한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.2
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pp.291-295
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2006
As GPS equipments improve, one can acquire GPS data easily in the field. However, to obtain precise and accurate coordinates, post processing is additionally required and the processing needs high degree of skills. Besides, it is very common that we can't operate processing software in the field because required system environment is usually not prepared. The aim of this study is the development of internet-based GPS data processing service. For post processing, we use GIPSY developed by JPL. It has many advantages such as precise point positioning, which enables a rapid determination of receiver positions. The developed service in this study proceeds as following orders by interlocking GIPSY and internet service on a Linux platform: Users upload raw data files on the internet, then GIPSY runs automatically and then the user get the result in the field. We use an Apache Web Server as a hosting program and PHP is used in coding web pages.
The precise orbit determination (POD) of low earth orbiter (LEO) has complied with its required positioning accuracy by the double-differencing of observations between International GNSS Service (IGS) and LEO to eliminate the common clock error of the global positioning system (GPS) satellites and receiver. Using this method, we also have achieved the 1 m positioning accuracy of Korea Multi-Purpose Satellite (KOMPSAT)-2. However double-differencing POD has huge load of processing the global network of lots of ground stations because LEO turns around the Earth with rapid velocity. And both the centimeter accuracy and the near real time (NRT) processing have been needed in the LEO POD applications--atmospheric sounding or urgent image processing--as well as the surveying. An alternative to differential GPS for high accuracy NRT POD is precise point positioning (PPP) to use measurements from one satellite receiver only, to replace the broadcast navigation message with precise post processed values from IGS, and to have phase measurements of dual frequency GPS receiver. PPP can obtain positioning accuracy comparable to that of differential positioning. KOMPSAT-5 has a precise dual frequency GPS flight receiver (integrated GPS and occultation receiver, IGOR) to satisfy the accuracy requirements of 20 cm positioning accuracy for highly precise synthetic aperture radar image processing and to collect GPS radio occultation measurements for atmospheric sounding. In this paper we obtained about 3-5 cm positioning accuracies using the real GPS data of the Gravity Recover and Climate Experiment (GRACE) satellites loaded the Blackjack receiver, a predecessor of IGOR. And it is important to reduce the latency of orbit determination processing in the NRT POD. This latency is determined as the volume of GPS measurements. Thus changing the sampling intervals, we show their latency to able to reduce without the precision degradation as the assessment of their precision.
본 연구에서는 정적 측지기준계를 채택하고 있는 우리나라에서 GPS 정밀단독측위 해석 결과에 정적 측지기준계의 기준시점으로부터 지진이나 지각변동에 의해 발생한 위치의 변동량을 보정함으로써 위치정확도를 향상시키기 위한 기준시점 조정모델을 개발하였다. 이를 위하여 우리나라 GPS상시관측소 중 14개소를 선정하여 2000년부터 2011년까지 약 10년간의 일별 GPS데이터에 대하여 GIPSY-OASIS II를 이용한 정밀단독측위 해석을 실시하고 이로부터 GPS상시관측소의 지각변동량을 결정하였다. 이로부터 SOPAC에서 채택하고 있는 지각변동모델식의 파라미터를 계산함으로써 기준시점 조정모델을 구하였다. 본 연구에서 구하여진 기준시점 조정모델을 적용한 결과 GPS상시관측소의 위치는 약 12mm의 정확도로 결정할 수 있었으며, 일반 측량점의 위치는 약 16mm의 정확도로 결정할 수 있다. 향후 보다 많은 GPS상시관측소의 데이터 처리를 통하여 기준시점 조정모델을 결정할 경우 지진이나 지각변동에 의하여 변동된 측량점의 위치를 실용적인 정확도 범위 내에서 GPS 정밀단독측위에 의하여 정적 측지계 기준의 좌표로 추정할 수 있을 것이다.
