KR20200055388A - 하천 정보 분석 시스템 - Google Patents

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KR20200055388A KR1020180138994A KR20180138994A KR20200055388A KR 20200055388 A KR20200055388 A KR 20200055388A KR 1020180138994 A KR1020180138994 A KR 1020180138994A KR 20180138994 A KR20180138994 A KR 20180138994A KR 20200055388 A KR20200055388 A KR 20200055388A
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강준구
여홍구
김지현
김종태
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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 하천 정보 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RGB 영역의 영상(사람의 눈으로는 볼 수 없는 영상) 특성인 자외선과 적외선 특성을 통해 하천을 다각적이면서 입체적으로 촬영하여, 촬영된 하천 영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도(자생 길이/크기/깊이/넓이 등)를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면 등을 분석함으로써, 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가가 이루어지도록 하는 하천 정보 분석 시스템에 관한 것이다.

Description

하천 정보 분석 시스템{Information analysis system of rivers}
본 발명은 하천 정보 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RGB 영역의 영상(사람의 눈으로는 볼 수 없는 영상) 특성인 자외선과 적외선 특성을 통해 하천을 다각적이면서 입체적으로 촬영하여, 촬영된 하천 영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도(자생 길이/크기/깊이/넓이 등)를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면 등을 분석함으로써, 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가가 이루어지도록 하는 하천 정보 분석 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 하천(河川, stram, river)이라 함은 강수를 통해 지표에 공급된 물이 일정한 물길을 형성하며 경사진 지표면을 흘러내리는 것을 말하며, 하천을 이루고 있는 일정한 물길을 하도(河道, channel)라고 하며, 하천에 의해 형성된 또는 하천이 흐르는 낮은 골짜기를 하곡(河谷, river valley)이라 하고, 암석이나 토사로 이루어진 하천의 바닥 부분을 하상(河床, riverbed)이라 한다.
상기 하상이나 제방의 재료가 주로 모래와 자갈 등을 구성된 자연하천이나 홍수터와 제방에 초본(grass), 관목(shrub) 및 교목(tree) 등의 식생이 산재하고 있는 식생 하천에서 흐름에 대한 저항은 제방과 윤변에 식생과 하상자료에 따라 유속의 변화를 초래한다.
상기 흐름에 대한 저항은 표면의 면 마찰, 형상에 의한 저항인 항력, 표면의 일그러짐에 의한 파 저항 및 국지적 가속에 따른 흐름의 비정상 상태로 분류할 수 있다.
하천에 흐르는 물의 양(유량)이나 빠르기, 수질ㆍ수온 등은 하천 유역의 크기ㆍ형ㆍ강수량ㆍ지형 등에 의해서 결정된다. 특히 유량의 변화, 곧 수위(水位)의 변화는 하천 이용에 매우 중요하다.
하천에서의 식생의 저항 특성은 흐름 상태, 식생구조와 밀접한 관계를 가지고 있으며, 이는 하천의 지형적 특성과 수로구간의 위치, 식생의 수종별 분포 정도 및 범위 등에 따라 다양한 분포를 갖게 된다.
하천에서 마찰 경사와 유량이 갖는 관계는 흐름에 대한 식생과 하상 재료의 저항에 의해 지배되고, 하천 흐름에 대한 저항은 마찰, 하상의 불규칙성, 식생 하상형상, 수로 선형 등과 같은 원초적인 변화성에서 발생하게 된다.
따라서, 하천의 식생 상태와 하상 재료의 분석을 통해 하천의 관리가 이루어지는 것이 바람직하며, 이를 위해 다양한 하천 분석 시스템이 소개되었다.
이와 같은 하천 분석 시스템의 종래 기술로는 대한민국등록특허공보 제10-0897757호(이하 문헌 1이라 함)와 대한민국공개등록공보 제10-2013-0020225호(이하 문헌 2이라 함)를 예로 들 수 있다.
상기 문헌 1은 다음의 프로세스를 실행시킬 수 있는 프로그램을 포함하는 하천 관리용 식생 천이를 예측하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록매체: (a) 시작조건을 인풋하는 시작 모듈(Start module); (b) 천이(succession) 및 퇴행(retrogression) 프로세스를 통해 잠재적인 식생을 도출하는 동적 모듈(Dynamicmodule); 및 (c) 상기 프로세스 (b)에서 도출된 수변식생(riparian vegetation)을 나타내는 시각화 모듈로 이루어진 식생 천이를 예측하는 프로세스이다.
