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GPS, 위치기반 서비스는 왜 무료일까? (GPS정의, 위성항법, 원리, 활용사례)

by 휴식같은 친구 2018. 9. 26.
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일상생활에서 대부분의 사람들이 GPS를 자기 자신도 모르게 거의 매일 사용을 하고 있습니다.

차를 운전하면서 네비게이션을 이용하거나, 스마트폰을 사용하는 것이 바로 그런 경우입니다.


문득 이렇게 유용한 GPS, 위치기반 서비스를 왜 무료로 이용할 수 있을까 궁금해지더라고요.

그래서 이곳저곳을 찾아보면서 GPS에 대한 정보를 찾았는데요.



GPS 정의와 GPS를 무료로 사용하는 이유, GPS 원리, GPS 활용에 대한 내용을 정리해 봤습니다.


(본 자료는 2017년 8월 7일자 한겨레신문 'GPS는 언제나 공짜일까? 한반도 상공의 위성항법 전쟁'과 'Naver 지식백과'를 참고로 작성함을 알려드립니다)




GPS



1. GPS 정의


GPS(Global Positioning System)는 전 세계가 사용하고 있는 위성 위치확인 시스템이라고 합니다.


철새, 연어 같은 동물들은 나름대로 방향을 찾을 수 있는 방법이 있지만, 사람들은 자신의 위치를 알수 있는 감각이 없습니다.

그래서 과거에는 북극성과 해, 달과 같은 천체를 활용하여 위치를 파악하고 방향을 찾을 수 있었습니다.


지금은 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성을 통해서 세계 어디에서든지 자신의 위치와 속도, 시간을 알 수 있게 된 것이 바로 GPS입니다.

 

지금은 스마트폰에서 위치접근(GPS수신)에 동의해서 쓰는 어플(앱)들, 그리고 항공기, 선박, 자동차 등의 네비게이션까지 그 사용범위는 엄청 넓어졌습니다.






2. GPS 개발동기


원래 GPS는 미국 국방부에서 폭격의 정확성을 높이기 위해 군사용으로 개발한 시스템이라고 합니다.


GPS 이전에는 목표물을 파괴하기 위해 이른 바 융단폭격을 실시했으나, 정확성과 효율성이 현저하게 떨어지자 정밀도를 높인 레이저 유도폭탄이 등장합니다. 


하지만 레이저 유도폭탄도 시각, 지형, 날씨에 영향을 받게 되자 미국에서는 1973년 부터 GPS를 이용한 유도폭탄이 개발되게 되었습니다.


20여년에 걸쳐 150억 달러의 비용이 들었고, 이라크전쟁과 아프카니스탄전쟁에서 그 위력을 증명하기도 했습니다.



대한항공


3. GPS가 무료인 이유


그런데 미국은 이렇게 많은 시간과 돈을 들여 만든 GPS를 왜 무료로 사용하게 하고 있을까요?


그 이유는 우리나라와 밀접한 관계가 있습니다.


1983년 9월 1일, 미국 뉴욕의 존 에프 케네디 공항을 떠나 김포공항으로 향하던 대한항공 여객기 007편이 소련(현. 러시아) 상공에서 공군기의 공격을 받아 추락한 사고가 발생합니다.

탑승자 269명 전원이 사망한 엄청난 참사로 기록되었죠.



왜 여객기가 소련의 공군기에 의해 공격을 받았을까?


당시 항공기는 관성항법장치(INS)에 의존해 운항했다고 합니다.

아이엔에스(INS)는 초기 위치로부터 가속도를 측정해 항공기의 속도와 위치를 추정하는 장치입니다.


그런데 이 장치가 고장나는 바람에 대한항공은 소련영공에 들어가게 되고, 소련공군기가 격추하게 되었다는 안타까운 사건이 발생하게 된 것입니다. (당시에는 미소 냉전체제 중이었음)


이에 미국 로널드 레이건 당시 대통령군용으로만 쓰고 있던 지피에스(GPS) 2개 신호 중 하나를 개방하게 되는데요.

민간에서 정밀한 위치정보를 얻지 못하도록 고의로 잡음을 넣은 상태로 말입니다.


