大 韓 土 木 學 會 論 文 集 第28卷 第4D 號·2008年 7月 pp. 579~586
測量및地形空間情報工學
실시간 GNSS 위성측량기법의 비교연구
A Study on the Comparison of Real Time GNSS Satellite Surveying Methods
이용창*
Lee, Yong-Chang
···
Abstract
In this study, it was evaluated that the 3D tracking accuracy of basketball zone track line by real time GNSS satellite posi- tioning methods which are VRS (Virtual Reference System), DGPS (Marine Differential GPS) and PP (Point Positioning) methods. The results of comparison between three methods over horizontal track of basketball zone, VRS, DGPS and PP meth- ods showed ± several cm, ± m, and ± 2m horizontal position accuracy compared with real size respectively. And also, the grade and height deviation of the checking points on basketball zone by VRS method is very similar to the real grade and height, but results by DGPS and PP methods showed big variation and deviation in each case. We expected that VRS method using GNSS reference network will be a very useful tool compared with single based RTK method in real time accurate positioning such as precision construction fields, especially.
Keywords :VRS, DGPS, PP, GNSS reference network
···
요 지
본 연구에서는 농구코트 기준선을 모델로 가상기준점(VRS) 기법, DGPS 기법 및 휴대용 GPS 수신기를 사용한 절대측 량기법(PP)을 실시간 적용하고 측위방법별로 획득한 수평궤적 및 고도성분의 분포를 실측제원과 비교·분석하였다. 연구결 과, 실제 농구코드의 규격대비 수평궤적은 VRS, DGPS 및 PP 기법에서 각각 ±수cm, ±m 및 ±2m의 편차 폭을 나타내 었다. 또한, 코트의 경사도와 주요 점검점의 고도편차를 검토할 때, VRS 측량궤적은 실측제원에 매우 근접한 결과로 나 타난 반면, DGPS 및 PP의 결과는 상대적으로 큰 편차를 보였다. GNSS 상시관측망의 통합·확대운영에 따른 양질의 VRS서비스와 서비스지역의 확대는 Single based RTK 대비 매우 효율적 기술로서 특히, 실시간 건설공사 현장 등에서 그 활용이 기대된다.
핵심용어 : 가상기준점, DGPS 기법, 절대측량기법, GNSS 상시관측망
···
1. 서 론
UTC 기준, 2008년 2월 22일은 미국의 GPS 블록I 위성
(SV1/PRN04)이 최초로 발사된 이래로 30주년(NTS-2 기준
시, 2007년 6월 23일)이 되는 날이다. 최근 들어 GPS 현 대화의 일환으로 2005년 9월 26일 블록II R-M 위성이 발 사되었고 2008년 7월 8일 현재, 블록II A(14대), R(12대) 및 IIR-M(6대, L2C 서비스) 총 31대가 운용 중에 있다.
러시아의 GLONASS 위성(1982년 9월 최초위성 발사)은 16 대 운용 중이며 유럽은 GIOVE-A(2005년 12월 28일) 및
GIOVE-B(2008년 4월 27일)위성을 발사하여 GALILEO시스
템을 위한 다양한 시험을 수행중이다. 중국 또한,
COMPASS 위성시스템의 개발계획에 따라 북두-1A 위성의
발사(2000년 10월 31일)를 시작으로 전력을 다하고 있어 조 만간 전 세계는 광역적 위성서비스(GNSS: Global Naviga-
tional Satellite System Service)의 치열한 경쟁이 예고되고 있다. GNSS 위성을 이용한 측량방법은 수신기 1대를 독립 적으로 운영하는 절대측위(Point Positioning; PP)방식, 기준 국의 보정값을 활용하는 상대측위(Differencing Positioning;
