KR100948099B1 - System and method for calculating vegetation area using airborne laser surveying - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system for calculating vegetation area using aerial laser survey and a method thereof are provided to automatically calculate the area of vegetation based on a TIN model, thereby improving the accuracy of vegetation information and information availability. CONSTITUTION: A system for calculating vegetation area using aerial laser survey includes an image capturing unit(107) and a system operating unit(101). The image capturing unit is used to capture an aerial image about an arbitrary area. The system operating unit calculates the area of vegetation data based on a TIN model.

Description

항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING VEGETATION AREA USING AIRBORNE LASER SURVEYING}FIELD AND METHOD FOR CALCULATING VEGETATION AREA USING AIRBORNE LASER SURVEYING

본 발명은 항공 레이저 측량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공레이저 측량을 통해 획득된 지상의 3차원 공간 정보의 원시 측량 데이터를 이용하여 식생 데이터를 분류한 후, 식생지역에 대한 불규칙 삼각망의 자료구축방법(Triangulated Irregular Network; TIN)을 토대로 해당 지역의 면적을 자동 산출하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to aerial laser survey, and more particularly, after classifying vegetation data using raw survey data of three-dimensional spatial information of the ground obtained through aerial laser survey, data of irregular triangular network for vegetation area. The present invention relates to a method for automatically calculating an area of a region based on a Triangulated Irregular Network (TIN).

근래 들어 지리 정보 체계(geographic information system; GIS)에 대한 관심이 높아지고 관련 분야에 대한 연구개발이 활발히 이루어지면서, GIS의 응용과 활용 폭이 다방면으로 급속하게 확대되고 있다. GIS는 공간에 관련된 문제를 해결하기 위하여 지리 자료를 이용하고 관리하기 위한 컴퓨터 기반의 시스템을 의미한다.Recently, as interest in geographic information system (GIS) has increased and research and development in related fields have been actively conducted, the scope of application and utilization of GIS is rapidly expanding in various fields. GIS is a computer-based system for using and managing geographic data to solve space related problems.

여기서, 상기 GIS를 구축함에 있어 가장 기초적인 자료는 수치 지도(digital map)이다. 수치 지도는 고전적인 종이 지도와 달리, 측량에 의해 얻어진 각종 지형 자료들이 수치 편집에 의해 파일로 저장되고 색인화 된다. 수치 지도의 제작은 일반적으로 항공 사진 및 위성 영상에 의하여 얻어진 지형 자료를 바탕으로 이루어지며, 이러한 자료를 해석하고 수치화하는 작업이 필요하다.Here, the most basic data in constructing the GIS is a digital map. Numerical maps, unlike classical paper maps, store and index various terrain data obtained by surveying into numerical files. The production of digital maps is generally based on topographical data obtained from aerial photographs and satellite images, and it is necessary to interpret and quantify these data.

한편, 최근에는 범지구적 위치결정 체계(global positioning system; GPS)를 이용하여 수치 지형 자료(digital terrain data)를 획득하는 기술이 활발히 연구되고 있다. GPS는 인공위성을 이용한 첨단 항법 체계로서, 정확한 지상의 측정 위치를 결정하기 위해 사용된다. 특별히 설계된 GPS 수신기들은 지구상의 어느 곳에서나 시간 제약 없이 인공위성에서 발신하는 정보를 수신하여 정지 또는 이동하는 물체의 절대적 위치를 측정할 수 있다.On the other hand, recently, techniques for acquiring digital terrain data using a global positioning system (GPS) have been actively studied. GPS is a state-of-the-art navigation system using satellites, which is used to determine the exact position of measurement on the ground. Specially designed GPS receivers can measure the absolute position of a stationary or moving object by receiving information from satellites anywhere in the world without time constraints.

수치 지형 자료를 획득하거나 보정하기 위하여 GPS를 이용하는 기술들이 예컨대 대한민국 등록특허공보 제 10-0404400호, 대한민국 등록특허공보 제 10-0456377호, 대한민국 등록특허공보 제 10-0496814호, 대한민국 등록특허공보 제10-0510834호 등에 개시되어 있다. 대한민국 등록특허공보 제 10-0404400호는 GPS를 장착한 차량의 이동 궤적을 얻기 위하여 두 개 이상의 기준점을 설정하고 기준점으로부터 차량까지의 거리 정보를 각각 획득하여 차량의 위치 좌표를 보정하는 기술을 제시하고 있다.Techniques that use GPS to obtain or correct digital terrain data include, for example, Korean Patent Publication No. 10-0404400, Korean Patent Publication No. 10-0456377, Korean Patent Publication No. 10-0496814, and Korean Patent Registration Publication 10-0510834 and the like. Republic of Korea Patent Publication No. 10-0404400 proposes a technique for correcting the position coordinates of the vehicle by setting two or more reference points and obtaining the distance information from the reference point to the vehicle to obtain the movement trajectory of the vehicle equipped with GPS, and have.

