지구좌표계를 배워보자

공간상 1점의 위치를 결정하기 위해서는 원점의 위치, 좌표축의 방향과 위치를 결정하기 위한 요소들을 설정해야 하는데 이를 위한 좌표계로는 천문좌표계, 지구좌표계 및 궤도좌표계가 있다. 지구좌표계는 지표면상 점의 위치를 나타내기 위한 좌표계로서 대규모 지역에 이용되는 경위도 좌표계와 UTM 좌표계, 소규모 지역에 이용되는 평면직각좌표계와 극좌표계등이 있으며 최근 위성측량에 3차원 직교좌표계가 이용되고 있다. 처음에 공부를 시작하면서 드는 생각은 좌표계 하나만 쓰면 되지 뭘 이렇게 많이 써서 외우기 어렵게 만들어놨을까 였는데 읽다 보니 지구가 둥글어 하나의 좌표계만 쓰면 오차가 커질 수 있다는 것을 알았다. 그 옛날에 사람들은 지구가 둥근 건 어떻게 알고 좌표계를 맞춤으로 썼을까 매번 느끼지만 참 대단하다.

 

좌표계의 종류

1) 지구좌표계 : 지표면상의 점의 위치를 나타내기 위한 좌표계

- 경위도좌표계 : 지구 상 절대적 위치표시에 가장 널리 이용되는 좌표계이다.

- 평면직각좌표 : 비교적 소규모의 일반측량에서 널리 이용된다.

- UTM좌표 : 국제횡메르카토르 투영법에 의해 표현되는 좌표계이다.

- UPS좌표 : 국제극심입체투영법에 의하여 양극 지방 남북위 80도 이상에 사용된다.

- 3차원 직교좌표계 : 인공위성이나 천체를 관측하는 지구중심 측량 좌표계이다.

- 극좌표계 : 거리(S)와 방향(T)으로 제점의 위치를 표시하는 좌표계이다.

- WGS84좌표계(세계측지측량기준계) : 전 세계를 하나의 통일된 좌표계로 나타내기 위해 개발된 지심좌표계

 

2) 천문좌표계 : 천체의 별 또는 위성의 이동을 나타내는 좌표계

- 지평좌표 : 관측자의 연직선과 지평선을 기준으로 천체의 위치를 표시하며 방위각, 고저각좌표계라고도 한다.

- 적도좌표 : 천구상 위치를 천구적도면을 기준으로 적경과 적위 또는 시간각과 적위로 나타내는 좌표계

- 황도좌표 : 지구 공전궤도면을 기준으로 하여 태양계 내의 천체 운동을 설명한다.

- 은하좌표 : 은하적도를 기준으로 은경, 은위로 위치 표현한다.

 

3) 궤도좌표계 : 위성의 *궤도를 나타내기 위한 좌표계

*궤도력 : GPS에 의한 위치관측은 GPS위성과 수신기 사이의 거리와 위성의 위치자료, 즉 위성의 궤도력이 부정확할수록 지상에서의 위치관측 정밀도가 떨어진다. 그러므로 GPS관측자료의 처리에 있어서는 방송궤도력과 정밀궤도력 중에서 어떤 것을 사용할 것인가에 대해서는 적절한 판단에 의해서 결정해야 한다.

 

4) 경위도좌표계 : 지구타원체에 관계하는 각 관측을 기술하는 지리적좌표체계에 의해 표현되는 지구좌표체계이다. 전 세계적으로 경위도 좌표체계는 가장 많이 사용되는 것으로 좌표체계(측지 또는 지리경위도)는 자오선과 적도의 관계로 표시. 적도와 직교하여 남북으로 통하는 선으로 본초자오선으로부터 동서로 각 180˚로 나눈 것을 경도라 하며, 경도 간의 거리는 적도에서 크고 극에 가까워질수록 작아지고 극에 가서는 0이 된다. 적도에 평행되는 선을 가상하여 남북극까지 각 90˚로 나눈 것을 위도라 하고 인접 위도선 간의 거리는 적도 부근에서 좁고 극에 갈수록 넓다. 그러나 지구를 구로 생각할 때는 등간격이 된다. 경위도좌표를 평면직각좌표와 헷갈려하는 경우가 있는데 쉽게 생각하면 기준원점 자체를 경위도좌표는 절대값으로보고 평면직각좌표는 상대값으로 보면 구분하는데 도움이 될 것 같다.

