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문제 정의
- 이 연구에서는 최근 국토지리정보원에서 구축한 VRS RTK 시스템을 이용한 GPS 측량의 정확도를 평가하였다. 그 결과 VRS RTK 측량과 일반 RTK 측량의 수평 방향 평균 제곱근 오차가 각각 3.
제안 방법
- VRS RTK 측량의 정확도 평가는 3등 기준 점 고시성과를 참값으로 간주하고, 측량 결과 좌표값을 고시성과와 비교하는 방법으로 수행하였다. VRS RTK 측량 결과는 WGS84(World Geodetic System 1984) X, Y, Z 좌표와 GRS80(Geodetic Reference System 1980) 타원체 위 경도와 타원체고, 그리고 TM(Transverse Mercator) 평면 직각좌표로 각각 얻을 수 있다.
- 관측 방법은 VRS RTK 측량과 일반 RTK 측량 두 경우 모두 위에서 기술한 방식으로 동일하게 적용하였다. 결정된 50개 검사점의 측량성과는 편의상 근접한 상시 관측소에 따라 평균 5개 검사점을 1개의 블록으로 분류하여 총 10개의 블록으로 정리하였으며, 각 검사점은 국토지리정보원에서 공시한 RINEX 도 엽 코드(삼각점) 에 따라 명명하였다. 분류된 블록은 그림 3과 같다.
- 그리고 6 회 관측한 결과를 산술 평균하여 최종 측량성과로 결정하였다. 관측 방법은 VRS RTK 측량과 일반 RTK 측량 두 경우 모두 위에서 기술한 방식으로 동일하게 적용하였다. 결정된 50개 검사점의 측량성과는 편의상 근접한 상시 관측소에 따라 평균 5개 검사점을 1개의 블록으로 분류하여 총 10개의 블록으로 정리하였으며, 각 검사점은 국토지리정보원에서 공시한 RINEX 도 엽 코드(삼각점) 에 따라 명명하였다.
- 각 검사점에서의 측량이 시작되면 연속적으로 3회 관측을 실시한다. 그리고 3회 관측이 끝난 뒤 45분이 경과하도록 기다린 다음 다시 3회 관측하여 총 6회 관측하였다. 그리고 6 회 관측한 결과를 산술 평균하여 최종 측량성과로 결정하였다.
- 이 연구에서는 국토지리정보원의 VRS 시스템 구축현황을 소개하고, VRS 기준망 내부 50개 지점에서 VRS RTK 측량을 실시한 결과를 측량 정확도 측면에서 다양하게 분석하였다. 또한 VRS RTK 측량 결과를 일반 RTK 측량 결과와 비교하여 그 효용성을 평가하였다.
- 선정된 50개의 검사점에 대해 VRS RTK 측량과 일반 RTK 측량을 실시하였다. 측량에는 Trimble 5700 수신기 3대와 Trimble R8 수신기 1대를 사용하였으며, 중앙 제어국과의 통신을 위해 SK 통신 CDMA 휴대전화를 사용하였다.
- 이동국에서는 VRS 측량이 가능한 수신기와 중앙제어국과의 통신이 가능한 CDMA 휴대전화를 소지하고 있어야 한다. 수신기에 컨트롤러, 휴대전화, GPS 안테나를 연결하고 휴대전화를 매체로 중앙제어국에 접속한다. 접속이 되면 이동국은 자신의 대략적인 위치를 GPSNet이 작동하고 있는 중앙제어국의 컴퓨터로 전송하는 데 이때 휴대전화를 이용해서 NMEA GGA 메시지를 전송하게 된다.
- 앞서 언급한 삼각망의 크기와 기하학적 형상, 그리고 관측환경의 영향 이외에도 기선거리의 영향과 초기화 소요 시간에 대해서도 분석하였다. 먼저 기선거리와 측 위 오차의 상관관계를 그림 8과 9에 나타내었다.
- 특히 Trimble R8 수신기는 안테나 일체형으로 블루투스 기능을 지원한다. 이 연구에서는 1초 간격으로 15초 동안 관측한 결과를 1회 관측으로 정의하고 아래와 같은 방법으로 6회 측량을 실시하였다. 각 검사점에서의 측량이 시작되면 연속적으로 3회 관측을 실시한다.
- VRS RTK 측량 결과는 WGS84(World Geodetic System 1984) X, Y, Z 좌표와 GRS80(Geodetic Reference System 1980) 타원체 위 경도와 타원체고, 그리고 TM(Transverse Mercator) 평면 직각좌표로 각각 얻을 수 있다. 이 연구에서는 3등 기준점 고시좌표와 측량 결과의 TM 좌표 비교를 통해 정확도 평가를 수행하였다. 즉, TM 좌표 계 상에서 두 좌표 값의 차이를 계산하고, 이를 이용하여 도출된 수평 방향 평균 제곱근 오차를 정확도 평가의 지표로 사용하였다.
- 이 연구에서는 국토지리정보원의 VRS 기준망 내부의지 점에 대한 정확도 평가를 위하여 검사점 선정, 검사점에 대한 VRS RTK 측량 및 일반 RTK 측량 실시, 그리고 정확도 평가의 순서로 진행하였다.
