GNSS/Leveling기술은 GNSS기술과 Leveling기술을 이용하여 기하학적 방법으로 지오이드고를 얻을 수 있게 해주며, GNSS/Geoid기술은 GNSS기술을 통해 얻은 타원체고에서 Geoid기술을 통해 얻은 지오이드고를 제하여 정표고를 얻는 기술을 말한다. 본 연구에서는 GNSS/Geoid기술을 이용한 표고결정 정확도를 검증하기 위하여 GNSS 타원체고 측정의 정확도를 검증하고자 하였다. 연구를 위하여 경남 지역에 테스트 베드(test bed)를 선정하고 GNSS 정적측위관측을 실시하였으며, 여러 가지 해석 조건에 따라 데이터를 처리함으로써 관측조건에 따른 GNSS 타원체고 측정의 정확도를 규명하였다. 연구결과 GNSS 정적측위방법에 의한 타원체고 결정에 있어서 3cm의 목표정확도를 확보하기 위해서는 측량지역 주변부의 네 점의 기지점을 고정하여 두 시간 이상 관측하여야 하며 기선거리는 20km로 제한하여야 한다는 것을 알 수 있었다.
The determination of the geoid in South Korea is a national imperative for the modernization of height datums, specifically the orthometric height and the dynamic height, that are used to monitor hydrological systems and environments with accuracy and easy revision, if necessary. The geometric heights above a reference ellipsoid, routinely obtained by GPS, lead immediately to vertical control with respect to the geoid for hydrological purposes if the geoid height above the ellipsoid is known accurately. The geoid height is determined from gravimetric data, traditionally ground data, but in recent times also from airborne data. This paper illustrates the basic concepts for combining these two types of data and gives a preliminary performance assessment of either set or their combination for the determination of the geoid in South Korea. It is shown that the most critical aspect of the combination is the gravitational effect of the topographic masses above the geoid, which, if not properly taken into account, introduces a significant bias of about 8 mgal in the gravity anomalies, and which can lead to geoid height bias errors of up to 10 cm. It is further confirmed and concluded that achieving better than 5 cm precision in geoid heights from gravimetry remains a challenge that can be surmounted only with the proper combination of terrestrial and airborne data, thus realizing higher data resolution over most of South Korea than currently available solely from the airborne data.
정밀한 지오이드 구축의 기본적인 요건은 필요한 정확도와 분포를 가진 지형 및 중력자료의 확보이다. 본 연구에서는 우리나라 지오이드 구축에 가용한 지형모델과 중력자료를 이용하여 지형 및 중력자료의 분포와 정확도가 지오이드의 정확도에 얼마나 영향을 미치는지 시뮬레이션 실험을 통하여 분석하였다. 분석 결과 지형자료의 경우 정확도 보다 자료의 간격이 지오이드의 정밀도에 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었고 따라서 위성레이다를 통하여 구축된 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DTM (Digital Terrain Model)을 지오이드 구축에 사용하는데 무리가 없다고 판단하였다. 반면 중력자료의 경우 자료의 분포 밀도가 낮은 지역에서 지형으로 인한 알리아싱 (Aliasing) 효과에 의해 큰 오차가 발생한 것으로 분석되어 중력자료의 밀도가 낮은 북동부 산악 지역에 우선적으로 지상중력측정을 실시하여 자료를 보완하는 것이 필수적이라 판단되었다.
본 논문은 GPS로부터 측정된 타원체고와 Spirit Levelling으로부터 측정한 정표고를 이용하여 기하학적인 방법에 의하여 지오이드를 결정하였다. 기하학적인 지오이드고의 계산을 위하여 88점의 GPS측정데이타를 사용하였으며, 지오이드고는 간단하게 타원체고와 정표고의 차이를 구하고 보간법에 의하여 지오이드면을 결정하였다. 또한 보간법의 정확도를 평가하기 위하여 Minimum Curvature 방법과 Least Square Plane Fit방법을 사용하여 보간한 결과와 실측치를 비교하였으며, FFT를 적용하여 중력학적인 방법으로 결정한 지오이드고와 비교, 분석하였다.
Precise regional geoid heights on and around Mount Jiri were calculated and were compared to the KNGeoid14 (Korean National Geoid 2014) model. In this study, gravimetric geoid heights were calculated by using RCR (Remove-Compute-Restore) technique and then hybrid geoid heights were calculated by using the LSC (Least Square Collocation) method in the same area. In addition, gravity observation and GNSS(Global Navigation Satellite System) surveying performed in this study were utilized to determine gravimetric geoid heights and to compute hybrid geoid heights, respectively. The results of the study show that the post-fit error (mean and standard deviation) of hybrid geoid heights was evaluated as $0.057{\pm}0.020m$, while the mean and standard deviation of the differences were -0.078 and 0.085 m, respectively for KNGeoid14. Therefore, hybrid geoid heights in this study show more considerable progress than KNGeoid14.
