성곽유산의 변위 계측을 위한 UAV 기반 사진측량 적용 가능성 연구 = Applicability of UAV-Based Photogrammetry for Displacement Measurement of Fortress Heritage

국문 초록 (Abstract)

성곽유산의 변위 계측을 위한 UAV 기반 사진측량 적용 가능성 연구 이준석 유산기술학과 건축·조경·도시 전공 한국전통문화대학교 국가유산전문대학원 본 연구는 대면적을 차지하여 지상 라이다 측량 적용에 한계가 있는 성 곽유산에 대해 드론 기반의 사진측량 기법을 활용한 성벽의 변위 계측 가 능성 검증을 목적으로 하였다. 연구 대상은 사적으로 지정된 해미읍성과 공 산성으로 선정하였다. 연구는 해미읍성을 대상으로 라이다 측량과 사진측량 데이터 비교를 통 해서 드론 기반 사진측량의 정확도를 검증하였다. 이후 공산성을 대상으로 성벽의 지형적 특성에 따라 굴곡형, 평지형, 경사형의 3개 구간을 설정하 고, 서로 다른 시점에 걸쳐 총 3회의 드론 기반 사진측량을 반복하여 오차 발생의 분포 경향 및 저감 방안을 모색하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 해미읍성을 대상으로 라이다 측량과 드론 기반 사진측량으로 제작 된 3개 쌍의 점군 데이터에 대해 위치를 정합한 결과 평균 RMS가 약 3.53mm로 나타났으며, 10mm 이내의 정합률은 평균 93.76%로 나타났다. 이 를 통해 드론 기반 사진측량 기법이 성곽유산의 계측에 활용 가능함을 확 인하였다. 둘째, 공산성을 대상으로 중복도 80% 조건에서 다시점에 걸쳐 촬영된 드 론 기반 사진측량 점군 데이터의 좌표 정렬 결과, 평균 RMS는 굴곡형 5.15mm, 평지형 5.34mm, 경사형 6.10mm이 산출되었다. 10mm 이내의 평균 정합률은 97.78%로 확인되었다. 이는 다시기에 걸친 드론 기반 사진측량으 로 취득된 데이터가 오차범위인 10mm 내에서 좌표 정렬이 매우 정밀하게 이루어질 수 있음을 시사한다. 셋째, 좌표 정렬 과정에서 상대적으로 높은 오차가 발생한 요인을 저감하 기 위해 순방향 및 역방향 촬영 데이터를 병행하고 중복도를 90%로 향상시 켰다. 그 결과, 평균 RMS는 3.99mm로 감소하였으며, 전체 점군의 99.83%가 10mm 이내의 오차 범위에서 정합되는 것으로 확인되었다. 특히 기존에 오 차가 집중되었던 성벽 상부 및 성돌 틈 영역에서도 뚜렷한 오차 저감 효과 가 나타났다. 이러한 결과는 대면적을 차지하는 성곽유산에 대해 드론 기반 사진측량 기법이 라이다 측량에 근접한 수준의 정확도를 확보할 수 있으며, 다시기에 걸친 반복 촬영 시에도 좌표 정합과 거리 오차 등을 계측할 수 있어서 변 위 계측 등의 모니터링에 활용이 가능함을 밝혔다. 특히, 성벽의 지형적 조 건에 따른 오차 특성을 규명함으로써 향후 대면적 성곽유산의 정기적 모니 터링을 위한 최적 촬영 조건 설정에 사용될 수 있는 기초자료를 제공하였 다는 점에서 의의가 있다. 주제어: 기후변화, 구조물, 붕괴, 문화유산, 안전관리, 3D 스캔

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구 배경 및 목적· 1
• 2. 연구의 내용과 방법 3
• II. 이론적 고찰 6
• 1. 성곽유산의 특징 및 변위 계측 6
• 1) 성곽유산의 특징 6
• 2) 성곽유산의 안전진단 현황 7
• 3) 변위 계측 기준 10
• 2. 변위 계측을 위한 데이터 취득 기법 11
• 1) 라이다 측량 11
• 2) 사진측량(Photogrammetry) 14
• 3. 선행연구의 동향 16
• 1) 사진측량기법의 활용 16
• 2) 사진측량기법의 정확도 18
• 3) 사진측량 데이터 제작 기법 19
• 4. 소결· 20
• III. 성곽유산의 사진측량 정확도 분석 22
• 1. 분석 자료 제작 22
• 1) 데이터 취득 범위 22
• 2) 지상기준점 취득 23
• 3) 라이다 측량 23
• 4) 사진측량 25
• 5) 후처리 및 모델 제작 28
• 6) 노이즈 소거 30
• 7) 점군 데이터의 위치 정렬 33
• 2. 사진측량 데이터의 정확도 비교 결과· 35
• 3. 소결· 41
• IV. 사진측량 기법의 정밀도 검증 42
• 1. 분석 자료의 제작 42
• 1) 데이터 취득 범위 42
• 2) 사진측량 44
• 3) 3차원 모델 제작 48
• 4) 노이즈 소거 50
• 5) 점군 데이터의 좌표 정렬 51
• 2. 유형별 변위 계측의 정밀도 비교 결과 52
• 1) 굴곡형 53
• 2) 평지형 58
• 3) 경사형 63
• 4) 유형별 오차 발생 원인 분석 69
• 5) 보완 촬영을 통한 오차 개선 효과 검증· 72
• 3. 소결· 75
• V. 결 론· 78
• 참고문헌 80