기존의 항공사진 및 위성사진을 활용한 원격탐사방법은 기상조건에 따른 제약과 3차원적 수직구조 관한 정보 수집에 한계가 있다. 따라서 보다 정확하고 신속한 산림자원 정보를 획득하기 위해서는 새로운 기술적 접근이 필요하다. 3차원 측정이 가능한 LiDAR의 특성을 이용하면 기존 방법의 부정확성과 비효율성을 상당부분 극복 할 수 있다. 본 연구에서는 지상 Laser Scanner 와 항공 LiDAR를 이용하여 개체목의 3차원 구조를 예측하여 수고, 지하고, 수관면적, 수관체적을 추정하고 결과를 비교하였다. 지상 Laser Scanner에 의한 측정치를 참조자료로 하여 항공 LiDAR의 개체목 측정 정확성을 향상 시킬 수 있는 보정식을 최종적으로 개발하였다.
2009년 7월 9일부터 14일까지 누적강우 455mm의 집중호우에 의해 제천시 일대에 다수의 토석류 사태가 발생하였다. 토석류 발생에 따른 지형변화를 분석하기 위하여 수치지도와 라이다(LiDAR) 자료를 이용하여 고해상도의 수치고도모델(DEM)을 생성하였다. 라이다측량을 위해서 고해상도의 디지털 카메라와 GPS가 탑재된 3차원 스캐너 시스템 (RIEGLE LMS-Z390i)을 이용하였다. 라이다 스캐닝에 의해 생성된 포인트 자료는 클리핑과 필터링 작업을 거친 후 수치지도에 중첩시켜 토석류 발생 후의 지형의 DEM을 생성한다. 이렇게 토석류 발생 전후의 DEM 비교결과, 토석류 발생에 의한 침식과 퇴적량은 각각 $17,586m^3$, $7,520m^3$으로 평가되었다. 이러한 고해상도 지상라이다시스템을 이용하여 지형변화 관측을 통해 장래 토석류 모델 연구에 기여할 수 있을 것으로 판단되었다.
도로의 평탄성은 승차감과 직결되는 중요한 요소이며, 도로의 기능평가 및 포장품질 관리를 위한 평가항목이다. 본 연구에서는 지상 LiDAR, 드론 사진측량 및 드론 LiDAR의 최신 3차원 공간정보 구축 기술을 활용하여 도로 노면에 대한 데이터를 취득하고, 각각의 방법에 대한 정확도 및 평탄성을 분석하였다. 정확도 평가 결과 지상 LiDAR는 X, Y, Z 방향으로 각각 0.039m, 0.042m, 0.039m의 RMSE를 나타내었으며 드론 사진측량과 드론 LiDAR는 각각 0.072~0.076m, 0.060~0.068m의 RMSE를 나타내어 측량 및 지도제작 분야에 각각의 방법이 충분히 활용 가능함을 제시하였다. 또한 편평도 분석을 위해 각각의 방법으로 구축된 3차원 공간정보에서 대상 구간에 대한 종방향 경사와 횡방향 경사를 추출하고, 설계값과 비교를 수행하였다. 평탄성 분석 결과 지상 LiDAR는 설계값과 동일한 경사를 나타내었으며, 드론 사진측량 및 드론 LiDAR의 경우 설계값과 다소 차이를 보였다. 도로의 평탄성 분석과 같은 계측 분야에 드론 사진측량 및 드론 LiDAR를 활용하기 위한 정확도를 향상 방안 연구가 필요하다. 향후 정확도 향상을 통한 활용성을 제시할 수 있다면 드론 사진측량 및 드론 LiDAR를 활용하여 취득에 소요되는 시간을 크게 감소시킬 수 있으므로 관련 업무 효율성 향상이 가능할 것이다.
