측지망은 측량작업과 조정계산의 기준으로써 그 구성이 측량성과의 품질에 많은 영향을 미침에도 불구하고 대부분의 측지망 설계는 경험적 또는 단순한 기하학적 강도만을 기준으로 설계되어진다. 본 논문은 해석적 기법에 의한 측지망의 최적화 설계를 위하여 측지망의 품질을 평가하기 위한 다양한 기준을 분석하고 제시하기 위한 것으로써 측지망 품질평가 기준으로 정밀도(오자타원, 2DRMS, CEP), 신뢰성(내적신뢰성) 및 견인성(최대전단변형률, 주변형률, 면적변형률)을 제시하고 이를 실제 측지망의 설계에 적용함으로써 그 효용성을 평가하였다. 기관측된 실제 측지망에 8가지 품질평가 인자를 적용하여 측지망 최적화 설계의 효용성을 평가한 결과, 최적화 설계 전 후 품질평가 인자는 평균값에 있어서 정밀도는 2%, 신뢰성은 3%, 견인성은 3,001%로 향상되었으며, 최대값에 있어서 정밀도는 5% 신뢰성은 7%, 견인성은 16,957% 향상된 것으로 분석되었다.
측지망은 측량작업과 조정계산의 기준으로써 그 구성이 측량성과의 품질에 많은 영향을 미침에도 불구하고 대부분의 측지망 설계는 경험적 또는 단순한 기하학적 강도만을 기준으로 설계되어진다. 본 논문은 해석적 기법에 의한 측지망의 최적화 설계를 위하여 측지망의 품질을 평가하기 위한 다양한 기준을 분석하고 제시하기 위한 것으로써 측지망 품질평가 기준으로 정밀도(오자타원, 2DRMS, CEP), 신뢰성(내적신뢰성) 및 견인성(최대전단변형률, 주변형률, 면적변형률)을 제시하고 이를 실제 측지망의 설계에 적용함으로써 그 효용성을 평가하였다. 기관측된 실제 측지망에 8가지 품질평가 인자를 적용하여 측지망 최적화 설계의 효용성을 평가한 결과, 최적화 설계 전 후 품질평가 인자는 평균값에 있어서 정밀도는 2%, 신뢰성은 3%, 견인성은 3,001%로 향상되었으며, 최대값에 있어서 정밀도는 5% 신뢰성은 7%, 견인성은 16,957% 향상된 것으로 분석되었다.
This paper describe the optimal design of geodetic network by analytical technique based on the quality criteria of network. We described an example of geodetic network design taking into account the precision, reliability and robustness that are the main criteria of network design. The main goal of...
This paper describe the optimal design of geodetic network by analytical technique based on the quality criteria of network. We described an example of geodetic network design taking into account the precision, reliability and robustness that are the main criteria of network design. The main goal of this paper is to evaluate the criteria to design the geodetic network coinciding with the criteria of high precision(error ellipse, 2DRMS, CEP), reliability(internal and external reliability) and robustness(maximum shear strain, principal strain, dilatation). The network design parameters computed in this study show that precision and reliability has not much improved by about 2% and 3%, respectively, than the observed network, while robustness has much improved by about 3, 100%. It also shown that maximum errors of precision, reliability and robustness were reduced by 5%, 7% and 16,957%, respectively.
This paper describe the optimal design of geodetic network by analytical technique based on the quality criteria of network. We described an example of geodetic network design taking into account the precision, reliability and robustness that are the main criteria of network design. The main goal of this paper is to evaluate the criteria to design the geodetic network coinciding with the criteria of high precision(error ellipse, 2DRMS, CEP), reliability(internal and external reliability) and robustness(maximum shear strain, principal strain, dilatation). The network design parameters computed in this study show that precision and reliability has not much improved by about 2% and 3%, respectively, than the observed network, while robustness has much improved by about 3, 100%. It also shown that maximum errors of precision, reliability and robustness were reduced by 5%, 7% and 16,957%, respectively.
