항공측량을 통한 항공지도 제작과정 제 11회 항공안전세미나 - 4 - OÜÝK0 («Þ½( ¿ÍMN@% !·0:; i ) ¤¤ÃP ¤¤¤ pÞ%À) Ä ¤¤¤Å ) σ ² %À)ß 1 à ¤¤

항공측량을 통한 항공지도 제작과정

-장애물 지도를 중심으로-

2009. 09. 04

한진정보통신 기술연구소


제 11회 항공안전세미나 - 2 -

1. 개 요

항행 안전을 위한 공항 주변의 장애물 관리의 필요성이 대두되고 있으며,

여기에 국가에서는 “항공정보 및 항공지도 등에 관한 업무기준”을 제정하고,

5년 단위로 공항주변에 대한 장애물 지도를 구축하여 업무에 활용하고 있다.

최근 항공사진측량기술의 발전으로 ICAO 규정을 만족하고, 과학적인고 정

량적인 장애물관리 업무 수행을 위하여 3차원 공간정보를 이용한 장애물지

도를 구축하고 있으며, 여기에 추가적으로 3차원 활용시스템을 구축하여 세

계 최고 수준의 항행 장애물 관리업무를 수행할 수 있는 체계를 마련하였다.

2. 항공장애물도 관련 규정

국내 항행 안전을 위한 항공지도 제작과 관련된 규정은 다음과 같다.

2-1. 항공장애물 관련 기준

2-1-1. 국내기준

l 항공법․시행령․시행규칙

l 비행장시설설치기준

l 장애물관리업무지침

l 항공학적 검토 및 위험평가 지침

l 공항안전운영기준

l 항공정보업무규정

l 항공정보업무 처리지침

l 항공정보업무기준

l 항공정보기술기준

l 항공정보 및 항공지도 등에 관한 업무기준

l 계기비행절차 수립기준

2-1-2 국제기준

l ICAO Annex 4「Aeronautical Charts」

l ICAO Annex 6「Operation of Aircraft」

l ICAO Annex 11「Air Traffic Services」

l ICAO Annex 14「Aerodromes」

l ICAO Annex 15「Aeronautical Information Services」

l ICAO Doc 8168「Procedures for Air Navigation Services and



Operations」

l ICAO Doc 8126「Aeronautical Information Services Manual」

l ICAO Doc 8697「Aeronautical Chart Manual」

l ICAO Doc 9137「Airport Services Manual Part6 Control of Obstacles」

l ICAO Doc 9674「World Geodetic System: 1984(WGS-84) Manual」

l ICAO Doc 9881「Guidelines for Electronic Terrain, Obstacle and

Aerodrome Mapping Information」

l FAA 14 CFR Part 77「Objects Affecting Navigable Airspace」

l FAA AC 120-9「Airport Obstacle Analysis」

2-1-3 항공촬영 및 측량관련

l 측량법, 시행령, 시행규칙

l 공공측량의작업규정세부기준

l 공공측량의작업규정세부기준운용세칙

l 건설교통부령 제323호「지도도식규칙」

l 건설교통부령 제510호「수치지도작성작업규칙」

l 국토지리정보원내규 제2002-106호「영상지도제작에관한작업규정」

l 국토지리정보원내규제2006-107호「수치표고자료구축에관한작업규정」

l 국토지리정보원내규 제2006-569호「항공사진측량작업내규」

l 국토지리정보원내규 제71호「수치지도작성작업내규」

l 국토지리정보원내규 제168호(‘09. 1. 19)「항공레이저측량작업규정」

3. 항공지도 제작과정

3-1. 항공레이저 측량

3-1-1. 항공레이저 측량 개요

항공레이저측량은 항공기를 이용하여 지상의 높이정보를 획득하는 장비로

일반적인 장비의 성능은 레이저펄스 주사율이 70kHz 정도이며, 지상고도

3,000m까지 운용가능하다.

또한 수직정확도는 비행고도에 따라 15～35cm, 수평정확도 ‘1/2,000×고도’

를 나타낸다.

특히 항공레이저 측량은 레이저 파를 직접 주사하여 대상물을 측정하는 능

동 센서의 특징을 이용하여 하나의 펄스로 최대 4회까지의 반사파를 측정할

수 있어, 복잡한 지형의 묘사가 간편하게 이루어지며 특히 산림지대에서는



수목을 투과하여 지상 면까지의 직접적인 측정이 가능하다.

