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문제 정의
- 본 연구는 항공 LiDAR 측량 데이터를 이용하여 현행 수치지형도의 기준에 적합한 등고선을 제작하고 이를 기존의 등고선 제작방법과 기술적, 경제적 관점에서 비교함으로써 제작 효율성을 분석하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 기술적 평가에서는 현행 수치지형도의 등고선과의 정확도 비교와 도시지역의 지형 표현에 대한 세밀도를 평가하였으며, 경제성 평가에서는 품셈에 근거한 기존 등고선 제작 방식과의 제작비용 차이를 비교하였다
제안 방법
- 즉 지형지물을 묘사함에 있어서 도화사의 개인적 숙련도나 습성에 의한 차이뿐만 아니라 사용 장비 또는 대상 지역의 난이도에 따른 차이가 거의 없다는 것이다. LiDAR 데이터를 이용한 지형표현의 세밀도를 평가하기 위하여 본 연구에서는 LiDAR 데이터로부터 지면 및 비지면을 분류한 후에 지면 데이터로부터 생성된 등고선과 수치지형도의 등고선을 시각적으로 비교, 평가하였다.
- 1m이내인 점들은 무시하도록 설정하였다. TIN으로 동일한 높이의 점들을 찾아가며 보간법(B-spline)을 적용하여 1m 간격의 등고선을 추출하였다.
- 갱신 시에 효과적으로 활용할 수 있음을 알 수 있었으며, 수치지형도 수정.갱신시에 항공사진측량에 의한 현행 방법을 사용하되 등고선 부분의 갱신에 LiDAR 데이터를 이용할 경우, 상대적으로 적은 비용으로 충분한 정확도를 가지는 성과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, NGIS 데이터베이스의 효율적 구축 및 수정 .
- 등고선 추출을 위해 LiDAR 데이터를 입력할 수 있는 상용 소프트웨어(TerraScan & Modeler by Terrasolid사)을 사용하였으며, 원시 LiDAR 데이터에서 등고선을 추출하기 위한 특이 점(model keypoints)를 분류하였고, 분류된 데이터로 등고선을 추출하였다.
- 산악지일수록 지형의 기복 변동이 심하고 등고선이 복잡해지며, 평지일수록 기복의 변화가 거의 없으며 등고선이 완만하게 생성이 된다. 따라서 연구지역내의 지형별 특성을 고려하여 조건값을 적용하였고, 점간의 간격이 0.1m이내인 점들은 무시하도록 설정하였다. TIN으로 동일한 높이의 점들을 찾아가며 보간법(B-spline)을 적용하여 1m 간격의 등고선을 추출하였다.
- 본 연구에서는 LiDAR 데이터를 이용하여 등고선을 제작함에 있어서 현행 수치지형도의 등고선 제작 방법과의 차이점을 제시하고 그 결과를 기술적, 경제적 관점에서 비교.평가함으로써 그 효율성을 평가 하였다
- 실시하였다. 분류된 지면 데이터에 대하여 등고선을 생성할 경우 정확도에 영향을 주는 지형의 특성을 고려하여 최대 건물의 크기 (max building size), 수렴각(iteration angle)과 수렴 거리(iteration distance)등에 대하여 적절한 조건 값을 부여하였다. 일부 지형부분에 대해서는 이러한 값들을 다양하게 변화시켜 데이터를 추출하였다.
- 소요비용을 각각 비교하였다. 비교 방식에 있어서는 LiDAR 데이터를 이용하여 수치지형도를 제작한 후, 등고선 레이어 제작비용을 계산한 것과 항공사진측량을 통해 수치지형도를 제작하고 등고선 레이어 제작비용을 계산한 것을 비교하였다.
- 비교 항목은 LiDAR 데이터를 이용한 1m 간격의 등고선 제작과 1/1,000 수치지형도의 1m 간격의 등고선 제작 및 1/5,000 수치지형도의 5m 간격의 등고선을 제작함에 있어서의 소요비용을 각각 비교하였다. 비교 방식에 있어서는 LiDAR 데이터를 이용하여 수치지형도를 제작한 후, 등고선 레이어 제작비용을 계산한 것과 항공사진측량을 통해 수치지형도를 제작하고 등고선 레이어 제작비용을 계산한 것을 비교하였다.
- 연구대상 지역 내에 정확도 검사를 위한 검사점을 선정하고 GPS 측량을 실시하여 좌표를 결정하였으며, ) LiDAR 데이터와 1/1,000 및 1/5,000 수치지형도와 비교를 통해 정확도를 평가하였다.
- 있다. 이를 위하여 기술적 평가에서는 현행 수치지형도의 등고선과의 정확도 비교와 도시지역의 지형 표현에 대한 세밀도를 평가하였으며, 경제성 평가에서는 품셈에 근거한 기존 등고선 제작 방식과의 제작비용 차이를 비교하였다
- 정확한 등고선 추출을 위해서 지형자료가 인공지물 또는 식생의 높이에 영향을 받지 않도록 순수한 지면(bare ground) 데이터를 분류하는 작업을 선행하여 실시하였다. 분류된 지면 데이터에 대하여 등고선을 생성할 경우 정확도에 영향을 주는 지형의 특성을 고려하여 최대 건물의 크기 (max building size), 수렴각(iteration angle)과 수렴 거리(iteration distance)등에 대하여 적절한 조건 값을 부여하였다.
