KR100496814B1 - Ｇｐｓ 측량을 이용한 도로좌표정보 취득 및 수치지도 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로 정보의 추가 및 삭제를 통한 수치지도 제작방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 GPS를 통해 수신된 기준점 좌표값의 수회 측정으로 표준보정함수를 얻고, GPS 수신기로부터 실시간으로 획득한 도로 좌표값 및 측량 정보를 상기 표준보정함수로 보정하여 입력함으로써 수치지도를 제작하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 도로 수치지도 제작방법에 따르면, 도로의 좌표값을 보다 정확하게 기록하고, 도로의 변경사항을 실시간으로 반영한 수치지도를 제작할 수 있다. 또한 도로 정보 및 좌표값을 차선별로 분류하여 검색할 수 있도록 하고, 도로의 확장이나 축소 상황을 한눈에 알아볼 수 있는 도로 수치지도를 제작할 수 있다.

Description

ＧＰＳ 측량을 이용한 도로좌표정보 취득 및 수치지도 제작방법{Method for Obtaining Road Coordinates Information and Producing Digital Map using GPS Measurement}

발명의 분야

본 발명은 도로 정보의 추가 및 삭제를 통한 수치지도 제작방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 GPS를 통해 수신된 기준점 좌표값의 수회 측정으로 표준보정함수를 얻고, GPS 수신기로부터 실시간으로 획득한 도로 좌표값 및 측량 정보를 상기 표준보정함수로 보정하여 입력하거나 없어진 도로를 삭제함으로써 수치지도를 제작하는 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

GPS는 1970년대 미 국방성에서 처음 개발한 위성 항법 시스템으로서 인공위성에 기반을 둔 전파 항법 시스템(Radio Navigation System)으로 처음에는 군사용으로 개발되었지만 민간용으로 급속히 확산되어 사용되고 있으며, SA가 해제된 이후에는 그 사용 정도가 더 증가했다. GPS에 의한 위치결정은 정확한 위치를 알고 있는 인공 위성에서 발사된 전파가 수신기까지 도달하는 소요시간을 관측함으로써 미지점의 위치를 구할 수 있다.

GPS는 위성체 연구, 좌표계와 전파의 발사 및 수신 시간, 위성궤도의 향상 및 수신기술 개발 등이 접목되어 다양한 응용분야로 급속히 확산되고 있다. 물론 GPS 이전의 항행 및 위치결정체계인 미해군의 도플러 방식에 의한 TRANSIT도 존재하였으나 그 활용범위나 정확도 면에서 GPS보다 떨어진다고할 수 있다.

GPS는 민간이 이용할 수 있도록 개방한 서비스로 C/A(Coarse-Acquisition)코드를 사용하는 신호는 누구나 받을 수 있지만 미 국방성에서 고의적으로 신호의 정밀도를 저하시킨 상황이며, 또한 대기의 상태 등에 따라 오차가 발생한다.

GPS 위치측정의 정확성을 떨어뜨리는 요소들은 크게 3부분으로 나눌 수 있는데, 첫째 구조적 요인으로 생기는 오차로는 인공위성 시간 오차, 인공위성 위치 오차, 전리층과 대류층의 굴절, 잡음(Noise), 다중 경로(Multipath)등이 있다

GPS를 이용하여 측량하는 방법 중, 현지에서 측량가능한 GPS 시스템으로서 실시간 이동측위(RTK)-GPS 방법이 일반적이다. 이러한 방법은 기지점의 보정정보를 실시간으로 미지점에 보내주는 것으로, 일반 GPS 측량에 무선통신을 이용하여 보정정보를 알려줌으로써 두 점간의 거리, 방위 고도차를 실시간으로 측량할 수 있는 측량할 수 있는 측량 방식이다. 주로 방재나 건설분야에서 실시간 처리가 가능한 측량분야와 GIS 데이터 등의 대량 관측의 측량 방법으로서 그 이용가치가 높다. 도 1에는 실시간 이동 측위의 개요가 도시되어 있다.

실시간 이동측위 방식은 일반 GPS측량에 무선통신을 이용하여 보정정보를 알려줌으로써 두 점간의 거리, 방위, 고도차를 실시간으로 측량할 수 있는 측량방식이다. GPS의 신호체계상 반송파에 의한 위치결정 방법이 코드에 의한 위치결정보다 정밀도면에서 많은 향상이 있지만, 반송파에 의한 단독측량 역시 후처리 상대측량 기법보다는 정밀도가 떨어지는 단점을 가지고 있다.

