국토공간정보 생성을 위한 고해상도 위성영상 활용 = Application of High Resolution Satellite Image for National Geo-Spatial Information Generation

국문 초록 (Abstract)

최근 다양한 분야에서 공간정보의 생성 및 활용이 이루어지고 있으며, 이러한 공간정보는 일반적으로 항공 LiDAR 및 디지털 항공카메라 등의 최신 기술을 이용하여 제작되는 것이 일반적인 추세이다.
그러나, 항공기를 이용하는 방법은 광역지역이나 도서지역에 대한 공간정보를 구축의 하는데 시간 및 비용이 많이 소요되며, 특히, 국경지대나 군사지역 등은 항공기의 접근 자체가 불가능하여 공간정보의 구축은 매우 어려운 실정이다.
이와 같은 문제를 해결하기위하여 과거부터 위성영상을 이용하여 공간정보를 구축하는 연구가 지속적으로 이루어져 왔으며, 근래에 이르러 공간해상도(GSD)1m급 이상의 상업용 위성영상이 출현하게 되어 항공사진과 유사한 가시성과 위치정확도의 확보는 물론 공간정보의 생성이 가능하게 되었다. 그러나 현재까지의 고해상도 위성영상 활용은 단영상을 기반으로 한 2차원 국토공간정보 생성 및 활용이 주로 이루어지고 있어 GSD 1m급 이상 고해상도 입체 위성영상을 기반으로 국토공간정보 생성 및 정확도 확보 방안이 요구된다.
본 연구에서는 1m급 고해상도 위성영상의 입체영상을 이용하여 공간정보 제작 가능성을 타진하고자 하는 연구로 IKONOS, Geoeye 영상의 입체 영상을 이용하여 RPC와 GCP를 이용하여 위성영상의 기하학적 보정을 수행하고, DEM 및 정사영상의 제작 및 정확도 분석을 수행하였다.
특히, 최근 발사된 GSD 0.5m급 Geoeye 위성의 영상을 기존 1m급 위성영상과 비교함으로써 동 영상을 이용한 공간정보의 정확도 분석과 향후 활용성에 대한 방안을 검토하였다.
먼저 각 위성이 제공하는 RPC와 수치지도상의 GCP를 이용하여 고해상도 위성영상의 센서모델링 수행한 결과 ±1.5m 이하의 표정 정확도를 확보할 수 있었다.
또한, 입체영상을 이용하여 DEM을 추출한 결과 평지부에서는 정확도가 높은 반면, 산지 및 도심지에서는 정확도가 낮게 추출되어 이에 대한 보완 연구가 필요하다.
이들을 이용하여 정사영상을 제작한 결과 GSD 1m급 고해상도 위성영상을 이용한 1/5,000 공간정보의 제작은 충분히 가능한 것으로 판단되었다. 또한, 접근자체가 불가능한 지역에 대하여는 RPC만을 이용하여 일정부분 정확도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 RPC 정보를 이용한 센서모델링 결과에 위성의 궤도정보 또는 SPACE　TRIANGURATION 방법 등과 접목하여 기준점 정보 없이도 일정 수준이상의 정확도를 갖는 공간정보를 구축할 수 있다는 것을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recent years have witnessed the production and utilization of geo-spatial information across many different fields. It's the general trend to create geo-spatial information by using such advanced technologies as aerial LiDAR and aerial digital cameras.
However, it takes much time and money to build up geo-spatial information for metropolitan areas or islands using a plane. Especially it's impossible to approach a border area or military zone with a plane, which makes it very demanding to build up geo-spatial information for those areas.
In order to solve the problem, they have conducted constant researches on building up geo-spatial information by using satellite imagery. Lately there appeared commercial satellite images of 1m GSD(ground sample distance) or higher. They provide the visibility and location accuracy similar to aerial photos and allow for the generation of geo-spatial information. However, the current utilization of high resolution satellite imagery has been limited to the generation and utilization of two-dimensional geo-spatial information of the territory based on mono images. It's required to generate geo-spatial information and secure its accuracy based on high resolution stereo satellite images of GSD 1m or higher.
This study set out to explore the possibility of generating geo-spatial information by using high resolution stereo satellite images of 1m or higher. By using three dimensional images such as IKONOS and GeoEye and further RPC and GCP, the investigator made geometric revisions to satellite images and analyzed the making and accuracy of DEM and ortho images.
By comparing the satellite images of GSD 0.5m by GeoEye recently launched with the old satellite images of 1m, I analyzed the accuracy of geo-spatial information using the same images and explored the potential for future uses.
I conduced sensor modeling to the high resolution satellite images with RPC of each satellite and GCP of numeric maps. As a result, the orientation accuracy recorded ±1.5m.
DEM results from three dimensional images indicate that accuracy was high on level grounds and low in mountains and cities, which calls for supplementary researches.
Using those data, I made ortho images and found out the geo-spatial information of 1/5,000 is a sure possibility when using high resolution satellite images of 1m. And I was able to secure certain accuracy only by using RPC for the inaccessible areas.
Those results show that one can build up geo-spatial information of certain accuracy without information about datum points by incorporating sensor modeling results into the satellite orbit information or space triangulation.

목차 (Table of Contents)

• 목 차 ⅰ
• 그 림 차 례 ⅲ
• 표 차 례 ⅴ
• 국 문 요 약 ⅵ
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 2
• 1.3 연구방법 및 범위 6
• 제 2 장 고해상도 위성영상의 처리 이론 8
• 2.1 전처리 기술 8
• 2.1.1 복사량 보정(대기 보정) 8
• 2.1.2 기하 보정 9
• 2.1.3영상재배열 9
• 2.2 입체영상처리 기술 13
• 2.2.1 센서모델링 13
• 2.2.2 영상정합(image matching) 22
• 2.2.3 수치표고모형(Digital Elevation Model) 25
• 2.2.4 수치미분편위수정(digital differential rectification) 27
• 제 3 장 공간정보 제작 29
• 3.1 대상지역 선정 및 자료특성 29
• 3.1.1 대상지역 선정 29
• 3.1.2 자료특성 29
• 3.2 고해상도 위성영상을 이용한 DEM 제작 및 정확도 분석 35
• 3.2.1 지상기준점 취득 36
• 3.2.2 표정해석 37
• 3.2.3 DEM 제작 및 정확도 분석 39
• 3.3 고해상도 위성영상을 이용한 정사영상 제작 및 정확도 분석 46
• 3.3.1 자동 추출 DEM을 이용한 정사영상 제작 및 정확도 분석 47
• 3.3.2 LiDAR DEM을 이용한 정사영상 제작 및 정확도 분석 51
• 3.4 고해상도 위성영상을 이용한 수치지도 제작 56
• 제 4 장 결 론 59
• 참 고 문 헌 61
• Abstract 69