국가인력양성사업 교재개발 GIS 분야

1. 1. GIS 개요 1-1 GIS의 정의와 구성 1-2 GIS 기능과 활용분야 1-3 GIS 역사 1-4 GIS의 기술 및 시장 동향 국가인력양성사업 교재개발GIS분야

2. GIS 개요도 1-1 GIS의 정의와 구성 • 1. GIS의 정의 • GIS의 일반적 정의 GIS는 넓은 의미로 인간의 의사결정 능력의 지원을 위해 공간상 위치를 나타내는 도형자료(graphic data)와 이에 관련된 속성자료(attribute data)와 연결하여 처리하는 정보 시스템으로서 다양한 형태의 지리정보를 효율적을 수집, 저장, 갱신, 처리, 분석, 출력하기 위해 이용되는 하드웨어, 소프트웨어, 지리자료, 인적자원의 통합적 시스템이다 • GIS의 유사개념 • - 도시정보 시스템 (UIS : Urban Information System) • - 토지정보 시스템 (LIS : Land Information System) • - 도면자동화 및 시설물 관리체계 (AM/FM:Automated • Mapping /Facility Management) • GIS의 용어정의 변화 최근 GIS 관련 산업, 학문의 분야가 급속도로 확대되면서 GIS의 용어 자체에 대한 정의가 지리정보시스템(Geographic Information System)에서 - 지리정보과학(Geographic Information Science) - 지리정보학문(Geographic Information Study) - 지리정보서비스(Geographic Information Service) 등과 같이 기존의 GIS의 개념에서 확장 또는 세분화된 의미를 지니는 용어로써 재해석되고 있다

3. 1-1 GIS의 정의와 구성 • 2. 지리정보의 특징 • 지리정보의 유형 • 지리정보는 공간상에 있는 객체나 현상의 공간적인 위치를 나타내는 도형자료 (graphic data) 와 이와 관련된 속성자료 (attribute data)로 구분 • 지리정보의 특성 • 도형자료와 속성자료의 상호연계 • 도형자료에서 속성자료에 대한 검색, 속성자료로부터 도형 • 자료 검색, 도형자료 및 속성자료의 상호검색 가능 • - 공간적 위상관계 • 도형자료에서 지리적 객체간에 존재하는 공간적 상호관계로 • 객체간의 상호 인접성, 연결성, 근접성 등의 특성을 바탕으로 • 일정조건을 만족하는 지역이나 조건을 검색, 분석이 가능 • - 동적인 공간자료 • 일정기간에 대한 지형 정보가 수집된 시간을 파악. 저장함으 • 로서 시간과 관련된 지형공간의 분석 가능 유 형 지리정보의 특 성 지 리 정 보 의 • 도형자료와 속성자료의 상호연계에 의한 자료검색 예 • 공간적 위상관계

4. 1-1 GIS의 정의와 구성 • 3. GIS의 구성요소 • 하드웨어 • GIS를 운용하는데 필요한 각종 입•출력, 연산, 저장 등을 위한 컴퓨터 시스템을 총칭 • 소프트웨어 각종 정보의 분석, 출력, 저장을 지원하는 컴퓨터 프로그램을 말하며, 정보의 입력(input) 및 중첩(overlap), 데이터베이스 관리, 질의분석(query & analysis), 시각화(visualization) 등의 기능을 담당 • 자료 • 지도에서 추출한 지형등의 도형자료와 각종 문서, 대장, 통계자료 등에서 추출한 속성자료를 모두 포함하며, 최근에는 평면상의 지도가 아닌 항공사진이나 인공위성 사진과 같은 자료도 포함 • 조직 GIS를 구성하는 가장 중요한 요소로서 데이터를 구축하고 실제 업무에 활용하는 사람을 말하며, 시스템을 설계하고 관리하는 전문인력과 일상업무에 GIS를 활용하는 사용자를 모두 포함 • 4. GIS 관련 학문 분야 • GIS는 현대 응용과학 기술과 전통 학문분야의 통합기술로 관련학문 분야로는 지리학, 지도학, 측지학, 원격탐사, 사진측랑학, 측량학, 통계학, 전산과학, 인공지능, 수학, 토목공학, 물리학 등이 있다.

