지형정보공학_9장 3차원위치해석_01

상지대학교 지형정보연구센터

3차원 위치해석

(1)

강의목차

GPS측량(GNSS)

Ⅱ

LiDAR 측량(항공레이져측량)

UAV(drone)를 이용한 측량

Ⅳ

Total Station 측량(TS측량)

Ⅰ

Ⅲ

Total Station 측량의 개념 및 정의

Total Station 측량의 정의

❖ 광파거리측정기(EDM)의 거리 관측과 디지털 데이돌라이트의 각 관측을 결합한 종합 측량기 기로 3차원 위치결정(기준점측량)이 가능하고 전자야장을 통해 생성된 측점을 CAD와 결합 하면 지형도 제작(세부측량)도 가능하여 최근 시공현장이나 측량현장에서 가장 많이 이용 ❖ 반사프리즘을 이용하는 방식과 무타켓 방식이 있음 ❖ 1971년 Sweden의 Geodimeter사에서 최초로 개발

Total Station 측량의 특징

내업의 전산화

외업의 자동화

신속 정확한 측량

시공 품질의 고급화

실시간 3차원 좌표결정

및 매핑(지도제작)

내업의 전산화

1) 모든 측정값은 좌표, 각, 거리가 모두 입력되므로 일체의 수계산작업이 필요없음 2) 기기 본체에 소형 PC가 내장되어 있어 야장이 필요 없음 : 전자야장(COGO) 자동저장/편집기능 ) 3) PC작업을 통해 계산된 시공 측점 좌표가 PC에서 기계로 자동 이송될 수도 있고, 수작업을 통해 계된 좌표를 키보드를 통해 입력할 수 있음 : 좌표결정 4) 현황측량 프로그램과 호환하여 현장도면을 자동화 생성 할 수 있음 : 도면제작측량

기지점(Known point)

- 이미 좌표를 알고 있는 점

Total Station 측량 용어

기계점(instrument point)

- 최초에 장비를 설치한 기지점

후시점(Back Sight point)

- 방위각을 설정하기 위해 필요한 기지점

Total Station 측량

Total Station 측량의 종류

TS 측량의 내장 프로그램

1) 방위각 세팅 : 방위각 관측 2) 좌표기억장치 : 전자야장 3) 배각측정 : 수평각의 배각관측 4) Line 측정 : 새로운 좌표계 설정, 방위각 기준 설정 5) Resection(후방교회법) : TS 측량기 세운점의 좌표 및 높이 결정 6) Lay out (측설) : 도로 및 현장의 현장 측설 7) 도로 측설 : 성토 및 절토고 결정, 클로소이드/편경사/확폭 현장측설 8) 면적 계산 : 다각망의 좌표법에 의한 면적결정

9) 좌표측설 (Point set out) : 현장 측설

Total Station 측량의 종류

TS의 거리 관측

❖ 토탈스테이션에 내장되어 있는 광파거리측정기(EDM)에서 광파를 발사하고 프리즘 에 도착 후 바로 반사되어 돌아는 파장을 관측하여 거리 계산

TS의 수평각/연직각 관측

❖ 기계점을 기준으로 기지점에서부터 미지점(관측점)까지의 수직 및 수평 회전량을 계산

TS의 3차원좌표 관측 : 3차원 좌표취득 모듈

❖ 거리 및 각 관측으로 미지점의 3차원(X, Y, Z) 위치 좌표 취득 ❖ 삼각측량+삼각수준측량원리 활용

Total Station 측량의 3차원 위치결정 원리

TS를 이용한 미지점의

3차원위치결정

모듈

❖ 기지점에 TS을 세우고 다음과 같이 관측할 경우 미지점의 3차원좌표가 자동결정

1. Total Station의 측량프로그램 중 3차원 좌표취득 모듈을 호출

2. 기지점의 좌표(N_A,E_A,Z_A)와 기계고(Inst.H), 프리즘고(R.h)를 Total Station에 입력 3. 미지점의 프리즘을 시준 하는 것만으로 미지점의 3차원 좌표를 결정할 수 있음

N_B = N_A + HD E_B = E_A + VD

접근이 어려운 시설물의 원격높이측정(REM)모듈

❖ 철탑과 같이 직접 프리즘을 설치할 수 없는 경우 활용하는 방법으로 목표물의 연직 아래에 프리즘 설치 ❖ T.S.로 프리즘을 관측한후 목표물을 시준하면 목표 대상 물의 높이가 자동으로 관측

기계점의 Z좌표 계산 모듈

❖ 현재 T.S. 기계점의 높이을 알지 못할 경우 최대10점까지 기지점에 프리즘을 세워 측정함으로써 자동 결정됨 ❖ 후방교회법의 원리 적용

Total Station 측량의 종류

면적계산 모듈

❖ 프리즘을 세운 미지점이 폐합될 경우 3차원좌표를 이용하여 다각형의 면적을 자동 계산 할 수 있음 : 다각측량의 좌표법

대변측정 모듈

❖ 기계를 이동하지 않고 프리즘의 거리를 관측하 여 수평거리(HD), 경사거리(SD), 연직거리 (VD) 계산 ❖ 대변측정모듈 실행후 프리즘의 시준만으로 각 종 거리를 자동 결정

Total Station 측량의 종류

평면옵셋측정

❖ 프리즘으로 직접 측정이 어려운 위치의 측점들 (예를 들면 벽이나 평면상의 측점)의 좌표를 구할 수 있음 ❖ 하나의 평면을 결정하기 위해 먼저 평면상의 3점(P₁, P₂, P₃)을 측정한 후 각 측점에 대한 각도와 거리를 구하고, 다음 측정하려고하는 목표점을 시준함으로써 좌표와 거리를 결정할 수 있음

Total Station 측량의 종류

라인측정 : 방위각 기준 설정

❖ 두 점을 연결하는 기준선으로 새로운 좌표계를 생성할 수 있음 ❖ 첫 번째 점은 원점(0, 0), 두번째 점은 N축(북쪽)방향을 나타낸다.

도로 측설 모듈

❖ 도로상 임의점에 프리즘을 세우고 그 지점의 절토 및 성토고를 측정할 수 있음

❖ 클로소이드 측설이 가능하고, 편경사와 확폭을 각각 독립적으로 설정 가능해 도로현 장에서 편리하게 활용됨

타켓 및 무타켓 토털스테이션 : TS 기준점측량

❖ 타켓 토털스테이션의 경우에는 반사 프리즘이 있어야 관측을 할 수 있음

❖ 무타켓 토탈 스테이션은 반사 프리즘을 이용할 수 없는 경우에도 대상물까지의 거리를 관측할 수 있는 장비

❖ 펄스 레이져(Pulsed Laser)를 사용하는 TOF(Time Of Flight)방식과 위상변이 (Phase Shift)방식으로 분류 ❖ 두 가지 기술은 광학적 원리가 다른 만큼 각각 장점과 단점을 동시에 가지고 있으며, 필 요한 형태와 용도에 적합하도록 토털스테이션에 적용됨

Total Station 측량의 종류

전자야장식 토털스테이션 : TS기준점측량+TS세부측량

❖ 기본적으로 토털스테이션과 다를 것이 없지만 PDA, 노트북과 같은 전자기기를 토털스 테이션과 연동하여 즉시 도면화시킬 수 있는 장비

Total Station 측량 작업형 시험 예시(표준 시험시간 35분)

