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[국내논문] 항공 라이다 수치지면자료의 오분류 영역 탐지 알고리즘
Misclassified Area Detection Algorithm for Aerial LiDAR Digital Terrain Data 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.19 no.1, 2011년, pp.79 - 86  

김민철 (국토연구원 국토인프라GIS 연구본부) ,  노명종 (인하대학교 지리정보공학과) ,  조우석 (인하대학교 토목공학과) ,  방기인 (인하대학교) ,  박준구 (인하대학교 지리정보공학과)

초록
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최근 수치표고모델(DEM : Digital Elevation Model)을 구축하기 위한 목적으로 항공레이저측량(LiDAR : Light Detection And Ranging) 기술이 주목받고 있다. DEM은 항공레이저측량으로부터 획득된 라이다 데이터에서 지면점만 추출한 수치지면자료(DTD : Digital Terrain Data)의 정확성에 의해 그 품질이 좌우된다. 하지만 원시자료에서 수치지면자료를 추출하기 위한 자동 필터링 작업은 필터링 알고리즘의 한계 및 라이다 데이터의 고유한 특성으로 인하여 항상 오분류 영역이 발생한다. 따라서 이를 보완하기 위해서는 작업자에 의한 수동분류 작업이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 수동 작업이 원활하게 이루어 질 수 있도록 자동 필터링 작업에서 얻어진 수치지면자료에서 오분류 될 가능성이 있는 영역을 자동으로 탐지하는 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 2D 격자 구조를 적용하였으며 'Slope Angle', 'Slope DeltaH', 'NNMaxDH(Nearest Neighbor Max Delta Height)'로 명명한 매개변수를 사용하였다. 실험 결과, 제안된 알고리즘은 지형형태나 라이다 데이터 평균 점밀도에 제한받지 않는 안정적인 결과를 보여주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, aerial laser scanning technology has received full attention in constructing DEM(Digital Elevation Model). It is well known that the quality of DEM is mostly influenced by the accuracy of DTD(Digital Terrain Data) extracted from LiDAR(Light Detection And Ranging) raw data. However, there a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 자동화 한계를 보완하기 위한 연구는 거의 시도되지 않았으나, Morphology 필터 임계값의 미세조정을 통해 지면 점으로 분류된 데이터를 수정하여 분류정확도를 개선하는 연구가 있었다(Suyoung, 2007). 대부분 현업에서 자동 필터링을 적용한 후에 수동 분류 과정이 여전히 필요하다는 점에서 본 연구의 목적이 있다.
  • 일반적으로 지면점 추출과정에서 주로 오분류가 발생하는 영역은 작은 수목이나 복잡한 건물의 일부 등이 제거되지 않아 실제 지형보다 높게 형성되는 경우와 공사현장ㆍ지하주차장 등 실제 지형보다 지면점이 낮게 형성되는 경우 등 크게 두 가지로 구분된다. 또한 평지뿐만 아니라 지형의 굴곡이 심한 산림지역도 연구 범위에 포함하여, 지형 형태에 구애받지 않는 알고리즘을 개발하고자 하였다. 그림 1과 그림 2는 지면점 추출 과정에서 발생하는 오분류의 유형 두 가지를 나타낸다(최승식 등, 2007).
  • 본 연구는 라이다 원시자료에서 수치지면자료를 생성과정에서 발생하는 오분류 영역을 자동으로 탐지하는 알고리즘을 제안하였다. 본 알고리즘의 장점은 다음과 같다.
  • 본 연구는 지면ㆍ비지면 자동 필터링의 한계를 보완하면서 수작업의 효율을 개선하는데 그 목적이 있다. 먼저 기존에 이루어지던 지면 필터링 작업에서 빈번하게 오분류가 발생하는 경우를 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DEM은 무엇에 의해 품질이 좌우되는가? 최근 수치표고모델(DEM : Digital Elevation Model)을 구축하기 위한 목적으로 항공레이저측량(LiDAR : Light Detection And Ranging) 기술이 주목받고 있다. DEM은 항공레이저측량으로부터 획득된 라이다 데이터에서 지면점만 추출한 수치지면자료(DTD : Digital Terrain Data)의 정확성에 의해 그 품질이 좌우된다. 하지만 원시자료에서 수치지면자료를 추출하기 위한 자동 필터링 작업은 필터링 알고리즘의 한계 및 라이다 데이터의 고유한 특성으로 인하여 항상 오분류 영역이 발생한다.
수치지면자료는 어떠한 자료를 의미하는가? 수치지면자료(DTD)는 인공지물 및 식생 등과 같이 표면의 높이가 지면의 높이와 다른 지표 피복물에 해당 하는 점자료를 제거한 점자료를 의미하며, 수치표면자료(DSD)는 라이다 원시자료를 기준점을 이용하여 기준좌표계에 의한 3차원 좌표로 조정한 자료로써 지면 및 지표 피복물에 대한 점자료를 의미한다(국토지리정보원, 2009). 따라서 수치지면자료는 수치표면자료에서 비지면점을 모두 제거하여 얻어진다.
수치지면자료(DTD)는 무엇으로부터 무엇을 제거하여 얻어지는가? 수치지면자료(DTD)는 인공지물 및 식생 등과 같이 표면의 높이가 지면의 높이와 다른 지표 피복물에 해당 하는 점자료를 제거한 점자료를 의미하며, 수치표면자료(DSD)는 라이다 원시자료를 기준점을 이용하여 기준좌표계에 의한 3차원 좌표로 조정한 자료로써 지면 및 지표 피복물에 대한 점자료를 의미한다(국토지리정보원, 2009). 따라서 수치지면자료는 수치표면자료에서 비지면점을 모두 제거하여 얻어진다. 수치표고모델 (DEM)은 건물ㆍ수목 등을 제외한 순수한 지형만을 표현한 격자구조의 모델로써, 정확한 수치표고모델을 얻기 위해서는 수치지면자료를 정확히 제작하는 것이 매우 중요하다.
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참고문헌 (10)

