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문제 정의
- 본 연구에서는 음향측심기 관측데이터와 GPS 관측데이터의 원활한 합성을 위하여 Visual Basic을 이용하여 프로그램을 작성하여. GPS에 의한 위치데이터와 음향측심기의 수심데이터를 노트북 PC에 내장되어 있는 시간을 이용하여 합성하고 text 파일로 저장하도록 하였다.
- 본 연구에서는 종래의 하천측량을 실시간 동적 GPS(Real-Time Kinematic, RTK-GPS와 음향측심기 (E/S : Echo Sounder) 장비를 조합하여 정확하고 효율적인 3차원 하천측량 성과를 도출할 수 있는 시스템을 개발하고 이의 효용성을 종래의 측량방법과 비교하여 검증하고자 한다. RTK-GPS측량과 음향측심기를 이용하여 관측한 자료를 Visual Basic 언어를 이용하여 3차원 좌표와 수심값을 가진 종합자료로 만들고, ArcGIS 프로그램을 이용하여 하저 DEM을 생성한다.
- RTK-GPS측량과 음향측심기를 이용하여 관측한 자료를 Visual Basic 언어를 이용하여 3차원 좌표와 수심값을 가진 종합자료로 만들고, ArcGIS 프로그램을 이용하여 하저 DEM을 생성한다. 이것을 이용하여 효율적으로 하천지형의 단면자료와 3차원 자료를 구축하고 수자원 분석 등에 사용할 데이터베이스로 활용할 수 있도록 하는데 본 연구의 목적이 있다.
제안 방법
- 작성하여. GPS에 의한 위치데이터와 음향측심기의 수심데이터를 노트북 PC에 내장되어 있는 시간을 이용하여 합성하고 text 파일로 저장하도록 하였다.
- GPS에 의해 WGS84 좌표계로 얻어진 데이터는 TM 투영좌표 및 표고로 변환하여 합성할 수 있도록 하였다. 따라서 GPS 및 수심관측 값의 합성을 위해 RTK-GPS 방식으로 관측한 위치좌표(X, y, H / sec)와 음향측심기를 이용한 수심 (H / sec)을 공통 시간대 별로 합성하여 시간 별 위치 및 수심좌표인 3차원 측정값을 형성하였다.
- GPS와 음향측심기를 조합하여 하천의 3차원 지형 데이터를 취득하고 이를 검증한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 이용하였다. RTK-GPS 기준점 CPO12에 기준국을 세우고 실시간 Kinematic 관측을 실시하였다[그림 4], GPS와 음향측심기의 관측 시간간격은 1초로 셋팅하여 측정자료를 기록하였다. 관측자료의 저장장소로는 RTK-GPS는 기기 내의 메모리에 저장되고, 음향측심기 관측자료는 노트북 PC와 연결하여 저장하였다.
- RTK-GPS와 음향측심기를 이용한 하상측량시스템의 검증을 위하여 그림 10에 나타낸 바와 같이 대상지역 내에 고르게 배치한 검사점들의 위치를 토털스테이션(TS) 과 고저측량용 표척 (staff)을 사용하여 검측하였다. 11개 지점의 검측 위치와 같은 좌표지점에서의 [그림 9]의 표고 분석값을 검측값과 비교하였다.
- 한다. RTK-GPS측량과 음향측심기를 이용하여 관측한 자료를 Visual Basic 언어를 이용하여 3차원 좌표와 수심값을 가진 종합자료로 만들고, ArcGIS 프로그램을 이용하여 하저 DEM을 생성한다. 이것을 이용하여 효율적으로 하천지형의 단면자료와 3차원 자료를 구축하고 수자원 분석 등에 사용할 데이터베이스로 활용할 수 있도록 하는데 본 연구의 목적이 있다.
- 0nnl 지점이다[그림 1]. 관측방법은 보트를 이용하여 음향측심기와 GPS 수신기 및 노트북PC, GPS를 탑재하고 [그림 2]에 나타낸 바와 같이 종방향과 횡방향으로 관측하도록 관측계획 경로를 설정하였다.
- 관측의 정확도를 높이기 위해 지중관로위치 탐사용역의 일환으로 설치된 GPS 도시기준점을 이용하였다. RTK-GPS 기준점 CPO12에 기준국을 세우고 실시간 Kinematic 관측을 실시하였다[그림 4], GPS와 음향측심기의 관측 시간간격은 1초로 셋팅하여 측정자료를 기록하였다.
