세계 측지계

World Geodetic System
측지
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기초
개념
테크놀로지
표준(이력)
NGVD 29해수면 데이텀 1929
OSGB361936년 영국 무기조사국
SK-42시스템아 쿠르디나트 1942 고다
ED50유럽 데이텀 1950
SAD69남미 데이텀 1969
GRS 801980년 측지 참조 시스템
ISO 6709지리적 점 좌표. 1983년
NAD 83북미 데이텀 1983
WGS 84세계 측지 시스템 1984
NAVD 88N. American Vertical Datum 1988
ETRS89유럽 지상파 참고 자료1989년 시스템
GCJ-02중국어 난독화 데이터 2002
지리 URI포인트 2010에 대한 인터넷 링크

WGS(World Geodetic System)는 GPS를 포함한 지도 제작, 측지학 및 위성 항해에 사용되는 표준입니다.이 표준에는 좌표계의 기본 및 파생 상수, 정상 중력 지구 중력 모델(EGM), 관련 세계 자기 모델(WMM)의 설명 및 국소 기준 [1]변환의 현재 목록이 포함됩니다.

최신 개정판은 WGS 84(2D 좌표 참조 시스템(CRS)의 경우 EPSG:4326, 3D CRS의 경우 EPSG:4979 및 지심 3D CRS의 경우 EPSG:4978)로 미국 국립지리정보국에 의해 확립 및 유지되고 있다.WGS 84 앙상블은 정적이지만 프레임 실현에는 획기적인 것이 있습니다.이전의 방식에는 WGS 72, WGS 66 및 WGS 60이 포함되어 있었습니다.WGS 84는 Global Positioning System에서 사용되는 기준 좌표계입니다.

CRS 표준으로서 URN에 의해 표현되는,urn:ogc:def:crs:EPSG::4326구성 [4]요소는 다음과 같습니다.

  • 표준 타원체 [5]모형이라는 기준 타원체 모형urn:ogc:def:ellipsoid:EPSG::7030;
  • 그리고 이 타원체는 표준 수평 기준점에 위치하고 있으며, 이름은urn:ogc:def:datum:EPSG::6326.

모든 프레임 실현(G1762', 2017년 1월 29일, 1934년 GPS 주간)은 WGS 84에 따라 EPSG에 속하지는 않지만, IGS14에 따라 EPSG에 포함된다. G1762'는 IGS14가 최초로 사용되었다.

정의.

WGS 84의 좌표 원점은 지구 질량의 중심에 위치한다는 것을 의미하며, 불확실성은 2cm [6]미만으로 추정된다.

WGS 84 경도 0 자오선은 영국 왕립 천문대 [8][9]위도에 있는 그리니치 자오선에서 동쪽으로 5.3초 또는 102미터(335ft) 떨어진 IERS 기준 [7]자오선이다.

WGS 84 기준 표면은 적도에서의 적도 반지름 a = 6378137m이고 평탄화 f = 1/298.257223563이다.WGS 84 중력 상수(지구 대기의 질량 포함)의 정제값은 GM = 3986004.418×10m83/s이다2.지구의 각 속도는 [10]θ = 72.92115×10−6 rad/s로 정의된다.

이를 통해 a × (1 - f) = 6356752.3142m와 같은 극성 반원심축 b와 첫 번째 이심률 제곱 e2 = 6.69437999014×[10]10과−3 같은 여러 계산된 매개변수가 도출된다.

WGS 84는 지구 중력 [11]모델 2008을 사용한다.이 지오이드는 2160도의 [12]구형 고조파 시리즈를 사용하여 공칭 해수면 표면을 정의합니다.이는 1996년 EGM96 모델에 비해 개선된 것으로, EGM84로 불리는 원래의 WGS 84 지오이드보다 개선된 것입니다.WGS 84 기준 타원체로부터의 EGM96 지오이드의 편차는 약 -105m에서 약 +85m까지이다.[13]

WGS 84는 또한 현재 World Magnetic Model [14]2020을 사용하고 있다.다음 정기 업데이트(WMM2025)는 [citation needed]2024년 12월에 진행됩니다.

