최근 공간정보 서비스 대상 영역의 범위가 실외 공간에서 실내 공간으로 급속하게 확대되어 가고 있으며, 이러한 변화는 IT 모바일 등 첨단기술의 발달과 함께 다양한 분야와의 융 복합을 통한 연계 활용으로 향후 실내공간정보의 다양한 서비스 수요를 창출하게 될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 현재 활용 가능한 실내공간정보 구축방법에 대해 살펴본 후, 서울 시청 지하철 역사를 대상으로 실내 고정밀 레이저 측량 및 3차원벡터 가공기술을 활용하여 정밀 3차원 실내공간정보를 구축하였다. 구축된 정밀 3차원 실내모델은 1:1000 수치지도와의 중첩분석을 통해 정확도 평가를 실시하였으며 그 결과, X축으로 최대 0.04m Y축으로 최대 0.06m 이내의 위치정확도를 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 향후 실내공간정보 구축 및 실내외 공간정보 연계활용을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
최근 공간정보 서비스 대상 영역의 범위가 실외 공간에서 실내 공간으로 급속하게 확대되어 가고 있으며, 이러한 변화는 IT 모바일 등 첨단기술의 발달과 함께 다양한 분야와의 융 복합을 통한 연계 활용으로 향후 실내공간정보의 다양한 서비스 수요를 창출하게 될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 현재 활용 가능한 실내공간정보 구축방법에 대해 살펴본 후, 서울 시청 지하철 역사를 대상으로 실내 고정밀 레이저 측량 및 3차원 벡터 가공기술을 활용하여 정밀 3차원 실내공간정보를 구축하였다. 구축된 정밀 3차원 실내모델은 1:1000 수치지도와의 중첩분석을 통해 정확도 평가를 실시하였으며 그 결과, X축으로 최대 0.04m Y축으로 최대 0.06m 이내의 위치정확도를 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 향후 실내공간정보 구축 및 실내외 공간정보 연계활용을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
Recently, importance of indoor space is on the rise, as larger and more complex buildings are taking place due to development of building technology. Accordingly, range of the target area of spatial information service is rapidly expanding from outdoor space to indoor space. Various demands for indo...
Recently, importance of indoor space is on the rise, as larger and more complex buildings are taking place due to development of building technology. Accordingly, range of the target area of spatial information service is rapidly expanding from outdoor space to indoor space. Various demands for indoor spatial information are expected to be created in the future through development of high technologies such as IT Mobile and convergence with various area. Thus this research takes a look at available methods for building indoor spatial information and then builds high accuracy three-dimensional indoor spatial information using indoor high accuracy laser survey and 3D vector process technique. The accuracy of built 3D indoor model is evaluated by overlap analysis method refer to a digital map, and the result showed that it could guarantee its positional accuracy within 0.04m on the x-axis, 0.06m on the y-axis. This result could be used as a fundamental data for building indoor spatial data and for integrated use of indoor and outdoor spatial information.
Recently, importance of indoor space is on the rise, as larger and more complex buildings are taking place due to development of building technology. Accordingly, range of the target area of spatial information service is rapidly expanding from outdoor space to indoor space. Various demands for indoor spatial information are expected to be created in the future through development of high technologies such as IT Mobile and convergence with various area. Thus this research takes a look at available methods for building indoor spatial information and then builds high accuracy three-dimensional indoor spatial information using indoor high accuracy laser survey and 3D vector process technique. The accuracy of built 3D indoor model is evaluated by overlap analysis method refer to a digital map, and the result showed that it could guarantee its positional accuracy within 0.04m on the x-axis, 0.06m on the y-axis. This result could be used as a fundamental data for building indoor spatial data and for integrated use of indoor and outdoor spatial information.
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제안 방법
사진 편집 작업은 3DS파일용 Texture 영상 제작을 위해 Figure 19와 같이 현지사진을 활용하여 편집 하였다. 3차원 모델링 영상정보 구축시 고품질의 영상을 획득하기 위한 실사수준의 영상이 필요하였으며 이미지의 크기는 용량의 적정성을 고려하여 최대 40%이하 크기로 작업 하였다. 레이저 모델과 영상 Texture를 융합한 3차원 실내공간정보 구축 데이터는 Figure 20과 같이 구축하였다.
3차원 지상레이저 스캔을 통하여 획득한 원시자료의 상대좌표를 GPS 측량 기준의 절대좌표로 매칭하기 위한 지리부호화 작업을 수행하였다. GPS 측량 결과물의 절대좌표를 추출하고 3D 스캔된 원시자료의 상대좌표를 추출하였다.
