무인항공기는 운용비용이 저렴하고 데이터를 신속하게 취득할 수 있는 장점이 있기 때문에 재해지역의 분석, 지도제작 등과 같은 국토모니터링 분야에 효과적으로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 무인항공기의 국토모니터링분야 적용가능성을 평가하기 위해서 지도제작과 관련된 법 제도를 검토하고 개선방안을 제시하였다. 또한 수시갱신용 지도제작 및 재난 재해분야 적용 가능성을 살펴보기 위하여 무인항공기 영상을 취득 후 자료처리를 수행하고 정확도를 평가하였다. 자료처리결과 GPS/INS자료만을 이용했을 경우 약 10m, 지상기준점을 이용했을 경우 10cm의 오차를 보였으며, 따라서 국토모니터링분야에 무인항공기를 효과적으로 활용이 가능함을 알 수 있었다.
무인항공기는 운용비용이 저렴하고 데이터를 신속하게 취득할 수 있는 장점이 있기 때문에 재해지역의 분석, 지도제작 등과 같은 국토모니터링 분야에 효과적으로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 무인항공기의 국토모니터링분야 적용가능성을 평가하기 위해서 지도제작과 관련된 법 제도를 검토하고 개선방안을 제시하였다. 또한 수시갱신용 지도제작 및 재난 재해분야 적용 가능성을 살펴보기 위하여 무인항공기 영상을 취득 후 자료처리를 수행하고 정확도를 평가하였다. 자료처리결과 GPS/INS자료만을 이용했을 경우 약 10m, 지상기준점을 이용했을 경우 10cm의 오차를 보였으며, 따라서 국토모니터링분야에 무인항공기를 효과적으로 활용이 가능함을 알 수 있었다.
UAV(Unmanned Aerial vehicle) could be effectively applied in a field of land monitoring for analyzing disaster area and mapping, because it can quickly acquire image data at low costs. For this reason, we reviewed the legal system related to mapping, and proposed suggestions for improving in legal s...
UAV(Unmanned Aerial vehicle) could be effectively applied in a field of land monitoring for analyzing disaster area and mapping, because it can quickly acquire image data at low costs. For this reason, we reviewed the legal system related to mapping, and proposed suggestions for improving in legal system, due to introducing the UAV to Korean land-monitoring through this paper. Also, we evaluated spatial and time accuracy of the digital map, which are generated from UAV images that were taken for occasional map updates and disaster detections. As a result, the mean error is about 10m if only GPS/INS data used, while using GCP(Ground Control Points) it is about 10cm. Therefore, we conclude that the UAV could be effective method in korea land-monitoring field.
UAV(Unmanned Aerial vehicle) could be effectively applied in a field of land monitoring for analyzing disaster area and mapping, because it can quickly acquire image data at low costs. For this reason, we reviewed the legal system related to mapping, and proposed suggestions for improving in legal system, due to introducing the UAV to Korean land-monitoring through this paper. Also, we evaluated spatial and time accuracy of the digital map, which are generated from UAV images that were taken for occasional map updates and disaster detections. As a result, the mean error is about 10m if only GPS/INS data used, while using GCP(Ground Control Points) it is about 10cm. Therefore, we conclude that the UAV could be effective method in korea land-monitoring field.
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문제 정의
이를 위해서 본 연구에서는 무인항공기에서 취득된 데이터를 분석하여 평면 정확도를 확인하였다. 또한 이 데이터의 처리 결과를 바탕으로 재해지역 및 수시갱신에 활용하기 위한 무인항공기 적용가능성을 평가하였다.
무인항공기를 이용하여 자연재해 및 수시갱신분야에 적용하기 위해서는 정확도뿐만 아니라 시간적인 측면도 고려되어야 하며, 따라서 본 연구에서는 무인항공기를 이용하여 영상을 취득하고 무 기준점 자료처리를 수행하는데 소요되는 시간을 평가하였고, 그 결과는 Table8와 같다. Table 8의 자료처리 공정에서 카메라 캘리브레이션의 단계는 검증이 완료된 상태라면 데이터를 취득할 때마다 수행할 필요는 없으므로 소요시간을 생략할 수 있다.
