KR20200048143A - 무인 항공기를 이용한 하천 건천화 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
무인 항공기를 이용한 하천 건천화 모니터링 방법 및 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따른 건천화 모니터링 방법은, 무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 통해 하천의 항공 영상을 획득하는 단계와, 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 하천의 하천망도를 이용하여 상기 항공 영상을 보정하는 단계와, 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
Description
아래 실시예들은 무인 항공기를 이용한 하천 건천화 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
수자원 분야는 그동안 소규모 유역의 수위, 유량 및 하천 단면 조사를 통한 지형정보 취득을 하기 위해서 유량계, 수위계, 유속계 등의 측량장비 및 측정장비를 하천의 특정 지점에 설치하여 현장을 조사하는 방식을 적용하였다.
지형정보 취득 장비를 하천 현장에 구축하기 위해서는 노동력과 시간이 많이 들며 경제적으로도 많은 비용이 발생한다. 지형정보 취득 장비를 현장에 구축하여도 장비들의 특성상 장비들을 구축한 특정 위치의 측정치만 획득 가능하다.
최근 무인 항공기를 이용하여 획득한 항공 영상은 촬영기법 및 촬영 결과물의 고도화에 따라 취득 가능한 정보가 다양해졌다. 무인 항공기를 이용하여 획득한 항공 영상으로 다양한 지형 분석기법의 적용이 가능할 뿐만 아니라 현장 측정 대비 비용적인 측면에서도 경쟁력이 있어 해당 분야의 관심과 수요가 증가하고 있다.
항공영상 및 위성영상을 이용한 하천 영상 정보는 하천 유량의 흐름 상태와 수면의 분포 이미지의 변화 정도 만을 파악할 수 있는 정성적 내용이 대부분이다. 하천의 건천화 원인 모니터링 결과를 객관적이고 정량적인 정보로 변환하기 위해서는 과학적인 분석 방법이 요구된다.
실시예들은 무인 항공기를 통해 획득한 하천의 항공 영상을 이용함으로써, 하천의 건천화 진행 여부를 모니터링할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 건천화 모니터링 방법은, 무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 통해 하천의 항공 영상을 획득하는 단계와, 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 하천의 하천망도를 이용하여 상기 항공 영상을 보정하는 단계와, 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
상기 보정하는 단계는, 상기 무인 항공기가 상기 하천의 항공 영상을 획득할 당시의 상기 무인 항공기의 GPS 값을 획득하는 단계와, 상기 GPS 값을 가상 기준점(virtual reference station) 및 지상 기준점(ground control point)을 이용하는 실시간 이동 측량(RTK, Real Time Kinematic) 방식으로 보정하여 상기 무인 항공기의 위치 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 생성하는 단계와, 상기 수치 표면 모형에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천 특성인자를 생성하는 단계와, 상기 하천 특성인자를 이용하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 하천 특성인자를 상기 하천의 임의의 지점에 대한 과거의 하천 특성인자와 비교하여, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천의 변화 정보를 생성하는 단계와, 상기 변화 정보에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행의 수준을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하천 특성인자를 생성하는 단계는 상기 수치 표면 모형, 하천 유형 자료 및 하천 도면에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 생성하고, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 수위를 계산하는 단계와, 상기 수위에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 유속 및 유량을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면, 유속, 유량 및 수위를 포함할 수 있다.
상기 하천 특성인자를 생성하는 단계는 상기 단면의 경사도를 이용하여 유속을 계산하는 단계와, 상기 경사도와 상기 유속을 이용하여 유량을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천폭 및 수면폭을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 보정된 항공 영상을 이용하여 생성된 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 이전 수치 표면 모형과 대비하여 상기 수치 표면 모형이 변화된 정도에 따라 상기 하천의 변화된 부분을 색의 변화로 가시화(visualization)하는 단계와, 가시화된 하천의 변화를 사용자에게 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하천 유형 자료 및 상기 하천 도면 자료는 GIS(Geographic Information System) 기반의 자료일 수 있다.
일 실시예에 따른 건천화 모니터링 장치는, 무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 통해 획득된 하천의 항공 영상을 수신하는 수신기와, 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 하천의 하천망도를 이용하여 상기 항공 영상을 보정하고, 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 프로세서를 포함한다.
상기 프로세서는, 상기 무인 항공기가 상기 하천의 항공 영상을 획득할 당시의 상기 무인 항공기의 GPS 값을 획득하고, 상기 GPS 값을 가상 기준점(virtual reference station) 및 지상 기준점(ground control point)을 이용하는 실시간 이동 측량(RTK, Real Time Kinematic) 방식으로 보정하여 상기 무인 항공기의 위치 정보를 생성할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 생성하고, 상기 수치 표면 모형에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천 특성인자를 생성하고, 상기 하천 특성인자를 이용하여 상기 하천의 건천화 진행의 수준을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 하천 특성인자를 상기 하천의 임의의 지점에 대한 과거의 하천 특성인자와 비교하여, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천의 변화 정보를 생성하고, 상기 변화 정보에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 수치 표면 모형, 하천 유형 자료 및 하천 도면에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 생성하고, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 수위를 계산하고, 상기 수위에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 유속 및 유량을 계산하고, 상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면, 유속, 유량 및 수위를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 단면의 경사도를 이용하여 유속을 계산하고, 상기 경사도와 상기 유속을 이용하여 유량을 계산하고, 상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천폭 및 수면폭을 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 보정된 항공 영상을 이용하여 생성된 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 이전 수치 표면 모형과 대비하여 상기 수치 표면 모형이 변화된 정도에 따라 상기 하천의 변화된 부분을 색의 변화로 가시화(visualization)하고, 가시화된 하천의 변화를 사용자에게 제공할 수 있다.