3차원 지상레이저 스캔을 통하여 획득한 원시자료의 상대좌표를 GPS 측량 기준의 절대좌표로 매칭하기 위한 지리부호화 작업을 수행하였다. GPS 측량 결과물의 절대좌표를 추출하고 3D 스캔된 원시자료의 상대좌표를 추출하였다. Geo-Referencing을 통하여 상대좌표로 잡혀있던 원시자료를 절대좌표로 변환하였다.
측량은 가장 가까이 있는 보조기준점의 위치를 확인하여 보조기준점 으로부터 GPS와 T/S를 이용하여 기준점 측량을 실시하였다. GPS측량을 통해 실내공간측위정보를 구축하기 위하여 시청역 5번과 12번 출입구의 양측에 절대좌표를 추출하여 시청역 양쪽의 절대기준점을 구축하여 지상레이저측량 정보로 이용하였다.
GPS 측량 결과물의 절대좌표를 추출하고 3D 스캔된 원시자료의 상대좌표를 추출하였다. Geo-Referencing을 통하여 상대좌표로 잡혀있던 원시자료를 절대좌표로 변환하였다. 라이다 측량시 획득되는 상대좌표는 mm이기 때문에 이를 m 단위로 환산 후 세계측지계(WGS84)의 평면직각좌표계(TM, 중부원점)로 변환 하였다.
따라서 본 연구에서는 실내공간정보 표준 및 구축대상 그리고 현재 활용 가능한 모델 구축방법에 대해서 살펴본 후 그 중 지상라이다를 활용한 3D 스캔 방식을 활용하여 서울시청 지하철역을 대상으로 3차원 정밀 실내공간정보 모델을 구축하였다.
매핑작업을 위하여 고해상도 사진 시설별 유형을 분류하고 주변 사물에 의한 왜곡 현상은 주변 사진과의 관계와 특성을 고려하여 수작업으로 수행하였다. 또한 왜곡현상을 처리하는 수준에 따라 정밀화의 차이가 발생함으로 3차원 모델링 활용 목적을 고려하여 적정수준의 처리방안을 결정하여 작업 하였다.
Geo-Referencing을 통하여 상대좌표로 잡혀있던 원시자료를 절대좌표로 변환하였다. 라이다 측량시 획득되는 상대좌표는 mm이기 때문에 이를 m 단위로 환산 후 세계측지계(WGS84)의 평면직각좌표계(TM, 중부원점)로 변환 하였다.
면처리 작업을 통해 Fitting Surface Modeling 한 모델을 레이어별 분리하였으며, 저용량 표면정보 포맷으로 압축하여 변환 작업을 실시하였다. 마지막으로 격자 구조의 Surface Model의 구조를 단순화하여 저용량 모델링 제작하여 구축하였다.
제작된 3DS(3D Studio) 파일의 Texture 영상 고도화를 위한 사진편집 및 매핑작업을 실시한다. 매핑작업을 위하여 고해상도 사진 시설별 유형을 분류하고 주변 사물에 의한 왜곡 현상은 주변 사진과의 관계와 특성을 고려하여 수작업으로 수행하였다. 또한 왜곡현상을 처리하는 수준에 따라 정밀화의 차이가 발생함으로 3차원 모델링 활용 목적을 고려하여 적정수준의 처리방안을 결정하여 작업 하였다.
면처리 작업을 통해 Fitting Surface Modeling 한 모델을 레이어별 분리하였으며, 저용량 표면정보 포맷으로 압축하여 변환 작업을 실시하였다. 마지막으로 격자 구조의 Surface Model의 구조를 단순화하여 저용량 모델링 제작하여 구축하였다.
본 연구에서 정밀 실내공간정보의 구축과정은 외업과 내업으로 구분할 수 있으며, 외업은 기준점 측량을 위한 계획을 수립한 후 GPS와 T/S(토탈스테이션)를 이용하여 기준점 측량을 실시하였다. 자료 처리가 완료되면 측량좌표 값을 추출하고 지상레이저 3D스캔 계획을 수립한다.
본 연구에서는 향후 수요가 급증할 것으로 예상되는 실내공간정보의 효율적인 구축 및 활용을 위해서 먼저 실내공간정보 표준 및 구축대상과 현재 활용 가능한 구축방법에 대해 살펴본 후, 서울시청 지하철 역사를 대상으로 실내 고정밀 레이저 측량 및 3차원 벡터 가공기술을 활용하여 정밀 3차원 실내공간정보를 구축하였다. 이렇게 구축된 정밀 3차원 실내모델은 1:1000 수치지도와의 중첩분석을 통해 정확도 평가를 실시하였으며 그 결과, X축으로 최대 0.
