KR102564494B1 - 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치 - Google Patents

전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 알아내고 이를 입력값으로 하여 출력되는 전파 세기(색)를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하는 기술을 제공하는 것을 특징으로 하는 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치에 관한 것이다.

Description

전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치{3D Terrain Color Designation Device for Representation of Radio Wave Intensity}
본 발명은 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 알아내고 이를 입력값으로 하여 출력되는 전파 세기(색)를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하는 기술을 제공하는 것을 특징으로 하는 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전파 해석 툴은 가능하면 정확하게 전파전파(電波傳播, radio wave propagation)를 시뮬레이션하기위해서 GIS(Geographic Information System) 데이터(지형 데이터)를 이용한다.
이러한 전파 해석 툴에서 사용되는 지형 데이터는 전파 해석용 디지털 지형 데이터와 사용자를 위한 이미지로 구분할 수 있다.
그리고, 지형 데이터는 다시 지형(Terrain/Clutter), 지형 특성(Morphology), 인공 지물(Object) 데이터를 포함하여 이루어진다.
한편, 사용자를 위한 이미지는 위성 또는 항공기에서 촬영한 사진을 이용하거나, 사진을 이용할 수 없을 때에는 지도를 스캔(scan)하여 이용할 수도 있다.
그리고, 전파 해석의 결과는 사용된 GIS 데이터의 해상도에 따라 완전히 다른 결과를 얻을 수도 있다.
예를 들어, 전파 해석의 가장 기본이 되는 지형 데이터는 해상도에 따라 완전평면, 저해상도, 중간 해상도, 및 고해상도로 구분할 수 있다.
그리고, 본 발명과 관련 있는 지형 단면도란, 무선 통신에서 전파 경로 상의 전계 강도 값을 계산할 때, 지표상의 송신점 및 수신점 간의 전파 손실을 계산하기 위해 두 지점을 잇는 직선을 포함하는 무한 평면으로 지형을 잘라 측면에서 바라본 모습을 나타낸 것이다.
전파 손실을 일으키는 장애물 지점을 추출하기 위해서 지형 단면도에서 송신점 및 수신점 사이를 일정한 간격으로 나누어서 고도 지점이 추출된다.
이때, 간격을 넓게 할 경우, 정확한 장애물 지점이 추출되기 어렵고, 간격을 좁게 할 경우, 장애물 지점을 추출하는 연산 시간이 길어질 수 있다.
한편, 드론 기반의 전파 측정을 수행하기 위해서는 상기한 종래 기술로서는 정확한 전파 지도가 생성되는데 한계점이 발생하게 된다.
따라서, 지형과 건물이 존재하는 3차원 지도상에서 송신기의 전파를 계산하고 결과를 색으로 표시하여 전파지도를 생성하는 새로운 스타일의 기술이 필요하게 되었다.
대한민국등록특허 제10-0728657호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 알아내고 이를 입력값으로 하여 출력되는 전파 세기(색)를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하는 것을 특징으로 하는 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치는,
송신기 위치와 전파 세기를 구하고자 하는 영역 크기, 영역 내부에서의 전파세기 계산의 밀집도(해상도)를 설정하기 위한 전파세기표현설정부(100);와
전파 세기를 구하고자 하는 상기 영역 내부에서 밀집도(해상도)에 따라 일정 간격으로 지형을 분할하기 위한 지형분할부(200);와
상기 분할된 지형의 중심에서 지형 위의 전파 세기 계산 지점을 검색하기 위한 전파세기계산지점검색부(300);와
상기 전파 세기 계산 지점과 송신기 사이의 장애물을 확인하기 위한 장애물확인부(400);와
상기 송신기와의 거리와 상기 확인된 장애물의 수를 입력값으로 하여 전파 세기를 계산하기 위한 전파세기계산부(500);와
분할된 지형별 전파 세기를 모두 획득하여 전파 세기 텍스처를 생성하기 위한 전파세기텍스처생성부(600);와
지형 랜더링을 실행하되, 지형의 텍스처와 전파 세기 텍스처를 합성하여 지형을 랜더링하기 위한 지형랜더링부(700);를 포함하여 구성함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치는,
3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 알아내고 이를 입력값으로 하여 출력되는 전파 세기(색)를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하기 위한 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치를 제공함으로써, 지형과 건물이 존재하는 3차원 지도 상에서 송신기의 전파를 계산하고 결과를 색으로 표시하여 전파 지도를 생성하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전파세기표현설정부(100)에 의해 설정되는 화면 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 지형분할부(200)에 의해 지형이 분할되는 화면 예시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전파세기계산지점검색부(300)에 의해 계산 영역별로 지형 위의 전파 세기 계산지점을 검색하는 