지형정보공학및실습 (8 장 ) GPS 측량 상지대학교지형정보연구센터 http://gis.sangji.ac.kr
GPS 의개요 GNSS 의개요 - 미국의 GPS 와러시아의 GLONASS 등과같은전세계적위치정보서비스시스템 - 지상수신소에서는최소한 4 개이상의위성신호를받아 100m 이내의위치정보와나노 - 초단위의시각파악 - 위성의위치와항법정보 ( 위성시계, 전리층모델, 위성궤도요소, 위성상태등 ) 를기반으로사용자의현재위치결정 ( 삼각법이용 ) GNSS 국외현황 - G P S : 미국 ( 국방성 ) 에서 1973 년부터운영, 고도 20,180Km, 위성수 24 기 ( 현재 27 기운용 ) - GLONASS : 러시아 ( 국방성 ), 1982 년위성발사, 위성수 24 기중현재 17 기운용, 고도 19,100Km - GALILEO : 유럽연합, 1999 년사업착수, 2008 년 36 기위성운용목표, 고도중고도
GPS 의개요 GPS(Global Positioning System) - 위성전파를이용한위치측정시스템으로전세계를포괄 - 공식명칭 : NAVSTAR(NAVigation System with Time And Ranging) GPS - 미국정부가 1970년대군사목적으로개발 - 고도 : 20,200km, 회전주기 : 약 11시간 58분 (1/2항성시) - 어디에서나기상에관계없이 24시간위치결정가능 - 시통확보와관계없이측량가능 - GIS 데이터의실시간취득 - 고도의정확성및신속성확보 - 컴퓨터와통신기기의결합 : 다양한응용분야창출
GPS(Global Positioning System) 역사 Transit System(NNSS) - 개발시기 : 1950년대후반 ~ 1960년대초기미해군에서개발 - 개발목적 : 위치 / 측량및군함항해체계마련 - 활 용 : 1964년가동, 69년에민간에공개 DNSS(Defense Navigation Satellite System) 및 NTS-2 - 개발시기 : 1973년미국방부 ( 해군에서개발 ) - 내용 : Timation + 621B 통합 - 발전 : Navstar(Navigation System with Timing And Ranging) GPS로발전 - 내용 : 위성을이용한항법이론의타당성검증 - 78~85년까지 11기의미션 I 위성발사 - 84년 KAL-007기격추이후 GPS 정보의일반인에공개 - 89~90년 : 미션 Ⅱ 위성 (9기), 90~97년 : 미션ⅡA 위성 )17기) - 97년 ~ : 미션 ⅡR 위성발사
GPS(Global Positioning System) 역사 미국의 GPS 개발정책 - 1991 년 9 월 SPS 서비스 -- 향후 10 년간무료사용허용 - 1992 년 9 월 ICAO( 국제민간항공기구 ) 와 91 년의선언을확인하고, SPS 를변경할경우최소 6 년전에통보할것을약속 - 1993 년 12 월초기정상가동 (ICO : Initial Operational Capability) 선언 24 개의 GPS 위성군완성 (Block I / II / IIA) 에따라 SPS 실시 - 1995 년 3 월미국클린턴대통령의선언 : GPS 신호를국제사회에제공할것을공표 - 1995 년 4 월정상가동 ( FOC : Full Operational Capability) 선언 24 개의 Block II 와 IIA 위성이정상운행, 군사용기능실험종료 - 1996 년 3 월 GPS 에관한미국대통령선언 : 10 년이내에 SA 의중단 - 1997 년 2 월미국부통령은민간용제 2 의반송파서비스에관한계획선언 ( 민간용 L5 반송파서비스 ) - 2000 년 5 월 1 일 : 미국대통령의 SA 의해제발표
GPS 의구성 Global Positioning System - 범지구측위시스템 - 선박, 비행기, 자동차등의운송수단이 지금어디에위치하고있는가를확인이가능한시스템 - 미국국방성에서개발한군사위성 - 위성의전파를수신하는시스템
GPS 의구성 인공위성 - 사용자가위치를알기위해필요한데이터를전파에실어서발신 지상제어국 - 위성의궤도계산과위성이발신하기위한데이터를위성에송신 사용자 - 수신기를사용하여좌표와상대위치를구한다.
