[논문]스마트기기를 활용한 수준측량장비 개발 및 성능분석

김용석; 이기철

doi:10.5392/jkca.2017.17.06.001

[국내논문] 스마트기기를 활용한 수준측량장비 개발 및 성능분석
An Analysis of Bench Mark Accuracy through the Development of Smart Leveling Equipment 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.17 no.6, 2017년, pp.1 - 8

김용석 (동아대학교 디자인환경대학 조경학과) , 이기철 (동아대학교 디자인환경대학 조경학과)

초록
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본 논문에서는 스마트 시대에 맞게 기존 수준측량 장비를 개선한 스마트 수준측량 장비를 개발하였다. 하드웨어부분과 소프트웨어 부분으로 나누어 개발하였으며, 다양한 수준측량 장비를 이용하여 수준점 결과 값에 대한 검측을 실시해 보았다. 수준측량의 검측방법은 국가기준점(UO992)-A, 수준점(15-00-06-24)-B, 수준점(15-00-06-23)-C로 선정하여 왕복수준측량을 실시하였다. 그 결과 오토레벨과 디지털레벨의 경우 오차범위 내의 안정된 결과 값을 얻을 수 있었고, 스마트 레벨의 경우 A-B구간에서 약 24mm, B-C구간에서 약 26mm가 발생되었다. 이는 하드웨어의 완성도가 부족한 부분이 있었고, 상대적으로 많은 설치횟수 등에 따른 오차가 발생된 것으로 판단된다. 또한 거리구간별 스마트레벨 수준측량을 실시해 본 결과 평균 RMSE가 약 46mm정도 발생되었다. 이 역시 짧은 구간에서는 적은 오차가 발생되었지만 거리가 멀어짐에 따라 오차가 누적됨을 알 수 있었다. 향후, 정밀도의 향상부분에 대하여 보다 심도 있는 연구를 추진하여 실생활에 사용가능하도록 향상할 수 있다면 다양한 산업분야에서 응용할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A smart leveling equipment was developed in this study by improving present leveling equipment. Both hardware and software of the equipment was developed and several accuracy tests of bench mark were conducted using various survey equipments. National control point (UO992-A), control points (15-00-06-24)-B and (15-00-06-23)-C were used for the accuracy test. As a result, the stable results in the range of errors were obtained in the cases of auto-level and digital level. Approximately 24mm error in the section of A-B and 26mm of B-C section was occurred in Smart Level equipment. This is due to the lack of technology completion and errors via relatively many numbers of installation tests. 46mm error of RMSE of smart level survey was occurred through the difference of section test. A small error was detected in short range but errors were accumulated far from the bench mark. It's concluded that an in-depth study emphasizing accuracy improvement can be practically applied to the various areas of industry.

주제어

표/그림 (13)

그림 그림 1. 연구흐름도(Leveling App)
그림 그림 2. 앱 개발(S/W) 부분
표 표 1. 기존 장비와 개발 장비의 비교
그림 그림 3. 스마트 레벨 시제품
그림 그림 4. 기준점 현황도
그림 그림 5. 국가기준점
그림 그림 6. 왕복 수준측량
표 표 2. 국가기준점 현황
표 표 3. 수준측량 비교 결과(A-B return-leveling)
표 표 4. 정확도 분석(RMSE)
표 표 5. 스마트레벨 검측 결과(B-A return-leveling)
그림 그림 7. 구간별 수준측량(S-L)
표 표 6. 구간별 수준측량 결과(S-L)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이는 2등 수준측량 기준인 #(L : 왕복 기선 길이)에서[10] 요구하는 오차가 A-B는 약 9mm, B-C는 약 10mm이며, D-L은 오차범위 내에 존재하였지만, A-L과 S-L의 경우 허용치 값을 약간 벗어난 결과가 나왔다. A-L의 경우 장비의 신뢰성은 오랜 시간 동안 검측되었기 때문에 본 논문에서는 S-L의 오차를 분석하고자 하였다. S-L의 장비에서 발생되는 오차는 장비의 견고함이 아직 낮은 점과 거치상의 오차 등으로 인하여 발생하는 것으로 판단된다.
본 연구는 일반적인 위치정보를 필요로 하는 다양한 산업분야 서비스에서의 활용을 목표로 생활 속의 측량으로 누구나 쉽고 편리하게 사용할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
본 연구에서는 스마트 수준측량 장비를 통하여 기준점 검측을 수행해 보았다. 향후 실험지역의 다양성과 시기별로 측량을 수행해 볼 필요성이 제기되었다.
본 연구에서는 스마트기기를 활용한 수준측량장비를 개발하였고, 다양한 장비와의 측량 결과를 비교해 봄으로써 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Yun 등은 스마트폰을 활용한 사진측량시스템 개발을 위하여 근접한 대상물의 3차원 위치결정에서의 스마트폰 영상의 정확도를 분석하고 활용성을 평가하는 연구를 수행하였다. 이 연구는 스마트폰의 일반렌즈를 통하여 취득되는 영상을 검정하고 렌즈 왜곡계수를 결정하여 적용할 수 있는 실험을 수행하였으며 일반 스마트폰 카메라를 활용한 근접수치사진측량으로의 활용가능성에 대한 연구결과를 제시하였다[4]. 그 외 스마트폰 카메라를 이용한 연구들은 많이 수행되어졌으며 활용방안에 대한 다양한 분석결과들을 제시하고 있다.

