[논문]무인항공 사진측량을 이용한 3D 공간정보 취득

정성혁; 임형민; 이재기

무인항공 사진측량을 이용한 3D 공간정보 취득
Acquisition of 3D Spatial Information using UAV Photogrammetric Method 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.28 no.1, 2010년, pp.161 - 168

정성혁 (충북대학교 토목공학과) , 임형민 (충북대학교 토목공학과) , 이재기 (충북대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 무인항공기로 촬영한 영상을 이용하여 변화가 매우 빈번히 발생하는 도시지역의 3차원 정보를 신속하게 취득하는 기법을 제시하고 처리공정을 개발하였다. 연구에서 제안된 무인항공기를 이용한 사진측량기법은 저가의 무인항공기와 비측량용 카메라를 이용하였으며, 카메라 검정을 통하여 내부표정요소를 취득하였다. 연구 대상지역을 촬영한 영상자료와 기준검측량성과로부터 인공지물의 3차원 모형을 제작하였으며 토목공사로 인하여 변화가 발생한 지형을 대상으로 수치지형모형을 제작하였다. 1/1,000 축척의 수치지도 및 지상 기준점 측량성과와 비교하여 본 기법의 효용성을 분석하였으며 이상과 같은 연구를 통하여 3차원 가상도시 구축, 3D GIS 데이터베이스 갱신, 지형 지물 변화정보 추출 및 수치지도 수시갱신에 활용할 수 있는 가능성을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to propose a method that shall rapidly acquire 3D information of the fast and frequently changing city areas by using the images taken by the UAV photogrammetric method, and to develop the process of the acquired data. For this study's proposed UAV photogrammetric method, low-cost UAV and non-metric digital camera were used. The elements of interior orientation were acquired through camera calibration. The artificial 3D model of the artificial structures was constructed using the image data photographed at the target area and the results of the ground control point survey. The digital surface model was created for areas that were changed due to a number of civil works. This study also analyzes the proposed method's application possibility by comparing a 1/1,000 scale digital map and the results of the ground control point survey. Through the above studies, the possibilities of constructing a 3D virtual city model renewal of 3D GIS database, abstraction of changed information in geographic features and on-demand updating of the digital map were suggested.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 변화가 빈번하게 있어나는 도시지역 내 소규모 지역의 항공사진을 고가의 항공측량시스템 대신 경비가 적게 드는 무인항공기와 비측량용 카메라로 촬영하고 3차원 지형공간정보를 취득할 수 있는 기법 및 공정을 개발하고자 한다. 또한 다양한 실세계 정보변화를 수시갱신할 수 있는 체계로 발전시킴으로써 수치 지도 및 지형공간정보의 갱신시간을 줄이고 변화가 없는 지 역까지 한꺼번에 갱신하는 기존의 일괄갱신방식에서 발생하는 중복투자를 최소화하여 예산을 절감하는데 목적이 있다.
및 공정을 개발하고자 한다. 또한 다양한 실세계 정보변화를 수시갱신할 수 있는 체계로 발전시킴으로써 수치 지도 및 지형공간정보의 갱신시간을 줄이고 변화가 없는 지 역까지 한꺼번에 갱신하는 기존의 일괄갱신방식에서 발생하는 중복투자를 최소화하여 예산을 절감하는데 목적이 있다. 제안된 기법은 현지적용 실험을 통하여 지형과 지물의 3차원 공간정보를 취득하고 그 효용성과 정확성을 분석하였다.

제안 방법

1. 본 연구에서는 변화가 빈번하게 있어나는 도시지역 내 소규모 지역의 항공사진을 고가의 항공측량시스템 대신 경비가 적게 드는 무인항공기와 비측량용 카메라로 촬영하고 3차원 지형공간정보를 취득할 수 있는 기법 및 공정을 개발하였다.
대상지역의 항공사진을 촬영하기 위하여 Canon 5D Mark I 과 Canon 5D Mark II 카메라를 이용하였으며 그림 1과 같이 진동방지 짐벌에 설치하여 촬영시 진동의 영향을 최소화 하도록 하였다.
알 수 없다. 따라서 카메라 내부표정요소를 취득하기 위하여 카메라 검정을 실시하였으며Canon 5D Mark I 과 Canon 5D MarkH 의 내부표정요소를표 3과 같이 취득하였다.
또한, 지상관제소에서 항공사진 촬영범위를 확인하고 촬영을 효과적으로 제어하기 위하여 카메라 후레쉬 마운트에 촬영에 사용한 렌즈와 동일한 화각을 갖는 CCD 카메라를 설치하고 영상을 지상관제소로 전송하도록 하였다.
본 연구에서는 변화가 빈번하게 발생하는 도시내 소규모 지역의 항공사진을 무인항공기와 비측량용 카메라로 촬영하고 현지적용 실험을 통해 지형 . 지물의 3차원 공간정보를 취득한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
우선 지형의 큰 변화가 발생한 충북대학교 정문인근의 도로공사 현장에 대하여 지형변화가 발생하기 이전에 구축된 DTMe 그림 13과 같으며 2009년 촬영된 대상지역의 입체영상을 이용하여 열배관 이설을 위한 굴착작업으로 변화가 발생한 지역의 DTM을 제작하여 변화발생지 역의 3차원 공간정보를 그림 14와 같이 갱신하였다.
인공지물과 지형에 대한 자료를 처리한 결과 수치지도 및 기준점 측량성과와 비교를 통하여 연구에서 제시한 기법의 효용성 및 정확도를 분석하였다.
또한 다양한 실세계 정보변화를 수시갱신할 수 있는 체계로 발전시킴으로써 수치 지도 및 지형공간정보의 갱신시간을 줄이고 변화가 없는 지 역까지 한꺼번에 갱신하는 기존의 일괄갱신방식에서 발생하는 중복투자를 최소화하여 예산을 절감하는데 목적이 있다. 제안된 기법은 현지적용 실험을 통하여 지형과 지물의 3차원 공간정보를 취득하고 그 효용성과 정확성을 분석하였다.
촬영된 항공사진중 20매의 사진을 선별하여 자료처 리에 이용하였으며 카메라 내부표정요소와 선별된 항공사진, 6개의 기준점성과를 이용하여 상호표정, 절대표정을 실시하였다.
항공사진 표정 및 3차원 도화결과 정확도 비교를 위하여 지상 기준점 측량을 실시하였다. 지상기준점측량은 대상지역 인근 삼각점 및 도시기준점을 이용하여 토털스테이션 측량기법으로 실시하였으며 대상지역내 총 50 여개의 기준점을 선정하여 실시하였다.

