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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 서비스 적용 가능성을 분석하기 위하여 FKP 정밀도 분석을 크게 두 가지 경우로 나누어 수행하였다. 첫 번째 방법은 현재 FKP와 VRS 서비스의 기준국 망 구성이 상이함에 따라 기준국 망에 따른 FKP 및 VRS 측위 정밀도의 차이가 존재할 수 있기 때문에, FKP와 VRS의 망 구성이 동일할 경우와 현재와 같이 FKP와 VRS의 망 구성이 상이할 경우로 구분하여 측위 정밀도를 비교 분석하였다.
- 본 연구는 FKP 서비스의 공공측량 및 지적재조사 사업 적용 가능성 여부를 도출하기 위하여, FKP 서비스의 기준국 배치 형태에 따른 VRS와 FKP 상대적인 정밀도 비교와 VRS 측량 규정을 기반으로 다양한 GNSS 수신환경을 가진 측점에서 VRS 및 FKP 측량 데이터를 취득하여 정밀도 분석을 수행하였다.
제안 방법
- Choi[1]는 VRS 측위를 이용한 지적도근점의 정밀도 분석에 대한 연구를 수행하였으며 Kim[3]은 VRS 기준망 내부에 위치한 3등 기준점을 대상으로 VRS측량을 실시하고 고시성과와 비교하였다. FKP 서비스와 관련된 연구는 국토지리정보원에서 제공하는 FKP NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) 보정신호 분석을 통해 FKP 시스템의 정밀도 검증 안정성에 대한 연구를 수행하였다[4]. Yim[11]은 VRS와 FKP 측위를 수행하여 공공측량 작업규정에 의한 정확도를 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 서비스 적용 가능성을 분석하기 위하여 FKP 정밀도 분석을 크게 두 가지 경우로 나누어 수행하였다. 첫 번째 방법은 현재 FKP와 VRS 서비스의 기준국 망 구성이 상이함에 따라 기준국 망에 따른 FKP 및 VRS 측위 정밀도의 차이가 존재할 수 있기 때문에, FKP와 VRS의 망 구성이 동일할 경우와 현재와 같이 FKP와 VRS의 망 구성이 상이할 경우로 구분하여 측위 정밀도를 비교 분석하였다.
- 두 번째 방법은 실제 공공측량 및 지적재조사 사업에서의 FKP 측량 적용 가능성을 분석하기 위하여, VRS 측량 규정을 기반으로 다양한 GNSS 수신환경을 가진 통합기준점, 공공기준점, 지적도근점에서 FKP 및 VRS 측량 데이터를 취득하여 분석을 수행하였다.
- 현재 국토지리정보원에서 제공하고 있는 VRS 및 FKP 서비스는 서로 상이한 상시관측소를 이용하여 보정신호를 생성하고 제공함에 따라, 상이한 망구성에 따른 VRS 및 FKP 측위 정밀도의 비교가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 망구성에 따른 VRS 및 FKP 측위 정밀도 비교 분석을 수행하였으며, 연구방법은 다음과 같다. 기준점은 GNSS 관측수신환경이 양호한 서울시립대학교 21세기관 옥상을 선점하였다.
- FKP 및 VRS 측위 결과를 획득하기 위하여 GPS 및 GLONASS 위성을 이용하여 FKP 및 VRS 측위결과를 산출하도록 설정하였으며, 임계앙각은 15°로 설정하고, 1초 간격으로 약 7~8시간 동안 FKP 및 VRS 측위 데이터를 획득하였다.
- 이와 같이 망 구성에 따른 정밀도를 분석하기 위해 망 구성형태에 따른 데이터를 취득하였으며 취득된 데이터의 정밀도 비교 분석을 위해 공공측량 작업규정[8]에 명시되어 있는 제179조(관측의 실시)를 준용하여 수신기에서 계산된 정밀도가 수평 5cm, 수직 10cm를 초과하거나 모호정수가 고정되지 않은 경우의 데이터는 제거하였다. 또한 FKP 및 VRS 측위 정밀도 분석은 각 측위 방법에 따른 평균 좌표를 기준으로 잔차를 산출하여 수행하였다.
- 먼저, GNSS 상공 시계확보가 용이하고 임계앙각 15°범위에 장애물이 존재하지 않는 관측수신환경이 우수한 개활지역인 경우와, 빌딩·나무·전신주 등 GNSS 상공 시계 확보가 용이하지 않은 다중경로오차 발생 우려 지역인 도심지의 경우로 나누어 선점 하였다.
- 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 서비스 적용 가능성을 분석하기 위하여 Figure 6의 순서로 연구를 수행하였다. Network-RTK의 측위 정밀도는 관측수신환경에 따라 영향을 많이 받으므로 GNSS 관측수신환경에 따른 측위 정밀도 저하정도를 분석하기 위하여 다음과 같이 두 가지 경우로 나누어 선점하였다. 먼저, GNSS 상공 시계확보가 용이하고 임계앙각 15°범위에 장애물이 존재하지 않는 관측수신환경이 우수한 개활지역인 경우와, 빌딩·나무·전신주 등 GNSS 상공 시계 확보가 용이하지 않은 다중경로오차 발생 우려 지역인 도심지의 경우로 나누어 선점 하였다.
