KR102533928B1 - Method and System for Automatically Detecting Reservoirs Using the 3D Spatial Imagery Datasets - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 3차원 공간영상 자료인 고해상도 위성영상과 디지털 지형 모델(Digital Elevation Model, DEM)을 활용하여 저수지의 탐지를 자동화하는, 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an automated method and system for detecting a reservoir using 3D spatial image data, and more particularly, utilizes 3D spatial image data, such as high-resolution satellite images and a digital terrain model (Digital Elevation Model, DEM) It relates to an automated method and system for reservoir detection using 3D spatial image data, which automates reservoir detection by
저수지(reservoir)는 인공적으로 만들어진 연못의 형태 중 하나로서, 관개, 상수도, 수력 발전, 홍수 조절, 농업 용수 공급을 위해 하천이나 골짜기를 막아 만든 큰 연못이다. 저수지 일반적으로 농업용수를 공급하기 위해 하천구역 등에 물을 가두어 두거나 관리하기 위한 인공적인 시설물로서 우리나라에서는 한국농어촌공사에서 운영하는 농촌용수종합정보시스템(RAWRIS)에서 전국에 위치한 저수지의 현황 정보(이름, 저수율, 수위, 저수량 등)를 제공하고 있다. 도 1은 이를 보여준다.A reservoir is a type of man-made pond, a large pond created by damming a stream or valley for irrigation, water supply, hydroelectric power, flood control, and agricultural water supply. Reservoir In general, it is an artificial facility for confining or managing water in river areas to supply agricultural water. Water storage rate, water level, water storage volume, etc.) are provided. Figure 1 shows this.
그런데, RAWRIS에서 제공하는 저수지 현황 정보는 저수지의 일부 지역에 설치한 계측 데이터로 측정한 정보로서 전국에 산재한 크고 작은 저수지의 정확한 위치 파악, 대규모 저수지의 정밀한 경계선 측량, 계절별 저수지 면적의 정확한 측정 업무에 기술적인 한계가 있다.By the way, the reservoir status information provided by RAWRIS is information measured by measurement data installed in some areas of the reservoir, which is useful for accurately locating large and small reservoirs scattered across the country, precise boundary surveying of large-scale reservoirs, and accurate measurement of seasonal reservoir areas. There are technical limitations.
본 발명의 실시예는 가령 3차원 공간영상 자료인 고해상도 위성영상과 디지털 지형 모델(DEM)을 활용하여 저수지의 탐지를 자동화하는, 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법 및 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.An embodiment of the present invention is an automated method and system for detecting a reservoir using 3D spatial image data, which automates the detection of a reservoir by utilizing, for example, a high-resolution satellite image and a digital terrain model (DEM), which are 3D spatial image data. Its purpose is to provide
본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 시스템은, 임의 지역의 위성영상을 포함하는 3차원 공간영상 데이터를 제공하는 외부장치, 및 상기 제공한 3차원 공간영상 데이터 및 상기 데이터를 분석하는 지형 모델을 이용해 상기 임의 지역의 저수지들에 대한 위치를 판단하고 상기 저수지의 경계선을 탐지하며, 시계열 위성영상을 이용하여 시간 변화에 따른 저수지의 면적을 산출하고, 상기 산출한 면적의 데이터를 벡터형의 파일 구조를 갖는 GIS(Geographic Information System) 형상파일로 변환 출력하는 저수지 탐지 장치를 포함한다.An automated system for detecting a reservoir using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention includes an external device providing 3D spatial image data including a satellite image of an arbitrary area, and the 3D spatial image provided above. Using the data and a terrain model that analyzes the data, the position of the reservoirs in the arbitrary area is determined, the boundary of the reservoir is detected, and the area of the reservoir according to the change in time is calculated using time-series satellite images, and the calculation It includes a reservoir detection device that converts data of one area into a Geographic Information System (GIS) shape file having a vector file structure and outputs the output.
상기 저수지 탐지 장치는, 상기 위성영상을 이용하여 이진화(binary) 영상을 생성하고, 상기 생성한 이진화 영상을 이용해 수체(water body)의 크기와 경계를 분석하며, 분석 결과 기설정된 크기의 수체를 저수지로 판단해 상기 판단에 따른 저수지의 GIS 형상파일을 생성하여 출력할 수 있다.The reservoir detection device generates a binary image using the satellite image, analyzes the size and boundary of a water body using the generated binary image, and as a result of the analysis, sets a water body of a predetermined size in the reservoir. It is judged as , and a GIS shape file of the reservoir according to the above judgment can be generated and output.
상기 저수지 탐지 장치는, 다중분광 위성영상의 가시광 그린(Green) 밴드와 근적외선(NIR) 밴드를 이용하여 수분 지수를 정규화한 정규 수분 지수(Normalized Difference Water Index) 영상을 생성하며, 상기 생성한 정규 수분 지수 영상과 상기 지형 모델을 이용하여 상기 수체와 상기 수체를 제외한 지역을 구분하는 상기 이진화 영상을 생성할 수 있다.The reservoir detection device generates a normalized difference water index (NIR) image by using a visible light green band and a near infrared (NIR) band of a multispectral satellite image, and the normalized water index is generated. The binarized image for dividing the water body and a region excluding the water body may be generated using the index image and the terrain model.
상기 저수지 탐지 장치는, 상기 수체의 크기와 경계를 분석할 때 모폴로지 연산(geomorphology operations)의 팽창 알고리즘을 적용하여 상기 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거할 수 있다.The reservoir detection device may remove an error included in the water body in the binarized image by applying an expansion algorithm of geomorphology operations when analyzing the size and boundary of the water body.
상기 저수지 탐지 장치는, 서로 다른 시간이나 날짜에 촬영된 상기 위성영상을 분석하여 개별 저수지의 면적을 각각 계산하며, 상기 각각 계산한 저수지의 면적을 비교하여 개별 저수지의 면적 변화량을 계산할 수 있다.The reservoir detection device may calculate the area of each reservoir by analyzing the satellite images captured at different times or dates, and calculate a change in area of each reservoir by comparing the calculated areas of the reservoir.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법은, 외부장치가 임의 지역의 위성영상을 포함하는 3차원 공간영상 데이터를 제공하는 단계, 및 저수지 탐지 장치가, 상기 제공한 3차원 공간영상 데이터 및 상기 데이터를 분석하는 지형 모델을 이용해 상기 임의 지역의 저수지들에 대한 위치를 판단하고 상기 저수지의 경계선을 탐지하며, 시계열 위성영상을 이용하여 시간 변화에 따른 저수지의 면적을 산출하고, 상기 산출한 면적의 데이터를 벡터형의 파일 구조를 갖는 GIS 형상파일로 변환 출력하는 단계를 포함한다.In addition, an automated method for detecting a reservoir using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention includes a step of providing 3D spatial image data including a satellite image of an area by an external device, and a reservoir detection device. A, using the provided 3D spatial image data and a terrain model that analyzes the data, the position of the reservoirs in the arbitrary area is determined, the boundary of the reservoir is detected, and time-series satellite images are used to determine the location of the reservoirs according to time changes Calculating the area of the reservoir, and converting and outputting data of the calculated area into a GIS shape file having a vector file structure.
