LiDAR 매핑: 무엇이며 왜 중요한가

LiDAR 매핑은 현대 공간정보학에서 가장 중요한 도구 중 하나로 조용히 자리 잡았습니다. 홍수 모델링, 도시 계획, 임업, 인프라, 시뮬레이션 등 모든 분야에서 활용되고 있습니다. 하지만 여전히 많은 사람들에게는 추상적이거나 지나치게 전문적인 기술로 느껴집니다.

본질적으로 LiDAR 매핑은 기존 지도에서는 제공할 수 없는 수준의 정밀도로 세상을 3차원으로 측정하는 기술입니다. 이미지에서 지형의 형태를 추측하는 대신, 반사된 빛을 통해 정확한 고도와 구조를 직접 측정합니다. 이 글에서는 LiDAR 매핑의 작동 원리, 생성되는 데이터 유형, 그리고 오늘날 수많은 산업 분야에서 LiDAR 매핑을 활용하는 이유를 자세히 살펴봅니다.

LiDAR 매핑이란 무엇인가요?

LiDAR는 Light Detection and Ranging의 약자입니다. 기본적으로 빛을 이용하여 거리를 측정하는 기술입니다. LiDAR 시스템은 지면이나 주변 물체에 초당 수십만 개의 레이저 펄스를 빠르게 발사합니다. 각 펄스가 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 해당 표면까지의 정확한 거리를 계산합니다.

비행기, 드론 또는 자동차로 넓은 영역을 훑듯이 수백만 번 촬영하면 조밀한 3D 점 구름이 생성됩니다. 각 점은 공간상의 위치(x, y, z)를 가지며, 이러한 점들이 모여 점 구름을 형성합니다. 이것이 바로 모든 LiDAR 지도의 기본 구성 요소입니다.

기술을 (간단하게) 분석해 봅시다

일반적인 항공 LiDAR 시스템의 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 레이저 스캐너땅을 향해 빛줄기를 발사합니다.
• GPS 장치항공기의 정확한 위치를 추적합니다.
• IMU(관성 측정 장치)플랫폼의 방향(기울기, 기울기, 회전)을 측정합니다.

이 세 부분은 함께 작동하여 각 레이저 펄스가 정확히 어디에 떨어졌는지, 그리고 얼마나 멀리 이동했는지를 파악합니다. 그 결과는 무엇일까요? 지구 표면과 그 위에 있는 모든 것, 즉 건물, 나무, 심지어 전력선까지 정확하게 3D 스캔할 수 있습니다.

DEM, DSM 및 기타 모델 설명

포인트 클라우드가 생성되면, 이는 고도 모델로 변환됩니다. 바로 이 단계에서 LiDAR가 실제 응용 분야에서 진가를 발휘하기 시작합니다.

• 디지털 고도 모델(DEM)지표면만 보여줍니다. 나무, 건물 등 다른 모든 것은 제외됩니다. 이를 "맨땅" 모델이라고도 합니다.
• 디지털 표면 모델(DSM)지형, 지붕, 나무 꼭대기 등 모든 것을 담아냅니다.
• 수관 높이 모델(CHM) 또는 정규화된 키 모델(NHM)DSM에서 DEM을 빼서 생성합니다. 이를 통해 식생 높이 또는 건물 높이를 파악할 수 있습니다.

이러한 모델은 매우 작은 격자 셀(대개 1~2미터)로 구성되며, 각 셀에는 고도 값이 저장됩니다. 이러한 격자 형식은 시뮬레이션, 분석 및 홍수 예측과 같은 예측 모델에 이상적입니다.

그렇다면 어떻게 사용될까요?

오늘날 얼마나 많은 산업 분야에서 LiDAR 매핑에 의존하는지 알면 놀라실 겁니다. 더 이상 연구원이나 GIS 전문가만의 전유물이 아닙니다.