그래서 미국 군사용은 5~15m의 측위 정밀도를 가지고 있으나, 민간용 표준측위 서비스(SPS)는 30~100m의 정밀도를 가지게 되었습니다. (현재는 30m 이하)



위성GPS


4. 위성항법(GNSS) 전쟁 가능성


지피에스(GPS)는 항공기에서부터 선박, 자동차, 스마트폰, 드론, 로봇에 이르기까지 행정, 국방, 통신 등 경제와 사회 전반에서 활용되고 있습니다.


현재는 공기처럼 누구나 무료로 쓰고 있지만 제공처는 엄연히 미국, 

언제든지 공짜가 아닐 수 있으며, 서비스 장애가 일어날 수 있습니다.


그래서 유럽연합과 러시아, 중국, 일본, 인도 등이 독자적인 범지구위성항법시스템(지엔에스에스 : GNSS) 개발에 나서서 만에 하나 있을 GPS 서비스 중단을 대비하고 있습니다.


이들 국가 대부분은 2018년 ~ 2020년 전후로 정상운영에 들어갈 예정이라고 합니다.


러시아 : 푸틴 대통령에 의해 정상운용

유럽연합 : 26기의 위성으로 갈릴레오 GNSS 2018년 운용예정

중국 : 2020년까지 35기로 구축예정

인도 : 2013년 7기의 위성으로 인독자 위성항법서비스 중

일본 : 2018년까지 7기의 위성으로 QZSS 구축예정






우리나라도 자유로울 수가 없는 상태입니다.


수입무기는 GPS의 군용 신호로 운용되기 때문에 한달마다 교체되는 암호를 미군한테서 받아 쓰고 있어서 제공받지 못하면 무용지물이 되고 맙니다.


한반도는 세계 주요국들의 위성항법 각축장 안에 싸여있는 형국입니다.


과학기술정보통신부는 독자적인 GNSS 개발을 위한 기획연구를 완료하고, 2040년까지 2조 3천억원을 들여 지엔에스에스를 구축하겠다고 합니다.


이제 지엔에스에스(GNSS) 개발은 경쟁이 아닌 전쟁과 다름없다고 합니다.


위치기반

5. GPS와 SBAS


지엔에스에스 구축과 별도로 주요국들은 위성기반보강항법시스템(SBAS : 에스바스)에도 경쟁을 벌이고 있습니다.


에스바스는 GPS 정보에서 오는 오차를 보정해 정확한 정보를 생산한 뒤 이를 정지궤도 위성을 통해 다시 서비스하는 시스템입니다.


미국은 러시아와 유럽연합이 지엔에스에스 개발에 나서자 민간에 제공하던 신호에 넣었던 잡음을 없애는 등 품질개선에 나서 오차 범위가 몇 km에서 몇십 m로 줄어든 상태입니다.


현재 미국, 일본, 유럽, 인도 등은 SBAS를 운용 중이고, 중국과 러시아는 구축 중이라고 합니다.


우리나라는 2014년부터 개발에 들어가 2020년 일반 서비스, 2022년에는 항공서비스를 시작할 예정이라고 합니다.


GPS 평균오차가 10미터라면 에스바스의 정확도는 1~2미터까지 줄어든다고 합니다.



네비세이션


6. GPS 구성과 운용방법


GPS는 크게 우주부분, 관제부분, 사용자부분으로 나누어 집니다.



우주부분사용자에게 반송파를 보내주는 역할을 하는 GPS 위성으로 구성되어 있습니다.


관제부분은 미국에 있는 한 개의 주 관제소와 세계 각지에 분포되어 있는 5개의 감시 기지국, 3개의 지상관제국으로 구성되어 있습니다.

주 관제소인 콜로라도 스프링의 팔콘공군기지에서 GPS 위성에 대한 총 지휘를 한다고 합니다.


사용자부분은 GPS 위성으로부터 전송되어 오는 신호를 수신하여 항법, 측지, 시각측정이나 동기 등의 용도로 사용하기 위한 모든 장비를 말합니다.


민간용과 군사용은 서로 다른 데이터 전송방법을 사용하여 민간용은 20~30m 정도의 오차를 갖게 되고, 군사용은 10m 정도의 오차를 갖습니다.



