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문제 정의
- 따라서 국가 좌표체계가 세계좌표계로 전환되는 이 시점이 지적 분야의 기준점체계를 새로운 좌표체계로 전환하기 위한 기회이며, 지형도와 지적도에 통일된 좌표를 부여하여 국가 지리 정보(0GIS)의 기본 자료로 활용될 수 있는 연구가 필요하다. 본 연구는 국가 좌표체계를 세계좌표계로 전환하고자 하는 국가적 정책에 부흥하고 지적 분야에 세계측지계 도입을 통해 수치지적도와 국가 GIS 데이터인 수치지형도를 동일 좌표체계로 표현하기 위한 지적기준점의 전환 기초 연구결과를 제시함을 목적으로 한다.
- 이 성과를 토대로 지역적 원점의 특징에 따른 지적기준점 성과의 계통적 오차를 분석하고 통일된 기준의 성과로 재계산을 실시하였다. 시범지역에서 관리되고 있는 지적기준점에 대한 정보와 현황 파악을 위하여 지적도와 지적기준점 관리 기관인 행정기관과 지적공사 지사를 방문하여 협조를 받아 원활한 실험 연구가 수행될 수 있도록 만전을 기하였다.
제안 방법
- GPS 현지 관측을 실시한 지적삼각점 7점 중에서 계양 원점좌표(구소삼각원점기준)가 없는 2점을 제외한 5점의 지적삼각점의 두 원점 성과를 이용하여 2차원 등각변환에 의한 구소삼각원점좌표를 중부원점 좌표로 변환할 수 있는 변환 매개계수를 계산하였다. 구소삼각원점에서 통일원점으로의 변환 매개변수는 표 2와 같다.
- 이용하여 직.간접 변환에 의한 지적기준점의 세계측지계 성과를 결정하였다. 직접변환에 의한 세계측지계 성과 결정에서 고정점으로 이용한 기준점은 현재 건설교통부 국토지리정보원에서 운용중인 GPS 상시관측소(1등 위성 측 지기 준 점)의 고시 성과가 유일하기 때문에 이를 기지좌표로 이용하였다.
- 대한지적공사 인천광역시 본부 산하계양/부평 사무소에서 관리하고 있는 지적기준점은 지적삼각점 14점, 지적삼각보조점 62점, 도근점은 약 5, 000여 점이 있으며 계양원점은 망실된 상태이나 인근 지역에 복원 시켜 놓은 상태이다. 계양원점은 구한국정부 양지 과에서 설치한 것으로 원점 좌표는 (0, 0)이며 방위각, 수평각, 연직각 관측을 통하여 측량의 기준을 설정하였다. 거리측정 단위는 '간(間)'을 사용하였으나 현재는 모든 기준점과 지적도의 좌표가 미터법으로 환산되어 관리되고 있다.
- 구소삼각지역인 인천 계양지역에 분포하는 지적기준점의 통일원점 기준의 성과를 계산하기에 앞서 지적기준점의 정확도를 평가하였다. 인천광역시 계양구/부평구 지역에 분포하고 있는 지적삼각점과 도근점의 정확도를 평가하기 위하여 관할 기관인 대한지적공사 계양/부평 사무소에서 가장 많이 이용하는 지적삼각점을 조사하고 현장 GPS 관측을 실시하였다.
- 국가 측량 체계의 이력을 조사하고 구소삼각지역에 분포하고 있는 지적기준점에 대하여 GPS 현지 측량 결과를 토대로 실험을 실시한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- GPS 관측데이터는 Trimble Total Control(TTC) 소프트웨어를 이용하여 기선 해석을 실시하였다. 기선 해석 결과를 토대로자유망 조정 및 지적삼각점 중에서 5점에 대한 중부원점과 계양원점 기준의 좌표를 고정한 다점 고정망조정을 실시한 후 오차타원의 비교를 통하여 정확도를 평가하였다. 다점 고정망조정은 고정에 사용한 기준점의 성과의 정확도가 차수가 낮은 다른 관측점에 미치는 영향을 파악할 수 있는 특징을 가지고 있다.