대한민국 등록특허공보 제 10-0456377호는 GPS 장착 차량을 이동하면서 수치 지도에 표시된 도로 부대 시설물의 실제일치 여부를 판단하여 실시간으로 수치 지도를 업데이트하는 기술을 제시하고 있다. 대한민국 등록특허공보 제 10-0496814호는 GPS 수신기로부터 실시간으로 획득한 도로 좌표값 및 측량 정보를 표준보정 함 수로 보정하여 수치 지도를 제작하는 기술을 제시하고 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-0456377 proposes a technology for updating the numerical map in real time by determining whether the road subsidiary facilities displayed on the numerical map is actually matched while moving the GPS-equipped vehicle. Korean Patent Publication No. 10-0496814 proposes a technique for producing a digital map by correcting road coordinate values and survey information obtained in real time from a GPS receiver with a standard correction function.

또한, 대한민국 등록특허공보 제 10-0510834호는 GPS 수신기로부터 획득한 도로 시설물의 위치 및 주변 정보를 수록하여 측량일자별 도로 시설물 현황이 반영된 수치 지도를 제작하는 기술을 제시하고 있다. 전술한 종래 기술들의 현황으로부터도 알 수 있듯이, 수치 지도는 단순히 지형 정보만을 포함하는 것이 아니라 도로 주변의 시설물과 같은 부가 정보를 수록하여 다양한 지리적 정보를 제공하는데 이용되고 있다.In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0510834 discloses a technique for producing a digital map reflecting the status of the road facilities by survey date by recording the location and surrounding information of the road facilities obtained from the GPS receiver. As can be seen from the above-described state of the art, the digital map is used not only to include terrain information but also to provide various geographical information by storing additional information such as facilities around roads.

그러나 전술한 종래 기술들은 GPS 장착 차량을 이용하여 도로 정보의 획득을 목적으로 지리정보가 구축되고 있으나, 산림관리를 목적으로 하는 수목 관련 정보 구축은 현재의 기술 및 장비로는 어려운 실정이다. 즉, 현재는 수목을 관리하기 위해 직접 사람이 측정하는 매뉴얼적인 방식과, 항공사진 또는 위성 영상 등의 원격탐사 기술을 이용하여 수목에 대한 산림정보를 생성하게 된다. 그러나, 직접 측정방식은 막대한 시간과 비용이 소요되며, 항공사진 또는 위성 사진을 이용한 방식은 산림의 표면만을 촬영하기 때문에 실질적인 산림의 면적을 자동으로 산출하기에는 많은 어려움이 따르게 된다.However, although the above-described conventional technologies are constructed geographic information for the purpose of obtaining road information by using a GPS-equipped vehicle, the construction of trees-related information for the purpose of forest management is difficult with current technologies and equipment. In other words, forest information is generated for the trees by using manual methods for direct tree management and remote sensing techniques such as aerial photographs or satellite images. However, the direct measurement method is very time-consuming and expensive, and the method using aerial photographs or satellite photography only photographs the surface of the forest, and thus, it is difficult to automatically calculate the actual forest area.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 항공 레이저 측량에 기반하여, 임의의 식생 면적을 자동 산출할 수 있는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a vegetation area calculation system and method using aviation laser surveying that can automatically calculate any vegetation area based on aviation laser surveying. Is in.

본 발명의 다른 목적은, 불규칙 삼각망의 자료구축방법(Triangulated Irregular Network; TIN)을 토대로 설정 영역에 대한 X, Y 좌표 추출을 수행하고, 이를 근거로 해당 식생의 면적을 산출하기 위한 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to perform an X, Y coordinate extraction for a set region based on a triangulated irregular network (TIN) method for an irregular triangular network, and to calculate the area of the vegetation based on this. To provide a system and method for calculating the area of the vegetation using.