DGPS)방식으로 크게 나눌 수 있고 상대측위방식은 오차의
보정값 산출기술 및 적용시점에 따라 실시간 및 사후처리 방법으로 구분된다. 특히, 실시간자료처리방식에서는 보정 값 산정에 주체가 되는 위성신호정보에 따라 Code에 기본 한 DGPS, Carrier 정보가 주가 되는 RTK 측량기술로 세분된다. DGPS 보정방식은 서비스 대상지역의 규모 및 용도에 따라 지상 보정 전송국을 이용하는 GBAS(Ground
Based Augmentation System; LAAS, 각국의 해안관련
MDGPS 등)와 정지위성기반의 SBAS(Satellite Based
Augmentation System; WAAS, EGNOS, WAGE, MSAS, StarFire, StarFix, QZSS, GAGEN)로 구분 발전되고 있다
*정회원·시립인천전문대학공학부토목공학과교수 (E-mail : [email protected])
(ICAO, 2003). 또한 RTK 경우, 최근 GNSS 위성시스템의 현대화, GNSS 상시관측소를 이용한 Network 기반 RTK (VRS, FKP, MultiRef, MAC, iMAX 등) 기술의 활용 등 으로 단일 기준점을 활용하는 Single based RTK 기술의 한계(초기화시 2주파를 사용하나 모호정수 해석 후에는 L1 반송파만을 사용하므로 기준국과 이동국간의 거리가 멀어지 면 오차가 커지게 됨)를 극복할 수 있게 되었다(이용창,
2003; 최윤수 등, 2006; 지적연구원, 2007; 김혜인 등,
2008). 국내의 경우, 2003년 1월 1일부터 적용되고 있는 세 계측지계의 전환 및 2010년 1월 1일 전면 시행과 연계할 때 최근의 GNSS 측량기술의 동향는 매우 시의 적절한 것 으로서 측량 및 u-건설(ubiquitous construction)분야의 응용 은 물론 각종 항법, 일상생활에 관련한 다양한 콘텐츠의 개 발 등 도래될 ‘u-시대’를 위한 실시간 지형정보의 구축 및 활용 분야에서 상당한 기대효과를 창출할 수 있을 것이다.
2. 연구목적및 방법
다가올 ‘u-시대’에서는 GNSS 위성에 의한 실시간 3차원 위치정보의 획득기술로부터 각종 지형정보의 구축 및 위치정 보 관련 콘텐츠의 개발 등 다양한 응용이 기대되고 있다. 따 라서, 응용목적에 따른 관련 위치결정기술의 선정, 소요정확 도의 충족, 측량작업공정의 단순화, 각종 콘텐츠 개발을 위한 수치지도 및 구글 맵(Google map)과의 원활한 접목 등은 미래지향적 GNSS 위치결정기술의 응용을 위한 기본 요건으 로 사료된다. 본 연구에서는 실시간 GNSS 위성측량기법을 정형화된 시험모형(농구장 라인)에 적용하고 각 기법 별 농 구장 라인의 궤적, 규격 및 경사도 등의 제원을 도출, 실측 제원과 비교·검토하여 각 측량기법 별 특징을 고찰함으로 서 향후 이들 실시간 GNSS 위성측량기법을 활용할 제반 응 용분야의 기술관련 검토 자료를 제공한다. 아울러 GNSS 위 성측량기술로부터 획득한 위치정보를 수치지도 및 구글 맵
(Google map)과 접목하여 각종 콘텐츠의 개발 및 개선에 응
용할 수 있는 가능성 면도 검토하였다. 세 가지 GNSS 위 성측량방법은 항법용으로 널리 활용되고 있는 범용 절대측 량기법(항법용 절대측위; Point Positioning; PP측량기법)과
GNSS 상시관측망(GPS Reference Stations)을 활용하여
1999년 5월 및 2007년 말부터 각각 측위서비스를 시행중 및 시범 운영중인 2가지의 실시간 위성측량보정시스템 즉, 국토 해양부 위성항법중앙사무소의 MDGPS 보정 측위 서비스
(Beacon DGPS 측량기법) 및 (구)행정자치부의 GNSS 상시
관측망을 활용한 RTK 보정측위 서비스(VRS 측량기법)등을 선정하였다(국토해양부 위성항법중앙사무소; (구) 행정자치부).
3. 국내 GNSS 보정 시스템현황 및 관측
실시간 위성측량기법과 국내 구축된 보정시스템의 현황은 다음과 같다.
3.1 절대측량(PP; Point Positioning)기법
2000년 5월 2일 오후 4시(UTC)을 기하여 GPS의 SA (Selective Availability)가 전격 해제되어 실시간 절대측위
정확도가 현격히 향상되었고 최근의 GPS 현대화 사업 등에 힘입어 SA이전에 비해 비약적인 절대측위결과를 제공하므로 육상의 차량항법용으로 일반적으로 활용되고 있다.
