DJI Enterprise 드론을 활용한 3D 매핑 자동화 모델에 대한 고품질 데이터 보

한빛드론
2024-03-04
조회수 116

산업 전반에 걸쳐 디지털 혁신이 증가하고 있으며 그 중 일부는 물리적 자산의 디지털 트윈을 생성하는 것입니다. 디지털 트윈은 물리적 객체의 디지털 표현으로, 다른 센서 데이터와 함께 3D 모델을 포함할 수 있습니다. 디지털 트윈은 물리적 자산을 모니터링, 관리 및 유지하는 데 사용됩니다. 


디지털 트윈 생성

드론은 디지털 트윈을 생성하기 위한 데이터를 제공하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 자산의 모든 위치에 카메라를 배치하면 속도, 빈도 및 안전성이 향상됩니다. 드론 데이터는 사진 측량을 사용해 3D 모델을 생성하고 자산을 검사하는 데 사용됩니다.

고해상도 3D 모델을 생성하기 위해 드론으로 고품질 데이터를 캡처하는 것은 특히 도시 환경에 있는 두 개의 거대한 건물과 같은 특정 자산의 경우 어려울 수 있습니다. 

전문적인 3D 모델 출력을 얻으려면 조종사가 이미지 중복, 카메라 각도, 샘플 거리, 각 건물 외관의 이미지 노출과 같은 변수 관리를 포함하여 특정 방식으로 이미지를 캡처해야 합니다. 조종사는 주변 환경을 인식하고 규정을 준수하며 안전을 유지하는 등 모든 요소의 균형을 유지해야 합니다.

그렇다면 도시 환경에서 건물 두 채 등 복잡한 현장에 필요한 이미지를 어떻게 안전하게 포착할 수 있을까요?

대답은 비행 자동화를 사용하는 것입니다.

 

Google 어스에서 Dronelink 3D 임무 계획 미리보기 

 

DJI 드론과 호환되는 비행 제어 소프트웨어인 Dronelink의 수직 매핑 외관 미션과 크로스해칭 매핑 미션을 사용하여 데이터를 자동으로 캡처하여 오클라호마 지방 법원과 연방 사법 학습 센터 및 박물관의 디지털 트윈을 만들었습니다. 

자동화된 비행을 사용하는 것은 검사, 평가 및 예측 유지 관리 프로젝트를 위해 종종 계약을 맺은 드론 솔루션 회사인 Paper Airplane 이 이 역사적인 기념 및 복원 프로젝트를 수행할 수 있도록 하는 데 매우 중요했습니다. 고품질 데이터를 안전하고 효율적으로 캡처하는 능력을 통해 고객의 기대를 뛰어넘는 고품질 결과물의 후속 생산이 가능해졌습니다.

 

오클라호마 주 법원 드론 조사

옥상에서 임무를 수행하는 종이비행기 조종사

장면 설정

드론 서비스 전문 회사인 Paper Airplane은 오클라호마 지방 법원과 연방 사법 학습 센터 및 박물관의 디지털 트윈을 만들기 위해 고용되었습니다. 이 프로젝트의 목적은 이러한 건물의 역사적 중요성을 보존하고 복원하는 것이었습니다. 

이 장소는 1995년 오클라호마 시티 폭탄 테러가 발생한 곳 바로 건너편에 있습니다. 폭탄 폭발로 인해 반경 16블록 내의 324개 건물이 손상되었습니다. 목표는 두 건물을 검사하여 손상된 지역의 구조적 무결성을 평가하고 예방적 유지 관리를 계획하는 동시에 건물의 역사적 사건 손상을 기념하는 것이었습니다.

정확한 위치, 건물 표면, 각 이미지 및 관련 손상에 대한 제한된 정보를 제공하는 쌍안경 및 포인트 앤 슛 지상 기반 카메라에 의존하는 대신 디지털 트윈 3D 모델은 관련된 모든 이해관계자에게 이상적인 솔루션이었습니다. 3D 모델을 사용하면 각 관심 지점의 다양한 관점에서 이미지를 중첩할 수 있어 손상을 쉽게 식별하고 찾을 수 있습니다.

 

DJI 3D 모델 이미지

여러 POI가 포함된 3D 모델 이미지

 

프로젝트의 목표는 다음과 같습니다.

