[논문]드론 기반 사진측량기법을 활용한 고압 송전선의 처짐량 측정

김유종; 오재홍; 이창노

doi:10.7848/ksgpc.2017.35.6.453

초록
AI-Helper

고압 송전선은 전선을 느슨하게 가선하여 약간의 이도를 유지하도록 되어있다. 현재 송전선의 이도를 측정하는 방법은 직접 측량에 의존하고 있고 비교적 정확한 값을 얻을 수 있지만, 송전탑에 직접 승탑하거나 가까이 접근해야하는 위험성 및 어려움이 있다. 본 연구에서는 대상체에 접근하지 않고 3차원 측정을 수행하기 위해 저가의 드론을 활용한 항공사진측량 기법을 사용하였다. 선형 구조물인 송전선은 매핑을 위한 특징점이 존재하지 않기 때문에, 송전선의 방향과 수직이 되도록 에피폴라 라인을 형성하여 입체 사진 처리기법을 통해 송전선의 3차원 매핑을 수행하고, 송전선의 처짐량을 도출하였다. 사진측량기법에 의한 측정 결과 무타겟 토탈스테이션을 사용하여 직접 측정한 두 지점의 송전선의 처짐량과 비교하였을 때 수직 정확도가 15~16cm로 파악되었고 이는 해당 지점 처짐량 대비 5% 이내 및 대상 송전선 이도량의 3% 이내에 해당하는 값이다.

Abstract ▼ AI-Helper

High voltage power transmission lines have been to keep the proper dip for maintenance. Powerline dips at a random point are conventionally measured by the direct or indirect observation but it is not only unsafe but labor-intensive. Therefore in this study we applied the photogrammetric technique t...

High voltage power transmission lines have been to keep the proper dip for maintenance. Powerline dips at a random point are conventionally measured by the direct or indirect observation but it is not only unsafe but labor-intensive. Therefore in this study we applied the photogrammetric technique to remotely measure the powerline dips. Since it is not easy to extract conjugate points from linear powerlines, we exploited the epipolar lines acrossing the powerlines for 3D mapping of the powerlines and dip measurements. The vertical mapping accuracy estimated at two field-surveyed power line points was 15~16cm that are within 5% of deflection at the points and less than 3% of the powerline dip.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 주기적으로 모니터링이 필요한 고압 송전선의 처짐량(이도)를 비접촉식 기법인 사진측량기법을 활용하여 측정해보고자 하였으며, 특히 최근 활용도가 급증하고 있는 저가의 드론을 활용하여 항공사진측량 기법을 통해 송전탑 전선의 처짐량을 측정하기 위한 연구를 수행하였다. 비 측량용 카메라 왜곡을 보정하기 위해 카메라 셀프 캘리브레이션을 수행한 후 대상지에 대한 데이터 획득 및 번들조정을 수행하여 전처리를 완료하였다.

