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1 연구 DGPS를이용한다목적실시간측량활용방안연구 A Study on utilizing method of multipurpose real-time survey by using DGPS 정래정

2 연구진 책임연구원 정래정 본보고서는지적연구원의연구보고서로서연구내용의 저작권은지적연구원에있으므로보고서의무단전재 복사 를금하며인용시에는출처를밝혀주시기바랍니다.

3 요약문 1. 연구배경및목적 기존지적측량에있어 GPS측량방법은 2주파수신기를주로이용한정 지측량(Static Survey) 방식이주로이용하여후처리방식을통해정밀좌표 성과를산출하였다. 이와더불어신속성과편리함을동시에제공해주는 RTK-GPS( 실시간이동측량) 측량방식을지적측량에활용하기위하여많은 연구가진행되어왔으나이러한고정밀 서가까이하기가어려웠다. GPS 장비들은고가이고부피가커 본연구의목표는 DGPS 기술을활용하여기존고가의 2주파 GPS수신기 를대체하여월등히저렴한 GPS 장비로지적분야현장적용실험을수행하 여그정확도를검증하고, 적용가능성및활용방안제시하는것이다. 2. 연구내용 실험은현재서비스되고있는코드 DGPS방식인해양수산부의비콘 DGPS와 SBAS 방식의일종인일본의 MSAS 실험을위해작업환경별( 경지 정리지역, 임야지역) 로실험대상지를선정하였다. 보정데이터수신은 L-Band대응되는수신기로가능하며정도에대해서는아직알려지지않았으 나,WAAS 와같은정도가예상된다. 실험지역은비콘DGPS 기준국으로부터가까운경기도김포시와부천시를 실험대상지로선정하여작업환경별로다양한측위실험을수행하였다. 이를 통해기존도근점성과와비콘 DGPS, SBAS용수신기를이용한코드 DGPS 그리고 RTK-GPS 등으로획득한측위성과를비교분석하여 DGPS측 량방의지적분야활용가능성을검토하였으며의실험결과는다음과같다. - 비콘 DGPS와 SBAS용수신기를이용한 DGPS로경지정리지역도근점

4 성과산출및비교( 비콘 DGPS는최고 1.28m 평균 4.2m, SBAS용수신 기를이용한 DGPS는경우최대 18cm 평균 74cm) - 임야지역( 묘지) 에비콘 DGPS, SBAS용수신기를이용한 DGPS의성과비 교분석 : SV(satellite vehicle : 위성) 수, HDOP(Horizontal Dilution of Precision : 수평위치정확도), 수평위치오차간에상관관계분석 - 평균Differential GPS Fix 율 : 비콘 DGPS (21.76%), SBAS 용수신기를 이용한 DGPS (94.42%) 전체수평좌표의평균수평오차평균은비콘 DGPS(91.768m), SBAS 용수신기를이용한 DGPS(2.288m) - 수신원시데이터분석을통해 Fix( 고정해) 데이터의 SV 대 HDOP, 평 균 RMS와의관계분석 3. 결론및활용방안 이번실험의측지성과로는임야지역에적용성이부족하며수신상태가 보장되는개활지에서는측판측량대용및도근점/ 경계점찾기기능등으로 활용가능할것으로보이며실시간지적측량에있어서는광역 RTK 등기존 에구축되어있는상시관측소를활용한방안이적합할것으로사료되며향 후활용방안으로는첫째, 실험결과지적측량에적용하기에는위치정확도의 한계를안고있으나 1주파 DGPS (C/A-L1 sm DGPS) 는일선현장에서측 량외에도근점및경계점찾기등항법기능활용및해양( 연안) 측량시적 용가능하며둘째, 전자표지(RFID) 등과연계하여유비쿼터스디지털지적의 보조기능으로활용셋째, 위치기반서비스(LBS) 등새로운고정밀위치기반 적용모델의개발로신규사업진출등에적용을들수있다. 향후연구에서는실제로지적분야에접목하기위해현장에서다양한실 무적용을통한실험이필요하며또한이번연구에서는 DGPS기법의지적분 야활용방안모색에한정하였으나, 다양한현장적용테스트를수행하여활용 코자한다.

5 목 차 제 1 장서론 1 제 2 장 DGPS GPS 측량 DGPS 기법 실시간 DGPS 후처리 DGPS DGPS 서비스표준 RTCM NMEA 20 제 3 장외국의보정시스템 ABAS GBAS SBAS WAAS ( 미국) EGNOS ( 유럽) MASAS ( 일본) GAGAN ( 인도) GRAS 위성기반보정시스템의활용 47 -i-

6 제 4 장국내외 DGPS 구축및활용현황 국내 DGPS 현황 해양수산부비콘 DGPS 기준국 감시국(integrity station) 중앙관리사무소 국내 DGPS 활용현황 도로선형정보의실시간구축에활용 DGPS 를이용한어장관리 해양조사측량및 3 차원영상물제작등에활용 DGPS 를활용한매립부지관리 공항활주로측량에활용 DGPS Beacon 신호를이용한무인항공기 정밀농업에 DGPS 활용 레일이동장치의위치보정시스템 동력수상레저기구조정면허시험채점확인시스템 72 제 5 장실험및분석 DGPS 실험 실험개요 실험장비 임야지역실험(1 차) 경지정리임야지역경계측량 임야지역경계측량결과 도근점주위환경별실험(2 차, 3 차) SBAS용수신기를이용한 GPS 관측실험 비콘 DGPS 수신기를이용한 GPS 관측실험 코드 DGPS 도근점관측실험 109 -ii-

7 5.4 도근측량결과및분석 임야지역( 묘지측량) 적용실험 임야측량결과분석 132 제 6 장결론및활용방안 결론 향후활용방안및계획 139 참고문헌 140 부록 비콘 DGPS 도근관측실험결과 임야지역각점별원시데이터및 SV, HDOP 의상관관계 iii -

8 표목차 < 표 2-1> 측위기법별정밀도 8 < 표 2-2> 실시간과후처리 DGPS 장단점비교표 12 < 표 2-3> RTCM 메시지타입(SC-104 V2.2) 16 < 표 2-4> GNSS 관련 RTCM 표준안발표년도 17 < 표 2-5> NMEA-0184 출력메시지 23 < 표 3-1> DGPS 방식에따른분류 24 < 표 5-1> 실험일정및실험대상지 80 < 표 5-2> Seres 관측데이터예시 86 < 표 5-3> Axis3 관측데이터예시 87 < 표 5-4> 관측도근점현행성과 92 < 표 5-5> 단독측위성과분석( 도근점 1) SBAS 용수신기 94 < 표 5-6> 단독측위성과분석( 도근점 2) SBAS 용수신기 96 < 표 5-7> 단독측위성과분석( 도근점 3) SBAS 용수신기 97 < 표 5-8> 단독측위성과분석( 도근점 4) SBAS 용수신기 99 < 표 5-9> 단독측위성과분석( 도근점 5) SBAS 용수신기 100 < 표 5-10> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 1) 102 < 표 5-11> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 2) 104 < 표 5-12> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 3) 105 < 표 5-13> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 4) 107 < 표 5-14> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 5) 108 < 표 5-15> 전체도근점에대한장비별평균및표준편차 113 < 표 5-16> 전체도근점에대한장비별수평좌표 2drms 115 < 표 5-17> 고정점으로사용한상시관측소 ITRF 좌표 121 < 표 5-18> 조정평면직각좌표 iv -

9 < 표 5-19> 조정경위도좌표 123 < 표 5-20> 전체측위성과( 비콘/ 코드 DGPS) 좌표 130 < 표 5-21> NMEA 원시데이터내용(003) 132 < 표 5-22> Fix 데이터 PDOP(001) 133 < 표 5-23> Differential GPS FIX 수 (Beacon DGPS/ 코드 DGPS) v -

10 그림목차 < 그림 2-1> GPS 적용방식에따른분류 4 < 그림 2-2> 관측시간과기선거리별정확도 5 < 그림 2-3> DGPS 기본원리 6 < 그림 2-4> 실시간 DGPS 9 < 그림 2-5> DGPS/RTK 10 < 그림 2-6> 후처리 DGPS 11 < 그림 2-7> 메시지타입 3-GPS REFERENCE STATION PARAMETERS 17 < 그림 2-8> 메시지타입 5 - GPS CONSTELLATION HEALTH 18 < 그림 2-9> 메시지타입 7 - DGPS RADIOBEACON ALMANAC 18 < 그림 2-10> 메시지타입 16 - ASCII("JIJUK") 19 < 그림 3-1> GBAS 시스템개요도 26 < 그림 3-2> 위성기반보정시스템개요도 27 < 그림 3-3> WAAS, EGNOS와 MSAS 위성기반보정시스템의커버리지 28 < 그림 3-4> WAAS 준실시간 NPA 항법서비스지역 30 < 그림 3-5> WAAS Coverage 31 < 그림 3-6> Broadcast WAAS Ionospheric Correction Map 32 < 그림 3-7> EGNOS Coverage 33 < 그림 3-8> Broadcast EGNOS Ionospheric Correction Map 34 < 그림 3-9> EGNOS와 WAAS 의원리 35 < 그림 3-10> ENOS Deployment 37 < 그림 3-11> MTSAT and Inmarsat 위성의서비스지역 40 < 그림 3-12> MSAS 시스템구조 41 < 그림 3-13> WAAS, EGNOS, MSAS와 INSAT 항법페이로드의서비스범 위 43 - vi -

11 < 그림 3-14> TEC(Total Electron Content) stations 44 < 그림 3-15> GRAS 개요도 46 < 그림 4-1> 해양수산부 NDGPS 전국망구성도 50 < 그림 4-2> 기준국보정정보및 DGPS 오차예시 52 < 그림 4-3> 실시간절대측위선형궤적( 세션 2, 세션 3) 55 < 그림 4-4> Beacon DGPS 에의한도로의선형궤적( 세션 1, 세션 4) 55 < 그림 4-5> 수면의위치와구역도 58 < 그림 4-6> DGPS 이용해상위치측정 60 < 그림 4-7> 육상지형및해상수심측량활용예 60 < 그림 4-8> 침수가능지역지도제작 61 < 그림 4-9> 첨단장비활용 3 차원해저영상물결과물예시 62 < 그림 4-10> 매립지현황도 63 < 그림 4-11> DGPS 를이용한측량예시 64 < 그림 4-12> 무인항공기시스템구성도 66 < 그림 4-13> 무인항공기다양한활용분야 67 < 그림 4-14> 수확량계측콤바인 68 < 그림 4-15> 레일이동장치의위치보정시스템구성도 71 < 그림 4-16> DGPS 궤적조종면허시험장실험장면 75 < 그림 4-17> DGPS 반복실험사행궤적실험 75 < 그림 4-18> 조정면허시험궤적주행실험 77 < 그림 5-1> 실험에이용한 DGPS 장비사진 80 < 그림 5-2> Sokkia사 Beacon-DGPS 일체형수신기 Axis 3 81 < 그림 5-3> CSI-wireless사 Seres SBAS 수신장비 82 < 그림 5-4> 보정데이터통신매체(Pacific Crest사 PDL) 83 < 그림 5-5> 김포시학운리수치지적도 85 < 그림 5-6> Seres(SBAS) 관측모습 86 < 그림 5-7> Axis3(Beacon DGPS) 관측장면 87 - vii -

12 < 그림 5-8> 경지정리지역경계복원측량결과( 적색) 88 < 그림 5-9> 경지정리지역경계복원측량결과확대도면1 89 < 그림 5-10> 경지정리지역경계복원측량결과확대도면2 89 < 그림 5-11> 부천시작동실험지역수치지적도화면 91 < 그림 5-12> 관측도근점분포도( 부천작동) 92 < 그림 5-13> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 1) 93 < 그림 5-14> SBAS 용수신기에의한단독측위성과 (1 차/2차도근점 1)94 < 그림 5-15> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 2) 95 < 그림 5-16> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 2) < 그림 5-17> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 3) 96 < 그림 5-18> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 3) < 그림 5-19> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 4) 98 < 그림 5-20> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 4) < 그림 5-21> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 5) 99 < 그림 5-22> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 5)100 < 그림 5-23> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 1) 101 < 그림 5-24> 비콘 DGPS 에의한측위성과(1 차/2 차, 도근점 1) 102 < 그림 5-25> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 2) 103 < 그림 5-26> 비콘 DGPS 에의한측위성과(1 차/2 차, 도근점 2) 103 < 그림 5-27> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 3) 104 < 그림 5-28> 비콘 DGPS 에의한측위성과(1 차/2 차, 도근점 3) 105 < 그림 5-29> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 4) 106 < 그림 5-30> 비콘 DGPS 에의한측위성과(1 차/2 차, 도근점 4) 106 < 그림 5-31> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 5) viii -

13 < 그림 5-32> 비콘 DGPS 에의한측위성과(1 차/2 차, 도근점 5) 108 < 그림 5-33> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 1) 109 < 그림 5-34> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 2) 110 < 그림 5-35> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 3) 110 < 그림 5-36> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 4) 111 < 그림 5-37> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 5) 111 < 그림 5-38> RTK-GPS 관측망 112 < 그림 5-39> RTK-GPS 도근점측량결과( 기준값) 112 < 그림 5-40> 5개도근점에대한 X 좌표표준편차 114 < 그림 5-41> 5개도근점에대한 Y 좌표표준편차 114 < 그림 5-42> 5개도근점에대한수평좌표 2drms 115 < 그림 5-43> 전체측위성과( 도근점 1) 116 < 그림 5-44> 전체측위성과( 도근점 2) 116 < 그림 5-45> 전체측위성과( 도근점 3) 117 < 그림 5-46> 전체측위성과( 도근점 4) 117 < 그림 5-47> 전체측위성과( 도근점 5) 118 < 그림 5-48> 실험현장지적도 120 < 그림 5-49> 기선(Baseline) 처리화면 121 < 그림 5-50> 기준점( 도근점) 정밀망조정 122 < 그림 5-51> 임야지역( 묘지) 현장관측망 122 < 그림 5-52> DGPS 측위실험 (001) 126 < 그림 5-53> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 001) 126 < 그림 5-54> DGPS 측위실험 (002) 127 < 그림 5-55> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 002) 127 < 그림 5-56> DGPS 측위실험 (003) 128 < 그림 5-57> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 003) 128 < 그림 5-58> DGPS 측위실험 (004) ix -

14 < 그림 5-59> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 004) 129 < 그림 5-60> 표준편차( 비콘/ 코드 DGPS) 130 < 그림 5-61> 수평좌표 2drms( 비콘/ 코드 DGPS) 131 < 그림 5-62> Differential GPS FIX 율그래프(Beacon DGPS/ 코드 DGPS) 134 < 그림 5-63> SV, HDOP, 2drms 의상관관계 135 < 그림 5-64> SV대 HDOP 와위치좌표상관관계 135

15 제 1 장서론 오늘날새로운측량장비의개발및측량기술의발달로인하여측량 작업의효율성이높아지고비용이절감되었다. 일반측량분야에서는이미 위성측위시스템(GPS ; Global Positioning System) 측량을도입하여활 용하고있으며새로운업무영역개발에이용하고있다. 그래서일반측량 에비하여고도의정확도를요구하고사법적인측면이강한지적측량에 있어서도 GPS를적용하는여러연구가이루어져왔으며적용가능성에 대한결과가도출되면서최근에는기준점측량등에크게활용되고있다. 특히 GPS는광범위한지역에걸친기준점측량에서는종래지상측량에 의한방법에비해월등한효율이있는것으로나타났다. GPS를이용하면정밀한측정을할수있으며측점의위치를 mm까지 의정밀도로상대측위하는것으로간섭계(Interferometry) 의원리를 GPS 에적용하므로가능해졌다. 그러나고가의수신장비를이용하여장시간 동안의측량을통해서이루어질수있다. 측량기술자들이이용하는이러 한기술들은일반사용자들이구현하기에는너무전문적이었지만현재는 보통 GPS 수신기에도이러한기술들이서서히적용되고있다. GPS 는현재까지개발된전파에기반을둔항법체계중가장정확 한정보를제공하며많은응용분야에활용되고있다. 하지만항법등의 경우소요정확도가높지않으므로, 기본적인 GPS만으로충분한정밀도 를제공하기는하지만좀더향상된정확도를가지는체계를마련하기위 해서 DGPS(Differential GPS) 방법이대두되었던것이다. DGPS 체계는 기본 GPS에수반하는여러오차요인을제거함으로써움직이는물체에 있어서는수 m, 정지한대상에대해서는 1m 이내의위치측정을가능하 -1-