GPS는 측량, 지도제작 및 항법 이외에도 고정밀 측위에 의한 세계기준좌표계 설정, 지구 자전축의 회전계수 결정, 지진 및 지각변동 감지 등과 같은 지구과학 분야의 필수적인 방법으로 인식되고 있다. 그러나 정밀 해석결과를 얻기 위해서는 자료처리를 위한 전문지식과 비용 투자가 필요하므로, 사용자들이 손쉽게 결과를 획득할 수 있는 방안이 필요하다. 이에 본 연구에서는 비전문가도 정밀절대측위 방법으로 GPS 자료처리가 가능한 정밀절대측위 솔루션을 개발하고자 하였다. 연구를 통해 자료처리에 필요한 최소 정보만을 입력함으로써 사용자의 편의성을 크게 향상시킨 솔루션을 개발하였다. 또한 국토지리정보원에서 제공하는 위성기준점의 관측자료를 정밀절대측위로 처리하여, 지각변동 속도를 산출하고, ITRF에서 제공하는 지각변동 속도와 비교를 통해 정밀절대측위 솔루션을 이용한 지진 및 지각변동 감지가 가능함을 제시하였다.
GPS 수신기 기술의 발전으로 인해 관련지식이 없더라도 데이터를 쉽게 획득할 수 있게 되었다. 하지만 매우 정확한 좌표 획득을 위해서는 데이터 후처리 과정이 추가적으로 필요한데 이 과정은 고도의 전문성을 요구한다. 또한 일선 현장에서는 시스템 여건상 후처리 소프트웨어를 가동할 수없는 경우가 대부분이다. 따라서 본 연구는 이를 개선할 수 있는 인터넷 기반 GPS 데이터 처리 서비스를 개발하는데 목적을 두었다. 후처리 소프트웨어는 GIPSY를 선택했는데 정밀궤도력을 이용해서 이중차분 없이 단시간 내 위치정보 획득이 가능한 장점이 있다. 리눅스(Linux) 환경에서 작동하는 GIPSY와 웹서버의 연동을 통해서 사용자가 웹상에 원시 데이터를 전송하면 서버에서 자동으로 후처리가 실행되고 사용자에게 화면상으로 결과를 출력하는 구조로 설계하였다. 본 연구에서 구축한 서비스를 테스트한 결과 이중주파수 수신기를 이용하여 30초 간격으로 24시간 동안 수집한 데이터를 서버에 전송하고 처리하는데 총 30초 정도가 소요되어 매우 신속한 데이터 처리가 가능함을 알 수 있었다.
측량을 비롯한 여러 GPS응용분야에서 GPS 수신기에서 수집한 데이터를 빠른 시간 내에 처리하여 정밀 좌표를 산출할 필요성이 발생한다 GPS 데이터 처리에는 현재 네 종류의 GPS 위성궤도력을 이용할 수 있는데, 본 연구에서는 신속한 고정밀 데이터 처리에 가장 적합한 궤도력을 찾기 위해, 각 궤도력을 이용할 경우 성취할 수 있는 좌표성과의 정확성과 정밀도를 비교하였다. GPS 위성에서 제공되는 방송궤도력(broadcast orbits)과 ICS 등의 국제기관에서 제공하는 초신속궤도력(ultra-rapid orbits), 신속궤도력(rapid orbits), 그리고 정밀궤도력(precise orbits)을 이용하였다. 초신속궤도력을 이용하여 GIPSY로 데이터 처리를 하였을 때 일주일 평균 좌표 성과의 정확성이 1.5cm 이내였다. 본 연구를 통하여 GIPSY와 초신속궤도력을 이용하면, 신속한 데이터 처리가 가능한 동시에 고정밀 좌표성과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
2011년 3월 11일 일본 동북부 해양에서 규모 9.0의 강진이 발생했다. 이 지진은 근대적인 지진관측이 시작된 이래 일본 최대 규모로 미야기 현 센다이 동쪽 179km 지점에서 발생했으며, 지진과 해일로 인해 2만 7천여 명에 이르는 사상자가 발생하였다. 본 연구에서는 일본 IGS 상시관측소의 GPS 관측자료를 기반으로 Mizusawa, Tsukuba 및 Usuda 상시관측소의 지진변위량을 산출하였다. 관측자료의 처리는 온라인 GPS 자료처리 서비스와 정밀과학기술용 소프트웨어를 이용하였으며 정밀절대측위 및 싱대측위 방법으로 처리하였다. 온라인 GPS 자료처리 서비스를 이용한 Kinematic 정밀절대측위를 통해 지진 전 후 IGS 상시관측소의 위치변화를 모니터링하고, 정밀과학 기술용 소프트웨어를 이용한 상대측위 방법으로 지진 전 후의 정밀한 지진변위량을 산출하였다. 연구결과 각 성분별로 최대 ${\pm}0.003m$의 RMSE를 가지는 정밀한 좌표성과를 산출할 수 있었으며, 지진으로 인해 Mizusawa 상시관측소가 남동쪽으로 약 2.6m 이동하였음을 알 수 있었다.
