최근 디지털 항공사진측량 분야에서 Direct Georeferencing 활용이 일반화되었으며, 이때 항공사진의 외부표정요소를 정확히 산출하기 위해 Boresight 검정이 필수적이다. 이 과정에서 높이에 대한 기준인 지오이드 모델을 사용하게 되는데, 지오이드 모델에 따라 Boresight 검정 결과가 다르게 나타날 수 있다. 본 연구에서는 Direct Georeferencing을 통한 외부표정요소 산출에 있어서 Boresight 검정시 지오이드 모델에 따라 그 값에 차이가 발생할 수 있음을 인지하고, 지오이드 모델이 Boresight 검정에 어떤 영향을 미치는지 세 가지 경우로 구분하여 실험하였다. 실험에 사용된 지오이드 모델은 EGM96, EGM08, KNGeoid14이며, 이에 따라 Boresight 검정을 통해 Datum Shift, Boresight Angle을 계산하였다. 또한 각각의 경우를 적용해 외부표정요소 산출 후 DPW(Digital Photogrammetry Worktation)를 이용해 지상기준점을 확인하였다. 본 연구를 통해 지오이드 모델에 따른 Boresight 검정 결과 Datum Shift에서 Z에서 차이가 있었으며, 외부표정요소에서 높이 Z와 회전량 Ω, Φ에서 차이를 보였다. 각각의 경우에서 수치도화기를 이용해 지상기준점과 비교한 결과 지오이드 모델에 따른 관측정확도의 차이는 3cm 내외로, 지오이드 모델이 Boresight 검정에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
최근 디지털 항공사진측량 분야에서 Direct Georeferencing 활용이 일반화되었으며, 이때 항공사진의 외부표정요소를 정확히 산출하기 위해 Boresight 검정이 필수적이다. 이 과정에서 높이에 대한 기준인 지오이드 모델을 사용하게 되는데, 지오이드 모델에 따라 Boresight 검정 결과가 다르게 나타날 수 있다. 본 연구에서는 Direct Georeferencing을 통한 외부표정요소 산출에 있어서 Boresight 검정시 지오이드 모델에 따라 그 값에 차이가 발생할 수 있음을 인지하고, 지오이드 모델이 Boresight 검정에 어떤 영향을 미치는지 세 가지 경우로 구분하여 실험하였다. 실험에 사용된 지오이드 모델은 EGM96, EGM08, KNGeoid14이며, 이에 따라 Boresight 검정을 통해 Datum Shift, Boresight Angle을 계산하였다. 또한 각각의 경우를 적용해 외부표정요소 산출 후 DPW(Digital Photogrammetry Worktation)를 이용해 지상기준점을 확인하였다. 본 연구를 통해 지오이드 모델에 따른 Boresight 검정 결과 Datum Shift에서 Z에서 차이가 있었으며, 외부표정요소에서 높이 Z와 회전량 Ω, Φ에서 차이를 보였다. 각각의 경우에서 수치도화기를 이용해 지상기준점과 비교한 결과 지오이드 모델에 따른 관측정확도의 차이는 3cm 내외로, 지오이드 모델이 Boresight 검정에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
Direct georeferencing has become widespread in the field of digital aerial photogrammetry; as a result, the boresight calibration has become an essential component of the procedure to calculating exterior orientation parameters of aerial photographs accurately. During this procedure, a reference is ...
Direct georeferencing has become widespread in the field of digital aerial photogrammetry; as a result, the boresight calibration has become an essential component of the procedure to calculating exterior orientation parameters of aerial photographs accurately. During this procedure, a reference is used for the height of the geoid model, and the calibration results can appear different depending on the geoid model. The exterior orientation parameters calculated through direct georeferencing during boresight calibration may have varied values according to the corresponding geoid model. With that in mind, the effects of the geoid model on the boresight calibration were analyzed through three different cases. The geoid models used in the experiments were EGM96, EGM08, and KNGeoid14, and, through boresight calibration, the datum shift and boresight angle for each model was computed. After calculating the exterior orientation of each case, the GCP (Ground Control Point) was verified using the DPW (Digital Photogrammetry Workstation). In each case, results in the boresight calibration acquired through the geoid model demonstrated a difference in the Z datum, the exterior orientation heights Z, and the rotation Ω and Φ. After utilizing the DPW in each case and comparing it to the GCP, the difference in accuracy in accordance with the geoid model was found to be within 3cm, and it was concluded that the geoid model did not have a significant impact on boresight calibration.
