지오이드 모델개발에 있어서 GPS/leveling 자료는 중력지오이드의 검증이나 합성지오이드의 계산에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 우리나라 GPS/leveling 자료의 배점밀도를 개선하기 위하여 산악지역을 포함하는 연구대상지역에서 직접 GPS측량을 실시하고, 이를 처리하여 산정된 기하학적 지오이드 고의 정확도를 분석하였다. 이를 위해 경북지역 내의 1등 및 2등 수준노선을 대상으로 총 211개소의 GPS/leveling 자료를 취득하고, 기선해석 및 망조정을 통해 198개소의 GPS/leveling 자료를 결정하였다. 이 198개소의 자료에 의한 기하학적 지오이드고는 EGM2008 모델에 의한 지오이드고와의 교차분석을 통해 그 정확도를 분석하였다. 그 결과 정규분포에 따른 과대오차 소거 후 190개소 자료에 대한 정확도는 -0.185$\pm$ 0.079m로 나타났고, 이를 이용하여 수준점 등급, 기선길이, 그리고 표고에 따른 정확도를 분석하였다.
지오이드 모델개발에 있어서 GPS/leveling 자료는 중력지오이드의 검증이나 합성지오이드의 계산에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 우리나라 GPS/leveling 자료의 배점밀도를 개선하기 위하여 산악지역을 포함하는 연구대상지역에서 직접 GPS측량을 실시하고, 이를 처리하여 산정된 기하학적 지오이드 고의 정확도를 분석하였다. 이를 위해 경북지역 내의 1등 및 2등 수준노선을 대상으로 총 211개소의 GPS/leveling 자료를 취득하고, 기선해석 및 망조정을 통해 198개소의 GPS/leveling 자료를 결정하였다. 이 198개소의 자료에 의한 기하학적 지오이드고는 EGM2008 모델에 의한 지오이드고와의 교차분석을 통해 그 정확도를 분석하였다. 그 결과 정규분포에 따른 과대오차 소거 후 190개소 자료에 대한 정확도는 -0.185$\pm$ 0.079m로 나타났고, 이를 이용하여 수준점 등급, 기선길이, 그리고 표고에 따른 정확도를 분석하였다.
In geoid modelling field, it is very important the GPS/leveling data because it could be check-out the accuracy of gravimetric geoid and computed the hybrid geoid. In this study, GPS surveying was accomplished in the test area including mountainous area to improve the GPS/leveling data density in Ko...
In geoid modelling field, it is very important the GPS/leveling data because it could be check-out the accuracy of gravimetric geoid and computed the hybrid geoid. In this study, GPS surveying was accomplished in the test area including mountainous area to improve the GPS/leveling data density in Korea. And the geometric geoidal heights was calculated using the GPS/leveling data in the test area and the accuracy of the geoidal heights was analyzed. For this study, GPS surveying was accomplished on the 211 1st and 2nd order benchmarks in Gyeongbuk province and 198 GPS/leveling data were achieved after both baseline analysis and network adjustment. Geometric geoidal heights were calculated using these 198 GPS/leveling data and the accuracy analysis was done by comparison with the geoidal heights from EGM2008 geopotential model. The results showed that the bias and standard deviation computed from 190 GPS/leveling data after gross removal was -0.185$\pm$0.079m. And also, the accuracy analyses according to the benchmark order, baseline length, and altitude were accomplished.
In geoid modelling field, it is very important the GPS/leveling data because it could be check-out the accuracy of gravimetric geoid and computed the hybrid geoid. In this study, GPS surveying was accomplished in the test area including mountainous area to improve the GPS/leveling data density in Korea. And the geometric geoidal heights was calculated using the GPS/leveling data in the test area and the accuracy of the geoidal heights was analyzed. For this study, GPS surveying was accomplished on the 211 1st and 2nd order benchmarks in Gyeongbuk province and 198 GPS/leveling data were achieved after both baseline analysis and network adjustment. Geometric geoidal heights were calculated using these 198 GPS/leveling data and the accuracy analysis was done by comparison with the geoidal heights from EGM2008 geopotential model. The results showed that the bias and standard deviation computed from 190 GPS/leveling data after gross removal was -0.185$\pm$0.079m. And also, the accuracy analyses according to the benchmark order, baseline length, and altitude were accomplished.