3.2 Beacon DGPS 측량(DGPS) 기법
실시간 DGPS 측량(Differential GPS)기법이라 함은 Code 보정방식을 의미하는데 정밀 기준국에서 기준국용 GPS수신 기를 설치하고, GPS위성들을 추적하여 각 위성과 수신기간 의사거리에 내포된 공통오차의 보정값을 RTCM SC-104 표 준형식에 따라 재구성한 후, 해상용 중파(285~325kHz)에 MSK(Minimum Shift Keying) 변조시켜 Radio Beacon 매 체를 통하여 전파시킨다. 해상 및 육상의 작업 현장에서는
Beacon 수신기에서 해독된 보정값을 이동국용 GPS 수신기
에 입력시켜 실시간으로 측위 정확도 ±1m 급의 위치결정이 가능하므로 육상 해상의 각종 지도제작과 지형공간정보의 구 축(Mapping/GIS), 항법분야 등에 널리 활용되고 있다.
국내 Beacon DGPS 기준국의 현황은 그림 1과 같으며 국토해양부 위성항법 중앙사무소에서는 우리나라 연안 해역 을 항해하는 선박의 안전을 위하여 1999년 5월 서해권 서 비스(팔미도, 어청도)를 시작으로 2001년 동·남해권 DGPS 서비스를 제공한 이후, 현재는 해안기준국 11개소( 1초간격 의 보정값 생성주기 및 RTCM 전송주기), 감시국 9개소 및 국무총리훈령 제409호('00.12.7)에 의해 내륙을 포함한 전국 망(Nationwide DGPS)서비스를 위해 6개소의 내륙 기준국을 운용하고 있다(국토해양부 위성항법중앙사무소).
3.3 상시관측소를 이용한 GNSS RTK 측량(Network based GNSS RTK; VRS)기법
RTK 측량은 기지국 1점을 활용하는 Single based RTK 와 GNSS 상시관측망을 활용하는 Network based RTK
(VRS) 기술로 나눌 수 있는데 실시간 동안 많은 연산과 많
은 양의 자료전송이 필요하므로 고성능 수신기와 통신장비 를 필히 사용해야하며 별도의 VRS 운영센터가 필수인 점도
그림 1. 위성항법중앙사무소 GNSS 관측망
있지만 높은 정확도와 실시간처리의 강점 등으로 건설 분야 에서는 비용과 시간을 절감할 수 있는 효율적인 측위방법으 로 널리 활용되고 있다(SAPOS; Lambert Wanninger, 2002).
현재 국내에는 약 80여점의 GPS상시관측소가 운용 중이며 최근 정부행정조직개편으로 2008년 4월 21일 국토지리정보 원과 (구)행정자치부의 위성측지기준점이 그림 2와 같이 통 합·운영 중에 있다. 국토지리정보원에서는 2007년 10월말 부터 가상기준점 실시간보정서비스를 시행 중에 있다. 특히, (구)행정자치부 상시관측 망 중 경인, 강원, 충청 및 경상지 역의 18개 관측소 수신기가 TRM 4000SSi에서 GLONASS 수신도 가능한 TRM NetR5 3주파 수신기(안테나 : TRM Microcentered L1/L2 Geodetic Ant.에서 TRM Zephyr
Gedetic Mark2 Ant.)로 교체되어 GNSS 상시관측망으로 거
듭나고 있고 현재, 행정안전부 정부통합전산센터의 전산망을 활용하여 가상기준점서비스를 시험 운용 중에 있다((구)행정 자치부, 행정안전부). 따라서, 그림 2와 같이 통합 GNSS 상시관측망에 의한 가상기준점 서비스가 본격적으로 운영될 경우, 과거 개별적인 운영방식에 비해 서비스지역이 확대됨 과 동시에 관측소간 평균거리도 기존 독립적인 운영체계에 비해 50% 이상 단축이 예상된다. 따라서, 가상기준점 측량 이 가능한 기본 수신기 1조만으로도 GNSS 상시관측망을 활용한 실시간 정밀위치결정 관련 다양한 응용이 기대된다.
현재, GNSS 가상기준점측량기법의 기본 알고리즘에는
Trimble Terrasat사의 VRS(가상관측값)방식, GEO++사의
FKP(면보정계수)방식, Leica사의 iMAX방식 및 Leica &
GEO++사의 MAC(Master Auxiliary Concept)방식이 상용화 되어있고 캐나다 Calgary대학의 MultiREF(격자보정계수)방 식이 연구 진행 중에 있다(Ulrich Vollath, 2000; GPS 소 위원회, 2001; Fortes, 2002; Park 등, 2002; Lambert
Wanninger, 2002). 그림 3은 가상기준점측량기법의 공통적인
자료처리 흐름을 도시한 것이다(Lambert Wanninger, 2005).
