KR100884100B1 - 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 수목에 대한 캐노피 추출이 가능한 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법을 개시한다.

본 발명에 따른 시스템은, 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 수목에 대한 캐노피 정보를 접수한 후, 상기 항공 영상정보와 캐노피 정보를 상호 매칭시키기 위한 연산 제어부와, 연산 제어부의 연산 결과를 영상으로 표시하는 디스플레이부와, 연산 제어부로부터 제공된 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 사물에 대한 식생 여부를 판단하는 수목 식별부와, 해당 사물이 식생일 경우, 레이저 스캔 정보의 펄스 도달 시간에 기초하여 식생 내의 각 수목에 대한 높이를 측정하는 수목높이 측정부와, 수목높이 측정부의 측정 결과를 토대로 각 수목에 대한 최고점을 기준으로 수목높이의 변화량이 최대가 되는 위치를 검출하여 이를 해당 수목의 둘레로 상정하며, 최고점 및 수목의 둘레를 토대로 각각의 수목에 대한 캐노피 정보를 생성하는 캐노피 산출부로 구성되는 연산 시스템;으로 이루어진다.

따라서, 비행 고도에 따라 일정 간격으로 레이저 펄스를 주사하여 조사토록 함으로써, 측정된 레이저 포인터를 토대로 정확한 캐노피를 생성할 수 있다.

GPS, INS, 캐노피, 측정, 레이저, 스캔, CANOPY, 항공, 측량, 식생

Description

항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING VEGETATION CANOPY USING AIRBORNE LASER SURVEYING}

본 발명은 항공 레이저 측량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공 레이저 측량을 이용하여 수목의 캐노피 데이터를 쉽게 얻도록 하여, 3차원 모델 분석을 가능케 하기 위한 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

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.

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 일 반적으로 항공 사진 및 위성 영상에 의하여 얻어진 지형 자료를 바탕으로 이루어지며, 이러한 자료를 해석하고 수치화하는 작업이 필요하다. 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.

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.

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 함수로 보정하여 수치 지도를 제작하는 기술을 제시하고 있다.

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.

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 정보의 활용성이 저하되는 문제점이 있다. 이는 촬영된 항공 사진과 위성영상은 2차원 데이터로 제공되어 수목의 캐노피(Canopy) 분석 및 지형의 수치표면 모델(DSM) 제작과 같은 3차원 분석의 시행이 어렵게 된다. 더구나, 항공 사진은 촬영 고도에 따라 공간 해상도의 차이를 보이고, 위성영상은 촬영 위성의 종류에 따라 영상의 공간 해상도에서 차이를 보이는 문제점이 존재한다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 항공 레이저 측량을 이용하여 수목의 캐노피(Canopy) 데이터를 쉽게 얻을 수 있는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법을 제공함 있다.

본 발명의 다른 목적은, 레이저 측량을 통해 산림의 잎 표면 전체에 걸쳐서 측정을 수행함으로써, 해상도가 낮은 항공사진이나 위성영상으로 분석할 수 없었던 수목의 3차원 모델 분석이 가능한 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템은, 해당 지역에 대한 항공 영상을 촬영하기 위한 영상 촬영부; 상기 영상 촬영부에서 촬상된 영상 정보 및 상기 LiDAR 시스템을 이용하여 수목에 대한 레이저 스캔 정보를 생성하는 시스템 운영부로 구성되는 항공 시스템; 상기 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 수목에 대한 캐노피 정보를 접수한 후, 상기 항공 영상정보와 캐노피 정보를 상호 매칭시키기 위한 연산 제어부와, 상기 연산 제어부의 연산 결과를 영상으로 표시하는 디스플레이부와, 상기 연산 제어부로부터 제공된 상기 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 사물에 대한 식생 여부를 판단하는 수목 식별부와, 상기 해당 사물이 식생일 경우, 상기 레이저 스캔 정보의 펄스 도달 시간에 기초하여 식생 내의 각 수목에 대한 높이를 측정하는 수목높이 측정부와, 상기 수목높이 측정부의 측정 결과를 토대로 각 수목에 대한 최고점을 기준으로 수목높이의 변화량이 최대가 되는 위치를 검출하여 이를 해당 수목의 둘레로 상정하며, 상기 최고점 및 수목의 둘레를 토대로 각각의 수목에 대한 캐노피 정보를 생성하는 캐노피 산출부로 구성되는 연산 시스템;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 방법은, a) 항공 레이저 스캔을 토대로 식생 내 각 수목에 대한 최고점 데이터들을 추출하는 단계; b) 어느 하나의 수목에 대한 최고점 데이터를 중심으로, 근접된 최고점 데이터와의 거리 정보를 산출하는 단계; 및 c) 상기 거리 정보를 상기 수목에 대한 캐노피로 산정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