16 게만들어주었다. 기본 GPS에비해높은정밀도를제공하는 DGPS 기 법은배, 비행기및자동차항법에사용될수있을뿐만아니라정밀성이 요구되는측지측량, 공사측량, 해상측량등에까지응용되고있다. GPS 에의해제공되는위치결정정밀도는사용하는신호와자료처 리방법에따라다양하며정밀도가낮은단독측위 (Single-point Positioning) 방법은주로항법에쓰이며, DGPS, 후처리상대측위기법 그리고실시각이동측위(RTK ; Real Time Kinematic) 기법은정밀도 가높아측량등에이용되고있다. 단독측위의경우 10~30m 이하의정밀도로위치를결정하는것은 현실적으로불가능한데이것은수신기가결정하는위성까지의거리자료 에여러가지오차요인이복합적으로영향을미치기때문이다. 특히미 국방성에서고의로민간 GPS 이용의정밀도를저하시키기위한 SA (Selective Availability) 가시행중일때는이보다더욱정밀도가떨어 지게되는데단독으로작동되는수신기가자신이계산하고있는위치정 보가틀린지맞는지를판단할수있는방법이없으나, 어떤제 2의장 치가수신기근처에존재하여지금현재수신받는자료의오차결정을 위한정보를수신기에게알려줄수만있다면위치결정의오차를극소화 시킬수있는데바로이방법이 DGPS 기술이다. 이러한 DGPS 기술은 C/A 코드를이용하는일반적인 DGPS와반송파를이용하는 CDGPS (Carrier phase Differential GPS : 반송파보정위성항법시스템) 로구 분할수있다. GPS 는이미전세계적으로다양한응용분야를가지고널리사용되 고있으며수신기기술의빠른발달로수신기가격이점점낮아지고는 -2-

17 있지만, 아직까지는정밀측량용 GPS 장비가격은고가이다. 따라서본연 구에서는 DGPS 기술을활용하여기존고가의 2주파 GPS수신기를대체 하여월등히저렴한 GPS 장비로지적분야현장적용실험을수행하여그 정확도를검증하고, 적용가능성및활용방안을제시하고자한다. -3-

18 제 2 장 DGPS 2.1 GPS 측량 GPS 측량방법은크게나누어실시간처리방법과후처리방법으로 구분되며후처리방법은다시 Static(Stop&Go) 및키네마틱방법으로세 분되고실시간처리방법은 RTK와 DGPS 방법으로구분된다. 그러나 GPS 활용측면에서부터접근하게되면 < 그림 2-1> 과같이 측량및항법으로구분지어볼수있다. GPS 측량방식 Surveying Navigation Standalone Differential Differential Standalone Post processed Real time Static Pseudo kinematic Stop & go Rapid static Carrier phase (RTK) Pseudo range (DGPS) Kinematic Virtual Reference System (VRS, FKP) User < 그림 2-1> GPS적용방식에따른분류 GPS 측량기법별관측시간과기선의거리별정확도를그래프로나타 내면 < 그림 2-2> 와같다. -4-

19 < 그림 2-2> 관측시간과기선거리별정확도 -5-

20 2.2 DGPS 기법 GPS 수신기가받는오차에는위성의시계요동, 위성의궤도요동, 대기권통과시전파의지연등이있다. 이와같은오차의요인은 GPS수 신기내부에서는예측할수없다. 따라서이들오차를계측하여보정할 필요가있다. 이때문에실제로측위를하는 GPS수신기이외에또 1대 의 GPS 수신기를사용한다. 이들 GPS수신기중에서적어도 1대는위치 가정확하게알려진고정된장소에설치하여위성으로부터보내져온신 호로부터자신의위치를계산하여사전에알고있는위치와비교한다. 이차가 GPS신호의오차이며 GPS의오차는시간과더불어시시각각변 하고있으므로한번계측한오차를간단히처리할수는없다. 이들 2대이상의 GPS 수신기는항상동시에동작하고있어야된다. 이오차를계측하는수신기를기준국이라부르며기준국은항상오차를 계측하여이동하는 GPS 수신기에이계측한오차정보를보낸다. 기본 적인 DGPS 원리는 < 그림 2-3> 와같다. < 그림 2-3> DGPS 기본원리 -6-

21 이동하고있는 GPS 수신기는기준국과동일한오차를받고있다 고생각하고, 실제로수신한관측값으로부터그오차분을차감한다. 이 차를취한다는뜻에서, 이방식을 DGPS 라부르고있다. 이오차정보 는기준국에서이동국으로일방적으로보내지는정보이기때문에기준 국이 1 국이면상당히넓은범위의이동국에서비스할수있다. 이동국 은어느 GPS 제조회사의수신기라도사용할수있도록국제적으로인 정된데이터표준포맷인 RTCM-SC104(Maritime Service Special Committee 104) 또는간단히 RTCM(Radio Technical Commission for Maritime) 이라고하는형식으로정의되어있고무선데이터모뎀, RDS(Radio Data System), TRS(Trunked Radio Service), 셀룰러 (cellular) 등의무선통신망을통하여보정정보를송신할수있다. DGPS 의위치의오차는항법장비의경우, 대략 10m 내외, GIS 데이터 취득용장비또는해양측량용장비의경우는 1m 가된다. 단독측위와 DGPS 에비해서후처리상대측위(Static Survey) 나실시간이동측위방법은 훨씬높은정밀도를보여준다. 상대측위의방법은실시간감시가불가능한 반면에 1년이상의장기적인측정을할경우수 mm의정밀도로측정할 수있다. 실시간이동측위의경우에는실시간으로 1~2cm의정밀도로측 정이가능하다. 이를표로정리하면다음 < 표 2-1> 과같다. -7-

22 < 표 2-1> 측위기법별정밀도 측위기법내용정밀도실시간 단독측위 (Point Positioning) GPS 수신기 1대로위치측정 저가의항법용수신기사용 10 ~ 30 m 가 능 DGPS (Differential GPS) 측량용과항법용수신기를결합하여정밀위치측정 이동체정밀항법용 기준점과통신매체필요 1 ~ 5 m 가 능 후처리상대측위 (Static Survey) 2대이상의측량용 GPS 수신기를이용하여고정밀상대위치측정 기준점과고가수신기필요 수 mm 불가능 실시간이동측위 (Real Time Kinematic) 2 대이상의측량용수신기를이용하여실시간고정밀위치측정 기준점과통신매체필요 고가의수신기사용 1 ~ 2 cm 가 능 여기서 DGPS 측위는실시간(Realtime) 처리방식과후처리 (Post-processing) 방식의 2 가지로나눌수있다 실시간 DGPS 특정목적에따라실시간으로보정되어진자료들은그즉시이용해 야될경우가있다. 기준국에서취득한 DGPS 보정치를무전기를이용하 여송신하고, 이동국에서이를수신하여보정치를의사거리에서가감한후 위치를계산함으로서현장에서바로위치를구하는방식이다. 현장에서정 확한위치를구할수있기때문에해양측량, 도로보수공사, 지하매설물 -8-

23 보수공사등의응용분야에사용되고있다. 기본적개념은후처리 CDGPS와같지만차이점은후처리에서 2개 의수신기에서수신된데이터가나중에프로세싱을위해다운로드되는 것과달리수신기가 GPS 위성신호수신을받는즉시기준수신기는관 측값을바로이동수신기로전송을하도록되어있다. 이때기준수신기 에서이동수신기로보정차를전송하는방법은라디오수신기를이용하거 나전송시간은빠르나비용이많이드는이동통신망을통해서전송하는 방법이있다. 실시간 DGPS에서가장널리사용되는표준형식이위에서 언급한 RTCM(2.3 장에서설명) 이라고한다. 실시간방법을보여주는 < 그림 2-4> 은 1개의수신기로단독측위시 에 15~30m 의정확도로육상, 해상항공항법에사용되고있다. < 그림 2-4> 실시간 DGPS 실시간 DGPS는사용되는신호의종류에따라구분되는데 Code를 사용하는 DGPS와 Carrier를사용하는 RTK 가있고보정신호를송 수신 -9-

24 할수있는발신및수신장치가기준국및이동국에공통적으로있어야 만하는데보통 DGPS라함은 Code 방식을의미한다. < 그림 2-5> 은 DGPS/ RTK 를표현하는것으로기준국, 이동국에무선통신을연결하여 최대 2 ~ 3cm 정확도로고정밀측위에활용되고있다. < 그림 2-5> DGPS/RTK 후처리 DGPS 모든 DGPS 응용분야에있어서실시간으로정밀한위치측정을수행 해야하는것은아니다. 이를테면새로건설한도로를지도에삽입하고 자할때는관측이먼저행해지고이때저장했던측량자료를후처리하여 위치를계산할경우도있는데, 이때이동하는수신기는위성신호의수 신자료와시간만저장하며기준국도동시에관측자료를저장한다. 측량이종료된후기준국과이동수신기의자료를후처리하면정밀 한위치정보를획득할수있다. 이럴경우기준수신기간의무선통신링 -10-

25 크 (Radio Link) 는필요하지않으며근처에직접관측값을받을수있는기준국이없어도가능하다. 현장에서는얻어지는데이터는 10m 이상의오차를가지나, 2개의수신기에서같은시간에같은인공위성으로부터 자료를수신받아후처리소프트웨어로 DGPS보정을행하는방식을이 용할경우 1cm 이내의정밀도로정확한위치측정이가능하다. < 그림 2-6> 은후처리 DGPS 구성도이다. < 그림 2-6> 후처리 DGPS 실시간 DGPS와후처리 DGPS 에대해간단하게비교하면다음 < 표 2-2> 와같다. 실시간 DGPS는보정자료를실시간제공이가능하며현 장인력필요없는반면에 반송파를사용하지않으므로정밀도가떨어 진다. 후처리 DGPS는 RTCM 자료를받기위해부가적통신매체가필요 -11-

26 하지만반송파를이용함으로해서정밀도가높은반면에 DGPS 보정자 료를이용하면하나의수신기만필요하나기준국수신기를따로구입하게 되면많은비용이소요된다. < 표 2-2> 실시간과후처리 DGPS 장단점비교표 DGPS 방식구분내용 실시간 DGPS 후처리 DGPS 장점단점장점단점 보정자료를실시간제공함 현장인력이필요없음 반송파사용안함으로정밀도가떨어짐 RTCM 자료를받기위해부가적통신매체가필요함 반송파를이용함으로정밀도가높음 DGPS 보정자료를이용하면하나의 으로비용이적음 수신기만필요함 기준국수신기를따로구입하면비용이많이소요됨 -12-

27 2.3 DGPS 서비스표준 외국에서는 GPS관련기술들을개발하여수신기의기능에따른다양 한모델들을판매하고있으며 GPS용칩세트와이를이용한수신기개발 툴을제공하고있다. 국내에서도 GPS 수신기용 RF(Radio Frequency) 및신호처리칩의개발이진행되고있으며최근에는 GPS/GLONASS 겸 용수신기의개발이완료되었다. 향후 GPS 는개인휴대통신(PCS ; Personal Communication Service), PDA(Personal Digital Assistants) 휴대형 PC(Handheld PC) 등과같은소형휴대형정보통신장비와같이 연계하여사용될전망이므로 GPS수신기의소형화경량화는더욱가속될 것으로보인다. 현재민간이사용할수있는 GPS 의표준위치측정서비스(SPS ; Standard Point Positioning) 의수평 2 차원위치오차(95% 2drms) 는 36m 이다. 그러나이값은다양한응용분야에서요구하는위치정확도를 만족시킬수없다. 그래서보다정확한위치정보를얻기위한방법으로 개발된기법이 DGPS 기법으로위치가알려진기준국에서, 현재위성에서 보내오는정보에의한의사거리측정값에있는오차성분을계산하여, 이를 주변의사용자에게알려줌으로써보다정확한위치결정을가능하게하는 시스템이다. DGPS의보정신호포맷은 RTCM SC-104 이다 RTCM RTCM은 1990년대초반미국의 Radio Technical Commission for Maritime services에서 DGPS와관련된업무를담당하는 104번째특별 -13-

28 위원회가 DGPS 의정보내용및형식, 사용자의인터페이스를정의한표 준권고안이다. 따라서 RTCM 수신기능이내장된 GPS 수신기는기준국의 보정정보를취득하여자신의위치를보정한다. 보정데이터는수신기포트를통해서실시간으로나오는데 RTCM SC-104 포맷과 RTK 포맷으로나눌수있습니다. RTCM SC-104는세 계공통적인 DGPS 포맷으로우리가일반적으로사용하는 DGPS 정보를 포함하고있다. RTK 포맷은 RTCM SC-104 포맷중 18번메시지에서 23 번메시지의정보를수신기제작회사마다독자적으로만든포맷을말 하는데, 그이유는실시간 RTK 측량을위해선보정데이터가시간지연 없이전송되어야하므로간결한형태의포맷으로변환할필요성이있기 때문이다. RTCM SC-104 정보는수신기내부에서생성되지만내부메모리에 는저장되지않고통신포트를통해출력되는정보중의하나이다. 일반적 으로 DGPS라고알려져있는 LADGPS(Local Area Differential GPS) 는 1/2/9 번형태의정보를사용하며, RTK는 18/19 번메시지를사용합니다. 특히트림블(Trimble) 사는 RTK를위한자사의고유포맷을사용하는데 이를 CMR(Compact Measurement Record) 포맷이라하며일반적으로 4000계열수신기의 RTK 출력은 CMR 포맷을이용하며, 별도의세팅을 하면 RTCM 18/19 포맷으로도 RTK 정보를제공할수있다. 자세한 RTCM 메시지타입내용과포맷은다음 < 표 2-3> 과같다. RTCM 은해상에서의통신및항법에대한국제표준을개발하는비 영리단체로 100 개의정부및비정부기관이참여하고있으며, 6개의특별 위원회와 4 개의메일링리스트로구성되어있다. GPS에관한특별위원 -14-

29 회로서 SC-104는 Differential GNSS(Global Navigation Satellite System : 위성항법시스템) 서비를위한표준권고안을개발하고있다. 현 재까지 GNSS 관련표준안진행은다음 < 표 2-4> 와같다. -15-

30 < 표 2-3> RTCM 메시지타입(SC-104 V2.2) -16-

31 < 표 2-4> GNSS 관련 RTCM 표준안발표년도 이표준문서는 RTCM 특별위원회 104 가개발하였다. SC-104 특별 위원회는 "RTCM Recommended Standards for Differential Navstar GPS Service, Version 2.x" 이라고명명한보다효과적인표준안을개발 하였다. -17-

32 MS B ECEF X-COOREDINATE (UPPER 3 BYTES) PARITY word ECEF X- COOREDINATE (LOWER BYTES) LS MS B B ECEF Y-COOREDINATE (UPPER 2 BYTES) PARITY word ECEF Y-COOREDINATE (UPPER 2 BYTES) LS B ECEF Z-COOREDINATE (UPPER BYTES) MS B PARITY word ECEF Z-COOREDINATE (UPPER 3 BYTES) LS B PARITY word6 < 그림 2-7> 메시지타입3-GPS REFERENCE STATION PARAMETERS 그러나서비스제공업체및판매자들은보다쉽게사용할수있으며 새로운환경에적용시킬수있는새로운표준안개발을요구하였다. 주 요불평사항은 24비트데이터에패리티 6비트사용하는 2.x 버전의패 리티스키마전송대역의비경제성에대한것이었다. -18-

