[보안뉴스]인터넷 없어도 ‘센티미터(㎝)’까지 위치 확인 가능해진다

내용 요약

국토지리정보원은 2025년 10월부터 G‑VRS(Gridded‑VRS, 격자형 측위보정정보 서비스) 를 시범 운영한다. 이 서비스는 단방향(GSM‑기반 방송 등)으로 GNSS 위성의 위치오차를 보정해 주는 격자형 보정 데이터를 배포하며, 인터넷 접속이 불가능한 현장에서도 고정밀 측위를 가능케 한다.

핵심 포인트

• G‑VRS는 격자형 보정 데이터를 무선으로 배포해 사용자가 별도의 두‑방향 통신 없이도 정확한 위치를 얻을 수 있도록 한다.
• 보정 데이터는 지상 기준국이 수집한 GNSS 오차를 격자(그리드) 형태로 보간해 만든 ‘보정 그리드’이며, 다중 GNSS(위성군) 를 동시에 지원한다.
• 서비스는 단방향 보정 정보 전송이므로 네트워크 인프라가 부족한 지역에서도 배치 가능하고, 보안과 전송 효율이 뛰어나다.

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기술 세부 내용

1️⃣ G‑VRS (Gridded‑VRS) – 격자형 측위보정정보 서비스

• 정의
  G‑VRS는 “Gridded‑VRS”라는 약어로, 위성 기반 위치정보를 보정해 주는 격자형 보정 데이터를 단방향으로 배포하는 시스템이다.
• 핵심 구성 요소
  1. 지상 기준국(Reference Stations) – GNSS 위성에서 수신되는 신호를 고정밀 측정하고, 위치오차(위성 위상, 대기 지연 등)를 실시간으로 계산.
  2. 보정 데이터 처리 서버 – 기준국에서 수집한 오차를 그리드 보간(Gridded Interpolation) 과정을 거쳐 격자형 데이터셋(보정 값 매트릭스)으로 변환.
  3. 무선 전송 매체 – 주로 위성(L‑밴드 등) 혹은 무선 주파수(Radio‑FM, UHF, VHF 등) 로 단방향으로 보정 데이터를 전송.
  4. 클라이언트 기기(수신기, 모바일, IoT 장치 등) – 수신된 보정 데이터를 GNSS 수신기와 결합해 보정된 좌표를 산출.
• 운영 흐름
  1. 측정 단계 – 지상 기준국은 매 30 초(또는 필요에 따라 더 자주) GNSS 위성으로부터 신호를 수집.
  2. 오차 계산 – 수신된 신호와 기준값(정확한 위치, 시각)을 비교해 위성 위상오차(Phase Bias), 대기 지연(TEC), 멀티패스(Multipath) 등을 계산.
  3. 그리드 보간 – 여러 기준국에서 수집한 오차값을 지리적 격자(예: 1 km × 1 km) 로 보간. 보간 알고리즘은 Kriging 혹은 Inverse Distance Weighting (IDW) 과 같은 통계적 기법을 활용.
  4. 전송 패키징 – 보정 값을 데이터 압축(CFITS, JPEG‑2000 등) 후, 위성 채널에 포스트.
  5. 수신 및 적용 – 사용자 기기에서 보정 데이터를 수신하고, GNSS 수신기에 보정 코드(UBLOX, QZSS 등) 로 적용해 수정된 위치를 표시.
• 주요 특징
  • 단방향: 사용자는 전송 서버와 직접 통신하지 않아도 되므로 비용 절감 및 보안성 향상.
  • 격자형: 보정값이 지리적 격자에 저장되므로 빠른 접근이 가능하며, 다중 GNSS(GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou)에서도 동일한 그리드에 보정 적용.
  • 오프라인: 전송 채널이 무선이므로 인터넷 접속이 없어도 데이터 수신 가능.
  • 실시간성: 보정 데이터는 5~10 분 주기로 갱신되어 실시간 근접성 보장.

2️⃣ 격자형 보정 데이터 (Gridded Correction Data) – 그리드 기반 보정 구조

• 구성
  1. 격자 지점(Grid Nodes) – 지리적 좌표(위도·경도)와 보정값(ΔX, ΔY, ΔZ) 을 저장.
  2. 메타데이터 – 생성 시간, 적용 주기, 수신 위성 종류, 보정 정확도 등.
• 보간 알고리즘
  • Kriging: 공분산 함수를 기반으로 가장 정확한 보간을 제공하며, 특히 지리적 패턴이 뚜렷한 경우에 효과적.
  • Inverse Distance Weighting (IDW): 거리 가중 평균을 사용해 계산이 간단하며, 빠른 실시간 처리가 필요할 때 적합.
• 압축 및 전송 포맷
  • Binary File: 보정값을 32‑비트 float 또는 16‑비트 int 로 압축.
  • 포맷 예시:
    

    Header
    ├─ GridResolution (km)
    ├─ NumberOfNodes
    ├─ MetaData
    └─ DataArray[ΔX, ΔY, ΔZ] (Nx, Ny)
    