지상 LiDAR(Light Detection And Ranging)는 정밀하고 빠르게 물체의 3차원 형상을 측량할 수 있는 시스템이다. 기본적으로 종전의 레이저 측량기의 기능을 갖고 있으며, 초당 최대 $5,000{\sim}50,000$ point의 레이저를 대상체 표면에 발사하여 대상체면에 투사한 레이저의 간섭이나 반사를 이용하여 대상체면상의 point could의 공간정보를 취득하는 관측방식의 3차원 정밀 측량으로서 대상체의 표면으로부터 상대적인 3차원(X, Y, Z) 지형공간좌표를 각각의 Point 데이터로 기록한다. 이러한 측정방법은 레이저가 반사되어 돌아오는 시간을 계산하여 거리를 결정하고 ${\theta}_h$(수평각)과 ${\theta}_v$(수직각) 각도만큼 수평, 수직으로 회전하여 측정한 점의 위치를 결정하므로 데이터 취득 각도에 따른 오차가 발생하게 된다. 본 연구 에서는 지상LiDAR 데이터 취득각도에 따른 오차 시뮬레이션 실시하여 실제 실험과의 비교 및 입사각에 따른 정확도 분석을 실시하였다.
최근 LiDAR데이터를 이용한 3차원 위치 정보와 지표면 속성정보를 취득하는 연구가 많이 진행되고 있다. LiDAR 데이터는 높은 위치정확도를 지니며, 데이터의 취득시 바로 지상좌표를 취득함으로써 좌표의 변환이 필요 없기 때문에 좀더 빠르게 데이터를 처리할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 LiDAR 데이터만을 이용하여 수치지도의 가장 많은 부분을 차지하는 도로, 건물, 등고선을 제작하여, 기존 수치지도와 정확도를 비교함으로서 LiDAR 데이터만을 이용한 수치지도제작의 가능성을 평가하였다.
항공삼각측량(AT: Aerial Triangulation)은 정사영상을 제작하기 위해 필수적인 과정으로 현장측량을 통해 얻어진 지상기준점 성과와 GPS/INS를 통해 얻어진 외부표정요소를 기준좌표로 이용하여 사진상의 모든 좌표를 지상좌표화 하는 과정이다. 이 과정에서 요구되는 지상기준점은 GPS 및 토탈스테이션 등을 이용한 직접측량과 수치지형도를 이용한 간접측량 등의 방법으로 좌표를 취득한다. GPS 및 토탈스테이션을 이용한 직접측량은 현장에서 소요되는 인원, 시간, 비용 등의 경제적인 비용이 많이 소비되므로 효과적이지 않은 반면, 수치지형도로부터 지상기준점을 추출하는 경우는 수치지형도를 활용하여 직접 선점해야하는 수동적인 작업방식으로 인해 오차가 발생되며, 정확도 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 효과적인 항공삼각측량을 위해 LiDAR의 반사강도와 LiDAR DSM을 활용하여 식별이 가능한 도로경계선, 방지턱, 건물 등으로 지상기준점을 선점 후, 직접 측량을 통해 얻어진 지상기준점과 비교 분석하고, 수치지형도의 허용오차를 기준으로 정확도 평가를 실시하였다. 또한 각각의 경우에서 얻어진 지상기준점을 이용하여 항공삼각측량을 실시하고 오차 분석을 실시하였다.
해안선은 자연적, 인위적 행위에 의해 끊임없이 그 형상과 특징이 변화하며, 국토를 규정하는 중요한 정보이다. 이러한 해안선은 해양지리정보체계에서 기본정보(Framework Data)로 활용이 되며, 해안 지역의 모니터링 체계를 구축하는데 있어서 그 중요성이 날로 증가하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 최근 개발되어 해양 및 해안 분야에 적용되고 있는 LiDAR 데이터를 이용하여 자동으로 해안선을 추출할 수 있는 알고리즘을 제안하고 그 결과를 지상측량을 통해 얻어진 해안선과 비교하였다. 본 연구의 제안한 알고리즘을 적용하여 항공 LiDAR 데이터를 이용한 해안선을 추출한 결과, 인공 및 자연 해안지역 등 다양한 지형에서 현행 지상측량과 비교를 하였을 때, 안정된 결과를 도출하였으며, 항공 LiDAR 데이터를 이용하여 효율적인 해안선 추출의 가능성을 보여주었다.
