KR101559488B1 - 연안지역 정밀 지형도 제작방법 - Google Patents

Abstract

연안지역 정밀 지형도 제작방법이 개시된다. 본 발명의 연안지역 정밀 지형도 제작방법는, a) 해당 연안지역의 수심과 지형을 측량하는 기간 중 파고 조위계를 포함하는 조위 측정수단을 이용하여 해당 연안의 조위를 측정하는 단계; b) 조사 선박에 자이로 센서를 구비한 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기를 설치하는 단계; c) 상기 조사 선박에 설치된 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기를 이용하여 해당 연안의 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동시에 측량하여 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻는 단계; d) 상기 자이로 센서의 자료를 이용한 데이터 처리프로그램을 이용하여 조사 선박의 움직임에 따른 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 단계; e) 상기 a) 단계에서 해당 연안 해양지역의 파고와 수심을 정밀 측량하여 얻은 조위자료를 이용하여 수심 테이터를 평균해수면 기준의 수심 데이터로 보정하는 단계; f) 상기 d)와 e) 단계에서 보정된 수심 데이터와 지형 데이터를 좌표 변환기를 이용하여 GRS80 타원체의 WGS84 경위도좌표와 표고값으로 변환하는 단계; 및 g) 상기 f) 단계에서 얻은 해당 연안지역의 3차원 정밀 지형 데이터에 국토지리정보원의 수치지형도의 데이터를 추가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 발명에 의하면, 조사 선박에서 연안의 수심과 육지의 지형을 동일 시간에 동시에 측량함으로써, 연안지역의 육지와 해양의 별도로 측량해야 하는 불편함이 해소될 수 있고, 수심데이터와 지형데이터를 별도로 얻어 이를 결합하는 작업이 삭제될 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

Description

연안지역 정밀 지형도 제작방법{METHOD FOR MANUFACTURING COASTAL FINE-GRID TOPOGRAPHICAL MAP}

본 발명은 연안지역 정밀 지형도 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연안지역의 해상에서 선박을 이용하여 육상표고를 측량함과 동시에 수심을 측정하여 두 자료를 실시간으로 보정함으로써 육도와 해도의 접합없이 연안지역의 정밀 지형도를 얻을 수 있는 연안지역 정밀 지형도 제작방법에 관한 것이다.

지구온난화에 따른 기후변화로 인한 해수면 상승과 태풍의 강도 및 발생빈도 증가는 연안에서의 태풍해일로 인한 침수범람 피해가 우려된다. 이러한 침수범람의 피해를 최소화하고 연안재해로부터 인명과 재산을 보호하기 위하여 침수범람지역을 정밀하게 예측하기 위해서는 연안의 정밀 지형도가 요구된다.

즉, 태풍해일로 인한 연안에서의 침수범람이 빈번하게 발생하고, 이러한 침수범람 지역을 정밀하게 미리 예측하여 피해를 줄이기 위한 수단이 절실하게 요구되었다.

이를 위해서 연안에서의 태풍해일로 인한 침수범람지역의 재해도(Hazard Map) 작성에 필요한 지형도는 국토지리 정보원에서 제작한 TM 좌표계의 1:5,000 지형도 또는 일부 지역의 1:1,000 지형도와 국립해양조사원에서 제작한 UTM 좌표계의 수치지도를 활용하고 있다.

그러나 이러한 자료들을 이용하여 우리나라 연안에서의 재해도 작성을 위한 정밀 지형도를 제작하기에는 자료로서 매우 부족하였고, 또한, 육상 지형도와 해상 수심도가 서로 다른 타원체의 좌표계를 사용함에 따라 육도-해도 접합에 어려움을 격고 있는 실정이다. 즉, 두 자료의 통합시에 정확도가 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

최근에 국토지리정보원은 기존에 제작된 지형도를 보완하기 위하여 항공 레이저 측량기(LiDAR:[0006] Light Detection And Ranging)를 이용한 육상 수치표고 모델(DEM:Digital Elevation Model)을 제작하고 있으며(국토지리정보원,2002), 국립해양조사원은 지속적인 수심측량과 해안선측량을 통하여 수치해도를 개선하고 있다.

