KR20200131137A - 임시 기준 단말 장치를 활용한 rtk 그룹 측위 방법 - Google Patents

임시 기준 단말 장치를 활용한 rtk 그룹 측위 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RTK 정밀측위와 관련하여, 상시 기준국 또는 간이 기준국이 가용하지 않을 경우, 상대측위 RTK 수행 능력이 있는 애플리케이션 서버가 복수의 단말 장치를 하나의 그룹으로 편입하고 상기 그룹 내 하나의 단말 장치를 임시 기준 단말 장치로 지정하여 위치가 알려진 특정 지점에 배치함으로써 그룹 내 모든 단말 장치의 정밀 위치를 산출해내어 지도에 표시하는 방법에 관한 것이다.

Description

임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위 방법 {RTK group positioning using an ad hoc reference rover}
본 발명은 GNSS를 이용한 실시간 정밀측위 방법에 관한 것이다.
GNSS 위성신호를 이용한 단독측위 방식은 GNSS 위성신호에 내재된 다양한 오차로 인해 그 정확도는 낮아질 수밖에 없다. 보다 높은 신뢰성이 요구되는 응용 분야로의 확장을 위해서 기준국(reference station)에서 측정하고 계산한 오차보정정보를 이용하여 위치 정확도를 향상시키는 보정항법시스템이 활용되고 있다.
상기 보정항법시스템에서는 다양한 종류의 GNSS 오차보정신호를 개발하여 범용적으로 사용하고 있는데 크게 SSR(State Space Representation) 방식과 OSR(Observation Space Representation) 방식으로 구분할 수 있다.
대표적인 SSR 방식 오차보정신호로는 SBAS(Satellite Based Augmentation System)위성에서 송출하는 오차보정신호와 차세대 오차보정신호로 여겨지고 있는 PPP-RTK 측위 지원 보정신호를 들 수 있다.
OSR 방식의 오차보정신호에는 저가형 수신기를 이용한 m급 위치결정을 지원하는 DGPS 보정신호(평균 1m 오차 수준, 최대오차 3m 수준)와 cm급 고정밀 위치결정을 지원하는 RTK(Real-Time Kinematic) 보정신호가 대표적이다.
DGPS(Differential GPS)는 넓은 의미로는 차분(differential) 측위법의 의해 GNSS 관측값을 처리하는 다양한 측위법들을 통칭하지만 좁은 의미로는 GNSS 코드 관측값을 이용한 위치결정 작업을 지원하는 OSR 방식을 의미한다. 실시간 정밀측위(RTK)는 GNSS(GPS)의 반송파를 이용하여 위치를 계산하므로 GNSS의 코드만을 이용하는 DGPS에 비해서 정확도가 상대적으로 높다.
NRTK(Network-based Real Time Kinematic)는 여러 기준국을 네트워크로 연결하여 사용자가 위치한 지점의 인근에 배치된 다수의 기준국들로부터 RTK 오차보정신호를 수집한 후 이를 종합적으로 활용하여 사용자 위치에 적합한 RTK 오차보정신호를 보간(interpolation)하는 방식으로 생성한다. 단말 장치에 적합한 오차보정신호를 보간하여 생성하기 때문에 제한된 기준국 자원으로 넓은 지역을 지원할 수 있는 장점이 있다.
두 지점간의 기선(baseline)거리가 10km 이하인 경우 두 지점에서 수신한 위성신호에 포함된 공통의 오차를 제거하고 이중 차분(double difference) 기법으로 두 지점간의 상대위치를 측정하는 상대측위 방식을 사용할 수 있다. 이 방식은 정밀도가 높아 정밀 측지측량에 사용할 수 있지만 두 지점 간의 거리가 10km를 벗어나면 위성신호에 포함된 오차가 공통이라는 전제가 성립하지 않아 정밀도가 현저히 낮아지는 특징이 있다.
상대측위 방식의 RTK 시스템은 일반적으로 정확한 위치를 알고 있는 기준국, 기준국으로부터 사용자 단말 장치에게 위성관측데이터(observables)를 전송할 데이터 통신 링크, 그리고 기준국으로부터 전송된 데이터를 이용하여 이중 차분된 반송파의 미지정수 결정을 통해 현재 위치를 추정하는 사용자 단말 장치로 구성된다. 그러나 두 사용자 단말 장치들 간의 상대위치만을 필요로 하는 경우에는 정확한 위치를 알고 있는 상시 또는 간이 기준국은 필수 구성에서 제외할 수 있다.
RTK 기술을 이용하여 정밀측위를 수행하기 위해서는 기준국의 측위보정데이터가 필요하다. 상시 기준국의 측위보정데이터 서비스에 접근이 어려울 경우 간이 기준국 장비를 이용할 수도 있다. 그러나 4차 산업혁명 관련 산업의 대중화를 위해서는 상시 기준국 서버에 접속하거나 간이 기준국 장비를 준비해야 하는 제약에서 자유로운 정밀측위 방법이 필요하다.
둘 이상의 사용자 단말 장치가 애플리케이션 서버에 접속하고, 상기 사용자 단말 장치 중 하나를 임시 기준 단말 장치로 지정하여 정밀 위치가 알려진 특정 장소에 배치한 후, 상기 애플리케이션 서버가 상기 사용자 단말 장치에서 보내온 위성관측데이터를 기초로 상대측위 RTK 알고리즘을 수행하여 상기 임시 기준 단말 장치를 중심으로 한 각 단말 장치의 상대위치를 계산해 내고 상기 특정 장소의 위치를 합산하여 모든 사용자 단말 장치의 정밀 위치를 산출한다.
본 발명의 방법은 따로 고가의 간이 기준국 장비를 구비할 필요가 없이 상대측위 RTK 알고리즘 수행이 가능한 애플리케이션 서버를 활용하여 임의의 둘 이상의 멤버를 하나의 그룹으로 형성하고 그 중 하나의 멤버를 임시 기준 멤버로 지정함으로써 모든 멤버의 절대위치를 정밀하게 계산하는 방법이다.
