[논문]지상 LiDAR를 이용한 고정밀 수치지도 생성에 관한 연구

최현

doi:10.21289/ksic.2017.20.2.125

지상 LiDAR를 이용한 고정밀 수치지도 생성에 관한 연구
A Study on High-Precision Digital Map Generation Using Ground LiDAR 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.20 no.2, 2017년, pp.125 - 132

Abstract ▼ AI-Helper

The slope of the road in the forest area has a characteristic of steep slope, so natural disasters such as slope collapse occur. The slope displacement observation technique according to landslide is being studied as a method to observe a wide area and a method to observe a small area. This is a study on high-precision digital map generation using ground LiDAR. It is possible to create a high - precision digital map by minimizing the US side using the 3D LiDAR in the steep slope area where the GPS and Total Station measurement are difficult in the maintenance of the danger slope area. It is difficult to objectively evaluate whether the contour lines generated by LiDAR are correct and it is considered necessary to construct a test bed for this purpose. Based on this study, if terrain changes such as landslides occur in the future, it will be useful for measuring slope displacement.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 급경사지 붕괴지역 위험사면지역 정비에서 GPS 및 Total Station 측량이 어려운 급경사지 지역은 3D LiDAR를 이용하여 미측구간을 최소화 하여 고정밀 수치지도를 생성하는데 목적이 있다.
본 연구는 지상 LiDAR를 이용하여 도로 사면낙석구간에 대한 고정밀 수치지도 생성에 관한 연구로 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

분할된 레이저 스캐너 데이터 및 정확도 평가에서 추출 된 잘못된 모델 핵심 포인트의 수정에 관한 연구에서 MKP(Model Key Points)의 수정 스키마를 도입 하였다. MKP의 평면 및 높이 위치는 최소사각 솔루션(LESS)을 기반으로 하는 표면 패치 피팅을 실시하였다. 기존 연구는 지상라이다의 보정법과 수치지도제작의 자동화를 중심으로 연구를 수행하였으며 고정밀 수치지도에 대한 연구가 다소 미흡했다.
이 시험 장비의 제원을 살펴보면, 측정거리는 최대 600m, 측정속도 122kpts/sec, 정확도 5mm(100m 타켓 측정 시), 반복도는 3mm로 자세한 제원은 표 1에 따른다. 본 연구에서는 VZ-400 지상 LiDAR로 스캔한 데이터를 RISCANPRO 소프트웨어를 사용하여각 포지션에서 얻은 영상과 점 데이터를 병합하여 자료를 처리한다.
본 연구에서 사용된 지상 LiDAR 장비인 VZ-400은 초당 125,000포인트를 획득할 수 있는 장비로서 어두운 곳에서도 SCAN이 가능하며 100m ±5mm의 정확도를 갖고 있는 장비이다. 본 연구에서는 광범위한 지역을 모두 커버 할 수 있도록 여러 관측 포지션에서 미측량구간이이 일어나지 않게 SCAN을 하였다. 그림 5는 연구대상지역에서 지상 LiDAR 측량을 실시하는 모습이다.
본 연구에서는 지상 LiDAR 데이터에서 생성된 등고선을 바탕으로 급경사지, 붕괴지역 그리고 위험사면지역 정비에서 GPS 및 Total Station 측량이 어려운 급경사지 지역은 3D LiDAR를 이용하여 미측구간을 최소화 하여 고정밀 수치지도를 작성하였다. 그림 10은 연구대상지역에 대한 도로부분의 현황도를 나타낸 것이고, 그림 11은 은 낙석방지망 구간에 대한 현황도를 나타낸 것이다.
최종 출력물의 목적에 따라 스캔 방법이 다르게 나타나므로 현장에서 나타날 수 있는 변수를 최소화 시키고, 이를 바탕으로 세부적인작업 계획수립을 하는 게 중요하다. 본 연구에서의 현황 측량은 과업의 특성상 급경사지같이 GPS 및 TOTAL STATION 측량이 어려운 구간을 정밀 측정하기 위하여 3D 라이다 스캔 장비를 이용하여 측량을 실시하였다.
항공라이다 데이터의 평균점간 거리 이내로 스트립간 조정 정확도를 향상시킬 수 있었으며, 대축척 수치지형도를 이용한 절대보정 과정의 자동화 가능성을 확인하였다. 분할된 레이저 스캐너 데이터 및 정확도 평가에서 추출 된 잘못된 모델 핵심 포인트의 수정에 관한 연구에서 MKP(Model Key Points)의 수정 스키마를 도입 하였다. MKP의 평면 및 높이 위치는 최소사각 솔루션(LESS)을 기반으로 하는 표면 패치 피팅을 실시하였다.
3차원 레이저 측량은 측량기술의 가장 발전된 분야이다. 원리는 기준점에서 대상물에 레이저빔을 발사하여 반사되어 되돌아오는 레이저를 수신한 후 발사와 수신의 시간차를 이용하여 반사지점의 3차원 좌표값(X, Y, Z)을 취득하는 것이다. 지상사진측량에서도 기준점측량을 위해 레이저측량장비(토탈스테이션)를 사용하고 있다.

