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문제 정의
- 본 연구에서는 적용 대상지역으로 경기도 안성시 가현동과 공도읍 용두리를 선정하여, 무인비행시스템의 3차원 고해상도 정사영상을 활용하여 DEM을 추출한 자료로 두 지역에 대한 침수범위를 분석하고 기 작성된 침수흔적도와 수치지형도에서 추출한 DEM 자료를 이용한 결과와 비교･분석하였다. 본 연구결과를 토대로 신속하고 정확도가 높은 데이터 취득 및 재해지도 작성에 대한 개선 방안을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 국토교통부 국토지리정보원의 국토정보플랫폼에서 제공하는 수치지도, 정사영상, DEM 자료를 다운로드하여 사용가능한 자료를 검토하였다. 검토 대상 구역인 경기도 안성시 가현동 일원과 공도읍 용두리 일원 지역의 정사영상은 이미지파일만 제공 되고, DEM 자료 역시 일부 도각에서도 또한 이미지파일만 제공이 되고있어 사용이 불가능하였다.
- 본 연구에서는 무인항공시스템을 활용한 영상으로 생성한 DEM으로 동일 위치에서의 침수심 및 범위를 기 작성된 침수흔적도와 비교하였다. Fig.
제안 방법
- 10과 Table 7은 경기도 안성시 공도읍 용두리 일원의 침수피해에 대한 침수심별 면적을 비교한 결과를 보여주고 있다. 가현동 일원과 마찬가지로 기 작성된 침수흔적조사보고서에서는 전체 피해 면적만 제시하고 있어 shp 파일로 침수심별 면적을 산정하였고, 무인항공시스템의 영상으로 DEM을 생성하고 GIS 프로그램을 활용하여 침수심별 면적을 산정하였다. 기 작성된 침수흔적조사에서 침수면적은 80,433 m2, 무인항공시스템의 영상을 활용한 침수면적은 약 95,915 m2로 분석되었다.
- (2015)는 무인항공기는 지상조사에서 얻기 어려운 공간정보와 재해지역 등 접근이 어려운 지역의 영상을 재해발생 후 바로 취득하여 적은 비용으로 재해 상황 파악이 가능한 특징을 가지고 있어 지상조사 및 위성과 항공 영상을 이용하여 얻기 어려운 농업재해 등 방재분야에서 발생하는 문제를 파악하고 해결하는데 매우 중요한 정보를 제공할 수 있다고 하였다. 경북 영천에 위치한 괴연저수지를 대상으로 UAV를 이용한 정밀지형도 작성 및 활용 방안을 제시하였다. Kim et al.
- Table 6은 경기도 안성시 가현동 일원의 침수피해에 대한침수심별 면적을 비교한 결과를 보여주고 있다. 기 작성된 침수흔적조사보고서에서는 전체 피해 면적만 제시하고 있어 shp파일로 침수심별 면적을 산정하였고, 무인항공시스템의 영상으로 DEM을 생성하고 GIS 프로그램을 활용하여 침수심별 면적을 산정하였다. 기 작성된 침수흔적조사에서 침수면적은 617,294 m2, 무인항공시스템의 영상을 활용한 침수면적은 약 598,572 m2로 분석되었다.
- 검토 대상 구역인 경기도 안성시 가현동 일원과 공도읍 용두리 일원 지역의 정사영상은 이미지파일만 제공 되고, DEM 자료 역시 일부 도각에서도 또한 이미지파일만 제공이 되고있어 사용이 불가능하였다. 따라서, 국토정보플랫폼 자료로 DEM 생성을 하기 위해서는 국토정보플랫폼에서 제공되는 수치지도 (1:5,000 축척)를 사용하였다. 무인항공시스템을 통한 DEM 생성은 취득영상자료를 통한 정사영상과 DSM 등 자료를 처리 순서에 따라 불규칙 삼각망 (TIN: Triangulated Irregular Network)을 이용하여 생성하였고, 자료 처리 결과는 Table 3과 Table 4에 나타냈다.
- 17 km2로 비행계획을 수립하였고, 4cm/pixel로 초고해상도 영상으로 공간해상도를 설정하였다. 무인항공시스템 촬영의 정확도 분석을 위하여 지상기준 측량점을 적정 간격인 400 m로 설정하고 GPS측량을 실시하여 영상접합으로 인한 영상 왜곡의 오차를 최소화 하였다. Fig.