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문제 정의
본 연구에서는 GPS/leveling자료의 원시자료의 확보와 배점밀도의 개선을 위하여 경북지역을 중심으로 산악지역을 포함하는 연구대상지역을 설정하고, 연구대상지역 내의 1,2등 수준점을 대상으로 GPS측량을 실시하였으며 최종적으로 획득된 198점의 GPS/leveling 자료에 의한 기하학적 지오이드고를 계산하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
GPS/leveling 자료의 정확도는 기하학적 지오이드고의 정확도를 의미하며 일반적으로 지구중력장 모델에 의한 지오이드고와 GPS/leveling에 의한 기하학적 지오이드고 간의 교차분석에 의해 수행된다. 본 연구에서는 우리나라에의 적합성이 높은 것으로 소개된 바 있는 초고차항 지구중력장 모델인 EGM2008 모델에 의한 지오이드고와의 교차분석을 통해 취득된 GPS/leveling 자료의 정확도를 분석하였다.
제안 방법
EGM2008 모델 개발에는 전세계에서 수집된 지상중력자료와 GRACE 위성자료를 이용되었고, 전세계의 GPS/leveling 자료와 천문측량 자료, 5′ × 5′ 격자간격의 잔여중력이상과 TOPEX 위성고도자료, GRACE KBBR 자료 등으로 정확도 평가를 수행하였다.
GPS 측량은 2008년 12월에 실시되었으며, 수신간격 5초, 임계앙각 15°, 그리고 최소 관측시간을 1시간으로 계획하여 수행되었다.
기선해석 및 망조정은 대상 수준점 주변의 11개소의 상시관측소 자료를 기준으로 총 25개 세션으로 구분하여 해석하였고, 표 5와 같이 각 세션별로 가장 근접한 상시관측소 3개소 자료를 기준으로 해석하였다. 또한 기선 해석에 있어서 IGS에서 제공하는 정밀궤도력(precise ephemeris)을 모든 세션에 적용하여 처리하였다.
기하학적 지오이드고의 정확도 분석을 위해 GPS/leveling 자료에 의한 기하학적 지오이드고(NGPS)와 EGM2008 모델에 의한 지오이드고(NEGM2008)간의 교차분석을 실시하였다. 교차분석 결과 ±1.
따라서 본 연구에서는 GPS/leveling자료의 원시자료의 확보와 배점밀도의 개선을 위하여 경북지역을 중심으로 산악지역을 포함하는 연구대상지역을 설정하고, 연구대상지역 내의 1, 2등 수준점을 대상으로 GPS측량을 실시하였다. 아울러 측량한 결과를 처리하여 197의 GPS/leveling자료를 취득할 수 있었으며, 이에 의한 기하학적 지오이드고의 계산과 표고에 따른 기하학적 지오이드고의 정확도의 차이를 분석할 수 있었다.
또한 197점에 대한 교차분석 결과를 표고에 따른 영향을 살펴보기 위하여 지오이드고 교차를 표 11과 같이 평탄지와 야산지, 산악지로 구분하여 분석하였다(전인식, 2007).
기선해석 및 망조정은 대상 수준점 주변의 11개소의 상시관측소 자료를 기준으로 총 25개 세션으로 구분하여 해석하였고, 표 5와 같이 각 세션별로 가장 근접한 상시관측소 3개소 자료를 기준으로 해석하였다. 또한 기선 해석에 있어서 IGS에서 제공하는 정밀궤도력(precise ephemeris)을 모든 세션에 적용하여 처리하였다.