- 또한 GNSS 상공시계 확보가 용이하지 않은 도심지역의 기준점을 선점하기 위하여 현장답사를 통해 경기도 화성시 동탄동 일원의 공공 기준점 7점과, 서울특별시 강북구 수유동 일원의 지적도근점 7점을 각각 선점하였다(Table 6). 또한 현재 FKP는 관련규정이 없으므로 VRS의 관련규정인 공공 측량 작업규정[8], 지적재조사 측량규정[7]을 분석하여 관측방법을 수립하였으며, 도출된 관측방법을 준용하여 데이터를 취득하였다. 또한 정밀도 분석을 위한 기준 데이터를 정의하여 관측수신환경에 따른 수평 및 표고산출 정밀도를 산출하였으며, 이를 Network-RTK 규정과 비교하여 FKP 측위 정밀도의 허용 정밀도 만족여부를 분석하였다.
- 정의된 관측방법은 임계앙각을 15°로 설정하고, 동시수신 위성 수 5대 이상, 허용 PDOP 3이하, 수평 및 수직 방향 정밀도가 각각 5cm, 10cm 이하인 경우에 관측을 실시하였다.
- 또한 현재 FKP는 관련규정이 없으므로 VRS의 관련규정인 공공 측량 작업규정[8], 지적재조사 측량규정[7]을 분석하여 관측방법을 수립하였으며, 도출된 관측방법을 준용하여 데이터를 취득하였다. 또한 정밀도 분석을 위한 기준 데이터를 정의하여 관측수신환경에 따른 수평 및 표고산출 정밀도를 산출하였으며, 이를 Network-RTK 규정과 비교하여 FKP 측위 정밀도의 허용 정밀도 만족여부를 분석하였다.
- 정의된 관측방법은 임계앙각을 15°로 설정하고, 동시수신 위성 수 5대 이상, 허용 PDOP 3이하, 수평 및 수직 방향 정밀도가 각각 5cm, 10cm 이하인 경우에 관측을 실시하였다. 위의 관측 방법을 만족하고 모호정수가 고정된 후, 1초 간격으로 60초 간 관측을 실시하여 데이터를 취득하였다. 또한 관측 위성에 따른 Network-RTK 정밀도를 분석하기 위하여 GPS와 GLONASS를 모두 수신 받는 FKP-GNSS, VRS-GNSS, GPS만 수신 받는 FKP-GPS, VRS-GPS로 구분하여 총 4가지 유형의 Network-RTK 데이터를 취득하였다.
- 또한 관측 위성에 따른 Network-RTK 정밀도를 분석하기 위하여 GPS와 GLONASS를 모두 수신 받는 FKP-GNSS, VRS-GNSS, GPS만 수신 받는 FKP-GPS, VRS-GPS로 구분하여 총 4가지 유형의 Network-RTK 데이터를 취득하였다. 또한 4가지 유형 중 하나의 Network-RTK 측위를 완료할 때마다 수신기 전원을 끄고 GPS 장비를 재거치 하여 위성의 기하학적인 변화량, 대기효과의 차이를 최소화하기 위하여 연속적으로 데이터 취득을 수행하였다. 관측 시 Table 7에 명시되어 있는 관측방법을 만족하지 못하였을 경우, 해당 측위방법에 대한 데이터는 취득하지 않았다.
- 정밀도 분석을 위한 기준 좌표 선정은 다음과 같다. 통합기준점 및 공공기준점의 경우에는 GRS80 타원체를 기준으로 투영된 평면직각좌표와 표고를 제공하기 때문에 이를 기준 좌표로 선정하였다. 그러나 지적도근점은 신설된 점으로 고시 좌표가 없기 때문에 정지 측위를 통해 약 2시간 동안 취득한 데이터를 상용 프로그램인 TBC(Trimble Business Center)로 후처리하여 좌표를 산출하였다.
- 통합기준점 및 공공기준점의 경우에는 GRS80 타원체를 기준으로 투영된 평면직각좌표와 표고를 제공하기 때문에 이를 기준 좌표로 선정하였다. 그러나 지적도근점은 신설된 점으로 고시 좌표가 없기 때문에 정지 측위를 통해 약 2시간 동안 취득한 데이터를 상용 프로그램인 TBC(Trimble Business Center)로 후처리하여 좌표를 산출하였다. 이때 고정한 상시관측소는 동두천(DOND), 파주(PAJU), 서울(SOUL), 양평(YANP)이며 데이터 처리 시의 망 구성은 Figure 7과 같다.
- 상기와 같이 정의된 기준데이터를 이용하여 수평 및 표고방향에 대한 Network-RTK 정밀도 분석을 수행하였다. 먼저, FKP 및 VRS 측위 결과에 대한 수평 방향 정밀도 분석을 수행하기 위하여 정의된 기준좌표를 이용한 RMSE를 산출하였다.
- 상기와 같이 정의된 기준데이터를 이용하여 수평 및 표고방향에 대한 Network-RTK 정밀도 분석을 수행하였다. 먼저, FKP 및 VRS 측위 결과에 대한 수평 방향 정밀도 분석을 수행하기 위하여 정의된 기준좌표를 이용한 RMSE를 산출하였다. 이때, 수평 허용 오차의 기준은 공공측량 작업규정 제183조 3항에 의거하여 수평 5cm를 기준으로 수행하였으며, 지적재조사 측량규정 제8조 4항에 명시되어 있는 허용 오차는 교차 7cm이므로 공공측량 작업규정의 허용 오차를 동일하게 적용하여 지적재조사 사업 적용 가능성을 판단하는 데에는 문제가 없다고 사료된다.