일정한 지역 내에서 멤버들의 위치를 매개로 한 2차원 또는 3차원 게임, 가상현실(VR) 체험, 증강현실(AR) 체험을 실현함에 있어서 상시 기준국 또는 임시 기준국 장비의 도움 없이 각 멤버의 절대위치를 정밀하게 계산하여 평면 또는 공간에 표시할 수 있어, 4차 산업혁명 관련 산업의 대중화에 기여하게 될 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위 시스템을 개략적으로 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위의 절차를 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
본 발명의 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로 본 발명을 한정하지 아니한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위 시스템을 개략적으로 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위 시스템(100)은 GNSS 항법위성(160), GNSS 항법위성(160)으로부터 신호를 수신하는 제1 단말 응용 앱(120) 및 이를 구동하는 제1 단말 장치(130), GNSS 항법위성(160)으로부터 신호를 수신하는 제2 단말 응용 앱(140) 및 이를 구동하는 제2 단말 장치(150) 그리고 상대측위 RTK 알고리즘 수행과 제어를 담당하는 애플리케이션 서버(110)로 구성된다. 제1 단말 장치(130) 또는 제2 단말 장치(150)는 스마트 폰, 태블릿 PC 그리고 내비게이션 단말 장치 등의 이동 단말 장치를 포함한다. 본 실시 예에서는 제1 단말 응용 앱(120) 및 이를 구동하는 제1 단말 장치(130)와 제2 단말 응용 앱(140) 및 이를 구동하는 제2 단말 장치(150)만 설명되지만 3개 이상의 단말 응용 앱과 이를 구동하는 단말 장치로 확장할 수 있다.
GNSS 항법위성(160)은 미국의 GPS(Global Positioning System, GPS)위성, 유럽의 갈릴레오(Galileo)위성, 러시아의 글로나스(Global Navigation Satellite System, GLONASS)위성 또는 중국의 베이더우(Beidou)위성을 포함한다.
제1 단말 응용 앱(120)과 제2 단말 응용 앱(140)은 애플리케이션 서버(110)에 접속하여 하나의 그룹을 형성한다.
애플리케이션 서버(110)는 상기 그룹 내에서 제1 단말 응용 앱(120)을 구동하는 제1 단말 장치(130)를 임시 기준 단말 장치로 지정한다.
임시 기준 장치로 지정된 제1 단말 장치는 위치가 알려진 특정 지점에 배치된다. 제1 단말 응용 앱(120)과 제2 단말 응용 앱(140)은 각각 GNSS 항법위성(160) 신호를 측정하고 위성관측데이터를 획득하여 애플리케이션 서버(110)로 전송한다.
애플리케이션 서버(110)는 임시 기준 단말 장치로부터 제2 단말 장치의 상대위치를 상대측위 RTK 알고리즘을 수행하여 계산해 낸다. 만일 제3 단말 장치가 참여한 경우에는 임시 기준 단말 장치로부터 제3 단말 장치의 상대위치를 동일한 방법으로 계산해 낸다. 그리고 상기 특정 지점의 절대위치에 상기 상대위치를 더하여 그룹 내 모든 단말 장치의 정밀한 절대위치를 산출한다. 모든 단말 장치의 절대위치가 확정되면 실제 또는 가상의 2차원 지도 평면 또는 3차원 지도 공간에 제1 단말 장치의 위치와 제2 단말 장치의 위치를 표시한다.
본 발명의 방법은 각 멤버의 위치를 기반으로 하는 2차원 또는 3차원 게임이나 가상현실(VR) 또는 증강현실(AR)의 지도와 결합하여 적절히 활용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위의 절차를 나타낸 흐름도이다.
GNSS 신호의 수신이 가능한 복수의 단말 장치의 응용 앱이 애플리케이션 서버(110)에 접속한다(S110).
상기 애플리케이션 서버는 상기 단말 장치 중 어느 하나를 임시 기준 단말 장치로 지정한다(S120).
절대위치가 알려진 특정 지점에 상기 임시 기준 단말 장치를 배치한다(S130).
모든 단말 장치는 각각 GNSS 신호를 수신하고 위성관측데이터를 획득하여 애플리케이션 서버(110)로 전송한다(S140).
애플리케이션 서버(110)는 상기 임시 기준 단말 장치의 위성관측데이터와 다른 단말 장치 중 어느 하나의 위성관측데이터를 기초로 상대측위 RTK 알고리즘을 수행하고 상대위치를 구하는 작업을 반복적으로 수행하여, 상기 임시 기준 단말 장치를 중심으로 한 나머지 모든 단말 장치의 상대위치를 계산한다(S150).
상기 특정 지점의 절대위치에 상기 상대위치를 합산하여 모든 단말 장치의 절대위치를 산출한다(S160).
상기 복수의 단말 장치의 전부 또는 일부의 절대위치를 실제 또는 가상의 2차원 지도 평면 또는 3차원 지도 공간 상에 표시한다(S170).
100: 임시 기준 단말 장치를 활용한 RTK 그룹 측위 시스템
110: 애플리케이션 서버
120: 제1 단말 응용 앱 130: 제1 단말 장치
140: 제2 단말 응용 앱 150: 제2 단말 장치
160: GNSS 항법위성