무인항공기를 이용하여 재난·재해, 수시갱신과 같은 지도제작용으로 활용하기 위해서 먼저 관련 법제도를 검토가 필요하며, 이를 위해서 본 연구에서는 항공법 외에 관련 법 및 규정들을 검토하였다.
본 연구는 최근 활용도가 높은 무인항공기 항공촬영기술을 이용하여 효율적인 국토모니터링을 수행할 수 있는지에 대한 연구이며, 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 무인항공기의 정확도를 평가하기 위해서 수원시 영통구 지역에 대해 무인항공기 촬영을 수행하고 촬영 후 처리에 걸리는 시간 및 정확도를 분석하여 무인항공기의 공간정보 활용가능성을 분석하였다. 연구지역 촬영에 사용한 무인항공기는 스웨덴 고정익 SmartOne장비이고, 사용한 카메라는 Canon S95모델이다.
향후 무인항공기가 국내의 다양한 분야에 활용이 되고 많은 기여를 하기 위해서는 기본적인 연구를 통하여 제도화되고 관련 법규와 작업규정이 제작되어야 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 무인항공기에서 취득된 데이터를 분석하여 평면 정확도를 확인하였다. 또한 이 데이터의 처리 결과를 바탕으로 재해지역 및 수시갱신에 활용하기 위한 무인항공기 적용가능성을 평가하였다.
제안 방법
무인항공기 촬영 후 취득된 영상에 대하여 항공 삼각측량을 수행하고 정사영상을 제작하여 정확도를 비교하였다. 재난·재해가 발생한 지역에 대해서는 지상기준점과 같은 공간정보를 취득하기 어렵기 때문에 기준점 없이 GPS/INS 초기치를 외부표정요소로 활용하여 생성된 성과물의 정확도를 평가하고, 검사점을 이용하여 항공 삼각측량을 수행한 결과를 비교 하였다.
본 연구에서 사용된 카메라 내부표정요소는 Table 2의 chess-board를 실내촬영 한 후에 PhotoModeler S/W의 camera calibration을 수행하여 도출하였으며, 축별 주점 거리(fx, fy), 주점좌표(cx, cy) 및 왜곡량 계수는 Table 2와 같다.
이 연구를 통해 최적의 감시 방안을 제시하였고, 새로운 시설물 관리 기법의 방안을 제시하였다. 뿐만 아니라 성우엔지니어링, 유콘시스템에 의해서 송전탑 점검임무를 시범 실시하여 활용에 대한 가능성을 제시하였다.
(2008)은 무인항공기를 이용하여 지도제작을 수행하였다. 사용된 무인항공기는 Yamaha RMAX 모델이며 IMU센서와 GPS 수신기를 장착한 회전익으로 촬영시 위치 정확도를 평가하기 위해서 GPS를 이용한 칼만필터와 SLAM 추정치를 이용하여 평가하였다. 중국의 Lin(2008)은 무인항공기를 이용하여 공간정보구축 및 지도제작을 실시하였으며, 비행체는 무인비행기와 무인비행선을 이용하였으며 카메라는 초광각으로 4방향 촬영 후 하나의 영상으로 모자이크하여 작업을 수행하였다.
위치정확도는 기준점을 사용하여 항공 삼각측량을 수행한 결과와 기준점 없이 GPS/INS 초기치로 제작한 정사영상에 대하여 분석하였다. Table 6은 분석 결과를 나타내고 있다.
현재의 전력 시설물 감시는 지상에서 육안으로 실시하여 정비를 판단하고 있다. 이 연구를 통해 최적의 감시 방안을 제시하였고, 새로운 시설물 관리 기법의 방안을 제시하였다. 뿐만 아니라 성우엔지니어링, 유콘시스템에 의해서 송전탑 점검임무를 시범 실시하여 활용에 대한 가능성을 제시하였다.
재난·재해가 발생한 지역에 대해서는 지상기준점과 같은 공간정보를 취득하기 어렵기 때문에 기준점 없이 GPS/INS 초기치를 외부표정요소로 활용하여 생성된 성과물의 정확도를 평가하고, 검사점을 이용하여 항공 삼각측량을 수행한 결과를 비교 하였다.
재해 발생 직후부터 일 단위 작업절차와 내용을 살펴보면 먼저 “재해지도 작성기준 등에 관한 지침”에 의거 재해발생 후 1일 이내에 촬영을 실시하여 공간정보를 구축한다.