상기 하천 유형 자료 및 상기 하천 도면 자료는 GIS(Geographic Information System) 기반의 자료일 수 있다.
도 1은 자연 파괴로 인하여 발생하는 지구 온난화 현상에 관한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 건천화 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 건천화 모니터링 장치를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 4 및 도 5는 건천화 모니터링 시스템의 항공 영상 획득 및 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 건천화 모니터링 장치가 무인 항공기의 Pitch, Roll, Yaw를 이용하여 항공 영상을 전처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 건천화 모니터링 장치가 VRS-RTK 측량을 방법을 통해 항공 영상을 전처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 건천화 모니터링 장치가 VRS-RTK 측량을 이용하여 보정한 항공 영상을 나타낸다.
도 10은 건천화 모니터링 장치가 밝기 상관법을 이용하여 보정된 항공 영상을 정합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 건천화 모니터링 장치가 하천의 변화된 부분을 가시화하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 기초로 생성한 하천의 특성인자의 예를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 14는 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 이용하여 하천의 건천화를 판단하는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 건천화 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 건천화 모니터링 장치를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 4 및 도 5는 건천화 모니터링 시스템의 항공 영상 획득 및 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 건천화 모니터링 장치가 무인 항공기의 Pitch, Roll, Yaw를 이용하여 항공 영상을 전처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 건천화 모니터링 장치가 VRS-RTK 측량을 방법을 통해 항공 영상을 전처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 건천화 모니터링 장치가 VRS-RTK 측량을 이용하여 보정한 항공 영상을 나타낸다.
도 10은 건천화 모니터링 장치가 밝기 상관법을 이용하여 보정된 항공 영상을 정합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 건천화 모니터링 장치가 하천의 변화된 부분을 가시화하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 기초로 생성한 하천의 특성인자의 예를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 14는 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 이용하여 하천의 건천화를 판단하는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 자연 파괴로 인하여 발생하는 지구 온난화 현상에 관한 도면이다.
도 1을 참조하면, 인간의 자연 파괴로 인한 기후변화 및 지구온난화는 21세기에 들어서면서 더욱 문제가 커지고 있으며, 온 인류가 직면한 가장 중요한 사회 환경문제일 수 있다.
기후 변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)의 4차 보고서에 따르면, 21세기말 지구의 평균기온은 최대 6.3 ℃까지 더 상승할 것이며 기상재해 또한 빈번히 일어날 것으로 예측하고 있다.
산업발전과 도시화 현상에 따른 녹지감소 및 불투수층(impermeable layer)의 증가는 지하수 함양(涵養)을 어렵게 하여 지하수 감소와 지하수위 감소라는 수문학적 문제를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 녹지감소 및 불투수층의 증가는 하천수의 주요 공급원인 강우를 단시간 내에 유출되게 하고, 이에 따라 갈수기에 지하수량이 부족하게 되어 하천 건천화의 원인으로 작용할 수 있다.
건천(乾川)이란 하천이 자연적인 기능을 유지할 수 없도록 악화되고 있거나 이미 악화된 하천일 수 있다. 건천은 자연적 기능을 유지할 수 없을 만큼의 유량과, 그 유량이 지속되는 기간에 의해 결정될 수 있다. 또한, 하천건천화(河川乾川化)란 자연 상태의 하천의 성질이 여러 원인으로 인해 건천의 조건을 만족하는 성질로 변화하는 상태일 수 있다.
최근 들어, 농촌지역의 하천건천화 현상 또한 급속히 진행되고 있어 전통적으로 유지되어온 농촌지역 하천의 풍부한 수량과 환경의 쾌적성 제공 기능이 저하될 수 있다. 최근 연구를 보면, 농촌지역의 소하천(小河川) 및 지방 2급 하천뿐만 아니라 지방 1급 하천의 상당수도 건천화가 진행 중에 있으며, 매년 빠른 속도로 건천화가 증가하는 경향을 보이고 있어 건천화의 원인 규명과 방지책 마련이 시급할 수 있다.
농촌지역 소하천의 건천화에 영향을 주는 원인은 다양할 수 있다. 각 건천화에 영향을 주는 원인에 따라 방지책도 달라져야 할 수 있다. 농촌지역 소하천의 건천화 원인은 유휴지 난개발(遊休地 亂開發), 지하수 과다사용, 무분별한 하천개수, 하천퇴사 등으로 추정되지만, 이에 대한 정확한 원인 분석이 이루어지지 못하고 개략적인 방지대책 수립만이 이루어 지고 있는 실정일 수 있다.
건천화의 원인 규명과 방지책 마련을 위하여 지형공간을 기반으로 한 정보 구축에 대한 다양한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 지형공간을 기반으로 한 정보 구축을 위해 무인 항공기(UAV, Unmanned Airborne Vehicles)를 활용한 원격 탐사를 이용할 수 있다. 무인 항공기를 이용한 사진측량 방법은 재해관측을 위한 탐측방법에서 시작하여 3차원 지형자료 취득에도 활발하게 적용될 수 있다.
