기존의 우리나라 지상중력자료는 자료의 분포 및 정밀도에 있어서 문제점을 가지고 있었고 이러한 문제를 해결하기 위하여 2008년 항공중력측정을 통하여 정밀도 1.56mGal의 항공중력자료를 확보한 바 있다. 그러나 항공중력자료는 비행고도 상에서 획득된 값으로 기존의 지상중력자료 및 해상중력자료와 병합하기 위해서는 지표면 상의 값으로 환산되어야 한다. 또한 다양한 자료를 융합하여 정밀한 지오이드를 계산하기 위해서는 Stokes' 적분반경, Stokes' kernel 및 지형 효과 계산 반경 등의 많은 변수들을 최적으로 고려하여야 한다. 본 연구에서는 지상 및 항공중력자료의 분포 및 특성을 고려하여 보다 정밀한 지오이드 결정을 위한 최적의 매개변수들을 결정하고자 하였다. 선정된 최적 변수들을 적용하여 지오이드를 계산한 결과, 항공중력 및 지상중력 기반의 두 지오이드는 평균 -16.95cm, 표준편차 ${\pm}8.50cm$의 차이를 나타내었는데, 이는 지상 및 항공중력자료의 분포와 지상중력자료에 포함된 오차에 기인한 것으로 판단된다. 향후 본 연구에서 고려한 매개변수 외에도 다양한 하향연속 방법, 지형효과 계산 방법이 지오이드에 미치는 효과와 추가적으로 확보한 중력 및 GPS/Leveling 자료, 해상중력자료를 포함하였을 때의 효과에 대한 연구도 진행되어야 할 것이다.
본 연구에서는 국립해양조사원이 1999년 '해양2000호'로 측정한 서해 중부해역의 해상중력 자료와 해면고도계 위성자료, 미국 GSFC/DMA에서 제공하는 EGM96 중력모델자료를 이용하여 이 지역의 정밀지오이드 산정을 위한 구체적인 자료처리 방법을 제시하였으며, 아울러 해상중력자료와 해면고도계 위성중력자료를 비교하였다. 연구결과, EGM96 모델을 167차수로 계산한 광역 지오이드와 적분 반경 27km로 계산한 상대 지오이드를 합성하여 산정한 서해 중부해역의 정밀지오이드는 평균 18.339m이고 최저 13.564m에서 최고 22.785m 사이에서 변화하였다. 해상중력이상과 해면고도계 중력이상을 비교한 결과 해상중력이상의 정밀도가 더 높음을 알 수 있으며, 차이의 평균은 -0.56mGal, RMSE는 4.195mGal로 나타났다.
연구에서는 라이다 데이터의 정표고 변환 작업에 있어서 정밀 지오이드 모델의 활용 가능성 및 항공라이다 측량 작업을 위한 최적 지오이드 모델을 검토하였다. 이를 위해, KGEOID08, EGM2008, EIGEN-CG03C 모델을 대상으로 하여 여기서 산출된 지오이드고와 실측을 통해 계산된 기하학적 지오이드고를 비교 분석한 결과 0.152m의 RMSE를 나타낸 KGEOID08 모델이 가장 적합함을 알 수 있었다. 또한 KGEOID08 모델을 사용하여 라이다 데이터의 정표고 변환 작업을 수행할 경우, 이를 위해 필요한 기준점의 배치 및 수량 등의 기준점 선점을 위한 기준을 제시하였다.
각종 중력자료를 분석하여 한반도 일원의 정밀지오이드에 대하여 연구하였다. 한반도 일원의 중력자료에 의한 상대지오이드의 변화는 1.5m에 이르고 있고 한반도 내에서의 지오이드의 변화는 GRS1980 지구 타원체에 비해 15.5 m에서 30.0 m에 이르고 있으며 남북을 축으로 서쪽에서 동쪽방향으로 증가하는 경향을 보이고 있다. 본 연구의 결과는 다른 계산방법 특히 GPS 측정 결과들에 의한 검증이 필요하면, 이들을 이용하여 좀 더 나은 결과를 도출할 수 있을 것이다.
정밀측지좌표의 계산, 탄도무기의 탄도계산 및 관성유도장치의 기준 방향설정 등에 영향을 주는 지오 이드형상은 지구 물리학 및 측지학에서 매우 중요하게 취급된다. 본 연구는 우리나라에 가장 적합한 지오이드 모델을 개발하는데 그 최종 목적이 있으며, 여러가지의 지오이드 결정 방법 중 가장 기초적이고 고전적인 천문측지 수준측량 및 곡면다항식 방법을 사용하여 표준오차 $\pm$0.49m 및$\pm$0.66m의 지역 지오이드를 얻을 수 있었으며, 최대 지오이드 경사는 약 22m~23m 정도임을 알 수 있었다.