본 발명의 또 다른 목적은, 불규칙 삼각망의 자료구축방법(Triangulated Irregular Network; TIN)을 토대로 설정 영역에 대한 X, Y, Z 좌표 추출을 수행하고, 이를 근거로 해당 식생의 체적 또는 밀도를 산출할 수 있는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to extract the X, Y, Z coordinates of the set region based on the Triangulated Irregular Network (TIN) of the irregular triangular network, and calculate the volume or density of the corresponding vegetation The present invention provides a system and method for calculating the area of vegetation using aerial laser surveying.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템은, 항공레이저 측량을 위한 GPS(Global Positioning System), INS(Inertial Navigation System), 항공레이저스캐너(Airborne Laser Scanner)로 구성되는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템을 포함하는 항공레이저 측량 기법을 이용한 식생 면적 산출 시스템에 있어서, 임의의 지역에 대한 항공 영상을 촬영하기 위한 영상 촬영부; 및 상기 영상 촬영부에서 촬상된 영상 정보 및 상기 LiDAR 시스템을 이용하여 수목에 대한 지형 및 식생 데이터를 분류하고, 상기 LiDAR 시스템의 TIN(Triangulated Irregular Network) 모델을 기반으로 상기 식생 데이터에 대응하는 식생의 면적을 산출하는 시스템 운영부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The vegetation area calculation system using the aviation laser survey according to the first aspect of the present invention for achieving the above object, the GPS (Global Positioning System), INS (Inertial Navigation System), aviation laser scanner (Airborne) A vegetation area calculation system using an airborne laser surveying technique including a LiDAR (Light Detection And Ranging) system, comprising: an image photographing unit for capturing aerial images of an arbitrary region; And classifying topography and vegetation data for trees using the image information captured by the image capturing unit and the LiDAR system, and based on the Triangulated Irregular Network (TIN) model of the LiDAR system. It characterized in that it comprises a system operating unit for calculating the area.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 방법은, LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템의 항공레이저 측량 기법을 이용한 식생 면적 산출 방법에 있어서, a) TIN(Triangulated Irregular Network) 모델에 근거한 항공레이저 데이터를 항공레이저스캐너(Airborne Laser Scanner)로부터 취득하는 단계; b) 상기 항공레이저 데이터 중 식생 데이터를 추출하는 단계; c) 상기 식생 데이터를 근거로 면적 산출을 위한 식생영역을 지정하는 단계; d) 상기 TIN 모델에 따른 불규칙 삼각망의 면적을 산출하는 단계; e) 상기 식생영역에 대한 불규칙 삼각망의 갯 수를 산출하는 단계; 및 f) 상기 불규칙 삼각망의 갯 수와 상기 불규칙 삼각망의 면적을 승산(乘算)하여 상기 식생영역에 대한 면적을 도출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.Method for calculating the vegetation area using the aerial laser survey according to the second aspect of the present invention for achieving the above object, in the method of calculating the vegetation area using the aerial laser survey technique of the LiDAR (Light Detection And Ranging) system, a) Obtaining aviation laser data from an aviation laser scanner based on a Triangulated Irregular Network (TIN) model; b) extracting vegetation data from the airborne laser data; c) designating a vegetation area for calculating an area based on the vegetation data; d) calculating an area of an irregular triangular network according to the TIN model; e) calculating the number of irregular triangular nets for the vegetation region; And f) deriving an area for the vegetation region by multiplying the number of the irregular triangular nets and the area of the irregular triangular nets.

따라서, 본 발명은 TIN을 기반으로 식생에 대한 면적, 체적을 자동 산출함으로써, 식생 정보의 정확성을 향상시키고 정보 활용성을 증대시키는 효과를 제공하며, 또한 산림의 면적과 밀도를 산출함에 따라 산림정보 수집의 질적 향상을 도모 할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention provides an effect of automatically calculating the area and volume of the vegetation based on the TIN, thereby improving the accuracy of the vegetation information and increasing the information utilization, and also calculating the forest area and density. There is an effect that can improve the quality of the collection.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 수목 면적 측정을 위한 시스템 구성도이다. 도시된 바와 같이, 항공레이저 측량을 위한 GPS(Global Positioning System:111), INS(Inertial Navigation System:109), 항공레이저스캐너(Airborne Laser Scanner: 103)로 구성되는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템을 포함하여, 해당 지역에 대한 항공 영상을 촬영하기 위한 영상 촬영부(107)와, 상기 영상 촬영부(107)에서 촬상된 영상 정보 및 상기 LiDAR 시스템을 이용하여 수목에 대한 지형 및 식생 데이터를 분류하고, 상기 LiDAR 시스템의 TIN(Triangulated Irregular Network) 모델을 기반으로 상기 식생 데이터에 대응하는 면적을 산출하는 시스템 운영부(101)로 구성된다.1 is a system configuration diagram for measuring the tree area according to the present invention. As shown, a Light Detection And Ranging (LiDAR) system, which consists of a Global Positioning System (GPS) 111, an Inertial Navigation System (INS) 109, and an Airborne Laser Scanner (103) for aviation laser surveying, In addition, the image capturing unit 107 for capturing the aerial image of the region, the image information captured by the image capturing unit 107 and the terrain and vegetation data for the tree is classified using the LiDAR system and The system operating unit 101 calculates an area corresponding to the vegetation data based on a Triangulated Irregular Network (TIN) model of the LiDAR system.

전술된 항공레이저 스캐너(103)는 항공기에 장착된 레이저로부터 지상 또는 지면을 스캔하기 위한 빔을 발사하고 반사파를 측정하여 프로파일을 작성하는 장치이다. 여기서, 적외선 레이저 빔을 회전 반사거울을 통해 투사하고 투사된 빔이 지표면에 반사되어 돌아오는 시간차와 회전 반사거울의 회전각을 이용하여 지표면 측점의 상대위치를 산출한다.The above-mentioned aviation laser scanner 103 is a device for generating a profile by emitting a beam for scanning the ground or the ground from a laser mounted on an aircraft and measuring a reflected wave. Here, the infrared laser beam is projected through the rotating reflection mirror, and the relative position of the ground surface point is calculated using the time difference in which the projected beam is reflected back to the ground and the rotation angle of the rotating reflection mirror.

