Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
있을 뿐만 아니라 DEM을 바탕으로 정사영상 제작까지 가능하므로 해안 지역의 미세한 현황 및 변 화를 탐지 등에 있어 유의미한 결과를 도출할 것으로 판단됨13)
6) 따라서, 기존의 무료로 제공받을 수 있는 DEM의 단점을 극복하기 위해 무인항공기를 활용하였으며, 무인항공기를 이용한 DEM 제작의 장점은 다음과 같음
(1) DEM 갱신주기가 빠름
(2) 현지 조사량 감소에 따른 인적, 물적 비용 절감 (3) 고해상도 정사영상까지 확보 가능
(4) 다양한 공원관리 의사결정 지원 (5) 시각적 공간분석 용이
7) 제작된 DEM은 한려해상국립공원의 서식지 유형 파악과 지형 및 경관 분석을 위한 기초자료로 이용 되며, 향후 반복적인 조사를 통해 데이터를 분석하여 변화상을 관찰하고 공원관리에 반영될 수 있음
나. 연구 방법
1) 무인기를 이용한 DEM 제작은 다음의 과정으로 진행됨
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
2) 비행계획수립
(1) 비행에 사용된 기체는 DJI의 Inspire 2 기체를 이용하였으며[그림 2-51], 카메라는 Zenmuze X5S를 탑재 하였고,사용된 장비들의 제원은 [표 2-9]와 같음
[그림 2-51] DJI Inspire2 기체 모습
구 분 내 용 제 원
기체 (Inspire 2)
길이 65 ㎝
구분 회전익
비행시간 25분
제어 원격제어,
자동 웨이 포인트 비행
기타 비상시 안전모드 실행가능
컨트롤러 송신거리 최대 7km
카메라 (Zenmuse X5S)
길이/너비/높이 140 x 98 x 132 ㎜
센서 CMOS, 4/3“
해상도 4:3(5280 x 3956)
16:9(5280 x 2970)
짐벌 진동 범위 ±0.01°
[표 2-9] Inspire 2 기체 및 Zenmuse X5R 제원
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(2) Inspire 2는 자동비행프로그램 소프트웨어인 Pix4d capture를 이용하여 플라이트플랜을 짜고, 계획된 경로를 설정하여 촬영을 실시함
(3) Zenmuse X5S는 카메라는 자동 초점기능과 자동 셔터스피드 조절 기능이 탑재되어 있으므로 촬영 시 초점이 맞지 않거나, 블러링 현상 등이 발생하는 경우가 적으며, 짐벌이 있어 최적의 사진을 취득 할 수 있음
(4) 비행체가 임무를 수행하는 동안 항시 조종자의 통제가 가능하고, 비행이 끝난 뒤 이륙한 장소로 복귀 가능하여야 하므로, 사전 답사를 통해 지상 통제국이 위치할 지점을 미리 선정함
(5) 육지에서 도보로 접근이 불가능한 지역에 대해서는 선박을 이용하여 해상에서 수동으로 조사를 실시하 였음
(6) 국가보안시설, 군부대, 해안경계초소 등 보안을 필요로 하는 시설은 사진촬영 시 배제 될 수 있도록 고 려하였고, 기타 무인항공기 비행을 함에 있어 장애가 될 만한 요인들을 사전답사를 통해 확인한 뒤 한 려해상국립공원 동부 육지부를 대상으로 조사구역을 선정함
3) 지상기준점 및 검사점
(1) 지상기준점은 카메라 외부표정요소의 정확도를 높이기 위하여 항공삼각측량 수행 시 사용하는 자료 임14), Inspire 2에는 자체 GPS가 내장되어 있지만 고도값에 대한 정밀도가 크게 떨어지기 때문에 정 확한 DEM 제작 성과를 내기 위해 지상기준점을 운용함
(2) 지상기준점은 한려해상국립공원 동부지역 육지부 해안선을 따라 국토지리정보원에서 제공되는 수치지형 도의 고도 값을 이용하였으며, 촬영된 사진 상에서 뚜렷하게 식별이 가능하며, 지형변화가 없는 구조물 등을 이용함
(3) 검사점은 DEM 제작 후 실제 값과의 오차 검수 및 보정을 위한 것으로 한려해상국립공원 동부지역 육 지부 해안을 따라 162개 지점에 설치 및 측량을 실시함
