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문제 정의
- 연결측량을 실시하여 계산된 편차량은 앞서 언급한 바와 같이 이론적으로 해면경사와 일치하기 때문에 일반적인 해면경사의 경향이 위도와 해안선을 따라서 증감하는 비례적인 양상을 나타내게 된다. 따라서 TBM-BM 간 연결측량 결과인 육상과 해상 수직기준면 간의 편차량의 양상을 보다 명확하게 표현하기 위하여 해안선에 따른 거리별 편차량을 도시하였다.
- LSC 방법을 사용할 경우에는 일반적으로 경향성 모델로 선형을 사용하지만 본 연구의 대상지역과 같이 공간적으로 불규칙하고, 구면상에 위치한 자료를 사용하는 경우에는 특별한 구면형태의 경향성 제거 모델을 사용하기도 한다. 본 연구에서는 2가지 경우를 적용하여 보다 정밀한 수직기준면 간의 편차 모델링 방안을 제시하였다.
- 본 연구에서는 국토지리정보원에서 수행한 TBM 및 BM 간 연결 수준측량 성과를 이용하여 육상과 해상으로 이원화된 국가수직기준체계의 문제점을 해결하고, 정확하고, 일관성 있는 국가수직기준체계를 수립하기 위해 육상·해상 수직기준면 연계를 위한 변환모델 및 이를 이용한 변환 소프트웨어 개발을 수행하였다.
- 본 연구에서는 비선형의 4-파라미터 경향성 모델을 적용한 LSC 방법으로 개발한 편차모델을 이용하여 육상과 해상의 공간정보 중에서 높이정보를 효과적으로 변환할 수 있는 수직기준면 변환 소프트웨어를 개발하였다. WINDOWS O/S를 기반으로 개발하였으며, 다양한 공간정보의 형식을 통합적으로 변환할 수 있도록 하기 위해서 공간정보 분야에서 주로 활용되는 ASCII 포인트 포맷, DXF 포맷, SHP 포맷 및 GRID 포맷을 모두 지원할 수 있도록 개발하였다.
가설 설정
- 그림 10은 2차 Markov 공분산 모델을 통하여 결정된 수직기준면 간 각 편차에 대한 경험적 및 해석적 공분산을 표현한 것이다. 상기에서도 언급하였지만 LSC 방법에 의한 편차 모델링을 위해서는 특정한 기준면과 편차 간의 상관성을 결정해야 하는데, 본 연구에서는 지역적 평균해수면이 근사적으로 지오이드와 같다고 가정하고 최신의 중력장 모델인 EGM2008 모델을 기준면으로 하여 모델링 되는 각 편차(offset 1, 2, 3)와의 상관성을 2차 Markov 공분산 모델 이용하여 분석하였다.
- 따라서 이 두 기준면 간의 차이를 편차로 가정하고, 모델링을 적용하기에는 무리가 있기 때문에 LDL과 동일한 조위관측을 통해 계산된 지역별 평균해수면(LMSL)을 이용하여 IMSL과의 편차를 계산하게 된다. 여기서, LDL과 LMSL의 차이는 조위관측을 통해 이미 결정된 기지의 값이므로 본 연구에서 설정한 편차(=LMSLIMSL)는 근본적으로는 해상 수직기준면인 LDL과 육상의 수직기준면인 IMSL과 차이를 나타내는 것이며, 측지/측량 또는 해양 분야에서는 IMSL이 지오이드와 일치한다고 가정하면 이러한 차이를 해면경사(sea surface slope)라고 한다. 따라서 육상과 해상 수직기준면 간의 편차를 모델링하는 것은 바로 지역별로 발생하는 해면경사의 크기를 모델링하는 것이라도 생각할 수 있다(Featherstone, 2000).
- 30° 간의 범위에서 실제적인 공분산과 해석적 모델에 의한 공분산이 비교적 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 분석을 통하여 LSC 편차 모델링 시 보간되는 수직기준면 간 편차의 완만함과 높은 적합도를 위한 상관거리를 결정하여 적용하여야 하는데(윤홍식 등, 2005), 본 연구에서는 수직기준면 편차의 LSC 모델링을 위한 상관거리를 각 편차별로 약 47km(Offset 1), 56km(Offset 2), 54km(Offset 3)으로 각각 결정하여 모델링에 사용하였으며, 최종적인 LSC 해석 결과의 Noise 수준을 약 3cm로 가정하였다.