한편, 상기 문헌 2는 시스템 구동유닛과 연계되어 항공 사진을 수신받기 위한 항공사진 수신부 및 수치지도 수신부와; 유저의 키입력 및 시스템 구동유닛과 CPU, RAM간의 데이터 인터페이스를 위한 인터페이스부와; 항공사진 및 수치지도를 화면 출력시키고, 분석결과를 화면 출력시키는 디스플레이부와; 지역별 및 연도별로 좌표값이 적용된 항공사진 데이터를 저장하는 하천평면도형 DB와, 상기 하천평면도형 DB와 연계되어 각 지역별, 연도별 항공사진과 매칭되는 하천 특성정보 및 위치정보, 하수로 및 제방의 폭과 길이정보, 기준선 정보의 하천정보를 저장하는 하천속성정보 DB로 이루어진 데이터베이스와; 항공사진과 수치지도를 제공받아 각 데이터의 해상도 및 용량을 변환시키며, 해당 항공사진에 좌표계를 부여하고, 해당 지역의 항공사진별 하천구간을 다수 구간으로 분리하여 하천 변화를 분석하고 변화구간 인식시 경보를 구동시키도록 제어하는 시스템 구동유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 항공사진과 GIS를 이용한 하천의 평면 변화 분석시스템이다.
그러나, 상기와 같은 종래 하천 분석 시스템은 항공 촬영을 포함한 일반적으로 사람이 육안으로 식별 가능한 RGB 촬영 영상을 통해 하천의 식생 상태 및 하상 재료에 대한 정보를 수집하여 분석하는 방식이므로, 다각적이면 입체적인 정보 수집 및 이를 통한 분석이 이루어지지 못하게 되고, 그에 따라 하천 정보 분석의 제약을 물론 정밀성 내지 정확성이 낮은 문제점이 있다.
상기와 같은 하천 식생 분포도 측정 및 분석 시스템과 관련된 선행 기술의 문헌 예는 다음과 같다.
문헌 1 : 대한민국등록특허공보 제10-0897757호(명칭 : 항공사진과 지아이에스를 이용한 하천의 평면 변화분석시스템 및 그 방법 ; 출원일 : 2009년 05월 08일)
문헌 2 : 대한민국공개등록공보 제10-2013-0020225호(명칭 : 수변식생천이 분석 시스템 ; 출원일 : 2011년08월19일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, RGB 영역의 영상(사람의 눈으로는 볼 수 없는 영상) 특성인 자외선과 적외선 특성을 통해 하천을 다각적이면서 입체적으로 촬영하여, 촬영된 하천 영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도(자생 길이/크기/깊이/넓이 등)를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면 등을 분석함으로써, 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가가 이루어지도록 하는 하천 정보 분석 시스템을 제공함에 목적을 두고 있다.
상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어 촬영영역 상공을 비행하면서 하방의 분광 및 RGB 영상정보를 촬영하는 비행장치; 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어, 상기 촬영영역을 운항하면서 비행장치에서 전송되는 분광 및 RGB 영상정보를 사전에 설정 저장된 현장분석장치를 통해 분석한 결과, 이벤트가 발생된 장소에 대한 직접적이면서 근접적인 분광 또는 RGB 영상정보의 촬영 및 유속과 식생 상태 및 수심을 포함한 촬영영역의 상태를 측정하여 분석하는 촬영영역이동장치; 상기 비행장치 및 촬영영역이동장치의 운항 경로를 설정 또는 실시간 원격 제어하면서, 이들로부터 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보 및 분석정보를 취합하여, 사전에 설정 저장된 관제분석장치를 통해 촬영영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면을 분석하고, 분석 데이터를 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가자료로 제공하는 운용장치;를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 비행장치는 비행선 또는 드론일 수 있으며, 본체 상에 탑재되어 위치를 파악할 수 있도록 하는 GPS 모듈; 기설정된 자율주행 프로그램에 의해 본체의 이동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상 정보의 촬영 및 구동을 제어하는 제어부; 상기 촬영된 영상정보를 저장하는 데이터 로거; 기설정된 이동경로 및 고도를 따라 이동하도록 자동항법장치를 구비하며, 상기 제어부의 제어하에 설정된 이동경로를 따라 이동이 이루어지도록 하는 이동유닛; 및 전기적 회로에 구동 전원을 공급하는 배터리;를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 촬영영역이동장치는 모터보트 또는 비행선을 포함한 수상 이동수단 또는 잠수정을 포함한 수중 이동수단일 수 있으며, 본체 상에 탑재되어 위치를 파악할 수 있도록 하는 