KR20000018059A

KR20000018059A - A DGPS System on a Motorcycle

Info

Publication number: KR20000018059A
Application number: KR1020000000737A
Authority: KR
Inventors: 주현승
Original assignee: 주현승
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2000-04-06

Abstract

PURPOSE: A motorcycle is provided to measure a spot to a wide zone in short time by erasing a conventional error utilizing a differential global positioning system. CONSTITUTION: A measuring method of a mass spot using a differential global positioning system of a motorcycle comprises the steps of receiving a global positioning system signal in a base station, lively receiving the global positioning system signal in a motorcycle portable station, and making a topographical map and a three-dimensional drawing after transmitting and processing a coordinate value obtained by receivers to a computer.

Description

A DGPS System on a Motorcycle

제 1 도는 본 발명의 전체 개요도로서 시스템은 DGPS 기준국과 오토바이 이동국으로 구성된다. GPS 신호는 GPS 위성으로부터 기준국과 이동국에 동시에 수신된다. 기준국의 경우 수신된 GPS 신호로부터 이미 정확한 좌표값을 알고 있는 기준국 자체의 위치와 GPS 수신값과의 편차를 산정하여 DGPS 신호를 생성해 내게된다. 생성된 DGPS 신호는 오토바이 이동국으로 전송되며, 이동국에서는 위성으로부터 전송 받은 GPS 3차원 좌표값과 기준국에서 전송된 DGPS 신호를 조합하여 정확한 이동국의 현재 3차원 위치를 계산해 낼 수 있게 된다. 이 신호는 1초당 한 번씩 수신되므로 이들을 이용하여 3차원 격자나 등고선도 등 지형도 제작이 가능하다.1 is an overall schematic diagram of the present invention, wherein the system consists of a DGPS reference station and a motorcycle mobile station. GPS signals are simultaneously received from the GPS satellites at the reference and mobile stations. In the case of the reference station, the DGPS signal is generated by calculating a deviation between the position of the reference station itself and the GPS reception value, which already know the exact coordinate value from the received GPS signal. The generated DGPS signal is transmitted to the motorcycle mobile station, and the mobile station can calculate the current three-dimensional position of the mobile station by combining the GPS three-dimensional coordinate value received from the satellite and the DGPS signal transmitted from the reference station. Since this signal is received once per second, it can be used to produce topographic maps such as 3D grids and contour maps.

제 2 도는 GPS 위성신호를 받는 체계이다. 현재 미국에서 쏘아 올린 27개의 위성으로부터 위치를 결정하는 체계는 현재 사용료가 전혀 없고 단순히 GPS 안테나와 수신기만을 설치하여 상당히 정확한 위치좌표 정보를 취득할 수 있다. GPS 수신기만 설치하면 기상상태나 낮과 밤의 구분 없이 위성으로부터 실시간으로 현재의 위치를 파악할 수 있는 것이다.2 is a system for receiving GPS satellite signals. At present, the system for determining the position from the 27 satellites launched in the US has no current fee, and simply installs a GPS antenna and a receiver so that highly accurate position coordinate information can be obtained. If you install only a GPS receiver, you can determine your current location in real time from satellites without distinguishing between weather conditions and day and night.

