1. 지역 및 범세계 데이텀
앞서 범세계 데이텀과는 별개로 추가적인 기준면이 정의되어야 할 필요성과 이를 위한 두 가지 데이텀인 지역 평균해수면과 타원체에 대해 설명하였다. 또한 수평 및 수직 데이텀을 어떻게 구현하며 수직 수평 참조에 어떻게 사용되는지 역시 알아보았다. 중요한 점은 이러한 기준면은 지역적으로 구현되어 있으며 세계적으로 수백개의 지역별 수직 및 수평 데이텀이 존재한다는 것이다. 이제 범세계 수직데이텀(Global vertical datum)과 범세계 수평데이텀(Global horizontal datum)에 대해 알아본다.
우주측지기술의 발전으로 인해 측지기준계 1980 타원체(Geodetic Reference System 1980, GRS80 Ellipsoid)이라는 지구중심타원체가 탄생하였다. 여기서 언급한 GRS80 타원체가 바로 범세계 수평기준면이다. 현재 전 세계 어디에서나 상호호환성이 필요하여 범세계적 수평데이텀이 보다 널리 사용되는 경향을 보인다. 미국과 유럽의 우주관련 위원회에서는 위성중력측량사업(Gravity Satellite Mission)을 추진할 계획에 있고, 이 계획이 완료되면 전 세계적으로 정밀한 지오이드가 구축될 것이다.
범세계적 지오이드가 필요한 이유는 무엇인가. 지구상 어느 지점에서나 ITRF를 기준으로 하는 3차원 지구중심좌표를 수cm의 정확도로 결정 가능하다. 이러한 3차원 좌표는 지구중심 범세계 수평데이텀에 대한 경위도 좌표로 정밀도를 손상시키지 않고 쉽게 변환 가능하다. 그러나 이 과정에서 변환을 통해 획득된 높이 h는 사람이 직관적으로 알고 있는 표고와는 달리 물리적 의미가 결여되어 있다. 또한 현재 지오이드를 기준으로 하고 있는 표고 H는 수십 cm 수준의 오차를 갖고 있다.
전 세계적으로 지도제작에 있어 수백개의 지역 수평 및 수직데이텀이 사용되고 있다. 향후 지역데이텀이 완전히 사라질 때까지 범세계 데이텀과 혼용될 것이다. 이러한 과도기동안 지역 수평데이텀에서 범세계 수평데이텀으로 혹은 그 반대 방향으로 좌표를 변환하기 위한 도구가 필요할 것이다. 이러한 변환 도구를 개발 및 사용자에게 제공하는 기관은 대부분 국가의 지도제작기관 또는 지적관련 기관이다.
2. 데이텀 변환
범세계적 지구중심데이텀을 채택하는 이유는 국제적인 공동 작업 수행의 편의성과 표준에 따르기 위함이다. 세계적으로 위성측지기술이 공간 위치참조에 널리 사용되고 있는데, 위성측지기술은 범세계적 지구중심데이텀을 따르고 있으며 복잡한 공간자료 처리를 위한 여러 소프트웨어 패키지들이 전 세계 시장을 대상으로 출시되어 있기 때문이다. 세계화 시대에 각 나라별로 지역 데이텀을 유지하기 위한 비용은 점차 증가할 것으로 보인다. 범세계적 및 지역적 데이터셋은 거의 범세계적 지구중심데이텀을 사용하는데 개별 국가 역시 이를 지역 데이텀과 일치시킬 수 있다면 한층 유용할 것이다.
각 국가의 정부기관의 이러한 변화에 대한 대응 방식을 살펴보면, 우선 뉴질랜드의 토지정보시스템은 GRS80 타원체를 기반으로 한 국제지구참기준계(International Terrestrial Reference System, ITRS)와 지구중심 수평데이텀을 채택한 바 있다. 이 뉴질랜드의 ITRS는 ITRF96을 기준으로 계산한 2000.0 시점을 적용하고 있다. 뉴질랜드 토지정보시스템은 대대적인 홍보를 통해 사용자가 이러한 지구중심데이텀에 익숙해지도록 노력하고 있다. 뉴질랜드 토지정보시스템은 이러한 변화에 따른 다양한 접근방법에 상응하는 전략을 세우고 실행에 옮기도록 권고하고 있다. 또한 기존 자료를 조사하여 새로운 데이텀으로 변환하거나 과도기 동안 이중좌표를 사용하는 경우의 대책, 관련 법제도 변화에 따른 새로운 절차 수립 등을 권고하고 있다.
지도제작기관들은 사용자에게 지구중심데이텀을 지도하는 역할은 물론 새로운 데이텀으로부터 기존 데이텀으로 좌표를 변환할 수 있는 절차 및 도구를 개발하고 있다. 이러한 절차를 데이텀 변환이라 하고 이 도구를 데이텀 변환 파라미터라고 한다. 이러한 변환 파라미터가 필요한 이유는 사용자들은 현장에서 대부분 위성측지기술을 사용하여 공간자료를 수집하고 있고 이와 같이 수집된 자료를 기존의 데이텀으로 제작된 지도에 표시해야 하기 때문이다.
A데이텀에서 B데이텀으로 변환은 수학적으로 간단한 절차를 거치면 된다. 이 변환는 기본적으로 약간의 조정계산 이론의 기본 도구만으로 사용 가능한 두 개의 직각좌표계 공간 프레임간의 변환이다. 3차원에서의 변환은 세 개의 회전각, 세 개의 원점이동, 축척계수 와 같은 7개의 파라미터로 표현할 수 있다. 이 방법에서 입력은 A데이텀에서의 점의 좌표 및 같은 점에 대한 B데이텀에서의 좌표이다. 결과물은 변환 계수의 추정값 및 각 추정값에 대한 오차수준이다.
단, 공통점의 좌표가 상이할 경우 이와 같이 추정한 파라미터 값은 부정확하게 된다. 이러한 경우는 특히 지역 수평데이텀에서 지구중심데이텀으로 변환할 때 많이 발생한다. 지역수평데이텀은 사용한 삼각망에 내재된 부정확성으로 인해 수 미터의 왜곡이 존재할 수 있다. 이와 같이 내부적인 부정확으로 인해 변환 계수가 여러개 존재할 수도 있다. 추정 파라미터는 어떤 점들을 공통점으로 사용했는지, 혹은 몇개의 파라미터를 사용했는지에 따라 달라질 수 있다.