GPS를 이용한 GIS데이터 취득

GPS를 이용하여 GIS용 데이타를 취득하고져 하는 경우 고려해 야 할사항은 여러가지가 많이 있지만 다음사항을 가장먼저 고려 하여야 한다.

o GIS를 위한 지도의 축적은 얼마인가?
수신기의 성능이 이에 적합한가?

o DGPS보정처리를 위한 베이스용 파일은 취득이 가능한가?
취득이 가능하다면 작업지와 베이스 스테이션까지의 거리는 얼마인가?
수신기의 파일 포맷은 베이스 파일과 호환이 되는가?

o 후처리용 소프트웨어(Post-processing Software)는
GIS용소프트웨어의 데이타 포맷을 지원하는가?
지원한다면 속성자료의 포매트 변환까지 지원하는가?

o 수신기의 생산성은 어떠한가?
이상의 관점에서 각각의 내용을 살펴보면 다음과 같다.

1. 사용 지도의 축적
GIS의 베이스 맵으로 사용되는 지도의 축척과 GPS수신기로 데이타를 취득하였을시 이를 지도상에 표시하여 사용상에 지장 을 줄지의 여부는 다음 표를 참조하면 된다. 즉, 전자 지도상 에서 위치를 표시하였을 경우, 대략 0.2mm에서 0.4mm정도의 도상오차라면 이용에 지장을 초래하지 않을 것이다.
<소요된 시간의 측정>


따라서 수신기의 선택은 어느정도 정밀한 측위 데이타가 필요하느냐에 따라서 선택하여야 한다. 1/50 -1/500과 같이 정밀한 좌표 데이타가 필요 한 경우는 GPS측량을 실시 하여야 하나, 기타의경우라면, DGPS측위 데이타로도가능하리라 본다.

2. DGPS보정처리용 베이스 파일의 취득
DGPS보정처리를 위한 베이스 파일이 손쉽게 취득이 가능한가의 여부는 매우 중요하다. 가장 손쉬운 방법은 자가용 베이스 스테 이션용 수신기를 보유하는것일 것이다. 현재 우리나라에서는 정 부기관이나 대학등에서 베이스용파일을 취득할 수 있기 때문에 이를 이용할 수 도 있다. 정부기관에서 베이스 파일을 취득하는 경우에는 대전에 있는 천문대를 들 수 있다.
천문대 GPS관측소에서는 전세계측지망과 연결된 상시 관측 소를 운영하고있고, GPS관측데이타를 시간대별로 정리하여 보 존하고 있을 뿐만 아니라 데이타가 필요한 수요자에 대해서는 이를 제공하기 위하여 BBS시스템을 운영하고 있으므로 필요시 GPS관측소의 데이타를 원격지에서 전화로 다운로드 하여 쓸 수 있다.

베이스파일을 취득하기 위해서 설치장소에 측량을 실시하여 위치를 정확히 정해야 한다. 베이스 스테이션의 위치가 틀리 게 되면, 이 오차는 DGPS위치로 바로 전가 되기 때문에 그 위치 가 정확할 수록 좋은 결과를 얻게된다.
또한 베이스스테이션 과 작업용 수신기 즉, 로버(Rover)와의 거리도 중요하다. 로버 와의 거리가 멀면 멀수록 오차가 증가하기 때문이다. 베이스 스 테이션과 로버사이의 거리가 100km씩 증가할 때마다 오차는 대 략 1m씩 증가하기 때문이다.

수신기가 취득한 데이타를 후처리하기 위하여 파일을 PC로 다 운로드하는데, 베이스와로버의 파일 포매트가 다를 경우 처리 가 되지 않는다. 따라서 자가용 베이스 스테이션이 아닌경우 베 이스 파일의 포매트를 확인하고, 호환가능여부를 확인하여야 한 다. 트림블사의 컴뮤니티 베이스 스테이션
(PFCBS) 소프트웨어나 URS-OS/2 소프트웨어는 DGPS 베이스 스테이션용 소프트웨어로 서 이를 이용하면 시간대별로 정리된 베이스 파일을 취득할 수 있다.

3. 후처리용 소프트웨어(Post-processing Software)
후처리용 소프트웨어의 역할은 대개
1) DGPS후처리
2) 현장작업시 지형(Feature) 및 속성(Attribute)자료의 취득을 위한 전자야장의 기능 지원 및
3) 처리된 자료의 포패트 변환으로 대별된다.
후처리용 소프트웨어가 DGPS후처리 능력이 있어야 함은 당연하지만 앞에 열거한 나머지 두가지 기능 역시 중요하다.

