개념 한 쪽
위성측위시스템(GNSS)은 위성에서 전파를 수신하여 지점의 위치를 산출하는 기법으로, 관측에는 여러 종류의 오차가 개입한다. 위치를 구하려면 충분한 수의 위성이 필요하고, 각종 오차 원인을 구분하여 대응하는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「위성측위시스템(GNSS) 활용」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 오차 원인 용어 매칭 | 1 | 반사·시계·대류권 등 오차 원인을 용어로 구분하는 문제를 출제한다 |
| 최소 위성 수 판정 | 1 | 3차원 위치와 시계오차 보정을 위한 필요한 위성 수를 판단하는 문제를 출제한다 |
| 각도오차에 의한 거리오차 계산 | 1 | 각도 오차를 라디안으로 변환하여 거리오차를 계산하는 문제를 출제한다 |
GNSS 관측오차는 신호의 전달 경로와 수신기 상태 등 여러 요인에서 발생한다. 대표적 오차로는 위성신호가 건물이나 지형에 반사되어 도달하는 다중경로 오차, 위상 관측 도중 신호가 끊기며 발생하는 사이클슬립, 수신기 내부 시계 불일치로 생기는 수신기시계 오차, 그리고 대기층의 굴절로 인한 대류권 오차 등이 있다. 각 오차의 원인과 용어를 구별하는 것이 중요하다.
정확한 3차원 위치(X, Y, Z)를 구하려면 수신기 시계 오차까지 보정해야 하므로 미지수는 네 개가 된다. 따라서 독립적으로 3차원 위치와 시계 오차를 동시에 해소하려면 서로 독립적인 관측식이 네 개 필요하므로 최소 네 개의 위성 신호가 요구된다. 위성 수가 더 많으면 정밀도가 향상되지만, 최소 조건은 네 개라는 점을 기억해야 한다.
원격탐사와 GNSS용 위성 탑재 센서의 개념을 구분해야 한다. 위성에 실제로 탑재되는 센서로는 다중분광, 초분광, SAR 등이 있고, IFOV 같은 용어는 센서의 시야각 성능을 나타내는 지표이지 센서 자체는 아니다. 이처럼 장비명과 성능 지표를 혼동하지 않고 구분하는 어휘력을 갖추어야 한다.
삼각망과 트래버스 등 지상측량에서의 설계 선택과 GNSS 활용은 목적에 맞는 방법론을 선택하는 문제로 연결된다. 예컨대 삼각망의 배열 방식은 정밀도와 경제성의 균형으로 선택하며, GNSS 관측에서도 위성 수와 오차 원인에 따라 방법과 보정 절차를 결정해야 한다.
1) 다중경로 오차 판별 예시 문제 지문에 '반사'라는 표현이 나오면 주변 구조물에 의한 신호 반사로 발생하는 오차를 묻는 경우가 많으므로 다중경로 오차를 선택한다. 사이클슬립, 수신기시계, 대류권 오차와 혼동하지 않도록 원인을 근거로 판별한다.
2) 각 오차가 거리오차로 전이되는 계산 예시 다각측량 관련 식을 GNSS와 함께 비교하는 문제가 출제될 수 있다. 예시로 거리 2068m, 각오차 20″일 때 거리오차는 거리 × 각도(라디안)으로 계산하므로 2068 × (20 / 206265) ≈ 0.2m로 구한다. 각도 초(″)를 라디안으로 변환할 때 206265로 나누는 절차를 잊지 않는다.
3) 최소 위성 수 응용 예시 3차원 위치 해와 수신기 시계 오차를 동시에 구하려면 미지수 4개가 필요하므로 최소 4개의 독립된 위성 관측이 필요하다는 원리를 적용하여 보기들을 소거한다.
다음 중 우리나라 도원점(평면직교좌표 원점)에 대한 설명 중 올바른 것은?
정답 ④ · 우리나라의 도원점(평면직각좌표계의 원점)은 과거 일제강점기의 측량 체계를 일부 승계하면서 현대화된 체계를 사용합니다. 현재 우리나라는 북위 38°선 이남 지역에 대하여 동경 125°, 127°, 129° 세 개의 자오선을 중심자오선으로 하는 횡축 메르카토르(TM) 도법을 사용하고 있습니다.
한국 도원점은 북위 38°와 동경 125°, 127°, 129°의 교점으로, 각각의 좌표계 원점이 된다.
삼각망 중에서 조건식이 많아 정밀도가 가장 높으나 조정이 복잡하고 포괄면적이 적으며 시간과 경비가 많이 드는 것은?
정답 ② · 사변형 삼각망(Four-sided chain)은 기선 양쪽에 삼각점을 배치하여 사각형으로 발전시킨 망으로, 조건 방정식이 많아 정밀도가 가장 높습니다. 그러나 조정 계산이 매우 복잡하고, 시야 확보가 어려워 포괄 면적이 좁은 단점이 있습니다.
사변형 삼각망은 기선 양측에 점을 배치해 조건식이 많아 정밀도는 높으나, 조정 복잡도와 비용이 큰 단점이 있다.
다각측량에서 측선 AB의 거리가 2068m이고 A점에서 20″의 각관측오차가 발생하였을 때 B점에서의 거리오차는?
정답 ② · 각관측 오차가 거리에 미치는 오차를 구하는 문제이다. 각도 오차에 의한 거리오차는 델타L = L × 델타세타(라디안)로 계산한다.
거리 오차는 거리와 각도 오차의 곱에 라디안 변환 계수를 곱하여 계산한다.
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