1.1 시작하기

지구상의 모든 사물, 모든 사람, 모든 사건은 어떤 장소에 존재하거나 발생한다. 만일 어떤

현상이 특정 위치에 고정될 수 있다면 거의 모든 정보를 지도에 표시할 수 있다. 그리고 지

도를 이용하여 이들 정보를 조직, 탐색, 분석할 수 있다. 현재 지리적으로 인지된, 즉 위치

가 파악된 많은 양의 원격탐사 및 측량정보가 이미 지도화되어 있으며, 대부분은 사용자가

쉽게 이용할 수 있다. 또한 정보를 정리할 수 있도록 하고, 우리에게 의미와 구조를 이해할

수 있는 능력을 주고, 이해와 지식을 얻도록 해 주는 기술이자 적절한 방법으로 지리정보

제 1 장

GIS는공간적데이터의지역적분석과통합을위한망원경이자현미경, 컴퓨터이자복사기이다.Ron Abler

GIS란무엇인가?

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지1 mac⑤ SP10600_Nesting

시스템(geographic information systems, GIS), 지리정보과학이 있다. GIS를 사용함으로써

얻게 되는 힘은 선거를 이기게 하고, 배고픈 사람들에게 먹을 것을 주고, 전쟁을 수행할 수

있도록 하며, 환경을 보호하고, 생물체를 구하고, 세상을 지속가능하게 만든다. 이 책에서

여러분은 이러한 기술과 방법들이 어떻게 작동되고, 이것들로 무엇을 할 수 있으며, GIS가

왜 세상을 바꾸는지를 알게 될 것이다. 이 책의 목표는 GIS라는 렌즈를 통해 정교한 지리

학적 분석으로 세상을 이해하고 개선하는 것이다. 물론 이 과정에서 우리가 세상의 현실적

문제를 직접적으로 해결할 수 없을지 모른다. 그러나 모든 해결책은 어딘가에서 시작되어

야만 한다.

여러분이 GIS를 시작하면서 지식수준을 향상시키는 데 오랜 시간이 걸리기도 하고, 비

용도 많이 들며, 때로는 상당한 고통을 수반할 수 있다. 다행히 최근 10년간 GIS 소프트웨

어는 여러 가지 오래된 문제를 해결할 수 있을 정도로 비약적으로 개선되었다. GIS에 관

한 여러분의 첫 번째 책으로서 이 책은 수준 높은 책들이 제공하는 내용보다는 전반적인

내용을 안내함으로써 이 분야의 기초를 마련할 수 있도록 할 것이다. 이 책의 목표는 다

른 책들이 사용하는 추상적인 개념 설명에 치중하거나, 시간에 민감한 내용에 전념하는

것이 아니라, 기본 개념과 삶에 유의미한 것들을 제공하는 것이다. 책의 내용을 최신의 상

태로 유지함으로써 여러분의 첫 번째 GIS 경험이 모두 시의적절하고, 즐겁고 유용할 수

있도록 저자와 편집자들은 최선을 다했다.