역사

다양한 국가 측량 시스템을 보완하려는 노력은 19세기에 F.R.과 함께 시작되었다. 헬머트의 유명한 책 Mathische und Physikalische Theoryien der Physikalischen Geodésie.오스트리아와 독일은 국제 측지국(International Bureau of International Erdmessung, 국제 측지국)을 설립했으며, 지구의 일련의 지구 타원체(예: Helmert 1906, Hayford 1910/1924)가 파생되었다.

전 세계의 통일 측지계는 1950년대에 다음과 같은 몇 가지 이유로 필수적이 되었다.

1950년대 후반, 미국 국방부는 다른 기관 및 국가의 과학자들과 함께 지리 데이터를 참조할 수 있는 필요한 세계 시스템을 개발하기 시작했고, 널리 분리된 관심 장소의 좌표 간에 호환성을 확립했다.미 육군, 해군, 공군의 노력이 합쳐져 DoD World Geodetic System 1960 (WGS 60)이 탄생했다.여기서 사용된 기준이라는 용어는 다양한 관측소 사이의 거리 및 표고 차이에 대한 측량자의 측정값과 일치하며, 어느 정도 임의로 제로 표고로 정의된 매끄러운 표면을 가리키며, 모두 위도, 경도 및 표고의 그리드로 감소됩니다.유산 측량 방법에서는 스피릿 레벨, 수직선 또는 국소 중력장에 따라 달라지는 동등한 장치에 의해 결정되는 국소 수평과의 표고 차이를 발견했습니다(물리적 측지학 참조).그 결과, 데이터내의 표고는 위성 측지학에서는 쉽게 찾을 수 없는 지표면인 지오이드를 참조한다.후자의 관측 방법은 글로벌 매핑에 더 적합합니다.따라서, WGS와 유사한 작업에서 동기 부여와 상당한 문제는 서로 다른 지역에 대해 개별적으로 만들어진 데이터를 패치하는 것이 아니라 지오이드가 아닌 타원체 모델에 표고를 다시 참조하는 것이다.

무게 측정 기준 방향

범세계 지도 시스템 60을 성취하는 것에서, 고 정밀 단거리 전자 항법 체계[15]·캐나다 SHORAN 조사에서 입수할 수 있는 표면 중력 데이터,astro-geodetic 데이터와 결과는best-fitting고 각각의 처음에 선택한 기준점을 위한 지구 중심 방향 타원체를 정의합니다.(모든 기준점이 상대적으로 작은 만의 다른 부분에 관해서 지향적이 사용되었다.아이디 by 이미 설명한 천체 측지법).WGS 60 개발에 대한 위성 데이터의 유일한 기여는 위성의 결절 운동에서 얻은 타원체 평탄화 값이었다.

WGS 60 이전에, 미 육군과 미 공군은 각각 무게 기준 배향법에 다른 접근법을 사용하여 세계 시스템을 개발했다.공군은 이들의 중력 방향 매개변수를 결정하기 위해 주요 기준 구역에서 특별히 선택된 관측소에서의 중력 및 천체 측지학적 편향과 지오이드 높이(추정) 간의 차이의 평균을 사용했다.육군은 천체 측지학과 중력 측지학 사이의 차이를 최소화하기 위해 조정을 실시했다.선택된 데이텀의 상대적인 성계 측지학 지오이드를 지구중심 중량계 지오이드에 매칭함으로써 선택된 데이텀을 지구중심 방향으로 축소했다.육군과 공군 시스템은 NAD, ED 및 TD 지역에 대해 상당히 잘 합의했기 때문에 통합되었고 WGS 60이 되었다.

