아웃도어용 GPS를 말 그대로 아웃도어 또는 레저용으로만 사용할 것인가. 아니면 GPS의 활용이 필요한 많은 부분에서 사용할 것인가의 선택은 사용자에게 달려 있을 겁니다. 만약 아웃도어용 GPS의 성능만으로도 만족할만한 결과를 가질 수 있다면 충분히 사용 가능합니다.
그렇다면 아웃도어용 GPS, 특히 Garmin GPS의 경우 얼마나 정밀할까요? 단순히 아웃도어용으로만 사용할 정도로 오차범위가 심할까요? 이 물음에 대해 실제 사용기와 표본을 통해 답을 내려 보도록 하겠습니다.
정밀도
고가의 정밀 GPS는 정밀도를 확보하기 위해 여러가지 장치를 두었습니다. GPS 위성신호를 잘 받을 수 있는 안테나, DGPS 신호를 수신하여 실시간 보정을 하거나 해당 데이터를 받아 후처리를 할 수 있는 가능성이 있습니다. 또한 여러대의 GPS로 삼각측량을 하기도 합니다.
여기서 말하는 정밀도란 GPS가 가진 수많은 오차를 얼마나 줄이느냐입니다. GPS 장치는 위성에서 좌표와 시간 등 많은 정보를 담아 쏘아주는 GPS 네비게이션 메세지를 수신해 위치(좌표) 계산을 하는데요. GPS 신호를 수신할 때 위성시간 오차, 위성 거리 오차, 전리층·대류층의 굴절 오차, 수신기 잡음, 건물·산악에 반사되어 수신되는 신호의 경우 거리가 실제보다 늘어나 버리는 다중경로 오차, 장애물에 가려 신호 수신이 용이하지 않은 오차, 위성의 배열에 따른 오차 등이 있습니다.
이러한 GPS 오차를 기술적으로 줄여주기도 하고 GPS 장치의 올바른 사용방법을 통해 줄이기도 합니다. 이 중 가장 큰 오차가 발생하는 것은 전리층·대류층의 굴절 오차입니다. 이 오차를 바로 잡기 위해서 정밀 GPS는 DGPS를 사용하는데요. 정확한 지리적 좌표값을 가진 DGPS 기지국에서 위성 신호를 수신 받아 전리층·대류층의 굴절 오차가 얼마나 발생했는지를 GPS 수신기에 송신하거나 후처리 데이터를 생성합니다.
군사용의 경우 암호화된 P(Y)코드와 L1, L2 채널을 사용해 직접 전리층·대류층의 굴절 오차를 줄여 정밀도 30Cm까지 가능하나 민간용의 경우 C/A 코드 L1 채널만 사용하기 때문에 1~3m의 오차가 발생합니다. 정밀 GPS의 경우 DGPS를 사용하여 20Cm~1m까지 오차를 줄일 수 있으며 보다 더 정밀한 GPS의 경우 10Cm까지 오차를 줄일 수 있습니다.
그러나 아웃도어용인 Garmin GPS의 경우 C/A 코드, L1 채널, 1575.42 주파수만을 사용하기 때문에 최적의 환경에서 3m 정도의 오차가 발생합니다. 다만, DGPS와 같은 역할을 하는 WAAS 위성의 수신이 가능하다면(Garmin GPS는 이 기능이 대부분 포함되어 있습니다) 오차는 1m 이하로 떨어집니다. 현재 일본에서 WAAS(MSAS) 위성을 운용중인데요. 국내에서 일본 WAAS 위성의 신호를 받는다고 해도 정확한 보정 데이터가 아닙니다.
따라서 Garmin GPS를 사용할 때 DGPS나 WAAS를 수신할 수 없기 때문에 사용환경의 최적화를 통해 오차를 최대한 줄여야 합니다. 또한 정밀 GPS도 마찬가지입니다. 험준한 산악지대나 GPS 신호가 수신이 되지 않는 계곡, GPS 신호가 방해 받을 수 있는 장애물이 있는 지역은 항상 오차를 감안하여야 합니다.
Garmin GPS의 정밀도를 높이기 위한 방법
장기간의 사용을 통해 느낀 주관적인 사용법입니다.