- 또한 Network-RTK를 이용한 GNSS 간접수준측량 적용 가능성을 판단하기 위한 표고 정밀도 분석을 다음과 같이 수행하였다. Network-RTK 측위로 취득한 GRS80 기준의 타원체고(h)와 국토지리정보원의 국가 지오이드 모델 KNGeoid13을 통해 계산된 지오이드고(N)를 이용하여 Eq.
- Network-RTK 측위로 취득한 GRS80 기준의 타원체고(h)와 국토지리정보원의 국가 지오이드 모델 KNGeoid13을 통해 계산된 지오이드고(N)를 이용하여 Eq. (1)과 같이 표고(H)를 산출하였으며, 각 측점마다 산출된 표고는 정의된 기준 표고를 고시좌표의 표고와 비교하여 RMSE를 산출하였다. 산출된 표고는 공공측량 작업규정 제183조 3항에 명시되어 있는 허용 오차인 10cm를 기준으로 비교하였다.
- (1)과 같이 표고(H)를 산출하였으며, 각 측점마다 산출된 표고는 정의된 기준 표고를 고시좌표의 표고와 비교하여 RMSE를 산출하였다. 산출된 표고는 공공측량 작업규정 제183조 3항에 명시되어 있는 허용 오차인 10cm를 기준으로 비교하였다.
- 마지막으로, 다중경로오차 발생 우려 지역에 해당하는 지적도근점에 대하여 Network-RTK 정밀도를 분석하였다. 선점된 지적도근점의 경우 공공기준점 보다 관측 수신환경이 좋지 못한 도심지 및 주거지역에 위치하고 있어 측위 환경이 좋지 않아 관측규정을 만족하지 않는 경우가 빈번히 발생하였다.
- 앞서 서술한 Network-RTK 수평 및 표고산출 정밀도 분석 결과를 토대로 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 서비스 적용 가능성을 분석하였다. 본 연구를 위해 관측한 총 20개의 측점을 대상으로 Network-RTK 관련 규정 및 성과심사 허용 오차인 수평 5cm 이내를 만족하는 측점의 수는 Table 12와 같다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서는 망구성에 따른 VRS 및 FKP 측위 정밀도 비교 분석을 수행하였으며, 연구방법은 다음과 같다. 기준점은 GNSS 관측수신환경이 양호한 서울시립대학교 21세기관 옥상을 선점하였다. 데이터 의 취득은 GNSS 수신환경에 따른 VRS 및 FKP 측위 결과의 영향을 최소화 하기 위하여 거의 동일한 위치에 두 대의 GNSS 장비를 설치하고(Figure 2), 기준국 구성이 동일할 때와 상이할 때의 FKP 및 VRS 데이터를 취득하였다.
- 데이터 취득에 사용한 장비는 VRS의 경우 Trimble사의 Geo-XR이며, FKP의 경우에는 Leica 사의 VIVA GS15 이다. RTK 수행 시 두 장비의 성능은 동일하다(Table 2).
- VRS와 FKP의 망 구성이 같을 때의 데이터를 취득하기 위하여, 국토지리정보원의 협조를 얻어 일시적으로 FKP 기준국을 변경하였다. 망 구성이 같을 때의 VRS 및 FKP 측위 데이터는 2013년 8월 7일 오전 10:38부터 오후 18:22까지 약 8시간 동안 데이터를 취득하였다. 이때, 이동국 위치를 기준으로 한 VRS와 FKP 기준국 구성은 서울(SOUL), 인천(INCH), 양평(YANP) 상시관측소이다(Figure 3(a)).
- VRS와 FKP 망구성이 상이할 때의 데이터 취득은 본 연구를 위하여 일시적으로 변경한 기준국인 서울(SOUL)을 기존의 FKP 기준국인 철원(CHWL)으로 재변경한 후 취득하였다. FKP 및 VRS 측위 데이터는 2013년 9월 5일 오전 09:50부터 오후 17:06까지 약 7시간 동안 취득하였다.
- VRS와 FKP 망구성이 상이할 때의 데이터 취득은 본 연구를 위하여 일시적으로 변경한 기준국인 서울(SOUL)을 기존의 FKP 기준국인 철원(CHWL)으로 재변경한 후 취득하였다. FKP 및 VRS 측위 데이터는 2013년 9월 5일 오전 09:50부터 오후 17:06까지 약 7시간 동안 취득하였다. 이동국을 기준으로 한 VRS 기준국 구성은 서울(SOUL), 인천(INCH) 양평(YANP) 상시관측소이며, FKP 기준국 구성은 철원(CHLW), 인천(INCH), 양평(YANP) 이다(Figure 3(b)).
- 이동국을 기준으로 한 VRS 기준국 구성은 서울(SOUL), 인천(INCH) 양평(YANP) 상시관측소이며, FKP 기준국 구성은 철원(CHLW), 인천(INCH), 양평(YANP) 이다(Figure 3(b)). 또한 이중차분을 수행하기 위한 FKP의 기준국 데이터는 이동국에서 가장 가까운 인천 연수구 대학공원에 위치하고 있는 상시관측소 인천(INCH)을 이용하였으며, 이동국과 기준국과의 기선거리는 약 37.6km이다.
