드론측량기술의 조경계획 설계 시 활용방안
드론측량기술의 조경계획 설계 시 활용방안
  • 지재호 기자
  • 승인 2017.10.16 11:31
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이두열 EM디자인 소장

건설IT환경의 변화
현대는 IT기술의 발달과 더불어 다양한 신기술과 기기들이 나오고 있어 삶의 편의성 제공과 변화에 따른 심리적 위기의식을 동시에 느끼며 살아가는 시대에 살고 있다. 그렇지만 최근 탄생된 QR코드, NFC카드, 3DTV, 3D카메라, VR, AR, BIM등 모든 기술과 기기가 지속적으로 사용되어 현재의 우리 생활 속 일부가 되었다고 말 할 순 없을 것이다.
Dron기술도 스쳐 지나는 현상일 수 도 있어 드론기술의 검증을 마친 후 도입하려는 신중함 마저 느껴지게 된다. 그렇다면 신기술에 호응하며 시간과 비용을 투자를 하는 소위 얼리어뎁터들은 어떠할까? 대체적으로는 사라져 버리는 기술에 대한 허탈감보다는 기술을 습득하는 과정에서 보람을 찾는 경향이 있다. 그 이유는 위의 기술들을 대부분 다음의 신기술을 위한 밑바탕이 되며, 또한 그런 기술들의 융합을 기술 진화의 과정으로 느끼고 있는지도 모른다.
드론 측량기술만 보아도 단순히 측량기술의 발전으로 볼 수도 있지만 BIM과 연계되어 더욱 진보된 모습으로 다가올 가능성이 크기 때문일 것이다.
물론 외주를 통해 간접 체험을 할 수 도 있지만 직접 기기와 프로그램을 다루며 근본 원리를 체득하는 것은 분명 간접 경험과는 많은 차이가 발생된다. 융합기술이란 다수의 분야별 기술을 이해한 후 비로소 창조적 융합기술이 탄생되기 때문일 것이다.

드론측량 도입의 의문점
드론측량 설명에 앞서 일반적으로 Dron측량에 대해 갖는 몇 가지 의구심에 대해 알아본 후 상세한 부분으로 들어가는 것으로 하겠다. 첫 번째는 드론측량의 정확도에 의구심이다. 항공기에 비해 기체의 중량과 비행경로에 대한 정확성 문제와 사진 분석을 통한해 얻어지는 결과물에 대해서도 불신을 떨쳐버리지 못하는 경우이다. 드론측량의 정확도에 대한 답에 앞서 전제되어야할 사항은 기존에 활용되던 항공측량, GPS측량, 토탈스케이션 측량도 드론 이상으로 장·단점을 갖고 있다는 점이다.

▲ ⓒEM디자인

즉 어떤 측량 방법도 모든 정보를 정확히 담아낼 수는 없다. 각각의 이용환경 및 사용목적에 맞는 방식을 채택하거나 병행해 사용해야 한다는 것이다. 우리가 정확도를 인정하며 일반적으로 사용하는 토탈스테이션 측량의 경우 비교적 소규모 면적에 적합하며, 대규모 면적을 위해 기계를 반복해 이동 설치하는 경우에는 오차가 누적되어 정확도는 점차 떨어지며 하루 측정할 수 있는 측량점 또한 다른 측량기법에 비해 현저히 떨어진다. 특히 공원, 산지 등 수림과 산지에서는 시야 확보가 어려워 우회하거나 방해물을 제거 후 측량해야하는 어려움이 있다. 더우기 수목의 높이와 수관폭 등 비정형 목표에 대한 측량은 현실적으로 어려운 게 사실이다.
여기에 장비 및 타겟, 노트북 등으로 많은 인원이 소요되며, 장비무게로 산지측량에는 많은 어려움이 따른다.
GPS측량의 경우 토탈스테이션에 비해 무게가 가볍고, 측량속도와 중규모 면적에 적합하나 주변 건축물의 마감이 유리재질인 경우, 수목의 수관폭 하부, 지형사면의 기슭 등 위성과의 직접 연결이 차단되는 경우에는 측량의 정확도가 현저하게 떨어지는 단점이 있다. 무엇보다 대부분의 측량이 장비에 의해 일일이 좌표점을 얻게 됨으로 현황수목 등 방대한 형태의 측량점이 필요한 경우는 조사가 사실상 불가능하다.
드론측량과 항공측량은 작성원리는 거의 동일하며 GPS와 자이로스코프등으로 3차원공간을 인지해 필요한 도화 등의 작업을 통해 데이터를 얻는 방식 또한 유사하다. 오히려 항공측량에 비해 장점이라면 저가의 비용으로 관심 있는 지점의 비행의 정밀도를 높여 이용자의 의도에 맞는 맞춤형 조사데이터를 얻을 수 있고 지형과 수림대의 외형은 물론 입체적 컬러모델을 얻을 수 있으며, 이를 활용한 수림대의 보존설계, 경관설계를 하는 기초자료로 활용할 수 있다. 물론 토탈스테이션, GPS보다 각각의 포인트에 대한 정밀도는 다소 떨어지는 것 또한 사실이다. 이에 대한 보완으로 GPS표지를 지상에 설치하고, 수치지도, TotalStaion, GPS측량과 병행해 사용할 수 있다. 즉 모든 측량은 장·단점이 있으며 다양한 측량의 결과를 사용할 목적에 맞는 성과로 활용할 필요가 있다. 또한 가까운 장래에 드론에 라이더 측량기를 탑재하게 되어 더욱 정밀한 측량이 이뤄지면 3D측량모델을 이용해 설계를 할 수 있는 업체와 없는 업체는 확연한 차이를 나타내게 될 것이다.