트림블사의 Pathfinder 시스템에서 제공되는 후처리용 소프트 웨어 PFINDER는 DGPS후처리 , 현장작업시 지형(Feature) 및 속성(Attribute)자료의 취득을 위한 전자야장의 기능 지원 및 처리된 자료의 포패트 변환을 지원하는 소프트웨어이며, ASPEN 소프트웨어는 노트북 PC나 펜컴퓨터로 현장작업시 지형 (Feature) 및 속성(Attribute)자료를 취득할 수 있는 소프트웨어이다.

1) 현장작업시 지형 및 속성자료의 취득
GPS를 이용한 GIS데이타 취득의 강점은 현장을 방문해야만 데 이타가 취득이 되기 때문에 현장작업시 위치 자료와 속성자료가 동시에 취득이 된다는 점에 있다. 따라서 작업시 현장에서 속성 자료를 취득하기위하여 전자야장 또는 PC를 사용하게 되는데, 이때에 소프트웨어가 속성자료의 취득을 위한 제기능을 지원하 는게 필수 적이다.
또한 펜컴퓨터(Pen Computor)와 같이 디스플레이 기능이 좋은 전자야장을 이용하는 경우, GIS용 베이스 맵을 PC에 표시하고 그 위에서 바로 작업이 되면, 매우 편리할 뿐만 아니라 생산성 의 향상도 동시에 도모할 수 있다.

2) GIS용 소프트웨어의 데이타 포매트를 지원
GPS를 이용한 데이타 취득은 종국적으로 GIS시스템의 데이타 베이스를 구축하기 위한 것이므로, 취득된 자료를 사용중인 또 는 사용하고져 하는 GIS 시스템으로 데이타를 경제적으로 입력시 킬 수 있어야 한다. 이때 중요한 것은 취득된 속성자료가 GIS 시스템의 데이타 포매트로 변환이 되어야 한다는 점이다. 만일 속성자료가 변환이 안되면 수작업으로 별도로 입력해야 하는 번거로움이 생긴다.


<Patherfider 시스템의 작업 흐름>


4. 수신기의 성능
GPS수신기의 기종 선택에 있어서 상기 사항 이외에 고려되어야 할 사항은 수신기의 생산성이다. 현장 작업시 점(Point), 선 (Lines, Arc), 다각형(Polygon) 등 데이타 형태별로 구분하고, 속성데이타를 부가하여 동시에 취득가능한 수신기종이 생산성 향상에 도움이 된다.
실시각 DGPS를 실시중이더라도 데이 타 링크가 끊어지는 경우, 이를 나중에 처리 할 수 있는 수신기 종의 경우 현장을 재방문하지 않고도 원하는 데이타를 얻을 수 있으므로 이와 같은 기능도 고려 하여야 한다. 또한 다른 센서, 즉 수질 측정계등의 디지탈 자료(External Data Sourse)를 바로 전자야장에 입력시킬 수 있는지 여부도 중요하다.

출처: http://nbbs.naver.com/action/read.php?id=ds0oe_3&nid=24660&work=list&st=&sw=&cp=1

GPS 와 DGPS

I. GPS (Global Positioning System)

1. GPS 시스템의 개요
GPS(Global Positioning System)는 미국정부가 1970년대 초반부터 개발에
착수하여 약 60억불의 예산을 투자하여 구축한 항법지원 시스템이다.
원래는 군사목적으로 개발을 시작하였지만, GPS신호의 일부를 민간인이 사
용할 수 있도록 하는 것을 전제로 미의회가 예산을 승인 하게되어 GPS신호
중 L1, C/A 코드는 민간에 개방되었다.
GPS 위성에서 방송하는 C/A 코드를 이용하면 전세계 어디에서나 전천후,
24시간 측위가 가능하며, 그 정확도는 약 100m정도가 된다.
GPS시스템은 위성, 위성을 관제하는 지상 관제설비, 그리고 사용자가 이용
하는 GPS수신기를 모두 포괄하여 말하는데, 그 하나하나를 살펴보면 다음과
같다.

2. GPS 위성
GPS위성은 적도와 55도로 경사를 이루는 6개의 궤도면에, 각 궤도마다 4-5
개씩의 위성을 배치하고 있으며, 지구 표면으로부터 약20,200km의 상공에 위
성을 배치를 하고 있다. 또한 공전 주기를 11시간 58분으로 하여 위성이 하
루에 지구를 2번씩 돌도록 함으로써, 지구상 어디에서나 항상 4개 이상의 위
성을 추적 할 수 있도록 하고 있다. 또한 위성에는 세시움이나 루비디움 원
자시계를 탑재하여 시각을 일치 시키고 있다.


