1. 서 론
우리나라의 토지조사사업을 위하여 당시 일본 경위도 원점(동경)을 기준으로 구성된 측지기준점망을 우리나라 에 연결하여 전국의 지적도와 지형도를 제작하였으며,
이때 형성된 측지기준점은 오늘날까지 우리나라 측량의 기준으로서 현재까지 우리나라 위치의 기준으로서 사용 되어왔다(조규전, 2004).
그러나 측량법이 개정됨에 따라 2003년 1월 1일부터 는 좌표의 기준이 되는 측지계를 기존의 동경지역좌표
1/1,000 수치지형도의 세계측지계 변환에 따른 정확도 비교 Accuracy Comparison as World Geodetic Datum
Transformation of 1/1000 Digital Map
윤석진
1)·박정현
2)·박준규
3)Yun, Seok Jin · Park, Joung Hyun · Park, Joon Kyu
Abstract
According as standard of measurement is changed to world geodetic system by surveying law revision, we need to transform previous 1/1,000 digital maps as a standards of world geodetic system. And, we should acquire standard strategy to minimize confusion and error by conversion of geodetic surveying standards. Thus, conversion of digital maps must be transformed efficiently and consistently according to notice of relevant standard. As common point, we have used 1/1,000 digital map and local geodetic system coordinates and world geodetic system coordinates that had been used in UIS business of Pusan city and, make a analysis of distortion quantity using KASM Trans Ver 2.2. As the result of distortion quantity calculation about all Pusan city, numbers of area that error is over 0.05m are 35 in case of X(N) and 43 in case of Y(E). Because some business section have especially much error, we divided into 3 areas ,that was A,B,C, and analyzed. As a result of analysis, errors of more than 0.05m are occurred only 1 X(E) in the B area and 1 X(N) and 1 Y(E) in the C area. In conclusion, We think It is a good method that we consider a distortion quantity and divide a region, and transfer to world geodetic system for large area like Pusan city.
Keywords : digital map, common point, distortion quantity, world geodetic system
초 록
측량법 개정으로 측량의 기준이 세계측지계로 변함에 따라, 1/1,000 수치지형도를 세계좌표계로 전환이 필요한 시점에서 측지기준의 전환에 따른 혼란과 오차를 최소화하기 위해 통일되고, 표준화된 전략이 요구 된다. 본 연구에서는 부산광역시의 UIS 사업당시 1/1,000 수치지형도와 지역측지계 및 세계측지계 좌표를 확보하여 공통점으로 사용하여, 좌표변환프로그램인 KASM Trans Ver2.2를 사용하여 왜곡량 분석을 실시하 였다. 부산지역 전체에 대한 왜곡량을 계산한 결과, 0.05m 이상의 차이를 나타내는 부분이 X(E) 35점, Y(E) 이 43점 발생하였다. 왜곡량이 발생하는 부분을 고려하여 A,B,C 3개 지역으로 분할하여 왜곡량을 분석한 결 과 0.05m 이상 오차를 나타내는 부분이 B지역 Y(E) 1점, C지역 X(N) 1점, Y(E) 1점으로 크게 줄어들었다. 따 라서 부산광역시의 세계좌표계 변환은 왜곡량을 고려하여 지역별로 나누어 변환하는 것이 좋을 것으로 사 료된다.
핵심어 : 수치지형도, 공통점, 왜곡량, 세계좌표계
1) 정회원·대한측량협회 기술관리본부(E-mail:[email protected])
2) 교신저자·정회원·대한측량협회 측량기술정보연구원 선임연구원(E-mail:[email protected]) 3) 정회원·충남대학교 건설방재연구소 연구원(E-mail:[email protected])
계에서 세계좌표계로 변경하게 되었다. 2006년 12월 31 일까지는 기존의 동경지역좌표계와 새로운 세계좌표계 를 병행하여 사용 가능케 하였으나, 좌표계의 변경에 따 른 혼란을 최소화하고, 일련의 준비 및 교육의 필요에 따라 2009년 12월 31일까지 시행시기를 3년간 연기하도 록 하였다(국토지리정보원, 2006).
따라서 국가지리정보체계(NGIS) 사업을 통하여 구축 된 지리정보 데이터의 좌표 변환이 요구되고 있으며, 국 가적인 차원으로 세계좌표계 전환에 따른 방안이 모색 되고 있다. 이런 시대적 흐름에 부흥하기 위하여 국토지 리정보원에서는 세계좌표계 전환에 따른 대응책을 모색 하기 위하여 단계적으로 변환방안을 수립하고 시행을 추진 중에 있으며, 국가지리정보(NGIS) 구축사업이 지 자체 위주로 전환되었으므로, 몇몇 지자체에서는 좌표 계 전환에 대한 독자적 대응 방안 수립에 노력하고 있 다.(이석민, 2004)
본 연구에서는 지역측지계를 기준으로 제작된 1/1,000 수치지형도를 세계측지계로 변환함에 있어 변환의 효율 성과 정확성 확보를 위해, 공통점의 배치상태에 중점을 두어 연구를 수행하였다.
