[논문]VRS GNSS의 지적측량에 적용을 위한 정확도 분석

홍성언

doi:10.5762/kais.2013.14.1.94

VRS GNSS의 지적측량에 적용을 위한 정확도 분석
The Accuracy Analysis of VRS GNSS for Applying Cadastral Surveying 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.1, 2013년, pp.94 - 100

초록
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본 연구에서는 VRS GNSS(GPS/GLONASS)를 이용하여 지적측량에서의 위치결정 정확도를 분석하여 보고, 이를 토대로 성과결정의 정확도 향상 가능성을 제시하고자 하였다. 연구결과 GPS 위성데이터만을 수신 한 결과 보다 GPS/GLONASS 위성데이터을 통합으로 수신해 위치를 결정한 결과가 대략 3cm 정도 위치정확도가 높은 것으로 분석되었다. 따라서 VRS GNSS 통합 수신 방식이 지적측량에 도입된다면 위치 정확도 향상을 기대할 수 있을 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is to analyze the accuracy of position determination in cadastral surveying using VRS GNSS(GPS/GLONASS), and is to suggest a possibility to improvement of accuracy in decision making of cadastral surveying result based on this result. As a result of this study, the position accurate of this study, which decides position combining with GPS/GLONASS satellite data is about 3cm more accurate than using only GPS satellite data. Therefore, if GNSS integrated receiving method is to be applied on cadastration, it can be expected to improve to estimate the position accuracy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 RTK GPS 측량의 거리제약 문제를 극복하기 위해 도입이 연구되고 있는 VRS에 측량에 대해 GPS 위성데이터만을 독립적으로 수신하여 위치를 결정하였을 경우와 GPS/GLONASS통합 수신해 위치를 결정하였을 경우의 정확도를 분석해 보고자 하였다. 그리고 이 분석 내용을 기초로 지적측량에 올바른 적용 방법을 제시하고자 하였다. 연구결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 RTK GPS 측량의 거리제약 문제를 극복하기 위해 도입이 연구되고 있는 VRS에 측량에 대해 GPS 위성데이터만을 독립적으로 수신하여 위치를 결정하였을 경우와 GPS/GLONASS통합 수신해 위치를 결정하였을 경우의 정확도를 분석해 보고자 하였다. 그리고 이 분석 내용을 기초로 지적측량에 올바른 적용 방법을 제시하고자 하였다.
본 연구에서는 VRS GNSS(GPS/GLONASS)를 이용하여 지적측량에서의 위치결정 정확도를 분석하여 보고, 이를 토대로 성과결정의 정확도 향상 가능성을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 VRS(RTK GPS)를 지적측량에 도입함에 있어 기존 GPS 위성데이터만을 수신하였을 경우와 GPS와 GLONASS 위성데이터를 통합으로 수신했을 경우의 위치결정의 정확도를 비교분석하여 보고자 한다. 실험지역은 충청북도 청원군 오송읍 봉산리 일부 지역을 선정하였다.

제안 방법

첫째는 기존 성과(TS: Total Station)와 명확한 비교를 위해 이미 성과가 확정․등록 되어 있는 지역으로 선정하였다. 둘째는 기존 TS로 관측된 지점과 동일한 지점을 측정하기 위해 기준점(도근점) 표지의 표시가 명확히 보존되어 있는 지역을 선정하였다. 그림 3은 실험지역의 지적도를 나타낸 것이다.
연구대상지역의 지적기준점을 중심으로 관측을 시행 하였다. 관측은 2012년 4월 9일에서 4월 11일까지 시행되었다.
따라서 GPS로 성과 취득후 이를 지역좌표체계로 변환하는 과정이 필요하다. 연구에서는 이를 위해 4점을 기준으로 로컬라이제이션(VRS 측량을 하기 위해서 지적기준점을 통해 WGS-84좌표를 지역좌표로 변환해주는 과정)을 수행하였다. 결과 표 2와 같이 수평 잔차 값은 평균 0.

