空間参照システム

空間参照システム( SRS )または座標参照システム( CRS ) は、地球の表面上の位置を座標として正確に測定するために使用されるフレームワークです。これは、座標系の抽象数学と解析幾何学を地理空間に適用したものです。特定の SRS 仕様 (たとえば、「ユニバーサル横メルカトル WGS 84ゾーン 16N」) は、地球楕円体、水平基準点、地図投影(地理座標系を除く)、原点、および測定単位の選択で構成されます。世界中で、または特定の地域で、さまざまな目的で使用するため、何千もの座標系が指定されており、異なる SRS 間での変換が必要になります。

空間参照システムはギリシャ時代にまで遡りますが、現在では地図作成、地理情報システム、測量、リモートセンシング、土木工学を含む地理情報学の科学技術の重要な基盤となっています。これにより、EPSGコード^[1]やISO/TC 211が作成したISO 19111:2019地理情報 - 座標による空間参照などの国際仕様で標準化され、 Open Geospatial Consortiumによって抽象仕様、トピック2：座標による空間参照としても発行されています。^[2]

現在使用されている何千もの空間参照システムは、EPSG、ISO、OGC標準で定義されているいくつかの一般的な戦略に基づいています。^{[1] [2]}

地理座標系（測地座標系）

緯度(赤道からの北または南の度数) と経度(本初子午線からの西または東の度数) を使用して、地球上の位置 (球または楕円体としてモデル化)を直接測定する球面座標系。

地心座標系（または地球中心地球固定座標系）

地球を 3 次元オブジェクトとしてモデル化する3 次元直交座標系。中心点 (通常は地球の質量の中心) から、赤道と本初子午線に沿った x、y、z 軸に沿って位置を測定します。このシステムは、質量の中心に基づいているため、衛星の軌道を追跡するためによく使用されます。したがって、これはGPSなどの衛星ナビゲーションシステムがマルチラテレーションを使用して位置を計算するために使用する内部座標系です。

投影座標系（または平面、グリッド）

地球（またはより一般的には地球の広い領域）を平面としてモデル化する標準化された直交座標系。任意の原点から、ほぼ基本方位に揃った x 軸と y 軸に沿って位置を測定します。これらの各システムは、特定の地図投影に基づいて、湾曲した地球表面から平面を作成します。これらは通常、投影に固有の歪みを最小限に抑えるために戦略的に定義および使用されます。一般的な例としては、ユニバーサル横メルカトル（UTM）や、 British National GridやState Plane Coordinate System （SPCS）などの国家システムがあります。

エンジニアリング座標系（またはローカル、カスタム）

小さなエリア、多くの場合は単一のエンジニアリング プロジェクト用に特別に作成された直交座標系( 2D または 3D)。このエリアでは、地球の曲率は大きな歪みなく安全に平面として近似できます。位置は通常、測量技術を使用して任意の原点から直接測定されます。これらは、標準の投影座標系と一致する場合と一致しない場合があります。ローカル接線平面座標は、航空機や船舶で使用されるローカル座標系の一種です。

垂直基準フレーム

水準測量、ジオイドモデル、または海図基準点（潮汐を考慮）に基づいて、垂直基準点を使用して標高を測定するための標準的な参照システム。

これらの規格では、時間に関する標準参照システムも存在することを認めています(例: ISO 8601 )。これらを空間参照システムと組み合わせて、 3 次元および/または時空間の位置を表す複合座標系を形成することができます。また、ラスター イメージ内のピクセルの行と列など、オブジェクトのコンテキスト内で位置を測定するための内部システム、線形フィーチャ (高速道路のマイルポストなど) に沿った線形参照測定、船舶などの移動オブジェクト内の位置を指定するためのシステムもあります。最後の 2 つは、多くの場合、エンジニアリング座標系のサブカテゴリに分類されます。

あらゆる空間参照システムの目標は、位置を座標として正確かつ一貫して測定できる共通の参照フレームを作成し、それを明確に共有して、受信者が作成者が当初意図したのと同じ位置を特定できるようにすることです。^[3]これを実現するには、あらゆる座標参照システムの定義がいくつかの仕様で構成されている必要があります。

• 座標系は、位置を測定するための抽象的な枠組みです。他の数学的座標系と同様に、その定義は、測定可能な空間 (平面、3 次元空間、地球などの物体の表面)、原点、原点から発せられる軸ベクトルのセット、および測定単位で構成されます。
• 抽象的な座標系を地球の実際の空間に結び付ける測地基準点(水平、垂直、または 3 次元)。水平基準点は、地理座標(緯度と経度) を測定するための正確な参照フレームワークとして定義できます。例としては、世界測地系、1927 年および 1983 年の北米基準点などがあります。基準点は通常、地球の形状の推定値 (通常は楕円体) と、測定が文書化される 1 つ以上のアンカー ポイントまたはコントロール ポイント(物理的なモニュメントでマークされることが多い) で構成されます。
• 投影された CRS の定義には、データムによって指定された球面座標を平面上の直交座標に変換するための地図投影の選択も含める必要があります。

したがって、CRS 定義は通常、次の表に例示されているように、依存する仕様の「スタック」で構成されます。

世界中のシステムの例は次のとおりです。

• 中国語グローバルナビゲーショングリッドコード、中国
• イスラエル カッシーニ ソルドナー、イスラエル
• イスラエルの横メルカトル図法、イスラエル
• ヨルダン横メルカトル図法、ヨルダン

