철도실시설계에서 지적중첩도의 위치정확도 향상방안 연구

철도사업 편입용지 산정을 위한 지적중첩도 정확도 개선을 연구했다.

철도사업은 폭이 좁고 종·횡 방향의 선형형태의 특성을 가지고 있고, 공사구간은 수 킬로미터(km) 이상 연장되며 여러 행정구역(리·동경계)을 관통한다. 수치지형도 상에서 철도노선을 설계한 후, 편입용지를 산정하기 위해 지적도를 활용하여 용지도를 작성한다. 실시설계 단계에서는 지적도면 전산파일을 도상 접합한 연속지적도를 사용하며, 지적 분할측량 단계에서는 개별지적도를 사용하여 위치확정 및 보상 규모를 결정한다. 연속지적도는 베셀(Bessel)타원체를 세계측지계로 변환한 도면이기에 좌표변환과정에서의 오차가 발생할 수 있다. 또한, 도면 축척의 다양성과 행정구역 경계 차이에서 오는 원점좌표계의 상이 등으로 정확도 측면에서 여러 가지 문제점이 있다. 이러한 문제점은 철도노선 설계 당시 예상한 용지매수의 규모와 실제 보상 간 규모 차이가 발생하는 원인이 되고 있다. 이러한 지적 불일치 현상은 수차례 반복되는 설계 변경으로 도심지역과 도심 인입 지역에서 증감용지 발생 및 용지매수를 지연시킨다. 더불어 철도는 2014년 1월 17일 이후 지적확정측량의 대상이 되었기 때문에 이러한 오차는 계속해서 누적될 수 있다. 이에 따라 한국철도시설공단은 2017년 1월 이후의 철도사업에 선 지정 현황측량을 실시하고 지적중첩도를 작성하여 철도용지경계를 결정하고 있다.

그러나 측지통제점이 망실되거나 철도실시설계에서 지적중첩도의 좌표변환 과정에서 위치정확도를 최대한 확보하지 못하면 선 지정 현황측량에서의 오류와 혼선이 발생할 수 있는 한계점을 가지고 있다. 또한, 철도용지경계와 지적경계는 Network-RTK 측량을 통해 경계를 일치시켰다고 하더라도 노선 주변 필지의 경계에서 이격량이 크게 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 철도사업의 실시설계 단계의 지적중첩도 작성과정에서 철도사업의 용지경계선에 맞춰 지적중첩도의 좌표변환을 할 때 사업범위 내에서 좌표변환 기준점을 확보하기 위해 수치지형도와 연속지적도의 가구계 영역의 중첩 및 공통점을 추출함으로써 지적중첩도의 위치정확도를 향상시키는 방안을 제안하였다. 연구 대상지로 선 지정 현황측량과 지적중첩도를 적용한 00∼00 광역급행철도 제0공구 노반(건축) 기본 및 실시설계, 00선 00∼00 복선전철 제0공구 복선노반 실시설계 철도사업을 선정하였다. 연구방법은 먼저 계획된 철도 선형의 기반인 수치지형도와 연속지적도를 중첩하고 측지계 변환을 통해 세계측지계로 통일시킨다. 둘째, 철도중심선의 형태에 따라 직선구간과 곡선구간으로 나누어 분할하고 각 분할된 영역에 대해 철도중심선에 버퍼를 적용하여 공통점 탐색을 위한 예비탐색범위를 설정한다. 셋째, 수치지형도의 가구계 영역과 연속지적도의 가구계 영역을 도로경계선과 하천경계선을 이용하여 추출한다.

