무인항공기 영상을 이용한 건축물 정사영상 부분수정 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A change in the Spatial Information Production System is demanded to correspond to the digital revolution according to the stream of the era.
In the information age of the 20th century, location-based services such as navigation and portal maps using large-scale digital maps in file-type were expanded. In the era of the fourth industrial revolution, the National Basic Map and the Ortho-Photo Map, which is the basis of national spatial information, is required to be up-to-date and high quality since intelligence of the drones, autonomous driving, and artificial intelligence has been advanced.
In addition, unmanned aerial vehicles (UAVs) are being applied not only in the field of spatial information such as digital topographic map production and ortho-image production, but also in construction, forestry survey, search and rescue, etc. In the era of the fourth industrial revolution, it is considered the most efficient means of building Digital Twin, which was selected as one of the top 10 representative tasks of the Korean version of the New Deal.
In order to have an object-unit production system and intelligent real-time automatic production system in Spatial Information Production System proceeding by National Geographic Information Institute, in addition to the regular revision of the aerial photo survey in every 2 years, the building change information is detected in the building administration system, Korean Address Information System (KAIS), and Korea Real estate Administration intelligence System (KRAS) and the building object data is updated through a survey of building layout within two weeks.
But, when the occasional revision of the national basic map through partial update of the digital topographic map through the linkage between Korea Real estate Administration intelligence System (KRAS) and Korean Address Information System (KAIS) happens, there may be a case with no ortho-image until the next aerial photographs shooting of the building objects such as major hospitals, malls, and Apartment.
In the case of the Ortho-image of the building, it is used for national policy tasks of illegal buildings, land price analysis, and spatial data analysis of local governments, or Naver and Daum maps, which are portal maps, provide only topographic maps in conjunction with the national information system, but separately, it is believed to be highly utilized as they can reflect partial modification data of Ortho-image produced through unmanned aerial vehicles in the service.
In this study, the building layout of the Korea Real estate Administration intelligence System (KRAS) and Korean Address Information System (KAIS) provided by the central administrative information link service was compared with the results directly measured in the frequent modification to identify the difference in the ratio of building objects provided by the location error of the building objects and the discrepancy in the building registration criteria, and based on these results, the need to provide a global geodetic system that does not require a coordinate change was derived.
Because of the improvement of hover accuracy due to the installation of network RTK function on unmanned aerial vehicles, it is expected to expand the use of partial modification of Ortho-image using unmanned aerial vehicles equipped with network RTK functions. Accordingly, partial modification of Ortho-images using network RTK UAV has been made to verify accuracy and conduct economic review.
For these cause, drones with a network RTK function were utilized to produce point cloud, Ortho-image, and DSM around Seodun-dong area in Suwon-Si, with a flying altitude of 45 meters, a longitudinal and transverse redundancy of 80 percent, and a resolution of approximately 1.5 centimeters. The accuracy of the Ortho-image was analyzed through data processing using the No Ground Control Point and 4 Ground Control Point.
The accuracy analysis applied with 4 Ground Control Point to the building object showed RMSE within 0.04 m horizontal and 0.07 m vertical. Also within 0.09 m horizontal and 0.15 m vertical accuracy analysis applied to the No Ground Control Point to satisfy the National Basic Map and Ortho-image production accuracy.
Therefore, when accurate Building Layout Drawing is provided with the global geodetic system, it is believed that the accuracy of partial modification of the Ortho-image can be verified through mutual comparison even if the network RTK unmanned aerial vehicle is only filmed without a Ground Control Point, thereby reducing the cost of Ground Control Point survey and enabling mutual data quality inspection.
In addition, it is believed that additional research on the applicability of basic surveying should be conducted through the scope of application and the review of the Quantity for Ortho-Image Partial Correction of unmanned aerial vehicles.