홍수 위험 지도 작성 및 물 흐름

홍수 모델은 물이 지표면을 따라 어떻게 이동하는지 이해하는 데 기반합니다. LiDAR로 얻은 고해상도 DEM을 사용하면 분석가들은 폭풍우 발생 시 홍수의 흐름을 시뮬레이션할 수 있습니다. 그러나 DEM은 수동으로 조정해야 합니다. 예를 들어, LiDAR는 지표면을 투과하지 못하기 때문에 도로 아래의 배수로를 감지할 수 없으므로, 이러한 요소들을 고려해야 합니다.

도시 계획과 디지털 트윈

도시 계획 담당자들은 LiDAR를 사용하여 도시 환경의 상세한 3D 모델을 구축합니다. 이러한 모델은 계획 및 시나리오 테스트에 사용되는 도시의 가상 버전인 "디지털 트윈"을 만드는 데 활용됩니다. 새로 지어진 고층 건물에 햇빛이 어떻게 비치는지 보고 싶으신가요? LiDAR 데이터를 통해 시뮬레이션할 수 있습니다.

환경 모니터링

산림 및 산림보호 분야에서 LiDAR는 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

• 나무 밀도와 수관 높이를 추정하십시오.
• 산림 훼손이나 벌채의 징후를 감지합니다.
• 시간이 지남에 따라 산림의 건강 상태를 모니터링하십시오.

통신 및 인프라

통신 분야에서 LiDAR는 5G 및 기지국 계획 수립 시 가시선 분석에 도움을 줍니다. 엔지니어는 신호 강도에 영향을 미치는 지형과 장애물을 파악하여 훨씬 더 정확한 커버리지 계획을 세울 수 있습니다.

고고학과 숨겨진 역사

LiDAR는 초목을 투과하여 보는 데 탁월합니다. 따라서 정글 숲 아래 숨겨진 고대 정착지를 발굴하는 데 이상적입니다. 미국에서는 LiDAR를 사용하여 아메리카 원주민 구전 역사에 언급된 선사 시대 산사태 발생 위치를 정확히 찾아낸 유명한 사례가 있습니다.

LiDAR의 장점을 간략하게 정리하면 다음과 같습니다.

다음은 LiDAR가 매우 유용한 도구인 이유입니다.

• 높은 정확도센티미터 또는 밀리미터 단위까지 정밀하게 측정할 수 있습니다.
• 3D 디테일형태뿐 아니라 깊이와 입체감까지.
• 여러 반환하나의 파동이 나무 꼭대기, 나뭇가지, 땅에 동시에 반사될 수 있습니다.
• 어두운 환경에서도 작동합니다.광학 영상처럼 햇빛이 필요하지 않습니다.
• 밀집된 점 구름매우 높은 해상도로 데이터를 캡처합니다.

하지만 모든 게 완벽한 건 아닙니다.

LiDAR에는 장단점이 있습니다. 높은 해상도를 제공하지만, 몇 가지 제한 사항을 염두에 두어야 합니다.

• 비용특히 넓거나 외딴 지역을 매핑할 때, 전체 LiDAR 측량에는 수백만 달러가 소요될 수 있습니다.
• 복잡성LiDAR 데이터를 처리하려면 고성능 컴퓨터와 숙련된 분석가가 필요합니다.
• 실시간이 아닙니다실시간 영상이 아닙니다. 지형이 바뀌면 지도를 다시 만들어야 합니다.
• 물 문제LiDAR는 특수 수심 측정 시스템을 사용하지 않는 한 물속에서 제대로 작동하지 않습니다.

2023년 기준으로 지구 표면의 약 51,000톤(TP3T)만이 LiDAR를 이용해 매핑되었습니다. 이는 높은 비용과 막대한 노력 때문입니다.

LiDAR를 넘어서: LiDAR는 퍼즐의 일부일 뿐일 때

LiDAR는 이제 단독으로 사용되는 경우는 드뭅니다. 최신 지리공간 워크플로우에서는 다른 데이터 소스와 결합되는 경우가 많습니다.

• 위성 이미지 질감과 색상을 제공합니다.
• 사진측량학 누락된 시각 자료를 채워주는 데 도움이 됩니다.
• GIS 레이어 도로, 인구, 토지 이용과 같은 요소를 추가하세요.