먼저 GIS 정의와 이 분야의 개발 개요, GIS에 대해 좀 더 가르칠 수 있는 유용한 몇 가

지 정보 출처를 제공함으로써 시작할 것이다. GIS는 새로운‘킬러 앱(killer app : 시장을

완전히 재편하는 제품이나 서비스, 새로운 기술 보급에 결정적 계기가 되는 애플리케이

션－역주)’이 아니라 스프레드시트, 워드프로세서, 또는 데이터베이스 관리자 같은 꼭

필요한 혁신적이고 필수적인 컴퓨터 애플리케이션임을 처음부터 명확히 하고자 한다. 물

론 Google Earth와 MapQuest처럼 분리 독립한(spin－off) 몇몇 GIS들이 그런 길에 앞장서

고는 있다. GIS는 부분적으로는 킬러 앱이다. 하지만 사용자가 얻을 수 있는 능력의 향상

은 컴퓨터 소프트웨어 단독으로 이루어지지 않는다. 대신, GIS는 지리학과 지도학 분야의

집합적 지식을 기반으로 형성되었으며, 측지학, 데이터베이스 이론, 수학이 그 위에 더해

졌다. 앞에 언급된 Ron Abler의 정의가 말해 주듯이 GIS는 단지 하나가 아닌, 많은 동시

대의 기술적 혁명으로 이루어진다. 이 책은 이들 기술 분야의 엄선된 최소한의 이론과 콘

텐츠를 소개하고－여러분이 시작해서 얻을 수 있는 최소한도－그런 다음 앞으로 기술

2 지리정보시스템 입문

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지2 mac⑤ SP10600_Nesting

혁명이 어디로 진행될 것인지를 알려 주는 길잡이가 되어 줄 것이다. 만일 여러분이 좀

더 진행해 나가고 싶다면 그에 대한 충분한 길도 열려 있다.

GIS를 사용하기 위해서 여러분은 지리정보과학자들처럼 사고해야 한다. 1990년대에 생

겨난 지리정보과학은 다양한 분야의 기술과 이론이 합쳐져 출현한 새로운 분야이다. 그리

고 상당한 기간의 발전 과정을 겪은 후에 지금 성숙되고 있는 것이다. 모든 새로운 분야

들처럼 지리정보과학은 정신적인 적응을 요구한다. 이 책의 목적은 이러한 적응 과정으로

여러분을 서서히 안내하는 것이다. 여러분은 이 책을 읽음으로써 도해적으로 생각하고,

정보를 지도화하고, 지도와 그림으로 분석적 해결을 하는 데 익숙하게 될 기회를 갖게 될

것이다. 이 책은 공간이라는 새로운 사고를 지금 막 시작하려는 사람과 지금까지 사용한

적이 없었던 사고를 새로이 일깨우려는 사람에게 문제 해결의 한 가지 새로운 방법으로

서 실질적인 힘을 갖게 할 것이다.

1.1.1 공간정보의정의

우리는 정보화 사회에 살고 있다. 우리는 휴대전화나 동 상, 페이스북(Facebook), 온라

인 뉴스 서비스 없는 삶을 상상할 수 없다. 그러나 우리에게 전달되는 이들 정보의 대부

분은 단지 몇 가지 요소－문자, 숫자, 이미지, 동 상, 애니메이션－만 포함하고 있다.

그중 가장 풍부하고 쉽게 도달하는 정보가 문자이다. 그리고 우리가 웹페이지에 대한 소

스 파일을 보면 우리가 보는 것은 전부 문자와 일련의 정렬된 특별한 코드들이다. 디지털

정보 흐름에도 상당히 많은 아날로그 정보가 있다. 표, 목록, 인덱스, 카탈로그, 상호참조

등의 정보는 정렬이 되지 않으면 인식될 수 없다. 예를 들어 전화번호부에서 무작위로 뽑

은 사람들 목록은 당신이 찾고자 하는 사람을 발견할 때까지 한 줄씩 이름을 읽어야 하기

때문에 의미가 없다. 정렬의 가장 단순한 형태는 배열이다. 사물은 알파벳으로, 시기별로

정리할 수 있다. 정렬을 하는 또 다른 방법은 인덱스를 사용하는 것이다. 각각의 정보나

‘레코드(record)’는 숫자나 인덱스를 가질 수 있다. 인덱스를 통해 정보를 탐색할 수 있다.

예를 들어 이 책의 후반부에 있는 주요 용어는 인덱스로 가나다 순서로 배열되어 있다.

그리고 정보는 각 개념이 어디에서 사용되었는지 페이지 숫자를 적어 줌으로써 검색될

수 있다(그림 1.1).

