3차원 지적공간정보기반 구축방안에 관한 연구 = (A) study on construction method of 3 dimensional cadastral spatial information base data

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

<Abstract>

The 2 dimensional land registration system in Korea is inappropriate in the social environment which changes quickly because the amount of information which registers in land registration is limited, and the consumer's various and complex requirements are not satisfied. And various spatial informations with the infra construction of national spatial information are standardized with 3 dimensions, the cadastral information which is the most basic data about the land is still in its 2 dimensions so far and the perfect fusion of cadastral and geo-spatial information is hard to expect. For the reliability three-dimensional land management and the right of ownership protective system, the necessity of 3 dimensional cadastral system which will be able to register and manage not only the 2 dimensional cadastral information of present time but also 3 dimension cadastral information of the land which includes the altitude of earth's surface and the spatial information of facilities which is under or on the parcel is proposed.
This Study will re-establish the idea of 3 dimensional land registration, then suggest a plan of registration of height(H) with plane location(X, Y) and a new land change registration model that will register and manage the cadastral information continuously. In addition, the study of 3 dimensional cadastral spatial information system which is able to manage and utilize 3 dimensional cadastral information and various geo-spatial information could efficiently contribute the development to advanced cadastral system which exceeds the limit of 2 dimensional cadastre.
First, we analyzed domestic and an overseas research trend about 3 dimension cadastre and established a new definition of 3 dimension cadastre and derived the necessity of 3 dimension cadastre by the analysis of two-dimensional cadastre.
Second, a 3 dimensional land registration map is made by overlaying LiDAR surface data with land registration map transformed to World Geodetic System(WGS-84), extracting the height of boundary.
Third, the possibility of Network RTK survey among the various 3 dimension cadastral survey method is examined, and it proposed the 3 dimensional land change management method around the area of which the terrains are changed like cutting and raising the ground, and researched the economic analysis.
Fourth, 3 dimension cadastral information system and 3 dimensional cadastral registration model were suggested which merged the various data about land based on 3 dimensional cadastral information and analyzed the effect of expectation which follows hereupon.
In conclusion, transforming LiDAR surface data to vector structures; the accuracy for extracting land registration boundaries from surface data is improved by Inverse Distance Weighted Average Interpolation; an accuracy of land transfer boundary altitude can be guaranteed about 0.1～0.15m. And the VRS survey, one of the Network RTK survey techniques was applied in 3 dimension land change survey which for the accuracy verification of VRS survey with static measurement results of the check point, the maximum deviation was very good with ±0.04m. 3 dimensional spatial coordinates can be obtained swiftly and accurately by using VRS survey on 3 dimensional land transfer survey; an accuracy of land transfer boundary altitude can be guaranteed within ±12cm, even in the slopes around 30˚, by interpolating high density 1m-grid DEM newly generated from VRS survey data. When the estimated cost of 3 dimensional land change survey is compared with 2 dimensional land change survey and national height data renewal, it is analyzed as cost effective in qualitative effect and various areas and the higher level in the small-scale area with two-dimensional indication measurement. And with 3 dimension land registration map, registering land quality information, construction information under and on the ground, connecting every kinds of land related information system 3 dimensional cadastral spatial information system is made which has a function of visibility analysis, volume calculation, buffering analysis, height analysis and 3 dimensional cadastral spatial information registration model made with the fusion of various register and map information.
As mentioned above, if 3 dimensional cadastral spatial information system is constructed, it will contribute to spatial information business activation and the cadastral survey demand magnification and job creation and the rationalization of land use and the stable fixation of the right of ownership protective system will be expected. Also in aspects of administration th efficient management of land spatial information and administrative expense reduction will be expected, and improvement of quality of service for public and the increase of role as the center of National Spatial Data Infrastructure(NSDI) will also be expected.

국문 초록 (Abstract)