수자원 분야는 그동안 소규모 유역의 수위, 유량 및 하천 단면 조사를 통한 지형정보 취득을 하기 위해서 유량계, 수위계, 유속계 등의 장비를 하천의 특정 지점에 설치하여 현장을 조사하는 방식이 적용되었을 수 있다. 지형정보 취득 장비를 하천 현장에 구축하기 위해서는 노동력 및 소요시간이 많이 들며 경제적으로도 많은 비용이 발생할 수 있다. 또한 지형정보 취득 장비를 현장에 구축하여도 장비들의 특성상 장비들을 구축한 특정 위치의 측정치만 획득 가능할 수 있다.
최근 무인 항공기를 이용하여 획득한 항공영상은 촬영기법 및 촬영 결과물의 고도화에 따라 취득 가능한 정보가 다양해졌다. 무인 항공기를 이용하여 획득한 항공 영상으로 다양한 지형 분석기법의 적용이 가능할 뿐만 아니라 현장 측정 대비 비용적인 측면에서도 경쟁력이 있어 해당 분야의 관심과 수요가 증가하고 있다.
항공영상 및 위성영상을 이용한 하천 영상 정보는 하천 유량의 흐름 상태와 수면의 분포 이미지의 변화 정도만을 파악할 수 있는 정성적 내용이 대부분이다. 하천의 건천화 원인 모니터링 결과를 객관적이고 정량적인 정보로 변환하기 위해서는 과학적인 분석 방법이 요구된다.
일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 하천 건천화 모니터링 방법은 하천의 특성 변화를 정량화 할 수 있고, 하천의 가뭄 및 홍수 등과 같은 재해 특성정보, 하천 수위 및 유량변화 등의 결과를 정량적으로 제공할 수 있다.
실시예들은 건천화가 진행중인 지역에서 무인 항공기 영상 활용 기술을 이용하여 대상 지역의 건천화 모니터링을 통해 건천화의 원인 분석과 건천화 진행 여부를 판단할 수 있는 건천화 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 건천화에 영향을 주는 원인 인자를 시공간적으로 추적하여 향후 건천화 방지를 위한 자료로 활용할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 14를 참조하여 실시예들을 설명하도록 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 건천화 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 건천화 모니터링 시스템(10)은 무인 항공기(100) 및 건천화 모니터링 장치(200)을 포함한다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 무인 항공기(100)가 획득한 하천의 항공 영상에 기초하여 하천의 건천화 진행 여부를 판단할 수 있다. 건천화 모니터링 시스템(10)은 무인 항공기(100)가 획득한 하천의 항공 영상과 GIS(geographic information system) 자료를 이용하여 하천 건천화 해석에 활용하기 위한 자료를 제공할 수 있다. GIS 데이터는 수치 표면 모형(DSM), 수치 표고 모형(DEM), 토지이용 및 토양도 등의 데이터일 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 사용자가 설정한 기간의 대상유역에 대한 강우 및 유량 자료를 기상청, 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 홍수통제소 등의 경로를 통해 자동으로 다운로드 받아 관측소 유량의 실제 보유상황, 강우와 유량의 시간적 적절성, 유출율 등을 그래프와 테이블로 가시적으로 확인할 수 있도록 사용자에게 제공할 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 확인된 강우 및 유량 자료의 그래프에서 강우사상 시작시간과 종료시간을 설정함으로써, 강우사상과 그에 따른 유량자료를 모형의 입력자료인 기상 입력파일로 자동으로 생성하도록 하여 수문기상 자료 구축에 활용될 수 있도록 제공할 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 지형 및 기상 자료로부터 강우-유출 수문모델 관련 유역특성인자 및 매개변수를 자동으로 추출하여 모형의 입력자료 포맷으로 변환할 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 대상유역의 하천도, 유역경계, DEM, 토지이용도, 토양도 자료를 기초로 GIS 함수를 이용한 지형 전후처리 작업을 통해 유역면적, 평균 표고, 평균 경사향/분산, 평균 유로 경사, 최원 유로 연장 등 유역특성인자와 NRCS-CN, 도달 시간 및 저류 상수 등 모형 매개변수를 산정하여 유역 입력파일을 생성할 수 있다. 건천화 모니터링 시스템(10)은 이러한 과정의 구현을 통해 유역내의 원하는 지점에 대한 유출 수문곡선을 별도의 제어 없이 한 번에 계산해 낼 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 GIS 자료를 이용하여 하천 주변 식생 및 지형물, 시설 및 지하수 이용량에 따른 영상 분석을 수행할 수 있다. 건천화 모니터링 시스템(10)은 과거에 획득한 무인 항공기(100)의 항공 영상과 현재의 항공 영상의 비교를 통해 하천 변화의 모니터링과 하천 변화의 원인을 분석하기 위한 대상 유역의 시계열별 GIS 자료, 기상 및 수문자료의 변화를 통계적으로 분석하고 표출하는 기능을 제공할 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 무인 항공기(100) 영상자료 관리 시스템으로 오픈소스 GIS 기반 자료처리 기능을 포함할 수 있다. 