서울특별시 네트워크 RTK 시스템 : GNSS 측위 서비스 활용

[자작나무]

RTK 서비스를 이용하는 GNSS(GPS) 시스템은 거리 계측 오차가 센티미터 단위입니다.

현재 이를 지원하는 저렴한 모빌리티 수신기도 다양하게 나와 있는데, 한 예로 아래의 그림은 중간 가격대의 한 제조사의 제품으로 뛰어난 성능을 보여줍니다.

포지셔닝 정확도	수평 : 1 cm + 1 ppm 수직 : 2 cm + 1 ppm
방향 정확도	(0.2/R)° R은 미터로 측정한 기준선 거리(항공 시스템 안테나 2개 사이의 거리)입니다
제곱 평균(RMS)	0.03 m/s
사용 주파수	글로벌 버전: GPS L1&L2, GLONASS F1&F2 아시아 태평양 버전: GPS L1&L2, BEIDOU B1&B2
인터페이스 유형	CAN, UART, USB
입력 전압	3S ~ 12S(12 ~ 52V)
전력 소비	5.2 W
전류	0.45 A (@ 12 V)
RTK 프로세서 치수	112.3 mm × 63 mm × 18.6 mm
RTK 프로세서 중량	139.5 g
작동 온도	32° ~ 113°F(0° ~ 45°C)
보관 온도	-40° ~ 185°F(-40° ~ 85°C)

현재 RTK 시스템은 스포츠, 레저 및 산업분야에 다양하게 활용되고 있으며, 카페와 같이 개인이 만드는 지도제작에도 많은 도움이 되리라 생각됩니다.

서울특별시 네트워크 RTK 서비스 활용

측량/측위 분야

네트워크 RTK 서비스는 다양한 분야에서 사용됩니다. 가장 대표적인 분야는 측량 및 측위 분야입니다.
GNSS 측량 사용자는 서울특별시 멀티 GNSS 네트워크 RTK 접속하고, 원하는 보정 데이터 포맷을 선택하고 접속하면 측량 또는 측위에 사용할 수 있습니다.

GNSS 수신기 및 컨트롤러 설정 방법

주요 GNSS 제조사 매뉴얼 주요 GNSS 제조사 컨트롤러 SW매뉴얼 기술지원 및 문의 TrimbleSpectra PrercisionLeicaTopconSokkia

Trimble Access	다운로드	㈜지오시스템
Smart Topo	다운로드	프라임데이터솔루션
Smart Worx Viva	다운로드	라이카지오시스템 코리아
Top Cloud	다운로드	한국톱콘
Solaris	다운로드	소키아코리아

스마트 기기 또는 Tablet에서 사용하는 NTRIP Client

데이터 통신기능이 기본인 스마트 기기의 보급에 따라서 GNSS 측량 기와 스마트 기기를 연결하여 컨트롤러를 대신하여 사용할 수 있는 앱(Application)을 개발하여 수신기와 연결하여 사용할 수 있습니다. 윈도 운영체제에서 사용할 수 있는 앱으로는 GNSS Internet Radio 또는 Suffer가 가장 대표적인 프로그램이고, 안드로이드 기반에서는 SmartTopo(㈜지오시스템), 톱 크라우드(AKTGEO), 폴라리스(SOKKIA KOREA) 등이 있습니다. (2019년 국내 개발 App 한정)

그림) Tablet에서 BKG GNSS Internet Radio 설정 및 사용 예시

<서울시 네트워크 RTK 시스템 접속정보 입력>

Tablet에서 BKG GNSS Internet Radio를 이용한 서울시 네트워크 RTK 시스템 접속 설정 예시입니다. Host는 gnss.eseoul.go.kr, 포트는 2101, User-ID와 Password는 seoul로 입력합니다.

<GNSS 수신기와의 인터페이스 설정>

1) TCP/IP : 랜선 연결
2) Serial : PC와 직접연결
3) NMEA > set GGA : 현 위치 개략 좌표

Tablet에서 BKG GNSS Internet Radio를 이용한 GNSS 수신기와의 인터페이스 설정 예시입니다. 첫째, TCP/IP를 이용한 랜선 연결, 둘째, Serial을 이용한 PC 직접 연결, 셋째, NMEA, set GGA를 이용한 현 위치의 개략 좌표를 설정합니다.

