KR102677913B1 - TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone - Google Patents

TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone Download PDF

Info

Publication number
KR102677913B1
KR102677913B1 KR1020210107570A KR20210107570A KR102677913B1 KR 102677913 B1 KR102677913 B1 KR 102677913B1 KR 1020210107570 A KR1020210107570 A KR 1020210107570A KR 20210107570 A KR20210107570 A KR 20210107570A KR 102677913 B1 KR102677913 B1 KR 102677913B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow rate
drone
flow
gcp
coordinates
Prior art date
Application number
KR1020210107570A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230025260A (en
Inventor
이태희
Original Assignee
재단법인 한국수자원조사기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 한국수자원조사기술원 filed Critical 재단법인 한국수자원조사기술원
Priority to KR1020210107570A priority Critical patent/KR102677913B1/en
Publication of KR20230025260A publication Critical patent/KR20230025260A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102677913B1 publication Critical patent/KR102677913B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/002Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow wherein the flow is in an open channel
    • G01F1/005Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow wherein the flow is in an open channel using floats
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00Equipment not otherwise provided for
    • B64D47/08Arrangements of cameras
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04Interpretation of pictures
    • G01C11/06Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04Interpretation of pictures
    • G01C11/30Interpretation of pictures by triangulation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7086Measuring the time taken to traverse a fixed distance using optical detecting arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P5/20Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance using particles entrained by a fluid stream

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Abstract

본 발명은 하천 유량 측정시에 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면직각좌표계인 TM(Transverse Meractor) 좌표를 부여하여 효율적인 표면유속 측정 및 유량 산출이 가능하도록 한 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 지상기준점(Ground Control Point, GCP) 측량에 따른 GCP 측량 정보를 관리하는 GCP 측량 정보 관리부;드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영하도록 제어하는 항공사진 촬영 제어부;부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정하는 좌표부여 및 흐름각 산정부;상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속 산정을 하는 표면유속 산정부;표면유속 산정부에서 산정된 표면 유속을 이용하여 유량을 산정하는 유량 산정부;를 포함하는 것이다.The present invention provides TM (Transverse Meractor) coordinates, a plane rectangular coordinate system, to orthophotographs of the water surface using a drone when measuring river flow, enabling efficient surface flow measurement and flow calculation based on TM coordinates using a drone. It relates to a flow measurement device and method. A GCP survey information management unit that manages GCP survey information according to Ground Control Point (GCP) survey; a drone is hovered at a certain height and occupies the channel. An aerial photography control unit that controls orthophotography to maintain collinear conditions between the camera and the floating object on the water surface so that one GCP point is included; coordinates are given for the moving position of the floating object, and the coordinates are given through digitizing the point of the floating object. From the It includes a surface flow rate calculation unit that calculates the surface flow rate by dividing the total correction distance, which is the sum of the correction distances for each location, by the total travel time; a flow rate calculation unit that calculates the flow rate using the surface flow rate calculated in the surface flow rate calculation unit.

Description

드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법{TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone}TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone}

본 발명은 하천 유량 측정 기술에 관한 것으로, 구체적으로 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면직각좌표계인 TM(Transverse Meractor) 좌표를 부여하여 효율적인 표면유속 측정 및 유량 산출이 가능하도록 한 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to river flow measurement technology, and specifically, to a drone that enables efficient surface flow measurement and flow rate calculation by assigning TM (Transverse Meractor) coordinates, a plane rectangular coordinate system, to water surface photos taken orthophoto using a drone. This relates to a flow measurement device and method based on TM coordinates.

현재 드론은 농업, 기상관측, 통신, 방송, 물류운송, 항공측량 등 광범위한 분야에서 활용되고 있으며 드론을 이용한 산업은 지속적으로 확대되고 있다.Currently, drones are used in a wide range of fields, including agriculture, weather observation, communications, broadcasting, logistics transportation, and aerial surveying, and industries using drones are continuously expanding.

드론 항공측량은 LiDAR(Light detection and Ranging, 혹은 Light+Radar), 적외선, 다분광,초분광 등 고가의 센서를 적용한 기법이 주류를 이루었지만, 드론의 유실사고가 빈번하게 발생하는 이유로 일반광학센서(디지털 카메라)를 이용한 항공사진측량 기법으로 대체되고 있다.Drone aerial surveying has been dominated by techniques using expensive sensors such as LiDAR (Light detection and Ranging, or Light+Radar), infrared, multispectral, and hyperspectral, but due to frequent drone loss accidents, general optical sensors are used. It is being replaced by aerial photogrammetry techniques using (digital cameras).

항공사진측량의 정확도는 다양한 분야에서 많은 연구를 통해 입증된 바 있다.The accuracy of aerial photogrammetry has been proven through many studies in various fields.

한편, 수자원 분야에서도 드론을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 중 하천측량 분야가 대표적이라 할 수 있다. 유속 측정에 관한 연구는 국내외 대부분 동영상 촬영을 통해 표면 유속장을 측정하는 방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 기법이 대표적인 예이다.Meanwhile, research using drones is also actively underway in the water resources field, and the river surveying field is a representative example. A representative example of research on flow velocity measurement at home and abroad is the PIV (Particle Image Velocimetry) technique, which is a method of measuring surface velocity fields through video recording.

특히 국외의 경우 공중에서 촬영한 이미지를 높은 정확도로 안정화하는 방법을 개발했으며 안정화된 이미지를 STIV(Space Time Image Velocimetry) 기법으로 하천 표면 분포를 측정하였다.In particular, in overseas cases, a method was developed to stabilize images taken from the air with high accuracy, and the river surface distribution was measured using the stabilized images using the STIV (Space Time Image Velocimetry) technique.

이미지 안정화 과정에서 SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 및 RIPOC(Rotation Invariant Phase Only Correlation)와 같은 알고리즘을 결합하여 개발된 방법으로 2014년 우오노 강의 융설에 의한 홍수를 조사하기 위해 적용하였다.This method was developed by combining algorithms such as SIFT (Scale Invariant Feature Transform) and RIPOC (Rotation Invariant Phase Only Correlation) in the image stabilization process and was applied to investigate flooding caused by snowmelt in the Uono River in 2014.

다른 방법으로 드론을 이용하여 완전한 비접촉식으로 유량 측정을 실시하는 방법이 있다. 드론으로 촬영한 영상의 굴절을 보정하여 하천의 횡단면을 측량하고 표면유속을 LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) 방법을 적용하여 유량을 추정한 것이다.Another method is to perform flow measurement in a completely non-contact manner using a drone. The cross-section of the river was measured by correcting the refraction of the image taken by a drone, and the surface flow rate was estimated by applying the LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) method.

국내의 경우 Yu and Hwang (2017)은 실험수로에서 드론에 장착된 비디오 카메라를 이용하여 영상 촬영, 영상 보정, 영상 분석, 후처리 네 단계 과정을 통해 표면영상유속측정법(Surface image velocimetry)을 적용하여 표면유속을 측정하였다.In Korea, Yu and Hwang (2017) applied surface image velocimetry through a four-step process of image capture, image correction, image analysis, and post-processing using a video camera mounted on a drone in an experimental waterway. Surface flow velocity was measured.

이와 같은 표면유속 측정방법의 공통점은 동영상을 촬영하여 정지영상의 시간간격으로 나누어 디지털화를 위한 영상처리과정과 더불어 하천 내 유하하는 부유물의 실제좌표와 CRT(Cathode-ray tube coordinates)좌표 간의 좌표변환 과정을 통해 영상왜곡에 대한 보정을 수행해야한다.What these surface flow measurement methods have in common is the image processing process for digitization by shooting a video and dividing it into time intervals of still images, as well as the coordinate conversion process between the actual coordinates of floating objects flowing in the river and CRT (Cathode-ray tube coordinates) coordinates. Correction for image distortion must be performed through .

아와 같은 종래 기술의 홍수 시 유량 측정은 전자파유속계, 영상유속계, 레이더유속계, ADCP 등 첨단 측정장비와 부자를 이용하여 유량측정을 실시하고 있지만 예산, 인력, 안전 및 하천공사 등의 문제로 매년 모든 지점에서 측정을 실시하지 못하는 어려움이 있다.Flow measurement in the event of a flood in the conventional technology is carried out using advanced measuring equipment such as electromagnetic wave velocimeter, video velocimeter, radar velocimeter, ADCP, etc. There are difficulties in carrying out measurements at the point.

따라서, 이러한 문제를 개선하여 최소 인력이 단시간 간편하게 드론을 이용하여 유량을 측정할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for the development of new technology that can improve this problem and allow a minimum number of people to easily measure flow rate using a drone in a short period of time.