대상 데이터

이때에 기계를 해당 포지션에서 관측하는 것을 관측 포지션이라 한다. 본 연구대상지역에서는 총 101 포지션에서 관측을 실시하였다.
본 연구에서 사용된 장비는 AUSTRIA Riegl사의 LiDAR로 레이저 1등급을 사용하는 VZ-400을사용하는 고정밀 측량장비이다. 이 시험 장비의 제원을 살펴보면, 측정거리는 최대 600m, 측정속도 122kpts/sec, 정확도 5mm(100m 타켓 측정 시), 반복도는 3mm로 자세한 제원은 표 1에 따른다.

성능/효과

1. 위험사면지역 정비에서 GPS 및 Total Station 측량이 어려운 급경사지 지역은 3D LiDAR를 이용하여 미측구간을 최소화 하여 고정밀 수치지도를 작성이 가능하였다.
영상으로부터 제작된 수치지도의 등고선이 정확한지, LiDAR에 의해 생성된 등고선이 정확한 것인지를 객관적으로 평가한다는 것은 어려운 일이며, 이를 위하여 test bed의 구축이 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 지상LiDAR자료를 이용하여 사면구간에 대한 정밀수치지도를 작성한 결과, 효율적으로 수치지도 제작이 가능한 것으로 판단되었다. 향후 산사태 등의 지형변화가 일어났을 경우 사면의 변위 측정에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
Han(2012)등은 수치지형도를 애용한 항공라이다 데이터의 기하보정에 관한 연구에서 스트립 데이터의 비행경로간 관측값의 상대오차를 제거하고 기준 데이터에 절대 보정하는 방법으로 수정된 ICP를 이용한 자동 오차보정 기법을 제안하였다. 항공라이다 데이터의 평균점간 거리 이내로 스트립간 조정 정확도를 향상시킬 수 있었으며, 대축척 수치지형도를 이용한 절대보정 과정의 자동화 가능성을 확인하였다. 분할된 레이저 스캐너 데이터 및 정확도 평가에서 추출 된 잘못된 모델 핵심 포인트의 수정에 관한 연구에서 MKP(Model Key Points)의 수정 스키마를 도입 하였다.