상기 출력하는 단계는, 상기 위성영상을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 단계, 상기 생성한 이진화 영상을 이용해 수체의 크기와 경계를 분석하는 단계, 및 분석 결과 기설정된 크기의 수체를 저수지로 판단해 상기 판단에 따른 저수지의 GIS 형상파일의 데이터를 생성하여 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The outputting may include generating a binary image using the satellite image, analyzing the size and boundary of the water body using the generated binary image, and determining a water body having a predetermined size as a reservoir as a result of the analysis. It may include generating and outputting data of the GIS shape file of the reservoir according to the judgment.
상기 이진화 영상을 생성하는 단계는, 다중분광 위성영상의 가시광 그린(Green) 밴드와 근적외선(NIR) 밴드를 이용하여 수분 지수를 정규화한 정규 수분 지수 영상을 생성하는 단계, 및 상기 생성한 정규 수분 지수 영상과 상기 지형 모델을 이용하여 상기 수체와 상기 수체를 제외한 지역을 구분하는 상기 이진화 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the binarized image may include generating a normal moisture index image obtained by normalizing the moisture index using the visible green band and the near infrared (NIR) band of the multispectral satellite image, and the generated normal moisture index image. The method may include generating the binarized image for dividing the water body and a region excluding the water body using the image and the terrain model.
상기 출력하는 단계는, 상기 수체의 크기와 경계를 분석할 때 모폴로지 연산의 팽창 알고리즘을 적용하여 상기 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The outputting may further include removing an error included in the water body in the binarized image by applying a dilatation algorithm of morphological operation when analyzing the size and boundary of the water body.
상기 출력하는 단계는, 서로 다른 시간이나 날짜에 촬영된 상기 위성영상을 분석하여 개별 저수지의 면적을 각각 계산하는 단계, 및 상기 각각 계산한 저수지의 면적을 비교하여 개별 저수지의 면적 변화를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The outputting step may include calculating the area of each reservoir by analyzing the satellite images captured at different times or dates, and calculating a change in area of each reservoir by comparing the calculated areas of the reservoir. may further include.
본 발명의 실시예는 가뭄 발생시 광대한 지역에 산재한 개별 저수지의 면적을 현장에 방문하지 않고 확인함으로써 저수지 인접 지역의 농업 및 공업용수 공급 현황을 확인할 수 있어 농업 및 공업용수의 체계적 관리를 통한 효율적인 가뭄 대응 업무에 활용할 수 있다.An embodiment of the present invention can check the agricultural and industrial water supply status in the area adjacent to the reservoir by checking the area of individual reservoirs scattered over a vast area in the event of a drought without visiting the site, thereby providing efficient drought through systematic management of agricultural and industrial water It can be used for response work.
또한, 본 발명의 실시예는 광대한 지역에 산재한 저수지의 면적 변화 정보를 통해 미계측 유입량을 추정함으로써 저수지 인접 지역에서 효율적인 홍수 조절 업무에 활용할 수 있다.In addition, embodiments of the present invention can be used for efficient flood control in areas adjacent to reservoirs by estimating unmeasured inflows through area change information of reservoirs scattered over a vast area.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료 기반 저수지 탐지를 위한 자동화 방법 및 시스템은 재난 대응 정책 수립에 활용할 수 있고, 풍수해 및 농작물 재해보험료 산정에 활용할 수 있다.Furthermore, the automated method and system for detecting a reservoir based on 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention can be used to establish a disaster response policy, and can be used to calculate insurance premiums for storm and flood damage and crop disasters.
도 1은 종래의 농업용수종합정보시스템에 제공하는 저수지 현황 정보를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 수행하는 자동화 시스템을 예시한 도면,
도 3 내지 도 6은 도 2의 저수지 탐지 장치에서 이루어지는 저수지 탐지의 자동화 동작을 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 2의 저수지 탐지 장치의 세부구조를 예시한 블록다이어그램, 그리고
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 수행하는 자동화 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a view showing reservoir status information provided to a conventional agricultural water comprehensive information system;
2 is a diagram illustrating an automated system for performing reservoir detection using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention;
3 to 6 are diagrams for explaining an automated operation of reservoir detection performed in the reservoir detection device of FIG. 2;
Figure 7 is a block diagram illustrating the detailed structure of the reservoir detection device of Figure 2, and
8 is a flowchart illustrating an automated method for performing reservoir detection using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 수행하는 자동화 시스템을 예시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an automated system for performing reservoir detection using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 수행하는 자동화 시스템(이하, 자동화 시스템)(90)은 인공위성(200), 통신망(210), 저수지 탐지 장치(220) 및 서드파티장치(230)의 일부 또는 전부를 포함한다.As shown in FIG. 2, an automated system (hereinafter, an automated system) 90 for performing reservoir detection using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention includes a
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 서드파티장치(230)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 자동화 시스템(90)이 구성되거나, 저수지 탐지 장치(220)와 같은 구성요소의 일부 또는 전부가 통신망(210)을 구성하는 네트워크장치(예: 무선교환장치 등)에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.Here, "including some or all" means that the
인공위성(200)은 우주공간에서 지구를 관측하는 위성카메라를 탑재한다. 해당 위성카메라는 다중분광 위성영상(landsat imagery)을 획득하기 위한 광학센서로 구성되거나 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 인공위성(200)은 저수지 탐지 장치(220)를 기준으로 볼 때 외부장치라 명명될 수 있다. '위성의 눈'이라 지칭되는 위성카메라는 광학카메라, 적외선카메라, 레이더로 나뉘며 그 중에서도 지상의 물체를 가장 잘 볼 수 있는 물체에 반사되는 햇빛을 이용해 촬영하는 광학카메라(혹은 광학센서)이다. The
