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라이다 드론이란 #1 라이다 드론의 기본적인 개념

 

네 반갑습니다. 오늘은 라이다드론에 대해 말씀 드리겠습니다.


라이다 드론 관련하여 내용이 좀 방대하여 세 부분으로 나눠서 설명드리겠습니다.



오늘은 그 첫번째 시간으로 #1 라이다 드론의 기본적인 개념에 대해 설명드리고 


두번째 시간에는 #2 라이다 드론의 활용도에 대해 설명을 드리겠습니다.


그리고 마지막 세번째 시간에는 #3 라이다 센서 종류와 최고의 라이다 드론 시스템에 대해 말씀을 드리겠습니다.


자 그럼 오늘은 첫번째 시간으로 라이다 드론의 기본적인 개념에 대해 설명을 먼저 드리겠습니다.


라이다는 전통적으로 지상 거치형태로 측량분야에 많이 활용되어왔습니다. 




가격도 고가였으며, 무게 또한 무거워서 일부 전문 측량업을 하는 분들 위주로 사용되어왔습니다.


또한 국내에서는 항공측량을 전문으로 하는 항측업체에서도 활용되어 왔습니다.



하지만 2021년 초 또 DJI죠 DJI사에서 젠뮤즈L1 이라는 상업용 라이다 스캐너 페이로드를 출시했습니다.



물론 항상 그렇듯이 새로운 무엇가가 나오면 기존 산업에서는 애써 무시하거나 비난하거나 외면하는 경우가 많습니다.


성능면에서는 확실히 기존 라이다인 엘로우스켄(YellowScan)이나 리걸(Riegal) 라이다 스캔너에 비해 현저히 떨어지지만 



가격, 크기, 성능, 소프트웨어 친숙도등 가성비와 대중성면에서 큰 기여를 한 것 또한 무시할 수 없는 사실입니다.



아마도 그들이 말한 성능 차이는 점차적으로 줄어들것이며, 관련된 소프트웨어와 호환성 면에서는 기존 시스템을 비교적 짧은 시간내에 뛰어넘게 될 것 입니다.



DJI라는 특정 브랜드를 말하는 것은 아니며, 항상 기술적 발전을 그런식으로 기존 산업의 저항에 부딪치곤 했습니다.



본론으로 돌아와서 LIDAR 드론이란 무엇일까요?



LiDAR 드론은 LiDAR 센서를 탑제하도록 만들어진 모든 드론입니다. 



다양한 응용 프로그램 및 산업을 위한 상세한 3D 모델을 만드는 데 사용할 수 있는 데이터를 수집하는 데 사용됩니다.



숲을 조사하든, 


심야 자동차 사고의 원인을 조사하든, 


침식된 해안선을 매핑하든 



LiDAR 센서는 사용 가능한 가장 정확하고 고해상도의 3D 모델을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 


그리고 이제 LiDAR 드론의 구현으로 이 기술은 그 어느 때보다 쉽게 접근할 수 있게 되었습니다. 


과거에는 LiDAR를 사용하는 세 가지 주요 방법이 있었습니다. 


그 첫번째는 지상입니다.


LiDAR 센서를 손에 들고 다니거나 휴대용 마운트에 장착하는 방식이었습니다.



두번째는 유인 비행기 입니다.


LiDAR 센서가 장착된 유인 비행기나 유인 헬리콥터에서 비행하는 방식이었습니다.



세번째는 우주입니다.


위성에서 사용을 합니다.



최근까지 대부분의 LiDAR 기술은 전문화되고 예산이 넉넉한 프로젝트에 사용되었습니다. 



그러나 비용과 크기 감소로 인해 LiDAR 센서가 더 널리 보급됨에 따라 항공 LiDAR 기술, 


즉 라이다 드론이 유인비행기나 유인 헬리콥터보다 점점 더 보편화되고 있습니다.


실제로 라이다 센서가 부착된 드론은 현재 보험 청구 조사부터 새로운 고고학적 발견을 돕는데까지 모든 분야에 활용되고 있습니다. 



계속해서 LiDAR가 사용되는 다양한 방법을 살펴보고 현재 시장에 나와 있는 최고의 LiDAR 드론 센서도 살펴보겠습니다.



그 첫번째로 먼저 라이다에 대한 정의에 대해 간단히 살펴보겠습니다.


