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제안 방법
- 존재하는 인공 및 자연 지형지물을 효과적으로 측량할 수 있어야 한다. 이러한 목적을 만족시키기 위하여 항공기에 GPS/INS, 레이저 스캐너를 통합한 항공레이저측량장비를 탑재하여 지상의 3차원 위치 데이터를 신속하고 조밀하게 획득할 수 있게 되었다. 국내에서도 2004 년에 한진정보통신(주)에서 상업용 장비를 도입하여 현재국가 DEM 구축 해안선지역 조사측량, 건설 및 엔지니 어링 설계분야, 재해 및 방재 분야, 국방 및 환경분야 등 다양한 분야에 활용하고 있다.
- 따라서 본 연구에서는 LiDAR 시스템을 항공기에 탑재하여 지상에 설치한 검정장(calibration site)의 3차원 위치좌표를 기준으로 하여 3회에 걸쳐 실험 데이터를 취득한 후에 검정을 수행하였다. 검정 파라메터별 보정값을 취득된 LiDAR 포인트 데이터에 적용하여 최종 정확도를 평가하였다.
- 본 연구에서의 검정 방법은 레이저 측량시에 비행노선과 비행고도 스캐닝 조건 등을 설정하여 반복 측량함으로써 INS와 GPS에서 발생하는 정오차인 수평 . 수직오차를 제거하였으며, 파라메타별 방법은 다음과 같다.
- 보정 방법은 건물과 같이 높이값의 기복변위가 지형과 경계면에서는 크고 일정 구간에서 평평한 면이 존재하는 건물 지붕면을 기준면으로 간주하고 수행하였다. 스캔 주사 폭을 0º로 레이저 측량을 하는 경우 X축의 회전량의 영향을 최소화 할 수 있으므로 정확한 Y축의 회전량 오차를 구할 수 있다.
- 지붕이 수평면인 빌딩옥상 위를 측량한 모든 LiDAR 데이터의 점들은 거의 동일한 높이 값을 가지며, 건물위에 점들과 지면의 점들을 명확하게 구분할 수 있다. 따라서 비행방향으로 건물에 대하여 실제 측량한 건물의 외곽점과 레이저측량을 통해 얻어진 점들과의 높이 차이를 산출하여 보정하였다. 측량된 LiDAR 데이터 중 빌딩 옥상의 범위는 LiDAR 데이터의 높이 값이 갑자기 변화하는 점들로 Calibration 영역의 시작점과 끝점으로 잡는다.
- 측량된 LiDAR 데이터 중 빌딩 옥상의 범위는 LiDAR 데이터의 높이 값이 갑자기 변화하는 점들로 Calibration 영역의 시작점과 끝점으로 잡는다. 또한 정확한 보정을 위해 건물의 모서리 부분을 실측하여 건물의 영역을 정의하도록 하였으며, 비행경로는 건물 위를 반드시 비행해야 하므로 건물의 종축을 따라 비행하도록 설계하였다.
- LiDAR 시스템의 검정작업을 수행하기 위하여 별도의 검정장(Calibration Site)을 설치하였으며, 실험 데이터 취득을 위하여 검정장을 3회에 걸쳐 항공레이저측량을 실시하였다.
- 세로의 길이가 100m×20m이며, 건물 외곽선 추출을 위해 모서리 점 12점에 대하여 GPS 측량을 실시하였고, scale 보정을 위해서는 970mx30m 크기의 평지와 같은 평탄한 면에 4 점의 GPS 측량결과를 토대로 토탈스테이션(total station) 을 이용하여 340점 정도의 지상기준점를 측량하였다
- LiDAR 시스템을 장착한 항공기의 검정장에서의 비행궤적은 그림 6과 같으며, Pitch, Roll 보정을 위해서 건물을기준으로 수행하였고, Scale과 Offset조정을 위하여 독립기념관 내의 평평한 대지에 대한 비행을 일정한 조건별로 수행하였다. 비행 당시 GPS 신호 수신 상태로는 PDOP이최고 3.
- 검정을 위해 천안독립기념관 주변에 약 350여점의 지상기준점을 GPS 및 토탈스테이션을 이용하여 현지 측량하였으며, 그 성과는 국토지리정보원의 GPS상시기준점을 연결하여 산출하였다. 분포는 그림 7과 같다.