제안 방법
- 1. 육상 및 해상 수직기준면 간 변환모델 개발을 위하여 연구대상지역(서해 및 남해 일부 지역)에 위치한 80개소의 TBM 및 BM점 간의 연결 수준측량 성과를 사용하였으며, 다양한 보간방법들을 분석하여 최적의 변환모델링 방안을 제시하였다.
- 2010년도에는 ‘국가수직기준연계사업(국토지리정보원, 2010)’을 수행하여 서해와 남해지구를 관측하고, 국립해양조사원에서 설치한 총 47점의 TBM에 대하여 인접 수준점(BM)과의 2등 수준측량에 의거한 연결측량을 수행하고 육상과 해상 수직기준면 간의 편차량을 계산하였다.
- 3. 본 연구에서 개발한 변환모델을 사용하여 육상·해상 공간정보의 높이정보 변환을 위한 소프트웨어를 개발하였으며, 변환 소프트웨어는 GIS 엔진 기반의 GUI 프로그램으로 다양한 공간정보 포맷(ASCII 포인트, DXF, SHP, GRID)을 편리하게 변환할 수 있도록 개발하였다.
- LSC 모델링 방법에 의해 최종적으로 격자화된 편차모델의 해상도는 기초자료의 분포밀도와 각 기준값 간의 편차량의 경사(거리에 따른 변동량)를 고려하여 0.01°(약 1km)로 동일하게 설정하였다.
- LSC 모델링 방법으로써 결정한 격자화된 편차모델의 해상도는 기초자료의 분포밀도와 각 기준점들 간의 편차량의 경사(거리에 따른 변동량)를 고려하여 0.01°(약 1km)로 설정하였다.
- LSC 방법에 의한 정확한 편차 모델링을 수행하기 위해서 우선 해상 수직기준면과 육상 수직기준면 간의 편차에 대한 경향성을 제거하였다. 그 후 경향성을 제거하고 남는 통계학적 시그널들을 모델링하였다.
- TBM과 BM 간의 연결 수준측량을 실시하여 얻을 수 있는 편차량의 형태는 기본적으로 지역적 평균해수면(LMSL)과 인천만의 평균해수면(IMSL)의 차이이지만 TBM에서 조위관측을 통해 계산된 조위기준면 성과의 경우에 기본수준면(LDL)의 값도 고시가 되어 있으므로 최종적인 편차량으로는 LMSL과 IMSL의 편차, LDL과 IMSL의 편차, LDL과 IDL의 편차의 3가지로 구분하여 획득하였다. 이와 같이 최종적인 편차량을 3가지 형식으로 구분한 이유는 일반적의 해상의 공간정보에서는 높이 기준으로 LMSL과 LDL을 주로 혼용하여 사용하며, 육상 공간정보의 경우에는 IMSL만을 높이의 기준으로 사용하기 때문에 3가지의 편차량을 모델링 하는 것만으로도 대부분의 육상과 해상 공간정보의 변환에 적용할 수 있기 때문이다.
- 본 연구에서는 비선형의 4-파라미터 경향성 모델을 적용한 LSC 방법으로 개발한 편차모델을 이용하여 육상과 해상의 공간정보 중에서 높이정보를 효과적으로 변환할 수 있는 수직기준면 변환 소프트웨어를 개발하였다. WINDOWS O/S를 기반으로 개발하였으며, 다양한 공간정보의 형식을 통합적으로 변환할 수 있도록 하기 위해서 공간정보 분야에서 주로 활용되는 ASCII 포인트 포맷, DXF 포맷, SHP 포맷 및 GRID 포맷을 모두 지원할 수 있도록 개발하였다.
- 국토지리정보원은 2009년도에 ‘국가수직기준연계를 위한 수준측량(국토지리정보원, 2009)’ 사업을 수행하여 국내 14점의 주요 조위관측소에 대하여 2등 수준측량에 의거한 연결측량을 실시하였으며, 후속 사업으로 인천과 보령지구를 선정하여 41점의 TBM을 신규 설치하였다. 각 TBM에 대하여 2개월에 걸친 단기 조위관측을 수행하여 조위기준면을 계산하는 한편, 인접 수준점과의 2등 수준측량에 의한 연결 측량을 수행하여 총 51점에 대한 육상과 해상 수직기준면 간의 편차량을 계산하였다.