  • 모든 지붕과 정면을 포착하기 위한 드론 비행의 안전한 작동.
  • 캡처된 개별 이미지를 고품질 3D 표현으로 처리합니다.
  • 건물의 3D 메시와 포인트 클라우드를 내보냅니다.
  • 프로젝트를 관리하는 건축 회사와 데이터를 공유하세요.
    • 검사/완화와 BIM 및 모델링 소프트웨어 구현을 위한 모델 가져오기/구현을 지원합니다.
  • 기본적으로 파일을 볼 수 있는 하드웨어 리소스가 없는 직원이 광범위하게 액세스할 수 있도록 클라우드 기반 보기 솔루션을 제공합니다.
    • 건물 표면의 손상 위치와 손상의 상관 관계를 파악하기 위한 프로젝트 파일을 제공합니다.


디지털 트윈에 대한 데이터 캡처 시 고려 사항

고품질 디지털 트윈을 생성하기 위한 계획을 세울 때 사진 측량 처리 소프트웨어 내에서 사용할 수 있는 최상의 데이터를 캡처하기 위한 몇 가지 핵심 요소를 이해해야 합니다. 먼저 이러한 요인이 무엇인지 살펴보겠습니다. 그런 다음 다음 섹션에서는 Paper Airplane이 DJI와 Dronelink의 조합을 사용하기로 선택한 이유를 살펴보겠습니다.


이미지 품질: 

캡처된 이미지의 품질이 가장 중요합니다. 고화질의 영상을 만들어내는 카메라의 핵심 요소는 센서 크기, 셔터 품질, 해상도입니다.  

큰 센서를 사용하면 이미지의 동적 범위를 늘리는 데 도움이 됩니다. 이는 동일한 프레임 내에서 햇빛이 비치는 기능을 사용하여 조명이 낮거나 그림자가 있는 영역에서 사진을 캡처하는 데 도움이 됩니다. 이러한 조명 조건은 높은 구조물 주변의 데이터를 캡처할 때 매우 일반적입니다. 드론은 이미지를 촬영할 때 끊임없이 움직이기 때문에 이미지 왜곡이나 흐릿함을 최소화하려면 고품질 기계식 셔터를 사용하는 것도 중요합니다. 특히 고도로 도시화된 지역과 같이 강풍에 취약한 지역에서는 모션 블러를 줄이고 카메라 초점을 보조하기 위해 이미지 안정성도 중요합니다.


이미지 정확도: 

3D 모델을 생성할 때 이미지의 위치를 이해하면 출력 메시의 품질과 처리 시간을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 밀집된 도시 지역에서는 높은 건물로 인해 하늘(및 위성) 시야가 제한될 수 있으며 결과적으로 GPS 품질이 저하될 수 있습니다. DJI의 기업용 드론은 RTK( Real Time Kinematics )를 사용하여 복잡한 환경에서 위치 오류를 최소화합니다. 드론의 RTK 수신기는 위치 정확도 향상을 위해 기지국이나 NTRIP 공급자를 참조할 수 있습니다. DJI Enterprise 드론의 RTK와 정확도에 대해 자세히 알아보려면 이 링크를 확인하세요 .


자산 범위:

고품질 재구성을 위해서는 자산의 모든 부분을 여러 각도에서 캡처해야 합니다. 여기에는 처리를 위해 충분히 겹치는 지붕과 모든 정면의 NADIR 이미지 캡처가 포함됩니다. 다양한 카메라 각도는 발코니 밑면과 같은 다양한 특징을 포착하는 데 도움이 됩니다. 정면 캡처를 비행할 때 수평 및 수직으로 이미지 간의 적절한 이미지 중첩을 유지하는 것은 어려울 수 있습니다. 특히 샘플 거리, 카메라 각도 및 카메라 센서 크기가 모두 중첩을 유지하는 데 필요한 비행 패턴에 영향을 미치는 경우 더욱 그렇습니다.


NADIR 매핑 비행과 정면 수직 매핑 비행 모두에 대해 이러한 모든 데이터 캡처 매개변수를 관리하려면 비행 제어 소프트웨어를 사용하는 것이 필수적입니다. 미리 설정된 중첩 값과 카메라 각도를 사용하여 정의된 경계 내에서 수직 기둥, 쌓인 수평 경로, 격자 또는 크로스해칭 패턴과 같은 비행 패턴에 대한 자동화된 임무를 생성할 수 있습니다.


