- 지도 앱은 지표가 정지해 있다는 가정 위에 보이지만, 실제로는 지각판 운동과 지진 때문에 좌표와 영상 정합이 계속 어긋날 수 있음
- 소비자용 GPS와 항공·위성 이미지의 지오리퍼런싱은 각각 수 미터 단위 오차를 만들며, Google Earth 고해상도 이미지 연구에서도 1~50m 위치 오차가 확인됨
- 미국에서는 측량용 NAD 83과 GPS·Google Maps의 WGS 84가 함께 쓰이고, 지역 기준계와 전 지구 기준계의 차이가 시간이 지나며 누적됨
- 남캘리포니아처럼 판 경계에 걸친 지역은 좌표 갱신이 더 복잡하며, 지진 후에는 도로·해안선 같은 실제 지형이 수 미터 이동할 수 있음
- 지도 갱신은 예산, 측량 관행, 장비 정밀도에 묶여 즉시 반영되기 어렵고, 오래된 지도일수록 지구가 동적인 행성임을 더 뚜렷하게 드러냄
움직이는 지표 위의 지도
- 지표상의 장소는 지각판 운동과 지진 때문에 완전히 고정된 좌표를 갖지 않음
- Google Maps, 차량 내비게이션, 기타 지도 서비스가 목적지 안내를 하려면 장소 좌표를 계속 정확하게 유지해야 함
- 지리학자, 지질학자, 측지학자가 지도 정확도를 유지하는 인프라를 운영하지만, 움직이는 지형을 항상 즉시 따라잡기는 어려움
- 이 차이는 화면 위 지도에서 눈에 띄는 위치 오차로 나타날 수 있음
GPS와 이미지 정합에서 생기는 오차
- Ken Hudnut은 도로 교차로 한가운데 GPS 수신기를 들고 서 있어도 Google Earth에서는 교차로 중앙에서 벗어나 보일 수 있다고 설명함
- 오차 원인은 크게 두 갈래임
- 소비자용 GPS 하드웨어는 위치 불확실성이 수 미터 이상임
- 지도와 위성 이미지는 위도·경도 격자에 맞추는 지오리퍼런싱 품질에 따라 비슷한 규모로 어긋날 수 있음
- 2008년 연구는 선진국 31개 도시의 Google Earth 이미지를 조사해 1~50m 범위의 위치 오차를 찾음
- 필자가 직접 확인한 예시에서는 Google Maps가 집 뒤 데크 위치를 약 10m 다르게 표시했고, Google Earth의 서로 다른 날짜 이미지를 비교하면 집 위치가 최대 20m까지 움직여 보였음
- 이런 오차는 대체로 지질 변화 자체보다 항공·궤도 이미지를 좌표 격자에 얹는 과정의 어려움에서 생김
기준점과 측량 표식
- 지도 이미지를 좌표 격자에 맞추려면 지상에 설치된 기준점이 필요함
- 미국 National Geodetic Survey(NGS)는 고정 GPS 관측소 네트워크를 유지하고, 지난 두 세기 동안 노출 암반·콘크리트 기둥·고정 구조물 등에 금속 원반 형태의 측량 표식을 설치해 왔음
- 지도와 실제 지형을 맞추는 과정은 완벽하지 않음
- 측량 표식의 좌표가 부정확할 수 있음
- 일부 좌표는 완전히 틀릴 수도 있음
- NGS와 다른 기관들은 측량 표식을 매우 드물게만 재확인함
- NGS는 예산 제약 때문에 표식이 여전히 존재하는지 직접 확인할 인력을 보내기 어렵고, geocacher들이 취미 활동으로 표식을 찾아 보고서를 보내는 일이 표식 회수 정보를 최신으로 유지하는 데 도움 됨
NAD 83과 WGS 84
- 위도·경도 격자인 datum은 자연적으로 주어진 것이 아니라, 지구 형상 모델에 맞춰 고정해야 하는 좌표 기준계임
- 미국은 두 가지 주요 datum을 함께 사용함
- NAD 83: NGS가 개발했고, 대부분의 지도와 북미 측량에 최적화됨
- WGS 84: 군 기관이 유지하며, Google Maps와 GPS가 의존하고 전 지구 범위를 우선함
- NAD 83은 1927년 기준계를 대체하며 1988년 12월 6일 도입됐고, 더 정확한 지구 형상 모델 때문에 일부 위치의 좌표가 최대 100m까지 바뀜
- 오래된 NAD 27 기반 지도는 여전히 남아 있음
- 1960년대 미 해군이 최초의 위성항법 시스템을 개발할 때 오래된 북미 기준계를 외삽해 0도 경도를 정했고, 나중에 그 자오선이 Greenwich 왕립천문대의 역사적 본초자오선 표식보다 약 100m 동쪽에 그려졌다는 사실이 확인됨
