4. GIS 를 이용한 최신분야의 응용기법

1. 4. GIS를 이용한 최신분야의 응용기법 4-1 LBS 분야 4-2 Web GIS 분야 4-3 3-D GIS 분야

2. 4-1 LBS 분야 • 1. LBS 개요 • LBS는 Location-Based Service의 약어로서 위치기반서비스로 통칭되며 이동통신망을 기반으로 사람이나 사물의 위치를 정확하게 파악하고 이를 활용하는 응용시스템 및 서비스라고 일반적으로 정의 • LBS는 GIS(지리정보시스템), GPS(범지구 위치결정 시스템), Telematics를 포함해서, 무선단말기와 같은 특정 플랫폼을 통해 위치관련 정보를 제공해 주는 모든 서비스를 포함하는 포괄적인 개념으로 볼 수 있음 • LBS관련 핵심기술은 측위 기술, 위치기반 어플리케이션을 구동할 수 있는 안정된 플랫폼 설계 및 제작 기술, 다양한 어플리케이션 및 서비스로 구성되며 이중 측위기술이 중요함 - LBS의 내용 -

3. LBS의 측위 기술 네트워크 기반(Network-based) 기술 Cell ID 방식 TDOA 방식 AOA 방식 무선지문 방식 핸드셋 기반(Handset-based) 기술 A-GPS 방식 하이브리드(Hybrid) 기술 E-OTD 방식 4-1 LBS 분야 - A-GPS 방식 - - Cell ID 방식 - - TDOA 방식 - - AOA 방식 -

4. 4-1 LBS 분야 • 2. 지도매칭 기법 • 지도매칭의 정의 • 위치추적기법을 통해 사용자의 위치가 확인되면 그 위치를 전자지도상에 디스플레이 하여야 하나 측정된 위치는 여러 가지 오차를 포함하고 있고 전자지도 자체도 오차를 포함하고 있음 • 그로 인해 사용자가 실제로 위치하는 곳을 지도상에 정확하게 표시해 주지 못하고 그 결과 자동차가 차도 밖에 나타나거나 사람이 건물위에 나타나게 됨 • 이러한 비합리적인 현상을 수정하기 위한 방법이 지도매칭 기법임 - 지도매칭의 기본 개념 -

5. 4-1 LBS 분야 • 지도매칭 알고리즘 • 기하학적 정보만을 이용하는 지도매칭 • Point-to-point 매칭 • Point-to-curve 매칭 • Geometric Curve-to-curve 매칭 • 기하학적 정보와 위상정보를 이용한 지도매칭 • 위상정보를 이용한 Point-to-Curve 매칭의 개선 방법 • 위상정보를 이용한 Curve -to-Curve 매칭의 개선 방법 • 최근에 제안되고 있는 지도매칭 알고리즘 • 퍼지 이론 기반 알고리즘 • 신경망(neural network)을 이용한 방법 - 퍼지이론에 기반한 지도매칭 알고리즘의 흐름도 -

6. 4-1 LBS 분야 • 3. 최단거리 결정 • 최단거리 결정 알고리즘의 개요 • LBS 및 GIS 분야의 핵심기술 중 하나로서 출발점과 도착점이 주어 졌을 때 최단거리를 구하는 기법 • 최단거리는 네트워크의 이론에 기초하여 구해질 수 있으며, 현재 많은 알고리즘이 개발되었음 • 최단거리 결정 알고리즘 • One-to-all 방식 • Dijkstra 알고리즘 • Ford-Moore-Bellman 알고리즘 • Yen 알고리즘 • Ford-Fulkerson 알고리즘 • All-to-all 방식 • Floyd-Warshall 알고리즘 : Floyd-Warshall은 triple operation의 개념을 도입하여 알고리즘의 계산속도를 향상시켰음

7. 4-2 Web GIS 분야 • 1. Web GIS의 개념 및 표준규약 • Web GIS란 인터넷의 기술과 GIS를 접목하여 지리정보의 입력, 수정, 조작, 분석, 출력 등 GIS 기능수행이 인터넷 환경에서 가능하도록 구축된 GIS임 • 인터넷을 사용하여 언제, 어디서나 GIS 데이터의 접속이 가능 • Web GIS 표준규약 • OGC(OpenGIS Consortium) : GIS 산업계 표준으로써 표준 명세를 통한 이기종 시스템간 상호운용성을 확보하고 업계의 De Facto 표준화를 목표 • CORBA(Common ORB Architecture) : ORB(Object Request Broker)부분에 대한 분산 객체지향 구조의 표준 • HTTP(HyperText Transfer Protocol) : 분산 및 공동작업 환경에 이용할 하이퍼미디어 정보시스템의 개발을 목적으로 설계된 응용계층의 프로토콜 • Z39.50 : 개방형 시스템간 상호접속(OSI : open systems interconnection) 참조모델의 응용계층에 해당하는 프로토콜 -> 실제 TCP/IP 상에서 바로 구현 • Metadata Content Standard : 메타데이터란 데이터의 대한 데이터를 의미하는 것으로 정보의 내용, 품질, 조건 및 기타 특성을 기술하는 정보로서 수치공간정보의 중복생산을 방지하고 수많은 사용자들 사이의 정보유통을 원활히 하기 위한 필수적인 표준

