UAV를 이용한 정사영상제작의 정확도 및 경제성 분석 = Accuracy and Economic Feasibility Study of Orthoimage Map Production using UAV

국문 초록 (Abstract)

현재 국내 정사영상 제작은 과거의 아날로그 방식에서 현재의 디지털 방식으로 기술의 고도화가 이루어지면서 항공사진과 위성영상으로 제작되고 있지만 날씨의 제약과 소규모 지역일 경우 고비용으로 인해 신속한 제작에 어려움이 있다. 이에, 본 논문에서는 UAV를 이용했을 때 취득할 수 있는 데이터에 대한 정확도를 평가하고, GSD와 면적별 비용을 분석하여 UAV를 활용한 정사영상 제작에 대한 경제적인 면적을 도출하고자 한다.
GPS/INS를 탑재한 무인항공기 기반의 시스템에서 획득한 영상과 지상기준점, 추가적인 GPS-RTK 관측치가 대한민국 항공사진측량 작업규정에서 정하고 있는 오차의 범위 안에 들어오는지 정확도 분석을 실시하였다. 또한 기존 항공사진측량과의 경제성 분석을 통하여 무인항공기 기반의 사진측량이 정사영상 제작에 미치는 효율성에 대해서 분석하였다.
실험의 대상이 되는 지역은 외국의 모잠비크와 대한민국의 군포지역이며 1:500과 1:1000의 정사영상을 제작한 후 GCP 점과 비교하였다. 비교결과 군포지역의 경우 X방향의 평균 오차는 0.018m, 편차는 0.015, Y방향의 평균 오차는 0.023m, 편차는 0.017, 높이의 오파의 평균은 0.01m, 편차는 0.01이 나왔다. 모잠비크 지역의 경우 X방향 오차의 평균은 0.005m, 편차는 0.003이며 Y방향 오차의 평균은 0.006m, 편차는 0.003m이고 높이 오차의 평균은 0.004m, 편차 0.003 이다. 또한 추가적인 GPS-RTK 측량점을 선점하여 비교하였고, 군포지역의 경우 GPS-RTK 관측값과 UAV 관측값의 차이는 최대 0.09m, 최소 -0.17m, 평균 -0.01m, RMSE 0.069 이다. 모잠비크지역의 경우 GPS-RTK 관측값과 UAV 관측값의 차이는 최대 0.10m, 최소 -0.10m, 평균 0.00m, RMSE 0.0451 이다. 2번의 정확도 평가 결과 모두 항공사진측량 작업규정에서 명시하고 있는 오차의 범위 안에 들어오는 것을 알 수 있었다.
경제성 분석의 경우 촬영면적당 항공측량, UAV 측량의 촬영비용 및 정사영상제작비용을 GSD 8cm와 12cm로 제작하였을 경우 각각의 경제성을 비교 분석 하였다. 분석 결과 GSD 8cm급의 정사영상은 10㎢까지도 UAV측량이 항공측량에 비하여 87% 가격으로 제작이 가능하며, 해상도가 약간 낮은 GSD 12cm급의 정사영상일 경우에는 촬영면적이 5㎢일 경우 경제성이 비슷하게 나왔다.
본 연구를 통하여 분석된 무인항공기 기반의 정사영상 제작 실효성을 분석하였으며 조작이 간단한 무인항공기 특성으로 인하여 1대가 아닌 여러 대의 무인항공기를 소수의 사람이 조작하였을 때 정사영상 제작 경제성이 향상될 것으로 분석되었다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 목적 1
• 제 2 절 연구동향 2
• 제 3 절 연구 범위 및 방법 4
• 제 2 장 UAV기술과 이용현황 7
• 제 1 절 UAV 기술 7
• 1. UAV 개념과 구성 7
• 2. UAV 기술현황 8
• 제 2 절 UAV 데이터 처리시스템 10
• 1. UAV 데이터 처리 SW 개념과 구성 10
• 2. UAV 데이터 처리 12
• 제 3 장 UAV를 이용한 정사영상 제작 방법론 개발 19
• 제 1 절 실험계획 수립 19
• 1. 실험대상지 선정 19
• 2. UAV를 이용한 촬영절차 20
• 제 2 절 데이터 취득 및 품질검사 22
• 1. UAV를 이용한 데이터 취득 22
• 2. 취득 데이터에 대한 품질검사 23
• 제 3 절 UAV를 이용한 정사영상 제작 25
• 1. UAV 영상 매칭 25
• 2. Point cloud Densification 31
• 3. DSM 과 정사영상 제작 33
• 4. 수치지형도 제작 36
• 제 4 장 UAV를 이용한 정사영상의 정확도 및 경제성 평가 40
• 제 1 절 정확도 평가 40
• 1. 정사영상의 정확도 관련 기준 40
• 2. UAV를 이용한 정사영상의 정확도 평가 42
• 제 2 절 경제성 평가 49
• 1. 항공사진측량을 이용한 정사영상 제작비용 분석 49
• 2. UAV를 이용한 정사영상 제작비용 분석 52
• 3. 항공사진측량과 UAV를 이용한 정사영상 제작비용 평가 57
• 제 5 장 결론 59
• 제 1 절 연구결과 59
• 제 2 절 향후 연구과제 60
• 참고 문헌 61
• ABSTRACT 64
• 감사의 글 66