1966년판

지구 시스템의 개선점에는 Irene Fischer의 Astrogeoid와 우주인 Mercury datum이 포함되었다.1966년 1월, 미국 육군, 해군 및 공군의 대표들로 구성된 세계 측지계 위원회는 지도 작성, 도표 작성 및 측지계 요건을 충족하는 개선된 WGS를 개발하는 임무를 맡았다.WGS 60 개발 이후 추가적인 표면 중력 관측, 삼각 측량 및 삼변측정 네트워크의 확장 결과, 대량의 도플러 및 광학 위성 데이터를 이용할 수 있게 되었다. 추가 데이터와 개선된 기술을 사용하여 WGS 66은 DoD의 i 이후 약 5년 동안 요구를 충족시키는 데 사용되었다.1967년에 사형을 받았다.WGS 66 Ellipsoid의 정의 매개변수는 평탄화(1/298.25)와 반조르 축(6378145m)이었다.전 세계 5° × 5° 평균 자유 공기 중력 이상장이 WGS 66 중량 지오이드를 생성하기 위한 기본 데이터를 제공했다.또한 WGS 66 Ellipsoid를 참조하는 지오이드는 제한된 육지 면적을 상세하게 표현하기 위해 이용 가능한 천체 측지학 데이터에서 도출되었다.

1972년판

약 3년에 걸친 광범위한 노력 끝에 국방부 세계측지시스템 1972가 완성되었다.DoD 선원과 비DoD 선원 모두에서 1972년까지 사용할 수 있는 선택된 위성, 표면 중력 및 천체 측지학 데이터는 통합 WGS 솔루션(대규모 최소 제곱 조정)에 사용되었다.조정 결과는 초기 측점 좌표에 대한 보정과 중력장 계수로 구성되었다.

WGS 72의 개발에는 지금까지 WGS 용도로 사용된 데이터 중 가장 많은 데이터가 수집, 처리 및 적용되었다. 광학적 및 전자 위성 데이터가 모두 사용되었다.전자 위성 데이터는 부분적으로 미국 해군이 제공한 도플러 데이터와 해군 항법 위성 시스템(NNSS)을 지원하기 위해 설립된 협력적인 비 DoD 위성 추적 스테이션으로 구성되었다.도플러 데이터는 1971년과 1972년 동안 GEOCEIVER에 의해 설립된 수많은 사이트에서도 이용할 수 있었다.도플러 데이터는 WGS 72의 주요 데이터 소스였다(이미지 참조).추가적인 전자 위성 데이터는 미 육군이 1970년에 완성한 SECOR (sequential Collation of Range) 적도 네트워크를 통해 제공되었다.Worldwide Geometric Satellite Drianguation Program의 광학 위성 데이터는 BC-4 카메라 시스템에 의해 제공되었습니다(이미지 참조).스미소니언 천체물리 관측소의 데이터도 사용되었는데, 여기에는 카메라(베이커-눈)와 레이저 범위가 포함되어 있었다.

WGS 72 개발 데이터를 제공하는 도플러 위성 지상국
전 세계 기하학적 위성 삼각 측량 네트워크, BC-4 카메라

통합 WGS 솔루션에 사용된 표면 중력장은 지상 데이터만으로 파악된 410개의 10° × 10° 면적 평균 자유 공기 중력 이상으로 구성되었다.이 중력장에는 관측된 중력 데이터가 충분한 양으로 이용 가능한 경우 관측된 중력 데이터에서 직접 집계된 평균 이상값이 포함된다.희박하거나 관측 데이터가 없는 영역에 대한 값은 중력-지구물리 상관 기법을 사용하여 지구물리학적으로 호환되는 중력 근사치에서 개발되었다.410개의 평균 자유 공기 중력 이상 값 중 약 45%는 관측된 중력 데이터에서 직접 결정되었습니다.

기본 형태의 천체 측지 데이터는 다양한 국가 측지 데이터를 참조하는 수직 구성요소의 편향으로 구성된다.이러한 편향 값은 이러한 국가 기준점이라고 하는 천체 측지학 지오이드 차트에 통합되었다.지오이드 높이는 육지에 대한 추가 상세 데이터를 제공함으로써 Unified WGS 솔루션에 기여했습니다.BC-4, SECOR, 도플러 및 베이커-난 시스템의 인접 관측소 좌표를 일관되게 조정하기 위해 기존 지상 조사 데이터가 솔루션에 포함되었다.또한 용액 규모를 제어하기 위해 길이 8개의 지오디미터 선 정밀 횡단이 포함되었습니다.