Total Station 측량 시험 예시

Total Station 이용한 좌표 측량

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

❖ 직접 각도 설정에 의한 방위각 설정

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total station 측량 시험 예시

Total Station 측량 시험 예시

Total Station 측량 작업형 시험 예시(표준 시험시간 35분) 측점 A 와 B의 좌표가 (1000,1000), (985,1015)이라 가정할 때, 측점 A, B 에 기계를 설치 하 여 각 측선 AC, AF, BD, BE의 방위각과 거리 및 각 측점 C, D, E, F의 좌표를 관측하고, CE의 거리를 계산하여 구하시오 . ※ 프리즘 상수는 감독위원의 지시에 따르고 프리즘의 중앙을 시준하시오. (단, 좌표의 단위는 m 이고, 관측은 거리는 m로 소수 3자리까지 각은 초단위까지 구하시오. AB의 방위각은 135˚이다. ) A B F E D C 135˚ (1000,1000) (985,1015)

Total station 측량 시험 예시

1. 직접 각도 설정에 의한 방위각 설정 TOPCON GPT-7500 GPT-7500 초기화면 표준측정 선택 응용 선택

Total station 측량 시험 예시

1. 좌표에 설정에 의한 방위각 설정 ❖ 기계점과 후시점의 좌표 입력 기계점 X 1000 Y 1000 후시점 X 985 Y 1015 입력 후 설정 선택 ❖ 응용 프로그램 후시 선택

Total station 측량 시험 예시

1. 좌표에 설정에 의한 방위각 설정 기계점과 후시점의 입력 후 설정 기계 선 택 하면 자동적으로 방위각(135°) 입력 방위각과 기계점 ,후시점 설정 완료 후 측정 클릭

Total station 측량 시험 예시

2. 좌표에 의한 방위각 좌표 거리 관측 F C A B 후시점을 시준하고 설정된 방위각에 서 C와 F 를 시준하여 거리,각, 좌표 측정 C와 F의 프리즘의 가운데 시준 하여 측정

Total station 측량 시험 예시

2. 좌표에 의한 방위각 좌표 거리 관측 측점 AC 의 프리즘을 시준하여 측정하고 HR(방위각) HD(수평거리) N(X) , E(Y), 야장에 기재한다. 측점 AF 의 프리즘을 시준하여 측정하고 HR(방위각) HD(수평거리) N(X) , E(Y), 야장에 기재한다.

F E C D A B 후시점을 시준하고 설정된 방위각(315°) 에서 D와 E 를 시준하여 거리,각, 좌표 측정 D와 E의 프리즘의 가운데 시준 하여 측정

Total station 측량 시험 예시

2. 좌표에 의한 방위각 좌표 거리 관측

Total station 측량 시험 예시

2. 좌표에 의한 방위각 좌표 거리 관측 측점 BD 의 프리즘을 시준하여 측 정하고 HR(방위각+270°) HD(수 평거리) N(X) , E(Y), 야장에 기재한 다. 측점 BE 의 프리즘을 시준하여 측정 하고 HR(방위각+270°) HD(수평 거리) N(X) , E(Y), 야장에 기재한다.

Total station 측량 시험 예시

(𝑋𝑒 − 𝑋𝑐)2 _{+ (𝑌𝑒 − 𝑌𝑐)}2 E의 좌표 X=1002.998, Y=1002.150 F의 좌표 X=1002.603, Y=1002.538 공식 : C의 좌표 X=1001.057, Y=1001.174 D의 좌표 X=1004.089, Y=1003.760 = (1002.998 − 1001.057)2 _{+ (1002.150 − 1001.174)}2 = 2.173(m)

3. C,D,E,F 좌표 및 AC, AF, BD, BE의 방위각, CE의 거리 계산

A B F E D C AC 방위각 48°00´04˝ AF 방위각 42°35´40˝ BD 방위각 305°38´30˝ BE 방위각 314°16´03˝

TS에 의한 수치지도제작

Total Station 측량 측량으로 보완된 데이터의 정확한 도면병합 레이어 코드등의 속성코드를 정확히 통합하는 과정 기록된 비도형정보(텍스트)의 정위치 입력 정위치 편집 정위치 편집을 한 후 SHP 파일 형태로 제작 각 도형정보에 대한 속성 및 위상등을 정립 구조화 편집 COGO관측점 파일의 벡터화 수치지도제작 TS측량을 통한 곡선측량법 - 기본적으로 TS측량은 삼각망을 형성하며 측량 수행함

TS에 의한 수치지도제작

토털스테이션(TS)에 의한 자료 생성 TS에 의해 생성된 벡터자료 토털스테이션에 의한 현장 관측 토털스테이션에 의한 3차원측량 COGO의 관측점 화일 점번호 점 CODE 측점의 3차원좌표 벡터화 S/W

Total Station과 스마트폰의 연계 측량

Web 지도와 연계 ❖ 최근에는 Total Station과 스마트폰을 Bluetooth를 통해

연결하여 측량을 수행하고 Web 지도(구글 어스 등과 같은 공간정보오픈플랫폼)와 연계하여 측량 결과 확인 가능

조사/측량/정량화 (첨단센싱장비:면계측) 계획 및 설계 (면관리->3D설계) 시공 (ICT기반시공) 평가 및 유지관리 (ICT기반 평가/유지관리) 3D 고품질 디지털 공간정보 면계측・면관리、3D 설계、ICT 기반 시공/평가/유지관리(생애주기) 전면 활용 GNSS 기반 자율조향 시공 (GPS+GLONASS+Geileo+Beidou) 지상 LiDAR+MMS+Drone +TS+GNSS -> 3D공간정보 선단위(2D)→면단위(3D)_{계획 및 설계} 첨단기술을 통한 시공평가 공간정보오픈플랫폼 활용 생애주기관리

스마트건설의 개요

TS 추적 드론측량시스템(TS tracking UAS)

전용 프리즘 고속・고정도 자동추적 모터 토탈스테이 션 셔터 로거 ③画像データ ①ＴＳ追尾データ ②シャッタデータ 사진측량은 카메라의 위치와 자세 계산이 중요！

TS 트래킹 UAS

카메라의 위치 ・자세 계산 방법 • 위치（X,Y,Z ）→ TS로 카메라 위치를 관측 • 자세（ω,Φ,κ）→ 사진의 특징점에서 계산 지상기준점(GCP) 없이 UAV 측량이 가능！

일반적인 사진측량（SfM）

카메라의 위치・자세 계산 방법 • 위치（X,Y,Z）→ 사진의 GCP에서 계산 • 자세（ω,Φ,κ)→ 사진의 특징점에서 계산 ②셔터 데이터 ③화상 데이터 ①TS 추적 데이터

+

각도 측정 거리 측정

고속・고정밀도 자동추적 토탈스테이션

안정된 관측 정확도・ 작업의 효율화를 실현！ 면 측정 평가 및 TS와의 관측（120포인트）평가 GCP 없이 안정된 정확도 ±５ｃm 확보 평균[m] 표준편차[m] 최대[m] 최소[m] ± 5cm 비율 0.006 0.008 0.030 -0.018 100.0% 종래의 사진측량과 비교해 GCP 설치와 측량작업 의 단축으로 작업시간이 약 70% 감소 25 25 65 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 従来の写真測量 カメラ位置を直接計測する手法 作業時間（ 分） 検証点設置・計測 標定点設置・計測 ９０分 ２５分 ７割減 생산성

