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수애 독고
6 years ago
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1 한국산학기술학회논문지 Vol. 11, No. 11, pp , 2010 지적원점계열인접지역에서지적좌표의세계좌표변환정확도분석 홍성언 1* 1 청주대학교지적학과 Accuracy Analysis for Conversion of the Cadastral Coordinate System into the Global Coordinate System in Areas between Cadastral Datum Sung-eon Hong 1* 1 Dept. of Land Management, Cheongju University 요약본연구에서는통일원점지역중중부원점과동부원점이접하는지역에서의지적기준점의위치정확도를분석하여봄으로써향후세계좌표변환시지적원점계열상이지역에서의세계좌표계변환의가능성을제시하여보고자하였다. 연구결과, 실험지역의지적삼각점총 12점의 GPS 관측데이터를추출하여중부원점과동부원점이접하는지역에서의좌표변환의정확도를분석한결과 X좌표의 RMSE는 ±0.0014m, Y좌표의 RMSE는 ±0.0011m로매우양호한성과가산출되어세계좌표로의변환이가능한것으로분석되었다. 따라서세계좌표로변환에있어다양한주변삼각점에대한성과의점검을통하여우선적으로성과가안정적인점을먼저선별한후이점들을최대한활용하여세계좌표로의변환을시행한다면원점접경지역에서도좌표변환이가능할것으로판단된다. Abstract This study analyzed the positional accuracy of cadastral control points where central datum points and eastern datum points meet in the area of standard datum of geographic coordinate, in order to suggest the possibility of converting cadastral coordinates into global coordinates in the future in areas between cadastral datum. 12 GPS observation data points were extracted from the station of triangulation in the experimental area, and the accuracy of coordinate conversions in the area where central and eastern datum points meet was analyzed. The results show that the x-coordinate RMSE was ±0.0014m and the y-coordinate RMSE was ±0.0011m. Such excellent results indicated that it is possible to convert to the global coordinate system. Thus, in converting to the global coordinate system, it appears possible to convert even borderline datum point areas if points with stable outcomes are selected by inspecting various triangulation markers, then used to carry out the conversion. Key Words : standard datum of geographic coordinate, cadastral coordinates, global coordinates, cadastral control points, coordinate conversions 1. 서론 1996년미국이 GPS 민간이용을위하여서비스를지속적으로제공하겠다는의지를표명한이후세계측지계의도입이범세계적으로확대되고있는추세이다. 세계측지계로전환하게되면 GPS좌표와지도좌표가실시간으 로호환되어좌표변환에따른정확도저하가없고, 단일좌표계의사용으로지도호환이가능해진다. 이에따라영국, 일본, 뉴질랜드등약 50개국은세계측지계의도입을시작했거나준비중에있다. 우리나라도일반측량분야에서는이미측량법을개정 ( ) 하여세계측지계도입을제도화하였으며, 건설교통부 ( 현국토해양부 ) 산하 * 교신저자 : 홍성언 (hongsu2005@cju.ac.kr) 접수일 10년 10월 11일수정일 10년 10월 22일게재확정일 10년 11월 19일 4228

