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PhotoModeler UAS - 측량과 매핑에 사진 측량법을 사용하는 이유
작성자 : 관리자 2018-04-03 HIT 4476
 

 사진 측량법은 측량 및 매핑 분야에서 오랫동안 사용 해왔다. 사진 측량법은 포인트 측정이나 포인트 클라우드 생성에 사용할 수 있습니다. LiDAR (Laser Imaging, Detection and Ranging)과 비교했을 때, 사진 측량법의 포인트 클라우드 생성은 비용 효과가 높고 휴대 가능하며 다용도 성이 뛰어나므로 항상 실무자들 사이에서 인기가 높습니다.



무인 항공 사진



 하지만 최근 몇년간 측량 전문가 사이의 사진 측량에 대한 관심이 크게 높아져 왔다. 이러한 경향은 저렴하고 상용화된 항공기 드론의 등장으로 촉진되고 있다. 무인 항공기는 사진 측량을 더욱 접근하기 쉽게 해 주는 많은 이점을 제공하며, 이 기술에 대한 새로운 관심으로 이어졌다.



왜 그런지 이해하기 위해, 먼저 몇가지 형태의 지상 측량에 어떤 영향을 미치는지 살펴보도록 하자.



지상 기반 측량에서 사진 측량의 이점



Photogrammetry는 2D 사진 세트에서 3D 모델을 생성하는 프로세스입니다. 측량에서 이것은 다른 각도에서 같은 점의 두 개 이상의 이미지를 찍음으로써 이루어집니다. 그런 다음이 이미지를 PhotoModeler 와 같은 사진 측량 소프트웨어 제품군에 로드 하여 이미지를 기준선으로 옮기고이 데이터를 사용하여 해당 포인트의 고도를 삼각 화합니다. 이러한 이미지를 충분히 가져 와서 전체 영역의 상세한 메쉬 모델을 만들 수 있습니다.



고밀도 포인트 클라우드 모델링을위한 사진 측량 기술의 핵심 기술 대안은 일반적으로 레이저 스캐닝이라고도 알려진 LiDAR입니다. LiDAR는 포인트쪽으로 펄스 레이저를 방출하고 반사되는 데 걸리는 시간을 측정함으로써 작동합니다. 따라서 사진 측량법과 달리 단 한 번의 직접적인 "시선"만 있으면됩니다. 이렇게하면 식물이 무거운 지역을 매핑하는 것과 같은 특정 애플리케이션에 더 적합해질 수 있습니다.



 이러한 기술적 차이에도 불구하고, 사진 측량은 몇가지 이유로 항상 매우 주목할 만한 "사업 제안"을 제시해 왔다.



1. 비용 대비 효과가 있습니다. LiDAR 장비는 비싸고 제대로 작동하려면 전문 지식이 필요합니다. Photogrammetry는 표준 컴퓨터에서 실행할 수있는 DSLR 카메라 및 소프트웨어 만 필요합니다.

2. 쉽게 이용할 수 있습니다. 특수 장비 및 운영자의 필요성 때문에 LiDAR 리소스는 종종 예고없이 보안을 유지하기 어렵습니다. 사진 측량 장비는 측량업자 트럭 뒤쪽에 장착 할 수 있으며 직접 조작 할 수 있습니다.

3. 다목적입니다. Photogrammetry 기술은 위대한 범용 이미징 도구의 요점으로 발전했습니다. LiDAR는 장비의 대용량 및 고해상도 이미지 획득의 어려움과 같은 기술적 한계로 인해보다 구체적인 사용 사례를 가지고 있습니다.

이러한 이점은 특정 유형의 지상 기반 측량을 위해 사진 측량을 매력적인 옵션으로 만듭니다. 지상 기반의 LiDAR은 분명히 그 자리를 차지하고 있지만, 사진 측량의 접근성과 폭 넓은 적용으로 인해 많은 시나리오에서 쉽게 "기본"선택이 가능합니다.



 그러나 공중 측량은 다른 이야기입니다. 위의 장점 중 많은 부분이 여전히 적용되는 반면, 항공 사진 측량은 역사적으로 명백한 병목 현상을 가지고 있습니다. 특수 항공 카메라로 항공기를 임대하면 사진 측량의 주요 강점을 부정 할 수 있습니다. 비용이 많이 들고 동원하기가 번거롭고 캡처 할 수있는 고도 및 각도 수준이 제한됩니다. 이 때문에 공중 사진 측량과 LiDAR 사이의 결정은 전통적으로 덜 명확했습니다.