건천화 모니터링 시스템(10)은 Open GIS 중 하나인 아이다호 주립대학에서 개발한 MapWindow를 이용하여 GIS 자료처리 기능이 구현될 수 있다. MapWindow는 Spatial Server와 연동하여 GIS 데이터 관리 및 편집기능을 지원하는 ActiveX Component 기반의 2D GIS 개발자 라이브러리로서, C#, VB, VC++, Delphi 등 ActiveX Component를 지원하는 다양한 언어에서 개발이 가능하며 직관적인 인터페이스로 손쉽고 빠른 GIS 시스템 개발이 가능할 수 있다. MapWindow는 SHP, DXF, DGN, MDB, GRID, ASC 등 다양한 GIS 데이터 포맷과 TIFF, JPG, GIF 등 항공사진 및 위성영상의 이미지 래스터 데이터 포맷을 지원하므로 별도의 데이터 변환 없이 쉽게 기존의 자료를 활용할 수 있다. MapWindow는 대용량 공간 데이터를 신속히 조회 처리할 수 있는 공간 색인 기술을 통해 표출되는 지도를 빠르게 디스플레이 할 수 있는 기술을 적용시켜 사용자 편의를 극대화함으로써 개발환경을 개선할 수 있고 개발시간을 단축할 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)은 자료 전후처리 및 화면표출을 위한 수자원 지리정보시스템 프레임워크를 개발하기 위해 아이다호 주립대학에서 개발한 GIS 데이터 관리 및 편집기능을 지원하는 ActiveX Component 기반의 2D GIS 개발자 라이브러리인 MapWindow와 Microsoft Visual Studio 2008 C#.NET 언어를 이용하며, 기존 고가의 상용 GIS 소프트웨어에 의존하지 않는 시스템일 수 있다.
무인 항공기(100, Unmanned Aerial Vehicle)는 하천의 상공을 비행하며 하천의 항공 영상을 획득할 수 있다. 무인 항공기(100)는 드론(drone) 등과 같이 조종사가 탑승하지 않는 원격 조종 비행장치일 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상을 보정할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상에 기초하여 하천에 대한 수치 표면 모형 및 하천 특성인자를 생성할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 수치 표면 모형, 하천 특성인자에 기초하여 하천의 건천화 진행 여부를 판단할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상에 기초하여 하천폭 및 수면폭을 계산할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상에 기초하여 하천의 변화된 부분을 가시화(visualization)할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 건천화 모니터링 장치의 구체적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 건천화 모니터링 장치(200)는 수신기(210) 및 프로세서(220)를 포함할 수 있다.
수신기(210)는 무인 항공기(100)를 통해 획득된 하천의 항공 영상을 수신할 수 있다. 수신기(210)는 GIS(Geographic Information System) 기반의 자료를 수신할 수 있다.
프로세서(220)는 무인 항공기(100)의 위치 정보 및 하천의 하천망도를 이용하여 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상을 보정할 수 있다. 프로세서(220)는 무인 항공기(100)가 하천의 항공 영상을 획득할 당시의 무인 항공기(100)의 GPS 값을 획득하고, 획득된 GPS 값이 포함된 무인 항공기(100)의 위치 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 GPS 값을 가상 기준점(virtual reference station) 및 지상 기준점(ground control point)을 이용하는 실시간 이동 측량(RTK, Real Time Kinematic) 방식으로 보정하여 무인 항공기(100)의 위치 정보를 생성할 수 있다. 무인 항공기(100)의 위치 정보는 무인 항공기(100)의 Pitch, Roll, Yaw에 관한 정보를 포함할 수 있다. 항공 영상의 획득 및 처리 과정(예를 들어, 처리 과정은 보정 과정을 포함함)은 도 4 내지 10을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
프로세서(220)는 보정된 항공 영상에 기초하여 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 생성할 수 있다.
프로세서(220)는 수치 표면 모형에 기초하여 하천의 임의의 지점에 대한 하천 특성인자를 생성할 수 있다. 하천 특성인자는 하천의 임의의 지점에 대한 단면, 유속, 유량, 수위를 포함할 수 있다. 하천 특성인자는 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 이용하여 계산된 하천의 임의의 지점에 대한 하천폭 및 수면폭을 더 포함할 수 있다.
프로세서(220)는 하천 특성인자를 이용하여 하천의 건천화 진행 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(220)는 하천의 임의의 지점에 대한 하천 특성인자를 하천의 임의의 지점에 대한 과거의 하천 특성인자와 비교하여, 하천의 임의의 지점에 대한 하천의 변화 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(220)는 하천의 변화 정보에 기초하여 하천의 건천화 진행 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(220)는 하천의 임의의 지점에 대한 유속, 유량, 수위 변화 정보가 음(-)의 값이고 소정의 값 이하인 경우 상기 하천의 건천화가 진행중인 것으로 판단할 수 있다.
프로세서(220)는 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 이용하여 하천의 하천폭 및 수면폭을 계산할 수 있다. 프로세서(220)는 하천폭 및 수면폭을 사용자에게 제공할 수 있다.
프로세서(220)는 하천의 임의의 지점에 대한 단면의 경사도를 이용하여 하천의 임의의 지점에 대한 유속 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(220)는 하천의 임의의 지점에 대한 단면의 경사도와 하천의 임의의 지점에 대한 유속 정보를 이용하여 하천의 임의의 지점에 대한 유량 정보를 생성할 수 있다.