정사영상은 GPS/INS 초기치와 지상기준점을 이용한 항공 삼각측량의 결과를 이용하여 각각 제작하였고, 9개의 검사점을 정사영상과 중첩한 후 평면상에 발생한 위치오차를 분석 하였다. 다음 Fig.
사용된 지상기준점에 대한 좌표는 Table 3과 같고, 좌표계는 UTM(Universal Transverse Mercator)투영법을 사용하였고, 정표고는 Korea 2000 Datum을 사용하였다. 정확도 평가를 위한 검사점은 기준점 외의 점을 사용하여야 하지만 본 연구에서는 실험환경의 제한으로 인해 기준점을 검사점으로 이용하여 정사영상의 위치정확도를 검수하였다.
또한 발생 후 3일 이내에는 초동조사에 필요한 영상 및 중간성과물, 7일 이내에 피해면적산출, 정사영상 등을 소방방재청에 제공함을 원칙으로 한다. 추가적으로 7일 이후에는 국토지리정보원이 보유하고 있는 다양한 공간정보를 이용하여 피해지역에 대한 과거 영상과 비교분석을 실시하며 시계열적인 분석을 실시한다. 위에서 보듯이 항공사진측량을 이용한 재해 공간영상정보 취득과 재해정보지도 작성을 위한 법적 근거는 완비된 상태이다.
Yoon(2007) 은 무인헬기 기반에 화재 감시 시스템을 개발하고자 하였다. 특히 산불 감지를 통해 화재로 인한 피해를 최소화할 수 있게 테스트 베드상에서 실제 적용 실험을 실시하여 네트워크 기술 및 무인항공 기술을 접목한 새로운 형태의 화재 감지시스템을 제안하였다. Jang et al.
(2010)은 무인항공기를 활용 하여 3차원 공간정보 제작에 활용한 사례를 제시하였다. 특히 이 연구에서는 변화가 빈번히 발생하는 도시지역의 3차원 공간정보를 신속하게 취득하는 기법과 처리공정을 개발하여 제시하였고, 1/1,000 수치지형도 수시갱신에 적용하여 정량적인 분석을 실시함으로서 향후 공간정보 활용에 신뢰성을 향상시켰다. Cheon et al.
항공 삼각측량은 PhotoModeler S/W를 이용하여 수행하였고, 접합점은 자동으로 추출하였다. 아래 Fig.
대상 데이터
촬영 후 전처리는 Aerial Mapper, 후처리는 PhotoModeler S/W를 사용하였다. Fig. 2는 본 연구에서 사용한 무인항공기이며, 무인항공기의 재원은 Table 1과 같다.
4와 같다. 무인항공기의 영상은 무인항공기 촬영고도 약 250m에서 7스트립으로 43매, 지상해상도 약 5cm급으로 취득되었다. Fig.
(2010)은 저가의 무인항공기를 이용하여 유적지의 지도제작을 수행하였다. 사용된 무인항공기는 Pelican 모델이며, 카메라 거치대를 제작하여 연구를 수행하였다.
일본의 Nagai(2009)은 무인헬기에 GPS, IMU, 카메라, 레이저 스캐너 등을 장착하여 3차원 지도제작을 수행하였다. 연구에 사용된 무인헬기는 Fuji Heavy사에서 제작한 RPH2 모델이며, 장착된 GPS, IMU 센서를 이용하여 directgeoreferencing을 수행, 정밀한 3차원 지도를 제작하였다. 이탈리아의 Bendea et al.
본 연구에서는 무인항공기의 정확도를 평가하기 위해서 수원시 영통구 지역에 대해 무인항공기 촬영을 수행하고 촬영 후 처리에 걸리는 시간 및 정확도를 분석하여 무인항공기의 공간정보 활용가능성을 분석하였다. 연구지역 촬영에 사용한 무인항공기는 스웨덴 고정익 SmartOne장비이고, 사용한 카메라는 Canon S95모델이다. 촬영 후 전처리는 Aerial Mapper, 후처리는 PhotoModeler S/W를 사용하였다.