UAV가 공중 사진 측량법을 어떻게 변화 시켰는가?



UAV는 군사용으로 오랫동안 사용되어 왔지만, 최근에는 상업용으로 널리 보급되었습니다. UAV는 항공기와 달리 기술의 주요 강점을 이상적으로 보완하기 때문에 측량에서 사진 측량법의 사용에 완전히 혁명을 일으켰습니다.



우선 UAV는 저렴하고 손쉽게 사용할 수 있습니다. UAV 사진 측량 기술의 접근성은 일반적인 측량 어플리케이

션에서 사진 측량의 인기를 높였을뿐 아니라 마이크로 매핑 (micro-mapping)으로 알려진 완전히 새로운 시장을 창출했습니다. 여기에는 5 평방 킬로미터보다 작은 사이트를 측량하는 것이 포함됩니다.



 역사적으로 유인 항공기로 측량을해야하기 때문에 이와 같은 프로젝트는 비 경제적이었습니다.

 높은 동원 비용과 긴 프로젝트 일정은 전통적인 측량 회사가 이러한 일을 받아들이는 것을 어렵게 만들었습니다. 그러나 측량업자의 트럭에 쉽게 들어갈 수있는 UAV가 있으면 공급 업체는 훨씬 더 신속하게 동원하여 하루 이내에 이러한 소규모 프로젝트를 완료 할 수 있

습니다. 또한 UAV는 위치, 고도, 조밀 한 공간 탐색과 관련하여 항공기보다 다양한 기능을 제공합니다. 

따라서 다양한 작업에 적합합니다.

하늘에 작은 유인 비행기



예를 들어, 드론은 오버 헤드 장애 문제를 해결하는 데 사용할 수 있습니다. 많은 UAV는 "웨이 포인트 (waypoint)"라고 알려진 자율 비행 경로로 프로그래밍 될 수 있습니다. 무인 항공기의 웨이 포인트 기술을 통해 조종사가 조종하는 것이 불가능한 좁은 지역을 정확하게 이동할 수 있습니다. 이것은 무인 항공기의 컴팩트 한 크기와 함께 나무 및 기타 장애물 아래에서 쉽게 이미지를 찍을 수 있습니다.



UAV 사진 측량 대 LiDAR



이것들은 UAV가 공중 측량을 변형시킨 몇 가지 방법에 불과합니다. 사진 측량과 LiDAR가 이러한 변화의 혜택을 입었으나, 여기서는 사진 측량법이 큰 우위를 차지하고 있습니다.



그 이유는 UAV가 사진 측량의 핵심 강점 인 직접 경제성, 가용성 및 다양성에 기반하기 때문입니다. 값 비싼 항공기 렌탈의 병목 현상으로부터 해방 된 사진 측량은 지상에서와 마찬가지로 공중에서 매력적입니다.



반대로, UAV 기반 LiDAR는 액세스하기가 훨씬 쉽습니다. 소형 UAV LiDAR 시스템을 사용할 수있는 반면, 이러한 단거리 시스템조차도 비용과 희소성이 높은 고전적인 LiDAR 문제로 어려움을 겪습니다. 고품질 카메라의 가격은 500 달러 미만이며 전문 무인기는 1,000 달러 미만으로 구입할 수 있습니다. 둘 다 일반 전자 제품 매장에서 광범위하게 사용할 수 있습니다. 인기있는 UAV (예 : DJI)에는 현재 많은 사진 측량 작업에 적합한 카메라가 포함됩니다.



또한 저가형 UAV LiDAR 설정을 사용하여 비용을 줄이려면 공중 LiDAR의 주요 문제점 인 낮은 정확도가 복합 될 수 있습니다.



UAV LiDAR의 정확도 문제



역사적으로, 공중 LiDAR는 지상 근거한 대조 물보다는 매우 더 낮은 정확도에서 항상 겪었다 2 가지의 주원인. UAV 기반 LiDAR를 사용하면 이러한 두 가지 요인 모두가 악화 될 수 있습니다.



첫 번째 요인은 부정확 한 위치 정보입니다. 정확한 LiDAR 측정을 위해서는 방출 센서의 정확한 위치와 측정되는 점을 알아야합니다. 포인트가 일반적으로 합리적으로 가깝고 완전히 고정되어 있기 때문에 이것은 지상 기반의 LiDAR에서 상대적으로 간단합니다. 그러나 에어리얼 리다 (AFLARAR)에서 방출 센서는 훨씬 더 멀리 떨어져 있으며, 종종 어느 정도의 움직임이 있습니다. 당신이 어디에 있는지 정확하게 말하기가 어려울 수 있으며, 이로 인해 측정 값이 상당히 왜곡 될 수 있습니다.



