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서 론 |
GPS측량 방법은 크게 나누어 후처리 방법과 실시간처리 방법으로 구분되며
후처리 방법은 다시 Static, Stop&Go 및 키네마틱 방법으로 세분되고
실시간처리 방법은 DGPS( Differential GPS )와 RTK( Realtime Kinematic ) 방법으로 세분된다.
이와같은 여러가지 측량법중 우리나라의 실무에서는 유독 후처리 방법중의 Static 측량과
실시간처리 방법중의 DGPS 측량이 주로 사용되어 왔는데, Static 측량의 경우는
국가기준점 정비사업의 일환으로 추진되고 있는 정밀 2차 기준점측량을 수행하기 위하여
국립지리원의 규정에 의해 측지측량업체에서 주로 사용하였으며 DGPS 측량은
각종 항만시설공사를 위한 수심측량을 수행하기 위하여 국립해양조사원의 규정에 의해
수로측량업체나 수중공사업체에서 주로 사용하게 된 것이 가장 큰 원인이며 그 다음으로는
공공측량 작업규정 등의 측량 관련 법규에서 다양한 종류의 GPS측량기법을 제도적으로
인정하지 못함으로 인하여 일반 측량기술자들의 GPS에 대한 인식이 결여된 때문이라
볼 수 있다.
그러나 최근 위성 측지기술의 발전과 함께 국립지리원에서도 공공측량 작업규정의 개정을
통해 측량 공종별로 키네마틱 이나 RTK 측량법과 같은 첨단 위성 측지기술의 적용을
도입함으로써 향후 GPS 측량의 보급이 크게 확산될 것으로 예상하고 있으나 아직은
GPS 측량기의 가격이 너무 비싼 관계로 대다수의 일선 측량업체로서는 쉽사리
GPS 측량기를 확보하기가 어려운 실정이다.
이에 본문에서는 저가의 후처리용 GPS수신기를 활용하여 Static 관측에 의한 기준점측량을
수행함은 물론 Stop&Go 또는 키네마틱 관측법을 응용하여 실시간 측량법의 RTK 성과에
버금가는 정확도로 지형측량을 수행함으로써 보다 많은 측량 기술자로 하여금
최소의 비용으로 GPS 지형측량을 실현할 수 있는 방안에 대해 고찰해 보고자 한다.
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고찰 방법 및 범위 |
본 고찰에서는 키네마틱 측량의 신속한 정적초기화 기법과 Stop&Go 기법을 적용하여
정확한 3차원의 위치를 결정하고 키네마틱의 위치 데이터와 Navigation 데이터의
속성데이터를 PDA용 매핑 소프트웨어인 HandyMap+에서 추출한 후 키네마틱 성과인
3차원 위치데이터와 Navigation 성과인 속성데이터를 합성시켜 RTK 측위 정확도 수준의
현황 도면을 생성하여 보다 경제성 있는 GPS 측량방안을 제시하였다.
키네마틱 GPS 측위의 초기화기법에 따른 미지점의 3차원 위치결정의 정확도를 분석하기
위해 기선 길이가 서로 다른 4개의 기준망을 형성하여 1시간 30분씩 스태틱 관측을 통하여
얻어진 관측값을 망조정 함으로써 최종 최확값을 산출하였으며, 이들 좌표중 1점에서
초기화를 실시후 나머지점의 기지좌표에서 키네마틱 기법에 의해 관측을 실시 후 정확도를
분석 하였다.
지역별 기선길이의 차이에 따른 변화량을 관측하기 위하여 수원의 효원공원내에 설치된
측량기 성능검사용 기준점 성과와 용인대 부근에 있는 도로현장의 기준점 성과를 분석하였다.
또한 2주파 GPS수신기와 1주파 GPS수신기의 간섭측위 정확도를 비교 분석하기 위해
스태틱 측량을 실시하여 산출한 최종 지역좌표에서 2주파 수신기로 현장 캘리브레이션후
RTK 측량을 실시 하여 최종적으로 산출한 좌표와 1주파 수신기의 키네마틱 측량 후
스태틱 측량 좌표와의 차이를 보정하여 산출한 좌표를 비교 분석하였다.