기존 실시간 단일 기준점측량(RTK 방식)은 기준국과 이동국 간 거리가 증대할수록 선결과제인 모호정수(N)의 해석이 어
렵게 된다. 근본 이유는 위성궤도력, 전리층 및 대류층 지연 과 같은 거리 및 높이에 종속된 오차원에 기인되기 때문이 다. N값이 ‘고정해(fixing)’인 관측값(식)만이 거리, 높이에 종속된 오차요인을 모형화 하는데 사용된다. N해석과 오차 모형화를 위해서는 carrier의 L1, L2 및 Lc 관측값에 차분
(differencing)기법을 적용하게 된다. 가상기준점측량에서는 제
어센터에서 작업현장 주변의 GNSS 상시관측소 자료를 활용 하여 관측환경에 대한 동일수준의 N를 해석한 후, 이들 거 리종속 오차를 모형화 한다. 여기서 ‘동일 수준의 N를 해석’
한다는 것은 DD(Double Differencing) 방정식의 구성 및 해석을 위해 관측망 내부의 기준점들 중 이동국에 가장 가 까운 점을 주 기준점(master station)으로 선정하고 주 기준 점과 주변 상시관측점 간 L1, L2 및 Lc 관측식의 DD 관 측 방정식을 구성한 다음 각 방정식의 N 값을 해석한다는 것이다. 즉 DD 관측방정식의 구성 및 해석에서 주 기준국 이 각각 다르다면 망 내부의 기준이 다양해져 일정한 기준 하에서 거리에 종속된 오차 성분을 균질로 모형화 할 수 없 게 된다. 최종적으로 제어센터에서는 이동국에 주 기준국의 관측값과 오차모형계수를 전송(FKP 방식, 단 방향통신 가 능; C과정)하거나 제어센터에서 자체적으로 가상기준점제원 을 생성하여 이동국으로 전송(VRS 방식, 양방향통신 필수;
D과정)하게 된다.
3.4 관측 및자료처리
본 연구의 실험대상지는 그림 4와 같이 (구)행정자치부
GNSS 상시관측망의 경인지역에 위치하며 실험대상지로부터
그림 2. 국토지리정보원, (구) 행정자치부통합망
그림 3. 가상기준점측량의자료처리흐름도
남서쪽 약 18km 해상에는 국토해양부 위성항법중앙사무소의 팔미도 상시관측소가 운영 중에 있다. 절대측위(PP), DGPS 및 VRS 측량기법들 간의 실시간 정확도를 비교·검토하기 위해 시험모형으로 그림 5와 같이 비교적 위성시계가 양호 한 인천시립대학 내 농구코트를 선정하고 epoch 1초 간격으 로 2008년 3월 21일 오후 5시부터 30분간 세 가지 측량방 법별로 농구코트의 구획선(프리드로선 제외)에 대한 실시간 궤적자료를 취득하였다. VRS실시간측량에서는 GNSS 수신 기를 활용하여 GPS 및 GLONASS 위성신호를 병용하였고 절대측량기법과 Beacon DGPS 측량기법은 GPS 전용수신기 를 활용하였다.
그림 6 및 표 1은 세 가지 실시간 측량에 활용된 장비와 관측 시 위성 조건 등을 요약 정리한 것이다. 세 가지 기법 별 관측은 동시에 진행되었고 실험 중, 평균 가시위성 대수 는 VRS 측량의 경우, GPS 8대, GLONASS 6대, PDOP
= 1.4의 분포로 총 14대의 위성으로부터 Full 신호를 수신
하였다. 3가지 측량방법별 안테나의 높이는 DGPS와 VRS 측량방법의 경우 2m 고정 폴 상에 안테나를 설치하고 기기 에 표고보정을 한 상태에서 관측을 수행하였다. PP측량기법 은 지면에서 안테나까지의 높이를 평균 1m로 유지하고 사전 에 실험지역에 대한 고도보정을 수행하였다. 실시간 DGPS 측량기법에서 Beacon수신기의 수신환경 설정 한계값을 권장 값(SNR(signal-to-noise) 6.0dB 이하, RTCM Word Error
Rate 0.1 이하, Input level 10~100, Last RTCM age limit
= 50초)으로 채택하였다.
