KR100557746B1 - 환경정보를 이용하여 부대시설물의 ｇｉｓ를 실시간으로업데이트하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경정보를 이용하여 부대시설물의 GIS를 실시간으로 업데이트하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 GPS 신호를 수신하여 연산함으로써 획득되는 GPS 위치정보를 다양한 환경정보(주변정보 및 기상정보)에 따라 달리 그리고, 즉각적으로 보정하여 실시간으로 GIS 데이터베이스를 업데이트하는 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 측량하고자 하는 적어도 하나의 부대 시설물과 동일한 주변정보를 갖는 소정의 기준국을 선정하여 기준국에 구비된 오차 DB 서버로부터 부대 시설물과 동일한 기상정보에 따른 오차값을 전송받아 확보한 후 GPS 위치정보에 적용시켜 보정함으로써, 부대 시설물의 GPS 위치정보 오차를 발생과 동시에 즉각적으로 보정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

GIS, GPS, 위치정보, 주변정보, 기상정보, 오차, 보정, 업데이트

Description

환경정보를 이용하여 부대시설물의 ＧＩＳ를 실시간으로 업데이트하는 방법{METHOD FOR REAL-TIME UPDATING GIS DATABASE OF FACILITIES USING ENVIRONMENTAL INFORMATION}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 위치정보 오차 보정을 실시하기 위한 GPS 위치정보 오차 보정 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 GPS 위치정보 오차 보정방법의 일 실시예가 실시되는 전체적인 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 위치정보 오차 보정을 통한 GIS 실시간 업데이트 방법의 전반적인 흐름을 개략적으로 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 차량 20: GPS 수신기

30: 위치 계산 서버 40: GPS 위성

50: 기준국

본 발명은 환경정보를 이용하여 부대시설물의 GIS를 실시간 업데이트하는 방 법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 측량하고자 하는 부대 시설물에 위치되는 GPS 수신기를 통해 부대 시설물에 근접하는 GPS 위성으로부터 GPS 위치정보를 수신할 시 주변의 환경정보에 따라 달리 발생되는 오차를 보정하여 실시간으로 GIS 데이터베이스를 업데이트하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 GPS(Global Positioning System)란, GPS 위성을 이용하는 지구 측위 시스템으로서, GPS 위성은 지구의 일정한 궤도(Orbit) 위를 다수 개가 회전하면서 지상에 있는 GPS 수신기에 소정의 GPS 신호를 이용하여 3차원 위치 좌표값(X, Y, Z)과 시간정보를 제공한다.

GPS 위성을 이용하여 미지점의 위도, 경도, 및 고도에 해당하는 3차원 위치 좌표값을 획득하기 위해서는 정확한 위치를 알고 있는 최저 4개의 GPS 위성으로부터 송신되는 GPS 신호를 GPS 수신기를 통해 수신하여 GPS 위성들의 위치 좌표값들과 시간정보를 획득함으로써, GPS 위성들의 위치 좌표값들과 시간정보를 이용하여 네 개의 미지수를 계산하여 미지점의 3차원 위치 좌표값을 결정하는 것이다. 이때, 네 개의 미지수를 포함하는 계산식은 다음과 같은 수학식들로 나타낼 수 있다.

(x1-Ux)2+(y1-Uy)2+(z1-UZ)2=(R1-Cb)2

(x2-Ux)2+(y2-Uy)2+(z2-UZ)2=(R2-Cb)2

(x3-Ux)2+(y3-Uy)2+(z3-UZ)2=(R3-Cb)2

(x4-Ux)2+(y4-Uy)2+(z4-UZ)2=(R4-Cb)2

여기서, Cb는 시계 오차(Clock Bios)이고, x, y, z는 네 개의 GPS 위성들의 위치성분이고, Ux, Uy, Uz는 GPS 수신기의 위치를 나타내는 위치 미지수이다. 따라서, 수학식 1내지 4를 계산하게 되면, 미지점의 3차원적인 위치인 Ux, Uy, Uz를 결정할 수 있게 되는 것이다.