3. GPS 위성의 관제
GPS위성은 미국 콜로라도 스프링스에있는 주관제소의 관제를 받는 데, 이
주관제소 이외에도 적도주위로 4개의 모니터링국을 배치하 여, GPS위성의
궤도를 감시하고 관제에 필요한 정보를 항상 얻어내 고 있다.


4. GPS 측위 원리
GPS의 측위는 거리측정방식에의한 삼각법(Triangulation)을 이 용하는데,
C/A코드를 이용하여 위성과 수신기 안테나간의 거리를 구 한다.

위성은 항상 1575.42MHz의 L1주파에 C/A코드를 실어서 방송하 고 있고, 수
신기에서도 똑같은 코드를 발생시켜 수신된 위성의 코드 와 비교하여 위성
의 신호가 위성을 떠나 수신기까지 도착하는데 소 요된 시간을 측정한다.
따라서, 광속(위성신호의 속도) x 소요시간 으로 위성과 수신기간의 거리를
측정하게 된다. C/A코드는 그 자체가 거의 잡음에 가까운 의사잡음부호
(Pseudo Random Noise Code)로 구성되어 있고 또한 상기와 같이 구한 거
리 는 오차를 포함하고 있가 때문에 이를 의사거리(Pseudo Range)라 고 부
른다.







<소요된 시간의 측정>

GPS수신기는 4개의 위성을 관측하여 거리를 측정하여 위치 를 계산하는데,
이는 4개의 미지수(좌표;Ux,Uy,Uz 및 시계오차CB) 를 해결하는데 4개의 관
측치가 필요하기 때문이다. 이를 단계별로 표시하면 다음 그림과 같이 된다.












<위치계산의 4단계>


5. GPS 측위오차
GPS측위 오차는 다음 3가지로 대별되는데, 거리오차, 위성의 배치상황에 따
른 기하학적인 오차 증가 그리고 미국방성이 실시하는 선택적 이용성에 의
한 오차이다.

가. 구조적인 요인에의한 거리오차(Range Error)
거리오차는 의성과 수신기간의 측정된 거리의 오차를 의미하는데 다음과 같
은 요인에 의하여 발생하며, 약 5-10m정도이다.

1) 위성시계의 오차
위성에 탑재된 원자시계의 오차로부터 발생하는 오차이나, 다행히 위성시계
의 오차는 어느정도 예측이 가능하므로 주 관제국에서 이를 조정함으로서
최소화 시키고 있다.

2) 위성궤도의 오차
위성의 궤도는 모니터국이 취득한 데이타를 바탕으로 예측하여 그 파라메터
를 위성이 코드정보와 함께 방송하도록 관제하고 있다. 그러나 예측된 궤도
와 실궤도사이에는 차이가 생기며, 이에따라 거리 오차가 발생한다.

3) 대기권의 전파지연
위성의 고도가 20,000km정도가 되므로 신호가 위성을 통과하여 수신기까지
오는 동안 대기권을 이루는 전리층과 대류권을 통과하게 되는데 이때에 생
기는 전파지연(Delay)때문에 오차가 생긴다.
특히 전리층에서의 전파지연은 전리층의 전자활동이 활발한 정오경에는 커
지고, 활동이 미약한 자정무렵에는 작아지며, 그차가 일별, 계절별로 상당한
격차를 보인다.
주관제소에서는 상기 지연량들을 예측하여 코드정보와 함께 방송하므로, 수
신기는 측위계산시 이를 보정하여 위치오차를 줄이고 있다.

4) 수신기에서 발생하는 오차
수신기에서 발생하는 전자파적 잡음(Noise)이나, 전파의 다중경로(Multipath)
등으로 인하여 거리 오차가 발생한다.


이와 같은 거리오차는 위성의 배치상황에따른 기하학적인 요인과 어울려, 최
종적으로 위치의 오차로 나타나게 된다.

나. 위성의 배치상황에 따른 기하학적오차의 증가
측위시 이용되는 위성들의 배치상황에 따라 오차가 증가하게 되는데, 이는
육상에서 독도법으로 위치를 낼때와 마찬가지로 적당 한 간격의 물표를 선
택하여 독도법을 실시하면 오차삼각형이 적어져 서 위치가 정확해지고, 몰려
있는 물표를 이용하는 경우 오차삼각형이 커져서 위치가 부정확해진다.
마찬가지로 위성역시 적당히 배치되어 있는 경우에 위치의 오차가 작아진다.
다음 그림과 같이 GPS수신기는 관측된 데이타를 이용하여 PDOP( Position
Dillution of Precision)를 계산하고, 이를 거리오차에 곱하면 측위 오차가 된
다.
즉, (거리오차;Range Error) x (PDOP) = (측위오차)가 된다. 따라서 대부분
의 수신기는 PDOP가 작 은 위성의 조합을 선택하여 측위계산을 하고 이를
표시하도록 설계되어 있다.
최근 수신기의 성 능이 좋아서 PDOP가 3인 경우 위치오차는 대략 15m
CEP (Circular Error Probability), 즉, 50%오차확율의 범위에서 평면으로 약
15m정도이다.