위에서 설명한 바와 같이 Unified WGS Solution은 이용 가능한 데이터의 최적의 조합을 기반으로 중력장의 측지학적 위치 및 관련 파라미터에 대한 솔루션이었다.WGS 72 타원체 매개변수, 기준 이동 및 기타 관련 상수는 별도로 도출되었다.통합 솔루션의 경우 언급된 각 데이터 세트를 기반으로 정규 방정식 행렬이 형성되었습니다.그런 다음 개별 정규 방정식 행렬을 결합하고 결과 행렬을 풀어 위치와 매개변수를 구했다.

WGS 72 Ellipsoid의 반조르 축(a) 값은 6378135m이다.WGS 66 Ellipsoid의 값보다 10m 작은 a 값을 채택한 것은 위치와 중력장 결정을 위한 위성 및 표면 중력 데이터의 조합을 포함한 여러 계산과 지표를 기반으로 했다.위성 유도 측점 좌표 세트와 수직 및 지오이드 높이 데이터의 무게 편향을 사용하여 국소 대 지구 중심 기준 이동, 기준 회전 매개변수, 기준 척도 매개변수 및 WGS Ellipsoid의 반조르 축에 대한 값을 결정했다.8개의 솔루션이 다양한 입력 데이터 세트로 작성되었습니다.조사적인 관점에서도 컴퓨터 한계로 인해 개별 솔루션에서 해결할 수 있는 미지의 수가 한정되어 있기 때문입니다.선택된 도플러 위성 추적과 천체 측지 데이터 방향 관측소가 다양한 솔루션에 포함되었다.이러한 결과와 위원회가 달성한 기타 관련 연구를 바탕으로 6378135m의 a-값과 1/298.26의 평탄화를 채택했다.

로컬-WGS 72 데이텀 시프트를 개발하면서 서로 다른 측지학 분야의 결과를 조사, 분석 및 비교했다.채택된 이러한 이동은 주로 전세계적으로 이용 가능한 다수의 도플러 TRANET 및 GEOCEIVER 기지 좌표에 기초하였다.이들 좌표는 도플러 포인트 포지셔닝 방법을 사용하여 결정되었습니다.

1984년판

WGS 84 참조 프레임이 이미지에서는 타원체의 편평성이 과장되어 있습니다.
그리니치 자오선이 WGS 84 데이텀에서 서쪽으로 0.089분(또는 5.34초) 떨어진 것을 나타내는 핸드헬드 GPS 수신기(IERS 기준 자오선)

1980년대 초, 새로운 세계 측지계의 필요성은 미국 국방부뿐만 아니라 측지학계에 의해 일반적으로 인식되었다.WGS 72는 현재 및 예상되는 모든 애플리케이션에 충분한 데이터, 정보, 지리적 범위 또는 제품 정확도를 제공하지 않게 되었습니다.새로운 WGS를 생산하기 위한 수단은 개선된 데이터, 향상된 데이터 범위, 새로운 데이터 유형 및 향상된 기술의 형태로 이용 가능했다.GRS 80 매개변수와 이용 가능한 도플러, 위성 레이저 거리 측정 및 초장기선 간섭계(VLBI) 관측치가 함께 중요한 새로운 정보를 구성했다.위성 레이더 고도 측정에서 뛰어난 새로운 데이터 소스를 이용할 수 있게 되었다.또한 코로케이션이라고 불리는 진보된 최소 제곱법은 지구 중력장과 관련된 다양한 유형의 측정, 지오이드, 중력 이상, 편향 및 동적 도플러와 같은 측정에서 일관된 결합 솔루션을 가능하게 했다.

새로운 세계 측지계는 WGS 84라고 불렸다.GPS가 사용하는 기준 시스템입니다.그것은 지구중심적이고 m 내에서 전지구적으로 일치한다.IERS에 의해 유지되는 지구 중심 기준 시스템 계열의 국제 지상 기준 시스템(ITRS)의 현재 측지학적 실현은 몇 cm 수준에서 지구 중심적이며 내부적으로도 일관성이 있다. 그러나 WGS 84와 여전히 일치한다.