본 연구는 산악지 표고결정에 있어서 GNSS/Geoid기술의 활용가능성을 분석하고자 한 연구이다. 연구를 위하여 지리산 일원에 테스트베드를 설정하고 GNSS관측을 실시하였으며 EGM2008, KNGeoid13, KNGeoid14 지오이드모델을 적용하여 39개의 수준점의 정표고를 결정하였다. 그리고 국토지리정보원의 수준점 성과와 비교하여 정확도를 평가하였으며 그 결과를 항공사진측량 작업규정에서 분석하였다. 연구결과 GNSS/Geoid기술에 의한 표고결정 정확도는 KNGeoid14 지오이드모델을 적용하였을 때 ${\pm}7.1cm$가 되는 것을 알 수 있었으며, 항공사진측량의 항공삼각측량에 필요한 지상의 표고기준점을 구할 때 도화축척 1/1000이하의 축척에는 사용가능함을 확인할 수 있었다.
Recent development of ultra-high and high degree Earth geopotential model opens new avenues to determine the Earth gravity field through spectral techniques to a very high accuracy and resolution. However, due to data availability, quality, and type, the performance of these new EGMs needs to be validated in regional or local scale geoid modeling. For establishing the best reference surface of geoid determination, recent geopotential models are evaluated using GPS/Leveling-derived geometric geoid and the Korean gravimetrical GEOID (KGEOID98) developed by National Geography Institute in 1998. Graphical and statistical comparisons are made for EGM96, GFZ97, PGM2000A and GPM98A models. The mean and standard deviation of difference between geometric height and geoid undulation calculated from GFZ97 are $1.9\pm{46.7}\;cm$. It is shown that the GFZ97 and the GPM98A models are better than the others in the Korean peninsula because the GFZ97 has a smaller bias. It means that the KGEOID98 needs some improvement using the GFZ97 instead of EGM96.
지오이드와 기준타원분 사이의 거리, 즉, 지오이드고의 결정은 측지학에서 매우 중요한 문제로 취급되어왔다. 본 논문에서는 곡면다항식(Spherical Surface - Polynomial)에 의한 보간으로 우리나라의 천문지오이드고(Astro - Geodetic Ceoid)를 결정하고자 하였으며, 그 결과로부터 우리나라의 측지강이 동경원점(Too Datum)의 영향을 받고 있음이 확인되었다.
To compensate for the shortcomings of spirit leveling, research on the determination of GNSS (Global Navigation Satellite System)-derived orthometric height has been actively carried out. However, most analyses were primarily performed inland. In this study, the influences of the arrangement of control points, observation duration, and geoid model on the accuracy of the GNSS-derived orthometric height have been analyzed to suggest the proper method to apply the determination of GNSS-derived orthometric height to the leveling loop disconnected area. As a result, it was found that two known points located near the unknown points need to be fixed in the leveling loop disconnected area. Further, 3 cm level of accuracy can be achieved if the GNSS survey is performed over two days, for four hours per day. In terms of the geoid model, the latest national geoid model should be applied rather than the EGM08 (Earth Gravitational Model 2008) to minimize regional bias and increase accuracy. Future research is necessary to apply the determination of the GNSS-derived orthometric height technique as a method to connect with the islands because the vertical reference system used inland and that used for the islands in Korea are still different.
Determination of the local vertical is not trivial for a moving vehicle and in general will require corrections for the Earth geophysical deflection. The vehicle's local vertical can be estimated by INS integration with initial alignment in SDINS(Strap Down INS) system. In general, the INS has drift error and it cause the performance degradation. In order to compensate the drift error, GPS/INS augmented system is widely used. And in the event that GPS is denied or unavailable, celestial navigation using star tracker can be a backup navigation system especially for the military purpose. In this celestial navigation system, the vehicle's position determination can be achieved using more than two star trackers, and the accuracy of position highly depends on accuracy of local vertical direction. Modern tilt sensors or accelerometers are sensitive to the direction of gravity to arc second(or better) precision. The local gravity provides the direction orthogonal to the geoid and, appropriately corrected, toward the center of the Earth. In this paper the relationship between direction of center of the Earth and actual gravity direction caused by geophysical deflection was analyzed by using precision orbit simulation program embedded the JGM-3 geoid model. And the result was verified and evaluated with mathematical gravity vector model derived from gravitational potential of the Earth. And also for application purpose, the performance variation of pure INS navigation system was analyzed by applying precise gravity model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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