우리나라는 기준국과 송신국 등의 운영상태를 원격 통제하는 중앙감시사무소가 대전에 있다고 합니다.


또한 1998년부터 기존의 GPS 보다 정밀한 DGPS를 제공하기 위해 팔미도, 마라도, 장기곶, 어청도, 주문진, 거문도, 울릉도 등 11곳에 기준국이 있습니다.



위성항법


7. GPS 원리


GPS는 4개의 위성으로부터 나오는 전파를 분석하여 현재의 위치를 알게 됩니다.


GPS 위성이 보내는 전파에 담긴 시간 정보를 수신기에서 받은 시간과 비교하여 시간차이에 따른 빛의 이동 거리를 계산한다면 GPS 위성과 측정 위치와의 거리를 구할 수 있습니다.


전문적인 내용이라 네이버 지식백과에 나와 있는 아래 사진으로 대체합니다.



8. GPS 활용분야 및 사례


가장 활발하게 응용되고 있는 부분은 차량항법 시스템입니다.


운전하는 분들이 쓰는 네비게이션 시스템이 바로 이 부분인데요. 

복잡한 교통상황에서 원하는 목적지까지 가장 빠르게 안내를 해주는 시스템이죠.


차량 도난 시 위치추적시스템, 화물수송 비용을 최소로 하기 위한 방법, 범죄 발생 시 가장 가까운 경찰차량의 위치를 파악하는 이동체 관제시스템 등으로 사용됩니다.


해양분야에서는 각종 선박의 위치파악 및 항로를 제공해 줍니다.

효율적인 화물수송관리와 충돌방지 관제용도로 활용되기도 합니다.


항공분야에서는 항공기의 위치와 공항관제에서 많이 이용됩니다.

정확한 위치파악과 항로를 수정하여 안전한 비행을 해주며, 공항에서는 안전한 이착륙에 도움을 줍니다.






측지, 즉량분야에서는 정밀한 지도제작이나 대형 토목공사할 때 사용이 가능합니다.

댐이나 교량 등 변형이 예측되는 지점에 GPS 수신기를 설치하여 구조도의 상태도나 위험을 측정(mm단위)할 수 있습니다.


민간에서는 등산이나 하이킹, 요트, 골프와 같이 레저를 즐길 때 소형단말기를 통해 자신의 위치와 목적지까지의 경로를 검색할 수 있습니다.


119 구조전화를 통한 자동 위치파악으로 신속한 구조활동에도 이용도가 높습니다.

시각장애자용 현재 위치에 대한 음성서비스 지원이 가능하고, 극 지대 및 사막지대 탐사 환경조사에도 활용하고 있습니다.



이제는 무선인터넷과 GPS를 결합한 위치기반서비스(LBS)를 둘 수 있습니다.


스마트폰을 분실했을 때, 친구의 위치를 알고 싶을 때 위치기반 서비스를 이용할 수 있고(국내에서는 위치정보보호법에 의해 사용이 제한), 현재 위치에서 가까운 은행, 관공서, 맛집 등을 검색할 때 이용할 수도 있습니다.


뿐만 아니라 교통정보나 할인정보 등을 찾을 때에도 유용하게 사용되고, 택시호출 서비스, 증강현실게임 포켓몬고 등 LBS(위치기반 서비스) 활용도는 갈수록 확대되고 있습니다.


바야흐로 GPS를 이용한 위치기반 서비스는 스마트폰 대중화로 인해 '1인 1GPS 시대'가 도래한 것입니다.


한 때 군사용 무기에나 쓰이는 어려운 기술로 치부되던 GPS가 이제는 동내 맛집 검색에도 쓰일 정도로 익숙하고 편한 기술로 다가오고 있습니다.




결론적으로 앞으로 미국에서 GPS 서비스를 중지한다면 엄청난 혼란을 초래할 수도 있겠다는 생각이 들었습니다.


그런 날이 오지 않길 바라지만 세계는 무한경쟁 속에서 국가간의 이익을 먼저 생각하는 시점에서는 이에 대비를 철저히 해야 된다는 생각이 듭니다.



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