본 연구에서는 전 지구 중력장 모델 EGM2008, EGM96을 우리나라 육상에서 측정한 16,786 지점의 중력 자료와 비교 평가 하였다. 육상 중력자료가 가장 정확하다는 가정 하에 육상 중력자료와 EGM2008, EGM96 간의 상관계수(correlation coefficient), 차이, 차이의 평균제곱오차(MSE), 표고에 따른 차이의 변화 등을 통하여 분석하였다. 육상중력과 EGM2008 간의 상관계수는 0.824, EGM96 간의 상관계수는 0.538로 계산되었다. 육상중력과 EGM2008, EGM96 간의 차이에 대한 표준편차는 각각 13.196 mgal, 18.685 mgal로 계산되었으며, 차이의 변화폭 역시 EGM2008이 EGM96 보다 작은 것으로 나타났다. 또한 육상 중력과 전 지구 중력장 모델의 표고에 따른 고도이상 차이는 역시 EGM2008은 큰 변화가 없었으나 EGM96의 경우 고도 변화에 따라 고도이상의 차이가 큰 것을 확인하였다. 이러한 결과로 EGM2008이 EGM96에 비하여 우리나라의 중력장을 잘 표현하고 있는 것으로 평가된다.
최근 새로운 초 고차 지구중력장 모형(EGM2008)의 개발로 인하여 중력관련 응용분야의 향상이 기대되고 있다. 본 연구는 지구중력장모형(EGM)으로부터 남한지역에 대한 고도이상(height anomalies)를 산정하고 지역별 지오이드고의 특성을 분석하였다. 이를 위하여 7가지 지구중력장모형(EGM2008<2,190>, EGM2008<360>, EGM96, EIGEN-GL04C, EIGEN-CG03C, EIGEN-GL04S1 및 ITG- Grace02S)을 선정하였다. GPS 관측이 수행된 수준점 50개 측점을 점검점으로 선정하여 GPS/Levelling, 국립해양조사원(NORI)의 NORI-05 모형 및 7가지 EGMs에 의한 지오이드 고를 비교 분석하였다. 또한, 남한지역의 경 위도 $1^{\circ}\times1^{\circ}$ 6개 육상부 및 4개 해상부에 대한 30"$\times$30" 격자점을 대상으로 EGM2008 모델에 의한 지오이드고를 NORI-05 모델 및 6가지 EGMs로 부터 구한 결과와 비교하였다. 연구결과, NGA(National Geospatial Intelligence Agency)의 EGM2008(2,190) 모형이 GPS/Levelling 결과에 가장 근접함을 보였다.
EGM96 지구중력장모델을 개선시킨 EGM2008 지구중력장모델이 미국 NGA에 의해 발표됨에 따라, 본 연구에서는 EGM2008지구중력장모델을 한반도 지역을 대상으로 최대차수 360으로 해석하여 기존의 지구중력장모델인 EGM96(360차수) 및 EIGEN-GL04C(360차수)와 비교하였다. 또한 EGM2008은 기존의 구면조화분석한계인 360차수를 뛰어넘고 있으므로 격자 간격 $30'{\times}30'$ 및 $15'{\times}15'$, 그리고 $10'{\times}10'$로 각각 해석하여 지오이드고를 계산하고 정확도를 평가하였다. 정확도 평가는 우리나라의 수준점에서 GPS측량을 실시한 464점의 GPS/leveling 데이터를 활용하였다. 평가결과 EGM2008(360차수)은 $-0.100{\pm}0.183m$를 나타내 EGM96(360차수)결과인 $0.156{\pm}0.238m$에 비해 상당한 정확도의 개선을 가져왔으며, 2190차수의 고차항으로 해석한 결과 $-0.069{\pm}0.140m$ 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
고해상도, 고정밀도의 초고차항 전 지구 중력장모델은 현대측지학, 지구물리학, 지구동력학 및 해양학 등 다양한 과학 분야의 발전에 있어서 매우 중요한 의미를 가지고 있다. 본 연구에서는 최근 미국 국가지형정보국(NGA)에서 발표한 초고차항 중력장모델 EGM2008을 소개하고, 초고차항 중력장모델 개발에 있어서의 문제점과 연구현황을 살펴보았으며, 남한지역에서 의 정확도를 분석하였다. 우선 EGM2008을 기존의 전 지구 중력장모델 EGM96 및 한국의 고정밀 합성 지오이드모델인 KGEOID08과 모델 간 정밀도를 비교하였고, 위성측지기준점의 타원체고와 정표고를 이용해 절대 정확도를 평가하였다. 전반적으로 EGM2008은 KGEOID08과 비슷한 높은 정확도를 보였으며, 이는 향후 지역적 지오이드의 개발 또는 전 지구적인 중력장 분석에 큰 도움을 줄 것으로 판단된다.
