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문제 정의
- 본 연구에서는 2008년 말에 고시된 우리나라 국가기준점의 KGD2002성과를 산출하기 위한 경위와 사용 데이터를 요약하고, KGD2002 성과산출을 위한 통합 GPS망조정의 절차와 결과를 설명하였다. 그리고, 조정결과의 점검을 위하여 성과 검증을 위하여 두 가지의 독립된 조정으로 산정된 성과와 비교검토하여 고시성과의 신뢰성을 확보하고자 하였다.
- 본 논문은 우리나라의 모든 국가기준점(삼각점)을 대상으로 종전의 동경측지계 성과로부터 세계측지계인 KGD2002성과를 산출하고 검증하기 위한 3년반에 걸친 계산과정을 설명하고 있으며, 여기에는 국가기준점의 역사적 변천배경에 따라 1974년부터 2008년까지의 GPS관측데이터와 EDM관측 데이터를 사용하고 있다.
- 본 연구에서는 2008년 말에 고시된 우리나라 국가기준점의 KGD2002성과를 산출하기 위한 경위와 사용 데이터를 요약하고, KGD2002 성과산출을 위한 통합 GPS망조정의 절차와 결과를 설명하였다. 그리고, 조정결과의 점검을 위하여 성과 검증을 위하여 두 가지의 독립된 조정으로 산정된 성과와 비교검토하여 고시성과의 신뢰성을 확보하고자 하였다.
- 통합 GPS망의 조정결과를 검증하기 위하여 본 연구에서는 통합 GPS망과 EDM망을 결합하는 망을 별도로 구성하여 독립적인 망조정을 실시하고 이를 검증성과로 하여 비교분석하고자 하였다.
제안 방법
- 광범위한 사업지구를 통합하여 조정을 실시할 경우 서로 다른 위치에 측표점에 동일한 측표점 명칭이 부여된 경우에는 망조정 오류가 발생될 수 있고, 실제와 전혀 다른 위치의 좌표가 산정될 우려가 있다. 1996년에서 2000년까지 관측된 일부 지구의 2등기준점들은 2000년 이 후에 실시된 GPS 3등기준점측량을 실시할 당시 망실 또는 훼손 등으로 인하여 재설한 바 있고, 변동이 발생한 2등기준점의 경우 점명에 2등기준점측량 당시의 년도를 추가함으로서 추후 GPS3등 기준점 측량에서 사용된 점명과 중복사용이 되지 않도록 수정하였다.
- 3차원 기선벡터로 이루어진 GPS망과 각과 거리 관측데이터로 구성된 EDM망을 하나의 소프트웨어에서 결합하여 조정을 실시하기 위하여 EDM관측데이터를 GeoLabTM에 적합한 형식으로 변환하기 위한 별도의 프로그램을 작성하여 활용하였다(이영진 등, 2009; Microsearch, 2001).
- CORS의 고시성과와 통합망 간의 중복점 좌표를 모두 고정하여 GPS통합망에 대한 다점고정을 실시하고 기준점의 최종 성과를 산정하였다.
- GPS블록의 구성은 인접 사업지구간의 결합을 원칙으로 하였으며, 동일한 기선해석 소프트웨어(LGO, TGO)로 계산된 사업지구의 결합을 우선적으로 고려하였다. EDM망조정은 각과 거리 측정량으로 구성된 관측데이터를 사용하여 7개의 사업지구로 구분하여 EDM망의 관측데이터를 정리하고 기준점의 이설자료를 조사 및 검증하여 데이터 세트를 구축하였고, EDM H망의 조정결과를 사용하여 지오이드고 보정을 실시하였다. BL망조정은 Net7 EDM전용 망조정 소프트웨어W를 사용하였다(국토지리정보원, 2006).
- 2006년도 “국가기준점 망조정에 관한 연구”에서 GPS망조정은 GPS 2등기준점과 GPS 3등기준점망조정으로 구분되어 진행되었다. GPS 2등기준점 망조정은 총 7개의 사업지구를 LGO 소프트웨어를 사용하여 기선해석을 실시하였으며, 국토지리정보원에서 운영 중인 GPS상시관측점을 고정하여 7개의 사업지구를 모두 결합한 단일망으로 망조정을 실시하였다(국토지리정보원, 2006; 이영진 등, 2006).