(4) 측량에 이용된 GPS 장비는 Leica Geosystems사의 GS15+GNSS 세트 제품으로 장비의 제원은 [표 2-10]과 같으며, GS15의 정확도는 정지 측량 시 수평: 5 ㎜±0.5 ppm, 수직: 10 ㎜±0.5 ppm15)으
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
구 분 내 용 제 원
GS15 (receiver)
채널 120채널, 3주파
업데이트 주기 20Hz
신호 GNSS(Global Navigation Satellite System) 정지측량 수평: 5 ㎜+0.5 ppm, 수직: 10 ㎜+0.5 ppm 실시간 이동측량 수평 10 ㎜+1 ppm, 수직: 20 ㎜+1 ppm
신뢰도 최대 40 ㎞ 기선에서 신뢰도 99.99%
네트워크 국토지리원 VRS(Virtual Reference Station)
CS15 (controller)
상태정보 위성상태, 데이터저장, RTK, 측량, 측정량 등 좌표계 설정 Onestep, Twostep, Classic 3D 변환가능
좌표계 WGS 1984, Geoid model
출력 ASCII, Autocad DXF
[표 2-10] Leica Geosystems GS15+GNSS 세트 제원
[그림 2-52] 검사점 측량(좌), GS15+GNSS 세트(우)
4) 드론비행 및 사진촬영
(1) 작업 간 안전상의 문제가 발생하지 않도록 철저히 안전사항들을 숙지하고, 사람들로 부터의 접근을 차단 한 상태로 작업을 진행하였고 기타 무인비행장치 운용 관련 항공법과 보안법 등에 명시된 규정을 준수 하여 작업을 진행함
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
[그림 2-53] 무인항공기 비행
(2) 날씨가 맑고 시계가 멀리 확보되는 기상조건이 좋은날을 우선적으로 선정하여 4월 중순부터 11월 초까지 조사를 실시함
(3) 조간대 최하부가 드러나는 간조시기와 지형지물에 의해 음영이지지 않도록 태양고도가 높은 시간대에 맞추어 비행을 진행함
(4) 플라이트플랜은 해안선과 평행하게 평균 4열, 종중복도 80%, 횡중복도 70%, 카메라 각도 90°, 비행 고도 150 m로 설정하고, 기체의 속도는 그날의 기상상황에 따라 유동적으로 변화를 주어 진행함 (5) 자동비행이 원활하지 않은 굴곡이 많이 진 지역 또는 선박에 한해서는 수동조작으로 전환하여 촬영을
진행함
5) 영상 처리 및 DEM 제작
(1) 취득된 무인항공기 영상들은 Agisoft사의 3D Model 제작 프로그램인 PhotoScan Professional를 이용 하여 처리함
(2) 프로그램에 영상을 입력한 뒤, SIFT기법, 이미지 매칭(Align Photo)과정을 통해 영상이 가지고 있는 위치
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
[그림 2-54] 매칭된 이미지와 점군(point cloud)
(3) 촬영된 사진에 지상기준점의 위치정보를 입력하는 과정을 통해 정확도를 향상시킬 수 있으며 지상기준점 이 포함된 각각의 사진을 확인하여 지상기준점의 위치정보를 입력함
(4) SFM기법과 영상 매칭점들을 기반으로 정밀좌표가 입력된 점군(Point cloud)를 형성함 (5) 생성된 점군자료를 기반으로 DEM을 제작함
다. 연구 결과
1) 지상기준점을 통해 정밀한 위치정보를 취득하였으며, 한려해상국립공원 동부 육지부 약 124 ㎞ 구간 을 드론촬영을 실시함
2) 검사점을 통한 DEM 오차를 확인한 결과 x, y, z 모두 1 m 이내의 오차범위 내에 결과를 확인할 수 있었음
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
그림 [2-55] 한려해상국립공원 동부 육지부 DEM 제작 결과
3) 20 ㎝/pixel 이내의 정밀한 DEM을 제작하여 국토지리정보원에서 제공하는 90 m/pixel 정사영상보다 월등한 공간해상도를 가지는 DEM을 제작
[그림 2-56] 국토지리정보원 DEM(좌), 제작된 DEM(우)
