본 연구에서는 연구지역을 대상으로 LiDAR(Light Detection And Ranging) 데이터와 항공사진, 수치 지도를 이용하여 지형지물에 대한 위치정확도 분석을 실시하였다. 연구지역은 부산광역시 사하구 하단지역으로 선정하였으며, 첨단 측량기법인 항공 LiDAR 데이터와 축척 1:20,000의 항공사진을 이용하였다. 그리고 각각의 영상에 대하여 표정작업과 영상의 재배열 과정을 거쳐 최종 수치정사영상을 제작하였다. 제작된 영상을 이용하여 검사점을 선정하고, 선정된 검사점에 대한 정보를 추출하였으며, 스크린 디지타이징기법을 통한 수평위치 좌표를 추출하였다. 그리고 국토지리 정보원에서 공시한 축척 1:5,000의 수치지도를 이용하여 추출된 LiDAR 데이터 좌표와 항공사진의 좌표를 각각 비교.분석하였다. 수치지도를 기준으로 비교 분석한 결과 항공사진의 수평위치 정확도가 항공 LiDAR 측량 성과 보다 건물의 경우 x방향으로 24cm, y방향으로 26cm정도가 우수함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 연구지역을 대상으로 LiDAR(Light Detection And Ranging) 데이터와 항공사진, 수치 지도를 이용하여 지형지물에 대한 위치정확도 분석을 실시하였다. 연구지역은 부산광역시 사하구 하단지역으로 선정하였으며, 첨단 측량기법인 항공 LiDAR 데이터와 축척 1:20,000의 항공사진을 이용하였다. 그리고 각각의 영상에 대하여 표정작업과 영상의 재배열 과정을 거쳐 최종 수치정사영상을 제작하였다. 제작된 영상을 이용하여 검사점을 선정하고, 선정된 검사점에 대한 정보를 추출하였으며, 스크린 디지타이징기법을 통한 수평위치 좌표를 추출하였다. 그리고 국토지리 정보원에서 공시한 축척 1:5,000의 수치지도를 이용하여 추출된 LiDAR 데이터 좌표와 항공사진의 좌표를 각각 비교.분석하였다. 수치지도를 기준으로 비교 분석한 결과 항공사진의 수평위치 정확도가 항공 LiDAR 측량 성과 보다 건물의 경우 x방향으로 24cm, y방향으로 26cm정도가 우수함을 알 수 있었다.
This study : An analysis of position accuracy of topography according to using LiDAR data, aerial photo and digital map for a study area was conducted. The study area was selected in Hadan area, Sahagu, Busan aerial LiDAR data and aerial photo in the scales of 1:20,000, which are high tech surveying...
This study : An analysis of position accuracy of topography according to using LiDAR data, aerial photo and digital map for a study area was conducted. The study area was selected in Hadan area, Sahagu, Busan aerial LiDAR data and aerial photo in the scales of 1:20,000, which are high tech surveying ways were used. The final digital orthoimage according to orientation process for each image and image resampling was producted. Using it, a checkpoint was chosen, information about the checkpoints selected was extracted, a coordinate of Horizontal Position through the screen digitizing was also extracted. Both the coordinates of LiDAR data and aerial photo using digital map in the scales of 1:20,000 announced to the public from NGII(National Geographic Information Institute) were gradually compared and analyzed. Based on the digital map, as a result of being both compared and analyzed, it has shown to us that horizontal position of aerial photo is more accurate than that of aerial LiDAR surveying (RMSE-building x:24cm, y:26cm).
This study : An analysis of position accuracy of topography according to using LiDAR data, aerial photo and digital map for a study area was conducted. The study area was selected in Hadan area, Sahagu, Busan aerial LiDAR data and aerial photo in the scales of 1:20,000, which are high tech surveying ways were used. The final digital orthoimage according to orientation process for each image and image resampling was producted. Using it, a checkpoint was chosen, information about the checkpoints selected was extracted, a coordinate of Horizontal Position through the screen digitizing was also extracted. Both the coordinates of LiDAR data and aerial photo using digital map in the scales of 1:20,000 announced to the public from NGII(National Geographic Information Institute) were gradually compared and analyzed. Based on the digital map, as a result of being both compared and analyzed, it has shown to us that horizontal position of aerial photo is more accurate than that of aerial LiDAR surveying (RMSE-building x:24cm, y:26cm).
