드론 및 위성 디지털사진측량_드론실습

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상지대학교 지형정보연구센터

드론 및 위성디지털사진 측량 (실습)

드론 및 위성디지털사진 측량

(실습)

상지대학교 지형정보연구센터

드론 실습

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상지대학교 지형정보연구센터 드론 및 위성디지털사진 측량 (실습) 3

 드론의 종류는

회전익과 고정익(fixed-wing)

으로 나뉘어짐

 드론은

구호물품 및 택배의 운송, 재해 재난 분야, 방재 분야 등

다양한 분야

에서 활용되고 있음

드론의 개요

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UAV의 개념 및 특성

• 조종사 없이

전파의 유도

에 의해 조종할 수 있는 비행기나 헬리콥터 모양의

무인항공기

(Unmanned Aerial Vehicle)

를 말하며,

고정익(fixed-wing)과

회전익시스템

으로 분류

• 낮게 웅웅거리는 소리가 난다하여

드론(Drone)

이라고도 함

• 최초의

UAV시스템은 군사적인 목적이 주

가 되었으나, 최근에는

민간활용을

중심으로 급격히 발전

하고 있음

• 드론은 주로 배터리와 전기모터를 동력으로 하고 여러 개의 프로펠러

로 움직

이는

전동 회전익 멀티콥터

를 가리킴

• UAV는

오토파일럿

(Auto Pilots : 비행기를 사람의 손이 아니라 기계 장치에

의해 자동으로 조종하는 시스템)과

데이터 링크

(Data link : 지상 통제 시스

템과 드론의 연결)라는 특징을 갖고 있음

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상업용 드론의 종류 및 특징

AIRDOG(미) _BLADE(미) _YUNEEC(미)

AIRWARE(미) 3D robotics(미) Nixie(미) PARROTY(프) Pantom (중) AIRINOV(프:고정익)

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드론 및 해석 S/W 종류

미국 3D Robotics 중국 DJI

해석 S/W 스위스 SenseFly

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UAV 시스템의 구성

비측량용디지털카메라 • 비측량용 소형 디지털 카메라 소형 GPS 및 INS • GPS : 촬영점 위치 정보 • INS : 카메라 회전각 정보 •Direct Georeferencing 표정(지상기준점 최소)

무인항공기시스템(UAVs)

구성도

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UAV 시스템의 구성

무인항공기시스템(UAVs)

구성도

비측량용디지털카메라 소형 GPS 및 INS • GPS : 촬영점 위치 정보 • INS : 카메라 회전각 정보 •Direct Georeferencing 표정(지상기준점 최소) 고정익 UAV 회전익 UAV 해석 소프트웨어 UAV사진촬영시스템

Point Cloud DSM, DEM

Digital Ortho Image

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드론 비행 및 촬영 공정

촬영 대상지역 선정 및 기상 정보 파악 대상지역 지형에 따른 촬영 범위 및 고도 지정 비행 계획 수립 단 방향 및 교차 방향 촬영 작업 시작 지점(UAV 고도 증가 지점) 선점 착륙 지점 선점

- Circular landing 또는 Linear landing

비행 코스 입력 영상 GSD 지정(지정한 GSD에 따라 촬영 고도가 변경됨) 종중복도 및 횡중복도 지정 촬영 정보 입력 기본적으로 SRTM DEM(30m X 30m)이 제공됨 필요에 따라 DSM/DEM을 입력가능(WGS84 경위도) DSM/DEM 입력 기체가 비행 코스에 맞춰 비행하는지 파악 비행 신호 송수진이 잘 되는지 파악 베터리 잔량에 따라 landing 후 베터리 교체 필요 UAV 비행 및 촬영 바람의 방향, 풍속 입력 후 시뮬레이션 풍속에 따라 베터리 소모량이 다르며 최대비행 시간에 영향을 미침 - 시뮬레이션을 통해 최대 비행 시간 및 사고 발생 원인 파악 비행 및 촬영 시뮬레이션 GPS/INS 정보 및 영상 취득 UAV 비행 및 촬영 전 또는 후 지상기준점 측량 도로선과 같이 위치 파악이 쉬운 곳으로 선점 위치 파악이 불가능 한 경우 대공표지 설치 지상기준점 측량 성과품 제작

