3차원 Terrain DB 수치고도 & 지물 데이터 형식

진보된 3차원 Terrain DB 제작 기술

1 디지털 수치 고도 데이터

1957년 최초의 인공위성 발사 이래 인공위성에 의해 지구의 모습이 알려짐에 따라 지구의 각 지역에 대한 데이터를 정확하게 표현할 수 있게 되었다. 또한 군 작전 수행에 있어 실 지형에 대한 정보가 필요해짐에 따라 기존의 지도 외에 인공위성 및 항공 측량에 의한 데이터를 디지털화하여 임무 수행에 앞서 모의 훈련을 하여 실전에 투입하고, 아울러 디지털화된 수치 고도 데이터를 항법데이터로 사용하여 정밀한 폭격 등을 행함으로써 고도의 기술 직접적인 작전능력을 보유하게 되었다.
디지털 수치 고도 데이터에는 NIMA(National Imagery Mapping Agency) 의 DTED(Digital Terrain Elevation Data), USGS(United States Geological Survey)의 DEM(Digital Elevation Model) 데이터가 대표적이다.

DTED (Digital Terrain Elevation Data)

지도, 측량, 지구 중력등에 관계한 각종 산출물을 제작하여 미 국방성을 지원하고 있는 미 영상지도국 (National Imagery and Mapping Agency ; NIMA)은 군사적 응용 분야에 있어서 지형 고도 및 경사, 그리고 표면 거칠기 정보 등을 필요로 하는 시스템 및 응용분야를 위해 지형 고도에 대한 균일한 매트릭스 형태의 디지털 데이터를 개발하였다. 기존의 획득된 DTED 데이터는 그 제작 시기가 오래된 것도 많이 존재하지만, 30년 동안 NIMA는 전 지구 표면의 70% 정도에 해당되는 영역에 대한 약 90M 해상도의 디지털 지형 데이터 (DTED Level 1) 및 5% 정도에 해당되는 영역에 대한 약 30 M 해상도의 디지털 지형 데이터 (DTED Level 2)를 보유하게 되었다. 2000년, STRM (Shuttle Radar Topography Mission)에 의한 지구 표면 고도 데이터 수집 프로젝트는 전 지구의 80%에 이르는 영역에 대한 디지털 고도 데이터를 제작할 수 있게 하여 기존의 DTED Level 2 보다 더 정밀하고 광범위한 영역에 대한 제품 생산을 가능하게 하였다.
한편, 기존의 DTED 보다 훨씬 고해상도의 디지털 지형 데이터인 DTED Level 3, 4, 5는 미국의 첨단개념 기술시범 (Advanced Concept Technology Demonstration ; ACTD)프로그램을 통해 개념이 정의 되었으며 일련의 기술 시범이 선을 보여 미래의 전장환경에 대한 고해상도 디지털 지형 데이터 사용에 관한 무한한 가능성을 제시하였다. 이 레벨에 해당되는 데이터는 현재에도 연구, 개발중인 Level에 해당되는 데이터이다.

DTED Level	해상도(Post Space)	Cell Size	영역	공개 여부
Level 0	약 1,000 M (30 Arc-Second)	1 ° x 1 °	전세계	대부분 공개
Level 1	약 100 M (3 Arc-Second)	1 ° x 1 °	일부	(전세계 약 70% 영역) 비공개
Level 2	약 30 M (1 Arc-Second)	1 ° x 1 ° 혹은 15 ' x 15 ' Cells	일부 (전세계 약 5% 영역)	비공개
Level 3	약 10 M (0.3 Arc-Second)	5 ' x 5 ' Cells	일부	비공개
Level 4	약 3 M (0.1 Arc-Second)	5 ' x 5 ' Cells 혹은1 ' x 1 ' Cells	일부	비공개
Level 5	약 1 M (0.03 Arc-Second)	0.5 ' x 0.5 ' Cells	일부	비공개

DEM (Digital Elevation Model)

미 지질 조사국(USGS)의 Digital Elevation Model (EDM) 데이터는 규칙적인 등간격으로 지상 지점에 대한 샘플링된 고도의 배열로 구성되어 있다. 이러한 디지털 데이터 파일은 미 지질 조사국(USGS)의 국립 지도제작 프로그램의 일환으로 제작되었으며, 7.5 Minute-DEM, 15 Minute-DEM과, 30 Minute-DEM, 1-Degree-DEM의 종류가 있다. 이 데이터는 GIS 관련 응용분야에서 주로 사용한다.

