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매거진 일상 속 기술로 만나는 모빌리티

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by ALIGN Mobility Jun 02. 2022

일상 속 기술로 만나는 모빌리티: GPS

GPS의 주인은 누구인가?

오늘날 우리는 간단한 장치만 있으면 지구 어디에 있던 자신의 위치를 쉽게 찾아낼 수 있습니다. 바로 GPS 덕분입니다. 스마트폰, 자동차, 비행기, 그리고 선박까지 움직이거나 움직일 수 있는 거의 모든 곳에서 GPS를 쉽게 찾아볼 수 있습니다.

우리는 GPS가 하늘 높이 떠서 날아다니는 인공위성 덕분에 가능하다는 사실을 여러 매체들을 통해 들었습니다. 그리고 우리는 GPS를 사용할 때 따로 비용을 지불하지 않습니다.

그런데 곰곰 생각해보면 인공위성은 공공재가 아닙니다. 누군가는 천문학적인 비용을 들여서 인공위성을 개발하여 하늘에 쏘아올렸고, 소유권은 당연히 인공위성을 쏘아올린 주체에게 있습니다. 그렇다면, 도대체 누가 이런 기술을 제공하고 있는 것일까요?

#Unsplash

예상하셨듯, 정답은 바로 미국입니다.

미국이 군사용 목적으로 개발한 GPS를 민간에 개방하게 된 것은 1983년에 발생한 대한항공 007편 격추 사건 때문입니다. 뉴욕에서 출발한 민항기가 예상 항로를 수 백km 벗어나 소련의 영공을 침범해 격추되어 해당 민항기에 탑승 중이었던 민간인과 승무원 269명이 전원 사망하는 참담한 일이 일어난 것입니다.

당시 미 대통령이었던 도널드 레이건 대통령은 GPS가 민간에 공개되었다면 발생하지 않았을 것이라며 민간에 조건부 공개하기로 결정합니다. 처음에는 고의적으로 수 백m의 오차가 발생하도록 노이즈를 섞어서 신호를 송출했습니다. 비행기나 선박 규모에서는 이정도 오차는 수용가능한 수준이었거든요. 그러나 자동차와 다른 분야에서는 아직 사용할 수 없는 수준이었습니다.

2000년 이후 미국은 노이즈 송신을 중단하였으며, 보정 기술이 접목되면서 오차 범위가 수m 수준으로 내려오게 되면서 GPS는 다양한 서비스에 활용되기 시작했습니다. 2019년 기준, 약 31개의 GPS NAVISTAR 위성이 지구를 돌며 실시간 위치 정보를 제공하고 있습니다.

정확한 감지를 위해 최소 4개 이상의 서로 다른 위성과 통신해야 한다.

앞서 보신 바와 같이, GPS는 미국의 위성측위시스템을 일컫는 말이기 때문에, 조금 더 일반적으로 표현으로는 GNSS(Global Navigation Satallite System)이 있습니다. 범지구적인 위성측위시스템을 일컫는 GNSS는 현재 미국의 GPS와 더불어 러시아의 GLONASS, EU연합의 GALILEO, 그리고 중국의 BAIDOU까지 총 4개가 있습니다.

모빌리티 생태계는 위치측위시스템을 떼어놓고 생각할 수 없을 정도로 긴밀한 관계를 가지고 있습니다. 모빌리티의 위치는 사용자 경험부터 안전과 서비스 운영과 유지보수까지 모두 직결되는 중요한 요소이기 때문입니다.

특히, 모빌리티의 사이즈가 작아지면서 예전에는 수 m ~ 수 백m까지 오차가 발생해도 수용가능했다면, 지금의 모빌리티 산업은 더욱 정밀한 위치 정보를 요구하고 있습니다. 지금부터 위성측위기술과 보완기술이 모빌리티 생태계에 어떻게 적용되고 있는지 몇 가지 사례로 살펴보겠습니다.

사례 1 : 제주버스와 neuron社 스쿠터 실시간 위치정보시스템

https://kakaomap.tistory.com/272

GNSS를 이용한 버스 위치정보서비스는 이미 전국적으로 시행하고 있지만, 그 중 눈에 띄는 것은 바로 제주버스입니다. 현재 제주버스는 일반적인 내륙 버스 위치정보시스템과는 달리, 카카오맵에서 초단위로 10cm 오차수준의 고정밀 버스 위치정보서비스가 제공되고 있습니다.

이러한 고정밀 위치 서비스는 GNSS의 오차를 보정하는 RTK(Real-Time Kinematic, 실시간 운동학적 측위) 기술이 함께 사용되는데요. 말이 어렵지만, 순서대로 차근차근 읽어보시면 어렵지 않습니다.