실시간 DGPS 보정값은 MDGPS 상시관측소 중 인천광역 시 관내 팔미도 해안기지국(호출부호 PM, 주파수 313
KHz, 유효범위 100NM, ID RS/IM 722/723, DGPS 서비
스 개시일 : 99. 08)의 비콘 신호를 활용하여 농구장의 실 시간 보정궤적을 취득하였다. Beacon DGPS 관측이 수행되 는 동안 Beacon 보정신호의 수신 상태는 간혹 단절 및 수 신지연현상이 여러 번 나타났지만 전체경로 면에서는 비교 적 일정한 수신 상태를 유지하였다. GPSMAP-60CSx 휴대 용 GPS 수신기에 의한 PP측량도 비교적 무난히 진행되었다.
단, 농구골대 상단의 수직판과 상부구조물로 인해 양쪽 골대 부근에서 신호의 수신 장애로 인한 궤적의 부분적인 단절 및 편차가 3가지 측량방법에서 다소간 공히 발생되었다. 또 한, VRS 측량작업은 가상기준점 측량을 위한 기준 셀로서 그림 4와 같이 (구)행정자치부의 경인지역 소재 GNSS 상시 관측소(인천, 파주 및 동두천)들로 구성된 기본 단위 삼각망 을 활용·구성하였다. 실시간 보정정보는 핸디 폰을 활용하 여 행정안전부의 정부통합전산센터로부터 RTKnet-CMR plus 형식으로 수신, 3주파 관측신호에 보정하여 궤적을 취득하였 다. 가상 기준점 관련 국내·외 기 발표된 연구(이용창,
2003; 최윤수 등, 2006; 지적연구원, 2007; 김혜인 등,
2008; GPS 소위원회, 2001; Park, 등, 2002)에 의하면 이 상적인 위성조건에서 만일, 실험 대상지가 기본 단위 삼각형 내부에 위치해 있는 경우라면 외부나 경계부에 위치할 때 보다 현실적인 실시간 보정 매개변수의 역할로 보다 양호한 VRS 측량결과가 기대될 것으로 사료된다. 자료처리 면에서
GPSMAP60CSx 수신기에 의한 절대측위 결과를 다양한 출
력파일의 형식으로 변환하고 수치 지형도 또는 구글어스 맵 상에서 연동시켜 출력할 수 있도록 하였다. Beacon DGPS 의 경우, 측량결과를 수치지형도상에 도시하였고 특히, 팔미 그림 4. GNSS 관측망(인천, 파주, 동두천)
그림 5. 실시간궤적자료취득모습
그림 6. 실험에활용한실시간위성측량장비 표 1. 사용장비및위성관측조건
PP DGPS VRS
장비기본
Garmin 사 GPSMAP
60CSx
트림블 사 Geo-Explorer3
트림블 사 R6 GNSS 수신기 TSC 2 핸드폰
epoch 1초 1초 1초
환경위성 GPS위성수 8대, GLONASS 위성수 6대 평균 PDOP =1.4
도 기준국 자료와 연계한 후처리 작업도 병행하여 후처리 유·무에 따른 궤적의 변동도 고찰하였다. VRS 측량방법에 의한 궤적은 실험 중 궤적의 수평 및 수직 성분의 정확도가 각각 1cm 및 1.5~2cm 이내로 유지되면서 비교적 양호한 실시간 궤적이 취득되었는데 다양한 출력 형식으로 변환한 후, PP 및 Beacon DGPS 측량방법의 궤적과 비교·검토하 였다.
4. 실시간 GNSS 측량방법 별 궤적 분석
본 연구에서는 실험모형이 배수를 고려한 약간의 경사를 가진 평면이면서 정형화된 구획선으로 구성된 농구코트인 점
을 감안하여 구획선 수평궤적의 형상비교, 규격(가로 및 세 로방향 길이, 경사도)제원의 비교 및 기존 지도와의 연동성 등에 주안점을 두고 세 가지 측량방법의 궤적결과를 비교·
검토하였다.
