KR20180000325A - Water quality monitoring system and method based on drone - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 드론 기반 수질 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수질 모니터링 시에 위성 영상을 사용하는 경우 구름 위에서 촬영되므로 기상여건에 크게 좌우되므로 수질 모니터링이 어려웠던 문제를 해결하기 위해, 드론을 사용하여 100~300m 상공에서 촬영함으로써 구름의 영향이나 기상 여건에 큰 제약을 받지 않고, 드론에 B2(Green), B3(Red), B4(Nir) 카메라를 탑재하여 촬영된 영상을 사용하여 수질측정 항목인 클로로필 a, SS, TP를 분석하여 수질 모니터링을 하기 위한, 드론 기반 수질 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a drones-based water quality monitoring system and method, and more particularly, to a drones-based water quality monitoring system and method, (Green), B3 (Red), and B4 (Nir) cameras are mounted on the drone without being greatly influenced by the influence of the cloud or the weather conditions. The present invention relates to a drones-based water quality monitoring system and method for water quality monitoring by analyzing the chlorophyll-a, SS, and TP items.
1. 배경 기술 1. BACKGROUND ART
최근, 공업화와 도시화가 진행되면서 하천 및 저수지 수질문제가 심각해지고 있으며, 특히 저수지는 국민들에게 중요한 식수원의 역할을 담당하고 있으므로 주기적인 모니터링과 관리가 매우 중요하다.In recent years, as industrialization and urbanization have progressed, water quality problems in rivers and reservoirs have become serious. In particular, reservoirs play an important role as drinking water sources for the people, so regular monitoring and management is very important.
저수지는 광범위한 면적을 포함하고 있어 수질을 모니터링을 위해 많은 인력과 장비가 요구되며, 특히 실시간으로 변화하는 수질을 모니터링하여 적절한 대책을 마련하기 위한 기술 개발이 필요하다.The reservoir covers a wide area and requires a lot of manpower and equipment to monitor the water quality. Especially, it is necessary to develop the technology to monitor the changing water quality in real time and to take appropriate measures.
저수지나 호수는 정체수역으로써 부영양화에 의한 조류의 이상 증식으로 수질이 급격히 악화될 수 있으므로 수질인자의 농도와 분포를 주기적으로 모니터링해야 한다. Reservoir and lakes are stagnant waters, and water quality may deteriorate due to abnormal growth of algae due to eutrophication. Therefore, the concentration and distribution of water quality factors should be monitored periodically.
현재 저수지 주요 지점에 대해 수질측정 센서를 활용하여 모니터링하고 있으나, 이 방법은 해당 지점만 모니터링하는 것으로서 저수지 전체에 대한 모니터링에는 한계가 있다. Currently, water quality sensors are used to monitor major sites in the reservoir, but this method monitors only the sites in question, which limits the monitoring of the reservoir as a whole.
이를 보완하기 위해 인공위성에서 촬영한 영상을 활용하여 수질을 모니터링하는 연구가 진행되었으나, 인공위성 영상은 구름의 영향으로 품질이 좋은 영상을 얻기 힘들며 특히 위성이 지나가는 때에만 영상을 취득할 수 있으므로 우리가 원하는 시간에 해당하는 영상을 얻기는 더더욱 어려운 형편이다. In order to compensate for this, studies have been carried out to monitor water quality by using images taken by satellites. Satellite images, however, can not acquire high quality images due to cloud effect. Especially, It is even more difficult to obtain images corresponding to time.
따라서, 실시간 촬영이 가능한 드론을 기반으로 수질을 모니터링하기 위한 센서를 탑재하여 다양한 수질 항목에 대한 3차원 자료취득 및 모니터링 기술이 필요하다. Therefore, a three-dimensional data acquisition and monitoring technology for various water quality items is required by mounting a sensor for monitoring the water quality based on a drone capable of real-time photographing.
또한, 기존에는 위성영상에서 촬영한 영상을 활용하여 저수지에 대한 모니터링을 수행해 왔으나, 구름의 영향이나 촬영시기의 문제로 원하는 시기의 수질 모니터링이 어려웠던 문제가 있었다. In addition, in the past, monitoring of reservoirs has been performed utilizing images taken from satellite images. However, there has been a problem in that it is difficult to monitor water quality at a desired time due to the influence of cloud or shooting time.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수질 모니터링 시에 위성 영상을 사용하는 경우 구름 위에서 촬영되므로 기상여건에 크게 좌우되므로 수질 모니터링이 어려웠던 문제를 해결하기 위해, Nir+RG 카메라를 구비하는 드론을 사용하여 100~300m 상공에서 촬영함으로써 구름의 영향이나 기상 여건에 큰 제약을 받지 않고, 드론에 B2(Green), B3(Red), B4(Nir) 카메라를 탑재하여 촬영된 영상을 사용하여 수질측정 항목인 클로로필 a, SS, TP를 분석하여 수질 모니터링을 하기 위한, 드론 기반 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다. The object of the present invention to solve the above problems is to solve the problem of difficulty in monitoring water quality because it is highly dependent on weather conditions since it is photographed on a cloud when a satellite image is used in water quality monitoring. (Green), B3 (Red), and B4 (Nir) cameras were mounted on the drones without being greatly influenced by the influence of the cloud or the weather conditions, And to provide a drones-based water quality monitoring system for monitoring water quality by analyzing the measurement items chlorophyll a, SS, and TP.
본 발명의 다른 목적은 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론 기반 수질 모니터링 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a drones-based water quality monitoring method comprising a Nir + RG camera.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 드론 기반 수질 모니터링 시스템은 컴퓨터나 노트북에서 드론의 비행 계획 수립 소프트웨어를 의해 드론의 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로를 포함하는 드론의 비행 계획 수립 후, 대상지역을 비행계획에 따라 항공 촬영하는 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론과; 상기 컴퓨터나 노트북에서 구름이나 기상여건에 제약받지 않도록 100~300m 상공에서 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 영상을 접합하여 즉, 촬영된 각각의 사진에 포함된 GPS 위치 정보와 INS 정보로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합하여 정사영상 구축을 위한 정사영상 구축 소프트웨어; 및 상기 Nir+RG 카메라로 촬영된 영상은 B2, B3, B4 밴드별로 각각 영상이 저장되며, B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 밴드조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP를 계산하여 대상지역의 수질 모니터링을 하기 위해 물이 있는 호수 부분 만을 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하는 영상처리 소프트웨어를 포함하고, In order to accomplish the object of the present invention, a drone-based water quality monitoring system can be implemented by a drones flight planning software in a computer or a notebook, after a drone's flight plan is established including the dron resolution, flight altitude, redundancy, A dron having a Nir + RG camera for aerial photographing an area according to a flight plan; In order to avoid the restriction on the cloud or weather conditions in the computer or the notebook, images are attached to a single image taken by a drone equipped with the Nir + RG camera at a distance of 100 to 300 m, that is, a GPS Orthographic image building software for calculating orthographic image by calculating image position from inverse position information and INS information in reverse direction and then combining the images by luminous flux adjustment method; And B3 (Red, Red) and B4 (Nir, Near Infrared) bands are stored for each of the B2, B3, and B4 bands, And image processing software for generating a masking file for separately extracting only a part of a lake having water to monitor the water quality of the target area by calculating chlorophyll a,
상기 드론은 Nir+RG 카메라를 구비하는 고정익 드론을 사용하며, The drones use a fixed wick drones equipped with a Nir + RG camera,
상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어는 The image processing software for the water quality monitoring
B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near Infrared) bands
클로로필 a = -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4), Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS = -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3), SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3),
TP = -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3) TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
상기 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하며, Calculating the concentration of chlorophyll a, SS, TP by the band combination formula,
상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에 의해 수질 인자로 사용되는 클로로필 a, SS, TP 농도를 구간별로 기준치별로 색을 달리하여 색으로 표시하며, 적색구간이 클로로필 a > 20.0 mg/m3, SS > 8.0 mg/L, TP > 0.04 mg/L의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정하여 수질 모니터링을 하며, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링한다. The concentrations of chlorophyll a, SS and TP used as water quality factors are displayed in different colors according to the reference values by the image processing software for monitoring the water quality, and the red zone is represented by chlorophyll a> 20.0 mg / m 3 , SS > 8.0 mg / L and TP> 0.04 mg / L are very high. Therefore, water quality is designated as a serious area and water quality is monitored, and water pollution distribution and migration characteristics are monitored three-dimensionally.
