Geoid is the equi-gravity potential surface. Gravimetric geoidal heights could be determined by the gravity observation values and geometric geoidal heights could be determined by the GPS ellipsoidal heights at benchmark station. In this study, both gravimetric geoidal heights and geometric geoidal heights were determined and compared in mountainous area. For the study, GPS surveying and gravity observation were accomplished at 1st and 2nd order levelling network located in mountainous area in Kyungsanbukdo and Chollanamdo.
지오이드는 수직 높이 체계의 기준으로 다양한 방법으로 측정된 중력값을 이용하여 계산된다. 따라서 지오이드의 계산에 사용된 관측자료에 따라 지오이드 사이에 차이가 발생할 수 있으나 이에 대한 연구가 상대적으로 미흡한 실정이다. 그 이유는 GPS/Leveling 자료와 같은 검증자료가 충분치 않아 제한된 범위 내에서만 분석이 수행되어 왔기 때문이다. 본 연구에서는 GPS/Leveling 자료를 이용하여 계산된 기하지오이드를 기준으로 중력기반 지오이드(항공중력 지오이드, 지상중력 지오이드, 국토지리정보원과 국립해양조사원에서 제공하고 있는 지상중력기반 지오이드)를 비교 분석하였다. 이를 위해 실험지역내에 설치된 통합기준점에 대해 기하지오이드고를 산출한 후 중력기반 지오이드와의 차이를 분석하였다. 기하지오이드와 중력 지오이드와의 차이는 통합기준점 각 지점(포인트)별로 혹은 $10km{\times}10km$로 격자화 한 후 분석하였으며 파장별 분석이 용이하도록 FFT(Fast Fourier Transform) 방법을 이용하였다. 기하지오이드고를 기준으로 각 지점별 차이에 대한 표준편차를 비교 분석한 결과 항공중력과 지상중력에 의한 지오이드고는 유사한 것으로 나타났다. 반면 국토지리정보원과 국립해양조사원에서 제공하고 있는 지상중력기반 지오이드고는 차이가 있는 것으로 나타났다. 주파수 영역에서 차이를 비교한 결과, 저주파 영역에서는 모두 유사한 결과를 보였으며 국토지리정보원/해양조사원에서 제공하고 있는 지상중력기반 지오이드고의 경우 고주파 영역에서 차이를 보이는 것으로 나타났다.
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.
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.
오늘날 미국, 일본과 같은 선진국에서는 전통적인 방법의 중력지오이드에 GPS/Leveling데이터에 의한 기하학적 지오이드를 합성한 합성지오이드를 개발하여 지오이드모델의 정확도를 높이고 있다. 따라서 하이브리드지오이드라 불리우는 합성지오이드모델을 개발하는 것이 세계적으로 지오이드모델 개발의 최신 방법이 되고 있다. 본 연구에서는 우리나라의 하이브리드지오이드 모델을 개발하기 위한 기초연구로 Remove and restore 방법에 의하여 중력지오이드를 결정하고 498점의 GPS/Leveling 데이터에 의한 기하학적 지오이드를 합성하여 우리나라의 합성지오이드모델을 개발하였다. 지구중력장모델은 EIGEN-CG03C 모델을 사용하였고 중력자료와 우리나라의 DEM을 이용하여 중력지오이드 모델을 개발하였다. 지형효과 계산을 위하여 3가지의 중력학적 환산방법(Helmert 응축 방법, RTM 방법, Airy-isostatic 방법)을 이용하여 지형효과를 산출하였고, 산출된 지형효과를 적용하여 개발되는 중력지오이드의 정확도를 분석하여 가장 적합한 중력학적 환산방법을 결정하였다. 아울러 산출된 중력지오이드에 총 498개의 GPS/Leveling 자료를 이용한 LSC 적합을 수행하여 우리나라의 수직기준에 적합한 합성지오이드를 결정하고 정확도 분석을 수행하였으며, 그 결과 RTM 환산방법을 적용하여 결정된 합성지오이드의 정확도가 $0.001{\pm}0.053m$로서 가장 높게 나타났음을 알 수 있었다.
The hybrid geoid model should be determined by fitting the gravimetric geoid to the geometric geoid which were presented the local vertical level. Therefore, it is necessary to find firstly the optimal scheme for improving the accuracy of gravimetric geoid in order to development the high-precision hybrid geoid model. Through finding the optimal scheme for determining the each part of gravimetric geoid, the most accurate gravimetric geoid model in Korea will be developed when the EIGEN-CG03C model to degree 360, 4-band spherical FFT and RTM reduction methods were used for determining the long, middle and short-frequency part of gravimetric geoid respectively. Finally, we developed the hybrid geoid model around Korea by correcting to gravimetric geoid with the correction term. The correction term is modelled using the difference between GPS/Levelling derived geoidal heights and gravimetric geoidal heights. The stochastic model used in the calculation of correction term is the LSC technique based on second-order Markov covariance function. 503 GPS/Levelling data were used to model the correction term. The degree of LSC fitting to the final hybrid geoid model in Korea was evaluated as 0.001m ${\pm}0.054m$.
It can be classified in various methods to get the geoidal heights. It can be achieved geometric geoidal heights if we do GPS surveying in leveling point. The aims of this paper are calculation of geometric geoidal heights using GPS/leveling data in study area and evaluation of the global and local geoid models in and around Korean peninsula. For this study, study area was selected in the leveling line from Kunsan to Chonju city and GPS surveying was accomplished in the leveling line. And, also spherical harmonic analysis was made on the three global geopotential models, OSU91A, EGM96, EGM96m under same condition and KOGD2002, Korean gravimetric geoid model was made in this study The results shows that EGM96m is the best model because the differences between geoidal heights of EGM96m and geometric geoidal heights of GPS/Leveling data appear the smallest value among them.
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.
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.
이 논문은 지구중력포텐셜에 대한 포텐셜계수모델이 표고이상을 계산하는데 사용될 수 있다는 것과, 지오 이드 계산에 있어서 표고이상을 고려하였을 때 보다 정밀한 지오이드고를 산출할 수 있다는 것을 보여 주고 있다. 연구를 위해 EGM96의 계수와 수정계수가 사용되었고 한반도 일원의 수치지형모델인 KODEM33이 사용되었다. 연구 결과 나타난 표고이상의 크기는 최대 0.025 m, 평균 -0.015 m의 크기를 보여주었다. 본 연구에서 계산된 중력지오이드 모델의 평가를 위하여 GPS/Leveling데이터로부터 기하학적 지오이드를 산출하였으며, 비교 결과 교차의 평균값과 표준편차는 0.0114 m와 0.2817 m를 나타내 개선된 결과를 보여 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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