비행고도 200 ～ 3,000m평면 정확도 1/2,000×고도(1σ)높이 정확도 < 15cm @ 1,200m; 1σ, < 25cm @ 2,000m; 1σ

운영 고도 200 ～ 3,000m

반사파 감지력 최종반사(last pulse)를 포함한 총 4개의 반사파 감지

스캔 주기 최고 70Hz

스캔각 0 ～ ±25˚ (±1˚ 씩 증감)

<표1> 항공라이다장비의 일반적인 사양

[그림1] 항공레이저 측량의 원리

3-1-2. 촬영 설계

항공라이다 촬영의 설계는 작업의 효율성, 항공기 운영, 지상GPS기준국의

위치, 지형의 모양 등을 고려하여 촬영설계를 실시한다. 특히 스트립간 중복

도를 두어 레이저 포인트의 점밀도가 5pts/㎡를 만족하도록 설계한다.



[그림2] 촬영 설계

3-1-3. 데이터 취득

데이터 취득은 캘리브레이션 비행을 실시 한 후 실시하며, 비행은 사전에

계획된 설계구간으로 진행되었으며, 해당날짜별로 기상과 GPS 위성의 배치

환경, 지상기준점과의 거리, 바람에 따른 항공기 속도와 방향을 고려하여 실

시 한다.

[그림3] 데이터 취득 코스도



3-1-4. 데이터 처리

촬영을 마친 후 취득된 항공레이저측량 데이터는 전처리를 통하여 3차원

점의 형태의 데이터로 제작되며, 다양한 단계의 후처리 공정을 거쳐 최종 성

과품으로 제작된다.

[그림 4] 데이터처리 흐름도

1) 전처리 처리

전처리 단계는 획득된 GPS/INS 데이터, 레이저 데이터, 지상 GPS베이스

데이터를 이용하여 지형에 대한 3차원 점좌표를 산출하는 과정으로 각 항공

라이다측량시스템의 하드웨어 특성정보, 설치센서간의 이격거리, 캘리브레이

션 정보 등을 통합하여 처리한다.

[그림 5] 항공라이다측량(ALTM30/70)의 전처리 흐름도



GPS/INS데이터는 항공기의 이동 중에 수신된 데이터이므로 이의 좌표 결

정을 위해서는 지상 GPS기준국에서 생성된 데이터와 함께 DGPS처리를 해

준다.

이 과정에서 GPS위성의 개수, 신호단절, PDOP 등의 품질관리가 이루어진

다. INS는 초당 200회의 정보를 산출하며 항공기의 좌표결정이후 좌표정보와

합쳐져서 촬영당시 항공기의 위치 및 자세를 구할 수 있다.

[그림 6] OO공항의 지상 GPS기준국 및 항공 GPS데이터 처리

2) 후처리 처리

데이터의 후처리란 전처리 단계에서 생성된 불규칙한 포인트 데이터를 이

용하여 사용자 목적에 맞도록 가공하는 것으로 지오이드 보정을 통한 정표

고 변환, 데이터의 분류, DEM, DSM 등의 결과물 제작을 포함한다. 즉, 데이

터 후처리는 전처리 단계에서 제작된 라이다 관측점들을 사용자의 이용 목

적 및 활용성에 따라 가공 처리하는 단계이다.



[그림 7] 데이터의 후처리 공정

3) 지형분류

최종 성과인 DEM과 DSM을 제작하기 위해서 취득된 원시 데이터로부터

지표면에 대한 관측점을 분류하는 과정을 거쳐야 한다. 지형분류는 건물 등

과 같은 인공지물 및 수목에 대한 라이다 관측점을 제거하는 것으로, 지형의

경사도와 건물의 크기를 기준값으로 하여 자동분류를 실시하였으며, 사용된

소프트웨어는 Microstation, TerraScan 등이 S/W을 이용한다.

[그림 8] 추출지역 및 Ground 분류 데이터



3-1-4. 데이터 검증

항공라이다측량에 의한 DEM 구축에 따른 정확도 검증 방법은 국내 및 국

외에서도 아직 정형화된 방법은 없는 실정이며, 일반적으로 DEM에 대한 검

증 방법으로 표고정확도에 대한 검증은 GPS관측성과와 항공 레이저 측량값

과의 높이 편차를 비교하였으며, 평면정확도에 대한 검증을 위해서 DEM 자

료로부터 등고선을 형성한 후, 기존 수치지형도와의 비교를 수행하는 방법을

활용한다.

