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[국내논문] 재난조사 특수차량과 드론의 다중센서 자료융합을 통한 재난 긴급 맵핑의 활용성 평가
Applicability Assessment of Disaster Rapid Mapping: Focused on Fusion of Multi-sensing Data Derived from UAVs and Disaster Investigation Vehicle 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.35 no.5 pt.2, 2019년, pp.841 - 850  

김성삼 (국립재난안전연구원 재난원인조사실) ,  박제성 (국립재난안전연구원 재난원인조사실) ,  신동윤 (국립재난안전연구원 재난원인조사실) ,  유수홍 (연세대학교 건설환경공학과) ,  손홍규 (연세대학교 건설환경공학과)

초록
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본 논문은 상업용 소형 드론의 드론 맵핑 기하 정확도 평가와 지상 LiDAR와 드론 점군 자료의 융합을 통하여 재난 긴급 맵핑 적용성에 관한 연구이다. 기존의 드론 맵핑 절차와 카메라 검정과 광속조정법으로 카메라 모델을 최적화한 드론 맵핑 간의 위치 오차를 비교 분석한 결과, 평면 위치오차는 2~3 m에서 약 0.11~0.28 m 수준으로, 수직 위치오차는 2.85 m에서 0.45 m 수준으로 위치결정 정확도가 향상되었다. 아울러, 드론 맵핑과정에서 누락되기 쉬운 점군 자료의 측면정보를 지상 LiDAR 점군자료와 융합을 통해 보완할 수 있도록 두 점군 자료간 정합을 위한 개선된 좌표계 변환 모델을 제시하여 연구 대상지내 이종 점군 자료를 최대 오차 0.07 m 이내로 정합하였다. 본 논문에서의 재난현장에서의 드론 기반의 긴급 맵핑과 재난 현장정보를 보다 정밀하게 구축하기 위한 점군 자료융합에 관한 연구 성과는 향후 국가 재난안전 관리 현업에 일조할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to strengthen the capability of rapid mapping for disaster through improving the positioning accuracy of mapping and fusion of multi-sensing point cloud data derived from Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and disaster investigation vehicle. The positioning accuracy was eva...

주제어

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 드론은 공간정보를 신속하게 구축할 수 있는 맵핑 플랫폼이나, 드론 맵핑 과정에서 수직 촬영으로 인해 누락된 점군 자료의 측면정보를 지상 LiDAR 점군자료와의 이종센서 통합을 통해 보완함으로써 향후 재난사고 조사현장의 고정밀 3차원 공간정보를 보다 정밀하게 수집·구축하기 위한 효과적인 방안을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 상업용 소형 드론과 재난사고 원인조사 특수차량을 활용하여 재난사고 현장의 정보를 신속하게 취득하기 위하여 다양한 촬영 조건에서 드론 맵핑의 기하 정확도를 평가하였다. 드론은 공간정보를 신속하게 구축할 수 있는 맵핑 플랫폼이나, 드론 맵핑 과정에서 수직 촬영으로 인해 누락된 점군 자료의 측면정보를 지상 LiDAR 점군자료와의 이종센서 통합을 통해 보완함으로써 향후 재난사고 조사현장의 고정밀 3차원 공간정보를 보다 정밀하게 수집·구축하기 위한 효과적인 방안을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 드론 맵핑의 기하정확도 평가를 위해DJI사의 드론 운용 앱과 Pix4D Capture 드론 맵핑 앱을 이용하여 다양한 비행고도에서 항공사진을 취득하도록 비행계획을 수립하였다. Inspire 1으로 촬영된 항공사진의 메타데이터(EXchangeable Image File, EXIF)에는 사진 파일의 크기, 촬영 일시, 조리개, ISO, 카메라 모델명등 기본 정보와 촬영 당시의 초점 거리(focal length), 드론에 탑재된 GNSS의 위·경도 좌표, 비행고도, 자세각(roll, pitch, yaw) 정보 등이 기록된다.
  • 본 연구에서는 상업용 소형 드론과 재난사고 원인조사 특수차량을 활용하여 재난사고 현장의 정보를 신속하게 취득하기 위하여 다양한 촬영 조건에서 드론 맵핑의 기하 정확도를 평가하였다. 드론은 공간정보를 신속하게 구축할 수 있는 맵핑 플랫폼이나, 드론 맵핑 과정에서 수직 촬영으로 인해 누락된 점군 자료의 측면정보를 지상 LiDAR 점군자료와의 이종센서 통합을 통해 보완함으로써 향후 재난사고 조사현장의 고정밀 3차원 공간정보를 보다 정밀하게 수집·구축하기 위한 효과적인 방안을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3차원 지형정보를 생성하기 위한 핵심적인 기술은 무엇인가 , 2019). 드론에 탑재된 Global Navigation Satellite System(GNSS)/Inertial Navigation System(INS), 자이로 센서, 가속계, 기압계 등 다양한 센싱 자료의 융합은 무인항공사진측량을 통해 신속하게 3차원 지형정보를 생성하는 데 핵심적인 기술로 인식되고 있다. 드론의 카메라 노출시간과 GNSS 시간의 동기화를 통한 정밀한 지오태깅(geo-tagging) 기술은 드론 항공사진의 촬영 당시의 카메라 위치와 자세정보를 활용하여 무인항공사진측량 과정에서 카메라 모델을 추정, 반복적인 조정과정을 통해 드론 맵핑 결과물의 위치정확도를 향상하는 데 일조하고 있다(Rehak et al.
재난조사 특수차량은 재난조사 현업에서 어떠한 역할을 하는가 국립재난안전연구원에서는 재난사고 전후 피해조사 지역에 대한 고정밀 3차원 LiDAR 자료를 취득하기 위해 RIEGL사의 VZ-2000을 탑재한 재난조사 특수차량을 2015년 개발하였다. 특수조사 차량에 탑재된 RIEGL VZ-2000은 LiDAR 스캐너와 GNSS/INS 센서를 모듈화한 이동형 맵핑 체계(Mobile Mapping System, MMS)로, 행정안전부의 급경사지 관리 실태점검, 노후도로 노면파임(pothole) 자료 수집, 붕괴현장 보존을 위한 3차원 지형모델 수집 등 재난조사 현업에 활발히 활용되고 있다. 특수차량과 함께 드론은 재난사고 현장조사의 핵심 장비로 재난 현장의 고해상 영상지도 제작과 3차원 지형공간 정보 생성을 통해 재난 원인분석과 재난 현장의 보존을 위한 아카이브 구축에 핵심적인 역할을 하고 있다.
카메라 렌즈 검정(camera calibration)이란 무엇인가 카메라 렌즈 검정(camera calibration)은 카메라의 내부표정 요소를 계산하는 과정으로, 비측량용 카메라를 측량 목적으로 사용하고자 할 때 무인항공사진측량의 산출물의 정확도 개선을 위해 수행되는 사전 자료처리 과정이다. 카메라 내부표정 요소는 사진 좌표계 상의 주점의 위치(x0, y0), 카메라 초점거리(f), 카메라 렌즈의 왜곡량(K1, K2, P1, P2) 등을 계산한다.
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참고문헌 (9)