전 지구 기준계와 판에 붙은 기준계
- NGS와 군 측은 각자의 datum을 맞추기 위해 협력했지만, 이후 두 시스템은 다시 벌어져 지도와 GPS 좌표 간 불일치를 만들었음
- WGS 84는 특정 지각판에 묶이지 않은 전 지구 표준이며, 사실상 지구 깊은 내부에 고정됨
- 측지학자들은 특정 판 운동에서 위도·경도를 분리하기 위해 지각판들이 맞물린 기어처럼 움직이고, 모든 회전율을 더하면 0이 된다고 가정함
- 특정 판에 좌표를 묶지 않으면 측량 위치와 그 위에 만들어진 지도는 시간이 지나며 달라짐
- 반대로 NAD 83은 북아메리카판 위에 놓인 그물처럼 움직이며, 판이 이동하면 datum도 함께 따라감
- 이런 지역 datum은 운전자와 측량사가 대규모 판 운동과 극 운동을 크게 의식하지 않고 길 찾기와 토지 경계 작업을 할 수 있게 함
NAD 83의 누적 불일치와 2022년 갱신 계획
- NAD 83은 지구의 형상과 크기에 대한 개선된 지식을 반영하도록 전면 개편되지 않았음
- Dru Smith에 따르면 NAD 83은 내부적으로 일관되고 정밀하지만, 지구 중심이어야 할 (0,0,0) 좌표가 약 2m 어긋나 있음
- 측량사를 편하게 만드는 대신, 북미의 위도·경도 격자는 세계의 나머지 부분과 점점 멀어짐
- NGS는 2022년 갱신을 계획했고, 이 갱신은 북미 대륙의 지점들을 1m 이상 이동시킬 예정이었음
남캘리포니아처럼 판 경계에 걸친 지역
- 남캘리포니아는 북아메리카판과 태평양판에 걸쳐 있어 “세계의 나머지”와의 차이가 더 복잡함
- 태평양판은 북아메리카 나머지 지역에 비해 매년 북서쪽으로 몇 인치씩 움직임
- 판 경계는 날카로운 선이 아니어서 실제 이동량은 위치마다 복잡하게 달라짐
- La Jolla의 California Spatial Reference Center는 관측소 네트워크를 운영하며 주 내 기준점 좌표를 주기적으로 갱신함
- 마지막 갱신은 2018년임
- 측량사들은 이 좌표를 이용해 NAD 83에 자신들의 측량을 연결함
- Yehuda Bock은 좌표가 자주 바뀌면 측량사에게 복잡해지기 때문에 주기적 갱신이 타협점이라고 봄
- 지역적인 경계 설정에는 큰 문제가 아닐 수 있지만, California 고속철도처럼 큰 규모의 프로젝트는 지각 운동을 따라가야 함
지진이 지도에 남기는 흔적
- 지진은 단층선을 따라 지도를 대각선으로 자른 뒤 한쪽을 다른 쪽에 대해 미는 것 같은 변위를 만들 수 있음
- 1992년 Landers 지진 진앙 근처인 Palm Springs 북쪽 좌표 34.189838, -116.433842에서는 Google Earth의 과거 이미지를 비교해 단층을 따른 횡방향 이동을 볼 수 있음
- 1989년 7월 이미지와 1994년 5월 이미지를 비교하면 단층을 가로지르는 Aberdeen Road의 정렬이 눈에 띄게 바뀜
- 단층 근처 땅은 지진으로 수 미터 이동했음
- GPS 네트워크는 지진을 실시간으로도 포착할 수 있음
- 2011년 Tohoku 지진 자료를 바탕으로 만든 영상은 진원지 인근 해안선이 수평으로 최대 4m 움직이고, 파동이 일본과 전 세계로 퍼지는 모습을 보여줌
지도 갱신 속도와 실제 제약
- 지각 활동 보정이 지도에 반영되기까지는 시간이 걸림
- USGS National Geospatial Technical Operations Center는 야외 활동가들이 쓰는 USGS 지형도를 제작하며, 지도는 3년마다 갱신됨
- 예산 삭감 속에서도 3년 주기를 유지하기가 어려웠음
- 갱신 사이에 생기는 작은 오차는 지도 제작과 GPS 장비의 부정확성에 묻힌다고 보는 경우가 많음
- GPS 기술은 더 자주 작은 보정을 적용할 수 있는 수준에 도달했으며, 향후 지도는 실시간에 가까운 속도로 갱신될 수 있음
- 오래된 지도는 지구가 정적인 배경이 아니라 계속 움직이는 동적인 행성이라는 사실을 드러냄