GPS측량에 있어서 GPS위성의 궤도정보는 측량정확도에 영향을 미치는 요소중의 하나이며, GPS측량을 위해 제공되는 위성궤도정보에는 방송력과 정밀력, IGS신속력과 IGS초신속력이 있다. 본 연구에서는 경상북도 울진지역에 연구대상지역을 선정하고 GPS관측을 실시하였으며, 74개의 기선에 대하여 TGO를 이용하여 방송력과 정밀력을 사용하여 기선해석을 실시하고 그 결과를 비교하였다. 비교결과 방송력과 정밀력에 의한 차이는 거의 없는 것으로 나타났으며, 기선길이의 상대정밀도에 있어서 방송력의 경우 0.708ppm, 정밀력의 경우 0.706ppm으로 나타나 정밀력을 사용한 결과가 약간 우수한 것으로 나타났다.
GPS측량에 있어서 GPS위성의 궤도정보는 측량정확도에 영향을 미치는 요소중의 하나이며, GPS측량을 위해 제공되는 위성궤도정보에는 방송력과 정밀력, IGS신속력과 IGS초신속력이 있다. 본 연구에서는 경상북도 울진지역에 연구대상지역을 선정하고 GPS관측을 실시하였으며, 74개의 기선에 대하여 TGO를 이용하여 방송력과 정밀력을 사용하여 기선해석을 실시하고 그 결과를 비교하였다. 비교결과 방송력과 정밀력에 의한 차이는 거의 없는 것으로 나타났으며, 기선길이의 상대정밀도에 있어서 방송력의 경우 0.708ppm, 정밀력의 경우 0.706ppm으로 나타나 정밀력을 사용한 결과가 약간 우수한 것으로 나타났다.
The orbit ephemeris of Global Positioning System(GPS) is one element to determine the surveying accuracy and there are broadcasting ephemeris and precise ephemeris, IGS rapid orbit and IGS ultra rapid orbit in the orbit ephemeris of GPS. In this study, test area was selected in Uljin, Kyungsanbukdo ...
The orbit ephemeris of Global Positioning System(GPS) is one element to determine the surveying accuracy and there are broadcasting ephemeris and precise ephemeris, IGS rapid orbit and IGS ultra rapid orbit in the orbit ephemeris of GPS. In this study, test area was selected in Uljin, Kyungsanbukdo and GPS surveying was accomplished at 37 points in the test area. Then baseline solution was done on 74 baseline using broadcasting ephemeris and precise ephemeris and analysis by TGO and the results were compared. Comparison results were showed that there were nearly no difference between the two results but in case of relative precision of the baseline, it was slightly better the baseline results of precise ephemeris which showed 0.706ppm than the baseline results of broadcasting ephemeris which showed 0.708ppm.
The orbit ephemeris of Global Positioning System(GPS) is one element to determine the surveying accuracy and there are broadcasting ephemeris and precise ephemeris, IGS rapid orbit and IGS ultra rapid orbit in the orbit ephemeris of GPS. In this study, test area was selected in Uljin, Kyungsanbukdo and GPS surveying was accomplished at 37 points in the test area. Then baseline solution was done on 74 baseline using broadcasting ephemeris and precise ephemeris and analysis by TGO and the results were compared. Comparison results were showed that there were nearly no difference between the two results but in case of relative precision of the baseline, it was slightly better the baseline results of precise ephemeris which showed 0.706ppm than the baseline results of broadcasting ephemeris which showed 0.708ppm.
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문제 정의
그러나 이들 연구가 모두 기선의 수가 10개 미만이었으며 시기도 10년 전에 이루어졌다. 따라서 본 연구에서는 우주측지기술의 발전에 따른 방송력과 정밀력의 적용에 의한 GPS측량 정확도의 차이를 알아보고자 기선의 수를 대폭 확대하여 분석하고자 하였다.
본 연구에서는 GPS측량에 있어서 항법메세지에 포함되어 실시간으로 제공되는 방송력과 사후에 제공되는 정밀력에 의한 GPS측량의 정확도를 알아보고자, 경상북도 지역에 연구대상지역을 선정하고 GPS관측을 실시한 후 74개의 기선에 대하여 기선해석을 실시하고 그 결과를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 이러한 방송력과 정밀력의 적용에 의한 GPS측량의 정확도 차이를 알아보고자, 경상북도 지역에 연구대상지역을 설정하고 37개의 기준점에 대하여 GPS관측을 실시하였으며 74개의 기선을 해석하여 그 결과를 비교분석하고자 하였다. 이런 관점에서 유환희 등(1997)은 한국과 일본 사이에 장기선을 설정하여 결과를 비교분석하였으며, 박필호 등(1996)은 정밀궤도력에 의한 기선결정의 정밀도 향상에 관한 연구를 발표하였다.