후속연구

2. LiDAR에 의해 생성된 등고선이 정확한 것인지를 객관적으로 평가한다는 것은 어려운 일이며, 이를 위하여 test bed의 구축이 필요하다고 판단된다.
3. 향후 산사태 등의 지형변화가 일어났을 경우 사면의 변위 측정에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
평지에서의 LiDAR 데이터로부터 생성된 등고선은 지표면에 대한 등고선이 아닌 지상라이다의 오차로 발생한 등고선으로 판단되어 정량적인 평가에서 제외하였다. 등고선 형태에 대한정확도를 정량적인 방법으로 정확 하게 평가하기 위해서는 등고선 모양을 묘사할 수 있는 기하학적 파라미터를 타당하게 정의하고 이를 분석할 수 있는 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다. 영상으로부터 제작된 수치지도의 등고선이 정확한지, LiDAR에 의해 생성된 등고선이 정확한 것인지를 객관적으로 평가한다는 것은 어려운 일이며, 이를 위하여 test bed의 구축이 필요하다고 판단된다.
Kang(2010)등은 지상라이다에 의한 동굴의 3차원 공간정보 구축에서 동굴을 대상으로 지상라이다와 고해상도 카메라를 활용하여 3차원 공간정보를 구축하였다. 또한 구조 분석, 단면 분석, 형태 분석, 생성물 분석을 통해 변형 및 변화 탐지의 기초데이터로써 3차원 공간정보의 활용가능성을 제시하였다. D.
본 연구에서는 지상LiDAR자료를 이용하여 사면구간에 대한 정밀수치지도를 작성한 결과, 효율적으로 수치지도 제작이 가능한 것으로 판단되었다. 향후 산사태 등의 지형변화가 일어났을 경우 사면의 변위 측정에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산사태에 따른 사면 변위관측기술은 어떤 방법으로 연구가 진행되는가?	산사태에 따른 사면 변위관측기술은 광역적인 지역을 대상으로 하는 방법과 소규모 지역을 관측하는 방법으로 연구가 진행되고 있다. 광역적인 지역을 대상으로 실시한 연구로 주로 항공사진을 이용하여 산사태를 예측하는 기법 등이 있다.
	강우에 의한 사면의 안정성을 평가하기 위해 무엇을 연구하고 있는가?	우리나라는 집중호우에 의한 사면파괴가 대부분 발생하므로 지반공학자에게 있어 강우에 의한 사면의 안정성을 적절하게 평가하는 것은 매우 중요한 문제이다. 이를 위하여 도로 접도사면 취약성, 가능성, 위험성 평가 기법 등을 연구, 이를 해결하기 위하여 각종 데이터베이스 현황을 조사, 수집하고 있다. 그러나 사면전문가 위주로 구성되어져 결과물에 대한 DB 및 평가가 이루어지므로 접근이 어려운 실정이다.
	국도 안전관리와 국도 기능을 유지하기 위해 지속적 관리가 필요한 까닭은 무엇인가?	산림지역에 있는 도로의 사면은 급경사의 특성을 가지고 있으므로 사면붕괴 등의 자연재해가 발생하고 있다. 주로 산악지역의 도로개설 및 확장 등으로 사면붕괴와 관련된 사고가 주로 일어난다. 따라서 국도 안전관리와 국도 기능을 유지하기 위하여 사면점검의 지속적인 관리가 수행되어야 한다.

참고문헌 (5)

S. H. Kim, S. P. Choi, I. T. Yang, Y. Kim, Yeol "Monitoring analysis of Model Slope by using Terrestrial LiDAR data", The Journal of the Korean Society for Geospatial Information Science, Vol. 16, no. 4, pp. 17-23, (2008).
H. S. Jang, "3D Stereoscopic Terrain Extraction of Road Cut Failure Slope Using Unmanned Helicopter Photography System", The Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 28, No.5, pp. 485-491, (2010).
J. M. Kang, J. S. Lee, J. H. Won, J.K. Park, Construction of 3D Spatial Information about Cave by Terrestrial LiDAR, The Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 28, No.2, pp. 209-217,(2010).
D. Y. Han, K.Y. Yu, Y. I. Kim, Georegistration of Airborne LiDAR Data Using a Digital Topographic Map, The Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 30, No.3, pp. 323-332, (2012).

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E.J. Yoo, S.Y. Park, J.H. Yom, D.C. Lee, Correction of Erroneous Model Key Points Extracted from Segmented Laser Scanner Data and Accuracy Evaluation, The Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 31, No.6-2, pp. 611-623, (2013).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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