상기 클로로필 a는 남조류, 녹조류, 규조류 및 편모조류 등 모든 조류에 비슷한 농도로 공통으로 포함되어 있는 광합성 색소로 물속에 존재하는 총 조류의 농도를 나타내는 기준으로 사용되며, 클로로필 a의 단위는 mg/m3를 사용하고, The chlorophyll-a is a photosynthetic dye commonly contained in all algae such as cyanobacteria, green algae, diatoms and monocotyledonous birds. The chlorophyll-a is used as a reference for indicating the concentration of total alga in water, and the unit of chlorophyll-a is mg / m 3 ,
클로로필 a 값이 < 5.0(청색), 5.0~10.0(녹색), 10.0~15.0(노랑), 15.0~20.0(연한 주홍), 클로로필 a 값 > 20.0(적색)으로 색으로 표시하며, The color is represented by the chlorophyll a value of <5.0 (blue), 5.0-10.0 (green), 10.0-15.0 (yellow), 15.0-20.0 (light scarlet), chlorophyll a value> 20.0 (red)
클로로필 a 값 > 20.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 클로로필 a의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 한다. In the case of chlorophyll a value > 20.0, the red section indicated by red is characterized by the fact that the concentration of chlorophyll-a is very high, and therefore, the water pollution is designated as serious.
상기 SS(SS; Suspended Solid, 부유사)는 부유물질(Suspended Solid)로서 물에 포함된 부유물질의 농도를 측정하여 수질오염을 판단하게 되며 SS의 단위는 mg/L를 사용하며, The SS (Suspended Solid) is a Suspended Solid, which measures the concentration of suspended solids contained in water to determine water pollution. The unit of SS is mg / L,
SS 값이 < 2.0(청색), 2.0~4.0(녹색), 4.0~6.0(노랑), 6.0~8.0(연한 주홍), SS 값 > 8.0(적색)으로 색으로 표시하고, The SS value is displayed in the color of <2.0 (blue), 2.0-4.0 (green), 4.0-6.0 (yellow), 6.0-8.0 (light scarlet) and SS value> 8.0 (red)
SS 값 > 8.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 SS의 농도가 매우 높은 지역이므로 물에 포함된 부유물질이 많은 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 한다. In case of SS value> 8.0, the red zone marked with red is characterized by high concentration of SS, which means that the suspended matter contained in water is designated as a serious water pollution area.
상기 TP(Total Phosphorus, 총인)는 물속에 포함된 인의 농도를 측정하는 것으로, 수질오염의 주요 원인인 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 영양물질이므로, TP의 단위는 mg/L를 사용하며, TP (Total Phosphorus) measures the concentration of phosphorus contained in water and is the nutrient substance that has the greatest influence on the occurrence of algae, which is a main cause of water pollution. Therefore, the unit of TP is mg / L,
TP 값이 < 0.01(청색), 0.01~0.02(녹색), 0.02~0.03(노랑), 0.03~0.04(연한 주홍), TP 값 > 0.04 (적색)으로 색으로 표시하고. The TP value is displayed in color by <0.01 (blue), 0.01 to 0.02 (green), 0.02 to 0.03 (yellow), 0.03 to 0.04 (light scarlet) and TP value> 0.04 (red).
TP 값 > 0.04의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 TP의 농도가 매우 높은 지역이므로 물속에 인(Phosphorus)이 많이 포함된 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 한다.When the TP value is greater than 0.04, the red region marked with red is characterized by a region where the concentration of TP is very high, and therefore, the water is contaminated with a large amount of phosphorus in the water.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 드론 기반 수질 모니터링 방법은 (a) 드론에 대하여 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로 등 드론의 비행계획 수립 소프트웨어(eMotion 2 소프트웨어)를 사용하여 드론 비행 계획을 수립하고, Nir+RG 카메라를 구비하는 드론을 이륙하여 비행 계획에 따라 대상지역을 구름이나 기상여건에 제약받지 않도록 100~300m 상공에서 항공 촬영하여 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론의 항공 촬영 영상, 타임 라인에 기초한 드론의 GPS 위치 정보 및 INS 정보와 함께 드론의 메모리에 저장하는 단계; (b) 드론 착륙 후에, 상기 드론의 항공 촬영 영상, 타임 라인에 기초한 드론의 GPS 위치 정보 및 INS 정보(드론의 Yaw, Roll, Pitch 3축 방향의 드론 자세 정보)를 취득하도록 드론과 USB 케이블로 연결된 컴퓨터로 이전하는 단계; (c) 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 정사영상 구축 소프트웨어(Postflight Terra 3D 소프트웨어)를 사용하여 영상을 접합하여 즉, 촬영된 각각의 사진에 포함된 GPS 위치 정보와 INS 정보로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합하여 정사영상을 구축하는 단계; (d) 상기 정사 영상에서 저수지 수질을 모니터링하기 위해 물이 있는 호수 부분만 영상이 필요하므로, 호수 부분 영상만을 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하기 위해 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어(ENVI 영상처리 소프트웨어)를 사용하여 Masking 파일을 생성하는 단계; (e) 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에서 클로로필 a, SS, TP 추출을 위한 밴드 조합식을 적용하여 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하며, In order to achieve the other object of the present invention, a method for monitoring a drone-based water quality includes: (a) using a dron's flight planning software (eMotion 2 software) such as resolution, flight altitude, redundancy, And take a dron with a Nir + RG camera and take an aerial photograph at a distance of 100 to 300 m so that the target area is not restricted by the cloud or weather conditions according to the flight plan, Storing in the memory of the drone together with the video, the GPS location information of the drones based on the timeline and the INS information; (b) After drone landing, the drone and the USB cable are used to acquire the aerial image of the drones, the GPS position information of the dron based on the timeline, and the INS information (dron's yaw, roll, Migrating to a connected computer; (c) The sheet images photographed by the drone equipped with the Nir + RG camera are subjected to image fusion using ortho image building software (Postflight Terra 3D software), that is, the GPS position information And INS information, and then constructing an orthoimage by joining the images by the light flux adjusting method; (d) In order to monitor the water quality of the reservoir in the orthoimage, only the part of the lake with water is required. Therefore, the image processing software (ENVI image processing software ) To generate a Masking file; (e) The concentration of chlorophyll a, SS and TP is calculated by applying a band combination formula for chlorophyll a, SS and TP extraction in the image processing software for monitoring the water quality,
B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near Infrared) bands
클로로필 a= -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4), Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS= -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3), 및 SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3), and
TP= -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3) TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
상기 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하는 단계; 및Calculating chlorophyll a, SS, TP concentrations by the band combination formula; And
(f) 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에 의해 수질 인자로 사용되는 클로로필 a, SS, TP 농도를 구간별로 기준치별로 색을 달리하여 색으로 표시하며, 적색구간이 클로로필 a > 20.0 mg/m3, SS > 8.0 mg/L, TP > 0.04 mg/L의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정하여 수질 모니터링을 하며, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링하는 단계를 포함한다. (f) Chlorophyll a, SS, and TP used as water quality factors are displayed in different colors according to the reference values by the image processing software for monitoring the water quality, and the red region is chlorophyll a> 20.0 mg / m 3 , SS> 8.0 mg / L, and TP> 0.04 mg / L are very high. Therefore, water quality is designated as a serious area and water quality is monitored. .
상기 단계 (e)에서 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어는 The image processing software for monitoring the water quality in the step (e)
B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near Infrared) bands
클로로필 a= -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4), Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS= -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3), 및 SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3), and
TP= -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3) TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
상기 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하는 것을 특징으로 한다. And the concentrations of chlorophyll a, SS and TP are calculated by the band combination formula.
상기 클로로필 a는 남조류, 녹조류, 규조류 및 편모조류 등 모든 조류에 비슷한 농도로 공통으로 포함되어 있는 광합성 색소로 물속에 존재하는 총 조류의 농도를 나타내는 기준으로 사용되며, 클로로필 a의 단위는 mg/m3를 사용하고, The chlorophyll-a is a photosynthetic dye commonly contained in all algae such as cyanobacteria, green algae, diatoms and monocotyledonous birds. The chlorophyll-a is used as a reference for indicating the concentration of total alga in water, and the unit of chlorophyll-a is mg / m 3 ,
클로로필 a 값이 < 5.0(청색), 5.0~10.0(녹색), 10.0~15.0(노랑), 15.0~20.0(연한 주홍), 클로로필 a 값 > 20.0(적색)으로 색으로 표시하며, The color is represented by the chlorophyll a value of <5.0 (blue), 5.0-10.0 (green), 10.0-15.0 (yellow), 15.0-20.0 (light scarlet), chlorophyll a value> 20.0 (red)
클로로필 a 값 > 20.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 클로로필 a의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 한다.In the case of chlorophyll a value > 20.0, the red section indicated by red is characterized by the fact that the concentration of chlorophyll-a is very high, and therefore, the water pollution is designated as serious.