GPS 모듈; 자율주행 프로그램에 의해 상기 이벤트 발생 장소로 본체의 이동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보의 촬영 및 구동을 제어하는 제어부; 상기 촬영된 영상정보를 저장하는 데이터 로거; 상기 이벤트 발생 장소로 본체가 이동하도록 자동항법장치를 구비하며, 상기 제어부의 제어하에 설정된 이동경로를 따라 이동이 이루어지도록 하는 이동유닛; 및 전기적 회로에 구동 전원을 공급하는 배터리;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 분광 영상정보는 가시광선 영역과 근적외선 영역 파장대를 수백 개로 세분화하여 촬영하는 자외선과 적외선 영역의 분광정보 특성을 갖는 초분광센서(초분광카메라)에 의해 촬영된 것이고, 상기 RGB 영상정보는 DSLR을 포함한 디지털 카메라에 의해 촬영된 것을 특징으로 한다.
상기 현장분석장치는 촬영영역의 측정좌표 정확성을 위해 설정되는 지상기준점을 측량하는 지상기준점 측량부; 촬영된 분광 영상과 RGB 영상을 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 데이터 처리부; 상기 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 분석하여 지도에 맵핑시키는 데이터 분석 및 지도 맵핑부; 및 상기 촬영영역을 종 방향과 횡 방향뿐만 아니라 수심별로 상태 프로파일링이 가능하도록, 지도상에 식생의 공간적 분포도(자생 길이/크기/깊이/넓이 등)를 식생지도로 작성하는 식생지도 작성부; 상기 데이터 분석 및 지도 맵핑부에서 맵핑되는 촬영영역의 영상 변화에 따른 이벤트 발생신호를 출력하는 이벤트 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 다각적이면서 입체적인 정보 수집 및 이를 통한 하천 분석이 이루어지도록 하고, 이를 통해, 폭넓은 하천 정보 분석은 물론 하천 정보에 대한 분석의 정밀성 내지 정확성을 향상시키는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 하천 공간의 수심 분포와 물속의 하상재료 및 홍수터의 식생 종류까지 분류할 수 있도록 하는 분석능 향상 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 기존의 RGB 영상으로 수행하였던 하천 표면 유속 측정, 하천 식생분포 구분 기술에 추가적으로 하천 공간의 수심분포 측정과 이를 활용한 하천 단면 측량, 물 속의 하상재료 종류 및 분포 측정, 하천 식생 종류 판별 및 분포 측정까지 확장이 가능하도록 하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 하천 정보에 대한 분석의 정밀성 내지 정확성 향상과 추가적인 분석 확장성을 통해, 하천의 수중과 육상의 하천환경 조사가 정량적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 향후 하천환경 평가 및 홍수 발생 등 재해 가능성에 대한 평가가 추가적으로 이루어지도록 하는 효과를 얻는다.
도 1은 본 발명의 구성을 간략히 도시한 시스템 블록도.
도 2는 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 도시한 시스템 구성도.
도 3은 초분광 촬영된 영상을 분광 데이터 큐브 형태로 분석한 상태도.
도 4는 촬영영역인 하천을 촬영한 RGB 및 초분광 사진.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 하천 정보 분석 시스템(100)은 첨부 도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어 촬영영역 상공을 비행하면서 하방의 분광 및 RGB 영상정보를 촬영하는 비행장치(110); 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어, 상기 촬영영역을 운항하면서 비행장치(110)에서 전송되는 분광 및 RGB 영상정보를 사전에 설정 저장된 현장분석장치(140)를 통해 분석한 결과, 이벤트가 발생된 장소에 대한 직접적이면서 근접적인 분광 또는 RGB 영상정보의 촬영 및 유속과 식생 상태 및 수심을 포함한 촬영영역의 상태를 측정하여 분석하는 촬영영역이동장치(130); 상기 비행장치(110) 및 촬영영역이동장치(130)의 운항 경로를 설정 또는 실시간 원격 제어하면서, 이들로부터 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보 및 분석정보를 취합하여, 사전에 설정 저장된 관제분석장치(210)를 통해 촬영영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면을 분석하고, 분석 데이터를 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가자료로 제공하는 운용장치(200);를 포함하여서 된 것일 수 있다.