한편, 이와 같은 GPS 위성을 이용한 위치 결정 방법은 GPS 수신기를 통해 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 이용하기 때문에, 대기의 상태, 신호를 받는 위치의 환경 등에 따라 오차가 발생한다. 이러한 오차는 일반적으로 인공위성 시간 오차, 인공위성 위치 오차, 전리층과 대류층의 굴절, 잡음(Noise), 다중 경로(Multi path) 등이 주요 원인으로 작용하는 것으로 알려져 있다.

그 중, 다중 경로에 의한 오차는 GPS 위성으로부터 전송된 GPS 신호가 GPS 수신기에 아주 근접하여 국지적인 신호반사에 의한 신호지연이 발생됨으로 인해 나타난다. 이러한 신호반사는 GPS 수신기 주변의 환경에 기인한 것으로서, 예컨대 건물이 많은 환경과 건물이 전혀 없는 환경 등의 주변환경은 오차 발생 정도에 크게 영향을 미친다. 또한, 날씨가 흐리거나 맑은 환경도 오차 발생 정도에 크게 영향을 미치며, 주변 환경과 마찬가지로 발생되는 오차의 크기는 서로 다르게 나타난다.

그러나, 환경에 대한 정보는 수없이 많고, 다양하며, 서로 연계되어 있기 때문에, 현재 이와 같은 환경요인으로 인해 발생되는 GPS 위치정보 오차를 정확하게 보정할 수 있는 방법이 체계화되어 있지 않은 실정이다.

또한, 이러한 GPS중 차량에 장착되는 GPS는 GIS(Geographic Information System)와 함께 사용되어 도로상황 등을 운전자에게 제공하며, 출발시점부터 목표 시점까지의 거리, 소요시간, 도로상황 등을 운전자에게 알려주어 편리하고 신속하게 목표지점까지 도달하도록 도와주고 있다.

여기서, GIS란 모든 형태의 지리정보를 효율적으로 수립, 저장, 갱신, 처리, 분석, 표시하기 위해 구축된 하드웨어와 소프트웨어 및 지리 자료와 인적 자원의 조직체로 정의하고 있으며, 이는 필요한 여러 가지 수치 및 공간자료를 중첩해서 실세계(Real World)로 구현한 것이다.

이와 같은 GIS는 차량에 장착된 GPS 수신기로부터 얻은 위치정보를 이용하여 GPS 수신기의 이동경로를 GIS의 수치지도를 통해 시각화하여 보여줌으로써 운전자가 손쉽게 운전할 수 있도록 도와준다.

그러나, 현대와 같이 복잡한 시대에는 하루가 다르게 주변 환경이 변하고 있기 때문에 건물이나 부대시설들(예컨대, 교차로, 교통신호망, 횡단보도 등)이 수시로 사라지거나 신설되고 있다. 이에 따라 차량에 탑재되는 수치지도도 잦은 업데이트가 요구되지만, 그 제작과정이 복잡하고, 시간이 많이 소요되는 작업이기 때문에 현실적으로 어려운 실정이다.