Claims (3)

  1. 상대위치 방식의 RTK 알고리즘을 수행하는 애플리케이션 서버를 이용하여 항법위성(GNSS) 신호 수신이 가능한 복수의 단말 장치의 정밀 위치를 산출하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 단말 장치에서 구동되는 응용 앱들이 상기 애플리케이션 서버에 접속하는 단계;
    상기 애플리케이션 서버가 상기 단말 장치 중 어느 하나를 임시 기준 단말 장치로 지정하는 단계;
    절대위치가 알려진 특정 지점에 상기 임시 기준 단말 장치를 배치하는 단계;
    상기 복수의 단말 장치의 응용 앱들이 각각 GNSS 신호를 수신하고 위성관측데이터를 획득하여 애플리케이션 서버로 전송하는 단계;
    상기 애플리케이션 서버가 상기 임시 기준 단말 장치의 위성관측데이터와 다른 단말 장치 중 어느 하나의 위성관측데이터를 기초로 상대측위 방식의 RTK 알고리즘을 수행하고 상대위치를 구하는 작업을 반복적으로 수행하여, 상기 임시 기준 단말 장치를 기준으로 한 나머지 모든 단말 장치의 상대위치를 계산하는 단계; 및
    상기 특정 지점의 절대위치에 상기 상대위치를 합산하여 모든 단말 장치의 절대위치를 산출하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단말 장치의 전부 또는 일부의 절대위치를 실제 또는 가상의 2차원 지도 평면 또는 3차원 지도 공간 상에 표시하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지도 표시 단계를 2차원 또는 3차원 게임, 가상현실(VR) 또는 증강현실(AR)과 결합하는 것을 특징으로 하는 방법.
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