그동안 아무 생각없이 GPS 좌표를 써왔다. 그런데, 미세먼지 앱을 만들어 볼까 하다가 정보를 보니, TM좌표계로 측정소 좌표가 나온다네? GPS좌표랑 틀린거가 해서 봤더니… 히스토리가 좀 있었음.
사전지식으로 좌표 표시방법에 대해 좀 알아야 한다. 우리가 보통 지구본을 보듯 지구를 구로 가정하고 위경도로 표현한다.
지구타원체
그렇지만, 실제 지구는 울퉁불퉁 찌그러져 감자처럼 생기고 표면도 높낮이가 제각각에 전체적인 모습은 타원에 가깝다. 그래서 좌표계를 사용할 땐 가상의 지구 타원체를 가정한다.
그런데, 이 타원체는 기준을 어떻게 잡냐에 따라 제각각 달라진다. 세계적 기준이 없던 시기에 각각 자기네 국가표시에 용이한 타원체를 사용했다. 우리는 식민지배라는 과도기적 시기 때문인지 지리정보 표시에 일본에서 사용하는 기준을 차용했다. 그래서 그림의 왼쪽 동경측지계 기준을 사용했다. 동경측지계는 “Bessel 1841” 이라는 지구타원체 모델을 사용한다. 최근에서야 “GRS80” 타원체 모델을 사용하는 오른쪽 세계측지계를 사용하도록 변경되었지만, 그동안 사용해온 이력이 있기 때문에 모든게 바뀌기 쉽지 않다.
GRS80은 지구 중력 중심을 기준으로 잡은 타원체이다. 이와 비슷한 걸로 WGS84가 있는데, 이는 미국에서 군사적 목적으로 만들어진 것으로 GPS에 사용되며, 동일하게 지구 중력 중심을 기준으로 하나 아주 미세한 차이가 있어 실제 사용에는 거의 동일하게 보고 있다. 타원체의 표현은 지구 중심과 장반경과 단반경으로 구분된다.
| 타원체 | 장반경 a | 단반경 b | 편평률 f | 사용지역 |
| Bessel | 6,377,399.155m | 6,356,078.962822m | 1/299.15281285 | 유럽, 일본, 대한민국 |
| GRS80 | 6,378,137.0m | 6,356,752.314140347m | 1/298.257222100882711243 | 전세계 |
| WGS84 | 6,378,137.0 m | 6,356,752.314245m | 1/298.257223563 | 전세계 |
프로젝션(매핑)
지구타원체를 사용해도, 아직 위도/경도를 사용해야 한다. 지도상 좌표로 사용하기 위해선 이를 평면에 투영 매핑해줘야 한다. 여기서 사용되는 투영법이 TM(Transverse Mercator )이다. 보통 메르카도르(Mercator)투영법은 타원체를 원통으로 감싸서 그 옆면에 투영하고 이를 펼치는 방법인데, TM은 원통을 옆으로 뉘워 투영하는 방법이다.
하지만, 왜곡이 존재하고 지구 전체로 보면 심해질 수 있기 때문에 잘게 쪼개서 적용하게 된다.
WGS84나 GRS80은 세계를 표시해야 하므로 UTM(Universal Transverse Mercator) 투영을 사용한다. 이는 경도를 6도씩 나누고 위도를 남위 80~북위 84까지 20개로 나뉘어(가장 위쪽만 12도 나머지는 8도) 구역을 표시한다. 이를 각각 1-60, A-Z로 구분하는 방법이다.
우리나라에서 TM 좌표계라 부르는건, 우리나라만 커버하면 되기 때문에 기준점이 우리나라 기준으로 정해져있다. 우리나라는 그 기준점이 4개 존재한다.
4개의 기준점의 데이터는 다음과 같다.
| 명칭 | 원점의 경위도 | 적용구역 |
| 서부좌표계 | 경도: 동경 125 00 00 . 0000 위도: 북위 38 00 00 .0000 | 동경 124 ~ 126 |
| 중부좌표계 | 경도: 동경 127 00 00 .0000 위도: 북위 38 00 00 .0000 | 동경 126 ~ 128 |
| 동부좌표계 | 경도: 동경 129 00 00 .0000 위도: 북위 38 00 00 .0000 | 동경 128 ~ 130 |
| 동해좌표계 | 경도: 동경 131 00 00 .0000 위도: 북위 38 00 00 .0000 | 동경 130 ~ 132 |
이 기준점을 원점으로 북쪽은 X축, 동쪽은 Y축으로 표시한다. 또는 그냥 N, E로 표시하기도 한다. 문제는 원점의 남쪽과 서쪽은 마이너스 값이 되기 때문에 커버가 가능한 충분한 값을 더해서 대충 국내 정보는 양수가 되도록 해주는데, 동쪽으로 200,000m, 북쪽으로 500,000m를 더해줬었다. 그런데, 제주지역은 여전히 음수가 생기는 문제가 있어, 북쪽으로 600,000m를 더해주도록 2009년에 바뀌었다고 한다. 미세먼지 데이터를 받아보면, 중부기준인 것을 알 수 있다.
이렇게 4개 원점을 사용하는게 혼란스럽기 때문에, UTM-K라고 해서 하나의 원점을 사용하기 위한 것도 도입되었다.
여기서는 원점이 N38°00’00″/E127°30’00” 이다. 그리고 가산수치는 동쪽 1,000,000m, 북쪽 2,000,000m 으로해서 충분히 한반도를 커버하도록 해주었다.
추가로 국가지점번호 체계라는 것이 있는데, 위의 UTM-K 기준에서 100km단위로 격자로 나눈 것으로 위 지도에 보이듯 알파벳 대신 가나다라마바로 격자 명칭을 붙인 것이다. 예를들어 천왕봉은 “라마 20995 04647” 가된다. 라마격자에서 동쪽 2만995m, 북쪽4647m 위치에 있다는 얘기다.
간단 정리
간단히 말해 복잡하고 젠장스럽게 전부 통일되어 있지 않다는 얘기. GPS에서 오는 위/경도는 WGS84라고 생각하면 되며, 이는 GRS80이나 크게 다르지 않다. 이를 지도상에 표시할 땐, 사용하는 지도에 따라 적절한 TM변환을 해주면 되며 카카오맵이든 네이버지도든 이건 알아서 해주는 것으로 보인다.
진짜 문제는 우리나라에만 한정된 지적정보, TM좌표계 같은거. TM좌표 <->기타 좌표로 변환하려면 타원체와 실린더 사이의 매핑을 수학적으로 다뤄야 하며, 원점에 해당하는 기준점 기준으로 아마도 계산해야 할 것으로 보이기 때문에 주의해야 한다. 관련된 수식은 몇군데 보이긴 하는데, 상당히 복잡해 여기서는 생략했으며, 국토정보 플랫폼 사이트에서 변환을 도와준다.
https://map.ngii.go.kr/ms/mesrInfo/coordinate.do
관심이 없던 부분인데, 한번쯤 알아둬야 할 내용같아서 정리해봤다. 건축이나 측지쪽에서 우리나라 로컬라이즈된 TM좌표계등을 여전히 쓰고 있는거 같아서. 미세먼지 측정소 위치정보가 TM좌표계이듯 ㅋ
참고할만한 글들 :