만능 길잡이, 내비게이션
만능 길잡이, 내비게이션
IT란 컴퓨터, 전자기기 등을 이용하여, 정보를 수집, 분석하고 보다 이용하기 편한 정보를 가공하여 사용자에게 전달해 주는 모든 기술을 뜻합니다. IT 기술에는 컴퓨터, 가상현실, 인공지능 등 여러가지가 있습니다. 다양한 IT 기술들 중에서 제가 가장 좋아하는 것은 바로 내비게이션 기술입니다. 제가 여러 IT 기술들 중에서 내비게이션 기술에 관심을 가지게 된 이유는 아빠가 운전하시는 모습을 보면서 항상 느꼈던 의문 때문입니다. 처음 가보는 곳이라고 하시면서도, 언제나 목적지까지 어려움없이 척척 길을 찾아 운전을 하시는 것을 보면서 ‘내비게이션은 정말 편리한 도구구나. 어떠한 원리로 되어 있을까?’ 하고 항상 궁금했었습니다. 저는 이 기사를 통해 IT 기술로서의 내비게이션 기술의 원리와, 내비게이션 기술이 세상을 얼마나 편리하게 만들었는가에 대해서 이야기 하여 보려고 합니다.
그림 1. 지도책
내비게이션이 널리 사용되기 이전, 사람들은 길을 찾기 위한 정보들을 정기적으로 발행되는 지도책 등을 통해서 얻었다고 합니다. 종이로 만들어진 지도를 펼쳐서 우선은 우리가 현재 있는 위치와, 목적지의 위치를 지도에서 찾습니다. 그 다음에는 지도에 나타난 도로들을 더듬어 보며 출발지에서 목적지까지 가장 빠를 법한 길을 직접 찾았다고 합니다. 직접 지도를 보며 위치들을 찾고 길을 찾는 데에는 많은 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 이 길이 정말 제일 빠른 길인지 차가 많이 막히는 길인지 아닌지 알 방법이 없었습니다. 또한 지도가 발행 된 이후에 바뀐 도로들에 대한 정보는 전혀 알 수가 없었습니다. 운전을 하다가 길을 잘못 들거나 미리 지도에서 보아둔 길이 기억이 안나면, 차를 잠시 멈추고 지도책을 펼쳐서 한참을 들여다보면서 앞의 일들을 반복해야 했다고 합니다.
그림 2. GPS 위성과 GPS의 원리
내비게이션의 목적은 출발지로부터 목적지 까지 자동차 등의 교통수단을 이용하여 이동하는 경로를 안내하는 것입니다. 출발지로부터 목적지까지의 이동을 위하여 대표적으로 필요한 정보들은 앞에서도 살펴보았듯이 출발지의 위치, 목적지의 위치, 도로 및 지도 정보, 경로에 대한 정보 등입니다. 즉, IT기술로서 내비게이션은 예전에 운전자가 직접 지도책을 보며 고민하던 이러한 정보들을 사람 대신 수집하고 분석해서, 운전자가 목적지를 찾아가기 위해 필요한 정보들을 보다 빠르고 정확하게 제공하는 기술입니다. 내비게이션을 구성하는 기술은 크게 GPS 위성, 전자지도, 경로탐색 세가지로 나눌 수 있습니다.
그림 3. 삼각 측량법
첫째, GPS 위성은 운전자의 현재 위치를 확인해주는 일을 합니다. GPS 위성은 지구 위에 항법용 21개와 예비용 3개가 떠 있다고 합니다. 위성들은 세계 어디에서도 하늘을 보면 4대 이상의 위성이 떠있도록 배치되어 있습니다. GPS 수신기는 하늘에 떠있는 최소 3대 이상의 위성으로부터 떨어져 있는 거리를 계산해서 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 알려줍니다. 삼각 측량법은 최소 3대의 위성으로 부터의 떨어져 있는 거리를 반지름으로 하는 원(혹은 구)을 각각 그려서 세 개의 원(혹은 구)이 만나는 지점을 현재 위치로 찾아내는 방법입니다. GPS 위성과 GPS 수신기는 사용자가 지구상 어디에 있든지 그 위치를 찾아내어 좌표라는 숫자의 조합으로 알려줍니다.
그림 4. 전자 지도
둘째, 전자지도는 어디에 어떤 건물이 있고, 도로는 어떤 모양으로 어떻게 연결 되어 있는지 등의 정보를 정확하게 제공하는 일을 합니다. GPS 위성과 수신기로 찾은 좌표는 숫자만을 알려주고 있기 때문에, 좌표만으로 지금 있는 곳과 주변에 대한 지도 정보를 알 수는 없습니다. 그러한 것들은 각 좌표에 맞추어 도로와 건물, 지형 등을 조사한 전자 지도가 있어야 알 수 있습니다. 전자지도는 GPS 좌표에 대하여 출발지, 목적지, 도로 등의 정보를 담고 있습니다. 전자지도는 지도책과는 달리 항상 최신의 정보로 업데이트 되어, 없어진 길이나 새로운 길을 언제나 정확하게 파악 할 수 있습니다.
그림 5. 경로 탐색
마지막으로, 경로 탐색입니다. 프로그래밍으로 만들어진 경로 탐색 알고리즘은 전자지도에서 확인되는 수많은 경로들 중 가장 빠른 경로를 자동으로 계산하여 안내해 줍니다. 또한 실시간으로 수집하는 교통 정보를 바탕으로 차가 막히는 길, 안막히는 길을 파악하여 경로별로 도착시간을 계산하여 가장 빠른길을 안내해줍니다. 운전을 하다가 길을 잘못 들어도 현재 위치로부터 목적지까지의 최적 경로를 바로 계산하여 알려줍니다.
본 기사에서는 내비게이션의 작동 원리와 편리성을 알아보았습니다. 내비게이션 기술이 널리 사용되기 이전과 이후의 길찾기 과정을 조사하여 비교해 보니, 만능 길잡이 내비게이션이 세상을 얼마나 편하게 바꾸었는지 알 수 있었습니다. 이번 기사를 작성하면서 내비게이션 뿐만 아니라 세상을 편하게 바꾸어 가고 있는 여러 가지 IT 기술에 대해 더욱 많은 관심을 갖게 되었습니다.
2016. 05. 29.
ETRI IT 어린이 기자단 (5기)
(대전어은초 5학년) 임 재 령 기자
<내용 출처>
[1] Survey of GPS and Car Navigation System
(http://www.slideshare.net/bahamut2/gps-navigation-survey)
[2] GPS(Global Positioning System)의 측위원리와 응용 시스템
(http://ktechno.co.kr/techgisa/gps9908/)
<이미지 출처>
그림 1 : http://blog.daum.net/_blog/BlogTypeView.do?blogid=0LFUN&articleno=4
그림 2 : http://www.slideshare.net/bahamut2/gps-navigation-survey
그림 3 : http://ktechno.co.kr/techgisa/gps9908/
그림 4 : http://map.daum.net