- GPS 3등기준점 망조정은 1997년에서 2005년까지의 관측 데이터를 대상으로 실시하였으며, 가장 먼저 사업지구별 망조정을 실시하였고, 사업지구의 결합에 의한 블록별 GPS망조정을 실시하였다. GPS블록의 구성은 인접 사업지구간의 결합을 원칙으로 하였으며, 동일한 기선해석 소프트웨어(LGO, TGO)로 계산된 사업지구의 결합을 우선적으로 고려하였다.
- GPS+EDM 결합망조정의 성과는 통합 GPS망의 조정결과를 분석하기 위해 통합 GPS망의 조정성과와 비교하였다. 그 결과 표 8과 같이 두 좌표의 차이에 대한 RMSE에서 수평방향에서 ±0.
- GPS/EDM 결합망은 북쪽 지역의 블록망으로 이루어진 NORTH-INT-GPSEDM와 서쪽지역의 블록망으로 이루어진 WEST-INT-GPSEDM, 동쪽지역의 블록망으로 이루어진 EAST-INT-GPSEDM의 3개로 구분하여 구성하였다.
- GPS/EDM 결합망조정의 다점고정조정에서 고정점은 국토지리정보원에서 2009년 3월 12일에 새롭게 고시한 GPS상시 관측점 성과를 사용하였고(국토지리정보원 고시 제2009-170호), 망조정의 순서는 NORTH-INT-GPSEDM를 시작으로 WEST-INT-GPSEDM, EAST-INT-GPSEDM순으로 실시되었다. 표 7은 GPS+EDM 결합망의 3차원망조정의 결과를 요약한 것이다.
- GPS 3등기준점 망조정은 1997년에서 2005년까지의 관측 데이터를 대상으로 실시하였으며, 가장 먼저 사업지구별 망조정을 실시하였고, 사업지구의 결합에 의한 블록별 GPS망조정을 실시하였다. GPS블록의 구성은 인접 사업지구간의 결합을 원칙으로 하였으며, 동일한 기선해석 소프트웨어(LGO, TGO)로 계산된 사업지구의 결합을 우선적으로 고려하였다. EDM망조정은 각과 거리 측정량으로 구성된 관측데이터를 사용하여 7개의 사업지구로 구분하여 EDM망의 관측데이터를 정리하고 기준점의 이설자료를 조사 및 검증하여 데이터 세트를 구축하였고, EDM H망의 조정결과를 사용하여 지오이드고 보정을 실시하였다.
- NORTH-INT-GPSEDM망에는 NORTH-INT-GPS망에 EDM망인 7894를 결합하였으며, WEST-INT-GPSEDM망에는 WEST-INT-GPS망에 EDM망인 335, 1227, 96NK, 96KY를 결합하였고, EAST-INT-GPSEDM망에는 EAST-INT-GPS망에 EDM망인 552와 95PC를 결합하였다.
- 결합망의 구성은 인접한 GPS 조정블록 간의 결합을 원칙으로 하였으며, 각각 EDM단일망의 범위를 완전히 포함할 수 있도록 구성하였고 모두 GPS 2등기준점망을 포함하도록 하였다.
- 그러나, GPS상시관측점과 인접한 GPS3등기준점을 기선해석 하여 연결할 경우 기선장을 2-5km 수준으로 감소시킴으로서 추정위치의 정확도 향상을 기대할 수 있다. 따라서, GPS상시관측점과 인접한 GPS 3등기준점의 기선연결을 위해 인접 3등기준점 관측 데이터와 동일한 시점(epoch)의 GPS상시관측점 수신데이터를 확보하여 기선해석을 실시하였다.
- 또한, 통합 GPS망의 조정성과와 통합 이전의 블록별 조정 성과(국토지리정보원, 2006; 이영진 등, 2007a)와의 상호비교 분석을 위하여 이 두 조정방식으로 산정된 성과의 좌표차를 비교하였다. 그 결과 표 9과 같이 좌표차가 나타났고, 전체적인 RMSE에서 수평방향에서 0.
- 1997년부터 측량기술의 발달 및 GPS측량의 실용화에 따라서 정밀 2차사업을 GPS측량방식으로 변경한 바 있다. 연도별(작업구역)로 관측하여 보정계산 및 점검계산 등을 실시한 현지계산의 내용과 초기좌표(완전점 및 복구점의 초기좌표는 성과표 좌표) 및 관측 자료로부터 작업규정상의 중량을 적용하여 조정 계산을 실시하였다.
