KR100581233B1

KR100581233B1 - Ｇｐｓ 수신기 및 레이저 계측기 장착 차량을 이용한 도로주변 시설물 측량정보의 ｇｉｓ 수치지도 업데이트 방법

Info

Publication number: KR100581233B1
Application number: KR1020050113185A
Authority: KR
Inventors: 이우호
Original assignee: (주)하이컴
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-05-18

Abstract

본 발명은 GPS 수신기 및 레이저 계측기 장착 차량을 이용한 도로 주변 시설물 측량정보의 GIS 수치지도 업데이트 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 GPS 수신기 및 레이저 계측기를 장착한 차량을 주행하면서 도로 주변 시설물의 위치 좌표, 크기 등을 측량하고, 그 정보를 즉각적으로 보정하여 실시간으로 GIS 수치지도를 업데이트하는 방법에 관한 것이다. 이는 도로 주변의 시설물들과 같은 국지적인 수치 지형 자료를 획득할 때 매우 간편하게 적용할 수 있고, 레이저의 직진성을 이용하여 높은 정밀도를 얻을 수 있으며, 하루가 다르게 주변 환경이 변하고 있는 도심등의 수치지도에 대해 신속하고 정확한 업데이트를 할 수 있다.

지리 정보 체계(GIS), 범지구적 위치결정 체계(GPS), 수치 지도, 위치 측량, 도로, 주변 시설물, 측량 차량, 레이저 계측기

Description

ＧＰＳ 수신기 및 레이저 계측기 장착 차량을 이용한 도로 주변 시설물 측량정보의 ＧＩＳ 수치지도 업데이트 방법{Method for Updating GIS Numerical Map of Surveying Information of Structural Facilities Along Road by Using Vehicle with GPS Receiver and Laser Measuring Instrument}

도 1은 GPS 수신기와 레이저 계측기를 장착한 측량 차량의 구성 개요를 나타내는 블록도.

도 2는 측량 차량과 도로 주변 시설물을 도식적으로 나타내는 모식도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로 주변 시설물 측량 방법을 나타내는 순서도.

도 4는 차량 위치에 따른 레이저 검출 강도의 변화를 나타내는 그래프.

<도면에 사용된 참조 부호의 설명>

10: 측량 차량 20: GPS 수신기

30: 레이저 계측기 32: 레이저 출력부

34: 광 검출부 36: 계수부

40: 제어기 42: 저장부

44: 연산부 50: 송신부

60: 표시부 70: 중앙통제부

V₀: 차량의 초기 위치 V₁: 차량의 제1 위치

V₂: 차량의 제2 위치 T₁: 시설물의 제1 지점

T₂: 시설물의 제2 지점

본 발명은 GPS 수신기 및 레이저 계측기 장착 차량을 이용한 도로 주변 시설물 측량정보의 GIS 수치지도 업데이트 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 GPS 수신기 및 레이저 계측기를 장착한 차량을 주행하면서 도로 주변 시설물의 위치 좌표, 크기 등을 측량하고, 그 정보를 즉각적으로 보정하여 실시간으로 GIS 수치지도를 업데이트하는 방법에 관한 것이다.

근래 들어 지리 정보 체계(geographic information system; GIS)에 대한 관심이 높아지고 관련 분야에 대한 연구개발이 활발히 이루어지면서, GIS의 응용과 활용 폭이 다방면으로 급속하게 확대되고 있다. GIS는 공간에 관련된 문제를 해결하기 위하여 지리 자료를 이용하고 관리하기 위한 컴퓨터 기반의 시스템을 의미한다.

GIS를 구축함에 있어 가장 기초적인 자료는 수치 지도(digital map)이다. 수 치 지도는 고전적인 종이 지도와 달리, 측량에 의해 얻어진 각종 지형 자료들이 수치 편집에 의해 파일로 저장되고 색인화된다. 수치 지도의 제작은 일반적으로 항공 사진 및 위성 영상에 의하여 얻어진 지형 자료를 바탕으로 이루어지며, 이러한 자료를 해석하고 수치화하는 작업이 필요하다.

