도시정보시스템 Geographical Information Systemhyomin.deu.ac.kr/~tkbaek/ubi_2016_2.pdf · 동의대학교도시공학과GIS Lab. 19 What is a GIS? –U.S. Geological Survey,

동의대학교도시공학과 GIS Lab. 1

유비쿼터스도시공간정보론Ubiquitous Urban Information

동의대학교도시공학과

G I S 연구실 백 태경

[email protected]

http://hyomin.deu.ac.kr/~tkbaek/

http://hyomin.deu.ac.kr/~tkbaek/

Mark Weiser

• “Ubiquitous computing is roughly the opposite of

virtual reality.”

• “Provide hundreds of wireless computing devices

per person per office, of all scales.”

• “Its highest ideal is to make a computer so imbedded,

so fitting, so natural, that we use it without even

thinking about it.”

유비퀴터스컴퓨팅의특징

①네트워크에연결(connection)되지않은컴퓨터는 UC이아니다.

②비가시적조용한기술(invisible calm technology)로 컴퓨터를눈에띠지

않게해야한다.

③가상공간이아닌실제장소에서동작하는컴퓨팅(embodied virtuality)이

어야한다.

사람

컴퓨터

정보통신망

e-공간

사람

컴퓨터

정보통신망

사물

센서네트워크

USN

u-공간

유비쿼터스 시대는 컴퓨터가 “도구”에서 “환경”이 된다.

•지금까지정보화의기본축은 “인간과컴퓨터”가인터넷과같은정보통신망으로연결되

는 e-공간(전자공간) 중심

•향후정보화의기본축은 “사람·컴퓨터·사물”이유무선정보통신망및센서네트워크로

연결되는 u-공간중심으로이동될것임.

동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 4

유비쿼터스센서네트워크기술


벌목프로젝트(Raster)


목적: 벌목하기에적합한지역판별

1 1 0 0 0

1 1 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 2 2 2

0 0 2 2 2

0 1 1 1 2

1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

0 0 2 2 2

0 0 1 1 2

0 0 1 1 2

0 1 1 1 2

1 1 1 2 2

벌목조건1.나무:Jackpine일것2.배수양호할것3.500미터이내에호수가없을것

1=lake 0=not lake1=Black Spruce

2=Jackpine 0=No

0=waterlogged

1=poor 2=Good


유시티는이미세계적브랜드, 부산은유시티의프런티어

Ubiquitous Environment Cyber Space

http://mjstar.kr/90099711479

차세대이동통신

디지털 TV

홈네트워크

IT SoC

차세대 PC

임베디드 S/W

디지털콘텐츠

텔레매틱스

지능형로봇

9대 신성장 엔진

광대역통합망

(BcN)

U-센서네트워크

(USN)

IPv6 도입

3대 인프라

2.3GHz 휴대인터넷

DMB(위성/지상파)

홈네트워크서비스

텔레매틱스서비스

RFID활용서비스

W-CDMA 서비스

지상파 DTV

인터넷전화(VolP)

8대 신규 서비스

• Computer 중심 -> Human 중심

• Stationary 기기 -> Mobile 기기

• 무의식(Embedded, Pervasive)

• 지능화(Sensor, SoC)

• Networking(Device 간)

• Cyber화(가상공간+현실공간)

u-City의 개념

• 정보기술적 관점

– Ubiquitous기술을 도시지역에 집약적으로 구현

– 도시에 필요한 정보기술을 Package화

• 도시계획적 관점

– 도시의 안전성, 편리성, 쾌적성을 제고하기 위해서

정보기술을 활용

– 도시행정 및 관리의 효율성 제고

인간, 사물이 서로 유무선

네트워크로 의사소통 하는 도시

시공간의 제약 없이, 컴퓨터를 의식하지 않고,

이용방법을 몰라도 편리하게 언제나 지적인

의사소통, 정보제공, 행위제안, 행동화가 가능해짐

유무선네트워크

IBM

http://photo.empas.com/swe0487/swe0487_402/photo_incview2.tsp?psn=4939&pre=photo_view2.html?psn=4939

민간

Web

개인

기업

Ubiquitous Devices, ITS, IBS, FMS, Digital Home, Remote Management, Ubiquitous Sensors, RFID, GPS, GIS

