공공측량/통합기준점측량 작업규정은 기존 트래버스 측량 작업규정을 준용하고 있으며, GNSS관측 특성을 정확하게 반영하지 않아서 현장 작업과 자료처리에 어려움이 있다. 또한, GNSS관측 자료처리 절차에 대한 규정이 명확하지 않고, 정확도 검증방법 역시 일반적인 기준과 차이가 있다. 본 연구에서는 현재 규정을 분석하고 적절한 업무프로세스를 제안하기 위해 공공기준점 측량과 유사한 시나라오를 바탕으로 짧은 세션(30분) 데이터를 처리했다. 서울특별시 네트워크 RTK (Real Time Kinematic) 기준점에 대해서 3일간 동일한 시간대 결과를 비교했으며, 하루 중 시간에 따른 결과를 비교해서 전반적인 자료처리 정확도를 평가했다. 대류권 지연오차 추정여부에 따른 정확도 차이를 동시에 분석했으며, 추정결과는 24시간 정지측량 결과와 비교했다. 대류층 지연오차를 추정하는 것이 정확도와 좌표안정성 향상에 유리하며, 평균제곱근오차는 대략 평면 5mm, 수직 1cm 수준으로 추정되었다. 본 연구결과를 바탕으로 통합기준점을 포함한 동시관측 일간해를 추정하고, 이를 통합하여 최소제약조건을 통해 최종해를 결정하는 업무프로세스를 제안한다. 이를 위해서는 학술용 자료처리시스템을 이용한 자료처리자동화시스템이 구축되어야하며, GNSS자료처리를 위해 통합기준점과 공공기준점 코드를 표준화해야 한다.
공공측량/통합기준점측량 작업규정은 기존 트래버스 측량 작업규정을 준용하고 있으며, GNSS관측 특성을 정확하게 반영하지 않아서 현장 작업과 자료처리에 어려움이 있다. 또한, GNSS관측 자료처리 절차에 대한 규정이 명확하지 않고, 정확도 검증방법 역시 일반적인 기준과 차이가 있다. 본 연구에서는 현재 규정을 분석하고 적절한 업무프로세스를 제안하기 위해 공공기준점 측량과 유사한 시나라오를 바탕으로 짧은 세션(30분) 데이터를 처리했다. 서울특별시 네트워크 RTK (Real Time Kinematic) 기준점에 대해서 3일간 동일한 시간대 결과를 비교했으며, 하루 중 시간에 따른 결과를 비교해서 전반적인 자료처리 정확도를 평가했다. 대류권 지연오차 추정여부에 따른 정확도 차이를 동시에 분석했으며, 추정결과는 24시간 정지측량 결과와 비교했다. 대류층 지연오차를 추정하는 것이 정확도와 좌표안정성 향상에 유리하며, 평균제곱근오차는 대략 평면 5mm, 수직 1cm 수준으로 추정되었다. 본 연구결과를 바탕으로 통합기준점을 포함한 동시관측 일간해를 추정하고, 이를 통합하여 최소제약조건을 통해 최종해를 결정하는 업무프로세스를 제안한다. 이를 위해서는 학술용 자료처리시스템을 이용한 자료처리자동화시스템이 구축되어야하며, GNSS자료처리를 위해 통합기준점과 공공기준점 코드를 표준화해야 한다.
Currently, the regulation and rules for public surveying and the UCPs (Unified Control Points) adapts those of the triangulated traverse surveying. In addition, such regulations do not take account of the unique characteristics of GNSS (Global Navigation Satellite System) surveying, thus there are d...
