개념 한 쪽
GNSS는 인공위성에서 발사한 전파의 도달 시간을 이용하여 관측점의 3차원 위치를 결정하는 측량 방법이다. 위성 신호를 이용하면 지형에 따른 시통(직선 가시선)이 없어도 위치 측정이 가능하므로 공공분야의 광범위한 적용이 가능하다.
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출제기준 단원 「공공분야」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 단일점 측위에 필요한 위성 수 판단 | 1 | 미지수(3차원 좌표+시계오차)와 관측식 수를 비교하여 최소 위성 수 결정 |
| 위성-수신기 거리 계산 원리 적용 | 1 | 전파 속도와 전송 시간을 이용한 거리 계산 원리 확인 |
| 지형 제한 없는 위성 관측 장비 판별 | 1 | 시통 필요 여부와 위성 이용 여부로 장비 종류 구분 |
GNSS 측량은 위성에서 송신한 전파가 수신기까지 도달하는 데 걸린 시간을 전파 속도와 곱하여 위성-수신기 간 거리를 산출한 뒤, 여러 위성과의 거리 정보를 이용해 관측점의 3차원 좌표를 결정하는 방법이다. 이 원리는 거리=속도×시간의 기본 물리 공식을 그대로 적용한 것이라 해석한다.
단일 수신기 단독으로 3차원 위치와 수신기 시계 오차를 동시에 결정하는 단일점 측위에서는 미지수가 x, y, z의 세 좌표와 수신기 시계 오차 한 개로 총 4개가 된다. 각 위성은 하나의 관측식(방정식)을 제공하므로 이러한 미지수들을 모두 해결하려면 최소 4개 이상의 위성 신호를 수신해야 한다.
GNSS 오차 원인으로는 전리층 지연, 대류권 지연, 위성 궤도 및 시계 오차, 수신기 자체 오차(채널 잡음 등), 다중경로 현상 등이 있다. 전리층 오차는 신호 주파수에 의존하므로 서로 다른 주파수를 동시에 이용하여 지연 차이를 계산하면 전리층 오차를 효과적으로 보정할 수 있다. 반면 수신기 채널 잡음은 내부 회로 노후나 장비 결함에 기인하므로 보정하거나 기기 교체로 해결하는 것이 적절하다.
GNSS의 특징으로는 전 지구적 커버리지와 3차원 위치 측정 가능성, 24시간 이용 가능성이 있다. 이 때문에 극지방을 포함한 넓은 지역에서 활용 가능하다는 점을 기억해야 한다.
공공분야에서는 GNSS를 활용하여 기초 위치 측정, 도로 및 토목 공사 기초 데이터 확보, 지적 측량 보조, 재난 대응 시 신속한 좌표 제공 등 다양한 목적으로 활용한다는 점을 염두에 두어야 한다.
대표 문제 유형은 위성 수의 필요성 판정과 거리 계산 원리 적용이다. 예를 들어 단일점 측위에서 필요한 최소 위성 수를 묻는 문제는 미지수 4개(3차원 좌표+시계 오차)를 제시한 뒤 각 위성이 하나의 방정식을 제공함을 근거로 최소 4개 위성이 필요하다고 풀이한다.
거리 계산 문제는 전파 속도(광속)와 전송 시간을 곱해 위성-수신기 간 거리를 구하는 방식으로 풀어야 한다. 즉, 관측식의 기초는 거리=속도×시간임을 적용하면 해가 된다.
인공위성을 이용한 범세계적 위치 결정의 체계로 정확히 위치를 알고 있는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지의 소요시간을 측정함으로써 관측점의 3차원 위치를 구하는 측량은?
정답 ① · 문제는 위성의 전파를 수신하여 전파 도달 시간으로 관측점까지의 거리를 계산해 3차원 위치를 구하는 측량 방법을 묻고 있다. 이 원리는 전형적인 위성항법시스템인 GPS측량의 기본 동작 방식으로, 위성 신호의 전파 시간을 측정해 위성까지의 거리를 산출하고 다수 위성으로 위치를 결정한다.
위성 전파 수신으로 관측점까지의 소요시간을 측정하여 3차원 위치를 결정하는 측량은 GPS측량이다.
인공위성을 이용한 범세계적 위치 결정의 체계로 정확히 위치를 알고 있는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지의 소요시간을 측정함으로써 관측점의 3차원 위치를 구하는 측량은 다음 중 어느 것인가?
정답 ③ · 문제는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 소요시간을 측정해 관측점의 3차원 위치를 구하는 측량 방식을 묻고 있다. 위성에서 송신한 전파의 도달 시간을 이용해 거리(또는 범위)를 구하고 여러 위성으로부터의 거리 교차로 위치를 결정하는 방식이 GPS 측량의 기본 원리이다.
위성 전파 수신으로 3차원 위치를 결정하는 측량은 GPS 측량이다.
3차원 위치를 결정할 수 있는 위성 항측 시스템으로 두점 간의 시통이 되지 않는 지형에서도 관 가능한 거리측량기는 무엇인가?
정답 ③ · 문항은 시야가 차단되어도 관측이 가능하고 3차원 위치결정이 가능한 위성 항측 시스템에 해당하는 장비를 묻고 있다. GNSS 계열의 수신기는 전파를 이용하여 위성 신호로부터 3차원 좌표를 산출하므로 지형의 시통(직시)이 확보되지 않는 곳에서도 관측이 가능하다.
위성 항측 시스템은 전파를 이용해 3차원 위치를 결정하므로 지형 제한 없이 관측 가능한 GPS 측량기가 정답입니다.
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