그러나 육지와 바다가 연결되는 해변의 경우 별도로 정밀하게 측량된 지형 자료가 없어 육상의 고도자료를 부분적으로 이용함으로써 정확도가 현저하게 떨어지는 문제점이 있었던 것이다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 선행기술로서, 본원 출원인이 출원하여 등록된 대한민국등록특허 제10-1018624호(공고일 : 2011.03.03)에는 연안지역의 해도와 육도의 접합 정밀 지형도 제작방법이 개시되어 있다.

종래기술에 의한 연안지역의 해도와 육도의 접합 정밀 지형도 제작방법은, 레이저 측량기를 이용하여 해당 연안지역의 지형을 정밀하게 측량한 데이터와 해당 연안지역과 접한 해역의 수심과 평균해수면을 정밀하게 측량한 데이터를 좌표변환기를 이용하여 접합함으로써, 육지와 바다의 연결부의 정확도가 현저하게 향상된 정밀 지형도를 얻을 수 있었다. 그러나 이러한 정밀 지형도를 얻기 위해서는 레이저 측량기를 이용하여 해당 연안지역의 지형을 측정하고, 별도로 연안지역과 접한 해역의 수심과 평균 해수면을 측량한 후 이를 통하여 얻어진 데이터를 접합해야 하는 불편함이 있엇던 것이다.

대한민국등록특허 제10-1018624호(공고일 : 2011.03.03)

본 발명의 목적은, 연안지역의 정밀 지형도를 제작함에 있어서, 육도와 해도의 접합을 위한 별도의 육상 지피에스 측량이 불필요하고, 연안의 수심과 지형을 동일 시간에 측량하여 연안지역의 정밀한 지형도를 제작할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, a) 해당 연안지역의 수심과 지형을 측량하는 기간 중 파고 조위계를 포함하는 조위 측정수단을 이용하여 해당 연안의 조위를 측정하는 단계; b) 조사 선박에 자이로 센서를 구비한 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기를 설치하는 단계; c) 상기 조사 선박에 설치된 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기를 이용하여 해당 연안 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동시에 측량하여 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻는 단계; d) 상기 자이로 센서의 자료를 이용한 데이터 처리프로그램을 이용하여 조사 선박의 움직임에 따른 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 단계; e) 상기 a) 단계에서 해당 연안 해양지역의 파고와 수심을 정밀 측량하여 얻은 조위자료를 이용하여 수심 테이터를 평균해수면 기준의 수심 데이터로 보정하는 단계; f) 상기 d) 와 e) 단계에서 보정된 수심 데이터와 지형 데이터를 좌표 변환기를 이용하여 GRS80 타원체의 WGS84 경위도좌표와 표고값으로 변환하는 단계; 및 g) 상기 f) 단계에서 얻은 해당 연안지역의 3차원 정밀 지형 데이터에 국토지리정보원의 수치지형도의 데이터를 추가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연안지역 정밀 지형도 제작방법에 의해 달성된다.

상기 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기는, 수직선상에 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 연안지역의 정밀 지형도를 제작함에 있어서, 조사 선박에서 연안의 수심과 육지의 지형을 동일 시간에 동시에 측량함으로써, 연안지역의 육지와 해양의 별도로 측량해야 하는 불편함이 해소될 수 있고, 수심데이터와 지형데이터를 별도로 얻어 이를 결합하는 작업이 삭제될 수 있음으로써, 연안지역의 정밀한 지형도를 용이하고 신속하게 제작할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

