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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. GPS 를 이용한 위치측정과 측량의 원리 4. 응용분야 5. 전망 Ⅳ GIS 와 GPS 의 연동 1. 항법 2. 측량 3. 응용 사례 4. 전망 Ⅴ 결론. 목 차. Ⅰ 서론.
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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 목 차
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
래스터(Raster) 형식 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 (1)
벡터(Vector) 형식 공간자료를 점, 선, 다각형 등을 이용하여 위치와 길이 그리고 차원을 가진 좌표계에서 표현하는 형식 자료구조가 래스터 형식 보다 복잡 Ⅱ-2 표현형식 및 기능 (2)
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 단점 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 Ⅱ-2-1 래스터의 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-2-2 벡터의 장점 및 단점
Ⅱ-2-3 GIS의 기능 • 데이터 입력과 확인 • 데이터의 저장과 DB관리 • 데이터의 출력 • 데이터의 변화 및 합성 • 분석 및 모델링
Ⅱ-3-1 경제성 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 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-3 GIS의 구축효과
NGIS 사업 (1995 ∼ 현재) 정보통신부 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-4-1 GIS의 구축사례(국내)
캐나다 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-4-2 GIS의 구축사례(국외)
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
장점 위치 좌표와 정확한 시간정보 등의 용이한 취득 다양한 응용분야에 기여 기후에 무관하게 24시간 지상에서 정보취득 가능 수신기 등 H/W제품의 고품질 저가격 추세 단점 수동적인 시스템 미국의 절대적인 영향력 하에 놓이게 됨 위성으로부터 전파수신시 지형지불에 영향 받음 Ⅲ-1 GPS의 정의(2)
Ⅲ-2 GPS 시스템 구성 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 • (보통 2~3m)X Root • square sum of errors • (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
Ⅳ-1 GIS와 GPS 연동 : 항법(2) 분야별 정확도 (Accuracy Requirements)
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
기본기능 위치 결정 (determining and maintaining the location of the car) 디스플레이 (displaying a map graphically or generating routing instructions) 연계 (linking with infrastructure) 위치 결정 항법 (Navigation) 위치(Position) 속도(Velocity) Attitude Dead Reckoning(DR) Map Matching 전파 항법 (Radio Navigation) GPS/GLONASS LORAN(LOng RAnge Navigation) Ⅳ-3-1 GIS와 GPS 연동 :응용사례: CNS(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(1)
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-3-2 GIS와 GPS 연동 :응용사례:측량(2)
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 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 Ⅳ-4 전망: 시장동향:CNS의 경우
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.