본 연구는 무인항공기 및 다중분광센서를 이용한 부유쓰레기 탐지 알고리즘을 개발하고자 하였다. 또한 알고리즘을 적용하여 하천의 부유쓰레기 발생 범위를 산정하였다. 부유쓰레기 탐지 구간을 대상으로 무인항공기를 이용한 항공촬영을 통해 면적 계산이 가능한 정사영상을 생성하였으며, 분광조사를 수행하여 하천수, 스티로폼, 초목류 등의 분광학적 특성을 이용한 부유쓰레기 탐지 지수식을 산출하였다. 그리고 산출된 지수식을 이용한 센서의 밴드 조합을 통해 스티로폼을 비롯한 부유쓰레기를 탐지하였다. 탐지 지수식 적용 결과 정사영상 내 총 3지점에서 대량의 부유쓰레기 집적 구간이 확인되었으며, 탐지 대상 면적 중 집적구간을 포함한 3.6%에 해당하는 0.82 ha($8,200m^2$)에서 스티로폼과 초목류를 포함한 대량의 부유쓰레기가 발생한 것으로 추정되었다.
본 연구는 무인항공기 및 다중분광센서를 이용한 부유쓰레기 탐지 알고리즘을 개발하고자 하였다. 또한 알고리즘을 적용하여 하천의 부유쓰레기 발생 범위를 산정하였다. 부유쓰레기 탐지 구간을 대상으로 무인항공기를 이용한 항공촬영을 통해 면적 계산이 가능한 정사영상을 생성하였으며, 분광조사를 수행하여 하천수, 스티로폼, 초목류 등의 분광학적 특성을 이용한 부유쓰레기 탐지 지수식을 산출하였다. 그리고 산출된 지수식을 이용한 센서의 밴드 조합을 통해 스티로폼을 비롯한 부유쓰레기를 탐지하였다. 탐지 지수식 적용 결과 정사영상 내 총 3지점에서 대량의 부유쓰레기 집적 구간이 확인되었으며, 탐지 대상 면적 중 집적구간을 포함한 3.6%에 해당하는 0.82 ha($8,200m^2$)에서 스티로폼과 초목류를 포함한 대량의 부유쓰레기가 발생한 것으로 추정되었다.
This study aims to develop the floating debris detection algorithm using a Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and multispectral sensors. In addition, the occurrence range of floating debris was estimated by applying the algorithm. An aerial photograph using an unmanned aerial vehicle was used to generate...
This study aims to develop the floating debris detection algorithm using a Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and multispectral sensors. In addition, the occurrence range of floating debris was estimated by applying the algorithm. An aerial photograph using an unmanned aerial vehicle was used to generate an orthoimage that can calculate the area. A spectrum survey of water, plants litter, polystyrene foam etc. was conducted. After obtaining spectroscopic characteristics of floating debris and water, the River Floating Debris (RFD) index was calculated. And we detected the floating debris through band combination of sensor using RFD. As a result of the RFD application, accumulation zone of floating debris was confirmed at three sites in the orthoimage. It was estimated that a lot of floating debris was accumulated at 0.82 ha ($8,200m^2$), which is corresponding to 3.6% including the accumulation zone.
This study aims to develop the floating debris detection algorithm using a Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and multispectral sensors. In addition, the occurrence range of floating debris was estimated by applying the algorithm. An aerial photograph using an unmanned aerial vehicle was used to generate an orthoimage that can calculate the area. A spectrum survey of water, plants litter, polystyrene foam etc. was conducted. After obtaining spectroscopic characteristics of floating debris and water, the River Floating Debris (RFD) index was calculated. And we detected the floating debris through band combination of sensor using RFD. As a result of the RFD application, accumulation zone of floating debris was confirmed at three sites in the orthoimage. It was estimated that a lot of floating debris was accumulated at 0.82 ha ($8,200m^2$), which is corresponding to 3.6% including the accumulation zone.
또한 추가적인 호우 시 부유쓰레기는 해양으로 유입되어 경제적·사회적 문제를 야기한다. 이에 본 연구에서는 하구 및 해양으로 유입되는 쓰레기양을 최소화하기 위해 효율적인 모니터링 방안으로 무인항공기 및 분광조사를 통해 부유쓰레기 탐지 알고리즘을 개발하고, 알고리즘을 적용하여 하천의 부유쓰레기 발생 범위를 산정하고자 하였다.
제안 방법
2016년 집중 호우 이후 낙동강의 달성보–강정고령보 사이 부유쓰레기 집적 구간에 대하여 무인항공기를 이용한 항공촬영을 통해 정사영상을 생성하였으며, 부유 쓰레기 중 가장 많은 양을 차지하는 초목류, 스티로폼과 하천수, 수생식물에 대한 분광반사도 패턴을 이용하여 부유쓰레기 탐지식(RFD)을 산출하였다. RFD를 이용한 센서의 밴드 조합과 경험적 임계치를 적용하여 스티로폼을 포함한 부유쓰레기를 탐지하였다.
