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내 디지털 지도의 GNSS 좌표가 내 자율주행 차량의 위치와 일치하지 않는 이유는 무엇인가요?

블로그 2023년 8월 3일

로보택시를 제작 중이고 차량이 내비게이션에 사용할 수 있도록 운행 중인 도시의 HD 디지털 지도를 구입했다고 가정해 봅시다. 통합 단계에서 문제를 발견했다고 가정해 보겠습니다. 지도 데이터에 따르면 특정 좌표에 도착했는데, 로봇택시 자체의 GNSS 시스템은 사용자가 해당 위치에 도착했다는 데 동의하지만 다른 좌표를 알려줍니다. 왜 그럴까요?

이 글에서는 자율 내비게이션의 일반적인 문제인 데이텀과 이를 해결하는 방법에 대해 설명합니다.

데이텀이란 무엇인가요?

관성 내비게이션 분야에는 수평과 수직이라는 두 가지 데이텀이 있습니다. 두 데이텀은 지도를 만드는 데 필수적인 두 가지 데이터 비트의 조합입니다:

  • 지구의 기준 타원체
  • 지도의 좌표계를 지구의 특정 지점에 연결하는 참조 프레임입니다.

격자가 그려진 천 조각과 거대한 풍선이 있다고 상상해 보세요. 풍선은 기준 타원체이고 데이텀 기준 프레임은 천입니다. 풍선 위에 천을 드리우면 수평 데이텀이 됩니다. 수직 기준점은 높이를 측정하는 방법을 제공하며, 기준 타원체의 가상 표면(풍선)을 기준점으로 사용하는 경우도 있고, 지구상의 특정 지점에서의 수위를 사용하는 경우도 있습니다.

문제가 복잡해지는 이유는 다양한 데이텀이 존재하고 각 데이텀이 조금씩 다른 위치 결과를 제공한다는 점입니다. 데이텀 간의 차이는 서로 다른 기준 타원체를 사용하기 때문에 발생하기도 하고(다른 모양의 풍선 위에 같은 천을 덮는다고 상상해 보세요), 다른 기준 프레임을 사용하기 때문에(원래 풍선 위에 다른 천을 덮는다고 상상해 보세요) 또는 이 두 가지 요소가 모두 작용하기 때문에 발생할 수도 있습니다(천과 풍선의 예를 지나치게 많이 사용한 것일까요?).

결론은 동일한 좌표가 다른 데이텀의 다른 위치를 참조할 수 있으며, 반대로 동일한 위치가 다른 데이텀의 여러 좌표를 가질 수 있다는 것입니다.

이것이 자율 주행과 어떤 관련이 있나요?

기관마다 다른 데이텀을 사용합니다. 예를 들어, 호주에서는 다양한 기관에서 가장 최신 데이텀인 GDA94, 이전 버전인 AGD84, 이전 버전인 ADG66 등 세 가지 데이텀을 활발히 사용하고 있습니다. 도시를 위해 구입한 지도 데이터는 특정 데이텀을 사용하여 생성되었을 것이며, 자율주행 차량은 자체 데이텀을 사용하여 세계를 탐색할 것입니다. 두 데이터가 일치하지 않거나 두 데이터의 차이를 고려하지 않은 경우, GNSS 데이터가 지도 데이터와 일치하지 않는 것을 알 수 있습니다.

그리고 (사소한 문제라고 생각할 수도 있겠지만) 데이텀 간의 차이는 큰 문제를 일으킬 수 있습니다. 이전 예시를 다시 살펴보면, GDA94와 AGD84의 동일한 좌표가 일부 지역에서는 200m 이상 다를 수 있습니다. 또한 수직 데이텀이 일치하지 않으면 차량이 지나가야 하는 다리의 높이와 비교하여 차량의 높이를 부정확하게 예측할 수 있습니다. 이 경우 차량과 당시 다리에 있던 모든 사람에게 어떤 결과가 초래될지 상상할 수 있기를 바랍니다!

