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문제 정의
- 본 연구에서 연구의 내용적 범위는 초경량무인기항공기 사진측량, 사진측량성과와 지상측량과의 정밀도 비교, 그리고 연구방법은 문헌조사와 실험연구로 설정하였다. 본 연구 목적은 지적 필지경계 점에 대공표지를 설치하고 UAV 사진촬영으로 항공삼각측량 정확도, 지상측량성과와의 성과 비교 등을 통해 지적업무에의 적용성을 검토하였다.
- 본 연구는 최근 다양한 분야에서 적용이 시도되고 있는 초경량고정익무인항공기 사진측량의 정사영상의 정확도를 평가하고자 하였다. 그리고 항공삼각측량 및 위치정밀도 평가, 그리고 지적 필계점 좌표를 이용한 면적 비교를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- (3) 개별 측정기법에 따른 필지면적 분석결과, 현지복원경계점에 대해 UAV사진측량의 정사영상을 이용하여 시각판독기법으로 취득한 좌표면적과 지적 공부대장면적을 서로 비교하였다. 대장면적을 기준으로 UAV 사진측량 성과와 비교결과 차이가 1.
- 본 항공삼각측량 수행과정에서는 Blunder Detection 과정을 통하여 과대오차를 소거한 후 최종과정에서 잔차값을 줄이기 위하여 잔차 값이 큰 점들에 대하여 관련된 영상을 각각 열어 해당 점들이 제대로 올바른 위치에 있는지 확인하고 수정하는 작업을 수행한다. 그리고 SOLVE 모듈에서 공선조건식 변수 입력 후 이러한 작업을 반복수행하여 오차값이 1/2~1영상소 오차 이내로 들어오도록 조정한 후 작업을 종료하였다. 여기서 Fig.
- 2(b)). 그리고 이 성과를 점검하기 위해 Network-RTK와 토탈스테이션(T/S)으로 지상측량을 수행하였다. Network-RTK 지상측량은 Leica ATX1230+GNSS 에 의해 진행되었으며 정지모드(static mode) 에서 평면위치정확도 0.
- 본 연구는 최근 다양한 분야에서 적용이 시도되고 있는 초경량고정익무인항공기 사진측량의 정사영상의 정확도를 평가하고자 하였다. 그리고 항공삼각측량 및 위치정밀도 평가, 그리고 지적 필계점 좌표를 이용한 면적 비교를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 다음은 대공표지가 설치된 필지경계점의 위치를 구하기 위해 무기준점(GPS/INS에 의한 외부표정요소만 사용한 경우) 과 기준점을 이용한 항공삼각측량을 각각 수행한 뒤 시각판독법(on-screen digitizing) 으로 좌표측정을 수행하였다. “시각판독법”은 새로운 레이어(layer) 나 주제(themes)를 얻기 위하여 스캔된 영상이나 도면으로부터 객체정보를 육안으로 판단하여 따라가며 도형정보를 얻는 방식이다.
- 6)에서 항공삼각측량 자료처리는 다중센서 삼각측량(Multi-Sensor Triangulation) 모듈을 이용하여 수행한다. 먼저 프로젝트 파일을 생성하는 과정에서 좌표정의를 실시하고 카메라 내부표정요소와 GPS/INS 데이터를 입력한 후 SET UP - APM - IPM - Blunder Detection-SOLVE의 과정을 통해 최종적으로 항공삼각측량 성과를 얻었다. 여기서 Fig.
- 본 연구에서 UAV 분류는 가격이나 적재하중(payload)을 고려하였으며, 특히 센서 유무(GPS, GPS/INS), 기하보정(Georeferencing) 방식(후처리/직접), 실시간기능 등을 고려하여 UAV를 분류하는 방식을 소개하였다(Eisenbeiss, 2010)(Table 1).
- 본 연구에서 연구의 내용적 범위는 초경량무인기항공기 사진측량, 사진측량성과와 지상측량과의 정밀도 비교, 그리고 연구방법은 문헌조사와 실험연구로 설정하였다. 본 연구 목적은 지적 필지경계 점에 대공표지를 설치하고 UAV 사진촬영으로 항공삼각측량 정확도, 지상측량성과와의 성과 비교 등을 통해 지적업무에의 적용성을 검토하였다.