도 2에서의 인공위성(200)은 본 발명의 실시예에 따른 위성영상을 취득하기 위한 다양한 유형의 위성장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 저수지 탐지와 관련한 위성영상을 수집하기 위하여 국가기상위성센터 등의 서버 등에 접속하여 영상을 수집할 수도 있다. 가령, 도 2의 저수지 탐지 장치(220)를 국가기상위상센터의 서버에 API(Application Programming Interface) 연동하여 저수지 탐지와 관련한 위성영상을 실시간으로 수신할 수 있다. 물론 인공위성(200)은 국가기상위상센터와 통신을 통해 촬영된 영상을 주기적으로 전송한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 저수지 탐지 장치(220)는 국가기상위상센터에서 운영하는 서버에 접속하여 인공위성(200)에서 촬영된 다중분광영상을 3차원 공간영상 자료로써 제공받아 이용할 수 있다.The
인공위성(200)은 지구를 관측하기 위한 광학카메라나 다양한 유형의 센서(예: CCD 카메라를 구성하는 R, G, B 센서 등)를 포함할 수 있으며, 이러한 부품의 성능에 따라 촬영되는 위성영상의 특성은 다소 상이할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 저수지의 위치, 저수지의 경계선, 계절별 저수지의 면적 등의 변화를 탐지하기 위하여 인공위성(200)의 센서 등에 있어 동일한 제품의 사용 여부를 판단할 수 있으며, 물론 이러한 동작은 저수지 탐지 장치(220)에서 인공위성(200)의 성능 등과 관련한 스펙(spec.) 정보를 기저장하고 이를 확인함으로써 얼마든지 가능할 수 있다. 무엇보다 본 발명의 실시예에 따른 인공위성(200)은 다중분광 영상을 제공할 수 있다는 것이다.The
여기서, 다중분광(혹은 다분광) 영상은 전자기 스펙트럼의 특정 파장 범위에 속한 영상 자료를 획득하는 영상이다. 파장은 필터를 사용하거나, 극초단파, 적외선, 자외선, X선 등 가시광선 범위를 벗어나는 주파수로부터의 빛을 포함한 특정 파장에 민감한 기구를 사용하여 분리할 수 있다. 즉, 다중분광 영상은 동일한 장면의 여러 단색 영상을 모아 놓은 것으로, 서로 다른 센서로 찍은 것이다. 여기서 각 단색 영상을 밴드라고 한다. 잘 알려진 다중 스펙트럼(또는 다중대역 영상)은 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 영상으로 구성되는 RGB 컬러 영상으로 각기 다른 파장에 민감한 센서로 촬영된다. 이러한 스펙트럼 영상화는 인간의 눈이 적색, 녹색 및 청색에 대한 수용체로 포획하지 못하는 추가 정보의 추출을 허용할 수 있다. 다중분광 영상화는 일반적으로 3 ~ 15개의 스펙트럼 대역(혹은 밴드)에서 빛을 측정한다. 그러나 다중분광 영상에서 수백 또는 수천 개의 밴드를 포함한 더 높은 복사 해상도 및 미세한 스펙트럼을 가지는 영상화는 초다분광(hyperspectral)이라고 한다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 어떠한 분광 영상을 하느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.Here, the multispectral (or multispectral) image is an image obtained by acquiring image data belonging to a specific wavelength range of the electromagnetic spectrum. Wavelengths can be separated using filters or instruments sensitive to specific wavelengths, including light from frequencies outside the range of visible light, such as microwave, infrared, ultraviolet, and X-rays. That is, the multispectral image is a collection of several monochromatic images of the same scene, which were taken with different sensors. Here, each monochromatic image is called a band. A well-known multispectral (or multiband image) is an RGB color image composed of red, green, and blue images, which are captured by sensors sensitive to different wavelengths. Such spectral imaging may allow extraction of additional information that the human eye cannot capture with the receptors for red, green and blue colors. Multispectral imaging typically measures light in 3 to 15 spectral bands (or bands). However, imaging with higher radiant resolution and fine spectra including hundreds or thousands of bands in multispectral imaging is called hyperspectral. Therefore, in the embodiment of the present invention, there will be no particular limitation on what kind of spectroscopic imaging is performed.
통신망(210)은 인공위성(200)과 위성통신을 수행한다. 인공위성(200)과 통신하기 위한 지상국을 포함할 수 있다. 위성통신은 마이크로파를 사용하기 때문에 고속 대용량 통신이 가능하고, 넓은 지역(예: 특정국가 전역 등)을 통신권역으로 할 수 있다. 또 지형에 관계없이 고른 통신이 가능하고 재해가 발생해도 통신의 제약을 받지 않는다. 그러나 전파의 왕복시간(약 0.24초)이 걸려 음성통신을 할 때 전파가 지연되고, 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다. 또 전력원으로 태양전지를 쓰기 때문에 위성이 지구의 그늘에 있거나 폭우가 쏟아질 때는 순간적인 통신두절 현상이 나타날 수도 있다.The
통신망(210)은 유무선 통신망을 모두 포함한다. 가령 통신망(210)으로서 유무선 인터넷망이 이용되거나 연동될 수 있다. 여기서 유선망은 케이블망이나 공중 전화망(PSTN)과 같은 인터넷망을 포함하는 것이고, 무선 통신망은 CDMA, WCDMA, GSM, EPC(Evolved Packet Core), LTE(Long Term Evolution), 와이브로(Wibro) 망 등을 포함하는 의미이다. 물론 본 발명의 실시예에 따른 통신망은 이에 한정되는 것이 아니며, 향후 구현될 차세대 이동통신 시스템의 접속망으로서 가령 클라우드 컴퓨팅 환경하의 클라우드 컴퓨팅망, 5G망 등에 사용될 수 있다. 가령, 통신망이 유선 통신망인 경우 통신망(210) 내의 액세스포인트는 전화국의 교환국 등에 접속할 수 있지만, 무선 통신망인 경우에는 통신사에서 운용하는 SGSN 또는 GGSN(Gateway GPRS Support Node)에 접속하여 데이터를 처리하거나, BTS(Base Transceiver Station), NodeB, e-NodeB 등의 다양한 중계기에 접속하여 데이터를 처리할 수 있다.The
통신망(210)은 액세스포인트를 포함할 수 있다. 액세스포인트는 건물 내에 많이 설치되는 펨토(femto) 또는 피코(pico) 기지국과 같은 소형 기지국을 포함한다. 여기서, 펨토 또는 피코 기지국은 소형 기지국의 분류상 저수지 탐지 장치(220)나 서드파티장치(230) 등을 최대 몇 대까지 접속할 수 있느냐에 따라 구분된다. 물론 액세스포인트는 저수지 탐지 장치(220)나 서드파티장치(230) 등과 지그비 및 와이파이(Wi-Fi) 등의 근거리 통신을 수행하기 위한 근거리 통신 모듈을 포함한다. 액세스포인트는 무선통신을 위하여 TCP/IP 혹은 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)를 이용할 수 있다. 여기서, 근거리 통신은 와이파이 이외에 블루투스, 지그비, 적외선(IrDA), UHF(Ultra High Frequency) 및 VHF(Very High Frequency)와 같은 RF(Radio Frequency) 및 초광대역 통신(UWB) 등의 다양한 규격으로 수행될 수 있다. 이에 따라 액세스포인트는 데이터 패킷의 위치를 추출하고, 추출된 위치에 대한 최상의 통신 경로를 지정하며, 지정된 통신 경로를 따라 데이터 패킷을 다음 장치, 예컨대 저수지 탐지 장치(220) 등으로 전달할 수 있다. 액세스포인트는 일반적인 네트워크 환경에서 여러 회선을 공유할 수 있으며, 예컨대 라우터(router), 리피터(repeater) 및 중계기 등이 포함된다.The
저수지 탐지 장치(220)는 위성영상, 디지털 지형 모델(DEM) 등 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지의 위치를 파악하고 저수지의 경계선을 탐지하며, 시계열 위성영상을 사용하여 계절별 저수지의 면적을 산출하고 이를 GIS 데이터로 출력하는 자동화 방법을 실행할 수 있다. 여기서, 디지털 지형 모델 또는 지형 모델은 위성영상을 분석하기 위한 모델 즉 기설정된 프로그램이라 볼 수 있다. 더 정확하게는 3차원 데이터 분석을 위한 모델이라 볼 수 있다. 통상적으로 디지털 지형 모델은 크게 3가지 방법이 사용된다. 해당 모델에는 등고선 모델, 격자형태의 DEM 모델, 그리고 TIN 모델이다. 본 발명의 실시예에서는 DEM 모델을 사용할 수 있다.The
저수지 탐지 장치(220)는 고해상도 위성영상이나 DEM 등의 3차원 공간영상 자료로서 광대한 지역에서 획득한 자료를 활용하며, 전국에 산재한 저수지의 정확한 위치를 파악하고 저수지의 정확한 경계선을 탐지하며, 다중시기에 촬영된 N장의 고해상도 위성영상을 활용하여 계절별 저수지 면적의 변화를 측정할 수 있다. 저수지는 인공적으로 만들어진 연못의 형태 중 하나이며 관개, 상수도, 수력 발전, 홍수 조절, 농업 용수 공급을 위해 하천이나 골짜기를 막아 만든 큰 연못이다.