33 ONE COMPLETE WORD FOR EACH SATELLITE HEALTH ENABLE NEW NAVIGATION DATA LOSS OF SATELLITE WARNING R SATELLITE ID DATA HEALTH C/No TIME TO UNHEALTHY SP PARITY < 그림 2-8> 메시지타입 5 - GPS CONSTELLATION HEALTH MS B LATITUDE LSB MSB LONGITUDE (UPPER BYTE) PARITY Word 3Nb LONGITUDE RADIOBEACON RANGE FREQUENCY PARITY (UPPER BYTE) (UPPER 6 BITS LSB LSB MS B MS B Word 3Nb FREQUENCY (LOWER 6 BITS) LSB H L T H BROADCAST STATION ID BIT RATE M O D S Y N C C O D E PARITY Word 3Nb+2 < 그림 2-9> 메시지타입 7 - DGPS RADIOBEACON ALMANAC 또다른불평사항은그패리티가 word와 word 사이가독립적이지 않다는것이다. 패리티에많은비트들이있더라도, 그메시지의실질적인 완결성은원래기대만큼높지않았다는것이또다른불평이다. 더불어, 30 비트 words 는다루기가곤란하다. 새로운표준버전 3은이를약점 을교정하고자하는것이다. -19-

34 J I J PARITY Word 3 MS B LSB MS LSB MS B B LSB U K FILL PARITY Word 4 MS B LSB MS B LSB < 그림 2-10> 메시지타입 16 - ASCII("JIJUK") 이런새로운표준, 즉버전 3.0의초기공개는원래는 RTK 운영을 지원하기위해설계된메시지로구성되어있다. 이것을강조하는이유는 RTK 운영에는많은정보의방송을포함하고있고효율적인데이터포맷 으로부터최고의것을얻을수있다. 버전 3.0은코드그리고반송파위 상관측값, 안테나변수들, 그리고보조시스템변수를포함한 GPS와 GLONASS RTK 운영을지원하는메시지들을제공한다. 버전 2.x 와달리, 이표준은임시적메시지들은포함하지않는다. 버전 3 의메시지들은타당성과상호운영을위해검증을받는다. 표준에 대한향후수정을통해확보된비트들의의미를변경시킬수있거나부가 적인해명문서를제공하지만, 데이터필드에서는어떤변경도없을것이 다. 이문서에서서술된메지지들외에, 위원회에서는문서에서술된많 은새로운메시지를개발하고있다. 새로운메시지들과효능이타당성과상호운영을통해논증되어왔으 므로향후 Version 3 표준버전에통합될것이다. RTCM SC-104는 DGNSS 서비스용새로운버전 3.0 표준은다음세대를거쳐전세계다 양한항법분야뿐만아니라매우정확한차분그리고이동측량분야를지 원하는데매우유용한것으로보이나현재, 버전 3.0 메시지들은 -20-

35 Version 2.x. 와호환되지않는다. 많은수신기들은 Version 2.x 메시지 들과사용할수있도록설계되고프로그램화되어왔으므로, RTCM은 현재 Version 2.3과 3.0 모두를표준으로하고있다 NMEA NMEA(National Marine Electronics Association) 는해양관련장비 의인터페이스프로토콜의표준으로사용되고있으며, 1957년에전자부 품제작자간의부품판매강화그룹에의해설비되었다 년에산업체, 정부기관, 개인등으로구성된협회에서장비간의상호호환을위하여 NMEA 양식을채택하였다. 그후여러번갱신을거듭하여 2000년 7월에 버전 3.0 이작성되었다. GPS장치에있어서도이 NMEA 0183 프로토콜이국제표준으로되 어있어, 대다수의 GPS장치들이이 NMEA 0183인터페이스를지원하고 있으나일부지원이안되는제품이있어 GPS를다른장치와연결시켜 데이터를가져오고자한다면, NMEA 인터페이스가지원되는지를확인해 야한다. 1) NMEA-0183은연속된 ASCII 양식으로 4,800bps로송수신된 다. NMEA 문장의구조로 GPS 에는다른장비와연결할수있는잭( 인 터페이스) 이있는데, 인터페이스프로토콜을 NMEA 로설정해주면, 다음 -21-

36 과같은구조로 NMEA 문장들이흘러나오는것을볼수가있다. ( 출력되는구조) $GPRMC,154232,A, ,N, ,W,085.4,084.4,230394,003.1,W* 43[CR][LF] NMEA 프로토콜은 $ 로시작되어, 가운데부분에정보를담고, [CR][LF] 로끝이난다. GPS 장치에서도이런구조를가진, 정보가주기 적으로흘러나오게되어있다. $ 문자다음의 GPRMC 등의문자를 NMEA 문장이라고하는데, 이 NMEA 문장의종류는수신기의종류및 현재기능에따라조금씩바뀌어져나오게된다. 위치정보자동전송시스템 (APRS: Automatic Position(Packet) Reporting System) 을운용하는무선국에서는 GPS로부터 NMEA 0183프 로토콜에의해정보를받아, 무선으로전송해주게된다. 이때주로이용되 는 NMEA 문장은 $GPGGA, $GPRMC 등이이용된다. Garmin GPS-V와 Kenwood TM-D700E와의연동시에는 GPWPL에의해무전기로수신 된 APRS정보가 GPS-V 로전송되어, 이름을무선국의호출부호로하는 웨이포인트(way point) 가자동생성되어표기되게하는기능이있다. 2) 여기서는간단한 $GPGGA 만예를들어보면 GGA 는위치정보 (Global Positioning System Fix Data Time, Position and fix related data fora GPS receiver.) 총 15 개의항목이 "," 로구분되어져있다. 다음은 실험을통해서획득한 $GPGGA 데이터이다. -22-

37 $GPGGA, , ,N, ,E,2,04,1.5,13.8,M,17.4,M, ,0722*74,05,071,*78.6,3.4*3A9,2.4,3.0*3D3B,N, ,E,2,08,1.1, 협정세계시 (hh.mm.ss.ss) 위도 (dd.mm.mm) NorS(NorthorSouth) 경도 (dd.mm.mm) E or W (East or West) 6 GPS 수신상태 GPS Quality Indicator, 0 - fix not available, 1-GPSfix, 2 - Differential GPS fix 가시위성수 (00-12) 수평정밀도저하율 (HDOP) 평균해수면상/ 하에대한안테나고도 고도의단위 (m) 11 지오이드고 (= WGS-84 타원체고와평균해수면의차) 지오이드고단위 (m) 차분 GPS 데이터의연대(DGPS 가사용되지않을때공백) 차분기준국 ID( ) 오류검색 NMEA-0183 연속데이터는위치, 측지원자, 수심및다른값들과 같은내용을포함할수있다. 이데이터는문장형태로보내어지는데위 -23-

38 에서보았듯이 $ 표시로시작되고 [CR]: Carriage Return 과 [LF]: Line Feed 로종료하는데 $ 표시다음에 5칸은문자는내용의데이터형태에 대한것이고이어서데이터문자열로연속되어져최종적인 3문자가따른 다. 마지막부분의체크섬(checksum) 부분으로 * 로구분된다. 최대문자 의수는 82문자로이것은 79 문자가시작의 $ 와마지막의 [CR][LF] 사이 에들어간다. 이러한문장의수는 GPS나 GLONASS시스템에서얻게되 고다른문장은음향측심기, 자이로및기타장비들에대한것으로 GGA 고장데이터문장은시간, 위치, 해석에관한내용을나타내며대부분시 중에나와있는 GPS수신기는 NMEA-0183 표준을지원하지만모든수 신기가지원하지는않으며별도의소프트웨어로문장을해석해야되는 경우도있다. NMEA 출력메시지에대한설명은다음 < 표 2-5> 와같다. -24-

39 < 표 2-5> NMEA-0184 출력메시지 -25-

40 제 3 장외국의보정시스템 GPS 는모든비행시간동안유일한항법도구로서사용하기에는연속성 (continuity), 가용성(availability), 무결점(integrity) 그리고정확도(accuracy) 를제공하지못한다. 운영조건을충족시키기위해, 보정시스템이그오차를 제거하기위해 GPS 신호에적용되어야한다. 다음 < 표 3-1> 은 DGPS 방식 에따라분류한것이다. < 표 3-1> DGPS방식에따른분류 LADGPS CDGPS WADGPS Method Code-base Carrier-base Code/Carrier-bas e Accuracy meter Centimeter meter Coverage ~200 km 20~30 km ~1000 km Reference Data RTCM 1/9 Techniques DGPS IDGPS RTCM 18~21 RTCM 3 Raw Data Kinematic (RTK/Semi Static) Error correction vector WAAS Applications Navigation Survey Aviation Reference Type Single Reference Multi-Reference 보정신호를받는방법에따라 3 개범주의보정시스템들, 즉 ABAS(Airborne-Based-Augmentation System), GBAS(Ground-Based Augmentation System) 그리고 SBAS(Satellite Based Augmentation System) 이다. -26-

41 3.1 ABAS 항공기기반보정시스템 (ABAS : Air-borne based augmentation system) 에는두가지유형이있다. 하나는수신기자체적으로인공위성의정 상작동여부를감시하고위성신호의오차를보증할수있는장치인 RAIM(Receiver autonomous integrity monitoring) 이며, 다른하나는항공기 자체가이런업무를수행하는 AAIM(Aircraft Autonomous integrity monitoring) 이다. RAIM은수신기의범주내에서적절한기하를가진 4대이상의위성들이 있으면이기술이사용될수있다; 즉 5 개위성으로, 5개독립위치들이계산 될수있다. 만약이것들이서로조화되지않으면, 수신기는한대혹은그이 상의위성들이부정확한정보를제공하고장비패널에경고표시등작동이이 루어질것으로추론한다. 만약수신기범주내에 6 대이상의위성이있으면, 많은독립위치들을계산할수있고수신기는결함이있는위성들을찾아내어 위치계산시그것을배제시킬수있다. 기압계의고도정보를활용하는방법 (barometric aiding) 은 RAIM 을지원할것이다. 항공기기압고도정보를 GPS 수신기로부터얻을수있으며, 이것은위성거동의시뮬레이션에이용할수있 다. AAIM 에서는항공기에탑재된보정시스템이사용될수있다. 관성항법 시스템(INS: Inertial Navigation System) 은항공기의거동중에안테나가 가려지거나다수위성을이용할수없을경우 GNSS 를대체할것이다. -27-

42 3.2 GBAS 지상기반보정시스템 (GBAS : Ground-Based Augmentation System) 은좁은지역에서연속성, 가용성, 무결점그리고 GNSS 신호의정밀도를향 상시키기위해사용되며정밀한위치값을가진지상국으로구성된다. 지상국 은 GNSS 위성으로부터수신한정보를평가하고, 위성시계오차와다른오차 들을탐지하고 VHF (Very High Frequency) 데이터링크를통해항공기에 탑재된수신기로보정정보를전송한다. 이시스템으로약 5m의정밀도를얻 을수있다. 이정밀도를통해이시스템은 Cat- ⅡⅢ / 에적용될수있다. 실 제로지상기반보정시스템인 GBAS 가지상국으로부터 25 해리(NM; nautical miles) 내에있는모든공항활주로에정보를제공해줄수있다는것이장점이 다. < 그림 3-1> GBAS 시스템개요도 -28-

43 3.3 SBAS 최근들어미국과유럽국가들은물론일본등아시아국가들도정지궤 도위성을이용하여보정항법시스템을향상시키는위성기반보정시스템 (SBAS: Satellite-Based Augmentation System) 기술개발에많은노력과 투자를하고있다. SBAS의특징은오차의총량을보정하는방식이아니라 각오차원인별로전리층지연오차, 위성시계오차, 위성궤도오차등을개별 적으로보정하여기준국의위치에관계없이일관성있게보정정보를제공한 다는것이다. 3) < 그림 3-2> 위성기반보정시스템개요도 3) Sherman C., Lo, Broadcasting Data from an SBAS Reference Network over Low Rate Broadcast Channels, p

44 WASS EGNOS MSAS < 그림 3-3> WAAS, EGNOS와 MSAS 위성기반보정시스템의커버리지4) GPS는지난 20 년동안항법과측위에서혁명을불러일으켰다. 오늘 날, 전세계적으로정확한측위와타이밍정보를제공해주는약 30개의위 성들이있고이들은 10m 이하의측위정확도를제공하며, 30(nano) 초이상 의타이밍정확도를얻기위해그것들을사용할수있다. 그럼에도불구하 고 SBAS를사용하는것은 GPS는이용자가요구하는모든것을충족시켜 주지못하기때문이다: 일부사용자들은중앙통제를위해확고한상호간약 속이필요하다: 일부사람들은 GPS 단독시스템이제시하는그이상의정확 도를요구한다: 그리고많은사람들은안전성의보장이가장중요한분야를 지원하기위한개선시스템 health warnings' 을필요로한다. 5) SBAS에는 현재미국의 WAAS, 유럽의 EGNOS, 일본의 MSAS, 그리고인도의 GAGAN 등이있다. -30-

45 3.3.1 WAAS ( 미국) WAAS 는광역보정시스템(Wide Area Augmentation System) 을가 리키는것으로 GPS 위성으로부터전송된정보의정확도를높이고무결점 을보장하도록설계되었다. 또한 WAAS는 GPS 위성신호보정정보를전송 하는위성과지상국으로이루어진하나의시스템으로 GPS에대한시기적 절한무결점모니터링서비스를제공하며커버리지영역내에서 GPS의위 치정확도와가용성을향상시켜준다. WAAS는무료이며 WAAS용수신기 는부가적인장비없이 3m이하의우수한위치정확도를제공해줄수있 다 6). WAAS 는일반항공분야서비스를위해개발된정확한항법시스템이 다. WAAS 개발이전에미국의국가공역시스템(NAS: National Airspace System) 은모든장소에서모든사용자에게목적지에정확히도달하기위 한수평및수직항법정보를제공하지못하였지만, WAAS가이런부분을 현실화시켰다. WAAS 는항공기운행, 이륙, 그리고착륙을포함한모든 항공업무분야에서모든종류의항공기에서비스를제공한다. 현재이서 비스는북미지역에서일반사용자에게무료로제공되고있으며큰범주에 서 SBAS 에포함된다. < 그림 3-4> 는 WAAS 준실시간 Non-Precision Approach( NPA) 서비스지역을보여주고있다. 7) -31-

46 < 그림 3-4> WAAS 준실시간 NPA 항법서비스지역 8) 재래지상기반항법(ground-based navigation) 과달리, WAAS는거 의모든 NAS 를피복하고, 위치추정값의정확도와신뢰성을높이기위해 GPS 수신기에보정정보를제공한다. GPS 위성에서전송된신호들은폭넓 게분포한 WRS에있는 NAS 에서수신된다. WRS 위치는수신된 GPS 신 호에포함된어떠한오차들도탐지될수있도록정확하게측정된다. WRS 에서수집된 GPS 정보는지상통신망을통해 WMS 주국에전송된다. -32-

47 < 그림 3-5> WAAS Coverage WRS 에서, WAAS 보정메시지가생성되고이들메시지들은 GPS 수 신기가 GPS 신호에포함된오차들을제거할수있도록도와주는정보를 함유하고있어서, 위치정확도와신뢰성을크게항상시킬수있다. 보정메시지들은지구정지통신위성들에있는항법페이로드 (navigation payload) 로전송되도록 WMS 로부터업링크스태이션으로보내진다. 항법페이로드는 GPS 와같은신호에보정메시지를방송한다. GPS/WAAS 수신기는위치추정의부분으로서 WAAS 보정메시지를처리 한다. 항법트랜서폰더(transponder) 로부터얻은 GPS와같은신호는사 용자위치계산을위한부가적인데이터로수신기에의해사용될수있 다. WAAS는또한다른요인의시스템오차나다른요인에인해 GPS -33-

48 시스템이사용될수없는곳에서의 GPS/WAAS 수신기들에대한지침서 를제공해준다. 더불어, WAAS 시스템은가장엄격한안전기준으로설계 되었고사용자들은 GPS의위치추정값오차를유발할수있는어떤오류 정보도 6 초이내에알수있다. WAAS는 GPS가 Category I 정밀도를유지하면서이륙등과같은 모든주요항법도구로사용될수있게하고다른모드의운송분야도또 한 WAAS 가보여주는정확도향상, 가용성, 그리고무결점등의혜택을 얻는다. WAAS 방송메시지는 GPS 신호정확도를 100m에서약 7m로 개선시켜준다. WAAS 는민간항법에크게기여할것이다. 9) < 그림 3-6> Broadcast WAAS Ionospheric Correction Map -34-