본 연구의 구축방식인 지상라이다를 통한 3D 스캔으로 데이터를 구축할 경우, 많은 데이터량으로 인해 구현 시 속도저하 및 활용성 제한과 같은 문제점이 발생할 것을 고려하여 벡터모델링 수행을 통해 위의 문제점을 개선하였고 구축된 정밀 3차원 실내공간정보 모델은 1:1,000 수치지도와의 중첩분석을 통해 정확도를 평가하였으며, 연구의 진행순서는 위의 Figure 1과 같다.
설치지점은 대상으로부터 하부 45도를 제외한 360도 스캔이 가능한 지점으로 선정하였으며, 사전 스캔 지점 분석 및 범위를 지정하여 유동인구 등의 외부 위험 요소를 배제한 작업시간대를 선정하여 협조공문을 통하여 현지 작업을 협의 하였다. 현장 작업시간은 저녁 11시부터 오전 5시까지 6시간정도씩 작업 하였으며 총 754,835,041 Point, Point Cloud 1, Gps 4 포인트를 취득 하였다.
자료 처리가 완료되면 측량좌표 값을 추출하고 지상레이저 3D스캔 계획을 수립한다. 스캔위치 선점 및 상대좌표를 설정하고 3D스캐너를 이용하여 지상레이저 측위를 실시한다.
시청역 내부 공간 및 시설의 실내 공간에 대한 고품질의 정확한 데이터를 취득하기 위해 Figure 15와 같이 지상레이저 측량을 실시하였다. 시청역의 역사 내부 및 시설에 대한 모든 정보를 얻기 위해 조사대상에 대한 측정위치를 선정하여 169개 지점에서 20개의 방향으로 스캔을 실시하였다.
실내측위를 통한 구축 방법은 본 연구에서 서울시청 지하철 역사의 실내공간정보를 구축한 방법으로 기준점 측량, 지상라이다 측량, 시설물 조사(POI), 실사촬영, 원시자료 전처리, 지리부호화, 모델링 및 도면화, 사진 편집 및 매핑, 검수 및 수정 그리고 구조화 및 표준형식 포맷(CityGML) 저장의 과정을 거쳐 실내공간정보 모델을 구축하였다.
라이다측량을 통하여 구축된 3차원모델링에 텍스쳐매핑을 하여 고품질의 데이터를 얻기 위해 구축대상에 대한 실사 촬영 업무를 조사항목을 구분하여 Figure 17과 같은 과정으로 수행하였다. 역사 내부에 대해서는 3차원 모델링 및 텍스쳐링이 실시되어야 하므로 모든 시설에 대한 모든 실내정보를 촬영하였다.
지상레이저측량을 통하여 얻은 점밀도 데이터를 기초로한 3차원 객체모델 제작 모델링 및 도면화 제작 작업은 Figure 18과 같이 모델링을 실시하였으며, 그 방법은 기하모델에 의한 Edge Detection을 처리하여 Vector 자료의 외곽모델을 생성하여 3차원 폴리곤을 형성 하였다. 이는 신규객체의 3차원 모델을 생성하기 위하여 점데이터의 선형화 작업을 실시하고, 이를 통해 표면 모델링 작업을 실시하여 면처리를 실시하였다.
정밀 실내공간정보를 구축하기 위하여 지상레이저 측량을 할 경우 상대좌표를 절대좌표로 변환하기 위해 GPS 측량을 통하여 기준점이 되는 절대좌표를 추출하였으며 위성 기준점을 활용 하였다. 측량은 가장 가까이 있는 보조기준점의 위치를 확인하여 보조기준점 으로부터 GPS와 T/S를 이용하여 기준점 측량을 실시하였다.
정밀 실내공간정보의 시설물 및 위치공간의 속성 정보를 구축하기 위하여 시설물에 대한 조사를 실시하였으며, 시설물조사는 소방, 안내, 편의 등의 시청역사 내의 시설물에 대한 정보를 수집하기 위해 시설물조사를 수행하였다. 지하시설물 POI의 항목은 Table 3과 같으며, 현지조사를 통하여 위치 및 개수에 대한 조사를 수행 하였으며 역사 내 시설물에 대한 조사 업무를 중점적으로 수행하였다.
