좌표계(Coordinate Reference System, CRS) 기본 개념 - 투영법, 기준타원체

좌표계는 공간상에서 객체의 위치를 표현하기 위한 방법으로,

공간정보를 다룰 때 가장 중요하면서도 까다로워서 확실한 이해와 숙련이 필요하다.

 

좌표체계는 크게 지리좌표계와 평면좌표계로 분류할 수 있다. 

• 지리좌표계 (geographical coordinate system)
  • 경도, 위도로 나타내는 절대 위치 좌표계
  • 본초자오선과 적도면을 기준으로 경도, 위도를 결정
  • 고도 정보를 통해 3차원으로 나타낼 수도 있음

• 평면좌표계 (planar coordinate system)
  • X-Y축으로 구성된 평면-직각 좌표계가 일반적으로 사용됨
  • 다양한 투영법에 따라 평면 좌표를 정의
  • 3차원 지구를 2차원에 투영하면 왜곡이 발생 --> 분석하고자 하는 좁은 지역 (관심지역)에서 좌표를 정의할 때 사용
  • 투영 방법에 따라 지역별로 왜곡의 정도가 달라지는데, 왜곡이 발생하지 않을 수는 없어 최소화 시켜야 함!
• 투영면 형태에 따른 투영 분류
  
  • 평면도법 or 방위도법 (Azimuthal)

    

  • 원통도법 (Cylindrical)

    

    • Mercator projection, 메르카토르 투영법: 위선의 간격이 적도에서 멀어질수록 크게 투영됨. 고위도일수록 왜곡이 심함 
  • 원추도법 (Conic)

    

• 투영축에 따른 투영법 분류
  • 지역에 따라 투영축도 달라져야 함
  • 정축법 (normal)
  • 사축법 (oblique)
  • 횡축법 (transverse)
• TM (Transverse Mercator)
  • 횡축법을 사용한 메르카토르 투영법
  • 자오선 주변 지역의 투영결과가 정확하기 때문에 기본적인 투영법으로 많이 사용됨 

TM 좌표계는 대한민국의 국가 기준 좌표계이다. 

4개의 원점(서부, 중부, 동부, 동해)을 경도별로 설정하였다. 

또한 원점의 좌표를 N은 600,000, E 200,000으로 설정하여 마이너스 값을 피하도록 하고 있다. 

 

좌표계에서 또다른 중요한 개념은 "기준타원체"이다.

지구는 완전한 구형이 아니라 자전 등의 영향으로 타원체(ellipsoid) 형태라는 것이라고 알고 있을 것이다. 

이 타원체는 장축, 단축, 편평률, 이심률이라는 개념을 적용해 수학적으로 표현할 수 있다. 

즉, 구형이 아닌 지구의 표면을 정의하기 위해 "기준타원체"를 사용하는 것이다. 

기준타원체 역시 각 지역에 따라 적합한 타원체가 다르며, 같은 지역이어도 기준타원체에 따라 좌표값이 다르게 되므로 공간정보를 다룰 때에 이를 고려할 필요가 있다.

 

다양한 기준타원체가 존재하며, 

자주 사용하는 타원체로는 WGS84, GRS80, Bessel 1841 등이 있다. 

WGS84는 GPS에서 사용되고, Bessel 1841과 GRS80은 대한민국 TM 좌표계의 기본 타원체이다.

최근 국내에서 배포하는 대부분의 공간 자료들은 GRS80을 많이 사용하고 있는 것 같다!

Bessel 1841과 GRS80 간의 오차가 꽤 크기 때문에 좌표계 변환이 필요하다.