- 현재 대부분 GPS/INS로 결정한 항공영상의 외부표정요소를 이용하여 최소의 기준점만으로 광속조정법(bundle adjustment) 으로 항공삼각측량을 수행하고 있다. 본 연구에서는 영상처리 소프트웨어인 Socetset (ver.5.6) 을 이용하여 UAV로 촬영된 6장의 사진에 대한 항공삼각 측량을 실시하였다.
- 6)에 의한 항공삼각측량 처리 흐름도를 보여주고 있다. 본 항공삼각측량 수행과정에서는 Blunder Detection 과정을 통하여 과대오차를 소거한 후 최종과정에서 잔차값을 줄이기 위하여 잔차 값이 큰 점들에 대하여 관련된 영상을 각각 열어 해당 점들이 제대로 올바른 위치에 있는지 확인하고 수정하는 작업을 수행한다. 그리고 SOLVE 모듈에서 공선조건식 변수 입력 후 이러한 작업을 반복수행하여 오차값이 1/2~1영상소 오차 이내로 들어오도록 조정한 후 작업을 종료하였다.
- 본 항에서는 UAV 사진측량에 의한 정사영상을 이용해 시각판독법으로 취득한 좌표면적, Network-RTK 및 T/S 지상측량으로 산정한 좌표면적, 그리고 지적의 공부대장면적과 확정성과 면적을 서로 비교하였다. 대장면적(933.
- 본 항에서는 현장복원 된 필지경계점 말뚝에 설치된 대공표지 좌표를 UAV 정사영상(정사사진 GSD 20cm, 항공사진의 자동영상정합으로 생성한 DEM 해상력 50cm×50cm)과 지상측량(NetworkRTK 및 T/S 측량) 으로 측정하여 위치정밀도를 비교하였다.
- 여기서 필계점의 위치좌표는 2가지 방식 – 즉 첫 번째, GPS/INS에 의한 초기 외부표정요소(EO: Exterior Orientation) 값으로 항공삼각측량 수행 후 측정한 대공표지 위치좌표(Table 5), 두번째, GCP를 이용한 항공삼각측량 수행 후 시각판독법에 의한 대공표지 위치좌표를 측정하였다(Table 6).
- 정사영상에서 사진판독법으로 측정한 경계점의 위치정확도를 검증하고 관측오차를 최소화하기 위해 현장경계복원 후 필지경계에 대공표지(가로×세로, 20cm×20cm)를 설치하였다(Fig.
대상 데이터
- 2(a)), 그리고 StrectchoutTM 등의 S/W로 구성되어 있다. 사진촬영은 사전비행 계획에 따라 고도 약 250m, 종횡중복도 약 75%, 그리고 비행시간은 이륙에서 착륙까지 약 20분이 소요되었으며, 촬영사진 수는 약 288장이며, 이 중 6장사진이 영상처리 및 분석에 사용되었다. 참고로 실험당시 강풍이 있어 UAV비행이 매우 불확실한 상황이었다.
- 실험대상지는 고정익 UAV의 특정 상 비행 시 주위에 장애물이 없어 충분한 안정성이 확보될 수 있는 곳, 지적업무와 연계가능한 곳, 사진측량성과를 검증하기 위해 Network-RTK GPS와 Totalstation 지상측량장비에 의한 지적측량성과가 구비되어 있는 곳 등을 고려한 결과, 대부분이 농경지로 구성된 지적재조사 선행사업지역이 선정되었다(Fig. 1).
- 실험에 사용된 UAV는 벨기에 Gatewing X-100 제품으로 이 시스템은 발사대(launcher), 여분의 기체(extra body), 지상제어국(ground control station), 모뎀(modem), 카메라(calibrated digital camera), 배터리 충전기(battery charger), 배터리 등의 주요 H/W(Fig. 2(a)), 그리고 StrectchoutTM 등의 S/W로 구성되어 있다.
성능/효과
- (1) UAV 사진측량에서 6개 GCP와 13개 접합점을 이용하여 항공 삼각측량을 수행한 결과, RMSE X=0.068m, RMSE Y=0.118m, RMSE Z=0.080m, Omega=-0.068″, Phi=-0.087″, Kappa=0.029″, Total RMSE = 0.158m로 나타났다.