본 연구에서는 주어진 위치와 시간에서의 지구자기장의 편각, 복각 등을 계산할 수 있는 수학적인 모델인 IGRF(International Geomagmetic Reference Field) 모델 중 2005년에 발표된 10세대 IGRF 모델인 IGRF10을 이용하여 구면조화분석을 실시하고, 편심 관측된 위치에서의 편각을 결정하였다. IGRF10은 최대차수 10 또는 그 이하였던 이전의 모델에 비해 최대차수 13의 모델이며, IGRF10 모델과 처리 및 분석에 관련한 것은 NGDC(National Geophysical Data Center)에 의해 제공되고 있다 (http://www.
수준점을 대상으로 취득된 GPS 원시자료는 각 수신기 제조사의 프로그램을 이용하여 RINEX 파일로 변환한 후, TGO(편심 위치의 GPS 편심 위치의 GPS Trimble Geomatics Office) 프로그램을 이용하여 모든 GPS 자료에 대한 기선해석 및 망조정을 실시하였다.
대상 수준노선 중 1등 수준노선의 경우 2006년 1등 수준망 조정사업에 의해 조정된 14노선(대구~영주), 18노선(영주~울진), 19노선(영주~충주)의 수준점 95점, 2등 수준노선의 경우 3개 수준환의 17개 노선의 수준점 96점을 대상 수준점으로 선정하였다. 이렇게 선정된 수준점을 대상으로 수준점 보존 여부, 수준점 상태, 그리고 GPS/leveling 측량 시 편심관측 여부 등을 파악하기 위하여 사전조사를 실시하였다. 그 결과, 총 14개소의 망실 수준점이 조사되었고, 편심관측이 필요한 수준점은 총 26개소로 파악되었다.
이를 위하여 먼저 토탈스테이션 측량에 의해 편심 관측된 수준점의 자북방위각(WBM), 수평거리(ℓBM)와 편심 위치의 GPS 관측점의 자북방위각(WGPS), 수평거리(ℓ GPS)를 이용하여 수준점과 GPS 관측점간의 거리와 자북 방위각을 결정하게 된다. 그리고 GPS 관측점에서의 편각(D)을 계산하게 되면, GPS 관측점과 수준점을 연결하는 측선의 진북방위각을 결정할 수 있고, 수준점의 최종 수평위치 및 타원체고를 결정할 수 있게 된다.
대상 데이터
GPS/leveling을 위하여 최종적으로 선정된 총 211개소의 수준점을 대상으로 GPS 측량을 실시하였으며, 표 3은 이를 정리한 것으로 대상 수준점의 정위치와 편심위치에서 관측된 수준점을 각 수준노선별로 구분하여 표현한 것이다.
대상 수준노선 중 1등 수준노선의 경우 2006년 1등 수준망 조정사업에 의해 조정된 14노선(대구~영주), 18노선(영주~울진), 19노선(영주~충주)의 수준점 95점, 2등 수준노선의 경우 3개 수준환의 17개 노선의 수준점 96점을 대상 수준점으로 선정하였다. 이렇게 선정된 수준점을 대상으로 수준점 보존 여부, 수준점 상태, 그리고 GPS/leveling 측량 시 편심관측 여부 등을 파악하기 위하여 사전조사를 실시하였다.
그 결과, 총 14개소의 망실 수준점이 조사되었고, 편심관측이 필요한 수준점은 총 26개소로 파악되었다. 또한 사전조사를 바탕으로 자료취득 및 처리 시 발생될 수 있는 요인을 고려하여 GPS/leveling을 위한 최종계획을 확정하였으며, 이렇게 결정된 최종 대상 수준점은 총 211개소이다. 1등 수준노선별 수준점 수와 편심관측 여부 결과는 표 1과 같고, 표 2는 수준환별 대상 2등 수준점 현황을 나타낸 것이다.
본 연구에서 GPS 측량을 위한 장비로는 Trimble사에서 제조한 R7 수신기 2대, 5700 수신기 2대, 그리고 Topcon사에서 제조한 GB500 수신기 6대로 총 10대를 사용하였으며, 각 수신기의 제원은 표 4와 같다. 또한 편심 관측점의 위치를 보정하기 위한 장비로는 Sokkia사의 SET330R 토탈스테이션을 사용하였다.
