KR20180072914A - 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템 - Google Patents

지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템 Download PDF

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Abstract

[기술분야]에 관한 것이다. …… 보다 상세하게는 [과제해결 수단] 에 관한 것이다.
본 발명은 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템에 대한 것이다
보다 상세하게는 지표 투과 레이더 탐사 위치확인 시스템에 있어서,지중영상정보를 생성하는 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)유닛; 상기 지표투과레이더를 견인하며 사용자가 탑승 가능한 이동장치; 및 상기 이동장치에 탑재되어 이동되며, VRS-GPS 측량 기능을 구비한 VRS-GPS수신기 유닛 및 상기 VRS-GPS 수신기 유닛과 데이터 연결되는 제1모바일기기로 구성되어 VRS-GPS위치정보를 생성하는 VRS-GPS시스템과, 이동통신기지국을 이용한 이동통신망-위치정보를 생성하는 제2모바일기기와, 상기 이동장치의 이동 중에 상기 이동장치 외부 영상을 촬영하여 이동영상정보를 생성하는 영상촬영카메라와, 상기 지중영상정보와 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보 및 상기 이동영상정보를 포함하는 통합위치정보를 저장하는 데이터베이스와, 상기 지중영상정보와 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보 및 상기 이동영상정보를 포함하는 통합위치정보 중에 적어도 하나 이상을 표시하는 디스플레이, 및 상기 지표투과레이더와 상기 VRS-GPS시스템과 제2모바일기기와 상기 영상촬영카메라와 상기 데이터베이스 및 상기 디스플레이 중에 적어도 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함하는 통합위치정보생성시스템으로 구성되어, 상기 제어부는 상기 통합위치정보를 생성하고, 상기 통합위치정보와 상기 지중영상정보와 시계열적으로 매칭하여 상기 데이터베이스부에 저장하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템에 관한 것이다.

Description

지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템{POSITIONING SYSTEM FOR GPR DATA USING GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM AND ROAD SURFACE IMAGE}
본 발명은 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템에 대한 것이다
보다 상세하게는, 지표투과레이더(GPR)을 이용한 지중탐사에 있어서, 보다 정밀한 위치정보를 기반으로 위치정보의 일관성을 유지중이면서 지중영상정보 지도를 작성할 수 있으며, 특히 지중 매설물이 복잡하게 매설된 도심지 및 건물 사이에서도, 위치정보를 지속적으로 유지할 수 있으며, GPR의 측정에 영향을 미칠 수 있는 현장 상황까지 통합하여 관리할 수 있는, 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템에 관한 것이다.
지표투과레이더는(이하 GPR, ground penetrating ladar)는 광대역의 임펄스 파형을 이용하여 지표면 아래를 탐사하는 레이더이다. 광대역 전자기파를 지표면이나 구조물의 표면에 입사시킨 후, 연속적으로 매질 경계면에서 반사되어 되돌아오는 파를 수신하여 매질 특성을 영상화함으로써 지중 매질에 존재하는 대상물의 위치, 물성, 크기, 경계 등을 찾는 최신 물리 탐사 기법이다. 전자기파가 통과하는 매질에 따라 전자기파의 전파 속도 및 파장, 반사 특성이 달라지는 원리를 이용하여 대상물의 두께 및 위치, 매질 간 경계면, 내부 균열 및 공동의 존재 등을 알 수 있으며, 지중 매설물 조사, 구조물 내부 상태 조사, 지층 구조 및 상태 조사, 지중 유적 조사 등 분야에서 사용된다. 최근에는 초광대역 기술을 이용하여 지표를 투시하는 레이더도 등장하고 있다.
GPR를 이용한 지중탐사는 최근에 다양한 분야에서 필요로 하고 있으며, 최근 들어서는 사회문제로까지 대두되고 있는 도심내 싱크홀 탐사에까지 활용되고 있다.