제 3 도는 기준국에 설치한 GPS 안테나와 수신기 및 DGPS 신호 발신장치를 나타낸 것이다. 현장에서 공사 착공시 DGPS 기준국을 설치하고 이 위치에 대해 정밀측량을 실시하여 삼각측량점으로부터 DGPS 기준국의 위치를 정확히 결정한다. GPS 좌표값은 대기굴절, 위성배치의 불량, 미국방성의 인위적인 조작 등으로 인해 심한 경우 100m 이상까지의 오차를 포함할 수 있다. 이러한 오차를 제거하기 위해 GPS를 통해 취득한 3차원 좌표값과 기지의 기준국 위치를 비교하여 매 초단위로 각각의 위성의 보정값을 계산할 수 있다. 이러한 보정값은 동시에 수신되는 모든 위성에 똑같이 적용되는 값이므로 이동국의 수신값에 보정을 하여 이동국의 3차원 자료취득값이 소정의 정확도를 확보하도록 하는 기법이 DGPS 기법이다. 고가의 정밀 DGPS 수신기에 의해 측량할 경우에는 따로 DGPS 신호를 송수신하지 않아도 컴퓨터 상의 후처리로 DGPS값을 계산할 수 있다. 그러나 저가의 GPS 수신기의 경우, 이러한 알고리즘에 의해 산정된 DGPS 보정값은 RTCM SC-104 형태로 생성되어 무선모뎀을 통해 오토바이 이동국으로 전송되게 된다.3 shows a GPS antenna, a receiver and a DGPS signal transmitter installed in a reference station. When construction starts at the site, a DGPS reference station is installed and precise surveying is performed on this position to accurately determine the position of the DGPS reference station from the triangulation point. GPS coordinates may include errors of up to 100 m or more in severe cases due to atmospheric refraction, poor satellite positioning, or artificial manipulation by the US Department of Defense. In order to eliminate this error, the correction value of each satellite can be calculated every second by comparing the 3D coordinate values acquired through GPS with the known reference station positions. Since the correction value is equally applied to all satellites simultaneously received, the DGPS technique is a technique for correcting the received value of the mobile station to ensure a predetermined accuracy of the 3D data acquisition value of the mobile station. When surveying by expensive, accurate DGPS receivers, DGPS values can be calculated by post-processing on a computer without the need to send or receive DGPS signals. However, for low-cost GPS receivers, the DGPS corrections calculated by this algorithm are generated in the form of RTCM SC-104 and transmitted to the motorcycle mobile station via the wireless modem.

제 4 도는 측량용 오토바이에 설치된 이동국 GPS 안테나와 수신기 및 DGPS 보정값 수신기를 나타낸 그림이다. 오토바이에서는 GPS 위성으로부터 현재의 시간과 3차원 좌표값을 수신 받고, 이 값에 TRCM SC-103 형태로 전송되는 기준국의 보정값을 연계하여 실시간으로 오토바이 이동국의 정확한 위치를 계산해내게 된다. 이렇게 수집된 3차원 좌표값들을 자료처리하여 제 5 도에 표현된 것과 같은 격자모양의 지형형상이나 등고선도를 제작할 수 있게 되는 것이다.4 is a diagram showing a mobile station GPS antenna, a receiver, and a DGPS correction value receiver installed in a survey motorcycle. The motorcycle receives the current time and three-dimensional coordinates from the GPS satellite, and calculates the exact position of the motorcycle mobile station in real time by linking the correction value of the reference station transmitted in the form of TRCM SC-103 to this value. The three-dimensional coordinate values collected in this way can be processed to produce a grid-like topography or contour map as shown in FIG.

GPS 위성으로부터 취득한 3차원 자료값은 시간과 장소에 영향을 받지 않고 자료의 수집이 가능하다는 장점이 있다. GPS 자체로는 많은 오차가 포함될 수 있으므로 현재에는 GPS만 이용하는 것이 아니라 이를 보정할 수 있는 DGPS가 널리 이용되고 있다. GPS가 정밀측량으로 인식되기 시작한 것은 DGPS를 사용하게 됨으로써 그 오차를 현저히 소거하고 정확도를 향상시킬 수 있게 되면서부터 이다. 항공기의 항법장치, 차량항법 장치나 차량위치 추적장치, 그리고 군용으로 사용되던 GPS가 많은 효용성을 인정받으면서 측량의 한 부분으로 자리잡고 있다. 종래의 측량방법은 측량기사가 직접 현장에 투입되어 실측을 하거나, 대단위 지역인 경우 항공사진 또는 위성사진을 판독하여 수행되었다. 이러한 모든 방법은 막대한 인건비와 자료처리비, 그리고 지형도 제작까지 많은 시간을 필요로 한다. 본 발명에서는 GPS 위성을 이용해 실시간으로 관측을 함으로써 가장 최신의 지형형상을 신속하고 경제적이며 효율적으로 제작하도록 하므로써 광범위한 지역에 대한 측량에 신속성과 정확성, 경제성을 부여하는 것을 그 목적으로 한다.3D data obtained from GPS satellites has the advantage of being able to collect data without being affected by time and place. Since GPS itself can contain a lot of errors, DGPS is now widely used to correct GPS, not just GPS. GPS has begun to be recognized as precision surveys since the use of DGPS can significantly eliminate errors and improve accuracy. Aircraft navigation systems, car navigation systems, vehicle position tracking devices, and GPS, which have been used for military purposes, are becoming part of surveys, with many benefits being recognized. Conventional surveying methods have been carried out by surveyors are put directly into the field to perform measurements, or in the case of large areas by reading aerial photographs or satellite photographs. All of these methods require a great deal of labor, data processing, and topography. The present invention aims to provide fast, accurate and economical surveys to a wide range of geometries by observing in real time using GPS satellites to produce the most up-to-date topographical features quickly, economically and efficiently.