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문제 정의
측 지망의 최적화 설계에서는 이러한 실제적인 다양한 조건과 문제점들을 고려하고 점검할 수 있어야 하며, 설계된 측 지망의 최종적인 품질을 정량적으로 평가할 수 있어야 한다. 따라서 본 논문에서는 최종 측량성과의 정밀도와 신뢰성을 향상시키기 위한 측 지망 최적화 설계기준으로써 해석적으로 분석 가능한 품질평가인자를 제시하고 이를 실제 측 지망에 적용하여 그 효용성을 평가함으로써 과학적이고, 합리적인 측 지망 및 국가 기 준점망 설계에 대한 기준을 마련하고자 한다.
본 논문에서는 측량성과의 정밀도를 향상시키 기 위한 방법으로 측량 작업계획단계에서 설계되어지는 측지망 에 대하여 그 품질을 평가하기 위한 기준으로 정밀도, 신뢰성 및 견인성과 관련된 8가지인자들을 이론적으로 분석하고 제시함으로써 그동안 경험적인 방법에 의존하여 설계되던측지망을해석적 방법에 의하여 최적화 설계할 수 있는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제시된 측 지망 품질평가 방법을 이용하여 실제 관측된 측 지망에 최적화 설계를 적용한 결과, 평균값에 있어서 정밀도는 2%, 신뢰성은 3%, 견인성은 3, 001% 향상되었으며, 최대값에 있어서 정밀도는 5%, 신뢰성은 7%, 견인성은 16, 957% 향상된 것으로 분 석되었다.
제안 방법
측 지망의 견인성은 주변형률 또는 최대전단 변형률을 기준으로 분석할 수 있다. 경제성 분석은 지역이나 측량 장비에 따른 다양한 변화인자들에 대한 표본값들을 필요로 하기 때문에 본 연구에서는 측 지망의 최적화 설계 방법으로써 경제성을 제외한 품질요소만을 대상으로 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 측 지망의 최적화 설계 실험을 위하여 2009년도에 국토지리정보원에서 실시한 광주지구 통합기 준점 GPS 관측망을 이용하였다. 광주지구 통합기준점은 그림 3에 표시한 것과 같이 광주를 비롯하여 장성, 나주, 해 남, 광양 등에 총 150점이 분포하며 본 연구에서는 광주, 나주에 위치하는 37점의 통합기준점으로 구성된 GPS 관측망을 사용하여 최적화측지망 설계를 실시하였다.
측 지망의 최적화 설계와 평가는 2009년 국토지리정보원에서 실제 관측한 GPS 관측망을 초기 망으로 하고 동일한 관측점을 대상으로 앞에서 제시한 측 지망 품질평가인 자인 정밀도, 신뢰성, 견인성을 기준으로 이들의 값이 가장 좋은 최적 측지 망을 구성한 후 8가지 품질평가인자를 비교평가하였다. 측 지망 조정은 각 기선당 1cm±0.
초기 망과 최적망에 대하여 정밀도, 신뢰성 및 견인성을 계산하여 비교한 결과는 표 1과 같다. 본 연구에서는 두 측 지망의 품질을 평가하기 위하여 정밀도는 오차타원, 2DRMS 및 CEP를 이용하여 평가하였고, 신뢰성은 내적 신 뢰성과 외적 신뢰성을 이용하여 평가하였으며, 견인성은 최대전단 변형률, 주변형률 및 면적 변형률을 이용하여 평가하였다. 각각의 품질 평가 인 자는 측 지 망 내의 각기 선 또 는각점에 대하여 계산을 실시하고 전체 측 지망에 대한 인자별 평균, 최대값 및 최소값을 비교평가하였다.
본 연구에서는 두 측 지망의 품질을 평가하기 위하여 정밀도는 오차타원, 2DRMS 및 CEP를 이용하여 평가하였고, 신뢰성은 내적 신 뢰성과 외적 신뢰성을 이용하여 평가하였으며, 견인성은 최대전단 변형률, 주변형률 및 면적 변형률을 이용하여 평가하였다. 각각의 품질 평가 인 자는 측 지 망 내의 각기 선 또 는각점에 대하여 계산을 실시하고 전체 측 지망에 대한 인자별 평균, 최대값 및 최소값을 비교평가하였다. 단, 오차타원은 장반경과 단 반경의 제곱 합의 제곱근을 사용하여 표시 하였다.