2 지적원점계열인접지역에서지적좌표의세계좌표변환정확도분석 국토지리정보원은세계측지계로의데이터변환을추진하였다. 이를통해 2007년부터세계측지계를도입하고자했으나, 국가차원의제반여건이미흡하여도입시기를 3 년유예하고 2010년부터전면적으로세계측지계를도입 사용하고있다 [6]. 그러나지적분야에서는현재까지도완전하게세계좌표계로의전환을하지못하고있어좌표체계가이원화되어운영되고있다. 이원화의문제는지적데이터와관련공간데이터들과의불일치또는위치정보의일관성저해등많은문제발생을초래하기때문에반드시통일된좌표계로의전환이필요하다. 이러한문제점에입각하여현재지적분야에서는수치지역 ( 경계점좌표등록부시행지역 ) 부터우선적으로세계좌표계로의전환을검토하고있다. 현재지적분야에서는도면축척의다양성, 원점계열의상이, 지적도의관리부실, 지적공부의복구부실, 지적도면재작성시부정확한작성, 지적측량의착오와도면정리의부실등다양한원인에기인하여이른바실제와지적공부에등록된정보가일치하지않는불부합문제가발생하고있다. 특히원점계열의상이문제는세계좌표변환에있어국지적으로발생하는문제가아니라지역적으로광범위하게위치정확도에서문제발생의소지가있는중요원인이된다. 따라서사전원점계열의인접지역에대한다양한분석작업은물론안정적인좌표변환의방법론의모색이필요하다. 최근까지연구된연구는주로국지적인지역을대상으로한세계좌표변환의정확도분석이주류를이루고있다 [3,7,8,10-12]. 그러나수치지역에서의안정적인좌표변환은물론향후좌표변환지역의확대를고려한다면원점간인접지역에서의광범위한지역을대상으로좌표변환에관한다양한실험연구가필요하다. 본연구에서는통일원점지역중중부원점과동부원점이접하는지역에서의지적기준점의위치정확도를분석하여봄으로써향후세계좌표변환시지적원점계열상이지역에서의세계좌표변환의가능성을제시하여보고자한다. 2. 지적측량의원점체계및세계좌표체계 2.1 지적측량의원점체계 우리나라에서는 TM 좌표또는평면직각좌표계에서의좌표기준점으로서부원점 (125 E, 38 N), 중부원점 (127 E, 38 N), 동부원점 (129 E, 38 N), 동해원점 (131 E, 38 N) 의 4개원점을사용한다. 이원점을통일 원점이라고하는데이는실제지표상에존재하는원점이아니라가상원점으로, 지적도나임야도의도곽구획의기준이된다. 투영상의오차를적게하기위해전국을 4부분으로나누어각각의중앙에가상원점을설치하였다. 그리고이를기초로하여각삼각점의평면직각종횡선값을산출하였다. 이점들은남북이길고동서가짧은우리나라의지형을고려하여북위 38 를기준축으로하고동서로각각 2 씩구획되어있어이점에서자오선에그은절선의북방향을 X축으로정하고이것에직각된방향을 Y축방향으로하여동쪽을정 ( 正, +) 으로하였다 [2]. 평면직각종횡선의좌표수치는모두정수로계산하기위하여각원점에종선 500,000m와횡선에 200,000m를가산하였으며, 다만제주도지역에있어서는종선만 550,000m를가산하였다. 그러므로백두산의지역에는 1,000,000m 가량되며부산지역은 0m에가깝게되어있는것이다. 이러한통일원점과더불어토지조사사업이전경기도, 서울특별시의일부지역과경상북도의대구지방에설치된구소삼각원점, 1912년시가지세징수목적으로시행된특별소삼각측량의원점인특별소삼각원점으로구성되어있다 [1]. 이상과같이우리나라지적측량은다양한원점체계를가지고있어좌표변환요소의통일성을찾기가어렵고, 특히특별소삼각점은후에변칙적인방법으로계산하여통일원점과연결함으로인하여정확도에문제가발생하고있다. 또한원점계열을달리하여삼각망을구성하였을경우측량성과는공차를초과하는경우가많고, 원점별투영거리로인한차이, 원점별방위각, 기선장의차이로인한불부합등의문제가발생하고있다. 2.2 세계좌표체계세계측지계란세계에서공통으로이용할수있는위치의기준을말한다. 측량분야에서는지구상의위치를경도와위도를표시하기위한기준좌표계 (reference coordinate system) 및지구의형상을나타내기위한타원체 (ellipsoid) 를총칭해서측지기준계 (geodetic reference system) 라고말한다. 즉, 세계측지계는세계공통이되는측지기준계를말하며, 지구중심계 (Geocentric Datum) 와동의어로사용된다. 세계측지계라고하는말은세계공통의것에중점을둔표기인데반해지구중심계라고하는말은좌표계의원점이지구중심인것에중점을둔표현이다 [4][5]. 세계측지계를이해하기위해서는그기본개념인기준타원체및좌표계에대한이해가수반되어야한다. 첫째, 기준타원체는지구상의위치를경위도에서나타내기위한기준이되는타원체이다. 과거의측지기술로는세계에공통으로적용할수있는타원체를구하는것이불가능 4229

