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과제기본정보

0.25㎢의 급변하는 지역에 대한 실시간 UAV 스테레오/열화상 영상 취득 및 1시간이내 딥러닝 변화탐지를 위한 다차원 공간데이터 구축 시스템 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C161876-02
국가과학표준분류 1순위 농림·수산 | None | None 적용분야 전문,과학 및 기술서비스업
2순위 화학공정 | 촉매제조 기술 | None 실용화대상여부 실용화
3순위 화학공정 | 촉매제조 기술 | None 과제유형 개발
과제명 0.25㎢의 급변하는 지역에 대한 실시간 UAV 스테레오/열화상 영상 취득 및 1시간이내 딥러닝 변화탐지를 위한 다차원 공간데이터 구축 시스템 개발
주관연구기관 공간정보기술(주)
총괄연구 책임자 성명 박기석
소속 공간정보기술(주) 직위 이사
전화번호 031-622-3800 FAX 031-622-3811
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 370,000,000 26,000,000 234,000,000 260,000,000 630,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 본 기술은 급변화지역(위험, 취약지역 등)의 실시간 딥러닝 변화탐지를 위하여 스테레오/열화상 카메라가 장착된 드론을 이용하여 0.25㎢ 구간단위 1시간이내 다차원 공간정보를 생성하고 구축하는 기술

○ 연구기간은 총 3년이며, 1차년도에는 실시간 스테레오/열화상 카메라 영상 데이터 동기화 기술 개발 및 취득 장비 제작 예정, 2차년도에는 실시간 다차원 공간데이터 생성 및 딥러닝 변화탐지 적용 연구 진행, 3차년도에는 테스트베드를 구축하고 고도화된 시제품의 상용화를 위한 각지의 급변화지역 현장 테스트 및 신뢰성 검증을 위한 시험평가 진행 예정
최종목표 ○ 1단계(1차년도~2차년도)
- 급변화지역 실시간 스테레오/열화상 드론 영상 수집 시스템 개발
- 급변화지역 1시간이내 딥러닝 변화탐지를 위한 다차원 공간데이터 생성 기술 개발
- 다차원 공간데이터 구축 시스템 개발
- 드론(UAV)에 탑재된 스테레오 영상 센서 정밀 조정 기술 개발

○ 2단계(3차년도)
- 테스트베드 구축 및 현장 시범 적용
- 스테레오 카메라와 시스템 캘리브레이션 매개변수의 정확도 검증
연구내용 및 범위 ○ 스테레오/열화상 카메라가 탑재된 드론을 이용한 급변화지역 실시간 영상 취득 기술 개발
- 급변화지역 주/야간 전천후 자율비행 드론 개발
?안전 자율비행을 위한 Broad RTK GPS 적용
?스테레오/열화상 카메라 전용 짐벌 제작
?비행 안정화를 위한 캘리브레이션, 트림 진행
?다중센서 동기화를 위한 FC 트리거 신호 체계 설계 적용
?급변화지역 주/야간 전천후 자율비행 드론 개발 고도화
?GCS 설계 및 제작
?테스트베드 드론 성능 안정화 테스트
- 급변화지역 다차원 공간데이터 취득 장비 개발
?드론 탑재용 정밀RTK기반 위치, 자세, 멀티영상(스테레오/열화상) 시각 동기화 기술 개발
?RTK GNSS 고정밀 위치,자세 데이터 저장 및 전송을 위한 H/W 시제품 제작
?멀티카메라 원격 제어 및 상태 모니터링 SW 개발
?전천후 운영을 위한 방수, 방진 설계 및 기구 제작

○ 급변화지역 1시간이내 딥러닝 변화탐지를 위한 다차원 공간데이터 생성 기술 개발
- 드론의 위치/자세를 이용한 실시간 2D/열화상 맵 생성기술 개발
?취득한 영상에 대한 위치/자세 지오태깅 기술 개발
?실시간 위치정확도 1m이내 2D맵 생성 및 가시화
?실시간 열화상맵 생성 및 가시화
- 1시간이내 GPU기반 Point cloud 고속생성 기술 개발
?고속 3D맵 생성 및 가시화 기술 개발

○ 딥러닝 변화탐지 모델 생성
- 변화탐지 대상 및 딥러닝 모델 선정
?다차원 공간데이터 기반 변화탐지 요구사항 조사 및 변화탐지 대상 선정
?변화탐지에 적합한 오픈 AI 모델 조사 및 선정
?오픈 AI 모델의 아키텍쳐 분석
?딥러닝 환경 구축을 위한 시스템 설계
- 딥러닝 학습데이터 취득 및 학습
?학습하기 위한 Point cloud 및 DSM 생성
?정사영상 생성
?오픈 AI를 운용하기 위한 딥러닝 시스템 환경 구축
?Open Dataset을 이용한 학습 데이터 취득
?다차원 공간데이터 기반 학습데이터 생성
?Open Dataset과 다차원 공간데이터를 활용한 딥러닝 학습

