비접근지역 지형정보 획득을 위한 정사영상 활용 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Currently application of high-resolution satellite imagery is expanding with development of high tech optical and space aviation technology. Although using 3 dimensional modeling technology in order to attain accurate terrain information using existing ground control points is the most dependable reference data, such means are unapplicable for certain area because of it's limited access. Therefore, research must be conducted to establish and manage sufficient number of precise ground control points and geometric model in order to estimate ground position in an accurate and prompt manner.
In this study, we have researched into ways to utilizing high resolution satellite images from IKONOS and Quickbird, and sub-meter class satellites images that will be utilized in the future such as Arirang images and PLEIADES images for unaccessible areas. For that purpose we have created accuracy verification and GCP files for existing ortho-imagery and digital elevation model of entire Korean peninsula.
The results showed that accuracy of ortho-imagery and digital elevation model was RMSE X(Easting) 3.043m, Y(Northing) 2.921m, Z(Height) 6.139m. Also, after ortho-rectifying IKONOS images using ground control points extracted from ortho imagery and digital elevation model the accuracy of the imagery was RMSE X(Eastig) 5.536m, Y(Northing) 4.459m, Z(Height) 2.721m.
This study presented ways to attain 3 dimensional ground position using existing data without actual field survey of unaccessible areas. It is anticipated that this study will contribute greatly to accuracy improvement for high resolution imagery such as IKONOS images. And GCP database that will be achieved through following researches will provide important reference for data acquisition of unaccessible areas and thus enabling maintenance to up-to-date ortho-rectified imagery database.

국문 초록 (Abstract)

최근 지형공간정보체계 구축에 있어 첨단 전자광학 및 항공우주 기술을 바탕으로 고해상도 위성영상의 활용범위가 확대되고 있는 추세에 있다. 하지만, 정밀한 위치정보 취득을 위한 3차원 모델링 기술에서는 해당지점에 접근하여 지상기준점을 취득하는 방법이 가장 정확하나, 비접근/난접근 지역에 대하여는 접근관측을 통한 지상기준점 획득이 원천적으로 불가능하므로 정밀한 지형정보를 얻을 수 있는 범위는 매우 제한된다. 따라서 위성영상으로부터 신속하고 정확한 지상위치를 결정하기 위해서는 정확한 기준점을 충분히 보유하고 관리해야 하며, 정밀한 기하학적 모델을 수립하기 위한 연구가 필요하다.
본 연구에는 IKONOS와 QuickBird 등에서 촬영한 고해상도 위성영상과 아리랑 2호기, PLEIADES 등 향후 상용으로 활용될 수 있을 것으로 기대되는 서브미터급 고해상도 위성영상으로 비접근지역 지형정보획득을 위하여, 한반도 전역에 대해서 기 구축된 정사영상과 수치표고모형에 대한 정확도 검증 및 지상기준점(GCP) 파일을 제작하였다. 또한, 이 획득된 지상기준점을 사용하여 곧 실용 배치될 아리랑 2호기와 같은 해상도를 가진 IKONOS 입체영상을 기하보정하여 정확도 평가를 실험하였다.
연구결과, 현재 보유하고 있는 정사영상과 수치표고모형의 정확도는 각각 RMSE X(Easting) 3.043m, Y(Northing) 2.921m, Z(Height) 6.139m로 검증되었다. 또한 비접근지역에 대한 3차원 모델링시 활용 가능성 평가를 위해 검증된 정사영상과 수치표고모형에서 추출한 지상기준점을 이용하여 IKONOS 기하보정 결과 RMSE X(Easting) 5.536m, Y(Northing) 4.459m, Z(Height) 2.721m 의 위치정확도를 가진 영상을 얻을 수 있었다.
본 연구의 성과는 지상기준점의 접근측량이 제한이 되는 산악지형을 포함한 광역지역, 비접근지역에 대하여 현지측량에 의존하지 않고 기존의 자료를 활용한 3차원 위치결정 방법을 제시하였으며, IKONOS 위성영상은 물론 고해상도 위성영상의 기하학적 정확도 향상에 크게 기여할 것으로 판단된다. 향후 연구를 통해 얻어진 지상기준점 데이터 베이스는 비접근지역의 정보획득에 중요한 기초자료 역할을 하게 될 것으로 기대되, 이를 통하여 보정된 정사영상 데이터 베이스는 최신영상으로 유지․관리 할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 1.1 연구목적 = 1
• 1.2 연구 동향 = 3
• 1.3 연구내용 및 방법 = 5
• 제 2 장 지상기준점 제작을 위한 지형공간정보 = 8
• 2.1 위성영상 = 8
• 2.1.1 IKONOS = 8
• 2.1.2 QuickBird = 10
• 2.1.3 SPOT-5 = 13
• 2.1.4 아리랑 2호(KOMPSAT-2) = 15
• 2.2 정사영상 = 18
• 2.2.1 제작공정 = 18
• 2.2.2 규격 및 활용 = 20
• 2.3 수치표고모형 = 23
• 2.3.1 제작공정 = 23
• 2.3.2 규격 및 활용 = 24
• 제 3 장 지상기준점 제작 = 27
• 3.1 지상기준점 제작 = 27
• 3.1.1 지상기준점 = 28
• 3.1.2 제작공정 = 29
• 3.1.3 지상기준점제작 방법 = 30
• 3.1.4 지상기준점 제작 = 33
• 3.2 3차원 위치정확도 평가방법 = 37
• 3.2.1 영상기준면 = 38
• 3.2.2 평균제곱근오차(RMSE) 산출 = 39
• 제 4 장 정사영상의 활용성 평가 = 42
• 4.1 대상지역 및 관련자료 = 42
• 4.1.1 실험대상지 선정 = 42
• 4.1.2 대상지역특성 및 관련자료 = 43
• 4.1.3 사용 장비 = 48
• 4.2 3차원 위치정확도 평가 = 50
• 4.2.1 평면 위치정확도 평가 = 50
• 4.2.2 수직 위치정확도 평가 = 57
• 4.2.3 결과의 비교분석 = 64
• 4.3 지상기준점 활용 가능성 평가 = 67
• 4.3.1 IKONOS 위성영상의 기하학적 모형화 = 67
• 4.3.2 IKONOS 위성영상 정확도 평가 = 69
• 4.4 비교 고찰 = 72
• 제 5 장 결론 = 74
• 참고문헌 = 75
• ABSTRACT = 78