대상 데이터

연구대상지역의 지적기준점을 중심으로 관측을 시행 하였다. 관측은 2012년 4월 9일에서 4월 11일까지 시행되었다. 관측 세션은 2회 epoch는 3으로 관측하였다.
본 연구에서 사용한 장비는 TOPCON사의 HiPer 2 수신기와 FC-250 컨트롤러 그리고 SAMSUNG사의 Galaxy S1 스마트폰을 사용하였으며, 데이터 취득과 저장은 FC-250컨트롤러에 하였다. 이 수신기는 GPS와 GLONASS를 동시에 수신이 가능한 2주파 수신기로서 GPS위성만으로는 관측이 어려운 상황에서도 GPS/GLONASS의 하이브리드 측위가 가능하며, 통신포트는 무선연결이 가능한 Bluetooth System이다.
본 연구에서는 VRS(RTK GPS)를 지적측량에 도입함에 있어 기존 GPS 위성데이터만을 수신하였을 경우와 GPS와 GLONASS 위성데이터를 통합으로 수신했을 경우의 위치결정의 정확도를 비교분석하여 보고자 한다. 실험지역은 충청북도 청원군 오송읍 봉산리 일부 지역을 선정하였다. 실험지역을 선정함에 있어서는 크게 두 가지를 고려하여 선정하였다.
지적삼각보조점 3점과 지적도근점 1점을 이용한 로컬라이제이션을 수행 후 정확도 분석을 위한 지적도근점 총 12점에 대해 GPS 위성만을 독립적으로 수신한 경우와 GPS/GLONASS 위성 통합 수신에 의한 경우의 데이터를 취득하였다. 자료를 취득함에 기존 TS와 정확한 비교를 위해 도근점을 명확히 확인할 수 없는 경우와 수신에 영향을 받을 수 있는 차량의 주차 등으로 관측이 어려운 도근점은 제외하고 총 12점의 지적도근점 성과를 획득하였다. 그림 5는 관측 대상 지역의 대상 블록과 지적도근점의 위치를 나타낸 것이다.
지적삼각보조점 3점과 지적도근점 1점을 이용한 로컬라이제이션을 수행 후 정확도 분석을 위한 지적도근점 총 12점에 대해 GPS 위성만을 독립적으로 수신한 경우와 GPS/GLONASS 위성 통합 수신에 의한 경우의 데이터를 취득하였다. 자료를 취득함에 기존 TS와 정확한 비교를 위해 도근점을 명확히 확인할 수 없는 경우와 수신에 영향을 받을 수 있는 차량의 주차 등으로 관측이 어려운 도근점은 제외하고 총 12점의 지적도근점 성과를 획득하였다.
실험지역을 선정함에 있어서는 크게 두 가지를 고려하여 선정하였다. 첫째는 기존 성과(TS: Total Station)와 명확한 비교를 위해 이미 성과가 확정․등록 되어 있는 지역으로 선정하였다. 둘째는 기존 TS로 관측된 지점과 동일한 지점을 측정하기 위해 기준점(도근점) 표지의 표시가 명확히 보존되어 있는 지역을 선정하였다.

데이터처리

다음으로 GPS/GLONASS를 통합으로 수신해 취득한 VRS(GPS/GLONASS) 위치 좌표에 대해 기존 TS성과와 상호 비교분석을 하였다. 분석결과 표 4와 같이 X좌표의 RMSE는 ±0.
지적도근점 총 12점에 대해 X, Y 좌표를 취득하였다. 취득된 자료에 대해 GPS 위성 데이터만을 독립적으로 수신한 VRS GPS와 GPS/GLONASS를 통합으로 수신해 취득한VRS(GPS/GLONASS) 위치 좌표에 대해 상호 비교 분석을 하고자 먼저 GPS 단독수신 취득 데이터에 대해 기존 TS성과와 비교분석하였다. 분석결과 표 3과 같이 X 좌표의 RMSE는 ±0.

