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항공 라이다 데이터를 이용한 건물 모델링의 자동화
Automation of Building Extraction and Modeling Using Airborne LiDAR Data 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.27 no.5, 2009년, pp.619 - 628  

임새봄 (세종대학교 지구정보공학과 도시공간정보사업단) ,  김정현 (세종대학교 지구정보공학과) ,  이동천 (세종대학교 지구정보공학과)

초록
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LiDAR는 광범위한 지역의 지형 지물 및 지표면에 대한 3차원 좌표를 신속하게 획득할 수 있는 장비로 고정밀의 3차원 공간데이터를 제공하는 장점이 있다. 그러나 LiDAR 데이터는 불규칙한 3차원 점 데이터로 구성되어 있으므로, 의미적이고 시각적인 정보를 제공하지 않으며, LiDAR 데이터만을 사용하여 정보를 추출하는 것은 어렵다. 본 연구에서는 항공 LiDAR 데이터로부터 건물의 외곽선 자동 추출 및 3차원 상세 모델링을 위한 방법을 제안하였다. 전처리 과정으로 반복적 평면 fiitting을 통하여 노이즈 및 불필요한 데이터를 제거하고, 히스토그램 분석을 수행하여 지면과 비지면 데이터를 효과적으로 분리하였다. 건물 외곽선을 추출하기 위해서 객체추적 기법을 이용하여 건물의 외곽에 해당하는 LiDAR 점들을 분류하였으며, 선행과정을 통해 LiDAR 데이터로부터 최종적으로 건물의 외곽선을 추출하였다. 정확도 검증을 위해 추출된 건물의 외곽선을 1:1,000 수치지도와 비교한 결과, 실험지역의 평면 RMSE가 약 0.56m였다. 또한, 건물의 상부구조물의 형태를 재현하기 위한 특성정보 추출 방법을 제안하였다. 지붕면을 세부적으로 분할하고 모델링하기 위하여 통계적 및 기하적 특성정보를 이용하였으며, 각각의 상부구조물에 적합한 수학적 함수를 최소제곱법에 의해 결정함으로써 3차원 모델링이 가능하도록 하였다. 상부구조물 모델링 결과 각 형태에 따른 RMSE가 사각형 상부구조물은 0.91m, 삼각형 상부구조물은 1.43m, 아치형 상부구조물은 1.85m, 돔형 상부구조물이 1.97m였다. 이는 원시 LiDAR 데이터로부터 지붕면 분할 및 3차원 자동 모델링이 효과적으로 수행되었음을 보여주고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

LiDAR has capability of rapid data acquisition and provides useful information for reconstructing surface of the Earth. However, Extracting information from LiDAR data is not easy task because LiDAR data consist of irregularly distributed point clouds of 3D coordinates and lack of semantic and visua...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 항공 LiDAR 데이터만을 사용하여 건물의 외곽선을 정확하게 추출하는 과정의 자동화 및 지붕면 분할에 의한 3차원 건물 상세 모델링 방법을 제안하다. 제안한 방법의 검증을 위하여 시뮬레이션 데이터와 실제 항공 LiDAR 데이터로부터 건물을 자동으로 추출하고, 지붕 상부구조물을 모델링하기 위해 지붕의 형태 및 상부 구조물 분석을 위한 특성정보 추출을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 LiDAR 데이터를 격자화를 하지 않고 불규칙한 원시 3차원의 LiDAR 측정점으로부터 자동으로 건물의 외곽선을 추출할 수 있는 방법을 제안하였다. 건물 자동추출 과정의 흐름도는 그림 2와 같다.
  • 본 연구에서는 LiDAR 데이터만 이용하여 건물의 외곽선과 건물지붕의 상부구조물 특성분석에 의한 건물의 상세 모델링을 자동으로 수행하는 방법을 제안하였다. 그림 1은 전체적인 연구과정을 도식화한 것이다.
  • 본 연구에서는 원시 데이터로부터 수목 및 노이즈를 제거하고 남아있는 건물과 지면 데이터로부터 건물과 지면을 분리하여 최종적으로 건물만 추출하는 방법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 지붕면을 분할하기 위해 추출된 건물에 대하여 통계적 및 기하적 특성을 분석하여 지붕의 형태를 분석하는 방법을 개발하였다. 이를 위하여, 이동영역(moving window)을 설정 하고 이동영역을 이동하면 LiDAR 데이터의 평균 표고값과 표고의 표준편차를 계산한다.

가설 설정

  • 측정점을 추출 할 수 있다. 연구에서는 LiDAR 데이터의 히스토그램 분석 기법을 이용하여 건물의 LiDAR 측정점을 추출하며(Schenk 등, 1999), 이를 위해서 경사가 심하지 않고 완만하게 변하는 지역과 좁은 지역에서는 첫 번째 최고점이 평면의 평균표고를 나타낸다고 가정하였다. 히스토그램 분석 기법으로 얻은 건물 점은 기존의 필터링 과정과 달리 DSM을 추출할 필요가 없기 때문에 효과적 일 수 있다.
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참고문헌 (19)

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