3.6배

측정 정확도 평가 _{작업성 평가} 히트맵 면적 평가

TS 추적 드론측량시스템의 효율성

유비쿼터스 환경의 위치결정기술의 중요성

• GNSS 기반의 실외측위 ✓ GPS : 미국 ✓ GLONASS : 러시아 ✓ Galileo : 유럽 ESA ✓ Beidou : 중국 • WiFi /블루터스 실내측위 • BLE 기반 실내측위 • IoT+IPv6 위치+공간정보 아이디어 융합 유비쿼터스 공간정보 공간정보오픈플랫폼

국내 동향 : 국가적 LBS, ITS 사업 등 추진으로 편리하고 저렴한 측위기술 필요 • 유비쿼터스 시대로 도래로 웹기반 지도서비스에 따른 정보의 공간화 추세 • 유비쿼터스 시대로 도래로 웹기반 지도서비스에 따른 정보의 공간화 추세 국외 동향 : GNSS 위성의 다변화로 위치측위 경쟁력 증대 노력 • GPS 현대화, G4 서비스 운용, 실내측위기술 • 러시아/EU/중국/일본 등 GNSS 활성화 → 실외측위 정확도 향상 사용자 : 신속하고 경제적이며 신뢰성 있는 위치결정 서비스 요구

• 일반 항법 분야 : Any where, Any Time, Free Charge

• 정밀 측량 분야 : 기존 RTK GPS 측량기법의 정확도 향상 절실

GPS 상시관측소 망을 이용한 Network RTK 방식의 서비스 제공

• 대표적 예 : 독일 SAPOS, 일본, 스위스, 덴마크, 호주 등 다수 • DGPS, VRS GPS, SBAS 로 진화

측위 기술의 위치기반서비스 활용

실외/실내측위+무선통신+공간정보오픈플랫폼+모바일장비

GNSS의 개요

GNSS(Global Navigation Setellite System)의 개요

- 미국의 GPS(Global Positioning System)와 러시아의 GLONASS등과 같이 측위 위성체계를 활용한 전세계적 위치정보서비스 시스템 - 주로 실외의 위치측위 체계로 이용되어 스마트폰 등 모바일 환경의 측위체계로 산업화 - 지상수신소에서는 최소한 4개 이상의 위성 신호를 받아 3차원 위치정보와 나노-초 단위의 세계시 결정 : (X, Y, Z, T) - 위성의 위치와 항법정보(위성시계, 전리층모델, 위성궤도요소, 위성상태 등)를 기반으로 사용자의 현재 위치 결정(삼각법 이용) - 최근에는 GPS와 GLONASS의 G2에서 G4로 확장되어 정확도가 향상되고 있음

GNSS의 서비스 종류 및 특성

GNSS 서비스 현황

GPS

미국(국방성)에서 1973년부터 운영, NAVSTAR GPS, 고도 20,180Km, 위성수 24기(2007년이래 31기 운용)

GLONASS

러시아(국방성), 1982년 위성발사, 위성수 24기 운용, 고도 19,100Km, 2011년 11월 이후 전세계 서비스, GLONASS-K 시리즈 운영

GALILEO

유럽연합, 1999년 사업착수, 2018년 30개 위성 운영중 고도 23,222km, 3개 궤도당 10개 위성씩 총 30개 위성 운영중

Beidou

중국, 1차시스템(2000~2003)년 구축된 시범시스템(Beidou 1A/1B/1C)으로 중국과 주변지역을 대상으로 하고 있으며, 2차시스템은 Beidou 2로 14개 위성수 운영중 2020년 전세계를 대상 총 35개 위성으로 서비스 계획하고 있음, 고도 21,530km

GPS :

미국

위성전파를 이용한 범세계적 위치결정시스템으로 전 세계를 포괄하며,

NAVSTAR(NAVigation System with Time And Ranging)GPS (Global Positioning System) 가 공식명칭임

미국정부가 1978년 이후 DNSS의 대체형으로 군사목적으로 개발 위성고도가 20,180km이며, 회전주기는 약 11시간 58분(1/2항성시) 임 어디에서나 기상에 관계없이 24시간 위치결정 가능 : 현재 31기 운용(1995년 완성) 관측점간의 시통 확보와 관계없이 측량 가능 : 위성신호수신 가능지역 GIS 데이터의 실시간 취득에 활용 가능 : 활용성 증대 위치결정의 정확성 및 신속성 확보하여 경제적임 컴퓨터와 통신기기의 결합 : 다양한 응용분야 창출하여 위치기반서비스로 산업화 장거리관측시 전리층 지연오차 등을 소거하여야 함 위성전파 수신이 어려운 실내관측에는 사용하기 어려움 1983년 9월 16일 KAL007기 격추후 미국에 GPS 민간 무료 활용

GLONASS(글로나스) :

러시아

✓ 미국에 GPS에 대응한

러시아(국방성)의 위성항법시스템

✓ 1982년 위성발사 :

고도 19,100Km

✓ 자국의 경제불안정, GPS와 경쟁력 열세로 한계에 직면

✓ 1999년 2월 대통령성명 발표 :

GLONASS 국제 협력 의사

• 유럽연합과 장래 GNSS에서 GLONASS의 공동운영 의사 천명 • 유럽은 러시아의 항법위성 운용기술과 항법주파수 활용방안 모색

✓ GLONASS-M/K(2011)/K2(2020) 개발계획과 D-GLONASS망 구축 계획

✓ 2011년 11월 이후 전세계 서비스 중

✓ 현재 23기

작동

중(1995년 완성)

✓ GPS+GLONASS의 G2로 운영후

사용자 증가

GLONASS-K 위성

Galileo(갈리레오) Project :

EU

단 계 내 용

초기(1999.10~2000.12) • Galileo System 설계(장비, 발전Model 등)

개발(2001.01~2001.12) • 위성 설계 검증 비준(2002.01~2004.12) • 3개의 MEO 위성제작 발사, 지상국 일부 개발 • 장비와 위성의 H/W 증명 발전(2005.01~2007.12) • 궤도 결정, 수정위성 제작발사, 지상국 완성 • 위성배치 완성 및 시스템 시험 운영 공급(2008 이후) • 유럽 및 각 국가에 서비스 공급 개시

유럽연합(EU)

의 독자적인

위성항법시스템

GPS에 의존할 경우, 유럽주권의 종속 우려(사용료, 기술종속 등)

GPS 호환, 독자적인 GNSS개발 : Galileo 프로젝트

고도 : 20,220km, 3개 궤도면

2018년이후

30기

로 운영중

Beidou(베이더우)계획 :

중국

25m쯤이던 위성의 지상 위치 측정 오차를 2021년 말 10m로 줄이는 등

내비게이션 서비스에 적극적임 : 군사용

2013년에 아시아·태평양 10만 명 상당 거주 지역으로 서비스

서비스 권역을 2014년 30만명, 2015년 50만명으로 넓히는 계획 에 맞춰

계속 발사할 예정 :

현재 44개 위성 운용(2020)

2020년까지 미국 위성을 이용한 GPS 시장의 80%를 베이더우 체계로 대체한다는 목표를 세움 : 총 100억불

측위정확도

- 3.6m(공개)/2.6(아시아 태평양) - 군사용은 10cm 목표

중국이 개발한 지구측위시스템(GPS)용 인공위성

• 과거 2012년 12월 이 위성을 이용하여 내비게이션 서비스 시작

일본의 위성항법시스템 :

