현재 국내에서 활발히 이루어지고 있는 GPS 정밀측지측량은 획득된 GPS 관측값의 결과값이 GPS 기준점의 기하학적 강도와 분산계수의 상관관계의 연관성과의 분석없이 사용되고 있는 문제점을 파악하고 육지와 해상의 통합지리정보시스템구축을 위한 수치지도와 전자해도의 통합투영의 필요성에 의해서 이루어졌다. 본 연구의 목적은 크게 GPS 관측값의 정밀도를 향상시키는 방법과 수치지도와 전자해도의 통합투영으로 GPS 기준점들을 이용한 수치지도와 전자해도상의 경계선 오차량을 비교검토를 통해 수치지도와 전자해도의 통합관리의 방향을 제시하는데 있다. GPS 관측값의 정밀도 향상을 위한 방법제시를 위하여 GPS 망조정에 사용되는 3점의 기준점에 대한 기하학적인 강도에 따른 정밀도 분석방법과 분산계수의 변화에 따른 GPS 관측값들의 정밀도 분석방법으로 나누어 검토하였다.
항공삼각측량(AT: Aerial Triangulation)은 정사영상을 제작하기 위해 필수적인 과정으로 현장측량을 통해 얻어진 지상기준점 성과와 GPS/INS를 통해 얻어진 외부표정요소를 기준좌표로 이용하여 사진상의 모든 좌표를 지상좌표화 하는 과정이다. 이 과정에서 요구되는 지상기준점은 GPS 및 토탈스테이션 등을 이용한 직접측량과 수치지형도를 이용한 간접측량 등의 방법으로 좌표를 취득한다. GPS 및 토탈스테이션을 이용한 직접측량은 현장에서 소요되는 인원, 시간, 비용 등의 경제적인 비용이 많이 소비되므로 효과적이지 않은 반면, 수치지형도로부터 지상기준점을 추출하는 경우는 수치지형도를 활용하여 직접 선점해야하는 수동적인 작업방식으로 인해 오차가 발생되며, 정확도 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 효과적인 항공삼각측량을 위해 LiDAR의 반사강도와 LiDAR DSM을 활용하여 식별이 가능한 도로경계선, 방지턱, 건물 등으로 지상기준점을 선점 후, 직접 측량을 통해 얻어진 지상기준점과 비교 분석하고, 수치지형도의 허용오차를 기준으로 정확도 평가를 실시하였다. 또한 각각의 경우에서 얻어진 지상기준점을 이용하여 항공삼각측량을 실시하고 오차 분석을 실시하였다.
본 연구는 건설교통기술혁신 사업의 일환으로 '국가기준점의 관리 및 위치정보서비스 제공을 위한 전자표지석 개발' 과제에 관한 연구내용 및 결과를 중심으로 하고 있으며, 주 내용은 2차 년도 연구에서 수행한 TOA(Time Of Arrive) 방식을 적용한 전자표지석 개발에 관한 것이다. 본 연구의 궁극적인 목적은 국가기준점을 효율적으로 관리하기 위한 새로운 방안을 제시하는 것으로, 기준점의 현황을 실시간 모니터링하고 기준점의 위치파악을 용이하게 할 수 있는 시스템을 연구하는 것이다. 이를 위해 기준점의 현황을 모니터링 가능하도록 기준점의 움직임을 파악할 수 있는 센서를 부착하였고, 편리한 기준점 위치파악을 위하여 TOA(Time Of Arrive) 방식을 적용한 전자표지석의 설계 및 시제품을 제작하였다. 연구결과를 기준점 관리에 활용하기 위한 시제품을 개발하였다.