3 한국산학기술학회논문지제 11 권제 11 호, 2010 [ 표 1] GPS 상시관측소고시성과 번호 기준점명칭 ITRF2000 (m) GRS80 타원체 위도 ( 도 - 분 - 초 ) 경도 ( 도 - 분 - 초 ) 타원체고 (m) 평면직각좌표 (m) 투영원점 소재지 1 GSAN ( 괴산 ) X = -3,132, Y = 4,040, Z = 3,801, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -131, Y = 70, 중부괴산군청 2 MUJU ( 무주 ) X = -3,156, Y = 4,089, Z = 3,728, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -221, Y = 59, 중부 무주군공설운동장 3 SNJU ( 상주 ) X = -3,175, Y = 4,043, Z = 3,762, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -179, Y = -76, 동부상주대학교 4 YECH ( 예천 ) X = -3,185, Y = 4,012, Z = 3,786, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -149, Y = -49, 동부 예천군문화회관 5 WNJU ( 원주 ) X = -3,122, Y = 4,004, Z = 3,847, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -73, Y = 83, 중부원주기상대 6 CHEN ( 천안 ) X = -3,085, Y = 4,071, Z = 3,806, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -124, Y = 13, 중부 천안시서북구청구내 7 CNJU ( 청주 ) X = -3,117, Y = 4,067, Z = 3,784, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -152, Y = 41, 중부충북대학교 8 BOEN ( 보은 ) X = -3,141, Y = 4,060, Z = 3,772, 위도 = 경도 = 타원체고 = m X = -167, Y = 65, 중부보은군청 자료 : 국토지리정보원고시제 호 했으므로, 각국가들은자국이위치한지역에적용할수있는타원체를사용하였으며, 우리나라는일본이사용하는 Bessel 타원체를사용하였다. 최근에는세계에공통적으로사용할수있는기준타원체를산정할수있게되었으며, GPS 측량의기준이되는 WGS84타원체및국제기준좌표게의기준이되는 GRS80타원체가이에해당된다 (WGS84타원체와 GRS80타원체는그차이가거의없으므로, 그좌표성과를동일한것으로간주한다 ). 둘째, 좌표계는기준타원체상의대상물을수치좌표로나타내기위한표현기준이다. 3차원직각좌표계는 3차원공간상에존재하는대상물을 X, Y, Z값으로표현하는방법으로측지계에서는지구의중심을원점으로한다. ITRF좌표계 (International Terrestrial Reference Frame: 국제지구기준좌표계 ) 는 IERS( 국제지구회전관측사업 ) 라고하는국제적인학술기관이구축하고있는 3차원직교좌표계이다. 그래서 ITRF계는타원체가필요한경우 GRS80타원체의사용이추천되고있다. 우리나라의경우, 국토지리정보원이측량법을개정하여 2009년 12월 31일까지베셀좌표계와 ITRF좌표계를병행사용하다 2010년부터는전면적으로 ITRF를사용하도록하고있다.) 가이에해당된다. 경위도좌표계는공간상의대상물을타원체의경도와위도로표현한다. 평면직각좌표계는일반적인지도에사용되는좌표계로 X, Y값으로대상물을평면상에표현한다. 실제로지구의모양은평면이아니므로, 3차원공간상의대상물을 2차원지도로표현하기위해서다양한투영법이존재하며, 우리나라에서는 TM투영법을사용중이다 [6]. 측지계는지구상의위치결정을위한기준으로서측지계전환은위치결정과정에있어다른기준을적용하는것을의미한다. 세계측지계로의변환은준거타원체의변화 ( 베셀타원체에서 GRS80타원체로의적용 ) 로측지좌표 ( 경위도와타원체고 ) 가달라지는것을의미하며, 세계적으로공통의위치표시를위한지구중심의 3차원좌표계 (ITRF) 로표현하는것을의미한다. 이에따라세계측지계로전환되면일반적으로지도등에사용되는평면직각좌표또한타원체의차이만큼이동량이발생하게된다. 측지계가바뀌게되면나라마다위치결정을위한기준점 4230

따라서이지역지적측량의기준점인지적삼각점과지적삼각보조점의세계좌표성과를상호비교분석할경우원점접경지역에서의정확도분석이가능할것으로판단되어선정하였다. 세계좌표성과는 GPS 관측에의해서취득되므로지적기준점의세계좌표성과는 GPS 관측데이터를이용하였다. GPS 관측데이터는대한지적공사충청북도본부의협조를얻어획득하였다.

