다차원 공간정보를 이용한 시설물관리
Facilities Management Using Multi-Dimension Spatial Information
1)
최석근*ㆍ조의환**ㆍ이병용***
Choi, Seok KeunㆍJo, Ui HwanㆍLee, Byung Yong
要 旨
최신 다차원 공간정보기술은 대학 내의 수많은 시설들에 대한 효율적 시설물관리 지원업무, 사업비 예산편성 및 관리 등의 예산편성 의사결정지원업무, 그리고 입시홍보 등을 수행하는 자료로 그 중요성이 부각되고 있다.
따라서 본 연구에서는 대학의 시설물관리를 위한 다차원 공간정보를 구축하여 신규 건축예정인 건물에 대해 공간 활용을 극대화할 수 있는 최적의 입지를 선정하였으며, 대학 상징물 이전에 따른 적지분석, 외부 환경변화에 따른 경관분석 등을 수행하였다.
그 결과 시설물 계획․관리의 합리화로 인한 대학의 쾌적한 공간조성 및 체계적 종합발전과 예산편성 또는 집행 시 의 의사결정지원 등으로 중복투자방지와 예산절감 등의 효과를 극대화할 수 있는 것으로 나타났다.
핵심용어 : 의사결정지원, 적지
Abstract
The latest multi-dimension spatial information technology is emerging its importance as material for carrying out efficient facilities management’s supporting business about numerous facilities inside a university, budgeting decision-making supporting business such as operating expenses’ budgeting and management, etc. and admission advertisement, etc.
Accordingly, the present study selected an optimal location that can maximize spatial utilization of a building to be newly built by constructing multi-dimension spatial information for facilities management of a university, and executed a site suitability analysis according to transfer of a university symbol and a landscape analysis, etc.
according to external environment change.
As a result, it appeared that the effects such as prevention of duplicate investment and budget saving, etc. due to university’s comfortable spatial composition and systematic comprehensive development & budgeting or decision-making support in case of execution, etc. caused by rationalization of facilities plan & management can be maximized.
Keywords : decision-making supporting, optimal location
1. 서 론
최근 국토지리정보원에서는 기존의 수치지도 벡터 데이터로만 구축되던 지형공간정보구축사업에서 벗어 나 고정밀 DEM, 고해상도의 정사영상 등의 3차원 래 스터 데이터를 구축하는 다차원공간정보구축사업과 도 심지역을 대상으로 기존의 벡터 데이터와 정사영상 및 DEM, 3차원 모델링 기법을 이용하여 3차원 국토공간
정보구축사업을 추진하고 있다.
이와 같이 IT기술의 발전에 따라 실세계를 재현하는 기술은 급속히 발전하고 있으며, 측량 및 IT기술의 융 합을 통하여 시너지효과를 극대화 하고 있다. 특히, 종 래의 아날로그 방식은 실세계 위치와 공간정보를 간접 적으로 취득하였으나, LiDAR 측량은 직접적인 방법으 로 각종 공간정보 데이터를 취득하는 기술로 3차원 GIS, Cyber City건설, 도시방재 및 재해관리, 해안선조
2010년 1월 25일 접수, 2010년 2월 21일 채택
* 정회원ㆍ충북대학교 공과대학 토목공학부 교수([email protected])
** 교신저자ㆍ충북대학교 대학원 토목공학과 박사과정([email protected])
*** 충북대학교 대학원 토목공학과 석사([email protected]) 연구논문
로 부각되고 있다.
이러한 연구는 u-City 도시시설물관리 서비스모델 분 류체계 연구(한기봉외, 2009)와 지상 LiDAR 자료의 절토량 산정 실험(김종화외, 2009), u-City 도시지상시 설물 관리모델 구축 연구(김태훈외, 2008), 지능형 도 시 관리를 위한 지상시설물 분류 및 분석 연구(남상관 외, 2008), 수치지도와 LiDAR 데이터를 이용한 도시 지역건물 3차원 모델링에 관한 연구(이원희와 유기윤, 2003) 등 많은 연구가 수행되고 있다.
외국의 경우 2차 GIS 데이터와 다중분광영상을 이용 하여 LiDAR 데이터로부터 3차원 건물 재구성을 시도 하였다(Haala와 Brenner, 1999).