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드론의 비행원리

 회전익 드론의 경우 날개의 개수에 따라

쿼드콥터(4), 헥사콥터(6), 옥타콥터(8)

로

나뉘어 지며 헬리콥터부터 멀티콥터까지 회전익기의

프로펠러는 모두 짝수

 날개가 짝수인 이유는

작용-반작용 원리

때문

 헬리콥터와 새 등

하늘을 나는 모든 비행체에 적용되는 힘 역시 짝수

-

양력(lift)

: 위로 들어올리는 힘

- 추력(thrust) : 앞으로 밀어내는 힘

- 항력(drag) : 공기가 뒤로 끄는 힘

-

중력(weight)

: 지구가 당기는 힘

 메인 프로펠러가 공기를 휘저어 일으키는

양력이 중력보다 크면 동체가 떠오르고

프로펠러를 회전시키는

로터를 앞으로 기울이거나 프로펠러의 각도를 조절하면

추력

이 발생됨

드론의 비행 원리

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드론의 비행원리

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드론의 비행원리

X, Y, Z 방향의 회전량은 비행체의 자세정보를 나타냄(INS 정보)

X, Y, Z 방향의 회전량 = Omega, Phi, Kappa = Roll, Pitch, Yaw

상용 사진측량 S/W를 이용한 공간정보 제작 및 항공 정사영상 제작 성과품 납품에 Omega, Phi, Kappa 사용

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드론 실습(1)

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드론 실습

 드론명 : Phantom 4 PRO(DJI)  무게(배터리,프로펠러 포함): 1388g  대각선 길이(프로펠러 제외) : 350mm  최대 비행 시간 : 약 30분  위성 포지셔닝 시스템 GPS/GLONASS

드론 주요구성품

조종기 본체 배터리/프로펠러

실습 드론 구성 및 사양

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배터리 & 조종기 충전하기

지능형 배터리를 충전할 때는 반드시 충전시 완충상태까지 충전합니다. 배터리와 조종기 를 동시에 충전하면 과도한 열이 발생하므로 배터리를 다 충전하고 조종기를 충전하는 것 이 안전합니다.

실습용 드론

배터리, 프로펠러 조립

배터리 결합

색에 맞춰서

프로펠러 결합

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스마트폰 연결 & 전원켜기

스마트폰이나 태블릿을 조종기에 연결하려면 먼저 DJI PILOT 을 다운받아야 합니다.

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

스마트폰 연결

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화면의 중앙 상단의 빨간색 영역, ‘ Compass error : please move the aircraft or calibrate the compass error ’메시지를 터치합니다.

드론검정

(Calibration)

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

Calibration 실행 시 주의 사항은 나침반은 전자기기 간섭에 매우 민감하기 때문에 휴대폰, 금속물질, 자철석, 철골 구조물 등 자기 간섭이 예상되는 물질 근처에서 Calibration을 진행 하면 안됩니다.

드론 검정 전 주의사항

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Aircraft State 에서 Compass 오른쪽에 있는 Calibrate 버튼을 선택합니다. Calibrate Compass? 라는 팝업이 뜨면 OK를 선택합니다.

캘리브레이션 (Calibration)

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상지대학교 지형정보연구센터 드론 및 위성디지털사진 측량 (실습) 19 수평캘리브레이션 은 안내메시지에 따라 드론다리 (랜딩스키드)를 잡고 가슴높이까지 든 다 음, 제자리에서 천천히 돕니다.

캘리브레이션

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

수직캘리브레이션은 카메라 렌즈부 방향이 바닥을 향하도록 기체를 수직으로 들고, 마찬가 지로 가슴높이에 위치 시키고 제자리에서 몇 바퀴를 돕니다.

