본 연구는 GPS 상시관측소의 데이터를 이용한 GPS 정밀 측지측량을 실시하고 그 정밀도를 분석하여, 실용적인 GPS 상시관측소 활용 방안을 모색하는데 그 목적이 있다. 우리나라는 1985년 한국 천문연구원을 시작으로, 2002년 현재 수 십여개의 상시관측소가 운영되고 있으나, 그 자료의 이용도가 미미한 수준이므로 많은 예산을 투입하여 운행중인 GPS 상시관측소의 적극적인 활용 방안을 모색할 필요가 있다. GPS 정밀 측지측량 결과 인천대학교 구내의 두 측정점과 국립지리원 수원측정소와의 폐합차는 0.0206m이었으며 서울측정소와의 폐합차는 0.0118m이었다. 또한 한국천문연구원 서울측정소와의 폐합차는 0.0129m이었으며 행정자치부의 지적과 인천측정소와의 폐합차는 0.0024m이었다. 상시관측소의 데이터를 사용할 경우 GPS를 이용한 정밀 1,2차 기준점 측량 작업규정에 명시된 오차한계인 거리 3km미만시 30mm, 거리 30km 이상 $IPPM{\times}D(km)$과 비교하여 볼 때 매우 좋은 분석값을 가짐을 알 수 있었다.
GPS 장비를 이용하여 특정 지점의 정확한 좌표를 계산하려면 다양한 GPS 측위오차 유발요인에 대한 최신 모델이 필요하다. 특히 GPS 안테나 기준점에 대한 위상중심변동을 고려하지 않으면 고가의 측지용 GPS 안테나의 경우에도 수 cm수준의 수직좌표 오차가 발생한다. 이 연구에서는 국제적으로 널리 쓰이는 네 가지 위상중심변동 보정모델을 국내 상시관측소 데이터 처리에 적용하고 선택된 모델에 따른 좌표 차이를 분석하였다. 국토지리정보원과 행정자치부 GPS 상시관측소 전체 44개소를 대상으로 실험한 결과 기존의 상대보정법과 최신 절대보정법을 비교했을 때 평균 1.3-2.6cm의 수직 좌표 차이가 관측되었다. 수신기 좌표뿐만 아니라 GPS로 산출한 가강수량에서도 최대 4mm 차이가 발생하였다.
본 연구는 GPS를 이용하여 위성 영상의 입체 해석으로 산출된 SPOT영상의 기준점 및 수치 표고 모형의 평가에 목적이 있다. 이를 위해 삼각점 및 상시관측소를 고정으로 한 GPS 해석을 수행하였으며 정지측량과 이동측량의 정확도를 비교함으로써 위성 영상의 기준점과 수치 표고 모형의 평가를 위한 측량 방법을 분석하였다. 연구 결과, SPOT영상의 해상력을 고려할 때, 이동 GPS측량기법으로도 수치 표고 모형의 정확도 평가가 가능하였으며, 기준점 좌표 산출에 있어서 고정점에 삼각점 대신 상시관측점들을 사용함으로써 경제적인 GPS 측량을 꾀할 수 있었다.
본 연구에서는 GNSS (Global Navigation Satellite System) 신호가 전송되는 동안 발생하는 오차 중 대류권 지연오차를 추정하고, 이를 날씨 및 계절별 요소와 비교 분석했다. 이를 위해, 내륙지역인 충주와 평창, 해안지역인 제주, 거문도의 총 4개의 상시관측소를 선정하고, 2016년 중 매주 하루씩, 각 상시관측소마다 총 48일의 데이터를 이용하여 과학기술용 자료처리 소프트웨어로 정밀절대측위를 수행했다. 겨울철 대류권 지연오차는 평균 2400mm 미만으로, 2600mm 수준인 여름의 경우와 비교했을 때 약 200mm 가량 차이가 발생했다. 추정한 대류권 지연오차는 절대적인 지연량의 차이를 제외하면 모든 상시관측소에 대해서 변화 양상이 비슷하며, 해안지역의 지연오차가 상대적으로 크게 나타났다. 또한, 겨울에는 24시간 대류권 지연오차의 변화량이 상대적으로 적으며, 평균적인 대류권 지연오차는 상시관측소의 표고와 직접적인 관계가 있는 것으로 나타났다. 건조하고 온도 차이가 큰 내륙지역에서는 습도보다 강수량에 영향을 받은 대류권 지연오차의 변화가 발생하고, 다습한 해안지역에서는 강수보다 바다의 습도로 인한 변화가 큰 것으로 판단된다. 온도와 증기압의 상관계수는 모든 지역에서 0.9 이상을 나타냈으며, 대류권 지연오차는 온도와 높은 선형적 상관성을 보였다. 향후 연간 데이터 전체를 이용하여 시간적 해상도를 높인 연구분석을 수행함으로써 보다 신뢰도 높은 상관성 분석이 이루어질 필요가 있다.