상기 INS(109)는 항공기에 장착되어 비행하는 동안 지상을 향해 수직으로 점 들을 관측하기 위한 것으로, 항공기의 자세 측정과 측정 결과에 대한 보정을 수행한다. 한편, 본 발명에 따른 GPS(111) 및 INS(109)는 일체화된 장비 예컨대, ALTM(Airborn Laser Terrain Mapper)이 사용될 수 있을 것이다.The INS 109 is mounted on the aircraft to observe the points vertically toward the ground during flight, and performs correction of the attitude and measurement results of the aircraft. Meanwhile, the GPS 111 and the INS 109 according to the present invention may use an integrated device, for example, an Airborn Laser Terrain Mapper (ALTM).

도 2는 본 발명에 따른 시스템 운영부(101)의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a configuration diagram for explaining the main functions of the system operating unit 101 according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 항공레이저 스캐너(103)로부터 제공되는 원시 LiDAR 데이터를 수집하는 LiDAR 데이터 취득모듈(203)과, 상기 LiDAR 데이터 취득모듈(203)에 의해 취합된 원시 데이터를 근거로, 지표면의 지형 또는 식생을 분류하는 데이터 분류모듈(205)과, TIN모형을 사용하여 경사의 크기(gradient)와 경사의 방향(aspect)에 대한 주요 변수 값을 각각의 선분에 대하여 계산하고, 계산된 변수 값이 속성값의 형태로 저장하기 위한 TIN 알고리즘을 갖는 TIN 모델 제작모듈(207)과, 상기 데이터 분류모듈(205)의 결과치에 근거하여, 측정하고자 하는 식생의 범위를 정의하고, 상기 TIN 모델에 따른 삼각망 면적정보 및 상기 식생 범위에 대한 TIN 알고리즘을 기동하여 해당 식생 범위에 대한 면적을 산출하는 면적 산출모듈(201)로 이루어진다.As shown, based on the LiDAR data acquisition module 203 for collecting raw LiDAR data provided from the aviation laser scanner 103 and the raw data collected by the LiDAR data acquisition module 203, Using the data classification module 205 to classify the terrain or vegetation, and using the TIN model, the main variable values for the gradient and the aspect of the slope are calculated for each line segment, and the calculated variable values. The range of vegetation to be measured is defined based on the TIN model fabrication module 207 having a TIN algorithm for storing in the form of this attribute value, and the result of the data classification module 205, and according to the TIN model. Comprising a triangular network area information and the TIN algorithm for the vegetation range is calculated by the area calculation module 201 to calculate the area for the vegetation range.

한편, 본 발명에 따른 수치지형 모형을 구축하기 위한 방안으로 TIN 모델을 적용하고 있으나, TIN 모델에서 적용되는 불규칙 삼각망 네트워크 구조 이외에 사각형 격자(Rectangular grid) 구조가 사용될 수 있음은 당연할 것이다. 따라서, 상기 TIN 모델은 벡터 위상구조를 가지며 다각형 네트워크를 이루고 있다고 할 것이다. 본 발명에서는 불규칙 삼각망 네트워크 구조를 이용한 식생의 면적을 산출하는 것을 실시 예로 한다.Meanwhile, although the TIN model is applied as a method for constructing the digital terrain model according to the present invention, it will be obvious that a rectangular grid structure may be used in addition to the irregular triangular network structure applied in the TIN model. Therefore, the TIN model has a vector topology and forms a polygonal network. In the present invention, calculating the area of the vegetation using the irregular triangular network structure is an embodiment.

본 발명에서 TIN 모델을 이용한 식생의 면적을 산출하기 위해, 불규칙 삼각망의 구조를 최소화함이 바람직하며, 또한 설정된 삼각망의 면적을 인지한 후 이를 근거로 해당 식생영역에 대응하는 TIN 포인트의 갯 수를 산출함으로써 면적을 산출한다. 따라서, TIN 모델에서 삼각망에 대한 각각의 X 및 Y 좌표만을 이용하여 면적이 산출되며, 필요에 따라 Z 좌표 즉, 표고 정보를 가미시켜 해당 식생영역에 대한 산림 밀도를 산출할 수 있을 것이다.In order to calculate the area of the vegetation using the TIN model in the present invention, it is preferable to minimize the structure of the irregular triangular net, and also to recognize the area of the set triangular net and based on this, the number of TIN points corresponding to the vegetation area. The area is calculated by calculating the number. Therefore, the area is calculated using only the X and Y coordinates of the triangular network in the TIN model, and the forest density for the corresponding vegetation area may be calculated by adding the Z coordinate, that is, the elevation information, as necessary.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 식생면적 산출을 위한 동작 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이, S301 단계에서 상기 시스템 운영부(101)는 GPS(111) 및 INS(109)를 기반으로 설정된 지역에 대한 영상 촬영 및 항공레이저 스캔을 수행한다. 이를 위해, 상기 시스템 운영부(101)는 항공레이저 스캐너(103)를 기동한다. 즉, 항공레이저측량을 위해 LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템을 기동한다.3 is an operational flowchart for calculating a vegetation area according to the present invention. As shown, in step S301, the system operator 101 performs image capturing and aviation laser scan for a region set based on the GPS 111 and the INS 109. To this end, the system operator 101 starts the aviation laser scanner 103. In other words, the LiDAR (Light Detection And Ranging) system is activated for airborne laser surveying.