여기서, 본 발명 중 상기 비행장치(110)는 비행선 또는 드론일 수 있으며, 초분광 및 RGB 영상을 촬영 수집하는 영상촬영수단(111)을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 비행장치(110)는 본체 상에 탑재되어 위치를 파악할 수 있도록 하는 GPS 모듈; 기설정된 자율주행 프로그램에 의해 본체의 이동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상 정보의 촬영 및 구동을 제어하는 제어부; 상기 촬영된 영상정보를 저장하는 데이터 로거; 기설정된 이동경로 및 고도를 따라 이동하도록 자동항법장치를 구비하며, 상기 제어부의 제어하에 설정된 이동경로를 따라 이동이 이루어지도록 하는 이동유닛; 및 전기적 회로에 구동 전원을 공급하는 배터리;를 포함하는 것일 수 있다.
이때 또한, 상기 비행장치(110)는 사전에 설정된 이동경로를 따라 이동하면서 GPS 신호를 이용하여 위치를 파악하고, 롤링 및 피칭에 대한 데이터 보정을 위하여 자동항법장치가 자세 값을 동시에 기록하여 이동경로를 저장하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명 중 상기 촬영영역이동장치(130)는 모터보트 또는 비행선을 포함한 수상 이동수단 또는 잠수정을 포함한 수중 이동수단일 수 있으며, 초분광 및 RGB 영상을 촬영 수집하는 영상촬영수단(131)을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 촬영영역이동장치(130)는 본체 상에 탑재되어 위치를 파악할 수 있도록 하는 GPS 모듈; 자율주행 프로그램에 의해 상기 이벤트 발생 장소로 본체의 이동을 제어하고, 상기 분광 또는 RGB 영상정보의 촬영 및 구동을 제어하는 제어부; 상기 촬영된 영상정보를 저장하는 데이터 로거; 상기 이벤트 발생 장소로 본체가 이동하도록 자동항법장치를 구비하며, 상기 제어부의 제어하에 설정된 이동경로를 따라 이동이 이루어지도록 하는 이동유닛; 및 전기적 회로에 구동 전원을 공급하는 배터리;를 포함하는 것일 수 있다.
이때 또한, 상기 촬영영역이동장치(130)는 비행장치(110)의 이/착륙 공간이 마련되고, 해당 공간에 구동전원을 충전시키는 충전수단이 마련되어, 착륙 상태에서 비행장치(110)에 탑재된 배터리회로와 충전수단이 유무선으로 접속되어, 비행장치(110)의 배터리에 충전이 이루어지도록 된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 발생되는 이벤트는 사전에 설정된 분광 또는 RGB 영상정보의 영상(색상) 변화도에 따라 생성되는 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 촬영영역의 상태 측정은 유속을 측정하는 유속감지센서 및 식생의 자생 길이, 크기, 깊이, 넓이 및 수심을 측정하는 초음파 센서를 포함하여 측정되는 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 분광 영상정보는 가시광선 영역과 근적외선 영역 파장대를 수백 개로 세분화하여 촬영하는 자외선과 적외선 영역의 분광정보 특성을 갖는 초분광센서(초분광카메라)에 의해 촬영된 것이고, 상기 RGB 영상정보는 DSLR을 포함한 디지털 카메라에 의해 촬영된 것일 수 있다.