또한, 이러한 정밀 지형도를 이용하여 연안에서의 태풍 해일로 인한 침수범람지역을 정밀하게 예측하기 위한 정밀 침수범람 수치모델 지형자료와 침수범람지역 재해도를 작성할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 연안지역 정밀 지형도 제작방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연안지역 정밀 지형도 제작방법으로 제작될 해운대 연안지역 정밀 지형도를 일부 도시한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 연안지역 정밀 지형도 제작방법을 설명하기 위한 개략적 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 연안지역 정밀 지형도 제작방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연안지역 정밀 지형도 제작방법으로 제작될 해운대 연안지역의 정밀 지형도를 일부 도시한 사진이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연안지역 정밀 지형도 제작방법은, 해당 연안의 수심과 지형을 조사 선박(10)에서 동시에 측량하여 육상에서 지형을 측량하는 번거로움을 제거한 방법이다. 이러한 연안지역 정밀 지형도 제작방법은, 해당 연안지역의 수심과 지형을 측량하는 기간 중에 파고 조위계 등을 포함하는 조위 측정수단을 이용하여 해당 연안의 조위를 측정하는 단계(S1)와, 조사 선박(10)에 자이로 센서를 구비한 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 설치하는 단계(S2)와, 조사 선박(10)에 설치된 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 이용하여 해당 연안의 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동시에 측량하여 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻는 단계(S3)와, 전술한 단계로 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터가 얻어지면 자이로 센서의 자료를 이용한 데이터 처리프로그램을 이용하여 조사 선박(10)의 움직임에 따른 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 단계(S4)와, 조사기간 중 파고 조위계 등으로 관측된 조위 자료를 이용하여 수심 데이터를 평균해수면 기준의 수심 데이터로 보정하는 단계(S5)와, 보정된 수심 데이터와 지형 데이터를 좌표 변환기를 이용하여 GRS80 타원체의 WGS84 경위도좌표와 표고값으로 변환하는 단계(S6)와, 전술한 과정에서 얻은 해당 연안지역의 3차원 정밀 지형 데이터에 국토지리정보원의 수치지형도의 데이터를 추가하여 연안지역 정밀 지형도를 얻는 단계(S7)로 이루어진다.

이러한 연안지역 정밀 지형도 제작과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 해당 연안지역의 수심과 지형을 측량하는 기간 중에 파고 조위계 등을 포함하는 조위 측정수단을 이용하여 해당 연안의 조위를 측정하는 단계(S1)를 수행한다. 조위를 측정하는 단계(S1)는, 해당 연안지역의 조위를 측량하여 수심 데이터 측량자료에서 조위를 보정하여 평균해수면 기준의 수심자료를 획득하기 위한 것이다. 이를 위해서, 해운대 해역에 파고조위계를 설치하고 수심 측량하는 기간을 포함하는 장기 조위 관측을 통하여 해운대 해역의 평균해수면을 산출한다. 파고 조위계를 이용하여 조위를 최소 30일 이상 장기 관측하는 이유는 해당 해역의 정밀한 평균해수면을 산출하여 수심 측량 기간의 조위를 평균해수면 기준의 수심 데이터로 보정하기 위한 것이다.

조위 측정이 진행될 때, 조사 선박(10)에 자이로 센서를 구비한 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 설치하는 단계(S2)를 수행한다. 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 설치하는 단계(S2)는, 1척의 조사 선박(10)에서 수심과 지형을 동일 시간에 동시에 측정하고 측량하기 위한 것으로, 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 조사 선박(10)에 설치한다. 이때, 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)는 수직선상에 배치될 수 있다. 즉, 하나의 설치용 폴(40)의 하부에는 멀티빔 음향측심기(30)를 설치하고, 폴(40)의 중간부나 상부에는 육상 레이저 측량기(20)를 설치하는 것이다. 그리고 조사 선박(10)은, 연안에 근접해야 하므로, 소형 선박, 수상오토바이, 고무보트 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

정밀 멀티빔 음향측심기(30)(MBES)는, 자이로 센서를 구비하여 해당 연안 해역의 수심을 측정하기 위한 것으로, 디지피에스(DGPS)를 구비하여 수심에 대한 위치 데이터도 같이 측정하게 된다. 이러한 멀티빔 음향측심기(30)는 자이로 센서를 구비하므로, 조사 선박(10)의 피칭이나 롤링에 의한 측정오차를 보정할 수 있다.

