VRS

왜 배우는가: 가상기준점(VRS)은 네트워크 RTK의 대표 방식으로, 기준점 장비를 따로 세우지 않고 실시간 좌표를 얻는 수단이다. 단일 기준국 RTK와의 차이, 보정정보 형식, 기준국 배치 기준을 함께 묻는 문항이 여러 차례 출제된 개념이다.

출제 이력: 제125회 1교시 5번, 제113회 1교시 5번, 제101회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

가상기준점(VRS)은 사용자 주변에 가상의 기준점을 설정하고 그 위치의 보정정보를 계산하여 제공하는 방식이다.

이 정의의 핵심은 실제로 존재하지 않는 기준점을 서버가 계산한다는 점이다. 사용자는 근처에 기준국을 따로 세우지 않아도 인근 기준국들의 자료로 만든 보정값을 받아 실시간으로 위치를 얻는다. 답안 첫 줄에는 위 정의를 그대로 쓰고, 이어서 이 방식이 속한 분류와 보정정보의 형식을 덧붙인다. 정의에 분류와 형식이 함께 드러나야 단일 기준국 방식과 구분된다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 가상기준점(VRS): 여러 기준국의 자료로 사용자 위치 근처에 계산한 가상의 기준점이다.
• 네트워크 RTK: 다수의 기준국을 망으로 묶어 넓은 지역에 보정정보를 제공하는 실시간이동측위(RTK) 방식이다.
• 기준국: 측위보정정보 생성에 사용되는 위성기준점이다.
• 측위보정정보: 위성 시계, 위성 궤도, 대기 및 기지국 좌표 등의 오차를 보정한 정보이다.
• 관측공간표현방식(OSR): 기준점의 관측값 수준에서 보정량을 전달하는 형식이다.
• 미지정수: 반송파 위상 측위에서 정수로 결정해야 하는 모호성 값이다.
• 면보정(FKP): 기준국 사이의 오차를 면으로 모델링하여 제공하는 방식이다.

2. 개념 풀이

정식 정의는 다음과 같다. 가상기준점(VRS)은 네트워크 RTK의 한 방식으로서, 여러 기준국의 관측자료를 결합해 사용자 근처에 실재하지 않는 기준점을 설정하고 그 지점에서의 측위보정정보를 생성하여 사용자에게 전송하는 방식이다. 국토지리정보원의 측위보정정보 규정은 네트워크 RTK를 가상기준점(VRS) 방식, 면보정(FKP) 방식, 격자형 가상기준점(GVRS) 방식으로 나누어 제공하도록 정하고 있다.

원리는 거리 의존 오차를 어떻게 다루느냐에 있다. 기준점과 사용자 사이의 거리가 멀어지면 전리층과 대류권의 굴절, 위성 궤도 오차가 두 지점에서 서로 달라지므로 보정 효과가 줄고 미지정수를 정확히 결정하기 어려워진다. 이런 오차를 거리 의존 오차라고 한다. 단일 기준국 RTK는 기준국 한 지점에서 구한 보정값을 그대로 쓰므로 거리가 길어질수록 위치 정확도가 낮아진다. 네트워크 RTK는 여러 기준국의 자료로 거리 의존 오차를 지역 단위로 모델링하고, 사용자 위치에서의 오차 값을 추정하여 가상 기준점의 보정정보로 만든다. 그러므로 사용자는 실제 기준국이 멀리 있어도 오차가 가상 기준점 기준으로 거의 상쇄된 상태에서 측위를 수행한다.

가상기준점 방식의 절차는 다음과 같다.

• 사용자 수신기가 대략적인 위치를 서버에 전달한다.
• 서버는 주변 기준국의 자료로 그 위치에 가상 기준점을 설정하고 보정정보를 계산한다.
• 사용자 수신기는 가상 기준점의 보정값을 받아 미지정수를 결정하고 고정해를 얻는다.

절차에서 전송되는 보정정보는 관측공간표현방식(OSR) 형식이다. 관측공간표현방식은 관측값 수준의 보정량을 사용자에게 주어 사용자 수신기가 자신의 관측값을 직접 보정하게 하는 방식이다. 이와 대비되는 상태공간표현방식(SSR)은 위성 궤도와 시계 같은 오차 상태를 직접 전송한다. 규정은 네트워크 RTK 보정정보를 관측공간표현방식으로, 정밀단독측위(PPP) 계열 보정정보를 상태공간표현방식으로 제공하도록 구분한다.

가상기준점 방식의 핵심은 거리 의존 오차를 사용자 위치 근처의 가상 기준점 기준으로 줄이는 데 있다. 사용자와 가상 기준점 사이의 거리가 짧아져 거리 의존 오차가 작게 남으므로 미지정수 결정이 빨라지고 고정해를 얻는 시간이 줄어든다. 다만 이 방식은 서버와의 통신이 끊기면 보정정보를 받을 수 없으므로 현장의 통신 여건이 측량 결과에 직접 영향을 준다. 규정도 사용자가 위성항법시스템(GNSS) 측량에 적합한 신호 수신환경과 통신 여건을 확보하도록 정하고 있다.

측량 정확도를 확보하기 위한 사용자 지침도 중요하다. 사용자는 고정해를 얻은 뒤 관측 1세트당 10회 이상으로 3세트 이상을 측정해야 한다(규정 제14조). 이 지침은 같은 점을 반복 관측하여 좌표의 일관성을 확인하기 위한 최소 기준이다.

3. 등장 배경과 필요성

단일 기준국 RTK는 측량 지점 가까이에 기준국을 두고 그 보정값을 실시간으로 전송받아 쓰는 방식이다. 기준국과 측점 사이의 거리가 길어지면 거리 의존 오차가 커지므로 단일 기준국 RTK의 위치 정확도가 떨어진다. 그래서 측량 범위는 기준국 주변으로 제한되고, 넓은 지역에서 정확도를 유지하려면 기준국을 촘촘히 설치해야 하는 문제가 생긴다. 네트워크 RTK는 여러 기준국의 자료를 함께 이용하여 이 제약을 줄이기 위해 등장한 방식이다.

국토지리정보원은 이 요구를 제도로 받아들였다. 위성기준점은 우리나라 전역을 균질하게 포괄하도록 최대 60km 이내의 간격으로 설치하여야 하고, 도서지역 등 지형 제약이 있는 곳은 60km를 초과하여 설치할 수 있다(규정 제4조). 이 배치 기준은 네트워크 방식의 보정정보를 전국에 제공하는 바탕이 된다. 국토지리정보원은 이 기준국망을 바탕으로 가상기준점(VRS)을 도입했고, 서비스포털에서는 단독 기준국 RTK, VRS, 면보정(FKP), 상태공간표현(SSR) 방식의 서비스 상태를 구분해 제공한다.