자료를 조직화하는 한 가지 매우 유용한 방식은 2차원적인, 지리적 위치에 의한 것이

다. 이것은 실제 세계에서 지리적 범위를 따라서‘연속적으로 그린(traces)’것 같은 1차원

제1장 GIS란 무엇인가? 3

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지3 mac⑤ SP10600_Nesting

이 아닌 2차원으로 정렬된 점의 리스트를 만듦으로써 할 수 있다. 데이터가 위치에 의해

리스트가 되면, 지리적이지 않은 여러 가지 형태의 데이터를 정렬하기 위해 지도에 위치

시킬 수 있다. GIS는 공간적 데이터 모두를 함께 묶기 위한 연속적인 정렬, 리스트, 인덱

스이자 카탈로그이다. 지구상 모든 지점에 대해서 위치정보를 부여할 수 있기 때문에 지

리적, 공간적 데이터를 이해하고, 모든 종류의 정보를 시각적으로 조직화하는 방법이 중

요하다. 지리학은 매우 강력한 조직화 도구이다. 예를 들어 1963년 8월 28일 워싱턴 D.C.

링컨기념관에서 했던 마틴 루터 킹의‘나는 꿈을 가지고 있다’연설에 대한 방대한 양의

정보, 사진, 동 상, , 토론을 상상해 보자. 이 데이터 모두는 연설이 행해졌던 그림 1.2

에 보이는 기념 계단의 위치정보, 위치값인 위도 38°53′21.5″, 경도 77°02′59.4″(WGS84)

4 지리정보시스템 입문

그림 1.1 일상생활에서정보조직의형태－책, 카탈로그, 리스트.

그림 1.2 공간적으로위치한비문위도 38°53′21.5″경도 77°02′59.4″(WGS84).

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지4 mac⑤ SP10600_Nesting

에 포함될 수 있다.

1.2 GIS의몇가지정의

좋은 과학은 명확한 정의로 시작한다. 그러나 GIS의 경우에는 필요에 따라, 혹은 GIS가

재발견됨에 따라 다양한 정의가 만들어져 왔다. Google을 이용하여 인터넷 검색을 하면

‘geographic information system’이라는 용어에 대한 검색정보의 양이 1,640,000페이지에

달한다. GIS가 여러 가지 다양한 방식으로 정의될 수 있다는 점은 놀랄 일이 아니다. 예를

들면 Wikipedia는 GIS를‘지리적으로 관련된 정보를 통합, 저장, 편집, 분석, 공유, 표현

할 수 있는 정보체계’로 정의하고 있다. 여러분에게 적합한 정의는 여러분이 답하고자 하

는 질문이 무엇이냐에 달려 있다. 모든 GIS와 관련된 질문의 공통점은 GIS가 데이터의 한

가지 형태, 즉 공간적 데이터와 연관이 있고, 그것은 지리적 지도와 연결되어 있기 때문

에 독특하다는 것이다.

공간적이라는 것은 우리가 생활하는 주위의 공간과 관련 있음을 의미한다. GIS의 정의

는 GIS의 세 부분의 간단한 서술로 시작할 수 있다－(1) 데이터베이스, (2) 공간적 또는

지도정보, (3) 이 두 가지를 연결하는 방식. 필수적인 요소는 컴퓨터, 몇 가지 소프트웨어,

시스템을 사용하는 사람이다. GIS가 자연 보호를 위한 장소 선택이나 특정 주택으로의 응

급차 유도, 시민들이 공공 서비스를 발견하기 위해 사용하는 안내지도의 유지보수 같은

문제 해결과 수행과정에서 사용되는 기본적인 문제나 과업에 필요하다. 물론 시스템과 문

제에 대한 이해와 경험이 필요하다. 여러분이 빠르게 배워 가면서 이 두 가지를 이해하는

것이 가장 힘들지 모른다.