- LSC 방법에 의한 정확한 편차 모델링을 수행하기 위해서 우선 해상 수직기준면과 육상 수직기준면 간의 편차에 대한 경향성을 제거하였다. 그 후 경향성을 제거하고 남는 통계학적 시그널들을 모델링하였다. LSC 방법을 사용할 경우에는 일반적으로 경향성 모델로 선형을 사용하지만 본 연구의 대상지역과 같이 공간적으로 불규칙하고, 구면상에 위치한 자료를 사용하는 경우에는 특별한 구면형태의 경향성 제거 모델을 사용하기도 한다.
- 그림 4에 표현된 것과 같이 각 TBM 성과를 기준으로 계산된 수직기준면 편차량이 일반적으로 알려진 해면경사 양상과 같이 일정한 누적거리별, 위도별 증감의 형태를 보이지 않기 때문에 이를 보다 정확한 조위관측이 수행되었을 것으로 예상되는 상시검조소 성과와 비교 · 분석하였다.
- 지역 평균해수면과 인천만 평균해수면과의 뚜렷한 차이점은 각 지역에서 조석관측을 실시하여 기준면을 결정하므로 지역에 따라서 서로 다른 기준면으로 구성된다는 것이다. 따라서 국립해양조사원의 기본수준점(TBM)과 국토지리정보원의 수준점(BM) 간의 성과 비교는 TBM의 지역평균해수면상 높이와 육상 BM의 인천평균해수면상 높이에 대해 수준측량을 실시하여 비교하는 방법을 사용하게 된다. 따라서, TBM과 BM간의 수준측량을 실시하여 결정된 인천만 평균해수면과 지역별 평균해수면의 차이를 약최저저조면상(해양기준)의 조위에서 지역 평균해수면을 뺀 값에 적용함으로써 인천만 평균해수면상(육상기준) 조위로 변환할 수 있다(그림 1).
- 따라서 기준값의 부족으로 인한 영향을 줄이기 위하여 TBM 80개소와 TBM과의 연결을 위하여 사용된 BM 69개소를 더하여 기준값의 공간분포 밀도를 높였다. TBM의 편차량을 계산하기 위해 사용된 BM들은 연결된 TBM과는 동일한 기준면 상에 위치한 편차량을 가지므로 이들을 사용하는 것은 기준값의 공간분포를 높일 수 있는 방법이다.
- 종적으로 개발된 수직기준면 변환 소프트웨어는 GIS 엔진 기반의 GUI 프로그램으로 구현하였고, 포인트와 벡터데이터(DXF, SHP)의 높이정보 변환은 GIS 엔진인 SharpMap(SharpMap, 2009)으로 개발하였다. 또한, GRID 데이터에 포함된 높이정보 변환은 FWTools(FWTools, 2009)를 이용하였으며, Visual C++ 언어를 기반으로 개발되었다.
- 또한, 개발된 육상·해상 수직기준면 변환모델을 공간정보 사용자가 간편하게 활용할 수 있도록 육상·해상 수직기준면 변환 소프트웨어를 개발하였으며, 이에 대한 정확도 평가를 수행하여 공간정보 수직기준면 변환 시 오차범위와 이에 따른 이용방안을 제시하였다.
- 변환 정확도 분석을 위하여 연구에 활용된 TBM 이외에 추가적으로 검조성과를 획득할 수 있는 총 25개소의 TBM에 대하여 직접 수준측량과 GPS 측량을 수행하였다. 25개소의 검사점을 이용하여 검사점 측량성과와 편차모델들로부터 구한 결과와의 차이를 비교·분석하였으며, 그 결과는 표 2~표 4에 표시한 바와 같다.
- 본 연구에서 개발된 편차모델은 GRS80 타원체 기준의 경 · 위도 지리좌표를 사용하고 있으므로 편차모델이 다양한 좌표체계의 공간정보와도 연동될 수 있도록 다양한 좌표변환 기능을 수직기준면 변환 소프트웨어에 추가하여 개발하였다.
- 상기와 같이 결정된 수직기준면 간의 편차량을 사용하여 다양한 보간법을 적용한 편차모델을 개발하여 육상과 해상 수직기준면 간 변환을 수행하였다. 이를 위해 국토지리정보원 수직기준연계 사업성과 중에서 TBM 점을 대상으로 편차 모델링을 수행하였으며, 보간점의 분포를 향상시키기 위하여 동일한 포텐셜면을 가지는 것으로 예상되는 TBM과 인접 BM에 대하여 편차모델링을 적용하는 방안도 고려하였다.