구체적으로, d) 상기 최고점 데이터에 대응하는 수목의 높이를 포함함으로써, 수목에 대한 3차원 그래픽 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템 및 방법은, 비행 고도에 따라 일정 간격으로 레이저 펄스를 주사하여 조사토록 함으로써, 측정된 레이저 포인터를 토대로 정확한 캐노피를 생성할 수 있는 효과를 얻는 다. 또한 레이저 측량을 토대로 정밀한 수목의 캐노피를 3차원 모델로 구현토록 함에 따라, 산림정보를 정확하게 구축할 수 있는 효과를 얻는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 수목 캐노피 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 레이저 스캔 정보를 생성하는 시스템 운영부(101)와, 상기 시스템 운영부(101)에서 생성된 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 송출하는 송신부(105)로 구성되는 항공 시스템(100); 상기 송신부(105)로부터 제공되는 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 복조하는 수신부(125)와, 상기 수신부(125)로부터 복조된 정보를 토대로 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 추출하고, 이를 근거로 해당 수목에 대한 캐노피 정보를 접수한 후, 상기 항공 영상정보와 캐노피 정보를 상호 매칭시키기 위한 연산 제어부(121)와, 상기 연산 제어부(121)의 연산 결과를 영상으로 표시하는 디스플레이부(123)와, 상기 연산 제어부(121)로부터 제공된 상기 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 사물에 대한 식생 여부를 판단하는 수목 식별부(127)와, 상기 해당 사물이 식생일 경우, 상기 레이저 스캔 정보의 펄스 도달 시간에 기초하여 각 식생에 대한 높이를 측정하는 수목높이 측정부(129)와, 상기 수목높이 측정부(129)의 측정 결과를 토대로 각 수목에 대한 최고점을 기준으로 수목높이의 변화량이 최대가 되는 위치를 검출하여 이를 해당 수목의 둘레로 상정하며, 상기 최고점 및 수목의 둘레를 토대로 각각의 수목에 대한 캐노피 정보를 생성하는 캐노피 산출부(131)로 구성되는 연산 시스템(120)으로 이루어진다.

상기 항공 시스템(100) 및 연산 시스템(120)은 상기 송신부(105) 및 수신부(125)를 이용하여, 상기 영상정보 및 레이저 스캔정보를 송수신하고 있으나, 이는 유선 구조의 통신이거나, 무선 구조의 통신에 기반할 수 있을 것이다. 즉, 상기 항공 시스템(100) 및 연산 시스템(120)은 상호 별개의 장치로써 별개의 공간에서 운영될 수 있으며, 필요에 따라 항공 시스템(100) 및 연산 시스템(120)은 하나의 단일화된 시스템일 수 있을 것이다. 예컨대, 항공 시스템(100) 및 연산 시스템(120)이 별개의 장치일 경우, 항공 시스템(100)은 항공기로 장착되고, 연산 시스템(120)은 지상에서 운영되어, 항공 시스템(100)에서 촬영된 임의의 지역에 대한 수목 캐노피 정보를 지상에서 제공할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에서는 수목의 캐노피를 산출토록 하고 있으나, 다수의 수목이 복합적으로 구성된 식생 내의 각 수목에 대한 캐노피 산출은, 식생에 대한 다수의 레이저 포인트의 최고점 사이의 거리를 해당 수목의 캐노피로 정의될 수 있다. 즉, 식생에 대한 레이저 포인트 중 최고점에 해당하는 레이저 포인트는 다수 개 형성되 며, 이러한 최고점은 하나의 수목의 최고점에 해당할 것이다. 따라서, 각 수목의 캐노피는 해당 수목의 최고점과 근접한 다른 최고점들 간의 중간 거리가 해당 수목의 캐노피 반경에 해당할 것이다.

도 2는 본 발명의 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도시된 바와 같이, S201 단계에서 상기 항공 시스템(100)은 LiDAR 시스템 즉, 항공 레이저스캐너(103), GPS(111) 및 INS(109)를 기동한다. 이는 항공 LiDAR 측량을 위한 것으로, 항공 시스템(100)은 S203 단계에서 GPS(111) 및 다수의 인공위성을 토대로 항공기의 위치 즉, 촬영하고자 하는 위치정보를 수신한다. 또한, INS(109) 즉, 관성 항법장치를 이용하여 항공기의 가속도를 측정한다.