표시점의 위치 및 고도를 표시하기 위한 기준점은 각종 측량에 유용하게 활용되는 장점을 가지고 있다. 그러나 기상 변화 및 지각 변화 등의 이유로 손 망실되는 사례가 급증하고 있으며, 무의미하게 방치되는 기준점이 늘어나고 있는 실정이다. 이에 본 논문에서는 기존 측량기준점의 활용성을 극대화할 뿐만 아니라 기준점 주변의 각종 환경 데이터 수집과 주변 지역의 지각변동 감지 기능 등이 포함된 다목적 전자 측량기준점 시스템모니터링 S/W를 설계 및 구현한다. 제안하는 S/W는 S/W의 재사용성 및 확장성을 충분히 지원할 수 있도록 객체지향 모델링 기법을 이용하여 설계하고 구현한다. 본 S/W에서는 전자측량 기준점 관리자를 위한 GUI 뿐만 아니라, 웹 및 모바일 사용자를 위한 GUI를 지원한다. 제공하는 GUI에서는 전자 측량기준점의 손 망실 예방 및 지각 변동을 감지하기 위해 측위된 위치정보 및 각종 센싱 정보를 데이터베이스에 실시간으로 저장하고 분석할 수 있도록 각종 데이터를 위한 그래프 GUI 지원한다. 아울러 QR-Code 및 RFID 인식 기능도 포함되어 있다. 마지막으로, 자이로센서를 이용한 지각 변화 감지 및 GPS 위치 오차율을 확인하기 위해 성능평가 결과를 제시한다.
사진측량에 있어 정확도는 기하학적 원리에 의해 결정된 대상점의 좌표를 이용하여 분석하므로 대상점 좌표의 정확도에 따라 신뢰성이 좌우되고 이를 위해 지상측량이 필수적이나 이에 소요되는 비용과 시간이 지도제작 비용의 $30{\sim}50%$를 차지하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 항공삼각측량에 의한 종횡접합모형 구조를 이용하여 기준점의 수와 배치형태에 따른 정확도를 분석하고자 총 11가지 모형에 대해 광속조정에 의한 측정정확도를 분석하여 최적의 항공삼각측량 모형을 제시하고 이를 이용하여 정사투영영상 및 수치도화 성과를 획득하여 현지기준점 성과와 중첩 정확도를 비교 분석하였다. 연구결과 X축, Y축, Z축에서 각각 0.8113m, 0.8750m, 0.9945m의 평균제곱근오차를 얻었으므로 1/25,000수치지도의 제작 가능성을 입증할 수 있었으며 이로부터 블록조정에 있어 최소 기준점 배치인 CASE 7에 의해서 미지점의 정확한 해석이 가능함을 알 수 있었고 기존의 기준점 측량 선점 단계에서 기준점의 배치형태와 수의 최적조건을 제시하여 여기에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
향후 구축될 3차원 수치지도의 정확도 검증을 위해서는 기준점 또는 검사점 역할을 할 수 있는 건물 모서리와 같은 대상점에 대한 정확한 3차원 좌표값이 반드시 필요하다. 건물 모서리 점에 대한 좌표는 GPS를 이용하여 결정한 지상기준점으로부터 거리 또는 각을 이용한 지상측량의 방법으로 결정할 수 있는데, 지상기준점의 오차는 지상측량을 통해서 최종적으로 건물 모서리좌표에 영향을 미치므로 이는 반드시 고려되어야 한다. 본 연구에서는 GPS 등으로 결정한 지상기준정의 오차정보가 지상측량을 통해 최종적인 미지수인 건물 모서리 점의 추정값에 미치는 영향에 대해서 수학적으로 분석하고 시뮬레이션 데이터틀 통해 수치적으로 테스트 했다. 지상기준점의 오차는 수평방향 1-4cm 수직방향 2-8cm에 대해서 각각 테스트 했으며 GPS 위치결정의 특성상 수칙방향의 오차가 수평방향의 오차의 두 배가 되도록 했다. 위치결정을 위한 지상측량 방법은 거리측량을 기준으로 테스트했으며, 추정된 건물 모서리점의 정밀도는 지상기준점의 오차에 거의 선형적으로 비례함을 알 수 있었다. 또한 건물 모서리 점의 최종 추정좌표는 관측장비의 정밀도에 따라 부여한 랜덤오차에 따라 달라지지만 추정 정밀도는 거의 일정함을 알 수 있었다.