대한민국 등록특허 제10-1996992호Republic of Korea Patent No. 10-1996992 대한민국 등록특허 제10-1978351호Republic of Korea Patent No. 10-1978351 대한민국 등록특허 제10-2113791호Republic of Korea Patent No. 10-2113791

본 발명은 종래 기술의 하천 유량 측정 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면직각좌표계인 TM(Transverse Meractor) 좌표를 부여하여 효율적인 표면유속 측정 및 유량 산출이 가능하도록 한 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve the problems of the river flow measurement technology of the prior art, and provides efficient surface flow measurement and flow calculation by assigning TM (Transverse Meractor) coordinates, a plane rectangular coordinate system, to water surface photos taken orthophotographed using a drone. The purpose is to provide a flow measurement device and method based on TM coordinates using a drone.

본 발명은 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면 직각좌표계인 TM 좌표를 부여하여 표면유속을 측정을 하고, 측량된 단면자료로부터 수위에 대한 통수단면적을 적용하여 신속하고 정확한 유량 측정이 가능하도록 한 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention measures the surface flow rate by assigning TM coordinates, a plane rectangular coordinate system, to a water surface photograph taken orthophoto using a drone, and applies the cross-sectional area to the water level from the measured cross-sectional data, enabling rapid and accurate flow measurement. The purpose is to provide a flow measurement device and method based on TM coordinates using a drone.

본 발명은 홍수기 유량측정에 있어서 신속하고 간편하게 측정이 가능하게 되어 측정인원을 사고위험으로부터 보호하고 홍수기 측정시 필요인력을 다른 업무에 투입하여 자료 정확도 향상에 기여할 수 있도록 한 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a TM coordinate-based method using a drone that enables quick and easy measurement in flood stage flow measurement, protects measurement personnel from the risk of accidents, and contributes to improving data accuracy by assigning the necessary manpower to other tasks when measuring flood stage. The purpose is to provide a flow measurement device and method.

본 발명은 항공측량기법을 적용한 측정으로 동영상 촬영을 통한 PIV 기법과 비교하여 영상 및 영상좌표 보정 등 여려 단계의 보정과정이 불필요하여 측정 편리성 및 정확도를 높일 수 있도록 한 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a measurement using an aerial surveying technique. Compared to the PIV technique through video shooting, the present invention is a TM coordinate-based method using a drone that improves measurement convenience and accuracy by eliminating the need for multiple correction steps such as image and image coordinate correction. The purpose is to provide a flow measurement device and method.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치는 지상기준점(Ground Control Point, GCP) 측량에 따른 GCP 측량 정보를 관리하는 GCP 측량 정보 관리부;드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영하도록 제어하는 항공사진 촬영 제어부;부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정하는 좌표부여 및 흐름각 산정부;상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속 산정을 하는 표면유속 산정부;표면유속 산정부에서 산정된 표면 유속을 이용하여 유량을 산정하는 유량 산정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The TM coordinate-based flow measurement device using a drone according to the present invention to achieve the above purpose includes a GCP survey information management unit that manages GCP survey information according to Ground Control Point (GCP) survey; a drone is raised to a certain height; An aerial photography control unit that controls orthophotography to maintain collinear conditions between the camera and the floating object floating on the water surface so that the GCP point occupied within the river channel is included in the hovering state; about the moving position of the floating object Coordinates are given, and the flow angle is calculated in the direction perpendicular to the cross section of the upstream and downstream ends and the movement distance during the reference time according to the flow from the and a flow angle calculation unit; a surface flow rate calculation unit that calculates the surface flow rate by dividing the total correction distance, which is the sum of correction distances for each location from the upstream end to the downstream end, by the total travel time; using the surface flow rate calculated in the surface flow rate calculation unit. It is characterized by including a flow rate calculation unit that calculates the flow rate.

여기서, GCP 측량 정보 관리부는, 지상기준점(Ground Control Point, GCP)을 획득하기 위하여 VRS DGPS(Virtual Reference Station DGPS) 측량 장비를 이용한 삼변측량을 통해 실시하는 지상측량을 하고, 하천에 유하하는 부유물 이동에 대한 2차원 해석을 위하여 항공사진측량 개념에서 높이 값인 Z값은 제외하고 X, Y값만 이용하는 것을 특징으로 한다.Here, the GCP surveying information management department conducts ground surveying through trilateration using VRS DGPS (Virtual Reference Station DGPS) surveying equipment to obtain a ground control point (GCP) and monitors the movement of floating objects in the river. For two-dimensional analysis, it is characterized by using only X and Y values, excluding the Z value, which is the height value in the aerial photogrammetry concept.

그리고 항공사진 촬영 제어부의 제어에 의해 촬영된 영상을 GCP 좌표를 이용하여 보정하는 정사 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And it is characterized by further comprising an orthocorrection unit that corrects the image captured under the control of the aerial photography control unit using GCP coordinates.

그리고 항공사진 촬영 제어부는, 드론 및 카메라를 제어하여 지면의 대상점, 사진에 촬영된 대상점의 영상점, 노출점의 3점이 한 직선상에 위치하는 공선조건(Collinearity Condition)을 유지할 수 있도록 정사 촬영을 하는 것을 특징으로 한다.And the aerial photography control unit controls the drone and camera to maintain the collinearity condition in which the target point on the ground, the image point of the target point captured in the photo, and the three exposure points are located on one straight line. It is characterized by filming.

그리고 좌표부여 및 흐름각 산정부는, X축은 좌표계 원점의 자오선에 일치하고, 진북방향을 정(+)으로 표시하며, Y축은 X축에 직교하는 축으로서 진동방향을 정(+)으로 하는 TM 좌표를 이용하고, 드론으로 정사 촬영된 항공사진의 좌표계를 평면직각좌표계인 GRS80 TM 좌표계 한국중부원점으로 정의하는 것을 특징으로 한다.And in the coordinate assignment and flow angle calculation unit, the It is characterized in that the coordinate system of the aerial photo orthophotographed by the drone is defined as the central Korean origin of the GRS80 TM coordinate system, which is a plane rectangular coordinate system.

그리고 좌표부여 및 흐름각 산정부는, 카메라 인터벌 기능을 일정 간격으로 설정하고, 설정 시간 동안 여러 장 촬영된 항공 사진의 부유물 위치를 점 디지타이징(Point Digitizing) 방법을 통해 부유물의 이동 경로에 대한 좌표를 부여하는 것을 특징으로 한다.In addition, the coordinate assignment and flow angle calculation unit sets the camera interval function at regular intervals and provides coordinates for the movement path of the floating object through point digitizing the position of the floating object in several aerial photos taken during the set time. It is characterized by:

그리고 유량 산정부는, 상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서 보여지는 각 측선의 평균유속을 곱하여 각 측선별 흐르는 유량을 산정하고, 모든 측선에 대한 유량의 합을 전체 유량으로 산정하는 것을 특징으로 한다.And the flow rate calculation unit calculates the flow rate for each side line by multiplying the average cross-sectional area of each side line corresponding to the cross section of the upstream and downstream ends by the average flow rate of each side line shown in the flow velocity-distribution curve, and the sum of the flow rates for all side lines. It is characterized in that it is calculated as the total flow rate.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법은 지상기준점(Ground Control Point, GCP) 측량에 따른 GCP 측량 정보를 관리하는 GCP 측량 정보 관리 단계;드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영하도록 제어하는 항공사진 촬영 제어 단계;촬영된 영상을 GCP 좌표를 이용하여 정사 보정하는 정사 보정 단계;부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정하는 좌표부여 및 흐름각 산정 단계;상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속 산정을 하는 표면유속 산정 단계;표면유속 산정 단계에서 산정된 표면 유속을 이용하여 유량을 산정하는 유량 산정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The TM coordinate-based flow measurement method using a drone according to the present invention to achieve another purpose includes a GCP survey information management step of managing GCP survey information according to Ground Control Point (GCP) survey; a drone at a certain height; Aerial photography control step to control orthophotography to maintain collinear conditions between the camera and floating objects on the water surface so that the GCP point occupied within the river channel is included in the hovering state; the captured image is converted to GCP coordinates Orthocorrection step of orthocorrection using; Coordinates are given for the moving position of the floating object, and from the Coordinate assignment and flow angle calculation steps to calculate the flow angle to the perpendicular direction of the cross section of the downstream end; Surface flow rate is calculated by dividing the total correction distance, which is the sum of the correction distances for each location flowing from the upstream end to the downstream end, by the total travel time. It is characterized in that it includes a surface flow rate calculation step; a flow rate calculation step of calculating the flow rate using the surface flow rate calculated in the surface flow rate calculation step.

여기서, 항공사진 촬영 제어 단계에서, 드론 및 카메라를 제어하여 지면의 대상점, 사진에 촬영된 대상점의 영상점, 노출점의 3점이 한 직선상에 위치하는 공선조건(Collinearity Condition)을 유지할 수 있도록 정사 촬영을 하는 것을 특징으로 한다.Here, in the aerial photography control stage, the drone and camera can be controlled to maintain the collinearity condition in which the three points of the target point on the ground, the image point of the target point captured in the photo, and the exposure point are located on one straight line. It is characterized by orthophotography.