- 549m로 비교적 크게 나타났다. 두 변환에 의한 세계측지계 성과 차이가 30를 벗어나는 기준점을 순차적으로제거하여 다시 RMSE를 평가하였다. 제거한 기준점은 도근점 3421, 지적삼각점 WJ44, WNMI 이다.
- 두 성과의 차이에서 과대 편차를 추정하기 위한 가장 좋은 방법은 두 성과의 차이에 대한 표준편차 (±1α)를 계산하여 30 이상의 차이를 보이는 기준점을 과대 편차로 판단하여 제거하는 것이다. 따라서 본 연구에서도 각 시범지역별로 변환 매개변수 결정을 위해 수집한 공통점 중에서 위의 방법에서와 같이 과대 편차를 보이는 기준점을 제거하여 매개변수를 결정하였다.
- 본 연구에서는 11개의 구소삼각지역 중에서 계양 원점을 기준으로 하고 있는 인천광역시 계양구와 부평구 지역을 시범지역을 선정하고, 대상 지역에 위치한 지적기준점에 대하여 GPS 측량을 실시하여 성과 계산을 수행하였다. 이 성과를 토대로 지역적 원점의 특징에 따른 지적기준점 성과의 계통적 오차를 분석하고 통일된 기준의 성과로 재계산을 실시하였다.
- 이 성과를 토대로 지역적 원점의 특징에 따른 지적기준점 성과의 계통적 오차를 분석하고 통일된 기준의 성과로 재계산을 실시하였다. 시범지역에서 관리되고 있는 지적기준점에 대한 정보와 현황 파악을 위하여 지적도와 지적기준점 관리 기관인 행정기관과 지적공사 지사를 방문하여 협조를 받아 원활한 실험 연구가 수행될 수 있도록 만전을 기하였다.
- 정확도를 평가하였다. 인천광역시 계양구/부평구 지역에 분포하고 있는 지적삼각점과 도근점의 정확도를 평가하기 위하여 관할 기관인 대한지적공사 계양/부평 사무소에서 가장 많이 이용하는 지적삼각점을 조사하고 현장 GPS 관측을 실시하였다.
- 직접변환에 의한 세계측지계 성과 결정에서 고정점으로 이용한 기준점은 현재 건설교통부 국토지리정보원에서 운용중인 GPS 상시관측소(1등 위성 측 지기 준 점)의 고시 성과가 유일하기 때문에 이를 기지좌표로 이용하였다. 직접변환 방법인 망조정을 이용한 지적기준점의 세계측지계 성과와 통일원점 기준의 고시 성과를 이용하여 2차원 변환을 위한 매개변수를 결정하고 이 매개변수를 이용하여 동경측지계 기준의 지적성과를 세계측지계로의 간접변환을 수행하고 직 변환에 의한 세계측지계 성과와 비교하였다.
- 총 14점의 지적삼각점 중에서 7점을 선정하고 도근점도 7점을 정하여 2주파 정밀측지측량용 GPS 수신기를 이용하여 2시간 이상의 관측을 수행하였다. GPS 관측데이터는 Trimble Total Control(TTC) 소프트웨어를 이용하여 기선 해석을 실시하였다.
- 구소삼각원점에서 통일원점으로의 변환 매개변수는 표 2와 같다. 표 2의 변환 매개변수를 이용하여 도근점 7점의 구소삼각좌표를 중부원점좌표로 변환하였다. 변환한 중부원점좌표에 대하 여중부원점 기준의 고시 성과 및 GPS 실측에 의한 지적삼각점의 중부원점 고정에 의한 망조정 성과 비교 결과는 그림 5와 같다.
대상 데이터
- 고정망조정에서 사용한 고정점은 지적삼각점 IC20, IC24, WJ44, WNMI이다. 계양원점 기준의 좌표를 고정한 망 조정 오차타원 평균은 1.
