초록 ▼

본 발명은 드론을 사용한 산사태 예측을 위한 지형자료 생성 및 이를 이용한 산사태 위험지역 선정 방법에 관한 것으로, GNSS 수신기와 관성항법장치(INS)이 탑재된 드론을 활용하여 대상지에 대한 항공사진 낱장을 촬영한 후 영상접합을 통해 정사사진과 수치표고모델(DEM)을 제작하게 되며, GNSS 측량을 통해 취득한 지상기준점(GCP)을 이용하여 영상에 대한 정확한 좌표매칭을 수행한다. 드론을 통해 구축한 수치표고모델(DEM)은 산사태 예측을 위한 무한사면안정해석모형의 입력자료로 제공되며, 이를 통해 집중호우로 인한 산사태 위험등급

본 발명은 드론을 사용한 산사태 예측을 위한 지형자료 생성 및 이를 이용한 산사태 위험지역 선정 방법에 관한 것으로, GNSS 수신기와 관성항법장치(INS)이 탑재된 드론을 활용하여 대상지에 대한 항공사진 낱장을 촬영한 후 영상접합을 통해 정사사진과 수치표고모델(DEM)을 제작하게 되며, GNSS 측량을 통해 취득한 지상기준점(GCP)을 이용하여 영상에 대한 정확한 좌표매칭을 수행한다. 드론을 통해 구축한 수치표고모델(DEM)은 산사태 예측을 위한 무한사면안정해석모형의 입력자료로 제공되며, 이를 통해 집중호우로 인한 산사태 위험등급을 6단계로 구분할 수 있고 또한 물골분석을 통해 토석류 발생지역도 선정한다. 드론으로 구축한 수치표고모델(DEM) 자료에 대해 흐름방향분석, 상류기여면적 및 집수면적을 공간정보(GIS) 분석기법을 통해 자동으로 계산함으로써, 무한사면안정해석에 사용되는 기초자료를 효과적으로 생성한다. 또한, 무한사면안정해석의 사면안정지수(SI) 기준을 통해 6등급으로 분류된 산사태 위험도를 제작할 수 있었으며, 이 중 SI가 매우 낮아 산사태 위험도가 높은 지역을 도면에서 확인하여 산사태 위험지역을 예측할 수 있었다. 그리고 물골분석을 통해 토석류 발생 가능성이 높은 토사붕괴 위험지역을 도면에서 확인하게 되었다. 본 발명은 산사태 및 토석류 발생 저감을 위한 사면보강이나 주민안전대책 수립을 위한 지반재해 분야의 의사결정 자료로 활용될 수 있다.

대표청구항 ▼

(a) 무인비행기를 활용하여 항공사진을 촬영하는 단계;(b) GNSS(Global Navigation Satellite System) 측량을 통해 취득한 지상기준점(GCP; Ground Control Point)을 사용하여 영상에 대한 좌표매칭을 수행하는 단계;(c) 컴퓨터와 연결하여 상기 무인비행기로 촬영된 낱장 사진들에 대해 영상접합 기술을 통해 정사사진과 수치표고모델(DEM; Digital Elevatin Model)을 구축하는 단계;(d) 공간정보(GIS) 분석을 통해 흐름방향도, 상류기여면적, 집수면적을 계산하여 GIS 분

(a) 무인비행기를 활용하여 항공사진을 촬영하는 단계;(b) GNSS(Global Navigation Satellite System) 측량을 통해 취득한 지상기준점(GCP; Ground Control Point)을 사용하여 영상에 대한 좌표매칭을 수행하는 단계;(c) 컴퓨터와 연결하여 상기 무인비행기로 촬영된 낱장 사진들에 대해 영상접합 기술을 통해 정사사진과 수치표고모델(DEM; Digital Elevatin Model)을 구축하는 단계;(d) 공간정보(GIS) 분석을 통해 흐름방향도, 상류기여면적, 집수면적을 계산하여 GIS 분석에 의한 무한사면안정해석을 위한 지형자료를 구축하는 단계;(e) 집중호우에 따른 산지 사면에서의 지표면 유출을 고려하여 지하수 포화과정을 수문학적으로 모의하고, 모의된 지하수 포화과정을 기반으로 토양과 식생의 점착력, 토양 내부마찰각, 토양의 단위중량, 투수계수와 지하수 충진율을 고려하여 무한사면안정해석을 수행하며, 상기 무한사면안정해석을 이용하여 공간정보(GIS) 자료를 활용한 사면안정지수(SI, Stability Index)를 계산하고, 등급별 분류하여 사면안정지수(SI) 등급 도면제작과 면적을 계산하여 상기 무한사면안정해석을 사용한 사면안정지수(SI)를 계산하는 단계; 및 (f) 상기 사면안정지수(SI)에 의한 산사태 위험지역을 선정하고 물골분석을 실시한 도면을 통해 토석류 위험지역을 선정하는 산사태와 토석류 위험지역 선정 단계를 포함하며, 상기 단계(e)의 무한사면안정해석을 사용한 사면안정지수(SI)를 계산하는 단계는 상기 무한사면안정해석은 집중호우에 따른 산지 사면에서의 지표면 유출을 고려하여 지하수 포화과정을 수문학적으로 모의한다는 점이며, 모의된 지하수 포화과정을 기반으로 토양과 식생의 점착력, 토양 내부마찰각, 토양의 단위중량, 투수계수와 지하수 충진율을 고려하여 무한사면해석을 수행하고, 다양한 지형정보로부터 사면안정계수의 인자들을 계산하기 위해 식 (3)에 의해 계산되며 [식 (3)]식 (3)에서 최소값인 은 상대 습윤도의 상한계가 1.0임을 의미하며, 사면안정지수(SI; Stability Index)를 정의하기 위해 다음 식 (4), (5)가 사용되며, [식 (4)], [식 (5)]이 중 집수면적 a와 사면경사 θ는 지형자료로 산정이 가능하며, 물과 흙의 밀도비 r은 0.5로 가정하고, 또한 복합점착력(C), 흙의 마찰력(tanφ), 지하수 재충전율과 흙의 투수량 계수의 비(R/T)는 불확실성을 내포한 매개별수로서 무한사면안정해석을 수행하는데 중요한 요소이며, 무한사면안정해석에서는 이들 매개변수가 각각 상한계와 하한계의 범위를 가지며, 이 범위 내에서 발생확률이 균일한 확률분포를 갖는 것으로 가정하고, 여기서, R/T = x, tanθ = t라고 하면 C~U(C1,C2), x~U(x1,x2), t ~U(t1,t2)로 나타낼 수 있으며, 식 (4)와 같이 가장 불리한 조건은 흙의 최소전단강도 조건에서의 최대강우강도를 의미하며, 식 (5)와 같이 가장 유리한 조건은 흙의 최대전단강도에서의 최소강우강도를 의미하고, FSmin에서 안전율이 1을 상회하는 경우 사면안정지수(SI)가 1 이상으로서 산사태 발생 가능성이 전혀 없는 산사태에 안전한 지역을 의미하며, 에서 안전율이 1보다 작은 경우 SI가 0이 되어 반드시 산사태 보강대책이 필요하다는 의미이며, 식 (4)와 (5)에서 SI가 모두 1 이하인 경우에는 산사태가 발생할 가능성이 있는 것으로 해석되는 것을 특징으로 하는 드론을 사용한 산사태 예측을 위한 지형자료 생성 및 이를 이용한 산사태 위험지역 선정 방법.