[논문]VideoGIS를 이용한 시설물관리시스템 구축

구흥대; 정동기; 제정형; 유환희

문제 정의

촬영된 비디오 동영상의 재생, 일시 정지, 이전 또는 다음 프레임 이동 (forward/ backward), 처음 또는 끝 프레임 이동 기능 등의 기본적인 비디오 플레이어 기능을 구현하였으며, 동영상 정보를 취득하여 정 지영상 형태로 저장하는 기능을 구현하였다. 동영상의 정지영상 취득기능은 사용자가 필요시 추가적인 정보들을 입력하고 편집하기 위하여 취득된 정지영상에 간단한 도형 데이터(line, circle or rectangle)를 표현하거나 텍스트를 입력하여 시설물 정보가 표시된 이미지를 파일로 저장함으로써 시설물 관리 업무에 있어 편의성을 제공하고자 하였다.
본 논문은 비행선 비디오 촬영시스템을 통하여 취득된 도로 및 도로시설물에 대한 비 디오 자료와 공간.속성 정보를 연계 시켜 데이터베이스를 구축하고 이를 통하여 도시 시 설 물을 시공간적 (Spatio-Temporal) 으로 관리할 수 있는 프로토타입 정보시스템을 제시하였고, 도시시설물 관리 등에 효율적으로 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
본 논문은 비행선 비디오 촬영시스템을 통하여 취득된 도로 및 도로시설물에 대한 비 디오 자료와 공간/속성 정보를 연계 시켜 데이터베이스를 구축하고 이를 통하여 도시 시설물을 시공간적 (Spatio-Temporal) 으로 관리할 수 있는 프로토타입 시설물 관리시스템을 제시하는데 연구목적이 있다.
본 논문은 비행선 비디오 촬영시스템을 통하여 취득된 도로 및 도로시설물에 대한 비 디오 자료와 공간.속성 정보를 연계 시켜 데이터베이스를 구축하고 이를 통하여 도시 시 설 물을 시공간적 (Spatio-Temporal) 으로 관리할 수 있는 프로토타입 정보시스템을 제시하였고, 도시시설물 관리 등에 효율적으로 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