성능/효과

GPS/GLONASS 통합 수신해 위치를 결정한 결과 기존 성과 대비 종․횡선오차의 RMSE는 X=±0.010m, Y=±0.012m, 연결오차의 RMSE는 ±0.012m로 나타났다.
결과 표 2와 같이 수평 잔차 값은 평균 0.012m 이내로 양호한 성과를 나타냈으며 축척계수는 1.00001721, 회전량은 359°47′57″로 나타났다.
두 관측 결과가 모두 현행 법률에서 규정하고 있는 성과 인정 범위이내이긴 하나 GPS와 GLONASS 위성 데이터를 통합으로 수신한 VRS 측량 방법이 GPS 위성데이터만을 독립적으로 수신해 위치를 결정한 방식보다 대략 3cm정도 정확도가 높았다.
두 성과 모두 현행 법률에서 규정하고 있는 성과 인정범위이내를 보이긴 하나 GPS 위성데이터만을 수신했을 경우보다 GPS와 GLONASS 위성 데이터를 통합으로 수신해 위치를 결정한 결과가 대략 3cm 정확도가 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 가시위성의 확보 면에서 차이를 보였기 때문인 것으로 분석되었다.
실험 대상지역의 지적도근점에 대해 기존 T/S 성과를 기준으로 VRS GPS와 VRS GPS/GLONASS로 취득된 지적도근점 총 12점의 성과를 비교분석한 결과, GPS위성만을 수신 하였을 경우 종․횡선오차의 RMSE는 X=±0.023m, Y=±0.028m, 연결오차의 RMSE는 ±0.036m로 나타났다.
5기의 가시위성이 확보되었으나 통합 수신하였을 경우에는 GLONASS 가시위성의 숫자가 대략 4~6기로 평균 5기가 더 확보되어 총 11기 이상의 가시위성이 확보되었기 때문에 정확도가 높아진 것으로 분석된다. 위성의 기하학적 배치 정도에 따른 오차를 판단할 수 있는 기준인 PDOP(Position Dilution of Precision)는 양 관측 모두에서 1.4~2.7의 값을 나타내어 매우 양호한 상태이었다. 보통 PDOP는 5이하의 수치면 양호하다고 판단한다.
이러한 분석 결과는 가시위성의 수에 의한 차이로 볼 수 있다고 판단된다. 즉, GPS 위성만을 수신하였을 경우는 대략 위성이 5~8기로 평균 6.5기의 가시위성이 확보되었으나 통합 수신하였을 경우에는 GLONASS 가시위성의 숫자가 대략 4~6기로 평균 5기가 더 확보되어 총 11기 이상의 가시위성이 확보되었기 때문에 정확도가 높아진 것으로 분석된다. 위성의 기하학적 배치 정도에 따른 오차를 판단할 수 있는 기준인 PDOP(Position Dilution of Precision)는 양 관측 모두에서 1.

후속연구

이상과 같은 연구를 통하여 지적측량에 VRS GPS의 적용 가능성이 제시되고 있다. 그러나 VRS GPS 측량이 여러 지적측량 종목에 안정적으로 적용되기 위해서는 정확도 측면에서의 보다 다양한 연구가 진행되어야 한다. 특히 GPS 위성 수신에 국한된 것이 아니라 러시아의 GLONASS, 2014년부터 운영이 예정된 유럽의 GALILEO를 통합 수신에 대한 연구를 통하여 안정적인 성과결정이 필요할 것으로 보인다.
따라서 VRS를 지적측량에 적용하기 위해서는 GPS 위성데이터만을 독립적으로 수신하는 것보다 GPS와 GLONASS를 통합으로 수신해 위치를 결정하는 것이 안정성 및 정확도 면에서 향상을 기대할 수 있을 것으로 분석된다.
따라서 VRS를 지적측량에 적용함에 있어 GPS 위성데이터만으로 독립적으로 수신하는 것보다 GLONASS위성데이터까지 함께 통합으로 수신해 위치를 결정하는 것이 보다 정확하고 안정적으로 성과를 결정할 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 여기에 유럽의 GALILEO 위성 데이터까지 통합적으로 수신한다면 보다 정확하고 안정적인 성과 결정을 기할 수 있을 것으로 기대된다.
따라서 VRS를 지적측량에 적용함에 있어 GPS 위성데이터만으로 독립적으로 수신하는 것보다 GLONASS위성데이터까지 함께 통합으로 수신해 위치를 결정하는 것이 보다 정확하고 안정적으로 성과를 결정할 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 여기에 유럽의 GALILEO 위성 데이터까지 통합적으로 수신한다면 보다 정확하고 안정적인 성과 결정을 기할 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 본 연구에서는 실험지역의 환경상 지적도근점을 기초로 하였기 때문에 점수가 많지 않다.
다만, 본 연구에서는 실험지역의 환경상 지적도근점을 기초로 하였기 때문에 점수가 많지 않다. 향후 보다 많은 점수를 선정하고 분석작업이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RTK GPS이란 무엇인가?	RTK GPS는 알고 있는 한 점에 기준국을 설치하고 미지의 다른 점에 이동국을 설치한 후, 기준국에서 이동국으로 보정치를 전송함으로써 이동국의 위치를 cm 정확도로 정확하게 결정할 수 있는 방식이다. 그러나 이 방법은 항상 기준국과 이동국으로 구성된 2개의 수신기를 필요로 하며, 기준국과 이동국간의 거리가 15Km 이내로 제한된다는 단점을 가지고 있다.
	RTK GPS 방식의 단점은 무엇인가?	RTK GPS는 알고 있는 한 점에 기준국을 설치하고 미지의 다른 점에 이동국을 설치한 후, 기준국에서 이동국으로 보정치를 전송함으로써 이동국의 위치를 cm 정확도로 정확하게 결정할 수 있는 방식이다. 그러나 이 방법은 항상 기준국과 이동국으로 구성된 2개의 수신기를 필요로 하며, 기준국과 이동국간의 거리가 15Km 이내로 제한된다는 단점을 가지고 있다. 이로 인하여 일정 거리를 초과하게 되면 위치결정의 정확도가 저하되거나 기준국과 이동국간의 데이터 수신이 되지 않는 등의 문제점이 있다.
	GPS는 어떤 분야에 사용되는가?	GPS(Global Positioning System)는 현재 측량, 항법 및 교통 GIS Mapping, 기상 및 해양, 재난 및 레저 등 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 지적측량 분야에서의 GPS의 활용은 주로 지적기준점(지적삼각점 및 지적삼각보조점)의 위치결정 부분에서 이루어지고 있다.

