[논문]정밀 지오이드 및 조석모델을 활용한 안면도 지역의 높이기준면 변환 연구

노재영; 이동하; 서용철

doi:10.7319/kogsis.2016.24.1.109

정밀 지오이드 및 조석모델을 활용한 안면도 지역의 높이기준면 변환 연구
Height Datum Transformation using Precise Geoid and Tidal Model in the area of Anmyeon Island 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.24 no.1, 2016년, pp.109 - 119

노재영 (부경대학교 수로학연협동과정) , 이동하 (강원대학교 토목공학과) , 서용철 (부경대학교 토목공학과)

초록
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현재 우리나라의 국가수직체계는 육상과 해상에서 서로 다른 높이기준면을 채용하고 있어, 국가 전체에 걸쳐 일관되고, 정확한 높이정보를 취득하기 어려운 문제가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 정밀한 지오이드모델과 조석관측자료를 활용하여 육상과 해상 높이기준면에 따라 별도 구축된 공간정보를 단일한 높이기준면 상으로 변환할 수 있는 효율적인 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 연구의 대상지역으로 안면도 일원을 선정하고, 연구대상지역에 대한 육상 및 해상 높이기준면 기반의 정밀지오이드모델을 각각 개발하였다. 지오이드모델 개발은 R-R 기법을 통한 중력지오이드모델 계산 후 대상지역 내 BM 및 TBM에 대하여 수행된 총 15점의 GPS/Leveling 자료를 이용하여 육상 및 해상 기준 합성지오이드모델로 적합(fitting)하였다. 최종적으로 개발된 두 합성지오이드모델 간의 편차를 계산하여 인천만 평균해면(IMSL)과 지역별 평균해면에서 지역별 약최고고위면(AHHW)과 약최저저조면(DL) 간의 변환에는 국립해양조사원에서 개발한 조석보정체계(TideBed System)의 등조차모델을 지오이드모델과 동일한 격자간격으로 재격자화하여 적용하였다. 본 연구를 통해 개발된 안면도 지역의 높이기준면 변환 모델의 정확도는 약 ${\pm}3cm$ 정도로 분석되었다. 향후 본 연구 결과의 활용 시 다양한 높이측량 성과들을 인천만 평균해면 혹은 지역별 조석기준면 상 높이로 간편 정확하게 변환할 수 있어, 육 해상 높이기준면에 따라 개별적으로 구축된 공간정보의 연계 시 높이 불일치로 인한 혼란과 공간정보를 활용한 연안지역 개발 및 해양방재 수행 시 경제적, 시간적 손실을 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The height datum of Korea is currently separated into land and sea, which makes it difficult to acquire homogeneous and accurate height information throughout the whole nation. In this study, we therefore tried to suggest the more effective way to transform the height information were constructed separately according to each height datum on land and sea to those on the unique height datum using precise geoid models and tidal observations in Korea. For this, Anmyeon island was selected as a study area to develop the precise geoid models based on the height datums land (IMSL) and sea (LMSL), respectively. In order to develop two hybrid geoid models based on each height datum of land an sea, we firstly develop a precise gravimetric geoid model using the remove and restore (R-R) technique with all available gravity observations. The gravimetric geoid model were then fitted to the geometric geoidal heights, each of which is represented as height datum of land or sea respectively, obtained from GPS/Leveling results on 15 TBMs in the study area. Finally, we determined the differences between the two hybrid geoid models to apply the height transformation between IMSL and LMSL. The co-tidal chart model of TideBed system developed by Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA) which was re-gridded to have the same grid size and coverage as the geoid model, in order that this can be used for the height datum transformation from LMSL to local AHHW and/or from LMSL to local DL. The accuracy of height datum transformation based on the strategy suggested in this study was approximately ${\pm}3cm$. It is expected that the results of this study can help minimize not only the confusions on the use of geo-spatial information due to the disagreement caused by different height datum, land and sea, in Korea, but also the economic and time losses in the execution of coastal development and disaster prevention projects in the future.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 안면도 지역의 육·해상 높이기준면의 정밀한 변환을 위하여 육상 및 해상 기준의 합성지오이드모델을 개발하고, 이를 통해 안면도 지역의 육·해상 높이 기준면 간의 차이(즉, 합성지오이드고 차이)를 결정하여 향후 이 지역 공간정보의 원활한 통합을 지원하는 것에 그 목적이 있다.
본 연구에서는 정밀한 지오이드모델과 조석관측자료를 활용하여 육상과 해상 높이기준면에 따라 별도 구축된 공간정보를 단일한 높이기준면 상으로 변환할 수 있는 효율적인 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 연구의 대상지역으로 안면도 일원을 선정하고, 연구대상 지역에 대한 육상 및 해상 높이기준면 간의 변환모델을 각각 개발하였다.
본 연구의 최종적인 목적은 서로 다른 높이기준면에 기반한 육상과 해상의 높이성과를 연구대상지역 내에서 균질하고, 정확하게 변환하는 것에 있다. 육상의 높이는 IMSL을 기준으로 하고 있으며, 해상의 높이는 목적에 따라 서로 다른 기준면을 사용하고 있다.
여기서는 안면도 지역의 육·해상 합성지오이드모델 간의 편차를 정확하게 계산하여, 안면도 지역 일원에서의 IMSL과 LMSL 차이를 결정하고자 한다.
조석관측은 안면도 지역의 LMSL 및 AHHW(약최고고조면), LDL(약최저저조면)과 같은 각 해상 높이기준 면을 결정하기 위해 수행되었다. 이를 위해 연구대상지역 내 조위의 변화가 심한 천수만에 7점, 안면도 외측 및 호도, 외연도 등 도서부에 8점 총 15점을 관측지점 으로 선점하였고, 4월 11일부터 6월 4일까지의 기간 중 30주야에 해당하는 자료를 추출하여 안면도 지역 조석의 기준면 결정에 사용하였다.

