한국도로학회도로문화세미나및토론회 ( 제 23 차 ) 드론시대의개막과그활용방안은? 2017. 05. 17 ( 주 ) 베이시스소프트한동수
목 차 드론이란? 드론활용법토목분야에서의드론 - 드론측량방법 - 사진취득을위한비행설정 - 사진촬영방법 - 이미지프로세싱 - 3 차원모델의오차검증 - CAD 로데이터전환작성 - 3D 모델작성 - 드론 3D 모델의이용
드론이란? 사전적의미 : 1.( 낮게 ) 웅웅거리는소리 2.( 일부악기가배경음으로내는 ) 저음 ; 저음부 3.( 일을하지않는 ) 수벌 문맥적의미 : 1. 조종사없이무선전파의유도에의해서비행및조종이가능한비행체 2. 드론은외국말이기때문에국립국어원에서 드론 대신 무인기 로정의 발달과정 : 드론은본래군사용으로개발됐다. 1. 열기구 : 최초의형태는 1849 년오스트리아에서 Bombing by Balloon 이란모델로선보였다. 열기구에폭탄을달아떨어뜨리는방식으로베니스와의전투에서실제로사용했다. 2. 1 차세계대전 : 미국에서최초로무인항공기가나는것을성공하며, 정찰및전투용으로가능성이보여미국을필두로여러나라가무인항공기를연구하기시작했다. 3. 2 차세계대전 : 2 차세계대전을거치면서무인항공기가중요한전투무기로발전했다. 4. 2 차세계대전이후 : 베트남전을거치면서적진감시목적으로이용되었다. 제한사항 : 아래지역에서는비행목적에관계없이드론을날리기전반드시허가가필요하다. 1. 비행장주변관제권 : 반경 9.3km 2. 비행금지구역 : 서울강북지역, 휴전선, 원전주변 3. 고도 150 미터이상
고정익드론과회전익드론의비교 특징 활용분야 고정익드론 - 추력및양력발생장치가분리되어전진방향으로가속을얻으면고정된날개에서양력을발생하여비행 - 드론구조가단순하고, 고효율비행이가능 광역사진측량, 지적측량, GIS, 농업 수산 광업 환경관리, 건설현장관리등 회적익드론 - 수직이착륙및정점체공이요구될경우가장적합 - 비행효율, 속도, 항속거리등에있어고정익보다불리 - 로터형, 덕트형, 여러개의로터를대칭으로배치한멀티콥터형등으로구분할수있다 소규모지역측량및구조물안전진다, 영화및영상촬영, 부동산관리, 건설관리, 응급지원, 교통단속 추적등 순항속도 높음 낮음 조사면적 비교적넓은면적 비교적좁은면적 이착륙 발사대혹은손으로날리기 자동수직이착륙 배터리소모량 비교적낮음 비교적높음 비행시간 비교적높음 낮음 공기저항 비교적높음 비교적낮음 비행안정성 비교적낮음 비교적높음 해상도 cm / pixel 정도 mm~cm / pixel 사진측량정밀도 보통 ~ 양호 양호 ~ 우수
Commercial UAVs
Image Processing Software
드론활용법 조기경보시스템 1. 지진경보네트워크드론 2. 허리케인모니터링드론 3. 토네이도경보시스템드론 4. 우박방지장치와음향대포드론 5. 눈사태방지장치와음향대포드론 6. 임박한홍수경보시스템드론 7. 지진, 해일예측시스템드론 8. 산불방지드론 긴급서비스 1. 미아찾기드론 : 아이의냄새를추적 2. 열센서드론 : 눈사태에의한인명구조 3. 적외선센서드론 : 초기산불감지에쓰임 4. 살충드론 : 병충해를입기전에곤충들을제거 5. 밀렵방지드론 : 밀렵위기에처한동물들을추적보호한다 6. 사건현장드론 : 도시에어떤문제가발생했을때드론으로문제파악이가능하다 뉴스드론 1. 사건 / 사고모니터링 : 높은고도에서의모니터링. 실시간모니터링동영상전송및사선 / 사고주변에경고방송 2. 시간경과날씨드론 : 거의모든각도에서의오랜기간에걸쳐날씨변화등을모니터링한다 3. 시위자카메라드론 : 사람들이무리지어모이는곳에서감시나관찰을필요로하는활동조짐이있음을경고 4. 실시산통계드론 : 교통량부터사람들의경향, 공기의질, 브랜드선호도등을분석한다 5. 빠른여론조사 / 인터뷰드론 : 주요정치적결정이이루어질때인터뷰드론이민심을파악하여전달한다 6. 라커룸드론 : 주요경기후운동선수들과의신속한인터뷰를진행한다
