Digital Elevation Models
- 수치표고모형(DEM)은 수치지형 또는 수심측량 데이터에 관한 일반적인 용어로써, 일반적으로 식생과 인공지물을 포함하지 않는 지형만의 높이를 의미하며, 강, 호수의 DEM 높이 값은 수표면을 나타냅니다.
- DEM은 일반적으로 **DTM(Digital Terrain Model)**과 비슷한 의미로 사용됩니다.
- **USGS(U.S. Geological Survey)**의 정의 : DEM은 보통 높이의 기준면으로부터 측정한 z값을 사용하여 x, y 방향으로 일정한 간격의 지형에 대한 높이 값을 수치지도 형식으로 표현한 것입니다.
- 이 정의는 **NIMA(National Imagery and Mapping Agency)**에서 작성한 **DTED(Digital Terrain Elevation Data)**의 정의와 유사합니다.
DEM의 기하학적 구조는 규칙격자망(Regular Grid, Elevation Matrix)과 불규칙삼각망(Triangular Irregular Network, TIN)이 있으며 각각 장단점을 가지고 있습니다.
DTM(Digital Terrain Model)
- DEM과 유사한 뜻으로 사용되며, 동일한 간격의 z값을 가집니다. DTM은 DEM과 비슷하지만 지형을 좀 더 정확하게 묘사하기 위해 불규칙적으로 간격을 갖는 불연속성(breakline)이 존재한다는 것이 다릅니다.
- DTM의 최종적인 결과는 특정 지형을 명확히 묘사하는 것이며, 등고선은 지형의 실제 형태에 가깝도록 DTM으로부터 생성하곤 합니다.
DSM(Digital Surface Mode)
- DEM에 식생, 건물, 도로 등 자연 및 인공 지형지물의 표고 값이 포함된 것을 나타냅니다.
- 원거리통신관리, 산림관리, 3D 시뮬레이션 등에 이용됩니다.
규칙격자망
- 일정 크기 사각형 격자지점의 표고행렬로 지형기복 변화를 표현하는 방법입니다.
- 규칙적인 격자의 교차점에서의 고도를 저장하며, 보통 불규칙한 기준점 집합으로부터 정교한 보간 기법을 거쳐 계산됩니다.
- 일반적으로 격자의 크기는 기준점 사이의 거리보다 더 작으며, 불연속선이나 높이를 나타내는 점에 의해 표현된 지질학적 정보도 규칙적인 격자로 형성됩니다.
- 장점
- 고도만 저장되므로 자료의 구조가 간단함
- 등고선, 경사각, 경사 방향 계산, 음영이나 분지를 표현 하는데 유용
- 행렬 처리를 적용함에 있어서 계산 시간이 빠름
- 단점
- 복잡한 지형의 표현 시 격자 간격을 좁게 해야 함
- 표면을 표현하기 위해 높은 밀도의 점들을 저장해야 함
- 규칙적인 격자에서 불연속선을 표현하는 데 따르는 문제점
불규칙삼각망(TIN)
- 불규칙삼각망은 원래의 자료 점들을 Delaunay 삼각망을 활용하여 불규칙한 형태의 연속적인 삼각형을 연결시켜 지형의 기복을 표현합니다.
- 장점
- 기복이 심한 지역에서 효과적으로 사용될 수 있음
- 자료의 중복을 줄일 수 있으므로 지형을 효과적으로 표현
- 최소한의 표고점을 이용하여 능선이나 곡선과 같은 지형 구조 특성을 반영한 보간을 할 수 있다는 점
- 단점
- 점들의 불규칙한 구조로 인해 각각의 점들을 저장하려면 대상에 대한 더 많은 정보가 필요함
- 등고선, 능선, 합수선, 인공구조물 등을 가로질러 TIN이 구성되면 실제 지형 특성을 반영하기 못함
- 수치등고선으로 TIN을 구성할 때 동일 등고선 상의 꼭짓점들 안으로 TIN이 구성되면 그 TIN 내부는 평지로 표현이 됨
원천 자료에 따른 DEM 구축 방법 별 특성
구분 | 소요 장비 | 경제성 | 정확성 | 현시성 |
---|---|---|---|---|
지상 측량 | Total Station, GPS | 시간경비과다 | 우수 | 우수 |
종이 지도 | Digitizer | 수동, 시간 과다 | 지도에 달림 | 지도에 달림 |
Scanner GEOVEC | 자동, 기술적 애로 | 지도에 달림 | 지도에 달림 | |
수치 지도 | MAP 지도 S/W | 우수 | 지도에 달림 | 지도에 달림 |
기존 사진(사진 측량) | 해석도화기 | 양호 | 우수 | 사진에 달림 |
신규 촬영(사진 측량) | 수치도화기 | 촬영비 추가 | 우수 | 우수 |
원격 탐사 | Image Processor | 우수 | 개선 중 | 우수 |
레이저 측량 | 레이저 고도계 | 우수 | 우수 | 우수 |
DEM 추출 방법 – 수치 지도 활용
- 이미 제작된 수치지도를 이용하여 DEM을 구축하는 방법으로 수치지도의 등고선 및 고도점의 좌표를 추출하여 DEM을 생성합니다.