5. 1-2 GIS의 기능과 활용분야 • 1. GIS의 주요기능 GIS에서 가장 중요하고 많이 쓰이고 있는 주요 기능에는 획득, 전송, 검수와 편집, 저장과 구조화, 재구조화, 일반화, 변환, 질의, 분석, 제시가 있다. • 획득 (Capture) : 지리정보의 수집 • 전송(Transfer) : 이미 획득된 자료를 GIS의 자료형태로 변환 • 검수와 편집 :GIS의 자료의 오류 제거와 자료의 통일성 확보 • 저장과 구조화 :구조화된 자료는 효율적인 자료의 저장과 높은 수준의 분석작업을 보다 쉽게 수행 • 재구조화 :GIS 자료 구조의 변환, 일반적으로 벡터구조에서 래스터구조로의 변환을 의미 • 일반화 :일반화는 유연화(smoothing)과 대상물(feature)의 통합 또는 분할 기능 • 변환 :지리정보의 축척, 회전, 반전 등의 어핀(affine) 변환과 curviliniear 변환 등 • 질의 및 분석 :도형자료와 속성자료의 상호연계에 의한 자료검색과 다양한 분석 기능 • 제시 :지리정보를 지도, 그래프, 통계량 요약, 표, 리스트 등으로 표현

6. 1-2 GIS의 기능과 활용분야 • 2. GIS의 주요 활용분야 • 토지정보 시스템 (Land Information System : LIS) • 도시정보시스템 (Urban Information System : UIS) • 도면 자동화 및 시설물 관리시스템 (Automated Mapping and Facility Management : AM/FM) • 교통정보시스템 (Transportation Information System : TIS) • 환경 정보시스템 (Environment Information System : EIS) • 국방 정보시스템 (National Defense Information System : NDIS) • 재해정보 시스템(Disaster Information System :DIS) • 기타 활용 분야 - 지하정보 시스템 (Under Ground Information System : UGIS) - 측량정보 시스템 (Surveyig Information System : SIS) • - 자원정보 시스템 (Resources Information System : RIS) • - 해양 정보 시스템 (Marine Information System : MIS)

7. 현대 GIS기술의 근원 1-3 GIS의 역사 • 1. 개 요 GIS는 최근 40년간 컴퓨터 기술을 기반으로 급속한 발전을 이루어왔다. 현재의 GIS 관련 이론을 정확히 이해하기 위해서는 GIS 기술발전에 중요한 역할을 담당한 초기 GIS 개념들과 GIS 관련 주변 기술환경의 변화 등, 전반적인 GIS 기술개발 역사에 대한 이해가 필요하다. • 2. GIS 기술의 변천사 • 1960년대 : 본격적으로 GIS가 개발되기 시작된 시점. • 1970년대 : 컴퓨터의 기술의 발전으로 GIS 저변 확대 • 1980년대 : GIS의 급성장 시기, 공간자료에 대한 발전 • 1990년대 : 컴퓨터 하드웨어 및 GIS 관련 주변 기술들의 급성장으로 GIS가 기존의 단위 부서 중심에서 범조직 체계내의 구성이나 외부 기관의 연계를 통한 광범위한 운영체계로 통합 노력

8. 1-3 GIS의 역사 • 3. 주요 사건 • CGIS (Canada Geographic Information System) 1960년대 중반 캐나다에서 개발된 세계최초의 본격적인 지리정보 시스템 • GBF-DIME (Graphic Base File Dual Independent Map Encoding) 1967년 미국 통계청에서 인구 분석을 목적으로 도시지역의 공간정보를 위상적(topology) 으로 제작하기 위해 개발한 파일 시스템 • Harvard laboratory (Harvard Laboratory For Computer Graphics and Spatial Analysis) 60년대 중반 일반적인 지도제작 소프트웨어 개발을 위해 설립된 연구소로 80년대 초반 까지 GIS 기술발전에 있어 매우 중요한 역할을 담당 • ESRI (Environmental Systems Research Institute) 최초의 GIS 전문 민간회사로 1981년 최초의 상업용 GIS 소프트웨어인 ARC/INFO 출시