이러한 목적을 위해 개발된 것이 고정밀 이동측량 기법인 RTK로서, 기본개념은 정밀한 위치를 확보한 기준점의 반송파 오차 보정값을 이용하여 사용자가 실시간으로 수cm의 정밀도를 유지하는 관측치를 얻을 수 있게 하는 것이다.

RTK의 기본개념은 오차보정을 위해 기준국에서 전송되는 데이터가 반송파 수신자료라는 것이고, RTK가 각 위성에 대한 반송파측정값을 지속적으로 제공하여야 하고, 정보의 전송장애로 발생할 수 있는 오차의 한계가 DGPS보다 상대적으로 크기 때문에 보다 안정적이고도 신속한 정보전달 통신 시스템이 요구된다. 현재 GPS를 응용하는 여러 분야에서 주로 사용되고 있으며, GSIS나 측량, 항법 등 모든 응용분야가 RTK기법의 사용에 초점을 맞추어 실용화되고 있다.

인간이 땅에 대한 정보를 얻는데 전통적인 수단으로 지도가 이용되어 왔으며 지도는 중요지형, 시설물 등 땅에 대한 정보가 기록되어져 각각 해당분야에 필요한 정보를 제공하는 자료원이었다. 그러나, 지도는 수시로 변하는 내용들을 수록하기 어려워 이용에 한계를 느끼게 되고 컴퓨터를 이용하여 자료를 수집, 처리, 분석하는 효과적인 이용방안을 제시하게 되었으며, 방대하고 다양한 자료를 효율적으로 처리할 수 있는 종합적 공간처리 기술인 GIS가 발달하기에 이르렀다.

이러한 GIS를 개발하기 위한 가장 기초적인 자료로서 지도가 있는데 이들 지도는 지형도, 지질도, 토양도, 지적도 및 지하 시설물인 상·하수도, 지하 전화 배선, 지하 가스관 등을 표시한 지도들을 포함한다. 상기 지도들은 대개 항공촬영, 측량 등을 통해 제작되며 지형의 선형만을 얻을 수 있을 뿐, 이들을 GIS에 사용하기 위해서는 별도의 측량해석을 통해서 도로의 상태를 수치화 하는 작업이 선행되어야 하며, 이들의 측량해석은 주로 2차원에 대해서만 이루어지는 경우가 대부분이다. 그러나 현재 레저나 군사적인 목적 혹은 환경과 관련하여 3차원 좌표값(x, y, z)을 포함하는 지형도가 필요한 실정이다.

또한, 단시간 내에 새로운 도로가 생기고, 기존의 도로가 폐쇄되는 최근의 실정을 빠르게 반영하면서도 정확한 정보를 수록한 수치지도의 필요성이 제기되어 왔다.

이에 본 발명자들은 측정 대상구역의 도로 수치지도에 보다 표준보정함수를 통해 보정한 정밀한 도로 좌표값을 입력하고 다양한 도로 주변정보 함께 입력하고, 도로의 차선에 따라 정보를 분류한 수치지도 제작방법을 개발하고자 예의 노력한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 보다 정밀한 도로의 좌표값을 기록하고, 도로의 변경사항을 반영하여 다양한 도로정보를 포함하는 도로 수치지도를 제작하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 i) 대상구역의 도로 정보가 수록되고 데이터의 기록이 가능한 수치지도 및 GPS 수신기가 장착된 차량을 준비하는 단계; ii) 차량을 이동하며 실시간으로 GPS 수신기로부터 대상구역 내 도로의 좌표값(X_i, Y_i, Z_i: i=1,2,......,ℓ), 방위각, 연직각, 차선정보 및 도로 주변정보를 획득하여 수치지도에 입력하는 단계; iii) 상기 측정한 좌표값의 오차를 보정하여 보정좌표값을 기록하는 단계; iv) 상기 보정좌표값이 기존의 도로에 있으면 기존 수치지도의 데이터를 삭제한 후 측정좌표값을 입력하고, 상기 보정 좌표값이 신설도로에 있으면 측정좌표값을 입력하며, 기존의 수치지도에 있으나 폐쇄된 도로의 좌표값은 삭제함으로써 수치지도 데이터로 변환하여 기록하는 단계; 및 v) 상기 도로의 좌표값 및 도로주변정보를 도로의 차선에 따라 분류하여 수치지도 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함하는 도로 정보의 추가 및 삭제를 통한 도로 수치지도의 제작방법에 있어서, 상기 측정 도로 좌표의 오차는 다음의 단계를 거쳐 보정하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다:

a) 차량을 이동하며 대상구역 내 n차 기준점 위치의 좌표값(Xb_n, Ybn, Zb_n, 여기서 n=1,2,3,........,m)을 얻는 단계;

b) GPS를 기준점으로 이동시켜 좌표값(Xa_n, Ya_n, Za_n)을 획득하는 단계;

c) n차 기준점의 좌표값(Xb_n, Yb_n, Zb_n)과 GPS로부터 얻은 좌표값(Xa_n, Ya_n, Za_n)으로부터 n차 보정함수(Xe_n=Xa_n-Xb_n, Ye_n=Ya_n-Yb_n, Ze_n=Za_n-Zb_n)를 얻는 단계;

d) i) 내지 iii) 단계를 m회 반복하는 단계;

e) 상기 n차 보정함수의 표준 보정함수를 구하는 단계(표준보정함수: , , ) ; 및

f) 상기 측량지점의 좌표값을 단계 e)의 표준보정함수로 보정하여 보정좌표값(Xe_i, Ye_i, Ze_i)을 얻는 단계(여기서 Xe_i=X_i-Xe, Ye_i=Y_i-Ye, Ze_i=Z_i-Ze).

본 발명에 있어서, 상기 iv) 수치지도 데이터 기록 단계에서 신설도로와 삭제된 도로 및 변동이 없는 도로를 구별하고, 공사가 진행되고 있는 도로를 별도로 표시하여 수치지도에 기록하는 것을 특징으로 할 수 있고, 도로의 확장이 진행중이면 도로의 바깥방향을 향한 화살표로 표시(← →)하고, 도로의 축소가 진행중이면 안쪽방향을 향한 화살표로 표시 (→ ←)하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에서 채용하는 실시간 이동측위에 의한 GPS에 측정법의 개요를 도시한 것이다. 즉, 기준점의 좌표와 기준점으로부터 수신되는 GPS 좌표를 통하여 오차 보정치를 구하고, 사용자가 GPS를 통해 얻어낸 측정도로의 좌표값을 상기 오차 보정치를 이용하여 수 cm의 정밀도를 유지하는 보정좌표값을 실시간으로 구할 수 있게 되는 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 수치지도의 제작은 기준점의 좌표값 및 표준보정함수를 구하고, GPS 수신기로부터 실시간으로 도로의 좌표 및 도로정보를 획득하여 상기 표준보정함수로 측량지점의 좌표값을 보정한 보정값을 이용하여 보다 정확하한 도로정보를 포함하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따라 도로정보를 추가 또는 삭제하여 수치지도를 제작하는 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

수치지도를 제작하기 위하여 대상구역의 도로 정보가 수록되고 데이터의 기록이 가능한 수치지도 및 GPS 수신기가 장착된 차량을 준비하고, 측정 대상 도로의 GPS 좌표값(X_i, Y_i, Z_i: i=1,2,......,ℓ)을 얻고(S201), 도로 좌표값의 오차를 보정한 보정좌표값을 획득한다(S202). 도로의 좌표값을 획득할때, 방위각, 연직각, 차선정보, 도로 주변정보를 획득하여 수치지도에 부가적으로 입력한다.

측정한 좌표값이 기존의 도로에 있으면 기존 수치지도의 데이터를 삭제하고 측정좌표값을 입력하고, 신설도로에 있으면 측정좌표값을 입력한다. 또한 기존의 수치지도에서 없어진 도로의 좌표값은 삭제하거나 삭제 표시를 하여 구별함으로써 수치지도 데이터로 변환하여 기록한다(S203, S204).

다음으로 상기 도로의 좌표값 및 도로주변정보를 도로의 차선에 따라 분류하여(ex: 1차선 도로, 2차선 도로, 3차선 도로, 4차선 도로) 수치지도 데이터베이스에 저장한다(S205). 차선에 따라 분류하여 저장함으로써 차선별로 검색이 가능한 도로 수치지도를 제공할 수 있다.

상기 측정 좌표값을 보다 정밀하게 기록하기 위하여 본 발명에서는 오차를 보정하여 보정좌표값을 입력함으로써 수치지도를 제작한다.

