지오이드는 왜 필요한가?

지오이드는 왜 필요한가?

1. 지오이드(Geoid) 배우기 전초전

우리는 사람들에게 물어본다. 지구는 어떤 모양입니까? 대부분 '구'로 대답한다. 옥구슬과 같은 아름다운 구의 모양으로 알고있다.. 그럴 수 밖에 없는 점이 우리가 봤던 지구의 형상을 표현한 지구본과 지구의 사진들은 아름다운 구 형태이다. 하지만 지구는 구의 모양이 아니다. 지구의 모양은 정형화 되어 있지 않다. 보기 쉽도록 구의 모양으로 투영 및 정형화해서 보여주는 것이다. 그것이 이해하기 쉽고 설명하기 쉽기 때문이다.

 

지구의 모양은 면밀히 보았을 때 타원의 모양을 하고 있다. 밑의 Fig1은 기존의 알고 있는 모양이며, Fig2를 자세하게 보았을 때 표현하는 지구의 모양이다.

Fig 1	Fig 2

 

앞에 지오이드와 타원체(Geoid and Ellipsoid) 에서 지구의 타원체의 정의를 보면 “현실의 지구 모양과 비슷하게 수학적 모델을 이용한 회전타원체”라고 하였다. 그리고 지역마다 준거타원체를 사용하여 보다 자신의 나라와 맞는 타원체를 선택한다.

 

타원체를 통해 지구의 실사 모양과 비슷한 수학적 모델을 사용하여 좌표계 및 위치기준으로 사용하지만 높이(정표고)에 대한 데이텀을 사용할 때는 지오이드를 사용한다. 이미 실사 모양과 비슷한 모델을 사용하고 있는데 왜 측지학자들은 지오이드 모델을 만들어 낸 것에 의문이 든다.

만든 이유는 분명히 필요에 의해서이다. 지오이드는 측량할 때 3차원 정보에 필요한 높이 값(정표고)을 측량할 때 사용하는 높이의 기준점이다.

 

지오이드는 타원체보다 더 정확하게 지구의 형상을 표현한 것이기 때문에 높이의 기준점으로 사용된다. 타원체와 지오이드를 그림(Fig3)으로 비교해보겠다.

 

Fig 3

 

Fig3 에서 보면 타원체 고는 매끄러운 곡선인 호를 그리지만 지오이드는 매끄럽지 않은 울퉁불퉁한 선으로 나타난다. 타원체는 통합적인 큰 모양을 나타낼 수 있다면 지오이드는 그 부분에 상세한 형상을 나타낼 수 있다.

 

Fig3 에서 H – 정표고가 지오이드를 사용하는 핵심적인 이유다. 정표고를 통해 우리가 알고 있는 3차원 지도 및 건물 모델에 표현이 정확하게 가능해진다. 정표고는 타원체고에 지오이드를 뺀 값이다. H(정표고) = h(타원체고) – N(지오이드고) 이 식을 간단하게 풀어본다면 지오이드고를 통해 타원체의 오차를 제거해 주는 것이다. 그로 인해 높이의 기준점을 제시하고 더 확실한 높이 값을 측량하여 엔지니어들이 항만에 편의시설을 설계하거나, 도시에 건물을 설계할 때, 보다 적절한 설계를 가능하게 해준다.

 

Fig4 (출처 : http://www.icsm.gov.au/mapping/datums1.html)

 

Fig 4에서는 Fig3보다 자세하게 보여준다. Fig 4에서 보면 지오이드(Geoid)와 평균해수면(Mean Sea Level) 이 같은 흐름이라는 것을 육안으로 확인 할 수 있다. 지오이드가 평균해수면의 정보로 만들어졌기 때문이다.

 

다음 시간은 지오이드에 대해 더 깊숙이 알아보는 시간을 갖겠다.

지금까지 읽어주신 것에 대해 감사합니다.