Direct georeferencing has become widespread in the field of digital aerial photogrammetry; as a result, the boresight calibration has become an essential component of the procedure to calculating exterior orientation parameters of aerial photographs accurately. During this procedure, a reference is used for the height of the geoid model, and the calibration results can appear different depending on the geoid model. The exterior orientation parameters calculated through direct georeferencing during boresight calibration may have varied values according to the corresponding geoid model. With that in mind, the effects of the geoid model on the boresight calibration were analyzed through three different cases. The geoid models used in the experiments were EGM96, EGM08, and KNGeoid14, and, through boresight calibration, the datum shift and boresight angle for each model was computed. After calculating the exterior orientation of each case, the GCP (Ground Control Point) was verified using the DPW (Digital Photogrammetry Workstation). In each case, results in the boresight calibration acquired through the geoid model demonstrated a difference in the Z datum, the exterior orientation heights Z, and the rotation Ω and Φ. After utilizing the DPW in each case and comparing it to the GCP, the difference in accuracy in accordance with the geoid model was found to be within 3cm, and it was concluded that the geoid model did not have a significant impact on boresight calibration.
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문제 정의
본 연구에서는 Boresight 검정 시 상이한 지오이드 모델을 사용할 경우 그 영향이 Boresight 검정에 어떤 결과를 가져오는지 연구하고자 한다. 또한, 본 연구에 적용할 수 있는 지오이드모델을 EGM96, EGM08, KNGeoid로 결정하고 이에 따라 나타나는 Boresight 검정 요소들의 변화량과 이를 통해 획득할 수 있는 EO의 차이를 알아보고자 다음과 같이 세 가지 연구방향을 결정하였다.
본 연구에서는 디지털 항공사진촬영 카메라인 DMC를 이용한 Boresight 검정 시 지오이드 모델에 따른 영향을 확인해 보았다. 이를 위해 3개의 지오이드 모델 EGM96, EGM08, KNGeoid14를 이용해 각각 Boresight 검정을 하였고, 그 결과 Direct Georeferencing으로 획득한 각각의 외부표정 요소를 이용해 DPW를 이용해 지상기준점을 관측하였다.
제안 방법
모델을 사용하여 표고로 변환된다. Boresight 검정 처리 역시 이와 같은 과정을 거치는데 GPS와 INS 신호 데이터와 함께 항공삼각측량을 통해 계산된 외부표정요소와 이때 관측된 영상좌표를 이용해 GPS와 INS 상의 좌표축을 일치시키기 위한 이격량을 계산한다. 이때 처리에 사용된 성과는 모두 표고를 높이의 기준으로 하고 있으며, 이를 위한 기준으로 지오이드 모델을 사용한다.
Boresight 검정은 Applanix POSPac MMS CalQC를 이용하여 항공삼각측량을 통해 획득한 외부표정요소와 이미지 관측좌표, 지상기준점을 입력하여 Fig. 7과 같이 Datum Shift X, Y, Z와 Boresight Angle Tx, Ty, Tz를 각각 Meter, Arcmin 단위로 계산하였다. 이와 같은 방법으로 Geoid Model 각각의 경우에 대해 Boresight 검정을 수행한 결과 Table 1과 같은 결과를 얻었다.
