GPS를 이용한 위치 및 속도 측정

문서 내 토픽

1. GPS의 원리

GPS는 Global Positioning System의 약자로 범지구적 위치결정 체계로 미국방부에서 군사용으로 개발한 새로운 위성항법시스템입니다. GPS의 위치 측량방법은 삼각측량법과 삼변측량법으로 나눌 수 있습니다. 삼각측량법은 어떤 한 점의 좌표와 거리를 삼각형의 성질을 이용하여 알아내는 방법이고, 삼변측량법은 두 개 이상의 기준점과 물체와 각 기준점과의 거리를 이용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법입니다.
2. NMEA 프로토콜

NMEA(The National Marine Electronics Association)이라고 불리는 NMEA 0183은 시간, 위치, 방위 등의 정보를 전송하기 위한 규격입니다. NMEA 0183는 직렬 방식의 통신을 사용하며 이것의 데이터는 Gyrocompass, GPS, 나침반, 관성항법장치(INS)에 사용됩니다. NMEA 프로토콜의 주요 특징은 '$'으로 시작하고, 구분의 종류는 GP로 시작하며, 데이터의 구분은 ',(콤마)'로 하고, *로 끝나며, $와 *사이에는 모든 데이터를 exclusive or 연산을 하여 체크 섬을 만들어 추가한다는 것입니다.
3. 위도/경도 값과 거리 간의 변환식

지구가 완벽한 구형이 아니기 때문에 경도는 지역별로 약간 달랐을 것입니다. 따라서 오차를 줄이기 위해 대한민국 내에서 계산할 때 우리나라에만 적용되는 방법을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 두 지역의 위도와 경도 차이를 계산하고 sqrt{A^2 + B^2}의 식에 대입하면 거리를 구할 수 있습니다. 이와 같은 방법을 포함한 좀 더 정밀한 경도와 위도를 이용한 거리계산을 제공하는 웹사이트도 있습니다.

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1. GPS의 원리

GPS(Global Positioning System)는 지구 궤도를 도는 위성들로 구성된 위성 항법 시스템입니다. GPS 위성들은 지구 표면의 수신기에 자신의 위치와 시간 정보를 전송합니다. 수신기는 이 정보를 이용하여 자신의 위치를 계산할 수 있습니다. 이 원리는 삼각측량 기술을 기반으로 합니다. 수신기는 최소 4개의 GPS 위성으로부터 수신된 신호를 이용하여 자신의 3차원 좌표를 계산할 수 있습니다. GPS는 군사적 목적으로 개발되었지만 현재는 다양한 민간 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 정확도와 신뢰성이 높아 자동차 내비게이션, 스마트폰 위치 서비스, 농업, 측량 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.
2. NMEA 프로토콜

NMEA(National Marine Electronics Association) 프로토콜은 GPS와 같은 위성 항법 시스템에서 사용되는 표준 통신 프로토콜입니다. NMEA 프로토콜은 GPS 수신기와 다른 전자 장치 간의 데이터 교환을 위해 사용됩니다. 이 프로토콜은 ASCII 문자열 형식으로 데이터를 전송하며, 각 문자열은 '$'로 시작하고 '*'로 끝납니다. 문자열 내에는 다양한 정보가 포함되어 있는데, 위도, 경도, 고도, 속도, 시간 등의 GPS 데이터와 함께 위성 수, 정확도 등의 정보가 포함됩니다. NMEA 프로토콜은 GPS 수신기와 다른 장치 간의 호환성을 높이고 데이터 교환을 용이하게 하는 데 기여하고 있습니다. 이를 통해 GPS 기술의 활용도가 크게 향상되었습니다.
3. 위도/경도 값과 거리 간의 변환식

위도와 경도 값은 지구 표면상의 위치를 나타내는 좌표 체계입니다. 이 좌표 값을 이용하여 두 지점 간의 거리를 계산할 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 거리 계산 공식은 하버사인 공식(Haversine formula)입니다. 이 공식은 지구를 완벽한 구 모양으로 가정하고, 위도와 경도 값을 이용하여 두 지점 간의 대권 거리(great-circle distance)를 계산합니다. 이 공식은 다음과 같습니다: d = R * c c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1-a)) a = sin²(Δφ/2) + cos(φ1) * cos(φ2) * sin²(Δλ/2) 여기서 d는 두 지점 간의 거리, R은 지구 반경, φ1과 φ2는 각각 첫 번째와 두 번째 지점의 위도, Δφ는 두 위도 간의 차이, Δλ는 두 경도 간의 차이입니다. 이 공식을 이용하면 GPS 좌표 값을 활용하여 두 지점 간의 거리를 정확하게 계산할 수 있습니다. 이는 내비게이션, 물류, 교통 등 다양한 분야에서 유용하게 활용될 수 있습니다.

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