GPS(Global Positioning System) 의 개요 및 활용

1. GPS(Global Positioning System)의 개요 및 활용 2000. 5 국립한경대학교 토목공학과 부교수 최 윤 수 cyskhk@chollian.net

2. GPS의 개요 GPS(Global Positioning System) ? 위성전파를 이용한 위치측정 시스템으로 전 세계를 포괄 공식명칭 : NAVSTAR 미국정부가 1970년대 군사목적으로 개발 고도 : 20,200km, 회전주기 : 약 12시간 어디에서나 기상에 관계없이 24시간 위치결정 가능 시통확보와 관계없이 측량 가능 GIS 데이터의 실시간 취득 고도의 정확성 및 신속성 확보 컴퓨터와 통신기기의 결합 : 다양한 응용분야 창출

3. GPS의 개요 GPS(Global Positioning System)의 역사 Transit System(NNSS) 개발시기 : 1950년대 후반 ~ 1960년대 초기 미해군에서 개발 개발목적 : 위치/측량 및 군함 항해체계 마련 활 용 : 1964년 가동, 69년에 민간에 공개 DNSS(Defense Navigation Satellite System) 및 NTS-2 개발시기 : 1973년 미 국방부(해군에서 개발) 내 용 : Timation + 621B 통합 발 전 : Navstar(Navigation System with Timing And Ranging) GPS로 발전 내 용 : 위성을 이용한 항법이론의 타당성 검증 78~85년 까지 11기의 미션 I 위성발사 84년 KAL-007기 격추이후 GPS 정보의 일반인에 공개 89~90년: 미션 Ⅱ 위성(9기), 90~97년: 미션ⅡA 위성)17기) 97년~ : 미션 ⅡR 위성발사

4. GPS의 개요 1991년 9월 SPS서비스-- 향후 10년간 무료사용 허용 1992년 9월 ICAO(국제민간항공기구)와 91년의 선언을 확인하고, SPS를 변경할 경우 최소 6년 전에 통보할 것을 약속 1993년 12월 초기정상가동(ICO : Initial Operational Capability)선언-- 24개의 GPS위성군 완성(Block I / II / IIA)에 따라 SPS 실시 1995년 3월 미국 클린턴대통령의 선언 : GPS신호를 국제사회에 제공할 것을 공표 1995년 4월 정상가동( FOC : Full Operational Capability) 선언-- 24개의 Block II와 IIA 위성이 정상 운행, 군사용 기능 실험 종료 1996년 3월 GPS에 관한 미국대통령 선언 : 10년 이내에 SA의 중단 1997년 2월 미국 부통령은 민간용 제2의 반송파 서비스에 관한 계획선언 (민간용 L5 반송파 서비스) 2000년 5월 1일 : 미국 대통령의 SA의 해제 발표 미국의 GPS 개발정책

5. GPS의 개요 GPS의 구성체계 우주부문 모니터링 관측소 Diego Garcia Ascension Is. Kwajalein Hawaii 사용자 부문 관제부문 Colorado Springs

6. GPS의 개요 GPS 항법의 원리 GPS의 기본원리 - 기하학적 삼각법에 의한 위치 결정 위치를 정확히 아는 위성에서 출발한 위성신호를 수신하여 전파의 도달 시간을 측정하여 미지점(사용자)의 위치를 계산

7. GPS의 개요 단독측위 이용 : 정밀도가 상대적으로 낮음, 수신기 1 대 사용, 주로 항법/항해에 이용 분류: SPS(민간에서 이용), PPS(미 정부기관 등) 상대측위 이용 : 정밀도가 상대적으로 높음, 수신기 2대 이상, 주로 측지/측량 등에 이용 D-GPS : 단독측위용 수신기 2대를 이용 RTK : 실시간 위치정보 취득 상대측위방법(후처리) : 정밀 측지측량에 이용 GPS측위기법에 따른 정밀도 비교 GPS를 이용한 위치결정

8. GPS의 개요 군사적 목적으로 GPS를 개발한 미국은 안보차원에서 적대국의 GPS 사용을 제한하기 위해 C/A 코드에 인위적으로 궤도오차 및 시계오차를 첨가 ---- 1990년 3월 25일부터 SA를 실시 전세계적으로 폭발적인 증가를 보인 GPS의 민간수요에 따라 SA 해제에 대한 필요성이 꾸준히 제기 SA가 해제되더라도 수 미터의 고정밀도를 요하는 자동차 항법 및 GIS/측지측량 분야에는 기존의 GPS측량기술이 필요함. 유럽을 중심으로 계획되고 있는 새로운 위성항법시스템인 갈릴레오(GALILEO) 프로젝트에 대한 대응 정밀도 SA(有) SA(無) 수평방향 위치오차 100m(95%),300m(99.99%) 20m(95%) 수직방향 위치오차 150m(95%) 30m(95%) 시간오차 340ns(95%) 40ns 속도오차 0.3m/s SA(Selective Availability) – 5월1일 미국 백악관 발표