2. 1/1,000 수치지형도의 세계측지계 변환 기본이론
세계측지계 변환에 대한 다양한 연구가 진행되었으 며, 이를 통해 Molodensky나 MRE 방법에 비해 7매개변 수 변환방법이 보다 정확한 결과를 얻을 수 있음이 증명 되었다.(강준묵 등, 1996; 이용창 등, 1995) 7매개변수 변환 방법에는 Molodensky-Badekas 모델, Bursa- Wolf 모 델, Veis 모델 등 다양한 모델이 있으나, Molodensky- Badekas 모델로부터 산출된 매개변수가 우리나라에 보 다 적합한 것으로 연구되고 있다. (권대원 등, 1995 ; 이 상준, 2005 ; 윤홍식 등, 2004) Molodensky-Badekas식은 식(1)과 같이 표시되며, 1/5,000 이하 축척의 지형도에 대 한 경·위도의 변환 및 이와 동등한 정확도의 측지좌표 및 수치지도 변환 시 국토지리정보원 고시 제2003-497호
에 의해 표 1과 같은 국가좌표변환계수를 이용하게 되어 있다.(국토지리정보원, 2006)
(1)
단, , , : GRS80 타원체 상의 3차원 직각좌표 (세계측지계)
, , : Bessel 타원체 상의 3차원 직각좌표 (지역측지계)
, , : 좌표변환 기준좌표
, , : 세계측지계와 지역측지계간 좌표 차이 : 축척 변화량
그러나, 1/1,000 수치지도는 위 식을 이용하여 변환할 수 없으며“1/1000 수치지형도 좌표변환 표준 작업지침 (Ver 1.0)"에 따라 변환해야 한다.(국토지리정보원, 2005) 세계측지계로의 변환은 평면직각좌표(TM)을 경위도 로 변환하고, 식(2)을 이용하여 경위도를 직각좌표로 변 환후, 식(1)을 이용하여 7 파라미터에 의한 좌표변환을 실시하여 세계측지계의 직교좌표로 변환된다. 직교좌표 성과는 식(3)에 의해 경위도좌표를 계산하고 세계측지계 상의 평면직각좌표(TM)로 변환후 왜곡량을 고려하여 최 종 평면직교좌표가 계산된다.
(2)
여기서 은 제1이심률, N은 묘유선 곡률반경
(3)
여기서, 은 제2이심률
세계측지계로의 좌표변환 작업은 그림 1과 같은 단계
구 분 평행이동량 (m) 회전량 (″″
)
축척변화량 (ppm)△x △y △z Rx Ry Rz λ
변환 계수 -145.907 505.034 685.756 -1.162 2.347 1.592 6.342 표 1. 국가좌표변환계수
를 통해 이루어진다. Bessel과 GRS80 타원체 좌표를 갖 고 있는 공통점을 확보하고, GRS80 기준의 평면직각좌 표와 Bessel 성과를 기본 변환한 평면직각좌표계상의 X,Y축 좌표 차이 성분인 왜곡량( , )을 계산한다.
비상사점 제거, 편중점 제거의 단계를 거친 후, X축 및 Y축에 대한 왜곡량의 경향을 분석하여 공통점의 왜곡량 에 가감함에 의해 잔여왜곡량 계산, 왜곡량 모델링 등의 과정을 거쳐 격자파일을 생성하고 수치지형도를 변환하 며, 정확도 평가 등의 과정을 통해 최종적으로 세계측지 계로 변환된다. 본 연구에서는 KASM Trans Ver 2.2로 변환하였으며, 세계측지계 변환작업 흐름도는 그림 1과 같다.
3. GPS 관측 및 공통점 분포
3.1 관측 및 자료처리
부산광역시에서 실시한 도시정보시스템(UIS) 사업에 의해 1999년부터 2002년까지 전 지역을 GPS로 측량하여 지역측지계(Bessel) 성과를 얻었으며, 공통점에 대해 세 계측지계(GRS80) 성과를 얻기 위해 기존의 GPS 측량성 과에 추가로 GPS 측량을 수행하였다. 위성측지기준점은 국토지리정보원 14개 상시관측소중 SNJU(상주), TEGN(대구), JINJ(진주)의 3개소를 이용하였다. 부산광 역시의 UIS 사업 현황을 나타내면 그림 2와 같다.