QZSS

MTSAT(Multifunction Transport Satellite) 발사(1999년8월) : 4기 운영

친 GPS정책(1996년 이후 미/일 GPS 협의회 개최), EU와 교류모색 GPS 보정항법시스템 : MSAS 구축(1999년 11월 발사) 장기적으로 대체항법시스템 구축 연구수행 • 독자 시스템 핵심기술 연구 : 원자시계/위성시각관리기술(CRL) • 지역 위성항법시스템 구축 : 8자 궤도형 구축 기술 연구 • 2017년 아이폰 8 이후부터 측위체계로 활용 • 2023년 완성예정 최대의 GPS 활용국가 • 현재 1200점의 GPS기준국 운용 중(지진예지, 지각변동, 측지측량, CNS 등)

한국형 위성항법시스템 :

KPS

한국형 GPS(위성위치확인시스템: KPS) 사업이 예비타당성 조사 재시도 → 한국판뉴딜의 일환으로 통과 가능성 높음 개발이유 : 자율주행차·드론(무인기)·위치기반서비스(LBS) 등을 위한 센티미터(cm)급 초정밀 PNT(위치·항법·시각, Position·Navigation·Timing) 정보 수요 급증 한국을 중심으로 동북아 중심 서비스 : 2034 3개의 정지궤도 항법위성+4개 경사궤도 위성 예상 사업비 : 3조원(2034년 서비스 제공)

GALILEO

유럽 연합

미래 서비스 예정

GLONASS

러시아

현재 서비스 중

미국

현재 서비스 중

GPS

Beidou

_중국

현재 서비스 중

GLONASS+GPS GPS

G4의 구성

GPS

GPS

,

GLONASS

,

QZSS

,

BeiDou

G4 시스템의 특징

GNSS 이용 : 상공 시야가 나쁜 장소에서 효과 증대 GLONASS+GPS

GPS의 개념

: (X,Y,Z,T) 결정하는 4차원측량 : 미사일 궤도 추적을 위한 군사적 이유

❖ NAVSTAR GPS(NAVigation System with Time and Ranging GPS)

GPS의 역사

1978년~1985년 : 11기의 Block I 위성발사

1984년

KAL-007기 격추이후 GPS 정보의 일반인에 공개

1989~1990년 :

BlockⅡ 위성(9기), 1990~1997년: BlockⅡA 위성(17기)

1997년이후 :

BlockⅡR 위성발사 • 개발시기 : 1973년 미 국방부(해군에서 개발) • 내 용 : Timation + 621B 통합

• 발 전 : Navstar(Navigation System with Timing And Ranging) GPS로 발전

• 내 용 : 위성을 이용한 항법이론의 타당성 검증

DNSS(Defense Navigation Satellite System) 및 NTS-2

• 개발시기 : 1950년대 후반 ~ 1960년대 초기 미해군에서 개발 • 개발목적 : 위치/측량 및 군함 항해체계 마련

• 활 용 : 1964년 가동하여 1969년에 민간에 공개

GPS 개발정책의 변화

1991년 9월 Standard Positioning Service(SPC) 서비스 : 향후 10년간 무료사용 허용 1992년 9월 ICAO(국제민간항공기구)와 91년의 선언을 확인하고, SPS를 변경할 경우 최소 6년 전에 통보할 것을 약속 1993년 12월 초기정상가동 선언 : 24개의 GPS위성군 완성(Block I / II / IIA)에 따라 SPS 실시 1995년 3월 미국 클린턴대통령 선언 : GPS신호 국제사회에 제공할 것을 공표 1996년 3월 GPS에 관한 미국대통령 선언 : 10년 이내에 SA의 중단 1997년 2월 미국 부통령은 민간용 제2의 반송파 서비스에 관한 계획 선언 (민간용 L5 반송파 서비스) 2000년 5월 1일 : 미국 클린턴대통령의 SA의 해제 발표

1995년 4월 정상가동( FOC : Full Operational Capability) 선언 : 24개의 Block II와 IIA 위성이 정상 운행, 군사용 기능 실험 종료

 군사적 목적으로 GPS를 개발한 미국은 안보차원에서 적대국의 GPS 사용을 제한하 기 위해 C/A 코드에 인위적으로 궤도오차 및 시계오차를 첨가 (1990년 3월 25일부터 SA를 실시)  전세계적으로 폭발적인 증가를 보인 GPS의 민간수요에 따라 SA 해제에 대 한 필요성이 꾸준히 제기하여 2000년 5월 2일 SA 해제  유럽을 중심으로 계획되고 있는 새로운 위성항법시스템인 갈릴레오(GALILEO) 프로 젝트에 대한 대응  SA가 해제되더라도 수 미터의 고정밀도를 요하는 자동차 항법 및 GIS/측지 측량 분야에는 기존의 GPS측량기술이 필요함.

SA(Selective Availability)해제

0.3m/s 속도오차 40ns 340ns(95%) 시간오차 30m(95%) 150m(95%) 수직방향 위치오차 20m(95%) 100m(95%), 300m(99.99%) 수평방향 위치오차 SA(無) SA(有) 정밀도

SA 제거후(2000.5.1) 오차 및 보안장치

2000년 5월 1일 2000년 5월 3일 ❖ AS (Anti-spoofing) - P 코드를 Y코드로 부호화하여 위장전송을 방지하는 보안장치 - 1994.1.31. 부터 적용

GPS 구성 요소

❖ 우주부분

(Space Segment)

• 6개 궤도 : 21개 주위성, 3개 보조위성 배치 • 20,180Km 고도(12시간 주기로 궤도 운행), 궤도와 시간의 정보(RF신호)전송

❖ 제어부분

(Control Segment)

• 지상 제어국은 위성을 감시 궤도와 시간의 특성을 보정 • 5개의 감시국, 3개의 전송국, 1개의 주 제어국

❖ 사용자부분

(User Segment)

• 위치와 속도 및 시간 계산 • 항법용, 측지용, 시각동기용 수신기 사용자부문 제어부문 Colorado Springs(주관제국) 모니터링센터 Diego Garcia Ascension Is. Kwajalein Hawaii 우주 부문 • 안테나와 수신기로 구성 • PASSIVE MODE • 5개의 감시국 • 위성의 위치계산 궤도예측, GPS시간유지, 위성제어 및 작동상태 감시기능 • L1과 L2밴드 반송주파수 • L1 : P코드 및 C/A코드 • L2 : P코드 • 휴대용GPS : PDA, 스마트폰 • 선박 : 항법장치 • 비행기 : 항법장치 • 자동차 : 네비게이션

GPS 구성 요소

❖ 최소 24개의 위성(현재 31기 운영중) ❖ 11시간58분(1/2항성시) 주기의 궤도운행 ❖ 20,180km 위성고도에 위치 ❖ 배터리와 시계 내장 ❖ 궤도와 시간의 정보를 가진 RF 신호를 전송 – L1, L2, L5 밴드 반송주파수 – L1 : P코드 및 C/A코드 – L2 : P코드

우주부문

GPS 위성 : BLOCK II 위성 GPS 위성 궤도 Block IIR Block II/IIA Block IIF

GPS 구성 요소

• 주 제어국 – 슈라이버 (팔콘)공군비행장 / 콜로라도주 Springs • 6개의 unstaffed 모니터링 관측소 : 2005년 정확도향상 목적으로 운용 ✓ 태평양 : 하와이 , 콰절런(마셜제도의 환초섬) ✓ 인도양 : 디에고 가르시아 ✓ 대서양 : 어센션(영국령 섬) ✓ 케이프 케너버럴 플로리다 ✓ 콜로라도 Springs • 4개의 대형 지상 안테나 관측소

제어부분

콜로라도 스프링스 Falcon 공군 비행장 6 개의 모니터링 관측소 및 4개의 지상 안테나 하와이 어센션 디에고 가르시아 콰질란 플로리다 케이프 케너버럴

