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[국내논문] GNSS 기반의 정밀측위 및 미세변위 모니터링 개발
Development of Precision Positioning and Fine Displacement Monitoring Based on GNSS 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.17 no.3, 2017년, pp.145 - 152  

연상호 (세명대학교 토목공학과)

초록
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본 논문에서는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 기반의 건설구조물에 대한 미세한 변위를 모니터링하기 위하여 인공위성 GNSS 통신신호와 USN(Ubiquitous Sensor Network)으로 동시 측정하고 그 결과를 분석하여 새로운 정밀측위방식을 제안한 것이다. 대형 건설 구조물에 대한 안전진단과 붕괴위험으로부터 재난을 방지하기 위한 mm단위까지의 정밀측정 방법 중에서 GNSS신기술의 적용으로 그 사례와 실험을 통하여 현재 많이 사용하는 진동계를 대신할 수 있는 영구적인 GNSS 기선방식을 유도하였으며, 이를 실험으로 입증하고자 한 것이다. 그 결과 국내에서의 가상기준점(VRS)에서의 GNSS 기선방식 적용의 정밀측위와 미세변위모니터링에서의 mm급의 수평과 수직방향의 오차를 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, GNSS(global navigation satellite system) to monitoring the fine for the construction of structure displacement based on satellite communications signals of GNSS. At the same time on USN(ubiquitous sensor network) and proposed a new approach to precise positioning by analyzing the resu...