<기하학적 오차>




다. 선택적 이용성에의한 오차(Selective Availability;SA)
미국방성의 정책적 판단에 의하여 오차를 일부러 증가시킨것으로, 미국방성
이 이를 인위적으로 늘리고 있는데, 이것이 선택적 이용성에 의한 오차이다.
즉, 미국방성이 인가 한 사용자만이 선택적으로 사용할 수 있다는 의미로 선
택적 이용성(Selective Availability)인 것이다.
SA실시시 오차는 100m 2dRMS가 된다. 미국의 연방항법플랜에 의하면 GPS
측위 오차는 여하한 경우든 100m 2dRMS를 넘지 않도록 한다고 공시되어
있어, 항법에 이용하는 한 큰 문제는 없으나, GIS데이타의 취득이나 측량에
서와 같이 수cm에서 수mm의 정밀도로 위치를 구해야 하는 경우에는 단독
측위가 아닌 상대측위를 실시한다.
여기서 측위오차가 100m 2dRMS이내라는 것은 "100m twice the root mean
square horizontal error"의 약어로 평면에서 95% 오차확율의 범위내에서 위
치오차가 100m임을 의미한다.





















II. DGPS란?

1. DGPS(Differencial GPS)
DGPS는 GPS수신기를 2개이상 사용하여 상대적 측위를 하는 방법 인데, 좌
표를 알고있는 기지점에 베이스 스테이션용 GPS수신기 를 설치하고, 위성들
을 모니터하여 개별위성의 거리오차 보정 치를 정밀하게 계산한후 이를 작
업 현장의 로버(Rover)용 수신기 의 오차보정에 이용하는 방식이다.
이방식을 도해하면 다음그림 과 같다.











<DGPS위치의 계산-보정치를 측위시 적용하여계산>

DGPS의 위치의 오차는 항법장비의 경우, 대략 10m내외, GIS 데이타 취득용
장비 또는 해양측량용 장비의 경우는 1m가 된다.
또한 DGPS측위는 실시각 (Realtime)처리방식과 후처리(Post-processing)방
식의 2가지로 대별된다.

가. 실시각 DGPS
베이스 스테이션에서 취득한 DGPS보정치를 무전기를 이용하여 송신하고,
로버에서 이를 수신하여 보정치를 의사거리에서 가 감한후 위치를 계산함으
로서 현장에서 바로 DGPS위치를 구하는 방식이다.
현장에서 정확한 위치를 구할 수 있기 때문에 해양측 량, 도로보수공사, 지
하매설물 보수공사등의 분야에 응용된다.


나. 후처리 DGPS
베이스 스테이션에서는 작업기간동안 연속적으로 GPS 데이타 를 수신하여
베이스용 파일을 생성시키고, 로버는 현장작업시 GPS데이타 및 속성자료등
을 취득하여 로버 파일을 생성시킨 후 이를 사무실에서 후처리 소프트웨어
로 DGPS보정을 행하는 방식 이다.
현장에서는 얻어지는 데이타는 100m 2dRMS의 오차를 가지나, 후처리 후에
는 정확한 DGPS위치를 얻게된다.
후처리를 하여야만 DGPS위치를 얻을 수 있기 때문에 GIS용 데이타 취득에
이용되 며, 수도관, 가스관, 전신주조사등에도 손쉽게 이용할 수 있다.
























III. GPS 측량

GPS로 위치를 측정할 때에는 위성이 방송하는 코드를 이용하여 측위를 실
시한다. 즉, 위성에서 방송하는 코드와 항법 메시지를 분석하면 수신된 코드
가 언제 위성을 출발 한 것인지를 알 수 있으므로 위성과 수신기간의 거리
를 계산함으로서 측위가 가능하다.
그러나 이경우 오차가 수십미터나 되므로 측량목적에는 적합치 않다.
따라서 측량목적으로는 코드이외에 반송파를 이용하게 되는데, L1주파수의
경우 1575.42MHz이므로 정현파의 길이가 19cm이고, 수신기는 정현파의
1/100, 즉 1.9mm까지 측정이 가능하다.
따라서 1.9mm눈금자로 측정하는 것이 된다.
그러나 반송파의 경우 수신된 파가 언제 위성으로부터 출발하였는지 알 수
없으므로 2개이상의 측량용 수신기 로 GPS위성이 방송하는 C/A 코드 및
L1,L2전파의 위상(Carrier Phase)을 관측하여, 상 대측위를 행함으로서 관측
점간의 기선 벡터를 구할 수 있게 된다.