○ 급변화지역 다차원 공간데이터 구축 시스템 개발
- DSM기반 급변화지역 3차원 측정기술 개발
?변화탐지 구역 DSM 생성
?변화탐지 구역 체적 계산
- 다차원 공간정보 데이터베이스 구축
?다차원 공간데이터 멀티레이어 분류 체계 구축
?3차원 데이터 시각화를 위한 공간 분할 알고리즘 적용
- 급변화지역 통합 모니터링 SW 개발
?실시간 갱신 다차원 데이터 통합 설계
?급변화탐지 현황 통합 모니터링 뷰어 제작
?공간정보 변화탐지 분석 결과 표출

○ 스테레오 카메라 정밀 조정 기술 개발을 위한 환경 구축
- 스테레오 카메라의 캘리브레이션을 위한 환경 구축
?스테레오 카메라 캘리브레이션 검정장 설계 및 기준점 배치
?스테레오 카메라 캘리브레이션을 위한 기준점 측량
- 시스템 캘리브레이션을 위한 환경 구축
?시스템 캘리브레이션 검정장 설계 및 기준점 배치
?시스템 캘리브레이션을 위한 기준점 측량

○ 스테레오 카메라 정밀 조정 기술 개발
- 스테레오 카메라 캘리브레이션
?스테레오 카메라를 이용한 기준점 영상 촬영 및 기준점 관측
?번들 조정을 통한 스테레오 카메라 캘리브레이션 매개변수 산출
- 시스템 캘리브레이션
?시스템 캘리브레이션을 위한 촬영계획 수립
?시스템 캘리브레이션 영상 촬영 및 기준점 관측
?번들 조정을 통한 시스템 캘리브레이션 매개변수 산출

○ 드론 자율비행성능 개선
- 비행로그 분석을 통한 기체성능 개선
- 주야간 자율비행 테스트
- 기상악화 자율비행 테스트

○ 테스트베드 구축 및 현장 시범 적용
- 현장 시범 운영용 시제품 추가 제작
?현장 군집비행을 위한 드론 추가 제작
?현장 시범 운영용 스테레오/열화상 취득 장비 추가 제작
- 시스템 시험 운용을 위한 테스트베드 구축
?기존 3차원 위치 좌표 취득 기술의 성능과 비교/분석하기 위한 테스트베드 구축
?GCP 실측 자료를 활용한 3차원 정밀도 검증
- 국내 각지의 급변화현장 시스템 적용 테스트
?대상 지역 조사 및 현장 탐사
?대상지역 국가공간정보 데이터 연계 및 비교
?공인인증 수행

○ 변화탐지용 딥러닝 모델 성능 검증
- 변화탐지를 위한 최적의 Hyper-Parameter 추정
- Error Matrix 기반 딥러닝 모델 성능 검증

○ 급변화지역 다차원 공간데이터 구축 시스템 고도화
- 구축 시스템 고도화
?수요처 요구사항 반영 및 기능 개선
?수요처 시범 운영

○ 스테레오 카메라 정밀 조정 기술 정확도 검증
- 에피폴라 영상을 이용한 정확도 검증
?번들 조정 결과를 이용한 종시차가 제거된 에피폴라 영상 생성
?에피폴라 영상의 시차를 이용한 정확도 검증
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ○ 급변화지역 실시간 스테레오/열화상 드론 영상 수집 시스템 개발

○ 급변화지역 1시간이내 딥러닝 변화탐지를 위한 다차원 공간데이터 생성 기술 개발

○ 드론(UAV)에 탑재된 스테레오 영상 센서 정밀 조정 기술 개발
○ 급변화지역 주/야간 전천후 자율비행 드론 개발
- 운용목적에 따른 요구사항 분석 반영 설계
- 안전 자율비행을 위한 Broad RTK GPS 적용
- 스테레오/열화상 카메라 전용 짐벌 제작
- 비행 안정화를 위한 캘리브레이션, 트림 진행
- 다중센서 동기화를 위한 FC 트리거 신호 체계 설계 적용

○ 급변화지역 다차원 공간데이터 취득 장비 개발
- 드론 탑재용 정밀RTK 기반 위치, 자세, 멀티영상(스테레오/열화상) 시각 동기화 기술 개발
- RTK GNSS 고정밀 위치, 자세 데이터 저장 및 전송을 위한 H/W 시제품 제작
- 멀티(스테레오/열화상)카메라 원격 제어 및 상태 모니터링 SW 개발
- 전천후 운영을 위한 방수, 방진 설계 및 기구 제작