공간 분해능/샘플 거리:

재구성 품질에 영향을 미치는 중요한 요소는 해상도입니다. 해상도가 높을수록 물체가 더 자세하게 표현되어 3D 모델이 더 작은 특징을 더 많이 정의할 수 있습니다. 이미지의 해상도는 카메라 사양과 촬영되는 물체와의 거리에 따라 달라집니다. 자주 사용되는 용어는 Ground Sample Distance(GSD)로, 토지 매핑에 자주 사용되며, 건물 외관의 경우에는 Sample Distance라고 합니다. 이는 자산에서 측정된 이미지의 단일 픽셀 크기를 나타냅니다(예: 0.10in/px | 0.24cm/px).


해상도와 자산 범위는 밀접하게 상호 연결되어 있습니다. 원하는 샘플 거리와 필요한 해상도를 결정하면 드론이 자산 표면에서 얼마나 떨어져 있어야 하는지 결정하는 데 도움이 됩니다. 이는 차례로 자산 적용 범위를 보장하기 위해 전면 및 측면 오버랩을 유지하는 데 필요한 필수 비행 패턴을 결정합니다. 


이제 디지털 트윈을 생성하기 위한 몇 가지 핵심 요소를 이해했으므로 이러한 요구 사항을 충족할 수 있는 특정 하드웨어와 소프트웨어에 대해 이야기해 보겠습니다.


하드웨어 선택

DJI Mavic 3 Enterprise는 확장 가능한 하드웨어 솔루션을 위한 탁월한 선택입니다. 20MP 이미지를 캡처하는 대형 4/3인치 센서를 갖춘 이 드론은 가능한 최고의 이미지를 캡처하는 데 도움이 되는 놀라운 동적 범위를 갖추고 있습니다. 0.7초에 작동하는 기계식 셔터와 결합된 대형 센서는 M3E를 동급 최고로 만듭니다. 이 더 빠른 기계식 셔터를 사용하면 이미지 품질에 영향을 주지 않고 더 빠른 비행이 가능해 잠재적으로 현장에서 시간을 절약할 수 있습니다. 소형 폼 팩터로 작업이 간편하며 모든 디지털 트윈 작업에 적합한 카메라 시스템을 갖추고 있습니다. 또한 최대 45분의 긴 배터리 수명은 임무 중 여러 번 배터리를 교체할 필요성을 줄이고 현장에서 필요한 총 배터리 수를 제한합니다.

 

매빅 3 ENT

 

2초 간격계를 갖춘 일반 소비자용 드론(Mavic 2 Pro)에 비해 M3E는 동일한 사이트를 더 빠르게 수행하고 더 높은 품질의 결과를 제공합니다. Mavic 3 Enterprise는 교체 가능한 RTK 수신기를 사용하여 안전하게 비행하면서 인치 수준의 정확한 데이터를 캡처할 수도 있습니다.

M3E 대 M2P

M3E가 M2P보다 2배 더 빠르게 동일한 사이트를 캡처하는 것을 보여주는 Dronelink의 임무 추정치

 

비행 제어 소프트웨어로 데이터 캡처 자동화

자동화된 비행 도구를 사용하지 않으면 안전한 운영을 보장하면서 고해상도로 전체 자산 범위를 관리하는 것이 어렵습니다. 이 프로젝트에서 Paper Airplane은 비행 제어 도구 및 워크플로우 제품군을 제공하여 임무 계획을 작성하고 자율적으로 실행하는 Dronelink를 사용했습니다. Dronelink는 수직 매핑에 사용되는 외관 임무와 지붕 캡처를 위한 지도 임무를 수행할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.

 

Dronelink 미션 미리보기

외관 및 지도 임무 유형과 결합된 임무 계획을 보여주는 Dronelink 임무 미리보기

 

Dronelink 내에서 몇 가지 주요 입력을 사용하여 외관 미션을 쉽게 만들 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

  • 정면의 경계(왼쪽 및 오른쪽 측면, 높이 및 최소 안전 고도).
  • 수직 및 수평 겹침.
  • 사용 중인 자산 표면 및 카메라 센서로부터의 대상 거리입니다.
  • 카메라 앵글.