본 연구는 고밀도 지진 관측망 구축 시 지표 가속도 측정 및 조기경보 활용을 위한 효율적 관측소 설치 방법을 수립하기 위하여 테스트베드에 지표, 1m, 2m, 9m 깊이의 임시관측소를 설치하여 상시 잡음, 인공 가진 신호 및 지진 계측 자료의 깊이별 변화를 분석하였다. 연구대상지의 상시 잡음 분석 결과 1s 이하의 단주기 영역은 주변의 인위적 잡음이 우세하였으며, 1s 이상 장주기 영역은 풍속의 변동과 큰 상관성을 보였다. 2차원 지진계 배열을 통한 상시 잡음 진동수-파수(FK) 분석 결과 단주기 상시 잡음은 표면파 보다는 주로 체적파의 형태로 유입되는 것으로 추정된다. 잡음 수준 분석 결과 9m 이하에서는 낮은 수준의 상시 잡음이 관측되었으나, 지표, 1m, 2m 지진계에서는 토사층의 동적 거동에 의해 T < 0.1s에서 잡음의 증폭이 발생하는 것을 확인하였다. 인공 가진실험 및 괴산지진 계측 자료 분석 결과 전반적으로 깊이가 깊어질수록 신호의 크기가 감소함을 확인하였으며, 스펙트럼비 및 응답스펙트럼 분석 결과 지표와 1m에서 3m 깊이 토사층의 고유진동수에 해당하는 20Hz(T=0.05s) 대역의 지반운동이 크게 증폭되는 것으로 나타났다. 본 연구 결과 상시미동과 가진실험을 통해 대상구간의 관측환경을 조사하여 지진계 설치 방법 및 깊이 선정시 활용할 수 있는 것으로 나타났으며, 향후 다수의 지역에서 다양한 환경을 고려한 연구가 진행된다면 관측소 설치 깊이, 설치방법, 환경 조사방법에 대한 가이드라인을 제시하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 Canada Southern Alberta Network의 6곳의 GPS(Global Positioning System) 상시관측소 데이터를 바탕으로 관측소와 각 GPS 위성간의 시선방향 습윤지연량을 결정하였다. 고정밀 GPS 데이터를 이용하여 천정방향 습윤지연량을 결정하고 이를 WVR(Water Vapor Radiometer)에서 측정한 천정방향 습윤지연량과 비교하였다. 그 결과 WVR의 천정방향 습윤지연량과 비교할 때 GPS로 관측한 천정방향 습윤지연량은 최대 1.39cm, 최소 0.99cm의 RMS 오차를 보였다. 또한 GPS로 관측한 시선방향 습윤지연량은 WVR과 비교할 때, PRN 25번 위성의 경우최대 17cm, 최소 0.05cm의 차이가 났다.
전통적인 RTK측량기술의 제약을 극복하고자 VRS 또는 FKP와 같은 네트워크 RTK GPS측량기술이 국가상시관측소와 무선인터넷망을 기반으로 개발되었다. 우리나라의 경우 국토지리정보원이 51개의 상시관측소와 모바일 인터넷망을 기반으로 네트워크 RTK를 서비스하고 있다. 본 연구에서는 이러한 Network-RTK 기반의 GNSS VRS 측량방식에 의한 표고정확도를 확인하고자 산청~진주지역의 1등 수준노선과 거창~산청지역의 2등 수준노선에 대하여 직접 GPS VRS 측량을 실시하고 그 결과를 분석하였다. 연구결과 GPS VRS측량방식의 표고 정확도는 1등 수준노선에서 2.15cm, 2등 수준노선에서 1.80cm로 나타났으며, 이러한 결과는 3,4등급 공공수준점측량에 있어서 GPS VRS 방식이 적용가능하다는 것과 아울러 이에 대한 작업규정이 필요하다는 것을 보여주는 것이다.
보은과 괴산에 위치한 GNSS상시관측소의 GNSS관측자료와 경사계자료를 이용하여, 1시간과 3시간 동안의 GNSS 차분벡터의 변위와 시간에 따른 차분 경사 벡터의 변위를 계산했다. 그리고, 시간에 따른 두 변위 사이의 관련성을 얻었다. 이렇게 계산된 관련성은 ‘높음‘보다는 낮았다. 그러나, 일사량의 일변화는 일어남이 확실하고, 측정 결과 안테나탑의 경사 변위 때문에 안테나 위상중심 위치의 회전 운동이 존재함이 확실하므로, 우리는 DGNSS에 있어서 보정 오차를 방송할 때와 가상기준국체계(VRS)에 있어서 상시관측소에서 측정된 자료를 방송할 때에 안테나 위상중심 위치의 일변화를 고려할 것을 제안한다.
일반적으로 VRS 데이터 생성 등을 위해 GPS 상시관측망으로부터 대류지연 및 전리층 지연량을 계산하여야 하며 이를 위해 다양한 모델링 기법과 추정 이론을 적용하게 된다. 본 연구에서는 대류 및 전리층 지연량의 계산을 위해 칼만필터를 기반으로 모델링을 수행하였으며 상태벡터의 특성을 고려하여 상태전이행렬 및 분산-공분산 값을 결정하였다. 수신기의 좌표 및 천정방향의 대류지연량과 이중차분전리층 지연량은 각각 random walk 및 first-order Gauss-Markov 프로세스로 모델링을 하였다. 모델링한 필터의 검증을 위해 구현된 칼만필터를 이용하여 상시관측소 데이터를 처리하였으며 그 결과 수신기의 좌표뿐만 아니라 천정방향의 대류지연량 및 이중차분전리층 지연량을 성공적으로 추출할 수 있었다. 따라서 향후 알고리즘을 통해 추출된 대기효과에 VRS 데이터 등의 생성에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
국제해사기구(IMO) 권고에 따라 도입된 우리나라의 해양용 DGPS 기준국 구축과 국무총리 훈령에 의거 추진 중인 내륙용 DGPS 기준국의 운영현황 등을 기술하고 DGPS 기준국과 GPS 상시관측소간의 서로 다른 제원에 따른 후처리데이터의 신뢰도 품질체크를 TEQC 프로그램을 통해 비교 ${\cdot}$ 분석했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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