基礎知識
測地系と座標系の違いとは？種類についても解説
地球上における地点の位置を数値化して表す際に、『測地系』『座標系』などといったさまざまな基準があります。これらの違いは何なのでしょうか。
今回は、測地系と座標系の概要を解説し、違いを明らかにします。
ぜひ最後までご覧ください。
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測地系とは
測地系とは、地球上の特定の位置を緯度経度の座標軸や標高を使って示す際に基準となる、前提条件のことです。測地系は、地球の形や大きさ、座標原点などから構成されますが、この定義は国ごとに異なり、日本においても時代とともに変わってきています。
ここでは、日本独自の基準である『日本測地系』と、現在日本でも主流である『世界測地系』について説明します。
日本測地系｜日本独自の基準
日本では、平成14年の改正測量法の施行前までは、明治時代に採用された『ベッセル楕円体』を地球の形状として定めていました。地球は球体ですが、自転しているため、遠心力で楕円体になっています。ベッセル楕円体とは、この地球の形をドイツの天文学者ベッセルが定めた楕円体のことです。
明治時代に日本では、全国の正確な地形図を作るために、緯度経度の基準となる基準点網を全国に整備しました。そして、当時の東京天文台（現・旧国立天文台跡地/港区麻布台）の緯度経度が、天文観測により決定されました。この位置が現在の日本経緯度原点となっており、ベッセル楕円体面に緯度経度を定めました。この測地基準系を『日本測地系』と呼んでいます。
このような経緯から分かるように、この測地系は日本独自の基準です。最近ではVLBIや人工衛星により地球規模の観測ができるようになっているため、ベッセル楕円体を用いた日本測地系は、地球全体によく適合した測地基準系であるとはいえなくなっています。
世界測地系｜国際的な基準
世界的な整合性・地球全体に適合した測地系として、日本でも『世界測地系』が取り入れられるようになりました。
世界測地系とは、世界的な整合性を持たせて構築された経度・緯度の測定の基準で、国際的に定められている測地基準系です。VLBIや人工衛星などの高精度な観測によって明らかとなった、地球の正確な形状と大きさに基づいています。
VLBI（Very Long Baseline Interferometry）は超長基線電波干渉法という意味で、天体からの電波を利用してアンテナの位置を測る技術です。遠くの天体が放つ電波と非常に正確な時計を使うことで、数千キロメートルも離れたアンテナの位置関係を、わずか数ミリメートルの誤差で測ることができるものです。
このように世界的な整合性や、高精度な測位システムによって、地球の形状に適した測地系であることから、産業発展や安全性の面でも世界測地系は国際基準として取り入れられています。
座標系とは
地球上の特定の位置を表す場合には、座標を使いますが、どこを原点とするのか、座標の単位はどうするのかなどの決まりを『座標系』といいます。この決まりにしたがって、座標で表現することで複数のデータの位置関係の表現や、整理が簡単に行うことができます。
また、地図では一般的に2次元の平面上に描かかれるため、3次元の回転楕円体である地球を平面に描くにはゆがみが生じます。したがって、一定の条件を与えるなどして描く必要があります。
このように、3次元の立体である地球を2次元の平面上に表現する方法を投影法といいます。
代表的な投影法のうち、地理座標系と投影座標系について説明していきます。
地理座標系
地理座標系は、地球上の位置を緯度と経度で表現する座標系です。
緯度は赤道を0度とし、南北に90度まで表します。また、経度は本初子午線を0度として東西に180度まで表します。したがって、地理座標系では地球の重心を原点とした角度で表されます。しかし、地球は楕円体であり、その形状の定義もさまざまであることから、真の重心が分からないため原点が統一されていないという問題もあります。
このため、地球上のあらゆる場所を指定することができますが、3次元での角度で表現されるため、その座標値を平面で表現する場合、距離・面積・角度が正確でないという特徴があります。
投影座標系
投影座標系は、3次元である地球を2次元の平面に投影し、XY座標で表現する座標系です。地球を平面に投影する際に面上の原点からのX軸Y軸それぞれの方向への距離（メートル）で表現します。
また、2次元に投影する方法を『地図投影法』と呼び、用いる方法や設定する原点などの違いで距離・面積・角度などのいずれかを正確に表現することができます。
したがって、正しい形状での地図表現や作図、距離や面積の測定を行う場合は投影座標系を用いて、目的に合わせた投影法によるものを選択する必要があります。
代表的なものとして、メルカトル図法、UTM座標系（ユニバーサル横メルカトル図法）、平面直角座標系があります。
まとめ
今回は測地系と座標系の違いや種類を解説しました。測地系は、地球上の特定の位置を緯度経度の座標軸や標高を使って示す際に基準となる前提条件。座標系は、地球上の特定の位置を表す場合に使う座標のどこを原点とするのか、座標の単位はどうするのかなどの決まりです。
まずは、測地系ありきで、その中に座標系の決まりがあり、さらにいくつかの種類があるというイメージです。似たような単語ですが、明確な違いがあることを理解しましょう。
参照：国土交通省 国土地理院 日本の測地系
参照：国土交通省 国土地理院 世界測地系移行に関する質問集（Ｑ＆Ａ）
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