1. 먼 하늘에 떠있는 위성에서 오는 신호는 대기권을 통과하면서 오차가 발생하게 됩니다.

2. 이러한 오차를 보정하기 위해서, ‘기지국'을 설치하고, 위도/경도/고도를 정확하게 측정합니다.

3. 이후, 해당 기지국으로 오는 GNSS 신호와 실제 위치를 비교하면 오차를 계산할 수 있습니다.

4. 계산된 오차를 각 버스에 탑재된 수신기로 오차율을 전송합니다.

5. 각 버스는 GNSS로부터 받은 신호와 기지국으로부터 받은 오차율을 이용해서 정밀한 위치를 계산할 수 있게 됩니다.

이처럼 기지국을 설치해서 GNSS의 오차를 보정하는 RTK의 대표적인 해외 모빌리티 사례로는 neuron社의 스쿠터 위치측위기술이 있습니다.

https://www.rideneuron.com/neuron-introduces-the-worlds-most-sophisticated-e-scooter-with-global-tec

여기서는 RTK를 HALT(High Accuracy Location Technology)라고 부르고 있네요!

이러한 neuron社의 정밀한 측위기술은 스쿠터를 모니터링하고, 운전자가 주행이 금지된 구역으로 이동하지 못하게 하는 GeoFencing 기술을 구현하는데 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.

사례 2 : 네비게이션 음영지역 극복하기

다음 사례는 네비게이션입니다. 네비게이션의 개발로, 우리는 이제 모르는 장소도 척척 찾아갈 수 있게 되었습니다. 하지만 GNSS는 하늘에서 내려오는 신호이기 때문에, 땅 속이나 터널을 지날 때 우리는 네비게이션이 끊기거나, 엉뚱한 곳을 가리키는 경우를 종종 만나볼 수 있습니다. 종종 운전 중 복잡한 터널 안에서 갈림길이 나타나면, 자칫하다가 다른 곳으로 진입해서 한참을 돌아가곤 합니다.

이런 GNSS의 음영지역 문제를 해결하기 위해서, 카카오 모빌리티는 GNSS에 이동통신신호인 LTE를 결합한 위치측위기술 FIN을 선보입니다.

카카오모빌리티 엔지니어링 팀은 이동통신기술은 GNSS 신호에 비해 상대적으로 터널 안에서도 쉽게 감지가 가능하며, 무엇보다 터널 안에서 특정 구간에 특정 패턴을 지닌다는 사실에 주목했습니다.

해당 패턴을 주행자의 속도 등을 고려하여 정밀하게 터널 위치와 매핑시키면서, GNSS 신호가 닿지 않았을 때에는 이동통신신호 방식으로 측위 방식을 전환하여 안정적으로 위치 정보를 제공할 수 있게 되었습니다.

이처럼 GNSS는 외부에 장애물이 없는 탁 트인 공간에서 위치를 측정하기에 훌륭한 기술이지만, 그렇지 못 한 환경에서는 보완기술이 함께 적용되어야 한다는 점에서 유의해야 합니다.

마무리하며

GPS는 현재 민간에게 공개되어있지만, 영원히 공개될 것이라는 보장은 없습니다. 최초 GPS의 목적은 군사용이었고, 미국은 언제든 통신을 암호화해서 사용하지 못하게 만들 수 있습니다. 우리나라가 다른 나라의 기술과 손을 빌리지 않고 자체적인 로켓과 인공위성을 띄우려고 하는 것도 바로 이러한 의존성을 줄이기 위한 것입니다.

최근 우리나라는 정권 교체 이후 110대 국정과제 중 79번째 과제로 ‘우주강국으로의 도약’을 선정했으며, 관련 내용으로 항공우주청 설립과 우주청 신설과 관련 인프라 육성, 그리고 한국형 위성항법시스템 KPS를 도입하는 내용을 포함하고 있습니다.

여기서 KPS는 GNSS가 아닌 RNSS(Regional Navigation Satellite System)으로, 범지구적 영역을 대상으로 하는 것이 아닌 한반도 주변 영역을 정밀하고 신뢰성있게 측정하기 위한 것입니다. KPS는 GPS와 호환되므로 기존 인프라에 고품질 정보를 제공할 수 있고, GPS 사용이 제한되더라도 KPS만으로도 위치정보를 제공할 수 있도록 2035년까지 안정적인 위치정보체계를 갖춰나갈 예정입니다.

+추가) 또, 바이든 미 대통령의 방한 이후 백악관은 유인 달 탐사 계획인 아르테미스(Artemis) 프로그램의 일환으로 한국의 KPS 개발을 지원하기로 합의했다고 합니다!