제안 방법

2차원 쉐이프 파일 포맷으로 구축된 벡터 맵 상의 도로와 건물과 같은 공간 객체나 심볼(symbol)에 비디오 자료를 링크 시켜 추상적인 공간객체에 보다 현실에 가까운 시 각 정보를 제공하도록 하였다.
mpg) 를 저장하였다. 그리고 A, B 구간을 선정하여 좌측 45° 경사 촬영, 좌측 수평 촬영(90°)을 하였으며, 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 세분화시켜 비디오 자료를 저장하였다. 중고도 촬영구간은 A, B 구간을 정면 방향으로 45° 경사촬영하 였고 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 하여 세분화시켜 저장하였다.
첫째, 가장 처음의 비디오 샷을 가지고 비디오 그룹을 시간적 순서에 따라 정렬해야 한다. 둘째, 각 씬의 시간 간격과 그룹에서 처음과 마지막 요소의 시간 간격을 비교한다. 그룹 정렬 후 다음의 세 가지 경우에.
87 너로 줄여 공력 특성 부분을 향상시켰으며 가벼우면서도 내구성이 뛰어난 폴리우레탄(polyurethane) 소재를 사용하여 기낭을 제작함으로서 비행 선체 하중을 줄여 Payload를 증가시키고 비행선의 무게중심에 곤돌라를 위치 시켜 비행선의 자세를 안정시켰다. 둘째, 엔진추진 시스템 부분에서 저속특성이 우수하면서 진동이 적은 엔진을 탑재하고 기낭과의 장착 부분에 완충 시스템을 적용시켜 촬영시스템 부분에 전달되는 진동을 차단시켰다. 셋째, 비행선의 롤링(rolling) 현상을 줄이고자 꼬리날개를 기존의 십자형에서 X-자형으로 변환하여 비행선의 항공촬영 영상에서 나타나는 좌우 흔들림을 줄이고자 하였다.
본 연구에서는 방송용 비디오카메라인 Sony사의 DSR-PD150S 탑재하여 DVCAM Format의 720x480 크기의 영상을 취득하였다. 또한, 촬영 지역의 보다 다양한 자료를 취득하기 위하여 조}/우, 상/하 틸팅, 롤 링을 제어할 수 있는 3축 카메라 마운트 (HanVCM II)를 자체 기술로 개발/제작하였으며, 지상에서 무인 항법 시스템을 통하여 모니터링과 제어가 가능하도록 하였다. 그림 1은 개발된 비행선 비디오 촬영시스템의 구성도를 보여주고 있다.
먼저 GPS(Global Positioning System)가 탑재된 FCC(Flight Control computer) 시스템을 차량에 탑재하여 촬영 선정된 구간 도로를 따라 주행하면서 촬영구간의 GPS 위 치 좌표를 획득하였다. 획득된 GPS위치좌표 를 지상관제 시스템(PGCS)에 저장하고, 저장한 데이터를 지상관제 시스템(PGCS)에서 분석과정을 거쳐 대전시 서구 둔산동 촬영 구간의 비행 전 항로 점을 구축했으며, 지상 관제시스템의 위치는 정부청사 앞 광장으로 설정하였다.
촬영된 동영상 자료는 크게 저고도와 중 고도로 나누고 각 촬영구간별로 촬영 각도에 따라 세분화시켜 정리하였다. 먼저 저고도 촬영구간은 그림 5에서 A, B, C, D, E 구간을 전 구간에 걸쳐 왕복으로 45° 경사 촬영하였고고 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 세분화시켜 비디오 자료 (*.mpg) 를 저장하였다. 그리고 A, B 구간을 선정하여 좌측 45° 경사 촬영, 좌측 수평 촬영(90°)을 하였으며, 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 세분화시켜 비디오 자료를 저장하였다.
본 논문에서 사용된 비행선 시스템은 기존 비행선의 비행 특성의 단점을 보완하고 도심지 도로 촬영을 위해 비행성능을 향상 시 킨 형태로 기존 보유한 비행선의 기낭 시스 템, 엔진추진시스템, 꼬리날개(Tail Fin)를 보완하여 제작하였다. 첫째, 기낭시스템부 분은 날씬 비를 기존 4:1에서 3.
본 논문에서의 객체 추적은 그림 4에서와같이 비디오 자료의 프레임 분할, 프레임 영상 분할, 객체 추출, 투영 모션, 템플릿 마스크 생성, 히스토그램을 이용한 물체 인식 순으로 진행된다. 그 과정을 세부적으로 살펴보면 우선 비디오 자료로부터 RGB 포맷 의 프레임으로 추출한 후, 사용자로부터 객 체가 존재하는 관심 영역을 입력받고 입력된 영역을 영상 분할하여 영역을 선택하여 객 체를 추출한다.
둘째, 엔진추진 시스템 부분에서 저속특성이 우수하면서 진동이 적은 엔진을 탑재하고 기낭과의 장착 부분에 완충 시스템을 적용시켜 촬영시스템 부분에 전달되는 진동을 차단시켰다. 셋째, 비행선의 롤링(rolling) 현상을 줄이고자 꼬리날개를 기존의 십자형에서 X-자형으로 변환하여 비행선의 항공촬영 영상에서 나타나는 좌우 흔들림을 줄이고자 하였다. 위와 같은 시스템의 성능 향상은 저속비행, 정지 비행, 위험시 후진 비행 등 실제 비행 시 나타나는 3축 방향의 흔들림을 줄였으며, 전체적인 비행 특성을 안정화시켜 장시간 체공하여 도심지 도로 촬영 비행에 적합하도록 설 계 제작하였다.
셋째, 비행선의 롤링(rolling) 현상을 줄이고자 꼬리날개를 기존의 십자형에서 X-자형으로 변환하여 비행선의 항공촬영 영상에서 나타나는 좌우 흔들림을 줄이고자 하였다. 위와 같은 시스템의 성능 향상은 저속비행, 정지 비행, 위험시 후진 비행 등 실제 비행 시 나타나는 3축 방향의 흔들림을 줄였으며, 전체적인 비행 특성을 안정화시켜 장시간 체공하여 도심지 도로 촬영 비행에 적합하도록 설 계 제작하였다.
