[논문]우리나라 수준점의 중력기반 정표고 결정

이유정; 최윤수; 김재명; 송현근

[국내논문] 우리나라 수준점의 중력기반 정표고 결정
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이유정 (한국천문연구원 우주측지연구 그룹) , 최윤수 (서울시립대학교) , 김재명 (서울시립대학교) , 송현근 (서울시립대학교)

우리나라의 수직기준은 인천만의 평균해수면으로 이 높이를 기준으로 수준점의 표고를 결정한다. 현재 우리나라 수준점의 고시성과는 실제 중력의 영향을 고려하는 대신 정규중력식에 의한 타원보정량을 계산하여, 높이차를 보정한 뒤 수준원점을 고정하고 최소제곱법을 수행하여 산출한 정규표고이다. 하지만 우리나라의 경우 산지가 많아 지형의 기복이 심하고 산맥을 가로지르는 수준노선이 있어 중력에 의한 영향을 무시할 수 없으나 현재 그 영향을 고려하고 있지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 항공 중력데이터를 이용하여 수준점의 중력값을 산출한 뒤 정표고를 산출하여 현재 사용하고 있는 고시좌표와 비교해 보고자한다.

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문제 정의

기존의 지상중력자료의 경우 대부분 평지지역에서 도로를 따라 측정하였고 지역적으로 편중되어 분포하고 있으며 자료처리가 일관성 있게 이루어지지 않았다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 전역에 정밀하고 일관되게 분포되어 있는 항공 중력 데이터를 이용하여 각 수준점에서의 중력값 을 산출하고 현재 고시좌표와 비교하고자 한다.
수준측량 노선 왕복차 점검은 수준측량 관측값에 소거되지 않은 정오차가 내재되어 있는지를 파악하는 것을 주목적으로 한다. 우리나라의 수준측량 작업규정에 의하면 1등 수준 측량 왕복 관측 값의 교차 제한값은 #(L= 편도거리)이다.

제안 방법

따라서 잔차의 분포를 이용하여 관측값에 과대오차가 내재되어 있는지의 여부를 검정할 필요가 있으며 이 과정을 Global Test과정이라 한다. 만일 과대오차가 내재되어 있다고 판단되면, 과대오차가 포함되어 있는 노선에 대해 Local Test를 수행하며 이 과정에서도 과대오차가 포함된 노선이 발견되면 그 노선을 측정값에서 제외시키고 수준망 조정을 실시하여 최확 표고를 산정한다. 본 연구에서는 기존의 선행연구(송창현, 2006)에 근거하여 이용한 관측자료에 과대오차가 없다고 판단하여 사용하였다.
본 연구에서는 우리나라에서 처음으로 수행된 항공중력측정 데이터를 이용하여 산출한 지표면상과 지오이드상의 프리에어이상값을 이용하여 수준점에서의 평균 중력을 계산하고 각 수준점의 지오퍼텐셜넘버를 계산한 후, 수준측량 작업규정에 따라 거리의 역수를 가중치로 부여하고 최소제곱법을 이용하여 표고를 조정하였다. 그 결과 대부분 수준점이 고시성과와 ±2.
0mm #(S=관측편도거리)이다. 수준측량이 일정한 방향으로 수행되지 않은 경우，노선 시점과 종점을 서로 바꾸는 식으로 변경하여 한 방향으로 진행하게 한 뒤 환폐합차를 분석 하였다. 분석결과 4환과 5환이 허용 환폐합차를 초과하는 것으로 나타났다.

대상 데이터

이중 2개 노선은 개방 노선 이다. 본 연구에서는 4개의 환(1, 2, 3, 10환)을 제외한 7개환의 수준점 중 현재 사용불가능한 점인 7점을 제외한 640점을 이용하였다.
실험에 이용한 노선 23개중 5개(14,19,28,31, 34) 노선이 허용왕복차를 초과하는 것으로 나타났다.

성능/효과

본 연구에서는 우리나라에서 처음으로 수행된 항공중력측정 데이터를 이용하여 산출한 지표면상과 지오이드상의 프리에어이상값을 이용하여 수준점에서의 평균 중력을 계산하고 각 수준점의 지오퍼텐셜넘버를 계산한 후, 수준측량 작업규정에 따라 거리의 역수를 가중치로 부여하고 최소제곱법을 이용하여 표고를 조정하였다. 그 결과 대부분 수준점이 고시성과와 ±2.5cm의 차이를 보이는 것으로 나타났다. 하지만 현재 국토지리정보원에서 제공하는 수준점의 경위도 좌표는 휴대용 GPS로 측정한 좌표로 GPS/Levelling 데이터와 최대 50" 정도 차이가 나는 점이 있으므로 향후 좀 더 정확한 정표고 산정을 위해선 수준점에서의 GPS 측량 및 중력측정이 수반되어야 할 것으로 사료된다.
수준측량이 일정한 방향으로 수행되지 않은 경우，노선 시점과 종점을 서로 바꾸는 식으로 변경하여 한 방향으로 진행하게 한 뒤 환폐합차를 분석 하였다. 분석결과 4환과 5환이 허용 환폐합차를 초과하는 것으로 나타났다.
즉 고시성과에서 정표고를 뺀 차이이므로 산악지역에서 계산된 정표고는 고시성과보다 높게 나타났으며 최대 5.63cm, 최소 -8.3cm의 차이를 보였다.

후속연구

5cm의 차이를 보이는 것으로 나타났다. 하지만 현재 국토지리정보원에서 제공하는 수준점의 경위도 좌표는 휴대용 GPS로 측정한 좌표로 GPS/Levelling 데이터와 최대 50" 정도 차이가 나는 점이 있으므로 향후 좀 더 정확한 정표고 산정을 위해선 수준점에서의 GPS 측량 및 중력측정이 수반되어야 할 것으로 사료된다.

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