특히 과거 무계획적으로 매설되었던, 각종 통신, 송전, 가스, 송유관은, 이제 그 위치 기록조차도 불분명한 상황이데 반해, 도시구조는 갈수록 복잡해짐에 따라서, 다양한 지중구조물에 대한 요구가 커지고 있어서, 매립된 지중관로들에 대한 명확한 측량 또는 탐사의 필요성이 갈숙록 커지고 있다. 또한 노후관로교체, 정비 및 정확한 매설 지도 작성을 위해서도 이러한 GPR을 이용한 지중탐사는 반드시 필요하다.
그러나 이와 같은 GPR 지중탐사는 위치정보를 필수적으로 필요로 한다. 매설 위치는 어차피 2차원 평면도 형태로 표기될 수 있어야 그 효용성이 있기 때문이다. 따라서 일반적인 GPR 지중탐사는 GPS(Global Positioning System)과 연동하여 자료화 함으로써 지중 물체의 지도화를 가능하게 했다. 특히 GPS 수신이 보편화되고, 각종 모바일 스마트기기의 발전이 속도를 올리면서, 지중탐사에 적용하기 위한 장비와 소프트웨어도 간편해졌다.
그러나 GPS를 이용한 위치정보는 여러 가지 요인으로 인한 오차가 발생한다. GPS 위성궤도 오차, 위성과 수신기의 기계오차, 전파 지연 오차 등, 기술적, 자연적 요인으로 인한 오차가 발생할 수 있으며, 그 크기는 수m에서 십수m 정도로 알려지고 있다. 또한 GPS 위성의 신호는 직진성이 있기 때문에 터널과 같은 옥내에서는 수신이 불가능한데, 특히 도심지의 중고층 빌딩에 의한 전파 음영지역(wave shadow)이 많다.
앞서 언급한 GPR지중 탐사중에 각종 지중 관로를 포함한 지중 매설물의 매설지도 제작을 위해서는, 정확한 위치정보가 필요하다. 예를 들어 지중 가스관, 지중 송전선 및 기간망과 같은 중대한 지중매설물의 매설 지도를 작성함에 있어서, 수m의 위치오차는 심각한 안전사고의 원인이 될 수 있다. 또한 전파 음영지역에서는 아예 위치정보를 상용할 수 없거나, 통상적인 오차보다 크다.
그러므로, 일반적인 GPS 신호를 기반으로 한 위치정보를 활용한 지중탐사 및 지중매설지도 작성 작업은 반드시 추가적인 후처리가 필요하다. 또한 전파 음영지역과 같이 GPS 수신이 불량한 경우에는 또 다른 측량 방법을 이용한 위치정보를 활용해야 하는데, 이 경우에는, GPS 위치정보가 적용된 지역과 인접 영역에서의 위치정보 처리가 어렵다.
따라서 지표투과레이더(GPR)을 이용한 지중탐사에 있어서, 보다 정밀한 위치정보를 기반으로 위치정보의 일관성을 유지중이면서 지중영상정보 지도를 작성할 수 있으며, 특히 지중 매설물이 복잡하게 매설된 도심지 및 건물 사이에서도, 위치정보를 지속적으로 유지할 수 있으며, GPR의 측정에 영향을 미칠 수 있는 현장 상황까지 통합하여 관리할 수 있는, 새로운 지표레이더탐사 위치확인 시스템의 개발이 요구된다.