  1. 국토지리정보원, 2009, 항공레이저측량 작업규정. 

  2. 최승식, 송낙현, 조우석, 2007, "Airborne LiDAR 필터에 관한 연구", 한국측량학회지, 제25권 제1호, pp. 55-62. 

  3. Al-Subaihi, I. A., 2008, Fitting Two Concentric Spheres to Data by Orthogonal Distance Regression, Mathematical Communications 13, pp.233-239. 

  4. Eberly, D., 1999, "Least Squares Fitting of Data", Geometric Tools, LLC, pp.2-5. 

  5. Fernandez, O., 2005, "Obtaining a Best Fitting Plane through 3D Georeferenced Data", Journal of Structural Geology 27, pp.855-858. 

  6. Meng, X., Currit, N., Zhao, K., 2010, "Ground Filtering Algorithms for Airborne LiDAR Data: A Review of Critical Issues", Remote Sensing 2010, pp.833-860. 

  7. Sithole, G., Vosselman, G., 2004, "Experimental Comparison of Filter Algorithms for Bare Earth Extraction form Airborne Laser Scanning Point Clouds", ISPRS Journal Photogrammetry, Remote Sensing, pp.85-101. 

  8. S대, S, 2007, "Improving the Quality of Filtered LiDAR Data by Local Operations", Korean Journal of Remote Sensing, Vol.23, No.3, pp.189-198. 

  9. Watson, G. A., 2002, "On the Gauss-Newton Method for Orthogonal Distance Regression", IMA Journal of Numerical Analysis 22, pp.345-357. 

  10. K. Zhang, S. Chen, D. Whitman, M. Shyu, J. Yan, C. Zhang, 2003, "A Progressive Morphological Filter for Removing Nonground Measurements From Airborne LiDAR Data", IEEE transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol.41, No.4/1, pp.872-882 

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