4.1 수평궤적비교
그림 7(좌, 우), 그림 8(좌)은 농구코트의 구획선를 대상으 로 VRS, DGPS 및 PP 측량기법 별로 각각 취득한 WGS84 측지기준계 상의 실시간 경·위도 좌표를 한국형 TM 지도 투영좌표로 투영·도시한 것이다. 그림 8(우)는 세 가지 궤 적을 동시에 비교하기 위해 중첩시켜 도시한 결과이다. 최초 시작점(그림 9의 ①)에서 DGPS 및 PP의 편위는 보정신호
그림 7. VRS(좌) 및 DGPS(우) 실시간측위방법에따른궤적비교
그림 8. 절대측위방법에의한궤적(좌) 및 3가지측량궤적의조합(우) 비교
그림 9. 3가지측량기법별농구코트주요부분(①~⑨) 궤적의확대비교
의 지연 및 수신기 성능 등에 기인된 결과로 사료되며 그림 9에서 좌측 및 우측 골대가 위치하는 ③ 및 ⑦ 부분에서는 세 가지 측량기법 모두 다소간의 신호단절 및 요철을 확인 할 수 있었다. 실제의 농구코트의 궤적은 중앙원을 제외하고 는 직선 또는 각 방향선이 상호 직교인 상태로 구성된다.
그림 7 ~ 그림 8의 궤적에서 확인할 수 있는 바와 같이 직 사각형의 농구코트 형상에 근접한 상태는 VRS가 가장 양호 하였고 DGPS, PP순으로 나타났다. 교차부(①~⑧, ③ 제외) 의 직선성 및 직교성을 고찰해 보면 대체로 VRS 및
DGPS 궤적이 양호하게 나타났다. 특히 중앙 원형부분에서는
VRS와 DGPS 궤적이 매우 근사한 반면, 절대측량에 의한 원형궤적 편위는 현저한 편차를 보이고 있다. 그림 10(좌)는 DGPS측량에서 그림 9의 ③ 부분에 대한 과대편차의 특성을 고찰하기 위해 2008년 3월 25일 오전 9시부터 10분간
DGPS 측량을 재차 실시(평균 PDOP 2.0, 위성 수 8대, 이
하 ‘DGPS-2’)하고 VRS 궤적 및 최초 DGPS(이하 ‘DGPS- 1’) 궤적과 비교 도시한 것이다. 전 경로에서 DGPS-2의 궤 적은 DGPS-1에 비해 VRS 측량궤적에 상당히 근접되게 나 타났는데 각 시기별 궤적 편차의 원인은 비콘 신호의 두절 (RTCM lost), 기준국의 보정값 생성주기(correction output rate), 기준국 RTCM 메시지의 출력률(transmission rate), 보 정신호전송시간지연에 따른 보정시점지연(latency), 보정신호 의 SNR, 위성수와 DOP(dilution of precision) 변동 외에 도 RTCM 메시지 개수 등의 변수에 기인된 결과로 사료되 며(Trimble, 2001) 향후, 이와 관련한 좀 더 상세한 원인규 명 연구를 계획 중이다. 특히, 그림 10(우)는 DGPS-1의 궤 적에 대하여 팔미도 상시관측소의 관측 자료를 활용한 사후 처리 전·후 궤적을 동시에 비교한 것으로 두 궤적의 편차 는 매우 미소하게 나타났다. 따라서, VRS 측량방법에 의한 실시간 궤적의 결과가 가장 양호한 패턴으로 나타남을 확인 할 수 있었다.
4.2 실측규격대비궤적의 제원비교
그림 11은 농구코트궤적의 실측규격 대비 GNSS 측량방법 별 규격을 비교·검토하기위해 거리 및 수준측량을 실시한 결과이다. 농구코트의 규격제원 중 점검점으로 가로(bf, ce), 세로(bc, ef), 중앙부 원의 직경 및 교차점들 간의 경사도를 선정하였다. 실측결과 주요부의 제원값은 가로 = 28m, 세로
= 14m 및 중앙원의 직경 = 3.7m였다. 표 2는 주요 점검부에
대한 실측 및 측량방법별 규격제원을 정리한 것이다. 표 2 에서 DGPS방법의 교차점 a(67.770)는 측량시작 후 21번째
epoch의 타원체 고를 의미한다. 그림 7(좌)의 VRS 측량기법
에 의한 2D 궤적을 수치도면상에서 독취한 결과, 가로방향 은 bf = 27.79m, ce = 27.74m로서 실측거리에 매우 근접하 였다.
세로방향에서는 bc 및 ef 거리가 각각 14.03m 및 14.07
m로 실측거리에 비해 평균 8cm의 편차를 보였으나 중앙부 원은 원에 가까운 형상으로 네 방향에서 측정한 직경의 평 균결과는 약 3.7m로서 실측값에 거의 근접한 결과를 보였다.