한국 등록특허 10-1364759 한국 등록특허 10-2012-0101223
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 고정밀 VRS-GPS 위치정보와, 이동통신-위치정보 및 이동영상정보를 시계열적으로 매칭하여 생성된 통합위치정보를 이용하여, 수cm이하의 고정확도 위치정보의 정확도를 가질 수 있으며, GPS 신호 불량시 대체 위치정보 시스템을 활용하여 연속적인 탐사가 가능하여, 추가적인 위치정보 후처리를 최소화함으로써, 지중탐사에 필요한 시간적, 인적자원을 최소화 할 수 있는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은 지표 투과 레이더 탐사 위치확인 시스템에 있어서,지중영상정보를 생성하는 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)유닛; 상기 지표투과레이더를 견인하며 사용자가 탑승 가능한 이동장치; 및 상기 이동장치에 탑재되어 이동되며, VRS-GPS 측량 기능을 구비한 VRS-GPS수신기 유닛 및 상기 VRS-GPS 수신기 유닛과 데이터 연결되는 제1모바일기기로 구성되어 VRS-GPS위치정보를 생성하는 VRS-GPS시스템과, 이동통신기지국을 이용한 이동통신망-위치정보를 생성하는 제2모바일기기와, 상기 이동장치의 이동 중에 상기 이동장치 외부 영상을 촬영하여 이동영상정보를 생성하는 영상촬영카메라와, 상기 지중영상정보와 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보 및 상기 이동영상정보를 포함하는 통합위치정보를 저장하는 데이터베이스와, 상기 지중영상정보와 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보 및 상기 이동영상정보를 포함하는 통합위치정보 중에 적어도 하나 이상을 표시하는 디스플레이, 및 상기 지표투과레이더와 상기 VRS-GPS시스템과 제2모바일기기와 상기 영상촬영카메라와 상기 데이터베이스 및 상기 디스플레이 중에 적어도 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함하는 통합위치정보생성시스템으로 구성되어, 상기 제어부는 상기 통합위치정보를 생성하고, 상기 통합위치정보와 상기 지중영상정보와 시계열적으로 매칭하여 상기 데이터베이스부에 저장하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 통합위치정보와 상기 지중영상정보를 실시간으로 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제2모바일기기는 방위각정보를 생성하는 지자기센서를 더 포함하며 상기 이동통신망-위치정보는 상기 방위각정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는, 상기 제2모바일기기는 가속도정보를 생성하는 가속도센서를 더 포함하며 상기 가속도정보를 기반으로 누적이동거리정보를 계산하고 상기 이동통신망-위치정보는 상기 누적이동거리정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 영상촬영카메라는 상기 이동 장치의 측면에 배치되어 미리 정해진 높이에서 지면을 촬영하여 지면이동영상정보를 생성하는 지면촬영카메라를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 지면이동영상을 기반으로 상기 이동장치의 지면이동속도정보를 계산하고, 상기 이동영상정보는 상기 지면이동속도정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 상기 지면촬영카메라는 상기 이동장치 좌측에 구비되어 제1지면이동영상정보를 생성하는 제1지면촬영카메라와, 상기 이동장치 우측에 구비되어 제2지면이동영상정보를 생성하는 제2지면촬영카메라를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 제1지면이동영상을 기반으로 제1지면이동속도를 계산하고, 상기 제2지면이동영상을 기반으로 제2지면이동속도를 계산하여 시계열적으로 매칭시킴으로써, 상기 이동 장치의 지면이동경로정보를 생성하고, 상기 이동영상정보는 상기 지면이동경로정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 지면이동영상정보는 상기 이동 장치가 이동함에 따른 상기 이동 장치 측면의 차선 움직임을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 상기 제어부는 상기 VRS-GPS 신호의 SNR비(신호대 잡음비, signal to noise ratio)를 계산하는 SNR 계산부를 더 포함하여, 상기 SNR비가 상기 사용자가 미리 설정한 SNR하한값 이하로 되면, 상기 디스플레이에 표시하여 상기 사용자에게 경보하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보를 동시에 표시하고, 상기 통합위치정보는 상기 SNR값이 SNR하한값 이하로 된 시각을 식별할 수 있는 SNR비불량태그정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 상기 사용자의 명령을 입력받는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 입력부가 터치스크린 타입으로 구현된 상기 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 진동센서가 상기 지표투과레이더유닛에 배치되어, 지면 거침(roughness)이 상기 지표투과레이더유닛에 인가하는 진동값을 측정하고,상기 통합위치정보는 상기 진동값을 더 포함하여, 상기 진동값에 의한 상기 지표영상정보의 교란(perturbation)상태 여부를 용이하게 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고정밀 VRS-GPS 위치정보와, 이동통신-위치정보 및 이동영상정보를 시계열적으로 매칭하여 생성된 통합위치정보를 이용하여, 수cm이하의 고정확도 위치정보의 정확도를 가질 수 있으며, GPS 신호 불량시 대체 위치정보 시스템을 활용하여 연속적인 탐사가 가능하여, 추가적인 위치정보 후처리를 최소화함으로써, 지중탐사에 필요한 시간적, 인적자원을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도. 1a 본 발명의 일 실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템의 실사용 개념도
도 1b. 본 발명의 일 실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템의 디스플레이 개념도
도 2 본 발명의 일 실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템에 적용될 수 있는 지자기 센서와, 가속도 센서와, 지면이동영상정보를 이용한 위치추적 기능 개념도
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
도 1a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템의 실사용 개념도를 도시하였다.
