Network-RTK를 이용한 지적기준점 활용 방안

[등대지기]

Network-RTK를 이용한 지적기준점 활용 방안

이 희 운

요 약

 

지적측량은 국토의 기본자료를 효율적으로 관리하기 위하여 토지의 소재, 지번, 지목,면적, 경계, 위치와 소유자 등 토지에 관한 필요한 정보의 수집과 등록으로 공시할수 있는 엄격한 규범속에서 국가가 시행하는 행정행위이다.

이러한 측량을 실시함에 있어 데오돌라이트(Theodolite), EDM(Electronic Distance Measurement:수치표고모델)장비등을 사용하였으나, 최근들어 GPS장비를 이용하여 지적삼각측량, 지적삼각보조측량, 지적도근측량등에 활용하고 있다.

우리나라 지적측량 원점에는 통일원점, 구소삼각원점, 특별 소삼각원점등 다양한 원점체계가 공존하고 있으며, 삼각점은 한국전쟁으로 전국의 74%이상이 망실 또는 훼손되어 긴급복구 하였으나, 정밀하게 측량되지 못한 관계로 우리 지적기준점 체계와 성과차이가 발생되고 있는 것이 현실이다. 이러한 문제점과 도시의 급속한 발전으로 고층화, 고밀도화에 따른 지적기준점 시통에 장애가 되어 지적기준점 사용이 어렵게 된 경우와 각종 개발사업으로 기준점의 훼손이 증가 하고 있는 실정이다.

이런 상황에서 국토해양부 국토지리정보원은 GPS 상시관측소를 통합하여 일반에게 서비스를 제공하고 있으며, 이로 인해 휴대전화 등 무선 단말기를 이용해 실시간으로 위치 보정 정보를 송출받아 실시간 정보 GPS 측량 서비스도 더욱 정확해질 것으로 기대 한다고 밝혔다. 따라서 본 연구는 Network-RTK를 활용하여 지적기준점 체계의 구축방안과 향후 Network-RTK를 통한 지적기준점 활용방법을 제시하고자 한다

1. 서 론

정보기술(IT)산업의 발달로 종래의 측량활동 범위가 통신기술에 의해 광범위하게 사용하게 되었으며, 정보기술과 이동통신이 발달되어 이러한 기술을 측량분야에 적용함으로 커다란 혜택을 얻고 있다. 특히 GPS의 구현으로 정확하고, 경량화 되어 쉽게 기동할 수 있으며, 정확도가 높아 측량분야 및, 일반사용자도 다양한 분야에서 사용하고 있다. 이러한 시점에서 Network-RTK방식의 측위시스템을 지적분야에 활용하기 위해 Network-RTK의 기본원리와 특성을 살펴본 후, GPS-RTK의 한계를 극복하기 위해 국내에 산재된 GPS 상시관측소 현황 및 데이터를 신속하게 서비스할 수 있는 통합체계의 구축과 지적기준점체계의 고찰을 통하여 향후 Network-RTK 활용을 통한 지적기준점체계의 구축 및 활용방안을 제시하고자 한다.

2. Network-RTK

2.1 GPS 측량

GPS(Global Positioning System)는 범지구 위치결정시스템으로 인공위성을 이용한 항법시스템이며, 미국의 인공위성(NAVSTER)에서 전파를 수신하는 것으로 지상, 해상, 공중의 여러 장소에서 간단하게 자신의 위치를 알 수 있는 시스템이다.

위성의 위치는 공중 삼각점이라 볼 수 있고 거리는 전파수신에 의하여 해석되므로 이는 무선항법에 의한 후방교회법이라 할 수 있다. 일반적으로 GPS로 위치를 결정할수 있는 방법으로는 절대측위와 상대측위라는 두가지의 기본적인 운용방식이 있으며, GPS에 의한 위치결정은 수신기의 정지(Static) 또는 이동(Dynamic or kinematic)시의 환경에서 운용되며 여러 가지 선택사항에 따라서 위치의 정확도는 1000m에서 1mm정도의 다양한 결과를 얻을수 있다.

2.2 GPS 관측방법

GPS의 관측방법은 크게 절대측위와 상대측위로 나뉘며 상대측위는 정지관측(static),

신속정지관측(rapid static), 이동측위(kinematic), 의사이동측위(pseudo kinematic), 실시간 이동측위(real time kinematic)로 나누어진다.

