드론 사진측량

왜 배우는가: 드론 사진측량은 지상기준점 설치, 항공삼각측량, 정사영상 제작까지 측량 공정 전체를 다루는 실무 기술이어서 현장 업무의 기초가 된다. 무인비행장치 측량 작업규정이 작업 순서와 중복도, 기준점 수량 같은 기준을 정하고 있어 법령 기준을 함께 익혀야 한다. 장·단점, 작업절차, 지도 제작 과정을 묻는 문항이 여러 회차에 걸쳐 출제되었으므로 정의와 절차를 한 흐름으로 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제132회 4교시 2번, 제129회 2교시 6번, 제126회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

무인비행장치 사진을 처리하여 정사영상·수치표면모델·수치지형도를 만드는 측량이다.

답안 첫 줄에 쓰는 정의는 위 문장이며, 이 개념을 설명할 때 반드시 등장하는 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 무인비행장치(UAV): 사람이 탑승하지 않고 자동 또는 원격으로 운항하는 항공기로, 측량용으로 쓰이는 것이 무인비행장치 측량의 대상이다.
• 무인비행장치항공사진: 무인비행장치에 탑재한 디지털카메라로 촬영한 항공사진이다.
• 지상기준점: 항공삼각측량의 기준이 되도록 현지에서 측량한 기준점이다.
• 항공삼각측량: 지상기준점 성과를 기준으로 사진좌표를 지상좌표로 바꾸는 작업이다.
• 수치표면모델(DSM): 수치표면자료를 격자 형태로 제작한 지형모형이다.
• 정사영상: 기복변위를 보정하여 정확한 축척으로 만든 영상이다.
• 광속조정법: 여러 사진의 광선 묶음을 동시에 조정하는 계산 방법이다.

2. 개념 풀이

「무인비행장치 측량 작업규정」은 무인비행장치 측량을 무인비행장치로 촬영된 무인비행장치항공사진 등을 이용하여 정사영상, 수치표면모델 및 수치지형도 등을 제작하는 과정으로 정의한다. 정의의 핵심은 측량의 대상이 사진이고 결과물이 정사영상과 3차원 지형모형이라는 점이다. 따라서 무인비행장치 측량은 사진측량의 원리를 드론에 탑재한 카메라에 적용한 방법으로 이해해야 한다.

원리는 서로 다른 위치에서 중복되게 찍은 두 장 이상의 사진에서 같은 지점을 찾아내고, 촬영 위치와 자세를 구하여 공간 좌표를 계산하는 것이다. 한 점이 두 사진에 함께 보이면 두 촬영 위치에서 그 점으로 향하는 광선이 교차하는 지점이 그 점의 3차원 위치가 된다. 촬영 중복도는 촬영 진행방향으로 65% 이상, 인접 코스 간에는 60% 이상으로 한다(지형의 기복이 크거나 고층 건물이 있는 지역은 진행방향 85% 이상, 인접 코스 간 80% 이상). 지형의 기복이 크거나 고층 건물이 있는 지역은 진행방향 85% 이상, 인접 코스 간 80% 이상으로 촬영한다. 중복도가 충분해야 같은 점을 여러 사진에서 찾을 수 있고, 그래야 3차원 좌표의 정확도가 확보된다.

핵심 용어는 다음과 같다. 결합점은 인접한 사진에 공통으로 나타나는 점으로, 자동매칭으로 선정하여 여러 사진을 하나의 좌표계에 묶는 연결 기준이 된다. 광속조정법(Bundle Adjustment)은 영상 여러 장의 광선 묶음을 한꺼번에 조정하여 영상별 외부표정요소와 결합점 좌표를 함께 구하는 방법이다. 검사점은 성과물의 정확도를 검증하기 위한 점으로, 데이터 처리 과정에서 점검이나 조정에 사용하지 않는다.

3. 등장 배경과 필요성

사진측량은 원래 유인 항공기에 카메라를 실어 넓은 지역을 촬영하는 항공 사진측량으로 발전하였다. 항공 사진측량은 넓은 지역의 소축척 측량에는 경제적이지만, 소규모 현장의 대축척 측량에는 항공기 운용 비용과 준비 시간 때문에 경제성이 떨어진다. 공사 현장이나 채굴지처럼 면적이 작고 자주 갱신해야 하는 곳에서는 이 한계가 실무상 큰 문제가 된다.

무인비행장치는 이 빈틈을 메우기 위해 도입되었다. 기체가 작고 이륙 준비가 간단하여 대축척 측량을 필요한 시기에 반복할 수 있고, 장비 가격도 낮아 데이터 수집 비용을 줄인다. 카메라 해상도와 자동운항 기술이 발전하면서 고해상도 영상을 짧은 시간에 얻을 수 있게 되었고, 그 결과 사진측량으로 점군 데이터를 만들고 3차원 모델과 정사영상을 얻는 방법이 실무에 자리 잡았다. 건설, 채굴, 농업 분야에서 공정 점검과 토공량 산정에 쓰이는 것도 같은 배경이다.

다만 드론 사진측량은 기체가 작은 만큼 한 번에 촬영하는 면적이 좁고, 비행 허가와 기상 조건의 제약을 받는다. 따라서 대상 면적이 넓으면 촬영 계획을 여러 코스로 나누어야 하며, 이때 중복도와 기준점 배치를 함께 설계하는 것이 필요하다. 이 제약은 뒤의 장·단점과 작업절차에서 다시 다룬다.

4. 구성요소·원리·절차

드론 사진측량은 무인비행장치(UAV)에 탑재한 디지털카메라로 중복되게 촬영한 사진에서 같은 지점을 찾아내고, 그 기하 관계를 계산해 3차원 좌표와 정사영상을 얻는 방식이다. 핵심 원리는 항공삼각측량이다. 사진마다 촬영 위치와 자세를 나타내는 외부표정요소를 구하면, 이를 이용해 점군과 수치표면모델(DSM)을 만들 수 있다. 사진의 중복도와 지상기준점 배치가 최종 성과의 정확도를 결정한다