이론/모형
연구지역에 대한 항공 삼각측량을 수행하기 위하여 9점의 지상기준점을 사용하였으며, 지상기준점은 대상지역 전체에 분포하도록 취득하였다. 사용된 지상기준점에 대한 좌표는 Table 3과 같고, 좌표계는 UTM(Universal Transverse Mercator)투영법을 사용하였고, 정표고는 Korea 2000 Datum을 사용하였다. 정확도 평가를 위한 검사점은 기준점 외의 점을 사용하여야 하지만 본 연구에서는 실험환경의 제한으로 인해 기준점을 검사점으로 이용하여 정사영상의 위치정확도를 검수하였다.
성능/효과
둘째, 무인항공기는 처리시간 및 정확도에 따라 “신속공간정보구축”과 “정밀공간정보구축”으로 분류할 수 있다.
재해분야 UAV의 활용은 정확도 보다는 빠르고 신속하게 피해면적을 파악할 수 있는 데이터제작이 우선이다. 따라서 10m의 위치오차는 재난 및 재해와 같이 신속하게 공간정보를 구축하여 현장의 피해상황을 파악해야 하는 경우에 있어서 적용이 가능할 것으로 판단된다. 하지만 지도제작용으로 사용해야 할 경우에는 국토지리정보원의 지도제작 관련 규정을 만족하는 정확도가 확보되어야 한다.
무인항공기를 통해 구축할 수 있는 있는 공간정보를 위치정확도 및 제작시간에 따라 “신속 공간정보 구축”과 “정밀 공간정보 구축”으로 프로세스를 구분할 수 있으며, 신속 공간정보구축의 경우 지상기준점측량 없이 촬영 후 정사영상 제작이 가능하여 신속하게 공간정보 구축이 가능한 장점이 있는 반면 10미터 전후의 오차를 포함하는 것으로 나타났다.
셋째, 무인항공기의 활성화를 위해서는 국토지리정보원의 측량 관련법에 대하여 작업규정, 품셈이 제정되어야 한다. 공공측량에도 무인항공사진측량의 분야를 신설하여 무인항공기를 이용한 영상지도제작 및 수치지도 작성작업을 적용토록 해야 할 것이다.
이러한 기준에 비추어 본 연구에서 무인항공기를 이용하여 항공 삼각측량 및 정사영상을 제작해본 결과, 지상기준점을 사용할 경우 항공 삼각측량의 결과는 “항공 삼각측량 작업내규” 제 54조의 1/2,500 ~ 3,000도화축척을 만족한다.
정사영상의 경우 “영상지도 작업규정” 제 35조의 영상지도의 평면오차는 출력 시 도상 1.0mm이내의 규정에 의하여 1/1,000축척의 영상지도 제작이 가능한 것으로 나타났다(Table 7).
Table 6은 분석 결과를 나타내고 있다. 지상기준점 없이 항공삼각측량 모델링을 한 정사영상의 경우 약 10m전후의 정확도를 나타내었고, 지상기준점을 사용하여 항공삼각측량 모델링을 수행한 정사영상의 정확도는 표준편차가 10cm 이내로 나타났다. Table 7은 지상기준점의 유무에 따른 항공 삼각측량 및 정사영상 제작의 평균오차와 표준편차를 정리하여 나타낸 것이다.
첫째, 무인항공기의 비항측용 일반카메라와 GPS/INS 초기치를 이용하여 항공 삼각측량을 수행할 경우 정확도는 10m, 지상기준점을 이용하여 항공 삼각측량을 수행할 경우 정확도는 10cm 정도로 나타났다. 이를 바탕으로 무인항공기의 비항측용 카메라로 촬영한 영상에 대해서도 지상기준점을 이용할 경우 높은 정확도의 공간정보를 구축이 가능하다고 판단된다.
국내에서는 무인항공기의 관련된 기초연구로서 Kang(2010)은 회전익 항공기의 영상정보를 이용하여 이동물체를 자동으로 추적하고 지상으로 영상 및 기타의 자료를 실시간 전송하는 기술과 관련 이론에 대한 연구를 실시하였다. 특히, 영상 안정화 기법을 적용하여 색상정보에 대한 히스토그램 역투영 알고리즘과 CAMShift 알고리즘이 적용된 컬러기반 표적 추적 영상처리를 통해 정확한 표적인식 및 지속적인 추적 성능의 향상의 성과를 얻었다. Hong(2010)은 RGB 모델과 HSI 모델을 이용하여 추적 대상 객체 컬러를 지정하여, 객체 내의 잡음을 제거하기 위한 모핑 기법을 사용하여 이동체에 대한 추적 시스템을 제안하였다.