49 3.3.2 EGNOS ( 유럽) 유럽광역보정시스템 EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) 은유럽에서수행된최초의위성항법분야 사업이다. 이것은현재운영되는두개의위성항법시스템, 즉미국의 GPS와러시아의 GLONASS 시스템을보강할것이며, 협채널(narrow channel) 을통해항공기비행이나선박항법과같은긴급안전분야에이 용될것이다. < 그림 3-7> EGNOS Coverage -35-

50 < 그림 3-8> Broadcast EGNOS Ionospheric Correction Map 3개의지구정지위성들과한개의지상국망으로구성된 EGNOS는 GPS과 GLONASS에서보낸측위신호의신뢰도와정확도에관한정보를 함유하고신호를전송한다. 이시스템은유럽과그이외의사용자들이 자신의위치를현재의약 20m에필적되는 5m 이내로결정할수있게 해준다. EGNOS 는유럽항공우주국(ESA), EC(European Commission) 과 Eurocontrol, European Organization for the Safety of Air Navigation 이추진하고있는공동사업이다. 이것은유럽의광역항법위 성시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System) 의첫번째단계 에해당하는것이며, 갈릴레오(Galileo), 즉, 유럽에서개발중인완전한 광역위성항법시스템에대한선구자역할을한다. EGNOS는 2005년완전 히운영될것이다. 이시기동안, Immarsat IOR 위성에의해방송된시 험신호를통해잠재사용자들로하여금그시설물사용에더욱숙련되어 그것의유용성을실험할수있게해준다. -36-

51 < 그림 3-9> EGNOS와 WAAS의원리 EGNOS는안전성의보장이가장중요한분야에대해 GPS와 GLONASS 로부터수신된항법신호를사용하는데필요한정보를제공할 것이다. 그것은위치정확도를약 20m에서 50m 으로개선시켜, 사용자에 게 6초이내에위치측정값에포함된오차들과위성신호전송중단위험의 경고내용을알려줄것이다. 3 대의지구정지위성들과하나의복잡한지상국망구성을통해이 업무를추진할것이다. 3대위성들은 GPS와 GLONASS 위성들에서전 송된것과유사한 ranging signal 을전송할것이다. 그러나그신호들은 사용자에게위치결정서비스외에더욱많은정보를제공해줄것이다. 그들은또한 GPS 와 GLONASS 에의해전달된위치측정값의정확도에 관한정보를제공할것이다. 예를들면, 이것을통해열차기관사는그위 치가신뢰할수있을만큼정확한가를평가할수있을것이다. 이정보나, 무결점데이터는 ranging signals 에서변조될것이다. -37-

52 그것은각 GPS와 GLONASS 위성위치에대한정확한정보, 측위측정값 의정확도에영향을줄수있는위성에탑재된원자시계들의정확도, 전 리층교란(ionosphere disturbance) 에대한정보를포함하고있다. 표준 위성항법용수신기보다훨씬더세련된 EGNOS 수신기는 GPS나 GLONASS 단독으로얻을수있는것보다더욱정확한위치와정확한 오차추정값을제공하기위해그신호를해석할것이다. EGNOS 신호는두개의 Inmarsat-3 위성, 즉한대는대서양의동 부, 다른한대는인도양, 그리고아프리카상공의지구정지위성궤도에 있는 ESA Artemis 위성에의해방송된다. GPS와 GLONASS 위성과달 리, 이들세개위성들은 signal generator 를탑재하지않을것이다. transponder는모든신호가처리되는지상국으로부터위성으로 up-link 된신호를전송할것이다. 지상국은약 30개의 RIMS(Ranging and Integrity Monitoring Stations), 4개 MCC(Master Control Centres) 그리고 6개 up-link stations 으로구성되어있다. RMIS는각 EGNOS 위성의위치를측정하 고각 GPS와 GLONASS 위성의정확한위치측정값을위성신호신호들 로부터얻은측정값과비교한다. RIMS는다음단계로이자료를전용통 신망을통해주제어국센터로보낸다. 주제어국센터는각국에서수신된 GPS와 GLONASS 신호의정확 도를결정하고전리층교란에기인한위치부정확도를결정한다. 모든 편의자료(deviation data) 가신호에통합되어안전한통신망을통해 up-link stations 으로보내지며, 이것은전유럽에골고루분포해있다. up-link stations은그신호를 3개 EGNOS 위성에보내며, 이위성들은 -38-

53 EGNOS 수신기를보유한 GPS와 GLONASS 사용자가수신할수있게 그것을전송한다. 많은여분이 EGNOS에설정되어있어서그서비스는항상이용할 수있다. 어느순간에서든, 단지하나의주제국센터만 " 주국" 이될수 있고, 다른주제국센터는첫번째주제국센터가작동되지않을경우 즉시업무를수행하기위한예비용이다. 또 up-link stations에도여분이 있다. 각위성에한개 up-link stations이사용되므로단지 3개만 EGNOS 를운영하는데필요하다. 다른 3개는실패할경우를대비한예비 용이다. EGNOS 는대규모지역을피복하고다양한국가들과여러단체들이 여기에참여하고있다. GPS 신호들을수정함으로써, EGNOS는 GPS가 제공하는 15~20m의낮은정확도와비교할때 2m 이하의높은정확도 를제공한다. EGNOS 는지상에설치된망을이용해서이것을얻는다. 이 것들은현재전유럽에설치되고있다. < 그림 3-10> ENOS Deployment -39-

54 EGNOS 시스템은다음요소들, 즉 GPS 신호들을추출하는 RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), RIMS 가제공하는자료를 처리하기위한 MCCs (Master Control Centres) 과신호를 3개지구정 지위성으로보내서, 다시지상의사용자에게보내는업링크스테이션으 로이루어진다. 지금까지모든 MCCs, 모든 NLESs: Navigation Land Earth Stations와 34 RIMS 중에서 31개가이시스템에포함되어있다 10) MSAS ( 일본) 증가하는북ㆍ중앙태평양의교통량을처리하기위해, 일본항공국 은새로운항공위성을발사하기로결정하고, 새로운위성에대해일본이 중심이되는새로운시스템설계를추진하고있다. JCAB는현존위성과 더불어새로운위성들이아시아/ 태평양지역에서항공기운영자들과해 양응용기술위성 (ATS: Application Technology Satellites) 공급자들 에게폭넓게이용되도록설계되어야하는점을상기하고있다. 이새로운위성을 MTSAT(Multi-functional Transport Satellite) 라고 한다. MTSAT는 AMSS(aeronatical mobile satellite services) 와 SBAS 기능을제공해줄것이다. MSAS(MTSAT Satellite-based Augmentation System) 은 MTSAT 를사용하는위성기반보정시스템이다.MSAS는일본 FIR내에서운행하는 항공기에위성항법에대한보정정보를제공한다. 덧붙여 MSAS는궤도상 에서 140도경도로부터아시아태평양지역내에서보정서비스를제공할 -40-

55 수있는능력을가지고있다. MSAS는미국의 WAAS 그리고유럽의 EGNOS와동등한위성기반 보정시스템이다. MSAS 는항공기에항법수행에필요한성능요구조건, 즉 정확도, 무결점, 연속성과가용성을충족시켜주는 GPS 보정정보를제공 한다. 이것은유일한항법도구로서항공기운행에서 GPS 사용시필수 적이다. MSAS는 GPS L1과같은동일주파수를사용함으로써다음서비스 들을제공한다. 무결점서비스는위성건강상태와각 GPS 위성의오차 레벨에관한정보를제공한다. 각모니터된 GPS 위성에대해, MSAS는 위성방송천문력변수, 위성시계보정, 그리고전리층보정을추정하고방 송한다. MSAS는또한 MTSAT로부터 GPS와유사한 ranging signals을 제공한다. 이런특성을통해무결점을보장하고, 정확도, 가용성, 그리고 연속성을향상시킨다. MSAS는 GMS(Ground Monitor Station), MRS (Monitor and Ranging Station), MCS (Master Control Station) 그리고 NCS (Network Communication System) 으로구성된다. GMS는 WAAS의 WRS 와동일한시스템이다. GMS는 GPS 위성으로부터신호, 그리고 MTSAT 로부터보정정보를수신하고, 그데이터를 MCS 로전송한다. GMS 는또한정상적으로수신되지않은자료의적격심사기능을가지고 있다. MRS는주로 MTSAT 위성궤도결정을위해사용될것이다. MRS 는또한 GMS 기능들을가지고있다. 장기선에 MSAS를이용할수있도 록하기위해 MRS 한대는 Hawaii에설치되었고다른한대의 MRS는 Australia 에설치되어왔다. MCS는 WAAS의 WMS 과동일시스템이다. -41-

56 MCS 는시스템을감독하고통제할수있다. MCS는 GMS와 MRS 로부터전송된자료를분석하고, 차분보정량 (differential corrections), GPS와 MTSAT 궤도와전리층지연보정량을 생성한다. 그리고이런자료를사용해서, MCS는시스템무결점을판단 한다. MCS는모든 MSAS국간의디지털전자공학인터페이스를가능하 게해준다. NCS는 GMS-MCS, MRS-MCS와 MCS-MCS 간의모든결 합을위한잉여값을제공한다. < 그림 3-11> MTSAT와 INMARSAT 위성의서비스지역 -42-

57 < 그림 3-12> MSAS 시스템구조 아시아/ 태평양국가는 MSAS를사용해서 SBAS 를수행할수있다. 또한아시아/ 태평양지역이 INMARSAT(International Marine Satellite Organization : 국제해사위성기구). system, 즉 WAAS, EGNOS에의한 SBAS 를수행하는것이또한가능할것이다. 항공기에충분한 GPS 보정 정보를제공하기위해, MSAS와다른 SBASs (WAAS, EGNOS) 는일정 한수의 GMS 를필요로할것이다. 각주(State) 에서요구되는 GMS의 수와위치는항법서비스요구수준에따라다르다. 일본항공국(JCAB) 은오스트레일리아와하와이에 MRS 들을, 위에서 언급한일본에 4개 GMS와 2개 MCS 를설치했으므로, 아시아/ 태평양국 가는다른 SBASs보다적은수의 GMS로 MSAS 를수행할수있다. 대부 분의아시아/ 태평양지역은 2개 MTSAT 로피복되므로, 무결점과가용성 이아시아/ 태평양지역내에서는다른 SBAS 들보다더높다. -43-

58 각 SBAS (WAAS, EGNOS와 MSAS) 는다른것과관련이없는반면 에, 전세계에걸쳐국경없는 SBAS 서비스를구현하기위해, 3개 SBASs 상호간가용성은사용자와서비스공급자양자에중요하다. MSAS는미 국의 WAAS와유럽의 EGNOS 양자와상호이용할수있도록설계되어 있다. 모든이시스템들은 RTCA MOPS (DO-229B) 와쉽게연계된다. 결론적으로, 일반항법항공전자공학이 3개 SBAS 시스템에사용될수 있다. 이런목적을달성하기위해, JCAB는 1997 년이래미국, 유럽그 리고캐나다가설립한 SBAS Technical Interoperability Working Group (IWG) 에참여해오고있다. 각 MTSAT의항공우주임무는 10년의서비스수명을가지도록설 계되었고, 부가적인 MTSAT들은현존 MTSAT들을대체하기위해규칙 적인일정으로발사될것이다. 결국, MTSAT 시스템은향후미래를대 비하여위성들과지상시스템을포함해서, 이원으로운영되고있다. MTSAT-1은 2003 년초에발사되었고, MTSAT-2는 2004년봄에발사 되었다. 다음의 MTSAT의전체시스템통합과 MSAS 의인증작업뒤에, MSAS는 2004 에, 단독 MTSAT로 1 단계운영을시작했다. 두대 MTSAT를이용한 2단계운용은 2006 에수행될예정이다. MSAS 지상시설물설치작업은완료되었다. 이런이유로, 일본항공 국은 2001년 2월 GPS 데이터수집목적그리고분석목적으로지상시스 템을운영하기시작했다. GPS 자료수집, 특별히전리층자료는 MSAS의 미래운영을위해중요하고유용하다 11). -44-

59 3.3.4 GAGAN ( 인도) GAGAN 시스템은중궤도에서운영중인 2 개의핵심위성시스템, 즉 GPS와 GLONASS 를이용한다. 민간비행을포함한민간분야사용을위해 운영중인두위성시스템들이제공하는측위서비스들은항공항법서비스 의정확도, 무결점, 가용성그리고연속성등의성능요구조건을만족시키 지못하고있다. 즉서유럽과동일본중간에위치한인도공역(air space) 은매우 중요한위치를점유하고있으므로, EGNOS와 MSAS의적용범위사이의 빈공역을채워주고동에서서로그리고그역방향에대해서항공기의 연속적항법을용이하게할수있는시스템이필요하다. < 그림 3-13>WAAS,EGNOS,MSAS와 INSAT항법페이로드의서비스 범위 12) -45-

60 GAGAN(GPS /GLONASS And Geo-Stationary Augmented Navigation) 은사용자에게인도공역에대한커버리지를제공할것이다. 인도에의해제어되는 GSAT-4 위성의인도페이로드(Indian payload) 를이용한 Indian augmentation은전략적사용자가이용할수있는위치 정확도에대한일정한감독과유연성을제공할것이다. 인도는세계에서 연속적 SBAS 제공측면에서중요한역할을수행할것이다. 향후, 인도는 아시아/ 태평양지역에서인접국가 SBAS 서비스를공급할것이다. 인도 국가는 3가지측면에서 SBAS의완전한운영을위한계획을제시하고있 으며, GAGAN은 2008 년에가동될것이다. 13) < 그림 3-14> TEC(Total Electron Content) stations -46-

61 3.3.5 GRAS GRAS(Ground Regional Augmentation System) 는사용자가지상 에설치된송신기로부터직접정보를수신함으로써 GNSS 보정서비스를 제공하는시스템이다. 이렇게하여약 370 Km (200NM) 의지리적범 위에대한연속적서비스수용이가능해진다. 지상부문은망으로서로연 결되어있다. GRAS는수직유도기능등을포함한모든비행관련분야에서 GNSS(GPS, GLONASS, 그리고 GALILEO) 를지원한다. GRAS는 SBAS( 예, EGNOS, WAAS, GAGAN 그리고 MSAS) 와 GBAS 에대한보완시스템이라고할수있다. GRAS는서로커버리지가 중복되는다중기준국으로구성된다. 그러나서비스공급자는시스템운 영에필요한지상시설물의기술을보유하고있어야한다. 국지적으로유 용한보정시스템을이용함으로써 GBAS 메시지요소들의하부집합 (subset) 을사용할수있다. 비행분야가발달함에따라서, GRAS 솔루션 은서로다른기종의기준국의지속적인이용을위해시운전지원 (auto-tuning) 이가능하여야한다. < 그림 3-15> GRAS 개요도 -47-

62 3.4 위성기반보정시스템의활용 우주기술은승객과화물의운송의안전을극대화에크게기여하고있는 것으로여겨진다. EGNOS 시스템은항공기, 선박, 열차그리고다른형태의 수송시스템에사용에용이한항법신호를제공한다. 미국의 WAAS 그리고일 본의 MSAS 와같은다른시스템들은항법에만독점적으로사용될것이다. GPS 는특유의정확한위치탐색기능으로항법시스템에서놀랄만 한성능을보이고있으며, 이는위치탐색기능이정확하므로자동차위 치탐색응용분야에도적합하다. 일본의경우항법시스템에서이용되는반면, 미국에서는자동차관 련분야에서사용되어주로긴급구조서비스에서이용될것으로예상되 며자동차제조업체들은 2010년까지 GPS를탑재한엔진을자동차에 이용하여위치탐색이가능할것으로예상하고있다. 이미항법시스템은 도로안내, 긴급구조서비스시스템이선택사양으로제공되고있는데, 포드 자동차의 RESCU 나제너럴모터스(GM) 의 OnStar 가그좋은예이다. 그 리고미국의시카고, 샌프란시스코, 신시내티, 프레스토, 덴버등의지역 에서는긴급구조차량의신속한대응을위해 GPS 를이용하고있으며, 장거리운송회사, 열차나버스회사같은공공수송기관, 우편배달회 사의선박관리에도 GPS 가이용된다. - - 항공분야 해상분야 어업 항법, 군사, 교통관리, 해상부두운영, 재난관리, 해안탐구와개발, 육상운송분야 다양한잠재응용분야 시간기준 -48-