- 데이터베이스 구축을 위하여 고도값을 수치지형도로부터 추출하였으며, 기존의 하천 및 제내 . 외지 측정 자료를 표고값으로 이용하였다.
- 두번째 단계는 개발한 시스템에 의한 시험관측을 행하여 분석지역 및 주변 지형의 관측자료, 수치지형도를 근거로 하저지형 및 제내지의 데이터베이스를 구축한다. 이렇게 구축된 자료를 이용하여 본 연구를 위해 제작한 합성 및 변환프로그램을 이용하여 평면위치정보인 X, Y 좌표와 수심(높이)정보인 H값을 동시에 관측하여 동일한 저장 시간에 따른 관측값을 합성한다.
- 하였다. 따라서 GPS 및 수심관측 값의 합성을 위해 RTK-GPS 방식으로 관측한 위치좌표(X, y, H / sec)와 음향측심기를 이용한 수심 (H / sec)을 공통 시간대 별로 합성하여 시간 별 위치 및 수심좌표인 3차원 측정값을 형성하였다. 즉 측정값의 합성을 용이하게 하기 위해 노트북컴퓨터 상의 시간과 RTK-GPS의 시간을 동일하게 맞추고, 각각 관측 후 같은 시간(sec)별 3차원 좌표(X, y, H / sec) 를 합성하였다.
- 또한 구축 및 관측된 자료를 종래의 수심 관측 방법을 이용한 측량성과와 비교하여 개발된 시스템의 정확도를 비교함으로써 시스템의 효용성을 검증한다.
- 것이다. 본 분석 툴(tod)은 음향측심기의 RS232(COM1) 포터에서 보레이트(bps)를 맞추고 통신창(포트 열기)를 실행하여 측정심도/관측시간 데이터를 기록하도록 하였다.
- 세번째 단계에서는 기 구축된 자료를 GIS 분석기법을 이용하여 하저지형 및 제내지 지역을 3차원 자료로 구축하고 하천측량에 필요한종 횡단자료 및 단면적을 산출한다. 또한 구축 및 관측된 자료를 종래의 수심 관측 방법을 이용한 측량성과와 비교하여 개발된 시스템의 정확도를 비교함으로써 시스템의 효용성을 검증한다.
- 음향측심기 (KAIJO PS-20R)와 GPS(Ttrimble 5700) 의 조합을 위하여 음향측심기의 상부에 GPS 안테나를 부착하였다. 또한 음향측심기와 GPS 안테나가 수면과 수직을 유지할 수 있도록 로프와 고정대를 이용하여 고정하였다.
- 구축한다. 이렇게 구축된 자료를 이용하여 본 연구를 위해 제작한 합성 및 변환프로그램을 이용하여 평면위치정보인 X, Y 좌표와 수심(높이)정보인 H값을 동시에 관측하여 동일한 저장 시간에 따른 관측값을 합성한다. 이렇게 합성한 자료를 GIS 프로그램을 이용하여 3차원 TIN정보를 생성하여 하저지형의 수치표고모형(DEM)을 구축한다.
- 이렇게 구축된 자료를 이용하여 본 연구를 위해 제작한 합성 및 변환프로그램을 이용하여 평면위치정보인 X, Y 좌표와 수심(높이)정보인 H값을 동시에 관측하여 동일한 저장 시간에 따른 관측값을 합성한다. 이렇게 합성한 자료를 GIS 프로그램을 이용하여 3차원 TIN정보를 생성하여 하저지형의 수치표고모형(DEM)을 구축한다.
- 따라서 기 구축값을 이용하여 하천측량에서 필수적으로 요구되는 특정 단면의 횡단면의 자동 산출이 가능할 것으로 판단되었다. 종방향 50m 간격으로 횡단 선을 설정하고 좌안을 기준으로 횡단선을 따라 20m 간격으로 격자 DEM으로부터 표고값을 자동 추출하였다 [그림 11][그림 12],
- 따라서 GPS 및 수심관측 값의 합성을 위해 RTK-GPS 방식으로 관측한 위치좌표(X, y, H / sec)와 음향측심기를 이용한 수심 (H / sec)을 공통 시간대 별로 합성하여 시간 별 위치 및 수심좌표인 3차원 측정값을 형성하였다. 즉 측정값의 합성을 용이하게 하기 위해 노트북컴퓨터 상의 시간과 RTK-GPS의 시간을 동일하게 맞추고, 각각 관측 후 같은 시간(sec)별 3차원 좌표(X, y, H / sec) 를 합성하였다.
