ArcGISにおける鉛直座標系の座標変換

座標系の変換とは、一般的に水平方向（経緯度）の座標値の変換を指しますが、高さの基準を変換する鉛直座標系変換という操作もあります。ArcGIS 10.3以前では鉛直座標系の定義自体はできていましたが、バージョン10.4から鉛直座標系の変換が実装されました。鉛直座標系も、数学的に計算上変換できる処理と、地域ごとのパラメーターによって変換するものがあります。

高さの種類についてはGIS で使用されている高さの種類をご覧ください。

1 日本で使われる高さの基準
2 操作方法
3 おわりに
4 参考

日本で使われる高さの基準

EPSGに登録されている日本の鉛直座標系は次のとおりです。EGMは重力モデルの成果です。WGS84は本来GPSで扱われる測地系なので高さは楕円体高で求められます。EGMで求められたジオイド高を差し引けば標高（平均海面高）が求められます。JGEOIDは日本の重力ジオイドモデルですが、まだEPSGは付与されていないようです。

名前	EPSG	意味
JSLD69 height	5723	日本測地系における東京湾平均海面（北海道を除く）の鉛直座標系
JSLD72 height	6693	日本測地系における東京湾平均海面（北海道）の鉛直座標系
JGD2000 (vertical) height	6694	日本測地系2000における鉛直座標系
JGD2011 (vertical) height	6695	日本測地系2011における鉛直座標系
EGM2008 height	3855	全球重力場モデル
JGEOID2004		日本の重力ジオイドモデル
JGEOID2008		日本の重力ジオイドモデル

操作方法

ArcGIS Pro でフィーチャクラスのZ値を変換する方法です。鉛直座標系を変換するには、「投影法の定義」ツールで鉛直座標系を含めた定義を行い、「投影変換」ツールでの変換時に、測地系変換パラメーターを指定します。

変換パラメーターのダウンロード
My Esriのダウンロードページから変換ファイル（ArcGIS Coordinate Systems Data）をダウンロードしてセットアップします。

座標系の定義
Z値を持つフィーチャクラスに対して、「投影法の定義」ツールで鉛直座標系を定義します。JGD2000/2011の楕円体高をEGM2008に変換するパラメーターは存在しないため、元の高さが楕円体高である場合は日本の測地系であっても「WGS 1984」を定義します。
投影変換
「投影変換］ツールで鉛直座標系の変換もできますので、パラメーターに以下を指定して実行してください。
・出力座標系の鉛直座標系に「EGM2008 Geoid」を指定
・「鉛直」にチェック
・地理座標系変換に「WGS_1984_To_WGS_1984_EGM2008_1x1_Height」を指定
変換後のポイントフィーチャクラスから座標値をフィールドの出力
座標値を属性として出力されたい場合は、「ジオメトリ属性の計算」ツールで、ポイントジオメトリのZ値をフィールドに出力します。
（変換パラメーター）

JGD2011の楕円体高からEGM2008には変換できませんが、「JGD_2011_To_JGD_2011_Vertical_Height_1」によって、JGD2011から2011_Vertical_Height（国土地理院公開の日本のジオイド2011）によるジオイド高からの高さ（＝標高）に変換できるようです。

Esriの資料によると、「WGS_1984_To_WGS_1984_EGM2008_1x1_Height」はEGM96ジオイドを基にした1秒グリッド（地域ごとパラメーター）による変換となるようです。「WGS_1984_To_WGS_1984_EGM2008_1x1_Height」で使用されているFile Nameが「Dataset_egm2008-1.grd」とあるので、以下のファイルのグリッドパラメーターを使用しているものと考えられます。

C:\Program Files (x86)\ArcGIS\CoordinateSystemsData\pedata\vertical\world\egm\egm2008-1.grd

おわりに

日本の標高は、法令上は東京湾平均海面（TP）と呼ばれていますが、明治の測量以降130年の間に2回改定されています（出典）。日本水準原点は、1891年当所は24.500mでしたが、1928年の関東大震災で24.414m、1949年の測量法施行令制定で24.4140mとなり、2011年の東日本大震災で24.3900mとなりました。2回改測されていますが、いずれも「東京湾平均海面」と呼ばれるので、扱いがややこしいです。

2025年には、従来の東京湾平均海面からの水準測量だった高さの基準が、GNSS測量によるものに変更されます（出典）。新しい基準による標高は何と呼ばれるのでしょう？

参考

解説測地原子と鉛直原子
鉛直座標系
Introducing Vertical Transformations in ArcGIS PDF（Esri）
Geographic and Vertical Transformation Tables PDF（Esri / ArcGIS Pro 最新?）
Geographic and Vertical Transformation Tables PDF（Esri / ArcGIS Pro 3.3）
Geographic and Vertical Transformation Tables PDF（Esri / ArcMap 10.8.2）