상기 LiDAR 시스템은 항공기에 장착되어 레이저 펄스를 지표면에 주사하고 반사된 레이저 펄스의 도달 시간을 측정함으로써 반사 지점의 3차원 위치 좌표를 계산해 지표면에 대한 정보를 추출한다. 상기한 LiDAR 시스템은 항공레이저스캐너(103:Airborne Laser Scanner)와 GPS(111:Global Positioning System) 그리고 INS(109:Inertial Navigation System)를 포함하며, 레이저 펄스의 반사 지점들에 대한 공간 위치(x, y, z) 자료와 불규칙하게 분포된 3차원 점 데이터를 수집하고, 각 점 데이터에 대한 거리를 산출한다.The LiDAR system is mounted on an aircraft to scan a laser pulse on the ground surface and to measure the arrival time of the reflected laser pulse to calculate the three-dimensional position coordinates of the reflection point to extract information about the ground surface. The LiDAR system includes an airborne laser scanner (103), a global positioning system (GPS) and an inertial navigation system (INS), and includes a spatial position (x, y, z) Collect data and irregularly distributed three-dimensional point data, and calculate the distance for each point data.

이와 같이 항공레이저 데이터는 상기 시스템 운영부(101)의 LiDAR 데이터 취득모듈(203)에 의해 수집되며 이후, S303 단계로 진입하여 상기 데이터 분류모듈(205)을 통해 수집된 항공레이저 데이터로부터 지형 데이터를 추출한다. 즉, 식생과 인공지물인 건물을 제외한 데이터를 추출하는 것으로, 본 과정에서 상기 항공 레이저 스캐너(103)가 취득한 모든 데이터 중 지형만을 분류한다. 이는 도 4에 도시된 바와 같이 설정된 임의의 지역을 설정하고, 설정된 지역의 지형을 분석 판단한다.As such, the aviation laser data is collected by the LiDAR data acquisition module 203 of the system operating unit 101, and then the process proceeds to step S303 to extract terrain data from the aviation laser data collected through the data classification module 205. do. That is, by extracting data excluding vegetation and buildings that are artificial features, only the terrain is classified among all data acquired by the aerial laser scanner 103 in this process. This sets an arbitrary region set as shown in FIG. 4 and analyzes and determines the terrain of the set region.

전술된 지형은 삼각망으로 실제 지형 데이터를 찾게 되는데, 주요 변수(parameters)로는 최대 건물 크기(max building size), 최대 지형 경사(terrain angle), 반복 각(iteration angle) 및 거리(distance) 등이 필요하다. 최대 건물 크기는 연속적인 지형데이터 분류 과정에 의해 지형으로 오해될만한 건물의 최대 크기를 나타내며, 수치표고모델 즉 DEM(Digital Elevation Model)으로서, 인공구조물 및 자연물 등의 높이를 제외하고 순수한 지형의 높이를 산출한다.The terrain described above is a triangular network to find the actual terrain data, the main parameters (max building size, maximum terrain angle, iteration angle and distance) Do. The maximum building size represents the maximum size of a building that can be misunderstood as the terrain by the process of continuous topographical data classification.It is a digital elevation model (DEM), which is the height of pure terrain except the height of artificial structures and natural objects. Calculate.

이후, S305 단계로 진입하여 상기 데이터 분류모듈(205)은 수치표고모델(DEM)을 기반으로 식생 데이터를 분류한다. 이는 지형 데이터와 더불어 식생 데이터를 분류하는 것으로, 식생의 분류는 원시 LiDAR 데이터를 이용해 분류한 지형 데이터를 사용하여 지형보다 높이가 큰 것을 분류하여 나타낸다.Thereafter, the process proceeds to step S305 and the data classification module 205 classifies the vegetation data based on the digital elevation model (DEM). This classifies the vegetation data together with the terrain data. The classification of vegetation is represented by classifying the height higher than the terrain using the terrain data classified using the raw LiDAR data.