최근에는 범지구적 위치결정 체계(global positioning system; GPS)를 이용하여 수치 지형 자료(digital terrain data)를 획득하는 기술이 활발히 연구되고 있다. GPS는 인공위성을 이용한 첨단 항법 체계로서, 정확한 지상의 측정 위치를 결정하기 위해 사용된다. 특별히 설계된 GPS 수신기들은 지구상의 어느 곳에서나 시간 제약 없이 인공위성에서 발신하는 정보를 수신하여 정지 또는 이동하는 물체의 절대적 위치를 측정할 수 있다.

수치 지형 자료를 획득하거나 보정하기 위하여 GPS를 이용하는 기술들이 예컨대 대한민국 등록특허공보 제10-0404400호, 대한민국 등록특허공보 제10-0456377호, 대한민국 등록특허공보 제10-0496814호, 대한민국 등록특허공보 제10-0510834호 등에 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0404400호는 GPS를 장착한 차량의 이동 궤적을 얻기 위하여 두 개 이상의 기준점을 설정하고 기준점으로부터 차량까지의 거리 정보를 각각 획득하여 차량의 위치 좌표를 보정하는 기술을 제시하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0456377호는 GPS 장착 차량을 이동하면서 수치 지도에 표시된 도로 부대 시설물의 실제 일치 여부를 판단하여 실시간으로 수치 지도를 업데이트하는 기술을 제시하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0496814호는 GPS 수신기로부터 실시간으로 획득한 도로 좌표값 및 측량 정보를 표준보정함수로 보정하여 수치 지도를 제작하는 기술을 제시하고 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0510834호는 GPS 수신기로부터 획득한 도로 시설물의 위치 및 주변 정보를 수록하여 측량일자별 도로 시설물 현황이 반영된 수치 지도를 제작하는 기술을 제시하고 있다.

전술한 종래 기술들의 현황으로부터도 알 수 있듯이, 수치 지도는 단순히 지형 정보만을 포함하는 것이 아니라 도로 주변의 시설물과 같은 부가 정보를 수록하여 다양한 지리적 정보를 제공하는데 이용되고 있다.

그러나 전술한 종래 기술들은 단지 도로 정보의 획득, 보정, 추가, 삭제 등에 GPS 장착 차량을 이용하는 것이거나(대한민국 등록특허공보 제10-0404400호 및 제10-0496814호), 부대 시설물의 유무를 확인한 후 그 위치를 전송할 때 GPS 좌표를 이용하는데 지나지 않거나(대한민국 등록특허공보 제10-0456377호), 또는 도로 시설물의 정보를 획득하는 방안을 구체적으로 제시하지 못하고 있다(대한민국 등록특허공보 제10-0510834호).

또한, 현대와 같이 복잡한 시대에는 하루가 다르게 주변 환경이 변하고 있으며, 이에 따라 건물이나 부대시설들(예컨데, 교차로, 교통신호망, 횡단보도 등)도 수시로 사라지거나 신설되고 있다. 이에 따라, 차량에 탑재되는 수치지도에 대해 신속한 업데이트가 계속적으로 요구되고 있는 실정이나, 수치지도의 제작과정과 보정과정이 복잡하고 많은 시간이 소요되는 작업이기 때문에 현실적으로 신속한 업데 이트는 어려운 실정이다.

본 발명의 목적은 GPS 및 레이저 계측기를 이용하여 국지적인 수치 지형 자료를 획득함에 있어 정밀하고 간편한 방법으로 도로 주변 시설물을 측량할 수 있으며, 이를 이용하여 수치지도를 신속하고 정확하게 보정 업데이트 하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 GPS 수신기 및 레이저 계측기를 장착한 차량을 이용하여 도로 주변 시설물을 측량하고, 그 정보를 즉각적으로 보정하여 실시간으로 GIS 수치지도를 업데이트 하는 방법을 제공한다.