육상 레이저 측량기(20)는, 조사 선박(10)에서 육지의 지형을 측량하기 위한 것이다. 이러한 육상 레이져 측량기(20)는, 육상용 레이저 스캐너 시스템(RIEGL LMS-Z420i 이상의 성능)으로 고성능의 장거리 3차원 스캐너와 이와 연동된 고화질의 디지털 카메라(NICON-D20 이상의 성능)로 구성되어 있다.

이러한 육상 레이저 측량기(20)로 지형을 측량하는 기간 동안 촬영한 사진을 육상 레이저 측량기(20) 자료에 텍스쳐로 사용하기 위하여 측량 전에 레이저측량기와 디지털 카메라를 일치시키는 조정 작업을 선행한다. 육지의 지형 측량에 사용된 육상 레이저 측량기(20)는 최대 4km 이내의 지형을 1cm 이하의 정밀도로 지형을 측량할 수 있다.

육상 레이저 측량기(20)로 측량한 해변 지형자료는 측량기에서 발사된 다량의 레이저 파가 해당 지형에 반사되어 돌아온 반사파의 시간을 측정하여 측량지점으로부터 대상 해변의 상대적인 거리와 높이 값을 구하여 얻어진다.

전술한 과정으로 조사 선박(10)에 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)가 설치되면, 조사 선박(10)에 설치된 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 이용하여 해당 연안의 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동시에 측량하여 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻는 단계(S3)를 수행한다. 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻는 단계(S3)는, 해당 연안의 수심과 지형을 각각 별도로 측량하지 않고, 도 1에 도시된 바와 같이 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻기 위하여 1척의 조사 선박(10)에서 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 이용하여 해당 연안의 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동일 시간에 동시에 측량하기 위한 것이다.

이와 같이 조사 선박(10)에서 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)로 해당 연안의 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동시에 측량함으로써 수심과 육지의 지형을 각각 측량해야 했던 불편함이 제거될 수 있다.

전술한 바와 같이 조사 선박(10)에서 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)로 동시에 수심과 지형을 측량함으로써, 종래기술에 언급된 측량 기준점을 설치하고 육상 기준점에 지피에스 수신기(HAUCE-X90 2대)를 이용하여 정지측량을 하는 작업을 하지 않아도 된다. 즉, 조사 선박(10)에 육상 레이저 측량기(20)와 멀티빔 음향측심기(30)가 같이 설치되고, 멀티빔 음향측심기(30)와 함께 설치되는 디지피에스에 의한 자기 위치정보를 조사 선박(10)에 설치된 육상 레이저 측량기(20)에서 측량한 지형자료에 함께 사용할 수 있다. 이는 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)를 조사 선박(10)에 설치할 때 두 측량장비의 높이와 수평거리 차이를 알고 있기 때문이다.

전술한 단계로 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터가 얻어지면, 자이로 센서의 자료를 이용한 데이터 처리프로그램을 이용하여 조사 선박(10)의 움직임에 따른 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 단계(S4)를 수행한다. 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 단계(S4)는, 조사 선박(10)에서 멀티빔 음향측심기(30)와 육상 레이저 측량기(20)로 수심과 육상지역의 지형을 측량할 때, 조사 선박(10)이 파도에 의해 움직임으로써, 발생되는 수심과 지형의 측량오차를 보정하기 위한 것이다. 자이로 센서에서 측정한 조사 선박(10) 각속도 즉, 피치, 헤딩, 롤링과 같은 선박의 움직임 자료를 이용하여 수심 데이터와 지형 데이터를 보정한다. 정밀 멀티빔 음향측심기(30)(MBES) 측량 자료 처리 프로그램에는 자이로 센서자료 처리 프로그램이 기본적으로 내장되어 있으며, 상용 레이저 스캐너 시스템(RIEGL LMS-Z420i) 측량 자료에서 자이로 센서 자료를 보정하는 프로그램은 직접 개발하여 사용하거나 상용 프로그램(QINSy-Laser Scanning Software)을 사용한다.

