A Study on Road DEM Construction for Multi-level Road Structures Using GNSS/IMU-Based probe vehicle trajectory data

본 연구는 전지구 위성항법시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)/관성측정장치(IMU: Inertial Measurement Unit) 기반 프로브 차량 궤적 데이터(probe vehicle trajectory data)를 활용하여 다층 도로 구조 환경에서 도로 DEM(RDEM: Road Digital Elevation Model)을 구축하는 방법을 제안하고, 그 정확도 및 적용 가능성을 평가하였다. 연구 대상지는 서울특별시 반포대교 남단 약 9.7 km 구간으로, 지하도로, 지면도로, 중간도로 및 고가도로가 수직적으로 중첩된 복합 구조를 가진다. 이러한 다층 도로 환경에서 발생하는 고도 간섭을 최소화하기 위해 도로 네트워크를 구조적 위계에 따라 4단계 도로 인덱스 레이어로 분류하고, 각 레이어별로 독립적인 RDEM을 구축하였다. 보간 단계에서는 궤적 데이터의 선형 분포 특성을 고려하여 역거리 가중 보간(IDW: Inverse Distance Weighting), 선형 보간(linear interpolation), 최근린 보간(nearest neighbor interpolation) 기법을 적용하고 성능을 비교하였다. 또한 국지적 고도 변동을 완화하고 도로 종단 형상의 연속성을 확보하기 위해 최소제곱법(LSM: Least Squares Method) 기반 높이 보정을 수행하였다. 정확도 평가는 평균제곱근오차(RMSE: Root Mean Square Error)와 종단 경사 기반 상대 고도 오차를 기준으로 수행하였다. 분석 결과, IDW가 RMSE 0.24 m로 가장 우수한 성능을 보였으며, LSM 적용 후 종단 경사 오차는 0.86°에서 0.24°로 감소하였다. 본 방법은 다층 도로 환경에서 고도 간섭을 효과적으로 완화하며, 궤적 데이터 기반 RDEM 구축의 실용성과 비용 효율성을 제시한다.