본 연구는 2014년부터 국토지리정보원에서 운영하는 측지 VLBI 데이터를 이용하여 위치좌표(지구중심좌표, 평면직각좌표)를 산출한 연구이다. 본 연구의 목적은 우리나라 최초로 도입한 우주측지(VLBI) 기술을 이용하여 독자적인 정밀위치 좌표를 결정하여, 국가 측지원점의 갱신과 유지관리에 활용하기 위한 기초연구이다. 본 연구에 사용한 VLBI 관측데이터는 2014년 9월 29일부터 2017년 9월 30일까지, 총 약 100회의 국제 VLBI 관측 데이터를 사용하였으며, 관측 당일에 대한 위치좌표와 좌표 변화율을 분석하였다. 위치좌표 산출에 활용한 세계측지계는 ITRF(2000,2005,2008,2014)이며, 기준시점은 최초 VLBI 관측일(2014년 9월 29일)과 우리나라 측지기준계에 적용한 기준시점(2002년 1월 1일)상에서의 좌표를 각각 산출하였다. 약 3년간의 VLBI 좌표 이 동량을 분석한 결과 우리나라 VLBI는 방향각$112.4^{\circ}$ 방향으로 연간 약 3.1cm의 좌표 이동속도를 보이고 있음을 연구 결과로 확인하였다.
본 연구는 2014년부터 국토지리정보원에서 운영하는 측지 VLBI 데이터를 이용하여 위치좌표(지구중심좌표, 평면직각좌표)를 산출한 연구이다. 본 연구의 목적은 우리나라 최초로 도입한 우주측지(VLBI) 기술을 이용하여 독자적인 정밀위치 좌표를 결정하여, 국가 측지원점의 갱신과 유지관리에 활용하기 위한 기초연구이다. 본 연구에 사용한 VLBI 관측데이터는 2014년 9월 29일부터 2017년 9월 30일까지, 총 약 100회의 국제 VLBI 관측 데이터를 사용하였으며, 관측 당일에 대한 위치좌표와 좌표 변화율을 분석하였다. 위치좌표 산출에 활용한 세계측지계는 ITRF(2000,2005,2008,2014)이며, 기준시점은 최초 VLBI 관측일(2014년 9월 29일)과 우리나라 측지기준계에 적용한 기준시점(2002년 1월 1일)상에서의 좌표를 각각 산출하였다. 약 3년간의 VLBI 좌표 이 동량을 분석한 결과 우리나라 VLBI는 방향각 $112.4^{\circ}$ 방향으로 연간 약 3.1cm의 좌표 이동속도를 보이고 있음을 연구 결과로 확인하였다.
This study is for coordinates analysis(geocentric and rectangular coordinate) of Korean geodetic VLBI which has been operated by NGII (National Geographic Information Institute) in Republic of Korea since 2014. The purpose of this study is a fundamental research to determine the Korean geodetic datu...
This study is for coordinates analysis(geocentric and rectangular coordinate) of Korean geodetic VLBI which has been operated by NGII (National Geographic Information Institute) in Republic of Korea since 2014. The purpose of this study is a fundamental research to determine the Korean geodetic datum. The VLBI data recorded from September 29th 2014 to July 31th 2017, total approximately a hundred of VLBI databases, is used to calculate daily positions and position rates. The VLBI coordinates are based on ITRF(2000,2005,2008,2014) with epochs of the first Korean VLBI observation date(September 29th 2014) and Korean Geodetic Datum(January 1st 2002). And as a results of VLBI observation, Korean VLBI coordinate movement velocity of 3.1cm/yr in the direction of $112.4^{\circ}$.
This study is for coordinates analysis(geocentric and rectangular coordinate) of Korean geodetic VLBI which has been operated by NGII (National Geographic Information Institute) in Republic of Korea since 2014. The purpose of this study is a fundamental research to determine the Korean geodetic datum. The VLBI data recorded from September 29th 2014 to July 31th 2017, total approximately a hundred of VLBI databases, is used to calculate daily positions and position rates. The VLBI coordinates are based on ITRF(2000,2005,2008,2014) with epochs of the first Korean VLBI observation date(September 29th 2014) and Korean Geodetic Datum(January 1st 2002). And as a results of VLBI observation, Korean VLBI coordinate movement velocity of 3.1cm/yr in the direction of $112.4^{\circ}$.
