GPS 수준측량을 위한 정밀 지역 지오이드 구축 및 정확도 분석 :(A) Accuracy analysis on the precise local geoidal height modelling for GPS_Leveling

안종순

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안종순 (충남대학교, 忠南大學校大學院)

지도교수: 윤희천

발행연도: 2014

저작권: 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

GPS 수준측량을 위한 정밀 지역 지오이드 구축 및 정확도 분석에 대한 연구

안종순 , 박준규 , 윤희천 대한공간정보학회 학술대회 2014.05 학술대회자료

GPS 수준측량을 위한 정밀 지역 지오이드 구축 및 정확도 분석

안종순 토목공학과 2014.01 학위논문

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GPS 출현과 더불어 세계측지계에 근거한 3차원 측지좌표의 획득이 용이하게 되어 널리 쓰이고 있다. 그러나 표고성과는 직접 획득이 어려워 실제 평면2차원 좌표만 사용할뿐 표고성과는 직접수준측량에 의해 얻어야하는 불편이 지속되고 있다. 이에 본 연구에서는 GPS / Leveling 기법에 의한 정밀 지오이드 모델을 구축하므로써 GPS에 의한 3차원 측지좌표를 효율적으로 획득할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
대전광역시 대상으로 GPS측량으로 308개소 복합기준점의 세계측지계 기준 평면위치 및 타원체고 성과를 산출하고, 동일 지점에 대한 직접수준측량으로 정표고를 획득하였다. 각 측점에서 획득한 성과를 이용하여 GPS/Leveling 기법으로 기하학적 지오이드고를 산출하고, 이를 이용하여 연구대상지의 정밀 지역 지오이드모델을 1.5km 간격의 해상도로 구축하였다.
개발된 대전 지역의 정밀 지오이드모델의 정확도를 평가하기 위하여 GPS 타원체고에 지오이드모델을 적용하여 구한 표고성과와 직접 수준측량으로 구한 표고성과를 비교하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발된 지오이드 모델은 기존 EGM2008 전지구 지오이드 모델보다 4배 정도 정밀하게 구축된 것으로 판단되며, KNGeoid13 국가 지오이드모델 보다는 약 1cm 정도 더 정밀하게 구축된 것으로 판단된다.
또한, GPS측량과 직접 수준측량으로 얻어진 정밀한 평면위치 및 표고를 기반으로 사이트 캘리브레이션을 실시하여 GPS를 이용한 정밀한 표고산정의 가능성을 평가하였다. 그 결과, 사이트 캘리브레이션을 적용한 GPS/Leveling 성과는 직접 수준측량 성과와 평균 2cm 이내 표고편차를 나타내었으며, 이를 통해 cm급 정확도가 요구되는 다양한 높이측량 분야에서 GPS측량으로 목표정확도를 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
향후 본 연구의 결과를 바탕으로 우리나라 전체에 대한 중력 지오이드와 기하학적 지오이드 간 상관관계에 대한 지속적인 연구가 이루어진다면, 고비용의 수준측량 없이도 GPS에 의한 정밀한 표고성과를 국토 어느 곳에서나 효율적으로 획득할 수 있을 것으로 기대된다.

In recent years, GPS has been widely used for obtaining the 3-dimensional (3-D) geodetic coordinates based on the world geodetic reference system. However, it is only possible on the use of GPS as obtaining a height information directly referred from the ellipsoid surface, so called an ellipsoidal height, so a few, so any inconveniences to obtain the height information referred from mean sea surface, so called an orthometric height, has been remained so far in terms of practical utilization of GPS. This is a reason why GPS were used for determination of 2-D plane coordinations only in the practical applications only.
To resolve this problem, in this study, a precise geoid model were developed using GPS/Leveling method in order to obtain the 3-D geodetic coordinates directly, including the orthometric height, as a case study for Deajeon City, Korea. The 3-D coordinates of 308 CRPs, included the height information, have determined from GPS surveying incorporating with direct leveling surveying at the same points. The geometric geoidal undulations have been calculated by subtracting the orthometric height from ellipsoidal one at each CRP, and then the precise geoid model with resolution of 1.5 km was developed using those results for the study area, Daejeon City.
To evaluate the accuracy of developed geoid model in this study, the geoidal undulations from two previous geoid models, EGM2008 model as a global model and KNGeoid13 model as a national model, were used to compare with geometric geoidal undulations from the results of direct leveling. As a result of accuracy evaluation, the developed geoid model has a high accuracy more than 4-times the accuracy of EGM2008 model, and also has a slightly high accuracy about 1 cm higher than that of KNGeoid13 model.
Futhermore, a GPS-based ability for the orthometric height determination was also estimated by applying a site calibration method with 3-D coordinates derived from GPS and direct leveling surveying for the study area. From this analysis, it is possible to secure the orthometric height proper to the desire accuracy in the various fields of surveying application requiring a cm-leveled height accuracy, by combining the GPS/Leveling surveying with the site calibration only. Because there is an only 2cm difference as an average in the accuracy comparison between GPS surveying from site calibration and orthometric heights from direct leveling.
As a further study, it is needed to study about a relationship between the gravimetric and geometric geoid undulation continuously in order to develop a more accurate geoid model for nationwide. If the nationwide geoid model will be developed precisely, it is so expected that the precise orthometric height can be obtained easily and effectively everywhere over the whole country without the high-cost of direct leveling surveying.

제 1장 서 론 1
1.1 연구목적 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구내용 및 방법 6
제 2장 기본이론 8
2.1 지오이드 8
2.1.1 중력장 결정 8
2.1.2 지오이드 파장별 성분 12
2.1.3 제거-복구(Remove-Restore) 기법 13
2.1.4 지오이드 모델 21
2.2 GPS/Leveling 기법 24
2.3 지오이드고 결정 방법 27
2.3.1 중력측정자료에 의한 방법 27
2.3.2 GPS/Leveling 기법에 의한 방법 29
2.3.3 구면조화함수에 의한 방법 30
2.4 사이트 캘리브레이션 33
제 3장 데이터 취득 및 처리 36
3.1 연구대상지 36
3.2 데이터 취득 39
3.2.1 GPS 측량 39
3.2.2 정밀 직접 수준측량 40
3.3 데이터 처리 48
3.3.1 GPS 측량 데이터 48
3.3.2 정밀 직접 수준측량 데이터 52
제 4장 지오이드 구축 54
4.1 GPS/Leveling에 의한 지오이드고 산정 54
4.2 정밀 지역 지오이드 구축 60
제 5장 정확도 분석 및 GPS 수준측량 실용성 평가 66
5.1 EGM2008 정확도 분석 66
5.2 KNGeoid13 정확도 분석 73
5.3 GPS 수준측량 실용성 평가 79
제 6장 결 론 87
참 고 문 헌 89
ABSTRACT 95
부 록 98

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