그리고 좌표부여 및 흐름각 산정 단계에서, X축은 좌표계 원점의 자오선에 일치하고, 진북방향을 정(+)으로 표시하며, Y축은 X축에 직교하는 축으로서 진동방향을 정(+)으로 하는 TM 좌표를 이용하고, 드론으로 정사 촬영된 항공사진의 좌표계를 평면직각좌표계인 GRS80 TM 좌표계 한국중부원점으로 정의하는 것을 특징으로 한다.And in the step of assigning coordinates and calculating the flow angle, the It is characterized by using coordinates and defining the coordinate system of the aerial photo orthophotographed by a drone as the central Korean origin of the GRS80 TM coordinate system, which is a plane rectangular coordinate system.

그리고 좌표부여 및 흐름각 산정 단계에서, 카메라 인터벌 기능을 일정 간격으로 설정하고, 설정 시간 동안 여러 장 촬영된 항공 사진의 부유물 위치를 점 디지타이징(Point Digitizing) 방법을 통해 부유물의 이동 경로에 대한 좌표를 부여하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the coordinate assignment and flow angle calculation stage, the camera interval function is set at regular intervals, and the coordinates of the movement path of the floating object are obtained through point digitizing the position of the floating object in several aerial photos taken during the set time. It is characterized by giving.

그리고 표면유속 산정 단계에서, 위치별 이동거리를 흐름각에 대해서 통수단면적의 직각방향거리로 보정된 이동거리()를 산정하고, 여기서, 은 부유물의 3초간 이동거리, 는 위치별 통수단면적의 직각방향에 대한 흐름각인 것을 특징으로 한다.And in the surface flow calculation stage, the movement distance for each location is divided into the distance perpendicular to the cross-sectional area through the flow angle. Compensated moving distance ( ) is calculated, where: The distance the float moves in 3 seconds, is characterized in that it is the flow angle with respect to the direction perpendicular to the cross-sectional area for each location.

그리고 상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합은으로 구하고, 총 보정거리()를 총 이동시간()으로 나누어 으로 표면유속()을 산정하는 것을 특징으로 한다.And the sum of the correction distances for each position from the upstream end to the downstream end is Calculate the total correction distance ( ) is the total travel time ( ) divided by surface flow rate ( ) is characterized by calculating.

그리고 유량 산정 단계에서, 상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서 보여지는 각 측선의 평균유속을 곱하여 각 측선별 흐르는 유량을 산정하고, 모든 측선에 대한 유량의 합을 전체 유량으로 산정하는 것을 특징으로 한다.And in the flow rate calculation stage, the average cross-sectional area of each side line corresponding to the cross section of the upstream and downstream ends is multiplied by the average flow rate of each side line shown in the flow velocity-distribution curve to calculate the flow rate for each side line, and the flow rate for all side lines is calculated. It is characterized by calculating the sum as the total flow rate.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the TM coordinate-based flow measurement device and method using a drone according to the present invention has the following effects.

첫째, 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면직각좌표계인 TM(Transverse Meractor) 좌표를 부여하여 효율적인 표면유속 측정 및 유량 산출이 가능하도록 한다.First, TM (Transverse Meractor) coordinates, a plane rectangular coordinate system, are given to orthophotographs of the water surface using a drone, enabling efficient surface flow velocity measurement and flow rate calculation.

둘째, 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면 직각좌표계인 TM 좌표를 부여하여 표면유속을 측정을 하고, 측량된 단면자료로부터 수위에 대한 통수단면적을 적용하여 신속하고 정확한 유량 측정이 가능하도록 한다.Second, surface flow velocity is measured by assigning TM coordinates, a plane rectangular coordinate system, to orthophotographs of the water surface using a drone, and the cross-sectional area for the water level is applied from the measured cross-sectional data to enable rapid and accurate flow measurement. do.

셋째, 홍수기 유량측정에 있어서 신속하고 간편하게 측정이 가능하게 되어 측정인원을 사고위험으로부터 보호하고 홍수기 측정시 필요인력을 다른 업무에 투입하여 자료 정확도 향상에 기여할 수 있도록 한다.Third, it enables quick and easy measurement in measuring flood flow, protecting measurement personnel from the risk of accidents, and contributing to improving data accuracy by allocating the necessary manpower to other tasks when measuring flood season.

넷째, 항공측량기법을 적용한 측정으로 동영상 촬영을 통한 PIV 기법과 비교하여 영상 및 영상좌표 보정 등 여려 단계의 보정과정이 불필요하여 측정 편리성 및 정확도를 높일 수 있도록 한다.Fourth, compared to the PIV technique through video shooting, measurement using aerial surveying techniques eliminates the need for multiple correction processes such as image and image coordinate correction, thereby improving measurement convenience and accuracy.

도 1은 본 발명에 따른 유량 측정을 위한 드론의 일 예를 나타낸 구성도
도 2a 내지 도 2d는 지상기준점(GCP) 선점의 일 예를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치의 구성 블록도
도 4는 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법을 나타낸 플로우 차트
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 정사 촬영의 일 예를 나타낸 구성도
도 6a와 도 6b는 유량 산정을 위한 대상 지점 선정의 일 예를 나타낸 구성도
도 7a와 도 7b는 유량 산정을 위한 대상 지점 선정의 다른 예를 나타낸 구성도
도 8a와 도 8b는 부유물 좌표 설정의 일 예를 나타낸 구성도
도 9a내지 도 9c는 촬영된 항공사진으로부터 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 부유물의 위치별 TM좌표 테이블의 일 예 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각 산정의 일 예를 나타낸 구성도
도 10a와 도 10b는 부자 측정에 의한 유량 산정 방법의 일 예를 나타낸 구성도
도 11a와 도 11b는 드론으로 측정된 유량의 정확도에 관한 비교 분석 결과를 나타낸 그래프
1 is a configuration diagram showing an example of a drone for measuring flow rate according to the present invention.
Figures 2a to 2d are diagrams showing an example of ground control point (GCP) occupancy.
Figure 3 is a block diagram of a TM coordinate-based flow measurement device using a drone according to the present invention.
Figure 4 is a flow chart showing a flow rate measurement method based on TM coordinates using a drone according to the present invention.
5A and 5B are configuration diagrams showing an example of orthophotography according to the present invention.
Figures 6a and 6b are diagrams showing an example of target point selection for flow rate calculation
Figures 7a and 7b are diagrams showing another example of target point selection for flow rate calculation.
Figures 8a and 8b are diagrams showing an example of floating object coordinate settings
Figures 9a to 9c show an example of a TM coordinate table for each position of a floating object given through a point digitizing operation from a taken aerial photograph, and an example of flow angle calculation for the perpendicular direction of the cross section of the upstream and downstream ends of the cross-sectional area. Configuration diagram shown
Figures 10a and 10b are diagrams showing an example of a flow rate calculation method by measuring the flow rate.
Figures 11a and 11b are graphs showing comparative analysis results regarding the accuracy of flow rate measured with a drone

이하, 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the TM coordinate-based flow measurement device and method using a drone according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the TM coordinate-based flow measurement device and method using a drone according to the present invention will become apparent through the detailed description of each embodiment below.

도 1은 본 발명에 따른 유량 측정을 위한 드론의 일 예를 나타낸 구성도이고, 도 2a 내지 도 2d는 지상기준점(GCP) 선점의 일 예를 나타낸 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing an example of a drone for measuring flow rate according to the present invention, and Figures 2A to 2D are configuration diagrams showing an example of ground control point (GCP) occupancy.

본 발명에 따른 드론을 이용한 유량 측정 장치 및 방법은 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면직각좌표계인 TM(Transverse Meractor) 좌표를 부여하여 효율적인 표면유속 측정 및 유량 산출이 가능하도록 한 것이다.The flow measurement device and method using a drone according to the present invention enables efficient surface flow measurement and flow rate calculation by assigning TM (Transverse Meractor) coordinates, a plane rectangular coordinate system, to water surface photos taken orthophotographed using a drone.

이를 위하여 본 발명은 유속 및 유량 산출을 위하여 드론을 이용한 항공사진 촬영을 위한 구성, 영상좌표계를 이용하는 PIV가 아니라 평면직각좌표계(TM)를 이용하는 항공측량기법 사용하는 구성 및, 표면 유속울 산정하고 이를 이용하여 유량을 산출하는 구성을 포함할 수 있다.To this end, the present invention provides a configuration for aerial photography using a drone to calculate flow velocity and flow rate, a configuration for using an aerial surveying technique using a plane rectangular coordinate system (TM) rather than a PIV using an image coordinate system, and a configuration for calculating surface flow velocity. It may include a configuration for calculating the flow rate.