서울시 네트워크 RTK 측위

수신을 원하는 데이터 포맷을 선택 후 시작 GNSS 수신기로 서울시 네트워크 RTK 데이터가 입력되어 RTK 측위 가능

Tablet에서 BKG GNSS Internet Radio를 이용한 서울시 네트워크 RTK 측위 예시입니다. 하단 메뉴바에서 수신을 원하는 데이터 포맷을 선택 후 'Start'버튼을 눌러 데이터를 수신하여 RTK 측위를 합니다.

증강현실(AR : Augmentation Reality)과 결합한 네트워크 RTK 시스템

서울특별시 GNSS 네트워크 RTK 시스템은 증강 현실 (AR) 기술과 결합하여 건축, 토목, 시설물 유지관리 현장에서 등에서 활용될 수 있습니다. 최근 GNSS 데이터 처리 기술이 발전함에 따라, GNSS 신호를 소프트웨어적으로 처리할 수 있는 기술과 콤팩트한 GNSS 장비가 개발되어 시장에 출시되었습니다.

이를 휴대성이 뛰어난 스마트폰 또는 타블릿 등의 스마트 기기와 연계하고, 완공 형상의 모델링 데이터와 결합함으로써, 시공 현장에서 완공된 모습을 고정밀 GNSS 측위 기술과 증강현실 기술을 통해서 확인할 수 있습니다.

그 과정은 다음과 같습니다.

GNSS 위성 수신기

휴대성이 뛰어난 스마트폰 또는 타블릿 등의 스마트 기기를 통하여 시공현장에서 고정밀 GNSS 측위 기술과 증강현실 기술을 연계할 수 있습니다.

• GNSS 장비에서 GNSS 위성을 수신하고 이를 스마트 기기에 설치된 소프트웨어 GNSS 수신기(이하 SW GNSS) 앱으로 전송합니다. SW GNSS 앱은 동시에 서울특별시 네트워크 RTK 시스템에 접속하여 고정밀 멀티 GNSS 측위 보정 신호를 수신하여, cm의 정확도로 위치정보를 제공합니다.
• 절대좌표가 부여된 완공 형태 모델 데이터를 스마트기기에 저장하고, SW GNSS에서 제공하는 cm급의 측위 정보를 이용하면, 현재 사용자가 있는 위치에서 앞으로 완성될 모습의 건설/토목/시설물의 모습을 보여줍니다.

완공 형태의 모델 데이터를 통해 산출된 시설물의 모습

VR과 연계하여 시공현장에서 완공 전의 모습을 확인하여 시공 중 발생하는 오류를 사전에 확인하여 보완할 수 있습니다.

이를 통하여 완공 전에 시공중 발생하는 오류를 사전에 현장에서 확인할 수 있고, 오류를 인지한다면 완공전에 빠르게 시공 오류를 보완할 수 있습니다.

증강현실과 결합한 서울특별시 멀티 GNSS 네트워크 RTK 시스템은 토목, 건축, 조경, 주택건설, 측량, 시설물 관리 등 다양한 분야에서 활용할 수 있습니다.

▶ 이미지 출처/수정 | https://sitevision.trimble.com/, 2019년 12월 접속

Trimble사의 Site Vision을 통해 GNSS 위성수신기와 스마트폰을 연계하여 현장에서 사용하는 예시를 확인할 수 있습니다. 시공현장의 설계 예상도와 필요 용적을 계산하는 예시를 보여줍니다.

자율주행을 위한 네트워크 RTK 시스템

서울특별시 GNSS 네트워크 RTK 시스템은 자율주행을 위한 GNSS 보정 신호를 생성하여 자율주행 이동체에게 고정밀 측위 보정신호를 제공해줄 수 있습니다. 다음은 자율주행차량을 위한 고정밀 GPS 기술에 대한 소개입니다.

▶ 출처 │ https://www.novatel.com/industries/autonomous-vehicles/#technology, 2019년 12월 접속)

차량에 내장된 자율주행 기술들은 지역적 또는 상대 측위 기술을 제공합니다. 반면 GNSS는 절대적인 측위 기술을 제공합니다. 그리고 다음의 기술로 완전 자율주행 설루션의 정확도와 가용성 요구사항을 달성할 수 있습니다.

▶ 다중 주파수, 다중 위성 군

최고의 정확도를 얻으려면, 각 GNSS 위성(GPS, GLONASS, Beidou, Galileo)에서 방송하는 2개 또는 3개 주파수를 사용하는 것이 좋습니다.

