[논문]인천지역 통합기준점에서 Network-RTK 측량기법의 비교

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doi:10.7848/ksgpc.2014.32.5.469

[국내논문] 인천지역 통합기준점에서 Network-RTK 측량기법의 비교
Comparison of Network-RTK Surveying Methods at Unified Control Stations in Incheon Area 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.32 no.5, 2014년, pp.469 - 479

이용창 (Division of Urban and Environmental Engineering, Incheon National University)

초록
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네트워크 RTK 기술은 전리층 및 대류층 지연, 위성 궤도력 오차 등과 같은 거리에 종속된 오차의 보정모델링을 통해 GNSS 측위 정확도를 향상할 수 있는 기법이다. 본 연구에서는 전리층 교란의 극대화 시기인 Cycle24 기간 중, 인천지역 내 20점의 통합기준점을 대상으로 N-RTK (VRS 및 FKP) 측량을 실시하고 초기화시간, 성분별 측위정확도 및 좌표 교차를 비교 분석하였다. 연구결과, 측위정확도는 VRS가 FKP에 비해 우수하였고 두 기법 모두, 고도성분은 수평성분에 비해 2배 이상의 표준편차를 보였는데 이는 전자밀도 변동에 따른 전리층교란과 굴절지수의 변동으로 발생되는 대류층의 요동에 따른 것으로 보인다. 각 통합기준점에서 기법별 초기화는 VRS가 FKP에 비해 빠르게 수렴되었다. 이는 N-RTK를 위한 표준화된 고압축 전송형식의 활용과 국내 이동 통신 인프라에 의한 기준국 보정신호의 신호지연이 최소라는 고려 하에서 두 기법간의 기본원리의 차이, 서로 다른 보정 기준망에 따른 상이한 오차특성 및 FKP 보정값의 비선형 특성에 기인된 것으로 분석된다. 특히, 태양흑점폭발과 플레어로 인하여 우주전파환경의 변화가 발생되는 동안에 정확도의 저하, 초기화시간의 연장, 관측도중 재초기화, 심한 경우 초기화 실패 등의 현상이 발생됨을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

N-RTK(Network based RTK) methods are able to improve the accuracy of GNSS positioning results through modelling of the distance-dependent error sources(i.e. primarily the ionospheric and tropospheric delays and orbit errors). In this study, the comparison of the TTFF(Time-To-Fix-First ambiguity), accuracy and discrepancies in horizontal/vertical components of N-RTK methods(VRS and FKP) with the static GNSS at 20 Unified Control Stations covering Incheon metropolitan city area during solar storms(Solar cycle 24 period) were performed. The results showed that the best method, compared with the statics GNSS survey, is the VRS, followed by the FKP, but vertical components of both VRS and FKP were approximately two times bigger than horizontal components. The reason for this is considered as the ionospheric scintillation because of irregularities in electron density, and the tropospheric scintillation because of fluctuations on the refractive index take the place. When the TTFF at each station for each technique used, VRS gave shorter initialization time than FKP. The possible reasons for this result might be the inherent differences in principles, errors in characteristics of different correction networks, interpolating errors of FKP parameters according to the non-linear variation of the dispersive and non-dispersive errors at rover when considering both domestic mobile communication infra and the standardized high-compact data format for N-RTK. Also, those test results revealed degradation of positing accuracy, long initialization time, and sudden re-initialization, but more failures to resolve ambiguity during space weather events caused by Sunspot activity and solar flares.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 인천지역 내 분포한 통합기준점에서 국토지리정보원의 VRS 및 FKP N-RTK 측위 정확도에 대한 비교 평가를 목적으로 한다. 이를 위해 N-RTK기법의 기본 이론을 고찰하고 인천지역 관내 · 외에 설치 운용중인 GNSS 상시관측소로 보정망을 구성하고 통합기준점 20점을 대상으로 N-RTK 측량을 수행한다.