응용시스템

통합관리센터

서비스 관리

u-Health

u-Entertainment

u-Learning

u-Traffic

u-Security

u-Logistics

u-Gov

u-Environment

업무시스템

U-City

기타

MobileUbiquitous Network

포털

포털

Web

공공

지자체

공공기관

중앙정부

Web

기타공공부문

Mobile

서비스시스템


都市ㆍ地理情報시스템입문Urban Information System

Geographic(al) Information System

• 컴퓨터,하드웨어, 지리데이터,지리정보에 관한 숙련된 기술과축적,데이터 갱신, 장비, 분석,지도표현 등의 지리 정보에 관련되는 전형태의 집합체

• 지표상의 공간을 나타내기 위해데이터를 사용, 유지, 관리 가능한컴퓨터 시스템



What is a GIS?– U.S. Geological Survey, USA

• In the strictest sense, a GIS is a computer system capable of assembling, storing, manipulating, anddisplaying geographically referenced information, i.e.

data identified according to their location.

– Montana State Library

• A Geographic Information System(GIS) is a computer system for assembling, storing, manipulating, and displaying data which contains physical locations(geographic coordinates) of features and information about those features

(attribute data).


What is a GIS?

• 공간 참조된 요소

– Georeferenced Data

– 지표면상의 위치가 특정 되어있는 데이터

• 위 요소에 관한 속성 데이터

• 위 2종류의 데이터를 연계하여 관리

• 위 2종류의 데이터를 표시, 해석


공간정보공학이란

• Geomatics 또는 Geoinformatic

• 공간데이터를 수집, 저장, 관리하고그 데이터를 처리하여 분포, 배치, 인접관계 등의 공간분석을 수행하며, 그 결과를 표시하거나 종합하여 의미있는 정보를 제공하는 학문


관련 학문

• 지리학, 토목공학/건설공학, 건축학,도시공학 , 농학 , 임학 , 지질학 ,환경과학, 도시․지역경제학, 해양학,기상학, 정보공학, 전자공학


구 기술체계구 기술체계 신 기술체계신 기술체계 주요 배경주요 배경

아날로그아날로그 디지털디지털 전산기 발달전산기 발달

재래식 지도재래식 지도 수치지도수치지도 GIS 진보GIS 진보

일회 측량일회 측량 연속 측량연속 측량 GPS 보급GPS 보급

항공측량항공측량 원격탐사원격탐사 지구관측기술진보지구관측기술진보

중앙처리형중앙처리형 분산처리형분산처리형 네트워크 보급네트워크 보급

단일학문영역단일학문영역 학문간 교류학문간 교류 정보 종합화정보 종합화

정보 비공개정보 비공개 정보 공개정보 공개 고도정보화사회고도정보화사회

기술체계의변화와주된배경


공간정보공학의필요성

• 시간적으로 변화하는 지구, 국토, 도시의공간데이터를 효율적으로 수집.

• 다종 , 다양한 공간데이터를 편리하게관리하고 필요한 정보를 신속히 검색

• 공간데이터를 분석, 정보의 추출,가공 위한전 처리로서 공간데이터를 수치화

• 복잡한 공간데이터의 공간관계를 계량적, 위상 기하학적으로 분석

• 공간데이터의 처리, 분석 결과를시각적으로 표시

• 분석결과를 종합하여 의사결정 자료로 활용


공간정보공학에서 요구하는 기능공간정보공학에서 요구하는 기능 공간정보공학을 지원하는 기술공간정보공학을 지원하는 기술

공간 데이터의 효율적 수집•원격탐사•GPS•영상을 사용한 공간측량

공간 데이터의 관리검색 효율화 •데이터 표준화(GIS)•DBMS (GIS)

공간 데이터의 공학적 처리 •좌표변환 / 투영변환•공학계산

공간 데이터의 계량적 공간분석

•중첩기능 (GIS)•네트워크 분석(GIS)•시뮬레이션

공간 데이터/정보의 시각화

•컴퓨터 그래픽스•영상 출력•멀티미디어

공간정보의 추출/제공 •응용기술•전문가 시스템

공간정보공학의기능과기술


공간정보기반정비

예 : 국토청국토수치정보

과학적 정보제공

예 : 지방자치단체토지가옥 종합민원 서비스

정보의 시각적 전달

예 : 차량자동항법장치전자지도

의사 결정 지원

예 : 슈퍼마켓적정입지계획

공간정보공학의역할


1.1>

첨단기술구분 주요기기 주요기술

원격탐사(RS)