상기 SS(Suspended Solid, 부유사)는 부유물질로써 물에 포함된 부유물질의 농도를 측정하여 수질오염을 판단하게 되며 SS의 단위는 mg/L를 사용하며, The SS (Suspended Solid) is a suspending substance. It measures the concentration of suspended substances contained in water to determine water pollution. The unit of SS is mg / L,
SS 값이 < 2.0(청색), 2.0~4.0(녹색), 4.0~6.0(노랑), 6.0~8.0(연한 주홍), SS 값 > 8.0(적색)으로 색으로 표시하고, The SS value is displayed in the color of <2.0 (blue), 2.0-4.0 (green), 4.0-6.0 (yellow), 6.0-8.0 (light scarlet) and SS value> 8.0 (red)
SS 값 > 8.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 SS의 농도가 매우 높은 지역이므로 물에 포함된 부유물질이 많은 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 한다. In case of SS value> 8.0, the red zone marked with red is characterized by high concentration of SS, which means that the suspended matter contained in water is designated as a serious water pollution area.
상기 TP(Total Phosphorus, 총인)는 물속에 포함된 인의 농도를 측정하는 것으로, 수질오염의 주요 원인인 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 영양물질이므로, TP의 단위는 mg/L를 사용하며, TP (Total Phosphorus) measures the concentration of phosphorus contained in water and is the nutrient substance that has the greatest influence on the occurrence of algae, which is a main cause of water pollution. Therefore, the unit of TP is mg / L,
TP 값이 < 0.01(청색), 0.01~0.02(녹색), 0.02~0.03(노랑), 0.03~0.04(연한 주홍), TP 값 > 0.04 (적색)으로 색으로 표시하고. The TP value is displayed in color by <0.01 (blue), 0.01 to 0.02 (green), 0.02 to 0.03 (yellow), 0.03 to 0.04 (light scarlet) and TP value> 0.04 (red).
TP 값 > 0.04의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 TP의 농도가 매우 높은 지역이므로 물속에 인(Phosphorus)이 많이 포함된 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 한다.When the TP value is greater than 0.04, the red region marked with red is characterized by a region where the concentration of TP is very high, and therefore, the water is contaminated with a large amount of phosphorus in the water.
본 발명에 따른 드론 기반 수질 모니터링 시스템 및 방법은 수질 모니터링을 위해 기존의 위성 영상을 사용하는 경우 구름 위에서 촬영되므로 기상여건에 크게 좌우되므로 수질 모니터링이 어려웠던 문제를 해결하기 위해, 드론은 100~300m 상공에서 촬영함으로 구름의 영향이나 기상 여건에 큰 제약을 받지 않고 실시간 수질 모니터링이 가능하게 하며, 드론에 B2(Green), B3(Red), B4(Nir) 카메라를 탑재하여 수질측정 항목인 클로로필 a, SS, TP를 분석하여 수질 모니터링을 함으로써, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링할 수 있으며 이를 통해 수질사고 예방 및 대책을 수립할 수 있게 되었다. The drone-based water quality monitoring system and method according to the present invention is used to monitor the quality of water because it is highly dependent on weather conditions because it is photographed on a cloud when using existing satellite images for water quality monitoring. (Green), B3 (Red), and B4 (Nir) cameras are mounted on the drones to measure water quality, chlorophyll a, SS, and TP, it is possible to monitor the water pollution distribution and movement characteristics three dimensionally, and it is possible to prevent water quality accidents and establish countermeasures.
기존에는 위성영상에서 촬영한 영상을 활용하여 저수지에 대한 모니터링을 수행해 왔으나, 구름의 영향이나 촬영시기의 문제로 원하는 시기의 수질 모니터링이 어려웠지만, Conventionally, monitoring of reservoirs has been carried out using images taken from satellite images. However, it has been difficult to monitor water quality at a desired time due to the influence of clouds or shooting time,
본 발명은 실시간 모니터링이 가능한 드론 플랫폼에 B2(Green), B3(Red), B4(Nir) 카메라를 탑재하여 수질측정 항목인 클로로필 a, SS, TP를 분석하는 기술을 개발하였다. The present invention has developed a technology for analyzing chlorophyll a, SS, and TP as water quality measurement items by mounting B2 (Green), B3 (Red), and B4 (Nir) cameras on a drone platform capable of real-
인공위성 영상은 구름 위에서 촬영되므로 기상여건에 크게 좌우되나, 드론은 100~300m 상공에서 촬영하여 기상에 큰 제약을 받지 않고 실시간 수질 모니터링을 수행할 수 있으며, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링할 수 있으며 이를 통해 수질사고 예방 및 대책을 수립할 수 있게 되었다.Satellite images are captured on the cloud, which is highly dependent on weather conditions. However, drones can be imaged at 100 to 300 meters above sea level and can perform real-time water quality monitoring without being restricted by weather conditions. And it is possible to prevent water quality accidents and establish countermeasures.
도 1은 본 발명에 따른 드론 기반 수질 모니터링 방법을 나타낸 플로차트이다.
도 2a는 고정익 드론(eBee)과, 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로 등 비행계획을 수립하기 위한 프로그램으로 노트북에서 사용되는 eMotion 2 소프트웨어, 영상접합을 통한 정사영상 구축을 위해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 구비하는 자료 처리 소프트웨어를 나타낸 사진이다.
도 2b는 드론 비행계획을 수립하는 프로그램(eMotion 2 소프트웨어)를 나타낸 화면이다.
도 2c는 ENVI 영상처리 소프트웨어의 기능을 설명한 도면이다.
도 3은 고정익 드론(eBee)에 탑재가 가능한 Nir+RG 센서가 탑재된 카메라와 Nir(850nm), Green(550nm), Red(625nm) 파장영역(Wavelength)을 나타낸 사진이다.
도 4는 eMotion 소프트웨어를 이용하여 드론의 촬영 영상에 GPS, INS 정보를 연결하는 과정을 나타낸 화면이다.
도 5는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상들에 대해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 이용하여 영상을 접합하여 정사영상을 구축하기 위해, Postflight Terra 3D 소프트웨어를 이용한 영상접합 화면이다.
도 6은 대청호 지역에 대해 촬영한 각각의 영상을 접합하여 구축한 정사영상(대청호 정사영상) 사진이다.
도 7은 저수지 수질을 모니터링하기 위해 물이 있는 호수 부분만 영상이 필요하므로 호수 부분만 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하기 위해 ENVI 소프트웨어를 사용하여 대청호 Masking 파일 생성 화면이다.
도 8은 ENVI 소프트웨어를 사용한 클로로필 a 모니터링 사진이다.
도 9는 ENVI 소프트웨어를 사용한 SS 모니터링 사진이다.
도 10은 ENVI 소프트웨어를 사용한 TP 모니터링 사진이다. 1 is a flowchart showing a drone-based water quality monitoring method according to the present invention.
FIG. 2A is a program for establishing flight plans such as fixed wing drones (eBee) and resolutions, flight altitudes, redundancy, and flight paths,
FIG. 2B is a screen showing a program for establishing a drone flight plan (
FIG. 2C is a diagram illustrating functions of the ENVI image processing software.
3 is a photograph showing a camera equipped with a Nir + RG sensor that can be mounted on a fixed wing dron eBee and a Nir (850 nm), Green (550 nm), and Red (625 nm) wavelength regions.
4 is a view showing a process of connecting GPS and INS information to a drone image using eMotion software.
FIG. 5 is an image fusion screen using
6 is an orthophoto image (Daechungho orthophotograph image) constructed by joining the respective images photographed with respect to the Daechungho area.
FIG. 7 is a screen for creating a Daechung Lake Masking file using ENVI software to generate a masking file for extracting only the lake portion separately because only an image portion of a lake with water is required to monitor the reservoir water quality.
Figure 8 is a photograph of chlorophyll-a monitoring using ENVI software.
Figure 9 is a photograph of SS monitoring using ENVI software.
10 is a photograph of TP monitoring using ENVI software.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
2. 수질 인자2. Water quality factor
수질악화는 조류(algae)의 이상증식으로부터 발생되며, 조류 생체량의 지표인 클로로필 a는 광학적인 반사와 흡수특성이 뚜렷하여 영상분석을 통해 조류의 농도분포를 모니터링할 수 있다. Water quality deterioration arises from anomalous growth of algae. Chlorophyll a, which is an indicator of algae biomass, has a strong optical reflection and absorption characteristic, so that the concentration distribution of algae can be monitored through image analysis.
수질 인자는 클로로필 a 외에도 총인(TP; Total Phosphorus)과 부유사(SS; Suspended Solid)도 중요한 수질인자이다. In addition to chlorophyll a, TP (total phosphorus) and SS (Suspended Solid) are also important water quality factors.
- 클로로필 a : 남조류, 녹조류, 규조류 및 편모조류 등 모든 조류에 비슷한 농도로 공통으로 포함되어 있는 광합성 색소로 물속에 존재하는 총 조류의 농도를 나타내는 기준으로 사용됨. - Chlorophyll a: Photosynthetic pigment commonly contained in all algae such as cyanobacteria, green algae, diatoms and monocotyledonous birds. It is used as a reference for total algae concentration in water.