이에, 본 발명은 환경(주변환경, 기상환경)에 따라 달리 발생하는 GPS 위치정보 오차를 환경정보(주변정보, 기상정보)에 따라 각각 다른 오차값을 적용시켜 더욱 정확하게 보정함으로써 보다 정확하게 GPS 위치정보를 반영하여 실시간 GIS 데이터베이스를 업데이트하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 환경정보를 이용한 부대시설물의 GIS 실시간 업데이트 방법은 a)측량하고자 하는 적어도 하나의 부대 시설물(M)을 선정한 다음, 부대 시설물(M)의 기상정보(W)를 포함하는 환경정보를 확보하는 단계; b)부대 시설물(M)에 대한 소정의 기준국을 선정하여 기준국의 오차 DB 서버로부터 기상정보(W)에 해당하는 오차값(EXw, EYw, EZw)을 전송받아 확보하는 단계; c)GPS 수신기를 부대 시설물(M)로 이동시켜 부대 시설물(M)과 근접하는 적어도 네 개의 GPS 위성으로부터 GPS 위성들의 3차원 위치정보(SX, SY, SZ)를 포함하는 GPS 신호를 각각 수신하는 단계; d)수신된 4개의 GPS 신호들을 연산하여 기상정보(W)에 따른 부대 시설물(M)의 GPS 위치정보(MXw, MYw, MZw)를 산출하는 단계; e)GPS 위치정보(MXw, MYw, MZw)에 오차값(EXw, EYw, EZw)을 적용하여 보정함으로써 다음 식으로 표현되는 보정 위치정보(X, Y, Z)를 획득하는 단계:(X, Y, Z) = (MXw, MYw, MZw) - (EXw, EYw, EZw); 및 f)상기 e)단계에서 얻은 보정 위치정보를 GIS 서버로부터 전송받은 위치정보 데이터베이스의 좌표와 비교하여 변동사항이 있는 경우 GIS의 위치정보 데이터베이스에 적용하는 단계를 거치는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 기상정보(W)는 폭우, 비, 눈, 구름, 및 맑음을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 기상정보(W)를 획득하는 방법은 기준국과 연계된 기상 시스템으로부터 수신하거나, 기준국에 기상정보(W)를 측량하는 소정의 센서를 구비하여 센서를 통해 획득할 수 있다.

삭제

본 발명에 있어서, 오차 DB 서버는 주변환경에 대한 다양한 기상정보(Wi, i=1, 2, 3,…, ℓ)에 따른 다수 개의 오차값들(EX_Wi, EY_Wi, EZ_Wi)을 구축하고 있는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서 부대 시설물(M)이 다수 개인 경우에는 c)단계 내지 d)단계를 반복해서 시행할 수도 있다. 이때, 보정 위치정보(Xn, Yn, Zn, n=1,2,3,…,m)는, (Xn, Yn, Zn) = (MnXw, MnYw, MnZw) - (EXw, EYw, EZw)인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 환경정보를 이용한 부대시설물의 GIS 실시간 업데이트 방법에 대한 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 위치정보 오차 보정을 실시하기 위한 GPS 위치정보 오차 보정 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 GPS 위치정보 오차 보정방법의 일 실시예가 실시되는 전체적인 구성을 설명하기 위한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 위치정보 오차 보정을 이용한 GIS 실시간 업데이트 방법의 전반적인 흐름을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 위치정보 오차 보정 시스템은 GPS 수신기(20)를 장착한 차량(10)과, 측량하고자 하는 부대 시설물들(M1, M2, M3)에 근접하게 위치하는 네 개의 GPS 위성(40)들, 및 소정의 환경정보에 대한 다양한 기상정보에 따른 오차값들이 구축된 오차 DB 서버를 구비하는 기준국(50)을 포함하는 구성을 가지며, 차량(10)에는 GPS 수신기(20)를 통해 수신되는 GPS 신호들을 소정의 수학식을 통해 연산함으로써 GPS 위치정보를 산출하는 위치 계산 서버(30)가 내장되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 GPS 위치정보 오차 보정 시스템을 통해 본 발명에 따른 환경정보를 이용한 부대시설물의 GIS 실시간 업데이트방법의 일 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 실시예에 따른 GPS 위치정보 오차 보정 방법은 먼저 도로의 주변에 위치하는 부대 시설물들 중 측량하고자 하는 예컨대 세 개의 부대 시설물들(Mn, n=1, 2, 3)을 선정하여 부대 시설물들(M1, M2, M3)의 환경정보를 확보한다(S01). 이때, 선정된 부대 시설물들(M1, M2, M3)은 동일한 환경정보를 갖는 것이 바람직하고, 환경정보에는 주변정보와 기상정보가 포함되어 있다. 주변정보는 예컨대, 건물밀집도시, 도심, 산지, 평야 등으로 구분될 수 있고, 기상정보는 폭우, 비, 눈, 구름, 맑음 등으로 구분될 수 있다. 이와 같이 구분하는 이유는 주변환경이 도심인 경우와 평야인 경우 발생되는 오차값이 서로 다르고, 기상환경이 맑음인 경우와 폭우인 경우 발생되는 오차값이 서로 다르기 때문이다. 그리고, 주변정보와 기상정보(W)는 예컨대, 전파 방해 기여도에 따라 소정 영역별 및 일정 수치별로 사전에 약 속하여 설정한 값을 계속적으로 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 기상정보(W)는 기준국(50)과 연계된 기상 시스템으로부터 수신하거나, 차량(10)에 기상정보(W)를 측량하는 소정의 센서를 구비하여 센서를 통해 획득하여도 무관한다.