Currently, the regulation and rules for public surveying and the UCPs (Unified Control Points) adapts those of the triangulated traverse surveying. In addition, such regulations do not take account of the unique characteristics of GNSS (Global Navigation Satellite System) surveying, thus there are difficulties in field work and data processing afterwards. A detailed procesure of GNSS processing has not yet been described either, and the verification of accuracy does not follow the generic standards. In order to propose an appropriate procedure for field surveys, we processed a short session (30 minutes) based on the scenarios similar to actual situations. The reference network in Seoul was used to process the same data span for 3 days. The temporal variation during the day was evaluated as well. We analyzed the accuracy of the estimated coordinates depending on the parameterization of tropospheric delay, which was compared with the 24-hr static processing results. Estimating the tropospheric delay is advantageous for the accuracy and stability of the coordinates, resulting in about 5 mm and 10 mm of RMSE (Root Mean Squared Error) for horizontal and vertical components, respectively. Based on the test results, we propose a procedure to estimate the daily solution and then combine them to estimate the final solution by applying the minimum constraints (no-net-translation condition). It is necessary to develop a web-based processing system using a high-end softwares. Additionally, it is also required to standardize the ID of the public control points and the UCPs for the automatic GNSS processing.
Currently, the regulation and rules for public surveying and the UCPs (Unified Control Points) adapts those of the triangulated traverse surveying. In addition, such regulations do not take account of the unique characteristics of GNSS (Global Navigation Satellite System) surveying, thus there are difficulties in field work and data processing afterwards. A detailed procesure of GNSS processing has not yet been described either, and the verification of accuracy does not follow the generic standards. In order to propose an appropriate procedure for field surveys, we processed a short session (30 minutes) based on the scenarios similar to actual situations. The reference network in Seoul was used to process the same data span for 3 days. The temporal variation during the day was evaluated as well. We analyzed the accuracy of the estimated coordinates depending on the parameterization of tropospheric delay, which was compared with the 24-hr static processing results. Estimating the tropospheric delay is advantageous for the accuracy and stability of the coordinates, resulting in about 5 mm and 10 mm of RMSE (Root Mean Squared Error) for horizontal and vertical components, respectively. Based on the test results, we propose a procedure to estimate the daily solution and then combine them to estimate the final solution by applying the minimum constraints (no-net-translation condition). It is necessary to develop a web-based processing system using a high-end softwares. Additionally, it is also required to standardize the ID of the public control points and the UCPs for the automatic GNSS processing.
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문제 정의
이는 가장 보편적인 작업 형태이며 보유한 수신기를 최대한 활용할 수 있는 방식이다. 또한, 통합기준점에 수신기를 번갈아 설치하는 시나리오는 자료처리 결과의 반복재현성을 검토하기 위한 목적도 있다.
본 연구는 GNSS관측 기반 공공측량 또는 통합기준점측량 작업규정과 업무 프로세스를 분석하고, 실제 데이터 처리결과를 통한 정확도 분석으로 표준화된 프로세스를 제안했다. 현재의 “공공측량 작업규정”과 “통합기준점측량 작업규정”은 GNSS관측 특성을 고려하지 않고 기존 트래버스 측량 규정을 준용함으로써 이론과 실제에서 차이가 발생한다.
본 연구는 GNSS관측에 의한 공공측량 또는 통합기준점 측량자료를 처리하여 결과를 분석하고, 최적화된 현업 업무절차를 제안한다. 이를 위해, 10km 내외 기선형성이 가능한 기준점을 선정하였으며, 대류층 지연오차 추정과 좌표계 구현을 위해 위성기준점을 추가하였다.
본 연구에서는 앞 절에서 분석한 결과를 바탕으로 새로운 프로세스를 정의하기 위한 테스트를 진행했다. Case 1과 동일한 데이터로 3일간 일간해를 계산하고 정규방정식을 저장했다.
본 연구에서는 현업에서 수행하는 업무 프로세스를 점검하고, 학술용 소프트웨어를 이용한 자료처리와 정확도 분석, 이를 통해 현장업무와 자료처리 프로세스를 제안한다. 다만, 본 연구는 공공측량 작업규정 중 GNSS관측 관련 내용에 한정한다.
본 연구에서는 현장 측량계획과 데이터 품질검증, 그리고 자료처리 전략과 정확도 분석을 위한 전반적인 업무프로세스에 대해서 제안한다.