즉, 일반적으로 지형보다 높이가 큰 것은 주로 식생과 인공지물인 건물로 분 류된다. 따라서, 식생의 분류에 있어서 지형으로 분류된 데이터를 이용하여 그 값을 기준으로 하여 일정 높이 범위에 있는 것을 분류한다. 예컨대, 지형 데이터로부터 0.25m 까지는 낮은 식생, 2m 까지는 중간 식생 그리고 2m 이상은 높은 식생으로 분류할 수 있을 것이다. 이는 도 5의 (가)에서는 본 발명의 일 예로 낮은 식생, 중간 식생, 높은 식생 및 지형데이터를 도시하고 있다.In other words, those that are taller than the terrain are usually classified as buildings that are mainly vegetation and artificial features. Therefore, in the classification of vegetation, the data classified as the topography are used to classify those in a certain height range based on the value. For example, from the topographical data, it may be classified as low vegetation up to 0.25m, medium vegetation up to 2m and high vegetation up to 2m. 5 (a) shows low vegetation, middle vegetation, high vegetation and topographical data as an example of the present invention.

이와 같이 식생 및 지형 데이터가 완성되면, 상기 시스템 운영부(101)는 DSM(Digital Surface Model)에 의해 식생 데이터만을 추출한다. 상기 DSM은 수치표면모델로서, 인공구조물의 높이까지 3차원으로 표현된다. 상기 면적산출 모듈(201)은 수치표면모델(DSM)을 근거로 삼각망의 각 포인트에 대한 X, Y 좌표 및 표고(Z) 좌표를 저장한다. 그리고, 각 좌표를 토대로 식생의 특성과 연계되는 좌표만을 추출하여 이를 식생 데이터로 상정한다.When the vegetation and terrain data is completed as described above, the system operating unit 101 extracts only vegetation data by a digital surface model (DSM). The DSM is a numerical surface model, expressed in three dimensions up to the height of the artificial structure. The area calculation module 201 stores X, Y coordinates and elevation (Z) coordinates for each point of the triangular network based on the numerical surface model (DSM). Based on each coordinate, only coordinates associated with the characteristics of the vegetation are extracted and assumed as vegetation data.

한편, 전술된 불규칙 삼각망은 항공레이저 스캐너(103)의 레이저 스캔 과정에서 설정된 좌표 간격이 존재하며 이를 근거로 상기 불규칙 삼각망의 면적을 인지할 수 있다. 여기서, 불규칙 삼각망의 각 변의 길이는 레이저 포인트의 좌표를 조밀하게 설정함으로써, 불규칙 삼각망의 면적 오차를 줄일 수 있을 것이다.On the other hand, the above-described irregular triangular network has a coordinate interval set during the laser scanning process of the aerial laser scanner 103, based on this can recognize the area of the irregular triangular network. Here, the length of each side of the irregular triangular network may be set by dense coordinates of the laser point, thereby reducing the area error of the irregular triangular network.

본 과정에서 추출된 식생 데이터는 도 5의 (나)와 같이 제공되며, S307 단계로 진입하여, 상기 시스템 운영부(101)는 식생의 면적을 산출하기 위한 지역을 선정한다. 도 6은 면적 산출을 위한 임의의 영역을 선택함을 나타내고 있으며, 상기한 수치표면모델을 토대로 지형 데이터를 분리하여 식생 부분만을 선택한다. 본 실시 예에서는 도시된 식생 영역을 면적 산출의 대상 영역으로 지정하고 있으며, 지 정된 영역은 도 6의 아래 화면으로 제시된다.The vegetation data extracted in this process is provided as shown in (b) of FIG. 5, and the process proceeds to step S307, where the system operation unit 101 selects an area for calculating an area of vegetation. 6 shows that an arbitrary area for area calculation is selected, and only vegetation parts are selected by separating terrain data based on the numerical surface model. In the present embodiment, the illustrated vegetation region is designated as the target region for calculating the area, and the designated region is shown in the lower screen of FIG. 6.

이후, 상기 면적산출 모듈(201)은 S309 단계에서 상기 TIN모델 제작모듈(207)을 기동한다. 여기서, TIN모델은 사각형 격자(Rectangular grid), 또는 불규칙 삼각망(Triangulated Irregular Network; TIN) 격자를 형성한다. 즉 벡터 위상구조를 가지며 다각형 네트워크를 이루는 것으로, 시스템의 종류에 따라 격자의 형상은 달리 될 것이다. 본 발명에서는 지형의 굴곡을 감안하여 이에 적합한 불규칙 삼각망 구조의 TIN 모델을 일 예로 한다. 상기 TIN모델 제작모듈(207)은 데이터 분류모듈(205)에 의해 제공되는 식생 데이터를 인가받아, 레이저 점들에 대응하는 식생의 불규칙 삼각망 데이터를 추출한다.Thereafter, the area calculation module 201 starts the TIN model production module 207 in step S309. Herein, the TIN model forms a rectangular grid or a triangulated irregular network (TIN) grid. That is to say, having a vector topology and forming a polygonal network, the shape of the grid will vary depending on the type of system. In the present invention, in consideration of the curvature of the terrain, a TIN model of an irregular triangular network structure suitable for this is taken as an example. The TIN model fabrication module 207 receives vegetation data provided by the data classification module 205 and extracts irregular triangular network data of vegetation corresponding to laser points.