계산된 Boresight 검정 결과와 이를 이용한 Direct Georeferencing 시 확인할 수 있는 정확도 분석은 수학적 분석 방법과, 육안 분석방법으로 구분하였다. 수학적 방법은 각각의 Boresight 검정에 따른 외부표정요소를 항공 삼각측량을 통해 계산된 외부표정요소와 비교하는 방법으로서 Direct Georeferencing에 직접 영향을 미치는 정도를 확인할 수 있다.
Chang, 2009). 또한 수평, 수직 위치를 동시에 관측할 수 있는 지상기준점을 설치하였으며, Fig. 4와 같이 코스가 중복되는 지점에 대해 2모델 마다 1개의 점이 위치하도록 5개 코스에 대해 9개씩 총 45개를 설치하였으며, 중심부분에 위치한 지상 기준점에 지상기준국을 설치하고 항공사진 촬영 시 동시에 운영하였다.
연구하고자 한다. 또한, 본 연구에 적용할 수 있는 지오이드모델을 EGM96, EGM08, KNGeoid로 결정하고 이에 따라 나타나는 Boresight 검정 요소들의 변화량과 이를 통해 획득할 수 있는 EO의 차이를 알아보고자 다음과 같이 세 가지 연구방향을 결정하였다. 첫 번째, 지오이드 모델에 따른 Calibration Values에 끼치는 영향 및 변화 비교, 두 번째, 지오이드 모델에 따른 외부표정요소의 변화, 세 번째, 지오이드 모델에 따른 지표면의 위치 비교를 위해 DPW를 이용한 지상 기준점과의 비교이다.
본 연구에서는 항공사진 촬영과 Boresight 검정에 적합한 세종시 테스트베드에서 실험하였다. 세종시 테스트베드는 지능형 국토정보기술혁신사업에 일환으로 항공사진측량시스템의 기하학적인 검정을 위해 2011년도에 Fig.
이후 항공삼각측량을 통해 항공사진의 외부표정 요소를 획득하고 이 성과를 이용해 Boresight 검정을 수행한다. 이때 지오이드 모델을 변화시켜 그에 따른 외부표정요소와 Calibration Values를 계산하고, 그 결과를 이용해 DPW로 지상 기준점과 비교한다
보았다. 이를 위해 3개의 지오이드 모델 EGM96, EGM08, KNGeoid14를 이용해 각각 Boresight 검정을 하였고, 그 결과 Direct Georeferencing으로 획득한 각각의 외부표정 요소를 이용해 DPW를 이용해 지상기준점을 관측하였다. 이를 통해서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이를 위해, Fig. 1과 같이 항공사진 촬영과 동시에 항공기의 GIS/INS 및 Base Station을 운영하고 지상기준점을 측량한다. 이후 항공삼각측량을 통해 항공사진의 외부표정 요소를 획득하고 이 성과를 이용해 Boresight 검정을 수행한다.
지상기준점 및 GPS Base Station을 이용해 항공기의 GPS 신호를 해석하고 INS와 결합하여 항공기의 위치를 계산하였으며, 이를 활용해 각각의 항공사진에 대한 위치와 회전량에 대한 정보인 외부표정요소를 계산하였다. 이와 같은 Direct Georeferencing 방법으로 GPS/INS 신호를 처리할 때 GPS에 대한 위치와 INS 회전의 초기값인 Datum Shift와 Boresight Angle을 설정해야 하는데, 이는 항공삼각측량을 통해 계산되는 외부표정요소로 Boresight 검정을 통해 위치와 회전에 대한 초기값 계산을 위한 기준으로 사용된다.
직접 육안으로 확인할 수 있는 방법인 DPW를 이용한 스테레오 관측으로 지상기준점을 비교하였다. 이때 사용된 DPW 는 DAT/EM 사의 Summit Evolution 6.
