측량학 (총론)

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준 사
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1 측량학 ( 총론 ) 가천대학교토목환경공학과 박홍기

2 지구의형상 ( 지표면의형태 ) 물리적지표면 (physical surface) 자연상태의지표면 지오이드 (geoid) 지구의중력등포텐션면 지구타원체 (earth ellipsoid) 회전타원체도입, 측량계의기준 수학적지표면 (mathematical surface) 정확한위치결정이나측지학적인문제를다룰때 중력장에의한지표면을수학적으로표시하는텔루로이드 (telluroid), 의사지오이드 (quasi geoid) 등 2

3 타원체 회전타원체 (spheroid) 지구타원체 (earth ellipsoid) 기준타원체 ( 준거타원체, reference ellipsoid) 지역마다서로다른지구타원체가존재하며이를준거타원체라한다. 어느지역의지오이드와가장유사한지구타원체로, 그지역에가장적합하여그지역측지측량계의기준이되는타원체를의미한다. 우리나라의준거타원체는 Bessel 타원체이다. 국제타원체 (international ellipsoid) 3

4 Ellipsoidal Approximation Spin axis P r 1 O b a F 1 F 2 r 2 prime meridian b O a,,h): geodetic coordinates r 1 + r 2 = 2a a: semi-major axis (~6378 km) b: semi-minor axis (~6357 km) f: flattening (~1/298.3) e: eccentricity (~0.0067) F 1,F 2 : ellipse foci,,h): geodetic coordinates f = (a-b)/a e = [(a 2 -b 2 ) 1/2 ]/a = 2f - f 2 X i [N i h]cos i cos i Y i [N i h]cos i sin i Z i [N i (1 e 2 ) h i ]sin i a N i 1 e 2 sin 2 i 4

5 위도와경도의종류 측지위도 ( 지리위도 ) : 지표면상의한점에서준거타원체상에내린법선 ( 수직선 ) 이적도면과이루는각도 측지경도 ( 지리경도 ) : 본초자오면과어느지점의타원체상자오면이적도면상에서만드는각거리 천문위도 : 지표면상의한점에서지오이드에내린연직선이적도면과이루는각도 천문경도 : 본초자오면과어느지점의타원체상천문자오면이적도면상에서만드는각거리 지심위도 : 지구상한점과지구중심을잇는직선이적도면과이루는각도 5

6 지구타원체 년도 타원체명칭 장축 (a)(m) 단축 (b)(m) 편평률 (f) 이용 1984 WGS / GPS 1980 GRS / IUGG 1942 Krassovski /298.3 러시아 1924 International /297 유럽, 중국, 남미 1880 Clark / 아프리카, 아랍 1866 Clark / Bessel / Everest / 미국, 캐나다, 필리핀 한국, 일본, 인도네시아 인도, 미얀마, 말레이시아, 타이 6

7 지구좌표계 경위도좌표계 : 지구상의절대적위치를표시하는데일반적으로, 가장널리쓰이는좌표계 평면직각좌표계 : 측량번위가크지않은일반측량에서는평면직각좌표 ( 평면직교좌표 ) 가널리사용 UTM 좌표 : UTM 투영법, 적도 횡축, 자오선 종축 경도 : 동경 180 기준, 지구전체 6 간격으로 60 등분 위도 : 남북위 80 까지포함, 8 간격 20 등분 UPS 좌표 : 위도 80 이상의양극지역의좌표를표시하는데사용 WGS 좌표계 : 지심좌표방식으로위성측량에서사용 7

8 평면직각좌표 ( 평면직교좌표 ) 방위각 = 방향각 진북방향각 자오선수차와진북방향각은그절대값은똑같고부호는반대이다. 기준점측량에는각도가중요한것으로등각투영법이많이이용된다. 가우스등각이중투영법 TM 도법 ( 가우스크뤼거도법 ) 8

9 자오선수차 임의지점에서자오선의북쪽 ( 진북 ) 을기준으로시계방향으로측정한각을방위각이라하며, 평면직각좌표계의 x 축과평행한축을기준으로시계방향으로측정한각을방향각이라한다. TM 투영법에서타원체상의측지선 C 는그림과같이곡선의형태로평면에투영되지만, 등각투영법이므로같은각으로투영되어 A 에서측지선 C 의방위각은타원체상과같은 α 이고, 정의에따라 C 의방향각은 T 이다. 여기서 α 와 T 의차를자오선수차 γ 라하며, 그반대를진북방향각 γ 라한다 ( 즉, γ =-γ). γ =α T 9

10 Conformal Projections 10

Universal Transverse Mercator (UTM) 60 zones, 6 wide.

