각종 건설공사와 국토종합개발계획을 위한 3차원 지형정보의 효율적인 획득에 대한 중요성이 날로 강조되고 있는 가운데, GPS를 이용한 3차원 위치결정의 정확도 분석 및 응용 연구에 많은 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 kinematic GPS에 의한 지형정보구축의 효용성 및 응용 가능성을 입증하고자 삼각, 삼변측량 및 static GPS 측량을 수행하고 그 성과를 kinematic GPS 측랑성과와 비교 분석하였다. 그 결과 기선길이 1.5km 정도의 소규모 지역에서 kinematic GPS 측량으로도 static에 대해 기선의 경우 6mm 이하, 위도, 경도의 경우 2/10,000-4/10,000초, 고도의 경우 20cm 미만의 차로 3차원 위치를 결정할 수 있었다. 또한 종래의 측량방법과 비교해 볼 때 수평위치에서 l/l,000-3/l,000초 정도의 접근양상을 보였다. 따라서 이를 이용한 지형도 작성 및 G1S와 연계한 데이타베이스 구축의 효용성 및 실용가능성을 기대할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 도로의 안전성을 가늠하는 주요한 인자로서 활용되는 곡선구간의 편경사를 신속하고 안전하게 측정하는 방법으로서 GPS-INS 통합시스템을 제안하고 기 건설된 국도의 편경사를 측정할 경우 기대되는 정확도를 실험을 통해 분석하였다. 기 건설된 국도는 재포장, 포장면의 소성변형으로 인해 횡단경사가 변경되는 경우가 발생하지만 조사비용과 안전상의 문제 때문에 이를 측량하기가 쉽지 않았다. 그러나 GPS-INS 통합시스템을 이용할 경우에는 교통에 방해됨이 없이 차량의 주행만으로 약 0.4% 이내의 정확도로 노면의 경사를 측정할 수 있기 때문에 편경사 측정에 유용하게 사용될 것으로 판단된다.
최근 GPS 상시관측소 자료의 이용이 각종 정보산업분야에서 날로 급증하고 있다. GPS 위치 관측값 취득에 있어서도 사용 소프트웨어별, 정밀궤도력 이용 및 시간대별에 따른 성과의 신뢰성 및 허용오차 기준 마련이 중요한 과제 중의 하나로 논의되고 있다. 이에 본 연구는 GPS 상시 관측소 자료를 이용하여 관측 시간대별, 사용 소프트웨어별, 위성궤도정보별로 분석하여 사용목적에 따른 정확도 허용한계 기준을 설정하고자 수행되었다. 장기선 GPS 관측망에서 연속관측시간대가 6시간까지는 정확도에 큰 변화의 차이가 없었으나 관측 시간대가 줄어듦에 따라 서서히 정확도가 저하되다가 3시간 연속 관측시간대부터는 정확도가 급격히 저하됨을 알 수 있었다. 관측조건은 같으나 학술용과 상용 소프트웨어를 적용하였을 경우 학술용에서는 1cm 이내의 오차가 발견되었으나 상용 프로그램의 경우 3cm에서 최대 10cm 까지의 차이가 있음을 알 수 있었다. 또한 위성궤도정보별 분석에서의 위치 관측값은 정밀궤도력과 방송궤도력에서 비슷한 차이가 발생함을 확인할 수 있었다. 이에 본 연구결과가 위치 관측값의 요구정확도에 적절하게 사용할 수 있는 기준설정의 마련에 필요한 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단되었다.
본 본문은 GPS(Global Positioning System)와 IMU(Inertial Measuring Unit)를 연계하여 최소의 지상기준점만으로도 재래식 항공사진측량 방법과 비교하여 정확도의 손실 없이 외부표정요소를 결정할 수 있는 새로운 기법에 대하여 연구하였다. 이러한 GPS/INS 항공사진측량의 실무적용 가능성을 입증하기 위하여 직접 비행실험을 하고 촬영된 대상지역에 대하여 동적 GPS 위치결정의 정확도의 검증 및 재래식 방법과 GPS/IMU에 의한 사진기 준점측량을 실시하여 다양한 방법으로 비교한 결과를 소개하였다.
상시관측소는 GPS 측량에서 높은 정확도를 제공하며, GPS 사용자가 두 대의 수신기를 사용해야하는 필요를 제거함으로써 GPS 측위를 향상시킨다. 이전에는, 사용자에게 상시관측소로부터 제공된 자료를 후처리함으로써 수행되어졌다. 그러나 RTK-GPS 측량을 이용한 실시간 처리로 향상될 때 상시관측소의 능률은 최대가 될 것이며, 그 이유는 사용자가 기준점을 이용하지 않고서도 실시간으로 cm급의 정확도를 획득할 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 인터넷을 통해 RINEX 형태로 제공되는 GPS 상시관측소 자료와 기존의 삼각점을 이용해 관측망을 형성하고 임의점의 좌표를 추출하였다. 또한, 기준점으로써 추출된 임의점을 이용해 RTK GPS를 수행하였다.
