[논문]3차원 산림공간정보 서비스를 위한 산림 디지털트윈 구현 연구

최인하; 남상관; 김승엽; 이동국

doi:10.7780/kjrs.2023.39.5.4.10

3차원 산림공간정보 서비스를 위한 산림 디지털트윈 구현 연구
Forest Digital Twin Implementation Study for 3D Forest Geospatial Information Service 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.39 no.5/1, 2023년, pp.1165 - 1172

최인하 ((주)올포랜드 사업본부 7그룹) , 남상관 ((주)올포랜드 사업본부) , 김승엽 ((주)올포랜드 사업본부 7그룹) , 이동국 ((주)올포랜드 사업본부 7그룹)

초록
AI-Helper

최근 우리나라는 2050 탄소중립을 선언하였고, 산림청에서는 첨단 정보통신기술을 접목하여 디지털트윈 기반으로 산림자원 관리, 산림재해 예방 등을 위한 K-포레스트 추진계획을 발표하였으며, 드론, LiDAR 등의 활용으로 산림자원 조사의 정밀화 및 첨단화를 추진하고 있다. 이처럼 산림자원 관리에 대한 요구가 증가하고 있으며 산림공간의 디지털트윈 구축 필요성이 높아지고 있다. 그러나 현재까지 우리나라의 디지털트윈은 도시 및 전국단위 디지털트윈 환경인 가상도시 서비스만을 구축 및 제공하고 있으며, 산림 공간을 대상으로하는 3차원 디지털트윈 서비스는 운영 및 제공되고 있지 않다. 이에 본 연구에서는 수목 단위의 수고, 흉고직경과 같은 수직적 정보에 해당하는 3차원 산림공간정보 서비스 제공을 위한 산림 디지털트윈 환경을 구현하고자 하였으며, 실감형 3D 나무모델의 경량화, 3D Tiles 적용으로 3차원 산림공간정보 서비스를 위한 산림 디지털트윈 환경 구현 가능성을 확인하였다. 지속적인 연구를 통하여 도심지 내의 가로수를 포함해 전국단위 수목을 대상으로 3D 나무모델 배치 및 서비스 가능한 산림 디지털트윈 구현할 예정이며, 이를 통하여 산림자원 관리를 위한 산림 디지털트윈 서비스 개발이 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, Korea has declared carbon neutrality by 2050. The Korea Forest Service is promoting the precision and high technology of forest resource surveys. As such, the demand for forest resource management is increasing, and the need to build a digital twin of forest space is increasing. However, to date, digital twin has only built and provided virtual city services, which are city and nationwide digital twin environments. Three-dimensional digital twin services targeting forest space are not operated and provided. Therefore, in this study, we aimed to implement a forest digital twin environment to provide 3D forest spatial information services corresponding to vertical information such as tree-level height and thorax diameter. By lightweighting realistic 3D tree models and applying 3D Tiles, we confirmed the feasibility of implementing a forest digital twin environment for 3D forest spatial information services. Through continuous research, we plan to implement a forest digital twin that can deploy and service 3D tree models for trees nationwide, including street trees in urban areas. This is expected to enable the development of forest digital twin services for forest resource management.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Research area.
그림 Fig. 2. Research flow.
그림 Fig. 3. Research area data collected for this research. (a) Ortho image. (b) LiDAR DEM. (c) Forest-spatial information.
그림 Fig. 4. Result of visualizing individual tree information based on forest spatial information data.
표 Table 1. Development environment
그림 Fig. 5. This is a tree 3D model. (a) Broad leaved tree. (b) Needle leaved tree.
그림 Fig. 6. Result of visualization of realistic 3D tree model.
그림 Fig. 7. Lightweighting comparison example for 3D models. (a) Original 3D model. (b) Lightweight 3D model.
그림 Fig. 8. Data structure for 3D tiles.
그림 Fig. 9. Result of application of 3D tiles and visualization.
그림 Fig. 10. Comparison of visualization performance of realistic 3D models according to the application of 3D tiles.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