화면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전파세기계산지점검색부(300)에 의해 전파 세기 계산지점을 결정하는 화면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 장애물확인부(400)에 의해 장애물 여부를 확인하는 화면 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전파 세기 계산 지점 이동 및 장애물 확인 과정을 나타낸 화면 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전파세기텍스처생성부(600)에 의해 전파세기 계산 결과를 범례에 따라 색으로 분류하고 N x N 텍스쳐를 생성하는 화면 예시도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 지형랜더링부(700)에 의해 지형 텍스처와 전파세기 텍스처를 합성하는 과정을 나타낸 화면 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 획득된 지형 텍스처와 전파세기 텍스처에서 획득한 색상(rgb) 값을 r/g/b 채널별로 정규화하여 곱해 지형 텍스쳐가 전파세기 텍스처의 색으로 표현된 화면 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치에 의해 처리된 3차원 지도 상에 전파의 세기를 계산하여 색으로 표현한 화면 예시도이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치는,
송신기 위치와 전파 세기를 구하고자 하는 영역 크기, 영역 내부에서의 전파세기 계산의 밀집도(해상도)를 설정하기 위한 전파세기표현설정부(100);와
전파 세기를 구하고자 하는 상기 영역 내부에서 밀집도(해상도)에 따라 일정 간격으로 지형을 분할하기 위한 지형분할부(200);와
상기 분할된 지형의 중심에서 지형 위의 전파 세기 계산 지점을 검색하기 위한 전파세기계산지점검색부(300);와
상기 전파 세기 계산 지점과 송신기 사이의 장애물을 확인하기 위한 장애물확인부(400);와
상기 송신기와의 거리와 상기 확인된 장애물의 수를 입력값으로 하여 전파 세기를 계산하기 위한 전파세기계산부(500);와
분할된 지형별 전파 세기를 모두 획득하여 전파 세기 텍스처를 생성하기 위한 전파세기텍스처생성부(600);와
지형 랜더링을 실행하되, 지형의 텍스처와 전파 세기 텍스처를 합성하여 지형을 랜더링하기 위한 지형랜더링부(700);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명인 3차원 지형의 색상 지정 장치는,
3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 파악한 후, 이를 입력값으로 하여 출력되는 전파 세기를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
전파는 송신기로부터 퍼져나가 송신기로부터 멀어질수록 자유 공간 손실로 인해 세기가 약해지고 장애물이 존재하여 이를 통과하는 경우에도 손실이 발생하게 된다.
손실에 대한 계산은 여러 수학적 모델이 존재하나 본 발명에서는 다루지 않으며, 3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 알아내고 이를 입력으로 출력되는 전파세기(색)를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하는 방법을 구체적으로 설명하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치의 전체 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치(1000)는 크게, 전파세기표현설정부(100), 지형분할부(200), 전파세기계산지점검색부(300), 장애물확인부(400), 전파세기계산부(500), 전파세기텍스처생성부(600), 지형랜더링부(700)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 도면을 참조하여 설명하자면, 상기 전파세기표현설정부(100)는 송신기 위치와 전파 세기를 구하고자 하는 영역 크기, 영역 내부에서의 전파세기 계산의 밀집도(해상도)를 설정하기 위한 기능을 수행하게 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 송신기의 위치 T, 전파 세기 계산 영역의 크기 즉, 반경 R, 영역 내부에서의 전파세기 계산의 밀집도(해상도) N으로 정의하고, 사용자에 의해 송신기의 위치, 전파 세기 계산 영역의 크기, 전파세기 계산의 밀집도를 설정하게 되는 것이다.
상기 지형분할부(200)는 전파 세기를 구하고자 하는 상기 영역 내부에서 밀집도(해상도)에 따라 일정 간격으로 지형을 분할하기 위한 기능을 수행하게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 밀집도 즉, 해상도 N을 기준으로 일정 간격으로 지형의 계산 영역을 분할하게 되는 것이다.
이후, 전파세기계산지점검색부(300)는 상기 분할된 지형의 중심에서 지형 위의 전파 세기 계산 지점을 검색하기 위한 기능을 수행하게 된다.
도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 우선 도 4a와 같이, 각 계산 영역의 중심점 위치를 계산하게 되며, 도 4b와 같이, 각 중심점의 고도를 충분히 높은 값, 예를 들어, 송신기 고도 + 약 60km 로 변경하게 되며, 도 4c와 같이, 지형 방향으로 충돌검사(ray casting)를 실시하고, 지형과 충돌이 발생한 지점으로 이동하여 지형 위의 계산 지점을 찾게(검색) 된다.
좀 더 구체적으로, 도 5를 참조하여 설명하자면, 송신기 위치 T(xt, yt, zt), 전파 세기를 구하고자 하는 영역의 반경 R, 해상도 N, 초기 전파 세기 계산 지점 P11 ~ nn 으로 정의할 경우에, T를 중심으로 2R X 2R 크기의 사각 영역을 구하게 되며, 해당 영역에서 해상도 N에 따른 N X N 개의 P를 동일한 간격으로 결정하게 되는 것이다.