9. GPS의 개요 SA(Selective Availability)

10. GPS의 개요 SA(Selective Availability) : 미국지리원(NGS) 5월 1일 5월 3일

11. SA(Selective Availability) : 국립지리원(수원) SA 有 SA 無

12. GPS의 개요 1-3 m 25-100 m C/A Code on L1 C/A Code on L2 New Code on L5 No SA C/A Code on L Selective Availability Faster recovery following signal interruptions (ex., under bridges) 100 km 10 km 2 cm accuracy 2 cm accuracy L1 Code and Carrier L2 Carrier, L5 Carrier Data Link L1 Code and Carrier L2 Carrier Data Link GPS 정밀도의 현재와 미래 Basic Civil Positioning: Today Basic Civil Positioning: Tomorrow Advanced Positioning: Today Advanced Positioning: Tomorrow

13. GPS의 개요 다양한 GPS 활용분야

14. GPS의 개요 GPS 활용 인공위성 작동 전력공급 CNS 측량/ 지도제작 화물/물류 항공항법 무선통신 및 인터넷 Synchronization and Timing 등산/레저 철도 선박항해 해상공사

15. GPS의 개요 GPS측량(기선벡타 측정) 지표상 측정거리 Ground Distance Z 측점2 타원체상의 거리 Geodesic 벡터 : 측점1 및 측점2 간의 직선거리 측점1 Y 타원체면 Ellipsoid X

16. GPS의 개요 GPS측량과 표고 지구표면: Earth’s Surface H H H H H 지오이드 : Geoid h h N N N N h N h h 타원체면 : Ellipsoid h (정표고) = H (타원체고) + N (지오이드)

17. 우리나라 GPS 활용 Model GPS상시관측소와 측지측량 국가기준점측량 및 다양한 측량에 활용(경제성, 정확도 등에 우수) 상대측위 방법 이용(정확도 : 수 mm 이내)

18. 우리나라 GPS 활용 Model GPS 상시관측소 현황 철원 속초 인제 춘천 주문진 동두천 강릉 파주 홍천 서울 삼척 양평 인천 원주 수원 영월 팔미도 울진 소백산 괴산 서산 천안 예천 보은 청양 청송 군위 대전 논산 장기곶 어청도 김천 무주 경주 전주 대구 울산 거창 정읍 밀양 창녕 남원 부산 하동 영광 진주 영도 순천 광주 장흥 목포 국립지리원 행정자치부 거문도 천문연구원 해양수산부 제주 자원연구소 마라도

19. International Cooperation 일본의 전자기준점 활용

20. International Cooperation 미국의 전자기준점 활용

21. 우리나라 GPS 활용 Model 지구중심좌표계(국립지리원) 좌표계 : ITRF 계 타원체 : GRS80 기준점망 - 수평위치 : GPS 상시관측망 GPS 측지기준망 국가기준점망 - 수직위치 : 수준점 GPS 상시관측망

22. 우리나라 GPS 활용 Model 항공사진측량 1980년대 본격화(유럽) GPS이용하여 항공측량을 수행 : 경제적 국내에서 실용화 단계

23. 우리나라 GPS 활용 Model GPS - VAN • PMS관련 정보 수집 • ITS 정보 수집 • 수치지도 갱신 • 철도관련 시설물 정보 수집 • 다양한 종류의 센서 탑재가능 • 기존 GIS 데이터와의 연계 • Total 지형정보 취득 시스템 구축의 기반 조성

24. 우리나라 GPS 활용 Model 건설관련 GPS활용 측량/ GIS 사면관리/재난관리 농업/ 산림분야 정밀시공

25. International Cooperation GPS와 ITS(일본) VICS VICS Service Zone VICS 보급대수 CNS 보급대수

26. International Cooperation 용어 원 어 관련시설 C 항공교통분야(Communication) VHF 음성/데이타통신,HF, ATN, AMSS N 항공항행분야(Navigation) ILS, VOR, DME,NDB,GNSS,DGNSS,INS/IRS S 항공감시분야(Surveilance) RADAR,SSR MODE, ADS, ACAS 등 ATM 항공항행분야(Air Traffic Management) 통신, 항행, 감시분야의 지상시설과 항공기 탑제장비 위성항법시스템-항공(CNS/ATM) ICAO(국제민간항공기구)에서 추진하고 있는 새로운 항행지원시스템을 총괄하는 개념1991년 제 10차 항공항행회의에서 ICAO회원국들은 FANS(CNS/ATM) 개념을 21세기 표준항행시스템으로 채택.