1. 측량 계산
GPS 위상관측식을 이용하여 GPS 수신기로 수신된 반송파 위상의 개수를
기록한 자 료로 측량계산을 실시한다.
측량개시시 위성과 GPS수신기 사이에 존재했던 반송파의 정 현파수, 즉 위
상수를 모호정수치(Integer Number)라고 부르는데, 이를 알면 상대측위에 의
하여 두점간의 기선 벡터의 계산이 가능하게 된다.
따라서 GPS 측량계산의 기본은 모 호정수치를 여하히 빨리 또는 적은량의
데이타로 구하느냐 하는데 있다.
모호정수치를 구하기 위하여서는 GPS 위상관측식으로부터 단중차(Single
Difference), 이중차 (Double Difference), 삼중차(Triple Difference)를 이용하
여 구한다.







GPS 위상관측식은 다음과 같이 표현된다.
위상관측치 = (수신된 위상관측치 - 발신된 위상치)
- (수신기 시계의 지연오차량 - 위성 시계의 지연오차량)
+ (전리층의 전파지연량 - 대류권 전파지연량)
+ (최초 위상관측시 위성과 수신기간의 파장수)
+ (불규칙 오차항)
단중차로는 1위성/2수신기 간의 위상관측식을 제산함으로서 위성시계의 오차
항을 제거 하거나, 또는 2위성/1수신기간의 위상관측식을 제산함으로서 수신
기 시계의 오차항 을 제거한다.
이중차로는 2개이상의 단충차를 제산하여 수신기 및 위성시계의 오차항을
모두 제 거하고, 미지항은 모호 정수항만을 남기게 된다.
따라서 4개의 위성에대한 관측식으로 3개의 이중차식을 이용하여 측량 계산
을 실시다.

삼중차로는 관측도중 발생하는 사이클 슬립(Cycle Slip)을 보정한다.
사이클 슬립은 관측도중 나무와 같은 장애물을 통과하거나, 전리층의 활발한
활동 또는 전파가 많이 발사되는 지역에서 전자파 장애로 인하여 생긴다.

모호정수치를 신속히 해결하기위하여 여러가지 방법이 개발되고 있는데, 해
결 기법이 측량기법이 된다.
이동측량시의 안테나 스왑방법, 신속정지측량, OTF(On-the Fly)등의 기법이
현재 많이 이용되고 있다.
상대측위의 개념은 다음과 같이 단순화 하여 도해할 수 있다. 즉, 두점사이
에 설치된 수신기간의 벡터를 아래 그림과 같이 구한다고 보면 된다.








상대측위(Relative Positioning)

2. 측량방식
GPS측량은 사후계산처리방식과 실시각처리방식으로 구분된다.
사후계산(Post-processing)방식은, GPS측량기를 측량할 기준점 및 측점에 설
치하 여 GPS위성이 방송하는 코드자료(Code Data)와 반송파의 위상자료
(Carrier Phase Data) 를 수신한 후, 사무실로 돌아와서 GPS측량소프트웨어
(GPSurvey)로 계산처리(Post Processing)하는 방식이다.

실시각 처리방식 즉,RTK(Real Time Kinematic Survey)는 GPS를 이용하여
두점간 의 거리, 방위, 고도차를 실시각으로 측량할 수 있는 측량방식이다.
기준점에 설치된 측 량용 GPS 신기가 수신한 GPS 위성의 코드(Code) 및
위상(Phase) 데이타를 측점상의 GPS 수신기로 송신하여 GPS수신기로 하여
금 두점간의 거리, 방위, 고도차를 계산, 실시각으 로 표시토록 한다.
이때 데이타의 송수신은 UHF무전기를 이용한다.