현재 GPS는 측량 및 지도제작, 측지, 지구물리와 같은 지상부문, 항공기 항법, 항공사진 촬영과 같은 공중부문, 선박의 항법, 수심측량과 같은 해상부문, 위성 궤도, 지구궤도와 같은 우주부문 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 넓은 활용분야에 비해 정밀 해석의 자료처리를 위해서는 전문지식뿐만 아니라 비용적인 문제로 인해 활용에 제약이 있다. 이에 본 연구에서는 전문지식이 없는 사용자도 GPS 데이터를 이용하여 손쉽게 정밀절대측위 성과를 얻을 수 있도록 C#을 이용하여 웹기반의 GPS 자료처리 솔루션을 개발하였다. 또한, 개발된 솔루션을 이용하여 우리나라가 일본 지진 이후 상시관측소 별로 평균 30mm/year의 지각변동이 나타남을 산출하고, 기존 지각변동 속도와 비교함으로써 지각변위속도 모니터링의 활용가능성을 제시하였다.
GPS에 대한 이해가 부족한 일반사용자가 정상적으로 GPS 자료를 처리하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하다. 하지만 GPS 자료처리 분야는 외산 소프트웨어에 크게 의존하고 있으며, 사용자 위주의 기술 개발은 거의 이루어지지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 비전문가도 상대측위 방법으로 고정밀 GPS 자료처리가 가능한 전문가 서비스를 구축하고자 하였다. 연구결과, GPS 자료처리에 필요한 최소 정보만을 입력함으로써 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 전문가 서비스를 개발하였으며, 국토지리정보원에서 제공하는 위성기준점의 관측자료와 실제 GPS측량으로 취득한 관측자료의 처리를 통해 전문가 서비스를 검증하였다. 전문가 서비스는 GPS 자료처리에 소요되는 노력과 시간을 크게 단축시킴으로써 정밀위치결정은 물론 다양한 학술연구에 기여할 것이다.
In order to meet the users' demand, who needs faster and more accurate data in geographic information, it is necessary to obtain and process the data more effectively. Now more effective data obtainments about geographic information is possible through the development of integration technology, which is applied to the field of geographic information, as well as through the development of hardware and software engineering. With the fast and precise correction and update, the development of integrate technology can bring the reduction of the time and money. To obtain fast and precise geographic information using Aerial Photogrammetry method, it is necessary to develop Airborne GPS/INS integration system, which makes GCP to the minimum. For this reason, this study has tried to develop a system which could unite and process both GPS and INS data. For this matter, code-processing module for DGPS and OTF initializaion module, which can decide integer ambiguity even in motion, have been developed. And also, continuous kinematic carrier-processing module has been developed to calculate the location at the moment of filming. In addition, this study suggests a possibility of using a module, which can unite GPS and INS, using Kalman filtering, and also shows the INS navigation theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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