[논문]영해기점 결정을 위한 GPS측량

최윤수; 박병욱; 황병호; 조문형

문제 정의

본 연구에서는 영해기선을 결정하는데 기준이 되는 영해기점을 GPS 관측 방법을 이용하여 기존의 측량방식인 삼변측량이나 항공사진측량으로 결정된 기점들을 재산출하여 영해기점을 결정하고, 이를 이용하여 유엔 해양법협약 발효에 따른 인접국과의 해역 경계선 협상 시 국제적 기준에 부합하는 WGS84 좌표체계를 제시하고자 한다. 또한, 이 성과는 영해에 대한 과학적 근거자료로서 국가 해양개발 정책과 연안해역의 개발, 이 용 및 보존을 위한 중요한 기초 자료로 활용될 것이다.
본 연구에서는 유엔해양법 발효에 따른 인접국과의 관련 해역 경계선 협상에 필요한 국제적 기준에 부합하는 WGS84 좌표체계에 기초한 영해기선 결정을 위하여, 영해기점에 대한 GPS 측량을 실시하고 성과분석을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

. 해안의 일반적 방향에서 현저히 일탈하지 말 것

제안 방법

직선 기점 측량은 저조선의 최외곽 지점을 측량하여야 하나 대부분의 직선 기점들이 GPS 관측에 필요한 시계가 확보되지 않고, 또한 깎아지른 듯한 암벽이나 바다와 바로 맞닿아 있는 작은 섬들이 대부분이므로 관측자들의 안전이 확보되지 못하는 등의 어려움이 있다. 따라서 GPS 관측 시간의 단축을 위하여 기준점 외에 직선 기점 부근에 수신이 양호한 지역을 선점하여 보조기준점을 매설하였다.
직선 기점 설정을 위하여 그림 1과 같이 전국 12개소에 설치된 상시 관측소의 데이터를 취득하여 전국망을 완성한 후, 서해5도 지역 6개 섬에 각각 기준점과 보조기준점을 1점씩 설치하고 육지에 설치된 국립지리원 고시 2등 삼각점과 연결하여 좌표를 산출하였다.6),7),8),9) 기준점 및 보조기준점 측량은 육지 삼각점과 영해기 점이 있는 섬과의 거리가 100km 이상인 장기 선에 해당되므로 관측성과의 정확도 향상을 위해서 12시간 이상 동시 관측하였고, 관측 시 고도 각은 15° 이상, GPS 신호는 30초의 취득 간격을 두었다.
직선 기점 설정을 위하여 그림 1과 같이 전국 12개소에 설치된 상시 관측소의 데이터를 취득하여 전국망을 완성한 후, 서해5도 지역 6개 섬에 각각 기준점과 보조기준점을 1점씩 설치하고 육지에 설치된 국립지리원 고시 2등 삼각점과 연결하여 좌표를 산출하였다.6),7),8),9) 기준점 및 보조기준점 측량은 육지 삼각점과 영해기 점이 있는 섬과의 거리가 100km 이상인 장기 선에 해당되므로 관측성과의 정확도 향상을 위해서 12시간 이상 동시 관측하였고, 관측 시 고도 각은 15° 이상, GPS 신호는 30초의 취득 간격을 두었다.
한편, 최외곽 지점인 직선 기점의 위치는 측량성과 분석 산출 시까지 명확히 결정할 수 없으므로, 최외곽으로 예상되는 여러 개의 보조 직선 기점을 설정하여 관측한 후, 이 중 최외곽 지점을 직선 기점으로 결정하였다. 보조 직선 기점에 대한 GPS 측량은 기준점 및 보조기준점을 고정으로 하여 이동측량(STOP and GO) 방법으로 10~20분 동안 신속하게 관측하여 성과를 산출하였다.
한편, 최외곽 지점인 직선 기점의 위치는 측량성과 분석 산출 시까지 명확히 결정할 수 없으므로, 최외곽으로 예상되는 여러 개의 보조 직선 기점을 설정하여 관측한 후, 이 중 최외곽 지점을 직선 기점으로 결정하였다. 보조 직선 기점에 대한 GPS 측량은 기준점 및 보조기준점을 고정으로 하여 이동측량(STOP and GO) 방법으로 10~20분 동안 신속하게 관측하여 성과를 산출하였다. 기선해석 결과 최종적으로 결정된 직선 기점에 대해서는 동판 매설 하였으며, 최종 산출된 성과를 이용하여 좌표를 해도 상에 기입하여 구좌표와 신좌표와의 차이를 분석하였다.
보조 직선 기점에 대한 GPS 측량은 기준점 및 보조기준점을 고정으로 하여 이동측량(STOP and GO) 방법으로 10~20분 동안 신속하게 관측하여 성과를 산출하였다. 기선해석 결과 최종적으로 결정된 직선 기점에 대해서는 동판 매설 하였으며, 최종 산출된 성과를 이용하여 좌표를 해도 상에 기입하여 구좌표와 신좌표와의 차이를 분석하였다.
기선해석은 수원 상시 관측점을 기준으로 상시 관측점 간의 삼각망을 구성하고 삼각 망간 기선중복을 통하여 정확도 향상 및 폐합차 점검을 실시하여 정밀 2차 기준점 규정에 적합하도록 실시하였으며, 서해5도의 기준점 및 보조기준점 기선해석 또한 동일한 방법으로 실시하여 기준점 간의 정확성을 확보하여 최종적으로 영해기 점을 기선해석 하였다.
WGS84 성과와 벳셀 경위도 성과를 수원 상시 관측점 1점 고정 시와 12점의 상시 관측점을 고정했을 때의 좌표 성과를 비교 분석하였다. WGS84의 경우 1점 고정성과와 12점 고정성과가 0.
벳셀 경위도 성과 산출 시 비교 방법은 국립지리원 고시 삼각점 성과를 고정하여 성과를 산출하는 방법과 삼각점 성과를 고정하지 않고 12점의 상시 관측점의 벳셀 경위도 성과를 고정하여 성과를 산출하는 방법을 취하였다. 성과 산출 결과 WGS84 성과보다는 오차가 큰 0.
GPS 측량방식 개발 이전의 측량 방식으로는 육지에서 100km 이상 떨어진 섬 들을 측량하기가 사실상 불가능했으므로 해도 상에서 최외곽 지점을 선점해 선을 연결하는 방법으로 직선기선을 결정했다. 이번 연구에 사용된 GPS 관측 방법은 육지의 1, 2등 삼각점들과 섬에 설치한 기준점들을 12시간 이상의 관측 시간을 두고 기준 망을 연결한 후, 이동측량 방법으로 직선 기점을 관측한 결과이다. GPS 측량기가 약 5mm ± Ippm의 정확도를 갖고 있으므로 관측 중 발생할 수 있는 오차량을 감안하더라도 큰 위치의 변동은 없을 것이라 사료된다.
(2) WGS84 좌표계와 동경측지계에 기초한 성과를 도출하기 위한 성과계산 전략을 제시하였으며, 현장 여건에 맞도록 영해기점의 성과산정을 위한 GPS측량 작업방법도 수정- 보완하였다.
본 연구에서는 서해5도 지역의 측량 자료를 이용하였으며 좌표의 신뢰도를 높이기 위하여 전국 12개소의 상시 관측점의 데이터를 이용하여 영해기점의 좌표를 결정하였다 4),5) 영해기점 측량은 최외곽 지점을 결정하는 것이므로 대부분 조그만 간출암이나 절벽인 경우가 많고 지역의 특수성 때문에 기존의 측량 관측 방법인 삼변측량 방식으로는 관측이 곤란하다. GPS 관측 방법은 짧은 관측 시간으로 높은 정확도를 확보할 수 있으며, 작업환경에 제약이 적으므로 가장 최적인 관측 방법이라고 할 수 있다.

이론/모형

기준점이나 보조기준점의 경우 직선 기점을 관측하기 위해 추가로 매설한 점으로서, 기준점에는 표석을 매설하고, 보조기준점에는 동판을 매설한 후 육지의 삼각점과 연결한 관측망을 구성하였다. 삼각점과 기준점에 대한 GPS 측량은 국립지리원의 "GPS에 의한 정밀 2차 기준점 측량 작업 규정”에 의거한 관측을 실시하였다. GPS 정밀 2차 기준점 측량은 정밀 1차 기준점(1등 및 2등 삼각점)을 기초로 복수의 GPS 측량기를 이용하여 대상점 간의 3차원 상대 위치를 구하고 기준점(미 지점)의 측지학적 좌표.
수신된 자료의 처리는 Trimble GPSurvey V2.35a 상용프로그램을 활용하여 처리하였으며, 전리층의 영향과 대류층의 영향을 제거 및 보정하기 위하여 lono-free 방식과 Modified Hopfield Model을 사용하였고, 위 성 의궤 도력은은 IGS(Intemationanl GPS Service for Geodynamics)의 정밀궤도력을 사용하여 모든 기선 처리 방식으로 측점 간의 기선 거리와 고도 및 방위각을 결정하였다.

성능/효과

벳셀 경위도 성과 산출 시 비교 방법은 국립지리원 고시 삼각점 성과를 고정하여 성과를 산출하는 방법과 삼각점 성과를 고정하지 않고 12점의 상시 관측점의 벳셀 경위도 성과를 고정하여 성과를 산출하는 방법을 취하였다. 성과 산출 결과 WGS84 성과보다는 오차가 큰 0.01" ~0.03 " 범위 이내에서 일치하였다. 이는 벳셀 경위도 성과 산출 시 구하고자 하는 관측점의 데이터만 가지고 관측점 주변의 상 시점 데이터를 이용하여 성과를 산출하기보다는 그 지역의 삼각점 성과와 비교 분석하여 삼각점성과를 동시에 사용하는 것이 바람직하다는 결과를 보여 주었다.
03 " 범위 이내에서 일치하였다. 이는 벳셀 경위도 성과 산출 시 구하고자 하는 관측점의 데이터만 가지고 관측점 주변의 상 시점 데이터를 이용하여 성과를 산출하기보다는 그 지역의 삼각점 성과와 비교 분석하여 삼각점성과를 동시에 사용하는 것이 바람직하다는 결과를 보여 주었다.
이번 연구 결과 대부분의 기존 직선 기점이 해상으로 떨어지거나, 섬의 최외곽이 아닌 곳에 직선 기점이 설정되어 있음을 알 수 있었다. 해도 상에서 보면 섬의 최외곽이지만 실제 섬의 위치와 직선 기점의 위치 모두 차이가 발생했다.
종합적으로 볼 때, 백령도와 신도를 제외한 다른 점들은 최외곽 지점이 기존의 영해기점보다 더 서쪽으로 치우친 것을 알 수 있다. 그러나 백령도와 신도의 경우는 기존의 기점보다 더 섬 안쪽으로 좌표가 결정되어 결과적으로 우리의 영해가 축소된 것을 볼 수 있다.

후속연구

본 연구에서는 영해기선을 결정하는데 기준이 되는 영해기점을 GPS 관측 방법을 이용하여 기존의 측량방식인 삼변측량이나 항공사진측량으로 결정된 기점들을 재산출하여 영해기점을 결정하고, 이를 이용하여 유엔 해양법협약 발효에 따른 인접국과의 해역 경계선 협상 시 국제적 기준에 부합하는 WGS84 좌표체계를 제시하고자 한다. 또한, 이 성과는 영해에 대한 과학적 근거자료로서 국가 해양개발 정책과 연안해역의 개발, 이 용 및 보존을 위한 중요한 기초 자료로 활용될 것이다.
이것은, 이전의 측량 방식으로는 본 섬이 시통되지 않는 상황에서 조그만 간출암을 제대로 관측하기란 거의 불가능했을 것이며, 시통이 되더라도 사람이 겨우 올라갈 만한 공간밖에 없는 곳에서 일반 측량 장비로 정확하게 측량할 수가 없었고, 해도 또한 정확하지 않아 이전의 영해기점보다 후퇴한 점들이 나타난 것으로 보인다. 이 부분에 대해서는 향후 섬 주요 부분에 걸쳐 GPS 관측을 실시하여 섬들의 변이량을 재산출해야 할 것이다.
(3) GPS로 영해기점의 위치를 결정한 결과, 기존의 영해기점 성과와 많은 차이를 보였으며 향후 GPS로 섬 주요 지점을 관측하면 정확한 섬 위치 오류가 산출될 것이다. 또한, GPS를 이용하면 종래 측량 방식으로는 불가능했던 도서지역 측량이 보다 정확하고 효율적으로 수행될 수 있으며, 이 측량 성과는 우리나라 영해 획정 및 과학적 국토관리에 크게 기여할 것이다.
(3) GPS로 영해기점의 위치를 결정한 결과, 기존의 영해기점 성과와 많은 차이를 보였으며 향후 GPS로 섬 주요 지점을 관측하면 정확한 섬 위치 오류가 산출될 것이다. 또한, GPS를 이용하면 종래 측량 방식으로는 불가능했던 도서지역 측량이 보다 정확하고 효율적으로 수행될 수 있으며, 이 측량 성과는 우리나라 영해 획정 및 과학적 국토관리에 크게 기여할 것이다.

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