지형정보공학_9장 3차원위치해석_02

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

지형정보공학(2) 및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

3차원 위치해석

(2)

(Three-dimensional Positioning)

1

지형정보공학(2)및 활용

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강의목차

GPS측량(GNSS)

Ⅱ

LiDAR 측량(항공레이져측량)

UAV(drone)를 이용한 측량

Ⅳ

Total Stastion 측량(TS측량)

Ⅰ

Ⅲ

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도형정보의 분류

도형정보

(Graphic Data)

벡터데이터 (Vecter Data) 래스터데이터 (Raster Data) 수치지도 • 수치지도 Ver. 1.0 • 수치지도 Ver. 2.0 • 기본지리정보 주제도 • KLIS데이터 • 토지피복도, 토지이용도 • 국토환경성지도 항공사진영상 • 항공사진영상 • 정사사진영상 • True Ortho Photo

위성영상 • 중해상도 위성영상 • 고해상도 위서영상 • True Ortho Photo

차세대수치지도 : Smart Map • 연속데이터 : Seamless Data · 유비쿼터스GIS에 적합한 똑똑한 지도 • 융합지도 : 벡터+래스터+Surface · 다목적지도 : Multi Purpose

• 다축척지도 : Multi Scale · 객체기반지도 : Object Oriented

SURFACE 데이터 (Surface Data) 수치지도활용 DEM • GRID방식 • TIN방식 영상활용 DEM/DSM • 항공사진 및 위성영상 LiDAR DEM 및 DSM • DEM 및 DSM 생성 Point Cloud 데이터

(Point Cloud Data) LiDAR Point Cloud

• 항공/지상/드론LiDAR • MMS • LAS 데이터 • DSM/DEM/DBM 생성 CV 해석 Point Cloud • 드론영상 CV해석 • SfM해석시 생성

3

3

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Point Cloud 데이터 생성 방법의 분류

Point Cloud Data

LiDAR 기반

Point Cloud 데이터

지상LiDAR측량

MMS

드론LiDAR측량

항공LiDAR측량

수심 70m 까지

드론사진측량

CV 해석 기반 Point Cloud 데이터

해양LiDAR측량

(ALBathymetric)

점밀도 4~5점/m2 _{GSD(3cm)당 1점 Point Cloud}

DSM/DCM/DBM 생성

고품질 DEM/DTM 생성

3차원 모델링 및 시뮬레이션 생성

GSD당 1점 GSD당 1점

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Point Cloud 데이터 생성 방법별 특성

UAV 사진측량 Manual（2017.3착수) • 축척 : 250~500 • 식물：× • 나지：○ ・측량범위 : 촬영고도 150m 이내 ・GSD：대상물의 거리와 카메라의 특성 (Focus, Pixel)에 좌우 ・나지가 없는 경우 설계시 이용에 제약이 따름 UAV LiDAR 측량 Manual（2018.3 출판) • 축척 : 500~1000 • 식물：△ • 나지：○ ・측량범위(AGL)：촬영고도 30~150m ・점밀도：400점/㎡~4점/㎡（목적에 따라) ・하천 단면 작성시 유리 ・도심의 밀집지역이 아닌산림과 식물의 측량에 유리 항공 LiDAR 측량 Public Guideline <C.8> Manual（2019.4 세팅) • 축척 : 500~1000 • 지형도 및 DSM/DEM • 식물：△ • 나지：○ • 물：○（ALBathymetric:SHOALS） ・측량범위(AGL)：300m~2000m ・점밀도：4점/m2_{（1/500 )~1점/m}2_（1/1000） ・정밀측량이 요망되는 사이트에는 이용에 제약이 있음 ・도심의 밀집지역이 아닌 산림과 식물이 있는 지역의 측량에 유리 ・2018~2019년 ALB를 이용한 하천 단면 및 수심측량시도 지상 LiDAR 측량 (TLS) • 축척 : <500 • 실내 및 시설물측량 • 식물 : △ • 나지（급경사)：○ • 나지（완경사)：△ ・측량범위 : 수 미터 ~ 300m ・점밀도 : 100점/m2_{（10m범위）} ・정밀측량이 요망되는 사이트에 적합 ・레이져펄스가 수평으로 발사되므로 식물의 측정에는 부적합 Manual（2018.3 착수) ＭＭＳ (모바일매핑시스템) Manual > Public Guideline（2016.3） • 축척 : 500 정도 • 정밀도로지도 제작 • 식물：△ , 나지：○ ・측량범위 : 수 미터 ~ 300m ・점밀도 : 100점/m2_{（10m범위）} ・차량에 운행이 가능한 도로에서만 적용 TＳ(Total Station) Guideline (Site, 도로측량 등) • 모든 지형에서 적용가능 ・포인트클라우드 데이터를 얻을 수 없음 ・측량점이 증가하면 데이터를 설계에 활용 가능함 ・드론이나 MMS처럼 대상지의 면단위(3차원) 데이터 취득은 불가능 レ ー ザ ー 測 κ Ｘ

Point Cloud 데이터 측량 방법 Point Cloud 데이터 측량의 특성(도로, 하천, Site surveying)

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각종 Point Cloud 데이터 생성 시스템

UAV 사진측량

드론사진측량을 통한 현장 측량

UAV LiDAR 측량

드론LiDAR측량을 통한 산림조사

지상LiDAR(TLS)

지상LiDAR측량을 통한 도로 관리

해양LiDAR(ALB)

ALB을 통한 하천조사 및 수심측량

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Point Cloud 측량 시스템의 적용 범위

Metropolitan City A Town Neighboring_Towns 농경지 _녹지 산림

~0.01km2 0.01~0.2km2 ~10km2 10km2~

항공측량

항공 LiDAR

지상 LiDAR

측량방법

면 적

지역적인 조건

지상측량

UAV LiDAR

MMS

UAV사진

7

7

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스마트 건설과 Point Cloud 데이터의 연관성

조사/측량/정량화

(첨단센싱장비:

면계측

)

계획 및 설계

(면관리->3D설계)

시공

(ICT기반시공)

평가 및 유지관리

(ICT기반 평가/유지관리)

3D 고품질 디지털 데이터

면계측・면관리、3D 설계、ICT 기반 시공/평가/유지관리(생애주기) 전면 활용

GNSS 기반 자율조향 시공 (GPS+GLONASS+Geileo+Beidou) 지상 LiDAR+MMS+Drone +TS+GNSS -> 3D공간정보 선단위(2D)→면단위(3D)_{계획 및 설계} 첨단기술을 통한 시공평가 공간정보오픈플랫폼 활용 생애주기관리

