본 연구에서는 해안선 길이 변화량을 모니터링하기 위하여 RTK-GPS 측량방법과 최신 항공 LiDAR 측량 방법을 이용하여 분석하였다. 우선 해안선 길이를 추출하기 위하여 RTK-GPS 관측을 실시하고 관측시간대별 조위관측 자료를 비교하여 조석보정을 실시하였으며, 보정된 GPS자료에 대하여 Autocad Civil3D 프로그램으로 횡단면도를 작성하여 해안선을 추출하였다. 그리고 일정한 시간간격을 두고 2차에 걸쳐 RTK-GPS측량(1차 2007년 8월 29일, 2차 2007년 10월 6일)을 실시한후 해안선을 비교한 결과 2차 측량시의 해안선 길이는 1차 측량시 보다 약 21m 감소하였다. 또한, 항공 LiDAR 측량(2006년 12월 24일)의 결과와 비교한 1차 RTK-GPS 측량에 의한 해안선 길이가 약 15m 감소함을 알 수 있었다. 또한 침식과 퇴적에 대해서는 우측상단(선착장) 부분이 침식되고, 좌측하단(조선비치) 부분이 퇴적됨을 알 수 있었다. 이는 해수욕장의 개장에 따른 모래의 양빈과 태풍, 조류, 풍향 등 자연적인 영향으로 인하여 침식과 퇴적에 대한 면적이 변화하고 그에따라 해안선의 길이가 변화함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 해안선 길이 변화량을 모니터링하기 위하여 RTK-GPS 측량방법과 최신 항공 LiDAR 측량 방법을 이용하여 분석하였다. 우선 해안선 길이를 추출하기 위하여 RTK-GPS 관측을 실시하고 관측시간대별 조위관측 자료를 비교하여 조석보정을 실시하였으며, 보정된 GPS자료에 대하여 Autocad Civil3D 프로그램으로 횡단면도를 작성하여 해안선을 추출하였다. 그리고 일정한 시간간격을 두고 2차에 걸쳐 RTK-GPS측량(1차 2007년 8월 29일, 2차 2007년 10월 6일)을 실시한후 해안선을 비교한 결과 2차 측량시의 해안선 길이는 1차 측량시 보다 약 21m 감소하였다. 또한, 항공 LiDAR 측량(2006년 12월 24일)의 결과와 비교한 1차 RTK-GPS 측량에 의한 해안선 길이가 약 15m 감소함을 알 수 있었다. 또한 침식과 퇴적에 대해서는 우측상단(선착장) 부분이 침식되고, 좌측하단(조선비치) 부분이 퇴적됨을 알 수 있었다. 이는 해수욕장의 개장에 따른 모래의 양빈과 태풍, 조류, 풍향 등 자연적인 영향으로 인하여 침식과 퇴적에 대한 면적이 변화하고 그에따라 해안선의 길이가 변화함을 알 수 있었다.
In this study, shoreline change was analyzed by RTK-GPS and advanced airborne LiDAR survey. For extraction of coastline, first of all, tide correction was conducted at all RTK-GPS points through the comparing with the corresponding tidal height, and cross section providing coastline was produced usi...
In this study, shoreline change was analyzed by RTK-GPS and advanced airborne LiDAR survey. For extraction of coastline, first of all, tide correction was conducted at all RTK-GPS points through the comparing with the corresponding tidal height, and cross section providing coastline was produced using Autocad Civil3D program. Comparing with two results of RTK-GPS (first, 29 Aug 2007; second, 6 Oct 2007) surveys, coastline of the first result had been decreased about 21m compare with that of the second. And it was also demonstrated that the length of coastline by the first RTK-GPS was 15m shorter than that by the airborne LiDAR survey (Dec. 2006). In addition, we recoquized that the erosion appeared in the top right-hand (dock area); the sediment in the bottom left-hand (Chosun beach area) of the Haeundae beach. As a result, therefore, it was learned that artificial sand filling for beach open and natural effects such as a typhoon, current drift, wind direction gave cause for area changes and coastline.