GPS 위성측량이 간헐적으로 측량분야에서 사용되어 오긴 했지만, 수신기의 가격이 고가였고, 정확도 또한 측량에 사용하기에는 많은 문제가 있는 이유로 활발하게 발전되지 않았다. 이에 대한 보완책으로 등장한 것이 DGPS이고, 현재 우리나라에서 이러한 DGPS 신호를 수신하기 위해서는 현재 해양수산부의 Beacon 수신기에 의존할 수밖에 없다. Beacon 수신기로 DGPS 보정값을 수신하는 경우 역시, DGPS 기준국 제작의 목적이 선박의 위치를 결정하여 항해에 도움을 주도록 고안되어 8개의 DGPS 기준국이 해안이나 섬에 배치되어 해안을 에워싸고 있기 때문에, 해양 선박에서 수신하는 경우나 해안 부근의 차량항법 장치에서는 그 수신이 가능하지만, 깊은 내륙이나 산지 등에서는 수신이 불가능하다. 본 발명을 이용하여 DGPS측량을 할 경우, 넓은 지역이라 하더라도 오토바이를 이용하여 많은 시간을 소요하지 않고도 현장을 다 돌아서 주행하는 것이 가능하고, 오토바이의 특성상 사람이 걸어갈 수 있는 길이면 어디든지 갈 수가 있다는 장점이 있기 때문에 대상면적도 거의 제한이 없다. 또한 이러한 특성을 갖는 오토바이를 이동국으로 삼아 DGPS 기준국으로부터 1초당 한 번씩 자료를 수신 받음으로써 광활한 지역의 측량이 손쉽게 이루어 질 수 있다.Although GPS satellite surveying has been used intermittently in the surveying field, receivers have been expensive and accuracy has not been actively developed because of the many problems with surveying. DGPS appeared as a complementary measure, and currently in Korea, we have to rely on the Beacon receiver of the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries to receive these DGPS signals. Receiving DGPS corrections with Beacon receivers also means that the purpose of DGPS reference station construction is to help position and navigate ships, and eight DGPS reference stations are located on the shore or island to surround the shore. In the case of receiving by a marine vessel or by a vehicle navigation apparatus near a coast, the reception is possible, but reception is not possible in deep inland or mountainous areas. When the DGPS survey using the present invention, even in a large area, it is possible to drive around the site without having to spend a lot of time using a motorcycle. There is an advantage that there is almost no limit to the target area. In addition, surveying a large area can be easily performed by using a motorcycle having such characteristics as a mobile station and receiving data once a second from the DGPS reference station.