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현장 측량 :

선단위

계측

(수치지도 등고선)

→

면단위

계측

(Point Cloud 기반)

미래 : 면단위 계측

(3D)

• 넓은 지형정보를

신속 ·정확

하게 구축

• 사람이

접근하기 어려운 지역

(극한지, 재난지역 등) 현장조사 용이

카메라 및 LiDAR 탑재 드론을 활용한 사업부지 지형 촬영 다양한 영상정보 및 Point Cloud Data를 활용한 3D 지형테이터 도출 인력 중심 현장 측량

• 시간·인력이 많이 소요 :

고비용 저효율

• 정확한 토공사 물량 산정이

어려움

:

부정확

• 수치지도 등고선 기반 2D :

선단위 계획

현재 : 선단위 계측

(2D)

사람이 측량 장비를 활용하여 부지 측량 (TS/VRS GPS) 현장측량 결과를 활용, 2D 지형도 작성 (수치지도 활용) 2D 지형도 작성·활용 드론 활용 자동 측량 3D 지형 모델링

9

9

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₁₁

LiDAR

(

Li

ght

D

etection

A

nd

R

anging)의

정의

항공기(비행기 또는 헬리콥터)로부터 지상을 향해 많은

레이저펄

스(70KHz)

를 지표면과 지물에 발사하여 반사되는

레이저펄스

로

부터

지표면의 높이 정보를 취득하는 기술

고밀도의 3차원 수치데이터

를 취득하는 새로운 자료취득기술

분류

:

항공, 해양, 지상, 위성 LiDAR 측량

유사용어

ALS :

Airborne Laser Surveying

ALS :

Airborne Laser Scanning

ALTM :

Airborne Laser Terrain Mapper

ALTMS:

Airborne Laser Terrain Mapping System

LiDAR 정의

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❖ 신속/정확한 3차원 지형 Data 생성 ⇒

전 세계적 도입 추세

❖

3차원 점 자료 + 수치영상

동시 취득 가능 ⇒

활용분야 확대

❖ GPS/INS

동시 취득

:

다양한 활용 기술의 발전

❖ 저렴하고 신속한 자료처리 가능 :

항측의 1/3 비용, 다음날 자료화

❖ 다양한 분야에 적용 ⇒

WTC 복구작업시, LiDAR 활용

LiDAR 측량의 특성

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₁₃

항공LiDAR측량을 통한 GIS DB 구축

GPS 위성

레이저 스캐너

기준점에 GPS

지상 기지국 설치

GPS/INS

X Y Z GPS

항공 LiDAR 측량의 원리

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LiDAR 데이터의 분광 범위

❖LiDAR 데이터의 전자파 스펙트럼

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₁₅

GPS

(기지국)

수평회전

전후회전

좌우회전

IMU

GPS

높이

경도

위도

LiDAR 원시데이터

항공 LiDAR 측량의 작업광경

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항공레이저측량시스템

(LiDAR)

구성도

• GPS : 촬영점 위치 정보 • INS : 카메라 회전각 정보 •Direct Georeferencing 표정(지상기준점 최소)

GPS/INS

를 이용한

항공사진촬영시스템

LiDAR

시스템

• 장비명 : Optech ALTM 30/70 • 레이져 펄스 : 70kHz • 촬영고도 :3,000m • 해상도 : 20cm간격(3~6점/m2₎

GPS

/

INS

대형 및 중형

디지털 항공

사진카메라

• 장비명 : 대형 및 중형 디지털항측카메라 • 영상크기 : 4,079*4,09화소(1화소 : 9 μm) • 사진축척 : 약 1/20,000(f=62~120mm) • 지상해상력 : 0.25m~0.40m

항공레이저측량시스템 개요

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작업계획 수립 항공 LiDAR측량 & 디지털 항공사진영상 촬영 원시자료 처리 조정, 필터링, 분류 AT계산, 정사영상 DSM/DEM및 등고선제작 모자이크 영상제작 데이터 검증 및 확인 3차원 입체정보 제작 LiDAR 데이터(점) 디지털항공사진영상 DSM 디지털항공사진영상 DEM 3차원 입체동영상

항공레이져측량 작업 흐름도

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디지털 카메라

레이저 센서

캠코더

(스캐너 하단)

(LiDAR 스캐너)

거울

모터

레이저

광학섬유

(Fiber Optics)

레이저 스캐너

⚫

항공기와 레이저 센서간의 거리 계산

⚫

펄스 형태의 레이저파 주사

-

DEM 분류 가능(1st~4th)

⚫

일정한 주사폭(swath width)을 가짐

-

레이저 펄스가 거울에 반사됨

-

광학섬유가 일정한 방향으로 레이저 펄스를 고정시킴

⚫

점밀도(point density) 조정 가능

LiDAR의 스캐너

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일차 반송(First return)

방출 레이저 파장

(Outgoing laser pulse)

2차 반송Second return

3차 반송 (Third return)

4차 반송 (Fourth return)

• 하나 이상의 반송 파장 (One or more return pulses)

• 각 반송 파장의 강도 (Intensity of each return pulse)

• 하나의 방출 레이저 파장 (One outgoing laser pulse)

