위성으로 3차원 좌표 산출
오차범위 100m 내로 파악
"전방 100미터 앞에서 우회전입니다." 모르는 초행길에서도 목적지 방향을 척척 안내해주는 친절한 내비게이션 단말기가 최근 불티나게 팔리고 있다고 하는군요. 지난해 70만~80만대가 팔렸고, 올해는 100만대가 넘게 팔릴 것으로 예상된다고 하니 내비게이션 단말기가 본격적인 대중화 시기를 맞고 있습니다.
최근 나오는 휴대용 내비게이션 단말기들은 길안내 기능 외에도 MP3 음악과 영화, 간단한 게임 등 엔터테인먼트 기능에 지상파DMB 방송과 디지털오디오(DAB)까지 보고 들을 수 있는 것들도 있어 더욱 큰 인기를 끌고 있다고 합니다. 내비게이션 단말기는 도대체 어떤 원리로 내 차량의 위치와 가고자 하는 목적지를 정확하게 안내하는 것인지 알아보겠습니다.
◇내비게이션의 작동 원리=내비게이션의 원리를 설명하는 데 반드시 짚고 넘어가야 하고, 내비게이션에 없어서는 안되는 핵심 장치는 `위성위치추적시스템(GPS) 수신기'라는 것입니다. GPS의 원리를 이해하면 내비게이션 단말기가 어떻게 작동하는 것인지 거의 이해한 것이라고 볼 수 있을 정도입니다.
현재 지구 고도 2만200km 상공에는 위치 추적용으로 모두 24개의 인공위성들이 돌고 있습니다. 모두 6개의 궤도에 각각 4개의 GPS용 위성이 12시간을 주기로 지구 주위를 돌고 있는데, 이는 미국이 1970년대 말부터 군사적인 목적으로 쏘아 올린 것들입니다. 냉전시대를 지나 미국 정부가 지난 2000년 민간에 이 GPS위성 사용을 전면 개방하면서 세계 모든 지역에서 이용할 수 있게 되었답니다.
현재 자신의 내비게이션 단말기를 실은 차량이 지구 표면 어느 곳에 있는지 계산하는 데 24개의 위성이 모두 필요한 것은 아닙니다. 이 가운데 3개 위성만 있으면 오차범위 30~100미터의 정확도로 현재 내 위치의 위도？경도？고도 등 3차원 좌표 값을 얻을 수 있습니다. 보통 지구상의 어느 시간에나 어느 위치에서든지 5~8개의 GPS 위성과 송수신이 가능하고, 한국 상공에서는 최대 12개 위성과 송수신이 가능하다고 합니다. 이 가운데 3개 위성만 사용하면 정확한 위치값을 알 수 있습니다. 3개를 선택하는 우선순위는 수신률이 좋은 순 입니다.
그렇다면 GPS수신기를 탑재한 차량이 터널 등 GPS 위성과 통신할 수 없는 곳에 있을 때에는 어떻게 위치값을 알아낼까요. 이럴 때는 추측항법장치인 DR(Dead Reckoning)시스템을 이용해 차량의 속도？각도？방향 등의 데이터를 측정하고 여기에 기존 GPS 위성과 통신을 통해 얻어진 평균 데이터값을 연관시켜 위치값을 찾아내게 됩니다.
이렇게 과학적으로 얻어진 3차원 좌표값은 내비게이션용으로 제작된 전자지도와 매칭 작업을 거쳐 내비게이션 LCD 화면상에 점？화살표？자동차 등의 모습으로 현 위치를 보여주게 되는 것입니다.
◇내비게이션용 전자지도는 어떻게 제작되나=내비게이션 전자지도는 빠른 길 탐색 등 경로안내의 정확성을 결정짓는 중요한 요소가 됩니다. 예를 들어 어느 한 교차로지점의 좌회전금지 정보 하나만 입력되어 있지 않더라도 수 킬로미터를 돌아가는 길을 안내할 수 있기 때문입니다.
전자지도를 제작하기 위해서는 우선 국토지리정보원에서 제작한 종이 원도와 수치지형도가 필요합니다. 이를 바탕으로 전자지도용 원도를 만들어야 하지만, 국토지리정보원은 5년 주기로 지도 데이터를 갱신하기 때문에 최신지도를 제공하기 위해서는 전자지도 제작업체가 직접 현장조사를 통해 일일이 변경하는 작업을 거쳐야 합니다. 전자지도 제작업체는 GPS수신기를 장착한 차량으로 매년 국내 40만km 이상의 현지 조사를 하면서 새로운 도로나 교차로를 비롯해 일방통행？차선수？회전정보？도로폭 등 상세 도로 정보와 맛집？테마파크？골프장？스키장？휴양지 등 부가정보까지 수집해 원도에 반영하게 됩니다.
이렇게 제작된 전자 원도는 1:5000 축척비율의 세부 2만8000개 조각지도로 구성됩니다. 이것의 용량이 수천 기가바이트(GB)에서 테라(Tera) 바이트이기 때문에 그대로 내비게이션에 사용할 수는 없습니다. 이 원도에서 핵심 지도 데이터만을 추출해 1차 전자지도로 압축하고, 이를 프로그래밍 언어가 이해할 수 있는 애플리케이션 형태로 변환시킵니다. 이후 실차 테스트 과정을 통해 발견된 오류를 수정, 최종 내비게이션용 전자지도를 완성시키게 됩니다.