지구관측위성, 수신시설,항공기, 센서, 영상처리장치, 자료저장장치

위성기술, 센서기술, 영상처리, 데이터 저장기술,응용기술

지리정보시스템(GIS)

디지타이저, 스캐너, 전자계산기, 도형/영상출력장치,GIS소프트웨어

데이터 처리, 검색, 데이터베이스관리, 공간분석,기하학, 디지털 매핑기술,응용기술

범지구측위시스템(GPS)

GPS안테나, 무선통신장치,전자계산기, GPS소프트웨어

통신/수신 기술, 융합기술,오차조정, 응용기술

수치사진측량(DP)

항측용카메라, 영상디지타이저,디지털카메라,수 치 사 진 측 량워크스테이션

점 자동인식, 이미지 매칭,표정, 영상이해, 응용기술

전자광학측량(EOS)

토탈스테이션, 레이저 거리측량기, 전자 레벨, 레이저 스캐너,펜컴퓨터

전자광학측정기술, 측량데이터처리기술, 디지털매핑기술, 응용기술


1.1>

분야수준

자연 사회 경제

전세계

지구환경감시, 엘리뇨감시, 사막화감시,판이동감시, 오존층파괴감시, 산림파괴감시

세계 총 인구예측,전세계적 토지이용계획, 온난화 예측

전세계적 곡물 예측

지역권 빙산감시, 황사감시대규모대기오염 및해양오염, 산성비 감시, 핵오염

국제하천유역개발 및관리, 대륙간 고속도로 및 철도계획

국가환경, 자연자원관리,대규모재해대책

국세통계, 각종기본지도 작성, 치안 및국가안전계획

국토계획, 사회기반정비사업계획, 대규모공공투자

지방자치단체

방재감시

도시계획, 지역계획,공공시설관리, 경찰및 소방서비스, 폐기물처리시설관리, 행정창구서비스

부동산세관리

민간기업

차량자동항법장치,주택지도, 택배서비스, 상업입지, 고객관리, 권역별 마케팅,관광안내 서비스







1. 역사적배경

제1기(∼1970연대:제1 그룹)

• 미국 하버드 대학 Fisher (CG연구소;LCG)-1964년Symap 발표

• 1970년 중반 Odyssey 발표

• Dangermond 1969년 ESRI사설립(Morehouse 씨 ARC/INFO 개발)

• Sinton Intergraph사 입사


제 2 그룹

• Tomlinson 1964년 개발한 캐나다CGIS

(Canada Geographic Information System)

제 3 그룹

• 미국 통계국(US Bureau of Census)

• 1967년 DIME형식 통계지도 데이터(Dual Independent Map Encoding)

(ADMATCH;Software 배포)

• 현재 DIME의 후속으로 TIGER 데이터


CGIS의개요

• 현재 운용중인 대규모 시스템

• 캐나다 토지조사CLI (Canada Land Inventory)에 의해 수집된 데이터해석과 광범위한 캐나다 농촌지역의개발계획을 위해 사용되는 통계 작성목적

• 이하의 지도를 작성


- 다양한 테마에 의한 토지 분류

- 농업에 관한 토양의 적성

- 레크리에이션 적성

- 야생동물의 적성

- 산림의 적성

- 현재의 토지이용

- 해안선

• 1:50,000 축척

• 1(최고) - 7(최저)의 단순평가기준(코드)


CGIS의기본아이디어

• 고밀도 면 오브젝트의 스캐닝 입력

• 스캐닝한 화상의 벡터화

• Freeman chain code- 선 오브젝트는8방향의 incremental code채용

• 속성 테이블 개념

• 아크에 의한 면 경계의 기술

• 경계에서의 edge matching


제 4 그룹

• 미국 지질 조사 소(US Geographical Survey): DLG형식-표고, 지질

제 5 그룹

• 미군(미사일 유도 등 특히 3차원데이터)

• 축척 1:1,000,000 전세계 지도 작성공개


제2기 (1980연대)