- 본 연구의 시범지역인 인천광역시 계양구/부평구 지적기준점의 세계측지계 성과를 계산하기 위하여 이용한 GPS 상시관측소는 서울(SOUL)과 수원(SUWN)이다. GPS 상시 관측소를 고정한 망조정 결과에서 위거 방향의 조정오차는 평균 9.
- 25 전쟁을 거치면서 파괴 또는 망실이 되었다. 이러한 삼각점의 상태를 조사하기 위하여 전국을 대상으로 1958년 4월 19일(대통령령 제 1363호) 국방부 지리연구소가 발족되어 국가기본도 제작을 위한 기초 측량의 일환으로 서남해안 도서지구를 포함하여, 1, 2등 삼각점을 대상으로 실시하게 되었다. 그 후 서해안육지 지역으로 점차 확대하여 전국적으로 실시하고 점차적으로 3, 4등 삼각점도 계속 실시하게 되어 이를 토대로 삼각점 복구 계획을 수립하였다(국토연구원, 2003).
- 간접 변환에 의한 지적기준점의 세계측지계 성과를 결정하였다. 직접변환에 의한 세계측지계 성과 결정에서 고정점으로 이용한 기준점은 현재 건설교통부 국토지리정보원에서 운용중인 GPS 상시관측소(1등 위성 측 지기 준 점)의 고시 성과가 유일하기 때문에 이를 기지좌표로 이용하였다. 직접변환 방법인 망조정을 이용한 지적기준점의 세계측지계 성과와 통일원점 기준의 고시 성과를 이용하여 2차원 변환을 위한 매개변수를 결정하고 이 매개변수를 이용하여 동경측지계 기준의 지적성과를 세계측지계로의 간접변환을 수행하고 직 변환에 의한 세계측지계 성과와 비교하였다.
- 통일성과를 계산하기 위하여 선정한 구소삼각지역인인천광역시 계양구와 부평구 지역은 구소삼각원점 중에서 계양원점이 위치하고 있는 지역이다. 이 지역은 계양 원점에 연결된 기준점과 통일원점 중에서 중부원점을 사용하는 기준점이 혼재되어 있는 지역이다.
데이터처리
- 2시간 이상의 관측을 수행하였다. GPS 관측데이터는 Trimble Total Control(TTC) 소프트웨어를 이용하여 기선 해석을 실시하였다. 기선 해석 결과를 토대로자유망 조정 및 지적삼각점 중에서 5점에 대한 중부원점과 계양원점 기준의 좌표를 고정한 다점 고정망조정을 실시한 후 오차타원의 비교를 통하여 정확도를 평가하였다.
- 표 5의 변환 매개변수를 이용하여 지적기준점의 고시성과(통일성과)를 변환하고 직접변환에 의해 결정된 세계측지계 성과와 차이를 비교하여 표 8에 정리하였다. 직접변환과 간접변환의 차이에 대한 정확도 평가는 RMSE(Root Mean Square Error)를 계산하여 평가하였다. 직접변환과 간접변환에 의한 세계측지계 기준의 지적기준점 성과 차이에 대한 RMSE는 위거 방향은 0.
성능/효과
- 1. 지적좌표계의 연혁 조사를 통하여 국가기준점 신설 당시의 측량 기준과 별도의 목적에 의해 신설된 구소 삼각 원점, 특별소삼각원점, 특별도근측량원점 등 다양한 원점체계로 구성되었으며, 6.25 동란 이후 기준점 응급 복구사업에 따라 성과의 부정확성으로 인한 기준점 관리의 이원화가 되는 단계를 확인할 수 있었다.
- 2. 구소삼각원점인 계양원점 기준의 도근점에 대한 2차원 등각변환에 의한 좌표변환 성과와 중부원점 기준으로 고시된 좌표와의 차이에 대한 평균은 남북방향으로 0.93m, 동서방향으로는 0.80m를 보였다. 실제 GPS 관측을 실시한 성과와의 비교에서는 동서방향으로 0.