현재 DGPS 신호는 세계적으로 통일된 포맷인 RTCM SC-104라는 공통된 형식을 가지고 있다. 모든 DGPS 보정신호는 이 RTCM SC-104 형식으로 방송되고 어떠한 DGPS 수신기든지 이 형식으로 신호를 받아들인다. 국내에서 유일하게 사용되고 있는 DGPS 신호는 해양수산부에서 전국에 8개의 DGPS 기준국을 세우고 운영하고 있는 Beacon 송신 기준국이다. 본 발명에서는 이와는 다른 DGPS 신호 발생체계를 도입하였는데, 이 자료값은 자신의 3차원 위치를 알고 있는 기준국에서 GPS 값을 수신하여 이 값과 현재위치와의 차이를 계산하는 알고리즘을 통해 취득된다. 예를 들어 27개의 GPS 위성 중 현재 3번 위성에서 들어온 신호와 기준국의 정확한 위치좌표가 가 X, Y, X 축으로 얼마만큼 왜곡이 있는 값을 수신하였다면 DGPS 신호는 같은 크기의 반대방향의 값을 3번 위성신호에 보정하라는 메시지를 전송하여 보정값 연산에 사용하게 되는 것이다.Currently, DGPS signals have a common format, the RTCM SC-104, which is a globally unified format. All DGPS correction signals are broadcast in this RTCM SC-104 format and any DGPS receiver accepts signals in this format. The only DGPS signal used in Korea is the Beacon transmission reference station, which is established and operated by the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries, with eight DGPS reference stations nationwide. In the present invention, a different DGPS signal generation system is introduced, and this data value is obtained through an algorithm that receives a GPS value from a reference station that knows its 3D position and calculates a difference between the value and the current position. For example, if the signal from the current satellite 3 of 27 GPS satellites and the exact position coordinates of the reference station receive some distortions in the X, Y, and X axes, the DGPS signal is the opposite value of the same magnitude. Will be used to calculate the correction value by sending message to calibrate to satellite signal # 3.

실시간으로 GPS 위성을 수신 받는 장치는 항공기나 차량의 항법장치에 널리 사용되어 왔다. 그러나 지상에서의 측량의 경우, 항공기를 이용한 측량은 현실적으로 부가능하고, 차량을 이용한 측량 역시 개발되지 않은 현장으로의 입출입이 현실적으로 불가능하다. 이에 대한 보완으로 사람이 걸어갈 수 있는 길이면 어느 곳이라도 진입이 가능한 오토바이를 이용하여 이에 DGPS 장비를 탑재하여 실시간 측량으로 정확한 좌표값을 얻어낼 수 있는 것이다.Devices that receive GPS satellites in real time have been widely used in aircraft and vehicle navigation systems. However, in the case of surveying on the ground, surveying by aircraft is practically impossible, and surveying by vehicle is not practically possible. Complementary to this, the DGPS equipment can be mounted on a motorcycle that can be accessed anywhere a person can walk to obtain accurate coordinate values by real-time surveying.

제 1 도는 DGPS 오토바이 시스템의 전체 개요도1 is an overall schematic diagram of the DGPS motorcycle system

제 2 도는 GPS 수신체계Second degree GPS reception system

제 3 도는 기준국 DGPS 안테나와 수신기 및 무선모뎀3 shows the reference station DGPS antenna and receiver and radio modem

제 4 도는 측량용 오토바이에 설치된 이동국 DGPS 안테나와 수신기4) Mobile station DGPS antenna and receiver installed on survey motorcycle

제 5 도는 이동국에서 취득한 자료를 이용해 제작한 도면5 is a drawing produced using data acquired from a mobile station.

시스템 사양은 다음과 같다.The system specifications are as follows.

1. 고가의 정밀 DGPS 수신기를 이용하는 경우1. When using expensive precision DGPS receivers

1) 기준국(삼각점으로부터 정확히 측량을 실시하여 기준국의 좌표값을 측량)1) Reference station (survey the coordinate values of the reference station by surveying precisely from a triangle point)

- GPS 위성 안테나 및 수신기GPS satellite antenna and receiver

GPS 위성신호 수신GPS satellite signal reception

2) 이동국(오토바이)2) Mobile station (motorcycle)

- GPS 안테나 및 수신기GPS antenna and receiver

GPS 위성신호 수신GPS satellite signal reception

- 자료처리 저장장치-Data processing storage device

컴퓨터와 연계하여 3차원 지형도 생성 및 면적, 체적 산정3D topographic map generation and area and volume calculation in connection with computer