GPS 구성 요소

Ships

Aircraft

For hand carrying

ground vehicles

사용자부문

휴대용 GPS (레져) 해양 및 선박(항법)

GPS의 위치결정 기본 원리

GPS의 위치결정 원리

- 기하학적 삼각법에 의한 위치 결정 : 벡터해석, 교선법 위치를 정확히 아는 위성에서 출발한 위성신호를 수신하여 전파의 도달 시간이나 위상차를 관측하여 거리를 구하고 미지점(사용자)의 위치(3차원후방교회법) 및 시간 결정 - 언제 어디서나 실외 위치결정이 가능한 시스템 구현 거리 = 전파도달시간 x 광속 거리 = (온전한 위상개수 N+ 위상차) x파장 GPS 수신기

GPS의 위치결정 기본원리

GPS의 위치결정 원리

❖ 나머지 한 개의 위성은 수신기의 시계가 위성의 원자시계보다 정확하지 않아 생기는

GPS 위치결정을 위한 제 요소

1. 임의 순간 위성의 궤도 좌표(x, y, z : WGS84 좌표계)

❖ 알마닉, 보통력, 정밀력

2. 위성과 GPS 안테나 수신부의 중심간 거리

❖ Code(C/A코드, P코드), Carrier(L1, L2, L5)

3. 오차 보정 모델

❖ 인위적 오차 : SA 는 2000. 5 해제 ❖ 자연적 오차 : 전리층 및 대류층 지연 ❖ 기계적 오차 : 안테나 중심변동 등 PCY, 신호 및 기계 Noise

4. 오차 소거 기술 :

차감기법, 선형조합

등

5. 측지 및 측량 지식(기선해석 후, 망조정, 지오이드, 좌표계 변환)

GPS의 위치결정의 오차요인

X Y Z WGS84 수신기 시계오차 위성시계오차 위성궤도오차 전리층 지연 대류권 지연 다중경로 오차 안테나 중심 오차

GPS의 오차

: 2000년 5월기점으로 SA가 해제된 상태

GPS의 오차

구 분 소 거 여 부 위성궤도력 소거가능 위성시계의 흔들림 소거가능 전리층에 의한 지연 소거가능 대류권에 의한 지연 소거가능 SA 소거(2000년 5월 이후 소거) 멀티패스 장시간 관측으로 감소 수신기 시계의 흔들림 계산시 소거 수신기 잡음 관측시 라디오 등 전파기기 사용하지 않아 신호 감도유지 건강하지 않은 위성 사용하지 않음

GPS의 오차의 소거여부

GPS 수신기의 특성

: 수초 이내에4개의 위성신호 추적 가능 Spread-spectrum 기술: 하나의 파에 정보를 담기에는 정보가 너무 많기 때문에 여러 개의 주파수에 정보를 나눠서 전송하여 손실을 줄이고, 지상에서 이를 조합하여 하나의 정보로 통합함으로서 속도도 빠르게 하는 기술 : 위성으로 부터 수신기 까지의 전파 도달 시간을 결정하기 위한 기술

• GPS 위성신호 = 열차(Carrier) + 승객(C/A, P, 항법메세지) + 불청객(bias)

❖ C/A : Clear and Acrusition 또는 Coarse and Access = S code 표준코드 ❖ P : Precision 또는 Protect = 군용 → Y Code(P code의 암호화 코드)

• 수신기의 1 파장 또는 1Chip의 분해능 : (파장 x 1/100) • 주기는 보내려는 정보의 종류, 양 등에 따라 달라짐 신호 주파수(MHz/s) Code(Chip rate) 파장 Code Chip 길이 주기 L1 1575.42 0.190m 1ms L2 1227.60 0.244m 1 week L5 1176.45 0.255m C/A 1.023 293.3m P 10.23 29.3m

GPS 위성신호의 종류 및 정확도

GPS 신호의 주파수

(예제) GPS위성으로부터 전송되는 L₁ 신호의 주파수는 1575.42MHz이다. 광속 c = 299,792,458m/s 일때 L₁ 신호 100,000 파장의 거리는 얼마인가? (풀이) λ = 𝑐 𝑓 (λ : 파장, c : 광속도, f : 주파수) 에서 MHz를 Hz 단위로 환산하면, λ = 299,792,458 1575.45×106 = 0.190293672(m) 그러므로 L₁ 신호 100,000 파장거리는 100,000× 0.190293672 = 19029.3672(m)

의사거리와 위상거리

GPS를 이용한 위치결정 방법

단독측위방법(절대관측방법)

• 이용 : 정밀도가 상대적으로 낮음, 수신기 1 대 사용, 주로 항법/항해에 이용 • 분류: SPS(민간에서 이용), PPS(미 정부기관 등)

GPS측위기법에 따른 정밀도 비교

상대측위방법

• 이용 : 정밀도가 상대적으로 높음, 수신기 2대 이상, 주로 측지/측량 등에 이용 • DGPS(Differential GPS) : 단독측위용 수신기 2대를 이용

• RTK(Real Time Kenematic) : 실시간 위치정보 취득

• 상대측위방법(후처리) : 정밀 측지측량에 이용 측 위 기 법 내용 정밀도 단독측위 • GPS수신기 1대로 위치측정 _10m DGPS • 측량용과 항법용 수신기를 결합하여 이동체의 후처리 및 실시각 정밀위치 측정 1m ~ 5m 후처리상대측위 (Static 방식) • 2대 이상의 측량용 GPS 수신기를 이용하여 고정밀 상대 위치 측정 수 mm 실시각이동측위 (RTK 방식) • 2대 이상의 측량용 수신기를 이용하여 실시각 고정밀 위치 측정 1cm ~ 3cm

GPS 측량과 DOP

: Dilution of Precision(거리관측의 정확도로 위성의 기하학적 배치를 표현)

GPS 측량과 DOP

: 최소 5~6개 위성

• 정밀도가 상대적으로 낮음, 수신기 1대 사용, 주로 항법과 항해에 이용 • 민간의 표준위치서비스(SPS) : 20m, PPS(미 정부기관 등) • 휴대용 GPS : SA해제후 20m에서 다양한 GNSS 활용으로 2014년 이후 1m 정도

단독측위방법

GPS 단독측위 방법

5G 시대 : GPS 현대화, GNSS환경의 G4 ❖ 단독 위치결정(Code) • 1대의 수신기 • 차량, 선박, 항공기 등의 항법용

• Standard Positioning Service : SPS

• C/A Code 이용

• 위치정확도 10m이내

• Precise Positioning Service : PPS

• P(Y) Code : 군사보안용 • 위치정확도 : 1m 이내

GPS 단독측위의 종류

휴대용 GPS 위치결정 정확도

• C/A Code on L1 • SA 해제 (2000년. 5월) : 20m • 2006년(10m이내), 2009(5m이내) • 2014년 이후 1m 이내 로 발전

현재 20 m

정밀측위시스템의 건설분야 활용

• L1 Code and Carrier • L2 Code and Carrier • L5 Code and Carrier • Data Link 100+ km 위성신호 간섭의 신속한 복구 (예 : 교량밑) 수 cm 정확도

Network RTK

최소 2대 이상 GPS 사용하며, 상대적으로 정밀도가 좋아 정밀측지측량에 사용 Cycle Slip과 전파음영에 취약하며, 최소 2대의 수신기와 1대의 모뎀 필요 전리층의 영향을 무시하고 개념을 전개한 것으로 10Km이내 적합