9996, which means that measurements along it fall short of true scale by 4 units in

11 Universal Transverse Mercator (UTM) 60 zones, 6 wide. Each zone uses a Transverse Mercator projection with its own central meridian and is further divided into North and South. The central meridian in each UTM zone has a scale factor of , which means that measurements along it fall short of true scale by 4 units in 10,000 (or 1 unit in 2,500). This is the maximum scale error anywhere within the zone. North Zones: false easting of 500,000 m 11 South Zones: false easting of 500,000 m, false northing of 10,000,000 m

12 우리나라측량원점 평면직각좌표원점 서부원점 ( 북위 38, 동경 125 ) 중부원점 ( 북위 38, 동경 127 ) 동부원점 ( 북위 38, 동경 129 ) 동해원점 ( 북위 38, 동경 131 ) 대한민국경위도원점 삼각측량의원점으로이용 국토지리정보원구내에위치 수준원점 표고의기준 ( 인천만의평균해수면으로부터 m) 인하전문대학구내에위치 12

13 경위도원점 경위도원점은한나라의모든위치의기준으로서, 측량의출발점이되는점이다. 즉, 우리나라측량기준점인삼각점의출발점이다. 천문측량기 (T-4) 위도는지표면과천체간의각도로서, 남북을잇는지축에직각이되는적도를 0 도로하여남북으로극을향해각각 90 도로구분하여남북위치를정한것이고, 경도는지축을따라교차하는두개의면이이루는각도를말하며, 1884 년영국그리니치천문대를지나는경선 ( 본초자오선 ) 을경도 0 도로하고, 이를기준선으로하여동서로 180 등분하여위치를표현하였다. 13

14 삼각점 삼각점이란토지의형상, 경계, 면적등을정확하게결정하거나각종시설물의설계와시공에관련된위치결정을하기위하여측량을실시할때에그기준이되는점으로서, 전국에일정한분포로등급별삼각망을형성하고그지점에삼각점을매설하여경도와위도, 높이, 직각좌표, 진북방향과거리를관측하고그결과를성과표로작성하여, 각종 GIS 사업, 시설물관리, 수치지형도제작, 공공측량, 일반측량, 지적측량등각종국토건설계획및시공, 유지관리시이용할수있도록그성과표를제공하고있다. 현재전국에 16,000 여개의삼각점이설치, 관리되고있다. 14

15 수준점 수준점은인천앞바다평균해수면 ( 높이 :0m) 으로부터결정한대한민국수준원점을기준으로하여, 전국주요도로변을따라일정한간격 ( 약 2~4km) 으로수준표석을설치하고그위치의높이값을구해놓은점으로서, 높이측량의기준이다. 현재전국에약 6,000 여개의수준점을설치, 운영하고있으며, 이를이용하여일상생활에필요한상, 하수도를비롯하여하천제방공사및교량높이기준설정등의치수사업과도로경사나구조물등각종토목공사시높이를결정하고있다. 15

16 중력기준점 중력측량은중력값의지리적분포나시간변화를정밀하게구하기위해실시하는것으로, 중력가속도의크기를측정하는것이다. 중력측량성과는각지역별중력도작성, 지하자원탐사, 지하수이동, 인공위성의궤도결정, 지구의형상결정을위한연구, 일상생활에서각종무게를측정하는정밀한저울을만들때의측정에필요한자료를제공한다. 중력원점으로부터전국주요지점의상대중력을관측한중력보조점 9 개를설치관리하고있다. 상대적중력측정장비 (Lcoste G) 16

17 지자기점 지구가가지는자석의성질즉, 지자기 3 요소인편각, 복각, 수평분력을측정하여측정지역에대한지구자기장의지리적분포와시간변화에따른자기장변화를조사, 분석하는것이지자기측량으로이를위하여설치한점이지자기점이다. 전국의지자기도, 지형도, 항로및항공도작성과위성측지측량, 수준측량, 중력측량등의관측자료와함께이를이용한지구내부구조해석에활용하고국가기본도의자침편차자료와지하자원의무굴삭탐사, 지각내부구조연구및지구물리학의기초자료로활용된다. 17

