지상 LiDAR를 이용한 하수시설물 조사 개선에 관한 연구 = The Improvement of Sewer Facility Investigation using Terrestrial LiDAR

국문 초록 (Abstract)

현재 서울특별시에 구축된 하수도 GIS DB 성과는 하수관로 조사 및 정비 기본설계(1992~2001) 성과와 종이(준공) 도면 전산화를 기반으로 2003년까지 구축된 데이터로 최신성 결여 및 정확도가 검증되지 않은 자료로 수리 검토의 활용성에 대한 한계가 계속해서 제기되었다. 또한, 2017년에 구축 완료된 지하공간 통합지도 구축사업에서는 지하시설물의 심도 데이터가 없거나 위치정확도가 매우 낮고 기존 데이터를 그대로 구축함으로써 전반적으로 부실한 성과가 아니냐는 논란이 있었다. 이에 활용 가능하며 신뢰성 있는 하수도 데이터 확보를 위해서는 기존 하수시설물 조사방식에 변화가 필요할 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 실험군 데이터로 기존 육안 조사방식과 지상 LiDAR를 이용하여 조사한 성과를 2020년도에 직접 취득하였고, 대조군으로는 기존에 구축된 원시 GIS 성과와 2019년 지상 LiDAR 성과자료를 사용하여 비교·분석하였고, 활용방안에 관한 연구도 수행하였다.
연구 결과 현재 구축된 원시 GIS 성과는 기존 방식과 지상 LiDAR를 이용한 방식 모두에서 공공측량 작업 규정의 오차범위를 크게 벗어났으며, 2020년 직접 취득한 실험군의 성과 비교·분석에서는 연장이 최대 18cm, 심도가 최대 6cm로 차이가 컸지만, 대조군인 2019년 지상 LiDAR 조사성과와는 연장이 최대 2cm, 심도가 최대 0.01cm의 가장 균일한 오차로 정확도를 확인할 수 있었다.
따라서 지상 LiDAR를 이용한 하수시설물 조사를 통해 수리 검토에 활용 가능한 신뢰성 있는 위치 데이터를 확보할 수 있으며, 궁극적으로는 효율적인 하수관로 정비계획을 수립하여 도시홍수를 예방하고 안전한 작업환경 조성으로 맨홀 관련 사고 방지 및 주기적인 지상 LiDAR 성과자료 취득으로 맨홀 점검 등 체계적인 하수시설물 관리에 도움이 될 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Sewer GIS database currently established in the Seoul Metropolitan Government is data built up until 2003 based on the results of the maintenance and improvement basic plan(1992~2001) of sewage pipeline investigation and the computerization paper (completion) drawings. Therefore, the limits on the availability of hydraulic studies have been continuously raised. In addition, in the Integrated Underground Geospatial Information Map construction project completed in 2017, there was an absence of depth data concerning underground facilities. Moreover, the location accuracy was remarkably low, and the existing data were produced unmodified. As a result, there was debate regarding whether the performance was in general subpar. Consequently, it is determined that a change in the current sewer facility investigation approach is necessary to ensure valuable and reliable sewer data.
In this study, the investigation results using the existing visual investigation method and terrestrial LiDAR were directly acquired in 2020 as the data of the experimental group. For comparison and analysis, the previously produced raw GIS and the 2019 terrestrial LiDAR data were used as the control group.
As a result of the study, it was discovered that the raw GIS result accuracy was insufficient for data consumption, as both investigation methodologies significantly exceeded the error range required by the public survey regulations. The comparison and analysis of the experimental group's data directly acquired in 2020 revealed a significant difference due to the extension of up to 18cm and the depth of up to 6cm. Meanwhile, it was possible to secure accurate data with a uniform error of up to 2cm in extension and 0.01 cm in depth compared to the control group's 2019 terrestrial LiDAR investigation results. Accordingly, the data collected from the terrestrial LiDAR investigation of sewer facilities can be utilized for hydraulic research.
Thus, it is expected that an ultimately efficient Sewer Rehabilitation Planning will be established to prevent urban flooding, and continuous manhole-related safety accidents can be prevented by creating a safe working environment. Furthermore, it will contribute to the systematic management of sewer facilities through manhole inspection using the terrestrial LiDAR data.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 및 목적 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구목적 3
• 제2절 연구 범위 및 방법 4
• 1. 연구 범위 4
• 2. 연구 방법 4
• 제3절 선행연구 8
• 1. 선행연구 분석 8
• 2. 선행연구와의 차별성 11
• 제2장 하수시설물의 조사·탐사 및 지상 LiDAR 13
• 제1절 하수시설물 개요 13
• 1. 하수관로의 정의 13
• 2. 하수관로 시설 14
• 제2절 하수시설물 조사·탐사 및 구축 절차 16
• 1. 하수시설물 조사 16
• 2. 하수시설물 탐사 방법 18
• 3. 하수시설물 데이터 구축 절차 20
• 제3절 지상 LiDAR 23
• 1. LiDAR의 개요 23
• 2. 지상 LiDAR의 측정 원리 24
• 3. 지상 LiDAR의 데이터 취득 방법 25
• 4. 정합 26
• 5. 관측시스템 구성 27
• 제3장 하수시설물의 데이터 구축 및 검증 실험 28
• 제1절 대상지 선정 28
• 1. 연구 대상 지역 28
• 2. 서울시 하수시설물의 데이터 구축 현황 29
• 제2절 데이터 검증 실험 31
• 1. 원시(GIS) 데이터 취득 31
• 2. 기존(육안) 조사의 데이터 취득 34
• 3. 지상 LiDAR 데이터 취득 38
• 제4장 하수시설물 조사의 성과분석 및 개선사항 43
• 제1절 데이터 현황분석 43
• 제2절 유형별 데이터 성과의 비교·분석 44
• 1. 원시(GIS) 성과와 기존(육안) 조사성과 비교·분석 44
• 2. 원시(GIS) 성과와 라이다 조사성과 비교·분석 50
• 3. 기존(육안) 조사와 라이다 조사성과 비교·분석 56
• 4. 2019년과 2020년 라이다 조사성과 비교·분석 62
• 제3절 지상 LiDAR 성과 개선 및 활용 67
• 1. 지상 LiDAR 성과 개선 67
• 2. 지상 LiDAR 성과 활용 72
• 제4절 지상 LiDAR를 이용한 하수시설물 관리 발전 방향 76
• 제5장 결론 79
• 참고문헌 81
• ABSTRACT 84
• 감사의 글 86