사례 연구 백팩 기반 측량 GIS를 위한 SBG RTK INS/GNSS

엄숙한 임무를 위해 디지털화된 미국 군사 묘지

“우리는 컴팩트하고 저전력 소비 장치에 패키지된 올인원 GNSS 및 관성 솔루션 때문에 Ellipse-D를 선택했습니다.” | Matthew R. Staley, 미 육군 지리 공간 센터의 군사 엔지니어링 및 측량 지원 과학자

국방지리공간INS
배낭 매핑

육군 지리 공간 센터(AGC)는 미국 군인 묘지 방문객이 사랑하는 사람을 찾는 데 도움이 되는 혁신을 적용했습니다.

기존 GPS 매핑 방법과 3D 매핑 디지털화가 통합되어 이 프로젝트의 수집 부분을 위해 특별히 제작된 백팩에 장착되었습니다.

수집된 데이터의 프런트 엔드 역할을 하는 웹 인터페이스는 방문객이 친척을 찾고 GIS 데이터베이스에 저장된 증폭된 정보에 액세스할 수 있는 간단한 인터페이스를 제공합니다.

미국 국립묘지에서 특정 묘비를 찾는 것은 종종 관리자들이 광범위하고 시간이 많이 소요되는 기록 검토를 필요로 합니다.

방문객들이 사랑하는 사람들을 쉽게 찾을 수 있도록 돕기 위해 육군 지리 공간 센터(AGC)는 알링턴 국립묘지(ANC)와 협력하여 Corozal(파나마) 및 Normandy(프랑스) 묘지를 포함하는 시범 프로젝트를 완료했으며, 이 묘지들을 합치면 15,000개 이상의 묘지가 있습니다.

이 대규모 프로젝트는 전통적인 매핑 방법과 현대 기술을 결합하여 두 묘지의 가상 모델을 만듭니다.

이 모델에는 기본 지형과 각 묘비 또는 기념물의 GPS 좌표뿐만 아니라 도로, 보도, 나무, 연석, 도랑, 기념물 및 기타 많은 인공 구조물이 포함되며 예상 정확도는 10cm(3.9인치)입니다.

식별을 돕기 위해 각 묘비의 앞면과 뒷면을 지리적으로 위치시킨 사진으로 수집 솔루션을 완성했습니다.

수집된 데이터는 ENFIRE 노트북에서 처리 및 통합되었습니다. 이러한 혁신 덕분에 방문객은 묘지 데이터에 액세스하고, 사랑하는 사람을 검색하거나, ANC Explorer 프로그램을 실행하는 시설의 키오스크를 사용하여 역사적으로 중요한 묘지를 찾을 수 있습니다.

가상 방문객은 가정용 컴퓨터나 모바일 장치에서 프로그램을 사용하여 동일한 기능을 사용할 수 있습니다.

미국 육군 지리공간 센터의 군사 공학 및 측량 지원 과학자인 Matthew R. Staley는 묘지를 최대한 상세하게 전체적으로 매핑하기 위해 백팩 기반 모바일 매핑 솔루션을 개발했습니다.

이 장비의 사용은 데이터 수집 시간을 단축하고 관리하기 쉬운 형식으로 데이터를 제공함으로써 비용을 최소화합니다. 이는 미군 측량 서비스에서 사용하는 ENFIRE 및 GPS-S라는 도구를 활용합니다.

“저는 Velodyne의 LiDAR와 SBG Systems의 임베디드 RTK GPS가 탑재된 Ellipse-D 관성 항법 시스템(INS)을 결합했습니다.”라고 Matthew R. Staley는 설명합니다.

그는 Ellipse-D의 올인원 GNSS 및 관성 솔루션이 소형 저전력 장치에 통합되어 있다는 점 때문에 Ellipse-D를 선택했습니다.

INS/GNSS는 모션 보상 및 포인트 클라우드 지리 참조 기능을 제공합니다. 또한, 최대 정확도를 위해 묘지에 RTK 기지국이 설치되었습니다. 더불어, Hypack 소프트웨어는 생성된 포인트 클라우드를 효율적으로 관리했습니다.

위치의 철 함량에 영향을 받는 자력계 보정이 과제 중 하나였습니다. 자기 편각은 위치에 따라 달라지므로, 미국에서 프랑스로 백팩을 운송하면서 자기 편각이 변경되었습니다.