GPS 상대측위방식 : Differential GPS

(X_23, y_23, z₂₃) _x19 y₁₉ z₁₉ x₁₄ y₁₄ z₁₄ x₂₁ y₂₁ z₂₁ 후처리 보정 Measured : x y z - Delta : x y z ________________________ True : x y z True: x y z - Measured: x y z_{___________} Delta: x y z

Base Station <50cm~1m

Base Station

 DGPS의 정의

GPS 위성과 사용자 수신기간의 위성신호가 포함한 동일 속성의 오차를 사후 또는 실시간으로 제거 및 보정하여 단시간내에 높은 정밀도의 위치와 속도를 측정

 장점

인위적인 SA영향, 전리층 및 대류층의 신호지연과 위성시계의 오차를 소거하면서 실시간으로 높은 정밀도의 위치결정은 물론 항법에 효율적으로 응용 X₂₃ y₂₃ z₂₃ x19 y₁₉ z₁₉ x₁₄ y₁₄ z₁₄ x₂₁ y₂₁ z₂₁ Measured : x y z 후처리보정 True: x y z Measured: x y z ________________ Delta: x y z Delta : x y z _________ True : x y z

Real-Time Differential GPS

실시간 이동측위 방법 : RTK 방식

<1cm~3cm RTK Base Station 기준국 이동국 ⚫ 기준국 및 이동국의 구성 : 10km이내 ⚫ 수신기, 안테나, 무전기(휴대 전화기)

Z WGS-84 좌표 한국 좌표 X Y

좌표 변환

: 세계좌표계 변환으로 최근에는 문제가 되지 않음

GPS의 좌표계

구 분 광학영상 LiDAR 자료 준거기준 WGS-84 BESSEL 장반경 6378137m 6377397 평편율 1/298.2572 1/299.1258 높이기준 타원체고 평균해수면 실현방법 GPS 측량 수평 : 삼각, 삼변측량 높이 : 수준측량

DGPS/SBAS/VRS의 개념

❖ GPS는 전파(코드가 포함된 반송파)를 통해 여러

GPS 위성까지의 거리를

측정하므로써 사용자의 위치를 파악하는 시스템

❖ 그런데

전리층에서 전파가 굴절

되기 때문에

측정한 거리는 실제 거리와 다소

차이

가 생기게 됩니다. 이러한

차이를 보정해 주는 시스템이 DGPS

(Differential GPS)

❖ GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 항법 메시지(Navigation Messege)를

수신하며, 여기에는

신속한 위치 파악을

위한

GPS 위성의 개략적인

궤도력(Almanac)

과 함께

정밀한 거리 측정

을 위한

GPS 위성의 정밀한

궤도력(Ephemeris)

도 포함 .

❖ 스마트폰의 GPS 수신기의 경우 초기 위치 파악 시간(TTFF : Time To First

Fix)

을 줄이기 위해

이동통신사 기지국을 통해 항법 메시지를 신속히 수신

할

수 있으며, 이를

GPS 도우미(A-GPS : Assistanted GPS)

라고 함

❖ GPS 상시관측소에서 보정 데이터를 어떤 방식으로 보내는냐에 따라

DGPS와 SBAS(Satellite Based Augmentation System)와

VRS(Virtual Reference Station)

로 분류

❖ GPS 수신기의 위치오차를 좀 더 줄여

항공기의 이착륙에 활용

할 수

있도록

SBAS가 개발

❖ SBAS 방식은 GPS 상시관측소에서 작성한 보정 데이터를

통신 위성(정지

위성)으로 보낸 후 다시 통신 위성에서 지상의 각 GPS 수신기로 보정

데이터를 전파에 실어 보내는 방식

❖ 이는 별도의 안테나가 필요하지 않고

SBAS를 지원하는 GPS 수신기 칩

만

내장되어 있으면 사용 가능

❖ SBAS를 이용할 경우 크고

무거운 기존 안테나가 필요하지 않고,

기존

안테나에 공급하던

많은 전력도 필요없으며,

보정 데이터를

넓은 지역에

발송

할 수 있고, 보정 데이터가 도달하지 않는

음영 지역이 크게 줄어드는

장점

이 있지만 한 가지 유형의

보정 데이터를 넓은 지역에서 공유하기

때문에 전리층의 국지적 특성이 덜 반영된다는 단점

이 있음

DGPS/SBAS/VRS의 개념

국내 GPS 상시관측망 분포 현황

팔미도 장기곶 어청도 주문진 영도 거문도 속초 대전 밀양 목포 강릉대 원주 서산 전북대 경일대 진주 전남대 제주기상청 울진 청송 보은 청양 천안 괴산 _예천 영월 인천 양평 홍천 인제 춘천 철원 동두천 파주 정읍 남원 순천 하동 거창 무주 논산 군위 김천 창녕 부산 울산 장흥 영광 경주 삼척 마라도 보현산 태백 수원 서울 청주 소백산 상주 창원 용인 국토지리정보원 14개소 자원연구소 2 개소 천문연구원 8 개소 행정자치부 32개소 해양수산부 7 개소 ❖ 국토지리정보원 : 측량 및 지도제작 ❖ 행정안전부(지적) : 지적기준점 및 지적측량 ❖ 해양수산부(항로표지담당관실) : 선박 안전운항 ❖ 국무총리실(한국천문연구원) : 차량항법 및 기상 ❖ 한국지질자원연구소 : 한반도 지각변동

GPS 상시관측소와 측지측량

측량의 정확도 향상,1인 측량 가능

차량,항공기 및 선박 등의 운행을 위한 CNS 와 ITS의 기준국 으로 활용 지각변동조사 및 지진예지와 국지적 기상변화 연구

방송국을 이용한 DGPS 데이터 활용

상시관측소 _FM방송국

FM Sub-carrier를 이용한 DGPS 보정값 방송

❖ 전리층은 전 세계적으로 다르기 때문에 각 대륙별로 별도의 SBAS 구축

• 북아메리카 : WAAS(Wide Area Augmentation System)

• 유럽 : EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay System)

• 동북아시아 : MSAS[MTSAT(Multi-functional Transport Satellite)

한국형 정밀측위 SBAS 서비스의 활용 예

GPS 측량

(Network-RTK : VRS GPS)

컨트롤러 인터넷 연결 프로젝트 생성 좌표계 설정 측량 지상지준점 입력 데이터 입력/출력

GPS 측량(컨트롤러 인터넷 연결)

컨트롤럴의 시작하면에서 설정 -> 연결 -> WI-Fi

GPS 측량(프로젝트 생성)

프로젝트 생성 후 GPS 이동국 -> 연결-> 마운트포인인트 -> ok

다음과 같이 실행이 되었다면 3번째 화면이 설정됨

GPS 측량(프로젝트 생성)

GPS 측량 과정

RTK Fixed 라고 되어 있는 경우 RTK Fixed 선택 (정확도가 좋은 순서) RTK Fixed > DGPS > Autonomous 측량이 가능한 정확도가 확보되었을 때 RTK Fixed로 나타남

기준점 측량후 원하는 Data 형식으로 출력한다. 1 클릭 -> 가져오기/ 내보내기 -> (원하는 형식) 내보내기 →(내보내기 에서 데이터 저장 경로 기억 )

GPS 측량(GeoMax PAD )

Android PAD 실행시켜 X-PAD Survey3 APP를 실행. X-PAD 실행화면에서 신규/열기 클릭 -> 폴더명 입력

GPS 측량(GeoMax PAD )

