김석태
(KEPCO Research institute, Korea Electric Power Corporation)
,
박준영
(KEPCO Research institute, Korea Electric Power Corporation)
,
이재경
(KEPCO Research institute, Korea Electric Power Corporation)
,
최인혁
(KEPCO Research institute, Korea Electric Power Corporation)
,
함지완
(KEPCO Research institute, Korea Electric Power Corporation)
기존의 송전탑 좌표 측정방식은 송전탑 지상중심에서 GPS를 이용하여 좌표를 측정하고 일반적으로 측정시간은 수십 분 정도 소요되었다. 그러나 이러한 방법은 종종 거대한 철골구조물인 송전탑 간섭으로 인해 수십 미터의 좌표 오차를 발생하거나 수 시간씩 측정시간이 소요되기도 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 송전탑의 새로운 GPS 측정 방법을 제안한다. 먼저, 송전탑의 중앙을 측정하던 방법 대신, 3개의 GPS로 구성된 측정장치를 이용하여 송전탑 가장자리 4 지점의 GPS 좌표를 측정하고 그 값들을 평균하여 송전탑의 중앙을 구한다. 측정된 값이 전파간섭에 의해 상당히 벗어난 경우, 새롭게 제시하는 알고리즘이 부정확한 좌표를 걸러내고 다른 가장자리 좌표로 대체하여 송전탑의 중심을 효과적으로 계산할 수 있다. 현장 측정시험을 통해 본 논문에서 제시하는 새로운 알고리즘은 전파간섭 환경에서 송전탑 측정의 효율성과 정확도를 향상시킬 수 있다.
기존의 송전탑 좌표 측정방식은 송전탑 지상중심에서 GPS를 이용하여 좌표를 측정하고 일반적으로 측정시간은 수십 분 정도 소요되었다. 그러나 이러한 방법은 종종 거대한 철골구조물인 송전탑 간섭으로 인해 수십 미터의 좌표 오차를 발생하거나 수 시간씩 측정시간이 소요되기도 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 송전탑의 새로운 GPS 측정 방법을 제안한다. 먼저, 송전탑의 중앙을 측정하던 방법 대신, 3개의 GPS로 구성된 측정장치를 이용하여 송전탑 가장자리 4 지점의 GPS 좌표를 측정하고 그 값들을 평균하여 송전탑의 중앙을 구한다. 측정된 값이 전파간섭에 의해 상당히 벗어난 경우, 새롭게 제시하는 알고리즘이 부정확한 좌표를 걸러내고 다른 가장자리 좌표로 대체하여 송전탑의 중심을 효과적으로 계산할 수 있다. 현장 측정시험을 통해 본 논문에서 제시하는 새로운 알고리즘은 전파간섭 환경에서 송전탑 측정의 효율성과 정확도를 향상시킬 수 있다.
Traditionally, the GPS coordinates of a transmission tower have been measured at the center of the tower on the ground, which usually takes dozens of minutes. However, this method often produces errors of tens of meters or sometimes demands several hours due to signal interference from the huge stee...
Traditionally, the GPS coordinates of a transmission tower have been measured at the center of the tower on the ground, which usually takes dozens of minutes. However, this method often produces errors of tens of meters or sometimes demands several hours due to signal interference from the huge steel structure of the tower. To solve this problem, in this paper, a new measuring method for GPS coordinates of steel towers is proposed. First, instead of measuring the center of a tower, four GPS coordinates of the edges of the tower are obtained by using a measuring device with three GPS modules, and then are averaged to find the center of the tower. When a measured value is deviated considerably by signal interference, a newly proposed algorithm filters out such an inaccurate coordinate, effectively calculating the center of the tower by using other edge coordinates. Through field tests, it was confirmed that this new algorithm could improve the task efficiency and its measuring accuracy for GPS coordinates in a GPS interference environment.
Traditionally, the GPS coordinates of a transmission tower have been measured at the center of the tower on the ground, which usually takes dozens of minutes. However, this method often produces errors of tens of meters or sometimes demands several hours due to signal interference from the huge steel structure of the tower. To solve this problem, in this paper, a new measuring method for GPS coordinates of steel towers is proposed. First, instead of measuring the center of a tower, four GPS coordinates of the edges of the tower are obtained by using a measuring device with three GPS modules, and then are averaged to find the center of the tower. When a measured value is deviated considerably by signal interference, a newly proposed algorithm filters out such an inaccurate coordinate, effectively calculating the center of the tower by using other edge coordinates. Through field tests, it was confirmed that this new algorithm could improve the task efficiency and its measuring accuracy for GPS coordinates in a GPS interference environment.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
그러므로 본 논문에서는 송전탑 GPS 좌표 측정 시 발생하는 오차를 고압송전선 보다는 대형 철골구조물인 송전탑이 전파간섭의 원인이라고 판단하고 전파간섭이 존재하는 환경에서 송전탑의 GPS 좌표측정 정확도를 향상시키기 위한 송전탑 위치측정 알고리즘과 그 절차를 소개하고자 한다.
