측량 기준계와 좌표계: WGS84, UTM, 주 평면 좌표계 및 변환

좌표계와 기준계란 무엇입니까?

좌표계는 도 단위의 위도와 경도 또는 미터 단위의 동향 좌표와 북향 좌표처럼 숫자로 위치를 설명하는 규칙입니다. 기준계는 그 숫자를 측정하는 참조 기준으로, 정해진 크기와 형상의 타원체를 원점과 방향으로 지구에 고정한 것입니다. 둘을 합쳐 좌표 참조 체계(CRS)를 이룹니다.

기준계를 간단히 정의하면 0이 어디인지, 지구를 어떤 형상으로 가정하는지를 알려주는 것입니다. 같은 물리적 점도 기준계에 따라 좌표가 달라지며 오래된 지역 기준계에서는 100 m 이상 차이 나기도 합니다. 따라서 좌표 목록, 도면 또는 GIS 레이어를 볼 때 가장 먼저 물어야 할 것은 “기준계가 무엇입니까?”입니다.

GIS에서 CRS는 흔히 EPSG 코드로 식별합니다. 예를 들어 WGS84 위도와 경도는 EPSG:4326입니다. 기준계와 EPSG 코드가 명시되지 않은 GIS 좌표계는 레이어 위치가 어긋나는 흔한 원인입니다. 더 폭넓은 GIS 맥락은 지리공간 데이터와 GIS 매핑 가이드를 참조하십시오.

측량과 GPS에서 기준계란 무엇입니까?

측량에서 기준계는 프로젝트의 모든 측정 좌표와 높이가 연결되는 수평 및 수직 참조 체계입니다. GPS에서 기준계는 위성 궤도와 그에 따른 수신기 위치를 계산하는 전 지구 참조 기준틀입니다.

수평(측지) 기준계

측지 체계 또는 측지 기준계는 GRS80이나 WGS84 타원체 같은 기준 타원체를 사용하고 기준국 좌표를 통해 이를 구현합니다. 현대 기준계는 지구 중심을 원점으로 하며 GNSS와 다른 우주 측지 기술로 구현됩니다. 오래된 지역 기준계는 특정 지역에 맞춰져 있어 전 지구 기준계와 수백 미터 차이가 날 수 있습니다.

수직 기준계

수직 기준계는 높이의 참조 기준으로 미국의 NAVD 88처럼 평균 해수면에 근사합니다. GNSS는 타원체고(h)를 측정합니다. 정표고(H)를 얻으려면 지오이드 모델의 지오이드고(N)를 빼야 합니다. H = h − N입니다. 지오이드는 타원체보다 수십 미터 높거나 낮을 수 있으므로 잘못된 모델을 쓰거나 모델을 쓰지 않는 것은 GNSS 수준 측량에서 가장 큰 손실을 초래하는 실수 중 하나입니다.

기준점이란 무엇입니까?

측량에서 기준점은 수준점이나 기준국처럼 공표된 좌표 또는 높이를 가진 물리적 표지로, 프로젝트를 기준계에 연결하는 데 사용합니다. 공학 도면에서는 의미가 조금 달라 모든 치수를 측정하는 참조점일 수도 있습니다.

측량사는 어떤 기준계와 기준틀을 사용합니까?

측량사는 주로 전 지구 기준틀(WGS84 또는 ITRF)이나 지역 지각판에 고정된 국가 기준계에서 작업하며 둘 사이의 관계를 알아야 합니다.

WGS84 기준계 또는 측지 기준계 WGS84는 장반경 6,378,137 m, 편평률 1/298.257223563의 타원체를 사용하며 미국 국가지리정보국이 유지 관리합니다. 미국 국가측지조사국(geodesy.noaa.gov)은 NAD83와 NAVD 88을 대체할 새 기준틀을 준비하고 있으므로 각 프로젝트가 지정한 기준계와 기준 시점을 확인하십시오.

측량과 GIS에서 사용하는 좌표계에는 어떤 종류가 있습니까?

좌표계는 크게 지리 좌표계(위도, 경도, 높이), 지구중심 좌표계(지구 중심 X, Y, Z), 투영 격자 좌표계(동향 좌표, 북향 좌표)의 세 유형과 로컬 현장 격자로 나뉩니다.

• 위경도 좌표계(지리 좌표계): 타원체상의 각도로, 예를 들어 31.2304° N, 121.4737° E입니다. 범용적이지만 도는 거리와 면적 계산에 편리한 단위가 아닙니다.
• 지구중심 XYZ: 지구 중심에서 미터 단위로 나타내는 공간 좌표이며 GNSS 처리 내부에서 사용합니다.
• 투영 격자 좌표계: 지도 투영법으로 곡면을 미터 또는 피트 단위의 평면 x y 좌표계로 변환합니다. UTM, 주 평면 좌표계, 영국 국가 격자와 국가별 횡메르카토르 격자가 예입니다.
• 로컬 또는 현장 격자: 1000, 5000 같은 임의 원점을 사용하며 흔히 현장 보정으로 GNSS에 연결합니다.

UTM

UTM(Universal Transverse Mercator)은 세계를 각각 경도 폭 6°의 60개 구역으로 나눕니다. 각 구역의 중앙자오선 축척계수는 0.9996이고 가산 동향 좌표는 500,000 m입니다. 남반구 구역에서는 가산 북향 좌표 10,000,000 m를 더합니다.