- 또한 FKP 측위 시에 이중차분을 위한 상시관측소와의 기선거리의 차이로 인해 오차의 크기가 증가된 것으로 사료된다. VRS와 FKP의 망 구성이 동일할 경우에는 RTK를 수행하기 위하여 이동국과의 거리가 5.7km인 서울(SOUL) 상시 관측소를 이용하였다. 그러나 망구성이 상이한 경우에는 망의 크기가 커짐에 따라 가장 가까운 인천(INCH)을 사용하였으나 이동국과의 기선거리가 약 37.
- 먼저 관측수신환경이 우수한 개활지역을 선점하기 위하여 점의 조서 확인 및 현장답사를 통해 서울도엽의 통합기준점 6점을 선점하였다. 또한 GNSS 상공시계 확보가 용이하지 않은 도심지역의 기준점을 선점하기 위하여 현장답사를 통해 경기도 화성시 동탄동 일원의 공공 기준점 7점과, 서울특별시 강북구 수유동 일원의 지적도근점 7점을 각각 선점하였다(Table 6). 또한 현재 FKP는 관련규정이 없으므로 VRS의 관련규정인 공공 측량 작업규정[8], 지적재조사 측량규정[7]을 분석하여 관측방법을 수립하였으며, 도출된 관측방법을 준용하여 데이터를 취득하였다.
- 또한 관측 위성에 따른 Network-RTK 정밀도를 분석하기 위하여 GPS와 GLONASS를 모두 수신 받는 FKP-GNSS, VRS-GNSS, GPS만 수신 받는 FKP-GPS, VRS-GPS로 구분하여 총 4가지 유형의 Network-RTK 데이터를 취득하였다.
- 2cm로, 통합기준점에서는 측위 방법에 상관없이 모든 측점에서 허용정밀도 범위인 수평방향 5cm 이내를 만족하는 것으로 나타났다. 또한 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~11개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 11~15개의 위성이 관측에 이용되었다. 관측에 이용한 위성의 개수는 FKP와 VRS는 동일한 수준으로 확인되었으며 관련규정을 준용하여 정의한 관측방법의 동시 수신 위성 수 5대 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- Network-RTK를 이용한 GNSS 간접수준측량 적용 가능성을 판단하기 위한 표고 정밀도 분석은 표고에 대한 고시성과가 있는 통합기준점 및 공공기준점을 대상으로 수행하였다. 허용 오차는 공공측량 작업규정 내 3~4급 공공삼각점 표고 허용 오차인 10cm를 기준으로 하였다.
- 기준점은 GNSS 관측수신환경이 양호한 서울시립대학교 21세기관 옥상을 선점하였다. 데이터 의 취득은 GNSS 수신환경에 따른 VRS 및 FKP 측위 결과의 영향을 최소화 하기 위하여 거의 동일한 위치에 두 대의 GNSS 장비를 설치하고(Figure 2), 기준국 구성이 동일할 때와 상이할 때의 FKP 및 VRS 데이터를 취득하였다.
- 이와 같이 망 구성에 따른 정밀도를 분석하기 위해 망 구성형태에 따른 데이터를 취득하였으며 취득된 데이터의 정밀도 비교 분석을 위해 공공측량 작업규정[8]에 명시되어 있는 제179조(관측의 실시)를 준용하여 수신기에서 계산된 정밀도가 수평 5cm, 수직 10cm를 초과하거나 모호정수가 고정되지 않은 경우의 데이터는 제거하였다. 또한 FKP 및 VRS 측위 정밀도 분석은 각 측위 방법에 따른 평균 좌표를 기준으로 잔차를 산출하여 수행하였다.
성능/효과
- Table 3은 관측된 데이터가 공공측량 작업규정에 명시되어 있는 기준인 허용정밀도와 모호정수 고정을 만족하는 비율을 나타낸 것이다. 망 구성이 동일한 경우에 VRS 데이터는 약 97.7%가 관측 규정을 만족하였으며, FKP의 경우에는 약 95.0%이었다. 망구성이 상이할 경우에 VRS는 약 99.
- 0%이었다. 망구성이 상이할 경우에 VRS는 약 99.9%, FKP는 92.6%가 관측규정을 만족하였다. 취득된 데이터는 관측 수신환경이 매우 양호한 곳임에 따라 VRS와 FKP가 관측 규정을 만족하는 데이터의 비율이 90%이상으로 매우 높았다.
- 6%가 관측규정을 만족하였다. 취득된 데이터는 관측 수신환경이 매우 양호한 곳임에 따라 VRS와 FKP가 관측 규정을 만족하는 데이터의 비율이 90%이상으로 매우 높았다. 그러나 망구성 여부의 차이와 관계없이 FKP가 VRS보다 규정을 만족하는 비율이 적은 것으로 확인되었다.
- 취득된 데이터는 관측 수신환경이 매우 양호한 곳임에 따라 VRS와 FKP가 관측 규정을 만족하는 데이터의 비율이 90%이상으로 매우 높았다. 그러나 망구성 여부의 차이와 관계없이 FKP가 VRS보다 규정을 만족하는 비율이 적은 것으로 확인되었다. 또한 망구성이 상이한 경우는 망구성이 동일한 경우에 비해 FKP 측위 결과가 관측규정을 만족하는 비율이 낮은 것으로 확인되었다.
- 그러나 망구성 여부의 차이와 관계없이 FKP가 VRS보다 규정을 만족하는 비율이 적은 것으로 확인되었다. 또한 망구성이 상이한 경우는 망구성이 동일한 경우에 비해 FKP 측위 결과가 관측규정을 만족하는 비율이 낮은 것으로 확인되었다.