- DEM 생성 시 고려해야 할 사항
- 수치지도 제작 시기가 오래되었을 경우 현재의 지표 및 지물의 정보가 부족
- 인공지물 밀집 지역일 경우 고도 추출점이 표기되어 있지 않을 수 있음
- 따라서, 수치지도로 DEM을 작성할 때에는 항공사진 혹은 보다 대축척의 수치지도, 지상측량 등의 보조 자료를 이용하여 등고선 및 고도점을 보완해야 합니다.
- 등고선 데이터는 제한된 범위의 정확도를 가진 DEM을 구축합니다.
- 기대할 수 있는 최대의 정확도는 등고선 간격의 1/2 정보
- 등고선으로부터 DEM을 생성하는 것은 대부분의 상용 소프트웨어(PCI, Erdas Imagine) 등에서 지원합니다.
DEM 추출 방법 – 항공사진 측량
- 항공사진(또는 항공영상)을 이용한 DEM 구축 방법은 현재 실용화된 방법 중 가장 정확하고 최신의 수치 고도 자료를 얻을 수 있습니다.
- 항공사진측량용 카메라로 촬영된 입체 항공사진을 이용하여 해석도화기와 도화사의 작업을 통해 수동으로 DEM을 추출하는 방법
- 항공사진을 스캐닝하거나 항공사진 측량용 디지털카메라로 획득한 항공 영상을 이용하여 수치도화기에서 자동으로 DEM을 추출하는 방법
- 항공사진(또는 항공영상)을 이용하면 지형은 물론이고 지물에 대한 DEM 구축이 가능합니다.
DEM 추출 방법 – 위성 영상
- 위성영상의 해상력이 높아지고 이동한 위치에서 반복 촬영한 동일 지점의 영상을 획득할 수 있게 됨으로써 위성영상으로부터 DEM 구축이 가능해집니다.
- 위성영상은 항공사진에 비하여 포함면적이 넓고, 주기적으로 영상을 얻을 수 있으므로 최신의 정보를 획득하는데 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.
- 위성영상에 항공사진의 수치사진측량기법을 적용하여 자동으로 DEM을 생성할 수 있습니다.
DEM의 정확도
- 수치표고모델의 정확도는 선형적으로 보간 된 DEM과 지도나 GPS 자료와 같은 참조자료와의 비교를 통한 RMSE(root-mean square error) 값을 이용합니다.
- DEM의 정확도는 데이터의 스케일과 공간 해상도, 격자 간격에 영향을 많이 받습니다.
- DEM의 수평정확도는 표고행렬의 수평간격에 영향을 많이 받음
- DEM의 수직정확도는 원시 데이터의 질과 공간 해상도, 자료의 수집과 처리과정에 많은 영향을 받음
- 등고선으로부터 구축된 DEM의 평가 기준(Carrara, 1997)
- 수치 지도의 등고선 근처에 배치된 격자점의 표고는 그 등고선의 표고와 일치하거나 큰 차이가 없어야 함
- 두 등고선으로 포위된 영역 내에 있는 격자점의 표고는 두 등고선 표고 사이의 표고이며, 두 등고선 사이에서 선형 변화함
- 경사 변화가 완만한 지역에서도 DEM은 지형을 현실적으로 묘사하여야 함
- 일정 규모이상의 인공 지물에 대한 정보를 DEM으로부터 추출할 수 있어야 함