제안 방법

7(a)의 IMSLLMSL 변환모델을 이용하여 LMSL 기준의 높이로 변환하였으며, 그 후 변환된 LMSL 기준의 높이를 Fig. 7(b) and 7(c)의 LMSL-LAHHW 및 LMSL-LDL 변환 모델을 적용하여 LAHHW 및 LDL 기준의 높이성과로 각각 변환하였다. 정확도 평가를 위한 기준점은 조석관측을 통해 고시된 TBM 상의 성과를 기준으로 하여, 변환정확도를 점검하였다.
여기서는 해상 높이기준면으로 주로 사용되는 LMSL, LAHHW 및 LDL만을 고려하여 육·해상 간 높이성과 변환을 수행하였다. 이를 위해 각 높이기준면 간 변환을 위한 개별적인 모델을 개발하였는데, IMSL과 LMSL 간의 변환을 위해서는 두 높이기준면에 기준한 육상 및 해상 합성지오이드모델을 각각 개발하고, 두 모델 간의 편차를 계산하여 변환에 활용하였다. LMSL 에서 LDL, 또는 LMSL에서 LAHHW로의 변환을 위해서는 국립해양조사원에서 개발한 등조차모델을 활용 하였다.
R-R 기법의 적용 시 장파장 효과로 간주되는 NGM 을 정확하게 결정하기 위하여, EGM2008 전지구 중력장모델의 구면조화분석을 차수별로 수행하고, GPS/ Levelling 자료에서 구한 육·해상 기하학적 지오이드고와의 차이를 분석하여 기준 지오이드고 해석을 위한 최적차수를 결정하였다.
각 변환모델을 통한 높이기준면 변환의 정확도를 확인하기 위하여 연구를 위하여 활용된 15점의 TBM 성과에 적용하여, 각 높이기준면별 변환정확도를 분석하였다. 이를 위하여 먼저 GPS/Leveling을 통하여 획득한 IMSL 기준의 육상 높이성과를 Fig.
이를 위해 연구대상지역 내 조위의 변화가 심한 천수만에 7점, 안면도 외측 및 호도, 외연도 등 도서부에 8점 총 15점을 관측지점 으로 선점하였고, 4월 11일부터 6월 4일까지의 기간 중 30주야에 해당하는 자료를 추출하여 안면도 지역 조석의 기준면 결정에 사용하였다. 관측 방법으로는 압력식자기검조기를 해수면 하에 고정시키고 10분 간격으로 10초간 평균한 조위를 기록하였다. 안면도 지역의 지역별 조석기준면 결정을 위한 보정연평균해면 산출은 국립해양조사원에서 관측하고 있는 안흥항, 보령항, 서천마량 조위관측소의 기록을 사용하였다(KHOA, 2015).
그 후 개발된 중력지오이드모델을 안면도 지역의 육·해상의 높이기준면 기준으로 각각 적합화 (fitting)하여 합성지오이드모델을 개발하였으며, 이를 위해 육상 및 해상 기준의 표고 성과가 함께 고시되어 있는 안면도 지역의 총 15점의 TBM에서 수행한 GPS 측정결과를 활용하였다.
그 후 본 각 변환모델을 통한 높이기준면 변환의 정확도를 확인하기 위하여 연구대상지역 내 TBM에서 획득한 다양한 육·해상 높이성과에 적용하여, 본 연구에서 제안한 높이변환 방안의 적절성과 효율성을 분석하였다.
2° 및 최대 150 차수의 Wong-Gore 수정 kernel을 적용하였다. 또한 구면 FFT 적용 시 발생하는 구면오차의 감소를 위한 다중밴드의 수는 4개로 구성하였으며, FFT 계산 시 주기적 convolution의 영향을 피하기 위하여 100% zero padding을 적용하였다(Lee, 2008). Fig.
