KR102210344B1 - 3d 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법 - Google Patents

3d 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 제작 방법은, 현지조사 및 보완 측량을 위해 3D 스캐너를 이용하여 측량을 수행하고, 지형 및 지물을 포함한 지상정보에 대한 포인트 클라우드를 획득하는 단계; 포인트 클라우드를 기반으로 지형 및 지물을 구분하여 분류하는 단계; 분류된 지형자료를 토대로 포인트 클라우드를 이용하여 각각 고정밀 지형정보, 등고선 추출한 지형보완자료를 생성하는 단계; 분류된 지물자료를 토대로 지물을 판독한 공간정보를 포함한 지물보완자료 생성하는 단계; 항공사진을 기반으로 제작된 도화자료에 상기 지형보완자료 및 지물보완자료를 적용하여 편집 수행함으로써 수치지형도를 제작하는 단계를 포함한다.

Description

3D 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법{Method for producing digital topography using 3D precision scanner-based field survey and complementary survey}
본 발명은 3D 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수치지형도를 제작하는 과정에 있어 현지조사 및 보완측량 수행상 작업자가 직접 조사하는 방식에 의해 수치지형도를 보완하여 정확도가 향상되어 제작할 수 있는 3D 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법에 관한 것이다.
수치지형도는 위치정보와 공간정보를 전산시스템을 활용하여 디지털 형태로 수치화한 전자지도로서, 도로/교통, 관광, 웹 지도서비스 등 대부분의 지도에 기반이 된다.
수치지형도의 제작은 기준점 측량, 항공사진 촬영 및 항공사진 측량, 공간정보 전산화 등의 과정을 거쳐 제작되며, 대부분 항공사진을 기반으로 지상의 지형, 지물을 판독, 도화하여 제작된다. 이때 항공사진만으로는 판독이 어렵거나 지형, 지물, 지명에 대한 정밀 조사가 필요한 대상에 대해서는 지리조사 및 현지 보완 측량을 수행한다.
통상적으로는 도화자료 및 야장 등을 이용하여 작업자가 법정지명, 행정지명, 동리명, 부락명, 인공지물명 등을 조사하며 도화 과정에서 판독 및 묘사되지 못한 사항에 대해서도 측량장비를 이용하여 실측한다.
그러나, 이때 작업자는 측량된 도면 및 야장을 기반으로 현지 조사를 수행하기 때문에 작업자의 숙련도와 판단에 따라 조사 결과물의 품질에 차이가 발생할 수 있으며, 조사자료의 누락 및 조사방법의 불규칙성으로 인한 모호성(오판) 등이 발생할 수 있다.
또한, 현재 현지조사 시 조사자는 도화자료를 기반으로 만든 도면과 조사 대장을 활용하여 조사를 수행하며, 조사 근거는 대장과 도면에 표시된 자료를 통해서만 확인 가능하며 실질적인 검수근거자료는 남지 않는다.
현지조사 및 도화자료에 대한 검수결과 및 근거는 향후 국토지리정보원의 검수과정을 거치게 되는데 검수과정 상 공공 조사자는 실질적인 조사자료의 확인이 어렵고 현지조사 및 보완측량대상에 대한 전수조사가 불가능하기 때문에 일부 모집단을 추출하여 직접 현장 검수하거나 웹 지도 서비스의 로드뷰 등을 활용하여 검수를 진행하고 있으나, 상기 현장 검수상의 한계는 국가기본도의 근간이 되는 수치지형도에 불확실요소를 포함시킬 수 있어 개선이 반드시 필요한 부분이다.
따라서, 전술한 문제를 해결하기 위한 수치지형도 제작 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
공개특허공보 제10-2013-0004746호(2013년01월14일 공개)
본 발명의 목적은 수치지형도의 현지조사 및 보완측량의 문제점이었던 인력중심의 관측방법을 개선하고, 지도의 정밀성 및 정확성을 확보할 수 있는 기반을 마련하기 위해 설계 측량, 문화재 측량, 플랜트 측량 등 높은 정밀도에 활용되는 3D 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 제작 방법은, 현지조사 및 보완 측량을 위해 3D 스캐너를 이용하여 측량을 수행하고, 지형 및 지물을 포함한 지상정보에 대한 포인트 클라우드를 획득하는 단계; 포인트 클라우드를 기반으로 지형 및 지물을 구분하여 분류하는 단계; 분류된 지형자료를 토대로 포인트 클라우드를 이용하여 각각 고정밀 지형정보, 등고선 추출한 지형보완자료를 생성하는 단계; 분류된 지물자료를 토대로 지물을 판독한 공간정보를 포함한 지물보완자료 생성하는 단계; 항공사진을 기반으로 제작된 도화자료에 상기 지형보완자료 및 지물보완자료를 적용하여 편집 수행함으로써 수치지형도를 제작하는 단계를 포함한다.