본 발명은 (a) 상기 GPS 수신기를 통하여 상기 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)을 획득하는 단계; (b) 상기 차량을 주행하면서 주행 방향과 직각 방향으로 상기 레이저 계측기에서 레이저 빛을 출력하는 단계; (c) 상기 차량이 제 1 위치 V₁에 도달했을 때 상기 시설물의 제 1 지점 T₁에서 반사된 레이저 빛을 상기 레이저 계측기에서 검출하고, 상기 GPS 수신기를 통하여 상기 차량의 제 1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)을 획득하며, 상기 레이저 계측기가 레이저 빛의 도달시간을 측정하여 상기 시설물의 제1측량지점 T₁까지의 거리 d를 산출하는 단계; (d) 상기 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)와 제 1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)로부터 상기 차량의 주행 방위각 θ를 산출하고, 상기 차량의 제 1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)과 주행 방위각 θ 및 시설물까지의 거리 d로부터 상기 시설물의 제 1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)을 산출하는 단계; (e) 상기 차량을 계속 주행하면서 주행 방향과 직각 방향으로 상기 레이저 계측기에서 레이저 빛을 출력하는 단계; (f) 상기 차량이 제 2 위치 V₂에 도달했을 때 상기 시설물의 제 2 지점 T₂에서 반사된 레이저 빛을 상기 레이저 계측기에서 검출하고, 상기 GPS 수신기를 통하여 상기 차량의 제 2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)을 획득하며, 상기 차량의 제 2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)와 주행 방위각 θ 및 시설물까지의 거리 d로부터 상기 시설물의 제 2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)을 산출하는 단계; (g) 상기 시설물의 제 1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)와 제 2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)로부터 상기 시설물의 크기(ℓ)를 산출하는 단계; 및 (h) 상기 산출된 값을 기존 GIS 수치지도와 비교하여 변동사항이 있을 경우, GIS 수치지도 데이타 베이스에 적용하는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 시설물의 제 1 지점과 제 2 지점은 상기 시설물의 양쪽 끝 지점인 것을 특징으로 하며, 상기 시설물의 양쪽 끝 지점은 레이저 빛의 검출 강도가 특정값 이상인 차량 위치에서 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 측량 방법에서, 레이저 빛은 짧은 레이저 펄스인 것이 바람직하 다.

한편, 본 발명의 측량 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 산출하는 상기 차량의 주행 방위각 θ는 다음 식

에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하고, 상기 (d) 단계에서 산출하는 상기 시설물의 제1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)은 다음 식

에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하고, 상기 (f) 단계에서 산출하는 상기 시설물의 제2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)는 다음 식

에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하며, 상기 (g) 단계에서 산출하는 상기 시설물의 크기(ℓ)는 다음 식

에 의하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

실시예

본 발명은 GPS 수신기와 레이저 계측기를 장착한 측량 차량을 이용하여 도로 주변 시설물을 측량하고, 그 정보를 즉각적으로 보정하여 실시간으로 GIS 수치지도를 업데이트 하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 이에 사용되는 측량 차량의 구성 개요를 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 측량 차량(10)은 GPS 수신기(20)와 레이저 계측기(30), 제어기(40), 송신부(50) 및 표시부(60)를 포함하여 구성된다.

GPS 수신기(20)는 인공위성으로부터 제공되는 GPS 좌표를 수신한다.

레이저 계측기(30)는 레이저 출력부(32)와 광 검출부(34)와 계수부(36)로 이루어진다. 레이저 출력부(32)는 레이저 빛을 발생시켜 출력한다. 광 검출부(34)는 시설물에서 반사되는 레이저 빛을 검출한다. 계수부(36)는 레이저 빛의 도달시간을 측정하여 시설물까지의 거리를 산출한다.

제어기(40)는 저장부(42)와 연산부(44)로 이루어진다. 저장부(42)는 GPS 수신기(20)에 수신된 GPS 좌표, 계수부(36)에서 산출된 시설물의 거리, 연산부(44)에서 산출된 측량 차량(10)의 주행 방위각 및 시설물의 좌표 등을 저장한다. 연산부(44)는 측량 차량(10)의 두 위치 좌표로부터 주행 방위각을 산출하고, 측량 차량(10)의 위치 좌표와 주행 방위각, 시설물의 거리로부터 시설물의 좌표를 산출한다.이와 같은 획득된 좌표값 및 시설물의 거리 데이터를 중앙통제부(70)로 전송하는 송신부(50), 각종 결과들을 작업자에게 디스플레이하는 표시부(60)를 포함한다.