실시간 이동측위 방법은 단일기준점에서 이동국 에게 반송파 위상에 대한 계통오차의 보정치를 실시간으로 수신하여 실시간으로 이동국의 위치를 계산하는 방법이며, 기지국과 이동국간의 거리가 멀어질수록 기준국과 이동국에서의 전리층과 대류층 효과와 같은 계통오차의 상관관계가 저하되어 적절히 제거되지 않고, 이로 인해 추정 위치의 정확도가 떨어져 ㎝의 정확도를 획득하기 위해선 기선의 길이를 10～15㎞로 제한해야 하는 한계가 있다.

2.3 GPS 상시관측소 역할

국내의 GPS상시관측소 설치운영은 측량기준점으로서의 역할뿐만 아니라 이동 측량자가 실시간적 위치정보를 취득 할 수 있도록 전자매체에 의한 정보제공을 담당할 수 있다. 제공하는 위치정보는 측량목적 이외에도 지각변동 등의 학술연구에 필요한 관측점의 위치 추정 변동량등이 포함될 수 있다. 이러한 기본 인식하에서 국가에서도 GPS상시관측소의 연차적 증설. 운영을 추진하고 있다. 현재까지 개발된 GPS 상시관측망에 근거한 RTK는 Network RTK, 또는 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준점)으로 명명되어 적용되고 있으며, GPS 상시관측소의 자료를 이용하여 기준망 내의 위치한 임의의 이동국에 대한 Code 및 반송파 위상의 보정값을 산정하고 이를 이동국에 송신하여 정확

기 관	GPS 상시관측소 현황
(구)행정자치부	30개소
국토지리정보원	14개소
한국천문연구원	9개소
(구)해양수산부	16개소
한국지질자원연구원	4개소
총 계	73개소

한 위치를 결정하고 있다. 현재 우리나라는 국토지리정보원, (구)행정자치부등 5개 기관에서 약73여개의 GPS 상시관측소를 전국에 설치하여 운영하여 국가 기반시설로서의 역할을 수행하고 있다.

<표 2-1> 국내 GPS 상시관측소 현황

국토해양부 국토지리정보원은 (구)건설교통부 및 (구)행정자치부에서 설치․운영하고 있던 GPS상시관측소를 통합하여 일반에게 서비스 하고 있으며, GPS상시관측소의 위치정보를 이용하여 측량을 하고자 하는　경우에는 전국44개소의 GPS 상시관측소 자료를 신속하게 제공받을 수 있고,이로 인해 휴대전화, 무선단말기 등을 이용해 실시간으로 위치보정정보를 제공받는 실시간 정밀 GPS 측량 서비스로 정확성이 기대된다.

아울러 사용자의 편리성을 극대화하기 위해 대국민서비스를 실시할 예정이며, GPS 상시관측소의 통합으로 고품질 위치정보의 활용 폭이 확대되어 향후 3차원 공간정보 등록.관리 및 IT기술을 접목시킨 무선 인식 시스템과 Web 기반의 위치정보서비스 등 정보제공의 기반을 마련하게 되었다.　

2.4 Network-RTK 원리

기존의 RTK에서 기선의 길이가 길어질수록 오차의 공간적 상관성이 결여되어 나타나는 이동국의 위치 정밀도 저하(DOP)를 극복하는 방법이 제시되고,　임의의 이동국에 가까운 지점에 (통상100미터　이내) 가상의 기준국이　있다고 가정하고,　이 가상의 기준국에서 획득된 것과 같은 관측치를 상시기준점의 네트워크 자료를 이용하여 형성하고, 이 가상의 기준점과 이동국과의 RTK를 통하여 정확한 이동국의 위치를 결정하는 것으로 가상기준점 방식은 기존의 RTK 방법에 비해 계통적인 오차의 영향을 감소시키고 넓은 측량 범위를 확보하며 높은 신뢰도와 정확도의 향상, 빠른 초기화 시간등의 장점이 있다. 각 기준국은 중앙제어국과 연결되어 있으며, 중앙제어국은 계통적인 오차의 모델링과 추정, 안테나 페이즈 센터의 보정, 이동국 위치 의 Network-RTK를 생성하기 위한 데이터 생성, 이동국 으로 RTK 데이터 전송 등을 수행한다.