2016년 집중 호우 이후 낙동강의 달성보–강정고령보 사이 부유쓰레기 집적 구간에 대하여 무인항공기를 이용한 항공촬영을 통해 정사영상을 생성하였으며, 부유 쓰레기 중 가장 많은 양을 차지하는 초목류, 스티로폼과 하천수, 수생식물에 대한 분광반사도 패턴을 이용하여 부유쓰레기 탐지식(RFD)을 산출하였다. RFD를 이용한 센서의 밴드 조합과 경험적 임계치를 적용하여 스티로폼을 포함한 부유쓰레기를 탐지하였다. RFD 적용 결과 정사영상 내 총 3지점에서 대량의 부유쓰레기 집적 구간이 확인되었으며, 탐지 대상 면적 중 집적 구간을 포함한 3.
대상 데이터
본 연구에서는 하천 부유쓰레기 탐지를 위한 무인 항공 영상 취득을 위하여 장마 기간인 2016년 7월 14일 낙동강의 달성보–강정고령보 사이 하천을 대상으로 무인항공촬영을 실시하였다(Fig. 1).
성능/효과
RFD를 이용한 센서의 밴드 조합과 경험적 임계치를 적용하여 스티로폼을 포함한 부유쓰레기를 탐지하였다. RFD 적용 결과 정사영상 내 총 3지점에서 대량의 부유쓰레기 집적 구간이 확인되었으며, 탐지 대상 면적 중 집적 구간을 포함한 3.6%에 해당하는 0.82 ha(8,200 m2)에서 스티 로폼과 초목류를 포함한 대량의 부유쓰레기가 발생한 것으로 추정되었다.
후속연구
본 연구에서 제시한 RFD를 이용하여 평상 시 보, 댐을 중심으로 무인항공기를 이용한 주기적인 부유쓰레기 모니터링 및 수거를 실시한다면, 해양으로 유입되는 쓰레기 저감 및 해양에서의 쓰레기 수거를 위한 비용을 줄일 수 있을 것이다. 그러나 본 연구에서 도출된 RFD의 임계치는 Canon Powershot S110 센서에 적용되는 상대적인 임계치로써, 다른 센서 적용 시 동일한 임계치를 적용하기에는 한계가 있다. 또한 부유쓰레기의 탐지면적에 대한 정확도의 검증이 이루어지지 않았으므로 향후 다양한 파장대를 이용한다면 보다 정확한 쓰레기 성상분류 및 면적산출이 가능할 것이며, 탐지 정확도에 대한 검증이 필요할 것으로 사료된다.
그러나 본 연구에서 도출된 RFD의 임계치는 Canon Powershot S110 센서에 적용되는 상대적인 임계치로써, 다른 센서 적용 시 동일한 임계치를 적용하기에는 한계가 있다. 또한 부유쓰레기의 탐지면적에 대한 정확도의 검증이 이루어지지 않았으므로 향후 다양한 파장대를 이용한다면 보다 정확한 쓰레기 성상분류 및 면적산출이 가능할 것이며, 탐지 정확도에 대한 검증이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고정익 무인항공기란 무엇인가?
무인항공기는 작동방식에 따라 회전익과 고정익으로 구분한다. 고정익 무인항공기는 동체에 날개가 고정되어 있는 항공기로 정의할 수 있으며, 일반적인 비행기의 모습으로 프로펠러의 출력을 이용하여 날개에 양력을 얻어 비행한다. 또한 바람을 타고 나르는 방식이기 때문에 하나의 프로펠러를 이용하여 적은 전력으로 장시간 비행이 가능하고 높은 고도에서 넓은 지역의 촬영이 가능하다.
무인 항공기를 이용한 모니터링의 장점은 무엇인가?
최근에는 무인항공기를 이용한 원격탐사가 기존원격탐사 한계를 보완할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 무인 항공기를 이용한 모니터링은 신속한 자료취득 및 분석이 가능하며, 사람의 접근이 어려운 장소나 위험한 환경에도 적용이 가능하다(Jang and Roh, 2005; Everaerts, 2008). 이러한 특징은 다양한 모니터링 분야에 무인항공기를 효과적으로 활용할 수 있음을 의미한다(Kim et al.
부유쓰레기를 최대한 수거할 수 있는 시스템 구축이 필요한 이유는 무엇인가?
, 2014). 그러나 현재 쓰레기 발생량 저감을 위한 상류 유역의 상시 청소체계가 미흡하고, 중·하류 지역에서의 쓰레기 사전 수거 노력이 미흡하여 대부분의 부유쓰레기가 하천, 하구, 해양으로 유출되고 있다. 따 라서 하구 및 해양으로 유입되는 쓰레기양을 최소화하기 위해 효율적인 모니터링을 통해 중·하류 유역에서 부유쓰레기를 최대한 수거할 수 있는 시스템을 구축하는 것이 필요하다.
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Everaerts, J., 2008. The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) for remote sensing and mapping. In proceeding of the International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Beijing, China, July 5-7, pp. 1187-1192.
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