가설 설정
상시관측소 SWUN은 현장측량 종료 후 국토지리정보원(NGII, 2018)에서 다운로드하거나, NTRIP (Network Transport of RTCM via Internet Protocol) 방식으로 실시간으로 저장(GNSSDC, 2018)할 수 있다. 총 4대의 수신기 중 2대를 관측지역 내 통합기준점에 번갈아 설치하고, 나머지 2대는 공공삼각점에 설치한 경우를 가정했다. 만일 사용가능한 수신기가 4대 이상이면 공공삼각점을 추가적으로 동시 관측할 수 있다.
제안 방법
2) 기지점 성과를 고정하여 관측점에 대한 좌표를 계산한 후, 계산된 관측점 좌표를 이용하여 다른 관측점을 계산하는 기선해석을 수행한다.
Table 8은 GNSS관측에 의한 공공측량 방법을 제안하기 위한 테스트 결과를 요약한 것이다. 2018년 6월 28-30일(DOY 179-181) 3일에 걸쳐서 매일 2시간 동안 네 개 세션을 설정하였다. YONS를 서로 다른 12개의 공공삼각점으로 간주하고 매 세션마다 결과를 추정하였다.
Case 1은 3일간 동일 시간대(19:00-21:00 GPST, 2시간)에 이루어진 GNSS관측 데이터를 이용하여 용산(YONS) 관측점에 대한 30분 단위 좌표값을 추정한 것이며, 위에서 설명한 것처럼 IGS14 좌표계 수원(SUWN)에 제약하였다. Case 2와 3은 시간에 따른 좌표 추정값 차이를 확인하기 위해 하루 24시간을 30분 단위로 나누어 총 48개 좌표추정값 반복재현성을 분석하였으며, YONS의 대류권 지연오차 추정 여부에 따라 구분하였다.
Case 1은 3일간 동일 시간대(19:00-21:00 GPST, 2시간)에 이루어진 GNSS관측 데이터를 이용하여 용산(YONS) 관측점에 대한 30분 단위 좌표값을 추정한 것이며, 위에서 설명한 것처럼 IGS14 좌표계 수원(SUWN)에 제약하였다. Case 2와 3은 시간에 따른 좌표 추정값 차이를 확인하기 위해 하루 24시간을 30분 단위로 나누어 총 48개 좌표추정값 반복재현성을 분석하였으며, YONS의 대류권 지연오차 추정 여부에 따라 구분하였다.
모든 관측점은 이중주파수 GPS+GLONASS 데이터를 저장하였으며, 30초 간격 24시간 데이터를 사용하였다. IGS (International GNSS Service) 기준점 SUWN을 포함한 모든 측점 데이터를 동시에 처리하였으며, 속도벡터를 고려하여 관측시점 SUWN좌표에 제약함으로써 IGS14 기준계 좌표값을 추정하였다(Table 5).
2018년 6월 28-30일(DOY 179-181) 3일에 걸쳐서 매일 2시간 동안 네 개 세션을 설정하였다. YONS를 서로 다른 12개의 공공삼각점으로 간주하고 매 세션마다 결과를 추정하였다. 결과적으로, 매 세션마다 4개의 수신기가 사용되었으며, 기선처리와 망 조정을 동시에 수행하였다.
공공측량성과는 국토지리정보원에서 위탁한 공간정보산업협회에서 검수하고 있다(“공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률” 제 105조). 검수방법은 동일한 데이터에 대해서 담당자가 자료처리를 수행한 후, 평면 좌표 일치여부를 비교한다. 기선거리 10km 이하에서 평면좌표 각 성분이 10cm 이내로 일치하는 경우 정확도 기준을 만족하는 것으로 판단한다(KASM, 2018).
YONS를 서로 다른 12개의 공공삼각점으로 간주하고 매 세션마다 결과를 추정하였다. 결과적으로, 매 세션마다 4개의 수신기가 사용되었으며, 기선처리와 망 조정을 동시에 수행하였다. 최종 결과는 기준점(DBON, GANS, GUMC, SONP)에 대해서 최소제약조건을 적용하여 추정하였고, 정지측량 결과와 비교하였다.