- 2cm로 FKP가 VRS보다 수평 방향에 대한 측위 정밀도는 약 2배 이상 낮은 것을 알 수 있다. 수직 방향의 경우 VRS의 위치 잔차 크기는 최대 약 6cm이나 FKP는 약 20cm로 FKP가 더 큰 잔차의 범위를 갖는 것을 확인할 수 있으며, 표준편차도 VRS는 1.6cm, FKP는 5.4cm로 FKP가 VRS보다 위치 정밀도가 낮은 것을 확인할 수 있다.
- 먼저, GNSS 상공 시계확보가 용이하고 임계앙각 15°범위에 장애물이 존재하지 않는 관측수신환경이 우수한 개활지역인 경우와, 빌딩·나무·전신주 등 GNSS 상공 시계 확보가 용이하지 않은 다중경로오차 발생 우려 지역인 도심지의 경우로 나누어 선점 하였다. 먼저 관측수신환경이 우수한 개활지역을 선점하기 위하여 점의 조서 확인 및 현장답사를 통해 서울도엽의 통합기준점 6점을 선점하였다. 또한 GNSS 상공시계 확보가 용이하지 않은 도심지역의 기준점을 선점하기 위하여 현장답사를 통해 경기도 화성시 동탄동 일원의 공공 기준점 7점과, 서울특별시 강북구 수유동 일원의 지적도근점 7점을 각각 선점하였다(Table 6).
- TBC를 통해 산출된 지적도근점의 기준 좌표는 수평방향으로 2cm 수준의 정밀도를 가지는 것으로 나타났으며, 산출된 각 측점의 좌표와 표준편차는 Table 8과 같다. GPS 장비제조회사에서 제공하는 Network-RTK 정밀도는 일반적으로 수평방향 3cm이내, 수직 방향 5cm 이내로 알려져 있으므로, 본 연구에서 후처리하여 산출된 지적도근점의 좌표와 표준편차는 정밀하게 계산된 것으로 판단된다.
- 개활지역에 해당하는 통합기준점에 대한 수평방향 RMSE는 Figure 8과 같다. 측위 방법 및 관측 위성에 따른 수평방향 RMSE는 FKP-GNSS의 경우 약 0.8~3.0cm, FKP-GPS는 약 1.9~2.5cm, VRS-GNSS는 약 0.5~2.2cm, VRS-GPS는 약 0.8~3.2cm로, 통합기준점에서는 측위 방법에 상관없이 모든 측점에서 허용정밀도 범위인 수평방향 5cm 이내를 만족하는 것으로 나타났다. 또한 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~11개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 11~15개의 위성이 관측에 이용되었다.
- 또한 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~11개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 11~15개의 위성이 관측에 이용되었다. 관측에 이용한 위성의 개수는 FKP와 VRS는 동일한 수준으로 확인되었으며 관련규정을 준용하여 정의한 관측방법의 동시 수신 위성 수 5대 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다. RMSE 분석결과를 측위 방법에 따라 비교해보면 상대적으로 VRS가 FKP에 비해 정밀하게 관측되었음을 확인할 수 있다.
- 관측에 이용한 위성의 개수는 FKP와 VRS는 동일한 수준으로 확인되었으며 관련규정을 준용하여 정의한 관측방법의 동시 수신 위성 수 5대 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다. RMSE 분석결과를 측위 방법에 따라 비교해보면 상대적으로 VRS가 FKP에 비해 정밀하게 관측되었음을 확인할 수 있다.
- 통합기준점의 각 측점별 모호정수 고정시간은 Table 9와 같다. 모호정수를 고정하는데 소요되는 시간은 VRS의 경우 평균적으로 약 10초 이내, FKP의 경우에는 30초 이상 소요되는 것으로 나타나 전반적으로 FKP가 VRS보다 모호정수 고정시간이 오래 걸리는 것으로 확인되었다.
- 이를 제외하면 FKP-GNSS는 6점, FKP-GPS 3점, VRS-GNSS 6점, VRS-GPS 4점이며, 이로부터 산출한 Network-RTK 수평방향 RMSE는 Figure 9와 같다. 측 위방법에 따른 수평 RMSE는 FKP-GNSS의 경우 약 1.4~7.0cm, FKP-GPS는 약 2.0~3.3cm, VRS-GNSS는 약 0.5~2.3cm, VRS-GPS가 약 1.2~2.4cm의 값을 갖는 것으로 나타났다. 허용 오차와 비교한 경우 FKP-GNSS 측위방법은 6점 중 2개의 측점(2-010, 2-020)에서 관측에 사용한 위성의 개수가 11개로 확인되었지만 RMSE는 5cm를 초과하는 것으로 나타났으며, 다른 측위 방법의 경우에는 모두 허용 오차 이내의 값을 갖는 것으로 나타났다.
- 4cm의 값을 갖는 것으로 나타났다. 허용 오차와 비교한 경우 FKP-GNSS 측위방법은 6점 중 2개의 측점(2-010, 2-020)에서 관측에 사용한 위성의 개수가 11개로 확인되었지만 RMSE는 5cm를 초과하는 것으로 나타났으며, 다른 측위 방법의 경우에는 모두 허용 오차 이내의 값을 갖는 것으로 나타났다. 또한 공공기준점에서 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~9개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 9~14개의 위성이 관측에 이용되어 전체적으로 통합기준점의 경우보다 최대 관측위성이 1개 적게 관측된 것으로 나타났다.