프로세서(220)는 하천의 유속을 다음의 수학식 1로 계산할 수 있다.
V는 유속, 
는 동수반경, 
는 경사 h는 임의지점의 수위, n은 manning의 조도계수를 의미할 수 있다.
프로세서(220)는 하천의 유량을 다음의 수학식 2로 계산할 수 있다.
Q는 유량, A는 하천의 단면적, V는 유속, 
는 동수반경, 
는 경사 h는 임의지점의 수위, n은 manning의 조도계수를 의미할 수 있다.
프로세서(220)는 수치 표면 모형, 하천 유형 자료 및 하천 도면에 기초하여 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 생성하고, 수위를 계산할 수 있다. 프로세서(220)는 하천의 임의의 지점에 대한 수위 정보에 기초하여 하천의 임의의 지점에 대한 유속 및 유량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 하천 유형 자료 및 하천 도면 자료는 GIS(Geographic Information System) 기반의 자료일 수 있다.
또한, 프로세서(220)는 수치 표면 모형을 이전 수치 표면 모형과 비교하고, 수치 표면 모형을 이전 수치 표면 모형과 대비하여 수치 표면 모형이 변화된 정도에 따라 하천의 변화된 부분을 색의 변화로 가시화(visualization)할 수 있다. 프로세서(220)는 가시화된 하천의 변화를 사용자에게 제공할 수 있다. 프로세서(220)가 하천의 변화된 부분을 가시화하는 상세한 내용은 도 11에서 살펴보기로 한다.
도 4 및 도 5는 건천화 모니터링 시스템의 항공 영상 획득 및 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 건천화 모니터링 시스템의 항공 영상 획득 및 처리 과정은 무인 항공기(100)의 촬영 경로 설정(a) 및 영상 취득(b), 건천화 모니터링 장치(200)의 영상 전처리(c), 영상 정합(d), 영상 추출(e), 지형 측정(f) 및 지형 분석(g)의 단계로 진행될 수 있다.
도 4의 (a)에서, 무인 항공기(100)로 항공 영상을 획득하기 위해서는 먼저 무인 항공기(100)의 하천 항공 촬영 경로를 설정할 수 있다. 무인 항공기(100) 촬영 고도는 영상의 공간 해상도(Ground Sample Distance, GSD)를 결정하는 요소로써 수학식 3으로 계산할 수 있다.
GSD는 공간 해상도, PS는 픽셀 사이즈(pixel size), H는 촬영 고도, f는 초점 거리를 의미한다.
촬영 고도는 영상의 선명도를 결정하는 요소로써 촬영 고도에 따라 영상의 공간해상도를 사용자가 결정할 수 있다. 촬영 고도가 높으면 넓은 면적을 촬영할 수 있는 반면에 공간해상도가 낮아지게 되고, 촬영 고도가 낮으면 공간해상도가 높아지는 반면에 넓은 면적을 촬영하지 못할 수 있다.
또한, 촬영 센서의 성능에 따라서도 공간해상도가 달라질 수 있다. 동일한 고도에서 2,000만 화소 촬영 센서는 1,000만 화소의 촬영 센서에 비해 공간해상도가 높아질 수 있다. 따라서 무인항공기 영상의 촬영 고도는 목적에 적합한 공간해상도와 촬영 면적을 고려하여 결정할 수 있다.
도 4의 (b)에서, 무인 항공기(100)는 목적에 적합한 촬영 고도가 설정되어 하천 유역에 관한 영상을 획득할 수 있다.
도 4의 (c)는 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상 전처리 과정을 나타낸다. 항공 영상 전처리 과정은 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상을 무인 항공기(100)의 Pitch, Roll, Yaw의 정보 및/또는 VRS(Virtual Reference Station)-RTK(network Real Time Kinematic) 측량법을 이용하여 보정하는 과정일 수 있다. 도 6에서는 항공기(100)의 Pitch, Roll, Yaw의 정보를 이용하여 보정하는 과정을 상세히 설명하고, 도 7에서는 VRS-RTK 측량법을 이용하여 보정하는 과정을 상세히 설명하도록 한다.
도 4의 (d)에서, 건천화 모니터링 장치(200)는 전체 하천의 항공 영상의 취합을 위하여 보정된 하천의 항공 영상들의 정합 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 항공 영상의 취합을 위한 정합 과정은 밝기값 상관법을 이용할 수 있다. 밝기값 상관법을 이용한 정합 과정은 도 10을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5의 (e), (f) 및 (g)에서, 건천화 모니터링 장치(200)는 정합된 항공 영상을 이용하여 항공 영상 추출 과정, 지형 측정 과정 및 지형 분석 과정을 거쳐 건천화 진행 여부의 판단을 위한 자료를 생성할 수 있다.
도 6은 건천화 모니터링 장치가 무인 항공기의 Pitch, Roll, Yaw를 이용하여 항공 영상을 전처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 무인 항공기(100)가 하천을 연직으로 촬영하여도 하천의 지표면에 기복이 있는 경우 영상들의 축적이 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 영상은 영상면에서 연직점을 중심으로 방사상의 변위가 발생할 수 있다. 또한, 무인 항공기(100)가 흔들리면서 촬영을 하게 되면 기울어진 상태의 영상이 촬영될 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는, 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상을 보정하기 위해서 무인 항공기(100)의 Pitch, Roll, Yaw에 관한 정보가 필요할 수 있다. 무인 항공기(100)의 Picth(ω), Roll(ψ), Yaw(χ)의 정보로 영상의 3차원 회전 변환을 실시할 수 있다.