불규칙 삼각망 데이터는 각 점들에 대한 X, Y, Z 좌표를 보유하고 있으며, 도 7과 같이 TIN모델에 의한 식생 데이터를 추출한다. 그리고 상기 면적산출 모듈(201)은 S311 단계에서 Z 좌표를 제외한 X, Y좌표를 기반으로 해당 식생에 대한 면적을 산출한다. 즉, 불규칙 삼각망에 대한 삼각형 면적을 인지한 후, 해당 식생영역에서 검출되는 불규칙 삼각망의 갯 수를 산출한다. 불규칙 삼각망의 갯 수와 삼각형의 면적을 승산함으로써 해당 지역의 면적을 산출하는 것이다.The irregular triangular network data has X, Y, and Z coordinates for each point, and extracts vegetation data by a TIN model as shown in FIG. 7. The area calculating module 201 calculates an area for the corresponding vegetation based on the X and Y coordinates excluding the Z coordinate in step S311. That is, after recognizing the triangular area for the irregular triangular network, the number of irregular triangular networks detected in the vegetation region is calculated. The area of the area is calculated by multiplying the number of irregular triangles by the area of the triangle.

물론, 본 과정에서의 면적 산출은 X, Y 좌표를 기반으로 이루어지나, Z 좌표인 표고좌표를 가미하여 식생영역에 대한 체적을 산출할 수 있음은 당연할 것이다. 예컨대, 하나의 불규칙 삼각망에 대한 각 점들의 X, Y좌표를 토대로 면적을 산출한 후, Z좌표에 의한 표고 즉, 높이를 승산함으로써 불규칙 삼각망의 체적을 산출하고 이러한 불규칙 삼각망의 체적을 식생영역 내에서 적분하여 전체 체적을 산출하게 된다. 그리고 본 발명에서 제시되는 식생의 체적은 식생에 대한 밀도로 상정될 수 있을 것이다.Of course, the area calculation in this process is based on the X, Y coordinates, but it will be natural that the volume for the vegetation area can be calculated by adding the elevation coordinate which is the Z coordinate. For example, after calculating the area based on the X and Y coordinates of each point for one irregular triangular network, the volume of the irregular triangular network is calculated by multiplying the elevation by Z coordinate, that is, the height, and the volume of the irregular triangular network is calculated. Integrating in the vegetation area yields the total volume. And the volume of vegetation presented in the present invention may be assumed to be the density for vegetation.

전술된 바와 같이, 본 발명은 LiDAR 시스템의 TIN 모델을 기반으로 식생에 대한 면적을 자동산출하기 위한 알고리즘을 제공함에 따라, LiDAR 시스템의 운영 기술을 향상시켜 시스템의 활용성을 높이고, 식생 정보의 정확성을 제공하여 산림산업 발전에 이바지함으로써, 산림산업의 적용범위 확대와 더불어 산업적 이용 가치가 충분할 것으로 판단된다.As described above, the present invention provides an algorithm for automatically calculating the area for vegetation based on the TIN model of the LiDAR system, thereby improving the operating technology of the LiDAR system to increase the utilization of the system and the accuracy of the vegetation information. By contributing to the development of the forest industry, the government is expected to expand the scope of the forest industry and provide industrial value.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the overall system configuration according to the present invention.

도 2는 도 1의 시스템 운영부를 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a system operating unit of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.3 is a flowchart for explaining the operation of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예로 설명되는 임의의 지역에 대한 항공사진이다.4 is an aerial photo of any region described in an embodiment of the invention.

도 5는 도 4에 대한 식생 데이터를 나타낸 사진이다.5 is a photograph showing vegetation data of FIG. 4.

도 6은 도 5에 대한 식생 영역을 설정하는 사진이다.FIG. 6 is a photograph for setting a vegetation region of FIG. 5.

도 7은 본 발명에서 적용되는 TIN 모델에 기반한 식생 데이터를 나타낸 사진이다.7 is a photograph showing vegetation data based on a TIN model applied in the present invention.

<주요 도면에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main drawings>

101 : 시스템 운영부 103 : 항공레이저 스캐너101: system operation unit 103: aviation laser scanner

107 : 영상 촬영부 109 : INS107: video recording unit 109: INS

111 : GPS 201 : 면적산출 모듈111: GPS 201: area calculation module

203 : LiDAR 데이터 취득모듈 205 : 데이터 분류모듈203: LiDAR data acquisition module 205: data classification module

207 : TIN 모델 제작모듈207: TIN model production module

Claims (6)