상기 INS(109)는 항공기 엔진이 기동함과 동시에, 현재의 좌표가 입력되면 항공기가 움직일 때마다 INS(109)는 가속도를 읽어낸다. 그리고, 가속도를 적분하여 속도를 구하고 이를 토대로 위치변화량을 산출하여 현재 위치를 정확하게 검출한다. 이후, 상기 시스템 운영부(101)는 영상 촬영부(107)를 이용하여 해당 지역의 지리적 영상을 촬영하고, 레이저 스캐너(103)를 이용한 산림 지역을 스캔한다.

레이저 스캔은 일정 거리 예컨대, 10Cm 내지 30Cm 단위로 레이저를 지상의 수목으로 조사하는 것으로, 상기 시스템 운영부(101)는 레이저의 조사 시각 및 반사되어 수신된 시각을 검출한다. 즉, S205 단계와 같이 시스템 운영부(101)는 펄스화된 레이저 신호를 일정 간격으로 조사하되, 상기 GPS(111) 및 INS(109)를 이용한 레이저 펄스 간격에 대한 실질적인 거리를 산출한다. 이와 같이, 시스템 운영 부(101)는 S207 단계에서 영상 촬영부(107)에서 촬상된 영상정보를 포함하여 상기 레이저 스캐너(103)를 통해 제공되는 스캔정보를 취합한다. 상기 스캔정보는 해당 영상정보에 대응하는 지역의 레이저 스캔 정보이다.

상기 시스템 운영부(101)는 송신부(105)를 통해 전술된 영상정보 및 스캔 정보를 연산 시스템(120)으로 전송한다. 이는 서술한 바와 같이, 유무선 네트워크를 통해 전송될 수 있으나, 필요에 따라 항공 시스템(100) 내부로 상기 연산 시스템(120)이 설치될 수 있음은 물론이다. 즉, 항공기 내부에서 항공 시스템(100) 및 연산 시스템(120)을 동시에 기동할 수 있는 것이다. 따라서, 상기 연산 시스템(120)은 S209 단계에서 상기 수신부(125)는 송신부(105)로부터 전송된 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 수신한다. 상기 송수신부(105, 125)가 무선 네트워크로 구성될 경우, 상시 수신부(125)는 복조회로가 포함될 것이며, 따라서 상기 연산 제어부(121)는 복조된 신호로부터 영상정보 및 레이져 스캔 정보를 추출한다.

상기 연산 제어부(121)는 먼저, 레이져 스캔 정보를 상기 수목 식별부(127)로 제공한다. 수목 식별부(127)는 S209 단계에서, 현재 접수된 레이저 스캔에 따른 각 레이저 포인트 정보를 수신하여, 레이저 포인트 정보들에 대한 상관 관계를 산출한다. 상기 포인트 정보는 각 레이저 펄스에 대한 복귀 시간정보로 상정될 수 있으며, 이러한 시간 정보를 토대로 대상물에 대한 종류 예컨대, 수목, 지형, 건물 등을 판별한다. 이는 레이저 펄스에 대한 복귀 시간이 일정 면적을 갖고 일정하게 검출될 경우, 지형으로 판단하며, 복귀 시간의 변화량이 일정 범위 내에서 선형적으로 검출될 경우 이는 지면으로 판단하고, 레이저 펄스의 복귀 시간이 일정하지 않을 경우 수목 또는 식생으로 판단한다.

상기한 지형은 식생과 인공 지물인 건물을 제외한 데이터로서, 이러한 데이터를 근거로 식생을 판단한다. 지형 데이터는 항공 레이저 스캐너가 취득한 모든 데이터 중 지형만을 나타내는 것으로, 초기 포인트가 필요하다. 초기 포인트란 지형보다 낮은 높이의 점들(Low Points)로서, 오차점(error points)으로 정의되는 데이터를 의미한다. 이들 초기 포인트를 이용하여 다음으로 높은 지형 데이터를 분류하게 되며, 초기 포인트에 의해 내부적으로 구성되는 삼각망으로 실제 지형 데이터를 찾는다. 상기 식목 식별부(127)는 원시 LiDAR 데이터를 이용해 분류한 지형 데이터를 사용하여 지형보다 높이가 큰 것을 분류한다.