1.2.1 GIS는도구상자다

GIS는 공간적 데이터를 분석하기 위한 일련의 도구로 볼 수 있다. 도구상자는 도구들을

저장하고 사용되는 곳으로 가져갈 수 있는 휴대용 상자이다. 물론 GIS 도구(tools)는 컴퓨

터 툴이다. 그리고 GIS는 공간적 데이터를 처리하는 데 필요한 요소들을 포함하고 있는

소프트웨어 패키지로 생각할 수도 있다. 공구상자가 해머, 스크루드라이버, 렌치 등을 담

고 있는 것처럼 GIS 또한 일반적인 지도와 데이터베이스 운 을 할 수 있도록 하는 기본

제1장 GIS란 무엇인가? 5

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지5 mac⑤ SP10600_Nesting

적인 기능을 포함하고 있다(그림 1.3). 예를 들어 톱으로 지리적 지역을 자를 수 있으며,

루건으로 이들을 함께 합칠 수도 있다.

20년 전에 Peter Burrough는 GIS를“특정한 일련의 목적을 위해 실제 세계로부터 공간

적 데이터를 저장, 원하는 형태로 재생, 변형, 디스플레이할 수 있는 강력한 도구들”로 정

의하 다(Burrough, 1986, p. 6). 이 정의에서 키워드는‘강력한’이다. Burrough의 정의는

GIS가 지리적 분석을 위한 도구임을 의미한다. 이것은 GIS가 특별한 문제를 해결할 수 있

게 디자인된 일련의 도구라는 것을 강조하는 것으로 GIS의 도구상자 정의라고 불리기도

한다. 오늘날 대부분의 GIS 소프트웨어는 수백 또는 수천 가지의 일반적이고 특별한 목적

의 도구들을 포함하고 있다. 몇 가지 GIS 연구는 GIS 소프트웨어가 공유하는 툴은 최소한

약 20종류가 있음을 밝히고 있다(Albrecht, 1998).

만일 GIS가 도구상자라면 다음과 같은 논리적인 질문이 가능하다. 어떤 형태의 도구들

이 상자에 포함되는가? 몇몇 저자들은 GIS의 기능적 정의를 제안함으로써 무엇을 하느냐

의 측면에서 GIS를 정의하려고 한다. 기능들은 범주로 나뉘고 각 범주는 데이터가 정보

소스로서 지도와 GIS 사용자 및 의사결정자에게 전달됨으로써 연속적으로 정리되는 하위

과업들로 이루어진다는 것에 대부분 동의한다. 예를 들어 또 다른 GIS 정의는 GIS를“공

간 데이터의 수집, 저장, 검색, 분석, 디스플레이를 위한 자동화된 시스템”(Clarke, 1995,

6 지리정보시스템 입문

그림 1.3 GIS와 도구상자의 유사성. GIS는 공간적 과업을 위하여 각각의 다양한 전문적 기능인 도구들을 모아 놓은

것으로생각된다.

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지6 mac⑤ SP10600_Nesting

p. 13)으로 소개한다. 이것은 과정(process) 정의라고 불린다. 데이터 수집과 접한 과업

으로 시작해서 정보를 분석하고 설명하는 과업으로 끝이 나기 때문이다. 이 책의 구성은

이러한 기능들의 순서에 따라 구성되어 있고, 책의 내용이 진행되면서 각각 세부적으로

논의될 것이다.

1.2.2 GIS는정보체계이다

샌타바버라의 지리학자 Jack Estes와 Jeffrey Star는 GIS를 다음과 같이 정의하 다－“정

보체계는 공간적 또는 지리적 좌표에 의해 참조된 데이터와의 작업을 설계한다. 즉 GIS는

공간적으로 참조된 데이터를 위한 특정 능력을 가진 데이터베이스 시스템이자 데이터와

의 작업을 위한 일련의 운 체제이다”(Star and Estes, 1990, p. 2).