8. 4-2 Web GIS 분야 • 2. 공간질의와 공간 데이터 접근 • 질의(Query)는 GIS의 핵심기능 중 하나로 공간 질의(Spatial Query), 비공간 질의(Non-Spatial Query), 공간 질의와 비공간 질의가 혼합된 복합질의로 나눌 수 있음 • 비공간 질의는 기존의 데이터베이스 시스템에서 제공하는 인덱스 구조를 그대로 사용하여 검색할 수 있음 • 공간질의는 질의처리 과정이 복잡하며 수행시간이 많이 소요되는 등의 여러 문제로 인해 지난 십 여 년 동안 지속적으로 연구되어 왔음 • 공간질의 방법 • Containment Quary • Region Quary • Enclosure Quary • K-Nearest Neighbor Quary • Spatial Join - Containment 질의와 점 질의 - - 영역 질의와 윈도우 질의 - - Enclosure 질의와 K-NN 질의 - - Spatial Join -

9. 4-2 Web GIS 분야 • 공간데이터 접근(SAM) • 공간데이터에 접근하는 방법은 데이터의 입/출력에 기본적으로 사용되며 질의 처리를 위한 중요한 도구가 됨 • 기존의 데이터 접근방법은 공간데이터의 복잡성 및 큰 용량 때문에 디스크에서 탐색하고 불러오는데 오랜 시간을 걸리게 되며 이를 위해 최소한의 탐색으로 원하는 데이터를 찾을 수 있는 새로운 접근방법이 필요 • 데이터 구조 • Space Filling Curve • Z-order, Hilbert-Curve • Space Based Structures • Grid file, Buddy tree, Quad tree, KDB tree • Data Based Structures • R tree, R+ tree, R* tree • Mapping등의 기법이 사용됨 - Z-order 구조와 Hilbert-Curve 구조의 예 - - Grid 구조와 Quad tree 구조의 예 - - KDB tree 구조와 R tree 구조의 예 - - R+ tree 구조와 Mapping 구조의 예 -

10. 4-2 Web GIS 분야 • 공간질의 처리 기술 • 공간 질의 과정은 여과단계(Filtering Step) • 정제단계(Refinement Step) • Conservative Approximations • Geometric Filtering • Exact Geometry Processing - 공간 질의 예제 - - 공간 질의 과정 -

11. 4-2 Web GIS 분야 • 3. 공간 데이터 전송 - Web GIS의 구현방식이 서버구조에서 클라이언트 구조로 변화됨에 따라 대용량의 GIS 데이터를 클라이언트에게 전송할 필요성이 생김 - 데이터 전송은 데이터 형식에 따라, 즉 벡터 데이터와 래스터 데이터 형식에 따라 다른 방식이 사용됨 - 몇 개의 주제 레이어를 통한 지도의 표현방법 -

12. 벡터 데이터의 전송방식 타일 분할 방법(tile division method) Scale-Dependent Transmission 래스터 데이터의 전송방식 공간 영역에서의 전송 기법 비트 평면(bit-plane) 기법 TSVQ 공간영역에서의 다단 양자화 기법 변환 영역에서의 전송 기법 Scanning pattern 기법 변환영역에서의 다단 양자화 기법 Bit-slicing 기법 피라미드 구조를 이용한 전송기법 트리 구조 피라미드 Subband 피라미드 준대역 통과 피라미드 4-2 Web GIS 분야 - 타일 분할 방법 - - Scale dependent transmission -

13. 4-3 3-D GIS 분야 • 1. 3-D GIS의 개요 • 3-D GIS 의 개념 • 기존 GIS의 장점과 real-time 3D 컴퓨터 그래픽의 조합으로 이루어진 새로운 기술 • 3D GIS의 주요 구성은 3D 자료획득, 3D 데이터 모델링 및 운용기법, 3D 시각화 기법으로 • 이루어져 있음

14. 4-3 3-D GIS 분야 • 3-D 자료 획득 기법 • 고해상도 위성영상, 항공사진, 레이저스캐닝 • 데이터로부터 자동화된 DTM 생성기법 • 건물 빌딩과 같은 곳에서의 3-D 객체 추출 • 및 복원 기술 • 현재 효율적인 데이터 획득과 가공 및 • 객체 텍스쳐링 기법의 연구가 활발히 • 이루어 지고 있음