- 처리할 수 있는 시스템을 개발하였다.
-
그림 12. GIS에 의한 횡단선의 표현
표고값 추출결과를 Microsoft사의 Access 프로그램으로 저장하고 좌안 기준점으로부터 상대적 표고값을 산출하여 하저단면을 AutoCAD 상에서 표현하였다
. [그림 13]은 AutoCAD 상에서 횡단면도 No.
대상 데이터
- 실험대상지역으로는 대구광역시 금호강 아양교 하류의 하폭이 약 250m, 수심 1.2m~3.0nnl 지점이다[그림 1]. 관측방법은 보트를 이용하여 음향측심기와 GPS 수신기 및 노트북PC, GPS를 탑재하고 [그림 2]에 나타낸 바와 같이 종방향과 횡방향으로 관측하도록 관측계획 경로를 설정하였다.
- 연구지역의 분석을 위하여 수치지형도 축척 T500과 1:5, 000을 이용하여 데이터베이스를 구축하였다. 데이터베이스 구축을 위하여 고도값을 수치지형도로부터 추출하였으며, 기존의 하천 및 제내 .
데이터처리
- 11개 지점의 검측 위치와 같은 좌표지점에서의 [그림 9]의 표고 분석값을 검측값과 비교하였다.
이론/모형
- 3차원 좌표 데이터베이스를 나타낸 것이다. 또한 데이터베이스 자료와 3차원 좌표(점 데이터)를 이용하여 ESRI사의 ArcGIS 프로그램으로 [그림 7)과 같이 TIN 분석기법에 의하여 3차원 하저지형을 구축하였다.
성능/효과
- 2) 본 연구에서 개발한 3차원 하상측량시스템에 의한 실측값을 종래의 관측방식인 토털스데이션과 스태프에 의한 검측값과 비교한 결과 그 차의 평균 0.021m, RMS 0.0345m의 근소한 값을 나타냄으로써 시스템의 적용 타당성을 입증할 수 있었다.
- 3) 이 3차원 하상측량시스템은 종래의 측량방법에 비해 외업에서 높은 효울성을 기할 수 있을 뿐 아니라, 본연구에서 개발한 데이터 합성프로그램에 의하여 3차원 좌표 데이터베이스를 자동 생성하고 이를 GIS 프로그램에 연계하여 DEM 생성 등의 하저지형정보를 추출하는데 적용함으로써 내업에서도 높은 효율성을 기할 수 있었다.
- 검측결과의 분석을 통하여 GPS-음향측심기의 조합에 의한 유수지역의 하저 표고값의 정확도가 높은 것으로 나타났다. 따라서 기 구축값을 이용하여 하천측량에서 필수적으로 요구되는 특정 단면의 횡단면의 자동 산출이 가능할 것으로 판단되었다.
- 대상 지역의 하상에 대한 검측지점의 값들을 기준데이터로 하여 TIN 보간법에 의한 추출값들과 비교한 결과, 평균 표고 차 0.021m 만큼 TS & Staff측이 높게 나타났으며, RMSE 0.0345m, 최대 및 최소 표고차는 각각 0.152m와 0.012m로 나타났다.
- 따라서 기 구축값을 이용하여 하천측량에서 필수적으로 요구되는 특정 단면의 횡단면의 자동 산출이 가능할 것으로 판단되었다. 종방향 50m 간격으로 횡단 선을 설정하고 좌안을 기준으로 횡단선을 따라 20m 간격으로 격자 DEM으로부터 표고값을 자동 추출하였다 [그림 11][그림 12],
후속연구
- 이재원 등(2005은 RTK-GPS 와 음향측심기를 이용하여 저수지의 내용적을 도출하고 3D 모델링에 의한 시각화를 행하였다[6]. 이와 같이 하천측량에서 3차원 자료의 획득을 위해 GPS 및 음향측심기 등의 장비와 최신 측량기술을 동원한 다양한 방법 등이 모색되어 왔으몌7], 앞으로 GIS 및 수자원 분석 등을 위한 적용연구가 더욱 활발히 진행될 것으로 사료된다.
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