제작된 3DS(3D Studio) 파일의 Texture 영상 고도화를 위한 사진편집 및 매핑작업을 실시한다. 매핑작업을 위하여 고해상도 사진 시설별 유형을 분류하고 주변 사물에 의한 왜곡 현상은 주변 사진과의 관계와 특성을 고려하여 수작업으로 수행하였다.
지상레이저측량을 통하여 얻은 점밀도 데이터를 기초로한 3차원 객체모델 제작 모델링 및 도면화 제작 작업은 Figure 18과 같이 모델링을 실시하였으며, 그 방법은 기하모델에 의한 Edge Detection을 처리하여 Vector 자료의 외곽모델을 생성하여 3차원 폴리곤을 형성 하였다. 이는 신규객체의 3차원 모델을 생성하기 위하여 점데이터의 선형화 작업을 실시하고, 이를 통해 표면 모델링 작업을 실시하여 면처리를 실시하였다.
정밀 실내공간정보의 시설물 및 위치공간의 속성 정보를 구축하기 위하여 시설물에 대한 조사를 실시하였으며, 시설물조사는 소방, 안내, 편의 등의 시청역사 내의 시설물에 대한 정보를 수집하기 위해 시설물조사를 수행하였다. 지하시설물 POI의 항목은 Table 3과 같으며, 현지조사를 통하여 위치 및 개수에 대한 조사를 수행 하였으며 역사 내 시설물에 대한 조사 업무를 중점적으로 수행하였다.
정밀 실내공간정보를 구축하기 위하여 지상레이저 측량을 할 경우 상대좌표를 절대좌표로 변환하기 위해 GPS 측량을 통하여 기준점이 되는 절대좌표를 추출하였으며 위성 기준점을 활용 하였다. 측량은 가장 가까이 있는 보조기준점의 위치를 확인하여 보조기준점 으로부터 GPS와 T/S를 이용하여 기준점 측량을 실시하였다. GPS측량을 통해 실내공간측위정보를 구축하기 위하여 시청역 5번과 12번 출입구의 양측에 절대좌표를 추출하여 시청역 양쪽의 절대기준점을 구축하여 지상레이저측량 정보로 이용하였다.
설치지점은 대상으로부터 하부 45도를 제외한 360도 스캔이 가능한 지점으로 선정하였으며, 사전 스캔 지점 분석 및 범위를 지정하여 유동인구 등의 외부 위험 요소를 배제한 작업시간대를 선정하여 협조공문을 통하여 현지 작업을 협의 하였다. 현장 작업시간은 저녁 11시부터 오전 5시까지 6시간정도씩 작업 하였으며 총 754,835,041 Point, Point Cloud 1, Gps 4 포인트를 취득 하였다.
대상 데이터
본 연구에서 구축한 시청역의 실내공간정보 데이터는 외벽, 바닥, 천장, 기둥, 교통카드매표, 개찰구, 등의 시설을 확인할 수 있다. 또한, 역사에서 필요로 하는 각종 사고예방 및 안내, 장애인의 동선파악 등으로 활용 될 수 있으며 새로운 방식의 가상현실 서비스가 가능할 것으로 판단된다.
1차 검수과정에서는 모델의 형상 및 좌표를 우선 검수하여 사진 편집 및 매핑을 하게 되며 최종 검수과정에서는 매핑 이상 유무를 확인 하고 최종적으로 구조화 및 저장을 하게 되고 전체 절차는 Figure 15와 같다. 본 연구에서는 서울 시청역 지하철 1호선과 2호선 역사를 대상으로 정밀 실내 공간정보를 구축 하였으며 대상지역은 Figure 16과 같다.
사진 편집 작업은 3DS파일용 Texture 영상 제작을 위해 Figure 19와 같이 현지사진을 활용하여 편집 하였다. 3차원 모델링 영상정보 구축시 고품질의 영상을 획득하기 위한 실사수준의 영상이 필요하였으며 이미지의 크기는 용량의 적정성을 고려하여 최대 40%이하 크기로 작업 하였다.
성능/효과
또한, 실내 공간정보 구축결과와 실제 지상촬영정보와 차이가 없음을 알 수 있었다. 이는 실내측위정보를 기반으로 선형정보를 이용하여 Surface 객체와 지상사진정보를 모델링하여 신뢰성 있는 정보를 구축할 수 있었다.