이때, 상기 초분광센서는 근적외선(NIR) 영상센서 또는 다중분광 영상센서(Optical Multispectral Sensor) 또는 초분광 영상센서(Hyperspectral Sensor)로서, 상기 촬영영역인 하천(210)의 상공에서 상기 근적외선(NIR) 영상센서는 600㎚~900㎚ 파장대 또는 Red 파장대와 NIR 파장대의 분광반사도, 상기 다중분광 영상센서는 400㎚~500㎚ 파장대 및 600㎚~700㎚ 파장대 또는 Blue 및 Red 파장대, 상기 초분광 영상센서는 400㎚~600㎚ 및 650㎚~750㎚ 파장대의 분광반사도를 측정하도록 분광 영상을 촬영하는 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 현장분석장치(140)는 촬영영역의 측정좌표 정확성을 위해 설정되는 지상기준점을 측량하는 지상기준점 측량부(141); 촬영된 분광 영상과 RGB 영상을 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 데이터 처리부(142); 상기 데이터 처리부(142)에서 처리된 데이터를 분석하여 지도에 맵핑시키는 데이터 분석 및 지도 맵핑부(143); 및 상기 촬영영역을 종 방향과 횡 방향뿐만 아니라 수심별로 상태 프로파일링이 가능하도록, 지도상에 식생의 공간적 분포도(자생 길이/크기/깊이/넓이 등)를 식생지도로 작성하는 식생지도 작성부(144); 상기 데이터 분석 및 지도 맵핑부(143)에서 맵핑되는 촬영영역의 영상 변화에 따른 이벤트 발생신호를 출력하는 이벤트 출력부(145);를 포함하는 것일 수 있다.
상기 현장분석장치(140)는 사전에 설정 저장된 알고리즘을 포함한 프로그램을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 데이터 처리부(142)는 촬영된 분광 및 RGB 영상 정보를 수집하는 데이터 수집부; 상기 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 영상정합 처리부; 상기 지상기준점 측량부(141)로부터 측량된 지상기준점을 입력하는 지상기준점 입력부; 물체인식 알고리즘에 따라 개별 영상 간 정확한 특징점을 추출하도록 다수의 분광 및 RGB 영상 정보로부터 하나의 정사영상을 작성하는 정사영상 작성부;를 포함하되, 상기 촬영영역의 표면에 존재하고 있는 식생 특성을 파악하도록 상기 분광 및 RGB 영상 정보에 대응하는 정규화 식생지수를 산출하는 정규화 식생지수 산출부를 더 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 정규화 식생지수(Normalized Distribution Vegetation Index)는 근적외선 영역 채널과 가시광선 영역의 적색광 영역 채널에서 발생하는 분광 차이를 이용하여 촬영영역의 표면에 존재하고 있는 식생 특성을 파악하는 지수일 수 있다.
이때 또한, 상기 이벤트 출력부(145)는 데이터 분석 및 지도 맵핑부(143)에서 맵핑되는 촬영영역의 색상 변화가 발생하거나 급격한 변화가 있는 경우, 변화 발생에 대한 확인을 요하는 이벤트를 생성하는 알고리즘을 포함한 프로그램이 탑재된 마이크로프로세서일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 운용장치(200)는 비행장치(110) 및 촬영영역이동장치(130)와 원격지에 위치하거나 상기 촬영영역이동장치(130) 상에 위치하는 관제시스템일 수 있다.
이때, 상기 운용장치(200)에 포함되는 관제분석장치(210)는 현장분석장치(140)의 구성과 기능이 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 상기 관제분석장치(210)는 비행장치(110) 및 촬영영역이동장치(130)에서 촬영 내지 측정된 데이터를 취합하고 편차를 교정하여 통합 분석 데이터로 출력하거나, 편차 범위가 설정된 범위를 초과하는 경우 해당 장소에 대해 재촬영 및 측정이 이루어지도록 관리하는 관제기능이 강화된 것일 수 있으며, 모든 진행 상황 및 결과 데이터가 출력장치를 통해 출력되고 저장장치에 저장되는 것이 바람직하다.
이와 같이 되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 운용장치(200)에서 상기 비행장치(110) 및 촬영영역이동장치(130)의 운항 경로를 설정 또는 실시간으로 원격 제어하여 이동이 이루어지도록 한다.
이때, 상기 비행장치(110)는 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어 있어, 사전에 촬영영역에 대한 GPS 좌표지점을 입력하면 기설정된 운항 경로를 따라 이동하게 된다.
또한, 상기 비행장치(110)는 사전에 설정된 운항 경로를 따라 이동하되 GPS 신호를 통해 위치를 파악하고, 상기 비행장치(110) 및 촬영영역이동장치(130)의 롤링 및 피칭에 대한 데이터 보정을 위하여 자동항법장치가 자세 값을 동시에 기록하여 자신들의 운항 경로를 저장한다.