- 앞에서 설명한 4가지 방법으로 모델링한 편차모델들에 대한 정확도를 분석하여 육상과 해상 수직기준면 변환을 위한 최적의 편차모델을 선정하고, 이를 토대로 변환 정확도를 분석하였다.
- 육상과 해상 수직기준면 간의 편차를 모델링하기 위하여 기초자료들 중에서 TBM 80개소와 각 TBM과 연결된 BM 69개소에 대하여 동일한 편차량을 할당하고, 전체 149개소의 기준값을 사용하여 Spline 보간법으로 편차 모델링을 수행하였다. 보간을 위해서 기준값에서 가장 근접한 12개소의 편차량을 사용하였으며, 보간의 가중치는 동일하게 2를 지정하였다.
- 육상과 해상 수직기준면 간의 편차모델을 개발하기 위하여 기초자료들 중에서 80개소의 TBM과 TBM과 연결된 69개소의 BM에 대하여 동일한 편차량을 할당하고, 전체 149개소의 기준값을 사용하여 LSC 보간법에 의한 편차모델링을 수행하였다.
- 상기와 같이 결정된 수직기준면 간의 편차량을 사용하여 다양한 보간법을 적용한 편차모델을 개발하여 육상과 해상 수직기준면 간 변환을 수행하였다. 이를 위해 국토지리정보원 수직기준연계 사업성과 중에서 TBM 점을 대상으로 편차 모델링을 수행하였으며, 보간점의 분포를 향상시키기 위하여 동일한 포텐셜면을 가지는 것으로 예상되는 TBM과 인접 BM에 대하여 편차모델링을 적용하는 방안도 고려하였다. 또한, 보다 정확한 편차모델링을 위하여 다양한 보간법들을 적용하고 보간법별로 계산된 편차모델의 정확도를 분석하여야 한다.
- 더불어 수직기준면 변환모델링 결과를 효율적으로 활용할 수 있는 수직기준면 변환 소프트웨어 개발을 위한 추가적인 연구도 함께 고려되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 2009년부터 2010년까지 국토지리정보원에서 수행된 총 102점의 TBM과 BM 간의 연결을 위한 직접수준측량 사업의 성과 및 이와 관련된 다양한 기초자료(조위관측 성과, GPS 관측자료 등)를 이용하여 육상과 해상 높이정보 일원화를 위한 수직기준면 최적 변환 모델링 방법을 도출하고, 이를 통한 변환모델을 개발하여 보다 정확하고, 효율적인 수직기준면 간 연계를 도모하였다. 또한, 개발된 육상·해상 수직기준면 변환모델을 공간정보 사용자가 간편하게 활용할 수 있도록 육상·해상 수직기준면 변환 소프트웨어를 개발하였으며, 이에 대한 정확도 평가를 수행하여 공간정보 수직기준면 변환 시 오차범위와 이에 따른 이용방안을 제시하였다.
- 종적으로 개발된 수직기준면 변환 소프트웨어는 GIS 엔진 기반의 GUI 프로그램으로 구현하였고, 포인트와 벡터데이터(DXF, SHP)의 높이정보 변환은 GIS 엔진인 SharpMap(SharpMap, 2009)으로 개발하였다. 또한, GRID 데이터에 포함된 높이정보 변환은 FWTools(FWTools, 2009)를 이용하였으며, Visual C++ 언어를 기반으로 개발되었다.
- 최종적으로 개발된 편차모델에 대한 정확도를 평가하기 위하여 대상지역 내에 직접 수준측량과 GPS 측량을 수행하였으며, 검사점의 측량성과와 편차모델로부터 계산된 결과를 비교하여 정확도를 평가하였다.
- 최종적으로 격자화된 편차모델의 해상도는 기초자료의 분포밀도와 기준값들 간의 편차량의 경사(거리에 따른 변동량)를 고려하여 0.01°(약 1km)로 설정하였다.
- 편차모델의 격자간격은 기초자료의 분포밀도와 기준값들 간의 편차량의 경사(거리에 따른 변동량)를 고려하여 0.01°(약 1km)로 설정하였다.
대상 데이터
- 대상지역은 연안지역의 범위를 고려하여 해안선 기준 좌 · 우 50 km 범위로 결정하였다.