도 1a에서 확일 할 수 있듯이, 본 발명에 따른 지표레이더탐사 위치확인 시스템은 VRS(Virtual Reference Station) 측량 시스템(300)과 VRS 보정데이터 수신을 위한 제1모바일기기(400)로 구성되어 VRS-GPS위치정보를 생성하는 VRS-GPS 시스템(300, 400)과, 휴대폰을 포함한 같은 이동통단말기와 해당 단말기를 이용한 이동통신망-위치정보를 제공하는 제2모바일기기(500), 그리고 실제 지표탐사 과정에서 탐사 경로에서 촬영된 이동영상정보등을 하나의 제어부(600)에서 통합 관리하며, GPR을 이용하여 측정된 지중영상정보와 정확한 위치정보를 매칭하며, 지중 영상정보와 VRS-GPS 위치정보와 이동통신망-위치정보 및 이동영상정보를 통합적으로 표시하는 디스플레이부(800)로 구성될 수 있다.
GPR 유닛(200)은 이동장치(100)에 연결되어 견인되면서 측정 작동을 진행한다. 앞서 설명한 바와 같이 GPR 시스템의 기본적인 원리는 지상에서 사용되는 레이더를, 지표면 아래로 향하게 한 것으로, 전파를 방출하는 송신부, 그리고 지중 물체가 반사한 반송파를 수신하는 수신부(안테나)가 주요한 측정장비 구성이며, 수신부에서 수신한 반송파 정보를 해석하여 2차원 화면으로 출력하는 소프트웨어를 포함한다.
송신부에서 방출되는 전자기파의 반송파를 이용하기 때문에, 송신부는 측정 대상인 지면에 가깝게 배치되어야 하기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이 노면 위에서 전용 카트(cart) 형태의 이동수단에 거치되고, 차량과 같은 이동 장치에 의해 견인되면서 작동된다. 이렇게 측정된 지중영상정보는 도 1의 우측에 도시된 디스플레이의 좌측 화면과 같이 표시되어 사용자에게 제공된다.
VRS-GPS 시스템 일반적인 GPS 위치정보 시스템에 비해서 정밀한 위치정보를 제공한다. RTK(Real Time Kinematic)방식 중에 하나인 VRS 방식은 GPS 상시 관측소로 이루어진 기준국망을 이용하여 오차를 분리하여 모델링하고, 네트워크 내부 임의의 위치에서 관측된 것과 같은 가상기준점을 생성한 후 이 가상기준점과 이동국과의 실시간 이동측량을 통하여 정밀한 이동국의 위치를 결정하는 측량방법이다.
대체로 1~2cm의 고정밀 실시간 측량을 제공하는 위치정보 시스템으로서, RTK 측량시스템과 달리 별도의 Base 설치가 필요 없으며, 서비스망 내 어느 곳에서도 서비스를 받을 수 있다. 따라서 작업시간이나 작업 인원의 절약할 수 있는 장점이 있다.