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문제 정의
LiDAR 데이터를 활용한 공간정보 분석은 최근 들어 사회전반에 걸쳐 많이 활용되고 있으며, 다양한 분야로의 활용가치가 클 것으로 판단된다. 기존의 연구결과에서와 같이 수평수직 정확도에 대한 연구결과는 주로 건물을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있지만, 본 논문에서는 도로 및 임야에 대하여 분석함으로써 평가의 다양성을 높이고자 하였다. 따라서 본 논문에서는 3차원의 지상 데이터를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 LiDAR 데이터를 이용하여 연구지역의 지형지물에 대한 위치정확도를 분석 하였다.
기존의 연구결과에서와 같이 수평수직 정확도에 대한 연구결과는 주로 건물을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있지만, 본 논문에서는 도로 및 임야에 대하여 분석함으로써 평가의 다양성을 높이고자 하였다. 따라서 본 논문에서는 3차원의 지상 데이터를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 LiDAR 데이터를 이용하여 연구지역의 지형지물에 대한 위치정확도를 분석 하였다. 그리고 LiDAR 측량 데이터와 항공사진, 수치 지도에 대하여 수평위치 정확도를 비교 .
제안 방법
[그림 9]에서는 연구지역에 대한 GCP 10점을 선정하였다. 그런 다음 영상에 대한 좌표와 지도좌표를 정합하였으며, 정합한 영상에 대하여 3차 다항식을 적용하여 보정된 영상좌표를 추출하고 영상의 재배열 과정을 거쳐 기하 보정 영상을 생성하였다.
따라서 본 논문에서는 3차원의 지상 데이터를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 LiDAR 데이터를 이용하여 연구지역의 지형지물에 대한 위치정확도를 분석 하였다. 그리고 LiDAR 측량 데이터와 항공사진, 수치 지도에 대하여 수평위치 정확도를 비교 . 분석하고자 한다.
마지막으로 수치정사사진을 생성하기 위해서는 보정된 영상에 대한 수치표고모델(DEM)을 생성하여 정밀수치미분편위수정 과정을 거침으로써 최종 수치 정사 사진을 제작하였다.
본 연구에서는 수치지도에 대해서 세계측지 좌표인 GRS 80 좌표계로의 변환과정을 거쳐 항공사진에 대한 정사 보정 영상을 제작하였다. 그리고 LiDAR 데이터는 WGS 84 좌표로 취득되기 때문에 별도의 변환 과정을 수행하지 않아도 된다.
본 연구에서는 항공 LiDAR 데이터와 항공사진, 수치 지도를 이용하여 지형지물에 대한 위치정확도 분석을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
수치지도를 기준으로 항공사진과 LiDAR 데이터의 수평 위치를 비교 . 분석한 결과 건물의 경우 X 방향으로 24cm, Y 방향으로 26cm의 RMSE가 적게 나타남을 알 수 있었으며, 도로의 경우 X방향으로 31cm, Y 방향으로 26cm, 임야의 경우에는 X방향으로 45cm, Y 방향으로 41cm의 RMSE가 적음을 알 수 있었다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 레이저 스캐너 ALTM 3070은 [그림 2]와 같으며, 장비 사양은 [표 1]에 수록하였다. 사용된 항공기는 CESSNA 208 기종으로 [그림 3]과 같으며, 항공기내에 ALTM 3070 스캐너를 장착한 뒤 운전석 뒤에 항공사진촬영 카메라를 장착하는 자리에 고정판을 만들어 스캐너를 고정 하고 컨트롤 컴퓨터 와 CCD 카메라를 설치하였다.
