GPS : RTK와 VRS의 개념

GPS관련 용어들이 너무나 생소하여 일단 RTK와 VRS의 개념부터 정립하고저 메모해 둔다.

RTK (Real-Time Kinematic positioning)
- 센티미터 수준의 정확도
- RTK는 신호 보다는 신호의 반송파 위상을 사용합니다. 여러 모바일 스테이션에서 실시간 수정을 제공하기 위하여 단일 참조 스테이션에 의존합니다.
- PX4로 RTK를 설정에는 2개의 RTK GPS 모듈과 데이터 링크가 필요합니다. 고정 위치 지상 기반 GPS 장치를 베이스라고 하며, 공중에 있는 장치를 로버라고 합니다. 베이스는 USB로 QGroundControl에 연결되며, 데이터 링크를 사용하여 RTCM 수정 정보를 기체에 전송합니다 (MAVLink GPS_RTCM_DATA (opens new window)메시지 사용). 자동조종장치에서 MAVLink 패킷의 압축을 풀고 로버에 전송하여, RTK 솔루션을 처리합니다.

RTK 원리

 


바다의 내일을 예측하는 유용한 측량방법, RTK와 VRS

여러분은 GPS를 알고 계신가요? 모두가 알다시피 위성에서 보내는 신호를 이용해 현재 위치를 계산하는 위성항법시스템입니다. GPS는 항공기, 선박, 자동차 등의 내비게이션 장치에 주로 쓰이고 있으며, 스마트 폰, 태블릿 PC 등에도 많이 활용되고 있어 우리가 인터넷으로 쉽게 지도를 이용할 수 있습니다. 그만큼 아주 유용하기 때문에 요즘 시대에는 없어서는 안 될 존재가 되었습니다. 오늘은 KIOST와 함께 편리하고 유용한 GPS의 두 가지 방법과, 바다에서는 어떻게 쓰이고 있는지 함께 알아보겠습니다.

 

▲ RTK-GPS 기준국 설치

RTK-GPS 기준국(베이스, BASE) 설치

GPS의 두 가지 방법

첫 번째로 RTK-GPS가 있습니다. 실시간 이동 측위라고 하며, Real Time Kinematic의 약자입니다. RTK는 정밀한 위치정보를 가지고 있는 기준국의 위상에 대한 보정치를 이용하여 이동국에서 실시간으로 1-2cm 정확도의 측위결과를 얻는 일련의 측량 과정을 말합니다. 사진과 같이 고정된 기준국을 설치하고 로버(Rover) 형태의 이동국을 가지고 이동하여 결과를 얻습니다. 둥근 원반의 GPS 안테나와 무선 모뎀의 whip 안테나가 보이고, 삼각재 위 안테나는 전자 기준 안테나로 옆에 부착된 것은 VHF 통신 단말기입니다.

로버(ROVER)형태의 이동국

▲로버(Rover)형태의 이동국

두 번째는 VRS-GPS입니다. Virtual reference station의 약자로, 기존 RTK 방법이 정확도가 떨어지는 것과 오차가 발생하는 것을 줄이기 위해 만들어진 RTK의 또 다른 방식중 하나입니다. 하지만 둘은 크게 다른 점이 있습니다. VRS는 RTK와 다르게 기준점을 따로 가지고 있지 않습니다. GPS 상시관측소로 이루어진 기준국을 이용해 가상기준점을 실시간으로 생성하고, 이 가상기준점과 이동국과의 실시간의 이동측량을 통하여 정밀한 이동국의 위치를 결정하는 측량방법입니다. VRS-GPS 측량 방식의 가장 큰 특징은 RTK-GPS 측량 방식이 기지국에 1대, 이동국에 1대, 총 2대의 수신기를 필요로 했던 것을 국내에 24시간 가동 중인 국토지리정보원에서 운영하는 상시관측소의 데이터를 사용함으로써 1대의 수신기와 블루투스 통신이 가능한 1대의 휴대전화로 GPS 측량이 가능합니다.

 

▲ 우리나라의 GPS 상시관측소, 2018년 기준 (출처 : 국토지리정보원)

우리나라의 GPS 상시 관측소, 2018년기준(출처:국토지리정보원)

그렇다면 GPS 상시 관측소란 무엇일까요? 우리나라에 있는 GPS 위성이 송신하는 신호를 24시간 수신·저장하는 관측시설로서, 관측소에서 제공된 자료를 통해 정확한 측량결과를 산출하게 됩니다. 시간, 거리, 장소, 기상 등의 제한이 없이 실시간으로 정확한 위치정보를 제공합니다. 때문에 여러 분야에서 효과적으로 활용할 수 있습니다. VRS-GPS는 GPS 상시관측소에서 수집된 데이터를 이용해 실시간으로 이동국을 통해 정보를 얻습니다. 관측소간의 간격이 좁을수록 데이터의 정확도가 높습니다. 2008년 기준으로 우리나라에 44개의 상시 관측소가 설치돼있으며, 2018년 기준 총 60개로 늘어났습니다.