1차반송 (수목상층) DCP 2차반송 3차반송 4차반송 (지표면) DEM 총 반 송 DSM

LiDAR자료의 다중 반송

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GPS 수신기

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GPS Time

X_1

Y_1

Z_1 I_1

X_2

Y_2

Z_2

I_2

221244.144000 31418046.34 4589845.53 234.37 12 31418047.94 4589846.50 241.33 12 221244.144040 31418048.50 4589846.63 238.18 113 31418048.49 4589846.62 238.13 113 221244.144080 31418048.94 4589846.71 235.00 128 31418048.93 4589846.70 234.94 128 221244.144120 31418050.46 4589847.40 235.49 119 31418050.45 4589847.40 235.47 119 221244.144160 31418050.33 4589847.10 229.16 13 31418052.09 4589848.19 237.07 13 221244.144200 31418052.75 4589848.35 233.74 22 31418052.74 4589848.35 233.70 22 221244.144240 31418054.21 4589849.01 234.01 134 31418054.21 4589849.02 234.02 134 221244.144280 31418055.39 4589849.52 233.52 168 31418055.37 4589849.51 233.44 168 221244.144320 31418056.19 4589849.79 231.30 114 31418056.18 4589849.79 231.26 114 221244.174440 31418060.64 4589849.80 226.80 26 31418063.51 4589851.60 240.53 26 221244.174480 31418059.49 4589849.29 226.91 168 31418059.49 4589849.29 226.89 168 221244.174520 31418058.98 4589849.20 230.58 143 31418058.98 4589849.20 230.56 143 221244.174560 31418057.99 4589848.81 231.96 68 31418057.98 4589848.80 231.91 68 221244.174600 31418056.99 4589848.38 232.69 156 31418056.98 4589848.38 232.66 156 221244.174640 31418056.08 4589848.02 233.89 188 31418056.08 4589848.02 233.89 188 221244.174680 31418054.87 4589847.47 233.69 111 31418054.86 4589847.46 233.63 111 221244.174720 31418053.76 4589846.98 233.94 224 31418053.76 4589846.98 233.95 224 221244.174760 31418052.47 4589846.38 233.38 172 31418052.46 4589846.38 233.34 172 221244.174800 31418051.63 4589846.06 234.83 192 31418051.63 4589846.06 234.84 192 221244.174840 31418050.54 4589845.56 234.67 155 31418050.56 4589845.58 234.75 155 221244.174880 31418048.35 4589844.39 229.63 42 31418050.39 4589845.64 238.64 42 221244.174920 31418048.49 4589844.63 234.36 47 31418049.71 4589845.37 239.69 47 221244.174960 31418048.50 4589844.81 239.00 119 31418048.49 4589844.80 238.96 119 221244.175000 31418045.54 4589843.16 230.24 20 31418047.45 4589844.31 238.47 20

21

높이값 반사강도 평면좌표

LiDAR의 레이저 펄스 원시자료

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(9장 3차원위치해석)

물 질 반 사 도 흰색 종이 재질 Up to 100 % 제재목 94 % 눈 80~90 % 맥주 거품 88 % 흰색 석조 85 % 석회, 점토 Up to 75 % 인쇄된 신문 69 % 팔랑거리는 휴지 60 % 낙엽수 60 % 탄화된 모래(마른) 57 % 해변모래, 사막의 나지 50 % 탄화된 모래(젖은) 41 % 침엽수 30 % 거친 나무 깔판(깨끗한) 25 % 부드러운 콘크리트 24 % 자갈이 섞인 아스팔트 17 % 화산암(용암) 8 % 검은색 합성고무 5 % 검은색 고무타이어 장애물 2 %

반사강도는 대상체에서 반사되어 스캐너에

도달한 레이저 강도와 송신된 레이저 강도의

비율로써 주로 대상체의 반사도에 의해 결정

됨

반사값

반사강도

(0.9μm 파장의 반사도)

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DEM

: 수목과 같은 자연지물과 건물 등의 인공지물을 포함하지 않는

지표면 자료

→

계획 및 설계시 활용

DTM

: 적당한 밀도로 분포하는 지점들의

위치 및 표고의 수치 정보

→

DEM과 혼용

DSM

: 수목과 건물 등의

인공지물을 모두 포함하는 지표면 정보

→

가장 복합적인 지형모델

DSM (Digital Surface Model)

수치표면모형(DSM)

수치표고모형(DEM)

수 목(DCM)

건 물(DBM)

DEM(Digital Elevation Model)

DTM (Digital Terrain Model)

Point Cloud 데이터로 생성된 수치지형모델

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디지털항공사진영상

수치표면모델(DSM)

레이저 펄스

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25

송전탑 건물 나 무 도로 전력선 아래의 지면 주차장 전력선

LiDAR데이터는

종단면과 횡단면

을 동시에

3차원으로

볼 수있음

LiDAR 데이터 특성(단면분석)

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

수치표면모델(DSM)

=지표면(DEM)+도로+건물+식생 등

디지털 영상과 같이 대상지역의

모든 지형지물

(지표면+인공물)

판별 가능

(가장 정확한 지형모델)

LiDAR DSM(수치표면모델)

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수치표고모델(DEM)

=DSM-(도로+건물+식생 등 인공물)

LiDAR 데이터에서 수목과 인공

물을 제외하고

지표면 데이터만

으로 제작된 지형모델

(기존 지형모델)

LiDAR DEM(수치표고모델)

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고밀도 등고선도

=DEM(음영기복도)+등고선(20cm간격)

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3차원도시모델

=DEM+DSM+DBM

LiDAR DATA의 전처리 과정

불량점 제거

순수 지표면 추출 :

DEM

식물군 추출 :

DCM

➢높이오차가 심한 점 (포인트군에서 0.1m이하, 2m이상) ➢ 중복되는 점 ➢지형의 특성(수렴각 6˚, 수렴거리1.4m) ➢ 수렴각과 수렴거리의 설정 값 변화 ➢ 주변건물의 특성(최대건물크기 : 60 m) ➢ 순수지표면으로 부터 높이값 ➢0.01~2m : Low Vegetation ➢2m 이상 : Midium Vegetation(건물포함)

건물 LAYER 추출 :

DBM

➢순수지표면에서 건물로 제외된 공간 ➢ Midium Vegetation에서 추출 ➢ 건물의 면적, 영역의 확장범위를 지정

도로 LAYER 추출

➢반사강도값을 이용한 추출 방법 활용

LiDAR 원시데이터

추출 LAYER의 정확도 검증

LiDAR DATA의 전처리 과정

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

31

불량점 제거 과정

• 주변 포인트 군에서

0.1m 이하 2m 이상

의 불량점 제거

추출된 불량점

❖ 불량점 추출

건물 LAYER 생성 공정 정립

순수지표면 포인트 추출 과정

• 수렴각(6도)과 수렴거리(1.4m)의

설정값 따른 순수지표면 변화

※

지형의 특성을 고려하여 적절한 조건 값

(최대건물크기,

수렴각, 수렴거리)