제안 방법

본 연구에서는 주기적으로 모니터링이 필요한 고압 송전선의 처짐량(이도)를 비접촉식 기법인 사진측량기법을 활용하여 측정해보고자 하였으며, 특히 최근 활용도가 급증하고 있는 저가의 드론을 활용하여 항공사진측량 기법을 통해 송전탑 전선의 처짐량을 측정하기 위한 연구를 수행하였다. 비 측량용 카메라 왜곡을 보정하기 위해 카메라 셀프 캘리브레이션을 수행한 후 대상지에 대한 데이터 획득 및 번들조정을 수행하여 전처리를 완료하였다. 다음으로 특징점이 존재하지 않는 송전선의 3차원 매핑을 위해서 에피폴라 기하를 활용하여 송전선 매핑을 수행할 수 있었으며, 최종적으로 송전선의 처짐량을 도출할 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 최근 활용도가 급증하고 있는 저가의 드론을 활용하여 항공사진측량 기법을 통해 송전탑 전선의 처짐량을 측정하기 위한 연구를 수행하였다. 비 측량용 카메라 왜곡을 보정하기 위해 카메라 캘리브레이션을 통해 내부표정요소를 검출한 후 촬영을 수행하여 번들조정을 수행하였다. 특징점이 존재하지 않는 송전선의 3차원 매핑을 위해서 에피폴라 기하를 바탕으로 송전선 매핑을 수행하여 송전선의 처짐량을 도출하였다.
비 측량용 카메라 왜곡을 보정하기 위해 카메라 캘리브레이션을 통해 내부표정요소를 검출한 후 촬영을 수행하여 번들조정을 수행하였다. 특징점이 존재하지 않는 송전선의 3차원 매핑을 위해서 에피폴라 기하를 바탕으로 송전선 매핑을 수행하여 송전선의 처짐량을 도출하였다. 최종적으로 정확도 비교를 위해 무타겟 토탈스테이션을 활용한 직접측량을 통해 처짐량을 측정한 후 비교하여 정확성을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구는 전라남도 담양군 고서면을 연구대상지로 선정하였다. 연구대상물로 선정된 송전탑은 평탄한 농경지에 위치해 있으며, 한 경간의 거리는 약 300m이었다.

성능/효과

셋째, 고압 송전선의 3차원 매핑 및 처짐량의 정확성이 처짐량 대비 5% 이내 및 대상체 이도량의 3% 이내를 보임으로서 실무 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 넷째, 측량 시 외업 시간이 짧고 한번 촬영하면 영구적으로 보존이 가능하므로 현황파악이나 기록 등 자료 관리에 있어 큰 장점이 있을 것으로 판단된다. 다섯째, 사진측량기법의 활용 시 시설물에 가까이 접근하는 것을 최소화하여 안전성을 확보하고 작업자의 개인오차를 최소화하여 객관성을 확보하며 작업 시간을 단축시켜 경제성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
첫째, 저가의 드론 항공사진측량 기법을 활용하여 장비 운용에 있어 간편함을 확인할 수 있었다. 둘째, 직접 측량기법에 비해 드론을 이용한 측량 기법 활용 시 접근성 등의 측면에서 높은 편리성을 확인할 수 있었다. 셋째, 고압 송전선의 3차원 매핑 및 처짐량의 정확성이 처짐량 대비 5% 이내 및 대상체 이도량의 3% 이내를 보임으로서 실무 활용 가능성을 확인할 수 있었다.
둘째, 직접 측량기법에 비해 드론을 이용한 측량 기법 활용 시 접근성 등의 측면에서 높은 편리성을 확인할 수 있었다. 셋째, 고압 송전선의 3차원 매핑 및 처짐량의 정확성이 처짐량 대비 5% 이내 및 대상체 이도량의 3% 이내를 보임으로서 실무 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 넷째, 측량 시 외업 시간이 짧고 한번 촬영하면 영구적으로 보존이 가능하므로 현황파악이나 기록 등 자료 관리에 있어 큰 장점이 있을 것으로 판단된다.
실험결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 저가의 드론 항공사진측량 기법을 활용하여 장비 운용에 있어 간편함을 확인할 수 있었다. 둘째, 직접 측량기법에 비해 드론을 이용한 측량 기법 활용 시 접근성 등의 측면에서 높은 편리성을 확인할 수 있었다.

