초고정밀 GPS 관측데이터 처리에 의한 상시관측점의 ITRF2005 좌표산정 = Ultra-High Precision of GPS Data Analysis to Determine ITRF2005 Coordinates of CORS in Korea

국문 초록 (Abstract)

현행 우리나라 측지계인 KGD2002는 세계측지계인 ITRF2000의 기준시점 2002년 1월 1일에 고정된 정적측지계(static datum)이다. 그러나 국제 기구인 IERS(International Earth Rotation and Reference Frame services)와 IGS(International GNSS Services)에서는 2006년 11월 5일에 ITRF2005(기준시점 2000년 1월 1일)를 구현하여 고시함에 따라 최신의 세계측지계에 따른 측지기준점 좌표를 산정하여 그 영향을 분석할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 IGS 국제 GPS 상시관측점과 우리나라 1등 측지기준점인 국토지리정보원 운영 14점의 상시관측점과의 연결 데이터처리를 통해 ITRF2005에 대한 측지좌표를 산정하였으며 주된 내용은 다음과 같이 요약 할 수 있다.
(1) 관측점 사이의 간격이 1,000km 이상의 초장기선장의 경우에도 밀리미터 수준의 정확도로 위치를 산정할 수 있는 GPS 상대측량 방식의 데이터 처리 및 오차보정 알고리즘과 ITRF 측지계의 특성과 GPS에 의한 지역 상시관측망의 측지계 구현 방법을 연구 하였다.
(2) 동아시아에 분포하는 10개의 IGS(International GNSS Services) 상시관측점과 우리나라 세계측지계 도입에 사용된 국토지리정보원 운영 14개의 관측점으로 이루어진 초고정밀 GPS 데이터 처리망을 구성하고 2007년∼2008년 원시관측데이터와 오차 보정에 필요한 부과데이터를 IGS 데이터센터 및 국토지리정보원의 협조로 확보하고 자동화 처리가 가능하도록 분류하고 정리하였다.
(3) 총 730개의 일간해(daily solutions)를 초고정밀 상대측량 방식의 GPS 데이터 처리 및 IGS 관측점의 Helmert 변환계수를 구속하는 조정을 통해 추정 하였으며 이를 통해 국토지리정보원의 14개의 상시관측점의 3차원 좌표 시계열과 정규방정식을 확보하였으며, 일간해 지각변동 성분을 제거하여 정밀도 평가를 위해 기준시점 2008.0로 변환한 결과 전체적으로 수평은 ±3.5mm 그리고 수직은 ±6.0mm 정도였다.
(4) 일간해 정규방정식 7개를 sequential 최소제곱법을 적용하여 누적하여 총 104개의 주간해(weekly solutions) IGS 관측점 Helmert 변환 계수 구속 조정을 통해 산정하였으며 일간해의 경우와 같은 방식으로 기준시점 2008.0 변환하여 반복재현성을 통한 정밀도를 분석한 결과 수평 ±2.7mm 그리고 수직 ±4.5mm였다.
(5) 각각 52개의 주간해를 sequential 최소제곱법을 적용하여 누적하여 2007년과 2008년에 대한 연간해(annual solutions)를 산정하고 연간해 정규방적식을 누적하여 최종해를 기준시점 2007년 12월 30일에 대해 산정하고 우리나라 측지계의 기준시점인 2002.0에 대한 좌표를 최종산정하고 Helmert 변환을 통해 비교한 결과 수 밀리미터 수준으로 일치하였고, 이와 함께 일간해 및 주간해의 정밀도를 고려 할 때 본 연구에서 산정된 ITRF2005좌표는 수평 1∼2mm 그리고 수직 3∼4mm 수준 이내의 정밀도를 가지는 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 초고정밀 GPS 측량과 상시관측망 4
• 2.1. GPS 개요 4
• 2.2. GPS 관측방정식 5
• 2.3. GPS 관측오차 7
• 2.3.1 위성에 의한 오차 8
• 2.3.2 전파경로에 의한 오차 9
• 2.3.3 수신기에 의한 오차 11
• 2.4 최소제곱법에 의한 위치 추정 12
• 2.4.1 위치추정절차 12
• 2.4.2 Sequential 최소제곱 추정법 13
• 2.5 GPS 상시관측망(CORS) 15
• 2.5.1 IGS 상시관측망 16
• 2.5.2 국토지리정보원 상시관측망 17
• III. 측지계와 ITRF 19
• 3.1 측지계 19
• 3.2 GPS에 의한 측지계의 구현 21
• 3.3 세계측지계(ITRF) 22
• 3.3.1 정의 22
• 3.3.2 구현(ITRF) 23
• 3.4 IGS-ITRF 25
• 3.4.1 IGS-ITRF의 구현 25
• 3.4.2 IGR-ITRF의 사용 27
• 3.5 Helmert 변환계수 구속에 의한 측지좌표 산정 27
• IV. GPS 관측데이터 처리 및 분석 31
• 4.1 GPS 상시관측소 및 관측데이터 31
• 4.2 GPS 초장기선 해석을 위한 부과데이터 36
• 4.3 GPS 데이터 처리 37
• 4.4 GPS 데이터처리 결과 및 분석 41
• 4.4.1 일간해(weekly solution) 41
• 4.4.2 주간해(weekly solutions) 58
• 4.4.3 연간해(annual solutions) 60
• 4.4.4 최종해(final solution) 62
• V. 결론 65
• 참고문헌 67