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[지도와 GNSS의 활용] 우리나라의 투영법과 평면직각 좌표계

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국립등산학교 남정권
기사입력 2020-04-20

이번 호의 내용은 올해 2월 호3월 호의 내용을 먼저 숙지한 후 본다면 훨씬 이해가 잘 될 것이다.

 

우리나라의 평면직각 좌표계는 일제 강점기 때 일본에 의해 처음 만들어졌으며 여러 차례 개선을 거쳐 현재 [그림 1]과 같은 평면직각 좌표계가 됐다.


 

올해 2월 호에서 설명한 바와 같이 우리나라는 국토를 네 구역으로 나눠 투영한다. 이렇게 투영된 지도에 [그림 1]과 같이 N38°/E125°, N38°/E127°, N38°/E129°, N38°/E131°를 서부와 중부, 동부, 동해 원점(Origin)으로 해 각각 평면직각 좌표계를 만든다.

 

이 좌표계들을 서쪽에서부터 서부 좌표계, 중부 좌표계, 동부 좌표계, 동해 좌표계라고 하며 ‘TM 좌표계’라고 통칭한다. 우리나라 평면직각 좌표계의 이름도 UTM 좌표계, UPS 좌표계처럼 투영법 이름을 그대로 좌표계의 이름으로 사용한 사례다.

 

▲ [그림 1] 우리나라의 평면직각 좌표계

 

각 원점의 동향 좌표 가산 수치는 200,000mE으로 한다. 그리고 각 원점의 북향 좌표 가산 수치는 초기 500,000mN으로 했는데 이 경우 중부 좌표계에 속한 제주도의 남쪽 지역이 음수의 북향 좌표를 갖게 돼 제주도만 예외적으로 중부 원점의 북향 좌표 가산 수치를 550,000mN으로 평면직각 좌표를 부여했다. 이런 예외 조항이 혼란을 일으켜 결국 2009년 12월 10일부터는 모든 원점의 북향 좌표 가산 수치를 600,000mN으로 한다.

 

TM 좌표계는 네 개의 평면직각 좌표계로 이뤄졌기 때문에 TM 좌표를 표기할 땐 반드시 이를 구분해야 한다. 예를 들어 중부 좌표계에 속한 지리산 천왕봉을 TM 좌표로 표기하면 [중부 266,460mE 304,749mN]이 된다. 이 TM 좌표를 공공기관의 일부 문서나 지도 서비스에서 [X : 304,749 Y : 266,460]과 같은 형식으로 표기한다.

 

이런 경우 해당 지점이 서부, 중부, 동부, 동해 좌표계 중 어디에 속하는지 정확히 알 수 없다. X는 북향 좌표, Y는 동향 좌표를 나타낸다. 우리가 일반적으로 알고 있는 X, Y축과는 반대다. 이는 측량에 많이 사용하는 CAD라는 프로그램의 세로축이 X축이고 가로축이 Y축이기 때문으로 보인다.

 

따라서 TM 좌표 활용에 혼란을 방지하려면 반드시 네 개의 좌표계 중 어떤 좌표계에 속하는지 함께 표기하고 북향 좌표에 X 대신 N(Northing), 동향 좌표에 Y 대신 E(Easting)로 표기하는 게 좋다.

 

UTM-K 투영법은 E127°30'00"를 중앙 자오선으로 해 전국을 TM 투영한 것이다. 이렇게 투영된 지도에서 N38°00'00"/E127°30'00"를 원점으로 하고 원점의 동향 좌표 가산 수치를 1,000,000mE, 원점의 북향 좌표 가산 수치를 2,000,000mN으로 해 전국에 좌표를 부여하는 단일 평면직각 좌표계가 UTM-K 좌표계다. 지리산 천왕봉을 UTM-K 좌표로 표기할 경우 구역 구분이 없으므로 1,020,995mE 1,704,647mN 좌표만 표기하면 된다.

 

▲ [그림 2] 국가지점번호 100,000m 평방 구분 표식


근래에 도입된 국가지점번호도 바로 이 UTM-K 좌표계를 바탕으로 하고 있다. 국가지점번호 체계는 [그림 2]와 같이 UTM-K 좌표계를 가로ㆍ세로 각각 100㎞인 정사각형 구역으로 나눈다. 그리고 각 사각형에 고유 표식을 부여한다. 이는 지난 호에 설명한 군사 좌표의 100,000m 평방 구분 표식(100,000 Meter Square Identification)과 같은 개념으로 알파벳 표식 대신 한글 음절을 사용한다.

 

지리산 천왕봉의 UTM-K 좌표인 1,020,995mE 1,704,647mN을 예로 들면 동향 좌표의 10만m(100㎞) 단위가 10이므로 [그림 2]의 가로축 ‘라’에 해당한다. 따라서 [라 20,995m]로 표현할 수 있다. 그리고 북향 좌표의 10만m(100km) 단위가 17이므로 [그림 2]의 세로축 ‘마’에 해당한다. 따라서 [마 04,647m]로 표현할 수 있다.