배달 1. 우체통드론 : 우체통에우편물을투입하면드론이즉시발송한다. 2. 의료처방약배송드론 : 24 시간언제어디에나배달이가능한위급배송용드론 3. 예측배달드론 : 자동화된시스템들이소요부품및개수등을예측하여, 사전에부품을주문한다. 4. 반품서비스드론 : 주문한것이아닌경우반품을전담하는드론이다. 5. 농장직거래드론 : 신선한과일과야채를사시사철어느때나산지직송이가능한배송드론이다. 모니터링활용사업 1. 건설현장모니터링드론 : 지구반대편에서진행중인빌딩프로젝트까지실시간모니터링할수있다. 2. 실시간환경영향평가드론 : 즉각적인모니터, 예측및프로젝트에의한환경영향평가를위한드론 3. 고압선감시드론 : 문제및위험신호체크 4. 건물의열감지드론 : 건물의열손실을감지 5. 취급주의물건배송드론 : 제조부터최종소비자까지배송과취급주의물건들의모니터링 게임용드론 1. 3 차원체스드론 : 체스를비행시켜게임을진행한다. 2. 마상경기드론 : 충돌감은매우굉장할것이다. 3. 드론레이싱 : 드론을조종하여레이싱을하는게임 4. 장애물코스드론 : 드론조종지망생들을위한훌륭한연습기가될것이다. 5. 드론사냥 : 클레이사격보다훨씬더어려울것이다. 스포츠드론 1. 우주경주카메라드론 : 관객들은우주선경주처럼지상에서펼쳐지는드라마를관람 2. 개인트레이너드론 : 당신이운동하게끔가차없이시킨다. 3. 마라톤추적드론 : 수 km 떨어진곳에서진행과정을파악할수있음 4. 경주자의신진대사파악드론 : 실시간신체의변화를체크한다. 5. 안장라이더드론 : 로데오는새로운스포츠가될것이다.
토목분야에서의드론 드론측량방법 - 드론에의한사진촬영을통하여고정밀 3차원모델작성및 Point Cloud 데이터취득이가능하다. - 드론사진촬영에의한 3차원모델작성은항공사진측량의원리를채용하여수행된다. - 드론사진의사진별중복도는종방향 80%, 횡방향 60% 를적용한다, - 촬영객체에 Control Point를설치하면 2cm급오차의 3차원모델취득이가능하다. 60% overlap Between photos 80% overlap Between photos 40% overlap Between flight lines 60% overlap Between flight lines
사진취득을위한비행설정 - 드론기반사잔활영은사업부지의형상에따라비행경로설정이가능하다. - 드론의비행시간은고도와운행속도에따라결정한다. - 드론의비행시간은이륙후 30~ 50분을촬영한다. 드론의속도, 카메라의각도, 사진촬영시사진의중복도설정 드론촬영시작 ( 자동시작 ) 드론사진측량자가사업부지의코스계획작성 ( 드론의고도에따라영역의비행시간이결정 ) 촬영지역및비행시간드론의고도설정국내법규상 150m 이상촬영시관련기관의허가를득해야함
사진촬영방법 드론측량 VR 촬영 2 점은적어도 3 번의교차촬영이되어야한다. 실내사진측량 VR 촬영 1 2 3 4 5 6 6 장의핸드폰사진으로 3D 완성
이미지프로세싱 - 디지털사진에의한이미지프로세싱은 Bentley Context Capture 와 Pix4D 를이용 - 취득된사진의정보 ( 고도, 각도 ) 는소프트웨어내에서확인할수있다. - 이미지프로세싱을통해서정밀 3D Point Cloud 와 3D 메쉬데이터를취득할수있다.