본 연구는 항공기에 멀티센서를 탑재하여 3차원 수 치표고모형 및 20㎝급 고해상도의 디지털정사영상을 동시에 취득할 수 있는 항공 LiDAR 기술을 이용하여 다차원 공간정보를 생성하고, 학내의 시설물관리 관련 업무에 적용하고자 한다.
이를 위하여 대학내의 신규 건축예정인 건물과 이전 예정인 구조물에 대해 시뮬레이션을 통하여 공간활용 을 극대화할 수 있는 최적위치를 결정하며, 대학 상징 물 이전에 따른 적지분석, 대학주변의 외부 환경변화에 따른 경관분석 등을 수행하고자 한다.
그 결과 시설물 계획․관리의 합리화로 인한 대학의 쾌적한 공간조성 및 체계적 종합발전과 예산편성, 또는 집행 시의 의사결정지원 등으로 중복투자방지와 예산 절감 등의 효과를 극대화하는데 그 목적이 있다.
2. 다차원공간정보
다차원 공간정보는 디지털 국토를 구축하는 과정에 서 수집되는 여러 형태의 정보를 의미한다. 다차원 공 간정보데이터는 3차원적 국토 통합분석이 가능한 만큼 행정서비스의 신뢰도 재고, 재해, 재난체계 고도화 등 에 많은 활용을 기대할 수 있다(국토지리정보원, 2007).
항공 LiDAR를 이용하여 얻은 3차원 공간 데이터는 레이저 스캐닝을 통하여 포인트를 획득 하는데, 이렇게 얻은 포인트는 X, Y, Z 의 3차원 좌표 데이터와 반사 강도를 가지고 있다. 항공 LiDAR 측량은 과거에 이미
고 있다.
3. 다차원 공간정보구축 및 적지분석
3.1 대상지역 선정
본 연구는 다차원공간정보에 대한 시설물관리에의 효율적 활용을 위하여 건축예정인 건물과 이전 예정인 구조물, 외부 환경변화 등이 발생되고 있는 충북대학교 를 대상지역으로 선정하여 연구를 수행하였고, 그림 1 은 대상지역의 영상이다.
연구대상 지역에 활용된 데이터는 항공영상과 항공 LiDAR 데이터 등 표 1과 같은 자료를 이용하였다.
항공사진으로 취득한 청주시 모자익 영상으로부터 대상지역의 경계를 설정하여 영상을 취득하였다. 그림 2의 (a)는 청주시 전체 모자익 영상을 나타낸 것이고, (b)는 전체 모자익 영상으로부터 대상지역 영상을 추출 한 것이다.
그림 1. 연구대상 지역 영상
항목 제원 항목
Image width 5,598 Pixel scale X Image length 7,449 Pixel scale Y Model left 240,134.577 Pixel scale Z Model top 348,613.736 Data type Model right 241,534.077 Block width Model bottom 346,751.486 Block length 표 1. 대상지역의 영상 데이터
(a) Mosaic 영상 (b) 대상지역 영상 그림 2. 정사영상 편집
(a) 원시데이터 (b) 분류된 포인트 그림 3. 포인트 분류
LiDAR point는 Bently 사의 TerraScan과 TerraModel 을 사용하여 편집하였다. 포인트 분류는 low point, ground point, vegetation, building point로 하였고, low point는 높이차가 큰 과대오차로 제거하였다.
3.2 DEM 및 DSM 제작
본 연구에서는 분류된 포인트를 이용하여 DEM과 DSM모델을 제작하였다.
DSM과 DEM을 생성하기 위하여 그림 5의 (a)와 같 이 대상지역의 분류된 포인트를 불러들여 그림 (b)와 같이 ENZ형식으로 다시 저장한다. ENZ형식의 파일은 지형, 식생, 건물 등의 포인트 분류 없이 모두 Default 값으로 저장된다.
create surface model을 실행한 후 대상 포인트를 ground로 설정하여 생성하고, display shaded surface 를 실행하여 DEM을 그림 4와 같이 생성하였다.
Thin point 후에 TerraScan에서 DSM을 만든다. 이 때 include outer boundaries는 no exclusion으로 하여 모델 생성 시 가장 가까운 포인트는 거리 제한 없이 연
그림 4. DEM 생성
그림 5. DSM 생성
결하도록 하였다. Surface 모델이 올바르게 생성된 경 우에 display shaded surface 메뉴를 실행하면 DSM이 생성된다. Surface 모델의 display shaded surface 메뉴 를 실행하여 그림 4와 같이 DSM을 생성하였다.