미국 해양대기청(NOAA)은 5년마다 지구 자기장의 전역 지도를 업데이트합니다.

이 지도는 특정 위치와 날짜가 주어지면 해당 장소의 자기 편각을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

SBG Systems는 이 지도를 자사의 관성 항법 시스템에 내장하여, 자력계를 사용하는 동안 자동 진북 방위를 제공합니다.

또 다른 문제는 위성 수신에 큰 영향을 미치는 특정 나무 유형에 근접하여 측량하는 것이었습니다. Staley 씨는 이 문제를 보완하기 위해 데이터 수집 절차를 수정했으며 수신 효과에 대한 식생을 더욱 완화할 수 있는 방법을 계속 연구하고 있습니다.

또한 더 나은 정확도(전체적으로 +/- 5cm)를 얻기 위해 LiDAR 범위를 줄이는 것이 요 아티팩트를 완화하는 방법으로 조사될 것입니다.

“곧 SBG의 Qinertia 후처리 소프트웨어를 테스트할 것입니다. 모든 조건에서 강력한 정확도를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 미 육군 엔지니어는 덧붙입니다.

배낭 매핑 결과
배낭 매핑 결과. | 출처: 미 육군 지리 공간 센터

Qinertia와 같은 PPK(Post Processing Kinematic) 소프트웨어는 오프라인 RTK 보정에 접근할 수 있게 하며, Forward-Backward-Merge라는 계산을 사용하여 원시 GNSS 관측치와 관성 데이터를 후처리함으로써 관성 항법 시스템의 성능을 향상시킵니다.

최근 출시된 Qinertia 소프트웨어는 직관적이고 사용하기 쉽게 설계되었으며, 시장에서 가장 빠른 후처리 소프트웨어로 독립적으로 평가받았습니다.

주요 임무는 알링턴 국립묘지의 운영 및 관리에 ENFIRE, GPS-S 및 LiDAR 툴셋이 적용될 수 있는지 확인하고, 매장 관련 데이터를 수집하는 것이었습니다.

그들은 수집된 LiDAR 데이터를 사용하여 부지를 감사하고, 기록을 업데이트하며, 건설을 평가할 수 있는 능력을 확인했습니다.
또한, 그들은 비즈니스 프로세스의 효율성을 향상시키는 전략적 계획을 개발했습니다.

파일럿 단계가 완료됨에 따라, 육군 지리공간 센터는 알링턴 국립묘지 및 미국 전투 기념물 위원회와 긴밀히 협력하여 조사 결과를 평가하고 향후 개선 및 혁신을 위한 전략을 결정하고 있습니다.

초기 결과는 이전 노력에 비해 비용이 최소화되었음을 입증했습니다. 또한, 여러 커뮤니티는 탁월한 전반적인 투자 수익률을 달성했습니다.

군용 배낭 매핑
군용 배낭 매핑 미국 군용
0. 2 °
듀얼 안테나 RTK GNSS를 사용한 방위
0.0 5 °
롤 및 피치 (RTK)
1 cm
RTK GNSS 위치
65 g
INS 무게

Ellipse-D

Ellipse-D는 듀얼 안테나 및 듀얼 주파수 RTK GNSS를 통합한 관성 항법 시스템으로, 당사의 후처리 소프트웨어 Qinertia와 호환됩니다.

로봇 및 지리공간 애플리케이션용으로 설계되었으며, 주행 거리계(Odometer) 입력을 Pulse 또는 CAN OBDII와 융합하여 향상된 추측 항법 정확도를 제공할 수 있습니다.

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Ellipse D INS 유닛 Ckeckmedia

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FAQ 섹션에 오신 것을 환영합니다! 여기에서는 SBG Systems에서 소개하는 애플리케이션에 대한 가장 일반적인 질문에 대한 답변을 찾을 수 있습니다. 찾고 있는 내용이 없으면 언제든지 직접 문의하십시오!

INS는 외부 보조 센서로부터 입력을 받습니까?

당사의 관성 항법 장치(INS)는 공기 데이터 센서, 자력계, 주행 거리계, DVL 등과 같은 외부 지원 센서의 입력을 허용합니다.