63 제4 장국내외DGPS구축및활용현황 4.1 국내 DGPS 현황 국내에서 DGPS서비스는아직까지는해양수산부에서하고있는서 비스가유일하다. DGPS서비스를하고있는해양수산부의비콘 (Beacon) DGPS시스템은운영현황은 1 개소의통제국(Control Station) 을겸하는중 앙관리사무소, 해안기준국(reference station) 11 개소, 내륙기준국 6개 소, 및 8 개소의이용범위감시국으로구성되도록되어있다. 이들중중앙 관리사무소만이유인으로운영되고, 지역 DGPS국및이용범위감시국으 로무인으로운영되고중앙관리사무소에의하여원격감시제어된다. 14) 오는 2007년까지오차범위 1m 이내위치확인서비스를실현할 전 국위성항법보정시스템 (N-DGPS : Nationwide-Differential Global Positioning System) 이용을활성화하기위한 해양용 DGPS의전국망 화(N-DGPS) 사업 을추진하고있으며향후전국토( 육지+ 바다) 를덮는 위치확인용통신망이구축될전망이다 해양수산부비콘 DGPS 기준국 기준국은정확한기준점에 GPS안테나를설치하여각각의 GPS위성 신호를수신하여측정된거리와알고있는거리를비교후그오차값을 보정하여 RTCM 포맷형식에따라이용자에게보정값을방송한다. 또한 14) 이회재극동아시아기준국들의커버리지예측에관한고찰석사학위논문한국해양대학교대, DGPS,, 학원, 2000, pp

64 GPS 정상유무를이용자들에게알리는무결점기능을수행정확한기준 점에 GPS안테나를설치하여각각의 GPS위성신호를수신하여측정된 거리와알고있는거리를비교후그오차값을보정하여 형식에따라이용자에게보정값을방송한다. RTCM 포맷 비콘 DGPS 기준국은중파(283.5kHz~325kHz) 의 MSK 변조송신국 으로구성되며작동시에외부와의통신망이단절되어도독자적으로운 영되는독자운영방식(stand alone system) 을택하고있다. 지역 DGPS국 의장비는중파송신안테나를제외하고전부 2중화하여중복성 (Redundancy) 확보에의한가동률의극대화를도모하도록되어있다. 기준수신기는 L1, L2의 2 파를수신할수있고, C/A 코드의의사거리측 정이가능하며 L1 및 L2의위상측정이가능하고 AS(Anti-Spoofing) 가 작동하면 L1/L2의이차주파수의위상비교로모호성을해결할수있도록 되어있다. 방송메시지( 방송타입 3, 5, 7, 9, 16) 는 RTCM포맷 9를기준으로 하고전송속도는 MSK 200bps를기본으로채택하고있으며출력은 300W 이다. 경보수신기는표준측위서비스(SPS; Standard Positioning Service) 용 12채널 2 대로구성되어있으며수신감도, 측정정밀도, 환경조 건등에서 RTCM SC-104 RSIM 버전 1.0 의규정을만족하게되어있다. 위치정밀도는수평의경우 25cm 1 시그마, 수직은 70cm 1 시그마, 3D는 1.4m 3 시그마이다. 지역 DGPS 기준국을위한전원은 2 중화( 제1차전원및 2 차전원) 되어있고낙뢰방지트랜스등이설치되어있다. 해안기준국은소청도, 팔미도, 어청도, 소흑산도, 마라도, 거문도, 영도, 호미곶, 울릉도, 주문진, -50-

65 저진등총 11 개등대부지내에설치되어있다. 또한내륙기준국은무 주, 영주, 평창, 선산, 청원, 춘천등 6 개소가설치되어있다. < 그림 4-1> 은해양수산부 NDGPS 전국망구성도를지도에나타낸것이다. < 그림 4-1> 해양수산부 NDGPS 전국망구성도15) 감시국(integrity station) 15) 자료: 해양수산부위성항법중앙사무소,

66 감시국은정확히알고있는지점에 DGPS수신기를설치하여위성오 차보정신호가한계치를벗어날경우와위성신호이상시경보메시지를 중앙사무소에전달및 GPS 기준점으로활용하는데현재해양수산부감 시국은옹도, 말도, 홍도, 가사도, 당사도, 소리도, 서이말, 죽변등총8곳 이운영되며등대의경내에둔다. 감시국에는 283.5kHz 325kHz 까지 의주파수를 100Hz의대역폭으로 10 v/m 150 v/m의범위내에서 ±1.25dB 까지측정할수있는전계강도측정기가구비되어있다 중앙관리사무소 전국 17개소의지역 DGPS 기준국및 8개소의감시국을원격감시 통제하기위하여대전부근에중앙관리사무소를두고있다. 중앙관리사무 소는현용및예비의워크스테이션급컴퓨터가중심이되고이중전원장 치, 공조설비, 근무자사무실등으로구성되었다. 중앙관리사무소의임 무는지역기준국및감시국에서통제국으로향하는모든통신문을실시 간으로접수하고, 이에상응하는지시문을작성, 송신하며, 운영자의의 지에따라지역기준국및이용범위감시국의상태를순차원격감시하 며, 기타예정된 DGPS 이용불가계획, 이용불가위성의계획등을별도 편집하여이용자의요구에따라배포하는등의임무를수행하고, 정기순 회에의한무인국의순회정비관리를맡고있다. 다음 < 그림 4-2> 는중 앙관리사무소에서모니터링하는기준국보정정보및 여주는화면이다. DGPS 오차보 -52-

67 < 그림 4-2> 기준국보정정보및 DGPS 오차예시 -53-

68 4.2 국내 DGPS 활용현황 본 2절에서는다양한분야에서이미 DGPS를활용하고있는응용사 례를살펴봄으로써실제향후활용및접목하는데참고하고자한다. 16) 도로선형정보의실시간구축에활용 도로선형정보의실시간구축을위한연구에서실시간 DGPS 측위가 가능하도록 Beacon 수신기가연결된트림블(Trimble) 사의 GPS 수신기 1 조와 KODEN사의절대측위용 GPS 수신기 1조를각각구성하여차량 지붕에두수신기의안테나를인접설치한후주행도로에대한절대및 보정된 GPS 위성자료, 절대측위및 Beacon DGPS 측위에의한출력결 과를동시에획득한다. 실시간 DGPS 보정신호는해양수산부위성항법중앙사무소가국내에 설치 운용중인 11개의기준국중팔미도기준국의 RTCM-104 보정신호 를활용한다. 절대측위용수신기및 Beacon DGPS 수신기로부터동시 에획득한 NMEA-0183 형식의실시간도로선형정보를경도, 위도및고 도성분별로비교 고찰하며각기제조회사가다른수신기간실시간절대 측위로부터 NMEA-0183형식으로출력된두가지도로선형을비교검토 하여수신기간측위특성및팔미도기준국및차량에서수신된 GPS 자 료간의후처리에의한선형정보를각각벳셀타운체상의중부좌표로변환 한후, 수치지형도상에전개하고특정구역을선정, 3가지선형을비교 16) DGPS 이용사례집제1권 2 호, 해양수산부위성항법중앙사무소, 2005년 4월 -54-

69 고찰하여 Beacon DGPS에의한실시간도로선형정보구축의효용성을 검토한결과는다음과같다. Beacon DGPS 의효용성을검토하기위한장소는인천광역시연수 구연수1,2 동소재, 약 5Km 구간의사각형도로망( 편도 2~3 차선) 으로서 도로주변환경은전체노선에신호정지구간이 23개소설치되어있고 10 층높이의아파트단지와신흥상가들로구성된교통량이빈번한곳이 다. 가. 수신기종별실시간절대측위비교 DGPS 수신기를 DGPS 보정신호없이실시간절대측위모드로설 정하여동일조건에서획득한도로선형궤적을 1:1,000 수치지도상에 중첩시켜도시한것이 < 그림 4-3> 으로두종류의수신기로부터획득한 두세션의실시간절대측위의선형정보를기존수치지형도상의선형과 비교하면비교적양호한근접성을가지나회전부및고층건물과아파트 밀집지는위성대수의감소에따른 DOP(Dilution of Precision : 정밀도 저하율) 의불량및신호의순간단절등이복합된결과에기인한것으로 판단된다. 실시간절대측위만으로도측위정확도가비교적양호하게나타난 것은 2000년 5월3일 SA 해제로인하여 SPS의측위정확도가현격히 향상되었음을입증한것으로 SA 해제의효과도확인할수있었다. -55-

70 < 그림 4-3> 실시간절대측위선형궤적( 세션 2, 세션 3) 나.BeaconDGPS와실시간절대측위의선형궤적비교 다음 < 그림 4-4> 은 RTCM 보정신호를이용하여 Beacon DGPS 수 신기로부터획득한도로선형궤적을 시한것이다. 1:1,000 수치지형도상에중접시켜도 < 그림 4-4> Beacon DGPS 에의한도로의선형궤적( 세션 1, 세션 4) 실시간절대측위에서의과대편차가 Beacon DGPS 보정에의하여 -56-

71 상당부분보정되었고기존수치지형도의선형에매우근접한결과를 나타내었지만회전부및고층아파트밀집지역은편차가남아있다. 이들 은 Beacon 신호의두절(RTCM lost), 보정신호의시간지연(latency), 관 측위성수의변동과 DOP 의변동, 보정신호의 SNR(Signal to Noise : 신호대잡음비) 에따른영향이주원인으로판단된다. 다. 후처리와의비교 Beacon DGPS 신호와비교할때전시험구간에서기존수치지형 도의궤적과매우근접한결과를나타낸다. 다만과대편차가나타난부 분은팔미도기준국의위성신호수신조건과는다른환경즉, 위성신호의 수신방해로인한신호두절이나타난부분을포함한것으로 DGPS 관 측자료의후처리결과는축소된그림상에서명확한구별은어렵지만기 존도로와의근접성이실시간 다 DGPS 보다전구간에서양호하게나타났 이연구에서는해상용 Beacon DGPS 서비스에국한하여 2종의수 신기로실시간절대측위및 Beacon DGPS에관한비교적제한적으로 수행하였지만향후, 내륙지역에 Beacon 기지국을증설하거나국내상시 관측소를활용한좀더향상된 DGPS 운영체계(N-DGPS) 로발전시킨다면 각종지형정보의구축은물론항법분야의응용에큰활력소가될것으 로기대된다. 지형공간정보의획득은신속, 정확하면서동시에경제적인 첨단기술에근간되어야한다. 결과적으로저가의위성신호및보정신호용수신기만으로도일반적 인지형정보의구축및관리에효율적으로활용할수있음이입증되었으 며도로의선형정보획득과항법응용을위한 Beacon DGPS 측량기법의 -57-

72 효용성을검증하여, 향후 DGPS에의한각종지형정보의구축의가능성 을제시하였다 DGPS 를이용한어장관리 강화군의어업관리팀에서는양식및공동어업면허허가등많은업 무에 DGPS 를정밀측위정보를이용하고있다. 또한, 양식허가건수는 월기준총 52건에 538 헥타르에이르고있으며, 허가면적관리 에도 DGPS 정밀측위정보를이용하고있는실정이다. 또한, 해양수산팀 에서는내수면어업허가및지도관리에도 DGPS의정밀측위정보를이용 하고있다. 가. 어업면허의신청 어업면허를신청하기위하여제출하여야하는 < 그림 4-5> 수면의 위치와구역도는편리하게 DGPS를활용하여얻은좌표를이용하여작 성할수있으며, 면허받고자하는수면의경계와다른어업권의어장과 의경계또한신속하고정확하게파악할수있다 -58-

73 < 그림 4-5> 수면의위치와구역도 DGPS 수신기가없을경우 GPS수신기를이용하여허가신청어장의 좌표를측정한후어장관리프로그램에입력하여보정정보를후처리하게 되면정확하게이용할수있으며, 면허받고자하는수면의경계와다른 어업권의어장과의경계도확인할수있다. GPS 좌표값에보정정보적 용은어장관리프로그램에좌표값입력시 GPS로부터얻는좌표값을후 처리를통해보정하면더욱정확한좌표를얻을수있다. GPS 또는 DGPS 미사용시어장의위치를레이더나육분의등으로 방위각과거리를측정하여 1:20,000 해도에표시한구역의정밀도는현 저하게떨어져어장의위치가허가위치와다르거나어장간경계확인이 명확하지않아민원및분쟁발생이우려된다. 그러나 DGPS를이용할경 우편리하게정확한위치정보를얻을수있어이를사전제거할수있 다. -59-

74 나. 불법어로의단속 불법어로의단속, 적발시에 DGPS 측위정보를이용하여정확하게 위치좌표값을기록하고적발에따른객관적자료로활용하여단속과지 도에철저를기하수있다. 공익상면허어업의정지등으로인한손실발생시어업권자가행정 기관에대한보상청구자료를 DGPS 측위정보를이용하여그위치나규 모를작성 제출함으로서신속 정확하고투명하게처리하고있다. 강화군청 농수산과어업관리팀에서는 DGPS를주요업무에사용하고있으며연안 관리정보시스템과연계하여효율적으로활용하고있다, 타부서및기 관에서도 DGPS의도입을검토하고있어그활용이더욱늘어날것으로 예상된다 해양조사측량및 3차원영상물제작등에활용 해양의개발 이용과보전에해양물리적제반자료를조사하고, 이를 분석하여해양현상을예측하며, 효율적으로서비스를제공하는종합정 보망을구축해나갈계획을가지고있다. 또한국립해양조사원에서는전파의유효범위내에두곳의육상종 국과한곳의해상주국을이용하여주 종국간전파의송수신거리에의해 거리를연속적으로측정하여선위를 Range-Range 방식으로수심의위 치를결정한다. DGPS를이용한위치측정은육상및해상에설치된 DGPS 기준국을통해선박주국에서얻는 GPS 좌표를보정하여선위를 결정할방안을추진하고있다. -60-

75 < 그림 4-6> DGPS 이용해상위치측정 DGPS 를활용한조사측량에는기준점측량, 지형현황측량, 수심측 량및지질조사, 조석관측등이있으며 DGPS 측량을활용현장사진및 침수가능지역지도제작에대한예시는다음 < 그림 4-7> 과 < 그림 4-8> 과같다. -61-

76 < 그림 4-7> 육상지형및해상수심측량활용예 < 그림 4-8> 침수가능지역지도제작 DGPS 를이용한해안선측량시에있어기대되는효과는우선, 정 밀해안선자료확보가가능하며영해기준선획정( 영해기선, 배타적경제 수역(EEZ) 등확정), 행정행위객관적근거마련및통합적연안관리실 현즉, 전자해도, 연안기본도, 해안선변화모니터링등의연안통합관 리및연안정비사업에적절한관리시스템구축을통한통합적연안관리 가가능하다. -62-

77 DGPS, 다중빔음향측심기등첨단장비를이용한해저정밀조사실 시로해상교통량이가장많은주요항만을중심으로안전항해를지원하 고, 해저면을가시화(Visualization) 하여항만관리행정지원을위한정보 생산및측량정보를고부가가치화하여사용자중심의정보를통해 DGPS 및첨단장비를이용한 < 그림 4-9> 와같이주요항만 3차원영상 물을제작하여국가측위정보인프라구축사업의효율적이용으로년간 20억인건비예산절감및항만해저면관리기초정보로 DGPS 측위정보 를이용한준설관리등효율적인행정지원을통해년간 10억예산절감 등의기대효과를가져왔다. 또한항만개발을위한자료로 DGPS 시스템 의활용성을높이고해상교통관제에참고자료로활용하므로해상교통 안전등에이용될수있다. < 그림 4-9> 첨단장비활용 3차원해저영상물결과물예시 -63-