공공측량에서는 수평성분에 대해서만 정확도를 판단하지만, 대류층 지연오차는 높이 정확도와 직접적인 연관이 있다. 따라서, 본 연구에서는 대류층 지연오차를 추정하는 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 높이 정확도를 추가적 으로 분석하였다.
최종적으로 DBON, GANS, GUMC, SONP에 대한 최소제약조건을 부여한 후, YONS에 대한 최종해를 계산했다. 또한, 추정 좌표값의 바이어스와 일간변화를 보정하기 위해 SUWN을 제외한 모든 스테이션에 대한 대류층 지연오차를 추정하였다.
본 연구에서는 SUWN 관측소 대류권 지연오차를 제외하였으며, 시나리오 별로 YONS 관측점의 대류권 오차를 추정하지 않거나(Cases 1&2) 또는 추정하였다(Cases 3&4).
따라서, 용산(YONS) 기준점에 대한 총 12개 좌표값을 추정했다. 수원(SUWN)은 대류층 지연오차를 추정하는 대신 모델값을 적용하고, 나머지 기준점에 대해서는 지연량을 추정하였다(YONS 제외). Fig.
본 연구는 GNSS관측에 의한 공공측량 또는 통합기준점 측량자료를 처리하여 결과를 분석하고, 최적화된 현업 업무절차를 제안한다. 이를 위해, 10km 내외 기선형성이 가능한 기준점을 선정하였으며, 대류층 지연오차 추정과 좌표계 구현을 위해 위성기준점을 추가하였다. 현업에서 사용하는 GNSS 수신기는 대부분 이중주파수와 GPS+GLONASS를 지원하므로, 상시관측소에서 운영하는 수신기와 성능면에서 큰 차이가 없다.
Case 1과 동일한 데이터로 3일간 일간해를 계산하고 정규방정식을 저장했다. 최종적으로 DBON, GANS, GUMC, SONP에 대한 최소제약조건을 부여한 후, YONS에 대한 최종해를 계산했다. 또한, 추정 좌표값의 바이어스와 일간변화를 보정하기 위해 SUWN을 제외한 모든 스테이션에 대한 대류층 지연오차를 추정하였다.
대상 데이터
공공측량 작업규정 중 GNSS관측은 공공기준점측량(공공삼각점측량, RTK-GNSS 공공삼각점측량), 지형측량(RTK-GNSS 세부측량), 네트워크RTK측량으로 구분할 수 있으며, 본 연구는 정지측위법 또는 신속정지측위법에의한 공공삼각점측량을 대상으로 한다. 공공측량성과는 국토지리정보원에서 위탁한 공간정보산업협회에서 검수하고 있다(“공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률” 제 105조).
따라서 본 연구에서는 다양한 정확도 분석을 위해 서울시에서 운영하는 “서울특별시 네트워크 RTK 시스템” 기준국 5점을 선정하였고, 중앙에 위치한 용산(YONS) 관측소를 임의로 공공측량 대상점으로 간주하였다.
본 연구에서는 자료처리 정확도를 비교하기 위해 DOY (Day of Year) 178(2018-06-27) 정지측량 자료를 기선처리하여 좌표를 추정하였고, 이를 실험 결과 기준좌표로 사용하였다. 모든 관측점은 이중주파수 GPS+GLONASS 데이터를 저장하였으며, 30초 간격 24시간 데이터를 사용하였다. IGS (International GNSS Service) 기준점 SUWN을 포함한 모든 측점 데이터를 동시에 처리하였으며, 속도벡터를 고려하여 관측시점 SUWN좌표에 제약함으로써 IGS14 기준계 좌표값을 추정하였다(Table 5).
본 연구에서는 자료처리 정확도를 비교하기 위해 DOY (Day of Year) 178(2018-06-27) 정지측량 자료를 기선처리하여 좌표를 추정하였고, 이를 실험 결과 기준좌표로 사용하였다. 모든 관측점은 이중주파수 GPS+GLONASS 데이터를 저장하였으며, 30초 간격 24시간 데이터를 사용하였다.
