[논문]단일 UAV를 이용한 해안 지형 측량

노효섭; 김병욱; 이민재; 박용성; 방기영; 유호준

doi:10.3741/jkwra.2023.56.s-1.1027

[국내논문] 단일 UAV를 이용한 해안 지형 측량
Survey of coastal topography using images from a single UAV 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.56 suppl.1, 2023년, pp.1027 - 1036

노효섭 (서울대학교 건설환경공학부) , 김병욱 (서울대학교 건설환경공학부) , 이민재 (서울대학교 건설환경공학부) , 박용성 (서울대학교 건설환경공학부) , 방기영 (지오시스템리서치 수치모델링연구소) , 유호준 (지오시스템리서치 연안관리부)

초록
AI-Helper

해안 환경에서 정확한 지형 조사는 필수적이나 지점식 조사 기법이 일반적이며, 이마저도 육상과 해저면을 독립적으로 계측한다. 본 연구에서는 단일 UAV만을 이용해 육상 및 해저 지형을 측량하는 방법을 소개한다. 세부적으로, UAV 영상을 활용해 지형 및 수심을 계측하는 두 알고리즘을 각각 적용한 뒤 결과물을 정합하여 수행된다. 해빈 지형의 취득은 공간 스캔 영상을 이용하는 Structure-from-Motion Multi-View Stereo 기술이 적용된다. 해저 지형 측량을 위해서는 고정비행으로 취득된 시계열 파랑 영상을 이용하는 분산관계식 기반 수심 역산 기법이 적용된다. 두 요소기술로 산정한 수치 표고모형을 좌표에 따라 정합한 후, 쇄파대 및 포말대와 같이 두 요소기술 적용이 불가능한 부분을 내삽하여 최종적으로 연속된 근해역 지형을 취득할 수 있다. 본 UAV 기반 지형 측량 기법을 경상북도 포항시의 장사해수욕장에 적용한 결과 세부적인 지형적 특징을 재현해낼 수 있었다. 본 연구에서 제안되는 통합 모니터링 방법은 기존 방법들에 비해 시간, 비용, 안전 측면에서 이점이 있어 해안지역의 침퇴적 분석에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Coastal topographic information is crucial in coastal management, but point measurment based approeaches, which are labor intensive, are generally applied to land and underwater, separately. This study introduces an efficient method enabling land and undetwater surveys using an unmanned aerial vehicle (UAV). This method involves applying two different algorithms to measure the topography on land and water depth, respectively, using UAV imagery and merge them to reconstruct whole coastal digital elevation model. Acquisition of the landside terrain is achieved using the Structure-from-Motion Multi-View Stereo technique with spatial scan imagery. Independently, underwater bathymetry is retrieved by employing a depth inversion technique with a drone-acquired wave field video. After merging the two digital elevation models into a local coordinate, interpolation is performed for areas where terrain measurement is not feasible, ultimately obtaining a continuous nearshore terrain. We applied the proposed survey technique to Jangsa Beach, South Korea, and verified that detailed terrain characteristics, such as berm, can be measured. The proposed UAV-based survey method has significant efficiency in terms of time, cost, and safety compared to existing methods.

Keyword

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Projected two key point locations and camera positions in aerial images
그림 Fig. 2. Examples of two images with overlapping spaces captured in adjacent locations (a,b), the resulting swash zone terrain estimation error (c), and the removal of the water surface affected area
표 Fig. 3. Examplar illustrations of pre-processing procedures. (a) The first frame of a wave field video. (b) ortho- and geo-rectification. (c) Water masking and dominant mode extraction
그림 Fig. 4. Study sites and measured ground truth points
그림 Fig. 5. Bathmetry contour of the land-seabed integrated DEM
그림 Fig. 6. Measured and estimated elevation at the baselines
그림 Fig. 7. Integrated bathmetry contour

참고문헌 (39)

Ashphaq, M., Srivastava, P.K., and Mitra, D. (2021). "Review of？near-shore satellite derived bathymetry: Classification and？account of five decades of coastal bathymetry research." Journal of Ocean Engineering and Science Vol. 6, pp. 340-359.