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IMU 센서란 우리 몸으로 말하면 평형감각을 도와주는 반고리관이라고 할 수 있습니다. 기체의 기울어짐이나 움직임을 감지해서 기체가 균형을 잃지 않도록 도와주는 센서를 말합니다.

IMU 캘리

IMU센서란?

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

오른쪽 상단에 있는 점 4개를 눌러서 General Settings 로 들어갑니다.

1. IMU 캘리 시작

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21

왼쪽 상단의 드론 모양처럼 생긴 아이콘 버튼을 눌러서 MC Settings로 들어갑니다.

2.

General Settings >>> MC Settings

IMU 센서

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

제일 하단에 있는 Sensors라는 항목을 선택합니다.

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Sensors에 진입해 밑으로 스크롤을 내리면 IMU Calibration 이라고 있는데 이 버튼을 클 릭해 팝업이 뜨면 OK를 눌러줍니다.

4-

1 General Settings >>> IMU Calibration

IMU 센서

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

IMU 캘리브레이션이 진행되는 동안 기체를 절대 움직이면 안됩니다. 5~10분 기다리면 완 료 됩니다.

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상지대학교 지형정보연구센터 드론 및 위성디지털사진 측량 (실습) 23 GPS의 수신상태는 조종기를 P모드에 놓고, 스마트폰 왼쪽 상단의 GPS상태를 확인합니다. 이때 GPS가 7개 이상 잡힐때 까지 기다리고 GPS가 계속 잡히지 않으면 위치를 바꿔서 해 봅니다.

5. GPS상태 확인

GPS센서

드론과 스마트폰 연동 및 기본설정

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드론의 조종법

: 프로펠러 회전

시작/멈춤(양쪽

동시에)

: 상승/하강

: 좌회전/우회전

: 전진/후진

: 좌로이동/우로이동

드론 조종기 조작법

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 드론과 비측량용 디지털 카메라를 이용하여

기존의 항공사진측량 시스템으

로 제작되어졌던

수치표고모델과 항공정사영상 제작 가능

드론의 활용분야

측량 및 GIS 분야에서 드론의 활용

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구분 내용 제조사  SenseFly(스위스) eBee 날개길이  0.96m 중량  약 0.69kg 베터리  11.1 V, 2150mAh 항공시간  50분 순항 속도  40 ~ 90Km/h 이착륙반경  약 5m 구분 내용 제조사  소니(일본) 18.2MP 초점거리  4~25mm 센서  7.76mm(1/2.3″type) CMOS 데이터 형식  정지이미지 : JPEG 크기(CIPA규격)  92.3 X 52.4 X 21.6mm 무게(CIPA규격)  베터리 미포함 약 113g

자료 취득을 위한 드론의 제원

자료 취득을 위한 드론 및 비측량용 카메라의 제원

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드론 자료 취득을 위한 촬영 계획 수립

SensFly 사의 S/W인 eMotion을 이용

촬영 대상지역 선정 및 기상 정보 조사 - SensFly 사의 eBee 모델은 풍속 최대 2m/s 에서 비행 가능 - 우천시 비행 불가 비행 계획 수립 대상지역의 DSM 입력 - 대상지역의 DSM 미입 력 시 기본 값으로 SRTM 데이터 지원 - DSM 입력은 Raster DSM으로 WGS84 경위도 좌표계 대상지역 표고모델 입력 단 방향 및 교차 방향 촬영 지정 비행 시작 지점 및 착륙 지점 선정

- Circular landing 또는 Linear landing

비행 코스 입력

기체가 비행 코스에 맞춰 비행하는가 파악할 것 비행 신호 송수진이 잘 되는지 파악할 것

비행 상황 파악

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시뮬레이션 비행 계획 및 비행 비행 데이터 취득

드론의 비행을 위한 전용 S/W

드론 비행을 위한 촬영 계획

SensFly 사의 eMotion을 이용하여 자동 비행 수행

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상지대학교 지형정보연구센터 드론 및 위성디지털사진 측량 (실습) 33 DSM 입력은 Raster DSM 으로 WGS84 경위도 좌표계 DSM을 입력하지 않을 경우 SRTM 데이터 제공