상기 지형보완자료를 생성하는 단계는, GNSS 기준점 측량을 통해 획득된 지상정보에서 기준점 지반고를 추출하는 단계; 해당 지반고를 기준으로 한 지반고 포인트 클라우드를 적용하여 포인트 클라우드 지형을 분류하며, 지상객체(지물)를 제거하는 단계; 지반고 포인트 클라우드를 가공하여 메시를 생성한 후 해당 메시를 활용하여 고정밀 지형정보를 생성하고, 포인트 클라우드 기반의 등고선을 추출하는 단계를 더 포함한다.
상기 지물보완자료를 생성하는 단계는, GNSS 기준점 측량을 통해 획득된 지상정보에서 기준점 지반고를 추출하는 단계; 해당 지반고를 기준으로 한 지반고 포인트 클라우드를 적용하여 포인트 클라우드 기반의 지물 객체를 분류하는 단계; 3D 스캔 측량 당시 획득된 지상정보로부터 실관측된 해당 지물 이미지의 RGB값을 포인트 클라우드와 연계하여 지물을 판독하는 단계; 판독된 지물을 이용하여 공간정보를 점, 선, 면 단위로 생성하는 단계를 더 포함한다.
측량을 수행하는 3D 스캐너와 측량성과를 연계하도록 복수의 스페어볼을 설치하며, 판독 대상 지역 전반을 아우를 수 있도록 3D 스캐너와 스페어볼의 위치를 이동하며 측량을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 지형 및 지물을 분류시, 측량을 통해 획득된 여러 범위의 포인트 클라우드 및 RGB 값을 스페어볼의 위치를 기준으로 연계될 수 있도록 합성하고 도화자료와 연계할 수 있도록 좌표계를 조정하고 정위치 편집을 수행한 후 상기 지형 및 지물을 분류하는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 지형 및 지물을 분류시, 측량 당시 획득된 지상정보에서 동체(動體) 포인트, 판독에 불필요한 기타 포인트를 제거한 후 지형과 지물로 구분하여 분류하는 것을 특징으로 하는 수치지형도 제작 방법.
상기 수치지형도 제작 방법은, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 수행될 수 있다.
본 발명은 3D 스캐너를 이용하여 획득된 포인트 클라우드를 기반으로 지상정보를 지물 및 지형으로 구분하여 분류하고, 지형보완자료 및 지물보완자료를 생성하여 항공사진을 기반으로 제작된 도화자료를 보정하여 수치지형도를 제작함으로써, 수치지형도의 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
또한 3D 스캐너 및 복수의 스페어볼을 활용하여 판독 대상 지역을 확장할 수 있으며, 도로 뿐만 아니라 정밀 스캐너를 설치할 수 있는 모든 장소에서 현지 조사 수행 및 보완자료를 획득할 수 있는 이점이 있다.
또한, 현장 검수상의 한계로 인하여 국가기본도의 근간이 되는 수치지형도에 불확실요소를 포함시킬 수 있는데, 해당 한계를 개선함에 있어 본 발명이 3D 스캔 측량을 통해 획득된 포인트 클라우드를 활용하여 수치지형도를 제작함으로써, 관측범위 전체에 대한 형태 및 색상정보를 직접 확인이 가능하여 수치지형도의 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 제작 과정의 전체적인 개요를 나타낸 순서도이다.
도 2는 3D 스캐너를 이용한 측량 과정을 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포인트 클라우드(Point Cloud, 점구름) 기반 지형보완 자료 생성 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 포인트 클라우드 기반 지형보완 자료 생성 과정을 설명한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포인트 클라우드 기반 시설물 및 지물 보완 자료 생성 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 포인트 클라우드 기반 시설물 및 지물 보완 자료 생성 과정을 설명한 도면이다.
도 7은 3D 정밀 스캔 측량 성과를 예시적으로 보인 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 제작 과정의 전체적인 개요를 나타낸 순서도이며, 도 2는 3D 스캐너를 이용한 측량 과정을 설명한 도면이다.
우선, 현지조사 및 보완측량을 할 디지털 도화자료를 생성한다.
디지털 도화자료는 항공사진을 제작하고, 지상기준점 측량좌표를 적용한 후 디지타이징 과정을 거쳐 공간정보 속성 자료를 활용하여 생성된다.
이렇게 제작된 디지털 도화자료는 도화 과정에서 판독 및 묘사되지 못한 사항이 있기 때문에, 3D 스캐너 등의 정밀한 측량 장비를 이용하여 실측한 후 현지조사 및 보완측량 자료를 생성하고, 이를 도화자료에 편집 수행함으로써 최종적인 수치지형도를 제작할 수 있다.