본 연구에서는 배점밀도가 상대적으로 낮은 산악지의 GPS/leveling 자료를 취득하기 위하여 그림 5와 같이 경북지역내의 1등, 2등 수준망에서 대상 수준노선을 선정하였다.
취득된 GPS 자료 중 하나 세션의 기선처리 및 망조정 결과는 그림 8과 같고, 취득된 총 211개소의 자료 중 해석이 불가능한 13개소의 자료를 제외한 최종 198개소의 해석이 완료되었다. 해석이 불가능한 13개소 자료는 해석 당시 Ratio, 분산, RMS 등의 초과, 수신 상태의 불량, 가시 위성수의 부족, 관측 시 측량자의 부주의 등에 기인한 것으로 분석되었다.
데이터처리
교차분석 결과 ±1.96σ를 초과하는 95% 신뢰도를 벗어나는 값을 과대오차(gross error)로 간주하였다.
성능/효과
198개소의 자료를 이용하여 교차분석을 실시한 결과, 최대 0.715m, 최소 -9.915m, 평균 -0.239m, 그리고 표준 편차 ±0.702m로 나타났다.
이렇게 선정된 수준점을 대상으로 수준점 보존 여부, 수준점 상태, 그리고 GPS/leveling 측량 시 편심관측 여부 등을 파악하기 위하여 사전조사를 실시하였다. 그 결과, 총 14개소의 망실 수준점이 조사되었고, 편심관측이 필요한 수준점은 총 26개소로 파악되었다. 또한 사전조사를 바탕으로 자료취득 및 처리 시 발생될 수 있는 요인을 고려하여 GPS/leveling을 위한 최종계획을 확정하였으며, 이렇게 결정된 최종 대상 수준점은 총 211개소이다.
둘째, 최종 197개소의 자료를 1등 및 2등 수준점으로 구분하여 분석한 결과, 서로 비슷한 결과를 나타냈으며, 기선거리의 증가에 따른 차이는 다소 증가하는 양상을 나타내었다. 또한 수준점의 표고에 따른 교차분석을 실시한 결과 표고에 따른 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
따라서 최종적으로 얻어진 95% 신뢰도 이내의 데이터 수는 197개이며, 이들의 교차는 최소 -0.931m에서 최대 0.715m까지 분포하는 것으로 나타났으며 평균값과 표준편차는 -0.190±0.124m로 나타났다.
둘째, 최종 197개소의 자료를 1등 및 2등 수준점으로 구분하여 분석한 결과, 서로 비슷한 결과를 나타냈으며, 기선거리의 증가에 따른 차이는 다소 증가하는 양상을 나타내었다. 또한 수준점의 표고에 따른 교차분석을 실시한 결과 표고에 따른 영향은 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 현재 우리나라의 경우 수준점 표고계산에 있어서 지형의 높이차에 따른 정사보정을 고려하지 않고 있으므로 보다 정확한 GPS/leveling 자료의 취득을 위해서는 수준점에서의 중력측정에 따른 정사보정량을 계산하고, 이를 고려한 정확한 정표고 산정이 필요함을 알 수 있었다.
또한 총 197개소의 자료를 1등, 2등 수준점으로 구분하여 교차분석을 실시한 결과, 표 10과 같이 1등 수준점의 경우 -0.192m±0.144m, 2등 수준점의 경우 -0.188m±0.106m로 비슷한 결과를 나타냈으나, 2등 수준점의 교차의 평균값이 0.4cm정도 작게 나타났다.
또한 표 8과 같이 198개소의 자료 중 EGM2008 모델로부터 구한 지오이드고와의 차이가 정규분포에 따라 95%신뢰도(±1.96σ) 이상의 값을 나타내는 1개소의 자료는 과대오차로 간주하여 제거하여 최종적으로 197개소의 GPS/leveling 자료를 확보할 수 있었다.
분석 결과, 산악지의 정확도가 제일 좋지 않을 것이라는 당초의 예상과 달리 교차의 평균값(-0.162m)과 표준편차(±0.067m)가 가장 작게 나타났다.
