드론 영상을 이용한 하천의 구간별 허용 저수량 산정 방법 개발 = Development of a Method for Calculating the Allowable Storage Capacity of Rivers by Using Drone Images

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Dam discharge is carried out for the management of rivers and area around rivers due to rainy season or drought. Dam discharge should be based on an accurate understanding of the flow rate that can be accommodated in the river. Therefore, understanding the allowable storage capacity of river is an important factor in the management of the environment around the river. However, the methods using water level meters and images, which are currently used to determine the allowable flow rate of rivers, show limitations in terms of accuracy and efficiency. In order to solve these problems, this paper proposes a method to automatically calculate the allowable storage capacity of river based on the images taken by drone. In the first step, we create a 3D model of the river by using the drone images. This generation process consists of tiepoint extraction, image orientation, and image matching. In the second step, the allowable storage capacity is calculated by cross section analysis of the river using the generated river 3D model and the road and river layers in the target area. In this step, we determine the maximum water level of the river, extract the cross-sectional profile along the river, and use the 3D model to calculate the allowable storage capacity for the area. To prove our method, we used Bukhan river’s data and as a result, the allowable storage volume was automatically extracted. It is expected that the proposed method will be useful for real - time management of rivers and surrounding areas and 3D models using drone.

국문 초록 (Abstract)

댐 방류는 장마 또는 가뭄 등을 원인으로 하천과 하천 주변 지역의 관리를 위해 시행되고 있다. 댐 방류는 하천에서 수용할 수 있는 저수량을 정확하게 파악하는 것이 전제되어야 한다. 따라서 하천의 허용 저수량 파악은 하천 주변 환경 관리에 중요한 요소라고 할 수 있다. 하지만 현재 하천의 허용 저수량 파악에 사용되고 있는 수위계측기, 영상을 이용한 방법들은 정확성, 효율성 등의 측면에서 한계점을 보인다. 따라서 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 드론으로 촬영한 영상을 기반으로 하천의 허용 저수량을 자동으로 계산하는 방법을 제안한다. 본 논문이 제안하는 방법은 크게 두 단계로 수행된다. 첫 번째 단계에서는 드론 영상을 이용하여 하천의 3차원모델을 생성한다. 이 생성 과정은 대응점 추출, 영상 표정, 영상 정합 단계로 구성된다. 두 번째 단계에서는 생성된 하천 3차원 모델과 대상지역의 도로 및 하천 레이어를 이용하여 하천 단면 분석을 통해 허용 저수량을 산정한다. 이 단계에서는 하천의 최대 수위를 결정하고 하천을 따라 단면 프로파일을 추출, 3D 모델을 사용하여 대상지역 전체에 대한 허용 유량을 산정한다. 제안한 방법을 실험하기 위하여 북한강 일대의 데이터를 사용하였고, 결과적으로 허용 저수량을 자동으로 추출할 수 있었다. 제안한 방법은 하천과 그 주변지역의 실시간 관리 및 드론 영상을 활용한 3D 모델 활용에 큰 도움이 될 것이라 기대된다.

참고문헌 (Reference)

1 방건준, "스테레오 SAR 영상기반 DEM을 이용한 수위추출: 수문학적 특성을 중심으로" 한국콘텐츠학회 14 (14): 455-464, 2014

2 김상욱, "베이지안 회귀분석을 이용한 수위-유량 관계곡선의 불확실성 분석" 한국수자원학회 41 (41): 943-958, 2008

3 임수봉, "무인항공사진측량 방법에 의한 수치지도 갱신" 한국측량학회 33 (33): 397-405, 2015

4 김재도, "목자판 표면 상태에 적응적인 영상 기반 수위 계측 기법" 한국컴퓨터정보학회 15 (15): 67-76, 2010

5 이수암, "UAV 영상을 활용한 수변구조물의 DSM 생성 및 정확도 분석" 대한원격탐사학회 31 (31): 183-191, 2015

6 Goncalves, J.A., "UAV photogrammetry for topographic monitoring of coastal areas" 104 : 101-111, 2015

7 Song, M.Y., "Preliminary Assessment of Decreased River Flow and Its Adaptive Management in Imjin Basin" 2015

8 Lee, B.Y., "Development of High Precision Underground Water Level Meter Using a Buoyant Rod Load Cell Technique" 1 (1): 1-5, 1999

9 Lee, S.H., "Determination of Stage-discharge Relations by Hydraulic Channel Routing and Stage Measurement" 34 (34): 551-560, 2001

10 Uysal, M., "DEM generation with UAV Photogrammetry and accuracy analysis in Sahitler hill" 73 : 539-543, 2015

11 Hwang, U., "Computer Vision based Water-level Detection" 303-306, 2013

12 Park, C.W., "A water level measurement system using pressure sensor" 2708-2710, 2005