그리고 A, B 구간을 선정하여 좌측 45° 경사 촬영, 좌측 수평 촬영(90°)을 하였으며, 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 세분화시켜 비디오 자료를 저장하였다. 중고도 촬영구간은 A, B 구간을 정면 방향으로 45° 경사촬영하 였고 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 하여 세분화시켜 저장하였다. 그림 8은 구간 내의 교차로를 분기점으로 하여 세분화시킨 구축한 촬영구간을 도시하고 있다.
본 연구에서의 대전광역시 서구 둔산동 일대 도로 및 도로 주변 시설물을 대상으로 약 14Km에 걸쳐 비행선 비디오 촬영시스템을 통하여 촬영하였다. 촬영구간은 그림 5 에서 처럼 주요 간선도로를 중심으로 구간 A(1번에서 4번(1.6km)), 구간 B(4번에서 9 번(2.1km)), 구간 C(2번에서 10번(1.3km)), 구간 D(11번에서 7번(0.86km)), 구간 E(10번에서 9번(1.1km))로 구분하여 촬영을 수행하였다.
촬영된 동영상 자료는 크게 저고도와 중 고도로 나누고 각 촬영구간별로 촬영 각도에 따라 세분화시켜 정리하였다. 먼저 저고도 촬영구간은 그림 5에서 A, B, C, D, E 구간을 전 구간에 걸쳐 왕복으로 45° 경사 촬영하였고고 각 구간은 다시 구간 내의 교차로를 분기점으로 세분화시켜 비디오 자료 (*.
촬영된 비디오 동영상의 재생, 일시 정지, 이전 또는 다음 프레임 이동 (forward/ backward), 처음 또는 끝 프레임 이동 기능 등의 기본적인 비디오 플레이어 기능을 구현하였으며, 동영상 정보를 취득하여 정 지영상 형태로 저장하는 기능을 구현하였다. 동영상의 정지영상 취득기능은 사용자가 필요시 추가적인 정보들을 입력하고 편집하기 위하여 취득된 정지영상에 간단한 도형 데이터(line, circle or rectangle)를 표현하거나 텍스트를 입력하여 시설물 정보가 표시된 이미지를 파일로 저장함으로써 시설물 관리 업무에 있어 편의성을 제공하고자 하였다.
그 과정을 세부적으로 살펴보면 우선 비디오 자료로부터 RGB 포맷 의 프레임으로 추출한 후, 사용자로부터 객 체가 존재하는 관심 영역을 입력받고 입력된 영역을 영상 분할하여 영역을 선택하여 객 체를 추출한다. 추출된 객체로부터 밝기 값을 계산하여 투영 모션에 의한 물체의 개략적인 움직임을 추정하고, 추정된 모션 벡터로부터 객체의 회전량과 축척을 계산한다. 템플릿 마스크를 생성하고 계산된 히스토그램 정보를 통하여 객체의 최종적인 회전량과 축척을 비교하는 과정이 필요하다.
시스템 구성에는 벡터 맵 제어를 위한 맵 제어 툴바 및 상태 바, 벡터 맵 윈도우, 인 덱스 맵 윈도우, 속성 검색 리스트 박스, 비디오 플레이어 윈도우, 정지화면 캡처 윈 도우의 7개의 주요 인터페이스로 구성되어 있다. 특히, 수치지형도와 속성자료를 이용하여 생성된 쉐이프 파일(*.shp)이 벡터 맵 윈도우에 디스플레이됨으로서 시설물에 대한 각종 속성정보와 동영상 자료를 볼 수 있도록 개발되었다. 이러한 동영상정보 시스템은 기존의 GIS 시스템의 공간정보뿐만 아니라 동영상 자료를 함께 제공하여 줌으로써 현지 조사의 번거로움 없이 현장 업무에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
먼저 GPS(Global Positioning System)가 탑재된 FCC(Flight Control computer) 시스템을 차량에 탑재하여 촬영 선정된 구간 도로를 따라 주행하면서 촬영구간의 GPS 위 치 좌표를 획득하였다. 획득된 GPS위치좌표 를 지상관제 시스템(PGCS)에 저장하고, 저장한 데이터를 지상관제 시스템(PGCS)에서 분석과정을 거쳐 대전시 서구 둔산동 촬영 구간의 비행 전 항로 점을 구축했으며, 지상 관제시스템의 위치는 정부청사 앞 광장으로 설정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 방송용 비디오카메라인 Sony사의 DSR-PD150S 탑재하여 DVCAM Format의 720x480 크기의 영상을 취득하였다. 또한, 촬영 지역의 보다 다양한 자료를 취득하기 위하여 조}/우, 상/하 틸팅, 롤 링을 제어할 수 있는 3축 카메라 마운트 (HanVCM II)를 자체 기술로 개발/제작하였으며, 지상에서 무인 항법 시스템을 통하여 모니터링과 제어가 가능하도록 하였다.
본 연구에서의 대전광역시 서구 둔산동 일대 도로 및 도로 주변 시설물을 대상으로 약 14Km에 걸쳐 비행선 비디오 촬영시스템을 통하여 촬영하였다. 촬영구간은 그림 5 에서 처럼 주요 간선도로를 중심으로 구간 A(1번에서 4번(1.
비디오 자료는 초당 약 30개의 비디오 프레임들로 구성되며, 히스토그램 분석을 통하여 비디오 샷 (shot), 비디오 그룹 (group), 비디오 씬(scene), 최상위 계층인 비디오 등의 계층적 트리 형태로 구조화될 수 있다. 비디오 샷(shot)은 동일한 정보를 갖는 프레임의 연속적인 형태이며, 비디오씬(scene) 계층은 유사한 정보를 갖는 비디오 샷의 집합으로 정의되며, 시간적으로도 연속적인 특성을 보인다.
시스템 구성에는 벡터 맵 제어를 위한 맵 제어 툴바 및 상태 바, 벡터 맵 윈도우, 인 덱스 맵 윈도우, 속성 검색 리스트 박스, 비디오 플레이어 윈도우, 정지화면 캡처 윈 도우의 7개의 주요 인터페이스로 구성되어 있다. 특히, 수치지형도와 속성자료를 이용하여 생성된 쉐이프 파일(*.