<국문초록>

우리나라의 2차원 지적제도는 지적공부에 등록하는 정보의 범위가 한정되어 있어 빠르게 변화하는 사회환경에 부적합하고, 복잡 다양해진 수요자 요구사항을 충족시키지 못하고 있는 실정이다. 그리고 국가공간정보의 인프라 구축 차원에서 다양한 공간정보들이 3차원으로 규격화되어 표현되고 있지만, 토지에 대한 가장 원초적인 데이터라 할 수 있는 지적정보는 아직까지 2차원에 머물러 있어 지적정보와 공간정보의 완벽한 융합을 기대하기 힘든 상황이다. 이로 인해 입체적 토지관리 및 소유권 보호 제도의 신뢰성 확보를 위해 현재의 2차원 지적정보 뿐만 아니라 지표면의 표고를 포함한 토지의 3차원 지적정보는 물론 필지 상․하에 존재하는 다양한 시설물의 공간정보를 등록․관리할 수 있는 3차원 지적제도의 도입 필요성이 제기되고 있다.
따라서 본 연구에서는 3차원 지적에 대한 개념을 재정립하고, 토지의 평면위치(X, Y)와 함께 높이(H)를 지적공부에 등록할 수 있는 방안과 이후 지속적으로 지적공부를 등록․관리할 수 있는 3차원 토지이동정리방안을 제시하였다. 아울러 3차원 지적정보와 각종 공간정보를 효율적으로 관리 및 활용할 수 있는 3차원 지적공간정보시스템 구축방안을 연구함으로써 미력하나마 평면지적의 한계를 뛰어넘는 선진 지적제도로의 발전에 기여하고자 하였다.
구체적인 연구방법으로는 첫째, 3차원 지적에 대한 국․내외 연구동향을 분석하여 3차원 지적의 정의를 새롭게 정립하였으며, 2차원 지적의 문제점 분석을 통해 3차원 지적의 필요성을 도출하였다.
둘째, 지적도면을 세계측지계로 좌표변환하고 항공 LiDAR 데이터와 중첩하여 별도의 보간 알고리즘을 개발 적용함으로써 토지경계점의 표고 추출을 통한 3차원 지적도를 제작하였다.
셋째, 다양한 3차원 지적측량방법의 특성을 비교하고 그 중 Network RTK 측량의 활용 가능성을 검토하여 토지의 절․성토 등 지형변화지역을 대상으로 3차원 토지이동정리 방법을 제시하였으며, 3차원 지적측량의 경제성 분석을 실시하였다.
넷째, 3차원 지적정보를 토대로 지상, 공중, 지하에 걸친 각종 토지 관련 정보를 융합한 3차원 지적공간정보시스템 구축방안 및 3차원 지적공부 모델을 제시하고 이에 따른 기대효과를 분석하였다.
결론적으로 3차원 지적도 제작을 위해 항공 LiDAR 원시데이터 중 지표면 데이터만을 분류 추출하고, 이를 vector 구조로 변환하여 세계측지계로 변환된 지적도와 중첩을 통해 거리제곱반비례가중평균 보간 알고리즘을 개발 적용함으로써 0.1～0.15m 내외의 수직정확도를 확보한 지적경계점 표고데이터를 추출할 수 있었다. 그리고 3차원 토지이동측량에 Network RTK 기법중 하나인 VRS 측량을 적용하였으며, VRS 측량의 정확도 검증을 위해 검사점의 static 측량성과와 비교한 결과 최대편차가 ±0.04m로 매우 양호하였다. 또한 3차원 토지이동정리를 위해 VRS 측량데이터로부터 1m 격자간격의 DEM을 새로이 생성하였으며, 이로부터 보간을 통해 토지이동필지의 경계점 표고값을 추출하는데 있어 30° 내외의 경사도에서도 ±0.12m 이내의 표고추출 정확도를 확보할 수 있었다. 3차원 토지이동측량의 비용 추산을 통해 기존의 2차원 토지이동측량 및 국가고도자료 갱신에 따른 비용편익을 비교한 결과, 2차원 토지이동측량에 비해 동일한 비용 수준에서 정성적 효과 등 다양한 분야의 편익이 유발되었으며, 소규모 지역에 대해서는 기존의 2차원 지적측량과 병행 실시할 경우 국가고도자료 갱신 등 많은 편익이 발생할 수 있을 것으로 경제성이 분석되었다. 그리고 3차원 지적도를 기본도로 토지특성정보, 지상 건축물정보, 지하 시설물정보를 지적등록하고 각종 토지 관련 정보시스템을 연계하여 가시권 분석, 체적량 산출, 버퍼링 분석, 고도 분석 등의 수행이 가능한 3차원 지적공간정보시스템을 구축하였으며, 각종 대장정보와 도면정보를 통합한 3차원 지적공간정보대장 모델을 제작하였다.