- 따라서, 국토정보플랫폼 자료로 DEM 생성을 하기 위해서는 국토정보플랫폼에서 제공되는 수치지도 (1:5,000 축척)를 사용하였다. 무인항공시스템을 통한 DEM 생성은 취득영상자료를 통한 정사영상과 DSM 등 자료를 처리 순서에 따라 불규칙 삼각망 (TIN: Triangulated Irregular Network)을 이용하여 생성하였고, 자료 처리 결과는 Table 3과 Table 4에 나타냈다. Table 3은 경기도 안성시 가현동 일원이고, Table 4는 경기도 안성시 공도읍 용두리 일원이다.
- 본 연구에서 대상지구인 경기도 안성시 가현동 및 공도읍 용두리 일원에서는 종방향 및 횡방향 중첩도를 60 %, 75 %로 설정, 기상현황과 중첩도의 비율, 기온과 풍속에 따른 배터리 소모상태에 따라 약 40여분 내외로 가능하여 가현동 일원의 경우 3개로 구분하여 촬영을 계획하여 실행하였다. 용두리 일원은 상대적으로 가현동 일원보다 촬영 면적이 적어 1회로 설정하였다.
- 본 연구에서 무인항공시스템을 활용하여 추출한 데이터를 이용하여 대상지구인 경기도 안성시 가현동 및 공도읍 용두리 일원의 3D 지형도를 생성하였고, 침수흔적도와 동일한 침수심 구간으로 설정하여 침수심별 침수범위를 산정하였다(Fig. 8).
- 본 연구에서는 무인항공시스템을 활용한 침수재해 위험지구의 지형모델 생성 및 지형측량과의 정확도 평가를 위해 경기도 안성시의 가현동 일원과 공도읍 용두리 일원을 선정하여 무인항공시스템 촬영 Data를 기반으로 정사영상, DSM을 생성하였고, 정밀 DEM 생성을 위하여 불규칙삼각망 (TIN)을 이용하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 연구에서는 적용 대상지역으로 경기도 안성시 가현동과 공도읍 용두리를 선정하여, 무인비행시스템의 3차원 고해상도 정사영상을 활용하여 DEM을 추출한 자료로 두 지역에 대한 침수범위를 분석하고 기 작성된 침수흔적도와 수치지형도에서 추출한 DEM 자료를 이용한 결과와 비교･분석하였다. 본 연구결과를 토대로 신속하고 정확도가 높은 데이터 취득 및 재해지도 작성에 대한 개선 방안을 제시하고자 한다.
- 촬영 중첩도의 권장 설정은 현장의 기상상태에 따라 60~70 %이며, 촬영되는 영상의 왜곡 방지를 위하여 지상기준점 (GCP: Ground Control Point)을 GPS로 측량하고, 촬영 사진 접합시 임의의 점들의 좌표를 생성하게 되어 3D모델 좌표를 보정한다. 영상의 해석은 Postflight Terra 3D로 후처리 사진측량 프로그램을 이용하였으며, 촬영된 영상을 2D, 3D 영상처리 및 정사영상, DSM (Digital Surface Model)을 생성한다. 이후 Virtual Surveyor (GEOID사) 가상측량 프로그램으로 정사영상의 이미지와 DEM (Digital Elevation Model)을 결합한 상태에서 3차원적 모델링 작업을 진행한다.
- 본 무인비행시스템은 지상기준점 측량 수치를 반영하지 않고 3D 모델 생성이 가능하나, 좌표오차가 수십cm에서 수m의 오차가 발생할 수 있어 결과값의 신뢰성이 적어질 수 있다. 이러한 오차를 줄이기 위하여 지상기준점 측량을 실시하였다. 고해상도 촬영 사진으로 확인할 수 있는 도로표시와 위치를 확인할 수 없는 곳은 자체 제작한 대공표지판(1.
- 그리고 정사영상 및 DSM (Digital Surface Model)을 생성하고, GCP의 측량값과 정사영상을 활용한 정확도 평가가 이루어진다. 이후 3D 지형도를 추출하여 해당 지역의 침수피해 범위를 산정한다.
- 영상의 해석은 Postflight Terra 3D로 후처리 사진측량 프로그램을 이용하였으며, 촬영된 영상을 2D, 3D 영상처리 및 정사영상, DSM (Digital Surface Model)을 생성한다. 이후 Virtual Surveyor (GEOID사) 가상측량 프로그램으로 정사영상의 이미지와 DEM (Digital Elevation Model)을 결합한 상태에서 3차원적 모델링 작업을 진행한다. 또한 처리과정이 빠른 시간에 진행되어 무인항공시스템을 활용한 지도 제작에 많이 사용되고 있으며, 침수범위를 상당히 정확하게 표현할 수 있는 장점이 있다.