- 허용 오차와 비교한 경우 FKP-GNSS 측위방법은 6점 중 2개의 측점(2-010, 2-020)에서 관측에 사용한 위성의 개수가 11개로 확인되었지만 RMSE는 5cm를 초과하는 것으로 나타났으며, 다른 측위 방법의 경우에는 모두 허용 오차 이내의 값을 갖는 것으로 나타났다. 또한 공공기준점에서 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~9개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 9~14개의 위성이 관측에 이용되어 전체적으로 통합기준점의 경우보다 최대 관측위성이 1개 적게 관측된 것으로 나타났다. FKP 와 VRS는 측위방법에 따라 비슷한 개수의 위성을 관측에 이용하는 것으로 확인되었으며 관련규정을 준용하여 정의한 관측방법의 동시 수신 위성 수 5대 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- 또한 공공기준점에서 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~9개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 9~14개의 위성이 관측에 이용되어 전체적으로 통합기준점의 경우보다 최대 관측위성이 1개 적게 관측된 것으로 나타났다. FKP 와 VRS는 측위방법에 따라 비슷한 개수의 위성을 관측에 이용하는 것으로 확인되었으며 관련규정을 준용하여 정의한 관측방법의 동시 수신 위성 수 5대 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 측위 방법에 따라 비교하면 통합기준점의 결과와 마찬가지로 VRS가 FKP에 비해 정밀하게 관측되었음을 확인할 수 있었다.
- FKP 와 VRS는 측위방법에 따라 비슷한 개수의 위성을 관측에 이용하는 것으로 확인되었으며 관련규정을 준용하여 정의한 관측방법의 동시 수신 위성 수 5대 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 측위 방법에 따라 비교하면 통합기준점의 결과와 마찬가지로 VRS가 FKP에 비해 정밀하게 관측되었음을 확인할 수 있었다.
- 공공기준점에서 각 측점별 모호정수 고정시간은 Table 10과 같다. 각 측점별 모호정수 고정시간은 통합기준점의 경우와 동일하게 FKP가 VRS보다 오래 걸리는 것으로 확인되었다. 또한 공공기준점에서 FKP 측위의 모호정수 고정시간은 통합기준점의 경우보다 약 2배 정도 오래 걸렸으며, VRS의 경우에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 각 측점별 모호정수 고정시간은 통합기준점의 경우와 동일하게 FKP가 VRS보다 오래 걸리는 것으로 확인되었다. 또한 공공기준점에서 FKP 측위의 모호정수 고정시간은 통합기준점의 경우보다 약 2배 정도 오래 걸렸으며, VRS의 경우에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 모호정수 고정을 실패한 측점을 제외한 측점의 수는 전체 7점 중 FKP-GNSS 4점, FKP-GPS 2점, VRS-GNSS 7점, VRS-GPS 5점이다. 위의 결과로 미루어 보아 모호정수 고정 확률은 전반적으로 VRS가 FKP보다 높은 것으로 확인되었다. 관측 규정을 만족하는 경우에 한정하여 산출한 지적도근점의 Network-RTK 수평방향 RMSE는 Figure 10과 같다.
- 관측 규정을 만족하는 경우에 한정하여 산출한 지적도근점의 Network-RTK 수평방향 RMSE는 Figure 10과 같다. 측위 방법에 따른 수평 방향 RMSE는 FKP-GNSS의 경우 약 1.9~5.7cm, FKP-GPS는 약 5.4cm, VRS-GNSS가 약 2.2~5.7cm, VRS-GPS가 약 3.2~4.8cm로 나타났다. 7점 중 관측규정을 만족하고 허용 오차 이내의 정밀도를 나타낸 점은 FKP-GNSS의 경우 3점, FKP-GPS는 0점, VRS-GNSS는 4점, VRS-GPS는 3점이다.
- 7점 중 관측규정을 만족하고 허용 오차 이내의 정밀도를 나타낸 점은 FKP-GNSS의 경우 3점, FKP-GPS는 0점, VRS-GNSS는 4점, VRS-GPS는 3점이다. 또한 관측에 사용한 위성의 개수는 GPS 위성만 이용 시 평균 6~7개가 관측에 이용되었으며 GPS/GLONASS 위성사용 시에는 평균 6~12개의 위성이 관측에 이용되어 최대 관측위성이 통합기준점보다 3개, 공공기준점 보다 2개 적게 관측되는 것으로 나타났다. 또한 지적도근점 518, 521의 경우에서와 같이 GPS/GLONASS 위성을 이용하여 관측에 이용되는 위성의 개수가 많더라도 관측 수신환경에 의한 멀티패스 등의 영향으로 인해 오차가 포함 되어 측위정밀도 저하에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 또한 지적도근점 518, 521의 경우에서와 같이 GPS/GLONASS 위성을 이용하여 관측에 이용되는 위성의 개수가 많더라도 관측 수신환경에 의한 멀티패스 등의 영향으로 인해 오차가 포함 되어 측위정밀도 저하에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 측위 방법에 따라 비교하면 VRS가 FKP보다 전반적으로 정밀도가 높았으며, 이는 통합기준점, 공공기준점에의 RMSE 분석결과와 유사한 결과이다.