라이다라는 용어는 기본적으로 레이저를 사용하여 표면에 대한 데이터를 수집한 다음 


3D 모델로 처리할 수 있는 Light Detection and Ranging 이라는 문구에서 유래되었습니다.



LiDAR 기술은 비교적 새로운 기술입니다. 


1960년대 초반에 엔지니어와 토지 측량사가 이를 사용하여 강, 개울 및 기타 지리적 위치의 지도를 생성하기 시작하면서 처음 개발되었습니다. 



초기에 LiDAR라는 용어는 약어가 아니라 단순히 "라이트(light)"와 "레이더(radar)"라는 단어의 조합이었습니다.  



그 당시 LiDAR 센서는 엄청나게 비싸고 거의 독점적으로 대형 유인 비행기에 부착되었습니다. 



이 비행기는 한 번에 많은 땅을 커버할 수 있었지만, 수동 작업과 비용이 많이 들었고 결과는 정확하지 않았습니다. 


NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration) 라는 미국 국립해양대기청 에서 만든 3D LiDAR 지도를 참고 할 수 있습니다.


LiDAR는 수백 또는 수천 장의 개별 사진을 찍어 하나의 정사이미지로 연결하는 사진 측량과 같은 다른 3D 모델링 시스템과 현저하게 다릅니다.


대신 LiDAR는 빛 에너지와 정교한 레이저를 사용하여 멀리서 대상을 스캔하고 측정합니다. 



드론에 부착된 LiDAR는 사진 측량 시스템이 할 수 없는 방식으로 나뭇잎과 기타 다른 부위를 잘라낼 수 있으며, 



이것은 고고학과 같은 분야에서 새로운 장소를 발견하는 데 강력한 도구가 됩니다.



그러나 정확히 어떻게 작동할까요?



이 과정은 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 또는 물체의 치수가 얼마인지 이해하기 위해 



물체에서 소리나 전파를 반사하고 되돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하는 데 의존하는 쏘나 또는 레이더가 물체를 감지하는 방법과 유사합니다.



LiDAR를 사용하면 고출력 레이저가 표적에 정확한 펄스를 쏘고 반사되는 펄스를 측정하여 표적에 대한 데이터를 수집합니다. 



물체를 3차원으로 이해하기 위해 LiDAR 센서는 시간, 강도, 반사 각도를 측정합니다.



시간은 펄스가 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하며,



강도는 레이저 펄스의 반환 강도를 측정합니다.



그리고 반사 각도는 측정되는 표면이 반사 각도로 표시된 대로 변경되는 방식입니다.



이러한 데이터 포인트를 수집한 후 전문 3D 매핑 소프트웨어는 



이 정보를 GPS(Global Positioning System) 데이터 및 INS(Inertial Navigation System) 데이터와 함께 


처리하여 대상 영역 또는 물체의 상세하고 정확한 3D 모델을 생성합니다.



두번째로 라이다 드론에 대해 알아보겠습니다.


LiDAR 드론은 LiDAR 센서가 부착된 모든 드론입니다. 


최근 몇 년 동안 LiDAR 기술의 혁신으로 LiDAR 센서의 비용과 크기가 크게 낮아져 LiDAR 페이로드를 드론에 부착할 수 있게 되었습니다. 



그리고 LiDAR 드론이 보편화됨에 따라 제공할 수 있는 정보는 훨씬 더 정확하고 훨씬 저렴해 졌습니다.


이러한 발전은 드론과 LiDAR 데이터를 통합하는 데 사용되는 기술의 발전과 함께 LiDAR가 장착된 드론을 


일체형의 본격적인 3D 매핑 시스템으로 배치하는 회사가 급격히 증가했습니다.

 

고정익 드론에 부착된 LIDAR 센서는 수평으로 10센치, 수직으로 5센티미터 정도의 정확도로 한 번의 비행으로 최대 6 제곱킬로미터 이상을 커버할 수 있습니다.


이것은 현재 모든 항공 측량 방법으로 얻을 수 있는 가장 정확도가 높은 데이터 중 하나입니다.


지금까지 라이다드론에 대한 기본개념에 대해 알아봤습니다.


다음 시간에는 가장 관심도가 높은 내용 중 하나인 #2 라이다 드론의 활용도 에 대해 알아보겠습니다.


그럼 다음에 또 뵙겠습니다. 


감사합니다.








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