GRS80 성과는 Leica Geo Office(LGO) S/W를 사용하여 기선해석하였고, SNJU(상주), TEGN(대구), JINJ(진주) 점을 고정하여 망조정을 하였다. 그림 3은 추가로 GPS 관측을 수행한 전체 주망에 대한 기선해석 결과를 나타 낸 것이며, 이를 기준으로 모든 사업의 성과가 산출되었 다.
Bessel 성과는 1/1,000 수치지형도 좌표변환 지침에서
공통점 확보기준에 따라 수치지형도 제작 당시에 이용 된 기존 Bessel 성과를 사용하였고, GRS80 성과는 그림 3과 같은 주망의 GRS80 좌표를 기준으로 공통점의 GRS80 좌표를 재계산하여 이용하였다. 부산광역시 도 시정보시스템(UIS) 기본도 제작 사업별 공통점의 수는 표 2와 같다.
그림 4는 부산광역시 도시정보시스템 사업 지역내에 서 Bessel과 GRS80타원체 좌표를 갖고 있는 공통점을 표시한 것이다.
그림 1. 세계측지계 변환작업 흐름도
그림 2. 부산광역시 UIS 사업 현황
그림 3. 전체 주망도(LGO)
4. 세계측지계의 변환 및 결과분석
세계측지계변환은 국토지리정보원에서 인증한 KASM Trans Ver2.2 프로그램을 이용하여 공통점 입력 및 왜곡 량 산출, 왜곡량 분석 및 비상사점 제거, 비상사점 분석 및 편중점 제거, 편중점 분석 및 잔여왜곡량 산출, 잔여 왜곡량 분석 및 격자파일 생성, 격자생성 결과 등으로 구성된다.
4.1 전체 지역에 대한 왜곡량 계산
1:1,000 수치지형도의 좌표변환을 위한 프로그램은 2 개의 폴더(conf 및 distortion)와 하나의 실행파일로 구성 이 되어있으며, conf 폴더는 왜곡량 정보파일(infor.dat) 이, distortion 폴더에 왜곡량 격자파일(dx.txt 및 dy.txt)로
구성되어 있다. distortion 폴더는 dx.txt와 dy.txt 파일로 구성되어 있어 워드패드나 메모장 등에서 작성 및 수정 이 가능하며, X·Y축의 왜곡량을 표시하는 파일이다.
또한 dxf, ngi, shp 파일을 사용해 변환할 수 있으며, 도엽내 자동 연결기능이 있어 더욱 편리하게 이용할 수 있다. 표 3은 전체 지역의 왜곡량 모델링 정보를 나타내 고, 그림 5는 전체 지역의 격자파일 생성 결과를 보여주 고 있다.
시범지역 서구 1999 41점 52도엽 신성과
1차사업 부산진구, 영도구,중구, 동구 2000.02 51점 231도엽 잠정성과 2차사업 남구, 수영구, 동래구, 연제구, 사상구, 북구 2000.10 47점 281도엽
신성과
2차신규사업 2001.02 43점 225도엽
3차사업 사하구 2001.08 34점 144도엽 신성과
3차신규사업 금정구 2001.10 47점 183도엽
4차사업 강서구 2002.07 109점 551도엽 신성과
4차신규사업 해운대구, 기장군 2002.07 155점 467도엽
구 분 지 역 제작연도 공통점수 도엽수 비 고
표 2. 부산광역시 도시정보시스템(UIS) 기본도 제작 사업별 공통점 수
그림 4. 부산광역시 전체 지역의 공통점 분포도
표 3. 전체 지역 왜곡량 모델링 정보
구 분 수 량
총 입력 공동점 수 527점 탐색된 비상사점 수(1 simga) 22점
탐색된 편중점 수(100m) 25점
그림 5. 전체지역에 대한 격자파일 생성 결과
전체 지역에 대한 왜곡량을 계산한 결과는 그림 6과 같으며, 0.05m 이상 차이가 나는 점들은 X(N) 35개, Y(E) 43개, 0.10m 이상은 X(N) 1개, Y(E) 14개로 나타났 다.
그림 7은 왜곡량이 많이 분포된 점을 발간색 점으로 표시한 것으로, 4차사업지역과 4차신규사업지역에서 왜 곡량이 많이 발생하고 있음을 확인하였다.