- 지적도근점에서 각 측점별 모호정수 고정시간은 Table 11과 같다. 통합기준점, 공공기준점의 경우와 동일하게 FKP가 VRS보다 모호정수 고정시간이 더 긴 것으로 나타났다.
- 먼저, 통합기준점에서 Network-RTK를 이용하여 산출된 표고에 대한 RMSE는 Figure 12와 같다. 산출된 표고의 RMSE 값은 FKP-GNSS의 경우 약 1.2~6.8cm, FKP-GPS는 약 1.1~5.2cm, VRS-GNSS는 약 0.6~4.2cm, VRS-GPS는 약 1.5~5.8cm로 나타나 통합기준점에서는 측위방법 및 관측 위성과 상관없이 허용 오차인 10cm 이내의 RMSE가 산출되었다.
- 표고 RMSE는 공공기준점의 Network-RTK 수평방향 정밀도 분석에서와 같이 표고 산출 정밀도 분석에서도 관측데이터가 관측규정을 만족하지 않는 경우는 동일하였다(FKP-GNSS 6점, FKP-GPS 3점, VRS-GNSS 6점, VRS-GPS 4점). 각 측위 방법에 따른 표고 RMSE는 FKP-GNSS의 경우 약 1.4~18.3cm, FKP-GPS는 약 2.1~8.0cm, VRS-GNSS는 약 1.9~5.5cm, VRS-GPS가 약 1.2~6.8cm로 나타났다. 허용 오차와 비교한 결과, FKP-GNSS 측위에서 관측 규정을 만족한 총 6점 중 2점이 허용 오차 10cm를 초과하였다.
- 8cm로 나타났다. 허용 오차와 비교한 결과, FKP-GNSS 측위에서 관측 규정을 만족한 총 6점 중 2점이 허용 오차 10cm를 초과하였다. 또한 전반적으로 VRS가 FKP보다 정밀한 것으로 나타났으며, 이는 VRS가 FKP보다 타원체고가 정밀하게 계산되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 본 연구를 위해 관측한 총 20개의 측점을 대상으로 Network-RTK 관련 규정 및 성과심사 허용 오차인 수평 5cm 이내를 만족하는 측점의 수는 Table 12와 같다. 측위 방법에 따라 비교 시, VRS가 FKP에 비하여 관련 규정 및 허용 오차를 만족하는 측점의 수가 많은 것으로 나타났다. 관측 위성에 따라 비교하면 GLONASS와 GPS 신호를 모두 수신하는 경우 FKP와 VRS에서 규정 및 허용정밀도를 만족하는 정도가 유사하였으나, GPS 신호만 수신하는 경우에는 FKP 보다 VRS의 경우에서 규정과 허용정밀도를 만족하는 경우가 훨씬 많은 것으로 나타났다.
- 측위 방법에 따라 비교 시, VRS가 FKP에 비하여 관련 규정 및 허용 오차를 만족하는 측점의 수가 많은 것으로 나타났다. 관측 위성에 따라 비교하면 GLONASS와 GPS 신호를 모두 수신하는 경우 FKP와 VRS에서 규정 및 허용정밀도를 만족하는 정도가 유사하였으나, GPS 신호만 수신하는 경우에는 FKP 보다 VRS의 경우에서 규정과 허용정밀도를 만족하는 경우가 훨씬 많은 것으로 나타났다. 이론적으로는 동일한 환경에서 측위 하였을 때 VRS와 FKP 모두 동일한 시간에 유사한 수준의 위치정밀도가 나타나야 한다.
- 이론적으로는 동일한 환경에서 측위 하였을 때 VRS와 FKP 모두 동일한 시간에 유사한 수준의 위치정밀도가 나타나야 한다. 그러나 본 연구의 결과로 미루어보아 현재의 FKP 시스템은 VRS 시스템보다 불안정한 것으로 사료된다. 따라서 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 적용을 위해서는 우선적으로 FKP의 오차요소에 대한 보정정보를 계산하는 내부 시스템의 점검이 필요할 것으로 사료되며, 현재 시스 템으로는 통합기준점과 같이 GNSS 수신환경이 좋은 지역에 한하여 관측을 실시해야 할 것으로 판단된다.
- Network-RTK를 이용한 GNSS 간접수준측량 적용 가능성 여부를 분석하기 위하여 통합기준점 및 공공 기준점을 대상으로 3~4급 공공기준점 수직 허용 오차인 10cm 이내를 만족하는 측점 수를 정리한 것은 Table 13과 같다. 측위 방법에 따른 허용 오차를 만족하는 측점 수는 총 13개 중 FKP GNSS 10점(77%), FKP-GPS 9점(69%), VRS-GNSS 12점(92%), VRS-GPS 10점(77%)이다. VRS의 경우에는 국토지리정보원의 KNGeoid13 지오이드 모델의 지오이드고와 타원체고로부터 산출된 성과를 표고로 이용하여도 큰 문제가 없을 것으로 사료된다.
- 첫째, 망 구성에 따른 측위 정밀도 분석결과 FKP와 VRS가 동일한 기준국을 운영할 경우에는 FKP 및 VRS 측위 잔차의 표준편차는 거의 같은 것으로 확인 되었다. 그러나 상이한 기준국을 운영할 경우에는 FKP가 VRS 보다 2배 이상 위치 정밀도가 저하되었다.