- SS : 부유물질(Suspended Solid)로써 물에 포함된 부유물질의 농도를 측정하여 수질오염을 판단하게 됨.- SS: Suspended Solid, which measures the concentration of suspended solids in water to determine water pollution.
- TP : 총인(Total Phosphorus)은 물속에 포함된 인의 농도를 측정하는 것으로써 수질오염의 주요 원인인 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 영양물질임 - TP: Total phosphorus is a nutrient that has the greatest influence on the occurrence of algae which is the main cause of water pollution by measuring the concentration of phosphorus contained in water.
대상 지역의 수질을 모니터링하기 위해, 먼저 드론(drone)을 사용하여 대상지역을 항공 촬영한다. In order to monitor the water quality of the target area, first use the drone to shoot the target area.
드론은 군사용 드론이 아닌 상업용 드론을 사용하며, 상업용 드론은 비행기 형태의 고정익 드론과, 멀티 콥터(쿼드 콥터, 헥사 콥터) 형태의 드론으로 분류되며, 본 발명의 실시예에서 대상 지역 수질 모니터링을 위해 비행기 형태의 고정익 드론을 사용하여 항공 촬영하였다. The drones use commercial drones rather than military drones, commercial drones are classified as airborne fixed wing drones and multi-copter (quadcopter, hexacopter) type drones. In the embodiment of the present invention, Aerial photographs were taken using fixed wing drones in the form of airplanes.
드론은 고정익과 회전익으로 구분되며, 고정익은 경량이기 때문에 비행시간이 길고 회전익은 중량이기 때문에 비행시간이 상대적으로 짧다. 이에 따라 넓은 저수지를 모니터링하기 위해 고정익 드론을 사용한다. The drones are divided into fixed wings and flywheels. Flight time is relatively short because the flywheel is heavy because the flywheel is lightweight and the flywheel is heavy. Therefore, we use fixed wing drones to monitor wide reservoirs.
드론을 사용한 항공 사진촬영 및 GNSS 측량 방법은 드론(본체, GNSS, INS, 날개, 배터리, 카메라)과 노트북을 데이터 링크용 모뎀으로 연결하는 단계; 종중복도, 횡중복도, 해상도, 비행고도를 세팅하고 촬영 범위, 이착륙 방향, 안전 기준(풍속 등) 세팅하는 단계; 드론을 이륙하여 사진 촬영 후 착륙하는 드론을 이용한 대상 지역의 항공사진을 촬영하여 드론의 메모리에 저장하는 단계; 드론 착륙 후, 드론과 컴퓨터/노트북을 연결하여 항공 사진 파일과 로그 파일(GNSS 좌표, INS)을 다운로드하는 단계; 컴퓨터/노트북의 비행 데이터 매니저(Flight Data Manager)를 사용하여 항공 사진과 로그파일을 연결하는 항공 사진과 로그 파일을 연결하는 단계를 포함한다. A method of aerial photographing and GNSS surveying using a drones includes connecting a drones (body, GNSS, INS, wing, battery, camera) and a notebook with a data link modem; Setting a corridor, a lateral redundancy, a resolution, and a flight altitude and setting a shooting range, a takeoff and landing direction, a safety standard (wind speed, etc.); Photographing an aerial photograph of a target area using a dron for landing after taking a photo of the drones, and storing the taken aerial photograph in a memory of the drones; Connecting the drones to the computer / laptop and downloading the aerial photograph files and the log files (GNSS coordinates, INS) after the drone landing; And linking the aerial photograph and the log file connecting the aerial photograph and the log file using the computer / notebook Flight Data Manager.
고정익 드론 본체는 기본적으로 외부 케이스와 FC(Flight Controller)를 구비하는 비행시스템, 카메라, GNSS 수신기, INS(Inertial Navigation System, 관성 항법 장치) 및 배터리가 탑재되어 있다. The fixed wing dron main body basically has a flight system, a camera, a GNSS receiver, an INS (Inertial Navigation System), and a battery equipped with an outer case and a FC (Flight Controller).
INS는 자이로스코프 센서(gyro sensor, gyroscope) 및 가속도계(accelereometer, 가속도센서)를 구비한다. The INS has a gyroscope sensor and an accelerometer.
드론의 자이로스코프 센서(gyro sensor, gyroscope)는 FC(Flight Controller)와 연결되고, z 축(axis)을 기준으로 회전하는 각속도를 측정하여 yaw, roll, pitch를 제어하여 고정익 드론의 자세제어를 하여 드론의 좌우 수평 밸런싱을 유지하도록 한다. 드론의 가속도계(accelereometer, 가속도센서)는 압전형(Piezoelectric type) 가속도계, 정전용량형, 스트레인 게이지형(Strain gage) 가속도계, 전기동부하형(Electro dynamic type) 가속도계, 또는 실리콘 반도체 가속도계 중 어느 하나를 사용한다. The gyro sensor (gyroscope) of the drone is connected to FC (Flight Controller) and controls the yaw, roll and pitch by measuring the angular velocity rotating about the z axis to control the posture of the fixed wing dron Keep horizontal balance of left and right of drones. The accelerometer of the drone uses either a piezoelectric type accelerometer, a capacitance type strain gauge accelerometer, an electro dynamic type accelerometer, or a silicon semiconductor accelerometer. do.
드론 본체에 배터리와 카메라를 장착한 후, 케이블을 연결하고, 노트북에 드론과 비행 모니터링 프로그램을 상호 연동하는데 사용되는 데이터 링크용 모뎀을 연결한다.After attaching the battery and the camera to the drones, connect the cables, and connect the data link modem used to connect the drones and the flight monitoring program to the notebook.
컴퓨터/노트북에서 드론의 이륙 및 착륙에 관한 정보 세팅, 비행계획 수립 및 모니터링 프로그램을 구동한다. 컴퓨터/노트북을 켜고 항공 촬영범위를 선정한 후 종중복도, 횡중복도, 해상도, 비행고도, 비행 경로를 세팅하여 비행계획 수립 및 현장에서 드론의 항공 촬영 프로그램을 실행하며, 드론의 이륙 및 착륙에 관한 정보(지점, 방향, 폭)를 설정한다. 최종적으로 결정된 비행계획을 데이터 링크용 모뎀을 통해 드론 본체에 송신한다.It sets up information on take-off and landing of drones on a computer / laptop, and runs flight planning and monitoring programs. After turning on the computer / notebook and selecting the aerial shooting range, it is necessary to set the flight plan and the drones' aerial photographing program by setting the corridor, lateral redundancy, resolution, flight altitude and flight path. Set information (point, direction, width). And transmits the finally determined flight plan to the drone main body via the data link modem.
항공 촬영시점의 드론의 위치와 방향은 GNSS 수신기와 INS 장비를 통해 취득되어 로그파일 형태로 드론 본체에 저장되며, 드론의 카메라로 촬영된 항공 촬영 영상이 메모리에 저장된다. 드론 착륙 후, 드론과 노트북을 USB 케이블로 연결하여 드론의 항공 촬영 영상과 GPS 위치 정보 및 INS 정보(고정익 드론의 Yaw, Roll, Pitch 3축 방향의 드론 자세 정보)를 노트북으로 이전한다. The position and direction of the drone at the time of aerial photographing are acquired through the GNSS receiver and the INS equipment and stored in the dron body in the form of a log file, and the aerial image photographed by the dron camera is stored in the memory. After landing the drones, connect the drones and notebooks with a USB cable to transfer the drones aerial images, GPS location information, and INS information (dowel attitude information in the yaw, roll, and pitch 3 axis directions of the fixed wing drones) to the notebook.
드론 기반 수질 모니터링 시스템은 대상지역을 비행계획에 따라 항공 촬영하는 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론; 상기 컴퓨터나 노트북에서 구름이나 기상여건에 제약받지 않도록 100~300m 상공에서 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 영상을 접합하여 즉, 촬영된 각각의 사진에 포함된 GPS 위치 정보와 INS 정보로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합하여 정사영상 구축을 위한 정사영상 구축 소프트웨어(Postflight Terra 3D 소프트웨어); 및 상기 Nir+RG 카메라로 촬영된 영상은 B2, B3, B4 밴드별로 각각 영상이 저장되며, B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 밴드조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP를 계산하여 대상지역의 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어(ENVI 영상처리 소프트웨어)를 포함한다.The drone-based water quality monitoring system consists of a drone equipped with a Nir + RG camera for aerial photography according to the flight plan; In order to avoid the restriction on the cloud or weather conditions in the computer or the notebook, images are attached to a single image taken by a drone equipped with the Nir + RG camera at a distance of 100 to 300 m, that is, a GPS Orthographic image building software (
상기 드론은 회적익 드론보다 경량 인 고정익 드론을 사용하며, Nir+RG 카메라를 구비하는 고정익 드론을 사용하며, The drones use a fixed wick drones that are lighter than the rotary idlers and use fixed wing drones equipped with a Nir + RG camera,
컴퓨터나 노트북에 구비되며, 상기 드론의 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로를 포함하는 드론의 비행계획을 수립하기 위한 비행 계획 수립 소프트웨어(eMotion 2 소프트웨어)를 사용하는 것을 특징으로 한다. (
3. 수질 모니터링 프로세스3. Water quality monitoring process
도 1은 본 발명의 드론 기반 수질 모니터링 방법을 나타낸 플로차트이다. 1 is a flow chart illustrating a method for monitoring a drone-based water quality of the present invention.