이러한 정의는 GIS가 질문과 질의(query)에 대해 대답을 제시하는 시스템임을 강조하

는 것이다. 이것은 정보체계 종류의 정의이다. 이것은 GIS가 데이터를 수집하고 분류, 정

리하고, 특정한 질문에 정확하게 대답하기 위해 여러 정보를 선택, 재구성하는 것을 의미

한다. 지리적 좌표에 대한 참조는 중요하다. 좌표는 말 그대로 지도와 데이터를 어떻게 연

결하느냐와 관련되기 때문이다. 이들 주제는 제2장에서 세부적으로 논의될 것이다. 정보

체계는 원자료를 좀 더 가치 있는 순수한 정보로 변환하여 유용하게 이용할 수 있는 방식

으로 정보를 재조직하기 위해 디자인된 것이다.

지리적 데이터와 비슷한 정보체계의 간단한 예는 지도 도서관이다(그림 1.4). 지도는 캐

제1장 GIS란 무엇인가? 7

그림 1.4 정보 시스템로서 GIS. 지도 도서관과 비슷하다. 지도 사서는 여러분의 요구에 부합하는 특정 지도를 검색하

고찾을수있다.

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지7 mac⑤ SP10600_Nesting

비닛 안의 서랍에 보관되어 있다. 특정한 지도를 찾기 위해서는 인덱스가 있어야 한다. 검

색 시스템은 지도 인덱스나 인덱스를 우리에게 제공하는 카탈로그가 될 수 있다. 필요한

지도를 찾게 되면 문제 해결을 위해 그것을 사용할 수 있다. 이를 위해 지도를 확대하거나

복사하고, 주석을 달거나 함께 여러 장의 지도를 볼 필요가 있다.

GIS의 또 다른 정보체계 정의는 상당한 시간의 검증을 거친다는 것이다. 이 정의는 많

이 숙고할 가치가 있다. 1979년에 Ken Dueker는 GIS를 다음과 같이 정의했다. “GIS는 공

간적으로 분포한 사상(features), 활동(activities), 사건(events)을 관측하기 위해 점, 선, 면

으로 정의하여 데이터베이스를 구성하는 정보체계의 특별한 경우이다. GIS는 이러한 점,

선, 면에 대한 데이터를 즉각적인 질의와 분석을 위하여 데이터를 검색하고 조작한다”

(Dueker, 1979, p. 106). 정제된 와인처럼 이러한 정의는 실제로 상당한 기간 동안 개선되

어 왔다.

‘정보체계의 특별한 경우’라는 것은 GIS가 정보체계기술에 대한 유산을 가지고 있음을

의미한다. GIS는 데이터베이스 관리를 발명한 것은 아니다. 그리고 최초 스프레드시트 프

로그램에서부터 관계형 데이터베이스 관리를 거쳐 요즘의 객체지향형 데이터베이스 관리

에 이르기까지 컴퓨터 과학에는 40년간의 전통이 이 분야에서 이어져 오고 있다. 정보체

계는 도서관학(지도 도서관학을 포함하여), 경 학, 인터넷에서 광범위하게 사용되고 있

다. 사실 오늘날 우리가 모든 GIS의 핵심인 다재다능하고 강력한 도구들을 수시로 만나게

되는 것은 인터넷을 통해서이다.

Dueker의 GIS 정의에서는 데이터베이스가 측정에 대한 과학적 접근 방법을 의미하는

일련의 관측들로 구성된다. 과학자들은 측정을 하고 데이터를 분석하는 데 도움이 되는

몇 가지 시스템으로 측정한 것을 기록한다. 관측은 공간적으로 분포되는 것들이다. 즉 여

러 시기에 걸쳐 공간적으로 이루어지고 또 같은 시기에 다양한 위치에서 이루어지는 것

이다. 예를 들면 미국 국립해양대기청(NOAA)은 전국에 걸쳐 수많은 기후 관측소로부터

기후 데이터를 수집하고, 이들 정보를 기온, 강수, 습도 등으로 통합하여 우리가 지도로

날씨 채널이나 웹사이트에서 볼 수 있는 기후도를 제공한다.

