LiDAR 정의: 현대 지도 제작에 사용되는 레이저 기반 기술 이해하기

LiDAR라는 이름은 첨단 기술처럼 들리거나 복잡해 보일 수 있지만, 실제 원리는 매우 간단합니다. 레이저 빛을 이용해 거리를 측정하는 기술인데, 마치 박쥐가 소리를 이용해 주변 환경을 파악하는 것과 비슷하지만 빛을 이용하는 것이죠. 

오늘날 LiDAR는 지도 제작부터 자율주행차의 주변 환경 인식에 이르기까지 모든 분야에서 활용되고 있습니다. 농업, 고고학, 재난 대응, 심지어 우주 탐사에 이르기까지 다양한 분야에서 LiDAR가 사용되고 있습니다. LiDAR가 무엇인지, 그리고 왜 이렇게 많은 산업 분야에서 LiDAR에 의존하는지 자세히 살펴보겠습니다.

LiDAR의 실제 정의는 무엇일까요?

LiDAR는 Light Detection and Ranging의 약자입니다. 물체나 표면에 레이저 펄스를 쏘고 빛이 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하는 방식입니다. 소리 대신 빛을 이용한 반향정위라고 생각하면 됩니다. 이 반사 시간 측정값을 통해 LiDAR 시스템은 물체와의 거리를 계산할 수 있습니다.

주요 목표는 무엇일까요? 바로 주변 환경의 정확한 3D 지도를 만드는 것입니다. 산맥의 형태든, 해안 도시의 모습이든, 고속도로의 모습이든, LiDAR는 표면을 데이터로 변환하는 데 도움을 줍니다.

라이다 시스템 내부에는 무엇이 있을까요?

기본적인 LiDAR 시스템은 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 핵심 구성 요소를 포함합니다.

• 레이저 스캐너: 목표물을 향해 짧은 레이저 펄스를 방출합니다.
• 수신기(센서): 반사된 레이저 신호를 포착합니다.
• GPS 장치: LiDAR 플랫폼의 정확한 위치 정보를 제공합니다.
• IMU(관성 측정 장치): 피치, 롤, 요와 같은 방향 및 움직임 데이터를 기록합니다.
• 타이밍 및 처리 시스템: 신호 송수신을 동기화한 후 거리를 계산하고 3D 포인트 데이터(일반적으로 포인트 클라우드라고 함)를 생성합니다.

이러한 구성 요소들이 결합되어 LiDAR는 놀라울 정도로 상세한 공간 데이터를 단 몇 초 만에 수집할 수 있게 해줍니다.

다양한 유형의 LiDAR

LiDAR는 시스템 설치 위치와 측정 대상에 따라 몇 가지 종류로 나뉩니다.

• 공중 LiDAR항공기나 드론에 부착하여 광역 지도를 작성하는 데 매우 유용합니다.
• 지상 LiDAR지상 기반 시스템에는 고정식 설비와 차량 탑재형 이동식 설비가 포함됩니다.
• 수심 측정용 LiDAR녹색광을 사용하여 강바닥이나 얕은 해안선과 같은 수중 표면을 스캔합니다.

각 유형은 서로 다른 목적을 가지고 있지만, 모두 동일한 기본 원리로 작동합니다. 레이저를 발사하면 신호가 돌아오고, 거리가 계산됩니다.

데이터가 지도가 되는 과정

레이저 펄스가 송수신되면 본격적인 작업이 시작됩니다. 각 반사점은 x, y, z 좌표를 가지며, 이를 통해 조밀한 3D "점 구름"이 형성됩니다.“

데이터를 사용하기 전에 몇 가지 단계를 거쳐야 합니다.

1. 소음 제거이상한 반사나 오류를 제거합니다.
2. 분류: 건물, 나무, 땅과 같은 객체를 태그합니다.
3. 다운샘플링중복된 포인트를 제거하여 파일 크기를 줄입니다.
4. 서식 지정: 지리공간 소프트웨어에서 사용되는 표준 형식인 LAS 파일로 변환합니다.

이제 깔끔하게 레이블이 지정된 데이터 세트를 모델링, 분석 및 시각화에 사용할 수 있습니다.

FlyPix AI와 지리공간 이미지 분석에서의 역할

~에 플라이픽스 AI, 저희는 시각적 지리 공간 데이터를 신속하고 실행 가능한 인사이트로 전환하는 데 집중합니다. 저희의 AI 도구는 LiDAR를 사용하여 생성된 지도 레이어 또는 고도 데이터와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 이러한 조합을 통해 팀은 넓은 지역을 시각적으로 분석하고 수동 주석 작업에 시간을 낭비하지 않고 더 빠르게 결과를 얻을 수 있습니다.