가. 사후계산처리(Post-processing)방식
o 정지측량(Static Survey) : 기준점측량에 주로 적용
o 이동측량(Kinematic Survey) : 지형측량에 적용
o 신속정지측량(Fast Static Survey) : 기준점측량에 주로 적용

나. 실시각(Real-time) 처리방식
o 실시각이동측량(Real-Time Kinematic Survey ; RTK)
RTK는 보통 정지상태(10초-1분)에서 자동으로 초기화가 되나 강, 호수, 바
다등에서 이동중(On-The-Fly)에도 초기화도 가능하다.
o 디퍼렌셜GPS(Differential GPS):
해양측량 및 GIS 데이타 취득에 이용

다. 디퍼렌셜GPS를 이용한 측위
1) DGPS의 내용
DGPS(Differential GPS)는 GPS수신기를 이미 좌표를 알고있는 지점에 설치
하 여 GPS위성으로부터 코드를 수신하여 위치를 계산, 비교하여 각위성의
코드로 구해지는 의사거리의 오차를 산출, 이를 측위작업용 수신기로 송신하
여 측위보정을 시킴으로서 최 대 100m나되는 GPS의 측위오차를 1m이하(약
30cm-60cm)까지 줄인다.

데이타의 송수신은 단거리인 경우 UHF, 장거리인 경우 MF Beacon을 사용
한다.
2) 정확도: 100km이내에서 약 1m이하

3. GPS측량의 특징

가. 시통(Line of sight)
일반 재래식 측량기는 표적을 사용하며, 표적 설치의 양호 여부에 따라 오차
가 증감하게 됩니다.
또한, 측량기/표적간에 시통이 확보되어야만 측량이 가능하다.
시통이 확보되지않는 경우에는 장애물을 우회하여 측량을 실시하거나, 처리
가능한 장애물 (나무등)의 경우에는 이를 처리후 측량을 실시한다.
우회측량의 경우는 우회측량에 따른 오차의 증가 및 측량작업량의 증가로
인한 원가부담이 문제가 되며, 처리가능한 장애물 처리의 경우 관련법규및
자연보호등의 문제로 장애물의 처리가 불가능하거나 이로인한 원가 부담 증
가의 문제가 있다.
GPS를 이용하는 측량의 경우, 위성과 시통만 되면, 이를 해결할 수 있다.

나. 측량 가능한 거리
광파측거기의 경우, 적외선 또는 가시역의 전파를 이용, 거리를 측정하기 때
문에 시정내의 장애물등으로 인하여 가용거리가 대략 2.5 - 5km정도이다.
또한, 안개, 비, 눈, 분진등 날씨에 제약을 받고, 야간작업이 불가능 하다. 그
러나 RTK는 UHF전파를 이용하기 때문에 가용거리가 약 10 - 20km 정도
가 된다.
따라서 측량개시를 위하여 필 요한 초기 설치/설정작업이 줄어서 작업 효율
을 향상시키며, 또한 상기와 같은 날씨나 시간적 제약도 받지않는다.

다. 기준점 복원 및 시공측량시 측설작업(Setting out)
RTK는 기준점 복원(Stake Out)이 가능한 측량기법으로서, 망실된 기준점이
나 도 근점의 복원이 가능하며, 시공측량시는 점, 선, 호, 경사면의 측설측량
(Setting Out)이 가능하므로 정확한 시공이 가능하다.

라. 다음사항이 TRISPONDER와 같은 재래식 해양측량용 측위 시스템 운용

시 문제점이며, DGPS측위로 이와 같은 문제점을 보완할 수 있다.
1) 초기화
TRISPONDER와 같은 재래식 시스템은 CALIBRATION이나 초기화가 매일
마다 필요하다.
또한 측량시마다 전에 측량시 사용했던 기준점에 STATION을 설치해야 한
다.
그러나 DGPS측위 시스템은 초기화 절차나 CALIBRATION이 불필요하다.
2) 육상 스테이션의 수
TRISPONDER의 경우, 항상 2개 이상의 육상 스테이션이 필요하며, 설치시
마다 칼리브레이션(CALIBRATION)을 실시해야 한다.
그러나 DGPS는 육상 스테이션이 하나만으로 충분하며, 육상 스테이션을 현
장사무소등 전원이 확보되어 있고 관리가 가능한 지점에 설치할 수 있으므
로 운용이 편리하다.
따라서, 작업단위로 보면 적은 수의 인력이 투입 되고 육상 스테이션의 수가
줄어 추가적인 비용절감이 가능하다.

마. 인력 확보
측량작업은 주로 야외에서 이루어지며, 기준점이 대부분 야산의 높은 곳에
위치 하고, 측량요원은 숙련된 기사 또는 기능사가 필요한 관계로 인력의 신
규확보에 애로가 있다.
RTK나 DGPS의 경우, 일반측량과는 달리 측량 결과에 개인차에 의한 오차
가 발생 할 소지가 적고,신규 인력확보에 도움이 된다.

