로써, 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행할 수 있도록 한다.
한편, 객관회된 지표들에 따라 토양기능 및 용도별 평가하되, 표토 훼손의 시간에 따른 추이를 Web-GIS에 의해 제공함으로써 신속, 정확하게 대처할 수 있도록 하고, 일지역에 국한된 것이 아니라 전국적인 자료에 근거하여 시간, 지역에 따른 추이를 용이하게 파악하고 복원 지원할 수 있게함으로써, 표토의 훼손을 효과적으로 방지 및 대처하는 효과도 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 전국을 대상으로 표토정보가 수집되고, 각종 변환 및 관리프로그램에 의해 표토의 기능 및 환경적 평가지표로 분류되어 데이터베이스 저장되므로, 전국을 대상으로 한 표토훼손 관리가 가능케되고, 표토훼손지역의 복원을 위한 전 과정을 시스템화하고 시각화함으로써 사후관리를 용이토록 하는 효과도 있는 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시형태에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시형태는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (17)
- 대상 표토의 영상의 RGB 값을 획득하기 위한 카메라와; 상기 카메라로부터 수신된 표토 영상의 RGB 값들을 변환,관리 프로그램에 의해 전처리, 속성관리, 포맷변환 및 지오코딩하기 위한 서버와; 상기 서버에서 변환 및 분류된 정보들을 저장하기 위한 데이터베이스들과; 상기 서버에서 지오코딩된 정보들을 Web-GIS 기반으로 표시하기 위한 모니터로 구성된 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템에 있어서,
상기 서버는 카메라의 위치 추적기능을 사용하여 촬영 위치를 확인하기 위한 위치 확인수단과; 촬영된 표토영상을 셀 분해하여 RGB 값을 분석하기 위한 셀 형성 및 RGB 분석수단과; 대상 표토영상의 RGB 값과 정상 표토영상의 RGB 값을 비교하여 표토의 훼손여부를 판단하기 위한 훼손표토 검출부를 포함하며,
정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정과, 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정으로 진행되는데,
상기 정상표토의 RGB 값 범위 설정 및 저장 과정에서는, 정상표토의 카메라 영상을 1, 2단계에 걸쳐 셀분해하는 정상표토영상의 셀분해과정과; 2단계 셀의 RGB 값을 분석하여 최다수 RGB 값을 각 1단계 셀의 RGB 값으로 선정하는 1단계 셀의 RGB값 선정과정과; 1단계 셀에서 정상표토의 RGB 값 범위를 설정하고 데이터 저장하는 정상표토 RGB값 범위 선정과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 훼손 표토 자동 탐지 및 촬영 범위의 자동 확장 과정에서는, 훼손표토의 카메라 영상을 1,2 단계에 걸쳐 셀분해하는 훼손표토 영상의 셀 분해과정과; 2단계 셀의 RGB 값을 분석하여 최다수 RGB 값을 각 1단계 셀의 RGB 값으로 선정하는 1 단계 셀의 RGB값 선정과정과; 정상표토의 RGB값과 비교하여 범위를 벗어난 곳을 훼손부위로 표시하는 훼손부위 검출과정과; 영상의 위치정보를 지도 위에 매칭하고 데이터를 저장하는 훼손표토 매핑과정과; 훼손부위가 1단계 셀의 어느 그룹에 해당하는지 확인하는 훼손방향 확인과정과; 훼손부위의 해당그룹에 따라 카메라 촬영범위를 확장하는 인근촬영과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 상기 정상표토 영상의 셀 분해과정은, 먼저 영상에서 목표지점을 중심으로 한 원형으로 분리한 다음, 다수의 다각형 셀이 원형 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 1 단계 셀 분해과정과; 1단계 분해된 각 셀에 대해, 다수의 다각형 셀이 그 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 2단계 셀 분해과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 1 단계 셀 분해과정에서 형성된 다각형 셀의 수와 2단계 셀 분해과정에서 형성된 다각형 셀의 수는 동일한 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 정상표토 RGB값 범위 선정과정에서는 2단계 셀의 RGB값을 분석하여 최다수 RGB값을 각 1단계 셀의 RGB값으로 선정하되, 최다수 RGB 값 선정 시 버퍼를 주어 오차범위 내 값은 동일 RGB 값으로 판단함을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 1단계 셀의 RGB값 선정과정에서는 2단계 셀의 RGB값을 분석하여 최다수 RGB값을 각 1단계 셀의 RGB값으로 선정하되, 최다수 RGB 값 선정 시 버퍼를 주어 오차범위 내 값은 