2. 저가의 일반 DGPS 수신기를 이용하는 경우2. When using a low cost general purpose DGPS receiver

1. 기준국(삼각점으로부터 정확히 측량을 실시하여 기준국의 좌표값을 측량)1. Reference station (surveying coordinate values of reference station by surveying precisely from a triangle point)

- GPS 위성 안테나 및 수신기GPS satellite antenna and receiver

GPS 위성신호 수신GPS satellite signal reception

- DGPS 연산장치-DGPS computing device

GPS 신호에 의한 기준국과의 차이값 추출Extraction of difference value with reference station by GPS signal

- DGPS 신호 무선 송신 장치-DGPS signal wireless transmission device

DGPS 신호를 무선모뎀을 통해 RTCM SC-104 형태로 전환하여 이동국에 송신Transmit DGPS signal to mobile station by converting it into RTCM SC-104 type through wireless modem

2. 이동국(오토바이)2. Mobile station (motorcycle)

- GPS 안테나 및 수신기GPS antenna and receiver

GPS 위성신호 수신GPS satellite signal reception

- DGPS 신호 수신을 위한 무선모뎀-Wireless modem for receiving DGPS signals

기준국으로부터 DGPS 신호 취득Acquire DGPS Signal from Reference Station

- DGPS에 의한 3차원 위치결정-3D positioning by DGPS

GPS 수신값과 DGPS 보정신호의 융합Convergence of GPS Received Values and DGPS Correction Signals

- 각 수신기에 필요한 전원공급장치Power supply required for each receiver

GPS 수신기, 무선모뎁, 저장장치에 전원 공급Powering GPS Receivers, Wireless Modules, and Storage Devices

- 자료처리 저장장치-Data processing storage device

이상에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 기존의 GPS 수신기에 포함될 수 있는 오차를 DGPS를 통해 소거하여 광범위한 지역에 대한 현장측량을 단시간에 처리할 수 있도록 한다. 이러한 시스템의 개발은 인건비를 포함한 제반 소요경비를 감소시키고, 보다 정확한 측량 값을 산정하여 필요한 시간마다 매번 측량을 간편하게 행하여 사용자가 원하는 시간에 적절히 도면이나 3차원 격자망도 등 지형정보를 전달해 줄 수 있다. 상기한 방법으로 취득된 3차원 좌표에 대한 자료는 즉시 컴퓨터를 이용하여 면적이나 체적, 절토량이나 성토량, 향후 공사공정 등의 점검에 도움을 줄 수 있기 때문에 대규모 공사현장에서 실시간으로 즉각적이고 정확한 측량을 하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.As described above, the present invention eliminates errors that may be included in existing GPS receivers through DGPS, so that field surveying for a wide area can be processed in a short time. The development of such a system can reduce overall expenses including labor costs, calculate more accurate survey values, and easily perform surveys every time as necessary to deliver terrain information such as drawings or 3D grid diagrams at the desired time. have. The data on the three-dimensional coordinates obtained by the above method can be used to immediately check the area, volume, cutting amount, fill volume, future construction process, etc. I think it can help.

Claims

In the present invention, when a precision DGPS receiver is used, surveying on a large scale can be performed in real time using a motorcycle system.

Receiving a GPS signal at the reference station,

Receiving a GPS signal in real time at the motorcycle mobile station;

And post-processing the coordinate values acquired by the receivers to a computer to produce a topographic map and a three-dimensional drawing.

In the present invention that allows real-time surveying on a large scale using the DGPS motorcycle system,

Receiving a GPS signal at the reference station and generating a DGPS correction value;

Transmitting the DGPS signal generated at the reference station to the mobile station motorcycle through a wireless modem;

Receiving a GPS signal and a DGPS correction value at the motorcycle mobile station to acquire three-dimensional coordinates in real time;

And modeling coordinate values acquired by the receivers to produce a topographic map and a three-dimensional drawing.