제안 방법

하드웨어 연구는 기존 아날로그 수준측량 장비에서 스마트 수준측량 장비로의 개선이며, 2가지로 구분하였다. H/W 부분은 크게 삼각대 및 거치부, 스마트 기기부로 나누어 진행하였다.
S-L 장비에 대한 여러 가지 검측을 위하여 일정 구간별 실험을 실시하여 보았다[그림 7]. 각각 0.
[표 1]은 연구범위(기존 장비와 연구개발 장비의 비교)를 제시하였으며, 삼각대 부분의 경우 개량화를 통한 휴대성과 경량화에 주안점을 두고 연구를 진행하였다. 그리고 스마트 기기부의 경우 수준측량 전용 앱을 통한 입력과 계산부 등을 처리할 수 있는 안드로이드 알고리즘을 개발하였다.
실험을 위한 기준점으로 을숙도 통합기준점(UO992,A), 2등 수준점 2곳(15-00-06-24, B),(15-00-06-23, C)을 선정하고, 왕복 수준측량을 자동레벨(auto level ;A-L), 디지털레벨(digital level ; D-L), 스마트레벨(smart level ; S-L)의 순으로 측량을 수행하였다. [표 2]는 국가기준점의 성과를 제시하였고, 각 기준점의 높이(H)를 기준으로 왕복수준측량을 실시하였다.
⑥ 응용부분은 앱 실행시 GPS 센서를 체크하여 사용자가 직접 선택할 수 있는 UI를 제공하고, 위성 GPS가 연결되어 경위도를 확인 할 수 있는 상태에서 구글 맵 상에 각 측점과 높이를 표시하는 방법으로 구성하였다.
S-L 장비에 대한 여러 가지 검측을 위하여 일정 구간별 실험을 실시하여 보았다[그림 7]. 각각 0.5km, 1km, 1.5km, 2km의 4가지 거리구간을 설정하고, 거리 조건은 비교적 평지이며, 도로를 따라 직선인 구간을 설정하여 측량을 실시하였다.
[표 1]은 연구범위(기존 장비와 연구개발 장비의 비교)를 제시하였으며, 삼각대 부분의 경우 개량화를 통한 휴대성과 경량화에 주안점을 두고 연구를 진행하였다. 그리고 스마트 기기부의 경우 수준측량 전용 앱을 통한 입력과 계산부 등을 처리할 수 있는 안드로이드 알고리즘을 개발하였다.
본 연구의 스마트기기 검측을 위하여 자동레벨, 디지털레벨 그리고, 스마트레벨의 장비를 이용하여 수준점 2점과 통합기준점 1점을 검측하였다. 실험지역은 부산광역시의 낙동강 하구에 위치한 을숙도 일원이고[그림4], [그림 5]는 실험대상 기준점을 나타내었다.
수준측량은 각각의 장비를 사용하여 3개의 기준점을 왕복측량한 성과 값들을 비교하도록 하였다. [그림 6]은 스마트레벨, 디지털레벨, 오토레벨에 대하여 현장 검측한 모습을 나타내었다.
스마트 수준측량 장비에 대하여 검측을 수행하기 위하여 오토레벨과 디지털레벨을 이용하여 수준측량을 실시하였다. 개발된 스마트 수준측량 장비의 경우 2등 수준측량 오차범위에서 조금 벗어난 결과 값(약 24mm)이 제시됨을 알 수 있었다.
이중 D-L 측량 값이 가장 우수하게 나왔으며, S-L장비의 경우 평균제곱근오차(root mean square error : RMSE) 값이 비교적 많이 발생되었다. 측량에 대한 결과 값을 제시하기 위하여 여러 번 반복 수행을 하였지만, 오차의 발생 빈도와 범위가 각각 다른 점을 감안하여 [표 4]에 대표적인 측량 값을 제시하였다.
측량장비는 많은 발전을 거듭해 오고 있는 현실에서 수준측량 장비를 하드웨어 부분과 소프트웨어부분으로 구분하여 스마트기기를 활용한 수준측량장비를 개발해보았다. 하드웨어 부분은 무게를 경량화하고 휴대하기 편리하도록 고안하였고, 소프트웨어부분은 안드로이드기반으로 한 전용 앱을 개발하였다.
측량장비는 많은 발전을 거듭해 오고 있는 현실에서 수준측량 장비를 하드웨어 부분과 소프트웨어부분으로 구분하여 스마트기기를 활용한 수준측량장비를 개발해보았다. 하드웨어 부분은 무게를 경량화하고 휴대하기 편리하도록 고안하였고, 소프트웨어부분은 안드로이드기반으로 한 전용 앱을 개발하였다.
하드웨어 연구는 기존 아날로그 수준측량 장비에서 스마트 수준측량 장비로의 개선이며, 2가지로 구분하였다. H/W 부분은 크게 삼각대 및 거치부, 스마트 기기부로 나누어 진행하였다.