이후에 다시 다루겠지만, 본 발명의 실시예에 따른 저수지 탐지 장치(220)는 인공위성(200)의 광학센서에 의해 획득한 다중분광 위성영상을 이용하여 정규 수분 지수(Normalized Difference Water Index) 영상을 제작하고, 그 정규 수분 지수 영상과 DEM을 활용해 수체(water body)와 그 수체 이외의 지역을 구분하여 이진화 영상을 제작한다. 여기서, NDWI는 NIR(Near infrared) 파장과 녹색(Green) 파장을 이용하여 산출할 수 있다. 또한 저수지 탐지 장치(220)는 모폴로지 연산(geomorphology operations)을 이진화 영상에 적용하여 이진화 영상의 수체에 포함된 에러를 제거하고, 수체의 크기와 경계를 보전(혹은 측정, 계산)한다. 본 발명의 실시예에 따른 저수지 탐지 장치(220)는 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거하기 위해 구조요소(structure element) 기반의 팽창(dilation) 알고리즘 즉 프로그램을 적용하고, 수체의 크기와 경계를 보전하기 위해 동일한 구조요소 기반의 침식(erosion) 알고리즘을 적용할 수 있다.As will be discussed later, the
모폴로지는 형태에 따라 영상을 처리하는 광범위한 영상 처리 연산 집합이다. 간단히 연산 프로그램으로 이해해도 좋다. 모폴로지 연산은 입력 영상에 구조 요소를 적용하여 같은 크기의 출력 영상을 생성한다. 모폴로지 연산에서 출력 영상의 각 픽셀값은 입력 영상의 대응하는 픽셀과 이웃 픽셀들을 비교한 결과를 기반으로 한다. 가장 기본적인 모폴로지 연산은 팽창과 침식이다. 팽창은 영상에서 객체의 경계선에 픽셀을 추가하는 반면, 침식은 객체 경계선에서 픽셀을 제거한다. 영상의 객체에 추가되거나 영상의 객체에서 제거되는 픽셀 수는 영상을 처리할 때 사용한 구조 요소의 크기와 형태에 따라 달라진다. 모폴로지 팽창 및 침식 연산에서 출력 영상의 각 픽셀의 상태는 입력 영상의 대응하는 픽셀과 그 이웃 픽셀에 규칙을 적용하여 결정된다. 픽셀을 처리할 때 사용되는 규칙은 연산을 팽창 또는 침식으로 정의한다. 예를 들어, 침식은 커널안에 하나의 1이라도 존재하게 된다면 0으로 표시한다. 침식은 입력한 이진(화) 영상의 각 픽셀에 마스크(mask)를 놓았을 때 마스크가 255값을 가지는 모든 픽셀 위치에 대하여 입력 영상도 255값을 가져야만 결과값이 255가 되는 연산이다. 만약 대상 위치에서 한 픽셀이라도 0값을 가지면 결과값은 0이 되기 때문에 전체적으로 255값을 가지는 영역이 줄어드는 결과가 나타난다. 반면, 팽창 연산은 침식 연산과 반대로 마스크의 유효 영역에 있는 픽셀들을 모두 밝게 만드는 역할을 한다.Morphology is a broad set of image processing operations that process images according to their shape. It can be understood simply as an arithmetic program. Morphological operations apply structuring elements to an input image to generate an output image of the same size. In morphological operations, the value of each pixel in the output image is based on the result of comparing the corresponding pixel in the input image with neighboring pixels. The most basic morphological operations are dilation and erosion. Dilation adds pixels to the boundaries of objects in an image, while erosion removes pixels from the boundaries of objects. The number of pixels added to or removed from an object in an image depends on the size and shape of the structuring elements used to process the image. In morphological dilation and erosion operations, the state of each pixel of the output image is determined by applying a rule to the corresponding pixel of the input image and its neighboring pixels. The rules used when processing pixels define operations as either dilation or erosion. For example, erosion marks a 0 if there is even a single 1 in the kernel. Erosion is an operation in which, when a mask is placed on each pixel of an input binary image, the result value is 255 only when the input image also has a value of 255 for all pixel positions where the mask has a value of 255. If even one pixel at the target location has a value of 0, the resulting value becomes 0, resulting in a reduction in the area with a value of 255 as a whole. On the other hand, the dilation operation, in contrast to the erosion operation, serves to brighten all the pixels in the effective area of the mask.