9. 1-4 GIS의 기술 및 시장 동향 • 1. 최신 기술 동향 • 테스크탑 GIS 데스크탑 PC 상에서 사용자들이 손쉽게 GIS자료의 도화와 일정수준의 공간분석을 수행할 수 있는 기술 • 전문 GIS 특정목적 또는 분야에 적용하는 전문적인 GIS • 전사적 GIS 데이터의 공유를 근간으로 부서와 조직의 경계를 넘어서는 시스템 통합차원의 GIS 기술 • 컴포넌트 GIS 공간정보 및 공간정보처리 자원의 자유로운 공유와 교환을 위한 표준 컴포넌트 사양을 개발 • 인터넷 GIS 지리정보의 입력, 수정, 조작, 분석, 출력 등 GIS 데이터와 서비스의 제공이 인터넷 환경에서 가능하도록 구축된 GIS • 3차원 GIS 3차원의 입체적인 공간정보의 제공과 공간분석을 수행하기 위한 GIS

10. 1-4 GIS의 기술 및 시장 동향 • 최신 기술 동향 • 모빌 GIS 시·공간의 제약이 없는 무선통신 환경에서 사용자들이 개인 휴대 단말기를 이용하여 필요한 지리정보를 실시간 제공받을 수 있는 GIS 솔루션 • Temporal GIS 지리현상의 공간적 분석에 시간의 개념을 도입하여 시간의 변화에 따른 공간변화를 이해하기 위한 GIS 기법 • 2 . 국내외 시장동향 • 국내외의 전반적인 시장환경과 동향은 지금까지 전통적인 패키지 소프트웨어 시장에서 최근 웹서비스, • 모바일서비스 등의 서비스 영역으로 확대를 추진되면서 모바일 GIS, 인터넷 GIS, 3차원 GIS등이 주목 • 받고 있다

11. 2. 자료의 획득과 모델링 2-1 자료의 샘플링 2-2 자료 획득 기법 2-3 공간객체와 자료모델링 2-4 기준면과 지구타원체, 기준점 측량, 지도 투영 2-5 좌표체계와 좌표변환 2-6 GIS 자료의 분류 국가인력양성사업 교재개발GIS분야

12. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-1 자료의 샘플링 • 1 샘플링 • 샘플링이란 방대한 자료로 구성된 실세계, 현상 등을 단순화, 공식화 하기 위하여 일부분의 자료가 대표성을 나타낼 수 있도록 효율적으로 추출해 내는 기술을 말한다. 샘플링 기법으로는 단순 무작위 샘플링, 계층화 무작위 샘플링, 계통적 무작위 샘플링, 군집 무작위 샘플링, 다단계 샘플링등이 있다.

13. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-1 자료의 샘플링 • 2 측정의 척도 • 수치자료는 명목, 서열, 간격, 비율의 네 가지 척도로 나타낼 수 있다. 이러한 척도가 GIS 자료에 대한 연산 기법을 결정한다. 즉, 어떤 척도로 관측을 수행하였는지가 곧 어떤 연산을 수행할 수 있는지를 결정한다는 것이다. 따라서 척도를 바르게 인식하는 것이 중요하다. 때로는 수치자료가 아닌 문자 자료의 일부도 이와 같은 척도로써 표현할 수 있다. • 3 샘플링이 공간분석에 미치는 영향 • 샘플링은 샘플의 크기, 간격, 시기, 기법에 따라 샘플링 비용과 정확도에 영향을 받는다. 샘플의 수가 증가함에 따라 모델링의 정확도는 대체적으로 향상되지만 샘플의 수가 일정 수보다 커지게 되면 정확도 향상의 효과가 떨어진다. 일반적으로 샘플링 간격(거리 또는 시간)이 작을수록 정확한 모델을 근사할 수 있으나 비용이 증가하는 문제가 발생한다. 샘플링은 수행하는 시대, 계절, 시각에 따라 결과가 달라질 수 있으며, 인자의 분포가 고르지 못할 경우 편향된 결과를 유발할 수 있다

14. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-2 자료 획득 기법 • 1 지상측량에 의한 기법 • 전통적인 측량방법으로는 다각측량(traverse survey), 삼각측량, 삼변측량, 고차 수준측량, 삼각 수준측량 등이 있으며 자동 측량 장치를 이용한 방법으로는 토탈 스테이션 측량, GPS 측량, 관성 방식 등이 있다. • 2 원격탐사에 의한 방법 • 원격탐사(Remote sensing)란, 관찰 대상으로부터 떨어져 있는 센서로부터 감지된 데이터를 가공, 판독하여 필요한 정보를 수집, 저장하는 과정을 말한다. 대표적인 방식은 항공 사진측량을 들 수 있으며, 디지털 방식으로는 디지털 카메라, 비디오그래피, 열적외선 스캐닝, 다중분광 스캐닝, 수동 초단파 감지, 능동 초단파 감지, sidescan imaging sonars, LiDAR(Light Detection and Ranging) 방식 등을 들 수 있다.

15. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-2 자료 획득 기법 • 3 센서스와 샘플링 • 센서스는 직접적인 방식으로 개체의 수나 특성을 조사하기 위한 방법으로 대표적인 예로 인구, 주택 총 조사를 들 수 있다. 온도, 압력과 같은 연속적인 자연현상이나 기타 센서스로는 자료의 획득이 불가능하거나 지나치게 많은 비용이 요구될 경우 샘플링 기법을 사용한다. 샘플링의 목표는 작고 한정된 개체군집을 조사함으로 주어진 수준의 정확도까지 전체를 대변할 수 있는 특성을 찾아내는 것이다. • 4 기존 자료의 변환 • 대표적인 방법으로 수동, 자동 디지타이징을 들 수 있으며 작업자의 숙련도와 개입정도에 따라 결과물의 질이 영향을 받는다.래스터로부터 벡터 자료를 추출하는 작업을 벡터라이징, 벡터 자료를 래스터로 변환하는 작업을 래스터라이징(rasterizing)이라고 한다.

16. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-3 공간객체와 자료모델링 • 1 공간객체와 객체타입 • 공간객체란 공간 현상을 사상(entity)의 집합으로 인식하여 디지털 방식으로 표현한 것을 말한다. 공간객체는 공간객체를 구성하는 원요소(primitives)인 점(point), 선(line), 면(area)으로 분해하여 볼 수 있으며 이를 유형화 한 것을 객체타입(object type) 이라 한다. 공간자료 교환 표준(SDTS)에서는 점, 선, 면을 각각 0차원, 1차원, 2차원에서 정의하며 각 차원에서 객체타입(object type)에 따라 세부 유형별로 구체적으로 정의한다. • 2 자료모델링 • 자료 모델링이란 공간 현상들의 개념적 모델을 일정한 형식으로 구현하는 것을 의미한다. 즉, 설명하고자 하는 실세계의 주요 특징만을 선택하여 추상화하고 복잡성을 단순화시키는 등의 실세계의 모델을 만드는 것을 말한다.

17. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-3 공간객체와 자료모델링 • 3 자료모델의 종류 • 자료모델은 분류방식에 따라 여러 가지가 있을 수 있으나 흔히 벡터 모델과 래스터 모델, (연속)표면 모델, 입체 모델로 구분한다. 그 외 특별한 목적에 따른 관계 모델과 시간 모델 등이 있을 수 있다.벡터모델은 복잡한 실세계를 점, 선, 면의 세가지 객체 타입으로 표현하는 방식이다. 각 위치마다 객체의 존재 여부로 공간이 표현되며 각각의 객체에 속성정보가 부여된다. 이러한 객체들은 하나의 자료층에 표현되거나 특별한 주제나 함수에 의해 서로 다른 자료층에 표현되기도 한다.표현하고자 하는 자료의 속성이 위치에 따라 점차적인 변이를 나타낼 경우 관심 지역 전체에 대하여 일정한 샘플링 간격으로 자료를 취득할 수 있다. 이와 같은 방식으로 얻은 자료를 일정한 격자 또는 배열 형태로 표현한 것을 래스터 자료 구조라고 한다

18. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-4 기준면과 지구타원체, 기준점 측량, 지도 투영 • 1 기준면과 지구타원체 • 기준면(datum)은 지구의 크기와 형태, 좌표체계의 기준점과 방향 등을 정의해 놓은 것을 말하며 지도제작, 측량, 항법, 천문학 등의 다양한 분야에서 사용되며 측지학의 근간을 이룬다. 기준면에는 수평, 수직, 완전 기준면이 있다. 지구타원체는 지구의 물리적 형태에 근사하도록 고안한 수학적 모델이다. 먼 거리를 측정하거나 좌표, 방위 등을 측정(GPS 측위 등)하기 위해서는 정확한 지구 형태가 필요하며 이 때 사용되는 것이 지구타원체(reference ellipsoid)이다. • 2 기준점 측량 • 기준점측량이란 기준점(monument, bench mark)의 정밀한 관측을 위한 수평 및 수직 측량을 시행하는 것을 말하며 기지점에 기초하여 새로운 점의 위치를 정하는 작업을 의미하기도 한다.

19. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-4 기준면과 지구타원체, 기준점 측량, 지도 투영 • 3 지도 투영 • 평평한 종이에 지구를 표현하여 지도를 만들기 위하여 축척을 바꾸고 형태를 변환시키는 과정을 지도투영이라고 한다. 지구(또는 참조구)를 평면에 투영시 통상 세 가지의 방법으로 투영되는 면을 구분한다. 방위각 형태와 원뿔 형태, 그리고 원통 형태이다. 세 가지 투영면은 각각 전개 가능한 평면을 가정하는데 이는 투영되는 면이 완전히 전개하였을 때 평면을 이루기 때문에 붙인 용어이다. 투영법은 크게 등각 투영, 등적 투영, 방위각 투영, 다원추 투영, 기타 투영 방식 등으로 나눌 수 있다.

20. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-5 좌표체계와 좌표변환 • 1 좌표계 • 현재 세계적으로 여러 가지의 좌표계가 사용되고 있는데 보통 2차원 또는 3차원으로 표현된다. 가장 보편적으로 사용되는 좌표계 방식은 직교축들로 구성되는 직교좌표계와 기선과 각으로 표현하는 각좌표계 이다. 좌표계는 통상 이용되는 범위에 따라 분류하기도 하는데 전 지구적 차원에서 사용되는 세계적(global) 좌표계와 일부 지역(local)에서만 사용하는 지역적 좌표계로 구분한다. • 2 좌표변환 • 위도-경도-높이 체계와 지심 좌표계 간의 변환, 축약 Molodensky 변환 (3-parameter 변환), Hermert 변환 (7-parameter 변환)과 같은 변환방법을 이용하여 서로 다른 좌표계간의 변환이 가능하다.

21. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-6 GIS 자료의 분류 • 1 형식에 따른 분류 • HPGL, PostScript, DXF, DLG, TIGER, Coverage등의 벡터형식과 TIFF, GIF, JPEG, DEM등의 레스터 형식으로 분류할 수 있다. • 2 자료 취득 방법에 따른 분류 • 자료 취득 방법에 따라 1차 자료, 2차 자료등으로 분류할 수 있다. 일차 자료란 샘플링, 측량, 원격탐사 등의 직접적인 관측을 통해 취득한 자료를 말한다. 2차 자료란 지도, 테이블, 공간 데이터베이스와 같이 기존에 구축된 자료로부터 추출한 자료를 말한다. • 3 공간객체에 따른 분류 • 공간객체를 구성하는 원요소인 원 점, 선, 면 등으로 분류하는 방식이다.

22. 2. 자료의 획득과 모델링 • 2-6 GIS 자료의 분류 • 4 법적인 분류 • 미국의 프레임워크와 한국의 기본지리정보를 예로 들 수 있다. 프레임워크에서는 측지기준점, 정사영상, 고도, 교통, 수자원, 행정단위, 지적 등의 분류기준이 포함되며, 기본지리정보에서는 측량기준점, 교통, 행정구역, 시설물, 지적, 지형, 해양 및 수자원, 위성영상 및 항공사진 등의 분류기준이 포함된다. • 5 공간, 비공간 자료 • 공간 자료란 점, 선, 면과 같이 위치, 형태, 크기, 방위 등을 가지고 있는 자료를 말하며 객체간의 공간적 위치 관계를 설명할 수 있는 공간 관계(spatial relationship)를 갖는다. 비공간 자료는 모든 속성(attribute) 또는 특성(characteristic) 등으로도 불리며 공간적 위치 관계와 무관한 자료를 말한다.