즉, GPS 측정좌표가 포함하는 오차의 원인은 크게 주변 환경요인에 의한 오차와 GPS 자체가 가지는 요인에 의한 오차 두 가지로 나눌 수 있다. 오차에 영향을 미치는 환경요인은 앞에서 설명한 바와 같이 전리층의 오차와 대류층의 굴절에 의한 오차 및 인공위성의 시간오차이다. 그러나 좁은 지역에서 단시간에 GPS를 사용하여 좌표를 얻는다면, 그 획득 좌표에 영향을 미치는 환경요인은 시간과 공간이 제한되었다는 점으로 미루어 무시할 수 있다.

본 발명에서는 각 건물의 측정 좌표값 값(X_i, Y_i, Z_i )을 보정하기 위하여 표준보정함수를 얻고 이를 반영하여 보정좌표값을 획득한다.

도 3에는 본 발명에 따라 수치지도를 제작하는 데 있어서, 측정좌표값을 보정하기 위한 표준보정함수를 획득하는 흐름도가 도시되어 있다. 도 3를 참조하여 본 발명에서 실시간으로 GPS로 측정한 좌표값에 포함되는 오차를 보정하기 위하여 사용한 방법을 설명하면 다음과 같다.

수치지도를 제작하고자 하는 대상구역 내 n차 기준점 위치의 좌표값( Xb_n, Ybn, Zb_n, 여기서 n=1,2,3,........,m)을 얻고(S301), GPS를 기준점으로 이동시켜 좌표값(Xa_n, Ya_n, Za_n)을 획득한 후, n차 기준점의 좌표값(Xb_n, Yb_n, Zb_n)과 GPS로부터 얻은 좌표값(Xa_n, Ya_n, Za_n)으로부터 n차 보정함수(Xe_n=Xa_n-Xb_n, Ye_n=Ya_n-Yb_n, Ze_n=Za_n-Zb_n)를 얻는다(S302).

상기 n차 보정함수를 얻는 단계를 m회 반복한다(S303).

m회 반복한 n차 보정함수의 표준 보정함수(Xe,Ye,Ze)를 하기의 계산식을 이용하여 구한다(S304):

.

각 건물의 측량 좌표값을 단계 상기 표준보정함수로 보정하여 보정좌표값(Xe_i, Ye_i, Ze_i)을 획득하고(여기서 Xe_i=X_i-Xe, Ye_i=Y_i-Ye, Ze_i=Z_i-Ze), 이를 저장하여 수치지도를 제작한다.

도 4는 신설 도로에 대한 지도데이터가 수치지도에 추가됨에 따라 추가된 도로가 수치지도에 표시되는 것을 도시한 것이다. 도 4에서 굵은 선으로 표시한 부분이 차량의 진행 경로를 나타낸 것이고, ①,②는 기존의 수치지도에 저장되어 있지 않은 것을 표시한 것이다. 이때 추가된 신설 도로는 기존의 도로와의 차별화를 위해 서로 다른 형태로 표시할 수 있다.

신설도로임을 표시하는 방법은 지도상 선의 굵기를 다르게 하거나 색을 다르게 표시할 수 있고, 텍스트를 입력하여 신설도로임을 표기할 수도 있다.

도 5는 수치도로에 저장되어 있는 도로의 일부가 삭제된 후의 수치지도를 도시한 것이다. 도 5에서 점선의 형태로 나타낸 도로는 삭제된 도로를 나타내는 것으로, 삭제한 후에는 수치지도 상에 표시되지 않도록 처리하는 것이 바람직하다. 그러나 삭제되었다는 사실을 알리기 위하여 점선으로 표시하거나 색을 다르게 하여 삭제 도로를 수치지도 상에 표시할 수도 있다. 점선으로 표시된 ③→④의 도로는 도로의 전범위가 삭제되었음을 보여주며, ⑥→⑦의 도로는 도로의 일부범위만이 삭제되었음을 보여주는 것이다.

본 발명에서 수치지도 데이터를 기록할 때, 신설도로와 삭제된 도로 및 변동이 없는 도로를 구별하여 기록하고, 공사가 진행되고 있는 도로를 별로 표시하여 수치지도에 기록하여 보다 다양한 정보를 포함한 수치지도를 제작하도록 한다.

또한, 확장 공사가 진행중인 도로는 화살표를 도로의 바깥방향을 향하도록 표시(← →)하고, 주변의 공사나 다른 여건의 변화로 도로의 축소가 진행중이면 안쪽방향을 향한 화살표로 표시 (→ ←)하여 도로의 상황을 한눈에 파악할 수 있는 수치지도를 제작한다.