저희 플랫폼은 속도와 확장성을 고려하여 설계되었습니다. 사용자는 위성, 항공 또는 드론 이미지에서 특정 객체를 감지하는 맞춤형 AI 모델을 학습시킬 수 있으며, 코딩이나 고도의 AI 전문 지식은 필요하지 않습니다. 산림 및 기반 시설 모니터링부터 환경 조사 및 농업에 이르기까지, 저희 플랫폼은 다양한 분야에서 팀이 패턴을 파악하고, 변화를 모니터링하며, 더 빠르고 현명한 의사 결정을 내릴 수 있도록 지원합니다.

이미지 처리와 자동화를 결합하여, 우리는 사람들이 가공되지 않은 픽셀 데이터에서 명확한 인사이트를 도출할 수 있도록 돕습니다. 특히 LiDAR 데이터가 전체적인 상황 분석에 포함될 때, 우리의 도구는 이러한 워크플로에 완벽하게 통합됩니다.

LiDAR가 사용되는 분야(그리고 중요한 이유)

LiDAR는 과학자와 엔지니어만을 위한 멋진 장난감이 아닙니다. 수십 개의 산업 분야에서 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 몇 가지 예를 들어보겠습니다.

도시 계획 및 인프라

도시 계획 담당자들은 LiDAR를 사용하여 도시 환경의 고해상도 3D 모델을 만듭니다. LiDAR는 도로와 교량을 매핑하는 것 외에도, 팀이 기반 시설 상태를 분석하고, 여유 공간을 측정하고, 데이터 세트를 비교하여 시간 경과에 따른 변화를 파악하는 데 도움이 되는 상세한 공간 데이터를 제공합니다. LiDAR는 미세한 부분까지 신속하게 포착하기 때문에 계획 담당자와 엔지니어는 건설 진행 상황을 모니터링하고, 설계 도면과의 일치 여부를 확인하고, 정밀 검사가 필요한 영역을 파악할 수 있습니다. 이 모든 작업은 교통을 차단하거나 일상적인 기반 시설 사용을 방해하지 않고 수행할 수 있습니다.

농업

LiDAR는 현대 농업에서 중요한 역할을 합니다. 농지의 고도 지도를 만드는 데 사용되어 배수 계획, 토양 유형 분석, 심지어 어떤 작물을 어디에 심을지 결정하는 데 도움을 줍니다. LiDAR 데이터를 다른 센서 데이터와 결합하면 농부들은 불균일한 생장 패턴을 파악하고, 문제 지역을 식별하고, 비료나 관개 방식을 더욱 정밀하게 조정할 수 있습니다. 일부 자율 주행 농업 차량 또한 LiDAR를 사용하여 더욱 정확하고 추측에 의존하지 않고 농지를 탐색합니다.

산림 및 보존

숲은 겹겹이 쌓인 빽빽한 구조로 되어 있어 지상에서 연구하기 어렵습니다. 하지만 LiDAR는 빽빽한 초목을 뚫고도 나무 꼭대기부터 숲 바닥까지 모두 촬영할 수 있습니다. 이를 통해 연구자들은 나무의 높이, 밀도, 생물량에 대한 완벽한 수직적 정보를 얻을 수 있습니다. LiDAR는 산림 관리, 종 서식지 지도 작성, 탄소 저장량 추정 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 환경 보호 단체들은 불법 벌목 감시, 산불 추적, 생태계 변화 파악 등에도 LiDAR를 사용합니다.

자율 주행차

LiDAR는 자율주행차의 핵심 센서 중 하나입니다. LiDAR는 모든 방향으로 빠른 속도로 빛을 방출하여 주변의 모든 사물(도로 경계석, 정지 표지판, 자전거 운전자, 보행자 등)의 실시간 3D 지도를 생성합니다. LiDAR의 가장 큰 장점은 저조도 환경에서도 깊이와 형태를 감지할 수 있다는 점입니다. 최근 일부 최신 시스템은 카메라나 레이더만을 사용하는 방식과 같은 대안을 실험하고 있지만, 특히 복잡한 도심 환경에서 LiDAR의 정확성과 세부적인 표현력은 여전히 중요한 요소로 여겨집니다.

재난 대응 및 기후 과학

자연재해 발생 후에는 속도가 매우 중요합니다. LiDAR는 피해 지역 위를 비행하며 무너진 건물부터 유실된 도로까지 모든 것을 몇 시간 안에 지도화할 수 있습니다. 이는 구조팀이 경로를 계획하고, 생존자를 찾고, 도움이 필요한 곳을 우선순위로 정하는 데 도움이 됩니다. 장기적인 기후 연구에서 LiDAR는 빙하 후퇴, 해수면 상승, 해안선 변화, 습지 소실 등을 추적하는 데 사용됩니다. 미묘한 지형 변화까지 포착할 수 있는 LiDAR의 능력은 지구의 변화를 관찰하는 과학자들에게 필수적인 도구입니다.

