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설계행정 드론라이다를 활용한 통합측량 확대방안 설계처-181 (2024.01.16.)

1 추 진 목 적

 설계단계에서 드론카메라 및 인력으로 이원화된 측량을 통합측량 확대로

업무효율성 및 경제성 등 확보, 정확한 지형정보 제공 도모

☞(항공기 대비)저고도촬영으로정확한지형정보확인및(인력 대비)면개념측량으로신뢰도향상

(~2019년, 항공기 및 인력 ) (2020년, 드론측량 및 인력) (2021년~, 드론통합측량)

지형측량(항공기) / 노선측량(인력) 지형측량(드론) / 노선측량(인력) 지형 + 노선측량(드론) : 확장노선

 다만, 노선측량 신설구간은 지반의 정확한 높낮이 확인이 어려워

고성능측량장비1) 도입 및 시범운영을 통해 全노선으로 확대·추진

※ 측량목적 및 시기

 

구 분	지형측량(항공 또는 드론)	노선측량(드론 또는 인력)
목 적	지형·지물의 전체형상 측량	도로시설 세부설계를 위한 측량
시 기	기본설계	기본설계(40m 간격) / 실시설계(20m 간격)
성과물	수치지형도(1/1000) 제작	중심선, 종·횡단측량

 

2 추 진 경 위

 2018. 3 : 무인비행장치 측량 작업규정 제정 (국토지리정보원) 

2019 . 8 :「국내 도로분야 최초」드론측량지형측량 시행

o 대 상 : 당진JCT (대산∼당진 5공구, 면적 약1km2)

2019. 11 : 항공기 대체 드론측량지형측량 확대 시행

o 항공기+드론 병행측량(대산∼당진 1,2공구) / 드론 측량(대산∼당진 3∼5공구)

2021. 6 : 드론카메라 통합측량지형+노선측량 추진방안

o (확장노선) 시범검증을 통해 우선적용 / (신설노선) 추가검토 후 확대추진

1) 라이다(Light Detection And Ranging) : 목표물에 레이저 광선을 발사한 뒤 반사되어 돌아오는 광선의 속도를 측정해 사물까지의 거리와 방향, 온도, 물질 특성을 파악해 대상 물체 모습을 구현하는 첨단측정 장치

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2 ❙ 설계행정

3 라이다 도입 통합측량 시범사업 분석결과

 시범사업 현황 [붙임-1]

o 사업구간 : 울산외곽 3공구 (L=3.9km. 약2km2) * 산지비율을 감안하여 대상선정

o 측량시기 : 2022. 7 ～ 2023. 4

o 측량)* : 드론 카메라, 드론 라이다, 인력 각각 측량 후 성과비교(신뢰성 97%)

1 측량 정확도 분석

 기 준 점

o 지상기준점과 드론(카메라, 라이다)의 동일지점 좌표값 차이 분석

o 수치표고 비교결과 드론카메라과 드론라이다 모두 정확도 확보

☞ 라이다 도입시 정확도 약 2배 향상

 

표고 정확도 기준	드론(카메라)	드론(라이다)
최대오차 0.75m이내/ RMSE 0.5m이내	최대오차 0.16m/ RMSE 0.08m	최대오차 0.079m/ RMSE 0.0m

 

*「수치표고모형의 구축 및 관리 등에 관한 규정」제7조 [붙임-2]

 표고 차이 분포분석

o 인력대비 드론카메라와 드론라이다 차이분포 현황

 

인력 -드론(카메라) 차이분포
인력 -드론(라이다) 차이분포

 

o 기준점 표고 정확도 기준(최대오차 0.75m)이상이 차지하는 비율

- 드론(라이다) 차이 비율(11.3%)은 드론카메라 차이 비율(26.6%) 대비 정확도 57.5%향상

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 노선측량 분석

o (종·횡측량) 인력-드론라이다 표고차이는 종단 약 0.11m, 횡단 0.13m [붙임-3]

(단위 : m)

 