In this study, shoreline change was analyzed by RTK-GPS and advanced airborne LiDAR survey. For extraction of coastline, first of all, tide correction was conducted at all RTK-GPS points through the comparing with the corresponding tidal height, and cross section providing coastline was produced using Autocad Civil3D program. Comparing with two results of RTK-GPS (first, 29 Aug 2007; second, 6 Oct 2007) surveys, coastline of the first result had been decreased about 21m compare with that of the second. And it was also demonstrated that the length of coastline by the first RTK-GPS was 15m shorter than that by the airborne LiDAR survey (Dec. 2006). In addition, we recoquized that the erosion appeared in the top right-hand (dock area); the sediment in the bottom left-hand (Chosun beach area) of the Haeundae beach. As a result, therefore, it was learned that artificial sand filling for beach open and natural effects such as a typhoon, current drift, wind direction gave cause for area changes and coastline.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 RTK-GPS 측량을 통하여 실시간으로 변화하는 해안선에 대하여 실측하고, 조위 자료를 분석·적용하였으며, 실험지역의 해안에 대하여 횡단면도를 작성하여 조위대별 해안선을 추출하도록 하였다. 그리고 항공 LiDAR 자료에서 추출한 해안선과의 비교 분석을 통하여 침식과 퇴적에 대한 면적을 파악하고, 효율성을 상호 비교하여 효과적인 해안 DB구축에 일조함에 그 목적이 있다.
월평균 해면자료는 비천문적인 기상적 요인으로 인하여, 같은 달의 경우라도 해마다 값이 다르기 마련이다. 본 논문에서는 국립해양조사원에서 제공하는 부산 검조소의 4대조화상수를 적용한 조석관측 자료를 분석하여 실측 시간대별 조위 값을 산술평균하여 보정하였다.
본 연구는 해안선의 변화량을 분석함에 있어 고전적인 방법과 항공 LiDAR를 이용한 해안선 변화량을 분석함에 있어 보다 효율적이고 신속하며, 정확한 분석을 제시하고자 하였다. 이를 토대로 해운대 해안선의 길이를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
1. 해안선 길이 변화량 분석에 있어 실시간 조위 관측 자료를 분석하여 실측시의 평균 조위를 산정하였고, 조위보정을 통한 횡단면도를 작성할 수 있었다. 또한 DGPS 기준점과 항공 LiDAR 성과와의 검사 결과 RMSE가 0.
표 4는 RTK-GPS 측량을 통하여 취득된 해안 지역의 수평좌표와 조위 보정을 통하여 평균해수면의 높이 좌표로 나타내었다. RTK-GPS로 취득된 높이 값에 산술평균조위 값을 적용하여 MSL을 취득하였다.
가로, 세로 약 2×1를 실험범위로 지정하였으며 실험지역에 대하여 해안선을 실측하였다.
해안선 추출을 위해서 RTK-GPS 측량과 LiDAR 측량을 이용하여 상호 비교·분석하고자 한다. 그리고 실측 당시의 조위 값을 조사하여 해안선 결정에 반영하였다.
이때 취득된 좌표는 WGS-84좌표계로 취득하였으며, 취득된 좌표에 대하여 기준점 6곳을 선정하여 점검 기준점 이상유무 검사 과정을 거쳐 사용하도록 하였다. 그리고 항공 LiDAR 데이터와 조석데이터와의 결합을 통하여 해안선을 추출하도록 하였다. 또한 기준점 성과를 이용하여 RTK-GPS 측량을 실시하였으며, 측정한 시간대별 조위 데이터와의 결합을 통하여 보정높이 값을 산정하도록 하였다.
따라서 본 논문에서는 RTK-GPS 측량을 통하여 실시간으로 변화하는 해안선에 대하여 실측하고, 조위 자료를 분석·적용하였으며, 실험지역의 해안에 대하여 횡단면도를 작성하여 조위대별 해안선을 추출하도록 하였다.
그리고 항공 LiDAR 데이터와 조석데이터와의 결합을 통하여 해안선을 추출하도록 하였다. 또한 기준점 성과를 이용하여 RTK-GPS 측량을 실시하였으며, 측정한 시간대별 조위 데이터와의 결합을 통하여 보정높이 값을 산정하도록 하였다. 이 값들을 이용하여 횡단면도를 제작하고 해안선을 결정하도록 하였으며, 이렇게 추출된 각각의 해안선을 중첩 비교하여 변화량을 분석하고자 한다.
그림 17은 항공 LiDAR 자료를 Terra Scan 프로그램을 이용하여 표면처리하고, 수치표고모델(Digital Surface Model: DSM)을 생성하여 횡단계획도와 횡단면도를 작성하였으며, 그림 18은 등고선도를 나타내었다. 또한 단면의 기준은 RTK-GPS와 동일하게 센터 중심으로 각각 50m 단면을 선정하고 중첩하도록 하였다.
