Loading article…
地理座標系（GCS）は、緯度と経度として地球上の位置を直接測定および伝達するための球面座標系または測地座標系です。[ 1 ]これは、現在使用されているさまざまな空間参照システムの中で最も単純で、最も古く、最も広く使用されているタイプであり、他のほとんどのシステムの基礎となっています。緯度と経度はデカルト座標系のように座標ペアを形成しますが、地理座標系は測定値が角度であり、平面上ではないため、デカルト座標系ではありません。[ 2 ]
EPSGやISO 19111規格に記載されているような完全なGCS仕様には、測地基準系（地球楕円体を含む）の選択も含まれており、異なる基準系を用いると、同じ場所でも緯度と経度の値が異なってくる。[ 3 ]
地理座標系の発明は、紀元前3世紀にアレクサンドリア図書館で現在失われている『地理学』を著したキュレネのエラトステネスに一般的に帰せられている。[ 4 ] 1世紀後、ニカイアのヒッパルコスはこのシステムを改良し、太陽高度ではなく恒星の測定値から緯度を決定し、推測航法ではなく月食のタイミングから経度を決定した。1世紀または2世紀に、ティルスのマリヌスは、西アフリカ沿岸のカナリア諸島またはカーボベルデ諸島の周辺にある、既知の最西端の陸地の本初子午線から東に測定した座標と、小アジア沖のロードス島の北または南を測定した座標を使用して、広範な地名辞典を編纂し、数学的に世界地図を作成した。プトレマイオスは、夏至の日の長さで緯度を測定するのではなく、経度と緯度を完全に採用したのは彼であると認めている。[ 5 ]
2世紀のプトレマイオスの『地理学』では、同じ本初子午線が使われていましたが、緯度は赤道から測っていました。9世紀に彼らの著作がアラビア語に翻訳された後、アル・フワーリズミーの『地球の記述』は、地中海の長さに関するマリヌスとプトレマイオスの誤りを訂正し[注1 ]、中世アラビアの地図製作では、プトレマイオスの線から東に約10°離れた本初子午線が使われるようになりました。数学的地図製作は、 1300年少し前にマクシムス・プラヌデスがプトレマイオスのテキストを復元した後にヨーロッパで再開され、そのテキストは1407年頃にフィレンツェでヤコポ・ダンジェロによってラテン語に翻訳されました。
1884年、アメリカ合衆国は国際子午線会議を主催し、25か国の代表が出席した。そのうち22か国は、イギリスのグリニッジにある王立天文台の経度を基準線として採用することに同意した。ドミニカ共和国は反対票を投じ、フランスとブラジルは棄権した。[ 6 ]フランスは1911年に、パリ天文台による現地決定に代えてグリニッジ標準時を採用した。
地球表面上の点の緯度φは、 座標系の種類に応じて3つの方法のいずれかで定義されます。いずれの場合も、緯度は赤道面と、地表上の点と赤道面上の別の点を結ぶ線によって形成される角度です。座標系の種類によって異なるのは、赤道面上の点がどのように決定されるかです。
同じ緯度のすべての点を結ぶ経路は、北極または南極の上空から見た地球の表面上に円を描きます。これらの線は、赤道と互いに平行であるため、平行線と呼ばれます。北極は北緯90度 、南極は南緯90度です。緯度0度の線は、地理座標系の基本平面である赤道 と定義されています。赤道は地球を北半球と南半球に分割します。
地球表面上の点の経度λは、基準子午線からその点を通る別の子午線までの東または西の角度です。すべての子午線は、北極と南極で交わる大楕円の半分です。イギリス、ロンドン南東部のグリニッジにある英国王立天文台の子午線は国際本初子午線ですが、フランス国立地理森林情報研究所などの一部の組織は、内部目的で他の子午線を使い続けています。グリニッジの対蹠子午線は、西経180度と東経180度です。これは、国際日付変更線と混同してはいけません。国際日付変更線は、180度子午線と部分的に重なりますが、極東ロシアと極西アリューシャン列島の間など、政治的および便宜上の理由からいくつかの場所で180度子午線から外れています。
これら 2 つの要素の組み合わせにより、高度や深さを考慮せずに、地球表面上の任意の場所の位置が特定されます。緯線と経線によって形成される地図上の視覚的なグリッドは、グリッド線として知られています。[ 7 ]このシステムの原点/ゼロ点は、ガーナのテマの南約625 km (390マイル)のギニア湾に位置し、しばしば冗談めかしてヌル島と呼ばれています。
緯度、経度、高さの理論的な定義を用いて地球上の実際の位置を正確に測定するには、測地基準系を使用する必要があります。水平基準系は緯度と経度を正確に測定するために使用され、垂直基準系は標高または高度を測定するために使用されます。どちらのタイプの基準系も、地球の形状の数学モデル（通常、水平基準系では基準楕円体、垂直基準系ではより精密なジオイド）を地球に結び付けます。従来、この結び付けは、測量された地点に記念碑が設置される基準点のネットワークによって作成され、地球表面の特定の領域でのみ正確でした。新しい基準系は、衛星測定のためのグローバルネットワーク（ GNSS、VLBI、SLR、DORIS ）に基づいています。