구 분		최 소	최 대	평 균
종단측량	인력-드론(카메라)	0.003	1.374	0.436
	인력-드론(라이다)	0.001	0.365	0.113
횡단측량	인력-드론(카메라)	0.000	2.067	0.475
	인력-드론(라이다)	0.000	0.712	0.128

 

※ 인력측량 또한 GPS 수신 상태, 수직도 등으로 오차 발생

o (토 공 량) 인력-드론라이다 측량의 토공량의 차이는 약 1.3% 수준

- 토공량은 인력 노선측량을 고려하여 양단면평균법으로 산출

- 인력-드론라이다 토공량 차이 3.7% 보다 약 2배 이상 신뢰성 확보(단위: m3)

 

구 분	인 력 토공량 (A)	인력-드론(카메라)			인력-드론(라이다)
		토공량(B)	차이(B-A)	비율	토공량(C)	차이(C-A)	비율
절 토	388,504	430,875	(증)42,371	10.9%	408,775	(증)20,271	5.2%
성 토	496,348	486,368	(△) 9,980	2.0%	487,840	(△) 8,508	1.7%
계	884,852	917,243	(증)32,391	3.7%	896,615	(증)11,763	1.3%

 

2 업무효율 및 경제성 분

 

 업무효율성 [붙임-4]

o 통합측량(지형+노선측량) 시행시 최대 63%까지 측량기간 단축 가능(단위: 인·일,m2)

 

구 분	현 행			→	시범결과
	지형측량 (드론카메라)	노선측량(인력)			통합측량 (드론카메라+라이다)
		기본설계	실시설계
소요예산	140	111	222		173
계	473

 

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 경제성 분석 [붙임-5]

o 통합측량(지형+노선측량) 시행시 약 51% 예산절감으로 경제성 향상(단위 : 백만원,Km2)

 

구 분	현 행			→	시범결과
	지형측량 (드론카메라)	노선측량(인력)			통합측량 (드론카메라+라이다)
		기본설계	실시설계
소요예산	115	56	111		137
계	282

통합측량에 따른 비재무적 효과분석

 

 

구 분	인 력 측 량	통 합 측 량
작업자 안전성	∙공용구간 교통차단 발생 ∙자업 중 작업자 안전사고 위험 (급경사 접근, 동‧식물 등) ∙GNSS 등 측량장비 인력 이동	∙ 교통차단 불필요 ∙ 작업 중 안전사고 위험 감소 ∙ 인력 장비이동 최소화
지형정보 신뢰성	∙선개념측량으로불특정지형정보부재 (20m~40m 간격으로 횡단상 지형 점보 확인)	∙면개념 측량으로 불특정 지형정보 추출 가능 (점군데이터)
혁신성장 선도	∙전통적인 방식측량 혁신성장 한계	∙정밀한 3D 지형정보 제공으로 BIM 설계 지원 등

 

3 분석결론 및 추진방향

 라이다를 탑재한 드론으로 통합측량 시행시, 업무효율성 및 경제성

향상 극대화 가능

※ 드론측량 결과 공공측량심사 및 측량 작업규정에 적합

 다만, 일부 오차가 발생되는 구간 신뢰성 확보를 위해 실무자 의견 반영,

기준개선 및 검증체계 마련 등 필요

 

기 존 지형측량 / 노선측량 분리			분석 결과 ↓ 개선 보완	개 선 드론 통합측량
① 지형측량 (항공기 or 드론)		② 노선 측량 (인력) * 확장노선(드론)		지형+ 노선측량 ·지형 : 드론카메라 ·노선 : 드론라이다

 

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4 드론 통합측량 확대추진(안)

 

추 진 방 향

 드론 촬영 및 성과기준 정립  신뢰성 향상을 위한 검증체계 마련  드론활용 통합측량 발주방안 검토

 

작업계획

수 립 ▷ 대공표지 설치 및

지상기준점 측량 ▷ 무인비행측량

(라이다포함)

