[논문]카메라 관측 시스템을 이용한 조간대 3차원 지형 관측

김태림

초록
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조석 주기 동안에 시간에 따라 위치가 변하는 수륙 경계선은 조간대 지형을 측정하는 보조 자료로 활용될 수 있다. 즉 밀물 시 연속적으로 촬영된 영상으로부터 추출된 수륙경계선의 표고는 해수면 변화 자료를 이용하여 등심선으로 이용할 수 있으며 등심선의 수평거리는 영상 기하보정 처리를 통하여 정량적인 값으로 변환할 수 있다. 이러한 관측 기술을 서해안의 대이작도 큰풀안 백사장에 적용하였다. 조간대에서의 자연적인 수위변화를 이용하는 영상 관측 기법은 정확도가 높으며 또한 시간과 경제적인 측면에서 유리하다. 이러한 기술은 3차원 수조에서 연안지형 변화를 연구하는 물리모형 실험에서 시간별 지형 변화를 관측하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

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Time series of waterline changes during a flood/ebb cycle can be utilized for supplementary data for measuring bottom topography. The waterlines extracted from consecutive images are substituted for depth contours using water level data. The distances between contours are quantified through a rectif...

Time series of waterline changes during a flood/ebb cycle can be utilized for supplementary data for measuring bottom topography. The waterlines extracted from consecutive images are substituted for depth contours using water level data. The distances between contours are quantified through a rectification image process. This technique is applied to the Keunpoolan beach in the Daeijak Island near Incheon. A camera monitoring technique supported by natural water level changes produces bottom topography with high precision. It is also less time consuming and more economical. The technique also can be utilized effectively to the physical modeling f3r measuring bottom changes in the three dimensional basin.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이러한 기법을 갯벌에 적용하기에 앞서서 상대적으로 그 폭이 좁고 관측이 용이한 인천의 대이작도의 큰풀안 조간대 백사장에 적용하여 그 문제점을 살펴보고 향후 갯벌 적용시 개선하여야 할 사항들을 살펴본다.

가설 설정

2000). 즉 한 지역에 대하여 여러 조석 주기에 촬영된 영상을 통합하여 각각의 영상에 나타난 수륙 경계선은 곧 등심선을 나타낸다는 가정하에 갯벌 지형정보를 획득하는 것이다. 이 방법은 짧은 기간동안에 여러 조석 주기에 걸쳐서 촬영된 영상들이 집중되어 있는 경우에는 효과적이나 그렇지 않은 경우 동시에 관측된 위성자료가 아니라는 점에서는 취약하다.

제안 방법

또한 시간에 따른 수륙경계선 높이의 변화를 알 수 있도록 그에 대한 관측이 수행되어야 한다. 관측 영상에서 영상처리를 통하여 수륙경계선을 추출하며 이 추출된 경계선을 기하보정 함으로써 등수심도 작성에 필요한 XXZ의 3차원 좌표를 얻는다. Fig.
사용된 카메라는 올림푸스사에서 제작한 모델 C-5060wz로서 촬영된 영상은 2272 XI704 화소 크기를 갖는다. 백사장 전체를 관측하기 위해서는 최소한 2대 이상의 복수의 카메라를 사용하거나 혹은 보다 고지대에서의 촬영이 필요하나 본 관측에서는 여건상 1대의 카메라만을 사용하여 해빈으로부터 약 21m 의 고도에서 촬영하였다.
둘째, 이러한 해안 지역에는 정확한 영상 관측에 필요한 고도가 충분하지 않25로 경사촬영시 먼 곳은 더 많은 왜곡이 발생하게 된다. 셋째, 본 연구에서 사용한 기법은 추출된 등심선들의 사이 구간에 대해서는 내삽에 의하여 수심을 산출하게 된다. 그러나 실제 지형이 불규칙한 지형이라면 지역에 따라 큰오차가 발생할 수 있다.
경사 촬영된 영상을 기하보정하기 위해서는 카메라의 경사각과 같은 표정 계수를 구해야 한다. 이를 위해서 광파측정기와 같은 측기를 사용하여 카메라에 나타나는 일정한 지점들과 동일한 현장지상기준점에 대한 관측을 실시한다. 또한 시간에 따른 수륙경계선 높이의 변화를 알 수 있도록 그에 대한 관측이 수행되어야 한다.
이러한 대조시에는 넓은 조간대 관측이 가능하다. 저조 (오전 11시 12분)에서 고조(오후 5시 36분)에 이르는 약 6시간 동안 10 분 간격으로 연속적으로 촬영하였으며 동시에 GCP 관측도 이루어졌다. 사용된 카메라는 올림푸스사에서 제작한 모델 C-5060wz로서 촬영된 영상은 2272 XI704 화소 크기를 갖는다.

