무인비행장치측량에 의한 토공량 산출의 정확도 분석 : 단지조성공사를 중싱으로 = Accuracy Analysis df Earth-volume Calculation By Unmanned Aerial Vehicle Survey

국문 초록 (Abstract)

최근 정부(국토교통부)에서는 자율주행차, 드론, 공간정보 등 7대 신산업 육성정잭을 제시하였고 8대 혁신성장동력을 지정하여 육성정책을 펼쳐오고 있으며 스마트시티, 자율주행차, 드론 등 4차 산업혁명시대를 견인할 혁신성장 선도사업의 성과도 본격 가시화해 나간다는 계획을 밝혔다. 또한, 코로나19가 불러 온 경제위기를 극복하고 더 나아가 대한민국의 새로운 미래를 설계하기 위하여 “한국판 뉴딜 종합계획”을 발표한 바 있으며 자율차, 드론 등 신산업 기반을 마련하고 안전한 국토 시설관리를 위해 도로, 지하공간, 항만, 댐 등 디지털트윈을 구축하고, 국민이 안전하고 편리한 생활을 누릴 수 있도록 핵심기반시설을 디지털화하고 효율적 재난 예방 및 대응 시스템을 마련한다는 계획이다.
이와 같이 드론은 오늘날 4차산업혁명의 신산업으로 육성되고 있으며 국토조사, 순찰, 유지관리, 감시 등 다양한 분야에 사용되고 있으며 특히, 지도제작 등의 공간정보 구축 및 활용분야에 활발하게 사용되고 있다. 건설공사에서도 토공량 산출, 구조물 안전점검 등에 활용되고 있으나 아직 범용단계로 보기 보다는 시작단계로 보아야 할 것이다.
본 연구에서는 무인비행장치측량(UAV측량, 드론측량)을 활용하여 토공량을 산출함에 있어 정확도를 분석하고자 한다. 토공량은 공사금액과 직결되는 중요한 요소로 단지조성공사 토공량의 산출은 해당 공사의 경제성 등에 큰 영향을 주는 요소이기 때문에 무인비행장치측량을 통한 토공량 산출시 그 결과에 대한 정확도가 중요하다. 따라서, 본 연구 목적을 달성하기 위해 현재 토공사가 진행 중에 있는 단지조성공사 현장을 테스트베드로선정하여 무인비행장치측량을 실시하고, 수치표면모델, 수치표고모델, 정사영상을 생성하여 정확도 검증절차를 거쳐 이를 활용하여 토공량을 산출하고 지상 LiDAR에 의한 검사측량 등을 통해 그 정확도를 분석하여 정리하였다.
본 연구를 통해 무인비행장치측량 성과를 활용하여 토공량을 산출함에 있어 지상기준점 측량 성과를 토대로 무인비행장치측량 성과물의 정확도가 허용오차 이내임을 확인하였고, 무인비행장치측량으로 생성한 3차원 포인트클라우드 데이터를 사용하여 토공량을 산출하고 지상LiDAR 측량으로 구한 토공량과 비교하여 정확성이 확보되는 결론을 얻을 수 있었다.
따라서, 무인비행장치측량은 경제적이고 안정적이고 신속한 결과값을 얻어내는 장점이 있으므로 토공사의 기성고 확정 뿐만아니라 시급성, 안전성 등이 요구되는 구간의 토공량 산출에 유용할 것이며, 시계열 드론촬영영상을 활용하여 단지조성공사 건설모니터링에 활용이 확대된다면 전체적인 작업의 효율성이 향상될 것으로 기대된다.
앞으로 무인비행장지측량을 활용하여 토공량을 산출하거나 그 사용성 등을 확대하기 위해서는 무인비행장치측량 성과를 활용하여 토공량을 산출하는 것을 포함하여 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있도록 각종 설계지침, 공사 시방서 등의 적기 개정과 구체적인 설계내역 반영기준이 필요할 것으로 판단된다.
키워드 : 무인비행장치, 지상기준점 측량, 수치표면모델, 수치표고모델, 정사영상, 토공량