▷ 항공삼각

측 량 ▷ 정사영상

제 작

▷

수치

모델생성

(DSM,DEM)

▷

지형‧지물

묘 사

(수치도화)

▷ 지형보완측량

및 노선측량 추출 ▷ 감독원

현장검측 ▷ 성과심사 및

성과품 제출

 드론 촬영 및 성과기준 정립

o 촬영 권장시기 : 11월말 ~ 4월초 (식생발육을 고려)

o 드론라이다 횡방향 중첩도 제시*

: 30 ~ 40% 범위

*「수치표고모형의 구축 및 관리 등에 관ë 규정」제17조 : 중복도 30% 미만이

전체 1¡4이상인 경우 재측량

o 드론라이다 기준점 인지 확인을 위해 대공표지 규격 확대*

* 대공표지 규격 : 30Œm × 30Œm → 100 × 100Œm

o 지상기준점(검사점) 및 지상해상도 완화

- 드론라이다 도입 및 인력측량 검증을 고려하여 작업규정으로 완화

 

구 분	현 재*	무인비행장치 측량 작업규정
기준점	12점 이상(1km2 기준)	9점 이상 (1km2기준)
검사점	기준점의 1/2 이상 (6점 이상)	기준점 1/3 이상 (3점 이상)
계	18점 이상	12점 이상

* 확장노선 통합측량(설계처-1546, 2021)시, 표고 정확도 향상을 위해 기준점 및 검사점 강화

 

- 드론라이다 도입에 따른 지상해상도(GSD) 완화 : 2cm 이내 → 5cm 이하

※ 사진영상이 아닌 점z데이터 표고 추출로 드론(카메라) 지상해상도 기준

완화하여도 노선측량 데이터 품질에 영향은 없음

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o 드론라이다 성과기준 설정

- 드론라이다 측량성과의 정확도를 위해 시범운영결과 및 실무자 의견 등을

고려하여 점밀도 기준 제시 : 최소 400pts이상(1m×1m)

(과업지시서) 라이다 성과결과 점밀도가 최소400pts이상 수집이 가능한

장비로 시험 비행촬영하여 감독확인 후 본 촬영을 하여야 한다. 또한 촬영 후

점밀도 기준 미만시 장비 및 촬영J¨을 변경하여 재촬영하여야 한다.

※ 시범운영결과 라이다 사양에 따른 점밀도 비교

「Y」사 : 점밀도(431pts) 「D」사 : 점밀도(413pts)

o 드론라이다 촬영 고도 및 속도 설정은 감독과 협의 후 촬영

 신뢰성 향상을 위한 검증체계 마련

o 노선측량 취약구간 인력측량 검증

- 오차발생 예상구간* 및 높은 정확도 필요구간** 인력측량을 통한

검증 및 데이터 신뢰성 확보(설계사 시행)

* 숲이우거지거나 지형이급변화하는 구간, 드론카메라-라이다간표고오차가 큰구간등

** 구조물(교대, 터널입출구 등) 계획위치, 확장노선 기존 포장 및 구조물 접속부,

터널 저토피 예상구간, 주요 배수시설 시·종점, 감독이 지정한 구간 등

- 기준점 기준 최대오차 및 취약구간 등 고려하여 설계단계별기본/실시

노선연장(단, 터널 제외)에 대한 노선측량(인력) 비용 20%

** 설계반영

* 인력-드론

라이다

간 50cm 이상 표고오차 비율 : 약 20%

** (기본설계) 약 4.5백만원/km, (실시설계) 약 8.9백만원/km

- 인력측량 결과 제출 : 위치별 드론카메라,라이다 표고 비교, 오차원인 등

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o 라이다측량 성과관리 강화

- (합동조사) 지형구현의 적정성 및 측량 음영구간 확인 등

* 대상 : 노선담당 감독, 설계사, 측량업체 등

- (성과관리) 드론라이다 재촬영 조건일 경우 일부 또는 전부 재촬영

 