참고문헌 (12)

MLTM, A Study on Preparation of Basis for Cadastral Re-Survey Project, Vol.5, p. 35, 2011.
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Kim, Myong Ki, "Analysis of Readjustment Survey Data by Using VRS-focused on housing land development district in Gyeonggi province-", Master of Engineering, MyongJi University, 2011.
Park, Un Yong, Kim, Hui Gyu, Gwag, Du Ho, Baeg, Gi Seog, "The Analysis of Baseline Accuracy with the Combined GPS/GLONASS", Proceedings of the KSCE conference(2001), Korean Society of Civil Engineers, pp. 2351-2354, 2001.
Sin, Dong Yun, Kim, Jin Soo, "Accuracy Estimation of Cadastral Control Point using the VRS RTK GPS" Journal of the Korean Society of Cadastre, Vol.24, No.2, pp. 127-134, 2008.
Lim, Won Ho, "Estimation of Work Efficiency using VRS RTK in Cadastral Surveying", Master of Engineering, Kyungpook National University, 2009
Jang, Sang Kyu, Kim, Jin Soo, Jeong, Gong Uhn, "Accuracy Evaluation of Boundary Corner Point Using VRS GPS", Journal of the Korean Society for GeoSpatial Information System, Vol.17, No.1, pp. 37-42, 2009.
Choi, Woo Seok, "A Study on the Cadastral Surveying Accuracy Analysis Using Permanent GPS Networks and VRS-RTK-Focused on the Cases of GeojeCity-", Master of Engineering, Gyeongsang National University, pp. 1-2, 2011.
Choi, Yoon Su, Lee, Yong Chang, Kwon, Jae Hyeun, Lee Jae One, "A Study on the Introduction of GPS Virtual Reference System in South Korea", Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry, and Cartography, Vol.22, No.2, pp. 105-116, 2004.
Han, Joong Hee, Kwon, Jay Hyoun, Hong, Chang Ki, "Analysis of Network-RTK(VRS) Positioning Accuracy for Surveying Public Control Point", Journal of the Korean Society for GeoSpatial Information System, Vol.18, No.2, pp. 13-20, 2010.
Hong, Sung Eon, "The Accuracy Analysis of Parcel Surveying by RTK-GPS and RTK-GPS/GLONASS", Journal of GISAK, Vol.14, No.2, pp.211-221, 2006.
http://www.topcon.co.kr

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