후속연구

다섯째, 사진측량기법의 활용 시 시설물에 가까이 접근하는 것을 최소화하여 안전성을 확보하고 작업자의 개인오차를 최소화하여 객관성을 확보하며 작업 시간을 단축시켜 경제성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 본 연구에서는 정확성 검증을 위한 참조데이터의 개수를 많이 확보하지 못하였고, 송전선에 스페이서 등의 특징점이 존재하지 않아 직접적인 위치값 비교를 수행하지 못한 것이 한계점이다. 따라서 향후 보다 더 심도 있는 연구로 많은 참조 데이터와의 세부적인 비교를 통해 연구의 신뢰성을 확보할 예정이다.
그러나 본 연구에서는 정확성 검증을 위한 참조데이터의 개수를 많이 확보하지 못하였고, 송전선에 스페이서 등의 특징점이 존재하지 않아 직접적인 위치값 비교를 수행하지 못한 것이 한계점이다. 따라서 향후 보다 더 심도 있는 연구로 많은 참조 데이터와의 세부적인 비교를 통해 연구의 신뢰성을 확보할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	송전탑과 전선이 안전성과 경제성을 고려하여 적정한 간격으로 설치되어야 하는 이유는?	최근 정보화 사회에서 풍부한 전력 수요는 더욱 필요하게 되었고, 안전하고 효율적인 전송을 위해 송전탑과 전선을 설치하여 전력이 필요한 공장이나, 가정으로 공급하고 있다. 송전선의 경우 송전탑 사이의 거리가 멀면 전선의 무게로 의해 아래로 쳐져 끊어질 수 있다. 하지만, 너무 가깝게 송전탑을 설치하면 개수가 증가하게 되어 설치비용이 기하급수적으로 증가하게 된다. 따라서 안전성과 경제성을 고려하여 적정한 간격으로 설치된다.
	전선을 오래 사용하기 위해 필요한 것은?	그러나 시간이 지남에 따라 전선의 무게나 주변 환경의 영향에 의해 수축과 팽창이 주기적으로 발생한다(Kim, 2008). 따라서 전선을 오래 사용하기 위해서는 송전선 처짐량에 대한 주기적인 모니터링이 필요하다(Im et al.,2015).
	송전선 처짐량 측정법은 어떻게 분류 가능한가?	,2015). 현재 송전선 처짐량 측정법으로는 크게 직접법과 간접법으로 나눌 수 있는데, 직접법에는 등장법, 이장법, 각도법,수평이도법 등이 있으며, 간접법에는 장력계법, 진동주기측정법, 충격파측정법 등이 있다. 직접법과 간접법을 활용한 측정은 직접 송전탑에 승탑하여 측정하고, 접선을 이용하여 측정 위치에 대한 처짐량 측정과 특징점의 처짐량을 측정하기 위해 줄자를 설치하여 측정하므로 기후에 영향을 받게 된다.

참고문헌 (11)

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Fraser, C.S. (1997), Digital camera self-calibration, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 52, pp. 149-159.

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Hrabar, S., Merz, T., and Frousheger, D. (2010), Development of an autonomous helicopter for aerial powerline inspections, 1st International Conference on Applied Robotics for the Power Industry, (CARPI 2010), Montreal, Canada, Oct. 2-7, pp. 1-6.
Im, L.H., Choi, K.A., and Lee, I.P. (2015), Monitoring power transmission lines and towers using a uav mounted lidar, KSCE 2015 Convention, Gunsan, Oct.28-30, pp. 3-4. (in Korean)
Kesco (2016), Guideline for 154kV Powerline Inspection, Kesco KESG-I-W-18-2015, p. 6. (in Korean)
Kim, D.W. and Kang, J.H. (2010), Powerline detection of aerial images using hough transform, The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 5, No. 2, pp.171-179. (in Korean with English abstract)
Kim, S.D. (2008), A refurbishment life diagnosis for overhead transmission conductors using dip measurement, Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 22, No. 4, pp. 139-146. (in Korean with English abstract)

원문보기 상세보기
Kremer, J. and Kreuztal (2011), Power line mapping: data acquisition with a specialized multi-sensor platform, Photogrammetric Week 11, Stuttgart, Germany, Sep. 5-9, pp. 147-154.
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원문보기 상세보기
Lim, S.B., Seo, C.W., and Yun. H.C. (2015), Digital map updates with uav photogrammetric methods, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 33, No. 5, pp. 397-405. (in Korean with English abstract)

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Mikhail, E.M., Bethel, J.S., and McGlone, J.C. (2001), Introduction to Modern Photogrammetry, John Wiley & Sons Inc., New York, N.Y.

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