 

5) 평면직각좌표계 : 비교적 소규모 측량에서 널리 이용된다. 측량 지역의 1점을 택하여 좌표 원점을 정하고 그 평면상에서 원점을 지나는 자오선을 X축, 동서방향을 Y축으로 한다. 

*평면직각좌표원점 : 평면직각좌표상의 원점으로 우리나라의 평면직각좌표원점에는 서부원점(125˚), 중부원점(127˚), 동부원점(129˚), 동해원점(131˚)이 있다.

 

6) UTM좌표계 : 국제횡투영법에 의하여 표현되는 좌표계로서 적도를 횡축, 자오선을 종축으로 한다. 경도는 서경 180˚ 기준으로 지구 전체를 6˚간격으로 60등분하고 위도는 남북위 80˚까지 포함하여 8˚ 간격으로 20등분한다. 고등학교 때 칠판에 선생님께서 바둑판처럼 생긴 걸 그려놓으시고는 UTM좌표계를 설명해 주셨던 게 생각이 난다. 우리나라는 TM (Bessel 타원체)좌표계를 국가기본도에서 사용하고 있고 남북으로 긴 나라에 적합하다는 말씀도 기억이 난다. 해도제작을 할 때도 예전에는 Bessel 타원체를 썼다고 하던데 현재는 WGS84로 통일해서 사용하고 있다.

 

7) UPS좌표계 : 위도 80˚ 이상의 양극지역 좌표를 표시하는 데 이용한다. UPS좌표는 국제극심입체투영법에 의한 것이며 *UTM 좌표의 상사투영법과 같은 특성을 지닌다. 아마도 지구가 둘레가 똑같은 완전한 공모양이 아니라 럭비공처럼 생겼다는 가정하에 오차를 줄이기 위한 방법으로 보인다.

*상사투영 : 투영 전과 후의 형태가 완전한 상사형을 이루는 투영. 등각투영은 여기에 해당된다.

 

※ UTM과 UPS

- 80˚N ~ 80˚S 지역의 지도는 UTM 좌표로 표시한다.

- 80˚N 이북과 80˚S 이남의 양극지역 지도는 UPS로 표시한다.

- 전세계를 일관된 좌표계로 표현 가능하다.

 

8) 3차원 직교좌표계 : 지구의 중심을 기준으로 하여 Z축은 지구의 극축에 평행이고 X축은 그리니치자오면에 평행이며, Y축은 X및 Z축에 직교하는 것으로 한다. 지심은 그 자체가 불분명하므로 어떤 특정측지계의 원점과 그 수직선을 기초로 하여 위치를 결정하는 좌표다. 근래에는 인공위성이나 관측용 장비에 의해 천체를 관측함으로써 측량망 결함에 3차원 측량법이 새로운 측량방법으로 대두되고 있다.

 

9) WGS좌표계 : 전 세계를 하나의 통일된 좌표계로 나타내기 위해 개발된 지심좌표계로, 지구의 형상과 물성에 가장 가깝게 정의된 기준좌표체계이다. 여기서 혼란이 온다. UTM과 WGS84는 내가 보기엔 똑같은데 도대체 무엇이 다른 것인지 모르겠다. 이런 말이 있지 않은가 모르면 그냥 외우라고. 그래서 외우기로 했다. WGS84는 84년도에 미국에서 만들어 세계적으로 합의한 타원체를 뜻하고 UTM(세계측지좌표)은 그걸 기반으로한 평면좌표체계라고 생각하자.

결 론

최근 측량은 위성측지계의 보급에 따라 측지분야, 지적 및 지형공간정보체계의 데이터베이스 분야에서 그 활용성이 커지고 있으나, 기존 좌표체계로는 새로운 위성측지기술 및 장비사용에 부적합하여 세계 단일의 지구중심좌표계로 전환을 하고 있다고 한다. 그래서 지도나 해도제작에 GPS좌표계로 통일을 하려는 것 같다. 지구에 이렇게나 많은 좌표체계가 있는 줄은 오늘 처음 알았다. 외우고 있는 지금도 이해가 안 되는 부분이 많다. 아무래도 다시금 하나씩 정리를 하면서 나름의 그림을 좀 그려봐야 할 것 같다.