표고정확도의 검증은 아래 그림과 같이 항공라이다측량으로 취득되어지는

3차원 관측데이터는 불규칙한 간격으로 취득되어지는 점 성과이므로, 지상의

특징점에서 관측되어지는 GPS관측점과의 일대일 매칭 형태의 비교는 이뤄

지지 않는다.

따라서 표고정확도 검증을 위해 라이다 관측 성과와 GPS관측 성과의 비교

방법으로 GPS관측성과와 가장 근거리의 라이다 관측점을 선택하여 높이 값

에 대한 비교를 시행하였으며, 근거리 점을 찾기 위한 조건으로 최대 삼각망

의 거리, 지형 경사각 및 경사 높이에 대한 조건을 이용한다.

[그림 9] 라이다 관측점 비교 조건

3-2. 영상지도 제작

항공라이다측량을 통해 얻어진 데이터는 무수히 많은 점들이 모여 지상의

대상물을 나타내고 있다. 하지만 점밀도가 좋지 않은 곳의 대상물 식별이나



정성적 특성파악을 위해서는 영상의 도움이 필요하다.

영상은 그 자체로만으로도 지형지물의 표현을 직관적으로 알 수 있는 장점

이 있으며 특히 디지털 영상은 컬러 영상뿐 아니라 적외선 영상까지 제작

가능하여 기존의 항공사진보다 더 많은 정보를 제공할 수 있다. 또한 디지털

방식으로 기존의 항공사진보다 더욱 빠르고 간편하게 결과물을 확인 할 수

있다.

3-2-1. 비행설계 및 촬영

항공 디지털 카메라는 항공라이다측량 장비와 일체형으로 제작되어 있으므

로, 동일한 비행설계를 이용한다. 따라서 항공라이다측량 및 디지털 카메라

장비에 대한 종합적인 설계가 동시에 이루어져야 한다.

항공장애물지도 제작을 위한 디지털 모자이크 영상 제작에 충분하도록 종,

횡중복도 60%를 주어 촬영하였으며, 영상의 해상도는 16cm가 되도록 한다.

1) 비행설계 및 촬영

방향 코스간 간격과 기상 상태 등 최적의 비행코스로 설계하기 위하여, 기

상상태, 장비상태 등 여러 가지 점검사항을 고려하여야 하며, 또한 비행기의

고도를 최대한 일정하게 유지할 수 있도록 비행설계를 실시한다.

[그림 10] OO공항 비행설계



3-2-3. 데이터 처리

디지털 카메라로 촬영된 영상은 하드디스크에 저장되어 후처리된다. 이후

Tiff영상을 제작하고 항공라이다측량에서 생성된 수치표고모델을 사용하여 정

사영상으로 제작되며 전체적인 모자이크 영상을 만들게 된다.

[그림 11] 항공디지털영상의 처리

1) 영상변환

촬영된 항공사진은 raw포맷으로 되어있으며 화이트 밸런스(white balance)

과정을 거쳐서 영상의 색 조정을 실시한다. 또한, 영상을 상용 포맷으로 제

작하기 위해서 영상변환을 실시하여 Tif 영상으로 제작한다. 아래 그림은 상

용 프로그램을 사용한 영상변환과정을 나타낸다.



[그림 12] 영상색조정작업 및 Tif 변환과정



2) 외부표정요소 산출

낱장영상에 대한 촬영정보는 영상에 대한 ID와 및 이벤트 번호로 나타나는

데 이는 GPS시간으로 매칭이 가능하다. 외부표정요소값은 항공라이다측량

데이터와 동일한 GPS /INS 데이터를 이용하며, 이격거리 및 Boresight값 등

의 보정정보, 투영정보를 입력하면 외부표정요소를 얻을 수 있다.