この数学モデルと物理的結合の組み合わせにより、同じ測地系のユーザーは特定の物理点に対して同一の座標を取得できます。しかし、異なる測地系では、実際の移動ではなく、参照システム自体がシフトするため、同じ場所に対して異なる座標（数百メートルずれることもあります）が生成されるのが一般的です。あらゆる空間参照システムや地図投影は最終的に緯度と経度から計算されるため、それらが基づいている測地系を明確に示すことが不可欠です。たとえば、WGS84実装に基づくUTM座標は、同じ場所のNAD27に基づく UTM 座標とは異なります。ある測地系から別の測地系に座標を変換するには、ヘルマート変換などの測地系変換方法が必要ですが、特定の状況では単純な変換で十分な場合もあります。[ 8 ]
測地基準系は、地球全体を表すグローバルなものと、地球の一部にのみ最適に適合する楕円体を表す地域的なものに分けられます。[ 9 ]グローバル測地基準系の例としては、全地球測位システムで使用されるWGS 84のいくつかの実装（識別子として2メートル精度の2D測地基準系EPSG:4326を使用）[ 10 ] [ 11 ] 、および大陸移動と地殻変動を考慮した国際地球基準系と座標系（サブセンチメートル精度のITRF2020など）のいくつかの実装があります。[ 12 ]
地域的に楕円体に適合する測地系として、各国の地図作成機関によって選定されたものには、北米測地系、ヨーロッパED50、英国OSGB36などがある。ある場所が与えられると、測地系によって緯度が示される。経度英国では、緯度、経度、高度のシステムが 3 つ一般的に使用されています。WGS 84 は、発行されている地図 OSGB36 で使用されているものとグリニッジで約 112 m 異なります。ED50 は約 120 m から 180 m 異なります。[ 13 ]
地球表面上の点は、大陸プレートの移動、沈下、月と太陽によって引き起こされる地球の潮汐運動によって互いに相対的に移動します。この日々の移動は最大で 1 メートルにもなります。大陸の移動は年間最大10 cm 、つまり1 世紀で10 mにもなります。気象システムの高気圧域は5 mmの沈下を引き起こす可能性があります。スカンジナビアは最後の氷河期の氷床の融解の結果として年間1 cm上昇していますが、隣接するスコットランドはわずか0.2 cmしか上昇していません。これらの変化は、地域的な基準を使用すると重要ではありませんが、グローバルな基準を使用すると統計的に有意です。[ 13 ]
GRS 80またはWGS 84楕円体上の海面赤道では、緯度 1 秒は 30.715 m、緯度 1 分は 1843 m、緯度 1 度は 110.6 km です。経度円、子午線は地理上の極で交わり、緯度が増加するにつれて、秒の東西方向の幅は自然に減少します。海面赤道では、経度 1 秒は 30.92 m、経度 1 分は 1855 m、経度 1 度は 111.3 km です。緯度 30 度では経度 1 秒は 26.76 m、グリニッジ (北緯 51 度 28 度 38 秒) では 19.22 m、緯度 60 度では 15.42 m です。
WGS 84楕円体上では、緯度ϕ における緯度1度分の長さ（つまり、緯度ϕにいるときに南北線に沿って緯度1度移動するために必要なメートル数）は約
返される緯度1度あたりのメートルという値は、緯度に応じて連続的に変化します。
同様に、経度1度の長さ（メートル）は次のように計算できます。
（これらの係数は改善の余地があるが、現状でも算出される距離は1センチメートル以内の誤差で正確である。）
どちらの式も、メートル毎度という単位を返します。
緯度における経度1度の長さを推定する代替方法地球を球体と仮定する（1分あたりおよび1秒あたりの幅を求めるには、それぞれ60と3600で割る）。
地球の平均子午線半径は6,367,449 mです。地球は球形ではなく扁平な回転楕円体であるため、この結果は数十分の 1 パーセントの誤差が生じる可能性があります。緯度における経度度のより良い近似値はは
地球の赤道半径6,378,137 m に相当し、; GRS 80 および WGS 84 スフェロイドの場合、. (これは縮小緯度（またはパラメトリック緯度）として知られています。丸め処理を除けば、これは緯線に沿った正確な距離です。最短経路に沿った距離を求めるにはより多くの作業が必要ですが、2点間の経度が1度離れている場合、これらの2つの距離は常に0.6メートル以内の差になります。
多桁の数字の羅列と同様に、緯度経度のペアは伝達や記憶が難しい場合があります。そのため、GCS座標を英数字の文字列や単語にエンコードするための代替方式が開発されています。
これらは異なる座標系ではなく、緯度と経度の測定値を表現するための代替方法にすぎません。
ウィキメディア・コモンズにある地理座標系に関連するメディア