대상지역의 DSM 입력

드론 비행을 위한 촬영 계획

비행 후 기체 착륙 시 안전성 향상

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대상지역의 DSM 입력 결과

드론 비행을 위한 촬영 계획

DSM 미입력

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촬영을 위한 비행 코스 지정

드론 비행을 위한 촬영 계획

비행 가능 범위 비행 코스 비행 범위  단방향 및 교차촬영 지정  촬영 이미지 해상도 지정  중복도 지정

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촬영 시작 지점 및 착륙 지점 지정

드론 비행을 위한 촬영 계획

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상지대학교 지형정보연구센터 드론 및 위성디지털사진 측량 (실습) 37 비행 시뮬레이션 eBee 이륙

비행 시뮬레이션 및 비행

드론의 비행실험 및 촬영

eMotion을 이용하여 풍속에 따른 비행 과정 시뮬레이션 가능 시뮬레이션을 통하여 비행 시간, 사진 촬영 횟수 예상 가능

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GPS/INS 자료 및 촬영된 사진 취득

드론 자료 취득

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GPS/INS 자료 취득

드론 자료 취득

GPS/INS raw data import

실제 촬영 코스 및 사진 촬영 지점 GPS/INS 자료 export 옵션 선택

Old fomat 선택 (x, y, z, heading, roll, picth)

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GPS/INS 자료 취득

드론 자료 취득

INS 정보 사진 파일 명 위·경도 좌표 표고(AMSL, WGS84)

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

드론을 이용해 취득된 항공 사진

2015년 6월 상지대학교를 촬영 하였으며 총 234매의 디지털 항공사진 취득

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

VRS(Network-RTK)를 이용한 지상기준점 측량

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

지형공간정보 제작을 위한 S/W

Agisoft 사의 PhotoScan을 이용한 공간정보 제작

드론 사진 촬영 및 지상기준점 측량 영상 입력 외부표정요소 및 지상기준점 입력 표정 해석 포인트클라우드 추출 정사영상 제작

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

영상 입력 및 좌표계 지정

Photoscan 메뉴 바 – Workflow – Add photo

드론을 이용해 영상을 취득한 경우 WGS84 경위도 좌표계를 이용하므로 Photoscan의 좌 표계를 EPSG:4326으로 지정

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

영상 정렬(Align Photos)

Photoscan 메뉴 바 – Workflow – Align Photos

지상기준점 없이 영상을 매칭하여 포인트클라우드 생성

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

지상기준점 입력

Import CSV를 통해 지상기준점 입력

지상기준점은 GRS80 TM 좌표계로 측량하였으므로 Photoscan의 좌표계 변경이 필요함 좌표계 변경을 위해 영상을 선택하고 선택 해제한 후 좌표계 변경

좌표계는 Korea 2000/Central Belt 2010(EPSG : 5186)으로 지정

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

지상기준점 입력

Import CSV를 통해 지상기준점 입력 각각의 영상에 지상기준점 위치 지정(확대해서 정확한 위치에 지상기준점을 지정해야함)

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

영상 재배열

지상기준점의 좌표를 이용하여 영상을 재배열

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

영상 재배열

Ground Control 에서 오차 확인 오차는 GCP 관측 오차의 평균을 나타냄

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

PointCluod 추출 및 정사영상 제작

Build Dense Cloud -> Build Mesh 순으로 작업 진행 File – Export DEM = PointCloud 저장하기

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드론을 이용한 지형공간정보 제작

Point Cluod 추출 및 정사영상 제작

DEM 정사영상 PointCloud는 3차원 공간의 점으로 표현되며 DEM 제작이 가능