데이터 획득

미 지질 조사국은 DEM 데이터를 획득하기 위해 4가지 방법을 사용해왔다. 이러한 방법 중에서 벡터데이터 혹은 DLG (Digital Line Graph) 지세 측량 및 수로 측량 데이터로부터의 보간 방법이 7.5- Minute DEM과 기타 다른 종류의 DEM을 위해 현재 사용되고 있다. 마찬가지로 15-Minute-DEM, 30-Minute-DEM 데이터 또한 DLG (Digital Line Graph) 지세 측량 및 수로 측량 데이터로부터 제작된다. 1-Degree-DEM 데이터는 7.5-Minute 에서 1-by-2-Degree 지도 시리즈에 이르는 지형도나 사진 자료를 통해 제작된다.

Data Records

모든 DEM 파일은 A, B C 의 3개의 Record Type으로 구성된다. Record Type A는 이름, 경계, 측정 단위, 최소 / 최고 고도값, Type B Record의 수, 투영 변수 등과 같은 DEM의 일반적인 특징을 정의하는 정보를 포함하고 있다. DEM 파일당 한 개의 Type A Record 만이 존재한다. Record Type B는 고도 데이터 Profile 및 이와 관련된 헤더 정보를 포함하고 있다. 또한 Record Type C는 데이터 정확도에 관련된 내용을 포함하고 있다.

다음은 DEM 데이터의 종류이다.

분류	해상도	좌표계 / Datum	영역	비고
1 Degree DEM	약 100 M (3 by 3 Arc Second)	Geographic (Lat/Long) /WGS 84	미국 전역,하와이, 알래스카	1:250,000 Scale
30 Minute DEM	2 by 2 Arc Second	Geographic (Lat/Long) /NAD 27 or NAD 83(North America Datum of 1927 or 1983)	미국 전역,하와이	1:100,000 Scale4개의 15 by 15Minutes Cell로 판매됨
15 MinuteAlaska DEM	2 x 3 Arc Second	Geographic (Lat/Long) /NAD 27 or NAD 83	알래스카
7.5 Minute DEM	약 10M or 약 30 M	UTM /NAD 27 or NAD 83	미국 전역,하와이
7.5 Minute Alaska DEM	1 x 2 Arc Second	UTM /NAD 27 or NAD 83	알래스카

2 디지털 지물 데이터

디지털 지물 데이터로는 NIMA(National Imagery Mapping Agency)의 표준 포맷인 DFAD(Digital Feature Analysis Data), VPF(Vector Product Format), USGS의 DLG (Digital Line Graph) 등이 대표적이며 자연지물, 인공구조물에 대한 정보로 구성되어 있다.

DFAD (Digital Feature Analysis Data)

DFAD는 선별된 자연지물, 사람이 만든 인공구조물을 Point, Line, Area 형태로 분류하고, 각각의 지물들에 대해 특정 코드를 부여하였으며, 높이, 길이, 방향 등과 같은 기준에 따른 보다 많은 정보를 제공한다, 이 데이터는 벡터 형식으로 저장되어 있으며 1 Degree x 1 Degree 영역에 해당되는 데이터가 저장되어 있다. DFAD Level 1 은 항공사진에 의한 사진측량에 의해 데이터가 수집되었다. DFAD는 군사용 목적으로 제작되었기 때문에 일반인들이 사용하기에는 거의 불가능하며 Multigen, Coryphaeus 등과 같이 몇몇 고가의 실시간 시뮬레이션용 제작 소프트웨어만이 DFAD를 입력 받을 수 있게 하여 자동 지물 생성을 위한 기능을 제공하고 있다.

VPF (Vector Product Format)

VPF는 다양한 어플리케이션 및 제품과 호환 가능하도록 설계되었다. VPF는 컴퓨터가 읽기 가능한 미디어로부터 중간 과정의 전환 절차 없이 곧바로 응용 프로그램에서 읽어 들일 수 있도록 하였다. VPF는 공간적인 위치 및 주제에 의해 직접적인 접근이 가능하도록 테이블과 인덱스를 사용하였으며 디지털 형태의 지리학적인 데이터로 사용하기 위해 Node, Edge, 그리고 Face를 통해 표현 가능한 벡터 포맷으로 디자인 되었다.