DEM과 DSM을 이용하여 높이, 종단면도, 횡단면도 등의 데이터를 획득하여 지형분석자료로 활용하였다.
DEM 데이터는 BTF, 영상은 CTF 파일로 변환하였 고, 변환된 데이터를 실시간 3차원 런타임 상용프로그 램에서 로드하여 3차원 그래픽 영상을 제작하였다.
3.3 3차원 모형제작
대상지역의 3차원 모형제작은 건물벡터를 추출하고, 추출한 벡터데이터를 이용하여 3차원 모델을 제작한 후 텍스쳐 매핑을 수행하였다.
본 연구에서는 빌딩 포인트를 이용하여 건물군의 벡 터를 형성하였으며, 추출한 건물 선형을 3D-Max에서 3차원 모델을 형성하여 텍스쳐 처리를 수행하였다. 텍 스쳐 매핑을 하기 위해 건물 벽면을 사진촬영 하였고, 렌즈 왜곡에 대한 보정을 통하여 텍스쳐를 제작하였다.
또한 대상지역인 대학교 내 주요 건물을 3차원 모델 링하였다. 전체 건물군의 형태를 건물 포인트를 이용하 여 3차원으로 조망한 후, 각각의 건물을 개별적으로 처 리하였다. 그림 6은 항공 LiDAR 데이터에서 추출한
그림 6. 건물군의 3차원 형상
(a) 매핑 전 모델 (b) 매핑 후 모델 그림 7. 건물 텍스쳐 메핑모델
빌딩과 그라운드 포인트를 이용한 대상지역 건물군의 3 차원 형상이다.
건물모델링을 위하여 벡터를 추출하고, 건물 규격화 를 위해 윤곽선을 직선화하여 서로 마주보는 선은 평행 하게 처리하였으며, 건물의 모서리는 90°를 유지하도록 하여 추출한 건물벡터를 수정하였다.
건물 벽면을 촬영하면 촬영방향 및 렌즈에 의한 왜곡 이 포함되고, 와핑에 의해 건물 벽면을 텍스쳐로 사용 할 경우 영상모형의 품질을 저하시키는 원인이 된다.
따라서 본 연구는 교내 134개의 건물에 대한 정사영 상으로 모델링한 건물에 텍스쳐 매핑을 수행하였고, 그 림 7은 매핑 전후의 건물 모형이다.
건물 모델링을 처음 SCN 파일에 로드시 건물위치는 화면의 중앙에 위치할 뿐 실제 건물 위치와 맞지 않기 때문에 이를 그림 8과 같이 정위치편집하였다.
모델링한 데이터에 식생를 추가하기 위하여 LiDAR 데이터 중 식생포인트만 xyz파일로 저장을 하였다. 이 xyz파일을 울트라에디트로 열면 x, y, z좌표값이 결정 되고, 이 때 수종은 =int(rand()*14)+1 이라는 함수를 넣어 14종 중에서 무작위로 입력한다.
모델링한 건물들의 데이터인 SCN 파일과 식생 데이 터인 tree 파일을 실시간 3차원 런타임 프로그램에 로 드하여 3차원 모형이 그림 9와 같이 제작되었다.
그림 8. 3차원 건물 모델 정위치 편집
그림 9. 대상지역의 3차원 모형
3.4 시설물관리업무 활용
본 연구에서는 내ㆍ외부 환경변화에 대한 계획수립 시의 정확한 공간정보를 제공함으로서 합리적인 계획 이 이루어 질 수 있는 자료제공을 위하여 연구ㆍ수행하 였다.
3.4.1 신ㆍ증축 시설계획 적지분석
건설계획하고 있는 연구센터는 너비70m, 폭20m, 면 적 1400m2, 6층 등의 규모로 두 곳의 후보지로 예정되 어 있으며, 이들 위하여 DEM, DSM 등을 제작하고, 일조권, 주차공간, 동선 등을 분석하였다.
주차공간을 분석한 결과 표 2와 같이 2안이 1안 보다 장애인주차 대수가 6대, 일반주차 가능 대수가 35대로 큰 차이를 나타냈다.
1안 2안
장애인주차 일반주차 장애인주차 일반주차
6대 53대 12대 88대
표 2. 1안과 2안의 주차 가능 대수
2009년 12월 22일 09시
2009년 12월 22일2시
(1안) 2009년 12월 22일 15시 (2안) 그림 10. 일조권 분석
그림 11. 연구센터 적지분석후의 모형
연구센터의 입지 1안과 2안에 대한 일조권 분석은 동 짓날을 기준으로 오전 9시부터 오후 3시 사이에 연속해 서 2시간 이상 햇빛을 받지 못하는 지를 분석하였다.