이를 위해 도 1을 참고하면, 먼저 현지조사 및 보완측량을 수행할 지역에 대해 작업계획을 수립하고 GNSS 기준점 측량을 수행하여 측량점을 선점한다.
선점된 측량점에는 도 2에 도시된 바와 같이, 측량을 수행하는 3D 스캐너와 측량성과를 연계하도록 사용하는 3개 이상의 스페어볼을 설치하며, 판독 대상지역 전반을 아우를 수 있도록 3D 스캐너와 스페어볼의 위치를 이동하며 측량을 수행한다.
이후 측량을 통해 획득된 여러 범위의 포인트 클라우드 및 RGB(색상)값을 스페어볼의 위치를 기준으로 연계될 수 있도록 합성하고 도화자료와 연계할 수 있도록 좌표계를 조정하고 정위치 편집을 수행한다. 이때 포인트 클라우드 및 RGB값에 대한 합성 및 위치편집은 전용 소프트웨어를 활용한다.
정위치 편집이 완료된 포인트 클라우드는 도화 자료의 보완을 위해 목적에 따라 분류한다.
포인트 클라우드는 3D 스캐너를 통하여 3차원의 가시화된 형태로, 측량대상지역에 대한 지상정보를 대부분 획득하게 되며, 일련의 가공 과정을 거쳐 수치지형도 정확도 향상을 위해 활용하게 된다.
즉, 포인트 클라우드 기반으로 현지조사 및 보완측량 정보를 생성하고, 도화자료에 적용시켜 최종적인 수치지형도를 제작하는 것이다.
우선적으로 선행되어야 할 조건은 측량 당시 획득된 지상정보에서 동체(動體) 포인트, 판독에 불필요한 기타 포인트를 제거한 후 지형과 지물로 구분하여 분류하고, 해당 목적에 따라 포인트 클라우드를 사용하는 것이다.
지형 및 지물로 각각 분류하여 포인트 클라우드 기반으로 수치지형도에 적용할 보완 자료를 생성하는 과정은 후술하여 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포인트 클라우드 기반 지형보완 자료 생성 과정을 나타낸 순서도이며, 도 4는 포인트 클라우드 기반 지형보완 자료 생성 과정을 설명한 도면이다.
먼저 지형의 경우 GNSS 기준점 측량을 통해 획득된 지상정보에서 기준점 지반고를 추출하여 활용한다(S100).
해당 지반고를 기준으로 한 지반고 포인트 클라우드를 적용하여 포인트 클라우드 지형을 분류하며, 지상객체(지물)를 제거한다(S102, S104, S106).
또한, 지반고 포인트 클라우드를 가공하여 메시를 생성한 후 해당 메시를 활용하여 고정밀 지형정보를 생성하고, 포인트 클라우드 기반의 등고선을 추출하여 이 정보들을 포함하는 지형보완자료를 생성한다(S108, S110, S112).
고정밀 지형정보 및 추출된 등고선을 포함하는 지형보완자료는 미리 제작된 도화자료를 보정 및 편집하도록 적용시킨다(S112).
포인트 클라우드를 직접 활용하여 TIN(불규칙 삼각망)을 생성한 후 음영기복도를 제작하고 이를 통해 등고선을 추출하는 방법도 있으나, 수백만 개의 포인트 클라우드를 직접 활용함에 있어 시간적 한계를 가지므로, 본 발명에서는 상술한 방법을 사용한다.
포인트 클라우드 기반의 등고선은 항공사진 도화를 통해 생성한 등고선에 비해 보다 정확하고 지형적 표현이 유리하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포인트 클라우드 기반 시설물 및 지물 보완 자료 생성 과정을 나타낸 순서도이며, 도 6은 포인트 클라우드 기반 시설물 및 지물 보완 자료 생성 과정을 설명한 도면이다.
우선, 3D 스캔 측량에 의해 획득된 지상정보의 포인트 클라우드가 정위치 편집된 상태에서 기준점 지반고를 추출하여 해당 지반고를 기준으로 한 지반고 포인트 클라우드를 적용하여 포인트 클라우드 기반으로 지물 객체를 분류한다(S200, S202, S204).
지물 객체는 건축물, 수목, 교량, 표지판 등을 포함한다.
이후, 3D 스캔 측량 당시 획득된 지상정보로부터 실관측된 해당 지물 이미지의 RGB값을 포인트 클라우드와 연계하여 지물을 판독하도록 수행한다(S206).
즉, 형태, 속성 등에 따라 지상 시설물 및 기타 지물을 판독하고, 판독된 지물을 이용하여 점, 선, 면 단위의 공간정보를 포함하는 지물보완자료를 생성한다(S208, S210).