15. 4-3 3-D GIS 분야 • 2. 3-D GIS의 데이터 모델 • 3-D 모델링의 기본 개념들 • 3-D 모델링의 정의 • :컴퓨터 시스템을 활용한 가상의 3차원 물체, 환경, 그리고 장면의 공간적 묘사와 배치를 말함 • 수치를 이용한 작업 • 3-D에서의 컴퓨터 모델링은 형태에 대한 매우 정확하고 명료한 묘사를 요구 • 모든 컴퓨터를 이용한 3-D 모델링 기법의 핵심은 컴퓨터 프로그램에 의해 이해될 수 있는 방법으로 모델을 정의하는 데이터 파일(data file) 또는 숫자 리스트를 생성 • 점, 선, 면 • 3-D 객체를 만드는 데 사용되는 가장 기본적인 요소 • 점은 XYZ 의 위치값에 의해 쉽게 정의 되고 선은 두 끝점의 XYZ 위치값에 의해 정의되며, 모서리(edge)는 인접하는 두 면에 의해 정의되고, 면(surface)은 접해 있는 선의 위치에 의해 정의 • 객체는 일반적으로 점, 선, 면들의 여러 조합으로 구성 • 폴리곤은 직선들에 의해 폐합된 평면으로서 단순한 기하학적 형태는 수십 개의 폴리곤으로 정의될 수 있을 것이며 세부 묘사가 요구되는 물체는 수백, 수천 개의 폴리곤이 필요 • - 객체의 이동 • : 평면이동, 회전, 크기조절, 원근투영, 네비게이션 • - 모델링을 위한 파일포맷

16. 4-3 3-D GIS 분야 • 고체 모델링 기법 • 고체 모델링은 물체를 명확하게 정의할 수 있는 설계방법으로서 물체를 채우고 있는 재료와 빈 공간이 • 모두 수학적 및 시각적으로 표현이 가능하며 물체의 모서리를 표현하는 선만을 가지고 있는 3D 와이어 프레임과는 달리, 고체 모델은 물체의 내부와 외부를 구분할 수 있음 • 고체 모델링 기법의 방식 • CSG(Constructive Solid Geometry) 방식 : 물체를 구, 원뿔, 직육면체, 각주, 원통 등의 소위 고체 도형요소(solid primitive)의 집합체로 표현하는 방식 • B-Rep(Boundary Representation) 방식 : B-Rep 방식의 모델러는 고체 모델을 물체, 면, 모서리, 꼭지점의 집합체로 표현 • Facet 방식 : 모델링의 정확도와 계산 시간 및 Facet의 크기간에는 반비례 관계가 있고 비교적 큰 Facet 크기로도 디스플레이 용도로는 별 무리가 없고, 면을 처리하는 데에도 상당히 빠르게 계산을 수행할 수 있음 • Hybird 방식 : CSG 방식이 체적특성을 계산하면서 고체모델을 디스플레이 하는 이미지를 계산하는데 어려움이 있기 때문에 B-Rep 및 Facet방식의 모델러이면서도 데이터베이스는 CSG방식을 쓰는 모델러가 사용되기도 하는데 이런 모델러들을 "Hybrid방식"이라고 함

17. Shape를 이용한 방식 4-3 3-D GIS 분야 • 객체 모델링 기법 • 지형/도로의 3차원 모델링 기법 • Shape를 이용한 방식 : 연속적인 X,Y좌표 + 고도값(Z)을 속성처럼 할당, 처리하는 방식 • Sampling Method : 2차원의 등고선(Contour Line), 3-D GIS에 서 활용하는 DEM(Digital Elevation Model), TIN(Triangulated Irregular Network) 등이 보편적으로 사용 - 건축물/시설물의 3차원 모델링 기법 • 기본 입체모형(Object) 이용방식

18. 4-3 3-D GIS 분야 • 3. 3-D GIS의 운용기법 • 가상현실 기법 • 개념 • 가상현실(Virtual Reality)이란 컴퓨터를 이용하여 구축한 가상공간(Virtual Environment 또는 Cyberspace) 속에서 인간 감각계(sensory system)와의 상호작용을 통해 공간적, 물리적 제약에 의해 현실세계에서는 직접 경험하지 못하는 상황을 간접 체험할 수 있도록 만든 정보활동 분야의 새로운 패러다임 중 하나임 • 가상현실의 종류 • 기본적으로 가상현실 어플리케이션은 그 형태에 따라 데스크탑(desktop), 투사형(projected type)가상현실(VR), 몰입형(immersive type), CAVE(Computer-Assisted Virtual Environment), 원격조작(telepresence) 및 증강형(augmented type) 등 크게 6가지로 구분 • VRGIS가 지니는 특징 • 데이터베이스의 처리 기능 • VR과 GIS 소프트웨어들은 주로 약 결합으로 연결

19. ArcView 3-D Analyst IMAGINE VirtualGIS NeoMap3-D 4-3 3-D GIS 분야 • 3-D 시각화 기법 • 개요 및 연구동향 • VR이 GIS에 접목되는 대부분의 형태는 3-D 데이터의 모델링과 가시화에 관한 것이므로 최근의 관련 논문들 중 많은 부분이 시각화에 관한 것으로 이루어져 있음 • 효율적이고 현실감 높은 가시화를 위해 데이터를 어떻게 모델링하고 렌더링할 것인가에 대한 문제가 핵심문제로 대두되고 있음 • 국내외 개발 동향 • 3-D 운용 기법 • 네비게이션 기술, 스트리밍 전송기술, 시뮬레이션 기술, Immersion 기능