여러 데이텀을 처리하려면 어떻게 해야 하나요?

좌표를 한 데이텀에서 다른 데이텀으로 변환하는 것은 비교적 간단하지만, 중요한 것은 어떤 데이텀으로 작업하고 있는지 아는 것입니다. INS가 GNSS 위성으로부터 수신한 데이터를 해석하는 데 사용하는 데이텀을 선택할 수 있지만, 구입한 외부 지도 데이터가 어떤 데이텀으로 생성되었는지 알아야 합니다.

또한 지도마다 다른 데이텀을 사용하는 것에 대비해야 하므로, 여러 국가(또는 대륙)에서 자율주행 트랙터를 판매하려는 경우 사용 중인 지도 데이터에 따라 차량을 다르게 구성해야 합니다. 차량이 두 세트의 지도 데이터를 결합해야 할 만큼 충분히 멀리 이동하는 경우, 차량이 한 지도 사용을 중단하고 다른 지도를 사용하기 시작할 때 두 지도의 데이텀과 변환을 변경해야 하는 정확한 시점을 알아야 합니다.

수직 데이텀을 잊지 않는 것도 중요합니다. 대부분의 GNSS 위성은 지구 타원체(각 GNSS 별자리에 따라 다름)를 기준으로 높이를 제공하지만, GNSS 수신기의 프로세서에는 지오이드 모델(지오이드가 무엇인지 알아보려면 여기를 클릭)도 포함되어 있어 지오이드 높이를 표시하는 데 사용됩니다(이 문서에서 다양한 유형의 높이 측정에 대해 자세히 설명되어 있습니다). 하지만 문제가 있습니다:

  • 저급 수신기에는 해상도가 매우 낮은 지오이드 모델만 있는 경우가 많기 때문에 GNSS 수신기에서 계산한 지오이드 높이가 정확하지 않을 수 있습니다.
  • GNSS 카드마다 다른 지오이드 모델을 사용하여 높이를 계산합니다.
  • 차량에서 사용 중인 HD 지도 데이터는 특정 수직 기준점을 사용하여 높이를 계산했을 것이며, 이 기준점은 차량의 높이와 다를 수 있습니다.

높이 추정치가 정확한지 확인하려면(자율 주행 차량이 다리나 갠트리와 같은 물체 아래에 있어야 하는 경우 중요할 수 있음) 가능한 가장 정확한 높이 추정치를 사용하고 있는지, GNSS 수신기와 맵에 사용되는 서로 다른 수직 데이텀 간에 올바르게 변환하고 있는지 확인해야 합니다.

OxTS 솔루션

OxTS 에서 다음 데이텀을 사용하여 실시간으로 위치 데이터를 출력할 수 있도록 함으로써 INS 디바이스를 더욱 유연하게 사용할 수 있도록 했습니다:

  • WGS84
  • ITRF2008
  • ETRS89
  • NAD83

사용자가 해야 할 모든 작업을 제거하지는 않지만, 작업할 수 있는 다양한 기준점을 제공함으로써 작업을 더 쉽게 만들어줍니다.

또한 INS를 사용하면 GNSS 수신기의 자체 계산된 지오이드 높이를 기반으로 높이 데이터를 출력할지, 타원체 높이를 사용할지 선택할 수 있습니다. 일반적으로 GNSS 수신기의 타원체 높이가 측지 높이보다 훨씬 정확하므로, 모든 높이 측정값을 통합하기 전에 동일한 데이텀으로 변환하는 것만 기억한다면 가능한 가장 정확한 높이로 작동하는 시스템을 구축할 수 있습니다.

질문이 있으신가요?

자율주행 차량용 관성 내비게이션에 대해 자세히 알아보고 계신다면 이 글이 도움이 되었기를 바랍니다. 도움이 필요한 질문이 있으시면 언제든지 지원팀(oxts.com)으로 문의해 주세요.

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