Pitch(ω) 변환식은 수학식 4로 계산할 수 있다.
Pitch(ω) 변환식은 수학식 5으로 계산할 수 있다.
Yaw(χ) 변환식은 수학식 6로 계산할 수 있다.
무인 항공기(100) 항공 영상의 회전 변환식은 수학식 7로 계산할 수 있다.
도 7은 건천화 모니터링 장치가 VRS-RTK 측량을 방법을 통해 항공 영상을 전처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 무인 항공기(100) 항공 영상의 위치는 촬영시 무인 항공기(100)의 GPS 값을 통해 영상의 좌표로 나타날 수 있다. 일반적으로 GPS의 위치 정확도는 2～6m 정도로 나타나기 때문에 GCP(Ground Control Point)를 측량하여 영상의 정확도를 향상시킬 수 있다. 특히 동일 지역을 주기적으로 모니터링하는 무인 항공기(100) 영상의 위치 정확도는 정밀한 보정이 필요할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 무인 항공기(100)가 획득한 항공 영상의 위치 정확도를 향상시키기 위해서 VRS(Virtual Reference Station)-RTK(network Real Time Kinematic) 측량을 실시할 수 있다. VRS는 네트워크 RTK의 한 방법으로, GPS 상시관측소로 이루어진 기준국 망을 이용하여 계통적 오차를 분리하고 모델링하여, 네트워크 내부 임의의 위치에서 관측된 것과 같은 가상 기준점을 생성하여 측량을 실시할 수 있다. VRS-RTK 측량은 가상기준점(VRS)과 이동국과의 RTK를 통하여 정밀한 이동국의 위치를 결정하는 측량 방법일 수 있다.
VRS-RTK 측량 방법은, 기준국은 GPS 데이터를 수신하고 제어국으로 전송할 수 있다(801). 제어국은 수집된 기준국 데이터를 통해 보정치를 생성할 수 있다(802). 사용자는 제어국으로 현재 위치 정보를 전송할 수 있다(803). 제어국은 사용자가 요청한 위치에 해당하는 보정치를 전송할 수 있다(804). 사용자는 전송받은 보정치를 통해 정밀 좌표를 획득할 수 있다(805).
VRS-RTK 측량 방법은 정밀한 위치정보를 가지고 있는 기준국의 반송파 위상에 대한 보정치를 이용하여 이동국(Rover)에서 실시간으로 1～2cm 정확도의 측위 결과를 획득하여, 수준 높은 측량 성과를 얻을 수 있다.
도 8 및 도 9는 건천화 모니터링 장치가 VRS-RTK 측량을 이용하여 보정한 항공 영상을 나타낸다.
도 8 내지 도 9는 각기 다른 시기에 무인 항공기(100)로 획득되어 건천화 모니터링 장치(200)의 보정 과정을 거친 청미천 일원인 신흥천 항공 영상이다.
건천화 모니터링 장치(200)가 VRS-RTK 측량을 통해 무인 항공기(100) 영상의 위치 정확도를 향상시킴으로써, 도 8 내지 도 9와 같은 8cm의 공간해상도로 작성된 항공 영상에서 시기별로 특정 지점의 형태를 사진상으로도 인식이 가능할 수 있다.
원격탐사를 활용한 농업재해 평가에서 같은 지역을 주기적으로 모니터링하는 경우에는 VRS-RTK 이용한 정확한 위치 정확도 보정이 필요할 수 있다. 원격탐사 영상에서 정보 취득 시 위치 보정이 안 된 영상은 농로나 농수로와 같은 정보가 취득되기 때문에 무인 항공기(100)의 위치 보정과정은 중요한 과정이라고 볼 수 있다.
도 10은 건천화 모니터링 장치가 밝기 상관법을 이용하여 보정된 항공 영상을 정합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 무인 항공기(100)의 항공 촬영에서 가장 기본적인 과정은 중복 영역에서 공액점을 찾는 것일 수 있다.
보정된 항공 영상 정합 방법은 항공 영상 중 한 영상의 어떤 위치에 해당하는 실제의 객체가 다른 영상의 어느 위치에 형성되었는지를 찾고, 상응하는 위치를 정합(Matching)시키는 방법일 수 있다.
항공 영상 정합 방법은 한 영상에서 정의된 대상지역을 다른 영상의 검색 영역에서 한 점씩 이동하면서 Key Point에 대하여 통계적으로 유사한 관측값을 계산하도록 하는 과정을 거칠 수 있다. 이 방법은 밝기값 상관법(Gray Value Corelation)이라 할 수 있다. 건천화 모니터링 장치(200)는 밝기값 상관법으로 항공 영상들의 정합과정을 수행할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 보정된 항공 영상들을 정합하여 건천화 진행 여부를 판단하는데 기초가 되는 하천의 항공 영상을 생성할 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 생성한 하천의 항공 영상을 기초로 하천의 수치 표면 모형(DSM)을 생성할 수 있다.