제안 방법

관측점으로 Table 2와 같이 인천 내륙 및 도서지역에 분포한 통합기준점 20점을 선점하고 시간대의 제약 없이 다음 조건에 따라 총 9일 간에 N-RTK 측량을 수행하였다. 통합 기준점 주변 건물 및 이동 장해물에 의한 다중신호의 영향을 최소화하기 위해 Trimble R8, GNSS/SPS88x 안테나 내장 일체형 1급 GNSS수신기를 2m range pole 상단에 거치, 연직성을 유지하면서 임계앙각 10°, 임계 PDOP(6)의 GPS와 GLONASS 위성신호를 활용하였다.
또한, 기준국과 이동국간의 통신매체는 3G 이동통신기술(테더링)을 활용 하여 국토지리정보원 GNSS 서비스 서버에 접속, 이동국에 가장 가까운 상시관측소를 기준국으로 자동 선정한 후, 기준국의 원 관측자료 및 N-RTK 보정정보를 취득하여 2분∼3분의 시간차로 VRS 및 FKP 측량을 수행하였다.
총 9일간의 관측 기간 중, 특이사항은 일부측점(U0213 : 4분, U0211 : 9분)에서 통신 접속직후, 초기화 시간이 4분 이상 소요되거나 초기화 이후 측량 중, GPS위성만 관측되었다. 또한, 통신문제로 U0210는 VRS 1회, U0148는 FKP 1회, U0139는 각각 1회의 관측만 수행하였다. 이 외의 통합기준 점에서는 PDOP(평균 2.
현재 국토지리정보원에서는 양방향 통신방식을 활용하여 이동국에 가장 근접한 상시관측소를 자동 선별하고 기준 국의 원 관측 자료와 산출된 면 보정계수를 이동국 사용자에게 실시간 제공하고 있다. 본 연구에서는 VRS, FKP, MAX, i-MAX, 및 통신프로토콜, 전송자료형식, 통신매체 등에 관한 상세이론은 생략하고 참고문헌으로 대신한다(Lee, 2014).
이를 위해 N-RTK기법의 기본 이론을 고찰하고 인천지역 관내 · 외에 설치 운용중인 GNSS 상시관측소로 보정망을 구성하고 통합기준점 20점을 대상으로 N-RTK 측량을 수행한다.
통합 기준점 주변 건물 및 이동 장해물에 의한 다중신호의 영향을 최소화하기 위해 Trimble R8, GNSS/SPS88x 안테나 내장 일체형 1급 GNSS수신기를 2m range pole 상단에 거치, 연직성을 유지하면서 임계앙각 10°, 임계 PDOP(6)의 GPS와 GLONASS 위성신호를 활용하였다. 초기화 방식은 두 기법 모두 OTF(On the Fly)기법을 적용하였고 초기화 이후, 1초 간격으로 허용정확도 수평(1cm), 수직(1.5cm)인 측량결과만을 저장하면서 1개 epoch의 관측 시간을 3초로 설정하고 기법별로 각각 30epochs의 실시간 측량을 교대로 2회 수행하였다.
통합 기준점 주변 건물 및 이동 장해물에 의한 다중신호의 영향을 최소화하기 위해 Trimble R8, GNSS/SPS88x 안테나 내장 일체형 1급 GNSS수신기를 2m range pole 상단에 거치, 연직성을 유지하면서 임계앙각 10°, 임계 PDOP(6)의 GPS와 GLONASS 위성신호를 활용하였다.

대상 데이터

2013년∼2014년은 태양흑점폭발 주기 24(sunspot number cycle 24)의 극대기로 본 연구의 관측기간 중, 전리층 교란 상태를 파악하고 전리층 교란시기에서 N-RTK 기법별 측위 정확도를 비교 고찰하기 위해 국내 인천 상시관측소와 이천 우주전파센터 관측소의 GPS 관측자료를 활용하여 분석하였다.

이론/모형

본 연구에서는 1개 port에 다종 언어 및 측점 연동이 가능한 NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) 표준 Protocol, 자료형식은 VRS(트림블사의 CMR+), FKP(RTCM v3.1)를 활용하였다. 또한, 기준국과 이동국간의 통신매체는 3G 이동통신기술(테더링)을 활용 하여 국토지리정보원 GNSS 서비스 서버에 접속, 이동국에 가장 가까운 상시관측소를 기준국으로 자동 선정한 후, 기준국의 원 관측자료 및 N-RTK 보정정보를 취득하여 2분∼3분의 시간차로 VRS 및 FKP 측량을 수행하였다.