또한, 본 연구에 적용할 수 있는 지오이드모델을 EGM96, EGM08, KNGeoid로 결정하고 이에 따라 나타나는 Boresight 검정 요소들의 변화량과 이를 통해 획득할 수 있는 EO의 차이를 알아보고자 다음과 같이 세 가지 연구방향을 결정하였다. 첫 번째, 지오이드 모델에 따른 Calibration Values에 끼치는 영향 및 변화 비교, 두 번째, 지오이드 모델에 따른 외부표정요소의 변화, 세 번째, 지오이드 모델에 따른 지표면의 위치 비교를 위해 DPW를 이용한 지상 기준점과의 비교이다.
항공사진 촬영 시 테스트베드 내의 지상기준점 상에서 1초 간격으로 GPS 기준국을 동시에 운영하였다.
항공사진은 1,000 미터 고도에서 동-서 방향으로 4코스, 1, 600 미터 고도에서 남-북 방향으로 2코스를 촬영하였으며, 이때 이웃한 코스에 대해 서로 반대 방향으로 촬영하였다. 항공사진 촬영 시 테스트베드 내의 지상기준점 상에서 1초 간격으로 GPS 기준국을 동시에 운영하였다.
대상 데이터
된다. GPS 처리시 국내에 적합하게 사용할 수 있는 지오이드는 여러 가지가 있으나, 본 연구에서 사용한 지오이드모델은 범지구 중력장 모델인 EGM96과 이를 대체하기 위해 제작된 EGM08이며, 한국형 지오이드 모델 중 최신 성과인 KNGeoid14이다.
연구에 사용된 지오이드 모델은 EGM96의 경우 소프트웨어에 기본본적으로 포함되어 있으며, EGM08과 KNGeoid14 는 국토지리정보원의 '국가수직기준연계' 사이트(www.ngii. go.kr/ geoid/index.do)에서 다운로드하여 활용하였다.
관측으로 지상기준점을 비교하였다. 이때 사용된 DPW 는 DAT/EM 사의 Summit Evolution 6.8이며, 관측 시 스테레오 상에서 3차원 위치를 포인트로 찍은 후 좌표를 추출하였다. 그 결과 Fig.
데이터처리
각각의 지오이드 모델에 따른 Boresight 검정 후 Direct Georeferencing을 통해 외부표정요소를 계산하였으며, 항공 삼각측량을 통해 획득한 외부표정요소와 각각의 사진에 대한 외부표정 요소와의 차이를 계산한 후 평균제곱근오차를 계산하여 Table 2와 같은 결과를 얻었다. 계산된 외부표정오소의차이를 평균제곱근오차로 표현하면 높이는 1cm 이내의 차이로 차이는 없다고 할 수 있으며, 회전량의 경우 각각의 항공사진에서는 미묘한 차이가 있으나 이 역시 평균제곱근오차로 표현하면 동일하다.
본 연구에서 수행한 Boresight 검정은 지리학적으로 국토의 중심부에 위치한 세종시 부근에서 수행하였으며, 지오이드 모델에 따른 Boresight 검정 결과를 비교하였다. 향후 이 결과를 기준으로 해안가 및 산악지 등 Boresight 검정 지역과 지리적, 지형학적 차이가 있는 지역에 대해 효율적인 Direct Georeferencing을 수행할 수 있도록 외부표정요소에 즉시 적용할 수 있는 보정량을 계산할 수 있는 연구가 수행된다면 활용성의 증대와 비용효율성을 극대화시킬 것으로 사료된다.
1과 같이 항공사진 촬영과 동시에 항공기의 GIS/INS 및 Base Station을 운영하고 지상기준점을 측량한다. 이후 항공삼각측량을 통해 항공사진의 외부표정 요소를 획득하고 이 성과를 이용해 Boresight 검정을 수행한다. 이때 지오이드 모델을 변화시켜 그에 따른 외부표정요소와 Calibration Values를 계산하고, 그 결과를 이용해 DPW로 지상 기준점과 비교한다
이론/모형
Boresight 검정 처리 역시 이와 같은 과정을 거치는데 GPS와 INS 신호 데이터와 함께 항공삼각측량을 통해 계산된 외부표정요소와 이때 관측된 영상좌표를 이용해 GPS와 INS 상의 좌표축을 일치시키기 위한 이격량을 계산한다. 이때 처리에 사용된 성과는 모두 표고를 높이의 기준으로 하고 있으며, 이를 위한 기준으로 지오이드 모델을 사용한다.