1. GPS 장치를 항상 어깨위에 위치하게 할 것.
허리(가방, 허리띠) < 어깨(배낭끈) < 등(배낭) 순으로 정밀도가 높아집니다.
2. 구름이 많지 않은 맑은 날은 정밀도가 높아짐.
대류층의 오차는 공기와 수증기에 의해 발생합니다. 전리층은 전파의 산란에 의한 오차입니다.
3. 트랙 기록 간격을 03~05초(도보), 02초(차량)으로 설정할 것.
만약 기록간격이 30초로 설정되어 있다면 트랙로그의 정밀도는 절대 보장 받을 수 없습니다.
4. 가끔 웨이포인트를 기록하여 트랙과 포인트의 거리가 떨어진다면 GPS를 껏다 켤 것(재부팅)
60CSx에서 가끔 나타나는 오류입니다. 웨이포인트를 자주 찍어 확인을 하여야 합니다.
5. 건전지 남은량이 한칸일 땐 건전지를 교환할 것.
전력이 약하면 오차가 심해지더군요. GPS 장치가 GPS 신호를 단순히 수신하는 장치라고 생각하면 곤란합니다.
6. 계곡에선 GPS 장치를 자주 확인 할 것.
트랙로그가 노선의 굴곡대로 생성되는지와 GPS 수신이 되는지, 정밀도가 변화하는지를 주기적으로 확인하여야 합니다. 계곡에서 GPS 장치를 허리에 장착하거나 손에 들고 다닌다면 정밀도를 절대 보장 받을 수 없습니다.
7. 수신 GPS 위성 갯수를 최대한 많이 확보하고 사용할 것.
위성이 4개 정도 잡히면 GPS 장치의 사용이 가능하나 이 경우 정밀도는 보장되지 않습니다. 또한 GPS 장치에 표시되는 정밀도가 5m 이하로 떨어지길 기다린 후 사용해야 합니다.
8. 차량에서 사용할 경우 정지상태에서 시간이 걸리더라도 GPS 위성 신호(이력 정보)를 수신할 것.
새로운 장소에서는 GPS 위성의 이력정보를 받는데 상당한 시간이 걸립니다. 이때 정지상태가 아닌 이동상태일 경우 GPS 이력정보를 아예 받지 못하는 경우가 발생합니다.
9. 정지상태에서 GPS 포인터(Pointer)가 튈 때는 조금씩 이동을 할 것.
Garmin GPS 60CSx 초기 생산품의 경우 사용환경이 최적임에도 불구하고 GPS 신호가 상당히 튀는 경우가 있습니다. 오레곤 550의 경우 사용환경이 최적일 때 포인터가 아예 움직이지 않을 정도로 안정적입니다.
10. 루팅-맵 매칭 기능을 사용하지 않을 것.
일반적인 네비게이터에서 사용하는 기능인데요. GPS 트랙로그를 도로지도상의 도로와 매칭 시켜주는 기능입니다. 네비게이션 시에는 상당히 유용하지만 정확한 GPS 데이터를 수집하기 어렵습니다. 예를 들면 도로 옆 소로길(도로지도에는 없는)의 트랙로그를 기록하여야 하는데 맵 매칭 기능에 의해 강제로 도로에 트랙로그가 기록되는 엉뚱한 상황이 발생할 수 있다는 것입니다.
11. 차량을 이용한 GPS 트랙로그 취득시 속도를 줄일 것.
2초~3초 정도로 기록간격을 설정했다고 하더라도 속도가 너무 빠르면 굴곡진 도로가 직선으로 표현됩니다.
GPS 장치에서 표시되는 정밀도란 이전에 취득한 포인트나 트랙로그를 다음에 방문하여 재취득하였을 경우 이전의 데이터와 얼마나 맞아 떨어지느냐에 따라 정밀도 오차범위가 표시됩니다. GPS 장치에 정밀도 8m라고 표시된다면 다음에 동일한 지점에 포인트를 기록하였을 때 최대 8m 떨어진 곳에 포인트가 기록될 수 있다는 의미입니다.