- 육상과 해상 수직기준면 간의 편차를 모델링하기 위하여 기초자료들 중에서 TBM 80개소와 각 TBM과 연결된 BM 69개소에 대하여 동일한 편차량을 할당하고, 전체 149개소의 기준값을 사용하여 Spline 보간법으로 편차 모델링을 수행하였다. 보간을 위해서 기준값에서 가장 근접한 12개소의 편차량을 사용하였으며, 보간의 가중치는 동일하게 2를 지정하였다.
- 육상과 해상 수직기준면 간의 기초자료들 중에서 80개소의 TBM에 대해서 계산된 편차량만을 이용하여 Spline 보간법으로써 편차 모델링을 수행하였다. 보간을 위해서 보간점에서 가장 근접한 12개소의 편차량을 기준값으로 이용하였으며, 보간 의 가중치(power)는 동일하게 2를 지정하였다.
- 본 연구에서는 연결측량이 수행된 TBM 성과를 비교하기 위하여 국토지리정보원의 수직기준연계 사업이 수행된 지역 내의 10개소에 대한 상시검조소 성과를 이용하였다. 이러한 상시검조소 성과와 연결측량에 활용된 TBM 성과 간의 상관관계를 보다 명확하게 분석하기 위하여 그림 4에 표시한 수직기준면 간 편차량에 상시검조소 성과를 누적거리별로 중첩하여 그림 5에 표시하였다.
- 수직기준면 간 편차량 결정이 수행된 기초자료들 중에서 자료의 분포밀도와 정확도를 고려하여 동해항과 남동해 지역(통영~포항)의 기초자료를 제외한 80개소의 자료가 포함된 지역을 모델링 지역으로 선정하였다. 그림 6은 육상과 해상 수직기준면 간의 편차 모델링을 위하여 선정된 대상지역과 데이터 분포현황을 나타낸 것이다.
- 국토지리정보원에서는 현재 사용이 가능한 TBM 중에서 서해안과 남해안의 일부 지역을 대상으로 변환 모델링에 적합한 기초자료의 공간분포를 고려하여 TBM을 선정 혹은 신규 설치하고, 각 TBM 조위기준면 성과를 BM 성과와 2등 수준측량을 통해 연결하였다. 연결측량 성과 결정에 사용된 BM 성과는 국토지리정보원의 2006년 1등과 2등 수준망 조정결과를 바탕으로 2007년 11월에 국토지리정보원에 의해 새롭게 고시된 수준점 표고성과를 이용하였다. 국토지리정보원에서 수행한 TBM 및 BM 간 연결측량의 세부적인 내용은 아래와 같으며, 그림 3은 각 사업지구별로 획득한 연결 측량 대상지점의 분포를 나타낸 것이다.
데이터처리
- 25개소의 검사점을 이용하여 검사점 측량성과와 편차모델들로부터 구한 결과와의 차이를 비교·분석하였으며, 그 결과는 표 2~표 4에 표시한 바와 같다.
이론/모형
- LSC 방법을 사용하여 보다 정확한 편차모델을 개발하기 위하여 비선형의 4-파라미터 모델(Heiskanen 등, 1967)을 사용하여 수직기준면 간의 편차에 대한 경향성과 통계학적 시그널(ε')을 모델링하였다.
- Spline 보간법에 의한 편차모델링의 부적합성으로 인해 기준값의 분포밀도에 따른 영향을 최소화할 수 있는 통계학적인 방법인 LSC 보간법을 적용하여 모델링을 수행하였다.
- 최종적으로 결정된 편차량들에 Spline 보간법을 적용하여 편차 모델링을 수행하였다. 공간적으로 분포된 기초자료에 대한 Spline 보간법을 적용하기 위해서 ESRI사의 Arcview 소프트웨어를 사용하였다.
- 이러한 문제의 해결을 위하여 차수와 차수-분산 간에 함수적인 관계로 이루어진 차수-분산 모델을 이용하게 된다(Tscherning, 1994). 다양한 차수-분산 모델이 존재하지만, 본 연구에서는 LSC 보간법을 위한 수직기준면 편차 간의 해석적인 공분산함수로 다음과 같은 2차 Markov 공분산 모델(Iliffe 등, 2003)을 사용하였다.
- 본 연구에서는 국토지리정보원이 2009년부터 2010년까지 TBM-BM 연계수준측량을 수행한 사업지역인 서해안과 남해안 일부 지역을 대상지역으로 설정하고, 연결 수준측량 성과를 이용한 편차모델링 시 선형보간법인 Spline 보간법과 통계학적 방법인 Least Square Collocation(LSC) 보간법을 적용하였다.
