측지계란?
기준 타원체가 정의된 후, 기준 타원체의 중심점을 결정해서 이 중심점을 기준으로 3차원 상에서 특정 위치를 정의할 수 있다. 여기서 기준 타원체의 중심이 되는 기준점을 측지계라 한다.
→ 타원체의 종류, 좌표계의 기준점과 방향(특정 위치 확인)을 정의
지역측지계
- 세계측지계 도입 전 해당 지역에 잘 맞는 지역측지계를 사용
- 일본의 경우 기준 타원체인 Bessel 타원체가 일본 주변의 지형과 가장 유사하다고 판단하여, 일본은 Bessel 타원체를 사용. 천문측량을 통해 동경원점의 지오이드 위치와 Bessel 타원체의 위치가 일치하는 지점을 결정하여 이를 중심으로 지표면을 타원체로 전개하여 위치를 결정하였고, 이를 동경측지계라 함
- 과거에 우리나라는 일본의 식민지로 인해 일본의 동경원점을 기준으로 측량을 전개하여 위치를 결정
- 지역측지계는 동경원점만이 지오이드와 동일하고 그 외에 위치에서는 지오이드와의 차이가 발생
세계측지계
- 24대의 GPS 위성을 통해 전 세계에 적용하기에 적합한 타원체를 확보하였고, 이것이 바로 GRS80 타원체
- 지구의 중심의 위치를 결정하기 위해 1997년 1월 1일 0시 0분 0초에 천체를 기준으로 지구의 중심의 위치를 기준으로 하는 XYZ 3차원 좌표의 체계를 결정하고, 이를 ITRF 97이라고 명명
- 따라서 전 세계적으로 GRS80 타원체에 ITRF 97(현재 ITRF2000) 체계를 결합하여 위치를 결정하도록 하고, 이를 세계측지계로 함
→ 지구의 질량중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표계
- 개념적으로 세계측지계라 하면 하나여야 맞지만, 나라별로 채용하는 시기나 구축에 있어서 그 방법이나 구현하는 정확도가 달라 세계 공통의 측지계라는 것은 존재하지 않는다고 볼 수 있다. 구축 기법에 따른 대표적인 세계 측지계로는 ITRF계, WGS계, PZ계 등 세 종류가 있다.
ITRF(international terrestrial reference frame)계는 현재 지구의 형상을 가장 잘 나타낸 타원체인 GRS80 타원체를 이용하고 있음
WGS84계는 WGS84 타원체를 이용하며 미국에서 군사 목적으로 개발된 GPS 체계로 운용되고 있음. 우리나라에서는 군사 지도나 해도등에 사용(기준 타원체를 지칭하는 용어로 사용되지만, ITRF처럼 3차원 직교 좌표계를 지칭하기도 함)
PZ계는 러시아가 군사 목적으로 구축하여 유지관리하고 러시아 GPS인 GLONASS에 이용되고 있는 좌표계
| 기준 타원체 | → | 좌표계 |
| GRS80 | ITRF | |
| WGS84 | WGS84 |
- 우리나라 지오이드와 Bessel 타원체와 GRS80 타원체의 차이는 얼마나 날까?
Bessel 타원체의 경우 -60m 가량, GRS80 타원체의 경우 +20~30m 가량 발생하므로, GRS80 타원체가 우리나라 지오이드와 더욱 유사함 - 또한, 지구의 중심은 계속 변하므로 그 기준을 삼기위해 1997년 1월 1일의 지구 중심의 위치를 기준으로 결정하였으나 3년이 지난 2000년에 지구의 위치가 8mm 가량 이동하였음
- 현재 우리나라는 GRS80 타원체와 ITRF2000계를 통해 세계측지계 위치를 결정하도록 법으로 명시하였음
- WGS84계와 ITRF2000계의 차이?
WGS84 타원체는 GRS80 타원체 정의 전에 미국에서 GPS 위성의 궤도 운용을 위한 타원체였으며 GRS80 타원체와 수치적으로 거의 차이가 없는 동일한 타원체이다.
하지만, WGS84계에 있어서 지구의 중심의 위치에 대해 미국에서 명확한 좌표를 제공하지 않고 있고, 학자들의 연구에 의해 몇십년 전에는 WGS84계의 중심과 ITRF계의 중심의 차이가 10m 가량 발생한다는 학설이 있었고, 현재는 그 차이가 현저히 줄어 지구의 중심이 거의 동일하다는 학설이 있다.
그리하여 현시점에서는 WGS84 타원체 - WGS84계의 조합과 GRS80 타원체 - ITRF2000계의 조합이 거의 동일하다고 판단되고 있다. 하지만 군사 목적으로 발사된 GPS 위성의 운용이 미국의 권한이고, 지구 중심에 대한 명확한 좌표를 제공하지 않고 있으므로 세계측지계에는 GRS80 타원체 - ITRF2000계를 활용한다.
하지만 해양, 항공 등에 있어서 미국의 영향으로 인해 여전히 WGS84를 많이 활용한다.
세계측지계를 활용한 우리나라 측지좌표의 전개
과거 우리나라의 경우 일본의 식민지로 인해 기준 타원체 Bessel로 정의된 동경측지계(도쿄데이텀)를 사용했다. 동경측지계는 일본 동경(tokyo)을 기준으로 한 측지계이다.
동경 측지계는 일본 동경 기준점에서 멀어질수록 측량 오차가 발생하는 문제점이 있고, 전세계적으로 실시되는 측위나 측량에서 통일된 기준으로 사용할 수 없는 문제가 있다. 그래서 2002년부터 기존의 동경측지계를 사용하지 않고 세계측지계를 사용하고 있다.
- 과거, 실용원점을 동경원점에서 출발하던 것과는 달리 세계측지계를 활용하여 지구측점의 출발을 지구 중심, 그리니치자오선, 적도가 만나는 위치를 기준으로 국내 경위도 원점을 경기도 수원시 국토지리정보원 내에 결정하였고, 이 경위도원점을 토대로 좌표를 전개함
- 다수의 GPS 기기에는 타원체 및 측지계가 WGS84로 명명되어 있으나 우리나라의 GPS 측량 기준이 되는 경위도 원점, GPS 상시 관측소는 모두 GRS80-ITRF2000계의 값을 기준으로 하므로 GPS 측량값도 GRS80-ITRF2000계의 값과 동일함
(현재 운용되고 있는 GNSS 위성이 미국의 GPS 위성으로 구성되어 있어 명칭이 WGS84인 것 뿐임)
Reference) https://blog.naver.com/rparadise/80151886039