라이다는 고밀도높은 정확도로 지상좌표를 빠르게 측량하여 지구표면의 수치표고모델과 수치표면모델를 취득할수 있는 매핑시스템으로 기존의 항공사진측량과 비교하여 효율적이고 , 경제적으로 지상의 DEM을 효과적으로 구축할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 LIDAR와 디지털 카메라를 탑재하여 항공측량을 하고 , 수치정사영상을 제작하였다. 제작된 결과물에 대한 정확도 검증을 위하여 GPS로 측량한 지상 검사점을 기본으로 하여 제작된 수치정사영상의 위치 정확도를 평가하였다. 수치정사영상은 소수의 기준점을 사용한 경우와 기준점을 사용하지 않은 경우의 두 가지로 제작하였다. LIDAR와 디지털 카메라에 의한 수치정사영상의 제작 작업은 소수의 기준점을 사용하는 경우에 1:1,000 수치지도를 수정 갱신할 수 있으며, 기준점 없이 제작된 정사영상의 경우에는 축척 1:5,000 수치지도를 수정 갱신할 수 있을 것으로 판단된다.
최근 비약적인 기술발전을 통해 8,000만 화소급 디지털 카메라가 등장했으며, 비측량용 디지털 카메라가 사진 측량 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 항공사진과 지상기준점을 이용하여 렌즈 캘리브레이션을 수행하였다. 항공사진은 35mm 렌즈가 장착된 CMOS 2,110만 화소급 비측량용 디지털 카메라를 헬리콥터에 설치하여 취득하였고, 지상기준점은 1:1,000 도화원도에서 선점하였다. 그 결과 렌즈에 대한 초점거리, PPA, 방사왜곡계수를 계산할 수 있었다. 또한 렌즈 캘리브레이션 전후에 항공삼각측량을 수행하여 지상기준점의 평균제곱근오차와 최대 잔차를 비교하였으며, 캘리브레이션 후 정확도가 매우 큰 폭으로 향상됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 지적측량기준점의 위치결정에 GPS측량을 실용화하기 위한 방법 도출에 목적을 두고 국내의 일부지역 내 지적삼각점 및 도근점을 대상으로 GPS측량을 수행하고 좌표변환기법과 GPS기선벡터에 의한 2차원 위치해석, 그리고 GPS와 지상측량데이타의 조합에 의한 위치해석을 실시하였다. 그 결과, 기존 지적측량기준망의 점검 에 GPS측량방법이 매우 효과적임을 알 수 있었으며, GPS기선벡터를 이용한 2차원 위치해석방법은 좌표계 변환을 하지 않고도 국내의 좌표체계에서 적용이 가능하였다. 그리고 지적도근점 위치결정과 같은 소규모 지역에서 행하는 측량에는 신속정지측량 또는 이동측량으로 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
GPS 관측기법을 지적측량에 도입하기 위하여 GPS를 이용한 새로운 지적측량 모형(Model)을 정립하는 연구와 관련 기술들을 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 추세에 발맞추어 GPS 자료처리 및 기준점 성과산출과 관련하여 국내ㆍ외 측량 관련 상용 GPS 자료처리 소프트웨어의 현황 및 성능을 파악하고, 자료처리 알고리즘을 분석하여, 우리 실정에 적합한 GPS 자료처리 소프트웨어를 개발하는 것을 본 연구의 목적으로 한다. 본 연구에서는 국내ㆍ외의 전문 업체, 기관(대학)이 보유하고 있는 상용 소프트웨어 현황 분석 및 자료처리 방법에 따른 오차 발생을 연구하여 기선해석, 망 조정, 좌표변환 등 에 관련된 전문 소프트웨어 기능을 비교 분석하여 자료처리 산출성과의 정확도를 향상시키는 방향을 모색한다. 또한 기존 GPS 자료처리 소프트웨어에 적용된 알고리즘을 분석하고 지적측량성과 산출에 최적인 알고리즘을 연구하여 새로운 지적기준점 성과 산출을 위한 지적측량 성과계산 소프트웨어를 개발한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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