- 시스템의 검정에서 pitch 및 roll의 보정은 기측정된 건물을 이용하여 보정을 실시한다 건물 모서리마다 측정된 기준점을 연결하여 건물외곽선을 형성하고 이를 기준으로 항공 레이저 측량값과 비교하게 된다. 또한 scale 및 offset의 보정은 긴 노선을 따라 측정된 GCP를 기준으로 실시된다.
- Pitch 보정량 계산의 원리는 LiDAR 데이터의 진입점의 좌표 및 건물 최외곽 지상측량좌표의 거리를 측정하여, Y축 회전량 오차 pitch값를 산출하였다.
- 따라서 지상측량점이 배치된 평지를 비행하여 스캔각의 양 끝에서 취득된 레이저 측량 결과와 좌표를 비교하여 레이저 측량 결과를 조정하였다. 그림 13은 scale 보정을 위해 취득된 LiDAR 데이터의 분포를 단면으로 절취한 것이다.
- 검정 파라메터에 대한 보정량을 LiDAR 데이터에 적용시킨 후에 검정장(calibration site : l.8km ×1.6km)에 균등하게검사점을 배치한 후에 지상측량을 통하여 정표고를 취득하였다. 또한 평면정확도를 평가하기 위하여 건물 꼭지점의 좌표를 토탈스테이션을 사용하여 취득하였다.
- 6km)에 균등하게검사점을 배치한 후에 지상측량을 통하여 정표고를 취득하였다. 또한 평면정확도를 평가하기 위하여 건물 꼭지점의 좌표를 토탈스테이션을 사용하여 취득하였다.
- 다만 검사점의 위치와 배치 지역의 상태 및 측량 상태 등에 따라 차이는 빌생할 수 있지만 그 차이가 크다고 할 수는 없다. 평면 정확도 평가는 pitch, roll 보정량 산출을 위하여 사용하였던 건물의 꼭지점을 측량하였으며, 그 결과는 표 7과 같다.
- 나타났다. 따라서 국가 DEM제작, 등고선제작 및 수치지형도 수정. 갱신 등 다양한 3차원 데이터를 생산할수 있으며, 제시한 시스템 검정방법을 항공 LiDAR 시스템 정확도 분석에 활용하고, 검증자료를 기반으로 정밀항공레이저 측량을 수행하여야 한다.
- 따라서 국가 DEM제작, 등고선제작 및 수치지형도 수정. 갱신 등 다양한 3차원 데이터를 생산할수 있으며, 제시한 시스템 검정방법을 항공 LiDAR 시스템 정확도 분석에 활용하고, 검증자료를 기반으로 정밀항공레이저 측량을 수행하여야 한다.
대상 데이터
- LiDAR 시스템 검정을 위하여 건물과 평평한 대지에 GPS와 토탈스테이션을 이용하여 WGS-84 기준의 지상측량을 수행하였다 건물은 천안 독립기념관 부근에 위치한 초등학교 건물이고, 대지는 독립기념관 내부에 존재한다.
- 항공레이저측량을 위해 Optech사에서 제조한 ALTM 30/70 이용하였고, 장비의 구체적 인 사양은 표 2와 같다.
- Pitch 보정을 위해서 초등학교 건물 위를 종방향으로 2 번 비행하였으며, 2번의 비행동안 약 35,000 점이 건물위에서 취득되어 Pitch 보정에 이용되었다. 아래 그림 8을보면 스캔각을 0。로 측량하였기 때문에 각각의 비행노선이 하나의 선으로 취득된다
- 2번의 비행동안 건물 지붕면의 28,592점이 취득되어 roll 보정에 이용되었다. 스캔각은 20 수직 정확도를 만족하였다. 실제 LiDAR 측량영역에 포함되는 지상기준점으로 10점만을 이용하였다. 검정이 완료된 LiDAR 데이터(비행고도 1,000m)의 표준편차는 약 12cm정도로 평가 되었으며, 이는 장비사양에서 제시되는 것과 같음을 알 수 있었다.
데이터처리
- 후에 검정을 수행하였다. 검정 파라메터별 보정값을 취득된 LiDAR 포인트 데이터에 적용하여 최종 정확도를 평가하였다. 즉, 시스템 검정 후에 위치정확도의 평가는지상에서 GPS와 토탈스테이션 측량을 통하여 획득한 검사점을 기준으로 수행하였으며, 평가 결과 시스템 검정후의 LiDAR 데이터의 정확도는 평균 1,200m 고도로 측량시에 수평정확도는 ±15cm~30cm 이내, 수직정확도는 ±15cm임을 알 수 있었다.
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