대상 데이터

선정하였다. 대상지역은 1/1,000 수치지형도가 제작되어 있어 실험결과를 점검할 수 있고 최근 신축건물이 건설되었으며 토목 굴착공사가 실시되고 있어 지형에 변화가 있는 지역으로 제안된 기법의 효용성 및 정확도 분석에 적합한 것으로 판단되어 선정하였다.
대상지역의 2008년, 2009년 촬영된 영상을 비교하여 굴착 공사가 진행된 지역의 지형변화 정보를 취득하기 위하여 스테레오 영상을 이용한 영상정합 기법에 의해 그림 12와 같이 대상지역의 point cloud 데이터를 취득하였다.
또한, 지형 변화정보 취득에 따른 비교분석을 위하여 2008년 8월, 2009년 8월 두 차례에 걸쳐 그림 5, 그림 6과 같이 항공사진을 촬영하였다.
무인항공기를 이용한 항공사진 촬영 및 자료처리를 위한 대상지역으로 충북대학교 캠퍼스를 선정하였다. 대상지역은 1/1,000 수치지형도가 제작되어 있어 실험결과를 점검할 수 있고 최근 신축건물이 건설되었으며 토목 굴착공사가 실시되고 있어 지형에 변화가 있는 지역으로 제안된 기법의 효용성 및 정확도 분석에 적합한 것으로 판단되어 선정하였다.
무인항공기를 이용한 항공사진 촬영은 대상지역의 넓이와 무인항공기의 연료소비를 감안한 체공 가능 시간을 고려하여 무인항공기 이착륙지점을 그림 4와 같이 총 9개 지점을 선정하였다. 대상지역 내부 5지점에서 이륙한 무인항공기는 주로 수진사진을 촬영하고, 대상지역 외부 4지점에서는 경사사진을 촬영하도록 촬영 계획을 수립하였다.
본 연구에서는 이용한 무인항공기는 근거리 무인항공기로서 일본 Hirobo사에서 제작한 SST Eagle Freya Evolution을 이용하였으며 주요 재원은 표 2와 같다(Hirobo, 2010).
지상기준점과 인공지물의 3차원 도화를 실시함으로써 그림 8과 같이 대상지역의 3차원 공간데이터를 취득하였다.
지상기준점측량은 대상지역 인근 삼각점 및 도시기준점을 이용하여 토털스테이션 측량기법으로 실시하였으며 대상지역내 총 50 여개의 기준점을 선정하여 실시하였다.

성능/효과

2. 제안된 기법은 현지적용 실험을 통하여 인공지물의 경우 대상지역내의 123개의 건물중 108개의 건물을 도화할 수 있었으며 2008년 8월 이후 준공된 14개의 건물을 도화함으로써 수치지도 수시갱신에 중요한 자료로 이용할 수 있다.
3. 입체사진에 의한 영상정합기법으로 3차원 지형정보를 효과적으로 취득할 수 있었으며 다양한 실세계 정보변화를 수시갱신할 수 있는 체계로 발전시킴으로써 수치지도 및 지형공간정보의 갱신주기 및 갱신에 소요되는 시간을 줄이고 변화가 없는 지역까지 한꺼번에 갱신하는 기존의 일괄갱신방식에서 발생하는 중복투자를 최소화하여 예산을 절감할 수 있다.
2008 년 및 2009년 촬영된 항공사진을 확인한 결과 중첩비교에서 사용된 수치지도는 2008년에 제작된 것으로 그림 21과 같이 2008년 8월 당시 공사중이 었으나 2009년 준공되었기 때문이다. 이와 같이 수치지도에 누락된 건물 중 14 개 건물이 본 연구에서 새로 도화됨으로써 수치지도 수시갱신에 중요한 자료로 활용될 수 있음을 확인하였다.

참고문헌 (10)

김성삼 (2007), 무인헬기기반 영상정보취득체계에 의한 홍수재해 분석, 경상대학교 대학원 박사학위논문.
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정성혁, 임형민, 이재기 (2009), 디지털 카메라를 이용한 무인항공 사진측량의 정확도 분석, 한국측량학회지, 한국측량학회, 제27권, 제6호, pp. 741-747.

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Hirobo (2010), htto://model.hirobo.co.jp/.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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