GNSS RTK란 무엇일까? (RTK 기본 원리)

GNSS RTK(Real-Time Kinematic)의 기본 원리에 대해 공부한 내용을 적어보도록 하겠습니다.

 

GNSS RTK는 실시간으로 정확한 위치 정보를 제공하기 위해 사용되는 기술입니다. 이 기술은 GPS(Global Positioning System)를 비롯한 범지구 위성 내비게이션 시스템을 기반으로 작동합니다.

 

GNSS RTK는 기본적으로 두 개 이상의 수신기를 사용합니다. 일반적으로 이러한 수신기는 기지국(Base station or Reference station)과 이동국(Rover or User)로 구성됩니다. 기지국은 사전에 매우 정확한 위치를 알고 있는 고정된 위치에 설치되어 있으며, 이동국은 GNSS RTK를 이용해서 실제 측정하려는 위치이며, 실시간으로 위치 정보를 얻습니다.

 

GNSS RTK 작동 원리는 다음과 같습니다.

1. 기지국 설정

 - 기지국은 정확한 위치를 알고 있어야 합니다. 측지 측량을 통하여 정밀 위치를 추정합니다.

 - 기지국은 실시간으로 위성 신호를 수신하고, 이 신호를 처리하여 위치 정보와 오차 정보를 생성합니다.

 - 오차 정보는 기지국에서 전송 가능한 형식으로 인코딩 됩니다.

 

2. 이동국 설정

 - 이동국은 GNSS 신호를 직접 수신하고, 기지국의 위성 정보도 수신합니다.

 - 이동국은 기지국으로부터 오차 정보를 수신하여 측위에 활용합니다.

 

3. RTK process

 - 이동국에서 수신한 GPS 신호와 기지국으로부터 받은 GPS 신호를 이용하여 측위를 수행합니다. 이때 수행하는 측위 방법은 이중차분(Double Difference)입니다. 또한, 이때 사용하는 GPS 신호는 위성의 반송파 위상 입니다.

 - 이동국은 기지국으로부터 받은 오차 정보를 이용하여 자신의 위치를 보정합니다. 오차 정보는 오차의 3차원 벡터로 표현될 수 있습니다.

 - 이동국은 실시간으로 위치 보정을 수행하므로, 고정된 위치에 정확한 위치 정보를 제공할 수 있습니다.

 

4. RTK Fix vs. Float

 - RTK process 중 Double Difference에서는 위성 신호의 반송파 위상의 모호 정수(Integer Ambiguity)를 해결하는 것이 중요합니다. 

 - Integer Ambiguity를 정수 단위로 정확하게 구한 경우 RTK Fix가 되어 매우 정확한 측위 결과를 얻을 수 있습니다.

 - 신호에 발생하는 여러 이유로 Integer Ambiguity를 정확하게 구할 수 없는 경우, RTK Float가 되어 다소 부정확한 측위 결과를 얻을 수 있습니다.

 

5. 고려사항

 - RTK Fix의 경우, GNSS 장비에 따라 다르지만 일반적으로 수cm ~수십cm 수준의 정확도를 확보할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

 - RTK Float의 경우, 마찬가지로 GNSS 장비에 따라 다르지만 일반적으로 sub-meter 수준의 정확도를 확보할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

 - 기준국과 이동국의 거리가 멀어지면, 오차의 상관성이 줄어들기 때문에 정확도가 낮아질 수 있습니다.

 - 높은 건물과 같이 차폐 요소가 많은 환경에서는 GPS 신호에 잡음이 많이 발생하는 등의 이유로 Fix가 어려울 수 있습니다.

 

 

RTK에 대하여 스터디한 내용을 간단히 요약해 보았습니다. 공학적, 수학적 내용에 대한 디테일은 적지 못하였지만 대략적인 흐름을 이해하는 데 도움이 되면 좋겠습니다.

 

 

RTK에 관한 글을 마무리하며,

 

GNSS RTK 기술은 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 주로 측량, 지리정보 시스템, 공간 정보 연구, 자율주행 및 로봇 내비게이션, 정밀농업, 건설 및 인프라 프로젝트 등에서 사용될 수 있습니다. 다양한 분야에서 정확한 위치 정보를 실시간으로 제공함으로써 작업 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

GNSS RTK는 고정밀 위치 정보를 제공하므로 정확한 좌표, 거리 및 높이 측정이 가능합니다. 이를 통해 작업의 정확도와 효율성이 향상되며, 재작업 및 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 실시간으로 위치 정보를 제공하기 때문에 현장에서 실시간으로 조정이 가능하며, 안전성도 향상됩니다.

 

GNSS RTK는 정확도와 신뢰성 측면에서 매우 효과적이지만, 여전히 몇 가지 도전 과제가 존재합니다. 다중경로 오차(Multi-path error), 신호 감쇠, 대기 조건 변동에 의한 오차 등은 정확도에 많은 영향을 주는 요소로 고려해야 하는 대상입니다. 또한, 환경적 제약이나 위성 신호의 가용성에 따른 한계도 고려해야 합니다. 이러한 문제들에 대한 연구와 기술 개선은 계속되고 있으며, 미래에 더욱 정확하고 안정적인 GNSS RTK 시스템의 개발을 위해 지속적인 노력이 필요합니다.

GNSS RTK는 현재 측위 및 위치 기반 서비스에 많은 혜택을 제공하는 효과적인 기술입니다. 이러한 기술의 발전은 다양한 분야에서의 혁신과 개선을 이끌어내고 있으며, 앞으로의 연구와 기술 개발을 통해 더욱 발전될 것으로 기대됩니다.