잔여 지오이드고의 모델링은 장파장 및 단파장 효과가 제거된 중력자료에 구면 FFT 방법을 통한 Stokes 적분을 수행하는 것을 통해 계산된다. 보다 정확한 중파장 효과 계산을 위해서 육상 및 선상 중력자료를 각 높이기준면에 따라 재처리하였으며, 그 후 1.5km 해상도의 고도이상값(free-air anomaly)을 추출하고 장파장 및 단파장 효고를 제거한 잔여중력이상을 계산하였다. 잔여 지오이드고 모델링을 위한 Stokes 적분 시에는 잔여중력이상 내 포함된 정오차 및 절단오차의 영향 및 장파장 성분에 대한 영향을 최소화하기 위하여 적분반경 0.
본 연구에 활용된 조석보정체계(Kim et al., 2013; KHOA, 2015)는 우리나라 관할해역 안에서 수로측량시 일관성 있는 조석보정과 육․해상 기준면 변환을 위한 조화상수 및 기준면 정보를 격자망으로 구축한 표준 조석모델 및 응용시스템으로 구성되어있다. 표준조석 모델에는 우리나라 관할 해역의 3개 수직기준면 사이의 차이에 대한 자료와 개정수 산정을 위한 대조차 및 평균고조간격 등의 계산을 위한 주요 4대 분조의 진폭과 지각에 대한 격자화된 모델이 포함되어 있다.
본 연구에서는 Fig. 2에 표현된 것과 같이 안면도 지역을 연구대상 지역으로 선정하고, 정밀 지오이드를 활용한 안면도 지역의 높이기준면 변환 모델의 개발을 수행하였다. 이 지역에서는 2015년 국립해양조사원의 연안해역정밀조사사업의 일환으로 총 15점의 TBM에 대한 조석관측 및 GPS/Leveling 측량이 수행되었다.
본 연구에서는 조석보정체계에서 개발된 다양한 표준조석모델 중 우리나라 전 해역에 적용이 가능한 등조차모델을 활용하였으며, 전술한 바와 같이 이를 지오이드모델과 동일한 해상도인 위도 0.0125° 및 경도 0.01667°(약 1.4km × 1.5km)로 재격자화하여 안면도 지역의 LMSL, LAHHW 및 LDL 각 조석기준면(해상 높이기준면) 간의 변환을 수행하였다.
여기서는 해상 높이기준면으로 주로 사용되는 LMSL, LAHHW 및 LDL만을 고려하여 육·해상 간 높이성과 변환을 수행하였다.
이를 위하여 본 연구에서는 국립해양조사원에서 개발한 조석보정 모델인 조석보정체계(TideBed System)의 표준조석모델 중 하나인 등조차모델(Co-tidal Chart Model)을 지오이드모델과 동일한 격자로 재구성하여 활용하였다. 일반적으로 해상에서 사용되는 높이값(수심)은 LDL에서 해저면까지의 깊이를 의미한다.
여기서는 해상 높이기준면으로 주로 사용되는 LMSL, LAHHW 및 LDL만을 고려하여 육·해상 간 높이성과 변환을 수행하였다. 이를 위해 각 높이기준면 간 변환을 위한 개별적인 모델을 개발하였는데, IMSL과 LMSL 간의 변환을 위해서는 두 높이기준면에 기준한 육상 및 해상 합성지오이드모델을 각각 개발하고, 두 모델 간의 편차를 계산하여 변환에 활용하였다. LMSL 에서 LDL, 또는 LMSL에서 LAHHW로의 변환을 위해서는 국립해양조사원에서 개발한 등조차모델을 활용 하였다.
