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문제 정의
- 육지부에서 떨어진 제주지역의 삼각점은 최초 복구 또는 재설한 삼각점들 간의 성과 차이로 인해 측량자들이 그 성과를 이용함에 있어 많은 혼란을 초래하고 있다. 따라서 본 연구는 제주지역의 현행 삼각점 간 부합 관계를 점검하기 위해 1, 2등 삼각점을 기준으로 최초 측량 당시의 측 지망을 재구성하고 GPS 관측을 수행하여 성과분석을 통해 삼각점 간 부합되는 안정점을 추출하고 제주지역에 적합한 측지 기준망을 구축하여 그 활용방안을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 제주지역의 대삼각본점과 보점인 1, 2등 삼각점들로 관측망을 구성하기 위해 기준점조서에 기록된 삼각점들을 선점한 후 최초 측량시의 망을 재구성 하여 GPS관측을 수행하였다.
제안 방법
- 3.현황성과중 가장 양호하게 추출된 삼각점점들을 고정으로 삼변망 조정을 수행하였으며 추정 오차 10cm 이내의 정도로 제주지역에 대해 새로운 정밀 측 지망을 구축하였다. 새롭게 구축된 삼각망의 성과는 제주지역에 대해 각종 기준 점간의 오차는 최소가 될 것이며 향후 세계 좌계 로 전환되더라도 본 연구에서 결정한 ITRF좌표는 그대로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 001로 설정하여 처리하였다. 3곳의 상시 관측소를 고정으로 하는 고정망 조정과 망폐합에 대한 종합통계 수치가 수용 가능한가를 분석한 후각 측 점에 대한 ITRF 3차원 절대 좌표를 결정하였다.
- GPS관측을 위한 선점은 그림 2와 같은 전체 삼각망도를 참고하여 제주 전역에 고루게 분포된 1, 2등점을 기준으로 최종 19점을 선별한 후 GPS관측망도를 작성하였다.
- 관측은 정지측량(STATIC) 방식으로 삼각점당 4시간 이 상씩 관측하였으며 관측 장비는 Sokkia Radian과 Leica 500 2주파 수신기 5대를 이용하였다. 관측을 위한 세션은 이용하고자 하는 수신 기 대수를 기준으로 관측 날짜를 달리하여 2003년 7월부터 2004년 12월까지의 기간 중 총 9일간 관측하였다.
- 관측은 정지측량(STATIC) 방식으로 삼각점당 4시간 이 상씩 관측하였으며 관측 장비는 Sokkia Radian과 Leica 500 2주파 수신기 5대를 이용하였다. 관측을 위한 세션은 이용하고자 하는 수신 기 대수를 기준으로 관측 날짜를 달리하여 2003년 7월부터 2004년 12월까지의 기간 중 총 9일간 관측하였다.
- 본 연구에서 처리된 모든 기선은 안정적인 결과를 보였으며 표2는 그 결과에 대한 일부이다. 기선 해석을 완료하고 ITRF성과 산출을 위해 3곳의 상시 관측소를 고정으로 하는 고정망 조정을 수행하였다. 기선 해석을 통해 결정된 각 기선에 대한 3차원 벡터에 대해 신뢰성을 부여하여 최적의 3차원 절대 좌표를 결정하기 위해서는 먼저 우연오차의 추정과 제거를 통해 단일화를 구하고 관측치에 적용하는 보 정치를 최소화시켜 추정 정밀도를 분석하여야 한다.
- 관측에 이용된 GPS 수신기는 동일 기종의 수신기가 아닌 타기종의 수신기로 관측되었기 때문에 타 기종 간의 관측 데이터 형식을 하나의 S/W상에서 처리하기 위해서는 공통된 데이터 포맷이 필요하다. 따라서 관측된 데이터를 공통 포맷으로 변환하기 위해 GPS 공통 데이터 포맷인 RIN死X로 변환한 후 각측점에 대해 도엽명 또는 고유 명칭으로 파일명을 리네임(rename)하였고 GPS 상시 관측소 데이터 취득 일시와 같은 시간대에 관측된 각 세션의 GPS 관측점들을 시간대별로 데이터를 재구성하고 3곳의 상시 관측소를 고정하여 트림블지오메틱스 오피스 (Geomatics Office)인 TGO를 이용하여 GPS 관측 데이터를 처리하였다. 기선 해석 하는 방법에는 각 기선에 대한 모든 벡터를 일괄적으로 동시에 최소 제곱법으로 처리하는 Session Mode와 고정점으로부터 시작해서 독립된 기 선을 하나씩 처리해나가는 Baseline Mode가 있다.