오차범위 100m 내로 파악
"전방 100미터 앞에서 우회전입니다." 모르는 초행길에서도 목적지 방향을 척척 안내해주는 친절한 내비게이션 단말기가 최근 불티나게 팔리고 있다고 하는군요. 지난해 70만~80만대가 팔렸고, 올해는 100만대가 넘게 팔릴 것으로 예상된다고 하니 내비게이션 단말기가 본격적인 대중화 시기를 맞고 있습니다.
최근 나오는 휴대용 내비게이션 단말기들은 길안내 기능 외에도 MP3 음악과 영화, 간단한 게임 등 엔터테인먼트 기능에 지상파DMB 방송과 디지털오디오(DAB)까지 보고 들을 수 있는 것들도 있어 더욱 큰 인기를 끌고 있다고 합니다. 내비게이션 단말기는 도대체 어떤 원리로 내 차량의 위치와 가고자 하는 목적지를 정확하게 안내하는 것인지 알아보겠습니다.
◇내비게이션의 작동 원리=내비게이션의 원리를 설명하는 데 반드시 짚고 넘어가야 하고, 내비게이션에 없어서는 안되는 핵심 장치는 `위성위치추적시스템(GPS) 수신기'라는 것입니다. GPS의 원리를 이해하면 내비게이션 단말기가 어떻게 작동하는 것인지 거의 이해한 것이라고 볼 수 있을 정도입니다.
현재 지구 고도 2만200km 상공에는 위치 추적용으로 모두 24개의 인공위성들이 돌고 있습니다. 모두 6개의 궤도에 각각 4개의 GPS용 위성이 12시간을 주기로 지구 주위를 돌고 있는데, 이는 미국이 1970년대 말부터 군사적인 목적으로 쏘아 올린 것들입니다. 냉전시대를 지나 미국 정부가 지난 2000년 민간에 이 GPS위성 사용을 전면 개방하면서 세계 모든 지역에서 이용할 수 있게 되었답니다.
현재 자신의 내비게이션 단말기를 실은 차량이 지구 표면 어느 곳에 있는지 계산하는 데 24개의 위성이 모두 필요한 것은 아닙니다. 이 가운데 3개 위성만 있으면 오차범위 30~100미터의 정확도로 현재 내 위치의 위도？경도？고도 등 3차원 좌표 값을 얻을 수 있습니다. 보통 지구상의 어느 시간에나 어느 위치에서든지 5~8개의 GPS 위성과 송수신이 가능하고, 한국 상공에서는 최대 12개 위성과 송수신이 가능하다고 합니다. 이 가운데 3개 위성만 사용하면 정확한 위치값을 알 수 있습니다. 3개를 선택하는 우선순위는 수신률이 좋은 순 입니다.
그렇다면 GPS수신기를 탑재한 차량이 터널 등 GPS 위성과 통신할 수 없는 곳에 있을 때에는 어떻게 위치값을 알아낼까요. 이럴 때는 추측항법장치인 DR(Dead Reckoning)시스템을 이용해 차량의 속도？각도？방향 등의 데이터를 측정하고 여기에 기존 GPS 위성과 통신을 통해 얻어진 평균 데이터값을 연관시켜 위치값을 찾아내게 됩니다.
이렇게 과학적으로 얻어진 3차원 좌표값은 내비게이션용으로 제작된 전자지도와 매칭 작업을 거쳐 내비게이션 LCD 화면상에 점？화살표？자동차 등의 모습으로 현 위치를 보여주게 되는 것입니다.
◇내비게이션용 전자지도는 어떻게 제작되나=내비게이션 전자지도는 빠른 길 탐색 등 경로안내의 정확성을 결정짓는 중요한 요소가 됩니다. 예를 들어 어느 한 교차로지점의 좌회전금지 정보 하나만 입력되어 있지 않더라도 수 킬로미터를 돌아가는 길을 안내할 수 있기 때문입니다.
전자지도를 제작하기 위해서는 우선 국토지리정보원에서 제작한 종이 원도와 수치지형도가 필요합니다. 이를 바탕으로 전자지도용 원도를 만들어야 하지만, 국토지리정보원은 5년 주기로 지도 데이터를 갱신하기 때문에 최신지도를 제공하기 위해서는 전자지도 제작업체가 직접 현장조사를 통해 일일이 변경하는 작업을 거쳐야 합니다. 전자지도 제작업체는 GPS수신기를 장착한 차량으로 매년 국내 40만km 이상의 현지 조사를 하면서 새로운 도로나 교차로를 비롯해 일방통행？차선수？회전정보？도로폭 등 상세 도로 정보와 맛집？테마파크？골프장？스키장？휴양지 등 부가정보까지 수집해 원도에 반영하게 됩니다.
이렇게 제작된 전자 원도는 1:5000 축척비율의 세부 2만8000개 조각지도로 구성됩니다. 이것의 용량이 수천 기가바이트(GB)에서 테라(Tera) 바이트이기 때문에 그대로 내비게이션에 사용할 수는 없습니다. 이 원도에서 핵심 지도 데이터만을 추출해 1차 전자지도로 압축하고, 이를 프로그래밍 언어가 이해할 수 있는 애플리케이션 형태로 변환시킵니다. 이후 실차 테스트 과정을 통해 발견된 오류를 수정, 최종 내비게이션용 전자지도를 완성시키게 됩니다.
