국공유지 실태조사 활용을 위한 UAV 정사영상의 생성 및 정확도 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, unmanned aerial vehicles showed the potential for utilization in various areas such as large-scale digital map creation, cadastral survey, and soil structure deformation measurement because flight speed could be freely controlled at low altitude and high-resolution aerial photos of a few cm could be obtained. This study was intended to suggest process for utilization in the investigation into the actual condition of goverment-owned lands by examining the applicability to the accurate and effective investigation into the actual condition of land, such as an analysis of occupied location of goverment-owned lands and the like on the basis of ortho-images after producing the ortho-image from aerial photos taken by UAV.
Besides, there is a few problems according to occlusion area due to surface shape, feature, shade and the like in the accuracy of UAV orthoimage. And there is a problem of different results according to an analysis of surface shape․feature and orthoimage. This study analyzed accuracy by measuring and comparing coordinates and areas by VRS-RTK GPS surveying method after measuring the coordinates of points and the area of land on land boundary according to two types of land use, i.e., building site and farm land on the produced ortho-images.
According to the results of comparatively analyzing the area and parcel boundary point coordinates extracted in UAV orthoimages by using data obtained by real-time kinematic GPS surveying method as reference data, it was shown that RMS error in both X and Y-coordinates was ±0.074m in building site and ±0.150m and ±0.127m in farm land respectively. And it was shown that RMS error in area was ±1.898㎡ in building site and ±8.964㎡ in farm land. An analysis showed that the accuracy of boundary point position and area in the building site of which the boundary was relatively distinct was approximately 1.9 times and 4.7 times as high as in farm land respectively.
The results of this study verified that a wide area could be surveyed rapidly, accurately and at low cost by ortho-images processed through UAV Photography, and therefore it is expected to contribute to the establishment of service that can perform area report and statistics work regarding lands occupied without permission and can facilitate the accurate position and occupancy status interpretation of lands through the investigation into the actual condition of goverment-owned lands.

국문 초록 (Abstract)

최근 무인항공기(UAV)는 저고도에서 비행속도를 자유롭게 조절할 수 있고 수 cm의 고해상도 항공사진을 취득할 수 있어 대축척 수치지도 작성, 지적측량, 지반구조물의 변형측량 등 다양한 분야에 활용잠재성을 가지고 있다. 본 연구에서는 UAV에 의해 촬영한 항공사진으로부터 정사영상을 생성하고 이를 바탕으로 국공유지의 점유위치 분석 등 정확하고 효율적인 토지 실태조사에 적용성을 검토하여 국공유지 실태조사에의 활용방안을 제시하는데 연구의 목적을 두었다.
또한, UAV 정사영상의 정확도는 지형․지물, 음영 등에 의한 폐색지역 등에 따른 문제점이 존재하고 있다. 그리고 지형․지물 및 정사영상의 해석에 따라 그 결과가 달라지는 문제점이 있다. 본 연구에서 생성된 정사영상에서 대지와 농경지 두 가지 유형의 토지이용별로 토지경계의 좌표 및 면적을 측정하고 VRS-RTK GPS측량방법에 의해 좌표 및 면적을 측정 비교하여 정확도를 분석하였다.
실시간 GPS측량방법에 의해 얻어진 데이터를 기준데이터로 하여 UAV 정사영상에서 추출된 경계점좌표 및 면적을 비교분석한 결과, 경계점들에 대한 X,Y 좌표오차의 RMSE는 대지에서 공히 ±0.0.074m, 농경지에서 각각 ±0.150m, ±0.127m로 나타났으며, 면적오차의 RMS는 대지에서 ±1.898㎡, 농경지에서 ±8.964㎡로 나타났다. 경계가 비교적 뚜렷하게 나타나는 대지가 농경지에 비해 경계점의 위치는 약 1.9배, 면적의 경우 약 4.7배 정도 정확도가 높은 것으로 분석되었다.
본 연구의 결과는 UAV로 촬영을 통해 처리된 정사영상으로 넓은 지역을 신속, 정확하게 조사하고 저렴한 측량비용으로 수행할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 국공유지 실태조사를 통해 토지의 정확한 위치 및 점유 현황 판독이 용이하며, 무단점유 토지에 대한 면적, 조서, 통계업무를 수행할 수 있는 서비스를 구축하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구동향 2
• 1.3 연구내용 및 방법 4
• 제 2 장 UAV기반 사진측량 관련 이론 6
• 2.1 UAV개념과 종류 6
• 2.1.1 무인항공기의 종류 6
• 2.1.2 무인항공기의 분류 6
• 2.2 수치사진측량 관련 장비 8
• 2.2.1 디지털카메라 8
• 2.2.2 GPS/INS와 센서 9
• 2.3 항공사진측량의 표정 12
• 2.3.1 내부표정 12
• 2.3.2 상호표정 14
• 2.3.3 절대표정 15
• 2.3.4 외부표정 16
• 2.3.5 접합표정 16
• 2.4 영상기하보정 17
• 2.4.1 1차 다항식 변환 18
• 2.4.2 2차 다항식 변환 19
• 2.4.3 고차 다항식 변환 20
• 2.5 수치표고모형 생성 21
• 2.5.1 래스터 DEM 21
• 2.5.2 TIN DEM 21
• 2.6 정사영상 생성 22
• 제 3 장 UAV를 이용한 취득 및 분석 25
• 3.1 사용장비 및 기본사항 25
• 3.1.1 UAV 25
• 3.1.2 카메라 27
• 3.1.3 짐벌 29
• 3.2 UAV영상자료 취득 30
• 3.2.1 연구지역 선정 30
• 3.2.2 촬영계획 및 자료수집 31
• 3.2.3 지상기준점측량 32
• 3.2.4 무인비행영상 촬영 33
• 3.2.5 무인비행영상 처리 과정 34
• 3.2.6 후처리 결과 39
• 3.3 정사사진측량과 GPS측량 비교 43
• 3.3.1 VRS-RTK와 정사영상으로 취득된 좌표 및 면적비교 43
• 3.4 토지이용실태조사 활용 49
• 3.4.1 면적허용오차 49
• 3.4.2 실태조사활용 50
• 제 4 장 결 론 53
• [참고 문헌] 54
• 감사의 글 56