이를 위하여, 상기 전파세기계산지점검색부(300)는,
각 계산 영역의 중심점 위치를 계산하기 위한 중심점위치계산모듈;
상기 각각 중심점의 고도를 송신기 고도보다 높은 값으로 변경하기 위한 중심점고도변경모듈;
지형 방향으로 충돌검사(ray casting)를 실시하고, 지형과 충돌이 발생한 지점으로 이동하여 지형 위의 계산 지점을 검색하기 위한 계산지점검색모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이후, 장애물확인부(400)는 상기 전파 세기 계산 지점과 송신기 사이의 장애물을 확인하기 위한 기능을 수행하게 된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 전파세기계산지점검색부(300)에서 계산 지점에서 송신기 방향으로 충돌 검사를 실시한 후, 이에 따른 장애물 여부를 확인하는 것이다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 도 7에 도시한 바와 같이, 가상 전파 세기 계산 지점 P'11 ~ nn , 최종 전파 세기 계산 지점 P''11 ~ nn 이라 정의할 경우에, 1번과 같이, P를 충분히 높은 고도의 가상 지점 P’으로 이동시키며, 2번과 같이, P’에서 지형쪽으로 충돌검사(Ray casting) 실시하고, 지형과 충돌 지점(=최종 전파 세기 계산 지점)P'' 확인하게 된다.
그리고, 3번 과 같이, P''에서 T방향으로 충돌검사(Ray casting) 실시하고, 장애물과 충돌 확인하게 되는 것이다.
이후, 상기 전파세기계산부(500)는 상기 송신기와의 거리와 상기 확인된 장애물의 수를 입력값으로 하여 전파 세기를 계산하기 위한 기능을 수행하게 된다.
즉, 각 계산지점에서 송신기와의 거리와 장애물 수를 입력값으로 하여 전파 세기를 계산하게 되는 것이다.
이후, 전파세기텍스처생성부(600)는 분할된 지형별 전파 세기를 모두 획득하여 전파 세기 텍스처를 생성하기 위한 기능을 수행하게 된다.
즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 전파 세기 계산 결과를 범례에 따라 색으로 분류하고, N X N 텍스처, 즉, 전파 세기 텍스처를 생성하게 되는 것이다.
이후, 최종적으로, 지형랜더링부(700)는 지형 랜더링을 실행하되, 지형의 텍스처와 전파 세기 텍스처를 합성하여 지형을 랜더링하기 위한 기능을 수행하게 된다.
구체적으로, 도 9a에 도시한 바와 같이, 지형 텍스처는 지형의 텍스처 매핑 정보를 그대로 활용하여 색상(rgb) 값을 획득하게 된다.
이후, 도 9b에 도시한 바와 같이, 전파세기 텍스처는 송신기 위치를 중심으로 2R x 2R 영역으로 새로운 uv를 계산하고, 전파세기 텍스처에서 색상(rgb) 값을 획득하게 된다.
예를 들어, 전파세기 텍스처는 N x N 크기를 가진 이미지, 전파세기를 나타내는 영역 또한 N x N으로 영역을 나눠 계산했기 때문에 정규화된 uv 좌표를 통해 텍스처 매핑을 하면 위치가 맞게 되는 것이다.
이후, 도 9c에 도시한 바와 같이, 지형 텍스처와 전파세기 텍스처에서 획득한 색상(rgb) 값을 r/g/b 채널별로 정규화하여 곱해 최종 색상값을 결정하게 되는 것이다.
상기와 같은 기능을 제공하기 위하여, 상기 지형랜더링부(700)는,
지형 텍스처로서, 지형의 텍스처 매핑 정보를 그대로 활용하여 색상(rgb) 값을 획득하기 위한 지형텍스처획득모듈;
전파세기 텍스처로서, 송신기 위치를 중심으로 2R x 2R 영역으로 새로운 uv를 계산하고, 전파세기 텍스처에서 색상(rgb) 값을 획득하기 위한 전파세기텍스처획득모듈;
상기 획득된 지형 텍스처와 전파세기 텍스처에서 획득한 색상(rgb) 값을 r/g/b 채널별로 정규화하여 곱해 최종 색상값을 결정하기 위한 색상값결정모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전파 세기 계산 및 색상 혼합에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 도 10에 도시한 바와 같이, P''와 T의 거리, 장애물 여부 등을 입력으로 전파 세기를 계산하고 전파 세기 범례에 따라 색을 결정하게 된다.
이때, P''의 색을 모아 N x N 해상도의 이미지 생성 및 텍스처화(=전파 세기 텍스처)하게 된다.
그리고, 쉐이더에서 지형의 픽셀을 계산할 때, 지형의 원 텍스처와 전파 세기 텍스처의 값을 정규화 및 곱하게 되는 것이다.
이때, 지형의 원 텍스처와 전파 세기 텍스처의 이미지 해상도는 차이가 있지만 텍스처 매핑 좌표 uv가 0 ~ 1로 정규화된 좌표이기 때문에 위치가 맞게 되는 것이다.
일반적으로 쉐이더에서 텍스처가 매핑된 객체의 픽셀을 계산할 때, 텍스처 매핑 좌표 uv에 맞춰 텍스처의 RGB 값을 대입하게 된다.
그리고, 지형의 원 텍스처에서 가져온 색상과 전파 세기 텍스처의 색상을 R, G, B 채널별로 곱하게 되면, 지형의 원 텍스처에 나타나 있는 지형 모습에 전파 세기 텍스처의 색상 필터가 씌워진 결과가 나타나게 되는 것이다.
도 10의 예시는 빨간 색상 예시 화면이다.
결국, 본 발명인 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치를 통해, 도 11에 도시한 바와 같이, 3차원 지도에 전파의 세기를 계산하여 전파의 세기에 따라 색상을 달리하여 표현하여 누구나 직관적으로, 정확하고 효율적으로 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 알아낼 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
100 : 전파세기표현설정부
200 : 지형분할부
300 : 전파세기계산지점검색부
400 : 장애물확인부
500 : 전파세기계산부
600 : 전파세기텍스처생성부
700 : 지형랜더링부