국문 초록 (Abstract)

시대의 흐름에 따른 디지털 혁명에 적극적으로 대응하기 위한 공간정보생산체계에 변화가 요구되고 있다. 20세기 정보화 시대에 들어와서 파일형태의 대축척 수치지도를 이용한 내비게이션, 포털지도 등의 위치기반서비스가 확대되었으며, 이후 4차 산업혁명시대에 들어와서는 드론, 자율주행, 인공지능 등 지능화가 고도화됨으로써 국가공간정보의 기본이 되는 국가기본도와 정사영상지도에 대한 최신성과 고품질이 요구되고 있다.
이와 더불어 무인항공기(UAV)는 수치지형도제작과 정사영상 제작 등 공간정보 분야뿐만 아니라 건설, 산림조사, 수색 및 구조 등 다방면에 사용되고 있으며, 4차 산업혁명시대에 한국판 뉴딜의 10대 대표과제로 선정된 디지털 트윈(Digital Twin) 구축에 가장 효율적인 수단으로 평가되고 있다.
최근 국토지리정보원에서 추진하고 있는 공간정보생산체계에서는 객체단위 생산체계와 지능화된 실시간 자동생산체계를 갖추기 위해, 2년 단위 항공사진측량 정기수정과 별도로 수시수정 측량방법으로 건축행정시스템, 국가주소정보시스템, 부동산종합공부시스템에서 건물변화정보를 탐지하여 2주 이내 건물배치도 확인측량을 통해 건물객체 데이터를 갱신하고 있다. 하지만 국가기본도 수시수정에서 부동산종합공부시스템과 국가주소정보시스템 등 시스템 연계를 통해 수치지형도 부분 갱신이 이루어지는 경우 사람들이 많이 쓰는 주요 병원, 상가, 아파트 등의 건물객체에 다음 항공사진 촬영이전까지 건물 정사영상이 없는 경우가 발생할 수 있다. 건물 정사영상의 경우 지자체 불법건축물, 지가분석, 공간정보 분석의 국가 정책업무에 사용되거나 포털지도인 네이버나 다음지도에서도 국가주소정보시스템과 연계하여 지형도만 제공하는 서비스를 하고 있지만, 이와 별개로 무인항공기를 통해 제작된 정사영상 부분수정 자료를 영상지도서비스에 반영 할 수 있어 활용도가 높을 것으로 사료된다. 본 연구에서는 중앙행정정보연계서비스로 제공되는 부동산종합공부시스템과 국가주소정보시스템의 건물배치도 정보와 직접 수시수정에서 측량된 결과와 비교하여 제공되는 건물객체의 위치오차와 건물등록기준 불일치에 따른 건물 객체 비율의 차이를 확인하였고, 이 결과를 바탕으로 부동산종합공부시스템 건물배치도의 이중레이어 제공과 좌표변환이 필요 없는 세계측지계 제공의 필요성을 도출하였다. 무인항공기에 네트워크 RTK기능 탑재로 인한 호버링 정확도의 향상으로 네트워크 RTK기능이 탑재된 무인항공기를 이용한 정사영상 부분수정 제작에 급속한 사용 확대가 예상이 되고 있으며, 이에 따라 네트워크 RTK 무인항공기를 활용한 정사영상을 부분수정 제작하여 정확도 확인과 경제성 검토를 수행하였다. 이를 위해 수원시 서둔동 지역을 대상으로 네트워크 RTK 기능이 탑재되어 있는 무인항공기를 활용하여 비행고도 45m, 종․횡 중복도 80%, 해상도 약 1.5cm로 촬영을 실시하여 포인트 클라우드, 정사영상, DSM을 제작하였으며, 무기준점과 지상기준점 4점을 활용한 데이터 처리를 통해 정사영상의 정확도를 분석하였다. 건물객체에 대한 지상기준점 4점을 적용한 정확도 분석시 수평(△D) 0.04m, 수직(△H) 0.07m 이내의 RMSE를 나타내었고, 무기준점을 적용한 정확도 분석시 수평(△D) 0.09m, 수직(△H) 0.15m 이내의 RMSE를 나타내어 국가기본도 및 정사영상 제작 정확도를 만족하였다. 