2023-04-09

空間参照系

空間参照系（SRS）とは

空間参照系（Spatial Reference System、SRS）は、現実世界の位置を特定するための枠組みまたはルールであり、地理情報システム（GIS）の領域では特に重要な概念です。空間データの定義と解釈が重要なGISでは、より構造化された数値的なアプローチが必要です。

例えば、ニューヨーク市のエンパイア・ステート・ビルの位置を誰かに伝えたいと考えてみます。人とのコミュニケーションでは、「350 5th Ave, New York, NY 10118, USA」と言えば十分かもしれません。しかし、デジタル情報や特にGISの世界では、機械が位置データを効率的に処理し理解するために、より構造化された数値的なアプローチが必要です。このようなシステムとして、緯度経度などの空間参照系が登場します。

一見簡単なように見える空間参照系の概念ですが、その柔軟性により課題が生じることがあります。地理的な範囲、スケール、投影法などの多くの要因に応じて、複数のシステムが位置を数値で表現するために使用されています。

以下は、日本のGISデータで一般的に使用されるいくつかの例を示したものです。

空間参照系	空間参照系識別子（SRID）
世界測地系2011 (JGD2011) - 緯度/経度	EPSG: 6668
世界測地系2011 (JGD2011) - 平面直角座標系	EPSG: 6669 - 6687
世界測地系2011 (JGD2011) - UTMゾーン 51 - 55	EPSG: 6688 - 6692
世界測地系2000 (JGD2000) - 緯度/経度	EPSG: 4612
世界測地系2000 (JGD2000) - 平面直角座標系	EPSG: 2443 - 2461
世界測地系2000 (JGD2000) - UTMゾーン 51 - 55	EPSG: 3097 - 3101
旧日本測地系 (TOKYO測地) - 緯度/経度	EPSG: 4301
旧日本測地系 (TOKYO測地) - 平面直角座標系	EPSG: 30161 - 30179
旧日本測地系 (TOKYO測地) - UTMゾーン 51 - 55	EPSG: 102151 - 102156
WGS84 - 緯度/経度	EPSG: 4326
Webメルカトル（Web Mercator）	EPSG: 3857

これらの空間参照系は、空間参照系識別子（SRID）と呼ばれる識別子を持ちます。これらは一般的にEPSG（European Petroleum Survey Group）測地パラメータデータセットを用いて参照されます。適切でないSRSの使用は、データ解釈に重大なエラーをもたらす可能性があるため、これらのSRSの違いを理解することが重要です。複雑ではありますが、空間参照系の効果的な理解と適用は、GISにおける正確な空間データ管理の鍵となります。

空間参照系識別子（SRID）

空間参照系識別子（Spatial Reference System Identifier、SRID）は、特定の座標系、測地系、および投影法に関連付けられた一意の識別子です。SRIDは地理情報データベースで使用される地理座標の解釈に重要な役割を果たします。各SRIDは特定の空間参照系に対応し、地理データを正確に地球の表面上に配置します。

SRIDは、地理データの正確な解釈と操作にとって重要です。データに対して行われる全ての空間操作が同じ空間参照系に基づいて行われることを保証し、データ分析における不整合やエラーを回避します。

正しいSRIDがない場合、距離や面積の計算、データの地図上への表示など、さまざまな操作が不正確な結果をもたらす可能性があります。なぜなら、座標値の解釈は空間参照系によって異なるからです。そのため、データに関連するSRIDを理解し、必要であれば、分析やアプリケーションに適切なSRIDに変換することが重要です。

一般的なSRIDとその用途

GISではいくつかの一般的なSRIDがよく使われます。もっともよく知られているのはおそらくSRID 4326で、これは世界測地系1984（WGS84）を表します。このシステムは世界的に使用されており、多くの地理空間データベース、GISソフトウェア、GPSデバイスのデフォルトです。

もう一つの例として、SRID 3857があります。これはWGS84 Webメルカトル投影を表し、Googleマップ、Bingマップ、OpenStreetMapなどのオンライン地図サービスで広く使用されています。形状や面積、サイズに歪みが生じることがあるものの、特に赤道から遠ざかるにつれてその利点が発揮され、ウェブベースのマップに適しています。

空間参照系の要素

SRSは、2つの主要な要素から構成されます。

測地系
座標系

これらの要素が連携して地球の形状を定義し、地理データに文脈を与えます。

測地系

測地系は、地球の形状を定義する一連のルールです。衛星画像を使用して地球の形状を観察することができますが、地球の中心と半径を計算する際にはいくつかの誤差が生じます。測地系はこれらの誤差を補正するため、地球の球体モデルを標準化したものです。主に2つのタイプの測地系があります。

世界測地系
局所測地系

世界測地系

世界測地系、またはジオセントリック測地系としても知られるものは、地球の重心を参照点として使用します。地球の不規則な形状のため、地球と球体モデルを整合させることは簡単ではありませんが、衛星技術の進歩により実現可能となりました。日本では、次のような主な世界測地系がよく使われます。

世界測地系2011 (JGD2011)
これは日本の公式測地系であり、国土地理院によって作成された地図などの公式な調査に使用されています。
世界測地系2000 (JGD2000)
これは2002年から2011年まで日本の公式測地系でしたが、東日本大震災による地殻変動を考慮してJGD2011に置き換えられました。
WGS84 (世界測地系1984)
アメリカによって管理されている測地系であり、GPSに基づくナビゲーションに使用されています。

局所測地系

世界測地系とは対照的に、局所測地系はモデル球体上の特定の点を実際の地球上の対応する点と一致させます。日本では、主な局所測地系として旧日本測地系（東京測地）が知られています。これは1918年から2002年まで日本の公式測地系でしたが、現代の衛星測位システムとの互換性がなく、地殻運動による大きな誤差があるため、ほぼ使用されなくなっています。

測地系の取り扱い方法

調査などの正確なアプリケーションでは、特定の測地系に厳密に従う必要があります。しかし、より精密性の低いアプリケーションでは、3つの世界測地系の違いは無視しても問題ないことがあります。ただし、世界測地系と局所測地系（東京測地）を区別する際には注意が必要です。なぜなら、同じ座標が現実世界では400メートル以上離れた場所を指すことがあるからです。

座標系

座標系は空間参照系のもう一つの重要な要素です。主に2つのタイプの座標系があります。

地理座標系
投影座標系

地理座標系

地理座標系は、地球の球面表面上の位置を緯度と経度を用いて定義します。これは、地球上の位置を特定するための直感的で広く認識された方法です。

投影座標系

地理座標系とは異なり、投影座標系は地球を平面上に表現し、地図作成に適しています。地球はいくつかのブロックに分割され、それぞれが平面に投影されます。日本では、次のようないくつかの投影座標系が使われています。