이 문제를 해결하기 위해 측량 항공기에는 위치 정보의 정확성을 향상시키는 RTK (real-time kinematic) GPS 시스템이 장착되는 경우가 종종 있습니다. 이 기술은 고급 UAV에 포함되기 시작하지만 대부분의 상용 UAV에는 RTK GPS가 없습니다. 이는 측량업자가 경제성과 정확성 중 하나를 선택해야한다는 것을 의미합니다.



두 번째 요인은 부정확 한 각도 측정입니다. 심지어 최첨단 군사 라이다 센서와 함께, 당신이 얻을 수있는 가장 좋은 각도 정확도는 1/100의 범위에 일 정도의. 그것은 꽤 정확 해 보이고 실제로 지상 기반의 LiDAR에 종종 충분합니다. 그러나 센서가 사이트 위의 높은 항공기에 있을 경우 큰 불일치가 발생할 수 있습니다.



예를 들어, 1/100의 오프셋과 3천피트에 유인 항공기 일 정도의 지상에 16cm의 샘플의 거리를 의미한다. 무인 항공기는 낮은 많이 날 수있는 장점을 가지고 있지만 그들에 장착 할 수있는 경량 센서는 1/10 정도의 오류도 훨씬 덜 정확 일 정도의. 그리고이 경우 기술은 아직 존재하지 않기 때문에 고급 모델을 선택하는 옵션조차 없습니다.



이러한 요인들로 인해, 공중 LiDAR는 지상 기준 LiDAR보다 낮은 정확도로 데이터를 산출하며, 15-37cm의 범위에서 일부 추정치가 산출 됩니다. 그리고 UAV 기반 LiDAR는 덜 정교한 기술로 인해 종종이 문제를 복잡하게합니다.



UAV Photogrammetry : 예산에 대한 정확성

UAV LiDAR의 정확성 문제와 달리 UAV 사진 측량법은 저렴하고 쉽게 사용할 수있는 장비를 사용하여 실제로 매우 고품질의 이미지 데이터를 제공 할 수 있습니다.



주된 이유는 무인 항공기가 찍은 각 사진이 프레임 내에 캡처 된 모든 사이트 데이터의 완전한 기록이라는 것입니다. 위치 또는 센서 방향과 같은 보충 정보에 의존하지 않습니다. 대신, 사진 측량 소프트웨어는 프레임 내의 다른 픽셀 간의 관계를 기반으로 모델을 구성합니다.



이 모델은 또한 소프트웨어가 오류를 제거하고 모델 내에서 각 지리적 지점에 정확히 맞도록 허용하면서 중요한 겹침이있는 수 백 또는 수천 개의 이미지를 기초로 구성됩니다. 마지막으로 정밀도를 높이기 위해 측량사는지면 제어점 (GCP)을 설정할 수 있습니다. 이것은 모델 제작 단계에서 참조 점으로 사용할 수있는 지상에서 표시되고 측량되어 공기에서 보이는 위치입니다.



사진 측량 UAV 카메라 스테이션 레이아웃



 모든 단계가 올바르게 구현되면 사진 측량 모델은 일반적으로 +/- 8cm의 정확도를 제공 할 수 있습니다. 그리고 이것은 현재 구할 수있는 기성품 장비로 쉽게 수행 할 수 있습니다. 추가적인 이점으로,이 모델은 풀 컬러 및 고해상도로 렌더링되어 인간이 시각적으로 이해하고 해석 할 수있게합니다.

UAV 및 사진 측량은 완벽한 적합
요약하면, UAV는 사진 측량의 주요 강점 인 경제성, 가용성 및 다양성을 기반으로합니다. 그들은 측량 자들이 훨씬 더 정확한 공중 측량 데이터를 수집하면서 비용과 운영상의 어려움을 상당히 줄일 수있게 해줍니다.

Photogrammetry는 항상 측량 기술자의 핵심 기술이었으며 UAV 기술의 등장으로 다음 단계로 나아갔습니다. PhotoModeler에서는 이러한 현실을 인식하고 UAV 사진 데이터 용으로 특별히 설계된 사진 측량 제품군을 개발했습니다.