VRS-GPS 위치정보 시스템은 가상기준점측량(Network-base RTK)방식이 지원되는 2주파수 이상의 GPS 수신기와 별도의 컨트롤러, VRS서버로부터 보정신호를 수신하는 모바일기기로 구성될 수 있다.
휴대폰과 같은 모바일 기기의 접속 기지국을 이용한 이동통신망-위치정보는 수신 불량 지역이 거의 없다는 장점이 있다. 이동통신-위치정보 시스템은 크게 두 가지 종류의 측위 방법으로 나눌 수 있다. 모바일 기기가 인근 Wi-Fi망에 접속한 상태에서 Wi-Fi 공유기의 위치를 찾는 방법과, 모바일 기기가 접속한 기지국의 위치를 찾는 방법이다.
일반적으로 측위의 정확도는 GPS, Wi-Fi, 기지국 순서인데, Wi-fi와 기지국을 이용한 측위 방법은 망의 밀집도가 낮은 경우에는 그 정확도가 급격히 떨어진다. 하지만 도심지와 같이 무선통신만의 밀집도가 높은 지역에서는, 수십m이내로 정확도가 비교적 높을 수 있으며, 앞서 언급한 바와 같이 수신 불량 지역이 거의 없기 때문에, 효과적인 활용이 가능하다.
지중 탐사 과정에서 이동 경로를 따라 이동영상정보를 확보하여 이동통신-위치정보와 결합하면 보다 정확한 위치정보 확보가 가능하다. 이동영상정보와 VRS-GPS 위치정보, 그리고 이동통신-위치정보를 시계열적으로 매칭하여 저장한 후, VRS-GPS 위치정보의 정확도가 떨어지는 경우에, 이동통신-위치정보를 기반으로 1차 위치정보를 산출하고, 이동영상정보를 분석하여, 이동경로를 더 정확히 추적할 수 있다.
또한 최근 들어서 몇몇 지자체에서는 교차로에 고유번호를 부여하여, 고차로 신호등과 같은 시설물에 해당 고유 번호를 배치하고 있다. 일반 관광객과 외지인들을 위한 편의시설의 일종으로 시도되고 있는데, 별도의 영상촬영장치를 차량과 같은 이동장치 전면에 배치하거나, 이미 설치된 고해상도 블랙박스의 영상을 기반으로, 교차로 통과시 교차로 고유번호를 추출하면, 이동중에 실시간으로 위치정보를 확보할 수 있다.
일반적인 GPS 위치정보를 기반으로 GPR 장치를 이용한 지중구조물 지도화를 할 경우에, 각종 전파 방해요인으로 인해 GPS 신호에 신뢰성이 떨어지거나, 신호 수신이 불가능한 지역에서는 지중구조물 지도화 작업이 불가능하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정밀 VRS-GPS 위치정보와, 이동통신-위치정보 및 이동영상정보를 시계열적으로 매칭하여 생성된 통합위치정보를 이용하여, 수cm이하의 고정확도 위치정보의 정확도를 가질 수 있으며, GPS 신호 불량시 대체 위치정보 시스템을 활용하여 연속적인 탐사가 가능하여, 추가적인 위치정보 후처리를 최소화함으로써, 지중탐사에 필요한 시간적, 인적자원을 최소화 할 수 있다.
도 1b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템의 디스플레이 개념도를 도시하였다.