대상 데이터

본 관측방법의 현장적용을 위하여 1차로 그 조간대 폭이 상대적으로 좁고 최근 해사 채취로 인한 백사장 유실이 문제가 되고 있는 인천 대이작도의 큰풀안 해빈에서관측을 수행하였다. Fig.
저조 (오전 11시 12분)에서 고조(오후 5시 36분)에 이르는 약 6시간 동안 10 분 간격으로 연속적으로 촬영하였으며 동시에 GCP 관측도 이루어졌다. 사용된 카메라는 올림푸스사에서 제작한 모델 C-5060wz로서 촬영된 영상은 2272 XI704 화소 크기를 갖는다. 백사장 전체를 관측하기 위해서는 최소한 2대 이상의 복수의 카메라를 사용하거나 혹은 보다 고지대에서의 촬영이 필요하나 본 관측에서는 여건상 1대의 카메라만을 사용하여 해빈으로부터 약 21m 의 고도에서 촬영하였다.

성능/효과

이러한 오차의 발생은 여러 가지 요인이 있을수 있으나 대략 다음과 같이 요약 할 수 있다. 첫째, 한대의 카메라로 전체 조간대를 관측하므로 원점으로부터 거리가 떨어진 지역은 상대적으로 적은 화소수로 표현되어 정밀한 지형 관측이 어렵다. 둘째, 이러한 해안 지역에는 정확한 영상 관측에 필요한 고도가 충분하지 않25로 경사촬영시 먼 곳은 더 많은 왜곡이 발생하게 된다.

후속연구

앞에서 보인 예와 같이 하나의 카메라로 전체의 조간대를 한번에 관측하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서 복수의 카메라를 이용한 영상 관측이 이루어져야 할 것이며 이를 통하여 영상이 겹치는 부분에 대해서는 스테레오 영상기법을 활용 3차원 지형정보도 획득/검증할 수 있을 것으로 보인다. 마지막으로 수륙경계선에 대한 정확한 수위를 관측흐].
본 연구에서 개발한 영상을 이용한 간접 지형 측정 방식은 큰풀안 백사장과 같은 서해안 조간대 백사장뿐만 아니라 직접 관측이 어려운 갯벌 환경의 경우에도 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 보인다. 그러나 보다 정확한 관측을 위해서는 결과에서 언급한 오차를 감소시키기 위한 개선이 필요하며 특히 다음과 같은 현장에서의 어려움을 극복하여야 한다.
그러나 실제 지형이 불규칙한 지형이라면 지역에 따라 큰오차가 발생할 수 있다. 오차에 대한 보다 정확한 분석은향후 더 많은 실험과 관측을 통하여 이루어질 계획이다.
갯벌 조간대와 같은 넓은 지역에 물이 들어올 때는 수면 경사가 발생할 것으로 보이며 이를 해결하기 위해서는 두개 이상의 수압계를 이용하여 보정함으로써 보다 정확한 수심을 산출할 필요가 있다. 향후 이와 같은 문제점들을 보완한 실험을 시행하여 그 자료를 서로 비교 분석함으로써 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 보인다. 또한 이러한 기술을 이용하여 대형 3차원 수조에서 해저 혹은 강바닥에서의 지형 변화에 대한 물리 모형실험시 수조내의 수위를 변경시키면서 시간에 따른 지형 변화를 효과적으로 관측할 수 있다.

참고문헌 (7)

김태림, 이광수, 서경덕 (1998). 비디오 모니터링을 이용한 연안 환경 관측 기술에 관한 고찰. 한국해안.해양 공학회지, 10(1), 45-53
김태림 (2003). 원격 무인 자동 영상 관측 시스템을 활용한 해안선 변화 관측.및 분석. 대한 원격탐사학회지, 19(2), 99-106

원문보기 상세보기
류주형, 조원진, 원중선, 이인태, 전승수, 서애숙, 김금란 (2000). 원격탐사 자료로부터 해안선 추출에 의한 조간대 DEM 생성. 대한 원격탐사학회, 16(3), 221-233
Bradley, D.M., Davidson, M.A., and Huntley, D.A. (2001). Measurements of the response ofa coastal inlet using video monitoring techniques. Marine Geology, 175, 251-272

상세보기
Mikhail, E.M., Bethel, J.S. and Mcglone, J.C. (2001). Introduction to Modem Photogrammetry. John Willy & Sons, New York, NY
Nathaniel, G.P. and Holman, R.A. (1997). Intertidal beach profile estimation using video images. Marine Geology, 140, 1-24

상세보기
Stefan, G.J.A., Turner, I.L., Dronkers, T.D.T., Caljouw, M. and Nipius, L. (2003) A video-based technique for mapping intertidal beach bathymetry. Coastal Engineering, 49, 275-289

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