저수지 탐지 장치(220)는 상기의 모폴로지 연산을 적용하여 수체의 에러가 제거된 이진화 영상에서 일정 크기 이상의 객체를 선택하고 이를 저수지 객체로 선택하며, 선택된 저수지 객체를 GIS 형상파일(Shapefile)로 변환한다. 여기서 일정 크기란 지정 크기 또는 기준 크기가 될 수 있다. 또한, 형상파일은 점, 선, 면의 위치 및 속성 정보를 저장하는데 사용되는 벡터형의 파일구조를 말한다. 그리고 저수지 탐지장치(120)는 한 장의 위성영상에 포함된 개별 저수지의 면적을 ID, 저수지 이름, 위성영상 촬영날짜, 저수 면적 정보를 포함한 단일 위성영상 기반 저수지 면적 데이터베이스(DB)로 구축하고, 시계열 즉 시간변화(물론 시간간격은 다양할 수 있음)에 따라 촬영된 N장의 위성영상을 활용하여 개별 저수지의 면적 변화량을 계산하여 데이터베이스 결합을 통해 시계열 위성영상 기반 저수지 면적 변화 데이터베이스를 구축할 수 있다. 자세한 내용은 도 6에서 좀더 다루기로 한다.The
서드파티장치(230)는 국가기상위상센터에서 운영되는 다양한 유형의 장치를 포함하거나, 본 발명의 실시예에 따른 프로그램을 개발하는 프로그램 제작사의 다양한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 국가기상위상센터의 경우에는 인공위성(200)을 통해 촬영된 위성영상을 제공받아 저장한 후 저수지 탐지 장치(220)의 요청시에 실시간으로 제공할 수 있다. 또한, 프로그램 제작사의 경우에는 본 발명의 실시예에 따른 저수지 탐지를 위한 프로그램을 개발하여 저수지 탐지 장치(220)에 탑재시킬 수 있다.The
상기의 구성 결과, 구축되는 데이터는 광대한 지역에 산재한 저수지의 면적 변화 정보를 통해 미계측 유입량을 추정함으로써 저수지 인접 지역에서 효율적인 홍수 조절 업무에 활용될 수 있으며, 가뭄 발생시 광대한 지역에 산재한 개별 저수지의 면적을 현장에 방문하지 않고 확인함으로써 저수지 인접 지역의 농업 및 공업용수 공급 현황을 확인할 수 있어 농업 및 공업용수의 체계적 관리를 통한 효율적인 가뭄 대응 업무에 활용할 수 있을 것이다.As a result of the above configuration, the constructed data can be used for efficient flood control in the area adjacent to the reservoir by estimating the unmeasured inflow through the area change information of reservoirs scattered over a vast area, and in case of drought, individual reservoirs scattered over a vast area By checking the area of the reservoir without visiting the site, it is possible to check the supply status of agricultural and industrial water in the area adjacent to the reservoir, which can be used for efficient drought response work through systematic management of agricultural and industrial water.
도 3 내지 도 6은 도 2의 저수지 탐지 장치에서 이루어지는 저수지 탐지의 자동화 동작을 설명하기 위한 도면이다.3 to 6 are diagrams for explaining an automated operation of reservoir detection performed by the reservoir detection device of FIG. 2 .
설명의 편의상 도 3 내지 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 도 2의 저수지 탐지 장치(220)는 인공위성(200) 등을 통해 취득된 위성영상 즉 다중분광 위성영상을 이용해 정규 수분 지수 영상을 제작하고, 그 제작한 정규 수분 지수 영상과 DEM을 활용해 위성영상 내의 수체와 그 수체 이외의 지역을 구분하는 이진화 영상을 제작한다. 이때, 정규 수분 지수 영상을 제작하기 위하여 가시광 녹색(Green) 밴드 즉 녹색 센서에 의해 촬영된 단일영상과 근적외선(Near Infra Red, NIR) 밴드를 활용한다. NDWI 영상의 제작은 <수학식 1> 및 <수학식 2>로 나타낼 수 있다. Referring to FIGS. 3 to 6 together with FIG. 2 for convenience of explanation, the
도 3의 (a)는 지도에서 저수지의 위치를 나타내며, 도 3의 (b)는 NDWI 영상을 나타낸다. 또한, 도 3의 (c)는 DEM을 나타내며, 도 3의 (d)는 수체와 그 외 지역을 구분하는 이진화 영상을 각각 보여준다.Figure 3 (a) shows the location of the reservoir on the map, Figure 3 (b) shows the NDWI image. In addition, (c) of FIG. 3 shows a DEM, and (d) of FIG. 3 shows binarized images for distinguishing a water body from other areas, respectively.
또한, 저수지 탐지 장치(220)는 모폴로지 연산을 수체와 그 외 지역으로 구분된 이진화 영상에 적용하여 이진화 영상의 수체에 포함된 에러를 제거하고 수체의 경계를 보존하는 단계로서, 우선 구조요소 기반의 팽창 알고리즘을 적용하여 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거하고 곧바로 동일한 구조요소 기반의 침식 알고리즘을 적용하여 수체의 크기와 경계를 보전한다. 이는 <수학식 3> 및 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the
도 4에서 볼 때, (a)는 저수지를 나타내며, 도 4의 (b)는 에러(빨간색 원)가 포함된 수체와 그 외 지역으로 구분된 이진화 영상이다. 도 4의 (c)는 모폴로지 연산의 팽창 알고리즘을 적용하여 수체에 포함된 에러가 제거된 영상을 나타내며, 도 4의 (d)는 모폴로지 연산의 침식 알고리즘을 적용하여 수체의 크기와 경계가 보전된 영상을 각각 보여준다.4, (a) represents a reservoir, and (b) of FIG. 4 is a binarized image divided into a water body containing errors (red circles) and other regions. Figure 4(c) shows an image in which errors included in the water body have been removed by applying the expansion algorithm of morphological operation, and Figure 4(d) shows an image in which the size and boundary of the water body are preserved by applying the erosion algorithm of morphology operation. show each video.
이어, 저수지 침식 장치(120)는 모폴로지 연산을 적용하여 수체의 에러가 제거된 이진화 영상에서 일정 크기 이상(또는 기준 크기 이상)의 객체를 선택하고 이를 저수지 객체로 선택하며, 선택된 저수지 객체를 GIS 형상파일로 변환한다. 여기서 형상파일은 벡터형의 구조를 갖는 데이터를 의미한다고 볼 수 있다. 도 5의 (a)는 이진화 영상을 보여주며, 도 5의 (b)는 일정 크기 이상의 객체를 보여준다. 도 5의 (c)는 선택된 저수지 객체(GIS Shapefile)를 보여준다.Subsequently, the reservoir erosion apparatus 120 applies morphology operation to select an object of a certain size or more (or a reference size or more) from the binarized image from which the error of the water body has been removed, selects it as a reservoir object, and selects the selected reservoir object as a GIS shape convert to file Here, the shape file can be seen to mean data having a vector-type structure. Figure 5 (a) shows a binarized image, and Figure 5 (b) shows an object of a certain size or more. Figure 5 (c) shows the selected reservoir object (GIS Shapefile).
한편, 저수지 탐지 장치(220)는 한 장의 위성영상에 포함된 개별 저수지의 면적을 ID, 저수지 이름, 위성영상 촬영날짜, 저수 면적 정보를 포함한 단일 위성영상 기반 저수지 면적 데이터베이스로 구축하고, 시계열로 촬영된 N장의 위성영상을 활용하여 개별 저수지의 면적 변화량을 계산하여 데이터베이스의 결합을 통해 시계열 위성영상 기반 저수지 면적 변화 데이터베이스를 구축한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 저수지 탐지 장치(220)는 시계열 변화에 따른 위성영상에서 저수지의 면적이 어떻게 변화되었는지는 면적 변화량을 계산해 낼 수 있다. On the other hand, the
도 7은 도 2의 저수지 탐지 장치의 세부구조를 예시한 블록다이어그램이다.7 is a block diagram illustrating a detailed structure of the reservoir detection device of FIG. 2 .
