건물 BIM 구축을 위한 드론 영상과 LiDAR 데이터의 정확도 분석 및 정합에 관한 연구

Abstract

The construction industry is facing a new opportunity to be reborn as a high-tech industry through the spread of smart construction technology as it converges with the advanced technologies of the 4th industrial revolution, such as information and communication technology, robots, and AI. In particular, BIM(building information modeling), which integrates 3D design and big data, is a key means of smart construction that maximizes productivity, constructability, and efficiency throughout the entire construction cycle, including planning, design, procurement, construction, and maintenance. This study aims to build an indoor and outdoor model of a building through the registration of image and LiDAR data and propose a quality evaluation and utilization plan for the results. A new building was selected as the research target, and data were acquired using drone images, drone LiDAR, and ground LiDAR. By applying different data acquisition methods, information on both the inside and outside of the building was obtained, and a point cloud representation of the building was generated through data processing. The maximum matching error of the point cloud data acquired from each station of the terrestrial LiDAR data was analyzed, and the accuracy of the drone image and drone LiDAR data was evaluated based on the terrestrial LiDAR data. The results of the accuracy analysis showed that the drone image had an accuracy within 0.04 m in the horizontal direction and 0.066 m in the vertical direction based on the terrestrial LiDAR data. The drone LiDAR data showed an accuracy within 0.07 m in the horizontal direction and 0.06 m in the vertical direction. The point cloud data, which contains indoor and outdoor information, can be utilized to create a high Level of Detail(LOD) building BIM model. The flatness and verticality of the building were analyzed using the point cloud data, which encompassed both the inside and outside of the building, and indoor and outdoor modeling and drawings were created. The registration of drone images, drone LiDAR, and ground LiDAR data in this research provides an effective approach to generating data for BIM utilization, including building and facility modeling and drawing. | 건설산업은 정보통신기술, 로봇, AI 등을 기반으로 한 4차 산업혁명의 첨단기술과 융복합 되고 있으며, 이러한 스마트 건설기술 확산을 통해 새로운 기회를 맞이하고 있다. 특히, 건설정보모델링(BIM)은 3차원 설계와 빅데이터의 융복합 기술을 바탕으로 계획-설계-조달-시공-유지관리 등 건설 전 주기의 정보를 통합 활용하고, 각 단계의 관계자 간 원활한 소통을 통하여 건설 프로세스의 생산성·시공성·효율성 등을 극대화 시킬 수 있는 스마트건설의 핵심 수단이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 영상과LiDAR데이터정합을통한 건물의실내외모델을 구축하고, 성과물에 대한 활용방안을 제시하고자 하였다. 신축 건물을 연구대상지로 선정하고, 드론 영상, 드론 LiDAR 및 지상 LiDAR를 이용하여 데이터를 취득하였다. 각각의 취득 방법에 따라 건물 내부 및 외부에 대한 데이터를 얻을 수 있었으며, 자료처리를 통해 포인트클라우드 형태의 성과를 생성할 수 있었다. 지상 LiDAR 데이터의 각 스테이션 별로 취득된 포인트클라우드 데이터에 대한 최대 정합오차를 분석하고, 지상 LiDAR 데이터를 기준으로 드론 영상 및 드론 LiDAR 데이터의 정확도를 분석하였다. 정확도 분석 결과 지상 LiDAR 데이터를 기준으로 드론 영상은 수평방향 0.04 m, 수직방향 0.066 m, 드론 LiDAR는 수평방향 0.07 m, 수직방향 0.06 m 이내의 정확도를 나타내었다. 실내 및 실외에 대한 정보를 가지고 있는 포인트클라우드 데이터는 높은 LOD(Level Of Detail) 수준의 건물 모델 생성이 가능하며, 연구결과를 통해 드론 영상, 드론 LiDAR와 지상 LiDAR 데이터의 정합을 통해 효과적으로 건물 실내외에 대한 데이터를 구축할 수 있음을 제시할 수 있었다. 건물에 대한 포인트클라우드를 이용하여 건물의 수평 및 수직 평탄성을 분석하고, 모델링을 통해 도면을 생성하여 시공에 대한 오차를 평가하였다. 연구에 사용된 드론 영상, 드론 LiDAR 및 지상 LiDAR 데이터의 정합은 건물 또는 시설물에 대한 모델링과 도면의 생성 등 BIM 활용을 위한 데이터를 효과적으로 생성할 수 있는 방안이 될 것이다.