본 논문에서는 3개의 GPS 모듈로 구성된 GPS 좌표 측정기를 이용하여 송전탑 가장자리 4지점을 측정하여 전파간섭에 의한 부정확한 좌표를 걸러내고 송전탑의 GPS 좌표를 측정할 수 있는 송전탑 위치측정 알고리즘에 대하여 소개하였다. 본 논문에서 제안된 방법을 이용하여 30여 기의 송전탑 위치를 현장 측정하였고 측정된 송전탑의 GPS 좌표를 기반으로 드론의 비행경로를 생성하여 한국전력공사 충남지역본부와 경남지역본부의 송전탑 30기를 포함한 송전선로 구간을 점검드론을 이용하여 안전하게 점검하였다.
1과 같이 붉은색 위성 2개가 우연히 비슷한 방향에 위치하고 그 방향이 송전탑을 중심으로 가장자리 GPS 측정지점(하늘색 별)의 반대편이면 송전탑으로 인한 전파간섭은 그 한 지점에 대해서는 여전히 발생할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 구조적 간섭에 의해 측정된 한 지점의 좌표를 대체하여 중심점을 계산하는 알고리즘을 제시할 예정이다.
가설 설정
4와 같이 측정한다. 또한, 송전탑의 실제 위치좌표를 알 수는 없지만 알고 있다고 가정하고 송전탑의 위치 참값을 C(xr,yr)로 가정한다. Fig.
제안 방법
1과 같이 선정하고 Table. 2와 같이 송전탑의 4개 지점 중 허용범위를 벗어난 지점(Fig. 9의 p2)의 샘플 좌표를 무작위로 20개 선정하여 알고리즘 적용 전의 송전탑 중심좌표(오류를 포함하여 계산된 좌표)와 송전탑의 참값 좌표와의 오차거리를 계산하였다.
오류판별계수 α를 결정하기 위하여 Table. 2의 20개의 샘플 좌표에 대하여 본 논문에서 제시한 알고리즘을 적용하여 α값을 Fig. 10과 같이 다변화하여 오차 값 Ln+1을 구하여 보았다. 오차 값 Ln+1을 최소화하는 오류판별 계수 α값은 1.
각 샘플 좌표에 대하여 본 논문에서 제시한 알고리즘이 적용되어 샘플 좌표들이 수렴되는 과정을 보여주기 위하여 α값을 Fig. 10과 같이 구간이 중간 값인 1.1로 정하여 반복계산을 수행하였다. Fig.
본 논문에서는 3개의 GPS 모듈로 구성된 GPS 좌표 측정기를 이용하여 송전탑 가장자리 4지점을 측정하여 전파간섭에 의한 부정확한 좌표를 걸러내고 송전탑의 GPS 좌표를 측정할 수 있는 송전탑 위치측정 알고리즘에 대하여 소개하였다. 본 논문에서 제안된 방법을 이용하여 30여 기의 송전탑 위치를 현장 측정하였고 측정된 송전탑의 GPS 좌표를 기반으로 드론의 비행경로를 생성하여 한국전력공사 충남지역본부와 경남지역본부의 송전탑 30기를 포함한 송전선로 구간을 점검드론을 이용하여 안전하게 점검하였다. 본 알고리즘은 송전탑에 의한 전파간섭 하에서도 신뢰도 있는 송전탑 위치를 구할 수 있고 측정시간을 단축시킬 수 있어 송전탑의 GPS 좌표측정에 매우 적합하다고 할 수 있다.
본 논문에서는 GPS 측정의 신뢰도를 높이기 위하여 3개의 GPS 모듈(C94-M8P)로 구성된 GPS 측정기를 사용하였고 수신 안테나를 Fig. 2와 같이 120°로 일정 간격으로 배치하여 각 GPS에 수신된 좌표를 조합하여 기구의 중심을 구하여 좌표를 측정한다 [2].
