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토목기사 측량 기준·오차와 GNSS 개념 정리

중요도 ★★★★☆ · 25% (추정)

개요

이 단원은 측량의 기준이 되는 좌표계와 원점, 측량에서 생기는 오차의 성질, 국가기준점, 위성측위시스템(GNSS)을 배웁니다. 계산보다 용어와 원리를 묻는 문제가 많습니다.

측량 오차는 정오차(계통오차), 우연오차, 착오로 나눕니다. 정오차는 같은 방향으로 쌓여 측정 횟수에 비례해 커지고, 우연오차는 서로 상쇄되어 측정 횟수의 제곱근에 비례해 커집니다. 서로 다른 조건의 측정값을 평균할 때는 경중률을 쓰며, 경중률은 오차의 제곱에 반비례합니다.

우리나라의 높이 기준인 수준원점은 인천에 있으며 높이는 26.6871m 입니다. 높이는 이 원점에서 시작해 전국의 수준점으로 이어집니다.

GNSS 는 위성에서 받은 신호의 도달 시간으로 거리를 재어 위치를 구합니다. 3차원 위치 3개와 수신기 시계 오차 1개를 풀어야 하므로 위성이 최소 4개 필요합니다. 위성 배치가 나쁘면 정밀도가 떨어지며, 이를 나타내는 값이 DOP(정밀도 저하율)입니다.

핵심 개념

  • 정오차와 우연오차

    정오차는 원인을 알 수 있고 같은 방향으로 쌓이는 오차로 측정 횟수 n 에 비례합니다. 우연오차는 원인이 불분명하고 서로 상쇄되어 √n 에 비례합니다.

    외우는 요령정오차는 n, 우연오차는 √n.

  • 착오

    측량하는 사람의 부주의(눈금 잘못 읽기, 기록 실수 등)로 생기는 큰 잘못입니다. 다시 재거나 점검해서 찾아내 버려야 하며 통계로 처리하지 않습니다.

    외우는 요령착오는 계산으로 고치지 않고 다시 잰다.

  • 경중률

    측정값의 믿을 만한 정도를 나타내는 가중치입니다. 평균제곱오차의 제곱에 반비례하고, 같은 조건이면 측정 횟수에 비례합니다. 수준측량에서는 노선 거리에 반비례합니다.

    외우는 요령오차가 작을수록, 많이 잴수록 무겁다.

  • 수준원점

    우리나라 높이 측량의 출발점으로 인천에 있으며 높이는 26.6871m 입니다.

    외우는 요령인천, 26.6871m.

    출처: 공간정보의 구축 및 관리 등에 관한 법률 시행령 제7조 · 2022년 기준

  • GNSS 위성 수

    수신기 위치(x, y, z)와 수신기 시계 오차, 모두 4개의 미지수를 풀어야 하므로 위성이 최소 4개 보여야 3차원 위치를 얻습니다.

    외우는 요령좌표 3개 + 시계 1개 = 위성 4개.

  • DOP(정밀도 저하율)

    위성의 하늘 배치에 따라 위치 정밀도가 얼마나 나빠지는지 나타내는 값입니다. 위성이 하늘에 고르게 넓게 퍼져 있을수록 DOP 가 작고 정밀도가 좋습니다.

    외우는 요령DOP 는 작을수록 좋다.

자주 나오는 포인트

  • 정오차·우연오차가 측정 횟수와 어떤 관계인지(n 과 √n) 묻는 문제가 자주 나옵니다.
  • 경중률은 오차의 제곱에 반비례, 수준측량 거리에 반비례입니다.
  • GNSS 최소 위성 수 4개와 그 이유(시계 오차)를 함께 기억하세요.
  • DOP 가 크면 위성 배치가 나쁜 것입니다.

대표 문제 3개

검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.

예상문제검수 완료측량학 › 측량 기준·오차와 GNSS★★★★☆

문제 1. 한 번 잴 때마다 ±4mm 의 우연오차가 생기는 측정을 같은 조건으로 9번 이어서 했다. 전체 길이의 우연오차는?

  1. ① ±36mm
  2. ② ±12mm
  3. ③ ±4mm
  4. ④ ±1.3mm
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기

정답: ② ±12mm

핵심: 우연오차는 측정 횟수의 제곱근에 비례: E = ±e√n

우연오차(원인을 알 수 없어 + 와 − 가 섞여 나오는 오차)는 서로 일부 상쇄되므로 횟수의 제곱근에 비례해 커집니다.

  1. 식: E = ±e × √n
  2. 대입: ±4 × √9 = ±4 × 3
  3. E = ±12mm
  4. 검산: 정오차였다면 4 × 9 = 36mm 로 커졌을 것이고, 우연오차는 이보다 훨씬 작은 것이 맞습니다.

틀린 선지

  • ±36mm: 정오차처럼 횟수에 그대로 비례(×9)시킨 값입니다.
  • ±4mm: 한 번 잴 때의 오차를 그대로 쓴 값입니다.
  • ±1.3mm: 횟수의 제곱근으로 곱하지 않고 나눈 값입니다.
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문제 2. GNSS(위성측위시스템)로 수신기의 3차원 위치와 시각을 함께 결정하려면 최소 몇 개의 위성 신호가 필요한가?

  1. ① 3개
  2. ② 2개
  3. ③ 4개
  4. ④ 6개
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기

정답: ③ 4개

핵심: 미지수 4개(x, y, z, 수신기 시계오차) → 위성 최소 4개

GNSS 수신기는 위성까지 거리를 전파 도달 시간으로 잽니다. 수신기 시계는 위성 시계만큼 정확하지 않아 시계 오차도 미지수로 풀어야 합니다.

  1. 미지수: x, y, z 좌표 3개 + 수신기 시계 오차 1개 = 4개
  2. 위성 1개마다 거리식 1개
  3. 미지수 4개를 풀려면 위성 최소 4개
  4. 검산: 실제로는 정확도를 높이려고 4개보다 많은 위성을 함께 씁니다.

틀린 선지

  • 3개: x·y·z 위치만 생각하고 수신기 시계 오차를 빠뜨린 개수입니다.
  • 2개: 평면 위치만 생각한 개수입니다.
  • 6개: 최소 개수가 아니라 여유를 더 둔 개수입니다.
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문제 3. 국가기준점 가운데 높이(표고)를 정밀하게 정해 놓아 수준측량의 기준으로 쓰는 점은?

  1. ① 삼각점
  2. ② 위성기준점
  3. ③ 수준점
  4. ④ 지자기점
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기

정답: ③ 수준점

핵심: 수준점 = 높이의 기준점 (수준원점에서 출발해 정한다)

국가기준점은 쓰임새에 따라 나뉩니다.

  1. 수준점: 높이(표고)의 기준. 수준원점에서 출발한 수준측량으로 높이를 정합니다.
  2. 삼각점·통합기준점: 수평 위치의 기준
  3. 위성기준점: GNSS 위치 결정의 기준
  4. 지자기점: 지구 자기장 측정의 기준

틀린 선지

  • 삼각점: 주로 수평 위치(평면 좌표)의 기준으로 쓰는 점입니다.
  • 위성기준점: GNSS 신호를 계속 받아 위치의 기준을 제공하는 점입니다.
  • 지자기점: 지구 자기장 측정의 기준이 되는 점입니다.
이 단원 5문제 풀기 →

AI 작성 · 검수 완료 · AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.