이와 같이 GPS 수신기(20)와 레이저 계측기(30)를 장착한 차량(10)을 특정 도로를 따라 주행하면서 도로 주변 시설물을 측량한다.

도 2는 도로를 주행하는 측정 차량과 도로 주변 시설물을 도식적으로 나타내는 모식도이다. 도 2에서 측정 차량은 GPS 수신기와 레이저 계측기가 장착된 지점을 기준으로 한 개의 점으로 나타내었다. 차량의 주행 방향은 도로를 따라 일직선이고, 시설물 또한 도로를 따라 평행하다고 가정한다. 본 발명은 국지적인 수치 지형 자료를 획득하기 위한 것이므로 이와 같이 가정하여도 무리가 없다.

도 2에서 V₀은 차량의 초기 위치를, V₁과 V₂는 차량의 제1 위치와 제2 위치를 각각 가리킨다. T₁과 T₂는 각각 시설물의 제1 지점과 제2 지점을 가리킨다. θ는 차량의 주행 방위각을 나타내며, d와 ℓ은 각각 차량과 시설물간의 거리 및 시설물의 크기를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로 주변 시설물 측량정보의 GIS 수치지도 업데이트 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 도 2와 도 3을 참조하여 도로 주변 시설물의 측량정보의 GIS 수치지도 업데이트 방법을 설명한다.

먼저, 차량의 GPS 수신기를 통하여 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)을 획득한다(S1). 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)은 제어기의 저장부에 저장된다. 이어 서, 주행 방향으로 차량을 주행하면서 레이저 계측기의 레이저 출력부에서 레이저 빛을 출력한다(S2). 레이저 빛은 예컨대 짧은 레이저 펄스이며 주행 방향과 직각 방향으로 출력된다.

차량이 제1 위치 V₁에 도달했을 때 레이저 빛은 시설물의 제1 지점 T₁에서 반사되고, 이를 레이저 계측기의 광 검출부가 검출한다(S3). 이때, GPS 수신기를 통하여 차량의 제1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)을 획득한다(S4). 차량의 제1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)도 제어기의 저장부에 저장된다. 한편, 레이저 계측기의 계수부는 레이저 빛의 도달시간을 측정하여 시설물까지의 거리 d를 산출한다(S5).

제어기의 연산부는 저장부에 저장된 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)과 제1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)로부터 차량의 주행 방위각 θ를 산출한다(S6). 산출식은 아래의 수학식 1과 같다.

또한, 제어기의 연산부는 차량의 제1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)과 주행 방위각 θ 및 시설물까지의 거리 d로부터 시설물의 제1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)을 산출한다(S7). 산출식은 아래의 수학식 2와 같다.

이어서, 도로를 따라 차량을 계속 주행하면서 레이저 빛을 출력한다(S8). 차량이 제2 위치 V₂에 도달했을 때 레이저 빛은 시설물의 제2 지점 T₂에서 반사되고, 이를 레이저 계측기의 광 검출부가 검출한다(S9). 이때, GPS 수신기를 통하여 차량의 제2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)을 획득한다(S10). 차량의 제2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)도 제어기의 저장부에 저장된다.

제어기의 연산부는 차량의 제2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)과 주행 방위각 θ 및 시설물까지의 거리 d로부터 시설물의 제2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)을 산출한다(S11). 산출식은 아래의 수학식 3과 같다.

이상 설명한 측량 방법으로 도로 주변 시설물의 특정 지점의 위치 좌표를 알아낼 수 있다. 이때, 시설물의 특정 지점은 시설물의 양쪽 끝 지점일 수 있다. 그 경우, 연산부는 시설물의 제1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)과 제2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)로부터 시설물의 크기(ℓ)를 산출한다(S12). 산출식은 아래의 수학식 4와 같다.