본 발명의 드론 기반 수질 모니터링 방법은 (a) 드론(고정익 드론, eBee)에 대하여 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로 등 드론의 비행계획을 수립하기 위한 프로그램으로 노트북에서 사용되는 비행계획 수립 소프트웨어(eMotion 2 소프트웨어)를 사용하여 드론 비행 계획을 수립하고, Nir+RG 카메라를 구비하는 드론을 이륙하여 드론의 비행 계획에 따라 대상지역을 구름이나 기상여건에 제약받지 않도록 100~300m 상공에서 항공 촬영하여 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론의 항공 촬영 영상, 타임 라인에 기초한 드론의 GPS 위치 정보 및 INS 정보와 함께 드론의 메모리에 저장하는 단계; (b) 드론 착륙 후에, 드론의 항공 촬영 영상, 타임 라인에 기초한 드론의 GPS 위치 정보 및 INS 정보(드론의 Yaw, Roll, Pitch 3축 방향의 드론 자세 정보)를 취득하도록 드론과 USB 케이블로 연결된 컴퓨터로 이전하는 단계; (c) Nir+RG 카메라를 구비하는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 정사 영상 구축 소프트웨어(Postflight Terra 3D 소프트웨어)를 사용하여 영상을 접합하여 즉, 촬영된 각각의 사진에 포함된 GPS 위치 정보와 INS 정보로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합하여 정사영상을 구축하는 단계; (d) 상기 정사 영상에서 저수지 수질을 모니터링하기 위해 물이 있는 호수 부분만 영상이 필요하므로, 호수 부분 영상만을 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하기 위해 수질 모니터링을 위한 영상처리 소프트웨어(ENVI 영상처리 소프트웨어)를 사용하여 Masking 파일을 생성하는 단계; (e) 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에서 클로로필 a, SS, TP 추출을 위한 밴드 조합식을 적용하여 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하는 단계; 및 (f) 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에 의해 수질 인자로 사용되는 클로로필 a, SS, TP 농도를 구간별로 기준치별로 색을 달리하여 색으로 표시하며, 적색구간이 클로로필 a > 20.0 mg/m3, SS > 8.0 mg/L, TP > 0.04 mg/L의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정하여 수질 모니터링을 하며, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링하는 단계를 포함한다. The drones based water quality monitoring method of the present invention is a program for establishing a flight plan of drones such as resolution, flying height, redundancy, and flight path for a dron (fixed wing drones, eBee) (eMotion 2 software) to set up a drone flight plan, take off the drones equipped with Nir + RG cameras, and take aerial photographs from 100 to 300 m above the drones so that the target area is not restricted by clouds or weather conditions Storing in the memory of the drone together with the aerial image of the dron with the Nir + RG camera, GPS location information of the drones based on the timeline, and INS information; (b) After the drones landing, the drones are connected with a USB cable to acquire the aerial image of the drones, GPS position information of the drones based on the timeline, and INS information (dron's yaw, roll, Transferring to a computer; (c) The sheet images photographed by the drone equipped with the Nir + RG camera are subjected to image fusion using ortho image building software (Postflight Terra 3D software), that is, the GPS position information included in each photographed image Constructing an orthoimage image by calculating an INS information inversely with a photographing point and then joining the images by a luminous flux adjusting method; (d) Image processing software (ENVI image processing software) for water quality monitoring is used to generate a masking file for extracting only a lake partial image separately, since only an image portion of a lake with water is required to monitor the reservoir water quality in the orthoimage image. Generating a Masking file using the Masking file; (e) calculating chlorophyll a, SS and TP concentrations by applying a band combination formula for chlorophyll a, ss, and tp in the image processing software for monitoring the water quality; And (f) chlorophyll a, SS, and TP concentrations used as water quality factors by the image processing software for monitoring the water quality are displayed in different colors according to the reference values by intervals, and the red section is chlorophyll a> 20.0 mg / m 3 , SS> 8.0 mg / L, and TP> 0.04 mg / L are very high. Therefore, water quality is designated as a serious area and water quality is monitored. .
상기 드론은 회전익 드론보다 경량 인 고정익 드론을 사용하며, 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로 등 비행계획을 수립하기 위한 프로그램으로 eMotion 2 소프트웨어를 사용하고, 영상접합을 통한 정사영상 구축을 위해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 사용한다.The drones use a fixed wing drones that are lighter than drones and use
(1) 드론 출동 및 촬영(1) Dronting and shooting
드론은 고정익과 회전익 드론으로 구분되며, 고정익 드론은 경량이기 때문에 비행시간이 길고 회전익 드론은 중량이 크기 때문에 비행시간이 상대적으로 짧으며, 따라서 넓은 저수지를 모니터링하기 위해 고정익 드론을 사용한다.The drones are divided into fixed wing and rotor wing drones. Since the wing wing drones are lightweight, the flying time is long and the rotor wing drones are heavy in weight, so the flight time is relatively short and therefore the fixed wing drones are used to monitor wide reservoirs.
본 발명에서는 스위스 Sensefly에서 제작한 eBee 고정익 드론을 사용하였다.In the present invention, eBee fixed wing drone manufactured by Sensefly, Switzerland was used.
eBee 고정익 드론은 0.7kg의 무게를 가지며 비행시간은 약 40~50분 정도이다. The eBee fixed-wing drones weigh 0.7kg and take about 40-50 minutes to fly.
또한, 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로 등 비행계획을 수립하기 위한 프로그램으로 eMotion 2 소프트웨어를 사용하였으며, 영상접합을 통한 정사영상 구축을 위해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 사용하였다. In addition,
도 2a는 고정익 드론(eBee)과, 해상도, 비행고도, 중복도, 비행 경로 등 비행계획을 수립하기 위한 프로그램으로 노트북에서 사용되는 eMotion 2 소프트웨어, 영상접합을 통한 정사영상 구축을 위해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 구비하는 자료 처리 소프트웨어를 나타낸 사진이다.FIG. 2A is a program for establishing flight plans such as fixed wing drones (eBee) and resolutions, flight altitudes, redundancy, and flight paths,
대상 지역의 수질 모니터링을 위해 표 1과 같이 다양한 파장대의 센서가 필요하며, 근적외선(Nir), 청색(Blue) 그리고 녹색(Green) 센서가 같이 포함되어 있는 센서를 사용해야 한다. In order to monitor the water quality in the target area, sensors of various wavelengths are required as shown in Table 1, and sensors including near infrared (Nir), blue (Blue) and green (green) sensors should be used.
이를 위해 고정익 드론(eBee 드론)에 탑재가 가능한 Cannon S110 Nir+RG 센서가 탑재된 카메라를 사용하였다.To this end, a camera equipped with a Cannon S110 Nir + RG sensor, which can be mounted on a fixed wing drone (eBee drone), was used.
도 3은 고정익 드론(eBee 드론)에 탑재가 가능한 Nir+RG 센서가 탑재된 카메라와 Nir(850nm), Green(550nm), Red(625nm) 파장영역(Wavelength)을 나타낸 사진이다. 3 is a photograph showing a camera equipped with a Nir + RG sensor that can be mounted on a fixed wing drone (eBee drone) and a Nir (850 nm), Green (550 nm), and Red (625 nm) wavelength regions.
도 2b는 드론 비행계획을 수립하는 프로그램(eMotion 2 소프트웨어)를 나타낸 화면이다. FIG. 2B is a screen showing a program for establishing a drone flight plan (
도 2c는 ENVI 영상처리 소프트웨어의 기능을 설명한 도면이다.FIG. 2C is a diagram illustrating functions of the ENVI image processing software.
