지리정보체계론

GIS1 설명

1. GIS 의 기본적인 기능 (basic functions of GIS) 에 대해 기술하시오.
GIS의 기능으로는 데이터 수집(Capture), 저장(Store), 질의(Query), 분석(Analyze), 표현(Display), 출력(Output)이 있습니다.

데이터를 수집(Capture)할 때는 기존의 종이지도를 스캔하거나, 디지털 데이터를 사용합니다. 최근에는 GPS의 발달로 GPS를 많이 사용합니다.

데이터를 저장(Store)할 때는 벡터와 래스터의 형태로 데이터를 저장합니다. 벡터는 각각의 독립적인 객체를 나타냅니다. 점, 선, 면으로 이루어져 있습니다. 래스터는 사각형(대부분 정사각형)의 정보가 담긴 셀로 표현합니다. 이러한 벡터와 래스터 개체들의 모음으로 현실세계를 표현합니다.

데이터를 질의(Query)할 때는 특정 요소를 찾아낼 수 있고, 또는 조건을 기반으로 요소들을 찾아볼 수 있습니다.

데이터를 분석(Analyze)할 때는

데이터를 표현(Display)할 때는 데이터를 지도와 그래프 등 다양한 형태로 표현합니다. 데이터를 표현할 때는 보는 사람이 쉽게 이해할 수 있도록 해야 합니다.

데이터를 출력(Output)할 때는 이미지의 형태로 출력하거나, 문서 형태로 출력할 수 있고 종이 지도 혹은 인터넷에 업로드 할 수 있습니다.

2. 왜 GIS 는 개발되었나?
다차원의 정보를 다루기 위해서,
풍부한 데이터들을 효율적으로 다루기 위해서,
다른 축척의 데이터를 다루기 위해서,
3차원의 정보를 평면에 투영하기 위해서,
공간 분석을 실행하기 위해서,
세계의 다른 여러가지 시각을 표현하기 위해서

3. 의사결정을 위한 다섯 가지 지원 인프라 (support infrastructures for decision making) 를 기술하시오.
Data : 가공되지 않은 어떠한 사실
Information : 어떠한 해석이 주어져 의미를 갖는 Data
Evidence : 정보의 다각적 측면. 특정 문제를 해결하기 위해서 다양한 면에서 정보가 수집됩니다.
Knowledge : 이해가 되는 정보. 자신의 지식으로 체득이 됩니다.
Wisdom : 최종적으로 의사결정을 할 때 사용됩니다.

4. GIS의 여섯 가지 구성요소 (components of GIS)를 설명하시오.
Hardware : Input, Management, Output 세 가지로 구분됩니다. Input은 정보를 입력하는 장치입니다. Management는 데이터를 저장하고, 관리하거나 혹은 네트워크를 이용해 데이터를 한번에 처리할 수 있는 장치입니다. Output은 정보를 출력하는 장치입니다.

Software : GIS 데이터의 질의, 분석 등을 수행하는 다양한 기능을 제공하는 소프트웨어입니다. 많은 GIS 소프트웨어가 있습니다.

Data : 지역을 표현하기 위해 다양한 방법으로 얻을 수 있는 데이터 입니다. 공간 데이터와 속성 데이터로 분류됩니다.
공간 데이터는 위치에 대한 정보를 포함하며, 기하학적 요소와 관련이 있습니다.
속성 데이터는 데이터의 특징 등에 대한 정보를 포함하고 있습니다. 컬럼마다 다른 속성을 의미합니다.

People : 관리자, GIS 기술자, 엔드 유저, 소비자가 있습니다. 관리자와 GIS 기술자는 프로젝트 등의 큰 범위에서 GIS와 GIS네트워크 등을 관리하는 사람을 뜻합니다. 엔드 유저는 GIS 소프트웨어를 이용해 질의, 분석 등을 수행하는 사람을 뜻합니다. 소비자는 만들어진 지도 등을 이용해 정보를 얻는 사람을 뜻합니다.

Procedures : GIS 프로젝트를 하고자 할 때 프로젝트가 요구에 충족하는지 체크하는 과정입니다. 프로젝트가 요구에 충족하는지, 법에 저촉될 여지가 있는지, 기관의 요구에 충족하는지, 예산 상황에 적절한지, 좋은 품질을 유지할 수 있는지 등이 있습니다.