제안 방법
연구를 위하여 경상북도 영주 일원에 37점의 국가수준점을 대상으로 연구대상지역을 설정하고 GPS 관측을 실시하였다. GPS관측은 2008년 12월 18일에 실시되었으며 점당 최소 관측시간은 1시간이며 수신기의 설정은 기본설정에 수신간격 5초, 임계앙각 15도로 설정하였다. 관측에 사용한 수신기는 Trimble사의 R7 2주파 수신기 2대, Trimble사의 5700 2주파 수신기 3대, Topcon사의 GB500 2주파 수신기 6대 등, 총 11대를 사용하였다.
기선해석과 망조정을 위하여 김천, 군위, 대구 3곳의 상시관측소 자료를 사용하였으며, 기선해석시 기선의 연결은 가장 가깝게 위치한 상시관측소 2곳과 직접 연결하여 기선해석을 실시하였다. 다음 그림 2는 전체적인 관측망도를 나타고 있다.
본 연구에서 해석된 74개의 기선에 대하여 정밀력에 의한 결과와 방송력에 의한 결과를 정리하면 표 3과 같다. 아울러 각 기선별로 정밀력과 방송력에 의한 결과의 차이를 구하여 이를 다시 통계분석한 결과도 함께 정리하였다.
정밀력과 방송력에 의한 기선해석결과를 분명하게 살펴보고자 표 3과 표 4의 결과를 바탕으로 그래프로 도시하였다. 기선길이에 따라 기선길이의 차를 도수분포도로 표시하면 그림 3과 같고 이를 다시 기선거리별로 그래프로 나타내면 그림 4와 같다.
대상 데이터
GPS관측은 2008년 12월 18일에 실시되었으며 점당 최소 관측시간은 1시간이며 수신기의 설정은 기본설정에 수신간격 5초, 임계앙각 15도로 설정하였다. 관측에 사용한 수신기는 Trimble사의 R7 2주파 수신기 2대, Trimble사의 5700 2주파 수신기 3대, Topcon사의 GB500 2주파 수신기 6대 등, 총 11대를 사용하였다.
일반적으로 궤도 정보는 위성으로부터 전송되는 항법메시지에 포함된 궤도정보, 즉 방송력을 이용한다. 방송력은 하와이(Hawaii) 등 5개의 지상관 제국에서 작성한 추적데이터를 사용하여 미국 콜로다로 스프링스(Colorado Springs)에 있는 주관제국에서 계산하여 각 위성에 탑재한 것이다. 이 궤도정보의 정확도는 약 10cm 정도로서 단독측위는 물론이고 DGPS, 간섭측위까지 넓게 이용되고 있다.
연구를 위하여 경상북도 영주 일원에 37점의 국가수준점을 대상으로 연구대상지역을 설정하고 GPS 관측을 실시하였다. GPS관측은 2008년 12월 18일에 실시되었으며 점당 최소 관측시간은 1시간이며 수신기의 설정은 기본설정에 수신간격 5초, 임계앙각 15도로 설정하였다.
이론/모형
기선해석은 Trimble사의 TGO(Trimble Geomatics Office)를 이용하였으며 제조사가 다른 수신기의 데이터는 RINEX로 변환하여 사용하였다.
성능/효과
기선거리는 최소 9.028km부터 최대 49.553km이었고 74개 기선 중 기선거리의 차이가 없는 것으로 나타난 기선의 수는 34개, ±1mm차이의 기선의 수는 32개, ±2mm차이가 5개, 그리고 ±3mm, ±4mm, ±5mm의 차이를 나타내는 기선의 수는 각각 1개씩이었다.
553km이었고 74개 기선 중 기선거리의 차이가 없는 것으로 나타난 기선의 수는 34개, ±1mm차이의 기선의 수는 32개, ±2mm차이가 5개, 그리고 ±3mm, ±4mm, ±5mm의 차이를 나타내는 기선의 수는 각각 1개씩이었다. 따라서 GPS측량 결과의 정확도에 직접적인 영향을 주는 기선해석결과에 있어 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있었다. 또한 기선해석결과를 평가하는 비율값과 기준분산, RMS의 결과를 비교해보면 배율값은 정밀력 결과가 13.
001m를 보여주었다. 따라서 정밀력 결과가 비율값에서는 약간 크게 나타났고, 기준분산값은 약간 작게 나타났으며, RMS값은 거의 비슷하게 나타났고, 기선길이차의 평균은 0으로 나타나 전체적으로는 비슷한 결과를 보이면서 정밀력 결과가 미소하게 좋은 것으로 나타났다. 이는 전체 기선의 길이가 50km미만이었기 때문이었던 것으로 분석되었다.