생성된 공간정보를 활용하여 공간정보에 대하여 적용하여 도화자료를 보완한다(S212).
도 6을 참조하면, 항공사진을 기반으로 한 도화자료의 경우 지상의 시설물 상부만 확인할 수 있기 때문에 시설물에 대한 층고, 형태, 실 존재여부 등의 파악이 어려운 문제가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 탑뷰 방식의 항공사진 상으로는 별도의 건물로 판독할 수 있으나, 실제는 패널 구조물인 경우의 예시처럼 항공사진을 기반으로 제작된 도화자료만을 활용하여 수치지형도를 제작하기에는 정확도의 신뢰성에 문제가 있기 때문에, 반드시 본 발명과 같이 현지조사 및 보완 측량 후 보완 자료를 토대로 한 수치지형도를 제작할 필요가 있는 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 수치지형도 제작 방법은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, SSD(Solid State Drive) 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
또한 본 발명에서 사용되는 컴퓨터 또는 컴퓨터 프로그램과 같은 구성은 이동통신 단말기의 형태가 스마트폰과 같이 변형되며, 컴퓨팅 파워가 획기적으로 커짐에 따라, 스마트폰 또는 스마트폰에서 실행되는 애플리케이션과 같은 의미로도 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 현지조사 및 보완 측량을 위해 3D 스캐너를 이용하여 측량을 수행하고, 지형 및 지물을 포함한 지상정보에 대한 포인트 클라우드를 획득하는 단계;
    포인트 클라우드를 기반으로 지형 및 지물을 구분하여 분류하는 단계;
    분류된 지형자료를 토대로 포인트 클라우드를 이용하여 고정밀 지형정보 및 등고선을 추출한 지형보완자료를 생성하는 단계;
    분류된 지물자료를 토대로 지물을 판독한 공간정보를 포함한 지물보완자료 생성하는 단계; 및
    항공사진을 기반으로 제작된 도화자료에 상기 지형보완자료 및 지물보완자료를 적용하여 편집 수행함으로써 수치지형도를 제작하는 단계
    를 포함하되,
    상기 지형보완자료를 생성하는 단계는,
    GNSS 기준점 측량을 통해 획득된 지상정보에서 기준점 지반고를 추출하는 단계;
    해당 지반고를 기준으로 한 지반고 포인트 클라우드를 적용하여 포인트 클라우드 지형을 분류하며, 지물을 제거하는 단계; 및
    지반고 포인트 클라우드를 가공하여 메시를 생성한 후 해당 메시를 활용하여 고정밀 지형정보를 생성하고, 포인트 클라우드 기반의 등고선을 추출하는 단계
    를 더 포함하는 수치지형도 제작 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지물보완자료를 생성하는 단계는,
    GNSS 기준점 측량을 통해 획득된 지상정보에서 기준점 지반고를 추출하는 단계;
    해당 지반고를 기준으로 한 지반고 포인트 클라우드를 적용하여 포인트 클라우드 기반의 지물 객체를 분류하는 단계;
    3D 스캔 측량 당시 획득된 지상정보로부터 실관측된 해당 지물 이미지의 RGB값을 포인트 클라우드와 연계하여 지물을 판독하는 단계; 및
    판독된 지물을 이용하여 공간정보를 점, 선, 면 단위로 생성하는 단계
    를 더 포함하는 수치지형도 제작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    측량을 수행하는 3D 스캐너와 측량성과를 연계하도록 복수의 스페어볼을 설치하며, 판독 대상 지역 전반을 아우를 수 있도록 3D 스캐너와 스페어볼의 위치를 이동하며 측량을 수행하는 것을 특징으로 하는 수치지형도 제작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지형 및 지물을 분류시,
    측량을 통해 획득된 여러 범위의 포인트 클라우드 및 RGB 값을 스페어볼의 위치를 기준으로 연계될 수 있도록 합성하고 도화자료와 연계할 수 있도록 좌표계를 조정하고 정위치 편집을 수행한 후 상기 지형 및 지물을 분류하는 것을 특징으로 하는 수치지형도 제작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지형 및 지물을 분류시,
    측량 당시 획득된 지상정보에서 동체(動體) 포인트, 판독에 불필요한 기타 포인트를 제거한 후 지형과 지물로 구분하여 분류하는 것을 특징으로 하는 수치지형도 제작 방법.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 수치지형도 제작 방법을 수행하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.

KR1020200084546A 2020-07-09 2020-07-09 3d 정밀 스캐너 기반 현지조사 및 보완측량을 활용한 수치지형도 제작 방법 KR102210344B1 (ko)

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