도 7에 도시된 바와 같이, 도 2의 저수지 탐지 장치(220)는 통신 인터페이스부(700), 제어부(710), 저수지 탐지부(720) 및 저장부(730)의 일부 또는 전부를 포함한다.As shown in FIG. 7 , the
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 저장부(730)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 저수지 탐지 장치(220)가 구성되거나, 저수지 탐지부(720)와 같은 일부 구성요소가 제어부(710)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.Here, "including part or all" means that some components such as the
통신 인터페이스부(700)는 도 2의 인공위성(200)이나 서드파티장치(230)와 각각 통신하여 3차원 공간영상 자료를 제공받아 제어부(710)로 전달할 수 있다. 여기서, 3차원 공간영상 자료는 도 2의 인공위성(200)에 의해 촬영된 위성영상, 그리고 디지털 지형 모델(DEM)을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스부(700)는 통신을 수행하는 과정에서 변/복조, 인코딩/디코딩, 먹싱/디먹싱, 해상도를 변환하는 스케일링 등의 동작을 수행할 수 있으며, 이는 당업자에게 자명하므로 더 이상의 설명은 생략한다. 디지털 지형 모델은 크게 3가지 방법으로 표현된다. 등고선 모델, 격자형태의 DEM 모델, 그리고 TIN 모델이다. 본 발명의 실시예에서는 DEM 모델을 사용하는 것이 바람직하지만, 어느 하나의 모델에 특별히 한정하지는 않을 것이다.The
물론 통신 인터페이스부(700)는 서드파티장치(230)와 통신에 의해 저수지 탐지와 관련한 서비스를 제공하는 것도 얼마든지 가능하다. 예를 들어, 서버에 플랫폼 형태의 서비스를 구축하여 저수지 관리와 관련한 관계자나 일반 사용자의 경우에도 필요한 경우 관련 서비스를 이용하도록 할 수 있다. 이는 도 1에서와 같은 형태로 서비스될 수 있는 것이므로 더 이상의 설명은 생략하도록 한다.Of course, the
제어부(710)는 통신 인터페이스부(700), 저수지 탐지부(720) 및 저장부(730)의 전반적인 제어동작을 담당한다. 제어부(710)는 통신 인터페이스부(700)를 통해 고해상도 위성영상을 제공받아 디지털 지형 모델 가령 DEM을 활용해 저수지의 탐지를 위한 자동화 동작을 수행하기 위해 저수지 탐지부(720)와 연계하여 동작할 수 있다. 이를 위하여 제어부(710)는 위성영상의 영상 데이터를 저장부(730)에 임시 저장한 후 불러내어 저수지 탐지부(720)에 제공할 수 있다. 또한, 제어부(710)는 저수지 탐지부(720)에서 탐지되는 저수지의 위치, 저수지의 경계선, 계절별 저수지의 면적 등과 관련한 데이터를 제공받아 이를 도 2의 DB(220a)에 체계적으로 분류하여 저장시키기 위해 통신 인터페이스부(700)를 제어할 수 있다.The
저수지 탐지부(720)는 위성영상, DEM 등 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지의 위치를 파악하고 저수지의 경계선을 탐지하며, 시계열 위성영상을 사용하여 계절별 저수지의 면적을 산출하여 이를 GIS 데이터로 변환 출력한다. 이를 위하여 저수지 탐지부(720)는 인공위성(200)에 탑재된 광학센서를 이용하여 획득한 다중분광 위성영상의 가시광 녹색(Green) 밴드와 근적외선(NIR) 밴드를 활용하여 정규 수분 지수 영상을 제작하고, 그 제작 영상과 DEM을 활용하여 수체 즉 물이 있는 곳과 그 외 지역을 구분하는 이진화 영상을 생성한다. 이진화 영상은 흑백 영상이 될 수 있다.The
또한 저수지 탐지부(720)는 이진화 영상에 모폴로지 연산, 다시 말해 구조요소 기반의 팽창 알고리즘과 동일한 구조요소 기반의 침식 알고리즘을 적용하여 수체의 크기와 경계를 보전하다. 팽창 알고리즘을 통해서는 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거하는 것이다. 이어 저수지 탐지부(720)는 수체의 에러가 제거된 이진화 영상에서 일정 크기 즉 지정된 크기 또는 기준 크기 이상의 객체를 선택하고 이를 저수지 객체로 선택하며, 선택된 저수지 객체를 GIS 형상파일로 변환한다. 벡터 형태의 파일 구조로 변환하는 것이다. 벡터는 방향성을 가지므로 이의 정보를 포함한다고 볼 수 있다. 저수지 객체의 GIS 형상파일은 도 5의 (c)에서 보여준다.In addition, the
나아가 저수지 탐지부(720)는 위성영상의 단위 비디오 프레임 즉 한 장의 위성영상에 포함된 개별 저수지의 면적을 ID, 저수지 이름, 촬영날짜, 저수 면적 정보를 포함하는 데이터베이스 구축을 위한 데이터를 생성할 수 있으며, 또 시간변화에 따라 다시 말해 시계열로 촬영된 N장의 위성영상을 활용하여 저수지의 면적 변화량을 계산해 데이터베이스화할 수 있다. 물론 여기서 시계열이란 거의 동일 또는 유사한 시간에 활용되는 일련의 비디오프레임을 의미할 수도 있지만, 서로 다른 시간이나 서로 다른 날짜에 촬영된 위성영상을 활용하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서는 2022년4월2일과 2022년5월17일과 같이 날짜가 다를 때의 시계열 저수지의 면적 변화량을 보여주고 있다.Furthermore, the
물론 실질적으로 저수지 탐지부(720)는 매시간마다 또는 매일 저수지와 관련한 데이터를 생성하여 도 2의 DB(120a)에 저장하여 관리할 수 있다. 물론 이의 과정에서 이전 단계에서의 상태에서 크게 변화가 없다면 변화가 감지될 때만 선택적으로 데이터를 구축하여 시계열적으로 데이터를 생성 및 저장할 수 있다. 따라서, 저수지 탐지부(720)는 서드파티장치(230)의 관리자 등이 어떤 날짜를 지정하여 저수지의 변화량을 요청하는지에 대한 해당 날짜에 속하는 저수지 데이터를 각각 불러와 이를 통해 면적 변화량을 즉석에서 바로, 다시 말해 관리자가 요청하는 시점에 면적 변화량을 계산하여 이를 지정된 화면 포맷으로 관리자에게 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 저수지 탐지부(720)는 인공위성(200)에서 초당 30 ~ 60장의 비디오프레임으로 촬영이 이루어진다면, 관리자가 원하는 시간이나 날짜 등을 근거로 변화량을 확인해 볼 수 있는 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.Of course, substantially, the
저장부(730)는 도 7의 제어부(710)의 제어하에 다양한 유형의 데이터를 임시 저장한다. 예를 들어, 저장부(730)는 인공위성(200)이나 서드파티장치(230)와 같은 외부장치에서 제공되는 위성영상의 영상데이터를 수신하여 임시 저장할 수 있으며 이를 저수지 탐지부(720)에 제공하도록 출력할 수 있다. 또한, 저장부(730)는 저수지 탐지부(720)에서 분석된 저수지의 위치, 경계선 탐지 결과, 나아가 계절별 저수지 면적 변화량 등의 데이터를 임시 저장한 후 도 2의 DB(220a)에 저장되도록 출력할 수 있다.The
상기한 내용 이외에도 도 7의 통신 인터페이스부(700), 제어부(710), 저수지 탐지부(720) 및 저장부(730)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.In addition to the above, the
본 발명의 실시예에 따른 도 7 통신 인터페이스부(700), 제어부(710), 저수지 탐지부(720) 및 저장부(730)는 서로 물리적으로 분리된 하드웨어 모듈로 구성되지만, 각 모듈은 내부에 상기의 동작을 수행하기 위한 소프트웨어를 저장하고 이를 실행할 수 있을 것이다. 다만, 해당 소프트웨어는 소프트웨어 모듈의 집합이고, 각 모듈은 하드웨어로 형성되는 것이 얼마든지 가능하므로 소프트웨어니 하드웨어니 하는 구성에 특별히 한정하지 않을 것이다. 예를 들어 저장부(730)는 하드웨어인 스토리지(storage) 또는 메모리(memory)일 수 있다. 하지만, 소프트웨어적으로 정보를 저장(repository)하는 것도 얼마든지 가능하므로 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.7 according to an embodiment of the present invention, the
한편, 본 발명의 다른 실시예로서 제어부(710)는 CPU 및 메모리를 포함할 수 있으며, 원칩화하여 형성될 수 있다. CPU는 제어회로, 연산부(ALU), 명령어해석부 및 레지스트리 등을 포함하며, 메모리는 램을 포함할 수 있다. 제어회로는 제어동작을, 그리고 연산부는 2진비트 정보의 연산동작을, 그리고 명령어해석부는 인터프리터나 컴파일러 등을 포함하여 고급언어를 기계어로, 또 기계어를 고급언어로 변환하는 동작을 수행할 수 있으며, 레지스트리는 소프트웨어적인 데이터 저장에 관여할 수 있다. 상기의 구성에 따라, 가령 저수지 탐지 장치(220)의 동작 초기에 저수지 탐지부(720)에 저장되어 있는 프로그램을 복사하여 메모리 즉 램(RAM)에 로딩한 후 이를 실행시킴으로써 데이터 연산 처리 속도를 빠르게 증가시킬 수 있다. 딥러닝 모델 같은 경우 램(RAM)이 아닌 GPU 메모리에 올라가 GPU를 이용하여 수행 속도를 가속화하여 실행될 수도 있다.Meanwhile, as another embodiment of the present invention, the