오늘날 3차원 위치결정에 있어서 위성측량을 활용하여 위치결정이 가능하게 되었다. 최근 국내 지오이드모델의 정밀도가 향상되면서 정밀 수직위치결정에 대한 위성측량의 위치정확도 또한 많이 향상되었다. 그러나 지오이드고를 고려하였을 때, 위성측량의 수직위치결정의 활용은 아직 어려운 실정에 있다. 그러나, 지오이드 변화가 국소지역에서는 미소하게 변화하므로 위성측량 관측에 의한 표고와 정표고는 동일하다고 볼 수 있다. 따라서. 지오이드를 고려치 않은 건설현장에서 GLT(GPS Leveling Technique)의 수직위치결정 측량이 가능하게 되었다. GLT는 재래적 측량장비보다 처리속도가 뛰어난 정표고를 계산하는 방법이었고, 관측방법과 수신기 상태, 현장 상황에 따라 정확도가 다소 변화하게 되는데 본 연구에서는 측점간의 경중률 만을 고려하였다. 지반 침하량 계측에 있어서 레벨을 이용한 재래식 수직위치결정방법을 기준으로 부산대학교내 일정지역과 모델현장에서 지오이드모델을 이용한 위성측량방법과 GLT 방법을 비교 분석하여 위치 정확도 및 시간과 비용에 있어서의 효율성을 검토하였다.
본 논문에서는 중력데이터를 사용하여 중력지오이드모델을 개발하고, GPS/Leveling데이터를 사용하여 개선한 KGEOID05모델을 계산하였으며, 그 정밀도를 분석하였다. KGEOID05는 중력지오이드모델에 보정항을 더하여 계산하였으며, 보정항은 GPS/Levelling에 의하여 구한 지오이드고와 중력지오이드고의 차이를 사용하여 모델링 하였다. 모델링을 위한 통계학적 함수는 Markov 2차공분산 함수에 기초한 least squares collocation방법을 사용하였다. 총 373점의 GPS관측점을 보정항 모델링에 사용하였으며, 정밀도분석결과 KGEOID05의 정밀도는 11cm로 계산되었다. $2{\sim}3$점의 수준점에 대한 GPS관측데이터를 사용하여 지역적으로 KGEOID05모델에 대한 fitting을 실시할 경우에 GPS관측에 의한 $2{\sim}3cm$ 정밀도의 표고측정이 가능하다.
해면고도계 인공위성에 의하여 지오이드의 형상에 직접관련된 양질의 관측자료가 대량으로 수집되고 있다는 점에 주목하여 이를 이용한 중력이상, 지오이드 기복의 변 환관계를 논하였다. 또한, 실제문제로서 해상중력장의 연구에 있어 활용이 기대되는 해면고도 관측자료를 중력이상으로 변환하고 선상측정치를 위주로 하는 기존자료와 비 교하였다. 해면고도로서는 2년간의 GEOST 관측자료를 이용하였다. 지오이드, 중력이상 의 변환은 Fast Fourier Transform을 이용하였으며 정밀성을 기하기 위하여 관측치로 부터 범지구중력모델에 의한 추정치를 remove-restore 하는 방법을 채용하였다. 해면 고도로부터 구한 계산치와 기존자료와의 차이는 10 mgal 정도로서, 선상중력 관측치의 정밀도와 비교할 만한 수준으로 나타났다.
측지학적 경계치인 지오이드의 결정에 있어서 지형효과(topographic effect)는 가장 중요한 요소중의 하나이다. 따라서 우리나라와 같이 산악지역이 많은 지역에서 정밀지오이드모델을 개발하기 위해서는 지형효과를 적절하게 계산하고 적용하여야 한다. 적합한 중력학적 환산방법의 결정은 각 환산방법에서 산출되는 지오이드 상에서의 간접효과의 크기, 산출된 중력이상치의 크기 및 완만성, 각 환산방법에 연관된 지구물리학적 해석결과 등에 따라서 결정된다. 본 연구에서는 우리나라의 지오이드 모델의 개발을 위해 약 100m 해상도의 수치표고모델(DEM)을 구축하고, 이에 대해 3가지의 중력학적 환산방법(Helmert 응축 방법, RTM 방법, Airy-isostatic 방법)을 적용하여 지형효과를 산출하였다. 그 후 산출된 지형효과를 분석하여 우리나라에 가장 적합한 중력학적 환산방법을 평가한 결과, RTM 환산방법을 이용한 경우에 중력이상치의 크기 및 지오이드 상에서 간접효과의 크기가 각각 $0.660{\pm}13.009mGal$, $-0.004{\pm}0.131m$로 가장 완만한 형태를 나타내었다. 이를 통해 RTM 환산방법이 Helmert 응축 및 Airy-iostatic 방법에 비하여, 한국의 정밀지오이드 모델 개발을 위한 지형효과의 산출에 있어 더욱 안정적이고 정확한 방법으로 판단되었다.
GPS를 이용한 측지측량 방법의 실용화를 위해서는 정밀한 지오이드 결정의 필요성을 사용자들이 인식하고 있을 뿐만 아니라, 많은 연구자들은 지오포텐셜 모델 개발 및 성능 향상에 노력을 하고 있다. 본 연구자들은 축척 1:25만 안동도엽에서 개략 16 km정도간격으로 23개의 수준점과 3개의 삼각점을 이용한 총 26개 지점에서 GPS관측한 자료를 사용하여 국내에서 이용중인 지오포텐셜 모델과 GPS/Leveling방법에 의한 지오이드를 분석하였다. 그 결과 EGM96은 $\pm$0.299 m, OSU91A는 $\pm$0.152 m 및 KGEOID는 $\pm$0.113 m의 RMS 차이를, 지오이드는 NW-SE 방향을 가지면서 증가하는 경향을 나타내고 있다. 한편 지오이드와 지형고의 상관관계에 있어서 일률적인 관계를 보여주지 못하고 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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