지구중력장모델은 지오이드 모델링에 있어서 기준면을 결정하기 위하여 사용되어 왔으며, 1980년대 이후로 많은 전지구적 지오포텐셜모델이 개발되었다. 오늘날 EGM96과 EIGEN-GL04C 모델이 전세계적으로 가장 많이 사용되어 왔으나 EGM2008이라고 불리우는 지구중력장모델이 미국의 NGA에 의해 올해 개발되었다. 본 연구에서는 이러한 세 개의 지구중력장모델에 대하여 구면조화분석을 실시하고 그 결과를 비교하고자 하였다. 따라서 구면조화분석은 한반도 일원에 대하여 $1'{\times}1'$격자간격으로 EGM96과 EIGEN-GL04C 모델은 최대차수 360으로, EGM2008의 경우 차수를 360, 720, 1440, 2190으로 변화시켜 가면서 실시하였다. 정확도 평가를 위하여 464점의 GPS/leveling 데이터에서 기하학적 지오이드고가 계산되었으며, 평가결과 EGM2008 모델이 EGM96이나 EIGEN-GL04C 모델에 비하여 상당한 수준으로 정확도를 개선시킴을 알 수 있었으며 한반도 일원에서 14cm 이내의 정밀도로, LSC적합 이후에는 5.5cm의 정밀도로 지오이드고를 계산할 수 있음을 알 수 있었다.
전지구중력장 모델은 지오이드 모델 개발 시 기반자료로 이용하며 지구물리, 해양 등 다양한 과학적 연구 목적으로도 활용할 수 있기 때문에 정밀한 전지구중력장 모델을 확보하는 것이 중요하다. 우리나라에서는 2000년대 후반까지 EGM2008 모델을 활용하여 왔으나 최근 GOCE 위성 관측자료를 기반으로 한 신규 전지구중력장 모델들(GOCO02S, EIGEN-6C, GOCO03S, EIGEN-6C2)이 발표되고 있으므로 최신 모델들에 대한 검증을 거쳐 우리나라에 가장 적합한 모델을 선정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 EGM2008 모델과 GOCE 자료를 기반으로 구현된 네 모델을 상호 비교하고, 통합기준점 GPS/Leveling 자료와 비교하여 모델의 정밀도를 검증하였다. EIGEN 모델은 위성 관측자료와 가용한 육상, 위성고도계 자료를 복합 사용하기 때문에 차수가 증가하더라도 EGM2008 모델과의 차이가 약 8cm 수준으로 균일하게 나타난다. 반면 GOCO 모델들의 경우 위성 중력자료만을 이용하기 때문에 EGM2008 모델과의 차이가 차수가 높아질수록 증가하며, 최대차수 250일 때의 차이는 70cm 수준에 이른다. 전지구중력장 모델과 통합기준점 GPS/Leveling 자료와 비교하였을 때는 EGM2008 모델과의 차이가 우리나라 전역에서 6.1cm로 가장 작게 나타났다. 현재 더 높은 정밀도 및 해상도를 갖는 EIGEN-6C2 모델의 후속 모델이 개발 중이므로, 최신 모델에 대한 정밀도 검증을 지속적으로 수행하여 지오이드 모델 개발 시 반영하여야 할 것이다.
After launching the GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) which obtains high-frequency gravity signal using a gravity gradiometer, many research institutes are concentrating on the development of GGM (Global Geopotential Model) based on GOCE data and evaluating its precision. The precision of some GGMs was also evaluated in Korea. However, some studies dealt with GGMs constructed based on initial GOCE data or others applied a part of GNSS (Global Navigation Satellite System) / Leveling data on UCPs (Unified Control Points) for the precision evaluation. Now, GGMs which have a higher degree than EGM2008 (Earth Gravitational Model 2008) are available and UCPs were fully established at the end of 2019. Thus, EIGEN-6C4 (European Improved Gravity Field of the Earth by New techniques - 6C4), GECO (GOCE and EGM2008 Combined model), XGM2016 (Experimental Gravity Field Model 2016), SGG-UGM-1, XGM2019e_2159 were collected with EGM2008, and their precisions were assessed based on the GNSS/Leveling data on UCPs. Among GGMs, it was found that XGM2019e_2159 showed the minimum difference compared to a total of 5,313 points of GNSS/Leveling data. It is about a 1.5cm and 0.6cm level of improvement compare to EGM2008 and EIGEN-6C4. Especially, the local biases in the northern part of Gyeonggi-do, Jeju island shown in the EGM2008 was removed, so that both mean and standard deviation of the difference of XGM2019e_2159 to the GNSS/Leveling are homogeneous regardless of region (mountainous or plain area). NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) is currently in progress in developing EGM2020 and XGM2019e_2159 is the experimentally published model of EGM2020. Therefore, it is expected that the improved GGM will be available shortly so that it is necessary to verify the precision of new GGMs consistently.
