[수집 자료] 지리좌표계

자료 출처 : 지리 좌표계 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 (wikipedia.org), 지도 투영법 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 (wikipedia.org) 항공교육훈련포털 공중항법(2021)

 

1. 지리 좌표계

 

[그림] 지리 좌표계 (자료출처 : 위키백과)

 

지리 좌표계(Geographic Coordinate System, GCS)는 지구 및 천체에 지점을 잘 알 수 있는 좌표계입니다.

지리좌표는 일반적으로 지구를 회전타원체(지구타원체)로 간주하여 그 표면의 수평위치를 나타내는 좌표와 수직위치를 나타내는 해발고도와 함께 표현됩니다.

 

1.1 위도와 경도

 

위도는 주어진 지구 표면 지점의 수직선(추선)과 적도면이 이루는 각입니다.

같은 위도의 지점을 연결한 선은 위선이라고 부르며 적도에 평행한 동심원이 됩니다.

북극은 북위 90°입니다.

0° 위선은 적도이며 구면 좌표계의 기본 평면이 됩니다.

적도는 지구를 북반구와 남반구로 분할합니다.

경도는 주어진 지구의 표면 지점을 지나 북극에서 남극까지 그은 경선과 본초 자오선이 이루는 각입니다.

모든 경선은 반원을 그리며 평행하지 않고 북극과 남극으로 모입니다.

런던 근교의 그리니치 천문대 바로 아래를 통과하는 자오선이 본 첫 자오선으로 선정되었습니다.

이보다 동쪽에 있는 지점은 동반구, 서쪽에 있는 지점은 서반구입니다.

그리니지의 대척지 경도는 서경 180°이고 동경 180°입니다.

2. 지오이드

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[그림] 지오이드(자료출처 : 위키백과)

지오이드(Geoid)는 지구상에서 높이(해발고도)를 측정하는 기준이 되는 가상면입니다.

뒷면은 중력 퍼텐셜이 같은 등 퍼텐셜 면으로 중력 가속도를 측정할 때 기준면입니다.

물체는 뒷면에 대해 수직 방향의 중력을 받습니다.

지오이드의 형태(즉 위치에 따른 중력의 작용선)의 변화를 측정하면 지표 아래에 주변과 다른 밀도를 가진 물질의 존재를 파악할 수 있습니다.

지오이드는 바다에서는 평균 해수면으로 정의하고, 육지에서는 바다에서 시작해 가상의 수로를 팠을 때 수로의 수면으로 정의합니다.

실제로 지오이드 면은 굴곡이 심해 측지 측량에 활용할 수 없습니다.

준거타원체와 거의 동일한 것 같습니다.

 

 

3. 지구 타원체

 

지구타원체(earthellipsoid)는 측지학, 천문학 및 지학에서 계산의 기준틀로 사용되며 지구 모양과 비슷한 회전타원체를 가리키는 말입니다.

짧은 축(북극과 남극과 연결하는 축)이 대략 지구의 회전축에 근접하게 맞춰져 있는 가상의 회전 타원체입니다.

지구 타원체는 적도 반경 a와 극 반경 b로 정의됩니다.

이는 지구 자전의 효과에 요인이 되며 적도 반경(a)이 극 반경(b)보다 긴 결과를 가져오게 되었습니다.

추가적인 매개 변수에는 질량 함수 J2(중력 공식과 일치합니다.)와 회전 주기(보통 86164초)가 있습니다.

나라마다 다른 지구 타원체를 사용하여 WGS84로 통일화하였습니다.

대한민국은 기존 Bessel에서 2007년 1월 1일부터 WGS84와 유사한 GRS80 체제로 법제화했습니다.

다만, 특히 법으로 정하는 경우에는 과거에 사용했던 Bessel 타원체를 사용할 수 있습니다.

 

지구타원체	장반경(a) (m)	단반경(b) (m)	편평율 (a-b) / a	사용국가
Bessel(1841)	6,377,397	6,356,078	1 / 299	일본, 독일, 한국
GRS80(1980)	6,378,137	6,356,752	1 / 298	국제 기준
WGS84(1984)	6,378,137	6,356,752	1 / 298	세계적으로 사용됨 (GPS)

 

 

3.1 WGS84

 

[그림] World Geodetic System 1984

 

세계지구좌표시스템(World Geodetic System, WGS) 1984년에 제정된 전지구측위시스템으로 지도학, 측지학, 항법에 많이 사용되고 있습니다.

GPS 측량 시 WGS84 타원체를 사용합니다.

 

 

4. 데이텀

 

측지계(Geodetic Datum)는 지구의 형상과 크기를 결정하고 곡면인 지구상의 지형 및 지물의 위치와 거리를 수리적으로 계산하는 모델로 각종 도면 제작 기준입니다.

 

 

[그림] 측지계 (자료 출처 : 국토지리원)

 

5. 투영 좌표계

투영 좌표계는 위선과 경선으로 이루어진 지구상의 가상적 좌표를 평면상으로 옮기는 방법을 말합니다.

지구는 구체적이기 때문에 아무리 작은 공간의 지도를 작성해도 그 왜곡은 피할 수 없습니다.

따라서 투영법은 이 왜곡을 처리하는 방법으로 정의할 수 있습니다.

 

 

5.1 다양한 투영법

 

[그림] 심사도법, 평사도법, 원통형 도법 투영법

 

 

5.2 횡축 메르카톨 도법(Transverse Mercator Projection)

 

[그림] 횡축 메르카톨 도법(Transverse Mercator Projection)

 

적도 대신 지구본을 가로로 돌려 투영하는 메르카톨 도법입니다.

지도 축척은 중앙 경선에 따라서만 정확합니다.

 

 

5.2.1 UTM 좌표계

 

[그림] UTM 좌표계

UTM 좌표계(Universal Transverse Mercator Cordinate System)는 전 지구 상점의 위치를 통일된 체계로 나타내기 위한 격자 좌표 체계 중 하나로 1947년에 개발되었습니다.

UTM 좌표계에서는 지구를 경도 6° 간격의 세로띠로 나누어 가로축 메르카토르 도법으로 그린 후 위도 8° 간격으로 총 60×20 격자로 나누어 각 세로 구역별로 설정된 원점에 대한 가로, 세로 좌표로 위치를 나타냅니다.

지리 좌표계가 극지방으로 갈수록 직사각형이 크게 감소하는 반면 UTM 좌표계는 직사각형의 형태를 유지하기 때문에 거리, 면적, 방향 등을 나타내는 데 매우 편리하다는 장점이 있습니다.

UTM 좌표계는 지구를 80°S(남위)에서 84°N(북위)까지 180°W(서경)에서 시작하여 경도 6° 간격으로 총 60개의 세로 격자(띠)로 나눕니다.

각 세로대에는 180°W-174°W부터 시작하여 174°E-180°E까지 동쪽으로 1부터 60까지의 번호가 붙습니다.

각 종대의 중앙 자오선(즉 180°W-174°W 구역의 중앙 자오선은 177°W이다)과 적도의 교점을 원점으로 합니다.