• 다중 주파수 수신기를 사용하면 대류층에 의한 다양한 신호 지연들로 발생하는 오차들을 줄일 수 있습니다.
• L1/L2 주파수 조합이 가장 일반적입니다.; L5는 현대화된 GPS, Beidou, Galileo에서 제공됩니다.
• 더 많은 위성 군을 사용할 수록, 더 많은 위성을 관측할 수 있습니다. 특히 도심지 같은 GNSS 관측장애물이 많은 환경에서 특히 중요합니다.
• 다중 주파수와 위성을 수신하는 GNSS 수신기와 안테나를 사용해야 합니다.

다중 주파수와 다중 위성군

1164 MHz부터 1214 MHz의 대역대는 GPS L5, GLONASS L3, Galileo E5a/E5b, Beidou B2의 신호가 방송됩니다. 1217 MHz부터 1237 MHz의 대역대는 GPS L2, 1239 MHz부터 1260 MHz의 대역대는 GLONASS L2의 신호가 방송됩니다. 1261 MHz부터 1300 MHz의 대역대는 Galileo E6, Beidou B3의 신호가 방송됩니다. 1559 MHz부터 1591 MHz의 대역대는 GPS L1, Galileo E1, Beidou B1/B1-2의 신호가 방송됩니다. 1593 MHz부터 1610 MHz의 대역대는 GLONASS L1의 신호가 방송됩니다.

▶ GNSS 보정 신호

GNSS 보정 신호가 없을 때, GNSS 수신기는 5~10 미터의 정확도를 제공합니다. GNSS 보정 신호는 다양한 요소 또는 방법으로 생성할 수 있으며, 시스템 개발자는 성능 요구사항에 가장 적합한 보정 방법을 선택해야 합니다. 보정치는 10cm급 또는 그 이하 cm급 정확도를 제공해주기 위해서 다중 주파수로 관측한 값과 조합하여 사용합니다.

▶ RTK (Real Time Kinematic)

RTK 방식은 차량 근처의 위성기준점에서 생성한 데이터를 전송하여 사용합니다. 차량의 측위 성과는 하나 또는 다수의 RTK 네트워크에 의하여 보정됩니다.

RTK 방식

자율주행을 위한 네트워크 RTK 방식은 고정밀 측위용 안테나가 설치된 위성기준점의 관측 데이터가 이동체의 GNSS 수신기로 전송되어 반송파 관측치의 모호 정수를 해석합니다. 최대 기선 거리는 40km이며 위성 시계 오차, 궤도 오차는 제거되고 대류층 오차 요인이 줄어듭니다.

▶ PPP (Precise Point Positioning)

PPP는 전 세계에 분포되어있는 위성기준점 네트워크를 사용하여 생성된 글로벌에서 사용 가능한 보정 신호를 사용합니다. 보정 신호는 위성 또는 무선데이터 통신으로 전송됩니다.

다중 주파수와 다중 위성 군

자율주행을 위한 네트워크 PPP 방식은 이동체 상공에 위치한 GNSS 위성과 전 세계 GNSS 네트워크의 데이터에 기반하여 위성궤도, 시각 오차를 산출합니다. 또한 이동체의 GNSS 수신기에서 PPP필터 알고리즘은 위치, 방송파 모호 정수 및 기타 미지 항목을 추정합니다.

▶ GNSS의 측위 성능 역할

레이더, LiDAR 및 카메라와 같은 구성요소는 자기 차량 주변의 사물까지의 거리를 산출하는 데 사용됩니다. 만약 차량 주변 사물의 위치를 정확히 알고 있다면, 정밀 지도 데이터를 이용하여 차량의 절대 위치를 알 수 있습니다.

초음파, 관성 모션, 고정밀 지도, RADAR/LiDAR 그리고 카메라와 같은 보완 기술이 통합될 때, GNSS는 자율주행에 필요한 측위 성능을 제공하는 또 다른 역할을 수행합니다.

GNSS의 측위 성능 역할

자료출처 : gnss.eseoul.go.kr/service

[뚜벅이]

우와.. 대단하군요. 정밀도와 활용이...
몰랐던 사실 깨우쳤습니다.
감사합니다.

[배가20]

정말 고맙습니다 ~~
제가 요즘 관심을 가지고 보고 있는 영역이라서 이런 자료 너무 감사합니다 ^^

[pdhfire]

좋은 정보 감사합니다

[유운]

좋은 정보 감사합니다.

[샛별]

잘 보고 갑니다.