Network-RTK 방식은 단순한 측량뿐 아니라 과학, 연구, 건설, 해양 항법과 측위, 지도 제작과 GIS 나아가 위치정보를 필요로 하는 모든 공공․민간분야에 이용되고 있다.

2.5 Network-RTK 구성

기준점은 최소2주파 GPS 수신기와 GPS 안테나, UHF/VHF 라디오/모뎀,　전원공급 장치가 필요하며,　중앙제어국은 VRS RTK 망을 수행할 소프트웨어와 UHF/VHF 라디오,　모뎀이 필요하다. 수신기는 실시간 저장 및 실시간 전송 능력이 가능한 것이어야 하며, 수신기는 사용 하는 측정치에 따라 C/A코드만 수신하는 수신기와 P코드까지 수신할 수 있는 수신기 및 반송파 위상까지 수신하는 수신기로 분류되고, 수신기는 채널의 수에 따라서도 분류 되며 초기에는 한개의 채널로 여러 위성을 동시에 추적하는 형태의 수신기가 사용 되었으나, 최근에는 최소 6개 이상의 채널을 보유하는 수신기가 일반적으로 사용된다. VRS 시스템 하드웨어는 최소 500MHz 펜티엄PC, 512Mbyte 램, 10Gbyte 하드디스크가 필요하며, 기준국과 중앙제어국간의 연속적인 연결선 및 Multi I/O serial interface card, 핸드폰 신호를 받는 모뎀이 필요하다.

３. Network-RTK를 이용한 기준점 구축 방안

3.1 지적기준점 관리 현황

3.1.1 지적기준점관리주체

지적기준점관리는 원칙적으로 국가(소관청)가 하도록 되어 있으나, 현재 일부를 대한지적공사가 위탁 관리하고 있다. 지적기준점성과관리는 지적위성기준점성과의 경우 국토해양부 장관이 지적삼각점 성과는 시.도지사가 지적삼각보조점 및 지적도근점성과의 경우 각 소관청이 보관하고 있으며, 기준점이 국가의 재산이라는 측면에서 본다면 기준점에 대한 관리는 국가가 담당하여야 하나, 해당 소관청의 업무와 밀접한 관계를 가지고 있는 지적공사가 소관청과 공동으로 지적측량기준점의 물리적인 망실여부를 파악하고 있으며, 지적측량에 직접적인 영향을 미치는 지적도근점을 중점 관리하고 있다.

3.1.2 지적기준점관리의 문제점

전국적으로 파악된 기준점은 대략100만점에 달하는 것으로 추정되나 정확하게 전국에 분포되어 있는 기준점의 개수파악은 현재의 관리구조로는 불가능하다. 또한 KLIS서버 관리의 경우 해당 지사의 DB만 관리하므로 별도의 인력이 필요치 않고 현장 집행 후 사무실에서 결과물 작업시 해당기준점 이력을 갱신하므로 실시간으로 관리되는 장점이 있으나, 인근지사의 기준점 정보나 현장시 준비된 이외의 기준점 정보 취득이 어려운 단점이 있다. 현재 기준점의 전산관리는 KLIS에서 이루어 지고 있는데 기준점의 Data가 저장되는 장소는 개개인의 클라이언트에 저장되므로 같은 지사내에서도 다른 정보의 기준점 Data를 관리하고 있는 실정이다.

3.2 지적기준점 구축 방안

지적기준점은 지적측량의 기초가 되는 점으로 지적위성기준점, 지적삼각점, 지적삼각　보조점, 지적도근점으로 구성되어 있으며, 전국적으로 연간 전체 2~3%정도가 망실과 5%정도로 신설을 하고 있다. 지적측량은 토지를 지적공부에 등록하고, 토지의 소유권 보호를 목적으로 하는 중요한 측량이다. 이런 중요한 측량을 위해 GPS상시관측소를 이용한 지적기준점망을 구축하고 GPS 1등기준점을 WGS84좌표는 국내외를 연결한 관측데이터와 학술용 소프트웨어를 이용하여 정밀 조정된 성과를 상시관측소 위치에 세계측지좌표계로 확정 발표하여야 한다. 최근 서울시를 중심으로 기존의 기준점 정보외에 표고정보 등을 등재하여 지하　매설물관리,　재해관리 등 각종 GIS 사업과 건물, 교량, 터널등 건설사업시 위치(좌표)　정보제공은 물론 지적측량기준점에 절대좌표에 의한 공간좌표 등재로 효율성 제고와 다목적 지적에 활용가능성이 제시하고 있다．