이러한 계층적 접근 방식은 매우 사실적인 3D 환경을 구현합니다. 예를 들어, 마을의 LiDAR 고도 데이터와 위성 이미지를 결합하면 구조적 깊이감과 시각적 디테일을 모두 표현할 수 있습니다. 그 결과, 마치 현실 세계를 디지털로 복제한 듯한 느낌을 받게 됩니다.

FlyPix AI에서 지리공간 매핑에 접근하는 방식

~에 플라이픽스 AI, 저희는 인공지능을 활용한 지리공간 분석 자동화에 집중하고 있습니다. 저희 플랫폼은 사용자가 위성, 드론, 항공 이미지에서 객체를 신속하게 감지하고 분류할 수 있도록 지원하며, 복잡하고 밀도가 높거나 수동 처리가 어려운 장면에서도 효과적입니다. LiDAR 매핑은 상세한 고도 데이터를 제공하지만, 저희는 시각적 레이어에서 빠르고 확장 가능한 객체 수준의 인사이트를 제공함으로써 LiDAR 매핑을 보완합니다.

실제 프로젝트에서 사용자들은 보다 완벽한 정보를 얻기 위해 다양한 유형의 공간 데이터(예: 고해상도 이미지와 구조 매핑 또는 토지 분류)를 결합하는 경우가 많습니다. 바로 이 부분에서 FlyPix가 빛을 발합니다. FlyPix를 사용하면 인프라 모니터링, 환경 변화 추적, 대규모 현장 조사 등 어떤 작업이든 팀이 원본 이미지에서 실행 가능한 인사이트를 단 몇 분 만에 도출할 수 있습니다. FlyPix는 정확도를 희생하지 않고도 시각적 매핑 워크플로를 확장하는 데 필요한 속도와 유연성을 제공합니다.

미래를 위한 라이다

최근에는 AI 기반 시스템에서도 LiDAR 기술이 점점 더 많이 활용되고 있습니다. FlyPix AI와 같은 플랫폼은 이미지 인식과 지리 공간 데이터를 결합하여 검사, 토지 이용 분류, 심지어 환경 정화 작업까지 자동화합니다. 이러한 시스템에서 LiDAR는 종종 더 광범위한 "지리 공간 지능" 스택의 일부로 사용되어 기계가 인간처럼 물리적 공간을 더 잘 이해할 수 있도록 돕습니다.

다음 개척 분야는 무엇일까요? 육지와 얕은 해저를 한 번에 매핑하는 연속 지형-수심 LiDAR 기술입니다. 이러한 시스템은 해안 홍수 모델을 지원하고, 침식을 모니터링하며, 해안선 근처의 파도 거동을 시뮬레이션할 수 있습니다.

LiDAR는 언제 적합한 도구일까요?

LiDAR는 다음과 같은 경우에 가장 효과적입니다.

• 매우 정확한 3D 고도 데이터가 필요합니다.
• 당신이 거주하는 지역은 나무나 건물로 둘러싸여 있습니다.
• 홍수, 숲 또는 지형을 모델링하고 있습니다.
• 인프라를 계획하거나 환경을 시뮬레이션해야 합니다.

기본적인 지도 제작이나 간단한 시각화에는 과도한 기술일 수 있습니다. 하지만 정밀도가 중요한 경우(그리고 실제로 중요한 경우가 많습니다), LiDAR는 따라올 기술이 거의 없습니다.

마지막 생각

LiDAR 매핑은 더 이상 틈새 기술에 그치지 않습니다. 세상을 측정하고 모델링하는 데 있어 가장 정확하고 다재다능한 도구 중 하나입니다. 비용이 들기는 하지만, 다른 방법으로는 도저히 따라올 수 없는 수준의 정밀도를 제공합니다.

도구 접근성이 향상되고 인공지능이 처리 과정에서 가장 어려운 부분을 자동화함에 따라, 정부 계획부터 스마트 농업 등에 이르기까지 일상적인 분석에서 LiDAR가 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

지구에 대한 더 나은 결정을 내리려면 지구에 대한 더 나은 데이터가 필요합니다. LiDAR가 바로 그 해답입니다.

자주 묻는 질문