- 3. 시범지역에 대한 지적기준점 통일원점 성과와 세계측지계에 기준한 직접변환한 조정성과를 이용하여 2차원 상사변환을 위한 매개변수를 결정하고 이를 이용하여 잉여 검사점에 대한 간접 조정을 실시하여 직접 조정 성과와 비교한 결과, 약 15cm의 차이를 보였다. 지적기준점의 세계측지계 변환에서는 GPS 실측 및 GPS 상시관측소와의 연계를 통하여 대표점들에 대한 세계측지계 기준 성과를 계산하고 계산 성과를 고정점으로 하여 GPS 관측 기선과 기존의 지적측량 데이터를 연결한 망조정을 실시하여 계산하는 직접변환에 의한 방법이 적합하다고 판단된다.
- 서울(SOUL)과 수원(SUWN)이다. GPS 상시 관측소를 고정한 망조정 결과에서 위거 방향의 조정오차는 평균 9.7mm(최대=17.3mm), 경거 방향의 조정 오차는 7.6mm(최대=12.7mm)를 나타냈다. 따라서 직접변환에 의한 지적기준점의 세계측지계로의 조정 오차는 평균 12.
- 다점고정망조정보다 일점 고정망조정은 과대 오차를 가진 기준점으로 인하여 오차 벡터 성분이 삭제되지 않고 관측망의 구조가 튼튼하지 못하다는 단점이 있다는 연구 결과도 있다(강인준 등, 2002). GPS 실측 데이터의 기선해석을 실시한 결과를 바탕으로 자유망조정에 의한 95% 신뢰구간의 내에서의 오차타원 반경의 평균은 2.5cm(lo=1.28cm) 로 이러한 결과는 GPS 측량의 정확도가 3cm 이하의 정도를 가지고 이루어졌음을 나타내는 것이다. 표 1은 계양 원점 좌표와 중부원점좌표를 고정한 고정 망조정의 95% 신뢰도 오차 타원의 결과를 나타낸 것이다.
- 5m의 수준에 머물러 있었음을 판단할 수 있다. 고정망조정에서 고정점으로 사용한 4점의 지적삼각점 좌표를 중부원점 기준의 좌표로 고정하여 조정한 95% 신뢰구간의 오차 평균은 0.404m(lo=0.21m)의 결과를 보였다. 이는 중부원점좌표의 오차 수준을 나타내는 것으로 지적기준점의 성과에서 계양원점 좌표가 중부원점 기준의 좌표보다 정확도가 3배 이상 저하됨을 뜻한다.
- 17m정도 고시좌표와의 차이보다 향상된 결과를 나타냈다. 구소삼각원점 기준의 좌표에 대하여 좌표변환을 실시하여 정확도를 비교한 결과에서는 1m 정도의 변환 정확도를 보이고 있다고 판단된다. 중부원점 기준의 고시성과는 실제 지적측량에서 적용되고 있는 기준점이므로 수치지적도의 변환 정확도 향상을 위한 왜곡량을 계산하고 이 왜곡량을 보정하여 정확도를 향상시킬수 있다.
- 7mm)를 나타냈다. 따라서 직접변환에 의한 지적기준점의 세계측지계로의 조정 오차는 평균 12.4mm(최대=21.5mm)로 계산되었다. 표 4는 직접변환에 의한 지적기준점의 성과 및 조정오차를 정리한 것이다.
- 이는 중부원점좌표의 오차 수준을 나타내는 것으로 지적기준점의 성과에서 계양원점 좌표가 중부원점 기준의 좌표보다 정확도가 3배 이상 저하됨을 뜻한다. 또한 중부원점 기준의 지적기준점을 이용한 신규등록측량을 통해 제작된 수치지적도는 상대 위치 정확도가 0.4m의 수준의 결과를 보이는 것으로 평가된다. 그림 3은 각각의 망 조정 결과를 나타낸 것이다.