GPS 측량(GeoMax PAD )

GPS 측량(GeoMax PAD )

GPS 측량(GeoMax PAD )

GPS 측량시 RTK 유동 -> RTK 고정 -> 측정 & 저장 (RTK 고정 상태라고 나올 경우에만 측량이 가능 함. )

GPS 측량(GeoMax PAD )

GPS 측량 후 내보내기 & 공유 -> CAD 내보내기 선택 -> 확인

24 8 0 5 10 15 20 25 30 ＴＳ ＧＰＳ ４급 기준점, KINEMATIC 3.0 배 40 15 0 10 20 30 40 50 ＴＳ ＧＰＳ １급 기준점, STATIC 2.7배 18 10 0 5 10 15 20 ＴＳ ＧＰＳ ３급 기준점, STATIC 1.8 배

GPS 효율성 비교

동일 현장에서 GPS와 TS의 작업효율 비교

토목&건설(M/C)분야 운송분야

～

측량 & 설계분야 레져, 내비게이션분야

GPS의 응용분야

측량 시공 GIS 데이터 취득 ❖ 기준점 측량, 지형 측량, ❖ (항공사진측량, 항공라이다) ❖ 시공 측량, ❖ 교량 및 구조물 계측 ❖ 문화재 조사, ❖ 시설물 조사

❖ 측지측량 :

정밀 3차원 측지망 구성, 기준점 측량, 전자기준점, 중력측량, INS에 의한 항공 촬영,위성영상 획득, 각종 공사측량

❖ 지구물리학 : 지각변동 관측, 지질구조해석, 지구의 자전속도 및 극운동 변화량 관측, 화산운동, 전리층 연구

❖ 항법 및 교통 : ITS,CNS,선박항법(통행관리,항구접안 및 항해),항공기(비 정밀접근 및 착륙,지상경계,고속철도, 물류(택배,화물)

❖ GIS Mapping: 지도 및 주제도제작,수자원 관리,산림자원 관리, GPS/INS를 이용한 지도제작, LiDAR, 디지털 카메라 ❖ 기상 및 해양: 기상학,해수면 감시, 시추공 위치결정,해상 중력 측량,해상탐색 및 구조,준설작업,해 저지도 작성,해양자원 탐사 ❖ 재난 및 레저: 소방,재난,미아찾기, 등산,여행,탐사,골프, 스키,하이킹 ❖ 우주인공위성 : 궤도결정,자세결정 무선통신 및 인터넷 Synchronization and Timing 측량/지도제작 선박항해 인공위성 작동 해상공사 등산/레저 화물/물류 CNS 항공항법 철도 전력공급

군사분야 활용

❖

JDAM (Joint Direct Attack Munition) :

- 다양한 크기의 일반 폭탄의 꼬리 부분에 스마트기능을 더해주는 장치 결합 - 내장 컴퓨터가 폭격기나 GPS를 통해 파악한 목표물의 정확한 위치파악 - JDAM 키트 : 관성합법시스템(INS)+GPS 있는 꼬리 접합 부분

- 기존 크루즈 미사일(100만달러/기)에 비해 가격 저렴 (2만7천달러/기) - 정밀도 1  3m

GPS VAN을 활용한 모바일매핑시스템

❖ 도로주변의 시설물 측량 ❖ 지상측량이 비효율적 이거나 항공측량에서 ❖ 판독 불가능 지여에 사용 ❖ 수치지도 갱신 ❖ 철도관련 시설물 정보 수집 ❖ 다양한 종류의 센서 탑재가능 ❖ 기존 GIS 데이터와의 연계 ❖ Total 지형정보 취득 시스템 구축의 기반 조성 CCD Cameras GPS INS

새로운 측량방법의 출현

L S X Y Z X Y Z INS X Y Z GPS

Light Detection And Ranging

관련사진

대형구조물의 변형관측 :

SOC 디지털화

• 댐 • 교량 • 빌딩 • 정유시설 • 교량 • 재생에너지

위치기반서비스

(

LBS

:

L

ocation

B

ased

S

ervices)

 이동통신기술, 단말기기술, GIS, GPS, 지능형 교통시스템(ITS) 등 공

간정보처리기술과 다양한 콘텐츠기술의 통합으로 개인위치, 119, 교

통, 전자상거래정보 등으로 이용하게 하는 서비스.

Car Navigation System 활용

• 차량일체형 항법시스템

• 차량(Fleet) 관리

• 가로변지원

• 도난차량회수

• 서비스 강화

• 일본의 거대시장

• Dataquest: car navigation용 칩

판매, 2001년도 1130개

Automated Highway Systems

자기레일

센서, 컴퓨터 및 통신장비

소비자/레져분야 활용

• 휴대용 수신기 : 낚시, 사냥, 하이킹,

싸이클링 등

• 레져 시설 : 골프, 스키리조트,

등산

• GNSS와 스마트 장비의 통합

– C4i 긴급업무 – 무선인터넷 : 4/5G, 블루터스

• 2020년 시장규모 : $천억불

측량/지도제작/GIS분야 활용

• 수 cm의 정확도

• 시간, 비용 및 작업품의 100~300% 절약

• 통신 및 송전탑 설치 :

신재생에너지

• 파이프라인 설치 :

에너지

• 석유, 가스 및 광물 탐사 :

자원

• 범람원 지도제작 :

재난/재해

• 각종 센싱장비에 탑재되어 정확도 향상

• SLAM

으로 발전중

• 공간정보오픈플랫폼 등재하여 변화모니터링

추적/기계 조정 분야

• 화물 운송 등 물류분야 활용

• 차량 및 자산 관리

• 장물 회수

• 공공 안전과 서비스 강화

• 농장 및 광산과 건설장비

• 다양한 DGPS/RTK의 적용분야

• 자동조향장비로 작업 품질/효율 개선

모든 현장에

3D 데이터 활용

규모에 상관없이 3D 착공측량 규모에 상관없이 3D 설계 데이터 규모에 상관없이 ICT 시공 공통적으로 『일상적 사용』에 의한 회사의 생산성 향상 ！ 규모에 상관없이 3D 검사 스마트건설 발주 도 발주 시 발주 민간발주

스마트 건설 환경의 변화

작업효율 향상 →

근무조건 개혁

젊은 사원 활약 →

회사 매력 향상

전 공정의 직영화 →

공기단축

CIM 활용 전개 →

생산성 향상

GNSS를 이용한 건설장비의 Auto Control

머신가이던스/콘트롤 굴삭기

X-53x

멀티 GNSS 수신기

GR-i3

QZSS BeiDou대응 수신

위성수

의 증가！ 산간부 작업 협소현장 작업 도시부 작업 GPS GPS+GLONASS GPS+GLONASSQ ZSS+BeiDou

머신콘트롤 굴삭기

X-53x

GNSS를 이용한 3D-MC 굴삭기

설계도면대로 굴삭기를

콘트롤！

세미 오토

후 장착

업그레이드 가능！

2D-MG

3D-MG

3D-MC

Up

Grade

3D 굴삭기 시스템 「X-53x」

붐 오토 기능을 작동하면 암 조작만으로 설계면에 맞추 어 붐이 유압으로 제어되어, 버켓이 설계면과 동일한 높 이를 유지하며 시공이 가능. 붐 오토 기능 버켓 오토 기능 유지하려는 각도에서 버켓 오토 기능을 작동하면 버켓 각도가 고정되어 조작이 줄 어 들고 법면 정형 시 높은 효과를 실현. 버켓 작업의 대폭 경감 숙련자의 기술과 동등한 높은 정확도！