재촬영 조 건

⦁촬영구간 중 점밀도 기준을 만족하지 못하는 구간 ⦁개방된 구간(도로, 주차장 등) 중 감독이 지정한 지점의 DEM 추출표고와 인력측량 표고를 비교하여 절대값 표고차이 10cm 초과할 경우* ⦁기준점의 최대오차가 10cm 초과하거나 RMSE가 5cm를 초과할 경우** ⦁기타 감독과 측량업체가 협의하여 재촬영할 경우

 

* 표준시방서 준용(시공중 측량 3.3.1, KCS 10 30 05)

지면이 노출된 원지반면의 지형현황측량은 수치지형도 및 수치표면모델(DSM), 수치

표고 모델(DEM) 등을 사용할 수 있으며, 이때 정확도는 평면좌표 및 표고 모두 ±10 cm 이내

** 시범사업 결과를 반영하여 기준점 성과기준 강화

 드론카메라+라이다 통합측량 발주검토

o 기본설계 또는 기본 및 실시설계 : 드론 통합측량 발주(신설/확장)

- 현재 드론라이다 촬영 및 데이터처리에 대한 품셈 부재로 견적을 통

한 설계반영 (드론라이다 촬영, 기준점 매칭, DEM, 측량추출 내역 포함)

o 소규모 사업, 노선변경(과업범위 밖)이나 노선측량만이 필요할 경우*, 경제성 및 현장여건 등을 고려하여 측량 발주방법 결정

* 예시) 지형현황측량 기확보 또는 국토지리정보원 측량자료 활용 → 라이다만 발주

5 결 론

 적용대상 : 지형현황측량 신규발주 노선부터

 향후계획 : 통합측량 가이드라인 마련 및 측량결과 피드백·보완

 기대효과

o (업무효율성) 약 2배 향상 (소요기간 49% 축소)

o (경 제 성) 약 4!% 예산절감 (△112백만원/Km2)

o (설계고도화) 정확한 지형정보 제공을 통한 BIM설계 지원

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8 ❙ 설계행정

붙 임 자 료

붙임 1 시범사업 추진 현황(별첨)

붙임 2 노선측량 정확도 기준

붙임 3 중심선 종‧횡단 측량성과 비교(별첨)

붙임 4 측량기간, 투입인원 비교(별첨)

붙임 5 측량에 따른 경제성 분석 결과(별첨)

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붙임 2 노선측량 정확도 기준

□「무인비행장치 측량 작업규정」제35조(노선측량의 종단측량),

제3

조(노선측량의 횡단측량)

① 무인비행장치를 이용한 노선의 종단(횡단)측량은 수치지면자료 등을 활용하여

종단면도(횡단면도)를 작성하는 작업을 말한다.

② 종단(횡단)측량은 수치지면자료 또는 수치표고모델을 활용하는 것을 원칙으로

하며, 나대지의 경우 수치표면자료 또는 수치표면모델을 활용할 수 있다.

□「무인비행장치 측량 작업규정」제23조(정확도 점검)

① 수치표면자료 또는 수치지면자료, 수치표면모델 또는 수치표고모델 등의 수직

위치 정확도는 다음 각 호와 같다.

1. ...

2. 수치표면모델 또는 수치표고모델이 최종성과물일 경우에는「항공레이저측량

작업규정」의 수직위치 정확도를 준용한다.

□「수치표고모형의 구축 및 관리 등에 관한 규정」

제44조(수치표고모델 정확도 점검)

실측된 기준점 및 검사점과 수치표고모형과의 표고 차이에 대한 최대값, 최소값,

평균, 표준편차 및 수치표고모형의 RMSE를 구하여 제7조를 기준으로 정확도를 점검한

다.

□「수치표고모형의 구축 및 관리 등에 관한 규정」제7조(데이터품질)

제7조(데이터품질) ① 수치표고모형 성과는 다음 각 호의 품질요소를 만족하여야 하며, 공정별

품질'()*+ 별표1과 같다.

3. 위치(높이) 정확성

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