본 연구에서 사용된 DGPS 기준점과 라이다 데이터와의 검증을 실시하였다. 검사 기준점은 표 3에서와 같이 6개의 기준점을 이용하여 표 5와 같이 나타내었으며 RMSE는 0.
본 연구에서는 2007년 12월 24일 촬영한 항공 LiDAR 자료를 이용하여 해안지역의 변화량을 정량적으로 분석하였다. 그림 10은 항공 LiDAR 측량 순서도를 나타내었으며, 그림 11은 촬영계획노선을 나타내었다.
가로, 세로 약 2×1를 실험범위로 지정하였으며 실험지역에 대하여 해안선을 실측하였다. 실험 순서도는 그림 6과 같이 나타내었으며, 본 실험을 하기에 앞서 연구 계획을 수립한 후 항공 LiDAR와 지상 기준점 측량을 실시 하였다. 이때 취득된 좌표는 WGS-84좌표계로 취득하였으며, 취득된 좌표에 대하여 기준점 6곳을 선정하여 점검 기준점 이상유무 검사 과정을 거쳐 사용하도록 하였다.
그림 10은 항공 LiDAR 측량 순서도를 나타내었으며, 그림 11은 촬영계획노선을 나타내었다. 우선 시스템에 대한 지상검정 과정을 거쳐 항공 측량을 실시하였으며, 취득된 초기 표고 좌표와 같은 시간대의 조석 자료를 취합하여 최종 표고 및 수평 좌표를 취득하였다.
RTK-GPS 측량을 통한 해안선 결정은 Autocad Civil3D 프로그램을 이용하여 추출하였다. 우선 지표면 생성을 통해 불규칙삼각망(Triangulated Irregular Network : TIN)을 작성하였고, 계획노선을 임해센터 (TP.1)중앙으로 선정한 뒤 일정간격(각 50m)으로 단면을 선정하고 횡단면도를 생성하였다.
또한 기준점 성과를 이용하여 RTK-GPS 측량을 실시하였으며, 측정한 시간대별 조위 데이터와의 결합을 통하여 보정높이 값을 산정하도록 하였다. 이 값들을 이용하여 횡단면도를 제작하고 해안선을 결정하도록 하였으며, 이렇게 추출된 각각의 해안선을 중첩 비교하여 변화량을 분석하고자 한다.
실험 순서도는 그림 6과 같이 나타내었으며, 본 실험을 하기에 앞서 연구 계획을 수립한 후 항공 LiDAR와 지상 기준점 측량을 실시 하였다. 이때 취득된 좌표는 WGS-84좌표계로 취득하였으며, 취득된 좌표에 대하여 기준점 6곳을 선정하여 점검 기준점 이상유무 검사 과정을 거쳐 사용하도록 하였다. 그리고 항공 LiDAR 데이터와 조석데이터와의 결합을 통하여 해안선을 추출하도록 하였다.
항공 LiDAR 자료 처리는 기본적인 3차원 좌표를 취득하여 나타나며, Terra Scan과 Terra Modeler의 프로그램을 이용하여 처리 하였다. 그림 12는 취득된 LiDAR 자료를 나타내었다.
해안선 추출을 위해서 RTK-GPS 측량과 LiDAR 측량을 이용하여 상호 비교·분석하고자 한다.
해운대 해안에 대한 LiDAR의 침식과 퇴적량 분석에 있어 2007년 8월 29일(1차) 측량 결과를 기준으로 비교하였다. 그 결과 좌측부분(조선비치)이 퇴적되었으며, 우측 부분(선착장)이 침식됨을 알 수 있었다.
해운대 해안을 측량하기 위하여 DGPS측량을 통해 고정기준점을 설치하였다. 기준점 설치를 위해서 삼각점 1점과 수준점 1점을 기준점으로 사용하여 설치하였고, 그림 7은 기준점측량 모습과 처리과정을 나타내고 있으며, 표 3에서는 취득된 고정기준점의 좌표를 정리하였다.
현지 측량은 표 2와 같이 2차에 걸쳐 실시하였으며, 측정 시간대별 조위를 분석하여 해안선을 관측하였다. 그림 8과 그림 9는 RTK-GPS 측량으로 해안선을 측정하는 모습과 취득된 좌표 자료를 도면에 표현하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 레이저 스캐너 ALTM 3070은 그림 2와 같으며, 장비 사양은 표 1에 수록하였다. 이 장비는 평균비행 고도로 촬영할 경우 최대 수직 약 15cm, 수평 약 30cm의 우수한 정밀도로 자료 취득이 가능하다.