주제어

#GNSS   #USN   #Precision Positioning   #micro deformation   #VRS  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 위하여 새롭게 미세 변위를 추적할 수 있는 새로운 시스템을 구성하여 사용시에는 조작 및 설정이 용이하고 편리성이 높도록 하였다. 또한 미세 변위 수신용 GNSS를 설치하는 지점과 인근 지역 내의 미세한 변위를 파악함과 동시에 확인을 할 수 있도록 하는 종합적인 방안을 연구하도록 하였다. 상시적으로 관측이 요구되는 시설물 주요 부위에 대한 mm급의 다양한 측위분석을 USN 환경센서의 실시간 정보와 결합하고, 이것을 정밀한 미세측위정보로 활용할 수 있도록 하여 반영구적인 주요 시설물의 정밀한 미세변위에 대하여 효율적으로 관리가 가능하도록 하였다.
  • 오래된 구조물이나 교량 구조물의 미세변위와 거동을 확인하기 위하여 최소 3개월에서 1년 동안을 연속적으로 관측하여 그 변위를 추적하여 처리하도록 해야 한다. 본 연구에서는 GPS의 측정기술을 통하여 정밀한 위치결정 방식과 대형구조물의 미세변위 추적하여 모니터링할 수 있는 GNSS시스템 개발을 연구하도록 하였다. 이를 위하여 지형공간의 초정밀 위치정보의 획득 및 필터링 기법을 연구하고 그 응용기술을 살펴봄으로서 교량, 댐, 철도 등의 대형구조물의 안전점검과 방재에 활용할 수 있는 새로운 미 측량기술과 최적의 공간정보의 수집처리 및 그 활용방안을 도출하고자 한 것이다.
  • ⁽⁴﹑ ¹⁸⁾ GPS에 의한 대부분의 응용기술은 자동차 및 선박 등의 운송수단에 가장 많이 적용되고 있으며, 최근에는 모바일 통신기술과의 접목을 통하여 위치기반시스템(LBS)으로의 발전을 거듭하고 있다. 본 연구에서는 토목공사에서 중요한 부분을 차지하고 있는 지형의 토공 경사면과 저수지 및 댐, 교량구조물의 변위측정을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 새로운 GNSS을 기반으로 실시간으로 수신이 가능한 GPS 정보를 기준점과 프로그램을 이용하여 그 오차를 최소화하여 정밀한 상대위치를 산출함으로서 그 결과를 활용할 수 있도록 실측과 분석을 연구하는 것이다. 즉 지형의 경사면 및 기존 구조물의 변위가 의심되는 주요지점에 GPS장치 및 수신기를 설치하고, 인근의 지반이 안전한 곳에 기준국을 설치하여 여러 지점에서 수신되는 위치정보를 상대측위로 보정함으로서 정확한 지점의 위치정보를 연속적으로 수집하는 방식이다.
  • 공간정보를 기반으로 하는 새로운 GNSS 측위방식은 지형 및 구조물에 대한 정밀한 변위와 거동을 모니터링 할 수 있는 첨단기술의 개발 및 적용은 국내외적으로 많은 관심을 갖는 연구 분야이다. 원격탐사 공간정보 디지털 영상의 공간정보 기반의 정지 또는 이동하는 시설물과 구조물 등에 대한 합리적인 실시간 모니터링 방안을 제시하도록 하였다. 오래된 구조물과 빈번한 철도교량 구조물에 대한 미세변위를 mm단위까지 모니터링하고 이것을 효율적으로 대응하기 위하여 교각의 거둥과 침하뿐 만 아니라 상부단면의 갈라짐 및 처짐까지도 지속적으로 관찰 할 수 있는 고정밀의 미세변위를 사전에 예측하는데는 매우 유용할 것으로 판단된다.
  • 특히 미래의 지능형 국토정보기반(GIS) 및 인공위성 GPS 측량기술은 산업전반에 확대되고 있으며, 특히 초정밀 GPS에 의한 미래측량기술을 이용하여 건설물의 미세변위를 모니터링 할 수 있는 구체적으로 연구하고 개발해야 하는 필요성을 지니고 있다. 이러한 정밀측량기술을 보유하고 있는 선진국의 대학 및 기법, 연구소와 연계하여 관련 자료조사 및 연구를 진행하여, 향후 본 대학에서의 기술교육과 연구에서의 새로운 기술을 습득하기위한 그 해결책을 본 연구를 통하여 확보하려고 하였다. 이를 위하여 세계 최고의 초정밀 기술을 축척가고 있는 선진국의 전문가 그룹과 접촉하여 새로운 학습 및 연구의 질적 수준을 높임으로서 미래 지향적인 기술 선진국과의 공동연구를 추진할 수 있는 초석을 마련해야 할 것이다.
  • 이를 위하여 지형공간의 초정밀 위치정보의 획득 및 필터링 기법을 연구하고 그 응용기술을 살펴봄으로서 교량, 댐, 철도 등의 대형구조물의 안전점검과 방재에 활용할 수 있는 새로운 미 측량기술과 최적의 공간정보의 수집처리 및 그 활용방안을 도출하고자 한 것이다.
  • 실시간으로 위치정보수집이 가능한 GPS를 정밀 GNSS방식으로 설계하여 그 데이터를 실시간으로 수신이 가능하도록 한다. 인터넷 WiFi 전송이 가능한 방식으로 원하는 장소에서 데이터처리가 가능한 연구를 진행함으로써 새로운 방식의 철도구조물의 미세한 변위의 분석처리가 가능하도록 하였다. 이를 위하여 새롭게 미세 변위를 추적할 수 있는 새로운 시스템을 구성하여 사용시에는 조작 및 설정이 용이하고 편리성이 높도록 하였다.
  • 이를 위하여 지형공간의 초정밀 위치정보의 획득 및 필터링 기법을 연구하고 그 응용기술을 살펴봄으로서 교량, 댐, 철도 등의 대형구조물의 안전점검과 방재에 활용할 수 있는 새로운 미 측량기술과 최적의 공간정보의 수집처리 및 그 활용방안을 도출하고자 한 것이다. 현재 국가에서 측량법으로 지정하고 있는 일반측량 및 공공측량에서 신기술로 적용 가능한 사진측량, 지도제작, 시설물탐사측량, 연안 및 해양측량과 더불어 점차 그 중요도가 부각되고 있는 위성GPS 센서 등을 이용한 측량 신기술을 집중적으로 연구하고, 많은 정보를 선진국의 연구자료 및 전문가 집단으로부터 수집하고 우리 환경 및 지형공간에 적합한 신기술로 적용할 수 있도록 함으로서 미래 측량 신기술의 개발과 더불어 향후 국내외의 공동연구를 추진할 수 있는 다양한 융합기술을 연구함으로써 향후 우리 대학과 더불어 국제적인 공동연구를 추진할 수 있는 발판을 마련하는 것을 연구목적으로 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대형구조물의 설계와 시공에서 가장 중요한 요소는? 건설분야에서 대형구조물의 설계와 시공에서 정확한 위치결정 측량은 가장 기본적이면서 중요한 요소이다.이를 쉽게 해결할 수 없는 다양한 방법이 지난 수년간 지속적으로 연구되어져 왔으며 사회환경의 기반시설관리와 건축물관리에서도 그 주요성이 날로 크게 증가되어 가도 있는 추세이다.
Array Antenna의 장점은? 와 홍콩 Polytech의 공동연구로 수력발전 댐의 접안사면 GPS array antenna 계측모니터링 시스템을 구축하였다. Array Antenna는 안테나마다 연속적으로 데이터를 받는 것이 아니라, 아래 그림과 같이 Switch를 이용하여 여러 대의 안테나에서 들어오는 데이터를 수신기 한대에서 처리하는 방법으로, 비교적 저가로 장기간 모니터링 할 수 있는 시스템이다. 그러나 이시스템은 서로 다른 위성조건 상태에서 데이터를 측정하여 상대위치를 비교하는 문제가 있다.
Array Antenna의 문제점은? Array Antenna는 안테나마다 연속적으로 데이터를 받는 것이 아니라, 아래 그림과 같이 Switch를 이용하여 여러 대의 안테나에서 들어오는 데이터를 수신기 한대에서 처리하는 방법으로, 비교적 저가로 장기간 모니터링 할 수 있는 시스템이다. 그러나 이시스템은 서로 다른 위성조건 상태에서 데이터를 측정하여 상대위치를 비교하는 문제가 있다. 미국 캘리포니아에 위치한 다이아몬드 벨리 댐과 파코이마 댐에도 GPS계측시스템이 설치되어 있다.
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