78 4.2.4 DGPS 를활용한매립부지관리 매립지관리공사의기반시설팀에서는 2004년 3월부터 DGPS수신 시스템을도입하여업무에활용하고있다. 매립부지내의도로측량, 시설 물위치측량등에 DGPS 를활용하며, 앞으로계획된드림파크(Dream Park) 사업에관련된측량등의사업부분에서의활용도추진중에있다. 수도권매립지는인천광역시서구검단동및검암동과경기도김포 시양촌면에위치하고있으며, 경위도상으로는동경 북위37 47 지점을중심으로한해안간척지이며서해안김포지구간척지약630만 평에조성된세계최대의매립지로서서울시, 인천시( 옹진군제외), 경기 도(23 개시, 군) 등수도권지역 57 개시 군 구에서발생되는폐기물을매립, 처리하고있다. < 그림 4-10> 은매립지현황도이다. 제 4 매립장 제 3 매립장 제 2 매립장 제 1 매립장 연탄재야적장 시천천 기타시설지역 < 그림 4-10> 매립지현황도 DGPS 를이용한측량시스템도입배경은매립지내에서시행되고있 -64-

79 는각종사업의좌표계의통일과신속하고간편한지형측량을통한부지 활용성의증대및각종사업시행시신속하고정확한측량성과제시에 있다. 특히 DGPS 활용의장점은비전문가도측량가능하다는범용성에 있는데 DGPS 적용하지않을시에는좌표계의다원화로각사업별부지 활용시간섭우려되며부지활용에비효율적일수있는문제점이있다. DGPS 를이용한측량의실례는아래 < 그림 4-11> 과같다. < 그림 4-11> DGPS를이용한측량예시 위그림은 DGPS를차량에탑재하여매립지내의도로측량을실시한 결과를도면위에표현( 청색실선) 한것으로 DGPS를이용한업무시기대 되는효과는좌표계통일, 신속한측점확인및저렴한비용으로현황작 성, 각종사업부지경계의정확한확인으로효율적인부지관리, 측량결과의 신속하고정확한도출, 비전문가측량및시간, 기상, 시통등에구애받 지않는전천후측량등이가능하다는많은장점이있다. -65-

80 4.2.5 공항활주로측량에활용 강원도청주택지적과에서는양양국제공항공항건설준공과관련하 여지적확정측량에주문진기준국 DGPS 후처리데이터정보를이용하여 확인한결과정확한측량결과를얻을수있었으며, 공항관리및건설공 사시광범위한면적과위치에대하여 DGPS를활용하면경제적으로소 요시간과인력절감효과가있을것으로기대된다. DGPS 후처리데이터를공항전체부지면적확인(74 만평), 활주로 위치및길이확인(2,500m 45m), 계류장(40,000 m2) 및주차장 (13,500 m2) 위치및면적확인, 여객청사및화물청사위치확인등에 활용하였다. 정밀측량및 이를통한광범위한면적에대하여적은인력으로신속한 24시간측량이가능하며기상의영향을받지않고정확한 측량이가능하였다 DGPS Beacon 신호를이용한무인항공기 무인항공기는지형적으로접근이어렵거나지상에서파악하기힘든상황을촬영한후정확한좌표와획득한비행영상을지상으로전송함으로써각종감시활동이나과학적인조사등에활용이유용하다. GPS를이용하여항법을할경우비행체위치에적지않은오차가발생하고탑재카메라가바라보는지상목표물의위치를계산할시에는더욱큰오차가발생하는문제점이있다. 또한, GPS의경우고도오차가수십미터이기때문에무인항공기를 -66-

81 운용함에상당한제약이있다. 그러나, DGPS를활용하면위치오차가상 당히줄어들고특히고도오차가 2미터이내로줄어들수있기때문에무 인항공기의야간운행이나실속정지(Stall Landing) 등운용성이획기적으 로증가될수있다. 실험에사용된시스템구성은자동조종컴퓨터가내 장된무인항공기와지상통제장비및 어있다. DGPS Beacon 수신장치로구성되 소형무인항공기에는공간이협소하고탑재중량이한정되어있어 DGPS Beacon 수신기를탑재하기는어려워지상에 DGPS Beacon 수신 기를설치하여위치보정정보가포함된 9번메시지를무인항공기로전송 하고무인항공기내탑재된 GPS수신기에 9번메시지정보를부가함으로 서무인항공기의실시간정확한위치를결정하게되며, 시스템구성도는 < 그림 4-12> 와같다. < 그림 4-12> 무인항공기시스템구성도 무인항공기가이용되고있는분야로는군사용이가장많으며, 산림 및산불감시, 기상관측, 도로나송전탑감시등에사용할수있다. 해상 용으로는적조발생시나기름유출사고가발생하였을시신속하게발생 -67-

82 범위나방향등을예찰할수있어대책을효율적으로세울수있다. 그 리고불법어로감시와밀입국감시등에도 < 그림 4-13> 과같이다양하 게사용할수있다. 무인항공기시스템에 DGPS Beacon 수신기를추가하면항공기의 위치정확도와정찰정확도가크게증가하여운용성이증대된다. 그리고 소형의무인항공기에는 DGPS Beacon 수신기를장착할수없어지상에 설치하여 DGPS 보정정보를무선으로전송하는데향후무인항공기가유 인항공기와같은공역(Airspace) 을사용할경우무인항공기는육안관측 이곤란하므로정확한위치를파악하는것이무엇보다중요한요소가될 것이다. 이때 DGPS 는아주중요한항법장비가될것으로기대된다. 기상관측 / 원격탐사 해안 / 적조 / 불법어로및밀입국감시 고속도로감시 산불감시 / 진화 방재 / 농약살포 /GIS 정보수집 송전탑감시 / 해양어장감시 < 그림 4-13> 무인항공기다양한활용분야 정밀농업에 DGPS 활용 -68-

83 정밀농업에서가장중요하고필요한것은위치정보시스템으로이를 세개의시스템으로분류하면센싱시스템, 지도화시스템, 제어시스템으로 나눌수있다. 정밀농업에서센서에의한토양상태 생육량, 수확량등각 종정보를데이터베이스화하기위해서는측위정보가필수적인데, 수확량 계측콤바인의경우 DGPS 수신기를설치하여센싱시스템에의해정보 를수집하고수집된정보의정확한위치를데이터베이스화하고있는데이를센싱시스템(Sensing System) 이라한다. 지도화시스템(Mapping System) 은센싱시스템에의해수집된정보를데이터베이스화하고조사및분석하기위하여지도제작을실시하는 데, 제작된지도의신뢰성을확보하여제어시스템에활용하고자정확도 를요구하며, 정확한지도제작시 DGPS 수신기를이용하여예산과시간 을절감하고있다. 제어시스템(Control System) 은전산화된지리정보시스템지도와데 이터베이스로위치별작물생육환경정보를처리한후변량형농작업기 계제어및구동하기위한시스템으로정확한제어와구동을위하여 DGPS 측위정보를이용하고있다. 다음 < 그림 4-14> 은수확량계측콤 바인이다. -69-

84 < 그림 4-14> 수확량계측콤바인 레일이동장치의위치보정시스템 정해진레일위를이동하는운반장치( 기차, 크레인, 레일기반장치) 의 위치측정을위해엔코더장치가주로이용되며, 최근 DGPS 활용도가 시화되고있다. 그러나엔코더의경우지반침하, 초기위치, 전원Off 등 의문제로자기위치관리에많은문제점을가지고있으며, DGPS 경우 위성상태, 안테나의흔들림, RF 통신상태, 기지국과거리오차등의문제로 실시간정밀주행에한계가있었다. 많은레일물류이송시스템에서수 mm 이내정밀주행과정지를 요구하는레일운반장치의정밀주행과무인화가가능하도록기존엔코 더방식에일정구간보정신호와전세계적으로보편화된 DGPS Beacon 위치보정방식을사용하여엔코더정밀주행이가능하도록개발활용하 -70-

85 고있다. 레일( 철로) 기반의엔코더기술은가장많이사용되고있는기술로 모든장치에설치되어있다. 그러나레일( 철로) 의경우물류장치의많은 이동에따라레일의마모, 레일의침하, 레일의온도변화에따른오차가 발생되고있으며, 가장큰문제점은레일위를이동하는물류장치의기 준점을찾기가어려워중간지점에서위치를잊어버릴경우물류장치의 위치좌표를알수없다. 레일위의정확한위치는최초출발지점에서출발하여이동되는 위치좌표값을계속유지하고있어야하지만중간지점에서정차에의한 전원Off, 물류장치의이상유무에의한전원Off가발생하면기준점상실 에따른문제점이발생된다. 레일의상태에따른오차를보정하기위해 일정구간의보정신호를처리하고있는경우도있지만기준점을상실한상태에서는보정신호또한무의미한신호에불과하며, 현재항만크레인, 철도화물등의레일기반물류장치는정확한위치파악이안되고있다. 물류장치의위치관리문제를해결하기위해 GPS시스템을도입하고 있으며, 그방식으로 DGPS의 RTK방식을적용하고있으나아직 RTK에 의한위치좌표에는많은문제점을않고있다. 현재 GPS의신뢰도는 95% 이상을보장하기어려운상황에서실시간이동에따른 GPS정확도에 대한신뢰도와위성수신율에따른 5% 신뢰도보장이문제점으로지적 되고있다. 현재기술의실시간위치좌표결정으로는사용자가해결하기 어려운문제점인통신문제, 위성상태, 대기상태, 기상상태등에따른오 류문제로 GPS에의존한정밀주행에대한신뢰도는현실적문제점이있 다. -71-

86 정밀측위를위해 RTK는반드시기지국을세우고유지관리를하 여야하며, 실시간이동에따른 DGPS RTK 위치좌표에대한시스템구 성시좌표산출속도는초당2 회(2Hz) 를넘기어려워빠른주행에따른오 차보정에한계가있다. 특히항만크레인의경우 20~40m 이상의높은곳에안테나가설 치되며, 사람이쉽게느낄수있을정도의흔들림이감지되고있어실시 간이동에따른흔들림, 기울기, 진동에따른오류를추가하기때문에정 밀좌표에따른정지가속에한계가있어차선( 궤도) 위의좌표라하더라 도 GPS 에의존한정확도를보장하기에는어려운실정이다. 차선( 궤도) 이동장치와는달리레일( 철로) 이동장치는레일경로를 따라이동하기때문에위치결정을위하여차선( 궤도) 이동장치보다다 소간단하게구현되며, 더욱정밀한수 mm 이내의위치보정이가능하 다. 시스템구성은엔코더또는 AGSS( 카메라차선감지장치) 에진행구간 의위치값을산출하며, 일정구간표시된표시영상인식과 DGPS Beacon 치를수 보정을통해기준좌표를계산하는방식으로레일이동장치의위 mm 이내로측정하고실시간이동좌표계산이가능하다. -72-

87 < 그림 4-15> 레일이동장치의위치보정시스템구성도 해양수산부에서설치 운영하는 DGPS 기준국의위치정보서비스를 이용함으로 DGPS 기준국설치에대한부담과기준국운영문제를모두 해결할수있으며, DGPS Beacon 수신기를부가하여레일( 철로) 기반 수mm 이내의정확한위치측정이가능하므로무인자동화에경제적으로 활용될수있다. 또한, DGPS 기준국은우리나라내륙전역에서정밀측 위정보를이용할수있도록전국망위성항법보정시스템(N-DGPS) 구축 사업을추진중에있다. 따라서, 전국망위성항법보정시스템구축사업이완료되면일반열 차및 KTX 등에이용하여열차충돌방지및시계불량시안전운행등에 이용될것이다. RTK(Real Time Kinematic) 를이용한정밀주행무인화 의문제점을획기적으로개선할수있고 GPS에의한실시간위치관리의 문제점인위성상태와위성수신율에따른 95% 의 GPS 신뢰도문제를쉽 -73-

88 게해결할수있다. 항만과같은일정영역안에서는가상측지를이용한정밀주행위 치측정이가능하므로별도의측지와같은부가작업을하지않아도되 기때문에매우효율적이며, 물류장치의정확한위치관리는충돌방지 기능에매우효과적으로사용될수있으며근거리(1~2Km 이내) 위치에 서활용되던위치시스템을철도가설치된어떠한위치에서도바로활용 이가능하므로장거리물류이송관리시스템에도매우효과적으로활용 이가능하다 동력수상레저기구조정면허시험채점확인시스템 최대출력이 5마력이상인동력수상레저기구를조종하고자하는자는 해양경찰청장이발행하는조종면허를취득해야하며면허의종류는일반 조종면허(1 급, 2 급) 와요트조종면허가있다. 조종면허를취득하기위해서 는필기시험과실기시험을치러면허를발급받을수있다. 일반조종면허실기시험에있어채점기준은 48개세부내용으로구분 하여평가를실시하고있으나부분항목에서시험감독관의채점평가에 분쟁의요소가있어 DGPS 수신기를이용한모터보트탑재용채점확인 시스템을설치함으로서선박의주행기록을확보하고증명하여시험의객 관적기준을마련하는데이용한다. DGPS를이용채점확인시스템을구축하기위해서는 DGPS기준국과 DGPS 단말기가필요하다. DGPS 기준국은해양수산부에서운영하고있으 -74-

89 며, 일부내륙 산간지역을제외한전국에서 DGPS 보정신호를실시간수 신할수있다. 또한, 산악지역을포함한우리나라전국토에서정밀측위 정보를이용할수있도록전국망 N-DGPS) 구축사업을추진하고있다. DGPS 단말기구성은활용방법과위치정확도에따라다양한성능과 기능으로구성될수있다. 단말기의성능은 DGPS보정수신용 Beacon 수신기와 GPS 수신기모듈성능에좌우된다. GPS 수신기의성능은정밀 도에따라큰가격차이를보이고있으며일반적으로소형선박이나자동 차등에이용되는 GPS모듈은 10 ~ 25m의 95% 신뢰수신기를대부분장 착하고있다. 신뢰도(0m < 95% > 5m) 를요구하는위치산출은 GPS수신기만으로 측지가불가능하기때문에 DGPS 를사용하고있다. 다이내믹 DGPS 위치 3m<95%>5m이내의경우저가의 GPS 수신기활용으로가능하나, 0m< 95%>1m 의성능을요구할경우 GPS 수신기의가격이수백만원에서수 천만원대로성능에따라다양한가격대를형성하고있다. 따라서수 mm, 수십 cm, 1m와같이성능과기술이요구되는활용범위에따라 GPS 모듈을선정하여야한다. DGPS 는전파의특성상장거리통신에유리한중파(300KHz 대역) 대의신호를이용하여 GPS 의정확도를높이기위해사용되고있으며, 현 재국내에서는해양수산부가주관이되어운영하고위성항법중앙사무소 에서그기준국을관리하고있다. 기지국을통해 DGPS 국제표준 RTCM-104 메시지가방송되고있으며수신되는 Beacon 수신기는대부 분수입에의존하고있다. 그러나 2001년국산화개발사업을시작으로 2004년국산화개발완료하여저렴한가격의 Beacon 수신기보급되고 -75-

90 있다. 위치에대한정밀도및성능은 GPS의수신기성능과중파수신기의 성능에의존하고있지만활용에따른기능구현은활용범위와기능에따 라소프트웨어 알고리즘이구현되어차량용선박용과같은기능성제품 으로만들어지고있다. 그러나국내외제품대부분이실시간정밀측지 를요구하는제품출시는연구소, 대학을중심으로연구되고있을뿐실 생활에서적용은신뢰도보장문제로신중을기하고있다. GPS 를이용한제품의경우정확도에대한신뢰성확보가최우선이 므로많은실험과연구를통해증명되어야될것이다. 또한제품화단계 의구성은 LCD기반의 Embedded 제품으로선박용플로터, 차량용네비게 이션등과같이다양한제품으로구성될수있다. 모터보터에 GPS안테 나와 Beacon 안테나를부착하여위성신호와 Beacon수신기를이용팔 미도의 DGPS 보정데이터를수신받아서울상암동실험코스를수회 왕복실험하였다< 그림 4-16>< 그림 4-17>. -76-