- 8로 나타났으며 이 정도는 가장 양호한 성과라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 1차적으로 관측된 모든 삼각점을 이용해 변환계 수를 산정하여 계산된 변환 요소를 각 삼각점에 적용하여 현행 성과를 산출한 다음 3차원 표준편차가 큰 삼각점을 제외시키는 방법으로 삼각점 간의 부합 관계를 분 석하였다.
- 또한 기선처리 후 망 조정은 각 폐합망에 대한 폐합 오차 를 최소 제곱법으로 조정하여 폐합 오차가 최소가 될 수 있도록 상시 관측소의 ITRF좌표를 모두 고정하여 각 관측점의 ITRF좌표를 산출하였다. 망조정을 위한 관측성분은 각 기선에 대한 방위각, 타원체 간 거리와 높이차를 이용하였으며, 기선 해석에 따른 표준편차를 경중률로 하는 망조정을 수행하였다.
- 또한 기선처리 후 망 조정은 각 폐합망에 대한 폐합 오차 를 최소 제곱법으로 조정하여 폐합 오차가 최소가 될 수 있도록 상시 관측소의 ITRF좌표를 모두 고정하여 각 관측점의 ITRF좌표를 산출하였다. 망조정을 위한 관측성분은 각 기선에 대한 방위각, 타원체 간 거리와 높이차를 이용하였으며, 기선 해석에 따른 표준편차를 경중률로 하는 망조정을 수행하였다. 기선 해석을 위한 기선해석 방법, 고정방법, 고정변수 등에 관한 세부적인 처리 내용을 다음과
- 기선 해석 하는 방법에는 각 기선에 대한 모든 벡터를 일괄적으로 동시에 최소 제곱법으로 처리하는 Session Mode와 고정점으로부터 시작해서 독립된 기 선을 하나씩 처리해나가는 Baseline Mode가 있다. 본 연 구는 GPS수신 장비를 혼합하여 관측하였기 때문에 고정 점으로부터 각 기선별 불확실정수를 최소제곱으로 해석 해 가는 일괄동시처리방식(Session Mode)으로 처리하였 으며 궤도력은 IGS에서 관측한 후 약 11일 후에 확정하여 공식적으로 발표하는 정밀력인 SP3(IGS Final Orbit) 를 이용하여 기선처리를 수행하였다.
- 본 연구는 제주지역에 분포한 현행 삼각점 간의 부합 관 계를 GPS측량을 통해 분석하였으며 다음과 같은 결론은 얻었다.
- 관측된 삼각점에 대해 산출된 ITFR좌표를 현행 좌표로 변환하는 방법에는 여러 가지가 있지만 기본적인 알고리즘은 거의 동일하다. 본 연구에서는 7변수 변환을 통해 현행 성과를 산출하였다. 7 변수 변환은 일반적으로 7-parameter로 불리며 가장 일반적으로 이용하는 방법으로 WGS-84 타원체와 Bessel타원체를 최대한 일치시키기 위해 각축에 대한 원점이동량과 회전량 및 타원체 크기에 따른 축척계수를 결정하게 된다.