이에 세계측지계로 정확한 건물배치도 제공시에는 지상기준점 없이 네트워크RTK 무인항공기 촬영만을 실시하여도 상호비교를 통해 정사영상 부분수정의 정확도 검증이 가능하여 지상기준점 측량 비용이 절감이 될 것으로 판단되며, 상호 데이터 품질검사가 가능하다 판단된다. 이와 더불어 무인항공기 사진측량의 정사영상 부분수정 적용을 위한 적용범위와 품셈 검토를 통해 기본측량 적용 가능 여부를 추가 연구해야 할 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구배경 및 필요성 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 연구 필요성 5
• 제2절 연구목적 및 방법 8
• 1. 연구목적 8
• 2. 연구방법 9
• 제3절 선행연구 동향 12
• 1. 무인항공기 연구 12
• 2. 건축물 공간정보 갱신 연구 18
• 3. 해외 공간정보 갱신 방법론 22
• 4. 선행연구 분석결과 26
• 제2장 건축물 공간정보 갱신 방법 및 기준 28
• 제1절 건축물 공간정보 갱신 28
• 1. 건물배치도 관련 법령 28
• 2. 건축물 갱신용 건물배치도 30
• 3. 국토변화정보 관리시스템 연계 건축물 시스템 정보 39
• 4. 건축물 객체갱신 세부작업 방법 45
• 5. 세부도화 묘사오차의 허용범위 50
• 제2절 무인항공기 사진측량 기본측량 갱신 53
• 1. 무인항공기의 의미 53
• 2. 무인항공기 영상을 이용한 기본측량 갱신 58
• 3. 무인항공기 기본측량 적용 소요기술 61
• 4. 무인항공기의 활용분야 64
• 제3장 국가기본도 수시수정과 건축물 정사영상 부분수정 방법론 정립 66
• 제1절 국가기본도 수시수정 66
• 1. 국가기본도 정의 66
• 2. 국가기본도 수시수정 68
• 제2절 국토지리정보원 정사영상 제작 현황분석 75
• 1. 정사영상 정의 75
• 2. 무인항공기 활용 정사영상 제작 77
• 제3절 건축물 정사영상 부분수정 방법론 정립 79
• 1. 건축물 정사영상 부분수정 프로세스 검토 79
• 2. 건축물 정사영상 부분수정 방법론 정립 80
• 제4장 무인항공기 영상을 이용한 건축물 정사영상 부분수정 검증 82
• 제1절 국가기본도 수시수정 건축물 갱신 82
• 1. 국토변화정보 관리시스템 연계 건물배치도 비교방법 82
• 2. 부동산종합공부시스템 측량결과 비교 84
• 3. 국가주소정보시스템 측량결과 비교 97
• 4. 건물배치도 개선의 필요성 104
• 제2절 무인항공기 건축물 정사영상 실험제작 112
• 1. 무인항공기 정사영상 실험제작 112
• 2. 무인항공기 사진촬영 및 영상처리 115
• 3. 정사영상 부분제작 122
• 4. 정사영상 정확도 평가 128
• 제3절 건축물 정사영상 부분수정 검증결과 142
• 제5장 정사영상 제작시간 ․ 비용 분석 및 활용방안 144
• 제1절 정사영상 제작시간 및 비용분석 144
• 1. 정사영상 부분수정 제작시간 분석 144
• 2. 정사영상 부분수정 제작비용 분석 146
• 제2절 정사영상 부분수정 활용방안 154
• 1. 정사영상 부분수정 기본측량 활용방안 154
• 2. 정사영상 부분수정 기타 시스템 활용방안 157
• 제6장 결 론 160
• 제1절 연구의 결론 160
• 제2절 향후 연구방향 162
• 참고문헌 163
• 부 록 168
• Abstract 179
• 감사의 글 183