이와 같이 정확한 외부표정요소 성과 획득을 위해 Boresight 검정을 수행하는데, 이때 평면과 높이는 지상기준점을 기준으로 결정하지만, 이를 통해 계산되는 외부표정요소 및 Calibration Values는 지오이드 모델을 이용해 주요변수를 산출하게 된다.
성능/효과
Geoid Model에 따른 Boresight 검정 결과 Boresight Angle 은 모두 동일한 결과로 나타났으며, Datum Shift 값에서 높이 값 Z에서만 각각 다른 결과를 보였다.
각각의 지오이드 모델에 따른 Direct Georeferencing을 통해 외부표정요소를 산출하고 DPW를 이용해 지상 기준점을 비교하여 평균제곱근오차를 계산한 결과 위치정확도에서는 큰 차이를 보이지 않았는데, 이는 지오이드 모델에 따른 Datum Shift의 Z값 이격량 차이는 외부표정요소의 높이와 회전량이 미세하게 조정되는 정도로 그 영향이 작음을 알 수 있었다.
8이며, 관측 시 스테레오 상에서 3차원 위치를 포인트로 찍은 후 좌표를 추출하였다. 그 결과 Fig. 8과 같이 각각의 지오이드 모델에 대한 X, Y 평면 정확도의 경우 각각 5cm, 10cm 이내로 큰 차이가 없었고, 높이의 경우 12~15의 차이를 보였다. 특히, KN Geoid 14의 경우 12로 다른 경우보다 2~3 작게 나타났고, 지상 기준점과의 최대 차이는 높이에서 32~37 이내로 크게 나타나는 부분이 있었다.
특히, KN Geoid 14의 경우 12로 다른 경우보다 2~3 작게 나타났고, 지상 기준점과의 최대 차이는 높이에서 32~37 이내로 크게 나타나는 부분이 있었다. 그러나 각각의 지오이드 모델의 경우 서로간 차이가 3 이내로 나타났고 본 연구에 사용된 항공사진의 해상도가 10 임을 감안하면 Boresight 검정에서 지오이드 모델에 따른 차이는 크지 않음을 알 수 있다.
본 연구지역에서 수행되는 Boresight 검정의 경우 최신 성과의 지오이드 모델을 사용하더라도 지역 특성을 제대로 반영하고 있는지의 여부에 따라 Boresight 검정 결과가 다르게 나타나고, 이에 따라 Direct Georeferencing 결과에 영향을 미침을 알 수 있었다.
계산된 외부표정오소의차이를 평균제곱근오차로 표현하면 높이는 1cm 이내의 차이로 차이는 없다고 할 수 있으며, 회전량의 경우 각각의 항공사진에서는 미묘한 차이가 있으나 이 역시 평균제곱근오차로 표현하면 동일하다. 이는 Datum Shift의 Z에서 발행하는 높이차가 그대로 모든 사진의 외부표정요소에 반영되지 않음을 알 수 있었으며, Boresight 검정 시 지오이드 모델에 의한 Direct Georeferencing 변화량은 수학적 분석방법에서는 큰 차이를 보이지 않았다.
후속연구
모델에 따른 Boresight 검정 결과를 비교하였다. 향후 이 결과를 기준으로 해안가 및 산악지 등 Boresight 검정 지역과 지리적, 지형학적 차이가 있는 지역에 대해 효율적인 Direct Georeferencing을 수행할 수 있도록 외부표정요소에 즉시 적용할 수 있는 보정량을 계산할 수 있는 연구가 수행된다면 활용성의 증대와 비용효율성을 극대화시킬 것으로 사료된다.
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