7.22 GPS의 활용

1. GPS란?

1973년 미 국방부에서 인공위성을 이용한 전 지구 위치파악 시스템을 개발하기 시작하였는데 이를 GPS(Global Positioning System)라 한다. 이 시스템은 지상에서 수신기를 통해 여러 인공 위성으로부터 전파신호를 수신하여 각 위성까지의 거리를 측정함으로써 현 위치를 정확하게 파악할 수 있는 전파 측위 시스템이다.
지상 송신국을 기반으로 한 종전의 전파 측위 시스템은 여러 가지 제약이 많은 반면, 인공위성을 기반으로 한 GPS는 세계 어디에서나 시간과 기후에 구애를 받지 않고 실시간으로 위치파악이 가능하다.

GPS는 원래 군사적인 목적으로 개발되었으나 1983년 9월 16일, 구 소련의 시베리아 상공에서 있었던 대한항공 KAL007기 격추사건 이후 국제민간항공기구(ICAO)에서 민항기의 항로 이탈을 방지하기 위해 GPS의 민간 이용을 미국 정부에 강력히 요청한 결과 민간에서도 GPS를 무료로 이용하게 되었다.

그러나 미국 정부에서 보안을 목적으로 민간에 개방된 위성신호에는 고의로 위치오차가 100m 정도 발생하도록 하는 고의 오차 기능(SA, Selective Availability)을 사용하였다. 이러한 고의 오차 기능이 2000년 5월 1일에 해제됨에 따라 민간에서도 GPS를 통하여 5~30m 정도의 위치오차로 자신의 위치를 파악할 수 있게 되었고, 그에 따라 GPS에 관련된 장비의 수요가 폭발적으로 증가하게 되었다.

GPS는 6개의우주 궤도에 인공위성을 각각 4개씩 배치하여 총 24개의 위성들로 이루어져 있으며, 이 위성들이 20,200km의 고도에서 지구를 하루에 두 번 공전하게 함으로써 지구 어디에서든 항상 동시에 5개에서 8개까지의 위성으로부터 신호를 받을 수 있게 하였다.

GPS 위성들로부터 신호를 수신하여 위치를 계산하는 장비를 GPS 수신기(GPS Receiver)라 하는데 이를 통해 자신의 평면상 위치(좌표값)를 알기 위해서는 최소한 3개의 인공위성으로부터 동시에 신호를 받아야 하고, 평면상의 위치와 함께 고도값을 알기 위해서는 최소한 4개의 인공 위성으로부터 동시에 신호를 받아야 한다.

그리고 GPS 수신기는 가급적 동시에 많은 위성으로부터 신호를 수신해야 보다 정확한 위치를 계산할 수 있다.
GPS 수신기는 마치 라디오처럼 위성신호를 일방적으로 수신(One-Way System)만 할 뿐 신호를 위성으로 송신할 수 있는 것이 아니므로 아무리 많은 사용자들이 한꺼번에 GPS를 이용한다 하더라도 GPS의 운용에는 지장을 주지는 않는다.

인공위성의 전력은 태양 전지판을 통해 얻어야 하므로 위성신호를 송신하는 출력도 백열 전구의 전력(60W)보다 약한 26.61W 정도밖에 되지 않으며, 위성신호를 보다 넓은 지역에 송신할 목적으로 인공위성의 공전궤도가 상당히 높게 설계되었기 때문에 지상의 GPS 수신기에 감지되는 위성신호는 아주 미약하다.

그러므로 실내에서는 GPS 수신기가 위성신호를 감지하지 못하여 위치파악을 하지 못하며, 심지어 하늘이 넓게 보이지 않는 깊은 계곡, 빌딩이 많은 도심, 숲이 우거진 지역에서도 위성신호를 감지하기 어려워 위치오차가 상당히 커지거나 위치파악이 어려울 수 있다.



2. GPS의 기능

GPS는 용도에 따라서 여러가지 종류가 시판되고 있다. 보통 등산용으로는 소형 GPS가 사용되며, 종류에 따라 기능이 조금씩 차이가 있지만, 아래와 같은 기능들을 갖추고 있다.

위치표시기능
GPS의 가장 핵심기능으로 0.1초~1초간격으로 위성과 교신하며 경위도법의 지리좌표인 경도와 위도를 0.1"(초)단위로 알려준다. 1"(초)는 약 25m의 거리이므로 이론적인 오차는 2.5m정도인 것이다. 그러나 1:25,000지형도에서 1mm는 실제거리 25m인것을 감안한다면 실제사용 오차는 약 25m가 된다.

이동루트 표시기능
GPS의 내장된 지도를 이용하거나 또는 필요한 지역의 지도를 컴퓨터로 부터 다운로드받아 지도상의 이동루트를 화면에 표시해 준다. GPS의 화면은 1200km에서 최대 120~30m까지 확대(Z00m-in)또는 축소(Zoom-out)할 수 있으므로 보행의 궤적까지도 나타내 준다.
또한 지도를 이용하지 않고 사용자가 목적한 루트의 좌표를 500개까지 사용할 수 있는 포인트로 미리 입력하여 실제 운행시 계획한 루트와의 일치여부를 확인해 갈 수 있다.

고도표시 기능
GPS는 10m단위로 고도를 포시해 주는데, 사용되는 높이의 기준은 등중력면이다. 이것은 각나라마다 사용하는 해발기준과 다소 차이가 있는데, 우리나라 지형도에 표시된 고도는 해발높이이므로 이것과는 수미터차이를 보일 수 있다.

방향표시기능
방향표시는 전자나침반기능이 포함된 것과 그렇치 않은 것의 기능차이가 있는데, 전자나침반이 포함된 GPS는 매순간 GPS가 놓이는 방향의 방위각을 표시해 준다. 전자나침반 기능이 없는 GPS는 매순간의 방위각을 측정할 수 없고, 진행하고 있는 방향의 방위각을 알려 주기 때문에 약 1분이상 진행을 계속해야 그 진행방향의 방위각을 알 수 있다. 방위각의 기준은 진북, 자북, 도북을 모두 사용할 수 있다.

기타 기능
현재 이동속도, 최대속도, 평균속도, 이동거리, 남은 거리, 일출/일몰시간, 정확한 표준시간

3. GPS의 활용

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코오롱등산학교 원종민(caac)