4 지적원점계열인접지역에서지적좌표의세계좌표변환정확도분석 이필요하게되며, 이에따라측량기준점의좌표값을변경하거나새롭게구축하는과정이필요하다 [9]. [ 그림 1] 세계측지계전환의개요 [6] 3. 실험및분석 3.1 연구지역선정및이용데이터 연구에서는중부원점지역과동부원점지역이접하는지역에서의세계좌표변환의정확도를분석하여보고자연구지역으로중부원점과동부원점이접하고있는충청북도일원을선정하였다. 구체적으로충북제천, 단양은동부원점을이용하여지적측량이이루어지는지역이고, 충북청주, 영동, 옥천, 보은, 청원, 충주, 괴산, 진천, 음성은중부원점을이용하여지적측량이이루어지고있는지역이다. 따라서이지역지적측량의기준점인지적삼각점과지적삼각보조점의세계좌표성과를상호비교분석할경우원점접경지역에서의정확도분석이가능할것으로판단되어선정하였다. 세계좌표성과는 GPS 관측에의해서취득되므로지적기준점의세계좌표성과는 GPS 관측데이터를이용하였다. GPS 관측데이터는대한지적공사충청북도본부의협조를얻어획득하였다. 데이터는충청북도일원의지적삼각점을대상으로주변상시관측소 ( 표 1) 의세계좌표성과를연결하여관측된데이터이다. 구체적으로관측은 월 1일부터 9월 31까지시행되었고, 제천, 단양의동부원점지적기준점 12점과청주, 영동, 옥천, 보은, 청원, 충주, 괴산, 진천, 음성지역의지적기준점 59점으로총 71점에대하여관측을한후성과는세계측지계성과로산출되었다. 데이터처리는라이카 (Leica) 사의 LGO를이용하였다. 그림 2는연구대상지역의지적삼각점및지적삼각보조점 GPS 관측망도를나타낸것이다. [ 그림 2] 대상지역의지적삼각점 GPS 관측망도 3.2 결과분석본연구의목적은중부원점과동부원점이접하는지역에서의세계좌표변환의정확도를분석하여보고자함이므로연구에서는취득된총 71점의세계좌표성과에대하여중부원점지역의지적삼각점과동부원점지역의지적삼각점을통합하여망을구성한후산출된세계좌표성과와동부원점지역의지적삼각점만을독립적으로구성한후산출된세계좌표계성과를상호비교분석하였다. 이를위해서연구에서는상시관측소와연결된총 71 점에대하여전체통합 GPS망을구성하여세계좌표성과를산출하고, 여기서동부원점지역의삼각점성과를추출하였다. 이렇게추출된동부원점 12점의성과를동부원점지역만을독립적으로 GPS망을구성하여산출한 12점의지적삼각점세계좌표성과를상호성과를비교분석하였다. 그림 3은중부원점과동부원점을연결한전체 GPS망을나타낸것이고, 그림 4는동부원점지역의삼각점만을독립적으로연결한망이다. [ 그림 3] 중부및동부전체 GPS 망도 4231

5 한국산학기술학회논문지제 11 권제 11 호, 2010 [ 표 2] 전체 GPS망성과와동부망성과의비교 ( 세계좌표 ) ( 단위 :m) 측점 전체 GPS망동부단독 GPS망 X좌표 Y좌표 X좌표 Y좌표 X Y CBDY_SK CBDY_SK CBDY_SK CBDY_SK CBDY_SK CBJC_BO CBJC_SK CBJC_SK CBJC_SK CBJC_SK CBJC_SK CBJC_SK RMSE 구에서이용된것은그간실무에서삼각점의성과가양호하여사용되고있는점을이용한것이다. 따라서기존삼각점의성과가양호하여현재사용되고있는삼각점을이용한다면세계좌표로변환하여도무리가없다고판단되나성과가검증되지않는삼각점을이용한다면정확도는저하될가능성이있다고보인다. 4. 결론 [ 그림 4] 동부원점지역의독립 GPS망산출된세계좌표의성과는비교의편의를위해서지역좌표로변환한후이를상호비교하였고, 각각의삼각점성과에대하여 X좌표편차량과 Y좌표편차량을산출한후 X좌표의 RMSE와 Y좌표의 RMSE를산출하여분석하였다. 