- 이는 영상접합에 따른 왜곡 오차를 줄이기 위한 작업이다. 이후 사전에 촬영중첩도, 비행 경로 설정, 비행 고도, 이륙 및 착륙 지점 등 설정된 계획으로 무인항공기를 이용하여 영상을 취득한다. 그리고 정사영상 및 DSM (Digital Surface Model)을 생성하고, GCP의 측량값과 정사영상을 활용한 정확도 평가가 이루어진다.
대상 데이터
- 고해상도 촬영 사진으로 확인할 수 있는 도로표시와 위치를 확인할 수 없는 곳은 자체 제작한 대공표지판(1.5 m×1.5 m)을 사용하여 좌표를 측정하였다.
- 용두리 일원은 상대적으로 가현동 일원보다 촬영 면적이 적어 1회로 설정하였다. 대상지역 촬영 계획 면적은 가현동과 용두리가 각각 약 3.25 km2, 약 2.17 km2로 비행계획을 수립하였고, 4cm/pixel로 초고해상도 영상으로 공간해상도를 설정하였다. 무인항공시스템 촬영의 정확도 분석을 위하여 지상기준 측량점을 적정 간격인 400 m로 설정하고 GPS측량을 실시하여 영상접합으로 인한 영상 왜곡의 오차를 최소화 하였다.
- 본 연구에서 활용한 무인항공시스템은 고정익으로 스위스 SenseFly사의 eBee이다. 크기는 950×630×70 mm, 무게는 약 690 g, 프로펠러 1개로 구성되어있다.
- 또한 무인항공시스템 촬영의 접근성이 좋은 지역이 촬영 영상을 통한 데이터 추출이용이하다. 이러한 조건들을 가지고 있는 2006년과 2008년의 침수피해로 인한 침수흔적도를 관리하고, 무인항공시스템 촬영이 용이하며, 도심지 및 농경지의 유역 현황을 가진 지역인 경기도 안성시 가현동 일원, 공도읍 용두리 일원을 선정하였다.
- 촬영에 사용한 광학센서는 Sony S110 RGB (1,200만화소)이다. 지상기준점의 좌표 취득은 Sokkia사의 GRX2를 사용하여 현장측량을 실시하였다
- 크기는 950×630×70 mm, 무게는 약 690 g, 프로펠러 1개로 구성되어있다. 촬영에 사용한 광학센서는 Sony S110 RGB (1,200만화소)이다. 지상기준점의 좌표 취득은 Sokkia사의 GRX2를 사용하여 현장측량을 실시하였다
- 크기는 950×630×70 mm, 무게는 약 690 g, 프로펠러 1개로 구성되어있다.
성능/효과
- (1) 무인항공시스템으로 촬영한 삼각측량 결과와 현장의 지상기준점의 GPS를 통한 실측 측량을 통한 정확도 분석결과, 국토교통부 국토지리정보원에서 제시하고 있는 평균 및 최대오차 내에 있는 것으로 나타났다. 무인항공시스템을 이용하여 제작된 영상자료 및 수치지형도를 사용한다면 주요 재해위험 지역의 재해위험 공간분석 활용에 크게 기여할 것으로 판단된다.
- Table 5는 GCP지점의 CPS측량성과와 DEM으로 생성한 GCP지점의 오차 분석 결과이다. DEM 생성시 CELL 간격을 5 m와 2 m로 설정하여 표고의 차이를 비교하였으며, 오차 평균, 표준편차를 비교한 결과, 셀크기가 작을수록 GCP지점의 GPS측정값과의 차이가 적은 것으로 나타났다.
- 국토정보플랫폼에서 제공하는 수치지도를 이용한 DEM 생성 과정에서 정사영상과 DSM (Digital Surface Model) 분석은 불가능하며, TIN 및 DEM 생성 결과에서는 무인항공시스템의 고해상도 촬영 영상으로 추출한 생성결과가 더욱 자세한 것을 알 수 있다. 이는 지형 및 건물 등과 같은 지물까지 고려하여 생성된 결과로 판단된다.