- 따라서 제주지역의 정밀한 새로운 측 지망을 구성하기 위해서는 본 연구에서 결정된 4곳의 양호한 점을 기준으로 삼변망동시조정을 통해 새로운 성과를 산출하여야 한다. 본 연구에서는 GPS로 관측된 각 삼각점 간의 기선거리를 벳셀 타원체면상에 투영하여 기준 면상의 거리로 환산하는 절차를 통해 4점 고정에 의한 3변망 조정을 수행하였다. 또한 기존 좌표와 GPS 변환좌표와의 차이량을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 기존 제주지역의 1, 2등 삼각점이 24점이 있었으나 망실훼 손 등으로 본관 측에서는 19점을 관측하였으며 기존 삼각점 중 재설이 안 되었다고 판단되는 완전점 및 복구점 8점을 고정하여 8점부터 성과가 불량한 삼각점을 하나씩 배제시키면서 3점까지 계산을 하였다.
- 위와 같은 상시 관측소를 기준으로 GPS로 관측된 삼각점에 대해 ITRF 좌표와 현행 성과를 동시에 산출하였다. 이는 향후 제주지역의 삼각점 성과가 세계좌표계로 전환되더라도 이번 연구에서 산출된 성과를 그대로 활용할 수 있게 하기 위함이다.
- 이상과 같은 방법으로 표준편차가 과대하게 발생되는 삼각점을 순차적으로 제외시켜 나가는 방법으로 변환계수에 대한 표준편차가 ±20cm 내의 정도가 될 때까지 반복 계산을 수행하였다.
- 제주도의 삼각점은 총 74개가 설치되어 있으며 이들을 등급별로 분류해보면 1등점 3개, 2등점 21개, 3등점 19개와 4등 삼각점이 31개로 구성되어 있다. 제주지역의 삼각점망 구성은 육지부의 3점을 이용해 대삼각본 점망을 구성하였는데 당시 육지부의 추자도 삼각점, 태량도삼각 점, 거문도 삼각점과 연결관측하여 성과를 계산한 후 단계적으로 후속 측량을 실시하였다.
- 표1과 같이 설정된 값으로 처리된 기선 해석의 결과 분 석은 다음과 같은 항목에 대한 통계수치와 계산성과를 바탕으로 기선 해석에 대한 신뢰성을 분석하였다.
대상 데이터
- 그리고 관측 자료의 처리에 있어 고정점으로 이용하기 위해 GPS상시관측 3곳을 관측망에 포함시켰으며 포함된 상시 관측소는 제주기상청에 위치한 국토지리정보원의 관측소 탐라대학교의 천문연구원 관측소 한라산성 판악에 있는 행정자치부의 관측소들이 여기에 해당된다.
데이터처리
- 이를 위해 본 연구에서는 망의 내적일관성과 과오, 부적절하게 맞추어진 관측치를 찾아내고 정확한 관측치 추정 오차를 얻기 위해 고정망 조정을 수행하였고, 망조정 에 대한 신뢰성 분석을 위해 카이제곱 검정을 통해 관측치가 얼마나 상호 부합하'는지를 망기준계수와 비교분석하였다. 망조정시 카이제곱에 대한 신뢰한계는 95%로 설정하였고 1회 계산에서 카이 검정을 통과하지 못한 경우는 추정 오차에 스칼라값을 적용하여 카이제곱 검정에 통 과 할 때까지 반복 연산를 수행하였다. 또한 안테나 높이 오차와 구심에 대한 오차를 최소화기 위해 안테나 높이오 차의 범위는 ±0.
- 이 비율이 클수록 정수치의 신뢰도는 높아지고 1에 가까울수록 신뢰도가 낮아진다. 본 연구에서 처리된 기선 해석에 대한 통계수치 값은 정수파수결 정비, 기준 분산, 표준편차를 나타내는 Ratio, Reference Variance, RMS들을 토대로 기선 해석에 대한 신뢰성 여부를 분석하였다. 일반적으로 Ratio값은 1.