전술한 단계(S4)에서, 데이터 처리프로그램을 통하여 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 작업이 완료되면, 전술한 단계(S1)에서 측정한 수심 측량시 관측된 조위자료와 해당 연안의 평균해수면자료를 이용하여 평균해수면 기준의 수심자료와 지형자료로 보정하는 단계(S5)를 수행한다. 전술한 단계(S3)과 단계(S4)로 보정된 수심 데이터와 지형 데이터를 좌표 변환기를 이용하여 GRS80 타원체의 WGS84 경위도좌표와 표고값으로 변환하는 단계(S6)를 수행한다.

이어서, 전술한 단계(S6)를 수행이 완료되면, 전술한 단계(S6)에서 얻은 해당 연안지역의 3차원 정밀 지형 데이터에 국토지리정보원의 수치지형도의 데이터를 추가하여 연안지역 정밀 지형도를 얻는 단계(S7)를 수행한다.

즉, ArcGIS와 같은 좌표변환기를 이용하여 단일화된 국토지리정보원 해운대 수치지형도와 육상 레이저 측량기(20)로 관측한 해운대 해변 정밀 지형도를 평균해수면으로 조위가 보정된 해운대 해역 수치해도 수심자료와 멀티빔 정밀 수심측량자료를 통합하여 정밀 지형도를 얻는 것이다.

이와 같이 조사 선박(10)에서 육상 레이저 측량기(20)와 멀티빔 음향측심기(30)로 수심과 육지의 지형을 동시에 측량함으로써, 해당 연안의 해도와 육도를 접합하는 작업을 별도로 하지 않아도 되고, 연안지역 해도와 육도의 경계가 오차없이 정확하게 연결될 수 있으며, 이러한 연안지역의 정밀 지형도를 토대로 정밀한 침수범람지역 재해도를 얻을 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 조사 선박 20 : 육상 레이더 측량기
30 : 멀티빔 음향측심기 40 : 설치용 폴

Claims (2)

1. a) 해당 연안지역의 수심과 지형을 측량하는 기간 중 파고 조위계를 포함하는 조위 측정수단을 이용하여 해당 연안의 조위를 측정하는 단계;
   b) 1척의 조사 선박에서 수심과 지형을 동일 시간에 동시에 측정하고 측량하도록 상기 조사 선박에 자이로 센서를 구비한 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기를 설치하되, 상기 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기는, 수직선상에 배치되도록 설치용 폴의 하부에는 상기 멀티빔 음향측심기를 설치하고, 중간부 또는 상부에는 상기 육상 레이저 측량기를 설치하는 설치하는 단계;
   c) 상기 조사 선박에 설치된 멀티빔 음향측심기와 육상 레이저 측량기를 이용하여 해당 연안의 해양지역의 수심과 육상지역의 지형을 동시에 측량하여 해당 연안의 수심 데이터와 지형 데이터를 동시에 얻는 단계;
   d) 상기 자이로 센서의 자료를 이용한 데이터 처리프로그램을 이용하여 조사 선박의 움직임에 따른 수심 데이터와 지형 데이터를 보정하는 단계;
   e) 상기 d) 단계에서 보정된 수심 데이터와 지형 데이터를 좌표 변환기를 이용하여 GRS80 타원체의 WGS84 경위도좌표와 표고값으로 변환하는 단계; 및
   f) 상기 e) 단계에서 얻은 해당 연안지역의 3차원 정밀 지형 데이터에 국토지리정보원의 수치지형도의 데이터를 추가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   연안지역 정밀 지형도 제작방법.
2. 삭제

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