시설물의 양쪽 끝 지점을 알아내는 방법은 레이저 빛의 검출 강도를 분석하는 것으로 가능하다. 도 4는 차량 위치에 따른 레이저 검출 강도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4에 예시된 바와 같이, 레이저 검출 강도가 특정값 이상인 차량 위치에서 산출된 지점이 곧 시설물의 양쪽 끝 지점이 된다.

마지막으로, 산출된 값은 기존의 GIS 수치지도 정보와 비교하여, 변동사항이 있는 경우 GIS 데이터베이스에 적용함으로서 실시간으로 GIS 수치지도를 업데이트 한다(S13).

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하 고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명은 GPS 수신기와 레이저 계측기를 장착한 차량을 주행하면서 도로 주변 시설물을 측량하고, 그 정보를 즉각적으로 보정하여 실시간으로 GIS 수치지도를 업데이트하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 도로 주변의 시설물들과 같은 국지적인 수치 지형 자료를 획득함에 있어 매우 간편한 방법일 뿐만 아니라, 레이저의 직진성을 이용하므로 높은 정밀도를 얻을 수 있으며, 특히 하루가 다르게 주변 환경이 변하고 있는 도심등의 수치지도에 대해 신속하고 정확한 업데이트를 가능하게 한다.

Claims

다음 단계를 포함하는 GPS 수신기 및 레이저 계측기 장착 차량을 이용한 도로 주변 시설물 측량정보의 GIS 수치지도 업데이트 방법:

(a) 상기 GPS 수신기를 통하여 상기 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)을 획득하는 단계;

(b) 상기 차량을 주행하면서 주행 방향과 직각 방향으로 상기 레이저 계측기에서 레이저 빛을 출력하는 단계;

(c) 상기 차량이 제 1 위치 V₁에 도달했을 때 상기 시설물의 제 1 지점 T₁에서 반사된 레이저 빛을 상기 레이저 계측기에서 검출하고, 상기 GPS 수신기를 통하여 상기 차량의 제 1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)을 획득하며, 상기 레이저 계측기가 레이저 빛의 도달시간을 측정하여 상기 시설물의 제1측량지점 T₁까지의 거리 d를 산출하는 단계;

(d) 상기 차량의 초기 위치 좌표 V₀(X₀, Y₀)와 제 1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)로부터 하기 [수학식 1]에 의하여 상기 차량의 주행 방위각 θ를 산출하고,

[수학식 1]

상기 차량의 제 1 위치 좌표 V₁(X₁, Y₁)과 주행 방위각 θ 및 시설물까지의 거리 d로부터 하기 [수학식 2]에 의하여 상기 시설물의 제 1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)을 산출하는 단계;

[수학식 2]

(e) 상기 차량을 계속 주행하면서 주행 방향과 직각 방향으로 상기 레이저 계측기에서 레이저 빛을 출력하는 단계;

(f) 상기 차량이 제 2 위치 V₂에 도달했을 때 상기 시설물의 제 2 지점 T₂에서 반사된 레이저 빛을 상기 레이저 계측기에서 검출하고, 상기 GPS 수신기를 통하여 상기 차량의 제 2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)을 획득하며, 상기 차량의 제 2 위치 좌표 V₂(X₂, Y₂)와 주행 방위각 θ 및 시설물까지의 거리 d로부터 하기 [수학식 3]에 의하여 상기 시설물의 제 2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)을 산출하는 단계;

[수학식 3]

(g) 상기 시설물의 제 1 지점 좌표 T₁(X₃, Y₃)와 제 2 지점 좌표 T₂(X₄, Y₄)로부터 하기 [수학식 4]에 의하여 상기 시설물의 크기(ℓ)를 산출하는 단계; 및

[수학식 4]

(h) 상기 산출된 값을 기존 GIS 수치지도와 비교하여 변동사항이 있을 경우, GIS 수치지도 데이타 베이스에 적용하는 단계.
제1항에 있어서, 상기 시설물의 제 1 지점과 제 2 지점은 상기 시설물의 양쪽 끝 지점인 것을 특징으로 하는 방법.
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