이상과 같이 3차원 지적공간정보기반이 구축되면 사회적인 측면에서 공간정보산업 활성화에 기여하고 지적측량 수요 확대 및 측량산업 고용 창출이 기대되며, 토지이용의 합리화와 소유권 보호 제도의 안정적 정착을 기대할 수 있다. 또한 행정적인 측면에서 국토공간정보의 효율적 관리와 행정비용 절감 효과가 기대되며, 대민서비스의 질적 향상 및 국가공간정보인프라(NSDI)의 구심점으로서 역할이 증대될 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1. 연구배경 및 목적 1
• 2. 연구동향 4
• 1) 국외 연구동향 4
• 2) 국내 연구동향 5
• 3. 연구범위 및 방법 8
• 1) 연구범위 8
• 2) 연구방법 9
• 제2장 3차원 지적의 이론적 고찰 12
• 1. 3차원 지적의 개념 정립12
• 1) 차원의 정의 12
• 2) 3차원 지적의 정의 13
• 2. 2차원 지적의 문제점17
• 1) 2차원 지적측량의 한계 17
• 2) 토지등록 정보의 범위 협소 19
• 3) 입체적 소유권 보호 제도 미비 20
• 4) 제도적 이원화 21
• 3. 3차원 지적의 필요성 24
• 1) 입체적 토지관리 24
• 2) 소유권 보호 제도의 신뢰성 제고 25
• 3) 지적측량의 경쟁력 확보 25
• 4) 공간정보산업 활성화의 역할 증대 27
• 4. 3차원 지적의 객체 및 등록대상 28
• 1) 3차원 지적의 객체 28
• 2) 3차원 지적의 등록대상 29
• 5. 3차원 공간정보 취득기법 32
• 1) 사진측량 32
• 2) 고해상도 위성영상 및 SAR 영상 33
• 3) ALS 및 지상 LiDAR 35
• 4) MMS 36
• 5) 지상측량 37
• 6) 수치지도 38
• 7) 3차원 공간정보 취득기법의 특성 비교 40
• 6. 소 결 41
• 제3장 LiDAR를 이용한 3차원 지적 공간정보 취득 42
• 1. 연구대상지 선정 42
• 2. 지적도면의 세계측지계 좌표변환 44
• 1) 좌표변환 공통점 선점 44
• 2) 좌표변환 모델의 선정 46
• 3) 좌표변환계수 산출 48
• 4) 좌표변환 왜곡량 계산 50
• 5) 지적도면 좌표변환 52
• 6) 좌표변환 정확도 평가 53
• 3. LiDAR 자료처리 및 DEM 제작 57
• 1) LiDAR 자료취득 57
• 2) 자료처리 58
• 3) 지표면 데이터 추출 60
• 4) DEM 제작 61
• 4. 3차원 지적 공간정보 추출 64
• 1) vector데이터 변환 64
• 2) 지적도면 중첩 65
• 3) 지적경계점 표고데이터 추출 66
• 5. 소 결 69
• 제4장 지형변화지역의 3차원 지적측량 및 토지이동정리 70
• 1. 실험측량대상지 선정 70
• 2. 3차원 토지이동 세부측량 72
• 1) 3차원 지적측량방법 72
• 2) Network RTK 적용 검토 74
• 3) VRS를 이용한 3차원 토지이동측량 79
• 3. 3차원 토지이동 대상지 DEM 생성 87
• 1) 보간기법 87
• 2) 불규칙삼각망(TIN) 구성 87
• 3) VRS 측량데이터를 이용한 DEM 생성 90
• 4. 지형변화지역의 3차원 토지이동정리 92
• 1) 토지이동 대상지의 DEM Update 95
• 2) 필지경계점 변동 표고 추출 및 변동량 비교 96
• 3) 3차원 지적좌표의 정확도 평가 100
• 5. 3차원 지적측량 경제성 분석 102
• 1) VRS에 의한 3차원 토지이동측량 비용 추산 102
• 2) 경제성 분석 105
• 6. 소 결 111
• 제5장 3차원 지적공간정보시스템 구축방안 113
• 1. 3차원 공간정보 데이터베이스 구축 113
• 1) 건물 DB 구축 및 3차원 지적등록 113
• 2) 지하시설물 DB 구축 및 3차원 지적등록 122
• 2. 3차원 지적공간정보시스템 구현 126
• 1) 시스템 구축환경 126
• 2) 공간정보 통합 연계 127
• 3) 시스템 주요기능 128
• 4) 시스템 구현 130
• 5) 3차원 지적공간정보시스템의 활용 130
• 3. 3차원 지적공부 모델 134
• 4. 기대효과 137
• 1) 사회적 측면 137
• 2) 행정적 측면 141
• 5. 소 결 146
• 제6장 결 론 147
• 1. 연구요약 및 결론 147
• 2. 연구의 한계 및 향후 연구과제 150
• 참고문헌 153
• 국문초록 160
• 부 록 163
• 감사의 글 176