네트워크 RTK

네트워크 RTK에 대해 확인해보세요.

  • GNSS 시스템
  • 고정밀 GNSS 위치결정
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▶ 출처 │ 국토지리정보원, 2017, 최신도입 네트워크 RTK 활성화 방안 연구보고서

네트워크 RTK

GNSS 네트워크 방식으로 계산한 RTK 보정신호인 네트워크 RTK 보정신호는 사용자가 위치한 지점의 인근에 배치된 다수의 기준국들로부터 RTK 보정신호를 수집한 후 이를 종합적으로 활용하여 사용자 위치에 적합한 RTK 보정신호를 계산하는 방식으로 생성됩니다. 여러 기준국에서 계산한 정보들을 활용하여 사용자 위치에 적합한 RTK 보정신호를 계산하기 때문에 일반적인 RTK에 비하여 보다 넓은 지역에 적용할 수 있는 보정신호를 생성할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. (2019년 12월 수정)

네트워크 RTK 보정신호는 계산 방법과 신호의 구조에 따라 여러 종류로 구분할 수 있으며 각각에 대하여 설명하면 다음과 같습니다.

NRTK 보정신호 계산의 개념
NRTK 보정신호 계산의 개념사용자가 위치한 지점의 인근에 배치된 다수의 기준국들로부터 RTK 보정신호를 수집한 후 이를 종합적으로 활용하여 사용자 위치에 적합한 RTK 보정신호를 계산하는 방식으로 생성됩니다.

VRS 방식의 네트워크 RTK

VRS(Virtual Reference System)방식의 네트워크 RTK 보정신호는 네트워크 RTK 시스템이 다수 기준국에서 관측한 정보를 이용하여 사용자 위치에 적합한 RTK 신호를 계산하는 방식으로 계산되며 그 형식은 RTK 보정신호와 동일합니다.

VRS 방식의 네트워크 RTKVRS 방식의 네트워크 RTK는 기준국은 GPS 데이터를 수신하고 제어국으로 전송, 제어국은 수집된 기준국 데이터를 통해 보정치를 생성, 사용자는 제어국으로 현재 위치 정보를 전송, 제어국은 사용자가 요청한 위치에 해당하는 보정치를 전송, 전송받은 보정치를 통해 정밀 좌표를 획득의 순서로 보정신호를 생성합니다.
  1. 01
    기준국은 GPS데이터를 수신하고 제어국으로 전송
  2. 02
    제어국은 수집된 기준국 데이터를 통해 보정치를 생성
  3. 03
    사용자는 제어국으로 현재 위치 정보를 전송
  4. 04
    제어국은 사용자가 요청한 위치에 해당하는 보정치를 전송
  5. 05
    전송 받은 보정치를 통해 정밀 좌표를 획득

VRS 방식의 네트워크 RTK 보정신호를 사용하기 위해서는 위의 그림과 같이 사용자의 GNSS 수신기가 자신이 수신한 GNSS 위성신호만을 이용하여 결정한 개략적인 위치정보를 먼저 네트워크RTK 서버에 제공하여야 합니다. 이후 네트워크RTK 서버는 제공된 위치정보에 근거하여 가장 인접한 5개 이상의 기준국들을 선정하고 해당 기준국들의 정보를 활용하여 사용자 위치에 가장 적합한 RTK 보정신호를 생성하여 제공합니다. 이처럼 개략적인 사용자 위치정보의 제공과 해당 위치에 적합한 RTK 보정신호의 계산∙제공 과정이 실시간 반복되며 사용자의 정밀한 위치결정을 보조하게 됩니다. (2019년 12월 수정)

VRS 방식은 양방향 방식으로 네트워크 RTK 시스템은 GNSS 관측소의 데이터를 실시간으로 수집하여 GNSS 네트워크의 오차 모델링을 지속 수행하고 있다가, GNSS 측위 사용자가 자신의 위치를 NMEA GGA 형식으로 보내오면, 해당 지점에 마치 GNSS 위성기준점이 있는 것과 유사한 GNSS 관측데이터를 생성하여 전달합니다. 이러한 방식은 네트워크 RTK 시스템이 보정신호 계산 작업을 서버서 수행하고 사용자의 위치 정보를 지속적으로 서버에 전송하여야하기 때문에 양방향 통신환경 하에서만 활용할 수 있습니다. 또한 서버가 사용자 위치에 적합한 보정신호의 계산을 지속적으로 수행하여야하기 때문에 사용자의 수가 증가할수록 서버의 연산 부담이 크게 증가할 수밖에 없습니다. 이로 인해 사용자가 증가할수록 서버의 용량을 증가시켜야 하는 부담이 따르게 됩니다. 하지만 이러한 제약조건에도 불구하고 VRS 방식의 네트워크RTK 보정신호 제공체계는 보정신호의 정확도를 안정적으로 유지할 수 있기 때문에 여러 국가에서 활용되고 있습니다. (2019년 12월 수정)

GNSS 시스템이 발전함에 따라 네트워크 RTK 시스템 역시 발전하였습니다. GNSS 위성수가 많아지고, 위성기준점이 많아질수록 차분방식을 사용할 경우, 위성기준점감 기선해석을 위한 모호정수 결정을 위해 더 고사향의 전산자원이 필요합니다. 따라서 멀티 GNSS 환경, 늘어나는 위성기준점을 이용한 멀티 GNSS 네트워크 RTK 솔루션의 제공을 위해서는 차분방식이 아닌 정밀단독측위 방식을 사용한 GNSS 네트워크 RTK 솔루션 생성이 필요합니다.