1) eMotion2 소프트웨어 기능 1) eMotion2 software function
eMotion2 소프트웨어(비행계획 수립 소프트웨어)는 드론 비행계획을 설계하는 프로그램으로써, 사진의 해상도를 비롯하여 비행고도, 사진 중복도, 비행시간, 촬영코스 등을 지정함으로써 드론이 자동으로 대상지역을 촬영하고 착륙할 수 있도록 지원하는 현장 드론 비행계획 소프트웨어이다eMotion2 software (flight planning software) is a program for designing a drone flight plan. By specifying the resolution of the photo, flight altitude, photo overlap, flight time, shooting course, etc., Is an on-site drone flight planning software that allows you to
2) Postflight Terra 3D 소프트웨어의 영상 정합 기능 2) Image matching function of
Postflight Terra 3D 소프트웨어(정사영상 구축 소프트웨어)는 촬영된 각각의 사진에 포함되어 있는 GPS 정보와 INS 정보(드론의 Yaw, Roll, Pitch 3축 방향의 드론 자세 정보)로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합해 나가는 방식을 가지고 있다.
광속조정법은 사진좌표를 기본단위로 하여 절대좌표를 구하는 방법이며, 블록(Block) 내의 각 사진에 관측된 기준점, 접합점의 사진좌표를 이용하여 최소제곱법으로 각 사진의 외부표정요소 및 접합점의 최확값을 결정하는 방법이다.The luminous flux adjustment method is a method of obtaining the absolute coordinates based on the photographic coordinates as a basic unit. By using the photographic coordinates of the base point and the junction point observed in each photograph in the block, It is a method to determine the magnitude.
3) ENVI 영상처리 소프트웨어의 기능 3) Functions of ENVI image processing software
- 밴드 번호 : B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선)- Band number: B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near infrared)
- 표 2는 밴드조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP를 계산할 수 있다.- Table 2 can calculate chlorophyll a, SS, TP by band combination formula.
- Nir+RG 카메라로 촬영된 영상은 B2, B3, B4 밴드별로 각각 영상이 저장되며, ENVI 소프트웨어를 밴드간의 연산과정을 수행하여 클로로필 a, SS, TP를 계산할 수 있다.- Images captured by the Nir + RG camera are stored for each of the B2, B3, and B4 bands, and the chlorophyll a, SS, and TP can be calculated by performing the calculation process between the ENVI software and the bands.
수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어(ENVI 영상처리 소프트웨어)는 B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 Image processing software (ENVI image processing software) for water quality monitoring is designed for B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near Infrared)
클로로필 a= -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4), Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS= -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3), 및 SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3), and
TP= -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3) TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
상기 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP를 계산한다. The chlorophyll a, SS and TP are calculated by the band combination formula.
도 2c는 TP(총인)을 계산하기 위해 연산식을 적용한 사례이다. 2C is an example in which an equation is applied to calculate TP (total phosphorus).
(2) 영상, GPS, INS 자료 취득(2) Acquisition of video, GPS and INS data
고정익 드론을 사용하여 낱장으로 된 항공 영상을 촬영하게 되며, 촬영된 지점의 위치와 자세정보는 드론에 장착되어 있는 GPS(Global Positioning System) 정보와 INS(Inertial Navigation System) 정보를 이용하여 얻게 되며, 각각의 영상에 GPS 위치 정보와 INS 로그정보를 eMotion 소프트웨어를 사용하여 연결하게 된다.The position and attitude information of the photographed spot is obtained by using GPS (Global Positioning System) information and INS (Inertial Navigation System) information installed in the drones, The GPS location information and INS log information are connected to each image using eMotion software.
- 이를 통해 각각의 영상에 위치와 자세정보가 태그 형태로 연결되어 다음 단계인 영상접합 단계에서 활용하게 된다.- Through this, position and attitude information is connected to each image in tag form, and it is utilized in the next step of image joining step.
도 4는 eMotion 소프트웨어를 이용하여 드론의 촬영 영상에 GPS, INS 정보를 연결하는 과정을 나타낸 화면이다. 4 is a view showing a process of connecting GPS and INS information to a drone image using eMotion software.
(3) 영상접합을 통한 정사영상 구축(3) Construction of Orthographic Image through Image Joining
드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 이용하여 영상을 접합하여 정사영상을 구축한다. The orthophotographic image is constructed by splicing the images of the sheet taken by the drone using
도 5는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상들에 대해 Postflight Terra 3D 소프트웨어를 이용하여 영상을 접합하여 정사영상을 구축하기 위해, Postflight Terra 3D 소프트웨어를 이용한 영상접합 화면이다. FIG. 5 is an image fusion screen using
도 6은 대청호 지역에 대해 촬영한 각각의 영상을 접합하여 구축한 정사영상(대청호 정사영상) 사진이다. 6 is an orthophoto image (Daechungho orthophotograph image) constructed by joining the respective images photographed with respect to the Daechungho area.
(4) Masking 파일 생성(4) Masking file creation
저수지 수질을 모니터링하기 위해 물이 있는 호수 부분만 영상이 필요하며, 이에 따라 호수 부분 만을 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성해야 되며, ENVI 영상처리 소프트웨어를 사용하였다.In order to monitor the water quality of the reservoir, only the part of the lake with water is needed. Therefore, Masking file which extracts only the lake part separately must be generated and ENVI image processing software is used.
도 7은 저수지 수질을 모니터링하기 위해 물이 있는 호수 부분만 영상이 필요하므로 호수 부분만 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하기 위해 ENVI 소프트웨어를 사용하여 대청호 Masking 파일 생성 화면이다. FIG. 7 is a screen for creating a Daechung Lake Masking file using ENVI software to generate a masking file for extracting only the lake portion separately because only an image portion of a lake with water is required to monitor the reservoir water quality.
(5) 클로로필 a, SS, TP 추출을 위한 밴드 조합식 적용(5) Band combination formula for chlorophyll a, SS, TP extraction
- 연구논문, 발명 등을 통해 클로로필 a, SS, TP를 추출하기 위해 개발된 식을 표 3와 같이 조사하였으며, Cannon S110 Nir+RG 센서가 탑재된 카메라를 활용할 경우 B2, B3, B4를 얻을 수 있기 때문에 클로로필 a, SS 그리고 TP 분석이 가능해진다. - The formula developed for extracting chlorophyll a, SS and TP through research papers and inventions was investigated as shown in Table 3. B2, B3 and B4 were obtained by using a camera equipped with Cannon S110 Nir + RG sensor This allows chlorophyll a, SS and TP analysis.
(6) 클로로필 a, SS, TP 수질 모니터링(6) Monitoring chlorophyll a, SS, TP water quality
Nir+RG 카메라로 촬영된 영상은 B2, B3, B4 밴드별로 각각 영상이 저장되며, ENVI 소프트웨어를 밴드간의 연산과정을 수행하여 클로로필 a, SS, TP를 계산할 수 있다.Images captured by the Nir + RG camera are stored for each of the B2, B3, and B4 bands, and the chlorophyll a, SS, and TP can be calculated by performing an operation process between the ENVI software and the bands.
수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어(ENVI 영상처리 소프트웨어)는 B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 아래 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산한다. Image processing software (ENVI image processing software) for water quality monitoring is composed of chlorophyll a, SS, TP (green, green), B3 (red, red) and B4 Calculate the concentration.
클로로필 a= -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4), Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS= -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3), SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3),
TP= -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3) TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
클로로필 a, SS, TP의 농도가 계산되면 도 8,9,10에 도시된 바와 같이 클로로필 a, SS, TP의 농도를 구간별로 색으로 표시하게 된다.When the concentrations of chlorophyll-a, SS, and TP are calculated, the concentrations of chlorophyll-a, SS, and TP are displayed in color by intervals as shown in FIGS.
그림에서 적색구간이 클로로필 a, SS, TP의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정할 수 있다. 수질 모니터링을 통해 수질 오염 대책을 수립하게 된다. In the figure, the red zone is an area with a high concentration of chlorophyll-a, SS, and TP, so it can be designated as a region where water pollution is serious. Water quality monitoring will establish water pollution countermeasures.
이를 통해 대상 지역 호수의 수질오염을 실시간으로 모니터링할 수 있고, 수질오염 대책을 강구할 수 있다. Through this, it is possible to monitor the water pollution in the lake of the target area in real time and to take measures against water pollution.
수질 인자는 클로로필 a 외에도 총인(TP; Total Phosphorus)과 부유사(SS; Suspended Solid)도 중요한 수질인자이다. In addition to chlorophyll a, TP (total phosphorus) and SS (Suspended Solid) are also important water quality factors.
도 8은 ENVI 소프트웨어를 사용한 클로로필 a 모니터링 사진이다.Figure 8 is a photograph of chlorophyll-a monitoring using ENVI software.
클로로필 a는 남조류, 녹조류, 규조류 및 편모조류 등 모든 조류에 비슷한 농도로 공통으로 포함되어 있는 광합성 색소로 물속에 존재하는 총 조류의 농도를 나타내는 기준으로 사용된다. 클로로필 a의 단위는 mg/m3를 사용한다. Chlorophyll a is a photosynthetic dye commonly contained in all algae, such as cyanobacteria, green algae, diatoms and monocotyledonous birds, and is used as a reference for the concentration of total algae present in water. The unit of chlorophyll a is mg / m 3 .
