위성기준점

1.위성기준점

위성기준점은 지리학적 경위도, 직각좌표 및 지구중심 직교좌표의 측정 기준으로 사용하기 위하여 대한민국 경위도원점을 기초로 정한 기준점으로 GPS위성이 송신하는 신호를 실시간으로 수신하여 임의지점의 위치정보를 결정할 수 있도록 지원하는 시스템을 포함한다. 위성기준점이란  고정된 위치에 연속적으로 GPS 위성 신호를 수신해 중앙국으로 전송하는 무인 원격관측소이다.

 

국토지리정보원은 ｢공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률｣에 따라 우리나라의 위치기준을 정하고, 관리·운영하는 국가기관이다. 법에 따라 우리나라의 경위도 원점과 수준원점을 정하여 관리하고 있으며, 원점으로부터 연계한 통합기준점, 위성기준점, 수준점 등 국가기준점을 전국에 설치해 전 국토의 위치 기준을 관리한다.

특히 GNSS상시관측소라 할 수 있는 위성기준점은 전국 곳곳에 약 30~40km 간격으로 80여개가 설치·운영되고 있으며, 1초 단위로 관측되는 항법위성의 데이터는 건설·시공 분야의 GNSS측량뿐만 아니라 지구물리연구, 지각변동연구, 기상연구 등 각종 연구 분야에도 꾸준히 활용되고 있다.

국토지리정보원에서는 위성기준점의 일별 관측데이터를 GNSS 후처리용으로 일반에게 홈페이지를 통해서 제공하고 있으며, 2005년부터는 위성기준점을 이용하여 실시간으로 고정밀의 위치결정이 가능한 네트워크 RTK서비스를 제공하고 있습니다.

 

1) 국가기준점과 GNSS 위치보정정보 서비스 현황

국토지리정보원이 ｢공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률｣에 따라 관리·운영하는 국가기준점은 위성기준점, 통합기준점, 수준점, 삼각점 등으로 구분된다. 이 중 위성기준점은 GNSS 위성신호를 상시 관측하고, 데이터 서비스를 통해 위성측량에 활용할 목적으로 설치된 상시관측소라 할 수 있으며, 국토지리정보원이 설치하고 관련 법령에 따라 좌표 성과를 국가기준점으로 고시한 관측소를 의미한다.

최초의 위성기준점은 수원(SUWN)기준점으로, 95년 국토지리정보원(경기도 수원) 내에 설치되었으며, 관측망을 점차 확장하여 ‘21년 현재는 85개 위성기준점이 운영되고 있다.

 

 

2) 위성기준점(GNSS 상시관측소 : 위성측량 서비스 제공)

국토지리정보원의 위성기준점을 이용한 서비스는 관측데이터(RINEX) 다운로드 서비스와 실시간 보정정보서비스(RTCM)로 구분된다.

관측데이터는 각 위성기준점에서 관측한 일-단위, 시간-단위 RINEX 데이터를 ASCII 포맷의 데이터로 가공해 제공하며, 일-단위는 30초 간격의 데이터를 시간-단위는 1초 간격의 데이터를 제공한다. RINEX는 현재 2 버전으로 다운로드 받을 수 있으며, 국토정보플랫폼의 위성기준점 서비스 페이지를 통해 다운로드할 수 있다.                        

실시간 보정정보는 NTRIP4)방식으로 RTCM을 제공한다. 2개의 NTRIP서버에서 VRS5)와 FKP6) , SSR 방식의 보정정보를 제공하여 사용자가 RTCM데이터를 수신해 네트워크 RTK7) 방식의 위성측위를 할 수 있도록 지원한다.

8개 기관 GNSS 상시관측소의 RTCM 데이터를 NTRIP Client를 이용하여 수신할 수 있습니다.제공 기관의 사정에 따라 데이터 제공이 제한될 수 있습니다.

 

3) 위치보정정보 기술 및 서비스

항법위성을 이용한 측위 기술 중 실시간 측위기술인 RTK(Real Time kinematic)는 좌표를 정확히 알고 있는 점(기지점)에서 관측한 데이터와 알고자 하는 점(미지점)의 관측데이터를 이용하여 차분(differential)의 방식으로 공통오차를 소거하여 관측정확도를 향상시키는 기술이다.