넷째, 두 지도의 가구계 영역을 중첩하여 교차로 부근에 위치한 점들을 탐색 영역으로 추출하였다. 마지막으로, 탐색 영역 내 점들 중 동일한 위치에 해당하는 수치지형도상 좌표와 연속지적도상 좌표를 추출하여 공통점 좌표쌍으로 확보하였다. 대상지 내에서 40개의 공통점을 추출한 후 2개의 그룹으로 나눴다. 1개 그룹은 좌표변환 변수 도출용으로 위치오차를 분석하고 좌표변환계수를 산출했고 RMSE를 산출하여 오차의 정도를 파악하였다. 나머지 1개 그룹은 정확도 검증용으로 산출된 좌표변환계수를 적용하여 좌표변환을 수행하였다. 좌표변환 결과와 현실측량 성과 간의 위치오차 및 RMSE를 산출하여 위치정확도를 평가한 결과, 첫 번째 연구사례(00∼00 광역급행철도 제0공구 노반(건축) 기본 및 실시설계)의 경우 연속지적도와 수치지형도의 위치오차가 좌표변환 후 약 70.49% 감소하였다. 두 번째 연구사례(00선 00∼00 복선전철 제0공구 복선노반 실시설계)의 경우에는 연속지적도와 수치지형도의 위치오차가 좌표변환 후 약 30.31% 감소하였다. 이는 공통점 추가선정에 따라 위치정확도가 향상되었음을 뜻한다. 따라서 철도실시설계 단계에서 지적중첩도 작성 시 공통점 추가선정에 따라 지적중첩도의 위치정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

The construction area of the railway business is narrow and penetrates several administrative areas in a linear form extending several kilometers in length and breadth. After designing the railway line on the digital topographical map, it's formed the land map for incorporation by utilizing the cadastral map. In the implementation design phase, it's used to continuous cadastral map connected digital cadastral file. In the cadastral surveying stage, in individual (single) cadastral map is used to determine the position settlement and compensation scale.

Since the continuous cadastral map is a map revised by converting the Bessel ellipsoid to the world geodetic system, an error may occur in the conversion process. In addition, there are various problems in terms of accuracy due to the diversity of the drawing scale and the difference of the origin coordinate system resulting from the difference in the administrative zone boundary. These problems are caused by the difference between the expected compensation and actual compensation. Such cadastral mismatches cause delays in the increase of land compensation and purchase of land due to repeated design changes in urban areas and entrance areas of a city.

In addition, since January 17, 2014, there is a concern that errors may accumulate on railways that have been subject to cadastral determination surveying. As of January 2017, the Korea Railroad Authority Corporation has determined the boundaries of railway projects using preliminary surveying and cadastral overlapping map. However, if Control point is lost or the location accuracy is not maximized in the process of coordinate transformation of cadastral overlapping map in railroad implementation design, error and confusion may occur in the line survey.

In addition, even though the boundaries of railway land boundaries and cadastral boundaries are matched through Network-RTK survey, a large amount of separation may occur at the boundaries of the parcels surrounding the route. Therefor, in this study, when coordinate transformation of cadastral overlapping map is performed in accordance with land boundaries of railway bussiness in the process of creating cadastral overlapping map in the execution design phase of railway business, I proposed a method to improve the position accuracy of the cadastral overlapping map by overlapping of the block polygons's area and extracting common points between the topographic map and the cadastral map.

As a research subject, i selected the basic design and construction design railway project of 00 ∼ 00 Gyeongbuk Express Railway No. 0 and 00 Line 00 ∼ 00 Double track railway No. 0 which applied preliminary design survey and cadastral overlapping map. The research method is as follows. First, it's overlapped the digital topographical map, which is the base of the planned railway line, and the continuous cadastral map. And it's unified into the world geodetic system through geodetic transformation.

Second, it is divided into a straight section and a curved section according to the shape of the rail center line, and a preliminary search range for common point search is set by applying a buffer to a railway center line for divided area. Third, block polygons's area of the digital map and the continuous cadastral map are extracted using the road boundary and river boundary. Fourth, the points in the neighborhood of the intersection superimposed on the block polygons's area of the two maps were extracted as the search area.

Finally, the digital topographical coordinates and the continuous cadastral map coordinates corresponding to the same position among the points in the search area are extracted and secured as a common coordinate pair. After extracting 40 common points in the site, They are divided in to two groups. One group analyzed the amount of positional error for the derivation of the coordinate transformation's variables, calculated the coordinate transformation coefficient, and calculated the RMSE to determine the degre