시각동기(Time Sync.) 분야

• GPS는 고가, 고비용의 시각동기장비의 유지에 효율적인 하나의 대안, 비용저렴

• Telecommunications network 동기와 관리

– 전화, 호출기, 무선시스템 – LANs, WANs, Internet

• 재정 거래

• 송전탑 관리 등

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증강현실 분야

실내 위치 측위 기술의 분류

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Wi-Fi / Bluetooth 기반의 실내 위치 측위

- Fingerprinting 기반의 위치 측위

- 삼변측량 기반의 위치 측위

- BLE를 이용한 위치 인식

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지구 자기장을 이용한 위치 측위

■ 카메라를 이용한 위치 인식

■ 소리를 이용한 위치 인식

■ 조명을 이용한 위치 인식

Wi-Fi / Bluetooth 기반의 실내 위치 측위

▪ 스마트 폰이 보급되면서 개인 및 회사들은 우리 주변에 Wi-Fi 망을 엄청난 규모로 추가되고 있음 ▪ 보통 사람이 생활하는 공간 주변에는 Wi-Fi 신호가 1개도 없는 지역은 거의 찾아볼 수 없을 정도로 빼곡하게 설치 되어 있음 ▪ Bluetooth 장비 역시 IBeacon 의 인기와 개별 단가가 저렴한 이유로 급속도로 늘어나고 있는 추세 ▪ '우리 주변의 이런 신호들을 이용해 단말에서 위치를 예측 할 수 없을까?'하는 물음에서 시작된 기술이Wi-Fi / Bluetooth 기반의 실내 위치 측위 기술 ▪ WiFi/Bluetooth 기반 실내 위치측위기술 종류 ✓ Fingerprinting 기반의 위치 측위 ✓ 삼변측량 기반의 위치 측위 ✓ BLE를 이용한 위치 인식

삼변측량 기반의 실내 위치 측위

▪ 삼각 측량은 거리와 각도를 가지고 있지만, 삼변측량은 거리만을 가지고 신호를 통해 위치를 결정하며, GPS도 삼변측량의 원리를 이용함 ▪ 삼변측량은 각각의 신호 발생기(AP 또는 Bluetooth 장비)의 신호 강도를 이용하여 현재 위치의 대략 거리를 구하고 이들이 교차되는 공간의 중앙점을 사용자 위치로 정하는 기술 ▪ Fingerprinting 방법에 비해 개별 AP 의 정확한 위치만 알 수 있다면 계산을 통해 위치를 찾을 수 있다는 점이 매력적이지만, AP 들의 위치가 변경 될 수도 있고, 지형지물에 따라 신호 강도가 달라지는 등 예외 사항이 많은 실내에서는 적용이 어려운 점이 있음 ▪ 하지만, 실내 공간이 넓게 뚫려있고, AP 위치를 확정 할 수 있다면 오히려 Fingerprinting 방법보다 운영 측면에서 효율적

BLE를 이용한 실내 위치 인식

▪ 흔히 IBeacon 또는 Beacon으로 알려진 BLE(Bluetooth Low Energy ) 단말의 특성을 이용한 위치 인식 기술 ▪ 설치된 BLE 장비 근처에서 알림을 제공하거나 정보를 제공한다는 측면에서 위치 측위 보다는 위치 기반의 정보 제공 방법으로 더 널리 이용됨 ▪ 이는 연속된 위치 정보가 필요한 서비스에서는 적합하지 않을 수 있지만, 서비스에 특화해서는 오히려 더 많은 활용도가 있을 수 있으며 주로 상점, 상품 홍보, 이벤트, 전시, 공연 과 같은 곳에서 많이 활용할 수 있음

지구자기장을 이용한 측위 기술

▪ 지구 자기장을 이용한 위치 인식은IndoorAtlas 라는 회사가 독점적으로 보유하고 있는 기술로,위치에 따른 지구 자기장의 특성과,건물내의 철골 또는 철재 구조물들이 가지는

자기장 특성을 지도로 제작 한 후, 사용자의 움직임에 따라 그 위치를 역추적 하는 기술을 사용 ▪ Wi-Fi / Bluetooth 의 Fingerprinting 방법과 유사하게 이전에 자기장 지도를 만들기 위한

수집 작업이 선행 되어야 하며, 일정량의 사용자 데이터가 수집 된 후에야 위치를 찾을 수 있다는 단점을 가지고 있음

▪ 모바일 단말에서 쉽게 얻을 수 있는 센서 데이터를 사용하고Wi-Fi 권한을 따로 받아오지 않아도 된다는 점 등이 강점으로 국내SK, 중국의 바이두와 기술 제휴를 맺고 서비스화를 진행 하고 있음 (참고 : https://youtu.be/QGw6NQRbwLA )

카메라를 이용한 위치 인식

▪ 카메라를 이용한 위치인식기술은 Google 의 Tango 프로젝트를 선두로 여러 기업에서 실용화 단계에 들어선 상태이며,산업용 헬멧부터 MS 의 MR 헤드셋인 홀로렌즈 까지 1대 이상의 카메라를 이용하여 실내의 거리와 모양을 인식하고 이를 기반으로 현재 인물의 위치를 찾아내는 여러 종류의 프로젝트가 진행 중임 ▪ 장점으로는 역시 거의 모든 단말에 포함되어있는 카메라 센서를 이용하기 때문에 범용적이라는 점을 들 수 있으나,아직은 깊이감을 인식하는 수준으로는 1개 이상의 카메라 (듀얼 카메라) 를 사용해야 한다는 점에서 장비는 제한적으로 가능한 상태 ▪ 1개의 카메라를 이용하는 방법 또한 여러 연구가 진행 중이기 때문에 단정 지을 수는 없는 상태 (참고 :https://youtu.be/Qe10ExwzCqk )

소리를 이용한 위치 인식

▪ 소리를 이용한 위치 인식 기술은 정확히는 비가청 대역의 소리를 통하여 위치 및 정보를 제공 하는 기술 ▪ 국내 상용화 사례도 있는데, 스타벅스(앱) 에서 매장방문자가 매장을 찾는데 이용되고 있음 ▪ 비가청 대역은 인간이 인지하지 못하는 대역의 소리로 해당 주파수로 정보를 전달 하면 사용자가 별도의 장비 설치 없이 사용할 수 있다는 장점이 있음 ▪ 우리가 사용하는 휴대폰을 이용해서 비가청 대역의 소리를 제공 하는 것도 가능하기 때문에 쌍방향 통신도 가능하다는 이점도 있음 (참고: https://youtu.be/das3iKMYsNM )

조명을 이용한 위치 인식

▪ 조명을 이용한 위치 인식 기술은 그 설치와 운영의 난이도 때문에 많이 시도되고 있지는 않으나, 특정 건물이나 마트 등과 같이 내부 건물 인프라를 직접 조작 할 수 있는 곳에서 유용 ▪ 조명을 이용한 위치 인식 기술은 LED 빔을 이용하기 때문에 빛이 통과하기 힘든 지역에서는 위치를 찾을 수 없는 단점도 존재하지만, 빛이 도달하는 장소까지는 최적의 효과를 볼 수 있음 ▪ 국내에서는E-mart 에서 상용화해 보기 위한 시범 서비스를 ETRI 와 함께 진행한 기록이 있으나 아쉽게도 장비와 단가, 사용성 때문에 실제 적용되지는 않았다고 함 (참고: https://youtu.be/Qch3kNUF0fE )

3차원 위치결정(1)

과제 및 토론