도1b에 확인할 수 있듯이, 지중탐사의 1차 목적인 지중영상정보와, 앞서 설명한 VRS-GPS위치정보와, 이동통신-위치정보 및 이동영상정보를 통합하여 디스플레이하고 있다. 사용자는 각각의 위치정보 시스템에서 제공하는 위치정보를 실시간으로 확인가능하며, 두 위치 정보가 각각 다른 위치정보를 표시하는 경우 사용자가 곧바로 인지하여 후처리 과정에서 보정하거나 정정할 수 있다. 또한, 제어부는 VRS-GPS시스템의 수신신호를 기반으로 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 실시간 모니터링함으로써, VRS-GPS위치정보가 원활히 수신될때는 VRS-GPS위치정보를 기본 위치정보값으로 설정하고, GPS 신호의 SNR비가 낮아져서 VRS-GPS위치정보의 신뢰성이 떨어지면, 이동통신-위치정보 시스템 및 이동영상정보를 이용한 위치정보 기본 위치정보값으로 설정하고, 디스플레이를 통해 사용자에게 경보함으로써, 이후 후처리 과정에서의 작업 부하량을 감소 시킬 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템에 적용될 수 있는 지자기 센서와, 가속도 센서와, 지면이동영상정보를 이용한 위치추적 기능 개념도를 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 제2모바일기기에 내장된 지자기센서와, 가속도센서를 이용하고, 지면촬영카메라를 이용하여, 현재위치를 기준으로 이동 방향과 거리를 추적할 수 있다.
스마트폰으로 대표되는 최근의 모바일 기기들은, GPS 모듈뿐만 아니라 다양한 종류의 센서류를 탑재하고 있다. 그 중에 보편적으로 탑재되어있는 것이 지자기 센서와 가속도 센서이다.
지자기센서는 나침반과 같은 원리로서 사용자의 이동 방향을 추적할 수 있다. 지구 지자기 방향에 의한 북극인 자북극(magnetic northern pole)과 자남극(magnetic southern pole)은, 실제 지구 자전축으로 규정되는 북극점과 남극점과는 다른 위치이다. 그러나 상대적이 이동 방향을 파악하는 데는 무리가 없다.
또한 가속도 센서는 모바일기기의 사용자, 즉 모바일기기의 속도변화를 측정하는 센서로서, 3축 방향으로의 가속도 측정이 가능하다. 속도의 시간적 변화량인 가속도 값을 적분하면 속도를 구할 수 있으며, 이동 시간과 함께 계산하여 이동 거리도 산출할 수 있다.
모바일기기에 기본 내장된 이와 같은 센서를 함께 이용하여, GPS위치정보 수신이 중단된 시점부터의 위치 이동을 추적하고, 앞서 설명한 이동통신-위치정보, 이동영상정보와 매칭하면 비교적 정확한 위치정보를 추출할 수 있다.
VRS-GPS위치정보가 정상적으로 수신되는 상황에서는, 지자기센서와 가속도센서는 단순한 배경정보로서 데이터베이스에 저장될 수 있으나 활성화 되지는 않는다. GPS 신호의 SNR비가 높아짐으로써, GPS 신호에 의한 위치정보의 신빙성을 신뢰하지 못하는 경우가 발생하면, 지자기 센서와 가속도 센서의 측정값이 활성화 된다.
두 센서로부터 측정된 이동방향과 속도 및 이동거리는, VRS-GPS위성신호로부터 산출된 GPS 최종위치와 GPS최종방향에서부터 누적되어 기록된다. 즉, VRS-GPS위성신호를 기반으로 측정된 GPS최종방향에, 지자기 센서에서 측정된 이동 방향을 연속하여 적용하면, 절대적 이동 방향은 확인할 수 없지만, GPS최종방향에 대한 상대적 이동 방향의 변화는 누적하여 추적될 수 있다. 또한, 가속도센서에서 측정된 이동 속도와 이동 거리를 GPS최종위치에 연속하여 적용하면, 2차원적 이동 거리를 추적할 수 있다.
즉 GPS위성신호가 불량하여 위치정보가 믿을 수 없다고 판단되면, VRS-GPS위치정보를 토대로 산출된 GPS최종위치는 최초원점의 기능을 할 수 있으며, GPS최종방향은 최초이동방향으로 설정되어, 센서를 이용한 위치추적에서 초기값(initial value)의 기능을 할 수 있다.
위와 같은 센서가 탑재된 제2모바일 기기는 이미 이동통신-위치정보를 수신할 수 있기 때문에, 지자기 센서와 가속도 센서를 이용한 방향과 속도, 거리를 누적하고, 이동통신-위치정보와 이동영상정보에 중첩하면, 매우 정확한 위치추적 기능이 가능하다.