을 부여하여 순수지표면 추출

포인트가 없는 지역은

건물

등을 의미함

❖ 순수지표면 추출

건물 LAYER 생성 공정 정립

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

33

수렴각의 설정값에 따른 순수지표면 추출

❖ 수렴각(Iteration angle)의

설정 값에 변화를 주었을 때 순수지표면의 형상이 다름

❖ 또한

수렴거리(Iteration distance)의 설정 값이 너무 크거나 작아지면 건물이나 산 정상부의

지표면추출에 어려움

이 있음

수렴각 6°의 경우

수렴각 8°의 경우

수렴각 10°의 경우

❖ 순수지표면 추출

건물 LAYER 생성 공정 정립

수렴거리 변화에 따른 순수지표면 추출

수렴거리 1m의 경우

수렴거리 1.4m의 경우

수렴거리 2m의 경우

지표면 포인트가 건물을

덮은 모습

지표면 포인트가 산정상

부를 덮은 모습

❖ 순수지표면 추출

건물 LAYER 생성 공정 정립

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

35

❖ Surface model에서는 나타나지 않지만 건물부분이 지표면포인트로

덮이는 현상이 발생

수렴거리 1m의 경우

수렴거리 1.4m의 경우

수렴거리 2m의 경우

❖ 수렴거리의 값이 너무 크거나 작아지면 지표면포인트에 의해 건물이 덮

이거나 산정상부의 지표면추출이 어려워짐

수렴거리 변화에 따른 Surface model

❖ 순수지표면(DEM) 추출

건물 LAYER 생성 공정 정립

식생 포인트 추출

Low vegetation 추출

High vegetation 추출

❖ 식생 추출

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

37

건물 포인트 추출

추출된 건물 포인트

❖ 건물 LAYER 추출 : DBM

건물 포인트 추출시 설정값

❖ 최대 크기가 10,000m인 경우 건물포인트 추출 불가

❖ 건물 LAYER 추출 : DBM

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

39

LiDAR Point Cloud를 통한 건물 3D모델링

건물 포인트 분류

건물 외각선

벡터 자동 추출

건물 3차원 백터 생성

3D 모델 생성

건물 texture mapping

❖ 건물 LAYER 추출 : DBM 생성

건물 LAYER 생성 공정 정립

❖ DEM 추출

DEM SURFACE MODEL 생성 공정 정립

※

지형의 특성을 고려하여 최대 삼각형의 한변의 길이를

(건물등의 크기를 고려 )

을

부여하여 DEM 생성

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

41

❖ DSM 추출

DSM SURFACE MODEL 생성 공정 정립

❖

DSM은 불량점을 제외한 모든 포인트로 생성

❖

포인트를 defult값으로 변경후 지형 모델 생성

❖

500만점 이상의 DSM의 경우 Model keypoint로 생성

Point Cloud 데이터를 이용한 DSM 제작

Point Cloud 데이터를 이용한 DSM 제작

❖ DSM 추출

DSM SURFACE MODEL 생성 공정 정립

Dafult 형태

Model keypoint

형태

해양LiDAR(SHOALS)측량의 원리

RECEIVER FIELD OF VIEW

INCIDENT LASER PULSE SEA SURFACE SCATTERING AND ABSORPTION DIFFUSE BOTTOM REFLECTION ILLUMINATED BOTTOM REGION MEAN WATER NADIR ANGLE ILLUMINATED SURFACE AREA VOLUME BACKSCATTER RETURNING BOTTOM REFLECTED SIGNAL V E R T ICA L D E P T H SURFACE REGION IN RECEIVER FOV

❖ Red

파장대 :

수면에서 반사

blue, green 파장대

:

수면투과후, 바닥에서 반사

초기 Laser 펄스 수면반사 (Surface Return) 수심하 바닥반사 Bottom Return

해양조사용 LiDAR측량 원리

Time : 깊이

200~500m

고도

70 m 수심까지

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

SHOALS(Shallow water LiDAR) vs. Multibeam

• 얕은 해역 수심측량 가능

(~50m)

• 지형 + 수심측량 동시 가능

• 신속한 Data 취득 및 처리 가능

해안선 지역에서는

항공LiDAR측량

사

용이 최적

SHOALS에 의한 해안선 조사측량 방안

45

✓

해안선 3차원 디지털지도 제작

✓

해안선 표고량 변화 분석

✓

계절별 해안선의 변화량 분석

✓

해안 침식 관리

✓

보호구역 지정

✓

미등록 토지의 존재여부 파악

✓

연안관련 민원 및 행정업무에 활용

✓

항만입지조건 선정

✓

항만 계획 및 설계

✓

항만 3차원 디지털지도 제작

✓

해저지형 자료를 이용한 안전한 항로 제공

✓

3차원 항만 시설물 상태 확인

✓

해안 침수지역 분석 및 예측

✓

3차원 해안 침수도 제작

✓

재해 후 지형 및 구조물의 변화 제공

✓

기상재해 예측 시뮬레이션

✓

해안방재 및 해양오염 수치 모델링

✓

해안 자원 보호

해안선관리

해안재난관리

항만관리

우리나라 해안선 길이 :

1918년

17,269 km(조선지지) -17,361km

(현재)

해안선 측량의 필요성 및 활용분야

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

47

지상LiDAR측량에 의한 Point Cloud 데이터 생성

지상LIDAR측량 수행 목적

지상LiDAR측량시스템 특성

장비명

Optech ILRIS – 3D

점스켄 범위

3m ~ 1500m

( 약 800m )

점스켄 간격

5cm 당 1점씩

획득 포인트

2,500

(point/sec)

오차율

7 ~ 8mm

(100m당)

촬영 폭

수평 :

360˚,

수직 :

-90 ˚ ~ 90 ˚

❖ 광산의 채광지역은 사면 경사가 80°이상으로 항공레이

저측량만 수행시 사면의 LiDAR 포인트가 적어 정확한

지형모델링이 어려우며 토공량 산정 정확도 저하됨

❖ 고점밀도의 지상LIDAR측량 수행

❖ 향후 지속적인 모니터링을 위한 방안으로 적합

지상LiDAR측량을 이용한 광산 변화모니터링

채광에 따른 변화된 지형을 분석하기 위해 주 채광지역의 기준 경 계면을 생성

주 채광지역 지형변화분석

채광전 (2007년10월) 채광후 (2008년 8월)

•

잔차 DEM을 이용하여 10개월간 채광에 따른

지형변화분석

(

채광전 DEM – 채광후 DEM

=

잔차 DEM

)

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

지상 LiDAR측량에 의한 문화재 측량

디지털 지상사진 촬영(문화재 조사)

백제금동대향로

3차원모델링

지상 LiDAR 모델

링

지상 LiDAR측량장비

47

문화유적 발굴지 촬영 및 3D모델링

문화재 고건축물 3D구축 (융건릉)