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문제 정의
마지막으로 본 연구는 국내 최초로 운영하고 있는 측지 VLBI의 공식 위치성과를 결정하기 위한 학술 연구이다. 국토지리정보원에서는 자체 산출한 VLBI 위치좌표에 대한 검증을 위하여 국외 기관과의 협력을 추진하는 한편, 우리나라 VLBI 공식성과에 적용될 ITRF버젼 및 기준시점에 대하여 검토 중에 있다.
본 연구는 우리나라 최초의 VLBI 관측 데이터를 이용한 위치성과 산출에 관한 연구이다. 연구 결과 VLBI 관측 데이터 분석을 통하여 다양한 ITRF 버전과 여러 기준시점 상에 서의 우리나라 VLBI 위치좌표를 산출 할 수 있었다.
본 연구의 목적은 우리나라 최초로 건설된 VLBI 장비를 이용하여 그 간(2014년 9월 29일부터 2017년 9월 20일)수행한 관측결과를 이용하여 세계측지계(ITRF) 상에서의 VLBI 위치를 산출하고자 함이다. 이를 통하여 우리나라 VLBI 관측 안정성을 확인하는 한편, 당초 VLBI 도입 목적 중 mm급의 국가기준점(측지원점) 결정 가능성에 대한 점검이 가능할 것으로 사료된다.
가설 설정
Table 1은 우리나라 측지 VLBI 시스템 제원을 나타낸다. 측지 VLBI 안테나는 구동속도가 빠를수록 단위 시간 당 많은 전파원 수신이 가능하다. 국외 VLBI 운영기관에서는 20M급 이상의 중대형 안테나의 내구성과 구조적 안정성 확보를 위하여 1°/sec 정도의 구동속도로 운영하고 있다.
제안 방법
우리나라 VLBI 좌표를 지구중심 원점으로 하는 구면좌표 상의 성과로 약 3년 간의 VLBI 안테나 좌표 값을 계산하였다. 계산에 사용한 측지계는 ITRF2014을 사용하였으며 관측 당일의 위치좌표를 산출 하였다.
지구중심상에서의 좌표를 평면직각좌표(TM)로 변환하여 평면상에서의 VLBI 위치와 이동속도를 계산하였다. 좌표변환에 사용한 프로그램은 국토지리정보원의 NGI-PROVer.
대상 데이터
위 4개의 프로그램 중 관측빈도가 가장 높고, 관측데이터의 축적량이 많아 시계열 지구중 심위치좌표 산출 시 정밀한 결과를 얻을 수 있는 IVS-R1(지구 회전물리량 관측, 13개국 23개 안테나 참여)관측 데이터를 사용하였다. 관측 기간은 2014년 9월 29일부터 2017년 9월 30일까지 수행한 총 100여개의 관측 데이터를 사용하였다.
국제적으로 가장 범용으로 사용되고 있는 상관처리 소프트 웨어는 미국 MIT에서 개발한 DiFX 이다. 본 연구에 사용된 IVS-R1관측 데이터는 독일 연방지리청(Federal Agency for Cartography and Geodesy, BKG) ‘BONN correlation center’ 에서 DiFX를 이용하여 상관처리를 수행한 결과를 사용하였다
Table 3 에연간 관측 횟수를 정리하였다. 위 4개의 프로그램 중 관측빈도가 가장 높고, 관측데이터의 축적량이 많아 시계열 지구중 심위치좌표 산출 시 정밀한 결과를 얻을 수 있는 IVS-R1(지구 회전물리량 관측, 13개국 23개 안테나 참여)관측 데이터를 사용하였다. 관측 기간은 2014년 9월 29일부터 2017년 9월 30일까지 수행한 총 100여개의 관측 데이터를 사용하였다.
이번 연구에서 분석한 VLBI 좌표는 ITRF2014 측지계 및기준시점 2014.9.29.일의 위치성과이다. 현재 우리나라 측량기 준체계는 ITRF2000상에서 기준시점일은 2002.
