좌표계(Coordinate System)

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좌표계 (Coordinate System)

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지구의 형상과 데이텀

지구는 완전한 구가 아니라 약간 일그러진 타원체이며, 지표면은 그 형상이 매우 불규칙하여 일정한 규칙으로 점의 위치표시가 불가능하다. 따라서 일정한 규칙으로 위치를 표현하기 위해서 지구의 새로운 수학적 형상을 필요로 하여 만들어진 모델을 지오이드(Geoid)라고 한다.

하지만 지오이드 또한 매우 복잡한 형태를 띄고 있어서 위치를 표시하기 위해서는 복잡한 계산과정을 거쳐야 한다.

이를 해결하고자 지오이드와 유사한 기하학적 형상을 편평한 회전타원체(rotatinal ellipsoid)로 재정의하여 사용하고 있으며, 이를 지구 타원체(earth ellipsoid)라고 한다.

그러나 부정형한 전 지구를 하나의 타원체로 오차없이 표현하는것은 불가능 하기때문에 각 나라별로 해당 지역의 지오이드면에 적합한 지구타원체를 정의해서 그 지역의 준거타원체(reference ellipsoid)로 이용하고 있다.

각 나라별로 다른 준거 타원체를 사용해서 자국의 측지측량 및 지도제작에는 문제가 되지 않지만, 인공위성과 같이 전 세계를 대상으로 하는 부분에서는 변환 없이 사용이 불가능한 문제가 발생하여 전 지구에 가장 적합한 지구타원체를 결정하는것이 필요하게 되었다.

이러한 필요성에 의해 결정된 것이 국제표준타원체(International earth ellipsoid)라고 하며 GRS80, WGS84 타원체로 결정 되었다.

데이텀 

타원체가 정해지게 되면 해당 지역에 가장 적합하도록 타원체의 위치 기준을 정하게 되는데, 이를 데이텀(Datum, 측지계)이라 하며, 타원의 종류, 좌표체계의 기준점과 방향 등을 정의하게 된다.

1. 지리 좌표계(geographic coordinate system, GCS) : 경위도 좌표계

• 지구타원체를 경도와 위도로 나타내는 구면좌표계로서 3차원 위치 좌표계

• 경도는 그리니치 천문대를 통과하는 본초자오선을 기준으로 동경, 서경으로 표기하고, 위도는 적도를 중심으로 남위, 북위로 표기한다.

 본초 자오선(prime meridian) 북극과 남극을 중심으로 지구를 가르는 선으로 무한대의 자오선을 생성할수 있다. 그래서 전세계에서 기준으로 잡은 런던의 그리니치 천문대를 지나는 본초 자오선을 중심으로 지구의 경도의 원점을 채용해서 사용하고 있다. 이 본초 자오선을 기준으로 국제 시간 계산에 쓰이고 있다.

2. 지심좌표계 (geocentric coordinate system, 세계측지계)

• 지구의 질량중심을 원점으로하는 3차원 직교 좌표체계

• 개념적으로 세계측지계라 하면 하나여야 맞겠지만 나라별로 채용하는 시기나 구축에 있어서 그 방법이나 구현하는 정확도가 달라 세계 공통의 측지계라는 것은 존재하지 않는다고 볼수 있다. 구축기법에 따른 대표적인 세계 측지계로는 ITRF계, WGS계, PZ계 등 세 종류가 있다.

1. ITRF(international terrestrial reference frame)계는 현재 지구의 형상을 가장 잘 나타낸 타원체로 GRS80 타원체를 이용하고 있다. 
2. WGS계는 WGS84 타원체를 사용하는 원래 군사목적으로 개발된 GPS체계로 운용되고 있다. 우리나라에서는 군사지도나 해도등에 사용하고 있다. 
3. PZ계는 러시아가 군사 목적으로 구축하여 유지관리하고 러시아 GPS인 GLONASS에 이용되고 있는 좌표계이다.

한국 측지계

한국측지계는 일제강점기시절 그들이 추축해놓은 동경좌표계, Bessel 타원체와 도쿄데이텀을 사용해 지도를 제작해왔다. 

 일본의 잔재라는 문제일 뿐만 아니라 세계화 시대의 국가간에 실시되는 측위나 측량에서도 통일된 기준으로 사용할수 없는 문제도 내포되어있어서 2001년 측량법을 개정하고 2002년 부터 동경측지계를 버리고 세계측지계를 참조해서 한국측지계 2002(korea geodetic datum 2002)라는 ITRF2000과 동일한 측지계로 변경하였다. 

2010년 부터는 공식적으로 동경측지계는 더이상 사용하지 않는다.

투영

타원체는 삼차원 좌표나 경위도 좌표등으로 위치를 나타내고 있어서 3차원 좌표(곡면)이므로 우리가 보는 2차원(평면) 지도상의 좌표와는 다르다. 따라서 이 타원체상의 3차원 좌표를 평면으로 나타내기 위해서는 투영이라는 과정을 거치게되는데 이 투영 방법에 따라 여러 지도체계로 세분화 된다.

1. TM(transverse mercator) 횡메르카토르 도법

• 가로로 누운 원통에 지구를 투영하는 방법으로 남북 방향의 왜곡이 적어 우리나라와 같이 남북으로 긴나라에 적용하기 적합한 투영방법이다.

2. UTM(universal transverse mercator) 국제 횡메르카토르 도법

• 적도를 횡축으로 하고 자오선을 종축으로 하는 국제 평면 직각 좌표이다.

• TM도법을 응용한것으로 2차 세계대전중 연합국의 군용좌표계로 쓰이면서 현재 세계적으로 널리 이용되고 있다.

• 동경 180º 자오선에서 동쪽으로 경도 6º 간격으로 1부터 60까지 번호를 붙여 표시하고, 남위 80도와 북위 84도를 8º 간격으로 20구역으로 분할

• 우리나라는 51대역(120ºE ~ 126ºE, 중앙 자오선 123ºE)과 52대역(126ºE ~ 132ºE, 중앙 자오선 129ºE)에 속해있다.

Reference

     http://www.biz-gis.com/index.php?mid=pds&document_srl=65754