GPS 및 GPS/INS를 이용한 항공사진측량 방법에서는 항공기에 탑재한 GPS 및 GPS/INS로 촬영 순간의 노출점의 위치와 회전각을 정확히 결정함으로써 외부표정요소 결정을 위한 지상기준점 측량을 생략하거나 또는 최소한의 기준점만을 사용하여 외부표정요소를 결정할 수 있으며, 이에 따라 지형도 제작에 대한 시간과 경비를 크게 절감할 수 있다. 본 연구에서는 수원에 실험지역을 설치하여 전통적 항공사진측량방법과 GPS 및 GPS/INS 항공 사진측량방법을 동시에 수행하고 세 방법의 결과를 비교하여 이들 방법들 간의 정확도를 평가하고자 하였다. 연구결과 전통적 항공사진측량에 비하여 GPS 및 GPS/INS 항공사진측량의 다양한 장점을 확인할 수 있었다. 특히, 외부표정에 필요한 지상기준점의 수는 약 70%~80%이상 절감할 수 있었다.
본 연구에서는 GPS/INS 항공사진측량 기술을 이용하여 1/1,000 수준의 대축척 수치지형도를 제작하고 전통적인 항공사진측량과의 차이점, 즉 정확도, 경제성 등을 평가하여 GPS/INS 항측의 효율성을 평가하였다. 연구결과, 지상 기준점측량 공정에서 약 40%의 작업량 절감효과가 발생한 것으로 나타났으며, 작업지역의 크기에 따른 작업효율성은 1/5,000 항측의 경우 전통적인 방법과 동일한 정확도를 유지하는 것을 기준으로 할 때 대략 10모델과 20모델 블록에서는 55%, 30모델 블록의 경우 60%의 지상기준점이 감소함을 확인하였다.
과거의 항공사진측량에서는 항공사진 촬영 후 사진기준점측량 등을 수행하여 촬영당시의 카메라의 위치 등을 계산하였다. 이러한 지상기준점 설치를 위한 측량작업에 소요되는 시간과 경비는 지도제작 비용 중 많은 부분을 차지하고 있다. 항공사진측량은 꾸준한 장비의 개선과 함께 디지탈처리에 의한 수치해석 기술 개발로 급속한 발전을 보이고 있다. Direct Georeferencing은 위에서 설명한 항공사진 촬영 시에 카메라와 위치 및 자세정보를 GPS/INS를 통하여 직접적으로 결정하는 방식이다. 그러나 Direct Georeferencing 에서도 GPS/INS촬영지역내에 지상기준국을 전혀 설치하지 않을 수는 없는 것이 현재의 기술 수준이다. 본 연구에서는 GPS/INS를 이용한 항공사진측량을 수행하는 데 있어 촬영지역 내에 설치하는 지상기준국의 운용을 국가기관에서 운용하는 상시관측소를 이용한 가상기준국(VRS)으로 대치하여 적용하는 방법을 제시하고자 하였다. 연구의 목적을 달성하기 위하여, 가상기준국의 형성 배치를 네 가지 경우로 구분하여 GPS/INS자료처리를 수행하였으며 가상기준국을 이용한 방법이 소축척 지도제작에 있어서 지상기준국측량을 대신하여 충분한 정확도 유지가 가능함을 입증하였다. 본 연구는 접근이 불가능한 지역의 지상기준국측량 뿐만 아니라 지상기준점측량을 VRS로 수행함에 따른 업무의 효율성을 높이는데 기여 할 수 있을 것이라 기대된다.
GPS/INS를 이용한 항공사진측량의 경우 GPS 이동측위를 위해 촬영지역에 GPS 지상기준국의 설치가 필수적이다. 하지만 항공사진측량을 위한 지상기준국의 설치는 여러 가지 제한 요소들로 인해 현실적으로 어려운 경우가 많다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 상시관측소 자료를 이동측위에 이용하여도 충분한 정확도를 확보할 수 있는 지를 분석하였다. 30초 간격으로 저장되어 있는 상시관측소 자료의 내삽을 통해 결정한 외부표정요소와 촬영지역에서 수신된 지상기준국 자료로부터 결정한 외부표정요소를 GPS/INS 항공삼각측량에 각각 적용한 후 정확도를 비교하였다. 그 결과 상시관측소 자료로 지상기준국 자료를 대체하여 사용하여도 충분한 정확도를 얻을 수 있었다.
본 본문은 GPS(Global Positioning System)와 IMU(Inertial Measuring Unit)를 연계하여 최소의 지상기준점만으로도 재래식 항공사진측량 방법과 비교하여 정확도의 손실 없이 외부표정요소를 결정할 수 있는 새로운 기법에 대하여 연구하였다. 이러한 GPS/INS 항공사진측량의 실무적용 가능성을 입증하기 위하여 직접 비행실험을 하고 촬영된 대상지역에 대하여 동적 GPS 위치결정의 정확도의 검증 및 재래식 방법과 GPS/IMU에 의한 사진기 준점측량을 실시하여 다양한 방법으로 비교한 결과를 소개하였다.
