GIS & GPS

목 차 Ⅰ 서론 Ⅱ GIS Ⅳ GIS와 GPS의 연동 Ⅲ GPS Ⅴ 결론 3. GPS를 이용한 위치측정과 측량의 원리 목 차 Ⅰ 서론 Ⅱ GIS 1. 정의 2. 표현 형식 및 기능 3. 구축효과 4. 구축사례 및 국내외 현황 5. 전망 Ⅲ GPS 1.정의 2.시스템 구성 3. GPS를 이용한 위치측정과 측량의 원리 4. 응용분야 5.전망 Ⅳ GIS와 GPS의 연동 1.항법 2.측량 3.응용 사례 4.전망 Ⅴ 결론

Ⅰ서론 GIS와 GPS에 대하여 개략적으로 알아보고, 각각의 주요특성 및 응용 분야 그리고 국내•외 현황 등을 고찰한 후 GIS와 GPS의 연동방안, 응용 사례 및 향후 발전 전망을 항법과 측량 분야를 중심으로 살펴보기로 한다.

Ⅱ-1 GIS 정의 지리정보시스템 (Geographic Information System:GIS) : 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어, 데이터, 정보 통신, 인적 자원 등을 이용하여 지리적으로 관련된 제반정보를 수집, 저장 및 갱신하며, 효율적인 의사결정을 위해 모형화하고 분석하여 다양하게 표현하는 통합적인 시스템

Ⅱ-2 표현형식 및 기능 (1) 래스터(Raster) 형식 격자(grid, pixel, cell 혹은 공간을 일정한 크기의 격자(grid, pixel, cell 혹은 mesh)로 나누어 속성을 표현하는 형식 격자의 크기가 작을수록 정확도는 높으나 고비용 소요

Ⅱ-2 표현형식 및 기능 (2) 벡터(Vector) 형식 등을 이용하여 위치와 길이 그리고 차원을 가진 좌표계에서 표현하는 공간자료를 점, 선, 다각형 등을 이용하여 위치와 길이 그리고 차원을 가진 좌표계에서 표현하는 형식 자료구조가 래스터 형식 보다 복잡

Ⅱ-2-1 래스터의 장점 및 단점 단점 장점 inaccuracy) 유발 가능 지도 중첩이나 이미지 자료 비전문인의 래스터 공간적 부정확성(Spatial inaccuracy) 유발 가능 비전문인의 래스터 이미지 분석시 난해 과다한 자료분량 네트워크 연계가 난해 투영 변환에 많은 시간 소요 출력 품질의 저하 가능 장점 간단한 데이터 구조 지도 중첩이나 이미지 자료 와 연계 용이 시뮬레이션 및 다양한 공간 분석 용이 급속한 발전속도 첨단기술이나 고가의 장비 를 사용하지 않아도 됨

Ⅱ-2-2 벡터의 장점 및 단점 장점 - 현상적 자료구조의 표현 및 이해가 용이 축약적인 자료구조 네트워크 연계로 위상관계 구축 용이 고선명도 및 고정확도 위치와 속성의 검색, 갱신, 일반화 가능 단점 복잡한 자료구조 지도 중첩의 난해 첨단기술과 고가의 장비 필요 다각형내의 공간분석과 필터링의 난해 다른 위상형태를 갖는 시뮬레이션 난해

Ⅱ-2-3 GIS의 기능 데이터 입력과 확인 데이터의 저장과 DB관리 데이터의 출력 데이터의 변화 및 합성 분석 및 모델링

Ⅱ-3 GIS의 구축효과 Ⅱ-3-1 경제성 Ⅱ-3-2 효율성 단축 공간 및 속성데이터 유지 /관리의 시간과 비용절감 지도 생산 및 수정시간의 단축 공간 및 속성데이터 유지 /관리의 시간과 비용절감 효율적인 계획과 설계로 비용절감 정보의 표준화로 인한 질적 안정과 중복성 방지 정보취득/처리 시간절감 Ⅱ-3-2 효율성 시설물 등의 효율적 관리로 행정의 신뢰성 향상 토지 이용도 등의 공간정보 활용 증대방안 도출 다양한 주제도를 작성, 활용함으로써 제반 행정 업무 지원 종합적 의사결정도구로서 합리적 정책 입안 지원

Ⅱ-3 GIS의 구축효과 Ⅱ-3-3 기술성 Ⅱ-3-4 장래성 양질의 정보 제공 데이터간의 호환성 향상 정보의 용이한 접근 양질의 정보 제공 데이터간의 호환성 향상 표준화 정립에 따른 데이터 수집, 입력, 처리 과정에서 업무의 중복성 방지 Ⅱ-3-4 장래성 공간분석도구로서 정착 과도한 문서나 업무 대체 신속, 정확한 업무처리와 인수인계 효율적인 의사결정도구 로서 활용