후속연구
셋째, 무인항공기의 활성화를 위해서는 국토지리정보원의 측량 관련법에 대하여 작업규정, 품셈이 제정되어야 한다. 공공측량에도 무인항공사진측량의 분야를 신설하여 무인항공기를 이용한 영상지도제작 및 수치지도 작성작업을 적용토록 해야 할 것이다.
따라서 재난·재해와 같은 신속하고 빠른 자료획득 및 피해상황을 파악하는 용도로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
본 연구에서 사용한 무인항공기 및 카메라로 취득된 데이터로부터의 성과만으로 평가결과를 일반화하기에는 무리가 따르며, 국토모니터링 분야에 무인항공기를 보다 체계적으로 활용을 위해서는 무인항공기 및 탑재 카메라에 대한 성능기준 등이 조속히 마련되어야 할 것으로 판단되다.
재난·재해의경우 재해정보지도 작성을 위한 근거가 마련되어 있는 반면 지도제작용으로 무인항공기의 활용은 이제 시작 단계이므로 국토지리정보원에서 관련 규정 및 품셈 등이 마련되어야 하고 공공측량규정에도 무인항공사진측량의 내용이 포함되어야 할 것으로 사료된다.
무인항공기로부터 취득된 데이터를 지도제작용 데이터로 활용을 하기 위해서는 무인항공기의 카메라 제원과 같은 정확한 데이터가 필요하다. 향후 무인항공기가 국내의 다양한 분야에 활용이 되고 많은 기여를 하기 위해서는 기본적인 연구를 통하여 제도화되고 관련 법규와 작업규정이 제작되어야 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 무인항공기에서 취득된 데이터를 분석하여 평면 정확도를 확인하였다.
이를 바탕으로 무인항공기의 비항측용 카메라로 촬영한 영상에 대해서도 지상기준점을 이용할 경우 높은 정확도의 공간정보를 구축이 가능하다고 판단된다. 향후 무인항공기도 높은 정확도를 요구하는 다양한 지도제작 장비로 활용하는 것이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무인 항공기(UAV: unmanned Aerial Vehicle)란 무엇인가?
무인 항공기(UAV: unmanned Aerial Vehicle)는 사람이 탑승하지 않는 항공기를 의미한다. 우리나라의 항공법상에서는 “사람이 탑승하지 아니하는 것으로 무인동력비행장치의 경우 연료의 중량을 제외한 자체중량이 150킬로그램 이하인 무인항공기 또는 무인회전익비행장치, 무인비행선의 경우 연료의 중량을 제외한 자체 중량이 180킬로그램 이하이고, 길이가 20미터 인하인 무인비행선”으로 규정되어 있다.
무인항공기의 장점은?
무인항공기는 운용비용이 저렴하고 데이터를 신속하게 취득할 수 있는 장점이 있기 때문에 재해지역의 분석, 지도제작 등과 같은 국토모니터링 분야에 효과적으로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 무인항공기의 국토모니터링분야 적용가능성을 평가하기 위해서 지도제작과 관련된 법 제도를 검토하고 개선방안을 제시하였다.
우리나라 항공법상 무인 항공기(UAV: unmanned Aerial Vehicle)의 규정은?
무인 항공기(UAV: unmanned Aerial Vehicle)는 사람이 탑승하지 않는 항공기를 의미한다. 우리나라의 항공법상에서는 “사람이 탑승하지 아니하는 것으로 무인동력비행장치의 경우 연료의 중량을 제외한 자체중량이 150킬로그램 이하인 무인항공기 또는 무인회전익비행장치, 무인비행선의 경우 연료의 중량을 제외한 자체 중량이 180킬로그램 이하이고, 길이가 20미터 인하인 무인비행선”으로 규정되어 있다. 무인 항공기는 비교적 가격이 저렴하고, 운용이 용이하기 때문에 과거 주로 정찰, 표적을 위한 군사용으로 많이 사용되어 왔으나, 최근에는 농업분야, 어업분야, 기상관측분야, 통신분야, 엔터테인먼트 분야 등에서 광범위하게 사용되고 있다.
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