마지막으로 측지 분야에 키네마틱 측위의 활용성을 제시하기 위해 용인대 부근의
도로 현장에 이동국 1주파 GPS 수신기를 사용하여 실험을 수행하였으며, 같은 지점을
2주파 RTK 장비로 동적 관측을 실시하여 취득한 성과의 비교를 통하여 정확도를 검증 후
키네마틱 동적측량의 활용 가능성을 제시하였다
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기본 이론 |
GPS의 최종 결과값은 위성으로부터 수신기까지의 의사거리를 관측하는것과 위성에서
송신된 신호가 수신기에 수신될 때 수신기 자체에서 생성된 위상과 비교하여 위상차를
관측하는 것이다.
측량에서 주로 사용되는 3차원 위치결정은 주로 상대 측위법에 의한다.
상대 측위법은 미지점의 위치를 기지점의 위치에 연관하여 결정하는 방법으로 두점간의
벡터량, 즉 기선을 결정하는데 그 목적이 있다.
상대 측위법은 정적 상대측위와 동적 상대측위로 구분된다.
3.1 정적 상대측위
장비의 대수에 따라 세션 (Session ; 복수의 GPS 측량기를 사용하여 일정한 수신 간격으로
측량을 실시 하는 것)관측을 실시하며, 전체 관측세션 동안에는 반드시 정지해 있어야 하며
단중차, 이중차 및 삼중차에 의해 관측방정식과 미지수를 결정하고 최소제곱법으로
망조정을 실시후 좌표변환 및 최종 좌표를 결정한다. 정적상대측위는 측량 분야의 경우
기준점 측량이나 계측분야에 주로 활용되며 정확도는 대략적으로 수평성분은 5mm±1ppm,
수직성분은 10mm±2ppm정도이다.
3.2 동적 상대측위
동적 상대측위는 수신기 2대를 사용하며 고정점에 한 대의 수신기를 설치하고
또 다른 수신기로 초기화를 실시 후 미지점에 대한 Epoch( 데이터 저장 갯수 )를 관측하는
기법으로 단시간에 많은 지점의 3차원위치를 결정할 수 있는 기법이다.
동적 상대측위는 RTK측량의 경우 실시간 측량분야에 주로 활용되며 정확도는 대략 2-3cm
정도이다.
후처리 키네마틱의 경우 후처리 지형측량분야에 활용되며 관측자의 능력에 따라
여러 분야에 활용이 가능하다.
정확도는 대략 수평성분은 1.2cm±2.5ppm, 수직성분은 1.5cm±2.5ppm정도이다.
3.3. 정적 초기화
미지정수 결정을 위한 초기화의 가장 간단한 방법으로 이미 좌표를 알고 있는 두 측점에
기지국 수신기와 이동국수신기를 위치 시키는 기지 노선 방법이다. 일반적으로 기지 노선의
길이는 전리층과 대류권 굴절 오차를 무시하기 위해 짧은 기선을 사용한다.
일반적으로 검색 범위의 결정은 실수의 미지 정수와 이동국 수신기의 1차 조정 좌표를
확정하기 위해 1차 조정의 통계값을 이용하는데 이는 후처리 키네마틱측량에서 주로
활용하는 초기화 기법이다.
<그림1> 일반적인
<그림2> L1파에 의한 미지정수 탐색 공간
그림3> L1/L2 반송파에 의한 미지정수 탐색 공간
<그림4> 1주파 수신기의 초기화 장면 |
<그림5> 2주파 수신기의 초기화 장면 |
3.4. 동적 초기화
OTF (On the fly) 기법은 초기화의 단점을 보완한 것으로 미지점에서 뿐만 아니라
이동중에도 초기화를 실시할 수 있는 기법이며 후처리와 실시간 키네마틱 GPS에
모두 응용 가능한 기법이다.
동적 초기화기법도 일반적인 탐색 기법에 기초하고 있으며 첫번째 단계는 P코드나
C/A코드를 이용한 기법으로 초기 좌표를 결정하고 이로부터 정육면체의 검색범위를
결정하는 것이다.
예비 미지정수군(Trial ambiguity group)을 산출한 후 검색 범위를 점차 줄여 가며
최종좌표를 고정시킨다.
<그림6> 동적 초기화 기지국 광경 |
<그림7> 동적 초기화 이동국 광경 |