3.3 세계측지계(ITRF)와 연계시스템 구성

2010년부터 세계측지계(ITRF)가 본격적으로 도입됨에 따라 실시간 GPS 측량이 본격적으로 실용화 단계에 접어들면서 GPS 상시관측소에서 수집된 데이터로 위치보정

정보를 생성해 사용자의 무선단말기에 실시간으로 제공하는 서비스로 관측소간 간격이 조밀할수록 정확도가 높다. 가상기준점을 활용한 지적기준점을 구축하기 위해서는 지

적삼각점, 지적삼각보조점, 지적도근점 등의 적당한 적용범위를 정하고 이동점간 기준

거리는 약500m 기준으로 한다. 기준점을 출발해 신설점들을 관측 후 기지점에 폐쇄하여 폐합차를 분석하며, 이때 신설점과 신설점간은 간접적으로 기선벡터를 구성하고, 미리 선정한 관할지역 내의 GPS 상시관측소의 가동상태를 확인한다. 가상기준점은 지적측량 지역의 중심부근 적당한 위치에 1점만 두면 된다. 그러나 측량지역이 광대하고 수㎞ 이상에 이르는 경우에는 기선거리를 짧게 하기 위하여 여러 개의 가상기준점을 만들어 사용하는 것이 전리층의 영향 등을 줄일 수 있어 유리하다. 가상기준점은 실제로 존재하지 않는 기준점이므로 위치는 땅속에 있든 해상에 있든 관계없다.

3.4 기준점자료 전산화 구현

최근의 정보통신 환경은 통신장비 및 기술의 발달과 더불어 다양한 네트워크 인프라 구축을 바탕으로 다양한 형태의 네트워크들이 실생활 가운데 공존하고 있다.

이와 같은 현상은 유비쿼터스 네트워크(Ubiquitous-Network) 로의 진화를 위한 단계로 볼수 있으며, 특히 초고속, 광대역 유선 네트워크 뿐만 아니라, 무선랜 및 와이브로와 같은 무선네트워크 기술이 최근 각광을 받고 있다. 지적전산도면에 등록된 지적기준점의 자료를 일반적으로 쉽게 사용할수 있고 제반여건이 뛰어난 무선환경을 선정하여 소관청 및 일선 지사에서도 접속 사용 가능할 수 있도록 네트워크를 구성한다.

3.5 3차원 공간정보 구축 기반 마련

우리 지적분야에서 최고의 이슈로 3차원 지적정보를 어떻게 등록. 관리 할 수 있는가에 있다. 이것은 현재 사용하고 있는 지적공부로는 2차원등록 형태로 토지의 지표면 상만을 등록.관리 하는 법지적에 머물러 있는 것이 현실이다. 토지의 지상, 공중, 지하 공간을 효율적으로 등록, 관리 할 수 없기 때문에 3차원공간정보를 구축하여 토지의 지표, 지상, 지하공간을 효율적으로 등록, 관리 할 수 있는 체계마련이 시급하다.

4. 외국의 Network-RTK구축 및 서비스 현황

4.1 미국

미국 로욜라(LOYOLA)사에서는 해당 주와 협약을 맺고 GPS기준국을 설치하여 사용자

에게 유료 서비스를 제공하고 있다. 총 33개의 GPS기준국중 스파이더 네트워크를 13개소 설치 운영하고 있으며, 하드웨어에 네트워크 RTK보정데이터(correction)를 추가하여 제공하거나 단순히 네트워크 RTK 보정데이터 만을 제공하는 서비스가 있다.

4.2 아일랜드

GPS네트워크는 라이카 지오시스템즈의 네트워크RTK 솔루션을 적용시킨 것으로 아일

랜드에서는 GSM 휴대폰을 이용한 양방향 통신 방식을 이용하여 최대 180명의 사용자

가 동시에 접속할 수 있는 광역네트워크를 구성하였다. 기존의 16개 능동형 GPS를 네트워크 RTK 서비스가 가능하도록 단계별 업그래이드를 하였으며, Dublin과 주변지역에 실시간 위치정보 서비스를 제공하고 있다. 새 네트워크 RTK 솔루를 위해 12개의 능동형 GPS기준국을 사용하여 GSM 통신을 사용한 서비스를 하고 있다.