91 < 그림 4-16> DGPS 궤적조종면허시험장실험장면 < 그림 4-17> DGPS 반복실험사행궤적실험 -77-

92 1차실험은 1Hz 로셋업이준비되었고, 1Hz 좌표측정은고속주행 시사행상태를정확히측지하는데어려움이발생하였고저속운항시유 속이빨라방위각측정이유속에의한보트흐름으로정확한각도를측 정하는데약간의문제점나타났다. 고속측정시주행각도를어느정도 유지할수있었다. 결론적으로, DGPS에의한 1m 이내신뢰도는보장될 수있으나실험환경에따른대처방법과전용장비에대한연구개발이이 루어지면신뢰도확보가능하며고가의실험장비를대체할수있는중 저가의단말기개발과원격시험감독시스템으로객관적인시험평가환 경가능할것이다. 해양수산부 R& D 사업으로개발된 DGPS Beacon 기술을접목하여 실시간 1m 이내의오차범위주행궤적시스템개발이가능하게되었다. 이 연구에서개발된시스템구축으로조종면허실기시험에대한신뢰성회 복과시험분쟁요소를제거할수있어효율적인시험관리가가능할것 으로보이며시험에대한객관성보장이요구되는시점에서무선통신망 및 DGPS 네트워크를효과적으로최대한이용할수있는방안과더불어 국내에서현재보유하고있는기술수준과효율성을판단하여적은비용 으로현실성있는사업이가능하다. -78-

93 < 그림 4-18> 조정면허시험궤적주행실험 -79-

94 제5 장실험및분석 5.1 DGPS 실험 실험개요 본실험은경지정리지역및임야지역에기존반송파기반 (Carrier phase-based) 후처리 DGPS 와실시간코드기반(code-based) DGPS 측량방식의성과를비교하여지적분야에 DGPS 측량방식의적용가능성 여부를검증하기위한것이다. 현재일반적으로정밀측지용 2주파 GPS 장비는높은정확도를기반으로기준점측량등후처리방식으로사용되 고있지만구입에많은비용이소요되어사용자들이쉽게이용할수없 다는단점이있다. 현재서비스되고있는코드 DGPS방식인해양수산부의비콘DGPS와 SBAS 방식의일종인일본의 MSAS 실험을위해작업환경별( 경지정리 지역, 임야지역) 로실험대상지를선정하였다. MSAS는일본의우주개발사 업단및우주항공연구개발기구가발사한정지위성인다목적교통위성 MTSAT (Multi-functional Transport Satellite) 를이용하여 2005년 6월 28 일에정식운용을개시하였다. 보정데이터수신은 L-Band대응되는수신기로가능하며정도에대 해서는아직알려지지않았으나, WAAS 와같은정도가예상된다. 그리고 한국과중국은 MTSAT 의전파의보정정보수신가능커버리지에속하지 만, 지상국이없기때문에정도는조금떨어질수있다. -80-

95 비콘DGPS 기준국으로부터가까운지역을실험대상지로선정하였으 며또한작업환경별로다양한측위실험을수행하였다. 이를통해본연구 에서는기존도근점성과와비콘 DGPS, SBAS용수신기를이용한코드 DGPS 그리고 RTK-GPS 등으로획득한측위성과를비교분석하여 DGPS 측량방의지적분야활용가능성을검토하고자한다. 이를위해첫째, 실험대상지역에도근점, 행자부 GPS상시관측소 등으로구성된 GPS 관측망을구성하여, 정지측량(Static GPS) 으로도근 점성과를얻었다. 둘째, 해양수산부에서운영중인비콘 DGPS 보정데이 터를이용하여경지정리지역도근점성과를산출하였으며셋째, SBAS 용수신기를이용한도근점성과산출하였다. 그리고최종적으로각측량 방식으로획득한측점성과의정밀도를비교 분석하였다. 기준점( 도근점) 데이터취득은라이카(Leica) 사의시스템 500을사 용하여반송파기반후처리 DGPS 방식으로이루어졌다. 본연구에서관 측된 GPS 원시데이터에대한기선처리및분석은상용소프트웨어인 TGO (Trimble Geomatics Office) 를이용하여수행하였다. TGO로기선 해석및망조정한결과를기준으로좌표성과를분석하였고, 도근점성과 와의비교를위해좌표변환을실시하였다. 관측실험은아래 < 표 5-1> 과같이 2005년 8월 3일김포시학운 리, 8월 5 일, 8월 26일및 10월 13, 10월 18일부천작동일대등총 5 회에걸쳐수행되었다. -81-

96 < 표 5-1> 실험일정및실험대상지 지역 김포 부천 관측일시 관측점 경계점 도근점 도근점 경계점 경계점 사용방식 비콘 DGPS SBAS(SPS) 비콘 DGPS SBAS(SPS) RTK-GPS SBAS( 코드 DGPS) 비콘 DGPS DGPS( 코드 DGPS) 기선해석 ( 망조정 ) 비고 임야( 농경지) 지역도근점 5개에대해 5분간 2회실시 도근점 5개 RTK-GPS 임야( 묘지경계) 지역 임야 ( 묘지경계 ) 지역 실험장비 실험에사용된장비는다음 < 그림 5-1> 과같으며비콘일체형 DGPS 장비와 SBAS 수신용장비를사용하였다. < 그림 5-1> 실험에이용한 DGPS장비사진 -82-

97 가. 비콘DGPS 장비 비콘DGPS 실험장비는 Sokkia사의 DGPS 일체형수신기인 Axis3를 사용하였다. Axis3 는매핑(mapping)/GIS 데이터수집시스템으로서 GIS 데이터를수집할때실시간으로위치를지정하는기능이있다. Axis3은 12 채널, L1 GPS 수신기로 Beacon 신호와위성신호를한 대의수신기와안테나로통합했기때문에기존의제품에서사용되었던 별도의케이블이필요없어사용하는데편리하다. 이제품은 Beacon 신 호, L- 주파수( 대역), WAAS 보정신호등이사용가능하며, 정지측량을 위해 GPS 원시데이터를취득한후, 후처리로성과취득이가능하다. < 그림 5-2> Sokkia사 Beacon-DGPS 일체형수신기 Axis 3 나. SBAS 수신용장비 위성보정시스템인 SBAS 실험에사용한장비는 SBAS(WAAS, EGNOS, MSAS) 신호수신이가능한 CSI-wireless사의 Seres를사용하 였다. Seres는빠른초기화와취득시간을제공하는 GPS 엔진사용하여 약 20 초내에위치를제공하며, 적은싸이즈로휴대가간편하다는장점 -83-

98 이있다. Seres는 12채널 L1, C/A 코드, 반송파위상(carrier phase) 수신이가 능한 GPS수신기이며 SBAS와위성신호동시에획득할수있는통합용 수신기이다. < 그림 5-3> CSI-wireless사 Seres SBAS 수신장비 다. 데이터링크(Data Link) RTK-GPS 측량은일반적으로송신기( 무선모뎀) 의출력에많은영향 을받는다. 본실험에서는보정데이터전송을위해매체는 Pacific Crest 사의 PDL 무선모델을사용하였다. PDL은 2W의 RF출력을갖는무선송 신기로 9V에서 16V 사이의직류전원이사용하며 10km 이상의전송범 위를가진다. 이번실험에서는 RTK(Real Time Kinematic) 및코EM 기 반(code-based) DGPS 보정데이터전송에사용하였다. -84-

99 < 그림 5-4> 보정데이터통신매체(Pacific Crest사 PDL) -85-

100 5.2 임야지역실험(1 차) 경지정리임야지역경계측량 1 차실험대상지역은경기도김포시학운리경지정리임야지역에서 경계측량을실시하였다. 경지정리지역과임야지역을실험대상지로선정 한이유는우선적으로코드 DGPS 방식이임야지역측량( 평판측량) 에적 용가능할것으로예상되었기때문이다. 먼저반송파후처리 DGPS 측량을수행한뒤, SBAS 측위및비콘 DGPS 측위실험을 1 차적으로수행하였다. 현재 SBAS 측위는일반화되 지않아그사용이극히미미한상태이다. 또한이측위방식은국내에서 구축하여서비스하는게아니라일본에서운영하고있는위성기반보정데이터서비스시스템(MSAS) 을이용하기때문에원활한실험을위해서는수신기와위성간의보정데이터전송상태유지가필수요소이다. 이실험은국내에서의선행연구사례가없어실험절차와방법에서발 생할수있는경우를사전에검토하여실험에착수하였다. 아래 < 그림 5-5> 는실험이수행된 8월 3일김포시학운리경지정리지역의 1/1,000 수치지적도를나타내고있다. -86-

101 < 그림 5-5> 김포시학운리수치지적도 우선임야지역의실험에서는 DGPS방식으로경계측량이가능한지여 부를검토하였다. 실험수행모습은 < 그림 5-6> 과같다. -87-

102 < 그림 5-6> Seres(SBAS) 관측모습 그리고, < 표 5-2> 는 SBAS용수신기인 Seres로획득한단독측위 성과를예시한것이다. < 표 5-2> Seres 관측데이터예시 순서 GPS Time(sec) WGS84 위도경도 North East 타원체고

103 다음 < 그림 5-7> 은비콘 DGPS 수신기인 Axis3을이용하여데이터 를관측하는모습을보여주고있으며, < 표 5-3> 은 Axis3 수신기에서획 득한 NMEA 출력파일예시이다. < 그림 5-7> Axis3(Beacon DGPS) 관측장면 < 표 5-3> Axis3 관측데이터예시 $GPGGA, , ,N, ,E,2,04,1.5,13.4,M,17.4,M,3.0,0722*7D2* , ,N, ,E,1,06,2.6,10.4,M,17.4,M,,*52,17 $GPVTG,245.64,T,,M,0.04,N,0.07,K,D*3AD*35,09,05,071,*7836, $GPZDA, ,4,8,2005,00,00*670*6920,K,D $GPGSV,3,2,09 $GPGSA,M,3,01,05,22,30,,,,,,,,,3.7,1.5,3.4*3E3.4*3F2,42,19 $GPGSA,M,3,05,06,14,18,22,30, $GPGSV,3,1,09,01,41,315,54,05,32,048,51,06,19,132,48,09,03,073,*70,072,*7E3,1,09,01,3 9,315,36,05,34,048,45,06,17,134,51,09,05,0769 $GPVTG,80.80,T,,M,0.07,N,0.13,K,D*0D937 $GPZDA,0554 $GPZDA, ,4,8,2005,00,00*6961.3,8.0,M,17.4,M,,*67 $GPGSA,M,3,01,05,22,30,,,,,,,,,3.7,1.5,3.4*3E3E1.8*3E3E -89-

104 5.2.2 임야지역경계측량결과 전체 16점의필계점에대해 GPS데이터관측하여이결과를선으로 생성한후, 해당수치지적도에나타낸것이 < 그림 5-8> 이다. DGPS로관 측한경계선은적색이며각모서리부분의확대화면은 < 그림 5-9> 와 < 그 림 5-10> 이다 m < 그림 5-8> 경지정리지역경계복원측량결과( 적색) -90-

105 1 좌측상단 2 우측상단 2.72m 90cm 5cm 미만 < 그림 5-9> 경지정리지역경계복원측량결과확대도면1 3 좌측하단 4 우측하단 0.65 m 2.51 m 1.08 m 1.19 m < 그림 5-10> 경지정리지역경계복원측량결과확대도면2 위그림에서보여지는것과같이우측상단경계를중심으로수치지 적도에피팅(Fitting) 한결과전체적으로약 1m 의오차를보여주었다. 이 는수치지적도와중첩시어디를또는어떤필지경계를기준으로접합 하느냐에따라달라진다고볼수있다. 따라서이실험결과는전체적으 로현행수치성과에비해많은차이를보이는것으로분석되었다. -91-

106 또한이번실험관측에사용한 SBAS용수신기인 Seres는위성보정 데이터를수신하는데실패하였다. 이는현재일본의 MSAS 서비스커버 리지에한국이포함되지않거나서비스가이루어지지않은것으로보이 며, 그래서, 다음 2차도근점실험에서수신여부를재확인하는작업을수 행하였다. -92-

107 5.3 도근점주위환경별실험(2 차, 3 차) 경기도부천작동에서 8월 5일과 8월26 일두차례에걸쳐기종별/ 작 업환경별관측실험을실시하였다. < 그림 5-11> 은실험지역수치지적도 이며 < 그림 5-12> 는관측도근점 5 곳의위치를나타낸분포도이다. 도 근점의현행좌표는 < 표 5-4> 와같다. < 그림 5-11> 부천시작동실험지역수치지적도화면 -93-

108 < 표 5-4> 관측도근점현행성과 점번호 North(m) East(m) < 그림 5-12> 관측도근점분포도( 부천작동) -94-

109 5.3.1 SBAS용수신기를이용한 GPS 관측실험 여기서는도근점에대해작업환경별/ 기종별로 GPS데이터관측을실 시하였다. 8월 5일에경기도부천시작동에서 2회에걸쳐 5개도근점에 대하여 5분씩 GPS 데이터를관측하였다. 다음그림들은 SBAS용수신기 에대한도근점들에대한 GPS 관측실험모습과이에따른각도근점에 1 차/ 2차 GPS 단독측위성과를도시한것이다. 1 도근점 1 번(DO-1) < 그림 5-13> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 1) -95-

110 DO-1 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-1 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-14> SBAS 용수신기에의한단독측위성과 (1 차/2차도근점 1) < 표 5-5> 단독측위성과분석( 도근점 1) SBAS용수신기 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m -96-

111 2 도근점 2(DO-2) < 그림 5-15> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 2) DO-2 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-2 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-16> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 2) -97-

112 < 표 5-6> 단독측위성과분석( 도근점 2) SBAS용수신기 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 3 도근점 3(DO-3) < 그림 5-17> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 3) -98-

113 DO-3 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-3 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-18> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 3) < 표 5-7> 단독측위성과분석( 도근점 3) SBAS용수신기 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m -99-

114 4 도근점 4(DO-4) < 그림 5-19> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 4) DO-4 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-4 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-20> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 4)

115 < 표 5-8> 단독측위성과분석( 도근점 4) SBAS용수신기 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 5 도근점 5(DO-5) < 그림 5-21> SBAS 용수신기에의한단독측위실험( 도근점 5)

116 DO-5 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-5 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-22> SBAS 용수신기에의한단독측위성과(1 차/2 차, 도근점 5) < 표 5-9> 단독측위성과분석( 도근점 5) SBAS용수신기

117 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 비콘 DGPS 수신기를이용한 GPS 관측실험 비콘 DGPS도위와동일하게 2회에걸쳐 5개에도근점에대하여 5분 씩 GPS 데이터를관측하였다. 다음그림들은각도근점에 GPS 데이터 관측모습및 1 차, 2 차관측결과에대한그래프이다. 1 도근점 1(DO-1) 1m < 그림 5-23> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 1)

118 DO-1 (1 차실험 ) North (m) East (m) DO-1 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-24> 비콘DGPS에의한측위성과 ( 1 차/2 차, 도근점 1) < 표 5-10> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 1)

119 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 2 도근점 2(DO-2) 1m < 그림 5-25> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 2) DO-2 (1 차실험 ) North (m) East (m)

120 DO-2 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-26> 비콘DGPS에의한측위성과 ( 1 차/2 차, 도근점 2) < 표 5-11> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 2) X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 3 도근점 3(DO-3)

121 1m < 그림 5-27> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 3)

122 DO-3 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-3 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-28> 비콘DGPS에의한측위성과 ( 1 차/2 차, 도근점 3) < 표 5-12> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 3) X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m

123 4 도근점 4(DO-4) 1m < 그림 5-29> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 4) DO-4 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-4 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-30> 비콘DGPS에의한측위성과 ( 1 차/2 차, 도근점 4)

124 < 표 5-13> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 4) X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 5 도근점 5(DO-5) 1m < 그림 5-31> 비콘 DGPS 에의한측위실험( 도근점 5)

125 DO-5 (1 차실험 ) North(m) East (m) DO-5 (2 차실험 ) North(m) East (m) < 그림 5-32> 비콘DGPS에의한측위성과 ( 1 차/2 차, 도근점 5) < 표 5-14> 비콘 DGPS 측위성과분석( 도근점 5)