- 우리나라의 새로운 측지계인 KGD2002의 구현은 VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 관측에 근거하고 있으며, VLBI 관측데이터는 미국의 NASA(National Aeronautics and Space Administration)에서 처리하여 IERS(International Earth Rotation and Reference System Service)에 의해 공표된 결과에 지각변동 벡터를 고려하여 ITRF2000(International Terrestrial Reference Frame)의 특정시점(Epoch) 2002.0에 대한 좌표로 재계산한 후 VLBI와 대한민국 경위도 원점, 그리고 1등 측지기준점인 14개의 GPS상시관측점(Continually Operating Reference Station, CORS)과의 연결 관측을 통하여 성과를 산정하였다(국토지리정보원, 2006;이영진 등, 2007a).
- 2008년도 “국가기준점 통합망 조정계산”에서는 기존의 GPS 국가기준점측량과 EDM관측이 실시되지 않은 전방·도서지역의 관측데이터와 EDM관측지역에서 5km간격으로 재 관측된 데이터를 대상으로 2006년 망조정연구과 동일한 방법으로 추가적인 GPS망조정을 실시하였다. 이 후, 모든 GPS관측점 사이의 기선벡터를 통합하는 전국 단일망의 통합 GPS 3차원 망조정을 실시하였다(국토지리정보원, 2008; 정광호, 2009). 그리고, EDM망조정은 2006년과 달리 추후 GPS망과 EDM망의 결합조정을 고려하여 GPS 3차원 망조정에서 사용한 GeoLab 망조정 전용 소프트웨어를 사용하였다(국토지리정보원, 2008; Microsearch, 2001).
- GPS와 EDM망의 결합조정을 실시할 경우에는 동일한 측점명이 GPS코드와 EDM 리스트번호로 서로 다르게 부여되어 있으며, 망조정 단계에서 심각한 오류를 유발할 수 있기 때문에 주의가 필요하다. 이를 위하여 EDM 리스트 번호를 GPS코드로 변환하였고, 기준점의 이설 및 재설, 망실 등 변동사항을 추적할 수 있도록 성과물 중 기준점 현황조사를 이용하여 삼각점의 변동사항을 조사하였다(이영진 등, 2008).
- 이상과 같은 통합 GPS망 구성의 준비과정을 거친 후 동쪽 지역의 블록망으로 이루어진 GPS-INT-EAST와 서쪽지역의 블록망으로 이루어진 GPS-INT-WEST를 모두 GPS 2등 기준점망과 통합함으로서 2개로 구분된 통합 GPS망을 구성하였다. 동쪽지역은 40개의 사업지구로서 울릉도와 독도를 포함하고 있으며, 서쪽지역은 53개의 사업지구로서 서해 섬 지역과 제주도를 포함하고 있다.
- 통합 GPS망의 구성은 인접 조정블록간의 결합을 원칙으로 하였으며, 동쪽과 서쪽 통합망의 규모(조정점수)를 근사하게 분리, 구성하였다. 통합 GPS망을 동쪽과 서쪽으로 구분한 이유는 TM투영에 의한 평면좌표로 좌표를 변환할 때 경도 방향으로 구분된 동부, 중부, 서부 투영원점을 적용하여 각각 변환할 경우를 고려하였기 때문이다.
대상 데이터
- EDM망조정은 각과 거리 측정량으로 구성된 관측데이터를 사용하여 7개의 사업지구로 구분하여 EDM망의 관측데이터를 정리하고 기준점의 이설자료를 조사 및 검증하여 데이터 세트를 구축하였고, EDM H망의 조정결과를 사용하여 지오이드고 보정을 실시하였다. BL망조정은 Net7 EDM전용 망조정 소프트웨어W를 사용하였다(국토지리정보원, 2006).
- EDM망조정에서는 표 2와 같이 사업초기 구소삼각측량지역인 수원, 안성 등 경기남부를 중심으로 충청, 전라지역 등 서남쪽지역과 1994년 정밀 2차실용성과에 대한 수요가 큰 대도시 지역을 중심으로 정밀 2차기준점 측량사업으로 획득된 관측데이터를 사용하였다. 1997년부터 측량기술의 발달 및 GPS측량의 실용화에 따라서 정밀 2차사업을 GPS측량방식으로 변경한 바 있다.