  • Increase of satellites and signals
  • More stations desired in Lager networks
  • Leads to an increase in unknowns in Least Squares Estimation
GNSS 위성 연도별 목록
Year Constellation Stations Sats Signals Unknowns CPU Scale Factor Reduced CPU by RTX
1998 GPS 100 8 2 1700 1 1 x 10 x4
2005 GPS+GLN 100 20 2 4300 14 14 x 10 x4
2017 ALL (EU) 100 40 3 12100 361 3.61 x 10 x2
2017 ALL (APAC) 100 50 3 15100 693 6.93 x 10 x2
2020 ALL 100 50 4 100500 207158 8.21

One way of handling CPU load is to introduce absolute positioning and ambiguity Resolution instead of differential

▶ 출처 │ The Future of Real-Time Networks, 2017, Trimble EMEA 2017 Real-Time Network User Conference

FKP 방식의 네트워크 RTK

VRS 방식이 특정 지점에 대한 보정신호를 제공하는 반면에 FKP((독)Flachen Korrektur Parameter; (영)Area Correction Parameter)방식은 기준국들이 형성하는 관측망 전체에 적용할 수 있는 보정신호를 제공합니다.

FKP 방식 NRTK 보정신호의 대표적인 활용 개념
FKP 방식 NRTK 보정신호의 대표적인 활용 개념FKP 방식은 NRTK 서버에서 전체 기준국 관측망에 대한 보정면 정보를 사용자에게 제공하고 사용자의 개략적인 위치를 기준으로 사용할 보정면을 선택하여 보정면 정보로부터 사용자 위치에 적합한 RTK 보정신호를 계산합니다.

MAC 방식의 네트워크 RTK

MAC(Master Auxiliary Concept) 방식의 보정신호는 주기준국(master station)과 인접한 다수의 보조기준국(auxiliary)들로 구성되는 셀 단위의 보정신호입니다(우측 그림). 보조기준국들은 주 기준국을 중심으로 약 100km 이내의 범위에 위치하여야 합니다. MAC 방식 보정신호의 주기준국 부분은 GNSS 관측데이터를 모두 포함하고 있으며 보조 기준국 부분은 주 기준국 데이터를 보조하기 위한 사전 데이터 분석 결과들로 구성됩니다.

아래의 그림에 나타낸 바와 같이 MAC 방식의 보정신호를 제공하는 네트워크 RTK 서버는 다수의 셀에 대한 보정신호를 통합하여 제공합니다. 사용자 수신기는 통합된 정보를 수신한 이후 자신의 개략적인 위치를 기준으로 특정 셀에 대한 정보를 선택한 후 셀로부터 RTK 보정신호를 추산하여 위치결정 작업에 활용합니다.

MAC 방식 보정 신호의 기본 단위인 셀의 구성
MAC 방식 보정 신호의 기본 단위인 셀의 구성MAC 방식의 보정신호는 주기준국과 인접한 다수의 보조기준국으로 이루어진 셀을 기본단위로 합니다.

MAC 방식의 보정신호는 셀 영역 내의 모든 지점에 대한 보정정보를 제공할 뿐만 아니라 기존 방식에 비해 충분한 양의 정보를 전달함으로써 정밀한 위치 결정 작업을 안정적으로 제공할 수 있습니다. 서비스 범위 내의 모든 셀들에 대한 보정정보를 통합하여 제공할 수 있기 때문에 단방향 통신 환경에서 운영할 수 있으며 사용자 수신기에 적합한 보정신호의 계산을 수신기가 부담하는 구조이기 때문에 일정 규모의 서버 용량으로도 많은 수의 사용자들을 지원할 수 있습니다.

MAC 방식 NRTK 보정 신호의 대표적인 활용개념
MAC 방식 NRTK 보정 신호의 대표적인 활용개념MAC방식은 NRTK 서버에서 전체 기준국 관측망에 대한 셀단위 정보를 사용자에게 제공하고 사용자의 개략적인 위치를 기준으로 사용할 셀을 선택하여 보정셀 정보로부터 사용자 위치에 적합한 RTK 보정신호를 계산합니다.

위의 그림에 나타낸 바와 같이 FKP 방식의 보정신호는 3개의 인접한 기준국들로 구성된 삼각망 별로 보정신호를 생성합니다. 각 삼각망에 대한 보정신호는 삼각망 내의 모든 지점에 적용할 수 있는 보정정보를 포함하고 있으며 네트워크 RTK 서버는 여러 삼각망에 대한 보정정보를 종합하여 사용자 수신기에 제공합니다. 따라서 삼각망의 수가 많을수록 보정신호의 용량은 증가하게 됩니다.