항공라이다(LiDAR)는 항공기에 탑재한 레이저 펄스를 이용해 반사시간을 측정하여 지점의 거리와 3차원 좌표를 얻는 능동 센서이다. 라이다는 반사강도와 수신 파형도 함께 제공하므로 지형의 3차원 형상과 일부 물리적 특성 정보를 얻는 데 유용하다. 라이다의 한계와 레이더와의 차이를 명확히 이해해야 문제를 정확히 풀이한다.
항공라이다는 항공기 탑재의 레이저 스캐너와 GNSS·INS로 구성되어, 레이저 펄스를 쏘고 되돌아오는 왕복시간으로 지점의 거리와 X, Y, Z 좌표를 산출하는 측량 수단이다. 이 과정에서 반사강도와 여러 층에서 되돌아온 신호의 파형 정보가 함께 기록되어 점구름(point cloud) 형태의 3차원 데이터를 제공한다.
라이다는 스스로 빛을 발사하는 능동 센서이므로 햇빛 유무와 무관하게 야간에도 운용 가능하고, 항공사진보다 기상 조건의 영향을 덜 받는 장점이 있다. 또한 레이저가 수관 사이 틈을 통과해 지면 반사를 포착할 수 있으므로 삼림지역에서 실제 지표면의 표고를 추출하는 데 특히 유리하다.
그러나 라이다는 빛을 사용하므로 지중(땅속)으로 침투하지 못하여 지하매설물 탐지는 원리적으로 불가능하다. 또한 파장이 짧아 구름이나 안개, 먼지 같은 대기 중 부유물에 의한 반사·산란 간섭이 존재하므로 대기 상태에 따라 데이터 품질이 저하될 수 있다.
라이다의 산출물로는 반사점의 3차원 좌표(X,Y,Z), 반사강도(intensity), 수신 파형(waveform)이 대표적이며, 레이더(전파 기반)에서 얻는 영상과는 다른 자료임을 구분해야 한다. 이 구분은 라이다 문제에서 원리 기반 오답 소거의 핵심 기준이 된다.
예제
문항 유형 예시는 다음과 같다. '라이다는 전파(극초단파)를 사용한다'는 선지는 레이더와의 매질 혼동으로 오답이다. '라이다는 지하를 관통해 매설물을 탐지할 수 있다'는 설명은 빛의 성질상 틀린 진술이다. '숲 지역의 DEM 추출은 항공사진보다 라이다가 정확하다'는 설명은 레이저의 수관 통과 능력에 근거한 옳은 해석이다.
대표 기출 3문항
수치지형모델(Digital Terrain Model, DTM)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
지형도를 개입시킴으로서 항공사진으로부터 직접 구하는 방법과 비교하여 자료의 정확도가 더 우수하다.
계산기 내에서의 모델의 조립 및 구하려는 점의 삽입에 요하는 시간이 적을 수록 좋다.
가능한 적게 주어진 점에서 바라는 정도를 유지하여 지형을 근사화 할 수록 좋다.
DTM의 원리는 지형상의 무수한 점을 x, y, z좌표의 집합으로써 지형을 표현하는 것이다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 수치지형모델(DTM)은 지형을 수치적(수학적)으로 표현한 모델로, 기존의 지형도를 디지타이징하여 구하는 방법보다 항공사진이나 위성 영상 등으로부터 직접 3차원 좌표를 추출하여 구성할 때 정확도가 더 높고 오류가 적습니다. 지형도를 개입시키는 과정에서 지도의 일반화나 오류가 복사될 수 있기 때문입니다.
DTM은 지형도를 거치면 오차가 이입되므로 항공사진 직접 추출이 더 정확 — '지형도 개입이 우수'는 오류.
다음 중 항공사진의 직접좌표등록기법과 직접적으로 관련된 사항은?
토탈스테이션에 의한 측량과 지상기준점 성과
지상에서 GPS에 의한 측량과 지상기준점 성과
항공기에 탑재된 GPS와 INS(관성한법장치)에 의한 외부표정요소
수치지도로부터 추출된 3차원 정보
정답과 해설 보기
정답 ③ · 항공사진의 직접좌표등록기법과 직접 관련된 사항을 고르는 문제이다. 직접좌표등록은 항공기에 탑재된 GPS와 관성항법장치(INS)를 이용해 촬영 순간의 외부표정요소, 즉 위치 3요소와 자세각 3요소를 직접 관측함으로써 지상기준점 없이 사진 좌표를 결정하는 기법이다.
직접좌표등록은 항공기 탑재 GPS+INS로 외부표정요소를 직접 구하는 기법(지상기준점 불필요).
항공 라이다시스템에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
항공레이저스캐너와 GPS/INS 시스템으로 구성된다.
지표면에 대한 3차원 좌표정보를 취득하는 시스템이다.
항공사진측량보다 기상조건의 영향을 적게 받는다.
극초단파를 사용하는 수동적 센서 시스템이다.
정답과 해설 보기
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.