본 연구에서는 정밀한 지오이드모델과 조석관측자료를 활용하여 육상과 해상 높이기준면에 따라 별도 구축된 공간정보를 단일한 높이기준면 상으로 변환할 수 있는 효율적인 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 연구의 대상지역으로 안면도 일원을 선정하고, 연구대상 지역에 대한 육상 및 해상 높이기준면 간의 변환모델을 각각 개발하였다. IMSL과 LMSL 간의 변환을 위해서는 두 높이기준면에 기준한 육상 및 해상 합성지오이드 모델을 각각 개발하고, 두 모델 간의 편차를 계산하여 변환에 활용하였다.
이를 위해 조위관측소의 실측과 예측조위, 국내 TBM 전수 조사 중 단기조위관측(30주야) 성과, 수로측량 단기 조석관측 성과, 수치모델, 인공위성 해면고도계 자료 등을 활용하여 조화상수 데이터베이스를 생성하고, 조석 예측, 조석보정, 육·해상 통합 수직기준면 변환 서비스 등에 활용이 가능한 표준조석모델을 구축하였다.
을 정확하게 결정하기 위하여, EGM2008 전지구 중력장모델의 구면조화분석을 차수별로 수행하고, GPS/ Levelling 자료에서 구한 육·해상 기하학적 지오이드고와의 차이를 분석하여 기준 지오이드고 해석을 위한 최적차수를 결정하였다. 이에 따라 최대차수 2,160으로 해석된 EGM2008 지오이드고가 우리나라 높이기준면과 가장 적합한 것으로 분석되어, 이를 기준 지오이드 고로 활용하였다.
잔여 지오이드고 모델링을 위한 Stokes 적분 시에는 잔여중력이상 내 포함된 정오차 및 절단오차의 영향 및 장파장 성분에 대한 영향을 최소화하기 위하여 적분반경 0.2° 및 최대 150 차수의 Wong-Gore 수정 kernel을 적용하였다.
적합화(fitting)에 앞서 GPS/Levelling 자료에서 구한 기하학적 지오이드고와 중력지오이드모델로부터 구한 지오이드고간의 차이가 매우 큰 자료나 GPS 자료처리 도중에 실수가 있었다고 판단되는 자료들은 정규분포에 따라 신뢰도 95%(±1.96σ) 이상의 값을 과대오차로 간주하여 모두 제거한 후에 LSC 모델링에 적용하였다.
7(b) and 7(c)의 LMSL-LAHHW 및 LMSL-LDL 변환 모델을 적용하여 LAHHW 및 LDL 기준의 높이성과로 각각 변환하였다. 정확도 평가를 위한 기준점은 조석관측을 통해 고시된 TBM 상의 성과를 기준으로 하여, 변환정확도를 점검하였다. Table 3은 각 높이기준면별로 평가된 변환 정확도를 나타낸 것이다.
조석보정체계 개발을 위한 조석관측자료 분석 및 처리는 국립해양조사원에서 제공하는 조석관측 자료를 대상으로 현재 국립해양조사원 업무규정에서 규정하는 방법을 사용하여 분석·처리하였으며, 그 후 처리된 자료를 조석보정체계에 적용하였다.
단파장 효과를 결정하기 위하여 국내 활용이 가능한 다양한 지형 및 수심자료를 합성하여 이용하였는데, 육상지역의 경우에는 국토지리정보원의 10m 급 항공LiDAR DEM과 환경부에서 구축한 30m급 DEM을 합성하여 이용하였고, 해상지역의 경우에는 국립해양조사원의 전자해도 3, 4단계 수심자료와 전지구 지형모델인 ETOP01 모델(Amante and Eakins, 2009) 을 합성하여 이용하였다. 최종적으로는 각 자료를 합성 하여 우리나라 육․해상 지역을 모두 포함하는 정밀 지형모델을 300m 해상도로 제작하였으며, 이를 RTM 환산방법에 적용하여 단파장 효과를 정밀하게 계산하였다. 최종적으로 편집된 지형모델은 Fig.