 

Dronelink 미션 플래너

수직 기둥을 비행하는 단일 외관 미션과 설정 매개변수를 보여주는 Dronelink 미션 플래너 및 3D 미리보기

 

파사드 미션은 두 가지 다른 워크플로를 사용하여 생성할 수 있습니다.

  • 웹이나 모바일 앱에서 사전 계획 임무 .
  • 드론을 사용하여 현장에서 생성되는 즉석 임무입니다 .

 

외관 임무를 사전 계획하려면 노트북이나 모바일 앱의 임무 플래너를 사용하여 임무 계획을 미리 작성해야 합니다. 여기에서 자세히 알아보세요 . 임무가 계획되면 지리적 정류 기능을 통해 건물 모서리와 같은 알려진 기준점을 기반으로 현장에서 임무를 조정할 수 있습니다. 비행 금지 구역을 만들기 위해 제한 구역을 추가할 수도 있습니다. 두 기능 모두 정확성과 안전성 향상에 도움이 됩니다. 

즉석 외관 임무를 통해 조종사는 드론 위치를 사용하여 비행 경계 영역을 시각적으로 표시하고 카메라 중첩 및 기타 설정을 설정하여 현장에서 임무를 생성할 수 있습니다. 조종사는 임무를 생성할 주요 입력을 표시하기 위해 모바일 앱 내에서 일련의 단계별 지침을 통해 메시지를 받습니다(아래 참조). 일단 생성되면 임무는 자산에 맞춰 조정되고 한 번에 하나의 건물 외관을 실행합니다. 이 기능을 통해 조종사는 속도, 중첩, 최소 높이 제한 및 기타 특정 영역과 같은 환경적 제약을 고려하여 계획을 조정할 수 있습니다.

이 사이트에서 Paper Airplane은 두 개의 서로 다른 카메라 각도와 지붕에 대해 미리 계획된 맵 미션을 사용하여 각 정면을 캡처하는 정면 즉석 임무를 실행하기로 결정했습니다.

즉석 적응형 파사드 미션을 연 후 조종사는 아래 이미지에 표시된 것처럼 필요한 다음 주요 입력을 표시하기 위해 드론을 수동으로 비행했습니다.

  • 1단계: 건물 오른쪽 코너
  • 2단계: 왼쪽 모서리
  • 3단계: 위쪽 가장자리
  • 4단계: 최소 안전 고도, 목표 거리 및 짐벌 피치
  • 추가 단계: 패턴 및 겹침(표시되지 않음)

 

DJI 드론 뷰

즉석에서 파사드 미션을 생성하는 단계

 

필요한 모든 입력이 제공되면 미션이 생성되고 비행 전에 3D로 미리 볼 수 있습니다. 다음으로 조종사가 시작을 선택하면 Dronelink가 임무 비행을 시작합니다. 

 

DJI 드론 뷰 2

드론 오프셋 패널을 보여주는 자동 외관 비행

 

임무가 실행되는 동안 조종사는 안전한 작동을 보장하기 위해 드론과 주변 환경을 모니터링하는 데 집중할 수 있습니다. 오른쪽에 있는 드론 오프셋 패널을 사용하면 조종사가 캡처 중에 장애물에 가까워질 때 고도를 약간 조정하는 등 실시간 입력을 수행할 수 있습니다. 언제든지 조종사는 임무를 일시 중지하고 제어할 수 있습니다. 수동으로 일시 중지한 후든 배터리 교체를 위해든 마지막 위치가 저장되며 조종사는 데이터의 연속성과 후처리를 위한 중첩을 유지하면서 중단된 위치부터 임무를 재개할 수 있습니다. 


여기에서 On-the-Fly Facade 미션의 전체 동영상을 시청하세요.