- 육상과 해상 수직기준면 간의 기초자료들 중에서 80개소의 TBM에 대해서 계산된 편차량만을 이용하여 Spline 보간법으로써 편차 모델링을 수행하였다. 보간을 위해서 보간점에서 가장 근접한 12개소의 편차량을 기준값으로 이용하였으며, 보간 의 가중치(power)는 동일하게 2를 지정하였다.
- 이러한 문제의 해결을 위하여 차수와 차수-분산 간에 함수적인 관계로 이루어진 차수-분산 모델을 이용하게 된다(Tscherning, 1994). 다양한 차수-분산 모델이 존재하지만, 본 연구에서는 LSC 보간법을 위한 수직기준면 편차 간의 해석적인 공분산함수로 다음과 같은 2차 Markov 공분산 모델(Iliffe 등, 2003)을 사용하였다.
- 최종적으로 결정된 편차량들에 Spline 보간법을 적용하여 편차 모델링을 수행하였다. 공간적으로 분포된 기초자료에 대한 Spline 보간법을 적용하기 위해서 ESRI사의 Arcview 소프트웨어를 사용하였다.
성능/효과
- 2. 수직기준면 간의 변환모델은 비선형의 4-파라미터 경향성 모델과 LSC 방법을 조합하여 개발하는 방안이 가장 적합하였다. 이 방안에 의한 연구대상지역 내 육상과 해상 수직기준면 간 변환모델링(Offset 1, Offset 2 및 Offset 3)의 적합도는 각각 ±8.
- LSC 방법을 적용하였을 때 수직기준면 간 편차의 공간적 분포의 경향성이 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 수직기준면 간 편차 모델링을 위해서는 Spline 보간법보다 LSC 보간법이 상대적으로 우수한 성능을 확인할 수 있었다.
- 결과적으로 4-파라미터 경향성 모델을 적용한 LSC 보간법으로 개발한 편차모델의 정확도가 가장 높은 것으로 나타났다. 이 편차모델을 이용하여 육상과 해상 공간정보의 높이정보를 변환하면 육상 및 해상의 각 수직기준면에 대해 약 ±10.
- 그림 8에서 알 수 있듯이 Spline 보간법을 적용하여 개발한 편차모델은 일정한 경향성을 보이지 않고 있어 80개소만으로는 그림 5에 표시한 TBM과 BM 간의 연결성과에 존재하는 불규칙 변동으로 인한 영향을 효과적으로 모델링할 수 없는 것으로 분석되었다.
- 보간에 사용된 기준값의 분포밀도를 높여 편차의 경향성을 분석하였으나, 그림 10에서 나타낸 것과 같이 경향성이 나타나지 않았다. 따라서 편차 모델링을 위해서 사용한 Spline 보간법은 기준값의 분포밀도와 관계없이 TBM과 BM을 연결한 성과의 불규칙한 변동에 대한 영향을 효과적으로 모델링할 수 없는 것으로 판단되었다.
- 따라서 국립해양조사원의 기본수준점(TBM)과 국토지리정보원의 수준점(BM) 간의 성과 비교는 TBM의 지역평균해수면상 높이와 육상 BM의 인천평균해수면상 높이에 대해 수준측량을 실시하여 비교하는 방법을 사용하게 된다. 따라서, TBM과 BM간의 수준측량을 실시하여 결정된 인천만 평균해수면과 지역별 평균해수면의 차이를 약최저저조면상(해양기준)의 조위에서 지역 평균해수면을 뺀 값에 적용함으로써 인천만 평균해수면상(육상기준) 조위로 변환할 수 있다(그림 1).
- 또한 구면거리 약 0.10° 에서 약 0.30° 간의 범위에서 실제적인 공분산과 해석적 모델에 의한 공분산이 비교적 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
- 또한, LDL과 IMSL의 편차량(Offset 3)도 Offset 2와 유사하게 최소값 1.899m에서 최대값 4.781m로 분포하고 있었으며, 평균과 표준편차는 각각 3.137m와±0.914m로 나타났다.
- 또한, 구면거리 0.3°(약 30km) 이후의 범위에서는 기준면과 수직기준면 편차 간의 상관성을 찾을 수가 없는데 이는 평균적으로 약 30km 이상의 분포밀도를 보이는 상시검조소의 배치에 기인하였을 것으로 판단된다.
