수직선 편차와 지오이드 결정방법을 설명하시오.

1. 수직선편차

지구상의 어느 한 점에서 타원체 법선과 지오이드 번선의 차이가 발생하는데 이를 타원체를 기준으로 하면 연직선편차이고 지오이드를 기준으로 하면 수직선 편차라고 정의한다.

1) 연직선과 수직선

① 연직선 : 지오이드상의 임의의 점에서 중력방향으로 직교하는 선

② 수직선 : 지구타원체상의 임의의점에서의 법선

 

2. 지오이드 결정방법

 

1) 지오이드란?

중력 퍼텐셜면이 일정한 평균해수면을 육지까지 연장시켜 지구를 둘러싸았다고 가정한 선을 지오이드라 한다. 해면은 조석이나 해류 등에 의하여 끊임없이 변하고 있지만 오랜시간 동안의 관측결과를 평균하면 정지한 해면으로 간주할 수 있다. 해수전량이 증감이 없다고 가정하면 정지해면은 하나의 정상적인 면을 이루게 된다. 이러한 면의 성질은 지구의 중력이 동일한 힘을 갖는데 이를 지오이드(geoid)라 한다.

2) 지오이드의 특징

① 평균해수면에 근사한 등퍼텐셜면이다
② 지오이드의 법선은 중력방향이다.
③ 지구내부의 밀도와 성분에 의해 불규칙한 면으로 기하학적으로 계산하기 어렵다.
④ 타원체와 지오이드의 차이로 타원체를 기준으로 하면 연직선편차가 발생된다. 지오이드를 기준으로 수직선편차가 발생된다.
⑤ 장기간에 걸쳐 조금씩 변화하므로 지오이드의 재정립이 필요하다.

 

3) 지오이드 결정방법

① 중력관측방법

지오이드 결정을 위한 중력관측은 고도가 높은 장소에서 이루어지며, 여러 지점에서 중력계를 설치하여 지구의 중력장을 측정합니다. 이렇게 얻은 중력 데이터를 이용하여 지구의 밀도 분포를 계산하고, 이를 이용하여 지구의 지오이드를 결정합니다.

② GNSSLeveling

GNSS (Global Navigation Satellite System) 레벨링은 GNSS 기반의 높이 측정 기술로, 적절한 제어점과 기지국을 이용하여 지표면으로부터 측정 지점까지의 높이 차이를 측정합니다. 평균해수면 기반 높이인 수준점과 경위도 원점으로 부터 각 점의 지반고와 타원체고를 측정하여, 이를 통해 측정 지점의 지오이드고를 계산할 수 있습니다.

③ 정밀중력장 모델을 이용하는방법(EGM08 , XGM2016등)

지구의 중력장을 모델링하기 위해서는 다양한 방법과 모델이 사용될 수 있습니다. 예를 들어, EGM96, EGM2008, GGM05 등의 중력장 모델이 있습니다. 중력장 모델을 이용하여 지구타원체를 결정합니다. 지구는 회전하면서 불규칙한 모양을 가지고 있기 때문에, 기준타원체는 지구의 평균적인 모양을 나타내는데 사용됩니다. 기준타원체과 지표면 사이의 차이를 나타내는 지오이드 고를 계산합니다.

④ 천문측량과 측지측량의 경위도의 차를 거리에 적분하여 지오이드의 기복을 결정하는 방법

천문측량과 측지측량을 통해 경위도의 차를 측정하고, 이를 거리에 대한 적분을 통해 지오이드의 기복을 결정합니다. 이때, 지구의 중력장에 의한 높이 차이와 지구의 곡률에 의한 높이 차이를 고려하여 적분합니다.