브이월드는 다양한 2D 및 3D 지도 기반 웹 서비스 기능을 오픈API 형태로 제공하는 것이 특징이다. 따라서 본 연구에서는 브이월드에서 제공하는 전국단위 항공정사영상 및 DEM을 오픈 API를 통해 제공 받아 디지털트윈 환경을 구현하였다.
본 연구는 연구대상 지역의 산림공간정보를 수집하고, 브이월드 3D 지도상에 시각화하여 산림 디지털트윈 환경을 구현하고자 하였다. 이를 위해 산림공간정보데이터를 브이월드 3D 지도와 연계하여 시각화하는 방법과 수목 위치별로 실감형 3D 나무모델을 배치하여 시각화하는 방법을 각각 적용하고 비교 분석함으로써 산림 디지털트윈 환경 구현에 적합한 방법을 도출하고자 하였다(Fig.
본 연구에서는 3차원으로 생성되는 산림공간정보를 브이월드 기반의 3D 지도 환경에서 시각화하여 산림 디지털트윈을 구현하고자 하였다. 이를 위해 연구 대상 지역의 정사영상, DEM, 산림공간정보를 활용하여 다양한 방법으로 3D 지도에 시각화하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 현실 세계의 산림 공간을 가상환경에 3차원으로 산림 디지털트윈을 구현하고자 하였다. 이를 위해 국토교통부에서 운영하고 있으며 저비용으로 매쉬업(Mash-up) 서비스 개발이 가능한 공간정보 오픈플랫폼인 브이월드를 활용하였다.

제안 방법

산림의 형상을 실제와 동일하게 표현하기 위해 Fig. 5와 같은 활엽수, 침엽수 실감형 3D 모델을 이용하여 브이월드 3D 지도 상에 시각화하는 방안을 적용하였다.
경량화 및 3D Tiles 기법을 통한 실감형 3D 모델 시각화 성능에 대한 분석을 수행하였다. 실감형 3D 모델의 경량화를 통해 85,652 KB에서 275 KB로 기존 용량 대비 약 213배 용량을 감소할 수 있었다.
본 연구를 위하여 수집한 산림공간정보는 point 형태의 벡터 데이터이며 X, Y에 대한 위치 좌표와 수목별 수고 정보가 속성정보로 포함되어 있다. 본 연구에서는 수고 정보가 반영된 수목 위치 정보를 시각화하기 위하여 GIS 서버를 통해 10 cm의 버퍼로 point를 polygon으로 변환하였고, 수고 정보에 해당하는 속성값을 이용해 높이 정보가 반영된 단순 막대 형태로 시각화하였다(Fig. 4).
본 연구는 연구대상 지역의 산림공간정보를 수집하고, 브이월드 3D 지도상에 시각화하여 산림 디지털트윈 환경을 구현하고자 하였다. 이를 위해 산림공간정보데이터를 브이월드 3D 지도와 연계하여 시각화하는 방법과 수목 위치별로 실감형 3D 나무모델을 배치하여 시각화하는 방법을 각각 적용하고 비교 분석함으로써 산림 디지털트윈 환경 구현에 적합한 방법을 도출하고자 하였다(Fig. 2).
본 연구에서는 3차원으로 생성되는 산림공간정보를 브이월드 기반의 3D 지도 환경에서 시각화하여 산림 디지털트윈을 구현하고자 하였다. 이를 위해 연구 대상 지역의 정사영상, DEM, 산림공간정보를 활용하여 다양한 방법으로 3D 지도에 시각화하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이를 해결하기 위해 경량화 기법을 적용하여 실감형 3D 모델의 용량을 줄이고, 데이터 서비스 성능을 개선하기 위하여 3D Tiles를 적용하였다. 모델 경량화 기법은 Fig.