대상 데이터

각 구성품은 망원부, 연결부, 삼각대로 구성되어져 있으며[그림 3], [표 1]을 기준으로 시제품을 제작하였다.
실험을 위한 기준점으로 을숙도 통합기준점(UO992,A), 2등 수준점 2곳(15-00-06-24, B),(15-00-06-23, C)을 선정하고, 왕복 수준측량을 자동레벨(auto level ;A-L), 디지털레벨(digital level ; D-L), 스마트레벨(smart level ; S-L)의 순으로 측량을 수행하였다. [표 2]는 국가기준점의 성과를 제시하였고, 각 기준점의 높이(H)를 기준으로 왕복수준측량을 실시하였다.
본 연구의 스마트기기 검측을 위하여 자동레벨, 디지털레벨 그리고, 스마트레벨의 장비를 이용하여 수준점 2점과 통합기준점 1점을 검측하였다. 실험지역은 부산광역시의 낙동강 하구에 위치한 을숙도 일원이고[그림4], [그림 5]는 실험대상 기준점을 나타내었다.

성능/효과

스마트 수준측량 장비에 대하여 검측을 수행하기 위하여 오토레벨과 디지털레벨을 이용하여 수준측량을 실시하였다. 개발된 스마트 수준측량 장비의 경우 2등 수준측량 오차범위에서 조금 벗어난 결과 값(약 24mm)이 제시됨을 알 수 있었다. 이는 장비의 견고함이 아직 부족하고 거치 횟수가 타 장비에 비하여 많은 점 등이 주요한 원인으로 판단된다.
짧은 거리의 경우 상대적으로 오차가 적게 나왔으며, 이는 거치 횟수로 인한 오차가 많이 발생됨을 알 수 있었다. 거리 상관없이 총 8회에 대한 왕복 측량의 평균 오차는 약 16mm 정도이며, RMSE 값은 46mm 정도로 나타났다.
수준측량을 수행한 결과 기준값 대비 A-L은 약 13mm, D-L은 약 5mm, S-L은 약 17mm의 오차가 발생되었다. A지점에서 B지점까지의 왕복거리는 약 3km이고, B지점에서 C지점까지의 왕복거리는 약 4km이다.
스마트 수준측량 장비에 대하여 거리구간별 실험을 실시해 본 결과 짧은 거리의 경우 비교적 안정된 값을 얻을 수 있었지만, 거리가 멀어짐에 따라 거치 횟수가 증가되어 오차가 많이 발생됨을 알 수 있었다. 여기서 RMSE는 평균 46mm로 제시되었으며, 정밀 수준측량으로 사용하기 위해서는 1km 당 약 2.
스마트 수준측량 장비에 대하여 거리구간별 실험을 실시해 본 결과 짧은 거리의 경우 비교적 안정된 값을 얻을 수 있었지만, 거리가 멀어짐에 따라 거치 횟수가 증가되어 오차가 많이 발생됨을 알 수 있었다. 여기서 RMSE는 평균 46mm로 제시되었으며, 정밀 수준측량으로 사용하기 위해서는 1km 당 약 2.5mm이내의 정밀도를 요구하지만, 일반 산업용으로 사용한다면 약 10～15mm이내의 정밀도를 확보하면 될 것으로 판단된다.
[표 3]은 기준점 A에서 B로 3가지 장비를 이용하여 각각 측량을 수행하였고, 왕복 거리는 약 7km이다. 이중 D-L 측량 값이 가장 우수하게 나왔으며, S-L장비의 경우 평균제곱근오차(root mean square error : RMSE) 값이 비교적 많이 발생되었다. 측량에 대한 결과 값을 제시하기 위하여 여러 번 반복 수행을 하였지만, 오차의 발생 빈도와 범위가 각각 다른 점을 감안하여 [표 4]에 대표적인 측량 값을 제시하였다.
[표 5]는 B-C구간에 대하여 S-L 장비를 왕복수준측량을 실시하였다. 측량 결과 약 19mm의 오차가 발생되었으며, 2등 수준측량 오차기준 보다는 약 2배정도의 오차가 발생하였다.