• ESRI(Environmental Systems Research

Institute)사의 ARC/INFO,

• INTERGRAPH사의 Intergraph

• SYNECOM사의 Infomap 등이 시장 점유

• 일본 - (UIS, UIS-2), 지자체(요꼬하마 등)

• 민간 - 동경 가스


제3기 (1990연대)

• 지리데이터의 유통

• 많은 벤더의 시장 참가

• 북미를 중심으로 세계로 확산

• 하드웨어의 다운 사이징화

• EWS에서 PC로

• 단독 시스템에서 Network 시스템으로


제4기 (20x0연대)

• 웹 2.0 웹 3.0

• 빅테이터

• 클라우드

• IoT

• 웨어러블


• 지도란?(정의)

「지표면의 어떤 선택된 물체 내지는추상화 된 지물을 어떠한 축척 하에서평면적인 매체로 표현한 것」

→ 국제지도학회

• 지도작성시의 추상화선택(실세계의 어떤 사물을 포함하는가) 분류(교량, 교회, 철도 등)유추표현(축척에 따라 표현불 가능한 것의 표현)단순화(해안선 등의 굴곡을 단순화)기호화(선택된 사물이 포함되는 그룹을 나타내는)


• 지도의 특징(장단점) 시간적인 지연이 있다 정적인 상태, 즉 1시점만 표현

다음의 질문에 답하기 곤란하다이 호수의 면적은?이 TV탑에서 보이는 곳은 어디까지인가?

다음의 질문에 답하기 쉽다이곳에서 그곳까지 어떻게 갈수 있을까?여기에는 무엇이 있는가?


2. G I S 란 ?

「정보의 통합을 행하는 도구」

→ 의사결정 지원

• data Integration(1) 정보「공간적 점유관계를 갖는 것」예① 지형ㆍ지물 등(물리적 형상을 가짐)


②토지소유경계

③행정경계

④지질, 토양등

(자연조건으로설정되는형상)

⑤도로,전기,가스,수도,하수등기반시설

(중심선에의해관리되는형상)


실세계의모델화• 모델화

– 실세계에 존재하는 것을 업무목적에 맞춰GIS에서 취급하는 도형요소에 대응시키는작업

– 대상은 실존하지 않는 개념적인 것이어도공간 참조 가능한 것이라면 무엇이라도좋음

• 데이터의 리솔루션(분해능력)• GIS에서 취급하는 도형요소• 요소의 내부는 전부 동질


４개의레벨

추상화

물리레벨 논리레벨

개념레벨현실세계


GIS의대상데이터안정적,고정적 동적

객관적물리적존재

개념적

지형, 지물•존재위치를지도에전개

차, 선박, 수송물자, 동물•존재위치를지도에전개

사고, 이벤트등• 人(친구, 고객, 납세자 …...)

• 주소나활동전개등을표시

분포구역(동물서식구역, 해양오염구역)

개념적인구역(토지, 행정구역, 통계단위등)

• 공간을분할하여생성된구역등을지도에전개


모델화의공정

업무

요구사항

GIS 의

도형요소

현실세계의대상물

인식모델화

(추상화)

모델화된대상


데이터모델


데이터의리솔루션(1)

점

••••

집합화

대표화

•

선

집합화

대표화

•

네트워크

간략화

대표화

• •

면

간략화

간략화대표화

•

영역

집합화

대표화

•


데이터의리솔루션(2)

••••

복합화

•

• •

•

• •

•

•

집합화

•

•

간단화


데이터의리솔루션


GIS에서취급하는도형요소

• 벡터 데이터

– 포인트(노드)

– 라인

– 폴리곤(Area)

• 단독, 영역분할

– 솔리드

N1

N1 N3


GIS에서취급하는도형요소

• 라스터데이터

– 항공사진, 위성화상등

– 기성도면의라스터

• 메슈(Grid) 데이터


요소의내부는동질

• 각요소는하나의오브젝트를대표

• 라인의내부

– 파이프, 도로…

• 폴리곤의내부

– 시, 군, 구,

조사구역….


데이터의표현

10진수 2진수 16진수012345678910111213141516

00000001001000110100

01100101

011110001001101010111100110111101111

10000

0123456789ABCDEFG


표현가능한범위

• 2자리수 10진수: 0-99

• 3자리수 10진수: 0-999

• 4자리수 2진수: 0-15 = 24-1

• 8자리수 2진수: 0-255 = 28-1

• 4자리수 16진수: 0-65535 = 164-1

• 16자리수 2진수: ?