측 지망의 최적화 설계와 평가는 2009년 국토지리정보원에서 실제 관측한 GPS 관측망을 초기 망으로 하고 동일한 관측점을 대상으로 앞에서 제시한 측 지망 품질평가인 자인 정밀도, 신뢰성, 견인성을 기준으로 이들의 값이 가장 좋은 최적 측지 망을 구성한 후 8가지 품질평가인자를 비교평가하였다. 측 지망 조정은 각 기선당 1cm±0.5ppm의 동일 관측 정밀도를 적용하고, 측 지망의 중심부에 위치한 U1012, U0937 두 점을 고정점으로 하여 실시하였다. 그림4는 국토지리정보원의 GPS 관측망(실선)과 본 연구에서 결정된 최적 측 지망(점선)을 동시에 표시한 것이다.
대상 데이터
본 연구에서는 측 지망의 최적화 설계 실험을 위하여 2009년도에 국토지리정보원에서 실시한 광주지구 통합기 준점 GPS 관측망을 이용하였다. 광주지구 통합기준점은 그림 3에 표시한 것과 같이 광주를 비롯하여 장성, 나주, 해 남, 광양 등에 총 150점이 분포하며 본 연구에서는 광주, 나주에 위치하는 37점의 통합기준점으로 구성된 GPS 관측망을 사용하여 최적화측지망 설계를 실시하였다.
성능/효과
초기 망과 최적망의 품질평가인자를 비교한 결과, 정밀도에서는 오차타원, 2DRMS, CEP 모두에서 초기 망에 비하여 최적망이 우수한 것으로 나타났으나 그 차이가 평균 1mm 정도로써 그리 크지는 않았다. 그러나 오차타원, 2DRMS 최대값의 차이가 약 7mm로써 최적망의 최대 오차 가 확연하게 감소한 것으로 나타났다.
초기 망과 최적망의 품질평가인자를 비교한 결과, 정밀도에서는 오차타원, 2DRMS, CEP 모두에서 초기 망에 비하여 최적망이 우수한 것으로 나타났으나 그 차이가 평균 1mm 정도로써 그리 크지는 않았다. 그러나 오차타원, 2DRMS 최대값의 차이가 약 7mm로써 최적망의 최대 오차 가 확연하게 감소한 것으로 나타났다. 한편 신뢰성은 내적, 외적 신뢰성 모두 최대 오차의 크기로 그 품질을 평가하였 는데 정밀도에서와 마찬가지로 초기망에 비하여 최적망이 평균 약 3mm 우수한 것으로 나타났으며, 최대 오차는 약 18mm 감소한 것으로 나타났다.
그러나 오차타원, 2DRMS 최대값의 차이가 약 7mm로써 최적망의 최대 오차 가 확연하게 감소한 것으로 나타났다. 한편 신뢰성은 내적, 외적 신뢰성 모두 최대 오차의 크기로 그 품질을 평가하였 는데 정밀도에서와 마찬가지로 초기망에 비하여 최적망이 평균 약 3mm 우수한 것으로 나타났으며, 최대 오차는 약 18mm 감소한 것으로 나타났다. 견인성은 망조정에 따른 측 지망의 물리적 변동량의 크기를 최대전단 변형률, 주변형률 및 면적 변형률을 이용하여 분석하였는데 모든 인자에서 최적망 의 견인성이 초기망에 비하여 평균 약 3배 우수한 것으로 나타났으며, 최대값은 최적망이 약 배우수한 것으로 나타났다.
한편 신뢰성은 내적, 외적 신뢰성 모두 최대 오차의 크기로 그 품질을 평가하였 는데 정밀도에서와 마찬가지로 초기망에 비하여 최적망이 평균 약 3mm 우수한 것으로 나타났으며, 최대 오차는 약 18mm 감소한 것으로 나타났다. 견인성은 망조정에 따른 측 지망의 물리적 변동량의 크기를 최대전단 변형률, 주변형률 및 면적 변형률을 이용하여 분석하였는데 모든 인자에서 최적망 의 견인성이 초기망에 비하여 평균 약 3배 우수한 것으로 나타났으며, 최대값은 최적망이 약 배우수한 것으로 나타났다.