이와 같은 본 발명에 따른 유량 측정에 이용되는 드론의 일 예는 도 1에서와 같다.An example of a drone used to measure flow rate according to the present invention is shown in FIG. 1.

드론은 크게 고정익(Fixed Wing)과 회전익(Rotary Wing)으로 구분된다. 본 발명에서는 하천의 표면유속을 신속하고 정확하게 측정하기 위해 회전익 드론을 사용하는 것이 바람직하고, 이로 제한되지 않는다.Drones are largely divided into fixed wing and rotary wing. In the present invention, it is preferable to use a rotary wing drone to quickly and accurately measure the surface flow velocity of a river, but is not limited thereto.

드론의 성능은 정지비행 정확도 범위의 경우 수직으로 0.5m, 수평으로 1.5m 정도이며 최대 10 m/s의 바람저항력을 갖고, 또한 최대 비행시간은 30분 정도인 것이 요구되나 이로 제한되지 않는다.The drone's performance is required to have a stationary flight accuracy range of about 0.5m vertically and 1.5m horizontally, a wind resistance of up to 10 m/s, and a maximum flight time of about 30 minutes, but is not limited to this.

본 발명의 일 실시 예에서 드론에 장착된 카메라는 1인치 크기의 2000만 화소 센서가 장착되고 8초에서 1/8000초 범위의 셔터 스피드와 2초에서 60초 범위의 일정 시간간격으로 연속촬영이 가능한 인터벌 기능이 있는 것이 사용되고 있으나, 이로 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the camera mounted on the drone is equipped with a 1-inch 20-megapixel sensor and performs continuous shooting at a shutter speed ranging from 8 seconds to 1/8000 second and a constant time interval ranging from 2 seconds to 60 seconds. Those with possible interval functions are used, but are not limited to this.

도 1에서와 같이, 3축(pitch, roll, yaw) 거치대(Gimbal)에 카메라가 부착되어 진동에 안정적으로 촬영이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.As shown in Figure 1, it is desirable for the camera to be attached to a 3-axis (pitch, roll, yaw) holder (Gimbal) to enable stable shooting against vibration.

본 발명에서는 드론을 이용한 유량 측정을 위하여 지상기준점 선점 단계를 수행한다.In the present invention, a ground reference point preoccupation step is performed to measure flow rate using a drone.

지상기준점(Ground Control Point, GCP)이란 항공사진 측량 후처리 과정에서 항공사진의 외부 표정요소를 정확하게 결정하기 위해 항공사진 상에서 식별되는 점을 현장에서 정밀측량을 통해 기준좌표를 획득한 것을 말한다.Ground Control Point (GCP) refers to the acquisition of reference coordinates through precise on-site surveying of points identified on aerial photographs in order to accurately determine the external expression elements of aerial photographs during the aerial photogrammetry post-processing process.

지상 기준점 측량은 촬영대상 지역에서 GCP의 지상좌표를 산출하기 위한 일련의 측량 과정으로서 현장에서 도 2a의 VRS DGPS(Virtual Reference Station DGPS) 측량 장비를 이용한 삼변측량을 통해 실시하는 지상측량을 말한다.Ground reference point surveying is a series of surveying processes to calculate the ground coordinates of GCP in the shooting area, and refers to ground surveying conducted in the field through trilateration using the VRS DGPS (Virtual Reference Station DGPS) surveying equipment shown in Figure 2a.

GCP 측량은 비행 전에 대상지역에 도 2b에서와 같이, 대공표지를 설치하여 촬영된 사진의 절대위치 기준점으로 사용한다. 촬영 대상지역의 면적, 특성에 따라 적절한 GCP의 개수는 조절이 가능하다.For GCP surveying, an anti-aircraft beacon is installed in the target area before flight, as shown in Figure 2b, and is used as an absolute position reference point for photos taken. The appropriate number of GCPs can be adjusted depending on the area and characteristics of the shooting area.

본 발명의 일 실시 예에서는 도 2c의 대상지점인 의정부시(신곡교) 지점과 도 2d의 영동군(영동제2교) 지점에서 각 지점별 하천 좌우안에 2개씩 총 4개의 GCP를 확보하여 VRS DGPS를 이용해 좌표 측량을 하였다.In one embodiment of the present invention, VRS DGPS is secured by securing a total of 4 GCPs, 2 on the left and right sides of the river at each point, at the Uijeongbu City (Shingok Bridge) point, which is the target point in Figure 2c, and the Yeongdong-gun (Yeongdong 2nd Bridge) point in Figure 2d. A coordinate survey was performed using

측량된 GCP 값은 표 1에서와 같고 공선조건에서 촬영된 정사영상의 보다 정밀한 보정을 위해 활용한다.The measured GCP values are as shown in Table 1 and are used for more precise correction of orthoimages taken under collinear conditions.

본 발명에서는 하천에 유하하는 부유물 이동에 대한 2차원 해석이 필요하기 때문에 항공사진측량 개념에서 높이 값인 Z값은 제외하고 X, Y값만 이용한다.Since the present invention requires a two-dimensional analysis of the movement of floating objects in the river, only the X and Y values are used, excluding the Z value, which is the height value in the aerial photogrammetry concept.

본 발명에 따른 드론을 이용한 유량 측정 장치의 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The configuration of the flow measurement device using a drone according to the present invention will be described in detail as follows.

도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치의 구성 블록도이다.Figure 3 is a block diagram of a TM coordinate-based flow measurement device using a drone according to the present invention.

본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치는 구체적으로 도 3에서와 같이, 사진의 절대위치 기준점으로 사용하기 위한 GCP 측량을 하여 GCP 측량 정보를 관리하는 GCP 측량 정보 관리부(31)와, 드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 4개의 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영하도록 제어하는 항공사진 촬영 제어부(32)와, 항공사진 촬영 제어부(32)의 제어에 의해 촬영된 영상을 GCP 좌표를 이용하여 보다 정밀하게 정사 보정하는 정사 보정부(33)와, 부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정하는 좌표부여 및 흐름각 산정부(34)와, 상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속 산정을 하는 표면유속 산정부(35)와, 상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서 보여지는 각 측선의 평균유속을 곱하여 각 측선별 흐르는 유량을 산정하고, 모든 측선에 대한 유량의 합을 전체 유량으로 산정하는 유량 산정부(36)를 포함한다.Specifically, as shown in FIG. 3, the flow measurement device based on TM coordinates using a drone according to the present invention includes a GCP survey information management unit 31 that manages GCP survey information by conducting a GCP survey for use as an absolute position reference point for photos; , Aerial photography control unit that controls orthophotography of the camera and floating objects on the surface of the water to maintain collinear conditions so that the drone is hovering at a certain height and includes four GCP points located within the river channel. (32) and an orthocorrection unit 33 that more precisely orthocorrects the image captured under the control of the aerial photography control unit 32 using GCP coordinates, and provides coordinates for the moving position of the floating object, From the (34) and the surface flow rate calculation unit (35), which calculates the surface flow rate by dividing the total correction distance, which is the sum of the correction distances for each location from the upstream end to the downstream end, by the total travel time, and the cross section of the upstream end and the downstream end. The average cross-sectional area of each lateral line is multiplied by the average flow rate of each lateral line shown in the flow velocity-distribution curve to calculate the flow rate for each lateral line, and the flow rate calculation unit 36 calculates the sum of the flow rates for all lateral lines as the total flow rate. Includes.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치의 유량 측정 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The flow measurement method of the TM coordinate-based flow measurement device using a drone according to the present invention having such a configuration will be described in detail as follows.

도 4는 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법을 나타낸 플로우 차트이다.Figure 4 is a flow chart showing a flow rate measurement method based on TM coordinates using a drone according to the present invention.

본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법은 도 4에서와 같이 먼저, 드론을 이용한 유량 측정을 위하여 사진의 절대위치 기준점으로 사용하기 위한 GCP 측량을 수행한다.(S401)As shown in FIG. 4, the flow measurement method based on TM coordinates using a drone according to the present invention first performs a GCP survey to use as an absolute position reference point of the photo to measure flow rate using a drone (S401).

이어, 드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 4개의 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영을 수행한다.(S402)Next, with the drone hovering at a certain height, orthophotography is performed to ensure that the camera and the floating object floating on the water surface maintain collinear conditions so that the four GCP points occupied within the channel are included. (S402 )

그리고 GCP 좌표를 이용하여 보다 정밀하게 정사 보정을 한다.(S403)Then, more precise orthocorrection is performed using GCP coordinates (S403).

이어, 부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정한다.(S404)Next, coordinates are given for the moving position of the floating object, and from the Calculate the flow angle for (S404)

그리고 상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속을 산정한다.(S405)Then, the surface flow rate is calculated by dividing the total correction distance, which is the sum of the correction distances for each location from the upstream end to the downstream end, by the total travel time (S405).