대상 데이터

활용된 중력자료는 1996년부터 2010년까지 해양조사원에 의하여 수행된 약 200만점의 해상 중력측정자료(선상중력자료)(Fig. 2(a))와 국토지리정보원에 의하여 2007년부터 2010년까지 수행된 약 7,700점의 육상 중력측정자료 및 Topex/Poseidon, ERS와 Geosat데이터를 처리하여 덴마크 DNSC (danish national space center)에 의하여 계산된 총 1,998점의 위성중력자료로 구성되어 있다(Fig. 2(b)).
관측 방법으로는 압력식자기검조기를 해수면 하에 고정시키고 10분 간격으로 10초간 평균한 조위를 기록하였다. 안면도 지역의 지역별 조석기준면 결정을 위한 보정연평균해면 산출은 국립해양조사원에서 관측하고 있는 안흥항, 보령항, 서천마량 조위관측소의 기록을 사용하였다(KHOA, 2015).
조석관측은 안면도 지역의 LMSL 및 AHHW(약최고고조면), LDL(약최저저조면)과 같은 각 해상 높이기준 면을 결정하기 위해 수행되었다. 이를 위해 연구대상지역 내 조위의 변화가 심한 천수만에 7점, 안면도 외측 및 호도, 외연도 등 도서부에 8점 총 15점을 관측지점 으로 선점하였고, 4월 11일부터 6월 4일까지의 기간 중 30주야에 해당하는 자료를 추출하여 안면도 지역 조석의 기준면 결정에 사용하였다. 관측 방법으로는 압력식자기검조기를 해수면 하에 고정시키고 10분 간격으로 10초간 평균한 조위를 기록하였다.
조석보정체계 개발을 위한 조석관측자료 분석 및 처리는 국립해양조사원에서 제공하는 조석관측 자료를 대상으로 현재 국립해양조사원 업무규정에서 규정하는 방법을 사용하여 분석·처리하였으며, 그 후 처리된 자료를 조석보정체계에 적용하였다. 조석관측자료 분석 및 처리를 위해 활용한 조석관측 자료는 Fig. 6(a)와 같으며, 자료처리 후 신뢰도 검증을 수행하여 총 391개의 조석관측 자료처리 결과(조화상수)를 조석보정체계의 표준조석모델에 반영하여 모델링하였다. 개발된 표준 조석모델의 모델링 오차는 평균오차 및 평균 오차율 각각 1.
2(a) 및 2(b)에 나타나있다. 활용된 중력자료는 1996년부터 2010년까지 해양조사원에 의하여 수행된 약 200만점의 해상 중력측정자료(선상중력자료)(Fig. 2(a))와 국토지리정보원에 의하여 2007년부터 2010년까지 수행된 약 7,700점의 육상 중력측정자료 및 Topex/Poseidon, ERS와 Geosat데이터를 처리하여 덴마크 DNSC (danish national space center)에 의하여 계산된 총 1,998점의 위성중력자료로 구성되어 있다(Fig.

데이터처리

5(b) 및 5(c)는 안면도 지역의 육상 및 해상 합성지오이드모델을 각각 나타낸 것이다. 마지막으로 개발된 중력, 육상 및 해상 합성지오이드모델의 적합도를 안면도 지역 총 15개의 TBM에서 수행한 GPS/Leveling에서 구한 각각의 기하학적 지오이드고와 비교하여 평가하였으며, Table 2는 그 결과를 나타낸 것이다.
변환 결과의 정확도를 평가하기 위하여 연구에 활용된 총 15점의 TBM 성과를 인천만 평균해면 기준의 표고성과로 변환하고, 비교·분석하였다.