○ 변화탐지 대상 및 딥러닝 모델 선정
- 딥러닝을 활용한 변화탐지 관련 최신 연구 동향 조사
- 다차원 공간데이터 기반 변화탐지 요구사항 조사 및 변화탐지 대상 선정
- 변화탐지에 적합한 오픈 AI 모델 조사 및 선정
- 오픈 AI 모델의 아키텍쳐 분석
- 딥러닝 환경 구축을 위한 시스템 설계

○ 스테레오 카메라 정밀 조정 기술 개발을 위한 환경구축
- 스테레오 카메라 캘리브레이션 검정장 설계 및 기준점 배치
- 스테레오 카메라 캘리브레이션을 위한 기준점 측량
- 시스템 캘리브레이션 검정장 설계 및 기준점 배치
- 시스템 캘리브레이션을 위한 기준점 측량
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
- 사람이 접근할 수 없거나(inaccessible) 곤란한 급변화 지역에서 조사 가능
- 고해상도 멀티 카메라 탑재 드론을 통한 비용 최소화 및 데이터 수집 자동화 향상
- 수동식, 이동식 조사 체계 및 작업자 의존성 방식을 개선하여 데이터베이스 수집, 분석, 정제를 통한 IT 기술 융합으로 발전
- 급변화지역에 대한 드론 멀티센서 영상과 포인트 클라우드를 기반으로 급변화지역 변위 분석
- 낙석 위험구간 설정 및 위험 사전경고, 보수시기 의사결정 지원, 정밀진단 등의 기술적 활용 가능
- 3차원 데이터 기반, 너비, 면적, 부피 분석을 통한 급변화지역 현장에서의 토량 계산 활용 가능
- 데이터 기반 객관적 검사 시스템으로 전환(인공지능 기반 계측 데이터 분석)
- 근로자 작업 안정성 향상(비접촉식 검사 시스템 및 무인 이동 로봇 활용)
- 드론을 활용한 효율적인 SOC 시설물 점검 등 융합산업 활성화
- 지진, 산사태 등 급격히 변한 지역의 DSM 및 지도 데이터 구축
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적 측면
- 매년 약 수천억 원의 예산이 급변화지역 정비에 사용되며, 멀티 카메라가 탑재된 드론을 활용하여 급변화지역 시설물 유지보수를 할 경우 급변화지역의 시설물 관리 예산을 효율적으로 운용하여 도로 급변화지역 붕괴 예방 및 위험지역 모니터링 등 빠르고 정확하게 SOC 안정성을 확보할 수 있을 것으로 기대됨
- 관성항법장치를 탑재한 드론과 멀티 센서 카메라를 통해 기존 항공기를 띄워 지도와 DSM을 생성하던 시간과 비용을 크게 절감할 수 있음
- 급변화지역 붕괴의 위험요소의 사전탐지 및 신속한 대응을 통해 토사류 붕괴 등을 획기적으로 감소시켜 이로 인한 인명 및 재산상의 피해를 감소시킬 수 있으므로 경제적 효과는 매우 큼

○ 사회적 측면
- 신속하고 고정밀의 다차원 공간정보를 구축하고 측량 성과 활용을 확대해 신산업을 창출하고 자연적 ? 인공적 재난에 대비해 국토안전에 기여함. 다차원 공간정보를 기반으로 새로운 공간정보 수요를 대응해 국민생활의 편리한 서비스를 제공
활용방안 ○ 각 산업분야에서 변화탐지 시스템을 적용하여 지자체의 성장에 도움을 줄 수 있으며 나아가서 국가의 정책을 뒷받침하는 데이터를 제공할 수 있음
- 자연재해, 천재지변 등으로 인간이 직접 갈 수 없는 곳을 드론이 촬영하여 실시간으로 인공지능 기술을 이용하여 변화탐지 시스템을 적용시켜 정확한 판단을 할 수 있도록 도움을 줄 수 있음
- 자연재해 등으로 발생한 실종자 탐색, 눈사태/산사태 등으로 도로유실, 지형/지반 변화 등을 실시간으로 탐지하여 복구대책 마련

○ 군부대 등에서도 야간 신원 미확인자 탐색, 출입금지지역 탐색 등에서 쓰일 수 있으며 전시때는 열화상 카메라를 이용하여 폭발물, 불발탄 등 위험한 물체를 탐지하는데 쓰일 수 있음
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 실시간 스테레오 이미지 변화탐지 자율비행 인공지능
영문 Real-time Stereo Image Change Detection Autonomous Flight Artificial Intelligence
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