주 평면 좌표계

주 평면 좌표계는 미국을 100개 이상의 구역으로 나누며 동서 방향으로 긴 주에는 람베르트 정각 원추 투영을, 남북 방향으로 긴 주에는 횡메르카토르 투영을 사용합니다. 구역이 작아 왜곡이 적습니다. 단위에 주의하십시오. 미국 측량 피트는 2022년 말 공식 폐지되었으며 국제 피트와 2 ppm 차이가 납니다. 이는 북향 좌표 1,000,000 ft에서 약 2 ft에 해당합니다.

이 좌표계 사례들은 도면의 좌표계 정의에 기준계, 투영법, 구역과 단위를 항상 포함해야 하는 이유를 보여줍니다.

격자 좌표와 지상 좌표의 차이는 무엇입니까?

격자 좌표는 평면 지도 투영면에 놓이고 지상 거리는 현장 표고의 지표면에서 측정합니다. 둘 사이에는 수백 ppm에 이를 수 있는 결합 축척계수 차이가 있습니다.

결합 축척계수는 해당 위치의 투영 격자 축척계수에 현장 높이의 거리를 타원체면으로 축소하는 표고 계수를 곱한 값입니다. 표고 1,000 m에서는 표고 계수만으로도 약 157 ppm, 즉 킬로미터당 15.7 cm의 차이가 납니다. 토탈스테이션은 지상 거리를 측정하고 GNSS는 격자 좌표를 제공합니다. 축척계수를 적용하지 않고 섞으면 측설한 선이 폐합하지 않습니다.

좌표 변환은 어떻게 작동합니까?

기준계 변환은 한 기준계의 좌표를 다른 기준계로 바꾸는 것이며, 좌표 표현 변환은 위경도를 UTM으로 바꾸는 것처럼 같은 기준계 안에서 위치 표현 방식만 바꾸는 것입니다.

• 헬머트 7매개변수 변환: 세 개의 평행이동, 세 개의 회전과 축척 하나로 구성됩니다. 시간 의존적인 14매개변수 방식은 판 운동에 따라 움직이는 기준틀을 위해 변화율을 추가합니다.
• 격자 기반 변환: 오래된 국가 기준계의 불규칙한 왜곡을 모델링하는 공표된 변위 격자(예: NTv2 형식 파일)를 사용합니다.
• 현장 보정(로컬라이제이션): 알려진 로컬 기준점의 GNSS 측정값으로 현장에서 계산하는 최적 적합 변환입니다.

정확도는 매개변수에 따라 달라집니다. 공표된 국가 변환은 흔히 몇 센티미터 정확도를 제공하지만 일반적인 WGS84-로컬 기준계 변환 매개변수는 1미터 또는 그보다 낮은 정확도에 그칠 수 있습니다. 프로젝트에서 기준계를 변환할 때는 다음 작업반도 같은 결과를 얻도록 사용한 변환과 버전을 기록하십시오.

x 및 y 좌표를 위도와 경도로 변환하는 단계

x 및 y 좌표를 위도와 경도로 변환하려면 격자의 정확한 투영법, 기준계, 구역과 단위를 알아야 합니다. 이 정보가 있으면 신뢰할 수 있는 좌표 변환 도구나 현장 소프트웨어에서 역투영을 수행할 수 있습니다.

1. CRS를 확인합니다. 도면, 메타데이터 또는 EPSG 코드에서 기준계, 투영법, 구역과 단위를 찾습니다. 구역을 추측하지 마십시오.
2. 단위를 확인합니다. 미터, 국제 피트 또는 미국 측량 피트인지 확인합니다.
3. 도구를 선택합니다. 측량 또는 GIS 소프트웨어나 국가 측지 기관의 온라인 변환기를 사용합니다. 단일 점은 기준계가 명시되어 있다면 UTM 구역 변환기나 주 평면 좌표 변환기로도 충분합니다.
4. 먼저 같은 기준계에서 xy를 위도와 경도로 변환합니다.
5. 필요하다면 합의된 변환을 사용하여 NAD83에서 WGS84로 바꾸는 등 기준계를 변환합니다.
6. 알려진 점으로 확인합니다. 영상 위에 표시하거나 공표된 기준점 좌표와 비교합니다.

일반 소비자용 지도에서 읽은 좌표는 미터급에 불과합니다. 경계에 대해서는 GPS로 토지 경계를 찾는 방법 가이드를 참조하십시오. 같은 단계를 거꾸로 수행하면 좌표를 x y로 변환할 수 있습니다. 결과가 수백 미터 어긋나면 보통 구역이나 기준계가 잘못된 것이고, 몇 미터 어긋나면 기준계 변환이나 단위를 의심해야 합니다.

GNSS 측량 작업에서 좌표계를 설정하는 방법

첫 점을 측정하기 전에 컨트롤러에서 좌표계를 설정하고 베이스, 로버와 사무실 소프트웨어가 정확히 같은 정의를 사용하도록 하십시오.

1. 기준계, 투영법과 구역 또는 프로젝트의 EPSG 코드를 선택하고 높이용 지오이드 모델을 선택합니다.
2. RTK 베이스 스테이션 설치 가이드의 설명대로 GNSS 어댑터가 있는 트라이브랙을 사용해 기지 기준점 위에 정확히 구심하여 베이스를 설치하거나, NTRIP 및 CORS 가이드에 설명된 대로 올바른 기준틀의 CORS 네트워크에 연결합니다.
3. 프로젝트가 로컬 격자를 사용하면 잘 분포된 최소 네 개의 기준점으로 현장 보정을 수행하고 잔차를 확인합니다.
4. 작업 전후에 독립적인 검사점을 측정합니다.

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자주 묻는 질문