GPS 지상제어국 HAWAII COLORADO SPRINGMCS KWAJALEIN ASCENSION DIEGO GARCIA
GPS 의측량 GPS 에의한관측 - 단독측위 - 수신기1대로좌표측정가능 ( 위치를알수있음 ) 위치의정도 : 수 m~ 수십 m - 이용분야선박, 비행기, 자동차, 레저자신이어느도로를주행중인가어느위치를보행하고있는가확인이가능
GPS 의측량 GPS 에의한관측 - 상대측위 - 수신기 2대이상으로동시관측 위치의정도 : 수 mm~ 수 cm - 이용방법정밀측량측정 & 계측 - 이용분야 지각변동, 기준점측량, 공사측량등 dx, dy, dz
위성의신호수신 위성의추적 - 위성을추적하기위해서는수신기내부에서위성과동일한 PRN코드를발생한다. - 코드가일치할때까지코드를이동한다.( 상관 ) 위성의추적 - 많은위성이같은반송파의주파수로운용. - 신호대잡음비 (SNR) 를양호하게가능. - 위성과의거리측정이가능. 데이터를 LOCK 하여디코드한다. 위성에서 지상의수신기에서
거리측정 거리 = 광속 X 시간 - 거리 = 위성까지의거리 (RANGE) - 시간 = 위성에서수신기까지의신호의도달시간 * 신호가위성을출발한시각은? * 신호가수신기에도달한시각은? - 광속 = 빛의속도 수신기의시각
거리측정 위치계산 (1) - 복수의위성과거리를측정하여, 기하학적으로위치를계산한다. - 하나의거리측정은위치가그구면상어딘가있다는것을나타냄 - 위치를계산하기위해서는 4개의방정식이요구된다. - 위도, 경도, 고도, 시간 22,000Km 이구면어딘가있음
거리측정 위치계산 (2) - 3번째거리를측정하면 2개의점을얻을수있음 - 실용상으로위치의결정에는 3개의거리를측정하는것으로충분하다. - 해는우주중에있으며위성이고속으로이동하므로 1개의해는무시해도무방함 3 개의구가교차하는곳에는 2 개의점이된다
GPS 의측량 GPS 오차의종류 - 위성의기하학적배치 (DOP) - 위성의궤도력 제거가능 - 위성시계의흔들림 소거가능 - 전리층에의한지연 소거가능 - 대류권에의한지연 소거가능 - S/A 소거가능 - 멀티패스 장시간관측으로감소 - 수신기시계의흔들림 계산시소거 - 수신기잡음 - 건강하지않은위성 사용하지않음
GPS의측량좌표변환 WGS-84 좌표 한국좌표 WGS-84 BESSEL - 준거기준 WGS-84 BESSEL - 장반경 6378137m 6377397m - 평평율 1/298.2572 1/299.1258 - 높이기준 타원체고 평균해수면 - 실현방법 GPS측량 수평 : 삼각, 삼변높이 : 수준측량 DX DY DZ
GPS 의측량 표고계산 N = h - H 지형 H : 표고 h : 타원체고 N N : 지오이드고 H : 표고 h : 타원체고 지오이드 타원체
GPS 측량의종류 Static Survey( 정밀기준점측량 ) - 시간 : 45분 ~60분 - 간격 : 30초 - 정도 : 3mm+1ppm Rapid Static( 골조측량 ) - 시간 : 20분 ~30분 - 간격 : 5초 - 정도 : 5mm+1ppm Real time Kinematic( 현황측량 ) - 시간 : 실시간 - 간격 : 1초 - 정도 : 10mm
GPS 측량의종류 GPS Mask Angle 0 15 15
GPS 측량방식 후처리방식 - Static 측량방식은현재국가기관에서시행하고있는정밀삼각측량에이용되고있다. - 유사한 Rapid Static 방식은정도가조금떨어지는골조, 도근측량에많이이용되고있다. - 위성수가최소 4 개이상이되어야한다. - 3 대이상의수신기가필요하며, 동시관측이이루어져야한다. STATIC 방식
GPS 관측 GPS Regant 안테나 GPS Legacy-E 수신기
GPS 관측 실시간처리 (RTK) 방식 보정정보 현재위치계산 전자기준점
GPS 관측 TDS 를이용한 RTK (1) 기지점 1 측량 기지국 기지점 2 측량 기지점 3 측량 파라메타생성 실제미지점측량
GPS 관측 TDS 를이용한 RTK (2) - GPS 의기지점에서얻은반송파데이터를미지관측점에전송하여실시간으로고정도의측위를하는측량법 - 측량, 계측등의분야에서많은활용이기대 - RTK 의정도는기지점의좌표가얼마만큼정확한가에달려있다. - 먼저기지국부터셋업을한뒤에, 이동국에대한셋업을한다. - RTK 방식은기지점의보정치를이용하기때문에반듯이기지점의좌표를확인하여야한다.
GPS 관측 표준탑재되어있는 Firmware - RTCM-INPUT RTCM 보정정보를이용한 RTK & DGPS를행한다. 해상 DGPS 이용 ( 해상공사대상 ) 해양수산부가설치한중파비콘 GPS 보정정보서비스 ( 전자등대로선박위치계산에이용 ) - NMEA-OUTPUT RTK DGPS데이터의국제표준 FORMAT NMEA 출력대응 - CMR 각사의 RTK 보정정보 FORMAT의입, 출력대응 ( 고정국 & 이동국양방향대응 )
GPS 관측국내 DGPS 기준국 팔미도 주문진 울릉도 어청도 대전관리국 장기곶 마라도 영도 거제도
GPS 관측 GPS 측량불가능지역 X 수중 X 땅속 X 건물속 X 숲속
GPS 관측위성의배치도 120 120 120
GPS 관측 GPS 관측 Flow 사전답사 관측계획일정 관측계획망도 위성상태확인 장비전검 관측
GPS 관측 GPS 데이터처리 Flow 데이터 Download Data 편집 ( 안테나고 ) Baseline Processing Control Point 입력 Network Adjustment Report
GPS 효율성비교동일현장에서 GPS 와 TS 의작업효율비교 1 급기준점, STATIC 3 급기준점, STATIC 4 급기준점, KINEMATIC GPS 15 2.7 배 GPS 10 1.8 배 GPS 8 3.0 배 TS 40 TS 18 TS 24 0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 0 10 20 30
GPS 효율성비교 GPS 응용분야 측량 & 설계분야 레져, 내비게이션분야 ~ 운송분야 토목 & 건설 (M/C) 분야