단순히 위치를 알려주는 것만이 아닌, 해빈 지형의 변화까지

이렇게 편리하고 유용한 RTK-GPS와 VRS-GPS의 장단점을 비교해볼까요? VRS는 기준국 없이 이동국 GPS만 있어도 된다는 점에서 훨씬 장비구성이 간단합니다. 하지만 RTK는 정밀측량이 가능한 반면에 VRS는 불가능합니다. 대신 VRS는 장비 가격이 저렴하고 오차가 훨씬 적습니다. 이러한 점에서 VRS는 RTK보다 훨씬 측량방법이 편리하고 정확도가 뛰어나다고 볼 수가 있습니다.

이러한 이점들로 인해 측량기들은 실생활에서 자주 쓰입니다. 건축현장에서 위치를 파악하고 지형을 알기 위해 쓰이고, 해빈측량데이터를 파악하기 위해서 쓰이기도 합니다. 특히 오차가 매우 적어 실측 데이터를 측정할 수 있는 VRS를 이용해 바다의 한 지역에서 단면도를 구해 그곳의 지형파악을 할 수 있고, 폭풍을 왔을 때의 데이터 변화를 추출할 수 있습니다. 물 밑에서 측정이 불가한 드론에 비해 정확하고 쉽게 데이터를 추출할 수 있습니다.

단순하게 위치를 알려주는 시스템인줄 알았던 GPS. 이러한 GPS측량기들을 통해 해안선을 따라 평행하게 발달한 사질, 역질 및 생물기원 퇴적물이 쌓인 해빈 지형 변화까지도 알 수 있습니다. 해양뿐만 아니라 다양한 분야에서 정확한 위치를 파악하기 위해 쓰이는 RTK와 VRS. 한국해양과학기술원도 RTK-GPS 측량 방법을 이용해 ‘연안침식연구사업’을 진행하고 있습니다. 해당 사업의 결과들은 연안 지형 변화 및 퇴적물 이동에 의한 항해 수로 매몰, 해안선 변화, 영토 유실, 그리고 기후 변동에 따른 연안 재해 등 국가적인 문제 해결을 위한 기본 자료로도 효용성이 높을 것이라 기대됩니다. 


 

어쩌다 보니 한국에서는 굉장히 잘못 된 표현으로
두 용어가 혼용이 되어 사용되고 있습니다.

1번, 우리가 흔히 말하는 RTK

Base 로 사용할 GPS 한대를 세워 놓고요.
이 Base 는 GPS 보정신호를 생성해서 라디오를 통해 방송을 합니다.
우리가 들고 다니면서 측량을 하는 GPS
즉 Rover 라고 하죠.
이 Rover 가 Base 에서 오는 보정신호를
받으면 정밀 측량이 가능해 집니다.

 

2번, 우리가 흔히 말하는 VRS

그런데 이러한 정밀 측량을 하기 위해서 고가의 측량용 GPS 2대를 구입한다.

영세한 건설업체나 측량업체는 만만치가 않죠.
그래서 국토지리정보원에서 국민의 세금으로 GPS를 겁니 사들여서 Base 를 전국곳곳에 설치해서
보정신호를 공짜로 사용할 수 있게 Network를 통해 방송을 하고 있습니다.

우리는 공짜 보정신호를 인터넷을 통해 받아 정밀 측량이 가능해 집니다.
이렇게 지리원에서 보정신호를 서비스 하는 방식중에 하나가 VRS 입니다.
우리는 그 VRS를 가장 많이 사용하는 것이고요.

RTK 의 의미는 Real Time Kinematic 의 약자로
말 그대로 '실시간 보정'을 의미 합니다.

그래서 큰 의미로 따지면 결국 VRS는 RTK 의 한 종류 입니다.

RTK 기법은 VRS 뿐만이 아니라 Single Base, SBAS, Omnistar 등 많이 존재하고 있습니다.

처음 우리하 흔히 말하는 1번의 RTK 방식은
Radio 를 통해 Single Base의 보정신호를 방송을 해서
통신 방식으로만 이야기 하면 Radio RTK 라고 하고요.

국토지리정보원에 접속해서 VRS를 하는 것은 Network를 통해 보정신호를 받아 오기 때문에
Network RTK 라고 합니다.

그러니 사실 RTK를 한다 VRS를 한다.
이렇게 구분을 짓는 것은 의미에 맞지 않는 것입니다.

기법기준으로 구분하면

1번은 나는 Single Base 를 한다.
2번은 나는 VRS 를 한다.

통신방식으로 구분하면

1번은 나는 Radio RTK를 한다.
2번은 나는 Network RTK를 한다.

이렇게 구분지어서 이야기 하는 것이 맞는 것이죠.

 

결국

RTK 기법으로 구분을 짓느냐

RTK 방식으로 구분을 짓느냐의 차이 입니다.

 

저렇게 표현하는 것이 맞겠죠?

그래서 오늘의 요점을 다시 정리해 드리면

VRS는 RTK 의 하위의 개념이니

둘을 혼용해서 사용하는 것은 틀린 것이다.

입니다.


 

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