GPS : 기본좌표계와 지오이드 모델

GPS에서 기본좌표계는 GRS80, 중부 를 쓰면 된다고 하고, 지오이드 모델은 kgeoid14나 kgeoid18을 쓰면 된다고 하는데 그 백데이터들을 추려보았다.


1. 지오이드와 타원체

 

지도제작을 하기 위해서는 지구를 일정한 기준 하에 두어야 한다하지만 지구는 완전한 구()가 아니라 적도반지름이 극반지름보다 약간 긴 일그러진 타원체이며지표면은 그 형상이 매우 불규칙하여 어떤 일정한 규칙에 따른 임의 점의 위치표시가 사실상 불가능하다.

 

따라서 일정한 규칙에 따라 위치를 표현하기 위해서는 새로운 지구의 수학적 형상을 필요로 하는데측지학에서 정립한 각종 작업의 기준이 되는 이 새로운 지구의 수학적 모델을 지오이드(Geoid)라 한다이는 중력방향에 직각인 등중력포텐셜면(작용하는 중력이 모든 곳에서 일정한 잠재력을 갖는 면중 평균해수면에 일치하는 것으로해양에서는 평균해수면과 일치하고 육상에서는 땅속을 통과하게 된다.

 

그림측지학적 관점에서의 지구의 형상 )

 

하지만 지오이드 또한 매우 복잡한 형태를 띄고 있어 위치를 표시하기 위해서는 복잡한 계산과정을 거쳐야 한다이를 해결하고자 측지학에서는 지오이드와 가장 유사한 지구의 기하학적 형상을 편평한 회전타원체로 재정의하여 사용하고 있으며이를 지구타원체(Earth Ellipsoid)라고 한다.

 

지구타원체는 장반경과 편평률로 정의되는데부정형한 전 지구를 하나의 타원체로 오차없이 표현하는것은 불가능하기 때문에 각 나라에서는 해당 지역의 지오이드면에 적합한 지구타원체를 정의하여 그 지역의 준거타원체(Reference Ellipsoid)로 이용하고 있다.

 

이렇게 각 나라마다 다른 준거타원체를 사용해도 자국의 측지측량 및 지도제작에는 아무런 문제가 되지 않지만인공위성과 같이 전 세계를 대상으로 하는 부문에서는 변환 없이 사용이 불가능하다는 문제가 생기게 되어 전체지구에 가장 적합한 지구타원체를 결정하는 것이 필요하게 되었다이러한 필요에 의해 결정된 것을 국제표준타원체라 부르고 있으며 GRS80타원체, WGS84타원체가 있다.

지도의 좌표체계 차이는 어떤 타원체를 사용하며어디에 기준점을 두는지에서부터 출발한다고 할 수 있다.

우리나라는 '한국측지계2002(KGD2002)에 따라 세계기준계인 ITRF2000 지구중심좌표계를 따르고 타원체로는 GRS80 타원체를 적용하여 경위도를 계산한다.'고할 수 있다.

 

2. 한국측지계2002(ITRF2000) 및 세계측지계

우리나라는 일본에 의해 지배당하던 시절 그들이 구축해 놓은 동경좌표계(Bessel타원체)를 한반도에 연결해 기준점을 설치하고 지도를 제작해 왔다우리 손으로 만든 지형도라도 일제가 만든 기준점 체계와 성과관리 체계를 그대로 사용해 제작한 것이라 일제의 잔재를 청산하지 못했다고 할 수 있다이는 단순하게 일제의 잔재라는 문제만이 아니라 세계화시대의 국가간에 실시되는 측위나 측량에서도 통일된 기준으로 사용할 수 없다는 문제도 내포되어 있었다.

이는 세계 여러나라에서도 나타나는 문제점이며이미 각국은 독자적으로 구축했던 경위도 좌표체계를 세계측지계로 변경했거나 변경을 서두르고 있다.

이에 우리나라도 국토지리정보원이 2001년 측량법을 개정하고기존의 지형도 상에 세계측지좌표를 표기한 신판 지형도를 보급하고 있으며이제까지 사용해온 동경측지계는 공식적으로는 더이상 사용하지 않는다.

