구조물 변위계측을 위한 GNSS-IMU 센서합병모듈의 구성 및 성능시험

Abstract

물체 운동의 미세한 가속도 및 각속도를 측정하는 관성센서 (inertial measurement unit, IMU)와 그리고 물체의 변위에 대한 비교적 안정적인 시그널을 제공하는 위성항법시스템 (global navigation satellite system, GNSS)을 결합하여 교량 등 육상 구조물의 운동변위를 측정하는 일종의 센서합병 기법이 사용되고 있다. 육상적용에서는 인근의 GNSS 상시관측소들과 연계된 RTK 또는 DGPS 기법을 이용하여 비교적 안정적이고 정확한 GNSS 관측을 수행할 수 있다. 그러나 적용대상이 육지에서 멀리 떨어진 해양구조물 같은 경우에는 인근에 참조 시그널을 제공할 수 있는 상시관측소가 가용하지 않은 경우가 일반적이다. 이 경우에는 GPS 1기를 이용하여 위성들의 정확한 위치와 위성들 시그널의 상호 비교를 통하여 GPS 안테나 위치를 포착하는 정밀단독측위 (PPP, Precise Point Positioning)가 발전되 어 왔다. 본 방법은 반송파 기반 (carrier-based)으로서, 코드기반 (code-based)의 의사거리 (pseudo–range)를 측정하는 과거의 DGNSS 방법보다 정확한 위치측정이 가능한 것으로 알려져 있다 해상구조물 건정성 모니터링체계를 구축하기 위하여 구조물 변위를 측정하기 위한 센서합병모듈의 국산화를 위하여 저가형 GNSS 센서와 IMU 센서를 조합하였다(Fig. 1). 사용된 GNSS 수신기 (ZED-F9P)는 주파수 L1과 L2를 수용할 수 있으며 다중 위성 (GPS, GLONASS, GALILEO, BAIDU 등)을 포착할 수 있다. NMEA 시그널을 독취하며 IMU와 동시 계측을 수행하기 위한 별도의 독취 소프트웨어를 작성하였다. PPP 측위를 위한 원 시 데이터는 외부 소프트웨어인 RTKLIB를 이용하여 독취한 후 RINEX 파일로 변환한 다음 CSRS-PPP 온라인 서비스를 이용하여 후처리하였다. 이와 같은 일련의 하드웨어와 소프트웨어의 성능을 평가하기 위하여 캔틸레버식 모형 구조물에 인위적 진동을 가하고 측위방법 (Single GNSS, VRS-RTK, PPP)을 달리하며 구조물 진동변위를 계측하였다. 계측 결과는 공통적으로 참값을 제공하는 레이져 변위계의 시그널과 비교하였다.