안녕하세요, 드론 데이터 솔루션 엔젤스윙입니다. 지난 포스트에서는 드론으로 촬영한 2차원 이미지가 3차원으로 가공되는 원리에 대해 살펴보았는데요, 이번에는 ‘드론’ 데이터의 정확도를 높일 수 있는 다양한 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.
드론 매핑에 관심이 있는 사람이라면 PPK, RTK, GCP에 대해서 한 번쯤은 들어 보셨을 겁니다. 각각의 개념과 장단점은 무엇이며, 우리는 어떤 방식을 채택해야 하는 걸까요?
1. GCP(Ground Control Points, 지상기준점)의 개념
지상기준점(GCP)란, 일반적으로 정해진 좌표를 가진 지표면 위의 인공 또는 자연 점을 의미합니다. GCP를 기준점으로 삼아, 드론으로 촬영된 영상의 위치값을 실제 위치값과 일치시킬 경우, cm급으로 ‘매우 정밀한’ 결과물을 얻을 수 있습니다.
인공 또는 자연물이 GCP로 사용되기 위한 조건은 다음과 같습니다.
- 명확한 지점을 파악할 수 있는 화소의 위치
- 촬영시기와 상관없이 파악이 가능한 지점
- 시간의 변화에 따라 변하지 않는 지점
일반적으로 매핑 영역 내에 잘 알려진 장소 혹은 명확하게 식별 가능한 개체가 있을 경우, 해당 장소나 개체의 한 지점을 GCP로 활용할 수 있습니다. 주로 맨홀이나 아스팔트 위 횡단보도 표시, 인도 위 점자블록 등이 여기에 해당하지요. 그러나 많은 경우에 우리는 적절한 GCP를 찾지 못합니다. 특히 토목공사 단계에서는 전체 현장에 흙으로 덮여있고, 현장이 시시각각 변하기 때문에 기준점을 설정하기가 쉽지 않죠. 이럴 경우, 우리는 GCP를 별도로 설치 또는 표기해야 합니다. 그리고 바로 여기서 GCP가 가지는 가장 큰 단점을 발견할 수 있지요.
GCP를 별도로 설치하는 일은 상당한 시간이 소요되는 번거로운 작업입니다. 특히 현장의 규모가 크거나 경사가 심하고 접근이 어려운 지역일수록 더 많은 인력과 시간 투자가 요구됩니다. 또한 젖은 표면과 긴 수풀이 있는 지역 등에는 설치할 수 없기 때문에, 작업이 상당히 까다롭습니다. 적절한 지역을 찾아다니며 설치하다 보니 몇 배로 많은 시간이 소요되는 상황이지요.
결국, 드론을 운용하는 데 드는 시간과 비용대비 GCP를 설치하는 작업의 시간과 비용이 상당히 높은 비중을 차지하게 됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 훨씬 더 편리하고 빠르게 위치 값을 보정할 기술이 개발되었고, 그것이 바로 ‘GPS 보정기술’입니다.
2. GPS 보정기술(GPS Correction Technology)의 이해
GPS 보정기술은 GPS 수신기를 사용하여 정확하고 정밀한 위치 정보를 생산하고, 이를 통해 데이터 품질을 높이는 기술입니다. 수년간 GPS 보정을 위한 다양한 도구가 사용되어 왔으며, 최근에 들어서는 드론 내에 GPS 보정 기능이 탑재되어 사진측량에 활용되고 있습니다.
궁극적으로는 GCP와 GPS 보정기술 모두 정확한 위치데이터를 생산하는 수단입니다. 하지만, GPS 보정기술은 GCP 설치 없이도 정확한 위치정보를 생성하기 때문에, 시간과 비용 측면에서 훨씬 효율적입니다. 또한 GCP 설치 과정에서 발생하는 휴먼에러를 줄일 수도 있습니다.
GPS 보정기술의 대표적인 기술은 ‘RTK(Real Time Kinematic)’와 ‘PPK(Post Processing Kinematic)’입니다. 드론 산업 내에서는 RTK와 PPK 중 어떤 방식이 더 나은가에 대한 논쟁이 끊이지 않고 있는데요, 과연 각각의 처리방식이 어떤 장단점을 가지고 있는지 살펴보도록 하겠습니다.
RTK(Real Time Kinematic)와 PPK(Post Processed Kinematic)의 비교
RTK는 드론이 현장 사진을 촬영할 때, 실시간으로 위치정보를 보정하는 기술입니다. ‘고정 기지국(Base Station)’과 ‘RTK 전용 드론’이 실시간으로 통신을 하고, 데이터를 보정합니다. 고정 기지국이 취득한 연속되는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 로그와 드론이 취득한 GNSS 로그를 매칭시키는 작업을 통해, 실시간으로 두 데이터 사이의 오차를 줄이는 것이 RTK의 핵심입니다.
그러나 RTK는 ‘실시간 통신’을 기반으로 이루어지는 기술이기 때문에, 각 기기의 통신상태가 좋지 않을 경우 실시간 데이터 수집이 불가능하다는 단점이 존재합니다. 물론 연결이 끊어질 경우 RTK가 독립형 모드로 전환되거나 플로트 데이터를 생성하지만, 이때 생성된 데이터는 정확도가 크게 떨어지는 문제가 있지요. 특히, 건물, 나무, 산과 같은 거대한 구조물이 신호 교환을 방해할 수 있기 때문에, RTK방식은 모든 조사지역에서 효과적이지는 않습니다.
