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with KIGIS® LiDAR Solutions
LiDAR란?
LiDAR는 Light Detection and Ranging의 약자로, 레이저 펄스 형태의 빛을 사용하여 원격으로 거리를 측정하는 기술입니다.
라이다는 물체에 레이저 펄스를 쏘고 반사되는 빛이 수신기로 돌아오는 시간의 경과를 측정하여 거리를 계산합니다. 시간의 지연을 측정하기 때문에 물체의 거리를 정확하게 측정할 수 있으며, 위치 데이터와 결합하여 물체의 형태와 표면 특성 등에 대한 정밀한 3차원 정보를 생성할 수 있습니다.
LiDAR의 역사와 발전
LiDAR는 1960년대 초 레이저 기술의
발명 직후 개발되었습니다.
초기에는 천문학에서 달까지의 거리를 계산하거나 기상학에서 구름 측정하는 등 과학 분야에서 주로 사용되었으며 이후 지형도 작성, 산림 관리 등의 분야에서도 필수적인 기술로 사용되고 있습니다. 최근에는 자율 주행 시스템, 도시 계획, 재생 에너지 프로젝트 등에서 활발하게 사용되고 있습니다. 레이저 기술의 발전, 데이터 처리 기능의 향상, LiDAR 데이터와 지리공간 데이터 소스의 통합 등을 통해 라이다는 수십 년에 걸쳐 지속적으로 사용되며 발전하고 있습니다.
거리 측정 원리
핵심 기술 원리
LiDAR 기술의 핵심은 레이저의 광원을
활용한 정밀한 측정 기술입니다.
레이저는 초당 수천 번의 펄스를 보낼 수 있어 매우 정확하고 넓은 범위의 데이터를 굉장히 정밀하게 측정할 수 있습니다. 가시광선에서 근적외선에 이르기까지 다양한 파장을 사용할 수 있으며, 각 파장에 따라 반사율과 투과율 등이 상이하기 때문에 응용 분야에 가장 적합한 파장을 사용할 수 있습니다. 레이저 펄스가 표면에서 반사되면 시스템의 감지기에서 반사 신호를 포착하고, 주로 굉장히 민감한 광 검지기를 사용합니다. 이후 고도의 신호 처리 알고리즘을 통해 정확한 거리를 측정하고 스캔한 지역의 3D 지도를 생성할 수 있습니다.
비행 시간의 측정과 위상 변이 측정
비행 시간(TOF, Time of Flight) 방식은 레이저 펄스가 물체에 도달하고 돌아오는 데
걸리는 시간을 측정하여 거리를 계산합니다.
시간 측정을 통해 거리를 정밀하게 계산하기 때문에 정밀도가 굉장히 중요한 환경 모니터링, 농업 등 세부 사항이 중요한 영향을 미치는 분야에서 활용하기 적합합니다. 또한 레이저 빛이 센서에 다시 반사될 때 레이저 빛의 위상 변화를 측정하는 위상 변이(PS, Phase Shirt) 측정 방법을 활용하면, 속도와 효율성이 중요한 스마트 팩토리, 건축 모델링 등 지속적인 스캐닝이 필요한 분야에서 사용하기에도 적합합니다. 두 가지 측정 방법 모두 각각의 특장점을 제공하므로 LiDAR 솔루션은 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용할 수 있습니다.
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LiDAR 기술의 주요 특징
높은 정확성과 신뢰성
LiDAR 기술의 가장 큰 장점 중 하나는 정확한 거리 측정 능력입니다. 초목이 밀집된 지역 등 복잡한 환경에서도 정밀하게 거리를 측정하고 표면 특징을 세부적으로 매핑할 수 있어 지질 조사, 고고학, 환경 연구 분야에 필수적으로 사용되고 있습니다. LiDAR는 뛰어난 정밀성 덕분에 홍수 위험 진단, 산사태 모니터링, 인프라 개발 등 극도로 미세한 변화 측정이 중요한 분야에서도 사용합니다.
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다양한 환경에서 사용 가능
LiDAR는 저조도 또는 암흑 환경에서도 작동이 가능하기 때문에 야간 환경에서도 중요하게 사용되고 있으며, 특정한 대기 조건에서는 다른 기술로는 측정이 불가능한 데이터도 수집할 수 있습니다. 그러나 폭우, 안개, 먼지와 같은 악천후 상황에서는 레이저 펄스가 산란되어 측정 정확도가 다소 낮아질 수 있습니다.
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향후 도전 과제
LiDAR는 많은 기술적 장점을 가지고 있지만 극복해 나가야 할 부분도 가지고 있습니다.
시스템을 구축하기 위한 초기 비용이 일부 응용 분야에서는 부담이 될 수 있으나,
지속적인 기술의 발전으로 비용이 점차 줄어들고 있습니다. 또한 LiDAR에서 생성하는
방대한 양의 데이터 처리와 보관을 위해 강력한 컴퓨터 리소스가 필요하며,
반사가 심한 환경이나 흡수성이 강한 표면에서는 거리 측정의 정확도가 왜곡될 수 있습니다.
LiDAR 적용 분야
01
스마트 팩토리 및 로봇
LiDAR 기술은 스마트 팩토리와 로보틱스 분야에서 기계가 주변 환경을 인식하고 상호 작용하는 방식을 혁신적으로 개선합니다. 예를 들어 로봇이 복잡한 환경을 탐색하거나, 섬세한 공정을 수행하거나, 물류 환경을 최적화할 수 있도록 정확한 공간 데이터를 제공합니다. 정확한 데이터를 기반으로 공정을 자동화하여 효율적이고 안전한 스마트 팩토리를 구현할 수 있습니다.
02
건설 및 인프라 관리
건설 분야에서는 LiDAR 기술을 사용하여 현장과 구조물의 크기와 세부 사항을 빠르고 정확하게 측정할 수 있습니다. 정확한 데이터를 기반으로 시공 계획, 현장 모니터링, 유지 보수 등의 프로젝트를 관리하여 시간과 비용을 효율적으로 사용할 수 있습니다. 또한 교량, 도로 등 공공 시설의 모니터링 분야에도 적용할 수 있어 잠재적인 문제의 조기 감지와 유지 보수 활동을 계획하는 데에 기여하여 장기적인 안전성을 보장합니다.
03
보안, 농업, 항공 측량 등
LiDAR는 경계 모니터링이나 침입 탐지 시스템을 강화하는 등의 보안 분야에서도 사용할 수 있습니다. 또한 농업 분야에서는 상세한 지형 및 작물 데이터를 제공하여 최적화된 관개, 식재 및 자원 관리를 가능하게 합니다. LiDAR를 활용한 항공 측량은 대규모 토지 및 자원 관리 프로젝트를 혁신적으로 개선하여 환경 보호, 광업 및 도시 개발 등 대규모 프로젝트에 필수적인 상세한 지형과 세부 데이터를 제공합니다.
LiDAR 기술의 미래는?
연구 및 개발 동향
최근 LiDAR 연구 분야는 시스템의 기능을 향상시키면서 동시에 크기, 비용과 전력 소비를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있습니다. 모터와 같은 기계적인 장치 없이 전자적으로 레이저의 방향을 전환시키는 Solid-State LiDAR 등의 도입을 통해 점차 컴팩트하고 내구성이 높으면서도 저렴한 비용으로도 사용이 가능해질 전망입니다. 동시에 AI, 머신러닝 등 첨단 기술과의 통합으로 자율 주행ADAS(Advanced Driver-assistant System) 시스템에서부터 동적 환경 모델링에 이르기까지 다양한 분야에 확대 적용될 전망입니다.