다음으로, 부대 시설물들(M1, M2, M3)에 대한 기준국(50)을 선정하고, 선정된 기준국(50)의 오차 DB 서버로부터 부대 시설물들(M1, M2, M3) 주변의 기상정보(W)에 해당하는 오차값(EXw, EYw, EZw)을 전송받아 확보한다(S02). 여기서, 기준국(50)의 선정방법으로는 부대 시설물들(M1, M2, M3)로부터 일정 반경 이내에 위치한 소정 영역(A) 내에 위치하는 다수 개의 기준국들 중 부대 시설물들(M1, M2, M3)에 가장 근접하고 동일한 주변정보를 갖는 기준국(50)을 선정하는 것이 바람직하다.

한편, 기준국(50)의 오차 DB 서버에는 다양한 기상정보에 따른 오차값들이 구축되어 있다. 이는 예컨대, 기준국(50)에 근접하는 다수 개의 GPS 위성으로부터 송신되는 GPS 신호를 수신하여 다양한 기상환경에서의 기준국(50)의 GPS 위치정보들을 획득한 후, 획득된 GPS 위치정보와 고정 위치정보를 비교하여 다양한 기상정보에 따른 오차값들을 산출하여 저장함으로써 구축될 수 있다.

다음으로, GPS 수신기(20)가 설치된 차량(10)을 부대 시설물들(M1, M2, M3) 중 제1 부대 시설물(M1)로 이동시켜 제1 부대 시설물(M1)과 근접하는 적어도 네 개의 GPS 위성(40)들로부터 GPS 위성(40)들의 3차원 위치정보(SX, SY, SZ)를 포함하는 GPS 신호를 각각 수신한다(S03).

이후, 이와 같이 네 개의 GPS 위성(40)들로부터 네 개의 GPS 신호들이 수신되면, GPS 신호들은 위치 계산 서버(30)로 전송되어 소정의 수학식에 따라 연산됨 으로써, 제1 부대 시설물(M1)의 기상정보(W)에 따른 GPS 위치정보(M1Xw, M1Yw, M1Zw)가 산출된다(S04).

이에, GPS 위치정보(M1Xw, M1Yw, M1Zw)에 기준국(50)의 오차 DB 서버로부터 획득한 오차값(EXw, EYw, EZw)을 적용하여 보정함으로써, 제1 부대 시설물(M1)의 보정 위치정보(X1, Y1, Z1)를 획득하게 된다(S05). 이때, 보정 위치정보(Xn, Yn, Zn, 여기서 n=1)는 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것이 바람직하다.

(Xn, Yn, Zn) = (MnXw, MnYw, MnZw) - (EXw, EYw, EZw)

즉, Xn = MnXw - EXw, Yn = MnYw - EYw, Zn = MnZw - EZw

다음으로, 더 측량하고자 하는 부대 시설물(Mn)이 남아있는지 확인하는 단계가 진행되고(S06), 더 남아있는 경우에는 다음으로 측량하고자 하는 부대 시설물(Mn)로 GPS 수신기(20)를 이동시키는 단계(S03)가 진행된다. 이에 따라, 전술한 단계들이 반복해서 진행됨으로써, 제2, 제3 부대 시설물들(M2, M3)의 모든 보정 좌표값(Xn, Yn, Zn, 여기서 n=2, 3)을 획득하게 된다. 마지막으로, 상기 보정 좌표를 GIS 서버로부터 전송받은 위치정보 데이터베이스의 좌표와 비교하여 변동사항이 있는 경우 GIS의 위치정보 데이터베이스에 적용한다(S07). 보정좌표(X, Y, Z)에 위치한 건물이나 부대시설들의 지리정보를 업데이트 한다.