지형보다 높이가 큰 것은 주로 식생과 인공지물인 건물로 분류되며, 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. 2m 이상의 높은 식생에는 대부분의 건물들이 존재하기 때문에, 전술된 건물 분류 알고리즘을 토대로 높은 식생을 분류할 수 있다. 도 3a, 3b는 식생과 지형을 분류한 영상 정보로서, 녹색 부분은 식생을 나타내며 회색은 지형을 나타낸다. 검은색은 레이저 스캔 정보가 없는 것으로 바다, 호수 등을 나타낸다.

한편, 상기 수목 식별부(127)는 전술된 내용에 따라 지형과 식생을 분류한 후, 분류된 식생 정보를 상기 수목높이 측정부(129)로 제공한다. 일반적으로, 식생은 방사형으로 퍼진 레이저 포인트가 군집화하여 존재하기 때문에, S211 단계와 같 이 상기 수목높이 측정부(129)는 식생으로 판단된 데이터 중 최고의 높이에 해당하는 최고점 데이터를 검색하여 이를 수목의 높이로 정의한다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 식생으로 주사된 레이저 포인트에 대한 펄스 복귀 시간을 근거로, 식생의 최고점 데이터 즉, 수목의 높이를 추출한다. 상기 수목높이 측정부(129)는 식생의 높이를 산출함에 있어, 기 검출된 지형 데이터를 토대로 수목의 높이를 산출할 수 있으나 필요에 따라 다수의 레이저 포인트에 대한 최대치 높이를 수목의 높이로 산정할 수 있을 것이다.

이후, S213 단계로 진입하여 상기 캐노피 산출부(131)는 해당 식생 또는 수목에 대한 캐노피를 산출하는데, 이를 위해 수목의 너비 값을 산출한다. 즉, 수목의 최고점에 해당하는 수목 높이 데이터를 기준으로 하여 좌우 측 방향의 최대값을 추출한다. 상기 수목의 높이를 Z 값이라 할 경우, 수목의 좌우 측 방향에 대한 최대값은 Y 또는 X 값에 해당할 것이다. X, Y 값은 동일한 방식으로 검출된 수목의 너비에 대한 방향성을 나타내는 것으로, 추후 3차원 정보를 생성하기 위한 데이터로 활용될 수 있다. 도 5는 식생의 너비를 산출하는 방법을 설명하는 사진이다.

상기 캐노피 산출부(131)는 수목 또는 식생의 너비 정보를 포함하여, 상기 수목높이 측정부(129)에서 검출된 수목(식생)의 높이 정보를 상기 연산 제어부(121)로 전송한다. 연산 제어부(121)는 디스플레이부(123)로 캐노피 정보 및 상기 지형 사진에 따른 영상정보를 제공함으로써, 상기 디스플레이부(123)는 해당 지역의 식생 또는 수목의 캐노피를 도 6과 같이 제공한다. 도시된 바와 같이, 수목의 캐노피는 수목의 너비에 해당하는 원형 구조로 디스플레이되며, 식생일 경우에는 타원형으로 구현될 수 있다.

전술된 수목은 레이저 포인트의 최고점을 토대로 수목의 너비를 산출함으로써, 수목의 크기 및 캐노피를 산출하나, 다수의 수목이 복합적으로 형성된 식생은 레이저 포인트의 최고점들을 기반으로, 수목 및 식생에 대한 높이 및 캐노피를 산출한다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 포인트가 무수히 존재함에 있어 최고점에 해당하는 다수의 레이저 포인트를 검출하고, 이를 토대로 식생 내의 수목들을 판단한다.

또한, 각 수목에 대한 캐노피는 근접된 최고점과의 거리를 1/2로 분리하여 이를 캐노피의 반경으로 설정할 수 있을 것이며, 이로부터 식생의 캐노피는 다수의 캐노피가 중접된 구조를 갖게 된다. 도 7에 도시된 각 수목별 사각 형상은 최고점을 기준으로 한 수목의 높이와 더불어, 해당 수목의 캐노피 즉, 사각 형상의 가로 길이로 표현되며, 도 6에 도시된 캐노피의 원형에 해당하는 직경은 전술된 사각 형상의 가로 길이인 것이다. 이와 같이, 본 발명은 레이저 포인트에 대한 정보를 토대로 수목의 높이 및 캐노피를 산출하여 식생의 분포, 식생의 크기 등을 제공하게 된다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 수목 캐노피 추출 방법은 항공 레이저 측량을 토대로 수목의 캐노피 데이터를 쉽게 얻을 수 있도록 함에 따라, 산림청의 정보 구축을 효과적으로 수행하고, 일반적인 항공 사진이나 위성영상으로 분석되지 않는 수목의 3차원 모델을 제공할 수 있음에 따라, 산림 관리 및 운영을 위한 정보 활용성이 극히 높아 산업적 이용 가능성이 충분할 것으로 판단된다.