반면 PPK는 드론으로 촬영한 데이터를 PC로 가져온 뒤, 후처리를 통해 위치정보를 보정하는 기술입니다. PPK방식은 고정 기지국과 드론이 각각 GNSS 로그를 기록합니다. 드론이 기록한 위치정보는 다소 부정확하지만, 고정 기지국의 정보는 매우 높은 정밀도를 가지기 때문에, 후에 두 데이터의 타임스탬프를 기반으로 위치정보를 보정합니다. 즉, 두 개의 데이터 집합을 비교하는 작업은 RTK와 PPK 모두 동일하지만, PPK 방식은 데이터를 독립적으로 수집하기 때문에, 통신상태에 크게 영향을 받지 않습니다.
그렇다면 PPK 방식이 RTK 방식보다 우월할까요? 그렇지 않습니다. PPK 방식이 RTK방식 보다 GPS보정 신호에 있어 제약이 작기는 하지만, 그 처리공정이 결코 쉽지 않지요. PPK는 각각의 수신기에 축적된 RAW 데이터를 다운받아, 이를 RTK 알고리즘으로 처리하는 것이기 때문에 RTK 기기만 사용하는 것보다 훨씬 더 번거로운 방식이라고 할 수 있습니다.
RTK와 PPK, 어떤 방식을 선택해야 하는가?
둘 중 어떤 방식을 선택할 것인가는 각자가 처한 상황과 니즈에 따라 달라질 것입니다. 하지만, 국내 건설산업에 초점을 맞추어본다면, RTK가 가장 적절한 방법이라고 답할 수 있을지도 모르지요.
그 이유는 첫째로, 한국에는 RTK방식의 거리 의존 오차를 보정하고, 광범위한 지역에서도 정밀한 위치를 측정할 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문입니다. 통신망이 상당히 발달한 한국에서는 NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol, 인터넷기반보정정보시스템) 신호가 전국에서 잡히기 때문에 고정 기지국의 역할을 수행할 가상의 기준점을 만들고, 인터넷을 통해 이를 보정할 수 있습니다.
이 방식은 네트워크 RTK 혹은 VRS 측량이라고 불리며, 기존의 RTK방식이 기지국에 1대, 이동국에 1대 총 2대의 수신기를 필요로 했던 것에 비해, 국내에 24시간 가동 중인 국토지리정보원에서 운영하는 상시관측소의 데이터를 사용함으로써 1대의 수신기와 블루투스 통신이 가능한 1대의 휴대전화로 GPS 측량이 가능합니다. 따라서 정확도 향상과 더불어 비용에 대한 부담 또한 줄어드는 것이 장점이지요.
두번째로, 건설사의 수많은 현장에 드론 솔루션 확산을 위해서는 ‘누구나 쉽게 사용할 수 있는’ 기기와 플랫폼이 필요합니다. 드론 운용이 어려우면, 수많은 업무가 혼재되어있는 현장에서는 그저 골칫덩어리로 여겨지기 일쑤지요. 실제로 많은 건설사들이 고가의 드론를 구매하고도 운용이 어려워 창고에 그대로 보관해두거나, 사진을 1~2회 촬영한 후에 별다른 가치를 뽑아내지 못하고 있습니다. 따라서 별도로 후처리를 해야하는 PPK와는 달리, 드론이 비행 중에 실시간으로 위치 데이터를 보정하는 RTK방식이 직접 드론을 운용해야하는 현장의 입장에서는 훨씬 편리한 방법이라고 할 수 있습니다.
이같은 이유로, 국내 건설산업에서는 RTK 방식, 구체적으로는 네트워크 RTK 방식을 도입하는 것이 합리적인 대안인 것으로 보입니다.
GCP vs. RTK/PPK?
그렇다면 RTK/PPK 방식은 GCP를 완전히 대체하는 기술일까요? 아직까지 이 기술들은 대체재라기보다는 보완재에 가깝습니다. 실제로 측량전문가들은 실제 지면 데이터를 대체할 수 있는 것은 없다고 말합니다. 그들은 매우 정교한 알고리즘을 가진 기술일지라도, 실제 데이터만큼 높은 신뢰도를 가질 수 없기 때문에, 앞으로도 RTK, PPK 등의 기술이 GCP와 병행해서 사용되어야 할 것이라는 입장을 보여주고 있습니다.
측량 조사 시 RTK/PPK기법이 적용될 경우, GCP가 1~2개 정도 있다면 보다 정확한 매핑 결과물을 생성할 수 있습니다. 이전에는 최소 5개의 GCP를 필요로 했지만, 현재는 1~2개만으로 정확한 매핑이 가능할 정도로 기술이 발전한 것이지요. GCP를 설치하기 위해 걸어 다녀야 했던 무수한 시간들과 노력이 RTK와 PPK 기술의 등장으로 크게 줄어든 것입니다. 앞서 언급했던 RTK 드론의 오차범위는 GCP와 병행 사용시 4.8cm까지 줄어들어, 상당히 정밀한 결과물을 도출하기도 합니다.
이같은 우수함에도 불구하고, 아직까지는 RTK 나 PPK 전용 드론의 높은 가격이 확산의 장애물로 작용하고 있습니다. 그러나 가까운 미래에 기술 성숙도가 높아진다면, 측량담당자들이 RTK/PPK 드론을 도입하는 것이 훨씬 합리적인 의사결정이라는 것을 인지하게 되지 않을까요? 하루빨리 그 시점에 도달할 수 있도록, 엔젤스윙도 드론 기술을 알리고 우수한 플랫폼을 만드는 데 최선을 다하겠습니다.
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