동일 RGB 값으로 판단함을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 정상표토 RGB값 범위 선정과정에서는 1단계 셀들의 평균치에서 상하 일정범위 내로 버퍼를 주거나, 1단계 셀의 최저치에서 최고치까지 범위에 의해 선정함을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 훼손표토영상의 셀 분해과정은, 영상에서 목표지점을 중심으로 한 원형으로 분리한 다음, 다수의 다각형 셀이 원형 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 1단계 셀 분해과정과; 1단계 분해된 각 셀에 대해, 다수의 다각형 셀이 그 내부를 가득 채우도록 상,하,좌,우에 연속적으로 배치되도록 하는 2단계 셀 분해과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 9항에 있어서,
상기 훼손표토영상의 셀 분해과정에서, 1단계 셀을 분해할 때 상하좌우에 연속적으로 배치된 다각셀들을 일정방향에 따라 다수 분할하여 그룹핑하는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 훼손부위 검출과정에서는 각 1단계 셀의 RGB값을 정상 표토의 RGB값과 비교하여 훼손부위(정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위)가 전체에서 일정치를 초과한 경우에는 훼손표토로 선정하고, 각 1단계 셀에서 훼손부위를 표시하는 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 11항에 있어서,
상기 각 1단계 셀에서 훼손부위(정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 부위)에 대하여 타 부위와 구분되도록 색상을 달리 표시하거나, 정상 표토의 RGB값 범위를 벗어난 정도에 따라 색상을 달리 표시한 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 훼손표토 매핑 과정에서는, 표토영상의 위치정보를 지도 위에 매칭하여 표시함으로써, 해당 지역에서의 훼손부위가 각 1단계 셀의 단위로 표시됨을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 10항에 있어서,
상기 훼손방향 확인과정은, 1단계 셀들이 일정 방향에 따라 다수 분할된 그룹들 중에서 훼손부위가 어느 그룹에 해당하는지 확인하는 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 14항에 있어서,
상기 인근 촬영과정에서는, 1단계 셀의 훼손부위가 해당되는 그룹에 의해 훼손 방향을 탐지하여 촬영지역을 스스로 확장하게되므로, 훼손표토에 대한 촬영 및 탐지를 자동적으로 수행함을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 서버에는, 토양관련정보, 산림토양정보, 기상정보, 지질정보 및 지도정보들을 제공하기위한 외부정보 제공기관과; 상기 외부정보 제공기관에서의 외부 정보들을 수집 및 유효성 체크하고 시스템 연계하기 위한 연계서버가 더 연결되어,
외부정보 제공기관에서 토양환경정보, 산림토양정보, 기상정보, 지리정보, 지도정보를 연계서버로 제공받는 과정과,
연계서버에서 수집된 정보들이 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 환경적 평가지표로 분류되는 과정과,
연계서버에 수집된 정보들이 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 분류되는 과정과,
상기 표토의 기능 및 환경적 평가지표에 따라 분류된 정보들과, 표토의 기능 및 훼손원인별 복원 최적화 정보들이 각각 데이터베이스에 저장되는 과정과,
훼손지역의 센서들로부터 환경적 평가요소값이 서버에 입력되면 훼손표토의 용도 및 기능별로 분류되는 과정과,
상기 분류되어진 훼손표토의 용도 및 기능에 따라 평가요소가 결정되고, 해당 평가요소에 대한 센서측정값에 의해 평가요소간 중요도를 책정하여 훼손정도 수치화하는 과정과,
상기 데이터베이스로부터 훼손표토의 용도 및 기능과 수치회된 훼손정도에 따라 복원 최적회 정보를 제공하는 과정과,
복원후 훼손표토에 대한 기능별 평가요소값의 추이를 Web-GIS 기반으로 제공하는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
- 제 16항에 있어서,
외부정보 제공기관으로부터 연계서버로 제공된 토양환경정보, 산림토양정보, 기상정보, 지리정보, 지도정보들은, 각종 변환, 관리 프로그램이 내장된 서버로 공급되어 표토의 기능 및 환경적 평가지표에 따라 분류되어 데이터베이스에 저장되는데, 각 정보들은 지도와 매칭되어 데이터베이스에 제공되므로, 모니터를 통해 Web-GIS 기반으로 제공될 수 있도록 제공된 것을 특징으로 하는 훼손 표토 자동 탐지 및 복원 지원 시스템.
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