Nowadays, the Surveying field is growing rapidly in terms of technology such as TS(Total Station) surveying, photographic surveying, digital aerial photogrammetry, utilization of GIS(Geographic Information System) using high-resolution satellite imagery, obtaining 3D Coordinate using GPS. But control point surveying, benchmark measuring, and field Surveying are still performed by the engineers in the field. So, 3D yerrestrial laser scanner comes to the fore recently. 3D terrestrial laser scanner can get 3D coordinate about a number of sites of the subject in a short period with high accuracy. This paper compared the accuracy of data from the performance using 3D terrestrial laser scanner with that of TS. It also obtained the geopositioning accuracy result equivalent to the surveying result of TS. With further researches in the future, it is expected to be used not only in LiDAR itself but also in various areas like reconnaissance Surveying and construction by combining with TS or other Surveying equipments.
본 논문에서는 지상 LiDAR 및 MBES(다중빔 음향측심기)를 이용하여 정밀 지형 및 수심측량을 실시하였고, 조간대 영역의 육도-해도 접합을 통하여 대조차 해안인 만리포에 대한 정밀 지형도를 작성하였다. 제한된 시간내에 조간대 영역의 충분한 지형정보 획득을 위하여 간조시 지상 LiDAR 및 DGPS를 차량지붕에 탑재하여 이동 정지 스캐닝의 해변 전체의 지형정보를 획득하였고, 이와 동시에 만조시 MBES를 통하여 수심측량을 실시하였으며 조위계 설치와 목측을 통한 조위관측의 병행을 통하여 수심보정자료 및 만리포의 평균해면 추산자료로 사용하였다. 조간대 정합을 위해 지형 및 수심자료의 수직좌표계 기준면은 인천 평균해면으로 단일화하였으며, 조간대 평균 중첩오차는 약 2~6 cm 이내로 나타났다. 또한 지상 LiDAR 자료의 정확도 검증을 위해 RTK-DGPS 측량을 동시에 실시하여 수직좌표값을 비교한 결과 평균 제곱근 오차가 약 4~7 cm 이내로 나타났다. 정밀지형도 작성은 GIS 기반 자료처리를 통하여 50 cm 해상도를 갖는 수치표고자료로 생산하였으며, 이는 현재 연안지역 침수범람 예측을 위한 폭풍해일 침수범람 예측모델의 정밀 입력자료로 사용되고 있다. 또한 장기간에 걸친 주기적 측량 자료와 측량시의 인위적 해변 변화량 및 해양환경정보를 함께 고려하여 3차원 공간분석을 실시한다면 침 퇴적양의 정확한 산출을 통하여 연안 모니터링에도 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
최근 지구 온난화에 따른 기후변화로 인한 해수면 상승과 폭풍해일의 강도 및 발생빈도가 증가하고 고파랑 내습, 난개발 등으로 인한 연안 지역의 해안선 변화 및 연안 침식이 크게 문제화되고 있다. 연안 환경의 변화를 분석하는 방법에는 광파측거기를 이용한 해빈 측량, RTK-GPS를 이용한 측정, 항공사진 분석 등이 주된 연구 방법이지만 이러한 연구 방법으로는 미세한 지형 변화의 관찰은 어려움이 많았으며 세밀하고 정량적인 지형분석이 요구 되었다. 본 연구에서는 연구대상지역인 가곡천 하구부를 대상으로 지상 LiDAR를 이용해 장기간 정밀측량을 실시하였다. 자료를 바탕으로 가곡천 하구부의 부피와 면적을 비교분석하였으며, 해안선변화의 정량적 비교분석을 실시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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