27. International Cooperation 국제기구의 위성항법시스템 사용권고 국제민간항공기구(ICAO) - 1998년 세계좌표계 도입 - 2010년 항공기 단일 항법시스템으로 사용 계획 국제해사기구(IMO) - 2002년 대형선박에 위성항법시스템 수신기 장착 의무화 - 2010년까지 GNSS의 완전시행 결의 국제전기통신엽합(ITU) - ITU/R 823은 중파대 무선표지국에서 보정항법정보 서비스 권장 - DGPS 데이터 포맷, 방송시간 결정(’92.9) 국제수로기구(IHO) - 1998년 해도에 세계좌표계 채용 - 선박운항에 GPS수신기 실제 활용

28. International Cooperation 유럽(Galileo Project) 유럽연합의 독자 위성항법시스템 GPS에 의존할 경우, 유럽주권의 종속 우려(사용료, 기술종속 등) GPS호환, 독자적인 GNSS개발 : Galileo 21개 or 36개 MEO 위성군

29. International Cooperation 러시아(GLONASS 계획) 12기의 위성 작동(99년 10월 기준) 사용자 장비 보급 저조(이용자 극소수) 자국의 경제불안정, GPS와 경쟁력 열세로 한계에 직면 99년 2월 대통령성명 발표 : GLONASS 국제 협력 의사 유럽연합과 장래 GNSS에서 GLONESS의 공동운영 의사 천명. 유럽은 러시아의 항법위성 운용기술과 항법주파수 활용방안 모색 GLONASS-M 개발계획과 DGLONASS망 구축 계획 : 위성수명 및 궤도특성이 현저히 증가한 System

30. Internatonal Cooperation 일본의 위성항법시스템 계획 최대의 GPS 활용국가 • 현재 1200점의 GPS기준국 운용 중(지진예지, 지각변동, 측지측량, CNS 등) 친 GPS정책(96년 이후 미/일 GPS 협의회 개최), EU와 교류모색 GPS 보정항법시스템 : MSAS 구축(99년 11월 발사) MTSAT(Multifunction Transport Satellite)발사(99년8월) 장기적으로 대체항법시스템 구축 연구수행 - 독자 시스템 핵심기술 연구 : 원자시계/위성시각관리기술(CRL) - 지역 위성항법시스템 구축 : 8자 궤도형 구축 기술 연구

31. 우리나라 GPS 활용 Model 기상예보 및 우주공간연구 실시간 국지기상 파악 기상예보시스템 미8군 운용 중이며 일본기상청에서 도입예정

32. 우리나라 GPS 활용 Model Timing 응용 시장규모 : 년 40만-100만 $ 통신망의 표준시각 및 관리 전화, 무선전화 (PCS 및 IMT 2000) 전력공급 금융거래 전자상거래

33. Internatonal Cooperation GPS시장 동향 In millions of U.S. $

34. Internatonal Cooperation GPS시장 동향

35. NEW Spectrum in GPS 새로운 방향 국내상황 1. GPS 총괄 정책기관의 부재 - 건교부 : 측량, ITS, CNS, 항공/항해 - 정통부 : 위성통신, 전파 - 국방부 : 군사응용 2. 단순이용 - 향후 기술, 안보, 경제측면에서 종속 심화가 우려됨 3. 건설교통부 - 지구중심좌표계 도입 ( 2000년 4월 장관 방침) - GPS상시관측소 운영 및 기본측량 사업 수행( 1995~) - 국립지리원을 중심으로 측량 및 GIS분야 활용 연구 수행

36. NEW Spectrum in GPS 새로운 방향 2005년 세계 GPS 시장 : 3백 10억$ 예측, 미국업체 90% 점유 향후 발전 방향 1. NGIS사업과 측지기준점 구축 2. 국내 주요 항법시스템 채택 - ITS, CNS, 물류, 방재, 복지, 항공, 항해, 등 3. 통신분야 등 활용 - IMT2000, 전력공급, 시각제공 4. 국제협력 - 미국의 GPS 국제표준화 추진에 참여(외교적 실리추구) - 유럽과 Galileo 구축 Project에 참여 방안 검토 - 일본, 중국 등 인접국가간 공동 대응책 모색 및 공동연구 추진