대상 데이터

브이월드 웹 3D 지도 기반의 디지털트윈 환경을 구현하기 위하여 Table 1과 같이 개발환경을 구성하였다. 개발 PC 성능은 Intel i7 CPU, NVIDIA RTX3060 GPU, 16GB RAM과 같으며 Apach, Tomcat, Geoserver, PostGIS, 그리고 브이월드로 개발 환경을 구성하였다.
3c)를 수집하였다. 본 연구를 위하여 수집된 자료는 치악산 국립공원공단으로부터 제공받은 자료로 2022년 4월에 취득된 데이터를 가공 및 분석을 통해 생성된 자료이다.
본 연구를 위하여 수집한 산림공간정보는 point 형태의 벡터 데이터이며 X, Y에 대한 위치 좌표와 수목별 수고 정보가 속성정보로 포함되어 있다. 본 연구에서는 수고 정보가 반영된 수목 위치 정보를 시각화하기 위하여 GIS 서버를 통해 10 cm의 버퍼로 point를 polygon으로 변환하였고, 수고 정보에 해당하는 속성값을 이용해 높이 정보가 반영된 단순 막대 형태로 시각화하였다(Fig.
본 연구를 위하여 연구대상 지역의 항공 Ground Sample Distance (GSD)가 약 0.10 m인 RGB 정사영상(Fig. 3a)과 0.
산림공간정보 데이터는 CityMapper 센서로 취득된 항공 LiDAR를 이용해 분석된 point 형태의 벡터 데이터로, 756,415개 수목의 위치정보와 수고, 흉고직경, 수종 등의 속성정보를 포함하고 있다. 본 연구에서는 산림 디지털트윈 환경을 구현하기 위해 산림공간데이터의 수목별 위치정보, 수고 및 수종(활엽수 및 칩엽수) 정보를 활용하였다.
산림공간정보 데이터는 CityMapper 센서로 취득된 항공 LiDAR를 이용해 분석된 point 형태의 벡터 데이터로, 756,415개 수목의 위치정보와 수고, 흉고직경, 수종 등의 속성정보를 포함하고 있다. 본 연구에서는 산림 디지털트윈 환경을 구현하기 위해 산림공간데이터의 수목별 위치정보, 수고 및 수종(활엽수 및 칩엽수) 정보를 활용하였다.
본 연구에서는 현실 세계의 산림 공간을 가상환경에 3차원으로 산림 디지털트윈을 구현하고자 하였다. 이를 위해 국토교통부에서 운영하고 있으며 저비용으로 매쉬업(Mash-up) 서비스 개발이 가능한 공간정보 오픈플랫폼인 브이월드를 활용하였다. 브이월드는 다양한 2D 및 3D 지도 기반 웹 서비스 기능을 오픈API 형태로 제공하는 것이 특징이다.

성능/효과

50개의 수목이 화면에 표출되는 시간으로 성능을 비교한 결과 경량화 전 모델을 적용한 경우 약 7초가 소요되었으나, 경량화된 모델을 적용한 결과 약 1초로 단축되었다. 3D Tiles를 통한 시각화 성능에 대한 분석 결과, 실감형 3D 모델 시각화 최대 표현 개수를 기존 50개의 모델에서 756,451개의 모델로 약 15,000배 증가할 수 있었다(Fig. 10).
첫째, 수집한 산림공간정보의 위치정보와 속성정보 중 수고 정보를 융합하여 3D 단순 막대형태로 시각화할 수 있었다. 기존 2D 기반의 단면적인 산림정보에 비해 수고 정보의 직관적인 분석이 가능하였으나, 현실세계의 수목의 형상을 반영하기엔 한계가 있어 가상공간에 실체를 동일하게 구현하는 디지털트윈과는 거리감이 있었다.
둘째, 산림 디지털트윈 구현을 위해 침엽수, 활엽수 등 수종별 실감형 3D 모델을 적용하는 방안을 제시하였으나, 실감형 3D 모델의 경우 고용량으로 인해 시각화 성능 저하의 문제가 발생하는 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해 3D 모델 경량화 및 3D Tiles 기법을 적용하였으며 총 756,451개의 실감형 3D 모델을 시각화함으로써 산림 디지털트윈 구현이 가능함을 확인하였다.
본 연구에서는 연구대상 지역 내 수목의 모든 위치에 실감형 3D 모델을 배치하고, 성능의 저하 없이 시각화가 가능함을 확인하였다. 지속적인 연구를 통하여 도심지 내의 가로수를 포함하여 전국단위 수목을 시각화할 예정이다.
둘째, 산림 디지털트윈 구현을 위해 침엽수, 활엽수 등 수종별 실감형 3D 모델을 적용하는 방안을 제시하였으나, 실감형 3D 모델의 경우 고용량으로 인해 시각화 성능 저하의 문제가 발생하는 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해 3D 모델 경량화 및 3D Tiles 기법을 적용하였으며 총 756,451개의 실감형 3D 모델을 시각화함으로써 산림 디지털트윈 구현이 가능함을 확인하였다.