이어, 상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서 보여지는 각 측선의 평균유속을 곱하여 각 측선별 흐르는 유량을 산정하고, 모든 측선에 대한 유량의 합을 전체 유량으로 산정한다.(S406)Next, the average cross-sectional area of each lateral line corresponding to the cross section of the upstream and downstream ends is multiplied by the average flow rate of each lateral line shown in the flow velocity-distribution curve to calculate the flow rate for each lateral line, and the sum of the flow rates for all lateral lines is calculated as the total flow rate. Calculated as (S406)

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법을 각 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The TM coordinate-based flow measurement method using a drone according to the present invention having this configuration will be described in detail in each step as follows.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 정사 촬영의 일 예를 나타낸 구성도이다.Figures 5a and 5b are configuration diagrams showing an example of orthophotography according to the present invention.

항공사진의 촬영은 도 5a에서와 같이, 드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 4개의 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영한다.For aerial photography, as shown in Figure 5a, the drone is hovering at a certain height, and the camera and the floating object on the water surface can maintain collinear conditions so that four GCP points are occupied within the river channel. Take full-length photos so that you can

공선조건(Collinearity Condition)은 도 4b에서와 같이 지면의 대상점, 사진에 촬영된 대상점의 영상점, 노출점(카메라의 렌즈 혹은 CCD)의 3점이 한 직선상에 위치한다는 조건을 말한다.The collinearity condition refers to the condition that three points - the target point on the ground, the image point of the target point captured in the photo, and the exposure point (camera lens or CCD) - are located on one straight line, as shown in Figure 4b.

대한민국의 수치지도 및 수치정사영상의 좌표는 대부분 평면직각좌표계에 의한 횡메르카토르(Transversal Mercator projection, TM) 도법을 원칙으로 하며, 타원체는 세계측지계 GRS80(Geodetic Reference System, 1980) 타원체를 사용하여 변환한다.Most of the coordinates of digital maps and digital orthoimages in Korea are based on the Transversal Mercator projection (TM) projection using a plane rectangular coordinate system, and the ellipsoid is converted using the Global Geodetic System GRS80 (Geodetic Reference System, 1980) ellipsoid. .

TM 좌표는 X축은 좌표계 원점의 자오선에 일치하여야 하고, 진북방향을 정(+)으로 표시하며, Y축은 X축에 직교하는 축으로서 진동방향을 정(+)으로 한다.For TM coordinates, the

대한민국에서는 TM 좌표 또는 평면직각좌표계에서의 좌표 기준점으로 서부좌표계, 중부좌표계, 동부좌표계, 동해좌표계 4개의 원점을 사용한다.In Korea, the four origins of the Western Coordinate System, Central Coordinate System, Eastern Coordinate System, and East Sea Coordinate System are used as coordinate reference points in the TM coordinate or plane rectangular coordinate system.

따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 드론으로 정사 촬영된 항공사진의 좌표계를 평면직각좌표계인 GRS80 TM 좌표계 한국중부원점으로 정의한다.Therefore, in one embodiment of the present invention, the coordinate system of an aerial photo orthophotographed by a drone is defined as the central Korean origin of the GRS80 TM coordinate system, which is a plane rectangular coordinate system.

또한 GCP 좌표를 이용하여 보다 정밀하게 정사 보정한다.Additionally, orthocorrection is performed more precisely using GCP coordinates.

유량 산정을 위한 대상 지점 선정에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A detailed explanation of the selection of target points for flow calculation is as follows.

도 6a와 도 6b는 유량 산정을 위한 대상 지점 선정의 일 예를 나타낸 구성도이고, 도 7a와 도 7b는 유량 산정을 위한 대상 지점 선정의 다른 예를 나타낸 구성도이다.FIGS. 6A and 6B are diagrams showing an example of selecting a target point for flow rate calculation, and FIGS. 7A and 7B are diagrams showing another example of selecting a target point for flow rate calculation.

본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법을 적용한 유량 측정을 위한 실시 예에서 대상지점은 한강의 지류인 중랑천 상류에 위치한 의정부시(신곡교) 지점과 금강의 지류인 영동천 상류에 위치한 영동군(영동제2교) 지점을 선정하였다.In an embodiment for flow measurement using the TM coordinate-based flow measurement device and method using a drone according to the present invention, the target points are Uijeongbu City (Singok Bridge) located upstream of Jungnangcheon Stream, a tributary of the Han River, and upstream of Yeongdongcheon Stream, a tributary of the Geumgang River. The Yeongdong-gun (Yeongdong 2nd Bridge) branch located in was selected.

의정부시(신곡교) 지점의 측정은 신곡교 하류 약 500 m 위치에 도 6a와 도 6b에서와 같이 유하거리 약 50m 구간에 상류단과 하류단 횡단면을 선정하였다.For measurement at the Uijeongbu City (Shingok Bridge) point, the upstream and downstream cross sections were selected at a location approximately 500 m downstream of Singok Bridge, with a flow distance of approximately 50 m, as shown in Figures 6a and 6b.

측정 시 수위에 따른 하폭은 약 45m 정도의 흐름이 발생하였다.At the time of measurement, the flow width according to the water level was approximately 45 m.

영동군(영동제2교) 지점의 측정은 영동제2교 하류 방향에 도 7a와 도 7b에서와 같이, 유하거리 약 20m 구간에 상류단과 하류단 횡단면을 선정하였다.For measurement at the Yeongdong-gun (Yeongdong 2nd Bridge) point, the upstream and downstream cross sections were selected in the downstream direction of Yeongdong 2nd Bridge, as shown in Figures 7a and 7b, with a flow distance of about 20 m.

측정 시 수위에 따른 하폭은 약 30m 정도의 흐름이 발생하였다.At the time of measurement, the river width according to the water level was approximately 30 m.

표면 유속 측정을 위한 부유물 좌표 설정의 일 예를 설명하면 다음과 같다.An example of floating object coordinate settings for surface flow velocity measurement is described as follows.

도 8a와 도 8b는 부유물 좌표 설정의 일 예를 나타낸 구성도이다.Figures 8a and 8b are configuration diagrams showing an example of floating object coordinate settings.

표면 유속 측정을 위한 부유물의 좌표 설정은 다음과 같이 이루어진다.Setting the coordinates of a floating object for surface flow velocity measurement is done as follows.

드론을 이용한 표면유속 측정을 위해 지상 약 50m 상공에서 정지비행 상태로 하도 내 흐름구간의 좌우안 GCP 4개점이 포함되도록 항공사진을 촬영한다.To measure surface flow velocity using a drone, aerial photos are taken in stationary flight at about 50m above the ground to include four GCP points on the left and right sides of the flow section within the river channel.

항공사진 촬영은 카메라 인터벌 기능을 3초 간격으로 설정하여 약 1분 내외동안 20 여장의 항공사진을 촬영할 수 있다.When taking aerial photos, you can take about 20 aerial photos in about 1 minute by setting the camera interval function at 3-second intervals.

사진측량의 정밀도와 연관이 있는 GSD(Ground Sample Distance)는 사진의 해상도를 뜻하며 카메라 영상 이미지의 픽셀 당 취득되는 지표 거리로 비행고도와 비례한다.GSD (Ground Sample Distance), which is related to the precision of photogrammetry, refers to the resolution of the photo and is the ground distance acquired per pixel of the camera video image, which is proportional to the flight altitude.

본 발명의 일 실시 예에서는 20 여장의 부유물 위치를 점 디지타이징(Point Digitizing) 방법을 통해 부유물의 이동 경로에 대한 좌표를 부여한다.In one embodiment of the present invention, the positions of 20 floating objects are given coordinates for the movement path of the floating objects through a point digitizing method.

일 예로, 의정부시(신곡교) 지점은 2018년 8월 30일 강우가 멈추고 호우사상의 하강부에서 1개 성과를 촬영하였다. 수위 1.58m 조건에서의 흐름에 따른 부유물 이동 위치는 도 8a에서와 같고, 6개 부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하였다.For example, at the Uijeongbu City (Shingok Bridge) branch, rainfall stopped on August 30, 2018, and one result was filmed at the lower part of the heavy rain event. The moving positions of the floating objects according to the flow under the condition of a water level of 1.58 m are as shown in Figure 8a, and the coordinates of the moving positions of the six floating objects were given.

영동군(영동제2교) 지점은 2019년 7월 21일 강우가 소강상태에서 호우사상의 첨두 부근에서 수위 2.06m, 2.09m, 1.98m의 3개 성과를 촬영하였다.The Yeongdong-gun (Yeongdong 2nd Bridge) branch recorded three water levels of 2.06m, 2.09m, and 1.98m near the peak of the heavy rain event during a lull in rainfall on July 21, 2019.