3 차원모델의오차검증 드론사진측량의 3 차원모델오차검증방법 1 2 촬영고도 : 70 ~ 100m 사진의중복도 : 80% 중복, 90% 중복오차비교방법 : 정밀 GPS 측정데이터와 Point Cloud 값비교 오차의전파검증조사 #4 번기준점을오차가발생위치에배치하여왜곡도조사 4 3 오차의전파는직선분포함을확인하였음 일반적으로 GPS RTK 측량과드론사진측량을혼합하여작성한 3D 모델의경우 2~3cm 오차발생 고도별 사진중복도별오차량검증결과 100m Altitude 80m Altitude 70m Altitude Ground Point 90% 80% 90% 80% 90% 80% CP #1-0.005-0.015 0.006-0.028 0.005 0.015 CP #2-0.024-0.064 0.024-0.012 0.030 0.016 CP #3-0.001 0.076-0.026-0.036 0.048-0.022 CP #4-0.108-0.133-0.097-0.025-0.064 0.027 ( 단위 m)
CAD 로데이터전환작성 ( 필리핀 Carousel 양수발전소 ) 사진의중복이충분하지않은경우 사진의중복이 80% 이상이며 Point Cloud 작성이정상적인경우 댐공사지역 Point Cloud Point Cloud Data 또는 Mesh 데이터는 BIM(Building Information Modeling) 기법과 연계하여 CAD Data 로변경하여적용가능 3 차원모델의제출형식은사용자가요청 하는범용형식으로변환가능 3D 등고선지도
3D Model 작성 ( 한국전력변전소 ) 정사사진 3D Point Cloud 3D Point Cloud 3D 표고모델
드론 3D Model 의이용 ( 고속철도 ) 드론기반공사진도관리 B- 지점 A- 지점 B- 지점 A- 지점
드론 3D Model 의이용 ( 택지조성 - 토사반출 ) BIM Model + Orthophoto 드론기반공사진도관리 Longitudinal Profile
드론 3D Model 의이용 ( 택지조성 ) 공정관리에필요한부분을촬영하여 3D 작성 정사사진 현장측량데이터와드론사진측정데이터비교
드론 3D Model 의이용 현황구조물 3D 작성 1) 도면이없는구조물의 3D Scanning 2) 실내공간정보 3D Model 작성 3) 광범위지역현황조사 4) 재건축 / 재개발물건조사 5) 건설단계별 3D 공정관리데이터 6) VR-BIM기반연계데이터구축 Image Processing & 3D 현황측량 1) 드론사진측량에의한 3차원모델작성 2) Point Cloud 취득 3) 정사이미지취득 4) 수치모델작성 5) 3차원해석모델취득 구조물안전진단 / As-Built 1) 구조물외관조사 크랙 / 백화 / 파손 2) 3D Model 기반계측관리 3) 공사중설계변경제안 4) As-Built 물량정산
드론 3D Model 의이용 토지이용변화 Modeling 1) 사업전후의토지이용변화모델링 2) 토지피복도취득 3) 향후토지변화상태모델링 4) CN Value 취득 5) 3차원기반해석모델취득 6) GIS 해석 열화상온도변화 Modeling 1) 사업전후의도시온도변화모델링 2) 재해위험예측 3) 기후변화모델링 LID LEED Simulation 1) 3차원기반저영향개발해석 2) 설계 Data 전환및호환 3) 시간별침수변환예측 4) 물재이용량산정 5) 관망의통수변화량산정