 

결론적으로 천왕봉이 위치한 10만m 평방 구분 표식은 ‘라마’가 되고 ‘라마’의 가로ㆍ세로 100㎞ 사각형 좌측 하단 모서리에서 동쪽으로 2만995m, 북쪽으로 4647m에 천왕봉이 위치한다. 이를 10단계 군사 좌표와 같은 형식으로 표현하면 [라마 20995 04647]이 되고 동향 좌표와 북향 좌표의 끝자리를 각각 반올림해 8단계 군사 좌표와 같은 형식으로 표현하면 [라마 2100 0465]가 된다. 이게 바로 천왕봉의 국가지점번호다.

 

최근에는 휴대용 GPS나 스마트폰에서 전자 지도를 많이 활용하지만 팀원들과 함께 수색이나 구조 계획을 수립하고 공유할 땐 현장을 폭넓게 살필 수 있는 종이 지도가 여전히 유용하다. 

 

▲ [그림 3] 외국의 지형도나 군사 지도


[그림 3]과 같이 외국의 지형도나 군사 지도에는 평면직각 좌표계의 좌표선들이 표시돼 있다. 실제의 가로ㆍ세로 1㎞ 정사각형이 1:25000 축척의 경우 가로ㆍ세로 4㎝의 격자로 표시되고 1:50000 축척의 경우 가로ㆍ세로 2㎝의 격자로 표시된다.

 

▲ [그림 4] 우리나라의 국가 기본도

▲ [그림 5] TM 좌표선 긋기

▲ [그림 6] TM 좌표계를 표시한 우리나라의 지형도


우리나라의 국가 기본도에는 [그림 4]와 같이 지도에 경위도 좌표계의 위도선과 경도선만 표시되지만 도곽에 TM 좌표계의 눈금이 있다. 따라서 [그림 5]와 같이 긴 자를 이용해 같은 값의 눈금을 연결하면 [그림 6]과 같이 TM 좌표계가 나타난다.

▲ [그림 7] TM 좌표가 표시된 휴대용 GPS


지난 호와 이번 호에 걸쳐 설명한 평면직각 좌표계들은 휴대용 GPS의 설정을 통해 화면에 나타낼 수 있다. [그림 7]은 휴대용 GPS에 사용자의 위치가 TM 좌표로 표시되는 모습이다.

▲ [그림 8] 좌표척을 활용해 사용자의 위치 파악

▲ [그림 9] 나침반의 기판에 있는 좌표척


[그림 8]은 휴대용 GPS로 파악한 사용자의 위치를 지도상에서 좌표척을 통해 파악하는 장면이다. [그림 9]와 같이 나침반의 기판에 있는 좌표척을 활용해 지도상에서 사용자의 위치를 파악할 수도 있다.

▲ [그림 10] Place 앱


안드로이드 스마트폰의 플레이 스토어에서 UTM 좌표와 군사 좌표(MGRS)를 표시해 주는 애플리케이션(이하 앱)들은 아주 많다. 그러나 우리나라의 TM 좌표와 UTM-K 좌표, 국가지점번호를 표시해 주는 앱들은 그리 많지 않다.

 

국내의 평면직각 좌표를 표시해 주는 앱 중 필자가 추천하는 앱은 [그림 10]의 Place 앱이다. Place 앱을 실행해 [그림 10]의 좌측 화면이 열리면 [Transform]을 터치해 중앙의 화면을 연다. 이 화면의 [Country or Region:]에서 [South Korea]를 선택하고 [Transformation:]에서 [Korea 2000/West Belt 2010]을 터치하면 TM 좌표계의 서부 좌표계, [Korea 2000/Central Belt 2010]을 터치하면 TM 좌표계의 중부 좌표계, [Korea 2000/East Belt 2010]을 터치하면 TM 좌표계의 동부 좌표계, [Korea 2000/East Sea Belt 2010]을 터치하면 TM 좌표계의 동해 좌표계, [Korea 2000/Unified]를 터치하면 UTM-K 좌표계가 선택된다.

 

 

그런 다음 백 버튼을 터치해 다시 좌측 화면으로 돌아간 후 [GPS Mode]를 터치해 [그림 10]의 우측 화면을 연다. GPS가 위치를 파악하면 앞서 설정한 평면직각 좌표가 이 화면에 표시된다. 여기서 X가 동향 좌표고 Y가 북향 좌표다.

 

▲ [그림 11] 국가지점번호를 표시해 주는 앱


현재 우리나라의 국가지점번호를 표시해 주는 앱은 [그림 11]의 세 가지 앱이다. 앱 이름은 왼쪽부터 산길샘, OruxMaps GP, Locus Map Free다. 이 앱들을 활용하면 누구나 쉽게 현장의 국가지점번호를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 특정 국가지점번호의 위치를 파악해 찾아갈 수 있다.

  

국립등산학교_ 남정권

  

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2020년 4월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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