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법을 나타내는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating an automated method for detecting a reservoir using 3D spatial image data according to an embodiment of the present invention.
설명의 편의상 도 8을 도 2와 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인공위성(200)이나 서드파티장치(230) 등의 외부장치는 임의 지역의 위성영상을 포함하는 3차원 공간영상 데이터를 제공한다(S800). 여기서, 3차원 공간영상 데이터는 디지털 지형 모델(DEM)을 더 포함할 수도 있다. 여기서, 디지털 지형 모델은 위성영상에 격자를 형성해 이를 통해 저수지의 위치를 판단하기 위해 사용하는 프로그램일 수 있으며, 위성영상의 영상 데이터를 분석하는 3차원의 분석 모델 즉 프로그램일 수 있다. 이러한 모델의 경우에는 사전에 제작되어 저수지 탐지 장치(220)에 기구축될 수 있으므로, 따라서 본 발명의 실시예에서는 외부장치가 DEM을 제공하는 것에 특별히 한정하지는 않을 것이다.Referring to FIG. 8 together with FIG. 2 for convenience of description, an external device such as a
또한, 저수지 탐지 장치(220)는 3차원 공간영상 데이터 및 그 데이터를 분석하는 지형 모델을 이용해 임의 지역의 저수지들에 대한 위치를 파악하고 저수지의 경계선을 탐지하며 시계열 위성영상을 이용하여 계절별 저수지의 면적을 산출하고, 산출한 면적의 데이터를 GIS 형상파일로 변환 출력한다(S810).In addition, the
구체적인 과정은 앞서 충분히 설명한 바 있다. 예를 들어, 저수지 탐지 장치(220)는 위성영상의 이진화 영상을 생성한다. 이를 위하여 위성영상의 가시광 녹색 밴드와 근적외선 밴드를 활용해 정규 수분 지수 영상을 생성한다. 그리고 그 정규 수분 지수 영상과 DEM을 활용해 수체와 그 외 지역을 구분하여 이진화 영상을 생성하는 것이다. 또 그 이진화 영상에 모폴로지 연산을 적용해 수체 내의 에러를 제거하고, 수체의 크기와 경계를 보전(혹은 측정, 계산)한다. 또 그 수체 중에서 기준 범위를 벗어나는 크기 또는 기준 크기 이상의 수체 객체를 선택해 이를 저수지 객체로 판단해 GIS 형상파일로 생성하는 것이다. 이외에도 저수지 탐지 장치(220)는 시계열 위성영상을 활용해 계절별 저수지의 면적 변화량을 계산할 수 있다.The specific process has been sufficiently described above. For example, the
상기한 내용 이외에도 도 2의 저수지 탐지 장치(220)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.In addition to the above, the
한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.On the other hand, even if all the components constituting the embodiment of the present invention are described as being combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the components may be selectively combined with one or more to operate. In addition, although all of the components may be implemented as a single independent piece of hardware, some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the combined functions in one or a plurality of pieces of hardware. It may be implemented as a computer program having. Codes and code segments constituting the computer program may be easily inferred by a person skilled in the art. Such a computer program may implement an embodiment of the present invention by being stored in a computer-readable non-transitory computer readable media, read and executed by a computer.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.Here, the non-transitory readable recording medium means a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory. . Specifically, the above-described programs may be provided by being stored in a non-transitory readable recording medium such as a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, or ROM.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is common in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications and implementations are possible by those with knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
200: 인공위성 210: 통신망
220: 저수지 탐지 장치 230: 서드파티장치
700: 통신 인터페이스부 710: 제어부
720: 저수지 탐지부 730: 저장부200: artificial satellite 210: communication network
220: reservoir detection device 230: third party device
700: communication interface unit 710: control unit
720: reservoir detection unit 730: storage unit
Claims (10)
상기 제공한 3차원 공간영상 데이터 및 상기 데이터를 분석하는 지형 모델을 이용해 상기 임의 지역의 저수지들에 대한 위치를 판단하고 상기 저수지의 경계선을 탐지하며, 시계열 위성영상을 이용하여 시간 변화에 따른 저수지의 면적을 산출하고, 상기 산출한 면적의 데이터를 벡터형의 파일 구조를 갖는 GIS(Geographic Informaton System) 형상파일로 변환 출력하는 저수지 탐지 장치;를 포함하되,
상기 저수지 탐지 장치는, 상기 위성영상을 이용하여 이진화(binary) 영상을 생성하고, 상기 생성한 이진화 영상을 이용해 수체(water body)의 크기와 경계를 분석하며, 분석 결과 기설정된 크기의 수체를 저수지로 판단해 상기 판단에 따른 저수지의 GIS 형상파일을 생성하여 출력하고,
상기 저수지 탐지 장치는, 다중분광 위성영상의 가시광 그린(Green) 밴드와 근적외선(NIR) 밴드를 이용하여 수분 지수를 정규화한 정규 수분 지수(Normalized Difference Water Index) 영상을 생성하고, 상기 생성한 정규 수분 지수 영상과 상기 지형 모델을 이용하여 상기 수체와 상기 수체를 제외한 지역을 구분하는 상기 이진화 영상을 생성하며,
상기 저수지 탐지 장치는, 서로 다른 시간이나 날짜에 촬영된 상기 위성영상을 분석하여 개별 저수지의 면적을 각각 계산하며, 상기 각각 계산한 저수지의 면적을 비교하여 개별 저수지의 면적 변화량을 계산하는, 차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 시스템.An external device that provides 3D space image data including satellite images of an arbitrary area; and
Using the provided 3D spatial image data and a terrain model that analyzes the data, the position of the reservoirs in the arbitrary area is determined, the boundary of the reservoir is detected, and the reservoirs according to time changes are measured using time-series satellite images. A reservoir detection device that calculates an area and converts the data of the calculated area into a Geographic Information System (GIS) shape file having a vector file structure and outputs it,