- 기 작성된 침수흔적조사에서 침수면적은 617,294 m2, 무인항공시스템의 영상을 활용한 침수면적은 약 598,572 m2로 분석되었다. 무인항공시스템으로 산정한 예상 피해면적은 기존 침수피해의 면적보다는 적어졌으나 침수심이 깊은 곳의 피해면적이 감소하고, 낮은 곳의 피해면적이 증가하는 결과를 보여 침수로 인한 재산 피해는 줄어들 것으로 판단된다. 이는 침수가 발생한 시기와 무인항공시스템으로 영상 촬영한 년도가 다르므로 지형 및 건물 등의 지물이 바뀐 결과와 침수피해 이후 정비공사로 인한 것으로 판단된다.
- 본 무인비행시스템은 지상기준점 측량 수치를 반영하지 않고 3D 모델 생성이 가능하나, 좌표오차가 수십cm에서 수m의 오차가 발생할 수 있어 결과값의 신뢰성이 적어질 수 있다. 이러한 오차를 줄이기 위하여 지상기준점 측량을 실시하였다.
- 기 작성된 침수흔적조사에서 침수면적은 80,433 m2, 무인항공시스템의 영상을 활용한 침수면적은 약 95,915 m2로 분석되었다. 이는 용두리 일원의 공도기업단지 조성에 따른 지형 및 건물 등의 변화에 따라 깊은 침수심의 면적은 감소하고, 낮은 침수심의 면적은 증가하는 것으로 나타나 침수피해 이후 수로공사 등 정비사업으로 인한 것으로 판단되고, 무인항공시스템으로 촬영한 영상자료는 신설된 단지 조성을 반영하여 보다 현실적인 지형의 데이터를 활용 할 수 있었다
- 5 m)을 사용하여 좌표를 측정하였다. 측정결과 실측 GCP의 좌표와 정사영상 추출 좌표의 오차 평균은 가현동이 X방향 0.079 m, Y방향 0.060 m, Z방향 0.021 m, 용두리는 X방향 0.069 m, Y방향 0.009 m, Z방향 0.009 m이고, 평균제곱근오차 (RMSE)는 X, Y, Z방향으로 가현동이 0.083 m, 0.071 m, 0.046 m이고 용두리는 0.084 m, 0.023 m, 0.030 m이다 (Table 1). 이는 국토지리정보원의 항공사진측량 작업규정 (Table 2)에서 축척 1:500~1:600 수치지도의 경우 표준편차 0.
후속연구
- (2) 지형 및 건물 등과 같은 지물이 반영된 3D 지형모델은 일반 사용자도 쉽게 주변 현황 등을 알 수 있으며, 재난대비 및 재난 방재 대책 수립에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다
- (3) 무인항공시스템의 촬영 영상으로 수치지형도를 제작한다면, 국토지리정보원에서 제공하는 1:5,000 축척의 수치지형도보다 더욱 세밀하고 정확한 지형, 지물 정보를 나타낼 수 있는 정밀 수치지형도를 제작 할 수 있을 것으로 판단되며, DEM 생성시 CELL 크기를 세분화 할 수록 오차가 적어지는 것으로 분석되었고, 침수재해에 대한 수리수문분석 결과를 재해지도 제작에 반영하여 활용한다면 침수예상도 및 재해정보지도와 같은 재난 대비에 대한 대책수립을 보다 정확하게 수립할 수 있을 것으로 판단된다
- 또한, TIN 및 DEM 생성시 설정하는 격자 크기에 따라 수리수문 분석 결과에 차이가 발생하지만, 현재 국내에서 주로 사용하고 있는 DEM 데이터는 국토지리정보원에서 제공하는 1:5,000 축척의 수치지형도를 사용하고 있으므로 한계가 있음을 알 수 있다. 따라서 본 무인항공시스템을 활용하여 생성한 정밀 DEM을 침수재해에 대한 수리수문분석 결과를 반영한 지도제작에 활용한다면 침수예상도 및 재해정보지도와 같은 재난 대비에 대한 대책수립을 보다 정확하게 수립할 수 있을 것으로 판단된다.
- (1) 무인항공시스템으로 촬영한 삼각측량 결과와 현장의 지상기준점의 GPS를 통한 실측 측량을 통한 정확도 분석결과, 국토교통부 국토지리정보원에서 제시하고 있는 평균 및 최대오차 내에 있는 것으로 나타났다. 무인항공시스템을 이용하여 제작된 영상자료 및 수치지형도를 사용한다면 주요 재해위험 지역의 재해위험 공간분석 활용에 크게 기여할 것으로 판단된다.
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