WGS 84는 원래 GRS 80 기준 타원체를 사용했지만, 최초 발행 이후 개정판에서는 약간의 개선을 거쳤다.이러한 개선사항의 대부분은 인공위성의 고정밀 궤도 계산에 중요하지만 일반적인 지형적 용도에는 실질적인 영향이 거의 없다.다음 표에는 기본 타원체 매개 변수가 나와 있습니다.

타원체 기준 반장축 a 반단축 b 역평탄화 1/f
GRS 80 6378137.0 m § 6356752.314140 m 298.257222100882711...
WGS 84[5] 6378137.0 m § 6356752.314245m 298.257223563
1984년 세계 측지계 개정판에 정의된 적도(a), 극지름(b) 및 평균 지구 반지름(척도에 따라 조정되지 않음)

따라서 평탄화의 차이가 매우 작기 때문에 반소형 [16]축에서 0.105mm의 작은 차이가 발생한다.

WGS 84의 경도

WGS 84는 여러 나라의 별 관측 자료를 취합하여 정의한 국제 [7]휴어국에 의해 정의된 IERS 기준 자오선을 사용한다.

WGS 84의 경도 위치는 미국 동부 중앙의 경도 서쪽 약 85°에 있는 구형 북미 데이텀 1927의 경도 위치와 일치한다.

갱신 및 새로운 표준

WGS84의 모든 컴포넌트는 정기적으로 갱신됩니다.1984년에 처음 발행된 Department World Geodetic System 1984, 그것의 정의와 로컬 지오데틱 시스템과의 관계 문서는 1997년, 2004년(TR8350.2의 3개 에디션)에 개정되었고, 마침내 2014년에 NGA의 첫 에디션으로 개정되었다.STND.0036.[3]정기적으로 갱신된 문서는 보다 정확한 지구 설명과 시스템의 실현을 제공합니다.

WGS84의 지오이드 성분은 별도의 EGM(Earth [11]Gravitical Model)로 지속적으로 업데이트되고 있습니다.

  • 지구 중력 모델 1996(EGM96)은 1996년에 처음 출판되었으며 2004년에 개정판이 나왔다.지오이드는 원래 WGS 84의 200km에 비해 약 100km의 분해능을 가지고 있다.EGM96의 사용은 1997년 업데이트에서 확인되었습니다.
  • WGS 84의 원저자 중 다수는 EGM2008이라는 새로운 고충실도 모델에 기여했다.이 새로운 모델은 정확도가 10cm에 가까운 지오이드를 가지고 있어 구면 확장에 460만 항이 필요합니다(EGM96의 130,317과 WGS [12]84의 32,757에 비해).EGM2008의 사용은 2014년 업데이트에서 확인되었습니다.
  • EGM20에 대한 업데이트가 계획되었습니다.

자기 모델은 WMM([14]World Magnetic Model)로도 정기적으로 갱신되고 있습니다.정의 섹션에서 설명한 바와 같이 현재 자기 모델은 World Magnetic Model 2020입니다.

ITRF2014와 일치하는 접지 방향 매개변수에 대한 솔루션도 필요합니다(IERS EOP 14C04).

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  2. ^ Australia, c\=AU\;o\=Australia Government\;ou\=Geoscience (2017-03-20). "What are the limitations of using World Geodetic System 1984 in Australia?". www.ga.gov.au. Retrieved 2022-05-16.
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  4. ^ https://spatialreference.org/ref/epsg/wgs-84/gml/[베어 URL 플레인텍스트 파일]
  5. ^ a b "Archived copy". www.epsg-registry.org. Archived from the original on 10 July 2020. Retrieved 15 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  6. ^ "The EGM96 Geoid Undulation with Respect to the WGS84 Ellipsoid". NASA.
  7. ^ a b 유럽항공항법안전기구 및 IfEN: WGS 84 구현 매뉴얼, 1998년 페이지 13.
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외부 링크