Network : 기본적으로 인터넷이 있습니다. 인터넷은 GIS 요소를 손쉽게 주고받을 수 있게 합니다.
최근에는 기술의 발달로 클라우드 컴퓨팅을 사용하기도 합니다. 데이터를 로컬로 저장하는 것이 아니라 클라우드 상에서 사용하며, 리소스가 많이 필요한 연산을 고사양의 컴퓨터를 원격으로 제어해 더욱 빠르고 편리하게 결과를 얻을 수 있습니다.

5. 지도 구성을 위한 요소들 (elements for map composition)에 대해 설명하시오.
지도를 구성하는 4가지 요소는
1) Map Projection, 2) Map Scale, 3) Generalization, 4) Symbolization이 있다. 1) map projection(지도투영법)은 둥근 지구의 표면(3차원)을 2차원 평면위에 그리는 방법들을 말한다. 이는 일반적으로 지구의 위도와 경도선을 체계적인 수학적 변환 과정이 필요하다. 모든 투영은 면적, 모양, 길이, 방향에서 반드시 실제의 값과 차이가 일어난다. 이는 본래 3차원인 세계를 2차원으로 표현하는데 나타나는 왜곡이다. 어떤 투영을 선택 하는지에 따라서 위의 4가지 속성 중 선택적으로 왜곡을 줄일 수 있다.
2) Map Scale(축척)은 지구 표면의 길이와 이에 대응하는 지도상의 길이의 비율을 말한 다. 지구는 구이기 때문에 지구의 표면을 지도(평면)위에 변환하면 반드시 길이의 왜곡 이 생긴다. 길이의 오차의 정도를 나타내는 것이 SF(Scale Factor)이고 이는 “actual scale/principal scale”이다. scale에는 Representative Fraction(RF), Verbal Statement, Graphic or Bar scale 이렇게 3가지 종류가 있다. RF는 1:24,000, 1/24,000과 같이 스케일을 수치로 적은 것이다. Verbal Statement는 스케일의 수치를 말로 표현한 것이다. ex) 1 inch to 1 mile Graphic or Bar scale은 지도 위에 그림으로 scale을 표현한 것이다.
3) Generalization(정규화)은 실세계의 수많은 개체들을 지도의 목적에 맞게 일부를 선택 해서 단순화하는 과정을 말한다. 지도에 따라서 적절한 스케일을 선택하고, 스케일에 따 라서 개체의 수를 줄여서 표현해야 한다.(Quantitative) 보통 선택하는 개체들은 아주 중 요한 개체들이 대부분이고 이들을 지도위에 상세히 표현하는 것이 아니라 단순화해서 표현한다.(Qualitative) 기술적으로 개체를 얼마나 자세히 그리는 문제도 있다. 일반화 (generalization)은 구체적으로 Simplification, Classification, Symbolization, Induction 이렇게 4가지 요소로 이루어져 있다.
4) Symbolization(기호화)은 지도상에 문자나 그림으로 개체들을 나타내는 것을 말한다. 개체를 표현할 때는 점과 선과 면과 volumetric으로 표현할 수 있다.

6. 등치 지역도 (choropleth maps)를 만들기 위한 영역 분류 체계 (area classification schemes) 에 대해 서술하시오.
Natural Break : 값을 클래스로 구분합니다. 각 클래스는 최대한 유사한 값끼리 모여있도록 하고, 클래스 간의 차이는 최대화하는 방식으로 만들어집니다.
Quantile Break : 동일한 비율로 등급을 구분합니다. 동일한 수의 개체들로 등급을 구분한다는 말과 같습니다.
Equal Interval : 동일한 간격으로 등급을 구분합니다.
Standard deviation : 값이 평균으로부터 얼마나 차이가 나는지에 따라 구분합니다.

7. Spaghetti data model vs. Topological data model
Spaghetti data model과 Topological data model은 벡터데이터를 저장하는 방식입니다.

Spaghetti data model

  • Spaghetti data model은 점, 선, 면 형태의 객체들을 좌표들의 목록으로 저장하고, 위상 관계를 나타내지 못합니다.
  • 다각형의 객체들의 인접 여부는 상관하지 않습니다. 따라서 두 폴리곤이 한 선을 공유한다고 할 때, 그 선은 각각의 폴리곤에 별개로 저장됩니다.
  • 아날로그 지도를 그대로 옮긴 것과 같습니다.
  • Spaghetti data model은 이해하기는 쉽지만 많은 중복 저장이 일어날 수 있으므로 데이터의 낭비가 있습니다.
  • 또한 각 객체 간의 위상구조가 나타나지 않아 공간분석을 하기 어렵습니다.