4.2 3개 지역 분할에 의한 왜곡량 계산
부산광역시 전체지역에 대한 왜곡량을 계산한 결과, 4 차 사업과 4차 신규사업 지역에서 오차량이 많이 발생하 여 그림 8과 같이 3개 지역(4차 사업 : A지역, 4차 신규 사업 : B지역, 시범,1,2,3차 사업 및 신규사업 : C지역) 으로 구분하여 왜곡량을 분석하였다.표 4는 3개 분할시역의 왜곡량 모델링 정보를 나타낸 것이며, 그림 9는 A 지역, 그림 10는 B지역, 그림 11은 C지역에 대한 잔여왜곡량을 표시한 것이다. 동일지역에
대한 왜곡량 격자정보가 계산된 범위는 표 5와 같다.
3개 분할 지역에 대한 왜곡량 계산 결과는 표6과 같으 며, 0.05m 이상 오차는 B지역에서 Y(E) 1개, C지역에서 는 X(N) 1개, Y(E) 1개로 나타났고, 0.10m 이상 오차는 발생하지 않아, 부산광역시 전체 지역을 계산하는 경우 보다 왜곡량이 많이 나타나는 부분을 분리하여 3개 분할
그림 6. 전체 지역에 대한 왜곡량 오차 비교
그림 7. 전체지역에 대한 비상사점 분포도
그림 8. 부산광역시에 대한 3개역 분할
표 4. 분할된 지역에 대한 왜곡량 모델링 정보
구 분
A지역 B지역 C지역
총 입력 공통점 수 109점 155점 333점 탐색된 비상사점 수 0점 0점 9점
탐색된 편중점 수 0점 4점 14점
그림 9. A 지역 잔여왜곡량 분석
지역으로 나누어 왜곡량을 계산한 경우가 오차가 줄어 든 것을 볼 수 있다.
그림 12는 왜곡량을 이용하여 세계측지계로 변환된 수치지도를 이전과 함께 표시한 결과이다.
5. 결 론
본 연구에서는 부산광역시에서 UIS사업으로 Bessel 좌 표계로 제작된 1/1,000 수치지도를 세계측지계로 전환하
기 위해“1/1,000 수치지형도 좌표계변환 표준 작업지 침”을 기준점 성과에 적용한 후 정확도 평가를 하였다.
부산광역시 전체지역의 왜곡량을 계산한 결과, 오차 가 0.05m 이상 발생한 경우는 X(N) 35개, Y(E) 43개, 0.10m 이상인 경우는 X(N) 1개, Y(E) 14개로 나타났으 며, 특정지역에서 오차가 많이 발생함을 확인하였다. 오 차가 많이 발생한 특정지역을 고려하여 A,B,C 지역으로 그림 10. B 지역 잔여왜곡량 분석
그림 11. C 지역 잔여 왜곡량 분석
표 5. 분할지역에 대한 왜곡량 모델링 결과로 생성된 격자정보의 개요
왜곡량 격자정보
구 분
A지역 B지역 C지역
X축 방향(N)의 격자 선 수 35 55 54 Y축 방향(E)의 격자 선 수 38 47 79
왜곡량 격자의 위도 범위
(상단 위도, 단위 : °) 35.235 35.420 35.310 왜곡량 격자의 경도 범위
(좌단 경도, 단위 : °) 128.815 129.085 126.870 왜곡량 격자 간격 (단위 : °) 0.005 0.005 0.005
표 6. 분할지역에 대한 왜곡량 오차 수
구 분
A 지역 B 지역 C 지역
X(N) Y(E) X(N) Y(E) X(N) Y(E)
0.05m 이상 0개 0개 0개 1개 1개 1개 0.10m 이상 0개 0개 0개 0개 0개 0개그림 12. 1/1000 수치지도 변환 결과 (세계측지계성과는 우측 상단)
분할하여 왜곡량을 계산한 결과, 0.05m 이상 오차는 B지 역에서 Y(E) 1개, C지역에서는 X(N) 1개, Y(E) 1개로 나 타났고, 0.10m 이상 오차는 발생하지 않음을 알 수 있었 다.
따라서, 본 연구대상 지역인 부산광역시의 세계측지 계 변환은 지역이 광범위하고, 연차별로 공통점의 성과 가 산출된 점을 고려하여, 오차를 줄일 수 있는 지역들 로 나누어서 변환하면 좀 더 정확한 좌표변환이 될 것이 다. 향후 보정된 왜곡량을 이용하여 좌표변환이 이루어 져야하며, 변환된 수치지형도의 정확도를 평가하기 위 한 검증측량에 있어, 지형지물이 명확한 점들을 선점하 여 검증측량을 통해 정밀한 분석을 해야 할 것이다.
참고문헌
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(접수일 2009. 3. 19, 심사일 2009. 4. 9, 심사완료일 2009. 4. 22)