- 이 방안에 의한 연구대상지역 내 육상과 해상 수직기준면 간 변환모델링(Offset 1, Offset 2 및 Offset 3)의 적합도는 각각 ±8.4cm, ±6.6cm 및 ±8.8cm로 나타났으며, 최종적으로 개발된 변환모델들의 정확도는 각각±13.1cm, ±10.4cm 및 ±14.8cm 수준으로 분석되었다.
- 이 편차모델을 이용하여 육상과 해상 공간정보의 높이정보를 변환하면 육상 및 해상의 각 수직기준면에 대해 약 ±10.4cm~14.8cm 범위의 변환 정확도를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 총 누적거리별 각 편차량의 분포는 인천 상시검조소를 기점으로 약 -60km에서 1,700km의 누적거리를 따라 나타나고 있으나, 각 편차량 모두 해안선을 따라서 일정한 양상을 보이지 않는 것으로 확인되었다.
- 표 1로부터 모델링 대상지역의 LMSL과 LMSL의 편차량(Offset 1)은 최소값 -0.291m 에서 최대값 0.385m로 분포하고 있으며, 평균과 표준편차는 각각 0.037m와 ±0.128m로 나타났다.
- 표 2~표 4의 결과로부터 비선형의 경향성 모델인 4-파라미터 모델을 적용하여 LSC 보간법으로 개발한 편차모델의 변환 정확도를 타나내는 표준편차가 Offset 1에 대해서는 약 ±0.131m, Offset 2에 대해서는 약 ±0.104m, Offset 3에 대해서도 약 ±0.148m로 상대적으로 높게 나타나 Spline 보간법을 적용한 2가지 방법에 비해서 약 ±7~9cm 정도의 정확도가 향상된 것을 알 수 있다.
후속연구
- 그러나 현재 고시된 상시검조소 성과를 기준으로 해상 공간정보가 작성되어 있기 때문에 이와 비슷한 양상을 보이는 TBM 성과들을 편차모델링에 적용하는 것은 가능한 것으로 분석되었다. 다만, 향후 균질한 수직기준체계를 구축하기 위하여 상시검조소 성과의 검토와 재 정의를 명확하게 수행할 필요가 있다.
- 따라서 상기 연구들의 성과를 토대로 국토지리정보원에서 수행한 TBM과 BM 간 연결 수준측량성과를 이용하여 수직 기준면 변환모델링을 수행하고, 이를 통해 국가수직기준체계의 이원화를 해결할 필요가 있다. 더불어 수직기준면 변환모델링 결과를 효율적으로 활용할 수 있는 수직기준면 변환 소프트웨어 개발을 위한 추가적인 연구도 함께 고려되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 2009년부터 2010년까지 국토지리정보원에서 수행된 총 102점의 TBM과 BM 간의 연결을 위한 직접수준측량 사업의 성과 및 이와 관련된 다양한 기초자료(조위관측 성과, GPS 관측자료 등)를 이용하여 육상과 해상 높이정보 일원화를 위한 수직기준면 최적 변환 모델링 방법을 도출하고, 이를 통한 변환모델을 개발하여 보다 정확하고, 효율적인 수직기준면 간 연계를 도모하였다.
- 이를 위해 국토지리정보원 수직기준연계 사업성과 중에서 TBM 점을 대상으로 편차 모델링을 수행하였으며, 보간점의 분포를 향상시키기 위하여 동일한 포텐셜면을 가지는 것으로 예상되는 TBM과 인접 BM에 대하여 편차모델링을 적용하는 방안도 고려하였다. 또한, 보다 정확한 편차모델링을 위하여 다양한 보간법들을 적용하고 보간법별로 계산된 편차모델의 정확도를 분석하여야 한다.
- 변환 소프트웨어는 약 ±10~15cm 정도의 변환 정확도를 가지는 편차모델과 함께 제공되기 때문에 연안개발, 해양방재, 공간정보 구축 및 학술연구 등의 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구의 수행을 통해 육상 및 해상 국가공간정보의 연계 · 활용 시에 높이 정보 불일치로 인한 혼란을 최소화할 수 있을 것으로 기대되며, 연안지역 개발과 해양방재의 수행에 있어서도 경제적, 시간적 손실을 최소화할 수 있을 것으로 판단되었다.
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