4.3 독일

독일의 GPS 네트워크 RTK 서비스의 운영주체는 독일 연방 측량국 으로 각 주가 가

지고 있는 기준국에 대한 서비스를 주별로 제공하며, 전국적인 서비스를 이용하는 사

용자를 위해 SAPOS가 운영되고 있다. SAPOS는 정부투자 서비스이며 SAPOS사용

자는 인프라 사용비용을 지불하고 있으며, 2002년과 2003년 광범위 독일 네트워크를

구축하고 3개의 서비스 HEPS(cm수준정확도), EPS(m수준정확도), GPPS/GHPS(후처리

서비스)를 제공하고 있다.

4.4 스웨덴

스웨덴 국립 토지 측량국에서 운영하고 있으며 명칭은 SWEPOS로 1993년 첫번째 GPS 기준국을 설치하기 시작하여 2004년 총34개의 GPS기준국을 설치하고 서비스를 시작하였다. SWEPOS의 기준국간 평균거리는 60~70Km이며, 네트워크 GPS수신기는 자바드(Jabard)사와 아시텍(Ashtech)사의 것을 사용하고 안테나는 아시텍의 Dorn Msrgolin, 초크링(chok ring)안테나 Allen Osborn 안테나를 혼용하고 있다.

GPS 기준국과 중앙 센터간의 통신은 프레임 중계서비스 방식으로 24시간 운영하고 있다.

5. 결 론

세계의 각 나라가 세계좌표계를 도입하여 GPS측량의 활성화를 도모하고, 국제서비 스센터인 IGS와 연계하여 각국의 GPS데이터를 공유하며, 우리나라도 GPS 상시관측소를 IGS와 연계하여 운영하고 있다.

우리나라에서도 2001년 측량법이 개정되어 세계측지계(ITRF) 도입근거를 마련하였으며, 2010년 1월부터 측량의 기준을 전면 세계측지계로 전환토록 규정하였다.　

지적측량은 등록당시 측량방식으로 성과 결정을 해야 영속성이 있고 정확한 성과를 제시 하여야 하나, 도해지적의 한계 및 지적불부합지역의 산재등 다양한 문제점이 야기 되고 있으며, 지적도면이 재조사 측량을 통한 정밀전산화 도면이 아니고 기존 종이도면을 디지털화 한 것에 불과하며, 이로 인한 필지경계 및 도곽부분에 이격현상 등으로 도해지역의 지적측량에 어려움이 뒤따르는 것이 현실이다. 결국 지적측량 성과의 일관성과 정확성을 유지를 위해 지적기준점에 의존한 측량을 할 수 밖에 없다. 이러한 시점에서 지적측량분야에서 새롭게 인식하기 시작한 것이 위성측량(GPS) 측량방식이다. 멀리 떨어진 여러개의 실제 기준점 관측데이터를 사용, 측량지점에 기준점이 있다고 가정할 때 기준점 데이터를 정확하게 산출하는 기술로 현장에서 지적기준점 매설 없이도 말 그대로 가상기준점을 생성하여 측량하는 것으로 지적측량 분야에서 유용하게 활용될 것으로 사료된다. 현재 Network-RTK가 지적분야에 쓰이고 있는 나라는 독일정도 였으나, 이제는 스위스 및 각나라 에서도 Network-RTK 측량을 활발하게 활용하고 있으며, 우리나라도 국토지리정보원 및 우리지적공사에서도 연구․검토 중에 있다. 지적측량 기준점체계에 Network-RTK를 이용한 최신의 측량기법을 도입하여 활용하기 위해서는 정밀한 측지망구성과 시범측량을 통하여 기존의 Network-RTK 프로그램의 적용 및 검증 실험과 GPS측량장비의 국산화로 우리나라 지적측량 현실에 적합한 Network-RTK 체계를 구축하는 심도 있는 연구가 필요하다고 사료된다.

참 고 문　헌

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인터넷, http://blog.empas.com