바. 측량기의 관리
기존의 광학장비는 쉽게 부서지고, 수리후 CALIBRATION을 실시해야 하는
등 유지보 수의 측면에서 관리가 까다로우나, GPS의 경우 관리가 용이하다.


출처: http://nbbs.naver.com/action/read.php?id=ds0oe_3&nid=24660&work=list&st=&sw=&cp=1

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$POS: 6378137  0        0
$Baud rate: 9600  System clock: 24.553MHz


$GPGGA,215235.670,3735.0064,N,12701.6746,E,1,03,50.0,0.0,M,19.6,M,0.0,0000*4F
$GPGSA,A,2,10,08,02,,,,,,,,,,50.0,50.0,20.0*0A
$GPGSV,3,1,10,26,78,314,00,29,71,017,00,24,48,156,00,10,44,079,46*79
$GPGSV,3,2,10,21,39,309,32,08,21,046,36,09,16,187,00,02,14,151,35*73
$GPGSV,3,3,10,06,14,296,00,15,06,319,00*7F
$GPRMC,215235.670,A,3735.0064,N,12701.6746,E,0.000000,,060905,,*12
$GPGGA,215236.670,3735.0066,N,12701.6748,E,1,03,50.0,0.0,M,19.6,M,0.0,0000*40
$GPGSA,A,2,10,08,02,,,,,,,,,,50.0,50.0,20.0*0A
..
..
..
$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48
$GPGSA,A,2,19,25,15,,,,,,,,,,21.5,7.9,20.0*32
$GPGSV,3,1,10,03,86,244,00,19,51,218,38,16,51,057,00,07,40,048,00*77
$GPGSV,3,2,10,13,34,279,00,23,33,236,00,15,29,076,40,25,25,143,38*71
$GPGSV,3,3,10,21,18,051,,27,12,315,*77
$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A



1. NMEA Code

GPS에서는 신호가 대략 위와 같은 형식으로 오는데
이걸 NMEA 라고 한다.

NMEA는 The National Marine Elecrtronics Association이라고 하는데,
원래 이 신호가 해양에서의 배의 정확한 위치 확인에 가장 먼저 이용되었나 보다.


그냥 위와 같이 보면 복잡한데,
데이터의 형식은
$로 시작해서 GP로시작하는 NMEA코드이름, 그리고 데이터와 맨 마지막에 *??의
Check Sum그리고 혹은 로 끝난다.
( , 은 개행(줄바꿈)을 뜻한다)


Elextech에서 만든 G1800sLP+라는 GPS 모듈에서 나온 GPS정보이며,
UART로 데이터를 전송하고, baud rate는 9600bps (bit per second)라는 것을 알 수 있다.


이 GPS는 총 네가지 종류의 NMEA코드를 출력하는데
$GPGGA,  $GPGSA, $GPGSV, $GPRMC이다.

그리고 뒤의 데이터는 모두 comma ( , )로 구분되어 있다.


2. GPGGA
(Global Positioning System Fix Data)


$GPGGA는 Fix Data라고 하는데, 여기에서 주로 알 수 있는 것은
시간, 위도, 경도, 고도 등이다.




               시간           위도            경도        사용된위성수      $GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48
                                                            계산종류    고도             


$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

114455.532는 시간으로서
Zulu time (그리니치 표준시) 기준으로 11시 44분 55.532초를 뜻한다.

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

3735.0079는 위도로서
37도 35.0079분을 뜻한다. 60분이 1도니까, 대략 37.5도가 된다. -> 서울
뒤의 N은 북위라는 것을 뜻한다. S라면 남위가 되는 것.

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

12701.6446은 경도로서
127도 1.6446분을 뜻한다. 그러니까, 대략 127도가 된다 -> 서울
뒤에 E는 동경을 뜻하므로, W가 되면 서경이 된다.


$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

1은 fix종류를 뜻하는데

GPS는 미국에서 써아올린 GPS 위성에서 동시에 쏘아준 신호의 시간차를 이용하여
거리를 계산하는 방법을 쓴다(삼각측량, 불확정성의 원리)
지구의 어디에 있든지 최소한 3개 이상의 GPS신호를 받을 수 있다.

그런데, 이 경우에 상업용 GPS는 오차가 15m정도 생기는데, 이를 보정하는게
dgps라는 것이다. 지상의 특정하고 정확한 곳에 GPS기지국을 설치하고
여기에서도 신호를 쏘아보내는 것이다.

그러면 오차가 5m이내로 줄어들게 된다.