후속연구

향후 실험지역의 다양성과 시기별로 측량을 수행해 볼 필요성이 제기되었다. 또한 하드웨어의 완성도를 높이고, 자동정준장치의 도입과 높이값의 자동 독취가 가능하도록 연구를 진행한다면 보다 안정된 스마트 수준측량 장비로 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 스마트 수준측량 장비를 통하여 기준점 검측을 수행해 보았다. 향후 실험지역의 다양성과 시기별로 측량을 수행해 볼 필요성이 제기되었다. 또한 하드웨어의 완성도를 높이고, 자동정준장치의 도입과 높이값의 자동 독취가 가능하도록 연구를 진행한다면 보다 안정된 스마트 수준측량 장비로 개선될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 스마트 수준측량 장비를 통하여 기준점 검측한 결과로 향후 추가적인 필요성이 제기된 사안은 무엇인가?	본 연구에서는 스마트 수준측량 장비를 통하여 기준점 검측을 수행해 보았다. 향후 실험지역의 다양성과 시기별로 측량을 수행해 볼 필요성이 제기되었다. 또한 하드웨어의 완성도를 높이고, 자동정준장치의 도입과 높이값의 자동 독취가 가능하도록 연구를 진행한다면 보다 안정된 스마트 수준측량 장비로 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
	모바일 기기란 무엇인가?	최근 컴퓨터 및 정보통신 기술의 발전과 더불어 모바일 기기를 이용한 다양한 어플리케이션(app)이 개발되고 있으며, 이를 대표하는 것이 스마트폰 및 응용기술이다. 모바일 기기들은 Desktop PC와 비슷한 고급 기능을 제공하는 기기로 발전되고 있으며, 별도의 OS(운영체제)가 탑재된 이동통신 단말기이다. 이는 단순히 기술적인 부분뿐만 아니라, 이를 수용하는 주체의 생활패턴과 지각 방식에도 많은 영향을 미치고 있다.
	모바일 기기에는 어떤 기술들이 내장되어 있나?	이러한 모바일 기기들이 본격적으로 활성화되면서 사용자에게 더욱 편리한 인터페이스를 제공하기 위해 다양한 센서와 디바이스를 경쟁적으로 스마트 폰에 내장시키고 있다. 모바일 기기에는 고해상도 카메라, GPS, 자이로스코프, 자기 계측센서 등의 첨단기술이 적용된 장비들이 내장되어져 있으며, 센서 및 디바이스를 이용한 응용기술 및 활용방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[1].

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
M. H. Yun, Y. Yu, C. U. Choi, and J. W. Park, "Application of Smartphone Camera Calibration for Close-Range Digital Photogrammetry," Korean Journal of Remote Sensing, Vol. 30, No. 1, pp. 149-160, 2014.

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K. S. Park and S. K. Choi, "Evaluation of the Quantitative Practical Use of Smart Phone Stereo Cameras," Journal of the Korean Society for Geospatial Information System, Vol. 20, No. 2, pp. 93-100, 2012.
J. S. Kim, C. G. Jin, S. K. Lee, and C. U. Choi, "Geometric Calibration and Accuracy Evaluation of Smartphone Camera," Journal of the Korean Society for Geospatial Information System, Vol. 19, No. 3, pp. 115-125, 2011.
H. J. Lee, D. S. Koo, C. H. Park, and J. B. Lee, "A Study on the Development Plan of Situation-Aware Service Based on the Characteristics of Smartphone," Journal of the Korean Society of Surveying Geodesy Photogrammetry and Cartography, Vol. 29, No. 3, pp. 303-309, 2011.

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H. S. Yoon, M. C. Chang, Y. S. Chol, and Y. Huh, "Analysis of National Vertical Datum Connection Using Tidal Bench Mark," Journal of the Korean Society for Geospatial Information System, Vol. 22, No. 3, pp. 47-56, 2014.
J. K. Park and J. S. Ahn, "Construction of Precise Local Geoid Using GPS/Leveling," Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 15, No. 7, pp. 4595-4600, 2014.

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조규전, 측량정보공학, 양서각, pp. 167-171, 2013.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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