4) 국토지리정보원에서 제공하는 DEM은 2015년 기준으로 제작 되었으나, 이번 3차년도 사업을 통해 최신의 DEM 구축하였음
Ⅱ. 국립공원 해안공간정보 연구 5. 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작
[그림 2-57] 10 ㎝/pixel 급 정사영상
Ⅲ 결론 및 제언
Ⅲ. 결론 및 제언
Ⅲ. 결론 및 제언
가. 갯벌·사구 통합연구체계 구축 개요
1) 연안은 다양한 환경 지니고 있는 생태적으로 위기종, 희귀종 및 멸종위기종을 포함하는 수많은 동물과 식물이 분포하고 있고 인류생존에 필요한 식량자원을 공급해 주며 인간을 포함한 지구 생태계에 가장 중요한 지역 중 하나임
2) 연안은 육지와 바다가 만나는 곳에 존재하는 매우 독특한 환경을 가지고 있으며, 지속적으로 움직이는 바다에 의하여 대단히 역동적으로 변화하는 공간임. 따라서 육지가 끝나고 바다가 시작되는 곳을 명확 하게 구분하는 것은 어려운 일이며 선 개념(해안선, Coastline)이 아니라 공간 개념(연안, Coastal Zone)으로 인식하는 것이 바람직함
3) 갯벌·사구 통합연구체계 구축 1, 2차년 연구목표와 더불어 국립공원은 연안 지역에 대한 정확한 공간 정보가 현실적으로 부족한 실정이므로 기초 공간정보(면적, 길이, 위치 등) 뿐만 아니라 연안의 서식 지 유형을 분류하여 해안생물의 서식 기반이 되는 지형‧지질을 유형화함으로써 복원계획, 영향평가, 건강성평가, 환경계획 등 응용연구에 활용하고자 함
나. 국립공원 해안공간정보 연구
1) 한려해상국립공원을 대상으로 연안의 생태계 보전 및 관리를 위한 경계를 설정하기 위해서 해안생물의 서식 기반이 되는 물리‧지질적인 요소를 선정하여 연안지역의 서식지 유형을 점 형태가 아닌 공간 형태로 분류하고 국립공원 연안의 정밀한 공간정보를 구축하였음
2) 세부적으로 연안의 서식지 형태를 단편적으로 이해할 수 있고 가장 기본적인 물리조건을 고려하여 지형과 기질을 암반, 자갈, 모래, 뻘 등 4단계 서식지 유형을 분류하였고 이와 더불어 해안선 기준 500 m 범위 내 육역의 유형 20단계 총 24단계로 분류하였음
3) 이를 위해 환경부, 국립해양조사원, 국립생태원, 국토지리정보원 등으로부터 초분광항공영상, 정사영상,
Ⅲ. 결론 및 제언
4) 한려해상국립공원의 연안 서식지를 포함한 해안선 밖 500 m 까지의 전체영역은 총 132.334 ㎢인 것으로 나타났으며 24개의 유형으로 분류한 결과 침엽수림의 유형이 46.378 ㎢로 전체영역 중 약 35.05%의 비율로 가장 높게 나타났으며 그 다음으로 밭과 혼효림 유형이 각각 17.431 ㎢ (13.17%), 13.111 ㎢(9.90%)로 높게 나타났음
5) 연안습지를 제외한 육역의 면적은 총 112.697 ㎢인 것으로 나타났으며 전체 유형에서와 같이 침엽수 림, 밭, 혼효림 등의 순으로 많이 분포하는 것으로 나타났으며, 해안사구 유형은 전무한 것으로 나타 났음
6) 육역을 제외한 연안습지의 면적은 총 19.937 ㎢인 것으로 나타났으며 암반, 자갈, 모래, 뻘 4개 유 형으로 분류한 결과 뻘 유형의 면적이 6.970 ㎢로 연안습지 전체영역 중 35.50%의 비율로 가장 높게 나타났으며 암반 6.547 ㎢(33.34%), 자갈 5.850 ㎢(29.79%), 모래 0.270 ㎢(1.37%) 순으로 나타났음
7) 또한 무인기를 이용한 해안선 DEM 제작 결과는 한려해상국립공원 동부 육지부를 대상으로 거제에서 통영까지 약 124 ㎞ 구간에 대해 촬영을 실시하였으며 제작결과 x, y, z 의 오차가 1 m 이내인 것 을 확인할 수 있었으며, 20 ㎝/pixcel 이하의 고해상도 DEM을 제작함
8) 그리고 국토지리정보원에서 제공하는 DEM은 2015년 기준으로 제작 되었으나, 본 연구를 통해 2019 최신의 해안선 DEM을 획득하였으며, 10 ㎝/pixel 급의 정사영상도 추가로 확보하여 향후 경관 관리 등 다양한 방법으로 공원관리에 활용될 것으로 판단됨