데이터처리
그 후 calc를 이용해 관측방정 식을 계산 후 solve를 통하여 안테나 좌표 및 지구회전물리 파라메터를 추정하는 방식이다. 이번 연구에는 수치해석 프로그램 ‘calc/solve_2017.01.03.’ 버전을 사용하였으며, 국토지리정보원 우주측지관측센터에서 자체 처리 및 분석 작업을 수행 하였다.
이론/모형
우리나라 VLBI 좌표를 지구중심 원점으로 하는 구면좌표 상의 성과로 약 3년 간의 VLBI 안테나 좌표 값을 계산하였다. 계산에 사용한 측지계는 ITRF2014을 사용하였으며 관측 당일의 위치좌표를 산출 하였다. 연간 안테나 이동량을 보면, x 성분은 –0.
성능/효과
연구 결과 VLBI 관측 데이터 분석을 통하여 다양한 ITRF 버전과 여러 기준시점 상에 서의 우리나라 VLBI 위치좌표를 산출 할 수 있었다. VLBI 관측 결과 우리나라 VLBI는 방향각 112.4° 방향으로 연간 약 3.1cm의 좌표 이동속도를 확인하였다. 또한, VLBI 관측 데이 터가 많을수록 위치정확도에 대한 신뢰구간이 향상 되고 있음도 알 수 있었다.
첫째, 우리나라 VLBI 관측장비가 안정적으로 구동되고 있음을 데이터 분석 결과를 통하여 확인할 수 있었다. 둘째, 국내 최초로 도입한 VLBI의 관측기술이 확보 되었으며, 미국 NASA 에서 개발한 VLBI 정밀 해석 소프트웨어를 이용한 우리나라 자체적인 분석기술도 확보 되었다. 셋째, 당초 VLBI 도입 목적인 ‘mm급의 국가위치기준점 결정’ 가능성을 확인하였다.
1cm의 좌표 이동속도를 확인하였다. 또한, VLBI 관측 데이 터가 많을수록 위치정확도에 대한 신뢰구간이 향상 되고 있음도 알 수 있었다. 10회 누적 데이터의 처리 시 위치정확도 신뢰구간은 약 3.
6은 ITRF2014와 기준시점(epoch)을 우리나라 VLBI 최초 관측 일인 2014년 9월 29일로 설정하여, VLBI 누적 관측량에 따른 좌표 결정 신뢰도를 나타낸다. 분석 결과를 보면 10회 누적 관측데이터 처리 시 약 3.75mm 이며 100회누적 관측데이터 처리시 약 0.84mm를 보여 관측 데이터가 많을수록 높은 위치정확도를 나타냄을 알 수 있다. Table 4에서알 수 있듯이, VLBI 위치좌표는 ITRF버젼 보다는 기준시점(Epoch)의 영향이 큼을 알 수 있다.
둘째, 국내 최초로 도입한 VLBI의 관측기술이 확보 되었으며, 미국 NASA 에서 개발한 VLBI 정밀 해석 소프트웨어를 이용한 우리나라 자체적인 분석기술도 확보 되었다. 셋째, 당초 VLBI 도입 목적인 ‘mm급의 국가위치기준점 결정’ 가능성을 확인하였다.
본 연구는 우리나라 최초의 VLBI 관측 데이터를 이용한 위치성과 산출에 관한 연구이다. 연구 결과 VLBI 관측 데이터 분석을 통하여 다양한 ITRF 버전과 여러 기준시점 상에 서의 우리나라 VLBI 위치좌표를 산출 할 수 있었다. VLBI 관측 결과 우리나라 VLBI는 방향각 112.
본 연구를 통하여 다음과 시사점을 도출 할 수 있었다. 첫째, 우리나라 VLBI 관측장비가 안정적으로 구동되고 있음을 데이터 분석 결과를 통하여 확인할 수 있었다. 둘째, 국내 최초로 도입한 VLBI의 관측기술이 확보 되었으며, 미국 NASA 에서 개발한 VLBI 정밀 해석 소프트웨어를 이용한 우리나라 자체적인 분석기술도 확보 되었다.