이론/모형

이를 위해 각 높이기준면 간 변환을 위한 개별적인 모델을 개발하였는데, IMSL과 LMSL 간의 변환을 위해서는 두 높이기준면에 기준한 육상 및 해상 합성지오이드모델을 각각 개발하고, 두 모델 간의 편차를 계산하여 변환에 활용하였다. LMSL 에서 LDL, 또는 LMSL에서 LAHHW로의 변환을 위해서는 국립해양조사원에서 개발한 등조차모델을 활용 하였다. Fig.
이를 위해 각 높이기준면 간 변환을 위한 개별적인 모델을 개발하였는데, IMSL과 LMSL 간의 변환을 위해서는 두 높이기준면에 기준한 육상 및 해상 합성지오이드모델을 각각 개발하고, 두 모델 간의 편차를 계산하여 변환에 활용하였다. LMSL 에서 LDL, 또는 LMSL에서 LAHHW로의 변환을 위해서는 국립해양조사원에서 개발한 등조차모델을 활용 하였다. Fig.
단파장 효과라 불리는 N_TC를 정밀하게 계산하기 위하여, RTM 환산방법(Forsberg, 1984)을 통하여 지형의 기복에 의한 지오이드 상의 간접효과 및 직접효과를 계산하였다. 단파장 효과를 결정하기 위하여 국내 활용이 가능한 다양한 지형 및 수심자료를 합성하여 이용하였는데, 육상지역의 경우에는 국토지리정보원의 10m 급 항공LiDAR DEM과 환경부에서 구축한 30m급 DEM을 합성하여 이용하였고, 해상지역의 경우에는 국립해양조사원의 전자해도 3, 4단계 수심자료와 전지구 지형모델인 ETOP01 모델(Amante and Eakins, 2009) 을 합성하여 이용하였다.
를 정밀하게 계산하기 위하여, RTM 환산방법(Forsberg, 1984)을 통하여 지형의 기복에 의한 지오이드 상의 간접효과 및 직접효과를 계산하였다. 단파장 효과를 결정하기 위하여 국내 활용이 가능한 다양한 지형 및 수심자료를 합성하여 이용하였는데, 육상지역의 경우에는 국토지리정보원의 10m 급 항공LiDAR DEM과 환경부에서 구축한 30m급 DEM을 합성하여 이용하였고, 해상지역의 경우에는 국립해양조사원의 전자해도 3, 4단계 수심자료와 전지구 지형모델인 ETOP01 모델(Amante and Eakins, 2009) 을 합성하여 이용하였다. 최종적으로는 각 자료를 합성 하여 우리나라 육․해상 지역을 모두 포함하는 정밀 지형모델을 300m 해상도로 제작하였으며, 이를 RTM 환산방법에 적용하여 단파장 효과를 정밀하게 계산하였다.
96σ) 이상의 값을 과대오차로 간주하여 모두 제거한 후에 LSC 모델링에 적용하였다. 또한 LSC 방법을 적용 전 전처리 과정으로 Heiskanen(1967)의 4-파라미터모델 을 사용하여 두 지오이드 간의 차이에 대한 경향성(trend)를 제거한 후, LSC 방법에 의한 잔여 오차(Stochastic signal)를 모델링하였다. 잔여오차 모델링을 위한 해석 공분산함수는 2차 Markov 공분산 모델을 사용하였다(Lee, 2008).
GPS/Leveling 관측의 경우 각 TBM에 대하여 최소 4시간 이상의 연속관측을 수행하였으며, 이는 육상 및 해상 높이기준면 기준의 기하학적 지오이드고와 중력지오이드의 적합 시 GPS 관측오차가 전파되어 합성지오이드모델의 정확도를 저하시키는 않도록 하기 위함이다. 또한, 본 연구에서 활용한 모든 GPS 관측성과는 GAMIT/GLOBK 정밀해석 S/W(Nikolaidis, 2002)를 이용하여 정밀하게 결정하였다. Table 1은 본 연구에서 활용한 안면도 지역 TBM의 조석관측 및 GPS 관측성과이며, 각 TBM의 위치는 Fig.