수위 1.98 m 조건에서의 흐름에 따른 부유물 이동 위치는 도 8b에서와 같고 10개 부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하였다. 촬영된 항공사진으로부터 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 부유물의 위치별 TM 좌표를 도 9a에 의정부시(신곡교) 지점에 대해서 대표적으로 제시하였다.The moving positions of floating objects according to the flow under the condition of a water level of 1.98 m are as shown in Figure 8b, and the coordinates of the moving positions of 10 floating objects were given. The TM coordinates for each position of the floating object assigned through point digitizing from the captured aerial photograph are representatively presented for the Uijeongbu City (Shingok Bridge) point in Figure 9a.

도 9a내지 도 9c는 촬영된 항공사진으로부터 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 부유물의 위치별 TM좌표 테이블의 일 예 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각 산정의 일 예를 나타낸 구성도이다.Figures 9a to 9c show an example of a TM coordinate table for each position of a floating object given through a point digitizing operation from a taken aerial photograph, and an example of flow angle calculation for the perpendicular direction of the cross section of the upstream and downstream ends of the cross-sectional area. This is the configuration diagram shown.

표면유속 산정은 다음과 같이 이루어진다.The surface flow rate is calculated as follows.

부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X, Y좌표로부터 흐름에 따른 3초간 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 도 9b(신곡교)와 도 9c(영동제2교)에서와 같이 산정한다.From the Calculate as in Lesson 2).

따라서 위치별 이동거리를 흐름각에 대해서 통수단면적의 직각방향거리로 수학식 1에서와 같이 보정된 이동거리()를 산정한다.Therefore, the movement distance for each location is the distance in the direction perpendicular to the cross-sectional area with respect to the flow angle, and the movement distance corrected as in Equation 1 ( ) is calculated.

여기서, 은 부유물의 3초간 이동거리, 는 위치별 통수단면적의 직각방향에 대한 흐름각이다.here, The distance the float moves in 3 seconds, is the flow angle with respect to the direction perpendicular to the cross-sectional area for each location.

또한, 상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합은 수학식 2에서와 같다.In addition, the sum of the correction distances for each position from the upstream end to the downstream end is as shown in Equation 2.

수학식 2의 총 보정거리()를 총 이동시간()으로 나누어 수학식 3에서와 같이 표면유속()을 산정한다.The total correction distance in Equation 2 ( ) is the total travel time ( ) divided by the surface flow rate ( ) is calculated.

그리고 표면유속 산정에 따른 유량산정은 다음과 같이 이루어진다.And the flow rate calculation according to the surface flow velocity calculation is done as follows.

도 10a와 도 10b는 부자 측정에 의한 유량 산정 방법의 일 예를 나타낸 구성도이다.Figures 10a and 10b are diagrams illustrating an example of a flow rate calculation method using float measurement.

표면유속 산정에 따른 유량산정은 부자 측정에 의한 유량 산정 방법인 도10a와 도 10b에서와 같이 산정한다.Flow rate calculation according to surface flow rate calculation is calculated as shown in Figures 10a and 10b, which is the flow rate calculation method by floating measurement.

상하류 두 개의 횡단면선 사이의 중간지점에 횡단면선과 평행하게 또 다른 선 MN을 그을 수 있다. 두 개의 횡단면의 여러 측선을 분리하는 수면-점들이 점선으로 연결되면서 각 부자의 시작점과 끝점들이 도시되고 고정선으로 연결된다.At the midpoint between the two upper and lower cross section lines, another line MN can be drawn parallel to the cross section line. The water surface points that separate the various lateral lines of the two cross sections are connected by dotted lines, and the start and end points of each side are drawn and connected by fixed lines.

고정선이 MN 선을 가로지르는 부분에서 해당되는 평균유속(표면유속*보정계수)은 MN에 연직으로 도시되며 이러한 유속벡터의 끝점들은 유속-분포곡선을 형성하기 위해 연결된다.Where the fixed line crosses the MN line, the corresponding average flow rate (surface flow rate * correction coefficient) is plotted perpendicular to MN, and the end points of these flow vectors are connected to form a flow velocity-distribution curve.

상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서보여지는 각 측선의 평균유속을 곱할 경우 각 측선별 흐르는 유량이 산정되고 모든 측선에 대한 유량의 합은 전체 유량으로 수학식 4에서와 같이 산정된다.When the average cross-sectional area of each lateral line corresponding to the cross section of the upstream and downstream ends is multiplied by the average flow rate of each lateral line shown in the flow velocity-distribution curve, the flow rate for each lateral line is calculated, and the sum of the flow rates for all lateral lines is calculated as the total flow rate. It is calculated as in Equation 4.

한 측선에서의 평균유속은 해당 측선에 대한 유속-분포곡선 아래의 면적을 구적기를 통해 측정하여 결정하거나, 또는 구획을 지나 중간까지의 유속측정값과 동일한 근사값이 채택된다.The average flow velocity at a line is determined by measuring the area under the velocity-distribution curve for that line using a quadrature, or an approximation equal to the measured flow velocity midway through the section is adopted.

여기서, 는 각 측선별 표면유속, 는 상류단 측선별 통수단면적, 는 하류단 측선별 통수단면적이다.here, is the surface flow rate for each side line, is the cross-sectional area of each upstream side line, is the cross-sectional area of each downstream side line.

본 발명의 일 실시 예에서는 평균유속 산정을 위한 보정계수는 일반적으로 적용하는 0.85를 산정된 표면유속에 곱하여 평균유속을 산정하였으며, 상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적은 각 단면에서 부유물이 지나간 위치를 고려하여 측선별 평균단면적을 산정한다.In one embodiment of the present invention, the correction coefficient for calculating the average flow rate was calculated by multiplying the calculated surface flow rate by the generally applied 0.85, and the average cross-sectional area of each side line corresponding to the cross-section at the upstream and downstream ends was calculated as Calculate the average cross-sectional area for each line considering the location where the floating material passed.

드론으로 측정된 유량의 정확도에 관한 비교 분석 결과는 다음과 같다.The results of the comparative analysis on the accuracy of the flow rate measured by the drone are as follows.

도 11a와 도 11b는 드론으로 측정된 유량의 정확도에 관한 비교 분석 결과를 나타낸 그래프이다.Figures 11a and 11b are graphs showing comparative analysis results regarding the accuracy of flow rate measured by a drone.

드론으로 촬영한 항공사진 분석을 통해 산정된 유량과 지점별 당해 년도 수위-유량관계곡선식으로부터 산정된 유량을 비교하여 드론으로 측정된 유량의 정확도에 관한 비교 분석을 실시하였다.A comparative analysis was conducted on the accuracy of the flow rate measured by the drone by comparing the flow rate calculated through analysis of aerial photos taken with a drone and the flow rate calculated from the water level-flow relationship curve equation for the year at each point.

의정부시(신곡교) 지점(ME, 2019)은 2018년 Flow Tracker, ADCP, 부자 등을 이용하여 44회, 영동군(영동제2교) 지점(ME, 2020)은 2019년 Flow Tracker, ADCP 등을 이용하여 37회 측정을 통해 수위-유량관계곡선을 개발하였다.Uijeongbu City (Shingok Bridge) branch (ME, 2019) used Flow Tracker, ADCP, and Buja 44 times in 2018, and Yeongdong-gun (Yeongdong 2nd Bridge) branch (ME, 2020) used Flow Tracker, ADCP, etc. in 2019. A water level-flow relationship curve was developed through 37 measurements.

개발된 곡선식의 평가를 위해 표준오차 및 불확도를 검토한 결과 표 2에서와 같이 의정부시(신곡교)지점의 표준오차는 6.94%, 곡선식 불확도는 최소 2.31%에서 최대 4.03%로 매우 정교한 것을 확인할 수 있다.As a result of reviewing the standard error and uncertainty to evaluate the developed curve equation, as shown in Table 2, it can be seen that the standard error at Uijeongbu City (Shingok Bridge) point is 6.94% and the curve uncertainty is very precise, ranging from a minimum of 2.31% to a maximum of 4.03%. .

또한, 영동군(영동제2교) 지점의 경우도 표준오차 7.37%, 곡선식 불확도는 최소 2.46%에서 최대 6.49%로 마찬가지로 정교한 것을 확인할 수 있다.In addition, in the case of the Yeongdong-gun (Yeongdong 2nd Bridge) branch, it can be seen that the standard error is 7.37% and the curve uncertainty is similarly precise, with a minimum of 2.46% and a maximum of 6.49%.

따라서, 항공사진 분석을 통해 산정된 유량을 도 11a 및 도 11b의 각 지점별 수위-유량관계곡선에 산입한결과 매우 근접한 경향성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.Therefore, when the flow rate calculated through aerial photo analysis was included in the water level-flow relationship curve for each point in Figures 11a and 11b, it was confirmed that it showed a very close trend.