0 이면 invalid한 데이터(못쓰는 데이터) 라는 의미
1 이면 gps 위성신호만으로 계산
2 라면 dgps도 사용하여 계산 등등이다.

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48


계산에 사용한 위성의 갯수인데,
최소한 3개 이상의 신호를 받아야 한다.

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

horizontal dillusion of position이래는데.
무슨 말인지 ~_~)

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

고도 정보인데
M법으로 환산했을때 48.8M라는 것이다. (해수면 기준)

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

지구를 모델링할때에, 구형으로 모델링할 수도 있고
타원체로 모델링할 수 도 있다.

타원체로 모델링할 경우에, 지표면상에서 정확한 위치를 구하기 위해서
(위도 경도 고도를 x,y,z로 고친다는 뜻)
구형과 타원체가 얼마나 차이가 나는지, 지표면에서 얼마나 높게 있는지
그 정보를 알 필요가 있다 이것은, 위도, 경도에 따라 다른데, 이 높이이다.

$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48

dgps를 사용했을 경우 마지막으로 update한 시간과, dgps 기지국의 ID이다.


$GPGGA,114455.532,3735.0079,N,12701.6446,E,1,03,7.9,48.8,M,19.6,M,0.0,0000*48


check sum이다.



3. GPGSA

사용을 안한다.


4. GPGSV

GPS Satellites in View
계산에 사용한 위성이 아니라, 현재 위치에서 보이는 모든 위성정보이다.


$GPGSV,3,1,10,03,86,244,00,19,51,218,38,16,51,057,00,07,40,048,00*77
$GPGSV,3,2,10,13,34,279,00,23,33,236,00,15,29,076,40,25,25,143,38*71
$GPGSV,3,3,10,21,18,051,,27,12,315,*77


줄이 몇 줄인지 나타낸다.


$GPGSV,3,1,10,03,86,244,00,19,51,218,38,16,51,057,00,07,40,048,00*77
$GPGSV,3,2,10,13,34,279,00,23,33,236,00,15,29,076,40,25,25,143,38*71
$GPGSV,3,3,10,21,18,051,,27,12,315,*77


몇번째 줄인지 나타낸다.

$GPGSV,3,1,10,03,86,244,00,19,51,218,38,16,51,057,00,07,40,048,00*77
$GPGSV,3,2,10,13,34,279,00,23,33,236,00,15,29,076,40,25,25,143,38*71
$GPGSV,3,3,10,21,18,051,,27,12,315,*77

보이는 위성의 갯수를 나타낸다.


$GPGSV,3,1,10,03,86,244,00,19,51,218,38,16,51,057,00,07,40,048,00*77
$GPGSV,3,2,10,13,34,279,00,23,33,236,00,15,29,076,40,25,25,143,38*71
$GPGSV,3,3,10,21,18,051,,27,12,315,*77

03,86,244,00

3번 위성이고, 현재 자신의 위치에서 86도 (degree) elevation
244도 (degree)의 Azimuth
그리고 신호대잡음비 (SNR)은 0 이다.


그렇게 위성 3개가 적히고
*77은 checksum이다.


5. GPRMC
Recommended Minimmum data라고 하는데
추천되는 가장 최소한의 데이터 들이다.

$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A



$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A


역시 시간을 의미한다. zulutime 기준으로 11시 44분 55.532초

$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A


지금 현재 출력되는 값이
쓸 수 있는 값인지 (valid) 아니면 쓰면 안되는 이상한 값인지를 나타내는데
A라면 valid하고 V라면 valid하지 않다.

$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A


뒤의 위도와 경도는 GPGGA와 동일하다.

$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A


Speed over ground라고 하는데
knots 단위의 속도이다.

비행기에서는 보통 KIAS라는 속도단위를 쓰고,
배에서는 knots라는 속도단위를 사용한다.
KIAS는 대략 km/h 단위의 1/3이라고 보면된다.

만약 900km/h라면 300KIAS정도 된다.
KIAS는 knots indicator air speed의 약자이다.



$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A

Track Angle in degree true라고 하는데 잘 모르겠다. ~_~)

$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A

Date이다.
11th, July, 2006. 2006년 7월 11일을 뜻한다.

$GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706,,*0A

안나오는데 (이 장치가 지원을 안해서..)
원래 북쪽을 0으로 한, magnetic variation,
즉 나침반이다.

*0A

체크섬이다.






- 참조자료 - reference

http://www.nmea.org/ - National Marine Electronics Association
http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm - GPS Information
http://home.pacific.net.au/~gnb/gps/nmea.html - GPS NMEA reference

<출처: http://erine.egloos.com/2233135>