클로로필 a 값이 < 5.0(청색), 5.0~10.0(녹색), 10.0~15.0(노랑), 15.0~20.0(연한 주홍), 클로로필 a 값 > 20.0(적색)으로 색으로 표시한다 The color is indicated by a chlorophyll a value of <5.0 (blue), 5.0 to 10.0 (green), 10.0 to 15.0 (yellow), 15.0 to 20.0 (light scarlet) and chlorophyll a value of 20.0 (red)
클로로필 a 값 > 20.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 클로로필 a의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정된다. In the case of chlorophyll a value> 20.0, the red section marked with red is designated as a region where water pollution is serious because chlorophyll-a concentration is very high.
도 9는 ENVI 소프트웨어를 사용한 SS 모니터링 사진이다. Figure 9 is a photograph of SS monitoring using ENVI software.
SS(Suspended Solid, 부유사)는 부유물질로써 물에 포함된 부유물질의 농도를 측정하여 수질오염을 판단하게 된다. SS의 단위는 mg/L이다. Suspended Solid (SS) is a suspen- sive material that measures the concentration of suspended solids in water to determine water pollution. The unit of SS is mg / L.
SS 값이 < 2.0(청색), 2.0~4.0(녹색), 4.0~6.0(노랑), 6.0~8.0(연한 주홍), SS 값 > 8.0(적색)으로 색으로 표시한다 The SS value is displayed in color as <2.0 (blue), 2.0 to 4.0 (green), 4.0 to 6.0 (yellow), 6.0 to 8.0 (light scarlet), and SS value> 8.0
SS 값 > 8.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 SS의 농도가 매우 높은 지역이므로 물에 포함된 부유물질이 많은 수질오염이 심각한 지역으로 지정된다. In case of SS value> 8.0, the red section marked with red is a region with a very high concentration of SS, so the suspended matter contained in the water is designated as a region with a high water pollution.
도 10은 ENVI 소프트웨어를 사용한 TP 모니터링 사진이다. 10 is a photograph of TP monitoring using ENVI software.
TP(Total Phosphorus, 총인)는 물속에 포함된 인의 농도를 측정하는 것으로, 수질오염의 주요 원인인 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 영양물질이다. TP의 단위는 mg/L이다. TP (Total Phosphorus) is a nutrient that has the greatest influence on the occurrence of algae, the main cause of water pollution, by measuring the concentration of phosphorus contained in water. The unit of TP is mg / L.
TP 값이 < 0.01(청색), 0.01~0.02(녹색), 0.02~0.03(노랑), 0.03~0.04(연한 주홍), TP 값 > 0.04 (적색)으로 색으로 표시한다 The TP value is displayed in color as <0.01 (blue), 0.01 to 0.02 (green), 0.02 to 0.03 (yellow), 0.03 to 0.04 (light scarlet) and TP value> 0.04
TP 값 > 0.04의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 TP의 농도가 매우 높은 지역이므로 물속에 인(Phosphorus)이 많이 포함된 수질오염이 심각한 지역으로 지정된다. In case of TP value> 0.04, the red area marked with red is designated as a region with a high concentration of TP, so that water pollution with a lot of phosphorus in water is serious.
전술한 바와 같이 본 발명의 드론 기반 수질 모니터링 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 저장될 수 있다. As described above, the drone-based water quality monitoring method of the present invention can be implemented as a program, and can be recorded on a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, memory card, hard disk, magneto- Device, etc.).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention.
Claims (8)
상기 컴퓨터나 노트북에서 구름이나 기상여건에 제약받지 않도록 100~300m 상공에서 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 영상을 접합하여, 즉 촬영된 각각의 사진에 포함된 GPS 위치 정보와 INS 정보로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합하여 정사영상 구축을 위한 정사영상 구축 소프트웨어; 및
상기 Nir+RG 카메라로 촬영된 영상은 B2, B3, B4 밴드별로 각각 영상이 저장되며, B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여 밴드조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP를 계산하여 대상지역의 수질 모니터링을 하기 위해 물이 있는 호수 부분 만을 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하는 영상처리 소프트웨어를 포함하고,
상기 드론은 Nir+RG 카메라를 구비하는 고정익 드론을 사용하며,
상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어는
B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여
클로로필 a = -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4),
SS = -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3),
TP = -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3)
상기 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하며,
상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에 의해 수질 인자로 사용되는 클로로필 a, SS, TP 농도를 구간별로 기준치별로 색을 달리하여 색으로 표시하며, 적색구간이 클로로필 a > 20.0 mg/m3, SS > 8.0 mg/L, TP > 0.04 mg/L의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정하여 수질 모니터링을 하며, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링하는, 드론 기반 수질 모니터링 시스템.Dron's Flight Planning Software by computer or laptop is equipped with Nir + RG camera for aerial shooting according to the flight plan of the drones, after setting the drones' flight plan including drones resolution, flight altitude, redundancy, flight path The drones,
In order to avoid the limitation of the cloud or the weather condition in the computer or the notebook, images are joined to the single image taken by the drone equipped with the Nir + RG camera at 100 to 300 m, Orthographic image building software for calculating orthographic image by calculating image position from inverse position information and INS information in reverse direction and then combining the images by luminous flux adjustment method; And
Images captured by the Nir + RG camera are stored for each of the B2, B3, and B4 bands, and images of B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), and B4 (Nir, near infrared) And image processing software for generating a masking file for separately extracting a lake portion having a water to monitor the water quality of the target region by calculating chlorophyll a, SS, TP,
The drones use a fixed wick drones equipped with a Nir + RG camera,
The image processing software for the water quality monitoring
B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near Infrared) bands
Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3),
TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
Calculating the concentration of chlorophyll a, SS, TP by the band combination formula,
The concentrations of chlorophyll a, SS and TP used as water quality factors are displayed in different colors according to the reference values by the image processing software for monitoring the water quality, and the red zone is represented by chlorophyll a> 20.0 mg / m 3 , SS > 8.0 mg / L and TP> 0.04 mg / L are very high. Therefore, it is designated as a region where water pollution is serious and water quality is monitored, and drone-based water quality monitoring system.
상기 클로로필 a는 남조류, 녹조류, 규조류 및 편모조류 등 모든 조류에 비슷한 농도로 공통으로 포함되어 있는 광합성 색소로 물속에 존재하는 총 조류의 농도를 나타내는 기준으로 사용되며, 클로로필 a의 단위는 mg/m3를 사용하고,
클로로필 a 값이 < 5.0(청색), 5.0~10.0(녹색), 10.0~15.0(노랑), 15.0~20.0(연한 주홍), 클로로필 a 값 > 20.0(적색)으로 색으로 표시하며,
클로로필 a 값 > 20.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 클로로필 a의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 드론 기반 수질 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
The chlorophyll-a is a photosynthetic dye commonly contained in all algae such as cyanobacteria, green algae, diatoms and monocotyledonous birds. The chlorophyll-a is used as a reference for indicating the concentration of total alga in water, and the unit of chlorophyll-a is mg / m 3 ,
The color is represented by the chlorophyll a value of <5.0 (blue), 5.0-10.0 (green), 10.0-15.0 (yellow), 15.0-20.0 (light scarlet), chlorophyll a value> 20.0 (red)
Based on the chlorophyll-a value > 20.0, the red zone indicated by red is designated as a region where water pollution is serious because the chlorophyll-a concentration is very high.
상기 SS(SS; Suspended Solid, 부유사)는 부유물질(Suspended Solid)로서 물에 포함된 부유물질의 농도를 측정하여 수질오염을 판단하게 되며 SS의 단위는 mg/L를 사용하며,
SS 값이 < 2.0(청색), 2.0~4.0(녹색), 4.0~6.0(노랑), 6.0~8.0(연한 주홍), SS 값 > 8.0(적색)으로 색으로 표시하고,
SS 값 > 8.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 SS의 농도가 매우 높은 지역이므로 물에 포함된 부유물질이 많은 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 드론 기반 수질 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
The SS (Suspended Solid) is a Suspended Solid, which measures the concentration of suspended solids contained in water to determine water pollution. The unit of SS is mg / L,
The SS value is displayed in the color of <2.0 (blue), 2.0-4.0 (green), 4.0-6.0 (yellow), 6.0-8.0 (light scarlet) and SS value> 8.0 (red)
SS value > 8.0, the red section marked with red is an area having a very high concentration of SS, so that suspended matter contained in the water is designated as a region where water pollution is serious.
상기 TP(Total Phosphorus, 총인)는 물속에 포함된 인의 농도를 측정하는 것으로, 수질오염의 주요 원인인 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 영양물질이므로, TP의 단위는 mg/L를 사용하며,
TP 값이 < 0.01(청색), 0.01~0.02(녹색), 0.02~0.03(노랑), 0.03~0.04(연한 주홍), TP 값 > 0.04 (적색)으로 색으로 표시하고.