두 번째는 결과물의 활용방안으로 얼마 전까지만 해도 드론촬영 결과물은 항공촬영 이미지와 동영상이 대부분으로 조감도의 배경이나 현황전경 영상 정도로 사용되었지만 현재는 2차원 정사투영 이미지와 3차원 현황모델을 얻을 수 있어, 산림 훼손지 분석, 이식수목의 범위선정, 수목의 높이, 시공 후 검측, 유지관리 등 다양한 분야에 활용할 수 있고 BIM과 연계되어 보다 현실적인 설계를 진행 할 수 있게 된다.

세 번째는 측량 비용으로 보급형 초경량 드론(12kg이하)과 보조배터리, 액세사리, 드론보험료 까지 약300만원정도 소요되나 3D현황모델로 변형하는 측량소프트웨어와 3D모델을 설계로 활용하는 BIM소프트웨어까지 범위를 확대한다면 막대한 준비기간과 비용이 필요하다. 이런 면에서 BIM기술, 공학기술, 프로그래밍기술, 3D그래픽 능력을 미리 확보해 놓는다면 해외프로젝트는 물론 변화될 미래에도 유연한 대처가 가능해 질 것이다.

드론측량 과정
드론측량과 BIM을 동시에 적용한 사례로 2017년 수행한 동두천시 MTB 및 놀자숲 조성사업을 중심으로 적용과정을 제시해 보겠다. 프로젝트의 원 설계사는 엔지니어링 3개사(도화, KG, 경호)가 컨소시움으로 단지내 도로설계를 토목BIM설계로 진행하였고 추가적으로 드론측량과 단지 및 조경 BIM, VE를 추가하여 검증하는 방식으로 진행되었다.
먼저 드론측량 위한 법적 절차로 항공법과 군사시설보호법에 의한 비행 및 촬영 허가를 득해야 하며 이를 위해 드론사업자등록, 드론보험, 비행 및 촬영계획서를 제출 후 비로소 비행이 가능하며 위의 과정은 약 20~30일정도 소요된다.

▲ ⓒEM디자인

드론 비행 및 촬영 인·허가를 득한 후 지상의 위치와 고도를 촬영사진과 맞추기 위해 지상에 적정량의 GPS표지를 설정해야 한다. 설치된 표지는 GPS측량기를 통해 XYZ좌표를 미리 저장해 두어야 한다. 촬영 대상범위를 프로그램에 입력하고 비행은 앱을 통해 자동으로 이뤄지며 사전에 비행고도, 사진의 겹칩률, 촬영속도를 설정해야 한다. 비행고도는 항공법상 이륙지역의 높이에서 150m이하로 설정해야 하므로, 가급적 대상지에서 가장 높은 지역을 이륙지점을 선정해야 한다. 앱을 통해 비행 및 촬영 설정이 완료 되었으면 비행과 촬영은 자동으로 이뤄진다. 측량용 드론은 일반적으로 안전비행 기능으로 지장물은 스스로 피해 비행하고, 배터리가 부족할때나 기상악화, 통신오류시 Return to Home 기능으로 이륙지점으로 자동으로 회귀하는 기능을 가지고 있다. 단 고압선 등은 드론내 장애물 판단 레이져를 통해 인식하기 어려운 경우를 고려해 사전에 비행구역내 지장물 조사를 선행해야 한다.
드론 촬영용 앱으로 수직 촬영된 사진은 촬영고도 100m, 면적 50만m2, 중복률 설정 70%에서 약300여장 촬영되며 4k해상도로 약 2.4Gbyte용량으로 기체내 메모리에 저장된다.
다음은 실내 내업작업으로 촬영된 사진데이터는 드론3D모델링 프로그램내에서 저장된 GPS좌표와 자이로스코프 기울기 데이터를 기준으로 촬영당시의 좌표와 각도로 재배치 된다.
일정기간 무료로 사용할 수 있는 측량프로그램을 활용하면 테스트 후 구입이 가능하고, 월, 년 등 필요에 따라 기간별 프로그램을 사용할 수 있다.
촬영사진들에서 교차되는 점을 추출하면 방대한 3차원 점(Point Cloud)으로 변환되고 다시 3DFace면으로 변환 후 사진이미지가 매핑되어지는 형식이다.
완성된 파일은 확자자 FBX, DAE등으로 변환되며 BIM, 그래픽 소프트웨어 등에서 편집 가능한 파일로 변환되고, 측량프로그램, GIS프로그램 등을 통해 등고선 형식으로 변환가능하다.