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the government (Ministry of Land, Infrastructure and Transport) proposed seven new industries nurturing policies such as autonomous vehicles, drones, and spatial information. the government has been implementing policies to foster eight innovative growth engines, including smart cities, autonomous vehicles, and drones. the government also announced a plan to make visible the results of innovative growth leading projects that will lead the Forth Industrial Revolution era. In addition, in order to overcome the economic crisis brought on by COVID-19 and further design a new future for Korea, the “Korean New Deal Comprehensive Plan” has been announced. In order to lay the foundation for new industries such as autonomous vehicles and drones and to safely manage national facilities, the plan is to build a digital twin such as roads, underground spaces, harbors, and dams to digitize core infrastructure so that people can enjoy a safe and convenient life and to prepare an efficient disaster prevention and response system,
As such, drones are currently being nurtured as new industries in the Fourth Industrial Revolution and are used in various fields such as land survey, patrol, maintenance and surveillance, especially, drones are actively used in the construction and utilization of spatial information. Drones are also used in construction work for calculation of earthwork volume and safety inspection of structures, but it should be viewed as a starting step rather than a general-purpose step.
In this study, I intend to analyze the accuracy in calculating the earthwork volume using unmanned aerial vehicle surveying (UAV surveying, drone surveying). The earthwork volume is an important factor directly related to the construction amount and since the calculation of the earthwork volume for a complex construction project is a factor that greatly affects the economic feasibility of the relevant construction, the accuracy of the result is important when calculating the earthwork quantity through unmanned aerial vehicle
surveying. Therefore, in order to achieve the purpose of this study, the site of the complex construction currently in progress was selected as a test bed, and the unmanned aerial vehicle survey was conducted, and DSM, DEM, and the orthophoto image were generated and the accuracy verification procedure was performed. Using this, the amount of earthwork was calculated, and the accuracy was analyzed and organized through examination surveying by ground LiDAR.
Through this study, it was confirmed that the accuracy of the unmanned aerial vehicle survey results was within the allowable error based on the ground control point survey result in calculating the earthwork volume using the unmanned aerial vehicle survey result, and 3D point cloud data generated by the unmanned aerial vehicle surveying was used to calculate the earthwork volume and compared it with the earthwork volume obtained by the ground LiDAR survey, and it was possible to obtain the conclusion that the accuracy was
secured.
Therefore, unmanned aerial vehicle surveying has the advantage of obtaining economical, stable and quick results, so it will be useful not only to determine the ready-made level of earthworks, but also to calculate the earthwork volume in sections that require urgency and safety. It is expected that the overall work efficiency will be improved if the application is expanded to the construction monitoring of the construction work.
In the future, in order to calculate earthwork volume using unmanned aerial vehicle survey or expand its usability, it is necessary to revise various design guidelines and construction specifications so that they can be widely used in various fields, including calculating earthwork volume using the results of unmanned aerial vehicle surveying. It is judged that specific criteria for reflecting budget details are necessary.
Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, Ground Control Point Survey, Digital Surface Model, Digital Elevation Model, Orthophoto Image, Earthwork Volume

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 방법 4
• 1.3 국내외 연구동향 5
• 제2장 기본이론 8
• 2.1 무인비행장치의 개요 8
• 2.2 무인비행장치측량의 원리 12
• 2.2.1 UAV Photogrammetry 12
• 2.2.2 영상처리기술 14
• 제3장 무인비행장치측량 및 데이터 처리 30
• 3.1 테스트베드의 선정 30
• 3.2 무인비행장치의 선정 31
• 3.3 지상기준점 측량 33
• 3.4 무인비행장치 촬영 39
• 3.5 데이터 처리 및 성과물 제작 41
• 3.5.1 데이터 처리 절차 41
• 3.5.2 성과물 제작 43
• 제4장 무인비행장치측량 성과물의 분석 50
• 4.1 항공삼각측량 정확도 검증 52
• 4.2 수치표고모델 정확도 검증 54
• 4.3 정사영상 정확도 검증 56
• 4.4 토공량 산출 및 LiDAR측량 성과와의 비교 59
• 제5장 결론 64
• 참고문헌 66
• 국문초록 69
• ABSTRACT 71
• 감사의 글 74