TP 값 > 0.04의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 TP의 농도가 매우 높은 지역이므로 물속에 인(Phosphorus)이 많이 포함된 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 드론 기반 수질 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
TP (Total Phosphorus) measures the concentration of phosphorus contained in water and is the nutrient substance that has the greatest influence on the occurrence of algae, which is a main cause of water pollution. Therefore, the unit of TP is mg / L,
The TP value is displayed in color by <0.01 (blue), 0.01 to 0.02 (green), 0.02 to 0.03 (yellow), 0.03 to 0.04 (light scarlet) and TP value> 0.04 (red).
TP value > 0.04, the red region indicated by red is designated as a region where water pollution is serious including phosphorus (phosphorus) in the water because it is an area where TP concentration is very high.
(b) 드론 착륙 후에, 상기 드론의 항공 촬영 영상, 타임 라인에 기초한 드론의 GPS 위치 정보 및 INS 정보(드론의 Yaw, Roll, Pitch 3축 방향의 드론 자세 정보)를 취득하도록 드론과 USB 케이블로 연결된 컴퓨터로 이전하는 단계;
(c) 상기 Nir+RG 카메라를 구비하는 드론에 의해 촬영된 낱장 영상에 대해 정사영상 구축 소프트웨어를 사용하여 영상을 접합하여 즉, 촬영된 각각의 사진에 포함된 GPS 위치 정보와 INS 정보로부터 촬영지점을 역으로 계산한 후 광속조정법에 의해 영상을 접합하여 정사영상을 구축하는 단계;
(d) 상기 정사 영상에서 저수지 수질을 모니터링하기 위해 물이 있는 호수 부분만 영상이 필요하므로, 호수 부분 영상만을 별도로 추출하는 Masking 파일을 생성하기 위해 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어를 사용하여 Masking 파일을 생성하는 단계;
(e) 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에서 클로로필 a, SS, TP 추출을 위한 밴드 조합식을 적용하여 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하며,
B2(Green, 녹색), B3(Red, 적색), B4(Nir, 근적외선) 밴드에 대하여
클로로필 a= -44 +2929.6(B2) +1062.7(B3) +626(B4),
SS= -10.5 +446.4(B2) + 685.1(B3),
TP= -0.03 +1.92(B2) + 2.18(B3)
상기 밴드 조합식에 의해 클로로필 a, SS, TP 농도를 계산하는 단계; 및
(f) 상기 수질 모니터링을 하기 위한 영상처리 소프트웨어에 의해 수질 인자로 사용되는 클로로필 a, SS, TP 농도를 구간별로 기준치별로 색을 달리하여 색으로 표시하며, 적색구간이 클로로필 a > 20.0 mg/m3, SS > 8.0 mg/L, TP > 0.04 mg/L의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정하여 수질 모니터링을 하며, 수질오염 분포 및 이동특성을 3차원적으로 모니터링하는 단계;
를 포함하는 드론 기반 수질 모니터링 방법.(a) Establish a drone flight plan using the software of the drones of the resolution, flight altitude, redundancy and flight path for the drones, take off the drones equipped with the Nir + RG camera, Is aerial photographed at a distance of 100 to 300 m so as not to be restricted by a cloud or a weather condition, and is stored in the memory of the drone together with the aerial photographed image of the dron having the Nir + RG camera, the GPS position information of the dron based on the timeline, ;
(b) After drone landing, the drone and the USB cable are used to acquire the aerial image of the drones, the GPS position information of the dron based on the timeline, and the INS information (dron's yaw, roll, Migrating to a connected computer;
(c) combining the images obtained by the dron with the Nir + RG camera using the ortho image building software, that is, from the GPS position information and the INS information included in each photographed photograph, And then constructing an orthoimage image by joining the images by the luminous flux adjustment method;
(d) In order to monitor the water quality of the reservoir in the orthoimage image, only the part of the lake with water is required. Therefore, in order to generate a masking file for extracting only the lake partial image separately, ;
(e) The concentration of chlorophyll a, SS and TP is calculated by applying a band combination formula for chlorophyll a, SS and TP extraction in the image processing software for monitoring the water quality,
B2 (Green, Green), B3 (Red, Red), B4 (Nir, Near Infrared) bands
Chlorophyll a = -44 +2929.6 (B2) +1062.7 (B3) +626 (B4),
SS = -10.5 +446.4 (B2) + 685.1 (B3),
TP = -0.03 + 1.92 (B2) + 2.18 (B3)
Calculating chlorophyll a, SS, TP concentrations by the band combination formula; And
(f) Chlorophyll a, SS, and TP used as water quality factors are displayed in different colors according to the reference values by the image processing software for monitoring the water quality, and the red region is chlorophyll a> 20.0 mg / m 3 , SS> 8.0 mg / L, and TP> 0.04 mg / L are very high. Therefore, water quality is monitored and water quality is monitored.
Gt; a < / RTI > drones based water quality monitoring method.
상기 클로로필 a는 남조류, 녹조류, 규조류 및 편모조류의 모든 조류에 비슷한 농도로 공통으로 포함되어 있는 광합성 색소로 물속에 존재하는 총 조류의 농도를 나타내는 기준으로 사용되며, 클로로필 a의 단위는 mg/m3를 사용하고,
클로로필 a 값이 < 5.0(청색), 5.0~10.0(녹색), 10.0~15.0(노랑), 15.0~20.0(연한 주홍), 클로로필 a 값 > 20.0(적색)으로 색으로 표시하며,
클로로필 a 값 > 20.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 클로로필 a의 농도가 매우 높은 지역이므로 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 드론 기반 수질 모니터링 방법.6. The method of claim 5,
The chlorophyll-a is a photosynthetic dye commonly contained at similar concentrations in all algae of the cyanobacteria, green algae, diatoms and monocotyledonous birds. The chlorophyll-a is used as a reference for the concentration of total alga in water, and the unit of chlorophyll-a is mg / m 3 ,
The color is represented by the chlorophyll a value of <5.0 (blue), 5.0-10.0 (green), 10.0-15.0 (yellow), 15.0-20.0 (light scarlet), chlorophyll a value> 20.0 (red)
A chlorophyll-a value > 20.0, the red zone indicated by red is designated as a region where water pollution is serious because chlorophyll-a is highly concentrated.
상기 SS(Suspended Solid, 부유사)는 부유물질로써 물에 포함된 부유물질의 농도를 측정하여 수질오염을 판단하게 되며 SS의 단위는 mg/L를 사용하며,
SS 값이 < 2.0(청색), 2.0~4.0(녹색), 4.0~6.0(노랑), 6.0~8.0(연한 주홍), SS 값 > 8.0(적색)으로 색으로 표시하고,
SS 값 > 8.0의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 SS의 농도가 매우 높은 지역이므로 물에 포함된 부유물질이 많은 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 드론 기반 수질 모니터링 방법.6. The method of claim 5,
The SS (Suspended Solid) is a suspending substance. It measures the concentration of suspended substances contained in water to determine water pollution. The unit of SS is mg / L,
The SS value is displayed in the color of <2.0 (blue), 2.0-4.0 (green), 4.0-6.0 (yellow), 6.0-8.0 (light scarlet) and SS value> 8.0 (red)
SS value > 8.0, the red section indicated by red is an area having a very high concentration of SS, so that suspended matter contained in the water is designated as a region where water pollution is serious.
상기 TP(Total Phosphorus, 총인)는 물속에 포함된 인의 농도를 측정하는 것으로, 수질오염의 주요 원인인 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 영양물질이므로, TP의 단위는 mg/L를 사용하며,
TP 값이 < 0.01(청색), 0.01~0.02(녹색), 0.02~0.03(노랑), 0.03~0.04(연한 주홍), TP 값 > 0.04 (적색)으로 색으로 표시하고.
TP 값 > 0.04의 경우, 적색으로 표시된 적색 구간은 TP의 농도가 매우 높은 지역이므로 물속에 인(Phosphorus)이 많이 포함된 수질오염이 심각한 지역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 드론 기반 수질 모니터링 방법.6. The method of claim 5,
TP (Total Phosphorus) measures the concentration of phosphorus contained in water and is the nutrient substance that has the greatest influence on the occurrence of algae, which is a main cause of water pollution. Therefore, the unit of TP is mg / L,
The TP value is displayed in color by <0.01 (blue), 0.01 to 0.02 (green), 0.02 to 0.03 (yellow), 0.03 to 0.04 (light scarlet) and TP value> 0.04 (red).
TP value > 0.04, the red zone indicated by red is designated as a region where water pollution is serious, which contains phosphorus (phosphorus) in the water because the TP concentration is very high.
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