• 英国国立グリッド参照システム、英国
• Lambert-93 (fr)、フランス本土の公式投影
• ギリシャ測地基準システム 1987、ギリシャ
• アイルランドのグリッド参照システム、アイルランド
• アイルランド横メルカトル図法、アイルランド
• SWEREF 99 (sv)、スウェーデン

• 米国ナショナルグリッド、米国

• ユニバーサル横メルカトル座標系
• ランベルト正角円錐図法
• 国際マップコードシステム
• 軍事グリッド参照システム

空間参照システム識別子( SRID )は、投影、非投影、およびローカル空間座標系の定義を明確に識別するために使用される一意の値です。これらの座標系は、すべてのGISアプリケーションの中心を形成します。

事実上すべての主要な空間ベンダーは、独自の SRID 実装を作成するか、 EPSG Geodetic Parameter Datasetなどの権威あるベンダーの実装を参照しています。

SRID は、Simple Features for SQL 仕様バージョン 1.1 および 1.2のOpen Geospatial Consortium (OGC) spatial_ref_sysメタデータ テーブルの主キーであり、次のように定義されます。

SPATIAL_REF_SYSテーブルを作成します( SRID INTEGER NOT NULL主キー、AUTH_NAME CHARACTER VARYING ( 256 )、AUTH_SRID INTEGER 、SRTEXT CHARACTER VARYING ( 2048 ) )  

                
      
     
         

空間対応データベース ( IBM Db2、IBM Informix、Ingres、Microsoft SQL Server、MonetDB、MySQL、Oracle RDBMS、Teradata、PostGIS、SQL Anywhere、Verticaなど) では、空間データの列または空間列内の個々の空間オブジェクト (空間実装によって異なります) を定義するために使用される座標系を一意に識別するために SRID が使用されます。SRID は通常、座標系の既知のテキスト(WKT) 文字列定義 (上記の SRTEXT) に関連付けられます。次に、2 つの一般的な座標系と、その EPSG SRID 値とその WKT を示します。

UTM、ゾーン 17N、NAD27 — SRID 2029:

PROJCS [ "NAD27 ( 76) / UTMゾーン17N" 、
GEOGCS [ "NAD27(76)" 、DATUM [ "North_American_Datum_1927_1976" 、SPHEROID [ "Clarke 1866" 、6378206.4、294.9786982138982 、AUTHORITY [ "EPSG" 、"7008" ]]、AUTHORITY [ "EPSG" 、"6608" ] ]、PRIMEM [ "グリニッジ" 、0 、AUTHORITY [ "EPSG" 、"8901" ]]、UNIT [ "度" 、0.01745329251994328 、AUTHORITY [ "EPSG" 、"9122" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "4608" ]], UNIT [ "メートル" , 1 , AUTHORITY [ "EPSG" , "9001" ]], PROJECTION [ "Transverse_Mercator" ], PARAMETER [ "latitude_of_origin" , 0 ], PARAMETER [ "central_meridian" , - 81 ], PARAMETER [ "scale_factor" , 0.9996 ], PARAMETER [ "false_easting" , 500000 ], PARAMETER [ "false_northing" , 0 ], AUTHORITY [ "EPSG" , "2029" ], AXIS [ "Easting" , EAST ], AXIS [ "Northing" , NORTH ]]    
        
            
                
            
        
            
        
            
        
    
        
    
    
    
    
    
    
    
    
    

WGS84 — SRID 4326

GEOGCS [ "WGS 84" 、
DATUM [ "WGS_1984" 、SPHEROID [ "WGS 84" 、6378137 、298.257223563 、AUTHORITY [ "EPSG" 、"7030" ]]、AUTHORITY [ "EPSG" 、"6326" ]]、PRIMEM [ "グリニッジ" 、0 、AUTHORITY [ "EPSG" 、"8901" ]]、UNIT [ "度" 、0.01745329251994328 、AUTHORITY [ "EPSG" 、"9122" ]]、AUTHORITY [ "EPSG" 、"4326" ]]    
        
            
        
    
        
    
        
    

空間データに関連付けられた SRID 値を使用して、空間操作を制限できます。たとえば、一部のシステムでは SRID が異なる空間オブジェクト間で空間操作を実行できず、他のシステムでは空間オブジェクト間の座標系変換をトリガーできません。

• エンジニアリングデータム
• 測地学
• 測地基準点
• 地理参照
• 地理座標系
• 地理情報システム（GIS）。
• グリッド参照
• 線形参照
• 国家座標参照系の一覧
• オリエンテーションの条件

Wikidata には次のプロパティがあります:

• 空間参照システム (P3037) (用途を参照)

• spatialreference.org – さまざまな形式の 13,000 を超える空間参照システムを掲載した Web サイト。
• OpenGIS 仕様 (標準) 2004-12-13 にWayback Machineにアーカイブされました
• OpenGIS CORBA 向けシンプル機能仕様 (99-054)
• OpenGIS OLE/COM 向けシンプル機能仕様 (99-050)
• OpenGIS SQL 用シンプル フィーチャ仕様 (99-054、05-134、06-104r3)
• OGR 2006-04-22にWayback Machineにアーカイブ— 関連するOGC標準を実装したライブラリ
• EPSG.org - 公式 EPSG 測地パラメータ データセット Web ページ。EPSG 定義の参照システムの検索エンジン。
• EPSG.io/ - 6000 以上の座標系をインデックスした全文検索
• Galdos Systems INdicio CRS レジストリ