이 프로젝트를 위해 Paper Airplane은 12개의 즉석 적응형 외관 미션과 2개의 지도 미션을 수행하여 완전한 범위를 보장했습니다. 필요한 디지털 트윈을 생성하기 위해 각 정면 면을 0도 및 -20도 카메라 각도를 사용하여 두 번 플라잉했습니다. 각 외관 임무는 수직 80%, 수평 80% 중첩되는 수직 비행 패턴을 사용하여 비행했습니다. 0.14in/px | 샘플 거리를 달성하기 위해 40피트의 목표 거리가 사용되었습니다. 0.35cm/픽셀

운용상의 안전을 위해 수평 비행 패턴 대신 수직 비행 패턴을 선택했다. 주변 건물과 도시 환경으로 인해 수직 기둥은 드론이 기둥 내에서 위아래로 비행하면서 조종사가 그 아래에 서 있을 수 있도록 해준다. 다른 누구도 그 바로 아래에 있을 수 없습니다.


데이터 처리 및 분석

데이터가 현장에서 캡처되면 이제 후처리를 수행할 차례입니다. DJI Terra 는 고품질 3D 모델을 생성할 수 있는 저렴한 현지화 처리 엔진입니다. DJI Terra를 사용하여 3D 모델 출력을 생성하는 프로세스는 여기에서 확인할 수 있습니다 .

데이터를 처리할 때 사용되었을 수 있는 지상 제어점(GCP)을 포함해야 합니다. GCP는 3D 모델을 만드는 데 필요하지 않지만 절대적인 정확성과 기준점 생성에 도움이 될 수 있습니다. GCP에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요 . 처리 중에 MTP(수동 타이 포인트)를 사용하여 처리 중에 더 조밀한 3D 메시를 구축할 수도 있습니다.

데이터가 3D 모델로 처리되면 최종 사용자(이 경우 종합 건설업체 및 건축가)가 이미지를 검토하고 3D 모델에서 손상 부위나 관심 영역의 정확한 위치를 식별할 수 있습니다. 이 기능은 주의가 필요한 영역이 어디에 있는지에 대한 컨텍스트를 제공하는 데 매우 유용합니다. 측정 도구는 손상된 영역의 정확한 위치와 크기를 파악하고 유지 관리 작업을 계획하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

 

3D 모델 이미지 1

3D 모델 이미지 2

3D 모델 이미지 3

3D 모델 이미지의 최종 결과

결론

드론과 사진 측량을 사용하여 물리적 자산의 디지털 트윈을 생성하는 것은 모든 산업 분야의 조직이 작업을 수행하는 방식을 변화시키고 있습니다. 이러한 조직 전체의 주요 이해관계자가 디지털 트윈에 온라인으로 액세스할 수 있도록 하면 수많은 시간이 절약되어 효율성이 향상되고 자체 내부 워크플로를 최적화하는 데 도움이 됩니다.

Dronelink의 비행 자동화 소프트웨어와 결합된 DJI Enterprise 드론을 통해 Paper Airplane은 이 복잡한 프로젝트와 그 이상을 수행할 수 있었고 뛰어난 결과를 얻었으며 업계 전반에 걸쳐 디지털 변혁의 물결을 주도하는 다른 업계 리더들과 합류했습니다.

 

오클라호마 주 법원디지털 트윈 스캔 오클라호마 주 법원


드론링크 소개

Dronelink는 선도적인 DJI 드론을 위한 자동화된 임무, 워크플로 및 비행 도구를 제공하는 드론 비행 제어 소프트웨어입니다. 웹, 모바일 장치 및 원격 컨트롤러에서 지원됩니다. 조종사는 지도, 웨이포인트, 궤도, 파노라마, 수직 매핑 또는 검사를 위한 임무를 수행하거나 궤도, 추적 또는 초점과 같은 비행 모드를 사용할 수 있습니다. 여러 임무를 함께 연결하고, 모든 세부 사항을 자동화하고, 3D로 미리 보고, 향상된 드론 정밀도와 정확성을 잠금 해제하세요. Dronelink.com 에서 자세히 알아보세요 .


Paper Airplane 소개

Paper Airplane은 조사, 검사, 평가 및 예측 유지 관리를 통해 데이터 분석을 제공하는 요람에서 무덤까지의 UAS 서비스 제공업체입니다. 제품은 독특하고 강력하면서도 이해하기 쉬운 결과물을 만들기 위해 고객의 개별 요구에 맞게 조정됩니다. Paper Airplane은 측량, 건물 외피 검사, 유틸리티/ROW 검사, 메탄 감지, 폭우 검사/BMP 매핑 등의 서비스를 제공합니다. www.pprair.com 에서 자세히 알아보세요 .

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