본 연구는 안면도 지역의 육·해상 높이기준면의 정밀한 변환을 위하여 육상 및 해상 기준의 합성지오이드모델을 개발하고, 이를 통해 안면도 지역의 육·해상 높이 기준면 간의 차이(즉, 합성지오이드고 차이)를 결정하여 향후 이 지역 공간정보의 원활한 통합을 지원하는 것에 그 목적이 있다. 이를 위해 먼저 활용가능한 모든 중력자료를 이용하여 안면도 지역의 정밀한 중력지오이드모델을 개발하였으며, 이를 위해 EGM2008 모델을 기준면으로 하여 Remove-Restore (R-R) 기법을 적용하였다. 그 후 개발된 중력지오이드모델을 안면도 지역의 육·해상의 높이기준면 기준으로 각각 적합화 (fitting)하여 합성지오이드모델을 개발하였으며, 이를 위해 육상 및 해상 기준의 표고 성과가 함께 고시되어 있는 안면도 지역의 총 15점의 TBM에서 수행한 GPS 측정결과를 활용하였다.
를 계산하기 위해 다중밴드 구면 FFT 방법(Yun, 1999)을 선정하였으며, 이를 통해 중력지오이드 상의 중파장 효과로 불리는 잔여 지오이드고를 모델링 하였다. 잔여 지오이드고의 모델링은 장파장 및 단파장 효과가 제거된 중력자료에 구면 FFT 방법을 통한 Stokes 적분을 수행하는 것을 통해 계산된다. 보다 정확한 중파장 효과 계산을 위해서 육상 및 선상 중력자료를 각 높이기준면에 따라 재처리하였으며, 그 후 1.
또한 LSC 방법을 적용 전 전처리 과정으로 Heiskanen(1967)의 4-파라미터모델 을 사용하여 두 지오이드 간의 차이에 대한 경향성(trend)를 제거한 후, LSC 방법에 의한 잔여 오차(Stochastic signal)를 모델링하였다. 잔여오차 모델링을 위한 해석 공분산함수는 2차 Markov 공분산 모델을 사용하였다(Lee, 2008).
중력지오이드모델 개발을 위해 현재 우리나라 일원에서 가장 적합한 전지구적 중력장 모델로 보고(Lee et al., 2008; Huang et al., 2009)된 바 있는 EGM2008 전지구 중력장모델을 기준면으로 하여, 잔여중력의 영향 및 지형의 영향을 고려하는 Remove-Restore 기법 (R-R 기법)을 적용하여 한국 일원에 대하여 계산하였다. R-R 기법의 복구과정 과정은 Eq.
중력지오이드와 기하학적 지오이드고 간의 정확한 적합을 위하여 Least Square Collocation(LSC) 방법(Lee et al., 2011)을 적용하였다. 적합화(fitting)에 앞서 GPS/Levelling 자료에서 구한 기하학적 지오이드고와 중력지오이드모델로부터 구한 지오이드고간의 차이가 매우 큰 자료나 GPS 자료처리 도중에 실수가 있었다고 판단되는 자료들은 정규분포에 따라 신뢰도 95%(±1.
중파장 효과인 NΔg를 계산하기 위해 다중밴드 구면 FFT 방법(Yun, 1999)을 선정하였으며, 이를 통해 중력지오이드 상의 중파장 효과로 불리는 잔여 지오이드고를 모델링 하였다.
그 후 개발된 중력지오이드모델을 안면도 지역의 육·해상의 높이기준면 기준으로 각각 적합화 (fitting)하여 합성지오이드모델을 개발하였으며, 이를 위해 육상 및 해상 기준의 표고 성과가 함께 고시되어 있는 안면도 지역의 총 15점의 TBM에서 수행한 GPS 측정결과를 활용하였다. 최종적으로 합성지오이드모델간 편차를 결정하여 육상 높이기준면 기준의 성과를 안면도 지역의 해상 높이기준면 중 지역 평균해면 상 높이로 변환하였으며, 지역 평균해면 상 높이에서 지역 약최고고조면 및 약최저저조면 상의 높이 변환은 국립해양조사원에서 개발한 조석보정체계(TideBed System) (KHOA, 2015)에서 획득한 등조차모델(Co-tidal Chart Model)을 적용하여 변환하였다. 변환 결과의 정확도를 평가하기 위하여 연구에 활용된 총 15점의 TBM 성과를 인천만 평균해면 기준의 표고성과로 변환하고, 비교·분석하였다.