상세보기
Bell, P.S. (1999). "Shallow water bathymetry derived from an analysis of X-band marine radar images of waves." Coastal Engineering, Vol. 37, No. 3-4, pp. 513-527. doi: 10.1016/S0378-3839(99)00041-1

상세보기
Benetazzo, A., Gamba, M., and Barbariol, F. (2017). "Unseeded？Large Scale PIV measurements accounting for capillary -？gravity waves phase speed." Rendiconti Lincei, Vol. 2, pp.？393-404.
Bergsma, E.W.J., and Almar, R. (2018). "Video-based depth inversion techniques, a method comparison with synthetic cases."？Coastal Engineering, Vol. 138, pp. 199-209. doi: 10.1016/j.coastaleng.2018.04.025

상세보기
Caballero, I., and Stumpf, R.P. (2021). "On the use of Sentinel-2？satellites and lidar surveys for the change detection of shallow？bathymetry: The case study of North Carolina inlets." Coastal？Engineering, Vol. 169, 103936.
Chang, K.M. (2010). "Ensemble empirical mode decomposition for？high frequency ECG noise reduction." Biomedical Engineering？/ Biomedizinische Technik, Vol. 55, pp. 193-201. doi: 10.1515/BMT.2010.030.

상세보기
Chenier, R., Faucher, M.A., and Ahola, R. (2018). "Satellite-derived？bathymetry for improving Canadian Hydrographic Service？charts." ISPRS International Journal of Geo-Information, Vol. 7,？No. 8, 306.
Duchon, C.E. (1979). "Lanczos filtering in one and two dimensions."？Journal of Applied Meteorology and Climatology, Vol. 18,？No. 8, pp. 1016-1022.

상세보기
Dugan, J.P., Piotrowski, C.C., and Williams, J.Z. (2001). "Water？depth and surface current retrievals from airborne optical measurements of surface gravity wave dispersion." Journal of？Geophysical Research: Oceans, Vol. 106. No. C8, pp. 16903-16915.

상세보기
Fischler, M.A., and Bolles, R.C. (1981). "Random sample consensus:？a paradigm for model fitting with applications to image？analysis and automated cartography." Communications of the？ACM, Vol. 24, No. 6, pp. 381-395.

상세보기
Fujita, I., Muste, M., and Kruger, A. (1998). "Large-scale particle？image velocimetry for flow analysis in hydraulic engineering？applications." Journal of hydraulic Research, Vol. 36, No. 3,？pp. 397-414.

상세보기
Gawehn, M., de Vries, S., and Aarninkhof, S. (2021). "A selfadaptive method for mapping coastal bathymetry on-the-fly？from wave field video." Remote Sensing, Vol. 13, No. 23,？4742.

상세보기
Genchi, S.A., Vitale, A.J., Perillo, G.M., Seitz, C., and Delrieux,？C.A. (2020). "Mapping topobathymetry in a shallow tidal？environment using low-cost technology." Remote Sensing,？Vol. 12, No. 9, 1394.

상세보기
Gesch, D.B., Brock, J.C., Parrish, C.E., Rogers, J.N., and Wright,？C.W. (2016). "Introduction: Special issue on advances in？topobathymetric mapping, models, and applications." Journal？of Coastal Research, Vol. 76, pp. 1-3.

상세보기
Halls, J., and Costin, K. (2016). "Submerged and emergent land？cover and bathymetric mapping of estuarine habitats using？worldView-2 and LiDAR imagery." Remote Sensing, Vol. 8,？No. 9, 718.

상세보기
Harry, M., Zhang, H., Lemckert, C., Colleter, G., and Blenkinsopp,？C. (2018). "Observation of surf zone wave transformation？using LiDAR." Applied Ocean Research, Vol. 78, pp. 88-98.

상세보기
Holman, R., and Bergsma, E.W. (2021). "Updates to and performance of the cbathy algorithm for estimating nearshore bathymetry from remote sensing imagery." Remote Sensing, Vol.？13, No. 19, 3996.

상세보기
Holman, R., Plant, N., and Holland, T. (2013). "cBathy: A robust？algorithm for estimating nearshore bathymetry" Journal of？Geophysical Research: Oceans, Vol. 118, No. 5, pp. 2595-2609.

상세보기
Kim, B., Noh, H., Park, Y.S., and Lee, M. (2023). "Non-spectral？linear depth inversion using drone-acquired wave field imagery."？Applied Ocean Research, Vol. 138, 103625.

상세보기
Lee, Z., Carder, K.L., Mobley, C.D., Steward, R.G., and Patch, J.S.？(1999). "Hyperspectral remote sensing for shallow waters: 2.？Deriving bottom depths and water properties by optimization." Applied Optics, Vol. 38, No. 18, pp. 3831-3843.

상세보기
Lowe, D.G. (2004). "Distinctive image features from scale-invariant？keypoints." International Journal of Computer Vision, Vol.？60, pp. 91-110.