126 X좌표표준편차 Y좌표표준편차수평좌표 2drms 1차실험 2차실험 m m m m m m 코드 DGPS 도근점관측실험 기종별로도근점관측실험결과, SBAS용수신기인 Seres는실험지역 김포및부천에서 MSAS 위성보정데이터수신이안되는것으로판명되 었다. 일본의다목적위성 MTSAT이운영되고는있으나일본소끼아 (Sokkia) 사를통해알아본결과, 지상국의정비를거쳐내년(2006 년) 에 서비스를개시할예정인것으로확인되어, 위성보정시스템을이용한 DGPS실험대신지상기준국을설치하여 5개의도근점에대해코드 DGPS 를실험하였다. 다음그림들은코드 DGPS 측위성과들을도시한 것이다

127 CODE DGPS (DO-1) North(m) East (m) < 그림 5-33> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 1)

128 CODE DGPS (DO-2) North(m) East (m) < 그림 5-34> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 2) CODE DGPS (DO-3) North(m) East (m) < 그림 5-35> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 3)

129 CODE DGPS (DO-4) North(m) East (m) < 그림 5-36> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 4) CODE DGPS (DO-5) North(m) East (m) < 그림 5-37> 코드 DGPS 측위성과( 도근점 5)

130 실험성과를비교하기위해도근점에 2주파수신기인 Leica system 500으로 RTK-GPS 측량을실시하여각도근점의위치좌표기준값으로 사용하였다. 다음 < 그림 5-38> 은 RTK-GPS 관측망이며 < 그림 5-39> 는 RTK-GPS 에의한도근점측량성과를보여주고있다. < 그림 5-38> RTK-GPS 관측망 < 그림 5-39> RTK-GPS 도근점측량결과( 기준값)

131 5.4 도근측량결과및분석 각도근점에대한장비별실험결과는다음 < 표 5-15> 와같으며그 래프로도식하면다음 < 그림 5-40> 에서 < 그림 5-41> 와같다. < 표 5-15> 전체도근점에대한장비별평균및표준편차 평균 (avg.) 표준편차 (std.) X Y X Y Beacon 1차 차 차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS Beacon 1차 차 차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS Beacon 1차 차 차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS Beacon 1차 차 차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS Beacon 1차 차 차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS

132 도근점 vs. X 좌표표준편차 표준편차 (m) Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS 도근점 < 그림 5-40> 5개도근점에대한 X좌표표준편차 도근점 vs. Y 좌표표준편차 표준편차 (m) Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS 도근점 < 그림 5-41> 5개도근점에대한 Y좌표표준편차

133 < 표 5-16> 전체도근점에대한장비별수평좌표 2drms 도근점번호 측위방식 2drms (m) Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS 도근점 vs. 2drms 2drms(m 도근점 Beacon SBAS(SPS) CODE DGPS < 그림 5-42> 5개도근점에대한수평좌표 2drms

134 5개도근점에대한평균수평좌표 2drms는비콘 DGPS는 4.2m, SBAS(SPS) 는 1.39m, 코드 DGPS는 0.74m 을보였다. 다음그림들은각 장비별 GPS 측위를통해얻은각도근점에대한위치좌표를 RTK-GPS 관측결과를중심으로도시한것이다. RTK-GPS에의한각도근점의위치좌표는선이교차하는점이여기에해당한다. North (m) DO-1 Beacon1차 Beacon2차 SBAS(SPS) 1차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS East (m) < 그림 5-43> 전체측위성과 ( 도근점 1)

135 DO-2 North (m) Beacon1차 Beacon2차 SBAS(SPS) 1차 SBAS(SPS) 1차 CODE DGPS East (m) < 그림 5-44> 전체측위성과 ( 도근점 2) DO North (m) Beacon1차 Beacon2차 SBAS(SPS) 1차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS East (m) < 그림 5-45> 전체측위성과 ( 도근점 3)

136 DO North (m) Beacon1차 Beacon2차 SBAS(SPS)1차 SBAS(SPS)2차 CODE DGPS East (m) < 그림 5-46> 전체측위성과 ( 도근점 4) North (m) DO Beacon1차 Beacon2차 SBAS(SPS) 1차 SBAS(SPS) 2차 CODE DGPS East (m) < 그림 5-47> 전체측위성과 ( 도근점 5)

137 도근점에대한 GPS 측위결과, 비콘 DGPS 의성과가가장나빴다. 비콘 DGPS는기본적으로코드 DGPS를수행하는데이번실험에서다른 방식에비해상대적으로가장좋지않은결과를보여주었다. 해양수산부 의중파비콘시스템은주변구조물에대한신호왜곡및간섭현상이발 생하다. 비콘 DGPS에경우 C/A 코드에의한표준 DGPS이고 SBAS용 L1 수신기로보정데이터를수신하여측위한기법을 C/A-L1 sm(smoothing) DGPS라볼수있는데 Epoch별좌표편차는도근점4에경우약 17cm의 편차를보여단순히코드만을이용하는경우에비해월등히우수한결과 를나타내었다. 이번에실험한도근점의환경은 4번도근점을제외하고 수신환경이양호하지않은조건을가지고있었다. 비콘 DGPS 경우보정신호불량시 C/A 단독측위및 L1 carrier에 의한결과보다도현저히떨어지는결과가나왔다. 특히이번실험에서비 콘 DGPS 의경우거리에따라가용성크게저하되었다. 보정신호수신이 안되는경우단독측위를수행하게되는데이때정확도가수십 m에달하 였다

138 5.5 임야지역( 묘지측량) 적용실험 도근점실험결과를분석해보면비콘 DGPS C/A-L1 sm(smoothing) DGPS 의성과는상대적으로좋은성과를보였다. 전체관측도근점평균 수평위치오차가 0.74m로실험에사용한도근점의실험환경을고려할때 어느정도활용가능한정도를보여주었다. 이에본연구에서는경기도 부천시작동주변야산에서묘지경계측량(2005년 10월 13 일) 을하였 다. 실험현장 도근점 3 번 (DO-3) < 그림 5-48> 실험현장지적도 실험방법은도근점실험에활용했던도근점(DO-3) 을기준점으로한 임야지역( 묘지) 의경계점정확도를비교하였다. 비콘 DGPS와 SBAS용 수신기를이용한 DGPS( 이하, 코드 DGPS) 그리고기준값으로사용된도 근점에정지측량을수행하여도근점 (DO-3) 의위치를, 행정자치부가운영 하고있는 GPS 상시관측소 3점을활용하여기선해석을실시하여좌표값

139 산출을하였다. 고정점으로사용한행정자치부상시관측소 3 곳은동두천, 인천, 양 평관측소로세계좌표는다음 < 표 5-17> 와같으며기선처리등관련처 리화면은다음 < 그림 5-49>, < 그림 5-50> 과 < 그림 5-51> 이다. < 표 5-17> 고정점으로사용한상시관측소 ITRF 좌표 관측소명 B(dms) L(dms) h(m) 동두천 (DOND) 인천 (INCH) 양평 (YANP) < 그림 5-49> 기선(Baseline) 처리화면

140 그리고, 기선처리및망조정후에평면직각좌표와경위도좌표는각 각 < 표 5-18> 과 < 표 5-19> 에포함되어있다. 실험지역 < 그림 5-50> 기준점( 도근점) 정밀망조정

141 < 그림 5-51> 임야지역( 묘지) 현장관측망 < 표 5-18> Point Name 조정평면직각좌표 Northing N error Easting Eerror Fix YANP m 0.000m m 0.000m N E h DOND m 0.000m m 0.000m N E h INCH m 0.000m m 0.000m N E h m 0.533m m 0.531m m 0.006m m 0.006m m 0.557m m 0.400m DO m 0.087m m 0.123m m 0.302m m 0.345m

142 < 표 5-19> 조정경위도좌표 Point Name Latitude N error Longitude E error Fix YANP 37 27' "N 0.000m ' "E 0.000m Lat Long h DOND 37 54' "N 0.000m ' "E 0.000m Lat Long h INCH 37 25' "N 0.000m ' "E 0.000m Lat Long h ' "N 0.533m ' "E 0.531m ' "N 0.006m ' "E 0.006m ' "N 0.557m ' "E 0.400m DO ' "N 0.087m ' "E 0.123m ' "N 0.302m ' "E 0.345m 상시기준점( 동두천, 양평, 인천) 으로부터실험지역의관측점 4개의대 한좌표변환계산결과는다음과같다. ============================================================ 우리나라좌표계와 GPS(WGS84) 좌표계간의변환계산 지적기술연구소, 2001/10/30 VERSION 2.3 ============================================================ 1. 관련정보 1) 지역명등 : 경기도부천지역 2) 측량자 : `2005년 3) 고정점명 : ` 인천상시관측소' 4) 사용기종 : `트림블4000ssi' 2. 입력정보 1) 총점수 :

143 2) 사용점수 : 4 3) 변환변수 : 6 4) 고정변수 : 1 3. 계산처리 1) 변환파라메터 : 4 점을이용하여 6 변환계수를구함. 뒤 1 변수는고정치임. (X0) (Y0) (Z0) (RX) (RY) (RZ) SCALE ) 평방제곱근오차 : * X- 성분 : * Y- 성분 : * Z- 성분 : ) 파라메터오차 (X0) (Y0) (Z0) (WX) (WY) (WZ) SCALE 변환계산결과 1) 삼차원직교좌표계 (DX0) (DY0) (DZ0) (DX1) (DY1) (DZ1) (DXYZ) 인천 동두천 양평 DO * 다음의결과는변환파라메터의결정에활용치 않은점들의계산성과임 ) 경위도좌표계 : WGS84(GPS 성과) / GPS 변환성과 / 현행성과및변환- 현행(") 인천 동두천 양평 DO

144 * 다음의결과는변환파라메터의결정에활용치 않은점들의계산성과임 * WGS84 좌표계와변환성과의차이평균 ( 위도", 경도") : * 변환성과와현행성과간의표준편차 ( 위도", 경도") : ) 평면좌표계 : GPS 변환성과(X,Y,H) / 현행성과(X,Y,H) 및변환성과-현행성과인천 동두천 양평 DO * 다음의결과는변환파라메터의결정에활용치 않은점들의계산성과임 비콘 DGPS와코드 DGPS 로임야( 묘지) 경계 4점에대한측위정확도 를실험하는장면( 그림 5-52~5-54, 5-56, 5-58) 과관측성과( 그림 5-53, 5-55,5-57, 5-59) 를그래프로동시에나타낸결과이다

145 < 그림 5-52> DGPS 측위실험 (001)

146 North(m) CD DGPS Beacon DGPS East(m) < 그림 5-53> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 001)

147 < 그림 5-54> DGPS 측위실험 (002) North(m) CD DGPS Beacon DGPS East(m) < 그림 5-55> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 002)

148 < 그림 5-56> DGPS 측위실험 (003)

149 North(m) CD DGPS Beacon DGPS East(m) < 그림 5-57> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 003)

150 < 그림 5-58> DGPS 측위실험 (004)

151 North(m) CD DGPS Beacon DGPS East(m) < 그림 5-59> DGPS 측위성과( 비콘/ 코드 DGPS, 004) < 표 5-20> 전체측위성과( 비콘/ 코드 DGPS) 점명 DO 방식 X 표준편차 (std) Y 수평좌표 2drms Beacon CD DGPS Beacon CD DGPS Beacon CD DGPS Beacon CD DGPS Beacon CD DGPS

152 X 좌표표준편차 Beacon Code DGPS 4 3 (m) DO Y 좌표표준편차 Beacon Code DGPS 3 (m) DO < 그림 5-60> 표준편차( 비콘/ 코드 DGPS) < 표 5-20> 에비콘과코드 DGPS를이용하여획득한측점들의표준 편차(X, Y) 와수평좌표위치오차가포함되어있다. 그리고 < 그림 5-60> 과 < 그림 5-61> 은 < 표 5-20> 의데이터를보기용이하게그래프로도시 하였다

153 5 수평좌표 2drms 4.59 Beacon Code DGPS (m) DO < 그림 5-61> 수평좌표 2drms( 비콘/ 코드 DGPS) 임야에대한실험결과, 수평좌표 2drms 평균이비콘 DGPS는 m, 코드 DGPS는 2.288m 가나왔다. 결과적으로이번실험의측 지성과로는임야지역에한하여측판측량대용으로사용할수있을것으 로보았으나, 정도가미치지못하였다. 특히실험에서비콘 DGPS의수평좌표가 002와 003을제외한 3곳 에서는아주좋은 0.40m 을보였다. 하지만 003번은 m라는 X좌 표표준편차의과대오차로그성과는매우불량하였다. 과대오차가포함 된 003번점을제외한평균측점들의수평좌표 2drms는 1.45m 로실험 지역의수신환경을고려할때대체로평범한수치를보인반면에기대를 가지고실험한코드 DGPS의결과가과대오차를제외한비콘 DGPS의 수평위치오차보다저조한결과를나타냈다. 5.6 임야측량결과분석

154 임야지역 4점에대한수평좌표 2drms 성과는기존도근에서의코드 DGPS 가보여준정확도와매우다른결과를나타냈다. 이번장에서는 4점 중과대오차를보인 003번을제외한평균수평좌표 2drms 에있어, 비콘 DGPS NMEA 데이터에포함된 Fix( 고정해), SV( 위성) 의수, HDOP(Horizontal Dilution of Precision, 수평위치정확도) 의상관관계를분 석해보고자한다.NMEA 원시데이터내용은 < 표 5-21> 과같다. < 표 5-21> NMEA 원시데이터내용(003) GPS Lat. Long. Fix SV HDOP Time 위표에서 Fix 항목에 2 로표기되어야 Differential GPS Fix가

155 된것으로위표에서는총 75개의데이터중에 6개만 Differential GPS Fix 가되었다. Fix( 고정해) 된 6개의상태를보면수평위치정확도 2이하 인양호한데이터는 3 개에불과하였다. 이는총고정해확률이 8% 에불 과한것으로데이터불량을의미한다. < 표 5-22> 는 001점의 Fix된데이 터의 PDOP 값과위성수를나타내고있다. < 표 5-22> Fix 데이터 PDOP(001) GPS Time(sec) Lat. Long. Fix SV HDOP 일반적으로위성들간의공간이더많으면많을수록수신기에서결 정하는위치정밀도는높아진다. 위성갯수가적더라도위성간의적절한 기하를유지하면 HDOP 값이떨어지겠지만, 3~4개의위성을잡는것보다 는위성을많이잡을수록사이가먼위성을잡을확률이커지고서로의 오차를보정하게되어서 HDOP 수치가떨어지고정확도가높게된다. HDOP 수치는 0에가까울수록좋으며 2 보다적으면매우우수, 2~ 3 값을가지면우수, 4~5 값을가지면보통, 6 이상이면오차가커서정 밀측위에부적합한것으로판정한다. 다음 < 표 5-23> 은각점에서의 Fix 율이며 < 그림 5-62> 는 Differential GPS FIX율을그래프로나타낸것이 다

156 < 표 5-23> Differential GPS FIX 수 (Beacon DGPS/ 코드 DGPS) Beacon DGPS 코드 DGPS 수신데이터수신데이터 FIX( 고정해) 수수 FIX( 고정해) DO Differential GPS FIX Beacon Code DGPS Fix 율 (%) DO < 그림 5-62> Differential GPS FIX 율그래프(Beacon DGPS/ 코드 DGPS) 전체적으로비콘 DGPS와코드 DGPS의결과가대해수신된 NMEA 데이터내용에 SV와 HDOP 간의상관관계를표로그래프로나타내면다 음 < 그림 5-63> 와같다. 그래프는각점에대한 Fix( 고정해) 로처리된 데이터의 SV 대 HDOP에대한관계및수평좌표 2drms를보여주고있 다. 그래프에서 HDOP의수치가매우양호한상태를나타내는 2이하일

157 때 SV의개수는 6개이상을가지며 SV의개수가 4이하일때는 HDOP이 6 이상으로오차가커서정밀측위에부적합한경우이다. < 그림 5-63> SV, HDOP, 2drms의상관관계 다음 < 그림 5-64> 는 003번에대한 SV대 HDOP의상관관계와위치 좌표의밀도를보여주는그래프이다