도 11은 건천화 모니터링 장치가 하천의 변화된 부분을 가시화하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11에서는 건천화 모니터링 장치(200)가 과거의 수치 표면 모형과 하천의 항공 영상을 기초로 생성한 현재의 수치 표면 모형의 비교를 통해 가시화한 하천의 항공 영상을 나타낸다.
건천화 모니터링 장치(200)는 항공 영상 합성 및 업데이트 기능을 포함할 수 있다. 항공 영상 합성 및 업데이트 기능은 서로 다른 두 개의 Grid 데이터를 하나의 Grid 데이터로 합성 및 업데이트 할 수 있는 기능일 수 있다.
항공 영상 합성 및 업데이트 기능은 두 개의 Grid 데이터의 셀값, 해상도 및 공간범위가 다를 경우의 적용을 위하여 그리드 데이터를 기준으로 셀값, 해상도 및 공간범위를 갱신하여 최신의 그리드 데이터를 유지하는데 사용될 수 있다.
항공 영상 합성 및 업데이트 기능은 DEM 및 토지이용도와 같은 Grid의 과거 데이터와 현재 데이터가 차이가 있을 시 이를 최신의 Grid 데이터로 업데이트 하는데 적용될 수 있다.
항공 영상 합성 및 업데이트 기능은 하천 건천화 전망을 분석하기 위해 사용되는 수문모델의 입력자료 중 DEM 및 토지이용도와 같은 시계열 Grid 데이터로부터 추출될 수 있는 유역특성인자 및 매개변수의 변화에 따른 유출특성의 변화를 분석하는데 활용될 수 있다.
건천화 모니터링 장치(200)는 과거의 수치 표면 모형과 현재의 수치 표면 모형(또는 수치 표고 모델), 또는 과거 토지 이용도와 현재의 토지 이용도 등의 그리드(Grid) 데이터의 셀(cell)별 오차 비교를 수행할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 가시화된 하천의 항공 영상은 색이 진한 부분일수록 각 셀의 오차값이 크며, 색이 연해질수록 오차값이 작음을 나타낼 수 있다.
가시화된 하천의 항공 영상은 과거와 현재의 수치 표면 모형이나 토지이용도 그리드 데이터에서 어느 범위의 부분이 많은 변화가 있었는지를 알 수 있고 이에 대한 원인을 분석하기 위한 기초자료로 활용될 수 있다.
도 12 및 도 13은 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 기초로 생성한 하천의 특성인자의 예를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 12 및 도 13에서는 하천의 특성인자로 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 나타내고 있다. 건천화 모니터링 시스템(10)의 활용도를 살펴보기 위해 건천화 모니터링 장치(200)로 구성한 하천에 임의의 종횡단 측선을 가정하고 각 측선에서의 하천의 고수부와 저수부가 포함된 단면자료를 추출하였다.
하천정비기본계획 및 하천 내 시설물 계획에 필수적인 정보인 교량의 상단부분 하천 횡단면을 추출하였으며 하천중심선과 유심선을 따라 하천 종단면을 추출하였다.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 하천지형과 고수부가 포함된 하천의 종횡단면을 추출하기 위한 측선을 표시하였다.
하천기본계획에서 설정한 측선과 일치하지 않는 횡단선에 시설물을 계획할 경우 별도의 현지 측량이 필수적이나, 건천화 모니터링 시스템(10)으로 구성한 하천 지형을 이용한다면 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 간단한 작업으로 현지 측량과 같은 측량성과를 쉽게 구할 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)에서 추출한 하천 지형은 하상 지형뿐만 아니라 고수부에 위치한 도로, 건물 등 각종 시설물에 대한 정보도 포함되어 있어 시설물 계획, 토지이용변화, 하천 시설물 데이터베이스화 등에 대한 활용도가 높을 수 있다.
건천화 모니터링 시스템(10)을 통해 하천 지형을 추출하는 방법은 기존의 하천 측량 방법에 비해 경제적, 시간적 효율성이 매우 높아 장기적인 하천정보 수집의 시간적 간격을 짧게 할 수 있으므로 하천정보 데이터베이스화와 연계되어 사용될 경우 축적된 하천 종횡단 정보를 통해 하천 지형의 장단기적 변화를 관측하고 관리하는 분야에 효과적으로 활용될 수 있다.
도 13의 1 내지 8에 도시된 바와 같이, 사용자는 건천화 모니터링 장치(200)로 사전에 등록한 단면지점에서의 하천 단면 정보 추출을 할 수 있다. 또한, 사용자는 일 실시예에 따른 건천화 모니터링 장치(200)로 사용자가 지정하는 임의 지점에서의 하천 단면 정보 추출을 수행할 수 있다.
도 14는 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 이용하여 하천의 건천화를 판단하는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 14에서는 설명의 편의를 위해 건천화 모니터링 장치(200)가 하천폭의 실측값과 건천화 모니터링 장치가 하천의 항공 영상을 기초로 계산한 하천폭을 비교하였다.
건천화 모니터링 장치(200)를 통해 시험 대상 하천 지역의 항공촬영 전, 후로 실제 하천 폭의 길이와 무인 항공기(100)의 항공 영상에서의 인식 가능한 수준의 하천정보의 판독 값을 비교, 분석하여 정확도를 판단하고, 하천에 임의의 종, 횡단 측선을 가정하여 도로, 건물, 식생, 시설물 정보 등이 포함된 하천단면 자료를 추출하였다.