지면촬영카메라를 이용한 지면이동영상정보를 이용하면 앞서 설명한 지자기센서와 가속도 센서의 기능을 동시에 구비할 수 있다. 지면을 향한 카메라는 지속적으로 지면을 촬영하면서 이동한다. 이때 지면촬영카메라는 특정한 시간 간격으로 정지화면을 행성하며, 이때 특정한 속도는 이동장치의 속도에 따라 변할 수 있는데, 정지화면의 형상이 왜곡되지 않을 정도의 빠르기로 쵤영한다. 각각의 정지화면의 형상의 이동 거리는, 정확히 사용자가 탑승한 지중탐사 이동 장치의 이동거리와 일치한다. 따라서 이들 정지화면을 이미지 처리하여 지중탐사에 사용된 이동장치의 이동 거리, 속도를 측정할 수 있다.
지면촬영카메라가 단 1대 일 경우에는, 카메라가 이동장치의 중심부에 위치해야 정확한 이동 방향까지 측정할 수 있다. 그렇지 않을 경우에는 이동 장치의 회전을 정확히 계산하기 어렵다. 따라서 지면 촬영 카메라를 이동장치 양측에 배치하고, 각각의 지면이동영상정보를 기반으로 방향과 속도를 모두 측정할 수 있다.
일반적인 도로는, 지면 또는 노면 형상에 특이점이 없는 경우가 많다. 따라서 지면이동영상정보에서 이동을 감지하기 위한 임의의 형상을 설정하기 어려울 수 있다. 따라서 지면이동영상에 이동 장치가 이동하고 있음을 명확히 확인할 수 있는 형상이 필요하다.
지면촬영카메라가 이동 장치의 양측면에 배치되고, 노면에 배치된 각종 차선 표시를 촬영하게 하면, 이들 차선 표시들이 이동 장치 이동을 명확히 반영할 수 있으며, 그 정확도도 높일 수 있다. 즉, 양측면의 이동속도가 동일하면 직선운동 중이며, 양측의 속도차이가 발생하면, 이동장치가 회전중임을 수학적으로 계산하여 산출할 수 있다.
지자기 센서, 가속도 센서 및 지면촬영 카메라를 이용한 위치추적은 연속적인 데이터를 이용한 상대적인 위치추적의 기능으로서, GPS위성정보를 기반으로 한 절대적인 위치값이 아니다. 따라서 위치의 절대적인 "좌표"값을 제안하지 않으며, 최초 원점과 최초이동방향이 제시되어있어야 한다. 측정값의 누적 계산값에 의존하기 때문에, 시간이 갈수록 오차가 커지는 단점이 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 따른 위치확인 시스템은, VRS-GPS위치정보를 기본값으로 하며, GPS 신호가 신뢰되지 않을 때를 대비하여, VRS-위치 정보를 대체할 수 있는 위치정보 시스템을 함께 접목하여 원활한 지중탐사를 가능하게 하기 위한 것이다.