사용된 항공기는 CESSNA 208 기종으로 [그림 3]과 같으며, 항공기내에 ALTM 3070 스캐너를 장착한 뒤 운전석 뒤에 항공사진촬영 카메라를 장착하는 자리에 고정판을 만들어 스캐너를 고정 하고 컨트롤 컴퓨터 와 CCD 카메라를 설치하였다. 그리고 항공기 윗부분에는 구멍을 내어 GPS 안테나를 설치하였다.
있다. 추출된 건물은 8곳, 도로, 임야는 각각 10곳의 검사점을 각각 선정하여 수평위치좌표를 추출하였다.
항공 LiDAR 측량 장비는 ALTM 3070을 이용하여 2006년 12월 24일 촬영하여 취득한 자료를 사용하였고, 항공사진은 2005년 10월 촬영한 축척 1:20, 000 사진이며, 수치지도는 국토지리정보원에서 2005년 공시한 축척 1:5, 000의 자료를 사용하였다.
항공 LiDAR와 항공사진에 대한 위치정보 분석을 위하여 제작된 수치정사사진을 가지고 [그림 14]와 같이 건물, 도로, 임야로 나누어 각각 검사점을 선정하였다.
성능/효과
수평위치 오차를 비교 분석하였다. [표 3]의 도로에서 수치지도의 수평위치 좌표를 기준으로 분석한 결과 RMSE는 X방향으로 0.68m, Y방향으로 0.65m 정도의 위치오차가 나타났으며, [표 4]의 임야에 대해서는 RMSE가 X방향으로 0.97m, Y방향으로 0.96m가 나타남을 알 수 있었다.
건물의 경우 항공사진이 항공 LiDAR 측량 결과 보다 X방향으로 24cm, Y방향으로 26cm정도의 RMSE가 적게 나타남을 알 수 있었으며, 도로의 경우 X방향으로 31cm, Y방향으로 26cm, 임야의 경우에는 X방향으로 45cm, Y방향으로 41cm의 RMSE가 적음을 알 수 있었다.
그러나 이 부분은 LiDAR 시스템의 사용 장비에 따라 위치 오차가 각기 다르게 발생할 수 있는 부분이 있다. 그리고 수치지도의 검사점이 위치하는 LiDAR 데이터와의 좌표 값을 추출한다하여도 두 좌표에는 어느 정도의 오차가 내포되어져 있기 때문에 서로 간의 수평위치 오차가 많이 발생하게 되는 것임을 알 수 있었다.
비교 . 분석한 결과 건물의 경우 X 방향으로 24cm, Y 방향으로 26cm의 RMSE가 적게 나타남을 알 수 있었으며, 도로의 경우 X방향으로 31cm, Y 방향으로 26cm, 임야의 경우에는 X방향으로 45cm, Y 방향으로 41cm의 RMSE가 적음을 알 수 있었다.
나타내었다. 수치지도의 수평위치 좌표를 기준으로 분석 한 결과 RMSE는 X방향으로 0.27m, Y방향으로 0.28m 정도의 위치오차가 나타남을 알 수 있었다.
나타내었다. 수치지도의 수평위치 좌표를 기준으로 분석한 결과 평균제곱근오차(RMSE : Root Mean Square Error)는 X방향으로 0.51m, Y방향으로 0.54m 정도의 위치오차가 나타남을 알 수 있었다.
후속연구
LiDAR 데이터가 항공사진 보다 수평 위치정확도는 낮지만, 광범위한 지역에 대한 3차원 공간정보를 신속하게 취득, 처리 할 수 있는 첨단기법이기에 향후 다분야에서 많이 활용될 것으로 사료된다.
참고문헌 (10)
김형태, 심용운, 박승용, 김용일, "LiDAR 데이터를 이용한 수치정사사진의 제작", 한국측량학회지, 제20권, 제2호, pp.137-143, 2002.
이재원, 송연경, 위광재, 박운용, "LiDAR 자료와 CCD영상을 이용한 3D 렌더링", 대한토목학회 학술논문집, pp.4524-4527, 2005.
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George Sithole, George Vosselman, "Experimental comparison of filter algorithms for bare-Earth extraction from airborne laser scanning point clouds," ISPRS journal of Photogrammetry & Remote Sensing, pp.85-101, 2004.
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