MMS

왜 배우는가: MMS는 지적측량 자료를 3차원 공간정보로 확장하는 대표적인 이동식 측량 체계이다. 도로와 같이 교통이 끊이지 않는 현장에서 기존 측량의 한계를 설명하는 기준이 되므로, 기존 방식과 비교하는 원리를 정확히 알아야 한다.

출제 이력: 제129회 3교시 5번, 제119회 2교시 5번, 제117회 1교시 8번, 제117회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

MMS는 차량에 GNSS·IMU·레이저스캐너·카메라를 통합해 이동하면서 3차원 공간정보를 취득하는 체계이다.

이동식지도제작체계(MMS)는 주행 중인 차량에서 측량 자료를 연속으로 얻는 측량 체계이다. MMS라는 이름은 측량 장비를 차량이라는 이동 플랫폼에 실어 지도를 만든다는 뜻을 담고 있다. 여기서 지도제작은 종이 지도를 그리는 작업이 아니라, 위치 좌표가 부여된 디지털 공간자료를 만드는 작업을 가리킨다. 따라서 MMS의 결과물은 점군, 정사영상, 연속 영상처럼 좌표를 가진 자료이며, 이 자료가 지적정보와 도로시설물 관리에 직접 쓰인다.

답안 설명에 쓸 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 이동식지도제작체계
• GNSS
• 관성측량장치(IMU)
• 레이저스캐너
• 점군(Point Cloud)
• 직접지리참조
• 지적정보 구축
• 3차원 공간정보

2. 개념 풀이

MMS는 GNSS 수신기, 관성측량장치(IMU), 레이저스캐너, 디지털 카메라를 하나의 시스템으로 묶고 시간을 동기화하여 차량에 탑재한 뒤, 주행하면서 지형과 시설물의 위치 자료를 연속으로 취득하는 측량 방식이다. 정지한 장비를 한 점씩 세워 측정하는 전통 방식과 달리 이동 중에 취득하므로 같은 시간에 훨씬 넓은 구간을 측정한다. 핵심은 센서 융합이다. GNSS는 차량의 절대 위치를 제공하고, 관성측량장치는 차량의 자세인 롤(roll)·피치(pitch)·헤딩(heading)을 계속 추정하므로, 두 자료가 결합되어야 레이저 측정값을 좌표로 바꿀 수 있다.

원리는 다음과 같다. 레이저스캐너는 펄스를 발사하고, 물체에 반사되어 돌아오는 시간과 발사 각도로 거리와 방향을 구한다. 이 상대 측정값에 차량의 위치와 자세를 더하면 측정점마다 세계좌표계의 X, Y, Z 값이 부여된다. 이렇게 얻은 수많은 점의 집합이 점군이며, 점마다 좌표를 부여하는 과정을 직접지리참조라 한다. 사진측량이 지상기준점(GCP)과 항공삼각측량으로 영상의 위치를 간접적으로 구하는 것과 달리, 직접지리참조는 관측 장비의 위치와 자세를 직접 측정하여 좌표를 얻는다.

GNSS와 IMU의 결합이 점군 좌표 계산의 전제이다.

시간 동기화도 정확도를 좌우하는 요소이다. 레이저 펄스가 발사된 순간의 차량 위치와 자세를 같은 시각 기준으로 맞추지 못하면, 주행 속도만큼 좌표가 밀린다. 따라서 모든 센서의 시각은 GNSS 시각을 기준으로 맞춘다. 이 동기화가 이루어져야 점군의 개별 점이 실제 대상의 위치를 정확히 나타낸다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 이동식지도제작체계(MMS): 차량에 센서를 통합하여 주행 중 공간자료를 얻는 측량 체계이다. 정지 측량보다 넓은 구간을 짧은 시간에 취득한다는 점이 특징이다.
• 관성측량장치(IMU): 가속도와 각속도를 측정하여 차량의 자세 변화를 추정하는 장치이다. GNSS 신호가 약한 구간에서도 자세 값의 연속성을 유지하는 역할을 한다.
• 점군(Point Cloud): 레이저 반사점들의 3차원 좌표 집합이다. 도로 폭, 교량 높이, 전선 높이, 가로수 같은 대상의 형상과 위치를 이 점군에서 추출한다.
• 직접지리참조: 장비의 위치와 자세를 직접 측정하여 측정 자료에 좌표계를 부여하는 과정이다. 지상기준점을 많이 설치하지 않아도 좌표를 얻을 수 있다는 점에서 사진측량과 구분된다.

3. 등장 배경과 필요성

지적측량은 토지의 위치, 경계, 면적을 기록하는 기본 업무라서 모든 토지 관리의 출발점이다. 지적측량의 일반적인 방법은 총측량기와 RTK-GPS를 사용하는 것이다. 두 방식 모두 한 점씩 측정하는 구조라서 인력 생산성이 낮고 시간이 많이 걸린다. 전통 방식의 최종 결과는 주로 2차원 도면으로 정리되지만, 토지 관리의 요구는 3차원 공간정보로 넓어지고 있다. 이러한 요구에 따라 높은 정확도와 효율로 3차원 자료를 얻는 방법이 필요해졌다.

도로와 같이 교통이 끊임없이 이어지는 현장에서는 측량 구간을 비우기 어렵다. 전통 방식으로 도로 위의 전선 높이, 교량 높이, 가로수 범위를 재려면 대상마다 개별 측정을 해야 하므로 측정을 빠뜨리는 문제가 생긴다. MMS는 차량이 주행하는 동안 레이저를 쏘아 자료를 얻으므로 교통을 방해하지 않고, 필요한 대상을 점군에서 나중에 다시 측정할 수 있다. 이 점이 MMS가 도로 측량에 적용되는 이유이다.