초기의 RTK는 기지점 1개의 관측데이터를 이용하는 방식이 개발되었으나, 이 경우 기지점의 관측환경에 따라 측위 정확도에 영향을 받을 수 있다는 한계가 있으며, 기지점과 미지점 사이의 거리가 멀어질수록 공통오차항의 상관성이 저하되어 오차 보정 후에도 잔여오차가 점차 크게 발생한다는 한계가 있다.

이를 보완하기 위해 도입된 기술이 네트워크RTK 방식으로, 기지점을 망(network)으로 연결하는 방식으로서 기존 RTK방식의 한계를 극복하게 되었다. 네트워크 RTK기술이 발전하면서 측위보정정보를 생성하는 기술도 다양해졌으며, VRS와 FKP, MAC8) 등의 알고리즘이 개발되었다. 이러한 방식은 기지점의 관측데이터를 기반으로 오차를 보정하는 형태로, OSR 이라고 한다.

 

① OSR 방식

국토지리정보원의 OSR 서비스 중에서는 가상기준점을 생성하는 VRS방식이 주로 사용되고 있으며, FKP방식의 네트워크RTK 서비스도 병행하여 운영하고 있다. VRS 방식은 사용자 근처에 가상의 기준국을 생성하는 방식으로, 위성기준점으로 만들어진 관측망의 다수 기준국으로부터 관측한 데이터를 기반으로 가상의 기준국 보정정보를 생성하여 사용자에게 전달해 줌으로써 사용자 근처에 기준국이 있는 것과 동일한 효과로 측위오차를 보정하는 방식이다.

전국에 설치된 위성기준점은 1초 간격으로 관측한 데이터를 국토지리정보원 내 GNSS중앙국으로 전송하고, 중앙국에서는 S/W를 이용해 전국 위성기준점 관측망으로 보정정보를 생성한다. OSR방식의 측량을 위해, 사용자는 국토지리정보원 NTRIP 서버를 통해 자신의 대략적인 위치정보를 NMEA의 포맷으로 GNSS중앙국에 전송하며, 사용자의 대략적 위치의 주변에 가상의 기준점을 생성하여 가상기준점 위치의 보정정보를 생성·전달하여 사용자는 위치정확도가 향상된 측량을 할 수 있다.

OSR방식의 네트워크RTK 보정정보는 2주파수 안테나와 수신기를 이용하는 고비용의 측량용 장비에만 이용할 수 있어 주로 측지측량, 지도제작, 건설·토목 등 시공측량 등 정밀측위 분야에 주로 이용되고 있다. 가상기준점에서 생성한 관측데이터와 동일한 위성을 미지점에서 관측하는 경우에만 보정정보를 적용한 오차 제거가 가능하여 차량 등 이동체 환경에서는 정밀도가 저하되는 등 한계가 있다.

 

② SSR 방식

SSR 보정정보는 보정정보 전체를 제공하는 OSR 방식과 다르게, 오차모델 별 모델링을 통해 각 오차항에 대한 개별적인 보정정보를 제공하게 되며, 이에 따라 오차모델 별 전송주기를 달리 할 수 있어 전체 보정정보의 데이터량이 OSR에 비해 크게 감소한다는 특징이 있다

오차항 별 보정정보를 생성하는 특징은 이동측위 환경의 위치결정에도 큰 장점으로 작용한다. 네트워크RTK는 위성기준점과 동시에 동일한 위성을 관측하면서 동시관측 위성에 대한 오차를 소거하여 정확도를 향상시킨다. 이동체의 경우 동시관측 위성이 계속 변화하기 때문에 높은 정밀도를 기대하기 어렵다.

SSR보정정보의 경우, 위성 별, 오차항 별 보정정보를 제공하기 때문에 기준국과 동시에 동일한 위성을 관측하지 않아도 관측된 위성에 대한 오차를 보정할 수 있다. 이에 따라서 SSR 보정정보를 이용한 측위 시 차량 등 이동특성이 있는 환경이나 도심지 등 건물에 의한 신호 차폐 환경에서 보다 정밀도가 향상된 측위 결과를 얻을 수 있다.