표 3에는 수위-유량관계곡선식으로부터 산정된 환산 유량과 드론으로 측정한 유량에 대해서 부유물의 이동경로를 보정하지 않은 유량과 통수단면적에 직각방향으로 흐름각을 고려하고 부유물이 지나간 위치별 평균단면적을 고려하여 보정한 유량에 대해 검토하였다. Table 3 shows the converted flow rate calculated from the water level-flow relationship curve equation and the flow rate measured with a drone, considering the flow rate without correcting the movement path of the floating object and the flow angle in the direction perpendicular to the cross-sectional area, and the average cross-sectional area for each location where the floating object passed. The flow rate that was taken into account and corrected was reviewed.

보정유량은 전체적으로 평균 약 3.88%로 5% 이내로 산정되어 드론을 이용한The overall corrected flow rate is approximately 3.88%, calculated to be within 5%, and

항공사진 촬영에 의한 유량측정 방법의 적용성이 검증된 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the applicability of the flow measurement method using aerial photography has been verified.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치 및 방법은 드론을 이용하여 정사 촬영된 수표면 사진에 평면직각좌표계인 TM(Transverse Meractor) 좌표를 부여하여 효율적인 표면유속 측정 및 유량 산출이 가능하도록 한 것이다.The TM coordinate-based flow measurement device and method using a drone according to the present invention described above provides efficient surface flow rate measurement and flow rate by assigning TM (Transverse Meractor) coordinates, a plane rectangular coordinate system, to water surface photos taken orthophotographed using a drone. This makes calculation possible.

이를 통하여 본 발명은 홍수기 유량측정에 있어서 신속하고 간편하게 측정이 가능하게 되어 측정인원을 사고위험으로부터 보호하고 홍수기 측정시 필요인력을 다른 업무에 투입하여 자료 정확도 향상에 기여할 수 있고, 항공측량기법을 적용한 측정으로 동영상 촬영을 통한 PIV 기법과 비교하여 영상 및 영상좌표 보정 등 여려 단계의 보정과정이 불필요하여 측정 편리성 및 정확도를 높일 수 있도록 한다.Through this, the present invention enables quick and easy measurement in flood stage flow measurement, protects measurement personnel from the risk of accidents, contributes to improving data accuracy by allocating necessary manpower to other tasks when measuring flood stage, and can contribute to improving data accuracy by applying aerial surveying techniques. Compared to the PIV technique through video recording as a measurement, multiple steps of correction processes such as image and image coordinate correction are unnecessary, thereby improving measurement convenience and accuracy.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view, the scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are intended to be included in the present invention. It will have to be interpreted.

31. GCP 측량 정보 관리부 32. 항공사진 촬영 제어부
33. 정사 보정부 34. 좌표부여 및 흐름각 산정부
35. 표면유속 산정부 36. 유량 산정부
31. GCP survey information management department 32. Aerial photography control department
33. Orthographic correction unit 34. Coordinate assignment and flow angle calculation unit
35. Surface flow calculation unit 36. Flow calculation unit

Claims (14)

지상기준점(Ground Control Point, GCP) 측량에 따른 GCP 측량 정보를 관리하는 GCP 측량 정보 관리부;
드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영하도록 제어하는 항공사진 촬영 제어부;
부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정하는 좌표부여 및 흐름각 산정부;
상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속 산정을 하는 표면유속 산정부;
표면유속 산정부에서 산정된 표면 유속을 이용하여 유량을 산정하는 유량 산정부;를 포함하고,
상기 항공사진 촬영 제어부는, 드론 및 카메라를 제어하여 지면의 대상점, 사진에 촬영된 대상점의 영상점, 노출점의 3점이 한 직선상에 위치하는 공선조건(Collinearity Condition)을 유지할 수 있도록 정사 촬영을 하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치.
GCP Survey Information Management Department, which manages GCP survey information according to Ground Control Point (GCP) survey;
An aerial photography control unit that controls the drone to take orthophotographs in a hovering state at a certain height so that the GCP points occupied within the river can be included so that the camera and floating objects floating on the water surface can maintain collinear conditions;
Coordinates are given for the moving position of the floating object, and from the Coordinate assignment and flow angle calculation unit for calculating the angle;
A surface flow rate calculation unit that calculates the surface flow rate by dividing the total correction distance, which is the sum of the correction distances for each location from the upstream end to the downstream end, by the total travel time;
It includes a flow rate calculation unit that calculates the flow rate using the surface flow rate calculated in the surface flow rate calculation unit,
The aerial photography control unit controls the drone and camera to maintain the collinearity condition in which the target point on the ground, the image point of the target point captured in the photo, and the three exposure points are located on one straight line. TM coordinate-based flow measurement device using a drone, which is characterized by taking pictures.
제 1 항에 있어서, GCP 측량 정보 관리부는,
지상기준점(Ground Control Point, GCP)을 획득하기 위하여 VRS DGPS(Virtual Reference Station DGPS) 측량 장비를 이용한 삼변측량을 통해 실시하는 지상측량을 하고,
하천에 유하하는 부유물 이동에 대한 2차원 해석을 위하여 항공사진측량 개념에서 높이 값인 Z값은 제외하고 X, Y값만 이용하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치.
The method of claim 1, wherein the GCP survey information management unit,
To obtain a ground control point (GCP), a ground survey is conducted through trilateration using VRS DGPS (Virtual Reference Station DGPS) survey equipment.
A flow measurement device based on TM coordinates using a drone, which uses only the
제 1 항에 있어서, 항공사진 촬영 제어부의 제어에 의해 촬영된 영상을 GCP 좌표를 이용하여 보정하는 정사 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치.The flow measurement device based on TM coordinates using a drone according to claim 1, further comprising an orthocorrection unit that corrects the image captured under the control of the aerial photography control unit using GCP coordinates. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 좌표부여 및 흐름각 산정부는,
X축은 좌표계 원점의 자오선에 일치하고, 진북방향을 정(+)으로 표시하며, Y축은 X축에 직교하는 축으로서 진동방향을 정(+)으로 하는 TM 좌표를 이용하고,
드론으로 정사 촬영된 항공사진의 좌표계를 평면직각좌표계인 GRS80 TM 좌표계 한국중부원점으로 정의하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치.
The method of claim 1, wherein the coordinate assignment and flow angle calculation unit,
The
A flow measurement device based on TM coordinates using a drone, characterized in that the coordinate system of an aerial photo taken orthophoto by a drone is defined as the central Korean origin of the GRS80 TM coordinate system, which is a plane rectangular coordinate system.
제 1 항에 있어서, 좌표부여 및 흐름각 산정부는,
카메라 인터벌 기능을 일정 간격으로 설정하고, 설정 시간 동안 여러 장 촬영된 항공 사진의 부유물 위치를 점 디지타이징(Point Digitizing) 방법을 통해 부유물의 이동 경로에 대한 좌표를 부여하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치.
The method of claim 1, wherein the coordinate assignment and flow angle calculation unit,
TM using a drone, which is characterized by setting the camera interval function at regular intervals and giving coordinates for the movement path of the floating object through point digitizing the position of the floating object in several aerial photos taken during the set time. Coordinate-based flow measurement device.
제 1 항에 있어서, 유량 산정부는,
상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서 보여지는 각 측선의 평균유속을 곱하여 각 측선별 흐르는 유량을 산정하고,
모든 측선에 대한 유량의 합을 전체 유량으로 산정하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 장치.
The method of claim 1, wherein the flow rate calculation unit,
Calculate the flow rate for each lateral line by multiplying the average cross-sectional area of each lateral line corresponding to the cross section of the upstream and downstream ends by the average flow rate of each lateral line shown in the flow velocity-distribution curve,
A flow measurement device based on TM coordinates using a drone, which calculates the sum of the flow rates for all survey lines as the total flow rate.
지상기준점(Ground Control Point, GCP) 측량에 따른 GCP 측량 정보를 관리하는 GCP 측량 정보 관리 단계;
드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 선점(選點)한 GCP 점이 포함되도록 카메라와 수표면에 유하하는 부유물이 공선조건을 유지할 수 있도록 정사 촬영하도록 제어하는 항공사진 촬영 제어 단계;
촬영된 영상을 GCP 좌표를 이용하여 정사 보정하는 정사 보정 단계;
부유물의 이동 위치에 대해 좌표를 부여하고, 부유물의 점 디지타이징 작업을 통해 부여된 X,Y좌표로부터 흐름에 따른 기준시간 동안의 이동거리 및 통수단면적인 상류단과 하류단의 횡단면의 직각방향에 대한 흐름각을 산정하는 좌표부여 및 흐름각 산정 단계;
상류단에서 하류단까지 유하한 위치별 보정거리의 합인 총 보정거리를 총 이동시간으로 나누어 표면유속 산정을 하는 표면유속 산정 단계;
표면유속 산정 단계에서 산정된 표면 유속을 이용하여 유량을 산정하는 유량 산정 단계;를 포함하고,
상기 항공사진 촬영 제어 단계에서, 드론 및 카메라를 제어하여 지면의 대상점, 사진에 촬영된 대상점의 영상점, 노출점의 3점이 한 직선상에 위치하는 공선조건(Collinearity Condition)을 유지할 수 있도록 정사 촬영을 하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법.
A GCP survey information management step of managing GCP survey information according to Ground Control Point (GCP) survey;
An aerial photography control step of controlling the drone to take orthophotographs so that the camera and floating objects floating on the surface of the water can maintain collinear conditions so that the GCP points occupied within the riverway are included in a hovering state at a certain height;
An orthocorrection step of orthocorrecting the captured image using GCP coordinates;
Coordinates are given for the moving position of the floating object, and from the Coordinate assignment and flow angle calculation steps for calculating the angle;
A surface flow velocity calculation step of calculating the surface velocity by dividing the total correction distance, which is the sum of correction distances for each location flowing from the upstream end to the downstream end, by the total travel time;
It includes a flow rate calculation step of calculating the flow rate using the surface flow rate calculated in the surface flow rate calculation step,
In the aerial photography control step, the drone and camera are controlled to maintain the collinearity condition in which the three points of the target point on the ground, the image point of the target point captured in the photo, and the exposure point are located on one straight line. TM coordinate-based flow measurement method using a drone characterized by orthophotography.
삭제delete 제 8 항에 있어서, 좌표부여 및 흐름각 산정 단계에서,
X축은 좌표계 원점의 자오선에 일치하고, 진북방향을 정(+)으로 표시하며, Y축은 X축에 직교하는 축으로서 진동방향을 정(+)으로 하는 TM 좌표를 이용하고,
드론으로 정사 촬영된 항공사진의 좌표계를 평면직각좌표계인 GRS80 TM 좌표계 한국중부원점으로 정의하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법.
The method of claim 8, wherein in the coordinate assignment and flow angle calculation steps,
The
A flow measurement method based on TM coordinates using a drone, characterized in that the coordinate system of the aerial photo orthophotographed by the drone is defined as the central Korean origin of the GRS80 TM coordinate system, which is a plane rectangular coordinate system.
제 8 항에 있어서, 좌표부여 및 흐름각 산정 단계에서,
카메라 인터벌 기능을 일정 간격으로 설정하고, 설정 시간 동안 여러 장 촬영된 항공 사진의 부유물 위치를 점 디지타이징(Point Digitizing) 방법을 통해 부유물의 이동 경로에 대한 좌표를 부여하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법.
The method of claim 8, wherein in the coordinate assignment and flow angle calculation steps,
TM using a drone, which is characterized by setting the camera interval function at regular intervals and giving coordinates for the movement path of the floating object through point digitizing the position of the floating object in several aerial photos taken during the set time. Coordinate-based flow measurement method.
제 8 항에 있어서, 표면유속 산정 단계에서,
위치별 이동거리를 흐름각에 대해서 통수단면적의 직각방향거리로
보정된 이동거리()를 산정하고,
여기서, 은 부유물의 3초간 이동거리, 는 위치별 통수단면적의 직각방향에 대한 흐름각인 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법.
The method of claim 8, wherein in the surface flow rate calculation step,
The moving distance for each location is calculated as the distance perpendicular to the cross-sectional area through the flow angle.
Compensated moving distance ( ) is calculated,
here, The distance the float moves in 3 seconds, TM coordinate-based flow measurement method using a drone, characterized in that is the flow angle to the direction perpendicular to the cross-sectional area for each location.
제 12 항에 있어서, 상류단에서 하류단 까지 유하한 위치별 보정거리의 합은으로 구하고,
총 보정거리()를 총 이동시간()으로 나누어 으로 표면유속()을 산정하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법.
According to claim 12, the sum of correction distances for each position from the upstream end to the downstream end is Find it with
Total correction distance ( ) is the total travel time ( ) divided by surface flow rate ( ) TM coordinate-based flow measurement method using a drone, characterized by calculating ).
제 8 항에 있어서, 유량 산정 단계에서,
상류단과 하류단의 횡단면에 해당되는 각 측선별 평균단면적에 유속-분포곡선에서 보여지는 각 측선의 평균유속을 곱하여 각 측선별 흐르는 유량을 산정하고,
모든 측선에 대한 유량의 합을 전체 유량으로 산정하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 TM 좌표 기반의 유량 측정 방법.
The method of claim 8, wherein in the flow rate calculation step,
Calculate the flow rate for each lateral line by multiplying the average cross-sectional area of each lateral line corresponding to the cross section of the upstream and downstream ends by the average flow rate of each lateral line shown in the flow velocity-distribution curve,
TM coordinate-based flow measurement method using a drone, characterized in that the sum of the flow rates for all survey lines is calculated as the total flow rate.
KR1020210107570A 2021-08-13 2021-08-13 TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone KR102677913B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210107570A KR102677913B1 (en) 2021-08-13 2021-08-13 TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210107570A KR102677913B1 (en) 2021-08-13 2021-08-13 TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230025260A KR20230025260A (en) 2023-02-21
KR102677913B1 true KR102677913B1 (en) 2024-06-26

