GIS와 지리좌표체계(데이텀과 타원체)

건물 바닥면 도로 구간과 같은 GIS 데이터베이스의 모든 사상은 정확한 지리적 위치 및 이와 연관된 공간적 범위에 대한 정확한 정보를 갖고 있어야 한다. 우리는 지리적 공간에서 이러한 사상들의 정확한 위치를 결정하는 것을 보통 지리참조(geo-referencing)라 부른다. GIS를 사용하여 연구 지역의 공간 데이터를 단지 목록화하거나 분석하고자 할 때 왜 데이터, 타원체, 지오이드 좌표계 등을 포함하는 지리참조에 대해 배워야 하는지에 대해 여러분 자신한테 질문할지도 모르겠다. 여기에 대한 대답으로, 그러한 개념에 대한 기본적인 지식 없이는 GIS를 사용해 만들어 내는 결과가 여러분의 기대에 부응하지 못할 수도 있다고 얘기 할 수 있다. 사실 그 결과물들이 부정확하거나 아니면 잘못 이해될 수 있다. 따라서 GIS 연구자는 지리참조에 대한 기본적인 개념을 이해하는 것이 매우 중요하다.

 

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개요

이 장에서는 측지 데이터 (geodetic datums), 타원체(ellipsoids), 지오이드(geoids). 그리고 좌표계에 대한 기본적인 정보를 소개하고 있다. 경위도에 기반을 둔 지구 좌표계는 횡축메르카토르도법 (Universal Transverse Mercator, UTM), 알버스의 정적투영법(Albers Equal area). 람베르트의 정각원추투영법(Lambert Conformal Conic). 주 평면 직각 좌표계(State Plane Coordinate Systems)와 같은 중요한 투영좌표계와 함께 소개될 것이다. 티소트의 왜곡지표(Tissot's indicatrix)와 다양한 투영법의 왜곡 정도에 대한 사항이 이 장에서 소개된 것이다. 독자들은 이 장에서 제공되는 정보를 바탕으로 GIS 프로젝트에 적합한 지도투영법을 선택할 수 있을 것이다.

데이텀

지구는 모델링하기 어려운 불규칙한 구(sphere)의 형태를 띠고 있다. 정확한 x, y, z 위치에 대한 측정은 지도 제작(주제도 혹은 지형도), 해도 제작, 홍수 위험도 산정, 교통, 토지• 이용, 생태계 관리 등 다양한 응용 분야에서 요구된다. 데이텀(datum)이라는 용어는 정확한 위치 결정이 이루어지는 참조 혹은 기준면을 일컫는다. 기본적으로 데이텀은 측정을 위한 영점 기준을 갖고 있다.
2개의 주요한 데이텀은 미국에서 운항(navigation)을 위한 기초가 된다. 이러한 수평과 수직 데이텀은 국가공간참조체계(National Spatial Reference System, NSRS)를 구성한다. 측지사, 측량사, 지도 제작자, 그리고 정밀 측위에 관심 있는 사람들은 NSRS 지리참조의 기초로 삼는다. 수평과 수직데이터 개발하기 위해서는 우선 지구의 형상을 정의하는 것이 필요하다. 이것은 측지학에 대한 지식을 요구한다. 미국 국가 측지국(U.S. National Geodetic Survey, NGS)은 측지학(geodesy)을 지구의 크기와 형상을 정의하고, 지구 표면에 있는 지점들에 대한 위치를 결정하는 학문으로 정의하고 있다. 측지학자는 타원체, 지오이드 그리고 중력측량을 이용하여 지구의 형상을 기술한다.

타원체

인간은 흔히 지구를 완전한 3차원의 구라고 생각한다. 그러나 측지학자들이 지구를 정밀하게 측량해본 결과, 지구는 완전한 구체가 아니라고 한다. 사실 지구는 북극에서 남극까지의 거리 (39,939,593.9m)와 적도의 거리(40,075,4527m)를 비교해 보면 약간의 차이가 있다. 지구 중심에서 양극까지의 거리는 6,356,752.3142m이다. 지구 중심에서 적도까지의 거리는 6,378,137m이다. 지구의 형상은 북극과 남극이 약간 편평한 타원체(oblate ellipsoid. 회전타원체(spheroid)라고도 부른다) 모습을 지니고 있다.
지구의 편평도는 단축에 의한 지구의 회전에 기인한다(그림 2-16). 극 지역의 편평도는 다음 공식에 의해 계산된다.

  편평도(f) = (a-b) / a

여기서 a와 b는 각각 지구의 적도와 극의 반지름을 나타내는 타원체의 장축 단축의 길이이다(그러므로 편평도는 1/300에 매우 근사한 값을 나타낸다.

  (6378137-6356752)/6378137 = 1 /300 = 0.00335

타원체는 극지 네트워크에서 수평 위치(경도와 위도)를 결정하는 참조 기준으로 사용된다. 1984 세계측지좌표계(World Geodetic System of 1984. WGS84)는 미국 국방지도국(U.S. Defence Mapping Agency)[현재는 미국 국립지리정보국(National Geospatial Intelligence Agency)]에 의해 개발되었다. 이것은 범 지구적 참조 타원체로 미국의 범지구측위시스템(GPS)에 사용된다. 현재 세계적으로 25개의 서로 다른 지구 타원체가 지도 제작의 목적으로 사용되고 있다.