- 지면 데이터로부터 재 분류된 특이점를 기반으로 TIN을 생성하여 등고선을 추출하였다. 산악지일수록 지형의 기복 변동이 심하고 등고선이 복잡해지며, 평지일수록 기복의 변화가 거의 없으며 등고선이 완만하게 생성이 된다.
- 이러한 표정요소 결정을 위해서는 많은 시간과 노력을 필요로 하며, 이는 항공사진측량에서 매우 큰 경비와 시간의 비중을 차지하고 있다. 지상측량데이터와 영상매칭을 통해 외부표정 요소가 결정되면 입체시를 이용하여 도화를 실시한다. 도화사는 도화기를 통해 중복 촬영된 한 쌍의 영상을 입체시하여 3차원 위치좌표를 묘사하게 되며, 등고선을 포함한 다양한 레이어에 대한 정보를 취득하고 이를 수정, 편집함으로써 수치지형도가 완성된다.
- 관점에서 비교.평가함으로써 그 효율성을 평가 하였다
대상 데이터
- LiDAR 데이터를 이용한 등고선 제작비용과 수치지형도의 등고선 제작비용을 비교, 평가하기 위하여 동일한 면적을 대상으로 실험을 실시하였다 비교면적은 100km2이며, 객관적이고 신뢰성 있는 비용 계산을 위해 건설 표준품셈(2007년 36판 건설연구사)을 적용하여 경제성을 평가하였다.
- 대상지역은 경사가 급격히 변하는 교량지역, 인공적인 절개를 통해 건물을 지은 산악 절개면 그리고 도로, 철도 및 가옥이 혼재된 철도복개 주차장 지역을 대상으로 하였다.
- 연구 대상지역의 면적은 5.46km2(2.1kmx2.6km)로써 LiDAR 데이터(점밀도 3points/m2) 및 디지털 영상(해상도 25cm)은 2005년 3월에 취득하였으며, 다양한 지형표현에 대한 분석 및 항공사진 도화에 의한 결과와의 비교를 위하여 1/1,000, 1/5,000 수치지형도가 제작된 산악지역을 대상으로 하였다.
성능/효과
- 기술적인 관점에서는 현지 GPS측량을 통해 얻어진 검사점 성과와 LiDAR 데이터, 1/1,000 및 1/5,000 수치지형도의 표고성과와의 비교결과, 각각 그 차이의 평균은 0.089m±0.062m, 0.457m±0.362m, 1.384m±1.129m를 나타냈다. 이는 LiDAR 데이터가 항공사진 도화 방식과 비교하여 지형의 기복을 보다 더 정확하게 표현하는 것임을 나타내는 것이다.
- 129 m으로 나타났다. 따라서 무수한 포인트 데이터를 이용하여 지형을 표현하는 라이다 데이터가 가장 정확 또는 정확, 정밀하게 지형을 묘사하고 있음을 알 수 있었다.
- 이는 LiDAR 데이터가 항공사진 도화 방식과 비교하여 지형의 기복을 보다 더 정확하게 표현하는 것임을 나타내는 것이다. 또한 지형을 표현하는 세밀도에 있어서도 고밀도 LiDAR 데이터를 이용한 자동화 방식이 교량, 산악절개지, 복개 주차장 등 복잡한 지형지물을 세밀하게 표현해 줌을 알 수 있었다 경제적인 관점에서는 등고선 제작 방식에 따른 구축비용을 계산하여 비교한 결과, 1/1,000 및 1/5,000 수치지형도 기준의 등고선 제작에 있어서 LiDAR 데이터를 이용하는 경우가 현행 항공사진 도화 방식에 비하여 각각 48%와 14% 정도의 비용 절감 효과가 있음을 보여주었다
- 본 연구 결과, 건설교통부에서 브랜드사업으로 추진하고 있는 3 차원공간 정보구축사업과 국토지리정보원의 다차원공간정보구축사업 등의 성과로 구축되고 있는 LiDAR 데이터를 1/1,000 및 1/5,000 수치지형도의 등고선 수정 . 갱신 시에 효과적으로 활용할 수 있음을 알 수 있었으며, 수치지형도 수정.
- 비교결과, 1/1,000 수치지형도 기준의 등고선 제작의 경우에는 LiDAR 데이터를 이용하는 것이 항공사진 도화에 의한 방식보다 비용적 측면에서 48%의 절감효과를 나타내었으며, 1/5,000 수치지형도 기준의 등고선 제작에서도 14%의 절감 효과가 있는 것으로 나타났다. LiDAR 데이터를 이용하여 등고선을 제작할 경우, 지형의 표현을 세밀하게 해야 하는 대축척 수치지형도 일수록 현행항공사진 도화에 의한 등고선 제작 비용 대비, 절감효과가 큰 것으로 분석된다.
후속연구
- 갱신 시에 효과적으로 활용할 수 있음을 알 수 있었으며, 수치지형도 수정.갱신시에 항공사진측량에 의한 현행 방법을 사용하되 등고선 부분의 갱신에 LiDAR 데이터를 이용할 경우, 상대적으로 적은 비용으로 충분한 정확도를 가지는 성과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, NGIS 데이터베이스의 효율적 구축 및 수정 . 갱신에 이용 가능할 것으로 판단된다.
- 갱신시에 항공사진측량에 의한 현행 방법을 사용하되 등고선 부분의 갱신에 LiDAR 데이터를 이용할 경우, 상대적으로 적은 비용으로 충분한 정확도를 가지는 성과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, NGIS 데이터베이스의 효율적 구축 및 수정 . 갱신에 이용 가능할 것으로 판단된다.
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