성능/효과

Table 3의 결과f를 살펴보면, 본 연구에서 개발한 육상과 해상의 높이기준면 변환모델을 이용한 각 높이기준면별 변환 정확도가 모두 약 ±3cm 이내인 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 육·해상 간 직접적인 수준측량 없이도 육상 또는 해상의 높이성과 중 하나를 아는 경우 다른 높이기준면 상의 높이성과를 높은 정밀도로 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
그 결과, 본 연구에서 제시한 높이기준면 변환 방안을 적용하는 경우 육·해상 높이 변환 정확도가 모두 ±3cm 이내인 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 육·해상 간 직접적인 수준측량 없이도 서로 다른 높이기준면 상의 높이성과를 높은 정밀도로 변환하여 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

다만, 본 연구에서 개발된 지오이드모델의 경우에는 TBM에 대한 GPS/Leveling 측정자료의 부족으로 우리나라 전 연안이 아닌, 안면도 지역에 대해서만 개발이 수행되었다. 또한 지오이드모델의 정확도를 좌우하는 중력자료의 분포가 우리나라 전체 연안지역에서 현저히 부족할 뿐 아니라, 관측방법별 중력자료(선상, 육상, 및 항공 등)의 연결성 저하로 인하여 개발된 지오이드 모델의 정확도가 감소되는 문제가 내포되어 있다.
하지만 이렇게 개발된 중력지오이드는 전 지구적인 평균해수면을 기준으로 생성된 것으로, 이를 이용하여 계산되는 표고 성과는 지역적인 평균해수면을 채용하는 TBM의 성과 또는 인천만의 평균해수면을 채용하고 BM의 성과와는 일치하지 않는다. 따라서 개발된 중력지오이드모델을 GPS/Leveling 성과를 통해 각각 육상과 해상 높이기준면으로 적합화(fitting)하여야 하며, 이를 통해 최종적인 합성지오이드모델의 개발이 완료된다. 보다 구체적으로 GPS 타원체고와 조석기준면 간의 조합으로 얻어진 기하학적 지오이드고와의 적합은 해상 합성지오이드모델의 개발을 의미하며, 육상기준면과의 조합을 통해 얻어진 기하학적 지오이드고와의 적합은 육상 합성지오이드모델을 의미하게 된다.
또한 지오이드모델의 정확도를 좌우하는 중력자료의 분포가 우리나라 전체 연안지역에서 현저히 부족할 뿐 아니라, 관측방법별 중력자료(선상, 육상, 및 항공 등)의 연결성 저하로 인하여 개발된 지오이드 모델의 정확도가 감소되는 문제가 내포되어 있다. 따라서 본 연구에서 제안한 높이기준면 변환 방안을 우리나라 모든 곳에서 적용이 가능하도록 하기 위해서는, 연안 및 도서지역을 포함한 모든 TBM에 대한 정밀한 GPS/Leveling 관측과 함께 연근해 지역의 고정밀한 선상중력관측 성과를 확보하여 지속적인 정확도 갱신 및 활용범위의 확대를 도모하여야 할 것이다.
따라서 향후 본 연구 결과의 활용 시 다양한 높이측량 성과들을 인천만 평균해면 혹은 지역별 조위기준면 상 높이로 간편·정확하게 변환할 수 있어, 육·해상 높이기준면에 따라 개별적으로 구축된 공간정보의 연계 시 높이 불일치로 인한 혼란을 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 현재 각 높이기준면 변환모델의 모델링 정확도를 개선한다면, 관측정확도의 손실없이 보다 높은 정확도로 육·해상 높이성과 변환을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 디지털 환경에 적용이 용이한 격자형태의 수치모델로 높이 변환을 수행할 수 있어 다양한 공간정보 포맷에 통합적인 활용이 가능하며, 지오이드모델을 기준모델로 활용함으로써 GPS 만을 이용한 육·해상 높이성과 결정 및 항공 LiDAR와 같은 GPS 타원체고 기반 높이성과의 육·해상 표고성과로의 변환에도 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
특히 지구물리적 특성을 반영하는 지오이드면의 형태가 지역적 평균해면의 형태와 높은 상관성을 나타내므로, 각 육·해상 높이기준면(높이가 0인 지점)에 완벽하게 적합된 지역적 지오이드모델을 개발할 수 있다면, 이를 통해 두 높이기준면 간의 차이를 정밀 하게 계산하는 것이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해양수준측량의 장단점은 무엇인가?	반면에 해양수준측량(Oceanographic Leveling)은 바다로 가로막힌 경우에도 높이기준면 간의 차이를 결정하기에는 적합하지만(Ekman, 1999), 관측정확도가 상대적으로 낮은 문제가 있다(Rummel, 2000). GPS/ Leveling 방법의 경우에도 두 높이기준면 간의 높이차이를 결정하는 것이 가능하지만, GPS/Leveling을 적용 하기 위해서 필수적으로 활용되는 지오이드모델이 관측정확도를 제한하는 문제가 발생한다(Lee and Auh, 2015).
	국내 국가수직기준체계는 어떤 높이기준 면을 채용하고 있는가?	현재 우리나라의 국가수직기준체계는 두 가지 형태의 높이기준 면을 채용하고 있다. 하나는 육상지역에서 사용되는 높이기준면으로 국토지리정보원에서 관리하고 있는 수준점(Bench Mark; BM) 높이성과의 기준이 되는 인천만의 평균해면(Incheon Mean Sea Level; IMSL)이며, 다른 하나는 해상지역에서 활용되는 것으로 국립해양조사원에서 관리하고 있는 기본수준점(Tidal Bench Mark; TBM) 높이성과의 기준이 되는 지역별 조석의 기준면 (Local Tidal Level)이다(Lee et al., 2013).
	높이기준면이란 무엇인가?	높이기준면은 다양한 공간정보에 포함된 높이정보의 기준이 되는 면으로, 일반적으로 장기간의 조석관측을 통해 산출한 장기간의 평균해면을 통해 결정된다. 이러한 높이기준면에 기준한 높이정보를 보다 편리하게 획득할 수 있도록 하기 위해 전 국토에 균일하게 분포된 높이기준점을 설치하고, 각 기준점의 높이성과를 국가에서 고시 및 관리하고 있는데, 이를 통칭하여 국가수직기준체계라고 한다(Kuroishi et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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