한편, 본 발명에 따른 환경정보를 이용하여 부대시설물의 GIS를 실시간으로 업데이트하는 방법은 본 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 본 실시예에서는 세 개의 부대 시설물들에 대한 GPS 위치정보 오차 보정를 통해 GIS 실시간 업데이트를 실시하는 것을 예를 들었으나, 도면에 표시된 소정 영역 내의 동일한 환경정보를 갖는 다수 개의 부대 시설물들의 GPS 위치정보 오차 보정도 동일한 오차값을 적용하여 보정함으로써 GIS를 실시간으로 업데이트할 수 있음은 자명한 사실이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 측량하고자 하는 적어도 하나의 부대 시설물을 선정한 다음, 부대 시설물의 주변정보와 동일한 주변정보를 갖는 기준국을 선정하여 기준국으로부터 부대 시설물 주변의 기상정보에 따른 오차값을 미리 확보한 후, 부대 시설물로 GPS 수신기를 이동시키면서 GPS 위치정보들을 획득하여 GPS 위치정보 오차를 보정하고, 보정된 위치정보를 비교하여 위치정보 GIS를 실시간 업데이트할 수 있다.

Claims (6)

1. 다음 단계를 포함하는 환경정보를 이용하여 부대시설물의 GIS를 실시간으로 업데이트하는 방법:

   a)측량하고자 하는 적어도 하나의 부대 시설물(M)을 선정한 다음, 상기 부대 시설물(M)의 기상정보(W)를 포함하는 환경정보를 확보하는 단계;

   b)상기 부대 시설물(M)에 대한 소정의 기준국을 선정하여 상기 기준국의 오차 DB 서버로부터 상기 기상정보(W)에 해당하는 오차값(EXw, EYw, EZw)을 전송받아 확보하는 단계;

   c)GPS 수신기를 상기 부대 시설물(M)로 이동시켜 상기 부대 시설물(M)과 근접하는 적어도 네 개의 GPS 위성으로부터 상기 GPS 위성들의 3차원 위치정보(SX, SY, SZ)를 포함하는 GPS 신호를 각각 수신하는 단계;

   d)상기 수신된 4개의 GPS 신호들을 연산하여 상기 기상정보(W)에 따른 상기 부대 시설물(M)의 GPS 위치정보(MXw, MYw, MZw)를 산출하는 단계; 및

   e) 상기 GPS 위치정보(MXw, MYw, MZw)에 상기 오차값(EXw, EYw, EZw)을 적용하여 보정함으로써 다음 식으로 표현되는 보정 위치정보(X, Y, Z)를 획득하는 단계: (X, Y, Z) = (MXw, MYw, MZw) - (EXw, EYw, EZw); 및

   f) 상기 e)단계에서 얻은 보정 위치정보를 GIS 서버로부터 전송받은 위치정보 데이터베이스의 좌표와 비교하여 변동사항이 있는 경우 GIS의 위치정보 데이터베이스에 적용하는 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기 기상정보(W)를 획득하는 방법은 상기 기준국과 연계된 기상 시스템으로부터 수신하거나, 상기 기준국에 상기 기상정보(W)를 측량하는 소정의 센서를 구비하여 상기 센서를 통해 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 오차 DB 서버는 상기 주변환경에 대한 다양한 기상정보(Wi, i=1, 2, 3,…, ℓ)에 따른 다수 개의 오차값들(EnX_Wi, EnY_Wi, EnZ_Wi, n=1, 2, 3,…, m)을 구축하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 부대 시설물(M)이 다수 개인 경우 상기 c)단계 내지 상기 d)단계를 반복해서 시행하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 보정 위치정보(Xn, Yn, Zn, n=1,2,3,…,m)는,

   (Xn, Yn, Zn) = (MnXw, MnYw, MnZw) - (EXw, EYw, EZw)

   인 것을 특징으로 하는 방법.

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