Topological data model

  • Topological data model은 객체가 서로 인접하거나, 연결되었거나, 교차된 관계를 나타냅니다. Spaghetti data model과는 다르게, 인접한 두 다각형의 중복된 선은 한 번만 저장합니다.
  • 점과 선, 점과 면, 선과 선, 선과 면, 면과 면 간의 위상학적 관계를 나타냅니다.
  • 각 객체 간의 위상구조가 드러나므로, 다양한 공간 분석을 수행할 수 있습니다.
  • 속성데이터의 위상학적 관계는 폴리곤의 모양이 변형되어도 변하지 않습니다.
  • 네트워크의 관계와 지역 사이의 관계 두 가지 유형으로 표현됩니다.
  • 데이터 객체들 간의 위상정보를 파악하는데 많은 비용이 소모됩니다. 그래서 데이터를 관리하기는 복잡하지만 데이터의 질이 좋습니다.
  • 장점이 많아 대부분의 GIS자료는 Topological data model을 구현합니다.

8. Geographic coordinate system vs. Cartesian coordinate system
지리좌표계란 지구타원체를 이용하여 지구의 위치를 판별할 수 있게 하는 체계로 지구 상의 모든 위치를 경위도로 나타낼 수 있다. 위도와 경도는 지구 중심에서 지표면 상에 지점까지 측정된 각을 뜻하며 흔히 도(degrees)로 표시된다. 경도의 0점 기준은 영국 그리니치 천문대이며 위도의 0점 기준은 적도이다. 직교좌표계란 어떠한 차원 내적 공간을 나타내는 좌표계이다. 좌표계는 임의의 차원에 따라 x, y, z 등의 축이 형성되며 좌표계상의 각 지점들은 축들이 만나는 점인 원점을 중심으로 하여 고유한 값을 갖게 된 다. 직교 좌표계는 극좌표계 등 다른 좌표계와 달리, 임의의 차원으로 쉽게 일반화할 수 있다.
직교 좌표계는 나타내는 대상이 평행이동(translation)에 대한 대칭을 가질 때 유용하나, 회전 대칭 등 다른 꼴의 대칭은 쉽게 나타내지 못한다. 일반적으로, 주어진 유클리드 공간에 차원과 원점이 주어지면, 이를 이용하여 직교 좌표계를 정의할 수 있다.
지리좌표계는 기준점으로부터의 각도 차이로 위치를 표현하는 것이기 때문에 관측점들 이 같은 경도차를 갖더라도 위도에 따라 거리의 차이가 달라진다. 예를 들어, 위도 0도에서와 위도 60도에서의 경도 10도에서 15도까지의 거리는 지구가 타원체라는 특징 때문에 위도 0도에서의 거리가 더 길다.

9. 세 가지 주요 위상학적 개념 (three major topological concepts) 에 대해 설명하시오.
Connectivity : 호는 노드에서 서로 연결됩니다. 따라서 특정 지점부터 특정 지점까지의 연결 경로에 대해 검색할 수 있습니다.
Area definition : 호로 둘러싸인 영역은 폴리곤을 정의합니다. 따라서 호의 형태로 한 번만 저장되어 데이터의 양이 줄어들고 인접한 폴리곤의 경계가 오버랩 되지 않도록 보장합니다.
Contiguity : 호들은 방향과 왼쪽/오른쪽 면을 가지고 있습니다. 벡터 데이터의 인접성을 결정할 수 있도록 합니다.

10. 벡터 데이터 모델의 장/단점에 대해 서술하시오.
장점

  • 객체 데이터 모델을 잘 나타냅니다.
  • 데이터 구조가 작습니다.
  • 토폴로지를 명시할 수 있으므로 네트워크 분석에 유리합니다.
  • 어떤 축척에서도 정확한 표현이 가능합니다.
  • 검색과 수정이 용이합니다.

단점

  • 데이터 구조가 복잡합니다.
  • 표현이 오래 걸리고 많은 비용이 듭니다.
  • 기본단위 내 공간분석은 내부적으로 균일하다고 판단되어 추가자료 없이는 불가능합니다.
  • 더 정교한 소프트웨어와 하드웨어를 필요로 합니다.

11. 공간 분석을 위한 오버레이 방법에 대해 서술하시오. (think examples in the class note)