본 논문에서는 측량성과의 정밀도를 향상시키 기 위한 방법으로 측량 작업계획단계에서 설계되어지는 측지망 에 대하여 그 품질을 평가하기 위한 기준으로 정밀도, 신뢰성 및 견인성과 관련된 8가지인자들을 이론적으로 분석하고 제시함으로써 그동안 경험적인 방법에 의존하여 설계되던측지망을해석적 방법에 의하여 최적화 설계할 수 있는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제시된 측 지망 품질평가 방법을 이용하여 실제 관측된 측 지망에 최적화 설계를 적용한 결과, 평균값에 있어서 정밀도는 2%, 신뢰성은 3%, 견인성은 3, 001% 향상되었으며, 최대값에 있어서 정밀도는 5%, 신뢰성은 7%, 견인성은 16, 957% 향상된 것으로 분 석되었다. 최적화 설계 전·후 품질평가 인자의 평균값 차이가 비교적 작은 반면에 최대오차의 차이가 매우 큰 것은 실험에 사용된 초기망이 경험적인 방법에 의하여 설계되 어지긴 하였지만 전체적인 망의 구성이 비교적 양호하게 설계되었고 망의 일부분, 특히 외곽부에 위치한 망에서의 설계가 양호하지 못했기 때문인 것으로 분석되었다.
본 연구에서 제시된 측 지망 품질평가 방법을 이용하여 실제 관측된 측 지망에 최적화 설계를 적용한 결과, 평균값에 있어서 정밀도는 2%, 신뢰성은 3%, 견인성은 3, 001% 향상되었으며, 최대값에 있어서 정밀도는 5%, 신뢰성은 7%, 견인성은 16, 957% 향상된 것으로 분 석되었다. 최적화 설계 전·후 품질평가 인자의 평균값 차이가 비교적 작은 반면에 최대오차의 차이가 매우 큰 것은 실험에 사용된 초기망이 경험적인 방법에 의하여 설계되 어지긴 하였지만 전체적인 망의 구성이 비교적 양호하게 설계되었고 망의 일부분, 특히 외곽부에 위치한 망에서의 설계가 양호하지 못했기 때문인 것으로 분석되었다. 한편, 측지망의 품질평가 기준 중견인성이 다른 기준에 비하여 확연한 차이를 나타내는 것으로부터 측 지망 품질에 대한 민감도가 매우 높은 것을 알 수 있었으며, 최적 측지망 설 계는 정밀도와 신뢰성을 기준으로 1차적인 설계를 실시하고 견인성을 기준으로 최종적인 설계를 하는 것이 효율적인 것으로 판단된다.
최적화 설계 전·후 품질평가 인자의 평균값 차이가 비교적 작은 반면에 최대오차의 차이가 매우 큰 것은 실험에 사용된 초기망이 경험적인 방법에 의하여 설계되 어지긴 하였지만 전체적인 망의 구성이 비교적 양호하게 설계되었고 망의 일부분, 특히 외곽부에 위치한 망에서의 설계가 양호하지 못했기 때문인 것으로 분석되었다. 한편, 측지망의 품질평가 기준 중견인성이 다른 기준에 비하여 확연한 차이를 나타내는 것으로부터 측 지망 품질에 대한 민감도가 매우 높은 것을 알 수 있었으며, 최적 측지망 설 계는 정밀도와 신뢰성을 기준으로 1차적인 설계를 실시하고 견인성을 기준으로 최종적인 설계를 하는 것이 효율적인 것으로 판단된다.
후속연구
측지망의 설계는 측량작업 일정 계획, 측량기기 및 인력의 배치와 같은 측량의 경제적 효율성뿐만 아니라 정밀도 같은 측량성과의 품질에도 많은 영향을 미친다. 따라서 측 지망을 계획하고 설계하는 데 있어서 설계기준과 척도가 주어진다면 보다 정밀하고 효율적인 측량을 수행할 수 있을 것이다. 그러나 실제 GPS, 토탈스테이션(Total Station) 등을 사용하여 기준점을 측량하는 경우에 대부분 경험적인 방법에 의하여 기선거리 또는 망의 형태만을 고려하여 측지망을 설계하기 때문에 설계자 또는 설계 방법에 따라서 측 지망의 품질이 변할 수 있다.
본 연구 결과를 바탕으로 향후 최적 측 지 망의 자동화 설계 프로그램을 개발할 경우 측량계획시에 실시하는 관측망의 설계를 효과적으로 수행할 수 있을 것이며, 보다 과학적이고 합리적인 측 지망을 구성함으로써 정밀도와 신뢰성 이 높은 국가측지 기준망을 구축할 수 있을 것이다.
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