Claims (2)

  1. 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치에 있어서,
    송신기 위치와 전파 세기를 구하고자 하는 영역 크기, 영역 내부에서의 전파세기 계산의 밀집도(해상도)를 설정하기 위한 전파세기표현설정부(100);와
    전파 세기를 구하고자 하는 상기 영역 내부에서 밀집도(해상도)에 따라 일정 간격으로 지형을 분할하기 위한 지형분할부(200);와
    상기 분할된 지형의 중심에서 지형 위의 전파 세기 계산 지점을 검색하기 위한 전파세기계산지점검색부(300);와
    상기 전파 세기 계산 지점과 송신기 사이의 장애물을 확인하기 위한 장애물확인부(400);와
    상기 송신기와의 거리와 상기 확인된 장애물의 수를 입력값으로 하여 전파 세기를 계산하기 위한 전파세기계산부(500);와
    분할된 지형별 전파 세기를 모두 획득하여 전파 세기 텍스처를 생성하기 위한 전파세기텍스처생성부(600);와
    지형 랜더링을 실행하되, 지형의 텍스처와 전파 세기 텍스처를 합성하여 지형을 랜더링하기 위한 지형랜더링부(700);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 전파세기계산지점검색부(300)는,
    각 계산 영역의 중심점 위치를 계산하기 위한 중심점위치계산모듈;
    상기 각각 중심점의 고도를 송신기 고도보다 높은 값으로 변경하기 위한 중심점고도변경모듈;
    지형 방향으로 충돌검사(ray casting)를 실시하고, 지형과 충돌이 발생한 지점으로 이동하여 지형 위의 계산 지점을 검색하기 위한 계산지점검색모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 지형랜더링부(700)는,
    지형 텍스처로서, 지형의 텍스처 매핑 정보를 그대로 활용하여 색상(rgb) 값을 획득하기 위한 지형텍스처획득모듈;
    전파세기 텍스처로서, 송신기 위치를 중심으로 2R x 2R 영역으로 새로운 uv를 계산하고, 전파세기 텍스처에서 색상(rgb) 값을 획득하기 위한 전파세기텍스처획득모듈;
    상기 획득된 지형 텍스처와 전파세기 텍스처에서 획득한 색상(rgb) 값을 r/g/b 채널별로 정규화하여 곱해 최종 색상값을 결정하기 위한 색상값결정모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 3차원 지형의 색상 지정 장치는,
    3차원 지도에서 송신기와의 거리, 장애물의 존재를 파악한 후, 이를 입력값으로 하여 출력되는 전파 세기를 3차원 모델로 존재하는 지형에 표시하는 것을 특징으로 하는 전파 세기 표현을 위한 3차원 지형의 색상 지정 장치.

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KR102671755B1 (ko) * 2023-09-21 2024-06-04 주식회사 케이쓰리아이 3차원 도시공간에서 전파 세기 표현을 위한 시각화 장치

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