空間参照系（SRS）または座標参照系（CRS）は、地球表面上の位置、または地球表面を基準とした位置を座標として正確に測定するために使用される枠組みです。これは、座標系と解析幾何学の抽象数学を地理空間に適用したものです。特定のSRS仕様（例えば、「ユニバーサル横メルカトル図法 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、数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ヘレニズム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科学の重要な基盤となっています。そのため、EPSGコード[1]やISO/TC 211が策定し、 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公開されているISO 19111:2019「地理情報 - 座標による空間参照」といった国際仕様で標準化されています。[2]

上記は地球表面上の位置を直接指しています。標高に関する情報は、鉛直参照座標系（いわゆる鉛直CRS）または統合3D CRSを介して指定することもできます。この分野の用語は、計測技術の高度化に伴い進化しています。

システムの種類

地球中心、地球固定座標
地球を中心とした、緯度と経度を基準とした地球固定座標。

今日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) と経度(本初子午線からの西または東の度) 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）
地球を三次元物体としてモデル化する三次元直交座標系。中心点（通常は地球の重心）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する。この座標系は、衛星の軌道が重心に基づいているため、衛星の軌道追跡によく用いられる。したがって、これはGPSなどの衛星航法システムがマルチラテレーションを用いて位置を計算する際に用いる内部座標系である。
投影座標系（または平面、グリッド）
UTM座標系のレイアウト
地球の表面（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し、任意の原点からX軸とY軸に沿って位置を測定し、その位置はほぼ方位と一致します。これらのシステムはそれぞれ、特定の地図投影に基づいており、曲面の地球表面から平面を作成します。このようなSRSは通常、特定のユースケースにおける投影に固有の歪みを最小限に抑えるために、対象地域において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、英国ナショナルグリッド、州平面座標系（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）
特定の地域（多くの場合、単一の工学プロジェクト）向けに特別に作成される直交座標系（ 2次元または3次元）で、地球の曲率を大きな歪みなく平面として安全に近似できます。位置は通常、測量技術を用いて任意の原点から直接測定されます。これらの座標は、標準的な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。局所接平面座標は、航空機や船舶で使用される局所座標系の一種です。
垂直参照フレーム
水準測量、ジオイドモデル、または海図測量基準（潮汐を考慮）に基づく鉛直測地基準を用いて標高を測定するための標準的な参照システム。これは、地球表面上の点の位置に関する情報ではなく、地球表面に対する相対的な標高に関する情報を含み、特にゼロ標高が何であるかを規定する。
3D（複合）座標系
地理座標系または投影座標系を垂直参照フレームと組み合わせて、選択したゼロ標高レベルを基準とした地球の表面上またはその近くの位置の完全なパラメーター化を提供します。


これらの規格は、時間 に関する標準参照系（例：ISO 8601）も存在することを認めています。これらを空間参照系と組み合わせることで、三次元および／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、ラスター画像内のピクセルの行と列など、物体のコンテキスト内での位置を測定するための内部座標系、線状地物（例：高速道路のマイルポスト）に沿った線形参照測定、船舶などの移動物体内の位置を特定するためのシステムも存在します。後者2つは、多くの場合、工学座標系のサブカテゴリに分類されます。

コンポーネント

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、それを明確に共有することで、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]これを実現するために、あらゆる座標参照システムの定義は、いくつかの仕様で構成する必要があります。

  • 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、三次元空間、地球などの物体の表面など）、原点、原点から発せられる軸ベクトルの集合、そして測定単位から構成されます。
  • 抽象的な座標系を地球の実空間に結びつける測地基準（水平、垂直、または3次元）。水平基準は、地理座標（緯度と経度）を測定するための正確な参照枠組み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年の北米測地基準などがあります。測地基準は通常、地球の形状（通常は楕円体）の推定値と、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（測定結果が記録される確立された位置（多くの場合、物理的なモニュメントでマークされている））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。

大陸別の例

世界中のシステムの例は次のとおりです。

アジア

ヨーロッパ

北米

全世界

識別子

空間参照システム識別子（SRID ）は、投影座標系、非投影座標系、およびローカル空間座標系の定義を一意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、あらゆるGISアプリケーション の中核を成しています。

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 SRID 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) の 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ています。 

CREATE TABLE SPATIAL_REF_SYS ( SRID INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY , 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well-known text (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 値に続いて 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異なる SRID を持つ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。

参照

参考文献

  1. ^ ab 「EPSG測地パラメータデータセットの使用、ガイダンスノート7-1」。EPSG測地パラメータデータセット。Geomatic Solutions。2021年12月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年12月15日閲覧。
  2. ^ ab 「OGC抽象仕様トピック2：座標による参照に関する訂正」Open Geospatial Consortium . 2021年7月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年12月25日閲覧。
  3. ^ イギリスの座標系ガイド(PDF) 、D00659 v2.3、Ordnance Survey、2020年、p. 11、 2015年9月24日のオリジナル(PDF)からアーカイブ、 2021年12月16日取得
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年12月13日アーカイブ - Wayback Machine
  • 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 シンプルフィーチャ仕様（SQL 用）（99-054、05-134、06-104r3）
  • OGR アーカイブ 2006-04-22 at the Wayback Machine — 関連する OGC 標準を実装したライブラリ
  • EPSG.org - EPSG測地パラメータデータセット公式ウェブページ。EPSG定義の参照系のための検索エンジン。
  • 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