5는 평면직각좌표 상에서의 VLBI 위치를 나타내고 있다. 평면직각좌표로의 변환은 중부 원점을 기준으로 설정 하여 계산하였으며, 그 결과 우리나라 VLBI 좌표는 3년간 남쪽 방향으로 약 4cm, 동쪽방향으로 약 9cm 이동하고 있는 것으로 파악 되었다. 각 성분을 이용하여 연간 이동속도 벡터(이동량 · 각도)로 계산 한 결과 우리나라 VLBI는 약 112.
후속연구
본 연구의 목적은 우리나라 최초로 건설된 VLBI 장비를 이용하여 그 간(2014년 9월 29일부터 2017년 9월 20일)수행한 관측결과를 이용하여 세계측지계(ITRF) 상에서의 VLBI 위치를 산출하고자 함이다. 이를 통하여 우리나라 VLBI 관측 안정성을 확인하는 한편, 당초 VLBI 도입 목적 중 mm급의 국가기준점(측지원점) 결정 가능성에 대한 점검이 가능할 것으로 사료된다.
국토지리정보원에서는 자체 산출한 VLBI 위치좌표에 대한 검증을 위하여 국외 기관과의 협력을 추진하는 한편, 우리나라 VLBI 공식성과에 적용될 ITRF버젼 및 기준시점에 대하여 검토 중에 있다. 추가적으로 VLBI와 GNSS 기술을 이용한 위치 성과에 대한 비교 연구도 필요한 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국토지리정보원은 무엇을 통해 우리나라 국가기준점 체계를 동경측지계(1910년부터 1918년 구축, 조선임시토지조사국 시행)에서 세계측지계로 전환하였나?
국토지리정보원은 세계측지계 도입 제도화(측량법 제5조측량의 기준 개정 2001,12.19 및 동법 시행령 제2조 세계측 지계 개정 2002.6.29)를 통하여 우리나라 국가기준점 체계를 동경측지계(1910년부터 1918년 구축, 조선임시토지조사국 시행)에서 세계측지계로 전환하였다(Lee et al., 2008).
IVS란?
IVS (International VLBI Services for Geodesy and Astrometry)는 VLBI 관측, 데이터 처리와 해석 등 VLBI 관련된 모든 일련의 활동을 관장하는 범국가적인 VLBI 협력체 이다. IVS에서는 약 15개의 측지 및 천문 관련 프로그램을 운영 중에 있다.
IVS 주관의 VLBI 관측데이터는 지정된 상관처리 센터로 전송하는데 상관처리란 무엇인가?
IVS 주관의 VLBI 관측데이터는 지정된 상관처리 센터로 전송한다. 상관처리는 서로 다른 안테나 간의 기선(Baseline) 정보를 분석하는 과정이다. 즉, 지구상에 설치된 서로 다른 2개의 VLBI 안테나가 같은 천체를 관측하는 VLBI 망을 가정할 때, 각 안테나가 수신하는 우주전파의 전압을 v1(t)과 v2(t)라 하면 그 경로 차는 bsin(θ)가 된다(b는 기선, θ는 천정각).
참고문헌 (6)
LEE, H.J. et al.(2008), Study on ITRF Conversion Activation, NGII, Suwon, 3p. (In Korean)
KIM, T.W. et al.(2007), Design for Korean Geodetic VLBI System, NGII, Suwon, 135p. (In Korean)
Institute Geographic National France (2016), Transformation Parameters, http://itrf.ensg.ign.fr/trans_para.php (last data accessed: 10 November 2017).
Sasao, T. (2007), VLBI Analysis, Ajou University, pp. 161-176.
Chengalur, J.N., Gupta, Y., and Dwarakanath, K.S. (2003), Law frequency radio astronomy, http://www.gmrt.ncra.tifr.res.in/gmrt_hpage/Users/doc/WEBLF/LFRA/node31.html (last data accessed: 10 November 2017).
Petrov, L. (1997), Multigroup LSQ Method and Its Generalization, NASA/GSFC, pp. 1-13.
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