항공레이저(LiDAR)측량
전 국토의 토지 이용 극대화 및 도시화에 따른 복잡한 시설물 관리의 필요성과 각종 개발 시 신속한 의사결정을 내리기 위해서는 항공레이저 측량과 같은 높은 정확도의 최신 측량 장비가 요구된다. 항공레이저측량은 항공레이저측량시스템(GPS안테나 및 수신기, 레이저거리측정기, INS 등)을 항공기에 탑재하여 레이저를 주사하고 그 지점에 대한 3차원 위치 좌표를 취득하는 측량방법이다. 현재는 국가기본도 수정 및 갱신 사업에 대한 성과품질과 경제성 향상 및 다목적, 다용도 개념의 지리정보 구축 등을 위하여 산악지가 많은 일부 지역을 대상으로 항공 LiDAR에 의한 국가기본도를 제작하는 등 높은 정밀도를 요구하는 측량에 이용되고 있다. 항공레이저측량 시스템은 지표에 있는 산이나 골짜기, 산림 등의 자연지형과 택지 및 도로, 빌딩이나 다리 등의 인공 지물로 이루어지는 지형지물을 항공기의 위치 및 자세가 정확하게 얻어지는 센서로부터 레이저를 발사하여 거리를 측정하고 그 수치를 측량좌표계등으로 나타낸 계측기라 할 수 있다.
LiDAR 원리
항공레이저측량은 항공레이저 측량시스템을 항공기에 탑재하여 레이저를 주사하고 그 지점에 대한 3차원 위치좌표를 취득하는 측량방법을 말한다. 항공레이저측량 시스템은 전자광학식 거리측정 기능과 빔 스캐닝 기능을 보유한 레이저거리측정장치와 거리를 측정한 레이저광이 언제(시간정보), 어디에서(위치정보), 어떻게(자세 정보) 발사되었는가를 구하기 위한 *GPS/IMU장치 및 각각의 기기를 제어하여 취득한 자료를 기록하는 기록제어 장치로 구성된다. 서버 시스템으로 비디오카메라, 디지털카메라 등이 사용 가능하다.
*GPS : 위치정보에 대한 실시간 취득이 가능하지만, 고속으로 이동하는 대상에 대한 단독측위에서는 정확도가 낮고, 잡음이나 위성전파의 누락 등으로 인해 위치 추정이 불가능한 경우도 있다.
*IMU(Inertial Measurement Unit 관성측정장치) : Rolling, Pitching, Yawing 등의 각속도와 가속도를 측정하는 기기이다. IMU로 취득된 고빈도의 관성 자료를 합성함으로써 위치 결정의 정확도나 빈도를 향상한다. IMU에서 시간의 경과 및 위치 이동으로 인해 발생되는 오차는 GPS를 이용하여 보정한다.
LiDAR 특징
1) 산림지대의 투과율이 높고 지상의 모든 대상물이 관측 가능하다.
2) 능선이나 계곡 및 지형의 경사가 심한 지역에서는 정밀도가 저하되고 수면 아래는 계측이 불가하다.
3) 광학시스템이 아니므로 날씨에 영향을 덜 받고 밤낮에 관계없이 촬영이 가능하다.
4) 항공사진측량에 비해 작업 속도가 신속하며 경제적이다.
5) 항공사진측량기법의 적용이 어려운 산림이나 늪지대, 지형도 제작에 유용하다.
LiDAR 구성
LiDAR는 크게 하드웨어와 소프트웨어로 구분되어 있으며 하드웨어에는 레이저 스캐너, INS, GPS, 영상을 촬영하는 디지털카메라로 구성되고 소프트웨어에는 분석, 통제, 항법용 시스템으로 구성되어 있다.
1) 레이저 스캐너 : 목표물에 갔다가 되돌아오는 시간을 측정하여 계산함으로 목표물들의 위치 좌표를 결정하고 비행 중 지표면을 스캔하여 지표면의 3차원 좌표를 갖는 점의 집합(Point cloud)을 획득한다.
2) DGPS : GPS에 의해 결정한 위치오차를 줄이는 기술로, 이미 알고 있는 기지점의 좌표를 이용하여 오차를 최대한 소거시켜 관측점의 위치 정확도를 높이기 위한 위치결정방식이다. 위성을 관측하여 각 위성의 의사거리 보정값(항법메시지, 항법력, 위성의 시계오차)을 구하고 이 보정값을 무선모뎀 등을 이용(실시간으로 보정된 의사거리를 송신)하여 이동국 GPS수신기(항공기)의 위치 결정 오차를 개선하는 위치 결정 형태를 말한다.
3) INS : 관성항법장치로서 레이저 스캐너의 자세 정보를 획득하며 DGPS의 보조자료로 활용된다.
자료해석처리 공정
먼저 항공기에서 관측된 GPS 자료 및 IMU 자료와 지상 GPS 기준국 자료를 결합하여 항공기 비행위치에 대한 좌표를 산출한다. 다음으로 IMU 자세각과 레이저로 계측한 거리 자료를 결합하여 각 레이저광의 수평 좌표값과 표고 값을 산출하여 점군을 생성한다.