따라서 GPS 신호 품질이 저하되는 일부 영역에서 사용되며, 고정밀 VRS-GPS위치정보가 최초원점과 최초이동방향을 제시할 수 있기 때문에, 앞서 설명한 각종 센서류의 정확도가 VRS-GPS위치정보보다 뒤떨어진다고 하더라도, GPS신호 불량 지역이라는 한정된 공간에서는 그 효용성이 더 크다고 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100. 이동장치
200. GPR 유닛
300. VRS-GPS 수신기 유닛
400. 제1모바일기기
500. 제2모바일기기
600. 제어부
700. 영상촬영카메라
800. 디스플레이

Claims (12)

  1. 지표 투과 레이더 탐사 위치확인 시스템에 있어서,
    지중영상정보를 생성하는 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)유닛;
    상기 지표투과레이더를 견인하며 사용자가 탑승 가능한 이동장치; 및
    상기 이동장치에 탑재되어 이동되며, VRS-GPS 측량 기능을 구비한 VRS-GPS수신기 유닛 및 상기 VRS-GPS 수신기 유닛과 데이터 연결되는 제1모바일기기로 구성되어 VRS-GPS위치정보를 생성하는 VRS-GPS시스템과, 이동통신기지국을 이용한 이동통신망-위치정보를 생성하는 제2모바일기기와, 상기 이동장치의 이동 중에 상기 이동장치 외부 영상을 촬영하여 이동영상정보를 생성하는 영상촬영카메라와, 상기 지중영상정보와 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보 및 상기 이동영상정보를 포함하는 통합위치정보를 저장하는 데이터베이스와, 상기 지중영상정보와 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보 및 상기 이동영상정보를 포함하는 통합위치정보 중에 적어도 하나 이상을 표시하는 디스플레이, 및 상기 지표투과레이더와 상기 VRS-GPS시스템과 제2모바일기기와 상기 영상촬영카메라와 상기 데이터베이스 및 상기 디스플레이 중에 적어도 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함하는 통합위치정보생성시스템으로 구성되어,
    상기 제어부는 상기 통합위치정보를 생성하고, 상기 통합위치정보와 상기 지중영상정보와 시계열적으로 매칭하여 상기 데이터베이스부에 저장하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 통합위치정보와 상기 지중영상정보를 실시간으로 저장하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2모바일기기는 방위각정보를 생성하는 지자기센서를 더 포함하며 상기 이동통신망-위치정보는 상기 방위각정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2모바일기기는 가속도정보를 생성하는 가속도센서를 더 포함하며 상기 가속도정보를 기반으로 누적이동거리정보를 계산하고 상기 이동통신망-위치정보는 상기 누적이동거리정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영카메라는 상기 이동 장치의 측면에 배치되어 미리 정해진 높이에서 지면을 촬영하여 지면이동영상정보를 생성하는 지면촬영카메라를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 지면이동영상을 기반으로 상기 이동장치의 지면이동속도정보를 계산하고, 상기 이동영상정보는 상기 지면이동속도정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지면촬영카메라는 상기 이동장치 좌측에 구비되어 제1지면이동영상정보를 생성하는 제1지면촬영카메라와, 상기 이동장치 우측에 구비되어 제2지면이동영상정보를 생성하는 제2지면촬영카메라를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 제1지면이동영상을 기반으로 제1지면이동속도를 계산하고, 상기 제2지면이동영상을 기반으로 제2지면이동속도를 계산하여 시계열적으로 매칭시킴으로써, 상기 이동 장치의 지면이동경로정보를 생성하고, 상기 이동영상정보는 상기 지면이동경로정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  7. 제5항 있어서,
    상기 지면이동영상정보는 상기 이동 장치가 이동함에 따른 상기 이동 장치 측면의 차선 움직임을 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 VRS-GPS 신호의 SNR비(신호대 잡음비, signal to noise ratio)를 계산하는 SNR 계산부를 더 포함하여,
    상기 SNR비가 상기 사용자가 미리 설정한 SNR하한값 이하로 되면, 상기 디스플레이에 표시하여 상기 사용자에게 경보하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 VRS-GPS위치정보와 상기 이동통신망-위치정보를 동시에 표시하고, 상기 통합위치정보는 상기 SNR값이 SNR하한값 이하로 된 시각을 식별할 수 있는 SNR비불량태그정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 명령을 입력받는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입력부가 터치스크린 타입으로 구현된 상기 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    진동센서가 상기 지표투과레이더유닛에 배치되어, 지면 거침(roughness)이 상기 지표투과레이더유닛에 인가하는 진동값을 측정하고,
    상기 통합위치정보는 상기 진동값을 더 포함하여, 상기 진동값에 의한 상기 지표영상정보의 교란(perturbation)상태 여부를 용이하게 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 지리정보시스템과 노면영상정보의 동시간 활용을 통한 지표레이더탐사 위치확인 시스템.
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