우리나라는 2002년 1월 1일 종래의 동경측지계를 버리고 세계측지계에 근거해 한국측지계 2002(KGD2002·Korea Geodetic Datum 2002 -> ITRF2000 좌표계와 같아 일반적으로 ITRF2000좌표계로 불림)를 구축했다이 측지계의 경도와 위도는 GRS80 타원체와 ITRF2000 데이텀 사용해서 나타내고 있으며, KGD2002 성과의 수평위치는 VLBI나 GPS를 이용한 경위도 원점 또는 위성측지기준점을 기준으로 전국의 삼각점을 새롭게 조정 계산했다여기에서 표고는 종전과 같은 인천만의 평균해면을 기준으로 한다.

※ 한국측지계2002(KGD2002)

한국측지계 2002(Korea Geodetic Datum 2002 : KGD2002)세계측지계 중 우리나라가 구축한 부분의 명칭을 말하며 우리나라의 측지기준계라는 것과 기준시점을 2002년 1월 1(Epoch 2002.0)로 하여 2천년대 초에 구축된 것을 의미함.

한국측지계 2002에서 경도.위도는 세계측지계인 ITRF2000 데이텀과 GRS 80 타원체를 사용해서 나타냄세계측지계에 근거한 우리나라 측지기준점의 성과를 한국측지계 2002성과라고 하며이는 종래의 한국측지계에 근거한 성과와 구별하기 위한 호칭임.

한국측지계 2002성과의 수평위치는 VLBI나 GPS를 이용한 경위도원점 또는 위성측지기준점을 기준으로 전국의 삼각점에 대하여 새롭게 조정계산을 하여 구해낸 것임그러나 표고는 현재와 같이 인천만 평균해면을 기준으로 나타내므로 변경하지 않음

 


국토지리정보원은 건설·토목공사 및 위치기반 산업에서 위성측량(GPS)을 이용한 간편한 높이결정을 지원하기 위해 국가 지오이드모델을 고도화해 제공한다고 밝혔다. 지오이드모델은 일반적으로 높이(해발고도)를 측정하는 기준이 되는 평균해수면과 GPS로 측정한 높이의 기준이 되는 타원체고의 차이를 연속적으로 구축한 것이다.

2014년에 구축된 기존의 국가 지오이드모델은 일부 실시간 GPS 높이측량에 활용되고 있었지만 GPS높이측량의 주요 사용처인 건설·토목분야에서 요구하는 정밀도 수준보다 미흡했고, 적용지역도 제한적이라 실제 적용에는 한계가 있었다. GPS를 이용한 평면위치 결정은 수 mm급으로 측정할 수 있지만, 높이위치 결정은 평균해수면을 반영할 수 없어 직접적인 측정은 불가능한 것이다.

이에 국토지리정보원은 기존 모델(KNGeoid14)을 개선해 2018년 12월 17일부터 국가 지오이드모델(KNGeoid18)을 새롭게 제공한다. 이번에 개발된 모델은 기존 모델(KNGeoid14)에 비해 평균정밀도가 대폭 향상(3.55cm→2.33cm)됨에 따라 건설·토목현장 등 측량현장에서 활용성을 높였다.

또한 서비스 범위가 확장돼 기존 모델에선 제공되지 않던 독도가 포함되면서 우리나라 주권이 미치는 전 영토에 대한 3차원 위치기반 서비스가 가능해졌다.

국토지리정보원은 “지오이드모델을 이용한 GPS높이측량이 3·4급 공공수준측량(정확도 3cm, 5cm) 및 일반측량에서도 가능하도록 ‘공공측량작업규정’을 내년 상반기 중에 개정할 계획”이라고 밝혔다.

국토지리정보원은 앞으로 최신 국가 지오이드모델이 건설·토목현장 및 다양한 위치기반 서비스 분야에서 실질적으로 활용될 수 있도록 추가서비스도 제공할 계획이다.

로그인 없이 다운 받을 수 있는 간편서비스, 측량관련 종사자 등이 쉽게 접근할 수 있도록 활용 소프트웨어 제공, 모델 설명서 및 사용자 가이드라인 등 다양한 자료들이 국토지리정보원 국토정보플랫폼을 통해 무료로 이용할 수 있다.

유기윤 원장은 “건설·토목공사에서의 GPS높이측량이 보다 활성화될 수 있도록 지오이드모델의 정밀도를 지속 향상할 뿐만 아니라 향후에는 모바일앱, 드론 등에서도 손쉽게 표고 측정이 가능하도록 관련 산업을 적극 장려할 계획”이라고 밝혔다.


 

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