부산 연안지역의 해안선 변화량을 분석하기 위하여 그림 5와 같이 연구지역을 해운대 백사장으로 선정하였다. 가로, 세로 약 2×1를 실험범위로 지정하였으며 실험지역에 대하여 해안선을 실측하였다.
이 장비는 평균비행 고도로 촬영할 경우 최대 수직 약 15cm, 수평 약 30cm의 우수한 정밀도로 자료 취득이 가능하다. 사용된 항공기는 CESSNA 208 기종으로 그림 3과 같으며, 항공기내에 ALTM 3070 스캐너를 장착한 뒤 운전석 뒤에 항공사진촬영 카메라를 장착하는 자리에 고정판을 만들어 스캐너를 고정하고 컨트롤 컴퓨터와 CCD 카메라를 설치하였다. 그리고 항공기 윗부분에는 구멍을 내어 GPS 안테나를 설치하였다.
실험에서 사용된 조위 데이터는 실험시간에 대하여 ±2시간의 조위 값을(평균 300개) 사용하였으며, 식 (1), 식 (2)를 고려하여 산술평균한 값을 사용하였다.
데이터처리
RTK-GPS 측량을 통한 해안선 결정은 Autocad Civil3D 프로그램을 이용하여 추출하였다. 우선 지표면 생성을 통해 불규칙삼각망(Triangulated Irregular Network : TIN)을 작성하였고, 계획노선을 임해센터 (TP.
성능/효과
2. 약 40일간의 시차를 두고 RTK-GPS측량에 의한 길이변화를 비교한 결과 1차 측량의 해안선 길이는 1409m, 2차 측량은 1388m로, 약 21m가량 감소함을 알 수 있었다. 그리고 1차 RTK-GPS 측량성과를 2006년 12월 실시된 항공 LiDAR 측량과 비교한 결과 약 15m가량 해안선 길이가 감소함을 알 수 있었다.
3. 침식과 퇴적량 분석 결과 DGPS 기준점 No.4 부분(선착장)이 침식되었고, No.6(조선비치)부분이 퇴적됨을 알 수 있었다. 침식과 퇴적에 대한 영향은 해수욕장 개장에 앞서 임의적인 양빈과 태풍, 조류의 영향이 가장 큰 것으로 판단된다.
해운대 해안에 대한 LiDAR의 침식과 퇴적량 분석에 있어 2007년 8월 29일(1차) 측량 결과를 기준으로 비교하였다. 그 결과 좌측부분(조선비치)이 퇴적되었으며, 우측 부분(선착장)이 침식됨을 알 수 있었다. 그리고 RTK-GPS의 1·2차 측량 성과와 LiDAR 측량 성과를 비교한 결과 퇴적량이 약 41% 감소하였으며, 침식량은 약 56% 증가하였다.
약 40일간의 시차를 두고 RTK-GPS측량에 의한 길이변화를 비교한 결과 1차 측량의 해안선 길이는 1409m, 2차 측량은 1388m로, 약 21m가량 감소함을 알 수 있었다. 그리고 1차 RTK-GPS 측량성과를 2006년 12월 실시된 항공 LiDAR 측량과 비교한 결과 약 15m가량 해안선 길이가 감소함을 알 수 있었다.
그리고 RTK-GPS의 1·2차 측량 성과와 LiDAR 측량 성과를 비교한 결과 퇴적량이 약 41% 감소하였으며, 침식량은 약 56% 증가하였다.
그리고 RTK-GPS의 1·2차 측량 성과와 LiDAR 측량 성과를 비교한 결과 퇴적량이 약 41% 감소하였으며, 침식량은 약 56% 증가하였다. 그리고 해안선 길이에 있어서는 1차 측량을 기준으로 해안선이 약 21m 감소하였다가 약 15m 증가함을 알 수 있었다. 이는 우측(선착장)부분의 침식량이 다소 증가하였으나, 좌측(조선비치)부분의 퇴적량이 해안을 따라 길게 퇴적되었기 때문에 전체적으로 해안선의 길이가 변화한 것으로 판단된다.
해안선 길이 변화량 분석에 있어 실시간 조위 관측 자료를 분석하여 실측시의 평균 조위를 산정하였고, 조위보정을 통한 횡단면도를 작성할 수 있었다. 또한 DGPS 기준점과 항공 LiDAR 성과와의 검사 결과 RMSE가 0.370m로 나타남을 알 수 있었다.