이러한 통합은 INS를 매우 다재다능하고 신뢰할 수 있게 만들며, 특히 GNSS 사용이 어려운 환경에서 더욱 그렇습니다.

이러한 외부 센서는 보완적인 데이터를 제공함으로써 INS의 전반적인 성능과 정확성을 향상시킵니다.

AHRS와 INS의 차이점은 무엇입니까?

자세 및 방위 기준 시스템(AHRS)과 관성 항법 시스템(INS)의 주요 차이점은 기능과 제공하는 데이터의 범위에 있습니다.

 

AHRS는 차량 또는 장치의 자세(피치, 롤) 및 헤딩(요)과 같은 방향 정보를 제공합니다. 일반적으로 자이로스코프, 가속도계 및 자력계를 포함한 센서 조합을 사용하여 방향을 계산하고 안정화합니다. AHRS는 3축(피치, 롤, 요)으로 각도 위치를 출력하여 시스템이 공간에서 방향을 이해할 수 있도록 합니다. 항공, UAV, 로봇 공학 및 해양 시스템에서 정확한 자세 및 헤딩 데이터를 제공하는 데 자주 사용되며, 이는 차량 제어 및 안정화에 매우 중요합니다.

 

INS는 AHRS와 같은 방향 데이터뿐만 아니라 시간 경과에 따른 차량의 위치, 속도 및 가속도도 추적합니다. GNSS와 같은 외부 참조에 의존하지 않고 관성 센서를 사용하여 3D 공간에서의 움직임을 추정합니다. AHRS에 있는 센서(자이로스코프, 가속도계)를 결합하지만, 위치 및 속도 추적을 위한 더 고급 알고리즘을 포함할 수도 있으며, 종종 GNSS와 같은 외부 데이터와 통합하여 정확도를 향상시킵니다.

 

요약하자면, AHRS는 자세(태도 및 방위)에 중점을 두는 반면, INS는 위치, 속도 및 자세를 포함한 완전한 항법 데이터를 제공합니다.

IMU와 INS의 차이점은 무엇입니까?

관성 측정 장치(IMU)와 관성 항법 시스템(INS)의 차이는 기능과 복잡성에 있습니다.
IMU(관성 측정 장치)는 가속도계와 자이로스코프를 통해 측정된 차량의 선형 가속도 및 각속도에 대한 원시 데이터를 제공합니다. 이는 롤, 피치, 요 및 움직임에 대한 정보를 제공하지만, 위치나 항법 데이터는 계산하지 않습니다. IMU는 외부 처리 과정을 통해 위치나 속도를 결정하기 위한 움직임 및 방향에 대한 필수 데이터를 전달하도록 특별히 설계되었습니다.
반면, INS(관성 항법 시스템)는 IMU 데이터와 고급 알고리즘을 결합하여 시간에 따른 차량의 위치, 속도 및 자세를 계산합니다. 센서 융합 및 통합을 위해 칼만 필터링과 같은 항법 알고리즘을 통합합니다. INS는 위치, 속도 및 자세를 포함한 실시간 항법 데이터를 제공하며, GNSS와 같은 외부 위치 확인 시스템에 의존하지 않습니다.
이 항법 시스템은 포괄적인 항법 솔루션이 필요한 애플리케이션, 특히 군용 UAV, 선박 및 잠수함과 같이 GNSS 사용이 제한된 환경에서 주로 활용됩니다.

GNSS 대 GPS란 무엇입니까?

GNSS는 Global Navigation Satellite System을 의미하며, GPS는 Global Positioning System을 의미합니다. 이 용어들은 종종 상호 교환적으로 사용되지만, 위성 기반 항법 시스템 내에서 서로 다른 개념을 나타냅니다.

GNSS는 모든 위성 항법 시스템을 통칭하는 용어인 반면, GPS는 특히 미국의 시스템을 지칭합니다. GNSS는 더 포괄적인 전 세계적 커버리지를 제공하는 여러 시스템을 포함하며, GPS는 그러한 시스템 중 하나일 뿐입니다.

여러 시스템의 데이터를 통합하여 GNSS로 정확도와 신뢰성을 향상시킬 수 있지만, GPS만으로는 위성 가용성 및 환경 조건에 따라 제한이 있을 수 있습니다.