DEM, 지형을 디지털로 담아내다.
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Ep.17
1. DEM이란?
DEM(Digital Elevation Model) 은 고도 데이터를 수치화하여 표현한 3차원 지형 모델로, 지형의 각 지점별 높이 값을 그리드 형태로 저장하여 실제 지형을 디지털로 재현한 데이터입니다.
[그림1. DEM 사진]DEM은 2차원 지도에 높이 값을 제공하여 2D 지도에서는 표현이 어려운 지형적 특성을 확인할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 지형 변화, 기후 변화 등 생태계에 대한 연구 혹은 환경 및 자원 관리 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
특히 지도, 내비게이션, 자율주행 업계에서는 DEM을 활용하여 지형 특성을 고려한 정밀 측위 내비게이션을 제공하거나, 경사도 정보를 제공하여 전기차 전비 계산 및 연료 효율이 좋은 동선을 제공하기도 합니다.
이처럼 DEM은 4차 산업혁명으로 각광받는 ‘디지털 트윈’과 ‘자율주행’ 기술을 구현하는데 필수적인 요소 중 하나입니다.
DEM은 디지털 트윈을 구현하는 데 있어 중요한 역할을 하며, 자율주행 차량이 도로 위의 장애물이나 경사로 등을 파악하고 안전하게 주행할 수 있도록 돕습니다.
2. DEM 제작 과정 및 유의사항
DEM 구축 방법에는 지상 측량, 위성 영상 활용 등 다양한 방법이 있지만 아이나비시스템즈에서는 국토지리정보원에서 제공하는 1:5,000 수치지형도의 등고선을 활용하여 제작하고 있습니다.
등고선 데이터는 같은 높이의 지점을 연결한 폐합된 선들로 이루어져 있으며 1:5,000 수치지형도에서는 5m 간격의 등고선을 제공하고 있습니다.
[그림2. 등고선 예시]등고선 데이터가 DEM 제작의 기초가 되는 만큼 DEM 제작 전 꼼꼼한 검수가 필요합니다.
원천 데이터에 다양한 종류의 오류가 포함될 수 있습니다.
[표1. 등고선 오류 케이스]등고선 오류는 크게 형상 오류와 속성 오류로 나눌 수 있습니다.
예시와 같은 오류들은 DEM 제작 전에 반드시 수정되어야 하며, 이를 통해 보다 정확한 DEM을 제작할 수 있습니다.
형상 오류는 공간분석을 통해 검출할 수 있습니다.
등고선은 형상적으로 교차하거나 끊어지면 안 되기 때문에 끝점 혹은 교차점이 존재할 수 없는 점을 이용하여 검출하고 수정할 수 있습니다.
[그림3. 등고선 형상 오류]속성 오류는 속성값으로 확인해야 하므로 벡터 상태인 등고선 단계에서 확인하기는 매우 어렵습니다.
따라서 먼저 등고선 데이터를 1차적으로 DEM으로 변환시킨 후 음영기복도(hillshade)로 변환하면 등고값이 잘못 들어간 부분을 시각화하여 보다 수월하게 검출할 수 있습니다.
[표2. 속성검수]이렇게 형상적, 속성적 오류가 수정되면 DEM을 제작하게 됩니다.
하지만 전국 지역을 한 번에 변환하기에는 데이터가 너무 커서 오류가 발생하게 되어 전국을 약 300개의 그리드로 균일하게 분할하여 진행합니다.
[그림4. DEM 검증]이때 ‘cell size’를 맞추는 것이 중요합니다.
셀 사이즈란 Raster data를 이루는 가장 작은 단위인 pixcel의 크기로, cell size가 작을수록 같은 Raster data 안에 더 많은 픽셀이 들어가 해상도가 높아지게 되며, 그만큼 용량과 제작 시간이 길어집니다.
[표3. cell size 비교]전국을 300여 개로 나눠 DEM으로 변환하는 과정에서 그리드 크기가 동일하고 cell size를 정확하게 입력하더라도 cell size가 달라질 수 있습니다.
이는 pixel size가 부동 소수점이고 한반도 특성상 지형이 없는 바다 부분에는 no data 가 되면서 그리드마다 공간 범위가 달라지고 픽셀의 정렬이 달라지면서 cell size가 미묘하게 달라지기 때문입니다.
cell size가 다른 상태인 N 개로 분할 제작된 DEM을 병합하게 되면 병합 과정에서 어느 도엽의 픽셀이 강제적으로 다른 도엽의 cell size로 맞춰지게 됩니다. 이러한 경우 과정 중 픽셀이 전체적으로 재정렬되면서 무아레 현상이 나타납니다.
(* 무아레 현상: 반복되는 단순한 패턴을 겹칠 때 패턴들 간의 주기 차이로 인해 서로 간섭이 발생해 나타나는 새로운 패턴을 의미)
[그림4. 무아레 현상 표시]무아레 현상이 일어날 경우 지점의 고도 값은 실제와 크게 차이 나지 않지만, DP가 중요한 서비스에서는 골치 아픈 케이스가 됩니다.
그렇기 때문에 무아레 현상을 최대한 방지할 수 있도록 서비스할 cell size를 최초에 정확하게 입력하고 이후 프로세스에서도 cell size와 픽셀 정렬이 바뀌지 않도록 유지하는 것이 매우 중요합니다.
마지막으로 제작된 DEM에 대한 검증을 진행합니다.
검증 내용으로는 서비스에 적합한 데이터 포맷, 유형, cell size, 좌표계 등이 있으며 DEM의 정확도를 검증하게 됩니다.
정확도 검증으로는 특정 지점의 GNSS 측량 값과 DEM의 고도 값이 얼마나 일치하는지 확인하고 있습니다.
[그림4. DEM 검증]오류 검출·수정, 검수까지 완료됐다면 기초적인 DEM 제작은 완료가 되고 이후 활용처에 따라 후처리, 활용방안이 달라지게 됩니다.
3. DEM 활용 예시
1. 망설계지도
: 통신망이 건물 혹은 지형 등 장애물에 방해받지 않도록, DEM을 활용하여 지도 서비스를 설계합니다.
2. 지형지도 테마
: 지도 위에 지형도를 입힌 테마지도인 지형지도를 일반, 항공지도에 더해 시각적인 효과뿐만 아니라 지형 특성 파악, 등산 및 트래킹 계획, 입지 분석 등 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.
이처럼 아이나비시스템즈에서는 다방면에 DEM을 활용하고 있으며,
지형지도 테마 역시 24년 하반기에 개발을 완료해 Maps API 내 상용 서비스 중에 있습니다.
[표5. 지형지도 테마]그 외
망설계지도, 지형지도 테마 외에도 DEM을 활용하여 DigitalTwin Map, 전기차 전비 계산, 데이터 검증, 고도 API 연구 등 다양한 분야의 서비스 범위를 넓히기 위해 아이나비시스템즈의 여러 부서에서 함께 노력 중입니다.
DEM 활용 분야가 다양해지고 중요해진 만큼, 무엇보다 정확하고 무결한 DEM을 제작하여 이를 기반으로 다양한 데이터를 산출해 내기 위해 연구하고 있습니다.
앞으로 아이나비시스템즈에서 진행될 DEM을 활용한 다양한 연구와 서비스에 많은 관심과, 응원 부탁드립니다. 감사합니다.
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by 아이나비시스템즈 Digital & Display팀 박현식