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

14

문화재 3D 측량

✓문화재 시설물에 대하여

3D 모델링

정보를 구축

✓이를 기반으로 문화재 시설물에

입체적인 관리 체계

를 구축

❖

고정익 및 회전익 드론에

RGB카메라와 LiDAR를 융합

하여 드론 LiDAR측량 시스템 구성

❖

촬영영상은

컴퓨터비젼 해석

방법으로

Point Cloud/DSM/DEM/True Ortho Photo

생성

❖

드론 LiDAR 센서는

LiDAR Point Cloud 데이터 생성

하여

산림조사 및 스마트건설

등에 활용

DJI사의 MATRICE 600 PRO 드론

Pheonix사의 ALPHA AL3-32 LiDAR

Sony A6000 plus 카메라

9장

3차원 위치결정 (2)

: LiDAR측량

53

3D mesh Data :

Colada

MMS를 이용한 Point Cloud 데이터 생성

고해상도

영상과 동시에 고밀도 Point Cloud

을 취득할 수

있는

MMS(Mobile Mapping System),

세그웨이, 고패드

를 통해 건물 및 시설물 모델링과 자울주행차용 정밀도로지

도와 같이

고품질 면형데이터 생성

에 활용도가 극대화 되고

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

LiDAR 데이터의 건설분야 활용 특성

토목설계

에 있어 가장

불확실성이 높고, 소요 비용을 예측하기 어려운 공정은

토공

LiDAR데이터를

통해 작성된

DEM

을 이용하여

토공 정확도 향상

시공시 공사 대상지역 내에서

절토와 성토의 균형을 맞춤으로써 경제적인 이익

토공의 균형을 이루는 토공정규 용이

OK

대

체

LiDAR데이터

(지표면+식생+인공물)

식생제거

지표면 추출

기존 항공사진측량 지도

(나무오차발생)

No

• 기존 수치지도 (1m) • 나무높이보정 부정확

수치표고모델 생성(20cm)

(식생제거

, 정확한 등고선생성

)

등고선 생성

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

57

작업 방법 비교

(노선길이

50km인 경우)

• 비용이 비싸다 • 작업 기간이 길다 • 접근 불가능 지역 작업 곤란

단 점

• 단시간 대용량 데이터 취득 • 고 정밀 , 높은 정확도 • 데이터 처리의 자동화 • 작업 시간 단축 • 다양한 데이터 활용성 • 3차원 시각화 및 가시화 • 벡터지도 제작 가능 • 현행 각종 토목 설계기준

장 점

(고도1,200m일 때) • 수평 : 60cm이하 • 수직 : 20cm이하 (1/5,000사진축척)지도정확도 • 수평 : 80cm • 수직 : 2.5m(등고선)

정확도

•DEM, DSM, 디지털정사사진영상 • 반사강도지도, 종횡단도 • 고정밀등고선도, 음영기복도 • 유역경사도, 경사방향도 분석 등 •1/1,000 수치지도 • 항공사진 모자이크

성과물

1억 6억

비 용

2개월(원하면 즉시 가능) 7개월

작업 기간

항공레이저(LiDAR)측량

기존 항공사진측량

작업 방법

기존 항공사진측량과의 비교

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

규모에 상관없이

3D 현황측량

규모에 상관없이

3D 설계 데이터

규모에 상관없이

ICT 기반 시공

❖ 공통적으로 『

일상적 사용

』에 의한 건설 현장의 생산성 향상 ！

규모에 상관없이

3D 검사 및 유지관리

Point Cloud 데이터를 통한 건설분야 활용

모든 과정에

3D 데이터

활용

(Point Cloud데이터)

현황측량 계획 및 설계 시공 평가 및 유지관리

면단위 측량

→

현황파악의 정확성 확보

면단위 설계

→

3D설계을 통한 공정 효율성 확보

ICT기반 시공

→

공기단축 및 시공 정확도 확보

면단위 평가 및 유지관리

→

과학적인 유지관리

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

점군데이터

취득

점군데이터를

이용한 TIN

제약조건에

의한 TIN

경사변환점의 취득 과정

기존 방법(선단위 측량)

• 점과 점을 연결한 선형 대상물 표현

• 종·횡단면도 작성

• 수치지도 등고선도 이용

스마트 건설 (면단위 측량)

대상지 전체 계획평면도 대상지 계획횡단도 설계 CAD 데이터 편집 3차원 지표 모델 생성 3차원골조 생성 3차원 면 생성 계획 및 복원 계획 지형생성 수정된 새 지형으로교체 계획지형으로 교체 기존지형제거 기업도시 기존 지형모델 기존지형모델에 계획 지형모델 중첩

2D 설계 데이터의 3D 변환 과정

59

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

1/1,000 수치지도 DEM

LiDAR DEM

• 등고선간격의 차이 :

1m vs 20cm

•

산악부

: 지형의 섬세한 표현 차이

•

평지부

: 소로, 비닐하우스 등이 나타남

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

61

LiDAR DEM을 이용한

표고분석

• 대상지역면적 : 93,852 ㎡ • 최대표고 : 128.65m • 최저표고 :60.78m • 평균표고 : 84.79m

표고분석

110m 100m 90m 80m 70m이하 110m 이상 6.61 6,200 100~110m 5.07 4,754 110m 이상 21.13 19,826 80~90m 11.64 23.07 32.48 100 구성비(%) 10,928 21,656 30,488 93,852 면적(㎡) 90~100m 70~80m 70m 이하 합계 구분 • 사업부지는 윗 영상에서좌측이 낮고 우측이 높은 표고 분포를 나타내며, 건등산에 속하는 표고 90m이상의 부지는 약 20% 에 해당되고 약 55%의 부지는 평균표고 미만으로 구성됨

지형분석 :

표고분석

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

15.84 14,870 50% 16.14 15,153 30% 13.20 17.30 28.70 100 구성비(%) 12,387 16,230 26,939 93,852 면적(㎡) 40% 20% 10% 이하 합계 구분 • 대상지역면적 : 93,852 ㎡ • 평균경사각 : 16 °31”15.6’ • 평균경사도 : 31.31%

경사분석

60%이상 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

LiDAR DEM을 이용한

경사분석

지형분석 :

경사분석

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

63

대상지역 경사도 산정

(17도 지역)

구 분 LiDAR DEM(1mx1m 격자) LiDAR DEM(10mx10m 격자) 1/5천수치지도 DEM(10mx10m격자)

평균경사도

20。47、

17。32、

16。50、

LiDAR 1mX1m격자 DEM LiDAR DEM(10mX10m격자) 1/5,000 수치지도(10mX10m격자) DEM

A

A’