도 1은 본 발명에 따른 수목 캐노피 추출 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 수목 캐노피 추출 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 3a, 3b은 식생과 지형을 분류한 사진이다.

도 4는 식생의 높이를 검출한 사진이다.

도 5는 식생의 너비를 산출한 사진이다.

도 6은 식생의 캐노피를 도시한 그래픽이다.

도 7은 식생 중 수목의 캐노피 검출을 도시한 그래픽이다.

<주요 도면에 대한 부호의 설명>

100 : 항공 시스템 101 : 시스템 운영부

103 : 레이저 스캐너 105 : 송신부

107 : 영상 촬영부 109 : INS

111 : GPS 120 : 연산 시스템

121 : 연산 제어부 123 : 디스플레이부

125 : 수신부 127 : 수목 식별부

129 : 수목높이 측정부 131 : 캐노피 산출부

Claims (7)

1. 항공레이저 측량을 위한 GPS(Global Positioning System), INS(Inertial Navigation System:109), 항공레이저스캐너(Airborne Laser Scanner)로 구성되는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템을 이용하여 수목 또는 식생의 캐노피를 측정하기 위한 시스템에 있어서,

   해당 지역에 대한 항공 영상을 촬영하기 위한 영상 촬영부; 상기 영상 촬영부에서 촬상된 영상 정보 및 상기 LiDAR 시스템을 이용하여 수목에 대한 레이저 스캔 정보를 생성하는 시스템 운영부로 구성되는 항공 시스템;

   상기 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 수목에 대한 캐노피 정보를 접수한 후, 상기 항공 영상정보와 캐노피 정보를 상호 매칭시키기 위한 연산 제어부와, 상기 연산 제어부의 연산 결과를 영상으로 표시하는 디스플레이부와, 상기 연산 제어부로부터 제공된 상기 레이저 스캔 정보를 토대로 해당 사물에 대한 식생 여부를 판단하되, 지형 데이터를 기준으로 일정 높이의 범위에 존재하고, 기 설정된 건물 분류 알고리즘에 의거 식생을 판단하는 수목 식별부와, 상기 해당 사물이 식생일 경우, 상기 레이저 스캔 정보의 펄스 도달 시간에 기초하여 식생 내의 각 수목에 대한 높이를 측정하는 수목높이 측정부와, 상기 수목높이 측정부의 측정 결과를 토대로 각 수목에 대한 최고점을 기준으로 수목높이의 변화량이 최대가 되는 위치를 검출하여 이를 해당 수목의 둘레로 상정하며, 상기 최고점 및 수목의 둘레를 토대로 각각의 수목에 대한 캐노피 정보를 생성하는 캐노피 산출부로 구성되는 연산 시스템;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 항공 시스템은 상기 시스템 운영부에서 생성된 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 송출하는 송신부를 포함하고, 상기 연산 시스템은 상기 송신부로부터 제공되는 항공 영상정보 및 레이저 스캔 정보를 복조하는 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 항공 시스템 및 연산 시스템 간 데이터 통신은 유선 또는 무선 구조의 통신 시스템에 기반한 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 수목이 복합적으로 구성된 식생일 경우, 상기 캐노피 산출부는 상기 식생에 대한 다수의 레이저 포인트의 최고점 사이의 거리를 해당 수목에 대한 캐노피 정보로 상정하는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 시스템.
5. 제 1 항에 따른 수목 캐노피 추출 시스템을 이용한 수목 캐노피 추출 방법에 있어서,

   a) 상기 레이저 스캔 정보가 지형 데이터를 기준으로 일정 높이의 범위에 존재하고, 기 설정된 건물 분류 알고리즘에 의거 해당 사물에 대한 식생 여부를 판단하는 단계;

   b) 상기 식생 내 각 수목에 대한 최고점 데이터들을 추출하는 단계;

   c) 어느 하나의 수목에 대한 최고점 데이터를 중심으로, 근접된 최고점 데이터와의 거리 정보를 산출하는 단계; 및

   d) 상기 거리 정보를 상기 수목에 대한 캐노피로 산정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   e) 상기 최고점 데이터에 대응하는 수목의 높이를 포함함으로써, 수목에 대한 3차원 그래픽 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 방법.
7. 제 5항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 캐노피 산정에 따른 캐노피 정보는 지형정보와 더불어 제공되는 것을 특징으로 하는 항공 레이저 측량을 이용한 수목 캐노피 추출 방법.

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