해운대 해안에 대한 RTK-GPS 측량 결과 1차의 해안선 길이가 2차 때보다 약 21m 감소함을 알 수 있었다. 또한, 1차 측량결과를 기준으로 침식, 퇴적에 대한 면적을 분석한 결과 좌측 조선비치 방향이 퇴적됨을 알 수 있었으며, 우측 선착장 방향 부분이 침식됨을 알 수 있었다. 이는 모래의 양빈과 해수욕장 개장에 따른 영향, 그리고 태풍, 풍향, 조류 등에 따라 그 형태와 면적이 달라짐을 추측할 수 있다.
해운대 해안에 대한 RTK-GPS 측량 결과 1차의 해안선 길이가 2차 때보다 약 21m 감소함을 알 수 있었다. 또한, 1차 측량결과를 기준으로 침식, 퇴적에 대한 면적을 분석한 결과 좌측 조선비치 방향이 퇴적됨을 알 수 있었으며, 우측 선착장 방향 부분이 침식됨을 알 수 있었다.
후속연구
향후, 더 많은 실측과 다중정보 분석, 그리고 조류, 풍향 등의 정보를 추가하여 분석한다면 보다 정확한 해안선 길이 및 침식·퇴적량에 대한 시계열적 분석을 할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항공 LiDAR의 원리는 무엇인가?
항공 LiDAR는 매우 작은 순간 시야각 IFOV(Instantaneous Field of View)을 가진 강력한 레이저를 발사하여 지상에서 반사되는 레이저가 스캐너에 도달할 때까지의 시간을 관측하고 그 값에 빛의 속도를 곱하여 거리를 계산함으로서 정밀한 3차원 좌표를 결정하는 원리이다.
LiDAR 장비는 무엇으로 구성되어 있는가?
LiDAR 장비는 레이저 Scanner, GPS, INS(Inertial Navigation System)로 구성되어 있으며(그림 1), 레이저 scanner는 다시 거리측정부와 scanning 부분으로 분할되고, 이들은 제어부를 통해 통합 운영되고 제어된다(최윤수 등, 2004).
ALTM은 어떤 과정을 통해 지표면의 측점좌표를 지도화 할 수 있는가?
본 논문을 위해 사용된 ALTM(Airborne Laser Terrain Mapper)은 GPS와 INS 및 레이저 거리측정센서를 통합한 장비로서 LiDAR 시스템을 구체적으로 구현한 시스템이다. 이것을 항공기에 정착하고 지형도 및 DTM 제작을 위해 대상지역을 스케닝한 자료를 취득한 후에 GPS, INS, 레이저 거리측정 자료를 이용하면 지표면의 측점좌표를 지도화 할 수 있다(George, 2004).
참고문헌 (13)
김용석(2006) 지형공간정보를 이용한 해안선 변화의 자동추출, 박사학위논문, 동아대학교 대학원
이재원, 김용석(2007) RTK-GPS와 항공사진을 이용한 해안선 변화량 분석, 한국측량학회지, 한국측량학회, 제25권, 제3호, pp. 191-198
최윤수, 황세열, 서병덕, 위광재(2004) LiDAR& SHOALS 기술을 이용한 해안선 측량 및 모니터링에 관한 연구, 한국의 해안선 재정립을 위한 워크숍 논문집, 한국항만.해양공학회, pp. 137-144
해양수산부 국립해양조사원(2004) 해양지리정보구축연구
Brzank, A., Lohmann, P., and Heipke, C. (2005) Automated extraction of pair wise structure lines using airborne laser scanner data in coastal areas. ISPRS WG /3, /4, /3 Workshop "Laser scanning 2005", Enschede, the Netherlands, pp. 12-14
Sithole, G. and Vosselman, G., (2004) Experimental comparison of filter algorithms for bare-Earth extraction from airborne laser scanning point clouds. ISPRS journal of Photogrammetry & Remote Sensing, pp. 85-101
Kaichang, D., Jue, W., Ruijin, M., and Ron, L. (2003) Automatic Shoreline Extraction from High-Resolution IKONOS Satellite Imagery. ASPRS 2003 Annual Conference Proceedings, pp. 105-115
Gutierrez, R., James, C., Rebecca, C., Tiffany, L., and John R. (2001) Precise Airborne LIDAR Surveying For Coastal Research and Geohazards Applications. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. XXXIV-3/W4 Annapolis
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