따라서 본 연구에서는 GPS/leveling자료의 원시자료의 확보와 배점밀도의 개선을 위하여 경북지역을 중심으로 산악지역을 포함하는 연구대상지역을 설정하고, 연구대상지역 내의 1, 2등 수준점을 대상으로 GPS측량을 실시하였다. 아울러 측량한 결과를 처리하여 197의 GPS/leveling자료를 취득할 수 있었으며, 이에 의한 기하학적 지오이드고의 계산과 표고에 따른 기하학적 지오이드고의 정확도의 차이를 분석할 수 있었다. 본 연구에서 수행된 연구과정을 흐름도로 나타내면 그림 1과 같다.
연구대상지역에서 관측을 통해 결정된 198개소의 GPS/leveling 자료를 이용하여 기하학적 지오이드고를 계산한 결과, 연구대상지역의 지오이드고는 약 26.180m~29.553m의 분포를 나타내었다. 그림 12는 거제도 지역의 4개소를 제외한 194개소의 기하학적 지오이 드고를 이용하여 생성시킨 등고선도를 나타낸것이다.
첫째, 95% 신뢰도 이내의 197개소의 자료를 분석한 결과 지오이드고의 교차가 -0.190±0.124m로 나타나 전세계적인 EGM2008의 평가결과와 비슷한 것으로 나타났다.
취득된 GPS 자료 중 하나 세션의 기선처리 및 망조정 결과는 그림 8과 같고, 취득된 총 211개소의 자료 중 해석이 불가능한 13개소의 자료를 제외한 최종 198개소의 해석이 완료되었다. 해석이 불가능한 13개소 자료는 해석 당시 Ratio, 분산, RMS 등의 초과, 수신 상태의 불량, 가시 위성수의 부족, 관측 시 측량자의 부주의 등에 기인한 것으로 분석되었다.
후속연구
067m)가 가장 작게 나타났다. 이는 GPS측량시 타원체고 결정의 정확도가 표고의 영향을 거의 받지 않는다는 것을 의미하나, 추후 보다 많은 GPS 자료에 의해 검증이 필요한 부분이라 할 수 있다. 그림 15는 표고 (X축)에 따른 교차(Y축)를 나타낸 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GPS 기술의 발달이 측지학분야에서 가능하게 한 것은?
최근 GPS 기술의 발달과 더불어 이를 이용한 측지학 분야의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 GPS 측량에 의해 기존의 측량방법으로는 측정이 어려웠던 타원체고(h)의 결정이 가능해짐으로 인해 기존 수준점에서의 GPS 측량을 통한 기하학적 지오이드고(N) 결정을 가능하게 하였다. 이는 주로 중력이상 자료를 이용하여 지오이드 기복(geoid undulation) 등을 연구하던 물리학적 측지학의 전통적 방법과 대비된다.
물리학적 측지학의 전통적 방법이 연구하던 것은?
특히 GPS 측량에 의해 기존의 측량방법으로는 측정이 어려웠던 타원체고(h)의 결정이 가능해짐으로 인해 기존 수준점에서의 GPS 측량을 통한 기하학적 지오이드고(N) 결정을 가능하게 하였다. 이는 주로 중력이상 자료를 이용하여 지오이드 기복(geoid undulation) 등을 연구하던 물리학적 측지학의 전통적 방법과 대비된다. 오늘날과 같이 GPS 측량이 활성화되고 있는 시점에서 GPS/leveling 자료를 이용한 정밀 지오이드의 결정과 검증에 관한 연구가 측지학 분야에서 활발히 이루어지고 있다.
GPS에 의하여 결정되는 높이는 무엇을 기준으로 하는가?
GPS에 의하여 결정되는 높이는 WGS84 타원체를 기준한 높이이며, 정표고(H)는 등중력포텐셜면의 하나인 지오이드를 기준한 것이다. 즉 각 지역의 정확한 지오이 드는 정표고의 결정에 있어서 GPS 기술을 효과적으로 운용할 수 있게 한다.
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