이러한 상태에서 첨부 도면 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 비행장치(110)가 근적외선 영상센서, 다중분광 영상센서 또는 초분광 영상센서와 같은 초분광센서 및 일반 RGB 영상을 촬영하는 디지털카메라를 통해 촬영영역인 하천의 영상을 촬영하고, 이를 운용장치(200)와 촬영영역이동장치(130)로 전송하면, 상기 촬영영역이동장치(130)가 자체에 탑재된 현장분석장치(140)를 통해 사전에 설정된 분광 또는 RGB 영상정보의 영상(색상) 변화도에 따라 이벤트가 발생된 장소에 대해 직접적이면서 근접적인 분광 또는 RGB 영상정보를 촬영함과 동시에 해당 장소의 유속과 식생 상태 및 수심을 포함한 촬영영역의 상태를 측정하여 분석한다.
참고로, 상기 초분광센서는 촬영영역의 상공, 예를 들면, 200m의 고도를 비행하는 비행장치(110)에서 디지털 카메라는 RGB 영상을 촬영하고, 근적외선(NIR) 영상센서는 600㎚~900㎚ 파장대 또는 Red 파장대와 NIR 파장대의 분광반사도, 상기 다중분광 영상센서는 400㎚~500㎚ 파장대 및 600㎚~700㎚ 파장대 또는 Blue 및 Red 파장대, 상기 초분광 영상센서는 400㎚~600㎚ 및 650㎚~750㎚ 파장대의 분광반사도를 측정하도록 분광 영상을 촬영하며, 이는 첨부 도면 도 4에 도시된 바와 같다. 상기 분광 영상은 최대 1,000개 정도의 좁은 스펙트럼 밴드로 촬영할 수 있어 물체의 반사특성을 그대로 기록하여 지형 및 지물을 구분할 수 있으며, 예를 들면, 100여 개가 넘는 파장구간에서 촬영영역으로부터 반사 또는 방출되는 복사에너지를 감지한다.
모든 이미징 시스템에는 필터와 센서 구성에 따라 측정되는 파장대가 존재한다. 한 종류 파장대만이 이용되는 경우는 panchromatic이라 부르며, 일반적으로 많이 사용되는 RGB 영상의 경우 센서에서 R,G,B 세 파장대를 감응하는 일종의 다분광 이미징(multispectral imaging)이라고 할 수 있다. 사람의 눈에 인식되는 것이 RGB라 RGB영상을 많이 이용하는 것일 뿐 실제로는 다양한 방식의 구성이 가능하다.
이때, 초분광 이미징(hyperspectral imaging)은 일반적 분광기에서 이용되는 정도의 많은 정도의 파장 수에 공간적 이미징이 더해진 것이다. 픽셀마다 스펙트로미터로 촬영한 듯한 스펙트럼이 존재하는 것이다. 촬영되는 파장이 십~수백개, relative spectral resolution이 0.01 정도인 경우, hyperspectral이라고 하는데, 이 relative spectral resolution은 absolute spectral resolution/length of the spectrum이라고 한다. 분광분해능을 촬영되는 전체 파장범위로 나눈 값을 말한다.
분광 데이터 큐브는 첨부 도면 도 3을 보면 쉽게 이해 가능하다. 일반적 RGB 영상이 Red, Blue, Green의 세 영상이 쌓여 있는 큐브 형태인 것처럼, 초분광 영상의 경우 촬영되는 각 파장 영상이 쌓여 있는 형태의 데이터 큐브가 형성된다.
분광 영상의 촬영 방식은 여러 가지가 존재하며, 이에 따라 측정 장치들의 분류가 나뉜다. 일반적인 RGB 영상과 같이 센서에 파장에 따른 필터들을 달아서 촬영하는 다분광장치들의 경우, 스냅샷으로 한 번에 영상이 촬영되며 센서의 필터 구성이 어떻게 되어 있느냐에 따라 얻어지는 데이터가 달라진다. 라인스캔을 하는 Pushbroom이나 포인트스캔인 Whisk-broom 방식에 비해 스냅샷 방식의 촬영이므로 훨씬 간단하고 모든 데이터가 동시에 촬영된다는 장점이 있지만, 센서와 필터 구성을 무한정으로 늘릴 수도 없기 때문에 파장대의 개수가 다른 방식에 비해 적다.