- 통합 GPS 3차원 망조정에서 사용한 데이터를 요약하면, 1996년에서 2000년까지 GPS 2등기준점측량 사업에서 관측된 총 275점(중복점 포함)의 GPS 2등기준점 관측데이터와 1997년에 4개 지구(법성, 부안, 고창, 한산지구)를 시작으로 2008년까지 GPS 3등기준점 측량사업에서 총 92개 사업지구 규모로 인접한 사업지구와의 중복점, 삼각점의 정표고 결정을 위한 GPS leveling을 위한 측표점, 편심관측점 등을 포함하여 약 17,000여점의 GPS 3등기준점의 관측데이터를 사용하였다. 표 1은 GPS 2등 및 GPS 3등기준점측량에서 획득된 관측데이터의 현황을 나타내고 있다.
데이터처리
- 통계모델과 통합조정망의 적절성과 정확도를 판단하기 위하여 최소제약조정의 결과를 바탕으로 측점사이의 상대오차 타원의 장축(2D)과 오차크기(1D)를 95%확률로 계산하여 GPS-INT-EAST와 GPS-INT-WEST를 표 3에 나타내었다. 표 3에 의하면 평균적으로 수평방향의 경우 0.
이론/모형
- KGD2002 기준의 국가기준점 성과산정에 관한 대부분의 절차와 방법, 분석결과들은 기 발표논문에서 확인할 수 있으며(이영진 등, 2006; 이영진 등, 2007a; 이영진 등, 2007b; Jung 등, 2010; Lee 등, 2006; Lee 등, 2007), 본 연구에서는 그림 1에서 음영으로 표시한 통합 GPS망조정에 대한 부분을 기술하였다.
- 그리고, EDM망조정은 2006년과 달리 추후 GPS망과 EDM망의 결합조정을 고려하여 GPS 3차원 망조정에서 사용한 GeoLab 망조정 전용 소프트웨어를 사용하였다(국토지리정보원, 2008; Microsearch, 2001).
성능/효과
- GPS-INT-EAST와 GPS-INT-WEST에 공통적으로 관측된 중복점의 이중 성과를 방지와 통합 GPS망의 기하학적 구조의 안정성을 점검하기 위해 표 4와 같이 GPS-INT-EAST과 GPS-INT-WEST의 총 473개의 중복점 좌표차에 대한 통계 계산을 실시하였으며, 평균의 경우 위도는 0.003m, 경도는 -0.025m, 타원체고에서는 0.012m로 나타났다. 이는 통합 GPS망 구성의 오류는 없는 것으로 판단되었고, 두 번째로 망 조정되는 GPS-INT-EAST에서 GPS-INT-WEST와의 중복점을 고정점으로 사용하는데 큰 문제가 없는 것으로 판단되었다.
- 결과적으로 통합 망조정 성과를 검출하기 위하여 검증계산한 결과의 차이인 표 8과 표 9의 내용을 검토해 본다면 고시한 망조정성과에 대한 타당성을 입증한 것으로 판단된다.
- 그 결과 표 8과 같이 두 좌표의 차이에 대한 RMSE에서 수평방향에서 ±0.0025m, 수직방향에서 ±0.0008m, 최대교차 5(도서지역)가 발생하는 것으로 나타났다.
- 또한 조정성과의 검증을 위하여 GPS/EDM 결합망을 구성하여 검증계산한 결과와 KGD2002성과와 비교에서 그 좌표차(RMSE)가 수평과 수직방향에서 각각 ±0.0025m, ±0.0008m로서 나타나 고시성과(2008년 13월 31일, 고시제2008-855호)의 계산이 타당함을 보여주고 있다.
- 012m로 나타났다. 이는 통합 GPS망 구성의 오류는 없는 것으로 판단되었고, 두 번째로 망 조정되는 GPS-INT-EAST에서 GPS-INT-WEST와의 중복점을 고정점으로 사용하는데 큰 문제가 없는 것으로 판단되었다.
- 통합망조정을 위하여 초대규모 통합 GPS망을 구성하고 다양한 단계의 데이터처리 절차를 거친 후 다점고정을 통해 12,000여점 국가기준점의 세계측지계 KGD2002 고시성과가 결정되었으며, 그 정확도는 수평방향에서 ±0.015m(95%), 수직방향에서 ±0.030m(95%) 수준이었다.
- 특히 조정좌표의 절대 정확도를 나타내는 95% 확률에 대해 계산된 측점의 절대오차타원의 장축과 오차막대의 크기의 평균값과 표준편차를 고려할 때 수평방향의 경우 ±0.015m(95%), 그리고 수직방향의 경우는 ±0.030m (95%) 정확도로 조정좌표가 산정되었음을 알 수 있다.
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