GIS 지도 좌표계에 대한 정리~

지도 좌표계를 보면 참 복잡한 것 같습니다. 
Bessel, TM, UTM, WGS84 등등 다양한 이야기들이 나옵니다.

스마트폰이 대중화되면서 GIS에도 관심은 많아졌지만 대부분 지도 API 만을 사용할 뿐
해당 개념에 대해서는 파악하기가 어려운 면이 있는 것 같네요. 

그래서 한번 내용을 정리해 보도록 하겠습니다.

실제 지구를 덮고 있는 지형의 모양을 지표면이라고 하는데요. 지표면은 당연히 울퉁불퉁한 형태로 구성되어 있습니다.
그래서 평균 해수면을 토대로 다시 지구를 그려 본 것을 지오이드라고 합니다.
이것도 지표면보다는 조금 낫지만 역시 복잡한 모양으로 이루어집니다. 

그래서 지구의 모양에 잘 맞게 수학적인 타원체로 그려서 사용하게 됩니다.
하지만 이런 타원체가 나라마다 조금씩 다르게 구성되어 있습니다.
해당 국가의 지오이드 모양에 가장 잘 맞는 타원체를 채용하기 때문이죠..

영국(Airy, 1830), 인도(Everest, 1830), 한국/일본/동남아(Bessel, 1841), 북미/캐나다/필리핀(Clarke, 1866), 아프리카/프랑스(Clarke, 1880), 남미/서유럽(Hayford, 1924), 러시아(Krasovsky, 1940), 호주(Australian), 미국방성/NASA(WGS 72, WGS84)

위와 같은 형태로 국가마다 다른 타원체를 사용하게 됩니다.

또한 3차원으로 구성된 지구표면을 2차원의 지도로 옮기는 것을 지도투영이라고 합니다.
3차원을 2차원으로 변환할 때 찌그러지는 왜곡이 발생하게 됩니다.

보통 다음과 같은 3가지의 투영 기법을 사용하게 됩니다. 

1. 원통 투영

메르카토 도법이라고 하는데요 UTM(Universal Transverse Mercator) 도법의 기본이 되는 기법입니다.
남북방향으로는 투영오차가 적고 동서방향으로 오차가 크기 때문에 우리나라와 영국, 칠레와 같이 남북방향으로 긴 경우 사용한다고 합니다. 

2. 원뿔투영

중간크기의 나라나 극지방과 같은 원형 모양을 띈 나라에 적합하다고 합니다.

3. 평면투영

스위스와 같이 원형이 좁은 나라에 적합하다고 하네요.

그럼 본격적으로 자주 언급되는 좌표계를 살펴보도록 하겠습니다.

1. WGS84 좌표계

지구의 중심을 원점으로 XYZ축을 각각 정의하고 점의 위치를 표현하는 XYZ 좌표계의 일종입니다. 
각국의 지오이드에 가장 잘 맞는 개별적인 타원체와 달리 지구를 총괄하는 통일된 타원체를 사용합니다. 
그래서 GPS 위성에서 사용하는 좌표계이기도 합니다. 

구글맵에서도 이 좌표계를 사용합니다. 그래서 우리나라에서 많이 사용하는 좌표계와의 변환이 필요한 것이기도 합니다. 

2. TM 좌표계

우리나라와 같이 남북으로 긴 나라에서 사용하는 좌표계입니다.
앞에 말한 원통투영을 기반으로 하고 있으며 측량 범위가 넓지 않은 곳에서 일반측량을 위해 주로 사용하는 평면 직각 좌표계에 해당한다고 합니다. 

다음 그림과 같이 서부, 중부, 동부의 투영 원점을 기반으로 구성되어 있다고 합니다. 

3. UTM 좌표계

각국이 다른 좌표계를 사용하는데 따른 불편을 해소하고자 만든 통일된 직교좌표계라고 합니다. 

그럼 실제 각 좌표계가 어떻게 쓰이고 있는지 살펴보시죠.. 
관련 자료는 http://dna.daum.net/apis/maps/coordinate 에서 가져왔습니다.

좌표계	기반타원체	설명	비고
wgs84	wgs84	wgs84타원체를 사용하는 좌표계입니다. 위/경도 구형 좌표계	구글맵 야후맵 MS Live맵
tm	bessel	bessel타원체를 사용하는 국지 좌표계로써 우리나라의 경우 서부, 중부, 동부의 3개의 기준점을 가지고, 좌우 1도씩, 2도 간격의 평면좌표계입니다.
congnamul	bessel	bessel타원체를 기반으로 한 tm좌표계의 변형으로 섬지역(제주도, 독도, 울릉도, 백령도)의 실제 위치를 육지쪽으로 당겨 놓은 형태의 평면좌표계	콩나물 지도 다음 지도
wcongnamul	wgs84	wgs84타원체를 기반으로 한 tm좌표계의 변형	콩나물 지도 다음 지도
ktm	bessel	G7이라는 프로젝트의 일환으로 자동차부품연구원에서 네비게이션쪽에서 공동으로 사용하기 위해 만든 좌표계로써, 중부원점(127, 38)에서 약간 벗어난(128, 38)기준을 가지는 평면좌표계	네이버 지도
utm	bessel	tm이 국지 좌표계로써 각 나라마다 다른 기준점을 가진다면, utm은 전세계 공통으로 약간의 오차를 허용하며 좌우 3도씩, 6도 간격의 평면좌표계 입니다.
wtm	wgs84	wgs84타원체를 사용하여 평면좌표계로 투영한 tm좌표계 입니다.
wktm	wgs84	wgs84타원체를 사용하여 평면좌표계로 투영한 ktm좌표계입니다.
bessel	bessel	bessel타원체를 사용하는 구형좌표계입니다.

기본적인 GIS 관련 소스로 유명한 것이 PROJ.4라고 합니다. 
http://trac.osgeo.org/proj/

MIT License를 사용하고 있으며 다양한 언어별로 소스까지 제공하고 있네요.. 

참고자료: 청오G&G 원격탐사 교육자료, Daum 지도 API 좌표체계, PROJ.4 - Cartographic Projections Library