- 본 항에서는 현장복원 된 필지경계점 말뚝에 설치된 대공표지 좌표를 UAV 정사영상(정사사진 GSD 20cm, 항공사진의 자동영상정합으로 생성한 DEM 해상력 50cm×50cm)과 지상측량(NetworkRTK 및 T/S 측량) 으로 측정하여 위치정밀도를 비교하였다. 개별측정기법에 따른 좌표 비교결과, UAV 사진측량의 정사영상(이하, UAV 사진측량) 에 대한 좌표측정값과 T/S 측량의 평면위치차이의 RMSE △X=0.205m, RMSE △Y=0.294m, UAV 사진측량과 Network-RTK 측량에 의한 평면위치차이의 RMSE △X=0.174m, RMSE △Y=0.298m, 그리고 UAV 사진측량과 지적확정성과와의 평면위치차이의 RMSE △X=0.202m, RMSE △Y=0.295m 로 X, Y 방향으로 일정한 편위(X 방향 편위 범위 0.174m~0.205m, Y 방향 편위 범위 0.294m~0.298m)를 나타났다.
- (3) 개별 측정기법에 따른 필지면적 분석결과, 현지복원경계점에 대해 UAV사진측량의 정사영상을 이용하여 시각판독기법으로 취득한 좌표면적과 지적 공부대장면적을 서로 비교하였다. 대장면적을 기준으로 UAV 사진측량 성과와 비교결과 차이가 1.0711m2로 실험대상지 1필지 허용면적 24.778m2 이내에 해당하는 것으로 나타났다.
- 먼저 항공삼각측량은 지상기준점 6개와 접합점(tie points) 13개를 이용하여 결과를 도출하였으며 RMSE X=0.068m, RMSE Y=0.118m, RMSE Z=0.080m, Omega=-0.068″ Phi=-0.087″, Kappa=0.029″, Total RMSE = 0.158 m로 나타났다.
- 여기서 필계점의 위치좌표는 2가지 방식 – 즉 첫 번째, GPS/INS에 의한 초기 외부표정요소(EO: Exterior Orientation) 값으로 항공삼각측량 수행 후 측정한 대공표지 위치좌표(Table 5), 두번째, GCP를 이용한 항공삼각측량 수행 후 시각판독법에 의한 대공표지 위치좌표를 측정하였다(Table 6). 이상의 실험결과를 정리해보면, 지상측량성과와 무기준점 항공삼각측량 수행 후 얻은 평면위치좌표차의 RMSE X=2.964m Y=1.533m, 그리고 지상측량성과와 GCP를 이용한 항공삼각측량 후 얻은 평면위치좌표차의 RMSE △X=0.114m △Y=0.144m이다.
후속연구
- 이 값들은 지적측량시행규칙 제27조 지적측량성과의 결정에서 경계점좌표등록부 시행지역의 경계점에 대한 지적측량성과와 검사 성과의 연결교차 # 허용범위인 10cm를 벗어났지만, 이 값은 정사영상의 출력 해상력 개선, 고해상 수치표고 도델 적용을 통해 지적현황측량에 적용가능성도 점검해 볼 필요가 있다. 그러나 이 성과들은 지적 필계점에 대공표지를 설치하고 얻은 성과로 자연경계가 대부분인 지적의 경우 UAV의 적용을 위해서 더욱 많은 연구가 필요할 것이다.
- 위에서 도출된 위치정밀도와 면적 비교 등 성과분석을 통해 지도제작 등 정밀작업을 요구하는 부분에 UAV 사용을 위해서 카메라 캘리브레이션, 지상기준점 배치, 수치표고모델 정확도 개선 및 항공삼각측량 정확도 개선 등 다양한 요건을 고려한 연구가 지속되어야 할 것으로 판단된다.
- 향후 초경량무인항공기의 장점인 저고도 비행에 의한 고해상 영상 취득과 고정밀 정사영상 생성 등을 통해 매핑(mapping) 정확도 평가 부문, GPS/INS 등 센서결합부문, 영상처리부문 및 재해재난 등 위험지역 및 비접근지역에서의 응용방안 마련 등 심도 있는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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