A-A’횡단비교 LiDAR DEM(1mx1m) LiDAR DEM(10mx10m) 수치지도 DEM(10mx10m) 수 목

수치지도DEM이 LiDAR DEM에 비해 표고가 2~5m높게 나타났으나, 경사도 는 기복이 완만하게 표현되어 LiDAR DEM에 비해1~4도낮게나타남

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

국토환경성지도를 이용한

환경성분석

절대보전 (1등급) 상대보전 (2등급) 완 충 (3등급) 소극적개발 (4등급) 적극적개발 (5등급) 12.72 11,933 5등급 23.82 22,358 3등급 5.10 32.82 25.54 100 구성비(%) 4,786 30,806 23,969 93,852 면적(㎡) 4등급 2등급 1등급 합계 구분

환경성분석 :

생태자연도/녹지자연도

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

65

LiDAR POINT를 이용한 식생분석

구 분 합 계 0.5m~5m 5m~10m 10m~15m 15m 이상 포인트수 29,484 17,852 6,208 5,185 239 구성비(%) 100 60.54 21.06 17.59 0.8 ◈ 0.5m ~ 5m ◈ 5m ~ 10m ◈ 10m ~ 15m _{◈ 15m 이상}

LiDAR

데이터를 통한 대상지

역의

나무높이를 분석한 결과

대상부지의 좌측에 대부분의

수목이 존재하며 전체 입목의

약

60%는 5m미만으로

나타

났으며, 15m이상의 수목은

0.8%

로 나타남

식생분석

: 나무높이분석

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

범례 (Legend)

1 에서(to) 5 m 5 에서(to) 10 m 10 에서(to) 15 m 15 에서(to) 20 m 20 에서(to) 25 m > than 25 m 벌목지 (Clear Cut) 벌목지 (Clear Cut) 벌목지 (Clear Cut)

산림관리 :

나무높이분석

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

67

수목상층(Canopy), z

₁

DCP(Digital Canopy Model)

수목하층(Understory), z

₂

순 지표면

(DEM)

(Bare Earth), z

₃

수목상층 부피(Volume of canopy)

= (z

₁

– z

₃

)

 수목상층 면적(canopy area in) m

2

수목상층 부피(Volume of

understory)

= (z

₂

-z

₃

)

 수목상층 면적

(understory area in) m

2

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

순 지표면 (Bare Earth) 나무 개체 (Individual Trees)

전체 형상 자료

(Full Feature Data)

나무 개체(확장)

(Individual Trees (expanded)) (Trees Classified by Height)높이에 따른 나무분류

전체적인 산림 분석 면적 : 4 km2 전체 나무 수 : 29,806 나무 높이 통계 : 평균 : 26.3 m 최대 : 53.9 m 최소 : 5.0 m 나무 높이 분포 : 5-15m: 2,655 15-30m: 15,981 > 30m: 11,160 나무 개체 분석 최소 나무의 높이는 5m로 설정. 높이 분류 : 5 – 15m 15 – 30m > 30m 나무 개체위치

산림 수직적 구조분석

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

69

전체형상

(Full Feature)

순 지표면

(Bare Earth)

산림경계

(Forest Boundaries)

합성 영상

(Draped Image)

토지이용현황 파악

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

도시개발행위(송전탑 위치분석)

LiDAR데이터를 통한 송전탑 분석(3D)

송전탑1

_송전탑2

송전탑3/4

원남교회

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

71

흥양교차로 부근 항공사진영상+노선도

도로 실시설계 적용 사례

A

A’

A

A

A’

시점부-교차로의 횡단면도

흥양교차로의 수치지도 DEM (1m) 흥양교차로의 LiDAR DEM(20cm)

교차로 사면의 표고가4m 이상 차이가 발생

터널종점부의

테이퍼 길이

에

영향을 미침

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

선형을 이용한 지형모델 제작

포인트를 이용한 지형모델 제작

도로설계의 3차원모델링

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

3차원 모델링 :

자동화 생성

3차원 계획선형

정사영상

3차원 시뮬레이션

73

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

동부순환도로 실시설계 적용 사례

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

송전선로 건설사업 활용 사례

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

송전선로 운영 시스템

라이다 수목 데이터

1/5,000 수치지도

1/1,000 수치지도

E: 185185.12 N: 434093.07 H: 136.93m

• 송전탑 상/하단 3차원 위치 좌표 및 높이 추출

• 위험지역(도로, 공사장, 수목, 학교 등) 거리 분석

E: 185185.12 N: 434093.07 H: 43.98m Tower length : 92.95m Tower length : 99.46m E: 185220.17 N: 434428.56 H: 177.18m E: 185220.17 N: 434428.56 H: 77.72m

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

송전선로 건설사업 활용 사례

77

사업대상지 3차원 동영상

※높은 고도 동영상

※낮은 고도 동영상

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

남부종합시장 세경1차아파트 중앙웨딩타운 남부종합시장사거리 삼성화재 대성아파트 현대아파트 원흥아파트 원주국민체육센터 원주의료원

LiDAR

DSM

을 이용한 하수관로 매설

도로변 지장물 분석

하수관거정비 사업(BTL)

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

79

수치지도 1m 침수

수치지도 2m 침수

수치지도 3m 침수

수치지도 5m 침수

LiDAR 데이터 1m 침수

LiDAR 데이터 2m 침수

LiDAR 데이터 3m 침수

LiDAR 데이터 5m 침수

LiDAR 데이터 LiDAR 데이터

수치지도 _수치지도

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

3차원 침수모델링 및 침수흔적도 작성

• 3차원 모델을 통한 대상지역의

침수 모델링

및

홍수위험지역을 예측할 수 있음

3차원 침수흔적도 작성

3.0m 이상 지역 2.5m ~ 3.0m미만 지역 2.0m ~ 2.5m미만 지역 1.5m ~ 2.0m미만 지역 1.0m ~ 1.5m미만 지역 0.5m ~ 1.0m미만 지역 0.0m ~ 0.5m미만 지역 침 수 심 구 분 침 수 심

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

81

광산지역의 LiDAR DEM 및 DSM

광산지역의

DEM

광산지역의

DSM

노천광산 복원계획

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

노천광산 복원계획을 위한 지상레이저측량 수행

지상레이저측량 수행 목적

지상레이저측량시스템 특성

장비명

Optech ILRIS – 3D

점스켄 범위

3m ~ 1500m

( 약 800m )

점스켄 간격

5cm

획득 포인트

2,500

(point/sec)

