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[국내논문] Network RTK 품질 분석 방법론별 성능 지표와 사용자 항법 정확도의 상관성
Correlation between the Position Accuracy of the Network RTK Rover and Quality Indicator of Various Performance Analysis Method 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.22 no.5 = no.92, 2018년, pp.375 - 383  

임철순 (세종대학교 항공우주공학과) ,  박병운 (세종대학교 항공우주공학과) ,  허문범 (한국항공우주연구원 항법기술연구실)

초록
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정지한 객체의 측위에 사용되던 Network RTK (real time kinematics) 기술을 이동형 항체의 항법에 적용하기 위해서는 보정정보와 함께 사용자의 성능을 대표할 수 있는 지표가 함께 제공되어야 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 I95 (ionospheric index 95) / G95 (geodetic index 95), SBI (semivariance based index), RIU (residual interpolation uncertainty) 등의 지표 도출 알고리즘을 분석하고 이를 국토지리정보원의 기준국 원시 데이터와 VRS (virtual reference station) 사용자에 적용함으로써 정밀 항법 성능 지표로의 활용 가능성을 타진하였다. 24시간 데이터를 처리한 결과 보정정보의 비선형성을 나타낼 수 있는 RIU 지표와 Network RTK 사용자의 위치 정확도와의 상관성이 0.52로 타 지표에 비해 훨씬 높은 것으로 나타났으므로 향후 이동 항체의 항법 성능 지표로 사용이 가능할 것으로 예상된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to apply the Network RTK (real time kinematics) technology, which has been used for positioning of stationary points, to the navigation of vehicles, its infrastructure should provide correction data with a quality indicator that can show the expected accuracy in real time. In this paper, we...

주제어

표/그림 (16)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 공간 비상관성 관련 지표 외에도, Network RTK 보정 정보의 선형화 모델링 후에도 남는 비선형 오차 관련 지표를 도출함으로써 실제 Network RTK 사용자의 최종 위치에 남는 오차성분에 대한 분석을 수행하도록 한다.
  • 이와 같이 측정치 이중 차분은 Network RTK의 기준국과 사용자 측면에서 보정정보의 생성과 측위 과정 수행에서 중요한 시작점이므로 최종 측위성능에 매우 중요한 단계일뿐 아니라, Network RTK 기법의 종류와 무관하게 모두 포함되어 있는 단계이므로 알고리즘의 범용성 차원에서도 그 활용 가치가 높다. 따라서 본 논문에서는 다양한 RTK 성능 지표 알고리즘 중 이중차분에 기반한 다양한 품질분석 알고리즘을 조사하고 이를 국내 시스템에 적용하여 그 적절성을 분석하도록 한다.
  • 본 논문에서는 I95/G95, SBI, RIU 등 Network RTK 성능 지표의 산출 알고리즘을 분석하고, 세종대에 설치되어 있는 상용 수신기의 VRS 측위 결과와 국토지리정보원의 원시데이터로 생성한 MAC 보정정보를 이용하여 이러한 지표들의 사용자 측위 오차 간의 예측 가능성을 평가하였다. 초 단위 상관성의 경우 측위 오차와 각 성능 지표에 포함된 random 성분들의 영향이 커서 일관성 있고 깊은 상관관계의 도출이 어려웠으나, 약 300 epoch의 평활화 결과 PPM과 RIU와의 상관성이 높은 것으로 확인되었다.
  • 본 논문에서는 III 장에서 검토한 Network RTK 사용자의 다양한 성능 분석 방법들 중 인프라에서 사용자에게 단방향으로 제공하기에 적합한 방식인 I95/G95, SBI, RIU 방법을 국내 운영중인 Network RTK 시스템에 적용하고, 이를 사용자 측위 정확도와 비교함으로써 항체에 적용 가능한 Network RTK 성능 지표를 제시하고자 한다.
  • 본 논문에서는 공간 비상관 오차의 비선형 오차를 감시할 수 있는 RIU를 계산할 수 있는 알고리즘을 기준국 네트워크와 사용자에 적용함으로써 사용자 성능을 대표할 수 있는 값으로의 활용 가능성을 검토하였다.
  • 그러므로 성능과 인자 간의 대응 관계를 찾는 대신, 모든 Network RTK와 사용자 Process에 공통적인 이중차분 측정치 결과에 반영된 영향과 성능, 특히 가용성(availability)과 그 정확성(accuracy)등 대표적인 핵심 지표 간의 관계를 분석하는 것이 현실적이다. 본 논문에서는 측정치 간 이중차분에 근거하여 사용자의 측위성능을 예측할 수 있는 지표산출 알고리즘을 조사하고 이를 국내 인프라에 적용함으로써 항법용 Network RTK 성능지표에 적합한 알고리즘을 제시하는 것을 그 목표로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Network RTK란 무엇인가? Network RTK (real time kinematics)는 다수의 기준국을 네트워크로 연결하여 기준국의 측정치를 조합하거나 모델링함으로써 반송파 위상을 활용하여 정밀한 위치를 산출하는 RTK의 가용 범위를 기존 10 km 수준에서 반경 70~100km 정도로 넓히고, 그 성능도 단일 기준국 RTK 수준의 수 ~ 10 cm수준을 유지하는 매우 효율적인 시스템이다[1]. 과거에는 전 국토와 같이 광역에 대한 항법인프라구축은 기준국 설치비용 등으로 인해 NDGPS (national differential global positioining system), WADGPS (wide-area DGPS) 등의 의사거리 측정치 기반 방식으로 제한되어 왔으나, 최근 측지, 측량 등에서 주로 사용되던 Network RTK의 보급으로 반송파 측정치 기반의 광역 항법에 대한 가능성이 점차 높아지고 있다[2].
RIM의 한계점은? RIM은 사용자에 Network RTK 보정정보를 적용한 후에도 주기준국 (master reference station)과 사용자 측정치 사이에 남아있는 잔차를 표현한 오차로, Network RTK로 생성된 보정정보와 감시국의 측정치 간 이중차분을 통해 전리층과 비전리층 잔차를 계산하여 지표화한다. 그러나 이 방식은 네트워크 내부에 감시국을 설치하고 감시국에서 계산한 값을 네트워크의 대표 지표로 사용한다는 점에서 항법용 지표로 사용하기에는 한계가 있다. 반면 RIU는 그림 6과 같이 각 항체가 직접 지표를 산출하여 계산할 수 있으므로 단방향 Network RTK의 성능 지표로 사용이 적절하고, 이를 통해 사용자는 위성별 측정치의 weighting과performance 향상에 사용할 수 있다.
Network RTK의 데이터 처리 단계는? Network RTK 데이터 처리는 크게 세 가지 단계로 구분되는데, 기준국의 미지정수 결정, 공간 이격 보정정보 생성, 최적의 보정치 조합설정의 순이다. 각 기준국의 측정치는 미지정수가 정수영역에서 정확하게 결정된 이후에만 오차의 보정치 생성 또는 모델링이 가능하므로 기준국의 미지정수 결정 과정이 가장 우선적으로 해결되어야 한다[5].
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참고문헌 (11)