이상에서 구체적으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수치지도의 제작방법에 따르면 GPS 수신기로부터 실시간으로 도로 좌표값 및 도로정보를 획득하고, 기준점의 상기 기준점의 좌표값으로부터 계산한 표준보정함수를 통하여 보정한 측량지점의 보정 좌표값 및 도로주변 정보를 포함하는 도로 수치지도를 제작할 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

본 발명에 따른 도로 수치지도 제작방법에 따르면, 도로의 좌표값을 보다 정확하게 기록하고, 도로의 변경사항을 실시간으로 반영한 수치지도를 제작할 수 있다. 또한 도로 정보 및 좌표값을 차선별로 분류하여 검색할 수 있도록 하고, 도로의 확장이나 축소 상황을 한눈에 알아볼 수 있는 도로 수치지도를 제작할 수 있다.

도 1은 실시간 이동측위의 개요를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 수치지도를 제작하는 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 수치지도를 제작하기 위하여 측정좌표값을 보정하기 위한 표준보정함수를 획득하는 흐름도를 도시한 것이다.

도 4는 신설도로의 좌표를 측정하여 기록함으로써 새로이 추가된 도로가 포함된 수치지도의 예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따라 삭제된 도로를 구별하여 표시한 예를 도시한 것이다.

Claims (3)

1. i) 대상구역의 도로 정보가 수록되고 데이터의 기록이 가능한 수치지도 및 GPS 수신기가 장착된 차량을 준비하는 단계; ii) 차량을 이동하며 실시간으로 GPS 수신기로부터 대상구역 내 도로의 좌표값(X_i, Y_i, Z_i: i=1,2,......,ℓ), 방위각, 연직각, 차선정보 및 도로 주변정보를 획득하여 수치지도에 입력하는 단계; iii) 상기 측정한 좌표값의 오차를 보정하여 보정좌표값을 기록하는 단계; iv) 상기 보정좌표값이 기존의 도로에 있으면 기존 수치지도의 데이터를 삭제한 후 측정좌표값을 입력하고, 상기 보정 좌표값이 신설도로에 있으면 측정좌표값을 입력하며, 기존의 수치지도에 있으나 폐쇄된 도로의 좌표값은 삭제함으로써 수치지도 데이터로 변환하여 기록하는 단계; 및 v) 상기 도로의 좌표값 및 도로주변정보를 도로의 차선에 따라 분류하여 수치지도 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함하는 도로 정보의 추가 및 삭제를 통한 도로 수치지도의 제작방법에 있어서,

   상기 측정 도로 좌표 (X_i, Y_i, Z_i)의 오차는 다음의 단계를 거쳐 보정하는 것을 특징으로 하는 방법:

   a) 차량을 이동하며 대상구역 내 n차 기준점 위치의 좌표값(Xb_n, Yb_n, Zb_n, 여기서 n=1,2,3,........,m)을 얻는 단계;

   b) GPS를 기준점으로 이동시켜 좌표값(Xa_n, Ya_n, Za_n)을 획득하는 단계;

   c) n차 기준점의 좌표값(Xb_n, Yb_n, Zb_n)과 GPS로부터 얻은 좌표값(Xa_n, Ya_n, Za_n)으로부터 n차 보정함수(Xe_n=Xa_n-Xb_n, Ye_n=Ya_n-Yb_n, Ze_n=Za_n-Zb_n)를 얻는 단계;

   d) i) 내지 iii) 단계를 m회 반복하는 단계;

   e) 상기 n차 보정함수의 표준 보정함수를 구하는 단계(표준보정함수: , , ) ; 및

   f) 상기 측량지점의 좌표값을 단계 e)의 표준보정함수로 보정하여 보정좌표값(Xe_i, Ye_i, Ze_i)을 얻는 단계(여기서 Xe_i=X_i-Xe, Ye_i=Y_i-Ye, Ze_i=Z_i-Ze).
2. 제1항에 있어서, 상기 iv) 수치지도 데이터 기록 단계에서 신설도로와 삭제된 도로 및 변동이 없는 도로를 구별하고, 공사가 진행되고 있는 도로를 별도로 표시하여 수치지도에 기록하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 iv) 수치지도 데이터 기록 단계에서 도로의 확장이 진행중이면 도로의 바깥방향을 향한 화살표로 표시(← →)하고, 도로의 축소가 진행중이면 안쪽방향을 향한 화살표로 표시 (→ ←)하는 것을 특징으로 하는 방법.