표 2는중부및동부전체 GPS망으로구성하여산출한성과와동부지역의삼각점에대하여독립된 GPS 망으로구성하여산출한성과를비교한것으로, 오차산출결과, X좌표의 RMSE는 ±0.0014m, Y좌표의 RMSE는 ±0.0011m로전반적으로매우양호한성과가산출되었다. 연구의실험결과만을놓고본다면원점계열이인접한지역에서도세계좌표로의변환이가능한것으로분석되었다. 그러나연구성과를활용함에있어서의중요한점은연 본연구에서는지적좌표체계를세계좌표체계로변환함에있어원점계열이접하는지역에서의세계좌표계변환의정확도를분석하여보고자통일원점지역중중부원점과동부원점이접하는지역에서의지적기준점들의위치정확도를분석하여보았다. 연구결과는다음과같다. 연구지역을선정한후충청북도일원의총 71점의지적삼각점을대상으로관측된 GPS 관측데이터를이용하여중부및동부통합 GPS 망을구성하여계산된성과와동부원점지역의삼각점만을대상으로 GPS망을구성하여계산된 12점을추출하여 RMSE를계산하여본결과, X좌표의 RMSE는 ±0.0014m, Y좌표의 RMSE는 ±0.0011m로전반적으로매우양호한성과가산출되었다. 연구의실험결과만을놓고본다면원점계열인접지역에서도세계좌표로의변환이가능한것으로분석되었다. 그러나본연구에서이용된데이터는현재지적분야에서성과가양호하여기준점으로이용하고있는데이터를이용하였기때문에세계좌표변환의성과가양호한것으 4232

6 지적원점계열인접지역에서지적좌표의세계좌표변환정확도분석 로분석된다. 따라서세계좌표로변환에있어다양한주변삼각점에대한성과의점검을통하여우선적으로성과가안정적인점을먼저선별한후이점들을최대한활용하여세계좌표로의변환을시행하여야할것으로판단된다. 참고문헌 홍성언 (Sung-eon Hong) [ 정회원 ] 2002 년 2 월 : 청주대학교지적학과 ( 행정학석사 ) 2005 년 8 월 : 인하대학교지리정보공학과 ( 공학박사 ) 2006 년 3 월 ~ 현재 : 청주대학교지적학과교수 [1] 강태석, 지적측량학, 서울 : 형설출판사, pp , [2] 강태환, 지적측량, 서울 : 한올출판사, pp , [3] 곽인선, 세계측지계도입에따른경계점좌표등록부좌표변환방안, 제32회지적세미나연구과제집, 국토해양부 대한지적공사, [4] 곽호선, 세계측지계전환에따른지적확정측량성과의변동량분석, 석사학위논문, 서울시립대학교, p. 8, [5] 국립지리원, 세계측지계로의전환지침연구, p. 5, [6] 국토연구원, 국가공간정보에대한세계측지계의체계적적용방안, [7] 김옥두, 세계측지계기반지적좌표변환방안에관한실증적연구, 석사학위논문, 목포대학교, [8] 김의석, 지적기준점의세계좌표계전환에관한연구- 진주지역을중심으로-, 석사학위논문, 진주산업대학교, [9] 서울시정개발연구원, 세계측지계전환에따른서울시지리정보대응방안연구, pp , [10] 성승원, 세계측지계변환에따른확정지구필계면적비교분석- 용인시기흥구구성택지개발지구를중심으로-, 석사학위논문, 서울시립대학교, [11] 이권한, 서관호, 정해철, GIS 활용을위한기타원점좌표계지적자료의좌표변환에관한연구-경기도오산시를대상으로-, 한국GIS학회지, 제11권제4호, [12] 최승환, 디지털지적도면의세계측지계좌표변환에관한연구, 석사학위논문, 전북대학교, < 관심분야 > 지적측량, GIS, LIS, SMCDM 4233

측량학 (총론)

측량학 (총론) 측량학 ( 총론 ) 가천대학교토목환경공학과 박홍기 지구의형상 ( 지표면의형태 ) 물리적지표면 (physical surface) 자연상태의지표면 지오이드 (geoid) 지구의중력등포텐션면 지구타원체 (earth ellipsoid) 회전타원체도입, 측량계의기준 수학적지표면 (mathematical surface) 정확한위치결정이나측지학적인문제를다룰때 중력장에의한지표면을수학적으로표시하는텔루로이드