사용 경험에 따르면 산악(좁은 산길)에서 다른 날 각각 기록한 트랙로그의 경우 항상 어느 정도의 오차가 발생하였으며, 하늘이 잘 보이는 능선의 경우 이 오차는 비교적 적었습니다. 도로(농로 포함)의 경우 두개의 트랙로그가 거의 일치한다고 봐도 무방할 정도였습니다.
지리적 좌표와의 정확도
앞서 이야기 한 정밀도란 탄착점이 어떻게 형성되느냐 일 겁니다. 영점 사격시 여러발의 총알 구멍이 좁은 범위에 밀집되느냐 또는 중구난방으로 흩어져 있느냐의 정도라고 봅니다. 동일 지점에 GPS 웨이포인트를 여러번 기록하였을 때 3m 이내에 몰린다면 정밀도 또한 우수한 것으로 보시면 되고 정밀 GPS 또한 이러한 정밀도가 보장되어야만 후처리, 후보정의 여지가 있을 겁니다.
따라서 정밀도를 지리적 좌표와의 일치성으로 판단하면 곤란합니다. 예를들면 국토지리정보원에서 정확한 좌표를 표시해 놓은 지점을 60CSx로 기록 하였을 때 정밀도는 오차범위 3m로 표시되었지만 지리적 좌표와 정확하게 일치하는 경우가 상당히 많았습니다. 따라서 지리적 좌표와의 정확도를 비교하기 위해선 정밀도 오차범위 3m를 참고하는게 아니라 수치좌표가 포함된 지도를 사용하여 비교하여야 합니다.
위의 위성이미지는 수치좌표가 포함된 항공사진입니다. 우리나라의 수치지도는 전국방방곡곡 상당히 정밀하게 구현되어 있습니다. 따라서 맵매칭한 지도나 구글어스 등은 GPS 데이터와 지리적 좌표를 비교할 수 없습니다. 물론 수치지도도 오차가 있어 믿지 못한다는 사람들이 있지만 수치지도는 공인된 기준입니다. 이건 믿고 믿지 않고의 문제가 아닙니다. 이 기준을 따라야 하는 겁니다.
트랙로그의 대부분이 임도(폭 3~4m) 내에 존재합니다. 따라서 실제 지리적 좌표와의 오차는 최대 3~4m입니다. 특히 웨이포인트의 경우 위의 GPS 데이터는 1.5~2m 이내라는 것을 보여줍니다. 다만, GPS 정밀도 오차가 상당히 줄어들 수 있는 환경이었다는 것입니다. 만약 계곡이나 숲이 우거진 곳, 흐린 날씨였다면 이 지리적 좌표의 오차 또한 상당히 벌어질 수 있다는 부분은 명심하여야 합니다.
정리를 하고 글을 마치겠습니다.
아웃도어용 GPS 일지라도 정밀도와 실제 지리적 좌표와의 오차범위를 사용방법과 환경에 따라 최대 3m이내로 줄일 수 있습니다. 그러나 최적의 환경이 아닐 때는 어떠한 정확도도 담보 받지 못할 수 있습니다. 이것은 비단 Garmin GPS만의 문제가 아니라 모든 GPS의 문제입니다. 아무리 정밀한 GPS 일지라도 GPS 위성 신호를 깨끗하게 받지 못하는 상황이 생길 수 있으며 이것은 GPS 장치에서 정밀도 또는 다양한 표시를 통해 오차범위를 나타내줍니다.
이 오차범위를 비교할 수 있는 표본을 달랑 한개만 제시하였는데요. 기회가 된다면 좀 더 많은 트랙로그와 수치지도와의 비교 그리고 수치지도 상의 고도와 GPS 장치에 표시되는 고도 -오레곤550의 고도는 수치지도와 비교시 대부분 1m이내의 오차범위였습니다- 를 비교해 보겠습니다.
또한 면적계산시 면적 데이트를 취득하는 시간이 길지 않기 때문에 해당 시간의 오차요소 또한 거의 일정합니다. 따라서 정밀도나 지리적 좌표와의 오차와는 상관 없이 면적계산은 비교적 정확하게 측정할 수 있다고 판단되는데요. 이에 대한 실질적인 비교도 해 보겠습니다.