게다가 기존의 송전탑 좌표 측정방식은 하나의 GPS 수신기를 송전탑 지상중심에서 측정하기 때문에 격자형태의 철골구조물인 송전탑에 의해 전파간섭이 생겨 위치를 측정하는 데 수십 분에서 몇 시간씩 소요되기도 하고 오차도 수미터에서 수십 미터까지 발생하는 등 좌표데이터로서 가치도 낮고 측정 시간이 과다하게 소요되어 작업효율이 낮은 편이었다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 본 논문에서는 송전탑 GPS 좌표측정 지점을 송전탑 지상중심에서 송전탑의 가장자리 4지점으로 변경하여 측정한다. 하지만 이러한 측정방법의 경우에도 자연적인 GPS수신저해 외에 전파간섭은 여전히 존재한다.
대상 데이터
현재의 GPS 좌표 측정원리는 지구에 6개의 궤도를 따라 회전하고 있는 24개의 인공위성 중 최소 4개의 인공위성 신호를 수신 받아 위성간의 거리와 시간보정을 통해 측량한다. 또한, 현재 유통되고 있는 GPS는 좌표데이터를 누적하고 표준편차를 계산하여 좌표를 제공하는 등 신뢰도가 향상되었다.
성능/효과
본 논문에서 제안된 방법을 이용하여 30여 기의 송전탑 위치를 현장 측정하였고 측정된 송전탑의 GPS 좌표를 기반으로 드론의 비행경로를 생성하여 한국전력공사 충남지역본부와 경남지역본부의 송전탑 30기를 포함한 송전선로 구간을 점검드론을 이용하여 안전하게 점검하였다. 본 알고리즘은 송전탑에 의한 전파간섭 하에서도 신뢰도 있는 송전탑 위치를 구할 수 있고 측정시간을 단축시킬 수 있어 송전탑의 GPS 좌표측정에 매우 적합하다고 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GPS 측정에 오차가 발생하는 이유는 무엇인가?
또한, 현재 유통되고 있는 GPS는 좌표데이터를 누적하고 표준편차를 계산하여 좌표를 제공하는 등 신뢰도가 향상되었다. 하지만, 전리층에 의한 전파산란, 대기권 통과 거리차이로 인한 오차, 태양플레어 및 지자기폭풍에 의한 GPS 수신저해 등 자연적인 요인으로 GPS 측정에 오차는 여전히 상존하고 있다. 게다가 기존의 송전탑 좌표 측정방식은 하나의 GPS 수신기를 송전탑 지상중심에서 측정하기 때문에 격자형태의 철골구조물인 송전탑에 의해 전파간섭이 생겨 위치를 측정하는 데 수십 분에서 몇 시간씩 소요되기도 하고 오차도 수미터에서 수십 미터까지 발생하는 등 좌표데이터로서 가치도 낮고 측정 시간이 과다하게 소요되어 작업효율이 낮은 편이었다.
현재의 GPS 좌표 측정원리는 무엇인가?
현재의 GPS 좌표 측정원리는 지구에 6개의 궤도를 따라 회전하고 있는 24개의 인공위성 중 최소 4개의 인공위성 신호를 수신 받아 위성간의 거리와 시간보정을 통해 측량한다. 또한, 현재 유통되고 있는 GPS는 좌표데이터를 누적하고 표준편차를 계산하여 좌표를 제공하는 등 신뢰도가 향상되었다.
송전탑 위치측정 알고리즘이 필요한 이유는 무엇인가?
6과 같이 비슷한 오차를 가지고 비슷한 방향으로 벗어나 측정이 된다면 초록색 삼각형과 같이 정삼각형에 가까운 좌표세트가 구해지게 된다. 결과적으로 이런 부정확한 좌표데이터 세트임에도 불구하고 측정자가 왜곡 정도를 정성적으로 허용가능하다고 판단하게 되어 전혀 다른 위치를 측정하는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 경우는 Fig.
참고문헌 (5)
Wikipedia, Available at https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System
J. W. Ham, S. T. Kim, J. K. Lee, J. Y. Park, I. H. Choi, "Development of GPS Coordinate Measurement Device for Planning Waypoints of Power Line Inspection Drone", KSPE 2017 Spring Conference, 2017.
국토교통부, "GNSS에 의한 지적측량규정", 2장 제5조.
J. Michael Silva and R. G. Olsen, "Use of Global Positioning System (GPS) Receivers Under Power-Line Conductors," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 17, No. 4, pp. 938-944, October 2002.
M. Rabah and A. El-Hattab, "Investigating the Impact of High Voltage Power Lines on GPS Signal," Zfv - Zeitschrift fur Geodasie, Geoinformation und Landmanagement, Vol. 6, pp.338-343, 2011.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.