한편, 스캐닝 방식의 경우 이름 그대로 스캐닝을 하기 때문에 동시 촬영이 되지 않는다. 따라서 장치가 흔들리거나 피사체가 움직이면 안된다. Pushbroom은 흔히 말하는 라인스캐닝 방식으로 가장 흔히 이용되는 초분광영상 촬영 방법이다. 한 번 촬영 시에 슬릿으로 선 방향의 빛이 들어와서 그 빛이 분광기를 거쳐 각 파장대 별로 퍼져 면이 되어 2D 디텍터에 검출된다. 공간 방향과 스펙트럼 방향의 2d 영상이 촬영된다. 그리고 카메라, 혹은 물체가 y방향으로 움직이면서 라인스캐닝을 하여 전체 3D 큐브를 구성한다.
상기와 같이 촬영영역이동장치(130)에서 분석된 정보를 운용장치(200)로 전송하면, 상기 운용장치(200)는 비행장치(110)에서 전송된 영상 정보와 취합하여, 자체 탑재된 관제분석장치(210)를 통해 촬영영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면을 분석하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 비행장치(110)가 기설정된 자율주행 프로그램에 따라 운항 경로를 비행하면서 촬영영역인 하천의 영상을 촬영하고 이를 운용장치(200)와 촬영영역이동장치(130)로 전송하면, 상기 촬영영역이동장치(130)가 자체에 탑재된 현장분석장치(140)를 통해 사전에 설정된 분광 또는 RGB 영상정보의 영상(색상) 변화도에 따라 이벤트가 발생된 장소 이동하여, 해당 장소에 대해 직접적이면서 근접적인 분광 또는 RGB 영상정보를 촬영함과 동시에 해당 장소의 유속과 식생 상태 및 수심을 포함한 촬영영역의 상태를 측정하여 분석하고, 상기 촬영영역이동장치(130)에서 분석된 정보를 운용장치(200)로 전송하면, 상기 운용장치(200)가 비행장치(110)에서 전송된 영상 정보와 취합하여, 자체 탑재된 관제분석장치(210)를 통해 촬영영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면을 분석함으로써, 촬영영역인 하천에 대한 정보 분석의 정밀성 내지 정확성을 향상시키는 것이 가능하고, 이와 같이 분석한 데이터를 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가자료로 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여, 초분광 영상정보를 기반으로 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 다각적이면 입체적인 정보 수집 및 이를 통한 하천 분석이 이루어지도록 하고, 이를 통해, 폭넓은 촬영영역인 하천의 정보 분석이 가능하다.
또한, 본 발명은 일반적인 RGB 영역의 영상으로는 확인할 수 없는 즉, 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특성인 자외선과 적외선 특성을 활용하여, 초분광 영상정보를 기반으로 다층적인 정보 수집 및 분석이 이루어지도록 함으로써, 촬영영역인 하천 공간의 수심 분포와 물속의 하상재료 및 홍수터의 식생 종류까지 분류할 수 있도록 분석능을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 기존의 RGB 영상으로 수행하였던 하천 표면 유속 측정, 하천 식생분포 구분 기술에 추가적으로 하천 공간의 수심분포 측정과 이를 활용한 하천 단면 측량, 물속의 하상재료 종류 및 분포 측정, 하천 식생 종류 판별 및 분포 측정까지 확장이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 촬영영역인 하천의 정보에 대한 분석의 정밀성 내지 정확성 향상과 추가적인 분석 확장성을 통해, 하천의 수중과 육상의 하천환경 조사가 정량적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 향후 하천환경 평가 및 홍수 발생 등 재해 가능성에 대한 평가가 추가적으로 이루어지도록 하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 하천 정보 분석 시스템 110: 비행장치
111 : 영상촬영수단 130 : 촬영영역이동장치
131 : 영상촬영수단 140 : 현장분석장치
141 : 지상기준점 측량부 142 : 데이터 처리부
143 : 데이터 분석 및 지도 맵핑부 144 : 식생지도 작성부
145 : 이벤트 출력부 150 : 관제분석장치
200 : 운용장치 210 : 관제분석장치

Claims (10)

  1. 자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어 촬영영역 상공을 비행하면서 하방의 분광 및 RGB 영상정보를 촬영하는 비행장치;