- 이 연구에서는 국토지리정보원의 VRS 시스템 구축현황을 소개하고, VRS 기준망 내부 50개 지점에서 VRS RTK 측량을 실시한 결과를 측량 정확도 측면에서 다양하게 분석하였다. 또한 VRS RTK 측량 결과를 일반 RTK 측량 결과와 비교하여 그 효용성을 평가하였다.
- 이 연구에서는 3등 기준점 고시좌표와 측량 결과의 TM 좌표 비교를 통해 정확도 평가를 수행하였다. 즉, TM 좌표 계 상에서 두 좌표 값의 차이를 계산하고, 이를 이용하여 도출된 수평 방향 평균 제곱근 오차를 정확도 평가의 지표로 사용하였다. 또한 50개 검사점에 대한타원체고 값을 3등 기준 점 타원체고값과 비교하여 수직 방향 평균 제곱근 오차를 계산하였다.
- 한편, 검사점 측량시 기선거리에 따라 초기화 시간에도 변동이 생기는 현상이 나타났으며 이를 검증하기 위하여 기선 거리와 초기화 소요시간 사이의 상관관계를 분석하였다. 그 결과를 그림 10에 나타내었다.
대상 데이터
- 선정하였다. 50개의 검사점은 3등 기준점을 대상으로 선정하였으며, 검사점의 배치는 그림 1과 같이 기선 거리를 서로 다르게 배치하되, 최초 10km부터 시작하여 10km씩 기선 거리를 증가시켜가며 배치하였다. 이렇게 선정된 전체 50개 검사점의 관측망도를 그림 2에 나타내었다.
- VRS RTK 측량의 정확도 평가를 위해 총 50개의 검사점을 선정하였다. 50개의 검사점은 3등 기준점을 대상으로 선정하였으며, 검사점의 배치는 그림 1과 같이 기선 거리를 서로 다르게 배치하되, 최초 10km부터 시작하여 10km씩 기선 거리를 증가시켜가며 배치하였다.
- Trimble 5700수신기와 Trimble R8 수신기는 이중 주파수 수신이 가능한 장비이며 컨트롤러로 수신기를 제어할 수 있다. 이 연구에서는 TSCe와 TSC2 컨트롤러를 사용하였다. 특히 Trimble R8 수신기는 안테나 일체형으로 블루투스 기능을 지원한다.
- 측량을 실시하였다. 측량에는 Trimble 5700 수신기 3대와 Trimble R8 수신기 1대를 사용하였으며, 중앙 제어국과의 통신을 위해 SK 통신 CDMA 휴대전화를 사용하였다. Trimble 5700수신기와 Trimble R8 수신기는 이중 주파수 수신이 가능한 장비이며 컨트롤러로 수신기를 제어할 수 있다.
데이터처리
- 그리고 3회 관측이 끝난 뒤 45분이 경과하도록 기다린 다음 다시 3회 관측하여 총 6회 관측하였다. 그리고 6 회 관측한 결과를 산술 평균하여 최종 측량성과로 결정하였다. 관측 방법은 VRS RTK 측량과 일반 RTK 측량 두 경우 모두 위에서 기술한 방식으로 동일하게 적용하였다.
- 즉, TM 좌표 계 상에서 두 좌표 값의 차이를 계산하고, 이를 이용하여 도출된 수평 방향 평균 제곱근 오차를 정확도 평가의 지표로 사용하였다. 또한 50개 검사점에 대한타원체고 값을 3등 기준 점 타원체고값과 비교하여 수직 방향 평균 제곱근 오차를 계산하였다.
성능/효과
- 평가하였다. 그 결과 VRS RTK 측량과 일반 RTK 측량의 수평 방향 평균 제곱근 오차가 각각 3.1cm, 2.0cm 로 비슷한 수준의 정확도를 나타냈으며 VRS RTK 측량의 수직 방향 평균 오차는 6.8cm로 나타났다. 또한 기선거리와 측 위 오차와의 상관성 분석을 통해 기준국에서 멀어질수록 오차가 크게 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 기선거리가 길어짐에 따라 초기화 소요시간도 증가하는 것을 알 수 있다.
- 8cm로 나타났다. 또한 기선거리와 측 위 오차와의 상관성 분석을 통해 기준국에서 멀어질수록 오차가 크게 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 기선거리가 길어짐에 따라 초기화 소요시간도 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 기선거리가 약 45km 이상인 경우 오차가 상대적으로 크게 발생하기는 하지만, 그 수치는 cm 수준으로 크다고 볼 수 없다.
- 측량 방식에 따라 오차의 평균치를 계산한 결과, 일반 RTK 측량은 수평 방향 2.0cm, VRS RTK 측량의 경우는 수평 방향 3.1cm, 수직 방향 6.8cm로 나타났다. 그림 4와 5 에서 각 검사점마다 나타낸 수평 방향 측 위오차를 10개 블록별로 평균치를 구하여 그림 7에 나타내었다.
후속연구
- 현재 국토지리정보원에서 구축한 VRS 기준망은 경상도 남동부와 해안에 인접한 지역을 포함하지 않기 때문에 전 국토를 대상으로 하는 서비스를 제공하기는 어렵다. 따라서 향후 국내에서 기관별로 운용 중인 약 80개소의 GPS 상시 관측소를 통합하여 VRS RTK 측량 서비스 지역을 확대시킨다면 측량 및 측 지 분야를 포함한 다양한 응용분야에서 상당한 파급효과를 나타낼 것으로 기대된다.
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