빠르게 진화하는 측량 및 매핑 분야에서 LiDAR(Light Detection and Ranging) 기술은 고해상도 공간 데이터를 캡처하는 강력한 도구로 부상했습니다. LiDAR 시스템을 효과적으로 활용하려면 정확한 위치 지정 및 매핑이 필수적입니다. 이를 달성하기 위한 두 가지 주요 기술은 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)과 GNSS(Global Navigation Satellite System)입니다. 각 방법은 뚜렷한 장점과 한계가 있어 다양한 측량 시나리오에 적합합니다. 이 기사에서는 LiDAR 측량의 맥락에서 SLAM과 GNSS를 비교하여 운영 원리, 강점 및 약점을 살펴봅니다.

SLAM 및 GNSS 이해

SLAM(동시적 위치 측정 및 매핑):

SLAM은 장치가 알려지지 않은 환경의 지도를 구축하거나 업데이트하는 동시에 해당 환경 내에서 자체 위치를 추적할 수 있도록 하는 기술입니다. 특히 실내, 지하 또는 밀집된 도시 지역과 같이 GNSS 신호가 약하거나 사용할 수 없는 환경에서 유용합니다. SLAM은 LiDAR, 카메라, IMU(관성 측정 장치)와 같은 센서를 사용하여 주변 환경에 대한 데이터를 수집하고 생성 중인 지도에 대한 장치의 위치를 ​​추정합니다.

GNSS(전역 항법 위성 시스템):

GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou와 같은 시스템을 포함하는 GNSS는 위성 신호를 사용하여 글로벌 위치 정보를 제공합니다. GNSS는 개방형 실외 환경에서 높은 정확도와 신뢰성으로 인해 측량에 널리 사용됩니다. 이 시스템은 여러 위성에서 신호를 수신하고 이러한 신호를 사용하여 정확한 지리적 좌표를 계산하여 작동합니다. GNSS는 광범위한 지역에서 높은 위치 정확도가 필요한 대규모 측량 프로젝트 및 애플리케이션에 적합합니다.

LiDAR 측량을 위한 SLAM과 GNSS 비교

1. 정확도와 정밀도:

SLAM: SLAM의 정확도는 사용된 센서의 품질과 작동하는 환경에 크게 좌우됩니다. 복잡한 구조가 있거나 GPS 신호가 약한 환경에서 SLAM은 LiDAR 및 기타 센서의 데이터를 통합하여 높은 정밀도를 제공할 수 있습니다. 그러나 SLAM의 성능은 피처 추출 및 데이터 연결의 어려움으로 인해 매우 동적인 환경이나 특징이 없는 환경에서 저하될 수 있습니다.

GNSS: GNSS는 위성에 대한 가시성이 명확한 개방된 지역에서 높은 정확도를 제공합니다. 최신 GNSS 시스템은 보정 신호와 차등 기술의 도움으로 센티미터 수준의 정확도를 달성할 수 있습니다. 그러나 위성 신호가 차단되거나 반사되는 도시 협곡이나 울창한 삼림 지대와 같은 방해가 되는 환경에서는 GNSS 정확도가 크게 떨어질 수 있습니다.

2. 환경적 적합성:

SLAM: SLAM의 가장 큰 장점 중 하나는 다양한 환경에서의 다재다능함입니다. GNSS 신호가 신뢰할 수 없거나 사용할 수 없는 실내, 지하, 밀집된 도시 지역에서 탁월합니다. 위성 가시성이 제한된 환경에서 작동할 수 있는 SLAM의 기능은 실내 매핑 및 자율 주행과 같은 애플리케이션에 매우 귀중합니다.

GNSS: GNSS는 하늘이 방해받지 않는 대규모 야외 측량 프로젝트에 이상적입니다. 토지 측량, 건설 및 농업과 같은 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 열린 공간에서 GNSS는 신뢰할 수 있고 일관된 위치 데이터를 제공하므로 광범위한 지역 매핑에 적합합니다.

3. 실시간 데이터 처리:

SLAM: SLAM 시스템은 종종 복잡한 실시간 데이터 처리를 수반하여 지도를 구성하고 동시에 장치를 현지화합니다. 여기에는 상당한 계산 리소스가 필요하며 처리 속도와 알고리즘 효율성의 영향을 받을 수 있습니다. 컴퓨팅 파워와 알고리즘 설계의 발전으로 SLAM의 실시간 기능이 지속적으로 향상되고 있습니다.

GNSS: GNSS 데이터 처리가 일반적으로 간단한데, 위성 신호를 해석하여 위치를 계산하기 때문입니다. 실시간 GNSS 위치 지정은 실시간 운동학(RTK) 또는 기타 증강 기술을 사용하면 매우 정확할 수 있습니다. GNSS 데이터 처리의 단순성과 효율성은 즉각적인 위치 정보가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

4. 통합 및 하이브리드 접근 방식:

SLAM 및 GNSS 통합: 실제로 SLAM 및 GNSS는 종종 두 기술의 장점을 활용하기 위해 함께 사용됩니다. 예를 들어, GNSS는 초기 위치 추정치와 대략적인 위치 추정치를 제공하는 반면, SLAM은 이러한 추정치를 정제하고 GNSS 신호가 약하거나 간헐적인 환경에서 자세한 매핑을 제공할 수 있습니다. 하이브리드 시스템은 각 기술의 장점을 결합하여 다양한 측량 시나리오에 대한 포괄적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.

핸드헬드 SLAM LiDAR 장치는 일반적으로 SLAM과 GNSS 통합의 제품입니다. 복잡한 환경에서 고정밀 매핑 및 위치 지정을 위한 SLAM과 열린 공간에서 정확한 위치 추적을 위한 GNSS를 결합합니다. 이 통합은 두 기술의 장점을 활용하여 전반적인 성능을 개선합니다.

GNSS 및 SLAM 하이브리드: GNSS와 SLAM을 결합하면 GNSS가 부분적으로 차단되었지만 여전히 사용 가능한 환경에서 성능을 향상시킬 수 있습니다. GNSS 시스템은 전역 위치 지정 및 초기 방향을 제공하는 반면 SLAM은 로컬 매핑 및 위치 지정을 처리합니다. 이 하이브리드 접근 방식은 특히 준도시 또는 혼합 환경에서 전반적인 정확도와 안정성을 개선합니다.

결론

SLAM과 GNSS는 모두 LiDAR 측량에 귀중한 기능을 제공하며, 각각 고유한 장점과 한계가 있습니다. SLAM은 매우 다재다능하여 GNSS 신호가 신뢰할 수 없는 환경에 적합합니다. 실시간으로 지도를 구축하고 업데이트할 수 있는 기능으로 실내 및 도시 지도를 자세히 작성할 수 있습니다. 반면 GNSS는 열린 실외 지역에서 고정밀 글로벌 포지셔닝을 제공하는 데 뛰어나 대규모 간단한 측량 작업에 이상적입니다.

SLAM과 GNSS 중에서 선택하는 것은 궁극적으로 환경, 원하는 정확도, 데이터 처리 기능을 포함한 측량 프로젝트의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다. 많은 경우 두 기술을 통합하면 포괄적이고 강력한 솔루션을 제공하여 정확한 글로벌 포지셔닝과 자세한 로컬 매핑의 이점을 제공할 수 있습니다. 기술이 계속 발전함에 따라 SLAM과 GNSS의 조합이 점점 더 보편화되어 측량자에게 공간 데이터를 캡처하고 분석할 수 있는 강력한 도구를 제공할 가능성이 높습니다.