[그림 13] GPS시간을 이용한 영상 구분 및 외부표정요소



3) 항공삼각측량

GPS/INS에 의한 외부표정요소가 얻어지면 영상과 초기 EO값을 바탕으로

정사영상 제작을 위한 항공삼각측량(AT)과정이 이루어진다. 항공삼각측량은

항공사진 촬영 당시 각 사진 중심점의 위치와 3차원 좌표축을 기준으로 할

때 각 축 방향의 회전량을 계산하는 작업이다. 계산된 결과는 정사영상제작

에 필수적인 외부표정요소를 구하는 것으로 그 정확도 확보의 기준은 국토

지리정보원의 ‘영상지도제작에 관한규정’에 의해 정확도를 확보해야 한다.

[그림 14] 항공삼각측량(AT)과정

4) 정사·모자이크 영상 제작

최종적으로 외부표정요소와 항공라이다측량에서 얻어진 지형의 표고에 대

한 자료를 입력받아 정사영상을 제작하게 된다. 우선 낱장의 정사영상을 제

작하고 이후 사진간 중복부분에 대한 접합선(seam line) 설정을 통해 전체 공

항지역에 대한 모자이크 영상을 제작하게 된다.



[그림 15] 접합선 설정

이 과정에서 전체적인 사진의 색 보정이 실시된다. 아래 그림은 접합선 설

정을 마치고 정사영상을 제작한 영상이다.

[그림 16] 정사영상(OO공항)



이렇게 제작된 정사영상을 합쳐서 모자이크 영상을 제작하게 된다. 아래

그림은 최종 제작된 각 공항별 모자이크를 나타낸다.

[그림 17] 모자이크영상(OO공항)

5) 위장처리

항공사진촬영지침(국방부 보안정책과-276호, 2006.1.26)에 근거하여 모든 촬

영된 항공사진은 필히 보안검열을 받아야 한다. 또한 이렇게 검열은 받은 항

공사진은 국가지리정보 보안관리규정(건교부 훈령 제653호, 2007.1.17)에 의거

하여 위장처리를 하게 된다.

3-3. 영상지적도 제작

3-3-1. 영상지적도 제작과정

영상지도는 래스터 데이터인 정사영상과 벡터 데이터인 지적도와 제한표면

들을 Illustrator를 이용하여 중첩, 편집하여 제작한다. 정사영상은 취득한 항공

사진들의 외부표정요소와 수치표고자료를 수치사진측량시스템 상에서 수치

미분편위 수정을 통한 정사보정을 실시하여 제작한다.



[그림 18] 영상지도 제작과정

3-3-2. 입력데이터 편집

정사영상지도는 16cm 해상도의 GRS80 타원체 성과로 제작된 정사모자이

크영상을 기초 데이터로 사용하며, 1/5,000 국가기본도 도곽을 기준으로 절취

한다.

도곽분할은 1/5,000 도곽 단위로 수행하였으며, 국토지리정보원의 ‘영상지도

제작에 관한 작업규정’에 따라 도상 1cm(실거리 50m)의 여유를 두어 절취한

다.

분할된 정사사진의 파일포맷은 향후 색상조정 및 도면제작 작업이

Photoshop 및 Illustrator에서 이루어지는 관계로 GeoTiff로 저장하고, 영상은

래스터 데이터로서 수치지도 도곽에서 정확히 50m의 여유를 두어 절취할 수

없다. 따라서 아래 그림과 같이 50m offset 도곽을 포함하는 최소직사각형으

로 영상을 절취한다.



[그림 19] 도곽 분할

그 다음 연속지적도(KLIS 데이터)를 1/5,000 도곽으로 절취는 편집작업을

시행한다. 도곽절취 시 분할되는 필지에 대해서는 지번지목을 두 필지 모두

에 삽입하는 편집과정을 거친다. 영상지도에 삽입되는 지적선은 임의의 수정

이 불가능함에 따라, 건물 및 작은 필지가 밀집되어 있는 밀집지역을 고려하

여, 대표지번만을 입력하는 형태로 지적도를 편집한다.

장애물도 제작의 최종 성과로 표기되는 초과장애물에 대한 사항은 해당 장

애물의 XY 좌표를 기반으로 Point 데이터로 구성한 뒤, 속해 있는 지번내용

및 초과높이 등을 입력하여 지도상에서 시각적으로 초과장애물의 현황을 확

인하도록 데이터를 편집한다.