  1. Cho, J. K., Y. S. Choi, J. H. Kwon, and B. M. Lee, 2008. A study on the Accuracy Analysis of the World Geodetic System Transformation for GIS Base Map and Database, Journal of Korean Society for Geospatial Information Science, 16(3): 79-85. 

  2. Kim, S. S., B. G. Song, S. B. Cho, and H. S. Kim, 2019, Applicability of Drone Mapping for Natural Disaster Damage Investigation, Journal of Korean Society for Geospatial Information Science, 27(2): 13-21. 

  3. Kim, S. S., S. H. Yoo, J. S. Park, S. B. Cho, and T. H. Kim, 2018. Rapid Disaster Mapping through Data Integration from UAVs and Multi-sensors Mounted on Investigation Platforms of NDMI, Korea, Proc. of 2018 Geoinformation For Disaster Management (Gi4DM), Istanbul, Turkey, Mar. 18-21, vol. XLII-3/W4, pp. 291-294. 

  4. Lee, J. O. and S. M. Sung, 2018. Assessment of Positioning Accuracy of UAV Photogrammetry based on RTK-GPS, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 19(4): 63-68. 

  5. Mian, O., J. Lutes, G. Lipa, J. J. Hutton, E. Gavelle, and S. Borghini, 2015. Direct Geo-referencing on Small Unmanned Aerial Platforms for Improved Reliability and Accuracy of Mapping Without the Need for Ground Control Points, Proc. of 2015 International Conference on Unmanned Aerial Vehicles in Geomatics(UAV-g), Toronto, Canada, Aug. 30-Sep. 2, vol. XL-1/W4, pp. 397-402. 

  6. Rehak, M., R. Mibillard, and J. Skaloud, 2013. A Micro-UAV with the Capability of Direct Georeferencing, Proc. of 2013 International Conference on Unmanned Aerial Vehicles in Geomatics(UAV-g), Rostock, Germany, Sep. 4-6, vol. XL-1/W2, pp. 317-323. 

  7. Turner, D., A. Lucieer, and L. Wallace, 2013. Direct Geo-referencing of Ultrahigh-Resolution UAV Imagery, IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 52(5): 2738-2745. 

  8. Verhoenven, G., 2011. Taking computer Vision Aloft-Archaeological Three-dimensional Reconstructions from Aerial Photographs with Photoscan, Archaeological Prospection, 18(1): 67-73. 

  9. Zeng, H. and Q. Yi, 2012. Simple and Efficient Direct Solution to Absolute Orientation, In: Deng, W. (ed.), Future Control and Automation, Lecture Notes in Electrical Engineering, Springer, Berlin, Heidelberg, Germany, vol. 173, pp. 19-25. 

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