- 둘째, Network-RTK 수평 방향 정밀도 분석 결과, 개활지역인 통합기준점에서는 FKP 및 VRS 측위 정밀도가 모두 5cm 이내로 안정적인 결과를 보였다. 그러나 GNSS 수신환경이 좋지 않은 공공기준점 및 지적도근점의 경우에는 FKP가 관련 규정을 만족하지 못하는 경우가 VRS에 비하여 다수 나타났다.
- 이러한 결과는 FKP 내부 시스템에서 생성하는 오차보정요소가 VRS보다 부정확하다는 것을 의미하기 때문에 FKP 내부 시스템의 점검이 필요할 것으로 사료된다. 또한 GLONASS와 GPS 신호를 모두 수신 받은 경우가 GPS 신호만 수신 받는 경우보다 관련 규정을 만족하는 비율이 높게 나타났다. 따라서 관측수신환경이 좋지 못한 지역에서는 GLONASS와 GPS 신호를 모두 수신할 수 있는 GNSS 기기를 사용 할 것을 권장한다.
- 셋째, Network-RTK를 이용한 표고 산출 정밀도 분석 결과, 고시좌표를 기준으로 국토지리정보원에서 제공하는 KNGeoid13 모델로 산출된 지오이드고와 VRS 측위로부터 계산된 타원체고를 이용하여 3~4급 공공삼각점에 대한 표고를 산출하여도 무방하다고 사료된다. 그러나 VRS의 경우에도 GPS만 이용하여 표고를 산출할 경우 GLONASS와 GPS 신호를 모두 수신한 경우보다 정밀도가 낮기 때문에, Network-RTK를 이용한 GNSS 간접수준측량의 정밀도를 향상시키 고 안정적으로 표고를 산출하기 위해서는 GLONASS와 GPS 신호를 모두 수신할 수 있는 기기를 사용하도록 관련규정을 정의해야 할 것으로 사료된다.
후속연구
- 국토지리정보원에서는 VRS(Virtual Reference Station) 시스템의 단점인 동시접속자수 제한의 문제를 해결하고, 상시관측소의 활용을 증대하기 위하여 2012년 11월 1일부터 단방향 통신기반의 FKP(Flächen Korrektur Parameter) 서비스를 제공하고 있다. FKP 서비스의 실시를 통해 많은 인원이 동시에 Network-RTK 측위를 수행하는 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP의 활용이 증대될 것으로 예상된다. 그러나 현재 FKP 측위 정밀도 분석에 대한 선행연구가 미비하여, 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 서비스를 활용하기에는 한계가 있다.
- 그러나 본 연구의 결과로 미루어보아 현재의 FKP 시스템은 VRS 시스템보다 불안정한 것으로 사료된다. 따라서 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP 적용을 위해서는 우선적으로 FKP의 오차요소에 대한 보정정보를 계산하는 내부 시스템의 점검이 필요할 것으로 사료되며, 현재 시스 템으로는 통합기준점과 같이 GNSS 수신환경이 좋은 지역에 한하여 관측을 실시해야 할 것으로 판단된다.
- VRS의 경우에는 국토지리정보원의 KNGeoid13 지오이드 모델의 지오이드고와 타원체고로부터 산출된 성과를 표고로 이용하여도 큰 문제가 없을 것으로 사료된다. 그러나 GPS만 이용할 경우 GLONASS와 GPS를 모두 이용하였을 때에 비하여 정밀도가 저하되기 때문에 정밀도를 향상시킬 수 있는 방법연구가 필요할 것으로 판단된다. FKP의 경우에는 내부 시스템 점검을 통해 안정적인 정밀도를 확보한 후, 간접 준측량에 적용해야 할 것으로 사료된다.
- 마지막으로 Network-RTK 정밀도 분석결과 공공측량 및 지적재조사 사업에 FKP를 활용하기에는 관측 수신환경에 의한 제약을 많이 받으므로, 현재의 FKP 시스템을 공공측량 및 지적재조사 사업에 이용하기 위해서는 개활지역에 한정하여 부분적인 적용을 해야 할 것으로 판단된다. 또한 동일한 측위 환경에서는 이론적으로 FKP 측위 정밀도가 VRS 측위 정밀도와 유사하게 나타나야 하나, 관측수신환경이 좋은 통합기준점을 제외한 공공기준점, 지적도근점 에서는 FKP가 VRS보다 정밀도가 좋지 못하였다.
- 또한 동일한 측위 환경에서는 이론적으로 FKP 측위 정밀도가 VRS 측위 정밀도와 유사하게 나타나야 하나, 관측수신환경이 좋은 통합기준점을 제외한 공공기준점, 지적도근점 에서는 FKP가 VRS보다 정밀도가 좋지 못하였다. 본 연구에서 취득한 데이터는 같은 수신기로 거의 동일한 시간에 Network-RTK 데이터를 수신하였기 때문에 FKP 서버에서 제공하는 오차보정요소의 품질에 문제가 있다고 사료된다. 따라서 향후 FKP 정밀도 개선을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되며 향후 FKP 내부 시스템에서 생성하는 오차보정요소의 점검이 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 취득한 데이터는 같은 수신기로 거의 동일한 시간에 Network-RTK 데이터를 수신하였기 때문에 FKP 서버에서 제공하는 오차보정요소의 품질에 문제가 있다고 사료된다. 따라서 향후 FKP 정밀도 개선을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되며 향후 FKP 내부 시스템에서 생성하는 오차보정요소의 점검이 필요할 것으로 사료된다.
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