Ⅱ-4-1 GIS의 구축사례(국내) NGIS 사업 (1995 ∼ 현재) 건설교통부 환경부 - 내무부 정보통신부 과기처 표준화 제정실시 건설교통부 지하매설물 관리체계 및 ITS를 GIS와 연계하여 과천에서 시범사업 실시 GIS DB구축 시행 중 철도시설물 관리정보 시스템을 1990년에 착수, 현재 운용중 과기처 소프트웨어 개발 연구 추진 환경부 수질분야 등 제반 환경분야에 부분적 실험연구 및 일부 장비 구입 - 내무부 기존 지적도 전산화 사업완료 및 지적 재조사 사업의 단계적 추진

Ⅱ-4-2 GIS의 구축사례(국외) 캐나다 Canada Geographic Information System(CGIS) 1963년 ∼ 현재 Canada Geographic Information System(CGIS) CGIS는 1971년부터 농지 재생회복 사업을 위한 자료 해석용을 필두로 본격 가동 되어 현재도 사용중 TIGER 다음으로 세계에서 공용성을 인정 받음 미국 60년대 ∼ 80년대 Harvard Lab for Computer Graphics&Spatial Analysis 70년대 ∼ 현재 Bureau of Census(TIGER) 1969년 설립된 ESRI를 필두로 80년대부터 GIS 전문회사와 S/W 출시 본격화

Ⅱ-5 GIS 전망 전문화 및 보편화 추세 ITS나 환경분야 등과 같은 다양한 응용 분야로 적용확대 Internet GIS의 활성화 3-D GIS의 발전 GPS나 RS와 같은 타 분야의 첨단기술과 연계

Ⅲ-1 GPS의 정의(1) NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing and Ranging) GPS(Global Positioning System): 미국 국방부에서 운영하고 관리하는 항법시스템으로서, 그 첫번째 임무는 수동위성에 기반을 두고, 지상, 공중 그리고 해상에서의 전술, 전략적 증진을 위한 수동적 위치/항법을 지공하는 시스템 GPS수신기: 단순한 거리측량기기로서, 수신기의 지점과 위성간의 거리를 측정하고 거리벡터의 교차점으로부터 위치를 결정

Ⅲ-1 GPS의 정의(2) 단점 장점 미국의 절대적인 영향력 시간정보 등의 용이한 하에 놓이게 됨 취득 위성으로부터 전파수신시 수동적인 시스템 미국의 절대적인 영향력 하에 놓이게 됨 위성으로부터 전파수신시 지형지불에 영향 받음 장점 위치 좌표와 정확한 시간정보 등의 용이한 취득 다양한 응용분야에 기여 기후에 무관하게 24시간 지상에서 정보취득 가능 수신기 등 H/W제품의 고품질 저가격 추세

Ⅲ-2 GPS 시스템 구성 2-2 제어부분 (Control Segment) 2-3 사용자부분 (User Segment) 2-1 우주부분 (Space Segment) 6개 궤도에서 각 4개씩 총 24개의 위성과 예비위성 약 20,200km 상공에서 55도 기울기로 12시간 주기 2-2 제어부분 (Control Segment) 감시국 (Monitor Station) 주제어국 (Master Control Station) 전송국 (Uplink Station) 2-3 사용자부분 (User Segment) 위성으로부터 전파신호를 수신 받는데 소요되는 시간을 측정하여 위치•속도•시간정보 등을 획득

Ⅲ-3 (1) GPS 위치측정 원리 GPS수신기에 의해 정해지는 거리는 전통적인 펄싱 (pulsing)해양항법시스템과 지상의 전자거리측지장비에서 사용된 것과 유사한 방법으로서,전파신호를 위성으로부터 수신 받는데 소요된 시간을 측정하여 도출 기본적 원리는 삼각측량법: 거리측정 방식에 의한 삼각법 이용 C/A코드 등의 궤도데이터를 이용하여 위성과 수신기 안테나간의 거리 산출 일반적으로 최소 4개의 위성으로부터 데이터를 수신하여 사용자 위치결정

Ⅲ-3 (2) GPS 위치측정 오차 전형적인 오차 위성시계 오차 : 0.6m 수신기 오차 : 0.1~1.5m Ephemeris 오차 : 0.6m 대류권 오차 : 최대 4m SA 오차 : 32m SA가 있을 경우 보통8~12m =HDOP (보통 2~3m)X Root square sum of errors (4m) SA가 없을 경우 보통 60~100m=HDOP (32m)

Ⅲ-3 (3) GPS 측량방식 사후계산처리(Post-Processing)방식 - 정지측량 (Static Survey) : 기준점 측량에 주로 사용 - 이동측량 (Kinematic Survey) : 지형 측량에 적용 - 신속정지측량 (Fast Static Survey) : 기준점 측량에 주로 이용 실시간처리 (Real-Time Processing) 방식 실시간 이동측량(Real Time Kinematic Survey) 보통 정지상태에서 자동으로 초기화 강, 호수, 바다 등에서는 이동 중(On-The-Fly)에도 초기화 가능 Differential GPS를 이용한 방식 - 추가적인 GPS수신기를 이미 알고 있는 지점에 설치 - 각 위성의 코드로 구해지는 의사거리의 오차 산출 - 측위보정 최대100m의 오차를 1m 이하로 감소