또한 각 교차점간 측선의 경사도의 경우 부호(+고각, -저각) 및 크기 면에서 실측자료와 매우 근접한 결과를 보였다.
DGPS 방법은 가로 및 세로방향 거리에서 약 ±1m 이내의
편차를 보였고 중앙원의 형상은 VRS 방법에 비해 다소 타 원형에 가깝게 나타났다. 경사도 및 경사방향 면에서도 다소 간 다양한 편차를 보였다.
PP측량방법은 세로길이가 평균 ±2m로서 다른 두 방법에 비해 명확한 편차를 보였고, 중앙원의 형상도 평균 장반경
4.6m, 평균 단반경 3.2m의 완전 타원형으로 나타났다. 경사
의 방향은 DGPS측량방법과 동일한 경향을 보인반면 실측결 그림 10. (좌) DGPS 2회관측결과및 (우) DGPS 측량방법의사후보정전·후의궤적비교
그림 11.농구장 코트 규격의 실측 제원(교차점간 거리, 경사도, 표척 고, 괄호는 VRS 타원체고, a(g) 및 d(h); 경로 상 2회관측점)
과의 경사방향과는 ad, de, ef 및 ad 방향 선에서 반대 경 사로 나타났고 경사도는 ±7.1% 급으로 일률적인 분포를 보 였다. 전체적으로 실측규격 대비, 각 측량방법별 2D 궤적을 비교해 보면 VRS는 ± 수cm급, DGPS는 평균 ± m급, 절 대측량의 경우는 ±2m의 편차 폭으로 나타났다. 그림 12는 세 가지 GNSS 실시간 측량방법 별 농구코트의 궤적에 대 한 고도성분의 변동을 나타낸 것이다.
특히, 선택된 궤적경로 상, 출발점 a(g) 및 종료점 d(h)는 각각 2회 교차하게 된다. 따라서, 측량방법별로 전 구간에 대한 고도성분의 분포 폭, 코트면의 경사도 및 2회 교차점 의 고도편차를 검토하였다. VRS 측량 궤적은 표 2 및 그 림 12와 같이 전 체 궤적경로에서 고도성분의 분포 폭은
약 32cm, ‘가나’ 방향 및 ‘다라’ 방향의 코트면 경사도는 평균 약 2.3% 및 약 0.7%, 2회 교차점의 WGS84 타원체 고의 교차는 각각 약 2.4cm 및 3mm로서 실측결과에 매우 근접하게 나타났다. 그러나 DGPS 측량궤적의 고도분포는 초반부(20개 epoch)를 제외할 경우 약 2.5m, 기준국의 보정 값이 전혀 반영되지 않은 PP측량방법의 궤적은 약 3m의 큰 분포 폭을 보였다. 또한 경사도면에서도 DGPS 및 PP 측량 방법은 실측 및 VRS 측량궤적의 결과에 비해 큰 편차의 불규칙적인 경사면을 형성하였고 2회 교차점의 고도성분 교 차 또한 ±1m의 편차 폭을 보였다.
