이번 글은 좌표계(Coordinate System)를 알아보도록 하겠습니다.
우리가 일반적으로 사용하는 GPS 장비는 위도와 경도를 이용하여
현 위치를 측정하며, 종이지도는 미터 값을 기준으로 현재 위치를 표기하기도 합니다.
이렇게 GIS 데이터는 다양한 방식으로 위치를 표기하는데 이러한 측위의 기준이 되는 것을 좌표계라고 합니다.
아래 그림과 같이 지표면 상의 위치는 좌측 그림의 타원체, 또는 우측 그림의 평면 상에 표시할 수 있습니다.
이렇게 좌표계는 일반적으로 아래 두 가지 유형으로 구분되는데요,
지리좌표계(Geographic Coordinate System, GCS)와 투영좌표계(Projected Coordinate System, PCS)가 있습니다.
여기서는 지리좌표계와 투영좌표계의 각각의 특성과 차이에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.
본 글은 GIS 데이터를 다루는데 있어 좌표계에 대한 기본적 이해를 돕기 위해 작성하였습니다.
1. 지리좌표계란 무엇인가?
지리좌표계란, 지구상에 위치를 정의하는데 3차원의 구면을 이용하는 좌표계를 지칭합니다.
지리좌표계에서 한 지점은 경도(longitude)와 위도(latitude) 값으로 지정됩니다.
위도와 경도는 지구 중심에서 지표면 상에 지점까지 측정된 각을 뜻하며 흔히 도(degrees)로 표시됩니다.
아래 그림을 한 번 살펴 보겠습니다.
좌측 그림과 같이 위도의 기준이 되는 선을 '적도(赤道, Equator)'라고 합니다.
'적'이 '赤(붉을 적)'인 이유는 고대 중국 천문학에서 적도를 붉은 색으로 그렸기 때문이라고 합니다.
이렇게 위도가 0˚인 적도를 기준으로 북쪽은 북위, 남쪽은 남위로 구분하고 있습니다.
우측 그림에서 본초 자오선(本初子午線, Prime Meridian)은 경도의 기준으로 사용됩니다.
자오선(子午線)은 중국 12지(支)의 자(子)의 방향인 북과, 오(午)의 방향인 남을 연결하는 선으로 명명되었습니다.
1884년부터 영국 런던 그리니치 구(舊) 왕립 천문대(Royal Observatory, Greenwich)를 지나는
자오선을 본초 자오선으로 지정했는데, 이것을 경도 0˚의 자오선으로 하여 동쪽은 동경, 서쪽은 서경으로 구분하고 있습니다.
우리나라는 북위 33°~43°, 동경 124°~132°에 위치하고 있습니다.
그렇다면 이렇게 위도와 경도를 표시하기 위해서는 무엇이 필요할까요?
바로 지구의 모습을 실제와 가깝게 나타낸 회전타원체인 지구 타원체(Earth Ellipsoid)입니다.
지구는 완전한 구(球)가 아니라 적도반지름이 극반지름보다 약간 긴 일그러진
타원체이므로, 과거에는 각 국가별로 최적화된 지역(Local) 지리좌표계를 선호해 왔습니다.
우리나라는 일제시대의 영향으로 일본에서 사용하던 Bessel 1841이라는 타원체를 그대로 가져와 사용해 왔는데요,
이러한 지역 지리좌표계는 지구 중심의 위치를 정의하는 데이텀(Datum)이 해당 국가 쪽으로 치우쳐 있어 측위오차를 발생하게 되었습니다.
우리나라에서 사용했던 Bessel 1841 타원체는 일본에 최적화된 Tokyo 데이텀을 사용했는데요,
현재는 지구 중심을 데이텀으로 사용하는 WGS84 또는 GRS80 타원체를 이용하여 위치를 표기하고 있습니다.
참고로, WGS84(World Geodetic System 1984)는 미국이 군사 및 GPS 운용을 목적으로 구축한 지구 타원체입니다.
GRS80(Geodetic Reference System 1980)은 국제측지학협회(IAG : International Association of Geodesy)와
국제측지학 및 지구물리학연합(IUGG : International Union of Geodesy and Geophysics)에서 채택한 지구 타원체입니다.
2. 투영좌표계란 무엇인가?
투영좌표계란 위에서 소개한 지리좌표를 평면 상에 투영한 좌표계입니다.
하나의 타원체를 투영하는데는 아래 그림과 같이 다양한 방식의 투영법이 존재합니다.
관련 글: UTM(Universal Transverse Mercator) 좌표계 | http://blog.daum.net/geoscience/406
일단 좌표가 평면 상에 투영되면, 각 좌표 값은 지정된 단위(미터, 피트와 같이)에 의해 X, Y 값으로 표시됩니다.
이 때 (0,0) 지점에 해당되는 측량원점(origin)이 필요할 텐데요, 우리나라에는 크게 4개의 원점이 존재합니다.
서부원점: 북위 38도선과 동경 125도선의 교차점
중부원점: 북위 38도선과 동경 127도선의 교차점
동부원점: 북위 38도선과 동경 129도선의 교차점
동해원점: 북위 38도선과 동경 131도선의 교차점
이해를 돕기 위해 각 측량원점을 구글어스 상에 띄워본 결과입니다.
그림을 보시면 측량원점을 사용하면 대부분의 영역이 X, Y값에서 -부호가 됩니다.
이에 -부호 좌표가 발생되지 않도록 각 구역의 좌표원점에서 X좌표는 500,000m,
Y좌표는 200,000m만큼 가산해 줍니다. 제주도는 보다 멀기 때문에 X좌표에 550,000m를 가산해 줍니다.