- 기선 해석을 통해 결정된 각 기선에 대한 3차원 벡터에 대해 신뢰성을 부여하여 최적의 3차원 절대 좌표를 결정하기 위해서는 먼저 우연오차의 추정과 제거를 통해 단일화를 구하고 관측치에 적용하는 보 정치를 최소화시켜 추정 정밀도를 분석하여야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 망의 내적일관성과 과오, 부적절하게 맞추어진 관측치를 찾아내고 정확한 관측치 추정 오차를 얻기 위해 고정망 조정을 수행하였고, 망조정 에 대한 신뢰성 분석을 위해 카이제곱 검정을 통해 관측치가 얼마나 상호 부합하'는지를 망기준계수와 비교분석하였다. 망조정시 카이제곱에 대한 신뢰한계는 95%로 설정하였고 1회 계산에서 카이 검정을 통과하지 못한 경우는 추정 오차에 스칼라값을 적용하여 카이제곱 검정에 통 과 할 때까지 반복 연산를 수행하였다.
- 해석된 기선의 신뢰성을 평가하기 위해 기선 해석 결과의 통계 수치를 비교 분석하였다. 기선 해석에 따른 통계 수치 평가 항목과 그에 대한 세부적인 내용은 다음과 같다.
성능/효과
- 1.제주지역의 삼각점에 대한 단계적인 분석을 통해 가장 양호한 삼각점들을 선별할 수가 있었으며 오차한계를 초과하여 기준점으로 부족한 것도 발견할 수 있었다.
- 2.제주지역의 기준점이 정확성을 기하기 위해서는 가장 양호하게 추출된 점을 고정으로 삼변망 조정을 수행하여 제주지역에 대해 새로운 측 지망을 구성하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
- 둘째, 데이터 폐기율에 대한 평가로서 기선 해석 S/W의 대부분은 데이터 폐기율 또는 관측 데이터와 채용 데이터 개수라고 하는 수치를 출력한다. 이것은 각 수신기의 반송파위상 데이터 중에서 불량 데이터가 얼마나 포함되었나를 나타내는 비율이다.
- 본 연구에서 처리된 모든 기선은 안정적인 결과를 보였으며 표2는 그 결과에 대한 일부이다. 기선 해석을 완료하고 ITRF성과 산출을 위해 3곳의 상시 관측소를 고정으로 하는 고정망 조정을 수행하였다.
- 특히, 삼각점 간의 성과가 불량한 경우 계산된 변환 요소는 큰 편차를 갖게 되므로 이러한 변환특성을 고려하여 삼각점 간의 부합관 계를 판단할 수 있다. 본 연구에서의 관측 시간대는 오전 10시에서 4시간 이상인 14시까지 관측하였으며 시간대별 GDOP(기하학적 정밀도 저하율) 평균은 약 2.8로 나타났으며 이 정도는 가장 양호한 성과라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 1차적으로 관측된 모든 삼각점을 이용해 변환계 수를 산정하여 계산된 변환 요소를 각 삼각점에 적용하여 현행 성과를 산출한 다음 3차원 표준편차가 큰 삼각점을 제외시키는 방법으로 삼각점 간의 부합 관계를 분 석하였다.
- 최종적으로 표준편차가 ±20cm 이내에서 상호 결합되는 삼각점은 4점(돌오름, 서우봉, 당산봉, 비양도)으로 분석되었다. 한라산과 고내봉이 대 삼각 본점을 기선으로 시작하여 비양도, 당산봉, 모슬봉, 군산을 하나의 삼각점망을 형성하여 계산하였다고 추정을 할 수가 있다.
후속연구
- 현황성과중 가장 양호하게 추출된 삼각점점들을 고정으로 삼변망 조정을 수행하였으며 추정 오차 10cm 이내의 정도로 제주지역에 대해 새로운 정밀 측 지망을 구축하였다. 새롭게 구축된 삼각망의 성과는 제주지역에 대해 각종 기준 점간의 오차는 최소가 될 것이며 향후 세계 좌계 로 전환되더라도 본 연구에서 결정한 ITRF좌표는 그대로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 위와 같은 상시 관측소를 기준으로 GPS로 관측된 삼각점에 대해 ITRF 좌표와 현행 성과를 동시에 산출하였다. 이는 향후 제주지역의 삼각점 성과가 세계좌표계로 전환되더라도 이번 연구에서 산출된 성과를 그대로 활용할 수 있게 하기 위함이다.
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