상세보기
Lyzenga, D.R. (1978). "Passive remote sensing techniques for mapping water depth and bottom features." Applied Optics, Vol.？17, No. 3, pp. 379-383. doi: 10.1364/ao.17.000379

상세보기
Ma, S., Tao, Z., Yang, X., Yu, Y., Zhou, X., and Li, Z. (2014).？"Bathymetry retrieval from hyperspectral remote sensing data？in optical-shallow water." IEEE Transactions on Geoscience？and Remote Sensing, Vol. 52, No. 2, pp. 1205-1212. doi: 10.1109/TGRS.2013.2248372

상세보기
Ma, S., Tao, Z., Yang, X., Yu, Y., Zhou, X.,and Li, Z. (2013).？"Bathymetry retrieval from hyperspectral remote sensing data？in optical-shallow water." IEEE Transactions on Geoscience？and Remote Sensing, Vol. 52, No. 2, pp. 1205-1212.
Ma, Y., Yue, B., Chenier, R., Omari, K., and Henschel, M. (2021).？"Nearshore bathymetry estimation using synthetic aperture？radar (SAR) imagery." Canadian Journal of Remote Sensing,？Vol. 47, No. 6, pp. 790-801.

상세보기
Madhukar, B.N., and Narendra, R. (2013). "Lanczos resampling for？the digital processing of remotely sensed images." In Proceedings of International Conference on VLSI, Communication,？Advanced Devices, Signals & Systems and Networking？(VCASAN-2013), Pune, India, pp. 403-411.
Muste, M., Fujita, I., and Hauet, A. (2008). "Large-scale particle？image velocimetry for measurements in riverine environments."？Water Resources Research, Vol. 44, No. 4, W00D19, doi:？10.1029/2008WR006950.

상세보기
Nakano, T., Kamiya, I., Tobita, M., Iwahashi, J., and Nakajima, H.？(2014). "Landform monitoring in active volcano by UAV and？SFM-MVS technique." The International Archives of the？Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information？Sciences, Vol, 40, pp. 71-75.

상세보기
Pikelj, K., Ruzic, I., Ilic, S., James, M.R., and Kordic, B. (2018).？"Implementing an efficient beach erosion monitoring system？for coastal management in Croatia." Ocean & Coastal？Management, Vol 156, pp. 223-238.

상세보기
Pix4D (2023). PIX4Dmapper: Professional photogrammetry software？for drone mapping, accessed 22 September 2023, <https://www.pix4d.com/kr/product/pix4dmapper-photogrammetry-software/>.
Richter, K., and Maas, H.G. (2022). "Radiometric enhancement of full-waveform airborne laser scanner data for volumetric representation in environmental applications." ISPRS Journal of？Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 183, pp. 510-524.

상세보기
Sandidge, J.C., and Holyer, R.J. (1998). "Coastal bathymetry from？hyperspectral observations of water radiance." Remote？Sensing of Environment, Vol. 65, No. 3, pp. 341-352.

상세보기
Scharstein, D., and Szeliski, R. (2002). "A taxonomy and evaluation？of dense two-frame stereo correspondence algorithms." International Journal of Computer Vision, Vol. 47, pp. 7-42.
Senet, C.M., Seemann, J., Flampouris, S., and Ziemer, F., 2008.？"Determination of bathymetric and current maps by the？method DiSC based on the analysis of nautical X-band radar？image sequences of the sea surface (November 2007)." IEEE？Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 46, No.？8, pp. 2267-2279. doi: 10.1109/TGRS.2008.916474.

상세보기
Simarro, G., and Calvete, D. (2022). "UBathy (v2.0): A software to？obtain the bathymetry from video imagery." Remote Sensing,？Vol. 14, No. 23, 6139.

상세보기
Simarro, G., Calvete, D., Luque, P., Orfila, A., and Ribas, F. (2019).？"UBathy: A new approach for bathymetric inversion from？video imagery." Remote Sensing, Vol. 11, No. 23, 2722.

상세보기
Szeliski, R., and Kang, S.B. (1994). "Recovering 3D shape and？motion from image streams using nonlinear least squares."？Journal of Visual Communication and Image Representation？Vol. 5, No. 1, pp. 10-28.

상세보기
Westoby, M.J., Brasington, J., Glasser, N.F., Hambrey, M.J., and？Reynolds, J.M. (2012). "'Structure-from-Motion' photogrammetry: A low-cost, effective tool for geoscience applications."？Geomorphology, Vol. 179, pp. 300-314.

상세보기
Wu, Z., and Huang, N.E. (2009). "Ensemble empirical mode decomposition: A noise-assisted data analysis method." Advances in？Adaptive Data Analysis, Vol. 1, No. 01, pp. 1-41.？

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표제어: PCR

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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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