3-3-3. 난외주기 및 레이아웃 제작

영상지도의 레이아웃은 국토지리정보원의 “1/5,000 도식규정”을 기반으로

제작하고, 난외주기의 입력사항은 기본적으로 해당 지도의 위치를 알 수 있

는 인덱스 맵과 제한표면 및 초과장애물의 표기 내용을 수록하고 있다. 초과

장애물은 자연장애물과 인공장애물로 구분하여 시각적으로 구분할 수 있도

록 그 색을 달리하여 입력하고, 해당 초과장애물에 대한 연번 및 지번, 장애

물 높이 등에 대한 표기색을 배경의 지번지목과 색을 달리하여 구별되도록

한다.



[그림 20] 레이아웃

3-4. 제한표면 생성

제한표면이란 항공기의 안전운항을 위하여 비행장 주변에 장애물의 설치

등이 제한되는 표면으로서, 그 종류는 다음과 같다.



[그림 21] 장애물 제한표면 종류

3-4-1. 제한표면 생성

OO국제공항은 항공법에 의해 항공기 안정운항에 지장이 되는 장애물의 설치를

제한하여 항공기의 안전운항을 도모코자 고시된 OO고시 OOOO-O호의 내용을 근

거로 제한표면을 생성한다.

명칭 OO국제공항

위치

표점 북위 37-33-15 동경126-47-59

표점의

표고해발17.70m

행정

구역행정 구역

관리청 교통부 OOOO항공청

<표 2> OO국제공항 제한표면 고시

1) 착륙대(Landing Stripe)

착륙대는 항공기가 활주로를 이탈하는 경우에 항공기와 탑승자의 피해를

감소시키기 위하여 활주로 주변에 설치하는 안전지대로서 활주로 양끝에서

각각 60m까지 연장한 길이와 활주로 중심선에서 150m(총300m)의 폭으로 이

루어지는 활주로 중심선에 중심을 둔 직사각형의 표면을 말한다. OO국제공

항은 착륙대가 두 개이며 고시를 통하여 위치좌료를 알 수 있다.



[그림 22] OO국제공항 착륙대 규격

[그림 23] OO국제공항 착륙대

2) 진입표면(Approach Surface)

진입표면은 최종접근에서 착륙단계에 있는 항공기를 장애물로부터 보호하

기 위하여 설정된 표면이다. 착륙대의 짧은 변에 접하고 외측상방으로 경사

진 표면으로서 그 길이는 수평으로 15,000m 이하의 범위 안에서 3,000m 까

지는 50분의 1이상, 3,000m에서 15,000m지점까지는 40분의 1이상으로 내측변

과 평행한 외측변의 길이 등을 건설교통부령이 정하는 활주로 중심선의 연

장선에 중심을 두는 사다리꼴형의 표면이다.



[그림 24] OO국제공항 진입표면

3) 수평표면(Horizontal Surface)

수평표면은 선회하여 접근하는 항공기를 장애물로부터 보호하기 위하여 설

정된 표면이며 활주로 중심선 또는 중심선 끝에서 60m 연장한 지점으로부

터, 착륙대 등급에 따른 반지름을 갖는 표면이다. 높이는 가장 높은 활주로

중심선 끝 높이에서 수직상방 45m이다.

[그림 25] OO국제공항 수평표면

4) 원추표면(Conical Surface)

접근속도가 빠른 항공기가 선회하여 접근하는 경우, 장애물로부터 보호하

기 위하여 설정된 표면으로서, 수평표면의 외측 경계선으로부터 외측 상방

20분의 1의 경사도로 1,100m의 범위 안에서 건설교통부령이 정하는 수평거



리까지 연장한 제한표면이다. .

[그림 26] OO국제공항 원추표면

5) 전이표면(Transition Surface)

최종접근에서 착륙단계에 있는 항공기가 기동 시 장애물로부터 보호하기

위하여 설정된 표면으로서, 착륙대의 긴 변과 진입표면의 경사 변에서 외측

상방 7분의 1의 경사도로 수평표면과 접하는 해발고도 57.86m까지의 제한표

면이다. 따라서 착륙대가 갖는 높이값을 수직으로 연장하여 수평표면과 접한

다.

[그림 27] OO국제공항 전이표면



6) 전체 제한표면

앞에서 각각 생성된 OO국제공항의 제한표면은 다음과 같다.

[그림 28] OO국제공항 전체 제한표면

[그림 29] 장애물제한구역 영상지도

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