  1. U. Vollath, H. Landau, X. Chen, "Network RTK-concept and performance," in Proceedings of the 15th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation (ION GPS 2002), Portland: OR, pp. 24-27 Sept. 2002. 

  2. J. S. Song, B. W. Park and C. D. Kee, "Study on generating compact Network RTK corrections considering ambiguity level adjustment among reference station networks for constructing infrastructure of land vehicle," Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 17, No. 4, pp. 404-412, 2013 

  3. B. W. Park, "A study on reducing temporal and spatial decorrelation effect in GNSS augmentation system: consideration of the correction message standardization," Ph. D. dissertation, Seoul National University, Seoul, Korea, Feb. 2008. 

  4. P. Joosten and C. Tiberius, “LAMBDA: FAQs,” GPS Solutions, Vol. 6, No. 1-2, pp. 109-114, 2002. 

  5. L. Dai , S. Han, J. Wang and C. Rizos. "Comparison of interpolation algorithms in network-based GPS techniques," Journal of the Institute of Navigation, Vol. 50, Np. 4, pp. 277-293, 2004. 

  6. H. J. Euler, S. Seeger, O. Zelzer, F. Takac and B. E. Zebhauser, "Improvement of positioning performance using standardized Network RTK messages," in Proceedings of the 2004 National Technical Meeting of The Institute of Navigation, San Diego: CA, pp. 453-461, Jan. 2004. 

  7. C. Varner, "DGPS carrier phase networks and partial derivative algorithms", Ph.D. dissertation, University of Calgary, Calgary, Canada. 2002. 

  8. L. Wanninger, "The performance of virtual reference stations in active geodetic GPS-network under solar maximum conditions," in Proceedings of the 12th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation ION GPS 1999, Nashville: TN, pp. 1419-1427, 1999. 

  9. N. S. Kjorsvik, "A semivariance-based index for spatially correlated errors in rapid differential GNSS applications," GPS Solutions, Vol. 8, No. 4, pp. 217-225, 2004 

  10. D. Prochniewicz, R. Szpunar, J. Walo, "A new study of describing the reliability of GNSS Network RTK positioning with the use of quality indicator," Measurement Science and Technology, Vol. 28, No. 10, pp. 1-14, 2016 

  11. D. H. Han, C. S. Park, D. H. Hwang, S. J. Lee, "Characteristics of the float solutions in epoch-by-epoch GNSS precise positioning", Journal of Institute of Control, Robotics, and Systems, Vol. 15, No. 12, pp. 1254-1257, 2009 

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