The reservoir detection device generates a binary image using the satellite image, analyzes the size and boundary of a water body using the generated binary image, and as a result of the analysis, sets a water body of a predetermined size in the reservoir. Based on the judgment, a GIS shape file of the reservoir according to the judgment is generated and output,
The reservoir detection device generates a normalized difference water index (NIR) image by using a visible light green band and a near infrared (NIR) band of a multispectral satellite image, and the normalized water index is generated. Generating the binarized image for dividing the water body and a region excluding the water body using an index image and the terrain model;
The reservoir detection device analyzes the satellite images taken at different times or dates to calculate the area of each reservoir, and calculates the area change of each reservoir by comparing the calculated areas of the reservoir. An automated system for reservoir detection using video data.
상기 저수지 탐지 장치는, 상기 수체의 크기와 경계를 분석할 때 모폴로지 연산(geomorphology operations)의 팽창 알고리즘을 적용하여 상기 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거하는, 차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 시스템.According to claim 1,
The reservoir detection device detects a reservoir using dimensional space image data, which removes errors included in the water body in the binarized image by applying a dilatation algorithm of morphology operations when analyzing the size and boundary of the water body. automation system for
저수지 탐지 장치가, 상기 제공한 3차원 공간영상 데이터 및 상기 데이터를 분석하는 지형 모델을 이용해 상기 임의 지역의 저수지들에 대한 위치를 판단하고 상기 저수지의 경계선을 탐지하며, 시계열 위성영상을 이용하여 시간 변화에 따른 저수지의 면적을 산출하고, 상기 산출한 면적의 데이터를 벡터형의 파일 구조를 갖는 GIS 형상파일로 변환 출력하는 단계;를 포함하되,
상기 출력하는 단계는,
상기 위성영상을 이용하여 이진화 영상을 생성하는 단계;
상기 생성한 이진화 영상을 이용해 수체의 크기와 경계를 분석하는 단계; 및
분석 결과 기설정된 크기의 수체를 저수지로 판단해 상기 판단에 따른 저수지의 GIS 형상파일의 데이터를 생성하여 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 이진화 영상을 생성하는 단계는,
다중분광 위성영상의 가시광 그린(Green) 밴드와 근적외선(NIR) 밴드를 이용하여 수분 지수를 정규화한 정규 수분 지수 영상을 생성하는 단계; 및
상기 생성한 정규 수분 지수 영상과 상기 지형 모델을 이용하여 상기 수체와 상기 수체를 제외한 지역을 구분하는 상기 이진화 영상을 생성하는 단계;를 포함하며,
상기 출력하는 단계는,
서로 다른 시간이나 날짜에 촬영된 상기 위성영상을 분석하여 개별 저수지의 면적을 각각 계산하는 단계; 및
상기 각각 계산한 저수지의 면적을 비교하여 개별 저수지의 면적 변화를 계산하는 단계;를 더 포함하는 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법.providing, by an external device, 3D space image data including satellite images of an arbitrary region; and
The reservoir detection device determines the location of reservoirs in the arbitrary area using the provided 3D spatial image data and a terrain model that analyzes the data, detects the boundary of the reservoir, and uses time-series satellite images to determine the location of the reservoirs. Calculating the area of the reservoir according to the change, and converting and outputting the data of the calculated area into a GIS shape file having a vector file structure;
The outputting step is
generating a binary image using the satellite image;
analyzing the size and boundary of the water body using the generated binarized image; and
As a result of the analysis, determining a water body of a predetermined size as a reservoir and generating and outputting data of a GIS shape file of the reservoir according to the determination; including,
Generating the binarized image,
generating a normalized moisture index image by using a visible green band and a near infrared (NIR) band of the multispectral satellite image; and
Generating the binarized image for dividing the water body and a region excluding the water body using the generated normal water index image and the terrain model;
The outputting step is
calculating the area of each reservoir by analyzing the satellite images taken at different times or dates; and
An automated method for detecting reservoirs using 3-dimensional spatial image data, further comprising: calculating a change in the area of each reservoir by comparing the calculated areas of each reservoir.
상기 출력하는 단계는,
상기 수체의 크기와 경계를 분석할 때 모폴로지 연산의 팽창 알고리즘을 적용하여 상기 이진화 영상에서 수체에 포함된 에러를 제거하는 단계;를 더 포함하는 3차원 공간영상 자료를 활용하여 저수지 탐지를 위한 자동화 방법.According to claim 6,
The outputting step is
When analyzing the size and boundary of the water body, removing errors included in the water body in the binarized image by applying a dilatation algorithm of morphological operation; automated method for detecting a reservoir using 3D spatial image data further comprising: .
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