개념 한 쪽
항공라이다(LiDAR)는 항공기에 레이저 펄스를 발사해 되돌아오는 시간을 측정하여 지표의 3차원 좌표를 얻는 능동 센서 기술이다. LiDAR는 반사강도와 파형 정보를 함께 제공하여 점군 기반의 DEM(수치표고모델)과 지형·구조물의 3차원 형상을 생성하는 데 핵심 데이터가 된다. LiDAR의 원리와 산출물, 장단점 및 항공사진과의 차이를 이해해야 관련 문제를 정확히 풀 수 있다.
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출제기준 단원 「수치표면/지면자료」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| LiDAR의 원리와 한계 판단 | 1 | 라이다의 능동성·빛의 특성으로 지하 탐지 불가를 구별하기 |
| LiDAR 산출물 구분 | 1 | 라이다가 제공하는 데이터와 레이다 영상의 차이를 가리기 |
| 항공사진 촬영간격 계산 | 1 | 종중복도 등 조건으로 노출점 간 소요시간을 계산하기 |
항공라이다는 스스로 빛을 쏘는 능동센서로 레이저 펄스의 왕복시간으로 각 반사점의 거리와 위치를 산출한다. 이로써 반사점의 X, Y, Z 3차원 좌표가 기본 산출물이 되며, 각 반사점의 반사강도(intensity)와 되돌아온 신호의 파형(waveform)도 함께 기록된다. 이러한 점군 데이터로 수치표고모델(DEM)이나 지형의 3차원 형상을 만들 수 있다.
라이다의 파장은 빛이므로 나무 수관 사이를 통과해 지면 반사를 잡을 수 있어 산림지역 등에서 실제 지표면의 표고를 추출하는 데 유리하다. 반면 빛은 지중으로 침투하지 못하므로 파이프 등 지하매설물 탐지는 원리적으로 불가능하다. 또한 레이더와 달리 라이다는 전파(극초단파)를 사용하지 않으며 전파 기반의 레이다 영상은 라이다의 산출물이 아니다.
항공레이저측량의 대표적 장점은 DEM 제작이 용이하고 고밀도의 지상 좌표를 취득할 수 있으며 수목 사이를 통과해 지면 좌표를 확보할 수 있다는 점이다. 그러나 레이저는 파장이 짧아 구름이나 대기 중 부유물에 의한 반사·산란 간섭이 존재하므로 대기·기상 조건의 영향을 완전히 배제할 수는 없다.
항공삼각측량에서의 해석법과 같이 LiDAR 자료의 처리도 장비 구성과 후처리 방식의 이해를 필요로 한다. LiDAR의 핵심 구분점은 'LiDAR는 Light(레이저), Radar는 Radio(전파)'라는 원리적 차이로 정리할 수 있다.
종중복도와 촬영조건이 주어졌을 때 항공사진의 노출점 간 최소소요시간을 구하는 계산 예시를 제시한다. 초점거리 15cm, 촬영고도 3,000m, 사진기의 한 변 23cm, 종중복도 60%, 운항속도 180km/h인 경우를 계산한다.
우선 전진률 = 100 − 종중복도 = 40%이므로 사진 한 변의 유효 길이는 23cm × 0.4 = 9.2cm = 0.092m이다. 축척분모는 H/f = 3,000m ÷ 0.15m = 20,000이므로 노출점 간 지상거리 B = 0.092m × 20,000 = 1,840m이다. 속도 180km/h로 1.84km를 이동하는 시간은 1.84 ÷ 180시간 = 0.01022시간이며 이를 초로 환산하면 약 36.8초가 된다. 따라서 최소소요시간은 36.8초이다.
초점거리 15cm인 광각사진기로 촬영고도 3,000m에서 180km/h의 운항속도로 항공사진을 촬영할 때 사진 노출점간의 최소소요시간은 얼마인가? (단, 사진기의 크기 23cm× 23cm이고, 종중복도는 60%이다.)
정답 ① · 사진 노출점 간의 간격(B)은 (100 - 종중복도)% 만큼의 사진 이동 거리에 해당합니다. 사진 크기가 23cm이고 종중복도가 60%이므로, 유효 사진 길이는 23cm × (1 - 0.6) = 9.2cm입니다.
노출점 간 거리 = 사진길이×(100−종중복도)%×축척분모(H/f) = 1,840m, ÷속도 → 36.8초.
상(Image)좌표는 정밀좌표 관측기로 얻고, 컴퓨터에 의하여 내부표정, 상호표정, 절대표정을 하고, 절대(또는 측지)좌표값을 얻는 항공삼각측량을 무엇이라 하는가?
정답 ③ · 해석법(Analytical method) 항공삼각측량은 사진상의 상(Image)좌표를 정밀좌표 관측기를 통해 얻은 후, 컴퓨터 수학적 계산을 통하여 내부표정, 상호표정, 절대표정 과정을 수행하여 지상의 절대(또는 측지)좌표값을 산출하는 방식입니다. 이는 광학기계적 방법이나 기계적 모델 구축이 아닌 수학적 모델링과 연산에 의존하므로 제시된 설명에 정확히 부합합니다.
상좌표를 정밀 관측해 컴퓨터로 내부·상호·절대표정 후 절대좌표를 구하는 항공삼각측량은 해석법이다.
항공 라이다시스템에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 항공 라이다시스템의 구성과 원리에 대한 이해를 묻는 문제이다. 라이다는 레이저 펄스를 자체적으로 발사하여 지표면에서 반사되어 돌아오는 시간으로 거리를 측정하는 능동적 원격센서이다.
라이다는 레이저 펄스를 자체 발사해 거리를 재는 능동적 센서로, 극초단파 수동 센서라는 설명은 틀리다.
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