논리연산(논리합)

A B

0

0

1

1

0

1

0

1

A+B


논리연산(논리곱)

A B A•B

0

0

1

1

0

1

0

1


논리연산(배타적논리합)

A B A+B

0

0

1

1

0

1

0

1


논리연산(배타적논리합)

A B A+B

0

0

1

1

0

1

0

1


공간참조 (직접)

• 좌표를직접이용하여위치를참조

• 지구의형태를기하학적으로표현하여지구상의위치를나타내는기준(좌표계)에근거한좌표값

– 평면, 구면좌표 ….


임의좌표계

• 설계도면이나관광안내도등

• 임의좌표계로표현되어있는것은직접참조로이용불가

• 임의좌표계로주어진좌표값과그좌표계에관한정보로부터지구상의위치로변환불가


공간참조 (간접)

• 직접좌표값으로참조하지않고,

인식하기쉬운이름이나코드로참조

– 주소, 우편번호, 전화번호, 도로명등의실세계의오브젝트에

붙어있는이름이나코드

• 간접참조정보로부터구체적인위치정보를찾아내는기구가필요

– 간접참조로부터직접참조되어있는도형에의대응

– 간접참조와좌표값과의대응표

address matching


GIS는 multi media database기반

• GIS는좌표계와 Georeferenced Data를Key로그와관련된모든것을연계

• 따로관리되고있는다양한Data(base)를통합

• 화상Data도 Georeferenced Data로이용

• Hyper link로동화와관련지움

• 토폴로지정보와공간연산기능


오버레이(Overlay) 분석

• 폴리곤데이터를기준으로

– 포인트 라인

– 폴리곤 라스터

• 각각이어느폴리곤에속해있는지를구함


폴리곤 - 폴리곤오버레이

12

34

A

B C

D E

1&A

2&A

1&D2&B 2&D

1&E

2&A

1&C

1&B

2&C3&C

3&B3&D

3&E2&E

4&B4&D4&C4&E


라인 - 폴리곤오버레이

12

34

A

B

C

D

12

34

1A2A

3A

2D

2C

1B

2B


포인트 - 폴리곤오버레이

12

34

AB

CD

1A

2B

EFG

• ••

•

• ••

••

•

• ••

•4D

2C

2F 3E1G

각포인트에그것을포함하는폴리곤을구함


토폴로지정보

• 인접관계에관한정보– (N차원) : (경계: N-1차원) : (N차원)

– 좌표값에의존하지않는정보

• Network Topology

– Line(1) : Node(0) : Line(1)

Network해석, 최단경로, 자원배분, 유량해석등

• Polygon Topology(영역분할 Polygon )

– Polygon(2) : Line(1) : Polygon(2)

인접폴리곤검색


L1

네트워크토폴로지

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

L2

L3

L4

L5

L6

L7

L8

L9

Line From Node To Node

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1

4

2

2

3

3

6

5

2

3

3

3

6

6

5

7

7

1

2

3

4

5

6

7

Node Line

1

-1

-2

3

-7

-5

-8

2

4

-3

9

-6

-9

5

-4

8

6 7


EXERCISE 1 :토폴로지생성 성명: 학번:

N1

N2 N3 N5

N4

N6

N7

L2 L3 L5

L6

L1 L4

Line From Node To

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

7

Node Line


L1

폴리곤토폴로지

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

L2

L3

L4

L5

L6

L7

L8

L9

Line Left Right

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2

1

1

2

3

4

1

4

1

1

2

1

3

1

3

4

1

4

1

2

3

4

Area Line

-1

-1

4

-6

-5

2

6

A2

A1

A4

A3

7

-8

-4

-5

9

9

-8

7 3 -3 2


EXERCISE 2 :토폴로지생성성명: 학번:

L1

N1 N3N4

N6

L2

L3L4

L5

A2

A1

A4 A3L6

Line Left Right

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

Area Line


EXERCISE 2 :토폴로지생성성명: 학번:

LINE From Node To Node Left

polygon

Right

polygon

1

2

3

4

5

6

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