데이터처리
결과적으로, 매 세션마다 4개의 수신기가 사용되었으며, 기선처리와 망 조정을 동시에 수행하였다. 최종 결과는 기준점(DBON, GANS, GUMC, SONP)에 대해서 최소제약조건을 적용하여 추정하였고, 정지측량 결과와 비교하였다.
이론/모형
GNSS 자료처리를 위한 위성궤도와 시계오차는 CODE(Center for Orbit Determination in Europe) 최종해를 사용하였고, 좌표값 추정 정확도와 관련있는 대류층 지연오차 매핑함수와 추정 모델은 각각 GMF (Global Mapping Function)와 GPT (Global Pressure and Temperature)를 적용하였다. 대류층 지연오차 추정을 위해서 GMF/GPT 또는 VMF1/ECMWF 모델을 주로 사용하는데, 수평성분 차이는 1mm 이하이며, 높이는 대략 1mm 내외로서 실질적인 차이는 없다(Steigenberger et al.
GMF/GPT 모델은 외부 입력 데이터가 필요없으므로 많이 사용되고 있다. 그외, GNSS 자료 처리방법과 모델은 Table 6에 요약되어 있으며, 기선해석은 학술용 소프트웨어인 Bernese GNSS V5.2를 사용하였다.
, 2015). 미지점에 대한 표고는 타원체고 기준 3차원 망조정을 수행한 후 지역지오이드 모델(예를 들어, KNGeoid14)을 이용하여 계산한다.
성능/효과
1) 공공기준점 측량은 대략 30분 정도 수행하며, 이 경우에도 대류권 지연오차를 추정하는 것이 좌표값 반복재현성과 안정성에 유리하다.
2) 전체 프로젝트 기간 동안 통합기준점을 일부 포함하여 최대한 많은 공공기준점을 측량하고, 개별 일간해를 결합하여 통합기준점과 위성기준점에 최소제약 조건을 부여하여 최종해를 구한다.
3) 현업에서는 정밀 학술용 소프트웨어 라이선스 문제 또는 전문지식 부족을 이유로 상업용 소프트웨어를 사용하며 개별 작업자의 경험에 의존한다. 그러나, 작업규정뿐만 아니라 일관성 있는 성과를 위해서는 시스템에 의한 자료처리가 이루어져야 한다.
결과적으로 기지점을 “고정”하는 규정은 고정점 정확도에 전적으로 의존함으로써 전체적인 네트워크 안정성을 저하시킨다.
Table 7은 Cases 2&3 결과에 대한 통계 값을 요약한 것이다. 대류층 지연오차를 추정하지 않은 경우 높이 방향에서 바이어스가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로 수평성분에도 상당한 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 타원체고 추정에서 대류권 오차 보정기법에 따른 정확도 영향에 대한 최근연구는 Lee (2018)을 참고할 수 있다.
4에서는 수평오차가 24시간 동안 전반적으로 큰 변화를 보이지 않고 있다. 따라서, 세션이 짧은 경우에도 대류층 지연오차를 추정하는 것이 좌표값 안정성에 영향을 미치는 것을 알 수 있으며, 모든 GNSS관측 자료처리에 적용하는 것이 바람직하다고 판단된다.
현재의 “공공측량 작업규정”과 “통합기준점측량 작업규정”은 GNSS관측 특성을 고려하지 않고 기존 트래버스 측량 규정을 준용함으로써 이론과 실제에서 차이가 발생한다. 본 연구에서는 실제 데이터를 이용한 표준화된 절차를 제안함으로써 일관된 품질의 결과물을 얻을 수 있음을 보였으며, 이는 통합기준점과 공공삼각점(1-4급) 정지측위법과 신속정지 측위법에 동일하게 적용할 수 있다. 일반적인 공공측량에서는 본 연구에서 적용한 기선보다 훨씬 더 짧으므로 실제 공공측량에 적용하면 보다 향상된 위치정확도를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
후속연구
결과적으로 GNSS관측과 자료처리 방법을 공공측량 기준점 등급에 따른 구분에서 목표정확도를 달성하기위한 규정으로 변경할 필요가 있다. 따라서, 학술용 소프트웨어를 이용한 표준화된 프로세스를 설계함으로써 위성기준점, 통합기준점, 공공삼각점에 동일하게 적용할 수 있다.