1안의 경우 일조권에 문제가 없지만, 주변 건물이 침 해받는 것으로 분석되었고, 2안의 경우 연구센터와 더 불어 주위 건물과 창업보육센터 모두 일조권 침해가 없 는 것으로 분석되었다.
분석결과 1안은 창업보육센터나 타 건물과의 접근성 이 용이하나 대학 정문과의 접근성이 떨어지고, 2안은 주변 건물과의 접근성, 주차 공간, 일조권 등에 좋은 것 으로 나타나 (2)안이 연구센터로서 적합한 것으로 분석 되었다.
3.4.2 대학 상징물 이전 적지분석
대학 상징물의 이전 계획에 따라 적지분석을 수행하 였다. 상징물의 3D 영상모형 구축을 위해 지상레이저 측량을 실시하였고, 정밀한 점군 데이터는 최대 350m
(a) 매핑 전 (b) 매핑 후
그림 12. 황소상 3D 모형
거리에서 초당 5,000 points의 3차원 좌표를 취득할 수 있는 Trimble GX 3D Scanner를 이용하여 취득하였다.
상징물의 3D 모형에 지상사진에서 취득된 실사 이미지 를 적용하여 그림 12와 같이 사실감과 현실감을 부여 하였다.
적지분석을 위하여 대학 내에 상징물이 위치 가능한 지역을 결정하고, 각 위치에 따라 대학의 심볼로서 상 징적인 의미를 나타낼 수 있는가, 주변 시설물과 공간 적으로 어우러지는가, 파손의 우려는 없는가 등으로 분 석하였다.
(a) 대학 본관 앞 (b) 중앙 도서관 앞
(c) 학생회관 앞 (d) 연못 앞
(e) 대운동장 앞 (f) 대잔디밭 그림 13. 상징물 이전 적지 동영상 분석
를 지니고 있으며, 공간적으로도 매우 우수한 것으로 나타났고, (b)의 도서관 정문 앞은 상징성, 공간적으로 도 우수한 것으로 나타났으나, 학생 활동이 많아 손상 이 발생할 수 있는 지역으로 분석되었다. (c)지역은 학 생회관 앞으로 상징적․공간적으로 우수하고, 학생 행사 가 많고, 통행이 많아 행사 방해와 파손의 우려가 있어 적지로서는 부족한 것으로 나타났다.
(d)의 연못 옆은 주변 경관과 잘 조화되고, 공간적 위 치로서는 우수한 것으로 나타났으며, (e)와 (f)지역은 공 간적으로나 주변경관 등 모두 미약한 것으로 나타났다.
3.4.3 외부 시설환경변화에 따른 경관분석
대학 주변의 시설변화에 따라 주변 경관이 변화되기 때문에 그에 대한 준비와 대책이 필요하다. 본 연구는 고가도로 건설에 따른 건설 후의 대학 경관 분석을 위 하여 3차원모델링을 수행하고, 동영상을 제작한 후, 경 관분석을 수행하였다.
고가도로 건설에 따른 경관분석은 외부에서 대학 방 향으로 나타나는 경관형태를 분석하였다. 분석결과 고 가도로 건설로 인하여 대학의 전체적인 규모가 축소되 어 위압감이 나타날 수 있고, 입체감과 조화감이 떨어 질 수 있는 것으로 나타났다. 반면 교통문제가 다소 해 소될 수 있고, 매연 및 소음, 진동 등의 면에서는 개선 될 수 있는 것으로 분석되었다.
그림 14. 3차원 모델링
경변화 대책수립 등 다양한 분야에 적용ㆍ활용할 수 있었다.
2. 신규 구조물 건설 시 입지 분석 결과 (1)안보다 (2)안이 지형 기복이 큰 것을 제외하고는 주차공 간은 41%, 일조권, 동선 등에 우수한 것으로 분석 되었다.
3. 상징물 이전에 따른 적지분석을 위하여 공간분석 을 수행하여 최적위치를 결정하였고, 주변 외부환 경변화에 따른 이미지 분석을 수행하여 그에 대한 대책 수립방법을 제시할 수 있었다.
참고문헌
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