概要

測地基準系とは、地表上またはその近傍の位置を座標として表せるようにする、定義された参照系です。基準系は、地図作成、測量、航法で使われる座標系の原点、向き、尺度を与えます。緯度・経度や格子座標が示されたとき、その数値が現実世界のどの地点を指すのかを定めるのが基準系です。

構成要素と種類

基準系には通常、いくつかの関連する要素があります。

  • 参照楕円体 — 地球の形を近似し、座標計算に用いる数学的な面。
  • ジオイドまたは鉛直基準面 — 高さを測るための参照で、しばしば地域の平均海面に結び付けられます。
  • 原点と向き — 基準系を地球に固定するための基準点と整列。
  • 実現形（参照フレーム） — 実際に測量された点群と、基準系を実装するためのパラメータ。

一般的な区別としては、緯度・経度や平面座標に使う水平基準系と、標高に使う鉛直基準系があります。基準系は、国や地域に最適化された局所的なものにも、地球の質量中心に基づく地心・全球的なものにもなりえます。

歴史と発展

測量技術の向上と衛星測位システムの利用可能化に伴い、基準系は発展してきました。歴史的には、地域の地球形状に最もよく適合するように局所基準系が選ばれていました。その後、世界的な整合性を確保し、衛星航法を支えるために、地心の全球基準系が開発されました。基準系は、計測技術の進歩や地殻変動への対応に合わせて、定期的に改良されます。

用途、例、重要性

基準系は、正確な地図の作成、地理空間データの統合、建設や土木工事の指揮、衛星航法システムの運用に不可欠です。広く参照される基準系の例には、GPSで使われる全球フレームや、国の地図作成機関が用いる地域基準系があります。2つのデータセットが異なる基準系を使っている場合、変換しないかぎり座標は一致しません。

実用上の問題と変換

基準系を切り替えるには、並進、回転、尺度変化、場合によってはプレート運動を考慮する時間依存の調整を含む、定義された変換が必要です。測量技師やGIS実務者は、座標を記録したり使用したりするとき、必ず基準系を明記しなければなりません。そうしないと、（緯度, 経度）のような座標や投影格子点が、地表上の別の地点を指してしまうことがあります。地図表示やデータ交換では、基準系を指定することで、位置ずれに伴う高コストな誤りを避けられます。

重要な区別

基準系と座標系を混同してはいけません。基準系は参照を与えるもので、座標系は数値を割り当てるための規則です。また、ジオイド（平均海面に近似する物理的な等ポテンシャル面）は、多くの水平基準系で使われる数学的な楕円体とは異なります。地図と位置の概念についての一般的な情報は、地図と地図作成の参照も参照してください。