최근의 항공사진측량은 디지털항공사진 카메라와 GPS/ INS를 결합한 통합 센서를 활용하여 Direct Georeferencing 하는 방법이 보편화됐으며, 이를 기반으로 신속하고 정확하게 사진측량을 수행할 수 있게 되었다. Direct Georeferencing을 통해 얻을 수 있는 외부표정요소의 정확도는 GPS/INS에 의해 결정되는데, INS의 회전량 차이를 결정하여 자세정보를 정확하게 계산하는 것이 중요하다. 이를 위해 Boresight Calibration으로 INS의 회전량 차이 및 GPS와 INS 간의 간격과 같은 Misalignment를 결정해야 한다. 이때 많은 수의 지상기준점을 이용하여 항공삼각측량과 Boresight Calibraiton을 하게 되는데, 지상기준점의 수와 배열, 위치에 따라 그 결과가 다르게 나타난다. 연구 결과 모든 사진코스에 지상기준점을 배치할 경우 점수의 변화에 따른 Misalignment와 외부표정요소는 큰 변화가 없었으나 지상기준점이 없는 코스가 있을 경우 그 값들에서 차이가 크게 발생하였다.
현재 Direct Georeferencing은 지난 10여년 적용되어오던 GPS-항측의 단점인 항공사진의 6개 외부표정요소중 단지 투영중심의 위치만 제공하던 약점을 극복하고 실무에 보편적으로 적용되고 있는 실정이다. 이의 가장 큰 장점은 지상기준점 측량작업의 절감내지는 이를 완전히 생략할 수 있다는 점이다. 본 본문은 상용의 GPS/IMU 를 이용하여 외부표정요소 결정에 대한 실힘 결과를 소개하였다. 실힘을 위하여 사진축척 1:5,000의 대축척과 1:20,000의 중축척으로 촬영한 관측자료를 처리하여 사진축척의 변화를 고려한 외부표정요소 결정의 정확도 및 결합블럭조정의 특성 등 다양하고 의미 있는 결과들을 도출하였다.
In this thesis, two test flights were conducted in Gwacheon and Suwon area to evaluate the performance of accuracy and efficiency through the analysis of results among the three photogrammetric methods, that is, traditional photogrammetry, GPS -Photogrammetry and GPS/INS-Photogrammetry. Test results shows that a large variety of advantages of GPS-Photogrammetry and GPS/INS-Photogrammetry against traditional photogrammetry is to be verified. Especially, the number of ground control points for the exterior orientation could be saved more than 70-80%, and the cost for map production 30-50%, respectively. In addition, it was convinced that the large reduction of control points has not any effect on the block accuracy. It was also proved that the number of required ground control points for GPS/INS-Photogrammetry, is similar to that of GPS-Photogrammetry. Therefore it should be noted that GPS -Photogrammetry is more efficient in the aspect of reduction of mapping cost against GPS/INS-Photogrammetry, installing only an existing GPS receiver on survey aircraft to avoid high economic burden of procurement for integrated GPS/INS equipment.
최근 범국가적인 GIS구축사업을 위한 효율적인 지형공간정보취득기법에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 이는 HW, SW 및 데이터로 구성되는 GIS구축에서 지형자료가 차지하는 비중과 이의 취득에 필요한 노력이 매우 중요함을 반증하고 있다. 이에 부응하여 국내에서도 재래식측량기법의 자동화/현대화에서부터 GPS측량기술의 도입, Airborne-항공사진측량기법의 개발 및 고해상도위성영상의 활용방안에 이르기까지 새로운 측량기술에 대한 다양한 연구와 기술축적을 서두르고 있는 실정이다. 그러나 위의 어떠한 측량기법도 단독으로는 정확도, 신속성, 경제성, 현재성 등 GIS 자료취득의 모든 요구조건을 만족하는 Total Solution이 되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 매핑과 GIS-자료취득에 활용되고 있는 여러 가지 항공측량기술의 현황과 장단점을 살펴보았다. 또한 위성에 의한 위치결정시스템인 GPS와 관성항행장치인 INS를 결합하여 항공측량 분야에 필요한 센서의 위치와 회전각을 결정하므로서 시너지(Synergy)효과를 높이는 기법을 소개한다.
최근 동적 DGPS 위치결정에 의한 사진기준점 측량은 국가기본도 작성과 지적재조사 사업을 비롯한 각종 국토개발 분야에 활용할 수 있으며, 앞으로 GPS 수신기 보급의 증가와 더불어 촬영시 비행동체의 정확한 움직임을 고려한 보간기법의 개발, 관성 측량기에 의한 GPS의 단점보완 등에 관한 지속적인 연구가 요청되고 있다. GPS를 이용한 항공사진측량 방법에서는 항공기에 탑재한 GPS 수신기로 촬영 순간의 노출점의 위치와 회전각을 정확히 결정함으로써 외부표정요소 결정을 위한 지상기준점 측량을 생략하거나 또는 최소한의 기준점만을 사용하여 외부표정요소를 결정할 수 있으며, 이에 따라 지형도 제작에 대한 시간과 경비를 크게 절감할 수 있다. 본 연구에서는 전통적 항공사진측량방법과 GPS 항공사진측량방법을 동시에 수행하고 두 방법의 결과를 비교하여 이들 방법간의 정밀도 및 효율성 등을 평가하고자 하였다. 연구결과 전통적 항공사진측량에 비하여 GPS 항공사진측량의 다양한 장점을 확인할 수 있었다. 특히, 외부표정에 필요한 지상기준점의 수는 약 70%~805이상, 지형도제작 비용은 약 30%~50%이상 절감할 수 있었다. 뿐만 아니라 기준점의 수를 크게 생략하였음에도 불구하고 정밀도에는 영향이 없었음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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