18 위성측지기준점 국가기본측량의실시를위하여국토지리정보원장이관리, 운영하는위성측지기준점으로서지상약 20,200Km 에서지구주위를하루에 2 회회전하는 24 개의 GPS 위성으로부터의수신된자료를국토지리정보원 GPS 중앙처리센터로전송하고정밀기선해석을통하여위성측지기준점위치를높은정확도로결정한다. 이러한 GPS 수신자료를사용자가우리나라어느곳에서든지손쉽게이용할수있도록전국에등분포로위성측지기준점을설치하고, 그측량성과및 GPS 관측자료는국토지리정보원홈페이지등을통하여일반에게제공하고있다. 18

VLBI 관측점 VLBI(Very Long Baseline Interferometry, 초장기선전파간섭법 ) 측량은지구로부터수억광년이상떨어진준성 (Quasar) 으로부터발사되는전파를 VLBI 관측시설을이용하여지구상의두곳이상에서동시에수신함으로써이들간의좌표와거리등을수 mm

19 VLBI 관측점 VLBI(Very Long Baseline Interferometry, 초장기선전파간섭법 ) 측량은지구로부터수억광년이상떨어진준성 (Quasar) 으로부터발사되는전파를 VLBI 관측시설을이용하여지구상의두곳이상에서동시에수신함으로써이들간의좌표와거리등을수 mm 의정확도로측정할수있는최신우주측지기술이다. 국토지리정보원은한국과일본의지각운동해명을위하여한일측지협력사업의일환으로한일공동 VLBI 측량을실시하여측량성과를산출하였고또한, 이성과를 IERS(International Earth Rotation Service) 에등록함으로써전세계에우리나라의 VLBI 관측성과를제공하고있다. 19

20 측량의순서 목적파악 측량정확도분석 방법결정 기계선정 측량경비검토 경제성과정확도 구체적인측량작업검토 : 조직, 일정등 작업의지도 / 감독방법검토 결과의검사방법검토 20

21 측량작업 외업 (field work) 충분한사전정보수집 / 분석 / 검토 측량목적에맞는최적의정확도검토 요구정확도에맞는기기 / 자료 / 기술자확보 기기와재료의완전한점검 측량순서 / 지역배분 / 연결방법등사전조정 여유있는작업기일 오류발견이용이한작업방법과계산방법선택 내업 (office work) 21

22 측량작업 ( 계속 ) 기계취급상의주의 이동시주의사항 반드시양손으로취급 이동시각부의조임나사는가볍게조여둔다 자침을사용하지않을때는자침고정 무리하게기계를회전하지말것 미동나사는시계방향으로회전 우천시에대비한비닐등의방수구준비 여름철강한햇빛을가리기위한양산준비 관측중에기계가움직이지않도록사전예비조치 22

23 국제단위계 (SI Unit System) 기본단위 : 길이 (m), 질량 (kg), 시간 ( 원자시, 초 ), 전류 ( 암페어 A), 온도 ( 캘빈 K), 물량 (mol), 광도 (Candela) 보조단위 라디안 (Rad) : 평면각의 SI 단위 스테라디안 (Sr) : 입체각의 SI 단위 반지름이 r 인구의표면에서 r 2 인면적에해당하는입체각이다. 23

24 세계시 시간 (Time) UT 0 : 지구의자전운동과계절변화를고려하지않은세계시 UT 1 : 극운동을고려한세계시 UT 2 : UT 1 에계절변화를고려한것 24

25 Photogrammetry? Engr. Surveying? Land Surveying? Geodetic Surveying? AM/FM The End Coordinates Datum Standards Technology GIS/LIS Digital Mapping Applications Cost/Benefit 25

지리정보공학

지리정보공학 용어 정보에위치를할당하는작업 위치에정보를할당하는작업과는다름, 이럴경우에는위치에정보를할당하기이전에위치를결정하는작업으로이해 Georeference 와유사한의미 Geocode Geo-locate or geo-allocation Geo-referenced or geocoded 2 기본요구사항 고유성 위치는단하나. 공유 모두가인지할수있어야. 지속성 변하지말아야.