본 연구에서는 항공 레이저 지형 매퍼(Airborne Laser Terrain Mapper 혹은 간단히 ALTM)을 이용하여 제작된 DTM의 정확도 분석을 위해 500m 간격으로 측점지역을 선정하고 검증 측점의 GPS 측량을 실시하여 다양한 방법을 통해 정확도를 검증하였다. ALTM의 DTM 각 점 사이의 고도 값 추정을 위해 TIN을 제작하고, GPS를 이용한 측점들의 커버리지를 제작하여 TIN과 중첩한 다음 정확도를 분석하는 방법과 GPS 측점 주변에 분포하는 DTM 자료를 평균하여 RMSE를 구하는 방법을 병행하였다.
항공사진측량에 의한 지도제작과 미지점의 정확한 위치결정은 매우 경제적인 방법이나 외부표정요소를 구하기 위해서는 기준점이 필요하다. 번들조정기법의 성능향상과 횡스트립의 설치로 블럭조정에 요구되어지는 기준점의수가 감소되었음에도 불구하고 기준점 측량은 비용면에서 무시할 수 없는 부분이다. 이러한 단점을 보완하기 위해 연구된 동적 DGPS-위치결정에 의한 GPS-항측은 처음 가능성을 보인 이래 계속 발전되어 오고 있다. 위성배치의 완료, 수신기의 기능 향상 및 동적 DGPS-위치결정을 위한 S/W의 향상 등으로 결합블럭조정의 정확도도 크게 증가하고 있다. 따라서 GPS-항측의 실용화에 대한 연구가 보다 절실히 요청되고 있는 실정이다. 본 연구의 대상지는 60%의 횡중복도와 횡스트립으로 촬영하여 광산지역의 지반침하를 조사하기 위하여 실시되었다. 단지 6개의 기준점만을 사용한 결합블럭조정으로도 21개의 수평기준점과 81개의 연직기준점을 사용한 재래식 블럭조정과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 또한 GPS에 의한 노출점의 위치와 블록조정의 정확도는 지상 수신기준점의 거리와는 무관하였으며 결합블럭조정시 정오차 소거를 위한 특별한 모형식이 필요함을 알 수 있었다.
이 연구에서는 GPS 기준국 주변에 존재하는 장애물의 방향과 고도각이 좌표 정확도 변화에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 분석하고자 한다. 최적의 관측환경에 있는 기준국의 정밀좌표를 산출한 뒤 고도각 $10^{\circ}$부터 $70^{\circ}$까지의 장애물이 동, 서, 남 방향에 각각 존재한다고 가정하고 관측자료를 재구성하였다. 10일간의 관측자료를 이용하여 일단위와 시간단위로 각각 처리하였다. 일단위 처리결과에서는 RMSE가 10mm 내외였으나 시간단위 결과에서는 100mm 수준까지 증가하였다. 장애물의 고도각이 높아질수록 수평 및 수직방향 RMSE는 증가하였고 높이 추정값은 감소하였다. 방향에 따른 분석에서는 동쪽이나 서쪽에 장애물이 존재할 때 남북방향에 비해 동서방향으로 위치오차가 더 크게 증가하였고 남쪽 장애물인 경우에는 동서방향의 오차폭이 상대적으로 작게 나타났다.
우리나라의 GPS상시관측소는 1995년 국토지리정보원내에 최초로 설치된 이후, 2011년 현재 72개가 측량과 항법의 기준점으로 설치되어 활용되고 있다. GPS의 기준좌표계는 지심좌표계로써 그 중심은 1년에 약 1mm내외로 극히 작지만 끊임없이 움직이고 있기 때문에 특정 시간에 고정된 좌표계와 GPS데이터로써 그 좌표를 설정하고 있다. 한 국가 내에서 측량과 지도제작 목적으로 사용되는 GPS상시관측소는 상대적인 측량의 기준이기 때문에 국가적인 규약에 따라서 특정 시간대의 좌표계를 설정하여 사용하는 것이 혼란을 방지할 수 있다. 그러나 지심의 변화가 아닌 지각변동에 의한 GPS상시관측소간 기선의 상대적인 변화는 GPS상대측위의 정확도를 저하시키는 원인이 된다. 우리나라는 비교적 안정된 지각으로 구성되어 있다고 판단되어 왔기 때문에 지각변동에 따른 국가 기준점의 성과 갱신을 고려하지 않았다. 본 연구에서는 우리나라 GPS상시관측소 중 40개와 우리나라 주변의 국제 GPS상시관측소 5개를 선정하여 30개월간의 일별 GPS 데이터에 대하여 정밀기선해석을 실시하고, 전세계 130개 IGS GPS상시관측소망과 결합 조정함으로써 우리나라 GPS상시관측소의 연간 변동량을 계산하였다. 이로부터 우리나라 지각변동량의 특성을 분석하고 GPS상시관측소 사이의 상대적인 변동량을 계산하여 GPS상대측위의 기준점 역할수행을 위한 GPS상시관측소의 성과갱신 주기를 분석하고 정밀 GPS상대측위를 위한 한반도 지각변동모델은 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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