항공레이저 측량을 위한 GPS(Global Positioning System), INS(Inertial Navigation System), 항공레이저스캐너(Airborne Laser Scanner)로 구성되는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템을 포함하는 항공레이저 측량 기법을 이용한 식생 면적 산출 시스템에 있어서,Vegetation area calculation using airborne laser surveying method including LiDAR (Light Detection And Ranging) system consisting of Global Positioning System (GPS), Inertial Navigation System (INS) and Airborne Laser Scanner In the system, 임의의 지역에 대한 항공 영상을 촬영하기 위한 영상 촬영부; 및An image capturing unit for capturing aerial images of an arbitrary region; And 상기 영상 촬영부에서 촬상된 영상 정보 및 상기 LiDAR 시스템을 이용하여 수목에 대한 지형 및 식생 데이터를 분류하고, 상기 LiDAR 시스템의 TIN(Triangulated Irregular Network) 모델을 기반으로 상기 식생 데이터에 대응하는 식생의 면적을 산출하는 시스템 운영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템.Terrain and vegetation data for trees are classified using the image information captured by the image capturing unit and the LiDAR system, and the area of the vegetation corresponding to the vegetation data is based on the Triangulated Irregular Network (TIN) model of the LiDAR system. A vegetation area calculation system using an aerial laser survey, characterized in that it comprises a system operating unit for calculating a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 시스템 운영부는 상기 항공레이저 스캐너로부터 제공되는 원시 LiDAR 데이터를 수집하는 LiDAR 데이터 취득기;The system operating unit includes a LiDAR data acquirer for collecting raw LiDAR data provided from the aviation laser scanner; 상기 LiDAR 데이터 취득기에 의해 취합된 원시 데이터를 근거로, 지표면의 지형 또는 식생을 분류하는 데이터 분류기;A data classifier that classifies the topography or vegetation of the ground surface based on the raw data collected by the LiDAR data acquirer; TIN모형을 사용하여 경사의 크기(gradient)와 경사의 방향(aspect)에 대한 주요 변수 값을 각각의 선분에 대하여 계산하고, 계산된 변수 값이 속성값의 형태로 저장하기 위한 TIN 알고리즘을 갖는 TIN 모델 제작기; 및TIN with TIN algorithm to calculate the main variable value for each line segment using the TIN model and the slope of the gradient and the direction of the slope, and to store the calculated variable values in the form of attribute values. Model maker; And 상기 데이터 분류기의 결과치에 근거하여, 측정하고자 하는 식생의 범위를 정의하고, 상기 TIN 모델에 따른 삼각망 면적정보 및 상기 식생 범위에 대한 TIN 알고리즘을 기동하여 해당 식생에 대한 면적을 산출하는 면적 산출기; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템.Based on the result of the data classifier, an area calculator for defining a range of vegetation to be measured and calculating the area for the vegetation by starting the triangular network area information according to the TIN model and the TIN algorithm for the vegetation range. ; Vegetation area calculation system using an aerial laser survey, characterized in that consisting of. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 식생에 대한 면적 산출은, 해당 식생영역에 대응하는 TIN 포인트의 갯 수를 산출하고, 상기 TIN 포인트의 갯 수와 상기 삼각망의 면적정보를 승산(乘算)하는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템.The area calculation for the vegetation is performed by calculating the number of TIN points corresponding to the vegetation area, and multiplying the number of the TIN points by the area information of the triangular network. Area calculation system of vegetation using 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 TIN 포인트는 각 포인트에 대한 X, Y좌표만이 적용되는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 시스템.The TIN point is a vegetation area calculation system using aerial laser survey, characterized in that only the X, Y coordinates for each point is applied. LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템의 항공레이저 측량 기법을 이용한 식생 면적 산출 방법에 있어서,In the vegetation area calculation method using the air laser survey method of the LiDAR (Light Detection And Ranging) system, a) TIN(Triangulated Irregular Network) 모델에 근거한 항공레이저 데이터를 항공레이저스캐너(Airborne Laser Scanner)로부터 취득하는 단계;a) obtaining aviation laser data from an aviation laser scanner based on a Triangulated Irregular Network (TIN) model; b) 상기 항공레이저 데이터 중 식생 데이터를 추출하는 단계;b) extracting vegetation data from the airborne laser data; c) 상기 식생 데이터를 근거로 면적 산출을 위한 식생영역을 지정하는 단계;c) designating a vegetation area for calculating an area based on the vegetation data; d) 상기 TIN 모델에 따른 불규칙 삼각망의 면적을 산출하는 단계;d) calculating an area of an irregular triangular network according to the TIN model; e) 상기 식생영역에 대한 불규칙 삼각망의 갯 수를 산출하는 단계; 및e) calculating the number of irregular triangular nets for the vegetation region; And f) 상기 불규칙 삼각망의 갯 수와 상기 불규칙 삼각망의 면적을 승산(乘算)하여 상기 식생영역에 대한 면적을 도출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 방법.and f) multiplying the number of the irregular triangular nets by the area of the irregular triangular nets to derive an area for the vegetation area. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 TIN 모델에 대한 각 포인트는 X, Y좌표만이 적용되는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 식생의 면적 산출 방법.Each point of the TIN model is a method of calculating the area of vegetation using aerial laser survey, characterized in that the X, Y coordinates are applied only.
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