    자율주행이 가능하도록 자동항법장치가 장착되어, 상기 촬영영역을 운항하면서 비행장치에서 전송되는 분광 및 RGB 영상정보를 사전에 설정 저장된 현장분석장치를 통해 분석한 결과, 이벤트가 발생된 장소에 대한 직접적이면서 근접적인 분광 또는 RGB 영상정보의 촬영 및 유속과 식생 상태 및 수심을 포함한 촬영영역의 상태를 측정하여 분석하는 촬영영역이동장치;
    상기 비행장치 및 촬영영역이동장치의 운항 경로를 설정 또는 실시간 원격 제어하면서, 이들로부터 전송되는 분광 또는 RGB 영상정보 및 분석정보를 취합하여, 사전에 설정 저장된 관제분석장치를 통해 촬영영역에 자생하는 식물의 공간적 분포도를 분석하는 한편, 하천의 수심을 포함한 하천 단면을 분석하고, 분석 데이터를 하천의 환경 평가 및 홍수 발생 등의 재해 발생 가능성에 대한 평가자료로 제공하는 운용장치;를 포함하여서 된 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  2. 청구항1에 있어서,
    비행장치는 비행선 또는 드론이고, 초분광 및 RGB 영상을 촬영 수집하는 영상촬영수단을 포함하는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 촬영영역이동장치는 모터보트 또는 비행선을 포함한 수상 이동수단 또는 잠수정을 포함한 수중 이동수단이고, 초분광 및 RGB 영상을 촬영 수집하는 영상촬영수단(111)을 포함하는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  4. 상기 비행장치는 기설정된 자율주행 프로그램에 따라 운항 경로를 비행하고, 상기 촬영영역이동장치는 상기 비행장치에서 전송된 영상정보를 분석하여, 영상정보의 변화에 따른 이벤트가 발생하면 해당 장소로 이동하는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 분광 영상정보는 가시광선 영역과 근적외선 영역 파장대를 수백 개로 세분화하여 촬영하는 자외선과 적외선 영역의 분광정보 특성을 갖는 초분광센서에 의해 촬영된 것이고, 상기 RGB 영상정보는 DSLR을 포함한 디지털 카메라에 의해 촬영된 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 현장분석장치 또는 관제분석장치는 촬영영역의 측정좌표 정확성을 위해 설정되는 지상기준점을 측량하는 지상기준점 측량부;
    촬영된 분광 영상과 RGB 영상을 촬영영역의 좌표 정확성을 위한 지상기준점에 따른 영상정합 처리를 수행하는 데이터 처리부;
    상기 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 분석하여 지도에 맵핑시키는 데이터 분석 및 지도 맵핑부; 및
    상기 촬영영역을 종 방향과 횡 방향뿐만 아니라 수심별로 상태 프로파일링이 가능하도록, 지도상에 식생의 공간적 분포도를 식생지도로 작성하는 식생지도 작성부; 상기 데이터 분석 및 지도 맵핑부에서 맵핑되는 촬영영역의 영상 변화에 따른 이벤트 발생신호를 출력하는 이벤트 출력부;를 포함하는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  7. 청구항1에 있어서,
    상기 발생되는 이벤트는 사전에 설정된 분광 또는 RGB 영상정보의 영상 변화도에 따라 생성되는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  8. 청구항1에 있어서,
    상기 촬영영역의 상태 측정은 유속을 측정하는 유속감지센서 및 식생의 자생 길이, 크기, 깊이, 넓이 및 수심을 측정하는 초음파 센서를 포함하여 측정되는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
  9. 청구항1에 있어서,
    상기 촬영영역이동장치는 비행장치의 이/착륙 공간이 마련되고, 해당 공간에 구동전원을 충전시키는 충전수단이 마련되어, 착륙 상태에서 비행장치에 탑재된 배터리회로와 충전수단이 유/무선으로 접속되어, 비행장치의 배터리에 충전이 이루어지도록 된 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.

  10. 청구항1에 있어서,
    상기 운용장치는 비행장치 및 촬영영역이동장치와 원격지에 위치하거나 상기 촬영영역이동장치 상에 위치하는 것,
    을 특징으로 하는 하천 정보 분석 시스템.
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