성능/효과

각 기법별 제안자(시기), 기준국 자료원, 이동국용 보정값의 계산 위치(AC : Analysis Center, 또는 rover), 통신방식 및 자료전송형식, 최소(실제)상시관측소 수, 이용자수의 제한 및 기법별 특징 등을 요약하면 Table 1과 같다. 4가지 N-RTK 기법의 공통사항으로 AC에서는 CORS 망 내 모든 상시관측소의 기본정보(좌표, 기준점간 거리 등), epoch별 모든 위성과 상시관측소 간 이중차분(DD : Double Difference) 관측자료의 분산 및 비분산 오차를 모형화하고 이동국의 위치에 대해 보간한다. 이때 CORS 망 내 모호정수의 수준(ambiguity level) 은 동일해야 하는데 ‘동일수준’이란 특정 위성에 대한 두 상시 관측소 위상자료의 단일차분(SD : Single Difference) 자료에 포함된 ‘실수형 모호정수 bias의 크기(모호정수에 대한 참값 – 계산값)’가 동일하다는 의미이다.
두 가지 N-RTK 기법의 수행 평가를 위한 기준으로 모호정수의 초기화 소요시간(TTFF : Time-To-Fix-First ambiguity), 좌표성분별 측위정확도, 좌표 교차를 선정하고 Cycle 24 태양흑점 폭발 극대기 기간 중, 전리층의 전자총량(TEC : Total Electron Content)의 변화, 이동국의 N-RTK 보정망 내 · 외 위치, 기준국과 이동국간 거리 등을 고려한 오차 특성을 종합적으로 비교 고찰하여 N-RTK 기법을 활용한 다양한 현장 실무의 정확도 향상에 기여 한다.
또한, 실제 이동국에 수신된 해석센터의 보정값은 N-RTK 운용상의 총체적 지연으로 기준국 자료의 경과시간(BDA : Base Data Age)이 발생 되는데 동일수준의 모호정수 해석에 사용하는 보정값의 경과시간 제한은 통상, 제조사가 설정(GPS World staff, 2013) 한 임계 신호지연 설정값(DGPS 1분, RTK 10초)에 따른다. 총 9일간의 관측 기간 중, 특이사항은 일부측점(U0213 : 4분, U0211 : 9분)에서 통신 접속직후, 초기화 시간이 4분 이상 소요되거나 초기화 이후 측량 중, GPS위성만 관측되었다. 또한, 통신문제로 U0210는 VRS 1회, U0148는 FKP 1회, U0139는 각각 1회의 관측만 수행하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GNSS측량의 최근 주류를 이루고 있는 기술은?	최근 GNSS(Global Navigation Satellite System)측량의 동향은 단일 기준국 RTK(S-RTK : Single-based RTK), 다중 기준국 RTK(N-RTK : Network-based RTK), 정밀단독측위(PPP : Precise Point Positioning) 등 실시간 측위기술이 주류를 이루고 있다. S-RTK기법은 거리에 종속한 분산성(주파수에 종속, 전리층지연) 및 비분산성(대류층 지연) 오차의 '공간 비 상관'특성 때문에 기준국으로 부터 제한된 거리(5km, 환경에 따라서는 10∼20km)내에서 사용되었다.
	네트워크 RTK 기술은 무엇인가?	네트워크 RTK 기술은 전리층 및 대류층 지연, 위성 궤도력 오차 등과 같은 거리에 종속된 오차의 보정모델링을 통해 GNSS 측위 정확도를 향상할 수 있는 기법이다. 본 연구에서는 전리층 교란의 극대화 시기인 Cycle24 기간 중, 인천지역 내 20점의 통합기준점을 대상으로 N-RTK (VRS 및 FKP) 측량을 실시하고 초기화시간, 성분별 측위정확도 및 좌표 교차를 비교 분석하였다.
	GNSS N-RTK 측위 서비스의 활용 전망은?	국내에서 수행한 VRS와 FKP의 비교연구로는 Kim and Bae(2013) 등이 옥상에 설치된 GNSS 상시관측소와 유선인터넷 망을 활용하여 FKP 시스템의 안정성을 VRS 측량결과와 비교 분석한바 있다. 현재 국내에서 GNSS N-RTK 측량기법은 토목/건설/지적 분야의 세부측량에 널리 활용되고 있고 2008년부터 전국에 설치중인 통합기준점(UCS : Unified Control Station, 약 3,650점, 2013년 말 기준), 지자체의 도시기준점 등과 연계하여 지적재 조사사업에도 널리 활용될 전망이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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