• 보정 적용
  1. 사용자 위치(위도·경도) → 가장 가까운 4개의 격자 지점(좌우·상하) 찾기.
  2. 보간: ΔX = Σ w_i * ΔX_i (i=1..4, w_i = 가중치).
  3. GNSS 수신기에 보정값 전달 → 위치오차가 보정된 최종 좌표 산출.
• 장점
  • 저용량 전송: 격자형 데이터는 집계되어 전송량이 크게 줄어듬.
  • 모듈식: 보정 데이터는 위성군별 또는 위성 시스템별로 분리 가능해 다중 GNSS 보정에 유리.
  • 확장성: 격자 해상도(예: 1 km → 100 m)를 조절해 정밀도와 데이터 크기를 균형 있게 조정.

3️⃣ 단방향 보정 전송 (Unidirectional Broadcast) – 데이터 전송 아키텍처

• 전송 채널
  • 위성(L‑band, 1.6 GHz 등): GNSS 위성과 같은 주파수를 사용해 배출 가능.
  • 무선 주파수(UHF, VHF, 450 MHz 등): 국내 방송 체계(FM, TV 등)를 활용해 보정 데이터 배포.
• 프로토콜
  • NMEA 0183: 기존 GNSS 수신기와 호환되는 텍스트 포맷.
  • CBOR/UBX: 이진 포맷으로 압축률이 높고, 실시간 파싱이 용이.
• 전송 주기
  • 동적 주기: 기상 조건, 위성 수신 환경에 따라 1분~10분 사이에서 조정.
  • 긴급 업데이트: 특정 지역에 장애가 발생하면 즉시 재전송(PPS, Pulse Per Second).
• 보안
  • 데이터 무결성: SHA‑256 해시 삽입으로 수신 중 손상 여부 검출.
  • 접근 제어: 특정 기기만 해시키를 사용해 보정 데이터 사용 가능.
  • 암호화: AES‑256로 전송 데이터 암호화(단방향이라도 무단 복제 방지).
• 장점
  • 네트워크 독립: 인터넷 접속이 필요 없으므로 산업 현장, 군사 장비, 재난 지역 등에서도 활용 가능.
  • 낮은 지연: 무선 전송이므로 수신 시 바로 적용 가능, 실시간 근접성 유지.
  • 저전력: 수신기에서는 간단한 수신만으로 보정 적용 가능해 배터리 수명 연장.

4️⃣ 보정 알고리즘과 정확도 향상

• 다중 위성 보정
  • GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou 등 다중 GNSS에서 동시에 수신된 위성 신호를 통합 보정.
  • 각 위성군별로 다른 대기 지연 모델을 적용해 오차 분산 최소화.
• 대기 모델 통합
  • Ionosphere: TEC(전기 운반성) 모델(IGS, CODE 등)과 GNSS 데이터를 결합해 위상 지연 보정.
  • Troposphere: Saastamoinen 또는 Hopfield 모델과 기상 데이터를 결합해 지상 지연 보정.
• 멀티패스(멀티패스) 보정
  • 지상 반사 신호가 주는 오차를 기준국에서 측정해 보정 데이터에 포함.
  • 베타-라벨링 방식을 사용해 위성 고도와 수신기 반사 지점을 가중치화.

5️⃣ 실전 적용 사례 및 활용 시나리오

분야	사용 사례	기대 효과
농업	정밀 농업(Precision Farming)	1 cm 이하 정밀도 확보 → 수확량 증가, 비료/농약 낭비 감소
산업	공장 자동화(AGV, 로봇)	지속적 위치 추적 → 자동화 효율 20%↑
재난	드론 정밀비행	인터넷 없음 상황에서도 고정밀 내비게이션 가능 → 구조·감시 효율 ↑
군사	전술 무기 시스템	보안성 높은 단방향 전송 → 전자전 방어 강화
관측	지상 관측소	지표면 변동 고정밀 측정 가능

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마무리 정리

• G‑VRS는 단방향, 격자형 보정 데이터를 무선 전송해 사용자가 인터넷 없이 정확한 GNSS 위치를 얻을 수 있게 하는 차세대 보정 서비스다.
• 격자형 보정 데이터는 보간과 압축이 결합돼 전송량을 최소화하면서 다중 GNSS에서 동시 보정을 가능하게 한다.
• 단방향 전송 아키텍처는 네트워크 인프라가 부족한 지역에서도 신뢰성 높은 위치 서비스를 제공하며, 보안과 실시간성을 동시에 확보한다.

이 세 가지 핵심 기술이 결합되면, 정밀 측위는 더 이상 기지국에 의존하거나 인터넷 연결에 제한받지 않으며, 산업 현장부터 재난 현장까지 어디서나 고정밀 GPS를 실현할 수 있다.

 

출처: http://www.boannews.com/media/view.asp?idx=139544&kind=&sub_kind=