본 연구에서는 향후 수요가 급증할 것으로 예상되는 실내공간정보의 효율적인 구축 및 활용을 위해서 먼저 실내공간정보 표준 및 구축대상과 현재 활용 가능한 구축방법에 대해 살펴본 후, 서울시청 지하철 역사를 대상으로 실내 고정밀 레이저 측량 및 3차원 벡터 가공기술을 활용하여 정밀 3차원 실내공간정보를 구축하였다. 이렇게 구축된 정밀 3차원 실내모델은 1:1000 수치지도와의 중첩분석을 통해 정확도 평가를 실시하였으며 그 결과, X축으로 최대 0.04m Y축으로 최대 0.06m 이내의 위치정확도를 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
또한 이번 연구를 통해 구축한 실내공간정보모델은 단순 2차원 사진정보가 아닌 구축대상을 미리 정의하고 지하철 이용자들에게 필요한 POI 정보(외벽, 바닥, 천장, 기둥, 교통카드매표, 개찰구, 등)를 입력하여 3차원 실내공간정보모델을 구축하였기 때문에 각종 사고예방 및 안내, 장애인의 동선파악 등으로 활용이 가능할 것으로 판단되며, 이러한 결과는 향후 실내공간정보 구축 및 실내외 공간정보 연계활용을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서 구축한 시청역의 실내공간정보 데이터는 외벽, 바닥, 천장, 기둥, 교통카드매표, 개찰구, 등의 시설을 확인할 수 있다. 또한, 역사에서 필요로 하는 각종 사고예방 및 안내, 장애인의 동선파악 등으로 활용 될 수 있으며 새로운 방식의 가상현실 서비스가 가능할 것으로 판단된다.
이는 계획·시공단계에서부터 BIM 데이터를 적용, 준공 후 실내공간정보 구축의 신뢰성 및 효율적인 관리가 가능할 것이다.
이에 따라 공간정보 서비스 대상 영역의 범위가 실외 공간에서 실내 공간으로 급속하게 확대되어 가고 있으며, 이러한 변화는 IT · 모바일 등 첨단기술의 발달과 함께 다양한 분야와의 융·복합을 통한 연계 활용으로 향후 실내공간정보의 실내포털, 시각장애인 지원, 컨벤션서비스, 재난대응, 지하철 환승, 실내보안 등 다양한 서비스 수요를 창출하게 될 것으로 판단된다.
하지만, 현재까지 구축기술, 실내측위기술, 응용 기술 등 실내공간정보 요소기술의 충분한 검증과 기술통합 및 사례별 적합한 구축방법에 정의가 미흡한 실정으로 향후 이 부분에 대한 연구와 더불어 서비스를 위한 플랫폼 마련이 필요하다.
현재까지 BIM 데이터를 구축하고 있는 건축물이나 구조물이 많지 않지만 BIM 설계 의무도입으로 인해 향후 대형복합건축물에 대해 BIM 데이터가 구축될 경우, 실내공간정보 분야에서 많은 활용이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실내공간정보 기술은 무엇을 기반으로 정의할 수 있는가?
실내공간정보 기술은 제약공간, 기호공간, 실내측위 이 세 가지 핵심적 요소를 기반으로 정의할 수 있다. 제약공간은 벽, 계단 등 실내구조물로 제약을 받는 비유클리디언 공간이며, 기호공간은 기호적 방법으로 실내공간의 위치를 표현하는 것이다.
CityGML의 LoD 4는 실내공간에 대하여 무엇을 정의하고 있는가?
이 모델에서는 실내공간에 대하여 기하적, 속성적, 가시화적 요소와 실내가구를 정의하고 있다. 기하적 요소는 방, 복도 등 실내공간 도형의 기하 정보이며, 속성적 요소는 실내공간 객체에 대한 추가적 분류 및 속성정보를 말한다.
실내공간정보 구축 대상의 종류는 어떻게 구별되는가?
실내공간정보의 구축은 그 요소에 따라서 다양하게 이루어지며, 구축 대상의 종류는 2차원 평면도, 3차원 기하 모델링, 3차원 이미지텍스쳐, 실내공간 연결정보, 실내공간 객체분류 및 속성정보, 실내 POI 정보, 측위 정보로 구별하며, 이에 대한 정의는 위의 Table 1과 같다[9].
참고문헌 (17)
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Huang, A; Bachrach, A; Henry, P; Krainin, M; Maturana, D; Fox, D; Roy, N. 2011, Visual odometry and mapping for autonomous flight using an RGB-D camera, in Proceedings of the International Symposium of Robotics Research(ISRR), Flagstaff, USA.
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