4.3 수치지형도및 구글맵과의 연동
그림 13은 세 가지 측량방법 별 실시간 궤적을 소축척과 대축척(사각 box구역)으로 수치지도(좌) 및 구글 맵(우)상에 각각 접목한 결과를 나타낸 것이다. 그림 13의 (좌), (우) 도면에서 농구장 궤적의 형상을 주변 지형과 비교해 보면 확대도면(사각 box) 우측 하부에 위치한 인공구조물(검은 부 분)의 위치가 수치지형도 상에서는 코트궤적과 분리된 반 면, 구글 맵 상에서는 겹쳐 나타나 있다. 이 편차는 구글 맵 구성에 사용되는 항공사진 및 위성영상의 종합적 오차에 기인된 것으로 본 연구 대상지에서는 약 15m 수준의 편차 를 나타내었다. 비록, 간접 접목방식에 의해 세 가지 위성측 량기술로부터 획득한 위치정보를 수치지형도 및 구글 맵 상 에 표현하였지만, 향후, GNSS 수신기와 적절한 인터페이스 표 2. 주요점검부에대한측량방법별비교
성분 방법 실 측 VRS DGPS PP
가로(m)
bf 28.0 27.79 28.0 28.1
ce 27.74 29.0 29.6
세로(m)
bc 14.0 14.03 13.8 16.6
ef 14.07 14.2 16.2
원 형상 직경(m) 원
3.7 준원
약 3.7 준원
약 3.5 타원 4.6/3.2
교차점표척고 (실측)
및 측량방법별
WGS84 타원체고(m)
a 1.577 67.595 73.781
(67.770) 67.0
(g) 67.619 66.013 66.0
b 1.503 67.692 65.536 66.0
c 1.201 67.997 67.525 67.0
d 1.241
1.241
67.936 66.206 66.0
(h) 67.933 66.399 65.0
e 1.327 67.836 66.729 67.0
f 1.679 67.494 66.429 66.0
경사도(%)
ab +0.5 +0.7 -16.0 -7.1
bc +2.2 +2.2 +14.0 +7.1
cd -0.3 -0.4 -9.4 -7.1
de -0.6 -0.7 +3.7 +7.1
ef +2.5 +2.4 -2.1 -7.1
fa +0.7 +0.9 +3.0 +7.1
ad +2.4 +2.2 -2.8 -7.1
그림 12. 측량방법별고도성분의변동
그림 13. 세가지 GNSS 위성측량궤적의 (좌)수치지도및 (우)구글맵과의접목
가 조합된다면 소요 정확도에 따라 네비게이션 용 지도의 제작, 건설현장용 콘텐츠(건설 현장의 실시간 지형 파악 및 현황도 작성 툴 등)의 개발 및 개선에 효율적으로 응용할 수 있는 가능성을 부분적으로 확인할 수 있었다.
5. 결 론
본 연구에서는 농구코트를 모형으로 가상기준점측량기법
(VRS), DGPS 측량기법 및 휴대용 GPS 수신기에 의한 절
대측량기법(PP)을 적용하고 각 측량방법별로 획득한 수평궤 적 및 고도성분의 분포 경향을 비교·분석한 결과 다음의 결론을 도출할 수 있었다.
1.농구코트 궤적의 점검부에 대한 세 가지 실시간 GNSS 위성측량 기법별 수평형상을 비교 검토한 결과, VRS 측 량방법이 실제 형상에 가장 근접한 궤적을 나타내었고
DGPS 방법, PP 방법 순으로 나타났다.
2.농구코트의 주요 점검부에 대한 거리측량의 실측규격 대 비 VRS, DGPS 및 PP 측량방법 별 수평궤적의 정밀도 는 각각 ±수cm, ±m 및 ±2m 내·외의 편차를 보였다.
3.농구코트 궤적의 고도성분 분포는 VRS, DGPS 및 PP 측량 방법별로 각각 최대 약 0.32m, 2.5m 및 3m의 변 동 폭을 나타내었다. 특히, 코트 평면의 경사도 및 2회 교차점의 고도편차는 DGPS 및 PP 측량의 결과가 상대적 으로 큰 편차를 보인 반면 VRS 측량의 궤적은 실측제원 에 매우 근접한 결과로 가장 양호한 궤적 패턴을 나타내 었다.
4.세 가지 실시간 GNSS 위성측량 방법에 의한 농구코트의 궤적을 다양한 형식으로 변환하고 수치지형도, 구글 맵 상 에 간접 접목하여 연동 맵 구성의 가능성을 검토하였다.
향후, 관련 하드웨어 간의 적절한 인터페이스가 지원될 경 우, 실시간 차량항법은 물론 건설현장의 응용 콘텐츠 개 발·개선에 효율적으로 응용될 수 있을 것이다.
우리나라는 금간, GNSS 상시관측망의 통합·확대운영에 따른 양질의 VRS 서비스 제공 및 서비스 지역의 확대로 고가의 최소 2대(2주파 이상)의 수신기를 활용하는 Single
based RTK 측량기법 대비 매우 효율적인 공정이 약속되고
있다. 또한, 내륙 지역에 대한 DGPS 보정 서비스도 점차 확대되고 있어 소요 정도와 목적에 따라 다양한 실시간
GNSS 위성측량기법의 폭넓은 활용이 기대된다.
감사의 글
본 연구는 시립인천전문대학 교내 연구비 지원에 의해 수 행된 논문으로서 대학 및 (주)지오시스템의 장비지원에 감사 를 드립니다.
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(접수일: 2008.4.14/심사일: 2008.5.17/심사완료일: 2008.6.11)