고고학

고고학에서 LiDAR는 나무를 꿰뚫어 볼 수 있는 타임머신과 같습니다. 연구자들은 LiDAR를 사용하여 정글, 사막, 심지어 도심 지역까지 스캔하여 초목이나 흙 아래 숨겨진 도로, 사원, 정착지의 희미한 윤곽을 찾아냅니다. 특히 중앙아메리카와 같은 지역에서는 LiDAR 덕분에 기존 방식으로는 완전히 기록되지 않았던 방대한 마야 유적 네트워크를 발굴할 수 있게 되어 고고학 연구에 획기적인 변화를 가져왔습니다. LiDAR는 유적을 최소한으로 훼손하면서 연구할 수 있도록 해주어 미래 연구를 위한 기반을 마련해 줍니다.

LiDAR 사용의 장점

훌륭한 도구라면 으레 그렇듯, LiDAR는 실제 문제를 효과적으로 해결함으로써 그 가치를 입증합니다. 단순히 데이터를 수집하는 데 그치지 않고, 기존 방식으로는 따라잡기 힘든 세밀함, 속도, 유연성을 제공합니다. 

울창한 숲을 지도화하든 창고에서 로봇을 조종하든, LiDAR가 널리 사용되는 이유는 다음과 같습니다.

• 높은 정밀도복잡한 지형에서도 매우 정확한 조준이 가능합니다.
• 속도매우 짧은 시간 안에 광대한 지역을 촬영합니다.
• 다재공중, 지상 또는 해상에서 작동합니다.
• 자동화 친화적머신러닝 및 인공지능 애플리케이션에 이상적입니다.

하지만 완벽하지는 않습니다: 알아야 할 한계점

완벽한 도구는 없으며, LiDAR에도 몇 가지 주의사항이 있습니다.

• 비용하드웨어, 소프트웨어 및 데이터 처리에는 많은 비용이 들 수 있습니다.
• 대용량 데이터파일 크기가 매우 커서 고성능 시스템이 필요합니다.
• 날씨에 민감함비, 안개 또는 눈은 측정값에 영향을 줄 수 있습니다.
• 반사율 문제어둡거나 광택이 있는 표면은 센서를 오작동시키는 경우가 있습니다.
• 제한된 범위지상 기반 LiDAR에는 한계가 있습니다.

하지만 기술이 발전함에 따라 이러한 문제점들은 점차 줄어들고 있습니다.

LiDAR와 레이더의 차이점은 무엇일까요?

라이다와 레이더는 혼동하기 쉽지만, 작동 방식은 서로 다른 파장을 사용합니다. 라이다는 레이저 광(적외선 또는 녹색)을 사용하여 매우 높은 해상도의 정보를 제공합니다. 레이더는 전파를 사용하며 악천후나 장거리에서 더 나은 성능을 발휘합니다.

이 두 기술은 특히 자율주행 차량에서 서로의 약점을 보완하기 위해 함께 사용되는 경우가 많습니다.

LiDAR의 미래

라이다를 더 작고 저렴하며 강력하게 만드는 추세가 뚜렷하게 나타나고 있습니다. 이러한 추세에는 움직이는 부품이 없는 솔리드 스테이트 라이다의 등장, 실시간 분석을 위한 엣지 컴퓨팅의 활용, 그리고 스마트폰이나 드론과 같은 소비자 기기에 라이다를 통합하는 것이 포함됩니다.

또한 다음과 같은 분야에서 LiDAR 사용이 증가하고 있습니다.

• 스마트 시티교통 흐름 관리, 군중 모니터링 및 기반 시설 계획에 사용됩니다.
• 환경 모니터링탄소, 생물 다양성 및 토지 변화를 추적합니다.
• 우주 탐사행성 표면 지도 제작.
• 증강현실/가상현실정확한 깊이 감지를 위해.

LiDAR 기술이 더욱 보편화됨에 따라, 우리가 예상치 못한 곳에서도 LiDAR 기술을 접하게 될 가능성이 높습니다.

마지막 생각

LiDAR는 단순히 레이저와 첨단 장비에 관한 기술이 아닙니다. 세상을 더욱 선명하게 보고, 주변 환경을 데이터로 변환하며, 정확한 정보를 바탕으로 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 도와주는 기술입니다. 응급 구조대원부터 농부, 로봇 공학자에 이르기까지 많은 사람들이 실제 문제를 해결하기 위해 매일 LiDAR를 활용하고 있습니다.

만약 당신이 이제 막 라이다에 대해 배우기 시작했다면, 이미 미래의 방향을 따라잡고 있는 것입니다. 비록 당신이 직접 라이다 시스템을 구축할 필요는 없더라도, 그 작동 원리와 활용 분야를 아는 것은 우리 세상을 변화시키는 기술을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

자주 묻는 질문