관측 대상은 지리사상, 활동, 사건들이다.‘사상’은 지도학적인 의미로 지도상에 위치한

것이다. 표고점, 중계탑의 위치, 공공관측소 같은(그림 1.5) 점사상은 단지 한 위치를 가진

다. 선사상은 구슬 목걸이, 하천처럼 선을 따라 일렬로 늘어선 몇 개의 위치를 가진다. 면

사상은 호수의 해안선처럼 폐곡선 형태의 하나 이상의 선으로 구성된다. 전통적으로 지리

8 지리정보시스템 입문

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지8 mac⑤ SP10600_Nesting

정보의 소스는 지도에 있다. 그리고 지도에 있는 정보는 색, 선, 패턴, 음 같은 다양한

그래픽 심벌들로 구성된다.

‘활동’은 사회과학과 연결되어 있는 것을 의미한다. 인간 활동은 지리적 패턴과 분포를

만들어 내며, 이러한 활동은 또한 점, 선, 면과 연결된다.

예를 들어 미국에서는 18세가 되면 선거권이 주어진다. 투표권을 얻기 위해서는 등록

을 해야만 한다. 법은 매 10년마다 똑같은 수의 사람이 대표하도록 선거구를 재구획하고

있다. 계속적인 재구획의 결과 의회선거 구역은 동일한 대표성에도 불구하고 공간적으로

매우 불규칙하게 되었다(그림 1.6). 대부분의 경우 재구획 작업은 GIS를 사용해 오고 있

다. 선거일 저녁에 우리가 저녁 뉴스에 나오는 득표 결과를 보는 것처럼 투표행위 결과를

제1장 GIS란 무엇인가? 9

점 선

면

그림 1.5 USGS 지형도에서추출된점, 선, 면 사상. 모든 지도는이들도형과문자로구성된다.

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지9 mac⑤ SP10600_Nesting

모든 사람들은 확실하게 볼 수 있다. 모든 경우에 각 유권자의 투표는 득표가 계산되고

면 형태로 표현될 수 있는 의회나 다른 선거 구역에 기록된다.

인간 생활의 많은 사회과학 요소들은 경계선을 따라 지면에 구획된 지역이 가시적일

수도, 비가시적일 수도 있는 면과 관련되어 있다. 국가, 주, 시, 군, 보건 구역, 동, 학군,

경찰담당 구역 등은 모두 대표적인 예이다. 또한 비가시적인 구역들로는 생태 지역, 기후

형태, 재난과 질병 지역, 생태계와 하천유역이 있다. 각 미국 주별 오일 관정 수의 예처럼

점과 선 도형도 지역에 따라 계산될 수 있다.

인간 활동은 인구지도, 센서스 지도, 질병 발생 분포도, 기반시설 입지도 등을 만들어 낸

다. 이러한 것들은 사람들이 매일 어떠한 생활을 하느냐와 관계가 있다. GIS의‘사건’은 지

리적 데이터가 공간뿐만 아니라 시간과도 연관이 있음을 의미한다. 시간은 우리에게 4차원

을 부여하고, 사건은 시간에 따라 발생하며, 사상은 상당한 기간에 존재하기 때문에 데이

터의 한 부분이 된다. 그림 1.5에서 볼 수 있듯이 해안선이 침식되어 멀어졌다. 그래서

100년 전에 만들어진 지도에는 같은 위치가 나타나지 않는다. GIS 사용의 중요성은 공간

에 대한 인간 활동의 분포뿐만 아니라 공간 속에서의 변화도 추적하는 것이다.

10 지리정보시스템 입문

그림 1.6 캘리포니아의 23 선거구. 선거라는‘사건’과관련하여지역보다는인구크기와같은면또는지역.

선거구 23

캘리포니아(53구)

선거구

지역

Quark-지리정보-수정 2011.2.28 3:33 PM 페이지10 mac⑤ SP10600_Nesting