한 국가에서 지오이드모델은 그 나라의 일관된 표고기준면을 제공함으로써 정확한 정표고를 결정할 수 있게 하며, 국가기준점의 평면위치 결정시 지오이드고를 고려한 측지망 조정계산을 실시함으로써 좌표결정의 정확도를 높일 수 있다. 본 연구는 말레이시아나 인도네시아와 비슷한 조건의 동남아시아 국가인 필리핀이 자국의 지오이드모델을 어떻게 개발하는 것이 최선인지 그 방법론을 연구한 연구이다. 따라서 본 연구에서는 전반적인 지오이드 결정이론을 살펴보고, 아시아 국가들에서의 지오이드 개발사례를 통하여 필리핀 일원에 가장 적합한 지오이드 모델 개발방안을 제시하고자 하였으며, 필리핀 일원에서 최신의 지구중력장 모델인 EGM2008을 해석하여 지오이드고와 중력이상을 계산하였다. 연구결과 항공중력방법에 기반한 중력 지오이드모델을 개발하고, 200점 내외의 GPS/leveling데이터에 의한 기하학적 지오이드고를 합성하여 하이브리드 지오이드 모델을 개발하는 것이 가장 합리적인 방법으로 연구되었다. 또한 스토크스적분의 수행은 4밴드 구면 FFT방법이, 중력지오이드모델 개발에는 EGM2008과 SRTM에 의한 remove and restore 기법이, 하이브리드 지오이드모델의 개발에는 Least square collocation 알고리즘이 제안되었다.
이 논문에서는 INS의 항법 정확도에 영향을 주는 중력 교란에 대한 실시간 예측기법으로 다층 퍼셉트론 모델을 제안하였다. 적합한 MLP 모델을 선정하기 위해서 학습 정확도 및 실행시간을 비교할 수 있게 신경망의 크기가 다른 4개의 모델을 설계하였다. 이 MLP 모델의 학습을 위해 해상 또는 육상의 지표면을 따라 이동하는 물체의 위치 및 중력교란 데이터를 사용하였으며, 중력교란 데이터의 계산은 2160차의 EGM2008을 SHM을 이용하여 이루어졌다. 학습 정확도 평가에서는 MLP4가 가장 우수한 것으로 확인 되었고, 이후 실행시간을 측정하기 위해 학습이 완료된 4개 모델의 가중치와 바이어스 항들을 INS의 내장형 컴퓨터에 저장하여 MLP 모델을 구현하였다. 4개 모델 중 MLP4의 실행시간이 가장 짧은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 향후 중력 교란 보상을 통한 INS의 항법 정확도를 향상시키는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
지오이드 모델개발에 있어서 GPS/leveling 자료는 중력지오이드의 검증이나 합성지오이드의 계산에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 우리나라 GPS/leveling 자료의 배점밀도를 개선하기 위하여 산악지역을 포함하는 연구대상지역에서 직접 GPS측량을 실시하고, 이를 처리하여 산정된 기하학적 지오이드 고의 정확도를 분석하였다. 이를 위해 경북지역 내의 1등 및 2등 수준노선을 대상으로 총 211개소의 GPS/leveling 자료를 취득하고, 기선해석 및 망조정을 통해 198개소의 GPS/leveling 자료를 결정하였다. 이 198개소의 자료에 의한 기하학적 지오이드고는 EGM2008 모델에 의한 지오이드고와의 교차분석을 통해 그 정확도를 분석하였다. 그 결과 정규분포에 따른 과대오차 소거 후 190개소 자료에 대한 정확도는 -0.185$\pm$ 0.079m로 나타났고, 이를 이용하여 수준점 등급, 기선길이, 그리고 표고에 따른 정확도를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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