Ⅲ-4 GPS 응용분야(사례) 우주: 저궤도 위성의 위치 획득 지상: 교통 관제, 첨단 대중교통 시스템(ITS) 등 해상: 수로안내, 운하수송,선박항해 항공: 항공기 운항, 관제 및 정밀 착륙 군사: 군용기 항법, 유도무기, 정밀 폭격 등 응급 및 구조 : 구급차, 경찰순찰차, 산림관리 과학: 기상연구, 해류연구, 대류층 연구 등 자원관리: 지하자원 관리, 토지 관리 등 레저용 : 등산, 낚시, 요트 항해 등 탐사 : 지질 탐사, 유전 탐사 등

Ⅲ-4 GPS 응용분야(사례) 우주: 저궤도 위성의 위치 획득 지상: 교통 관제, 첨단 대중교통 시스템(ITS) 등 해상: 수로안내, 운하수송,선박항해 항공: 항공기 운항, 관제 및 정밀 착륙 군사: 군용기 항법, 유도무기, 정밀 폭격 등 응급 및 구조 : 구급차, 경찰순찰차, 산림관리 과학: 기상연구, 해류연구, 대류층 연구 등 자원관리: 지하자원 관리, 토지 관리 등 레저용 : 등산, 낚시, 요트 항해 등 탐사 : 지질 탐사, 유전 탐사 등

Ⅳ-1 GIS와 GPS 연동 : 항법(1) ITS(Intelligent Transportation System)및 자동차항법 시스템(Car Navigation System) 열차조정 고속도로 네비게이션 안내 안전사고 경보장치(Mayday/Incident Alert) 버스, 열차 도착시간 자동안내 긴급상황 및 충돌방지 장치 차량 및 수하물 위치(Fleet Management System/ Automatic Vehicle Location (AVL) System) 레저- 낚시, 등산, 벽지에서의 스키, 여가용 보트 항해- 해상운항,연안운항,항구접근항법,내륙수로항법

분야별 정확도 (Accuracy Requirements) Ⅳ-1 GIS와 GPS 연동 : 항법(2) 분야별 정확도 (Accuracy Requirements) 응용분야 정확도 경보발생간격(초) 고속도로 항법안내 5-20 m 1 – 15 안전사고 경보장치 5-30 m 버스,열차 도착시간 자동안내 Fleet Management 25-1500 m 하부구조관리 (Infrastructure Management) 10 m 열차 조정 1 m 5

Ⅳ-2 GIS와 GPS 연동 : 측량 경도, 위도 그리고 고도의 절대기준이 되는 전자 측량기준점(electronic bench marker) 고정밀측량 수로측량 효과적이고 정확한 사진측량 삼각 측량법에 의하지 않은 면적측량 유전 및 채광 유망지 탐지 GIS 등을 위한 국가적 지리정보자료 구축

Ⅳ-3-1 GIS와 GPS 연동 : 응용사례: CNS(1) 위치 결정 항법 (Navigation) 위치(Position) 속도(Velocity) Attitude Dead Reckoning(DR) Map Matching 전파 항법 (Radio Navigation) GPS/GLONASS LORAN(LOng RAnge 기본기능 위치 결정 (determining and maintaining the location of the car) 디스플레이 (displaying a map graphically or generating routing instructions) 연계 (linking with infrastructure)

Ⅳ-3-2 GIS와 GPS 연동 : 응용사례:측량(1) 연동기술 - GPS, INS(Inertial Navigation System), 영상처리기술 정확도 : 1 ~ 7m 응용분야 실시간 데이터를 수집하는 대축척 mapping, 정밀 위치 응용 분야 사례 : 홍수, 화재, 기름유출 등의 긴급사태에 즉각적 대응

Ⅳ-3-2 GIS와 GPS 연동 : 응용사례:측량(2) 기존방법과 비교 비용 절감: 기존의 GPS를 이용한 Photogrammetric mapping 에서 요구되는 지상관제, 공중삼각측량, 필름 인화/ 현상과 스캐닝 과정이 생략되었기 때문에 광역항공 촬영비용의 25%를 절감 정확도 향상 처리속도 향상: 실시간 ELM과 Orthophoto 생산

Ⅳ-4 전망: 시장동향: CNS의 경우 일본(CNS) U.S.(CNS포함한 연관제품) 한국 1997 10만대 수요예상 2000 150만대 수요예상 가격 120~150만원 향후 5년간 CNS: 3조원 규모 차량도난방지시스템: 1조원 규모 민간부문 장비: 2조원 정부, 서울시, 도로공사: 4조원 일본(CNS) 1994 350,000 대 1995 470,000 대 1996 1,000,000 대 가격 15~18만 엔 U.S.(CNS포함한 연관제품) 1995 $ 0.178 bn 2000 $ 1.761 bn 2005 $ 5.558 bn 가격 $ 2~3,000

Ⅴ 결론 공간 분석도구로서 GIS가 국가 Infrastructure로 정착되어감에 따라 보다 신속하고 정확한 업무처리와 효율적인 의사결정을 할 수 있게 되었다. 기술적으로는 GPS와 같은 타 분야의 첨단기술과 효율적으로 접목함으로써 보다 다양한 응용분야에 활용할 수 있게 되었다.