이론/모형

동영상 정보시스템 GUKGraphic User Interface) 구현을 위하여 윈도우 2000 서버 환경에서 Visual Basic 6.0 기반으로 프로그래밍을 수행하였으며, 공간 자료와 속 성자료 구축을 위한 기본도로서의 수치 지도 제작과 디스플레이는 ESRI사의 맵 컴포넌트인 MapObjects2.1을, 동영상 자료의 재생을 위하여 Microsoft 사의 DirectX 기술을 이용하였다.

성능/효과

그룹을 씬으로 구조화하기 위해서는 두 가지 선행 작업이 필요하다. 첫째, 가장 처음의 비디오 샷을 가지고 비디오 그룹을 시간적 순서에 따라 정렬해야 한다. 둘째, 각 씬의 시간 간격과 그룹에서 처음과 마지막 요소의 시간 간격을 비교한다.
본 논문에서 사용된 비행선 시스템은 기존 비행선의 비행 특성의 단점을 보완하고 도심지 도로 촬영을 위해 비행성능을 향상 시 킨 형태로 기존 보유한 비행선의 기낭 시스 템, 엔진추진시스템, 꼬리날개(Tail Fin)를 보완하여 제작하였다. 첫째, 기낭시스템부 분은 날씬 비를 기존 4:1에서 3.87 너로 줄여 공력 특성 부분을 향상시켰으며 가벼우면서도 내구성이 뛰어난 폴리우레탄(polyurethane) 소재를 사용하여 기낭을 제작함으로서 비행 선체 하중을 줄여 Payload를 증가시키고 비행선의 무게중심에 곤돌라를 위치 시켜 비행선의 자세를 안정시켰다. 둘째, 엔진추진 시스템 부분에서 저속특성이 우수하면서 진동이 적은 엔진을 탑재하고 기낭과의 장착 부분에 완충 시스템을 적용시켜 촬영시스템 부분에 전달되는 진동을 차단시켰다.

후속연구

shp)이 벡터 맵 윈도우에 디스플레이됨으로서 시설물에 대한 각종 속성정보와 동영상 자료를 볼 수 있도록 개발되었다. 이러한 동영상정보 시스템은 기존의 GIS 시스템의 공간정보뿐만 아니라 동영상 자료를 함께 제공하여 줌으로써 현지 조사의 번거로움 없이 현장 업무에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
향후 공간정보와 비디오 자료 간의 양방향 VideoGIS의 구현을 위해 현재 촬영 조건에 서의 최적의 객체인식방법 제시, 비디오 속성 정보 항목의 결정과 인코딩, 최종적인 비디오 자료와 공간자료의 연결(link)에 관한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것으로 사료된다.

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