- 80m를 보였다. 실제 GPS 관측을 실시한 성과와의 비교에서는 동서방향으로 0.17m 정도 고시좌표와의 차이보다 향상된 결과를 나타났다. 중부원점 기준의 고시성과는 실제 지적측량에서 적용되고 있는 기준점이므로 변환 정확도 향상을 위한 왜곡량을 계산하고 이 왜곡량을 보정하면 수치지적도의 변환 정확도를 향상시킬 수 있다고 판단된다.
- 80m 를 보였다. 실제 GPS 관측을 실시한 성과와의 비교에서는 동서방향으로 0.17m정도 고시좌표와의 차이보다 향상된 결과를 나타냈다. 구소삼각원점 기준의 좌표에 대하여 좌표변환을 실시하여 정확도를 비교한 결과에서는 1m 정도의 변환 정확도를 보이고 있다고 판단된다.
- 다음은 구소삼각지 역인 인천광역시 계양구의 지적 기준점의 통일원점성과인 중부원점 성과를 세계측지계로 간접 변환하기 위한 매개변수를 결정하는 것이다. 지적기준점의 고시 성과와 직접변환에 의하여 계산한 세계측지계 성과 간의 차이를 구하여 표준편차를 계산한 결과를 바탕으로 분석한 결과, 과대 편차를 나타내는 기준점은 도근점 3421과 지적삼각점 WNMI이다. 과대 편차를 보이는 지적기준점 2점을 제거하고 계산한 2차원 등각변환 매개변수는 표 5와 같다.
- 시범지역에 대한 지적기준점 통일원점 성과와 세계측지계에 기준한 직접변환한 조정성과를 이용하여 2차원 상사변환을 위한 매개변수를 결정하고 이를 이용하여 잉여 검사점에 대한 간접 조정을 실시하여 직접 조정 성과와 비교한 결과, 약 15cm의 차이를 보였다. 지적기준점의 세계측지계 변환에서는 GPS 실측 및 GPS 상시관측소와의 연계를 통하여 대표점들에 대한 세계측지계 기준 성과를 계산하고 계산 성과를 고정점으로 하여 GPS 관측 기선과 기존의 지적측량 데이터를 연결한 망조정을 실시하여 계산하는 직접변환에 의한 방법이 적합하다고 판단된다.
- 직접변환과 간접변환의 차이에 대한 정확도 평가는 RMSE(Root Mean Square Error)를 계산하여 평가하였다. 직접변환과 간접변환에 의한 세계측지계 기준의 지적기준점 성과 차이에 대한 RMSE는 위거 방향은 0.172m, 경거 방향은 0.549m로 비교적 크게 나타났다. 두 변환에 의한 세계측지계 성과 차이가 30를 벗어나는 기준점을 순차적으로제거하여 다시 RMSE를 평가하였다.
- 제거한 기준점은 도근점 3421, 지적삼각점 WJ44, WNMI 이다. 직접변환에 대한 간접변환의 정확도를 평가한 최종 결과는 위 거 방향으로 0.076m, 경거방향으로 0.100m를 보였다. 따라서 간접변환에 의한 정확도는 직접변환에 의한 성과에 비하여 약 15cm 이내의 차이를 보이고 있다고 판단된다.
후속연구
- 개정된 법률에 따라 실질적인 효력이 발생하도록 측량법 부칙 저12항의 경과조치 규정에 의거 세계측지계 전면 사용시점을 3년 연장되도록 고시하고 있다. 따라서 국가 좌표체계가 세계좌표계로 전환되는 이 시점이 지적 분야의 기준점체계를 새로운 좌표체계로 전환하기 위한 기회이며, 지형도와 지적도에 통일된 좌표를 부여하여 국가 지리 정보(0GIS)의 기본 자료로 활용될 수 있는 연구가 필요하다. 본 연구는 국가 좌표체계를 세계좌표계로 전환하고자 하는 국가적 정책에 부흥하고 지적 분야에 세계측지계 도입을 통해 수치지적도와 국가 GIS 데이터인 수치지형도를 동일 좌표체계로 표현하기 위한 지적기준점의 전환 기초 연구결과를 제시함을 목적으로 한다.
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