드론측량 성과의 활용
드론측량의 성과물은 대략 5가지로 촬영이미지, 촬영동영상, 2D정사사진, 3D모델링, 3D Point Cloud파일을 얻을 수 있다.


1) 촬영이미지
조감도 작성시 사실적 배경으로 활용하고 내부에 렌더링한 이미지편집 프로그램등을 통해 융합하면 보다 사실적인 조성 후 이미지를 얻을 수 있으며 대상지 전체의 현황을 파악하기에도 유리하다. 또한 BIM모델 작성시 원경의 경관을 이미지로 배치하면 모델링 작성시간과 모델용량을 현저히 줄일 수 있다.

▲ ⓒEM디자인

2) 촬영동영상
홍보 영상 작성시 현황파악용으로 활용하며, 촬영영상은 조성전의 경관을 보여주는 용도로 활용할 수 있다.

3) 2D정사사진
포탈사이트의 항공사진과 유사한 2D이미지 형식이지만, 포탈사이트의 항공사진보다 높은 고해상도로 촬영이 가능해 나대지의 범위, 각종 지장물을 판단하기에 유리하며, 현황을 고려한 계획을 수립할 수 있다. 또한 이식수목 조사 시 기초자료로 활용 가능하며 BIM이나 그래픽프로그램을 통해 지형과 항공사진이 융합된 입체모델로 계획의 적정성을 검토 가능하다.


▲ ⓒEM디자인

2D정사사진의 획득은 다양한 과정을 통해 얻어진다. 먼저 드론 촬영시 카메라를 바닥면 방향으로 수직 촬영하고 카메라 앵글각으로 인해 벌어진 화각을 도화작업을 통해 정사각으로 조정하고 비행과정에 촬영된 다수의 주변 이미지들과 접합과정을 거쳐 수직정사사진이 완성된다. 물론 전체 과정은 측량 프로그램에 의해 자동으로 작성된다.

▲ ⓒEM디자인

4) 3D모델링파일
3D삼각면으로 구성된 지형의 외형에 사진이미지가 융합되어 현실과 유사한 모델을 만들어 낸다. 지형은 물론 건축물, 개략적인 수목의 높이와 형태를 파악할 수 있으며 해상도 조정을 통해 보다 상세한 모델을 얻을 수 있으나 상세한 만큼 용량이 커져 고성능 컴퓨터를 필요로 한다.

5) 3D Point Cloud파일
3D모델링 파일과 유사하게 보이나 모델의 형태와 이미지를 컬러 3차원 점으로 표현하는 방법이다. 이는 3D모델링보다 용량이 적고, 점의 높이차와 색채를 이용해 프로그램 상에서 가장 낮은 점을 채택함으로써 현황수목을 제외한 지형의 높이를 개략적으로 얻을 수 도 있으며, 건축물과 시설물의 경우 포인트를 활용한 간결한 모델링을 제작할 수도 있다. 복잡한 설비구조물과 건축물등을 3차원 모델로 작성할 때도 활용된다.

▲ ⓒEM디자인

6) 드론성과물을 통한 단지 및 조경 BIM모형 작성
드론측량을 통한 모델링 작업으로 제작된 성과들을 활용하여 입체 계획안작성, 이식수목 검토, 단지내 도로의 선형 및 구조물 노출 검토, 주요지점의 경관분석으로 각종 심의 및 주민설명회 활용 및 환경성 검토 등의 인·허가시 계획안의 빠른 이해로 설득력을 높일 수 있다.


▲ ⓒEM디자인

또한 작성된 모델링을 활용해 렌더링과 영상편집을 통해 공간 홍보영상을 제작 할 수도 있고 Double Camera 렌더링으로 VR영상을 제작할 수 도 있다.
 

▲ ⓒEM디자인


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