그러나, 본 연구에서 제안한 프로세스가 현업에 적용되기 위해서는 공공측량 또는 통합기준점측량 작업규정 개정이 우선적으로 이루어져야하며, 수반된 성과심사 규정 역시 GNSS측량 특성이 반영되도록 변경되어야 한다.
앞절에서 설명한 바와 같이, 동일 세션이 아니더라도 단일기선 결과를 동시 조정 계산하는 것이 바람직하므로, 기존 TS관측처럼 환폐합차를 점검계산 기준으로 설정하는 것은 바람직하지 않다. 또한 기선벡터 반복성은 관측 환경에 따라 달라질 수 있으므로, 전체적인 조정계산 후 오차요소를 점검하는 방향으로 규정을 개정할 필요가 있다. 공공삼각점측량 점검계산은 “관측종료” 후 실시하고, 허용범위를 초과하는 경우에는 재측량하도록 규정하고 있다.
본 연구에서 제시한 프로세스가 효과적으로 활용되기 위해서는 현장 취득 데이터를 자동으로 처리할 수 있는 시스템이 필요하며, 모든 데이터 흐름이 웹에서 이루어져야한다. 이를 위해서는, 국내 전문가들이 자동화된 자료처리시스템을 개발하여 현업을 지원할 필요가 있다.
본 연구에서는 실제 데이터를 이용한 표준화된 절차를 제안함으로써 일관된 품질의 결과물을 얻을 수 있음을 보였으며, 이는 통합기준점과 공공삼각점(1-4급) 정지측위법과 신속정지 측위법에 동일하게 적용할 수 있다. 일반적인 공공측량에서는 본 연구에서 적용한 기선보다 훨씬 더 짧으므로 실제 공공측량에 적용하면 보다 향상된 위치정확도를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 최종해 추정을 위해 통합기준점을 최소 제약하므로 통합기준점까지 거리에 특별한 제약을 부여할 필요는 없다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
공공측량성과의 검수방법은?
공공측량성과는 국토지리정보원에서 위탁한 공간정보산업협회에서 검수하고 있다(“공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률” 제 105조). 검수방법은 동일한 데이터에 대해서 담당자가 자료처리를 수행한 후, 평면 좌표 일치여부를 비교한다. 기선거리 10km 이하에서 평면좌표 각 성분이 10cm 이내로 일치하는 경우 정확도 기준을 만족하는 것으로 판단한다(KASM, 2018).
공공측량 작업규정은 어떻게 되어있는가?
공공측량 작업규정은 1) 단일기선을 전제로 기선해석을 규정하고 있으며, 2) 기지점 성과를 고정하여 관측점에 대한 좌표를 계산한 후, 계산된 관측점 좌표를 이용하여 다른 관측점을 계산하는 기선해석을 수행한다. 그러나, 이러한 프로세스는 첫 기지점 오차가 모든 관측점에 영향을 미치거나, 계속적으로 오차가 누적되는 결과를 초래한다.
GNSS관측은 어떻게 구분되는가?
공공측량 작업규정 중 GNSS관측은 공공기준점측량(공공삼각점측량, RTK-GNSS 공공삼각점측량), 지형측량(RTKGNSS 세부측량), 네트워크RTK측량으로 구분할 수 있으며, 본 연구는정지측위법 또는 신속정지측위법에의한 공공삼각점측량을 대상으로 한다. 공공측량성과는 국토지리정보원에서 위탁한 공간정보산업협회에서 검수하고 있다(“공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률” 제 105조).
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