오차율

7 ~ 8mm

(100m당)

촬영 폭

수평 :

360˚,

수직 :

-90 ˚ ~ 90 ˚

• 광산의 채광지역은 사면 경사가 80°이상으로

항공레이저측량만 수행시 사면의 LiDAR 포인트가

적어 정확한 지형모델링이 어려우며 토공량 산정

정확도 저하됨

• 향후 지속적인 모니터링을 위한 방안으로 적합

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

83

항공 및 지상 LiDAR DATA 합성

항공 및 지상 LiDAR 데이터 합성

노천광산 복원을 위한 항공 및 지상 LiDAR 데이터 합성

+

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

원주1 원주2 원주3 원주4 원주5 원주6 원주7 원주8 원주9 원주10 원주11 원주12 원주13 주산교 봉장교 북원교 봉학교 봉평교 개봉교 변영교 대평교 관설초교 판부면사무소 명륜초교 원주중학교 학성초교 하수종말 처리장 하수종말 처리장 호저대교

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

85

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

LiDAR 데이터에 의한 DEM Surface Model

원주3 원주4 원주5 원주6 원주8 원주9 원주10 원주11 원주12 원주13 원주1 원주2 원주7

3차원 음영기복도

시 점 부 확 대

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

주황색 지역은직접적인 침수지역은 아니지만홍수 수위보다 높이가 낮은 지역으로 침수위험이 있는 지 역임 연두색 지역은홍수수위보다 높은 지역이지만 사방이침수지역으로 둘러싸이게되어고립될 수 있는지역임 붉은색 지역은홍수수위에 따라 직접적인 침수되가 발 생되는 지역임

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

87

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

원주천 1지역 지형단면비교

NO. 0 NO. 1 NO. 2 NO. 3

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

89

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

홍수위 : 88.26m 홍수위 : 88.57m 홍수위 : 89.69m 홍수위 : 89.72m

설계빈도별 홍수위 경계선 생성

50년빈도홍수위 3차원 모델링 200년빈도홍수위 3차원 모델링

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

50년빈도홍수위 3차원 모델링 200년빈도홍수위 3차원 모델링

원주천 1지역 3차원 모델링

91

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

주산교 봉장교 북원교 봉학교 봉평교 개봉교 변영교 대평교 관설초교 판부면사무소 명륜초교 원주중학교 학성초교 하수종말 처리장 하수종말 처리장 호저대교 원주2 원주1 원주3 원주4 원주5 원주6 원주7 원주8 원주9 원주10 원주11 원주12 원주13

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

200년빈도 (하)

50년빈도 (상)

정사영상+설계빈도별 홍수위경계선

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

DEM/DSM

(DEM) (DSM)

원주천 복원 계획 대상지역의 DEM

원주천의 설계빈도별 홍수위 모델링

93

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

원주천 복원 계획에 따른 3차원 모델링

2차원 설계자료

3차원으로 변환된 설계

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

원주천 복원 계획에 따른 3차원 모델링

원주천 복원 계획을 반영한 3차원 모델링

개발 전 개발 후

95

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

원주천 복원 계획에 따른 3차원 모델링

수문해석 결과를 반영한 3차원 모델링

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

100

원주천댐 3차원모델링

원주천 상류인

판부면 신천리

에

홍수조절용 원주천댐

건설

항공레이져측량 성과와 댐 설계도를 융합

하여 개발전^후의

3차원 모델링

수행

개발전의 3차원모델링

개발후의 3차원모델링

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

99

UAV의 개념 및 특성

• 조종사 없이

전파의 유도

에 의해 조종할 수 있는 비행기나 헬리콥터 모양의

무

인항공기

(Unmanned Aerial Vehicle)

를 말하며,

고정익(fixed-wing)과 회

전익시스템

으로 분류

• 낮게 웅웅거리는 소리가 난다하여

드론(Drone)

이라고도 함

• 최초의

UAV시스템은 군사적인 목적이 주

가 되었으나, 최근에는

민간활용을

중심으로 급격히 발전

하고 있음

• 드론은 주로 배터리와 전기모터를 동력으로 하고 여러 개의 프로펠러

로 움직

이는

전동 회전익 멀티콥터

를 가리킴

• UAV는

오토파일럿

(Auto Pilots : 비행기를 사람의 손이 아니라 기계 장치에

의해 자동으로 조종하는 시스템)과

데이터 링크

(Data link : 지상 통제 시스템

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

드론사진측량의 특성

최근 민간용 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)의 시장이 확대

민간용 UAV에는

고정익(fixed wing) 드론

과

회전익(rotary wing) 드론

으로 분류

고정익 드론은 비행속도와 빠르고 촬영고도가 높은 장점이 있으나, 기상에 취약하고

다양한 촬영이 어렵고 회전익드론에 비해 상대적으로 고가인 단점이 있음

저가형 회전익드론을 통한 다양한 활용분야가 연구되고 있음

기존의 회전익드론을 활용한 사진이나 동영상 촬영에서 더나아가

드론을 활용한 매핑 및

고품질 지형공간정보 취득

이 광범위하게 시도되고 있음

드론으로 촬영된 영상을 해석할 수 있는

SfM 번들조정법

과 stereo vision에서 활용하는

SGM(Semi Global Matching)방법

을 통해

Point Cloud, 정사영상, DSM, 3D 모델링

이 편리해짐

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

101

드론사진측량의 특성

회전익 드론(Rotor-type Drone)을 활용한 자료 취득의 특성

고정익 드론에 비해

저가

이며, 드론 관련

각종 규제에 적응하기 용이

함

촬영계획 및 데이터처리

가

쉬우며

,

Point Cloud/정사영상/DSM/3D 모델링

등 다양한

output 생성 가능함

- agisoft PhotoScan, Pix4D, OpenDroneMap 등

자동호버링

,

vision positioning system

,

충격방지센서

등의 장착으로

조정성이 좋아 수

직촬영 및 다양한 수평촬영

(way point방식, POI 방식, follow me 방식 등)

이 가능

함

Log 파일을 이용한

자동촬영을 통해 동일한 위치에서 시계열 영상 취득이 가능

함에 따라대

상물의 상태 파악은 물론

시간에 따른 변화 모니터링에 활용

가능 :

공간정보오픈플랫폼

- 환경 및 생태 모니터링

- 노천광산 모니터링

- 재해복구 모니터링

- 주요 대상물의 변형 모니터링

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

UAV 측량 시스템 구성

드론 및 해석 S/W 종류

미국 3D Robotics(회전익)