Family

ID=85327803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210107570A KR102677913B1 (en) 2021-08-13 2021-08-13 TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102677913B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116627136B (en) * 2023-05-25 2023-12-15 浪潮智慧科技有限公司 Obstacle avoidance method, equipment and medium for hydrologic flow measurement
KR102632719B1 (en) * 2023-07-05 2024-02-02 재단법인 한국수자원조사기술원 Remote drone station system for disaster management of flood damage
KR102597367B1 (en) * 2023-07-06 2023-11-02 삼아항업(주) Aerial photography device for holding stereo camera vertically

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305305B1 (en) * 2012-06-12 2013-09-06 동의대학교 산학협력단 System and method for measuring surface image velocity using correlation analysis of spatio-temporal images

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101996992B1 (en) 2018-11-13 2019-07-08 주식회사 하이드로셈 Apparatus and Method for Measuring Flow Velocity of River using Optical Flow Image Processing
KR101978351B1 (en) 2018-11-13 2019-05-15 주식회사 하이드로셈 System and Method for Measuring Real Time Water Discharge based on CCTV Image
KR102113791B1 (en) 2018-12-26 2020-05-21 단국대학교 산학협력단 Flow estimation method of streams based on non-uniform flow with remote sensed imagery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305305B1 (en) * 2012-06-12 2013-09-06 동의대학교 산학협력단 System and method for measuring surface image velocity using correlation analysis of spatio-temporal images

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230025260A (en) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102677913B1 (en) TM Coordinate Based Flow Rate Measurement Device and Method Using Drone
KR102067136B1 (en) Construction work management system using mapping-drone
US11435650B2 (en) Method of determining a path along an object, system and method for automatically inspecting an object
KR102007567B1 (en) Stereo drone and method and system for calculating earth volume in non-control points using the same
CN107251055B (en) Corridor capture
CN108335337B (en) method and device for generating orthoimage picture
KR102523451B1 (en) Devices and Methods for Measuring Flow Velocity of River Based on Drone Imaging
CN110033480B (en) Aerial photography measurement-based airborne photoelectric system target motion vector estimation method
KR100762891B1 (en) Method and apparatus of geometric correction of image using los vector adjustment model
KR102195179B1 (en) Orthophoto building methods using aerial photographs
Muller et al. A program for direct georeferencing of airborne and spaceborne line scanner images
CN104835115A (en) Imaging method for aerial camera, and system thereof
JP2008186145A (en) Aerial image processing apparatus and aerial image processing method
Sánchez-García et al. C-Pro: A coastal projector monitoring system using terrestrial photogrammetry with a geometric horizon constraint
CN108537885B (en) Method for acquiring three-dimensional topographic data of mountain wound surface
CN112781563B (en) Distribution network oblique photography high-precision point cloud acquisition method
TWI444593B (en) Ground target geolocation system and method
CN102721410B (en) Island-air triangular measuring method based on GPS/IMU positioning and orientating technology
CN114785951B (en) Positioning tracking method based on linkage of high-tower monitoring equipment and unmanned aerial vehicle
Nasrullah Systematic analysis of unmanned aerial vehicle (UAV) derived product quality
CN110720023B (en) Method and device for processing parameters of camera and image processing equipment
CN114820793A (en) Target detection and target point positioning method and system based on unmanned aerial vehicle
Zhou et al. Automatic orthorectification and mosaicking of oblique images from a zoom lens aerial camera
CN111444385B (en) Electronic map real-time video mosaic method based on image corner matching
Öktem et al. Stereophotogrammetry of oceanic clouds

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant