[논문]태양의 겉보기 방향각 측정을 통하여 어떤 기선의 방위각을 결정하는 방법

임무택; 박영수; 임형래; 구성본; 곽병욱

태양의 겉보기 방향각 측정을 통하여 어떤 기선의 방위각을 결정하는 방법
A method to determine the azimuth of a baseline by measuring the apparent direction of the Sun 원문보기

한국지구물리탐사학회 2008년도 공동학술대회, 2008 Oct. 09, 2008년, pp.155 - 165

임무택 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 박영수 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 임형래 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 구성본 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 곽병욱 (충남대학교 자연과학대학 지구과학부)

초록
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태양의 겉보기 방향각을 측정한 자료와 측정한 시각, 그리고 기점의 위도, 경도만 있으면 기선의 방위각을 계산할 수 있는 방법을 소개한다. 각각 다른 3 개의 기선에 대해서 이 방법으로 얻은 기선의 방위각과 2 대의 GPS 수신기로 얻은 자료를 후처리 DGPS(PDGPS; Post Processed Differential GPS)방법으로 얻은 기선의 방위각을 비교하였는데, 두 방법으로 결정한 방위각들의 차이(태양방향각측정법 - 후처리GPS법)는 3 기선 위에서 각각 -13", +45", +24"였다. 이 방법은 요구하는 정확도가 1 분 이하일 경우에는 매우 빠르고, 효과적으로 이용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A method to determine the azimuth of a baseline by using the measured apparent directions of the Sun, the measurement time and the latitude and the longitude of the survey point. Comparing the azimuths determined by this method and those determined by the PDGPS(Post Processed Differential GPS) on 3 different baselines, the differences (this method - PDGPS) between the azimuths determined by two methods were -13", +45" and +24" respectively. This method can be used as an effective and rapid tool in cases that require the accuracy lower than 1 arc-min.

AI 본문요약
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문제 정의

한 세트의 관측을 수행했을 때를 생각해 보자. Fig.

제안 방법

또한, 홍성지자기관측소에서는 먼거리 목표로 사용할 묘지석의 세로 모서리 선에 GPS 수신기의 안테나를 정렬할 수 없으므로 한 개의 임시 기점을 설치하고 이 임시 기점과지자기 절대측정 좌대에 Trimble 사의 측지용 GPS인 모델 5700의 안테나를 각각 세우고 약 반 시간 동안 관측한 자료로부터 후처리GPS 방법으로 임시 기선의 방위각을 계산하였다. 그리고, 이 임시 기선과 실제 기선 사이의 각은 경위의를 이용하여 구했으며, 이 둘로부터 계산한 실제 기선의 방위각은 112°58′21″ 였다.
태양 방향각의 측정은, 수직분도반을 얼굴의 오른쪽에 둔 상태에서(Table 1에서 R로 표시), 목표(Table 1에서 Mark로 표시) 관측 1 번, 태양의 오른쪽 경계점(Table 1에서 O| 로 표시) 관측 2 번을 반 세트로 하고, 수직분도반을 얼굴의 왼쪽에 둔 상태에서(Table 1에서 L로 표시), 태양의 왼쪽 경계점(Table 1에서 |O 로 표시) 관측 2 번, 목표(Table 1에서 Mark로 표시) 관측 1 번을 반 세트로 하여, 모두 6 번의 관측을 한 세트로 하여 수행된다. 측정은 오차를 줄이기 위하여 연직분도반(vertical circle)의 위치와 목표, 태양의 상대적인 위치를 다르게 하여 목표와 태양의 겉보기 방향각을 각각 측정한다. 즉, 연직분도반을 관측자의 오른쪽에 둔 경우(Table 1에서 R로 표시)와 왼쪽에 둔 경우(Table 1에서 L로 표시)에 대하여 각각 관측함으로써 경위의의 수평분도반과 수직 분도반의 유격오차를 줄인다.
태양 방향각의 측정은, 수직분도반을 얼굴의 오른쪽에 둔 상태에서(Table 1에서 R로 표시), 목표(Table 1에서 Mark로 표시) 관측 1 번, 태양의 오른쪽 경계점(Table 1에서 O| 로 표시) 관측 2 번을 반 세트로 하고, 수직분도반을 얼굴의 왼쪽에 둔 상태에서(Table 1에서 L로 표시), 태양의 왼쪽 경계점(Table 1에서 |O 로 표시) 관측 2 번, 목표(Table 1에서 Mark로 표시) 관측 1 번을 반 세트로 하여, 모두 6 번의 관측을 한 세트로 하여 수행된다. 측정은 오차를 줄이기 위하여 연직분도반(vertical circle)의 위치와 목표, 태양의 상대적인 위치를 다르게 하여 목표와 태양의 겉보기 방향각을 각각 측정한다.
태양의 겉보기 방향각 관측, 관측시간 읽기, 그리고 관측점의 측지좌표(위도, 경도)를 이용하여 어떤 미지의 기선의 방위각을 추출하는 방법을 설명하였다. 이 방법에 필요한 장비 및 자료는 경위의, 수치형 초시계, 관측점의 측지좌표(위도, 경도) 뿐이고 혼자서 수행할 수 있으므로 작업이 매우 간단하다는 장점이 있는 반면, 태양을 관측할 수 있는 동안만 사용할 수 있다는 단점이 있다.
한편, 경주지자기관측소에서는 먼거리 목표로 사용하는 송전탑이 너무 멀리 있으므로 한 개의 임시 기점을 설치하고 이 임시 기점과 지자기 절대측정 좌대에 Trimble 사의 측지용 GPS인 모델 SSE4000의 안테나를 각각 세우고 약 1 시간 동안 관측한 자료로부터 후처리GPS 방법으로 임시 기선의 방위각을 계산하였다. 그리고, 이 임시 기선과 실제 기선 사이의 각은 경위의를 이용하여 구했으며, 이 둘로부터 계산한 실제 기선의 방위각은 116°03′34″ 였다.

성능/효과

1. 한국지질자원연구원이 설치한 3 곳의 지자기관측소에서 태양 관측방법에 의하여 지자기 절대측정용 기선의 방위각을 추출하였고, 그 결과로부터 후처리GPS법으로 추출한 방위각을 빼면 그 차이 즉, (태양관측법 - 후처리GPS법)는 각각의 기선 위에서 -13″, +45″, +24″ 였다.
2. 태양 관측에 의한 기선의 방위각 추출의 오차 발생 요인을 분석한 결과, 태양 관측법의 오차는 최대 ±44" 정도 된다.
3. 그러므로, 이 방법은 매우 빠른 결과를 필요로 하면서, 계산된 기선의 방위각의 요구되는 정확도가 1 분 정도 될 때에는 매우 효과적으로 쓸 수 있다.
3에서 경과시간(tp)와 방위각 A_sun/ap(φ, λ, t)은, 식 (3)에서 알 수 있듯이 1차 비례 관계에 있지는 않으나, 관측 시작 시간과 종료 시간의 차이 즉, 일련의 관측에 소요된 시간이 짧을수록 관측 자료점들을 연결하는 선은 직선에 가까워진다. 그러므로, 위와 같은 그림을 검토함으로써 관측의 정확도를 예상할 수 있으며, 가능한 한 짧은 시간 안에 1 세트의 관측을 완료할수록 계산된 기선의 결과에 존재하는 오차를 줄일 수 있음을 시사한다.
두 가지 방법으로 얻은 측량 결과의 차이는 태양의 관측에 의한 경우가 PDGPS 측량의 경우보다 약 24″ 큰 것으로 나타났다.
두 가지 방법으로 얻은 측량 결과의 차이는 태양의 관측에 의한 경우가 후처리GPS 측량의 경우보다 약 45″ 더 큰 것으로 나타났다.
한편, 태양의 관측에 의해 계산한 기선의 방위각은, 숙련된 관측자의 경우 후처리GPS 측량에 의한 방위각보다 약 13″ 더 작은 것으로 나타났고, 미숙련된 관측자의 경우 약 49″ 더 큰 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양의 겉보기 방향각을 관측하여 어떤 기준선의 실제 방위각을 결정하는 방법은 무엇이 필요하며 어떤 장점이 있는가?	태양의 겉보기 방향각을 관측하여 어떤 기준선의 실제 방위각을 결정하는 방법은 해시계(sundial)의 원리에 기반을 두고 있으며, 여기에 시간과 지구의 자전속도 사이의 관계, 측지좌표(위도, 경도)와 태양의 방위각 사이의 관계를 고려한다. 이 방법을 수행하기 위해서는 경위의(theodolite)와 수치형 초시계 및 정밀한 지도만 필요하고, 혼자서 비교적 짧은 시간 안에 기선의 방위각 측량을 완료할 수 있으며, 방법은 비교적 단순하지만 오차 1 분 이내의 측량 결과를 얻을 수 있다.
	태양의 겉보기 방향각을 관측하여 어떤 기준선의 실제 방위각을 결정하는 방법은 무엇의 원리에 기반을 두고 있는가?	태양의 겉보기 방향각을 관측하여 어떤 기준선의 실제 방위각을 결정하는 방법은 해시계(sundial)의 원리에 기반을 두고 있으며, 여기에 시간과 지구의 자전속도 사이의 관계, 측지좌표(위도, 경도)와 태양의 방위각 사이의 관계를 고려한다. 이 방법을 수행하기 위해서는 경위의(theodolite)와 수치형 초시계 및 정밀한 지도만 필요하고, 혼자서 비교적 짧은 시간 안에 기선의 방위각 측량을 완료할 수 있으며, 방법은 비교적 단순하지만 오차 1 분 이내의 측량 결과를 얻을 수 있다.
	태양의 겉보기 방향각을 관측하여 어떤 기준선의 실제 방위각을 결정하는 방법은 해시계의 원리에 기반을 두고 무엇을 고려하는 방법인가?	태양의 겉보기 방향각을 관측하여 어떤 기준선의 실제 방위각을 결정하는 방법은 해시계(sundial)의 원리에 기반을 두고 있으며, 여기에 시간과 지구의 자전속도 사이의 관계, 측지좌표(위도, 경도)와 태양의 방위각 사이의 관계를 고려한다. 이 방법을 수행하기 위해서는 경위의(theodolite)와 수치형 초시계 및 정밀한 지도만 필요하고, 혼자서 비교적 짧은 시간 안에 기선의 방위각 측량을 완료할 수 있으며, 방법은 비교적 단순하지만 오차 1 분 이내의 측량 결과를 얻을 수 있다.

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