후속연구

본 연구에서는 연구대상 지역 내 수목의 모든 위치에 실감형 3D 모델을 배치하고, 성능의 저하 없이 시각화가 가능함을 확인하였다. 지속적인 연구를 통하여 도심지 내의 가로수를 포함하여 전국단위 수목을 시각화할 예정이다. 이를 위하여 웹 캐시(cache)를 적용하고, 사용자가 설정한 시야각에 포함되는 데이터만 표출하도록 추진하고자 한다.
이를 위하여 웹 캐시(cache)를 적용하고, 사용자가 설정한 시야각에 포함되는 데이터만 표출하도록 추진하고자 한다. 추가적으로 바람길, 산불피해도 등 다양한 공공데이터를 연계하여 시뮬레이션 기능을 구현한다면 산림자원 관리를 위한 산림 디지털트윈 서비스 개발이 가능할 것으로 기대된다.

참고문헌 (13)

Chang, Y. S., and Jang, I. S., 2021. Technology trends？in digital twins for smart cities. Journal of the？Electronics and Telecommunications Trends,？36(1), 99-108. https://doi.org/10.22648/ETRI.2021.J.360111

원문보기 상세보기
Hwang, S. B., Jeong, S. J., and Yoon. S. W., 2020. The？design of manufacturing simulation modeling？based on digital twin concept. Journal of the？Korea Society for Simulation, 29(2), 11-20.？https://doi.org/10.9709/JKSS.2020.29.2.011

원문보기 상세보기
Hyun, K. S., 2022. Research trends on sustainability in？geography: Using topic modeling and keyword？network analysis. Journal of the Korean Geo？graphical Society, 57(1), 1-17. https://doi.org/10.22776/kgs.2021.57.1.1
Lee, D. G., Kim, K. D., Yang, S. R., and Lee, H. J., 2019. Forest spatial information generate and？forest change analysis using time series aerial？photographic image database. Journal of the？Korean Society for Geospatial Science, 27(2),？31-41. https://doi.org/10.7319/kogsis.2019.27.2.031

상세보기
Nitoslawski, S. A., Stevens, K. W., Stteenberg, J. W. N.,？Witherspoon, K., Nesbitt, L., and Konijnendijk？van den Bosch, C. C., 2021. The digital forest:？Mapping a decade of knowledge on technological？applications for forest ecosystems. Earth's Future,？9(8). https://doi.org/10.1029/2021EF002123

상세보기
Oliveira, N., and Rocha J. G., 2013. Tiling 3D terrain？models. In: Murgante, B., Misra, S., Carlini, M.,？Torre, C. M., Nguyen, H. Q., Taniar, D., Apduhan,？B. O., Gervasi, O. (eds.), Computational science？and its application - ICCSA 2013, Springer, pp.？550-561. https://doi.org/10.1007/978-3-642-39637-3_43

상세보기
Park, C. B., and Choi, J. S., 2021. Characteristics of？management of facilities and healing programs？for forest therapy. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 22(2), 468-474.？https://doi.org/10.5762/KAIS.2021.22.2.468

원문보기 상세보기
Park, J. H., Park, J. W., and Nam, K. W., 2015.？Application plan of goods information in the？public procurement service for enhancing U-city？plans. Journal of the Korean Association of？Geographic Information Studies, 18(3), 21-34.？https://dx.doi.org/10.11108/kagis.2015.18.3.021

원문보기 상세보기
Park, J. K., and Lee, K. W., 2021. Research on the trend？of establishment and utilization of overseas forest？geospatial information for scientific forest resource？management. Journal of Digital Convergence,？19(12), 377-382. https://doi.org/10.14400/JDC.2021.19.12.377

원문보기 상세보기
Patrick, C., 2015. CesiumGS/3d-tiles3D tiles, Github.,？Available online: https://github.com/AnalyticalGraphicsInc/3d-tiles (accessed on Oct. 27, 2023).
Rasheed, A., San, O., and Kvamsdal, T., 2020. Digital？twin: Values, challenges and enablers from a？modeling perspective. IEEE Access, 8, 21980-22012. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.？2970143

상세보기
Seo, J. P., Woo C. S., Lee, C. W., and Kim, D. Y., 2018. A study on detection and monitoring in？land creeping area by using the UAV. Journal？of the Korea Academia-Industrial Cooperation？Society, 19(11), 481-487. https://doi.org/10.5762/KAIS.2018.19.11.481

원문보기 상세보기
Sung, H. C., Chu, Y. Y., and Jeon, S. W., 2019. Study？on application plan of forest spatial information？based on unmanned aerial vehicle to improve？environmental impact assessment. Journal of the？Korean Society of Environmental Restoration？Technology, 22(6), 63-76. https://doi.org/10.13087/kosert.2019.22.6.63

원문보기 상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증