따라서 GPS측량 결과의 정확도에 직접적인 영향을 주는 기선해석결과에 있어 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있었다. 또한 기선해석결과를 평가하는 비율값과 기준분산, RMS의 결과를 비교해보면 배율값은 정밀력 결과가 13.531, 방송력 결과가 13.364로 나타나 정밀력 결과의 평균이 0.166만큼 크게 나타났고, 기준분산값은 정밀력 결과가 1.836, 방송력 결과가 1.850으로 나타나 정밀력 결과가 0.014만큼 작게 나타났다. 또한 RMS값에서는 정밀력 결과와 방송력 결과가 똑같이 0.
RMS의 경우에는 정밀력 결과와 동일하게 나타났다. 또한 표 4에서 보는 바와 같이 정밀력과 방송력에 의하여 해석된 기선길이는 최소 -0.003m에서 최대 0.005m의 차이를 보였으며 기선길이차의 평균값은 0, 표준편차는 0.001m를 보여주었다. 따라서 정밀력 결과가 비율값에서는 약간 크게 나타났고, 기준분산값은 약간 작게 나타났으며, RMS값은 거의 비슷하게 나타났고, 기선길이차의 평균은 0으로 나타나 전체적으로는 비슷한 결과를 보이면서 정밀력 결과가 미소하게 좋은 것으로 나타났다.
방송력에 의한 결과를 살펴보면 비율(ratio)은 최소 4.1∼최대 36.3, 평균값이 13.364로 정밀력보다 약간 작은 결과를 보였고, 기준분산의 경우 0.685에서부터 3.856까지의 분포를 보였으며 평균값은 1.850로 정밀력보다 약간 큰 값을 나타냈다.
전체 기선거리의 상대정밀도는 0.5∼2.0ppm 사이에 있어 GPS측량의 정확도를 만족시키는 것으로 확인되었으며, 방송력과 정밀력에 의한 차이는 아주 미소한 것으로 나타났다.
정밀력에 의한 결과를 살펴보면 비율(ratio)은 최소 4.3∼최대 37.7, 평균값이 13.531을 보였고, 기준분산의 경우 0.679에서부터 3.904까지의 분포를 보였으며 평균값은 1.836이었다.
후속연구
그러나 본 연구에서는 대부분의 기선길이가 50km 이내이므로 추후 기선길이 100km 이상의 장기선을 포함한 다양한 관측치에 대한 반복관측을 실시하여 추가적인 분석이 필요하다 하겠다.
따라서 전체적으로는 비슷한 결과를 보이면서 정밀력 결과가 미소하게 좋은 것으로 나타났다. 이는 전체 기선의 길이가 대부분 50km미만이었기 때문이었던 것으로 분석되며 보다 향후 기선의 길이를 50∼100km의 기선과 100km이상의 기선을 추가하여 반복관측에 의하여 분석한다면 정밀력과방송력에 의한 GPS측량의 정확도 차이를 보다 정확하게 규명할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 가장 많이 보급되어 있는 정밀력은 무엇인가?
정밀력은 과거의 기록이므로 정확도가 1m 정도로 높으나, 이 정확도를 확보하기 위해서는 정밀한 데이터 해석이 필요하고 이러한 이유로 2주 정도 후에 발표된다. 정밀력은 여러 가지 기관에서 작성하고 있지만, 현재 가장 많이 보급되어 있는 것은 IGS(International GNSS Service)에서 작성한 IGS력(曆)이다. IGS력은 약 2주 정도 후에 사용할 수 있으며, 이러한 시간상의 제약을 완화시키기 위해 하루가 지나면 서비스되는 IGS 신속력(rapid orbit)과 12시간마다 서비스되는 IGS 초신속력(ultra rapid orbit)이 있다.
GPS 측량의 정확도는 무엇의 영향을 받는가?
GPS 측량의 정확도는 위성궤도정보의 정확도, 전리층과 대류권의 영향, 안테나의 위상특성, 수신기 내부오차와 방해파, 그리고 기선계산 소프트웨어의 영향을 받는다. 현재 GPS의 위성궤도정보 항법메세지에 들어가 실시간으로 전송되는 방송력과 실시간이 아닌 추후에 제공되는 정밀력이 있다.
GPS의 위성궤도정보 항법메세지에 들어가 실시간으로 전송되는 방송력은 어느 정도의 위치정확도를 가지는가?
현재 GPS의 위성궤도정보 항법메세지에 들어가 실시간으로 전송되는 방송력과 실시간이 아닌 추후에 제공되는 정밀력이 있다. 방송력은 원래 예보의 성격으로 5∼10m 정도의 위치정확도를 가지며 이 수준을 유지하기 위해서 GPS 위성의 회전주기보다 빠른 2시간마다 궤도정보를 갱신해야 한다. 정밀력은 과거의 기록이므로 정확도가 1m 정도로 높으나, 이 정확도를 확보하기 위해서는 정밀한 데이터 해석이 필요하고 이러한 이유로 2주 정도 후에 발표된다.
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