건천화 모니터링 장치(200)가 하천단면 자료를 통해 무 강우일(최소기간 20일) 이후 유출에 따른 하천폭을 자동 산출하였고, 항공 사진을 이용하여 하천 건천화 영향 인자에 대한 연구를 수행할 수 있는 기초자료 구축에 이용하였다.
도 14의 그래프와 같이, 건천화 모니터링 장치(200)가 수행한 영상 판독 값은 하천폭의 실측값과 비교하였을 때 10cm 내외의 오차를 가지는 자료로써 건천화 모니터링을 위한 기초 자료 구축에 충분히 활용할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
Claims (16)
- 무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 통해 하천의 항공 영상을 획득하는 단계;
상기 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 하천의 하천망도를 이용하여 상기 항공 영상을 보정하는 단계; 및
보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보정하는 단계는,
상기 무인 항공기가 상기 하천의 항공 영상을 획득할 당시의 상기 무인 항공기의 GPS 값을 획득하는 단계; 및
상기 GPS 값을 가상 기준점(virtual reference station) 및 지상 기준점(ground control point)을 이용하는 실시간 이동 측량(RTK, Real Time Kinematic) 방식으로 보정하여 상기 무인 항공기의 위치 정보를 생성하는 단계
를 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 판단하는 단계는,
상기 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 생성하는 단계;
상기 수치 표면 모형에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천 특성인자를 생성하는 단계; 및
상기 하천 특성인자를 이용하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 판단하는 단계는,
상기 하천 특성인자를 상기 하천의 임의의 지점에 대한 과거의 하천 특성인자와 비교하여, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천의 변화 정보를 생성하는 단계; 및
상기 변화 정보에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행의 수준을 판단하는 단계
를 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 하천 특성인자를 생성하는 단계는,
상기 수치 표면 모형, 하천 유형 자료 및 하천 도면에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 생성하고, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 수위를 계산하는 단계; 및
상기 수위에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 유속 및 유량을 계산하는 단계
를 포함하고,
상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면, 유속, 유량 및 수위를 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 하천 특성인자를 생성하는 단계는,
상기 단면의 경사도를 이용하여 유속을 계산하는 단계; 및
상기 경사도와 상기 유속을 이용하여 유량을 계산하는 단계
를 더 포함하고,
상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천폭 및 수면폭을 더 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보정된 항공 영상을 이용하여 생성된 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 이전 수치 표면 모형과 대비하여 상기 수치 표면 모형이 변화된 정도에 따라 상기 하천의 변화된 부분을 색의 변화로 가시화(visualization)하는 단계; 및
가시화된 하천의 변화를 사용자에게 제공하는 단계
를 더 포함하는 건천화 모니터링 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 하천 유형 자료 및 상기 하천 도면 자료는 GIS(Geographic Information System) 기반의 자료인
건천화 모니터링 방법.
- 무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 통해 획득된 하천의 항공 영상을 수신하는 수신기; 및
상기 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 하천의 하천망도를 이용하여 상기 항공 영상을 보정하고, 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는 프로세서
를 포함하는 건천화 모니터링 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 무인 항공기가 상기 하천의 항공 영상을 획득할 당시의 상기 무인 항공기의 GPS 값을 획득하고, 상기 GPS 값을 가상 기준점(virtual reference station) 및 지상 기준점(ground control point)을 이용하는 실시간 이동 측량(RTK, Real Time Kinematic) 방식으로 보정하여 상기 무인 항공기의 위치 정보를 생성하는
건천화 모니터링 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 보정된 항공 영상에 기초하여 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 생성하고, 상기 수치 표면 모형에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천 특성인자를 생성하고, 상기 하천 특성인자를 이용하여 상기 하천의 건천화 진행 여부를 판단하는
건천화 모니터링 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 하천 특성인자를 상기 하천의 임의의 지점에 대한 과거의 하천 특성인자와 비교하여, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천의 변화 정보를 생성하고, 상기 변화 정보에 기초하여 상기 하천의 건천화 진행의 수준을 판단하는
건천화 모니터링 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 수치 표면 모형, 하천 유형 자료 및 하천 도면에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면을 생성하고, 상기 하천의 임의의 지점에 대한 수위를 계산하고,
상기 수위에 기초하여 상기 하천의 임의의 지점에 대한 유속 및 유량을 계산하고,
상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 단면, 유속, 유량 및 수위를 포함하는 건천화 모니터링 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 단면의 경사도를 이용하여 유속을 계산하고, 상기 경사도와 상기 유속을 이용하여 유량을 계산하고,
상기 하천 특성인자는 상기 하천의 임의의 지점에 대한 하천폭 및 수면폭을 더 포함하는 건천화 모니터링 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 보정된 항공 영상을 이용하여 생성된 상기 하천에 대한 수치 표면 모형(Digital Surface Model)을 이전 수치 표면 모형과 대비하여 상기 수치 표면 모형이 변화된 정도에 따라 상기 하천의 변화된 부분을 색의 변화로 가시화(visualization)하고, 가시화된 하천의 변화를 사용자에게 제공하는
건천화 모니터링 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 하천 유형 자료 및 상기 하천 도면 자료는 GIS(Geographic Information System) 기반의 자료인
건천화 모니터링 장치.
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