중국 DJI(회전익)

해석 S/W

스위스 SenseFly(고정익)

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

103

회전익 드론의 주요 제원

자료 취득을 위한 회전익 드론 및 비측량용 카메라의 주요 제원

구분 내용 제조사 DJI (중국) Inpire1 V2 날개길이 34cm 중량 2935g ( 배터리 포함 ) 베터리 22.2 V, 4500mAh 항공시간 약18분 순항 속도 22m/s 이착륙반경 약 1m 구분 내용 제조사 DJI (중국) ZEMUSE X3 초점거리 3.6mm

센서 Sony EXMOR (1/2.3″type) 데이터 형식 사진 : JPEG, DNG

동영상 : MP4, MOV 이미지 크기 4000 x 3000

화각 94°

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

회전익 드론의 비행원리

드론의 비행 원리

❖ 회전익 드론의 경우 날개의 개수에 따라

쿼드콥터(4), 헥사콥터(6), 옥타콥터(8)

로 나

뉘어 지며 헬리콥터부터 멀티콥터까지 회전익기의

프로펠러는 모두 짝수

❖ 날개가 짝수인 이유는

작용-반작용 원리

때문

❖ 헬리콥터와 새 등

하늘을 나는 모든 비행체에 적용되는 힘 역시 짝수

-

양력(lift)

: 위로 들어올리는 힘

- 추력(thrust) : 앞으로 밀어내는 힘

- 항력(drag) : 공기가 뒤로 끄는 힘

-

중력(weight)

: 지구가 당기는 힘

❖ 메인 프로펠러가 공기를 휘저어 일으키는

양력이 중력보다 크면 동체가 떠오르고

프로펠러를 회전시키는

로터를 앞으로 기울이거나 프로펠러의 각도를 조절하면

추력

이 발생됨

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

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105

회전익 드론의 비행 원리

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

X, Y, Z 방향의 회전량은 비행체의 자세정보를 나타냄

(INS 정보)

X, Y, Z 방향의 회전량 =

Omega, Phi, Kappa

=

Roll, Pitch, Yaw

상용 사진측량 S/W를 이용한 공간정보 제작 및 항공 정사영상 제작 성과품 납품에 Omega, Phi, Kappa 사용

UAV 전용 S/W를 이용한 공간정보 제작 시

Roll, Pitch, Yaw

사용

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

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107

회전익 드론의 자료 취득을 위한 촬영계획

PIX4D 사의 PIX4D Capture (스마트폰 App)를 이용한 촬영 계획 수립

촬영 대상지역 선정 및 기상 정보 조사 - DJI 사의 inspire1 모델은풍속 최대 10m/s까지 비행 가능 - 우천시 비행 불가 비행 계획 수립 촬영 고도 지정 - DJI의 팬텀 및 Inspire 시리즈는 조종기 위치에서 부터 고도 150m 까지 연직 상승가능 -DSM/DEM 정보 연동을 지원하지 않아건물, 식생 등의 높이를 고려하여 조종자가 촬영고도를 지정해야 함 촬영 고도 지정 단 방향 촬영 범위 지정 : 2회 촬영으로 cross 촬영 비행 시작시 기체의 위치가 이착륙 지점으로 자동 설정됨 비행 코스 입력 기체가 비행 코스에 맞춰 비행하는가 파악할 것 비행 신호 송수진이 잘 되는지 파악할 것 비행 상황 파악

회전익 드론의 촬영 계획

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

회전익 드론의

전용 촬영계획 S/W

PIX4D 사의 PIX4D Capture App을 이용한

드론 자동 비행 및 항공사진 촬영

PIX4D 사의 PIX4D Capture App에 로그인 후 사용 가능

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

109

PIX4D Capture App을 이용한

자동 비행

PIX4D Capture App에 로그인 후

GRID MISSION 선택

촬영고도, 촬영범위, 비행 속도, 카메라 각도, 중복도

설정

선택 촬영고도 설정 내 위치로 화면 이동 배경 영상 변경 (위성영상/벡터 이미지) 촬영 범위 설정 비행속도, 카메라 각도, 중복도 설정

회전익 드론의 촬영 계획

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

PIX4D Capture App을 이용한

자동 비행

촬영 범위가 너무 넒은 경우나 촬영 고도가 낮거나 높은 경우

경고 하기 위해 위험도에 따라 노랑

색, 빨간색으로 표시 됨

노랑색은 비교적 위험

,

빨간색은 매우 위험

하다는 뜻이며, 이 경우 자동 비행이 불가능 함

촬영고도가 낮거나 높음을 High, Large 등으로 알려주는 경고 창 촬영 위험성을 색으로 표현(녹색:비행가능, 노랑색:위험, 빨간색:매우위험)

회전익 드론의 촬영 계획

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

상지대학교 지형정보연구센터

111

PIX4D Capture App을 이용한

자동 비행

Start 버튼을 누르면 자동비행 시작

3초 이상 누르고 있을 것

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

PIX4D Capture App을 이용한 자동 비행

비행 도중

현재 촬영 중인 위치를 실시간으로 확인

할 수 있음

배터리 부족 등의 이유로

Mission을 중지하고 착륙지점으로 돌아오게 할 수 있음

촬영 완료 후 촬영된 사진을

PIX4D Cloud 및 스마트폰에 전송

가능

Mission 중지 후 착륙지점으로 돌아오게 하는 버튼 촬영 완료 후 PIX4D Cloud 및 스마트폰에 사진 전송 가능

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

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113

DJI Inspire1 비행 및 촬영 실험

호버링 실험 동영상

비행 실험 동영상

동영상 촬영 실험

드론 영상 촬영 실험

회전익 드론의 비행 및 촬영

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

DJI inspire1과

PIX4D Capture App을 이용한 자동 비행 및 촬영

대상지역 촬영을 위한 비행 코스 지정 : PIX4D Capture App은 교차촬영 기능을 지원하지 않으

므로 단방향으로

2회 촬영하여 교차 촬영된 항공사진영상

취득

촬영을 위한 비행고도는 조종기 기준으로

연직 100m 상공, 사진의 중복도 80%

횡방향 코스 종방향 코스 비행 조건 설정

회전익 드론의 비행 및 촬영

지형정보공학(2)및 활용

(9장 3차원위치해석)

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115

항공사진 촬영 및 취득

DJI inspire1과 PIX4D Capture App을 이용해 자동비행 및 촬영된 항공사진영상