23. 제 6 장 오차, 표준화 6-1 오차와 불확실성 6-2 자료의 일반화와 압축 6-3 표준화와 자료 호환 국가인력양성사업 교재개발GIS분야

24. 6-1. 오차와 불확실성 • GIS에 있어서의 오차 • GIS에서 오차란 참값과 관측값의 차이로 허용치 이내에서 측정이 가능하나 명백한 이유로 실패한 경우를 의미하며, 불확실성과 구별되어져야 한다. • 2. 오차 분류와 특성 • 오차는 여러 가지 관점에 따라서 다양하게 분류될 수 있다. • 측량 관점 • 통계적 관점 • 자료 범위 관점 • 자료 처리 관점

25. 6-1. 오차와 불확실성 • 오차를 기술하는 방법 • 위치 정확도 (positional accuracy) • 속성 정확도 (attribute accuracy) • 논리적 일관성 (logical consistency) • 완결성 (completeness) • 3. 오차 모델링 • 오차를 모델링 하는 방법은 크게 3가지가 있다. • 점모델 • 선모델 • 면모델

26. 6-1. 오차와 불확실성 • 4. 오차의 전파 • 다양한 원인으로 발생한 오차는 여러 가지 방법으로 전파되어 간다. • 몬테카를로 시뮬레이션 • 해석적 접근 • 정오차의 전파 • 우연오차의 전파 • 5. 정확도 기준 • National Map Accuracy Standard • ASPRS • 기타

27. 6-2 자료의 일반화와 압축 • 자료 일반화의 필요성 • 자료는 경제적 요구, 자료의 강건함, 다 목적에의 이용, 표현과 전달 등의 이유로 일반화가 필요하다 • 2. 일반화와 자료의 질 • 일반화의 영향 • 일반화는 위치정확도, 속성정확도, 일관성, 완결성 등에 영향을 미친다. • 일반화와 해상도 • 일반화를 하면 보통 공간적 해상도가 낮아지는 경향이 있다.

28. 6-2 자료의 일반화와 압축 • 3. 개념적 모델 • 공간 구조 표현 • 계량적(metric) 표현 • 위상적(topological) 표현 • 그래프 이론적(graph-theoretic) 표현 • 데이터베이스 요건 • 데이터베이스 모델

29. 6-2 자료의 일반화와 압축 • 4. 처리도구 • 절차적 접근 • 알고리즘을 이용한 접근 • 모수적 접근 • 프랙탈 기하학 • 규칙 기반 접근 • - IF THEN 문들에 의하여 어떠한 규칙을 충족시킴으로써 일반화가 수행된다. • 지도일반화에 급격한 접근 • 기하학적 일반화 vs 개념적 일반화 • 축척에 따른 일반화

30. 6-2 자료의 일반화와 압축 • 5. 벡터와 래스터 형태의 일반화 • 벡터 일반화 • 지역적 처리에 기반한 단순화 • Douglas 단순화 알고리즘 • Cromley의 계층적 단순화 • 래스터 일반화 • 구조적 일반화 • 수치적 일반화 • 수치적 범주화 • 범주적 일반화

31. 6-3 표준화와 자료호환 • 표준화와 자료호환 • 표준화의 필요성 • 비용절감, 접근용이성, 상호연계성, 활용극대화 • GIS 표준화의 특성 • - 다양한 분야와 결합되며, 공간정보구축 범주에서 수행된다. • 2. 국내 표준화 동향 • 제 1차 NGIS 사업 • 정보구축 표준화 • 정보유통 표준화

32. 6-3 표준화와 자료호환 • 제 2차 NGIS 사업 • 국내 표준화 기구 • 산업자원부 기술표준원 ISO TC 211 KOREA • 한국 정보통신 기술협회(TTA) • 3. 해외 표준화 동향 • ISO TC 211 • CEN/TC 287 • OGC (OpenGIS Consortium)

33. 6-3 표준화와 자료호환 • 4. 주요 표준화 성과 • 메타데이터 표준 • 공간자료 교환 표준(SDTS)

34. 7. 모델링과 의사결정 7-1 문제 해결 모델링 기법 7-2 다규준 의사결정 7-3 공간 의사결정 시스템 국가인력양성사업 교재개발GIS분야

35. 7-1 문제 해결 모델링 기법 • 공간 모델링 • Deterministic process model : 알려진 변수에 의한 물리적 법칙으로 과정을 설명 • Stochastic process model : 확률적인 가설에 의해 과정을 설명 • GIS와 공간모델링은 상호보완적인 관계로 볼 수 있다. 설명이나 예측을 할 때, 공간 모델링은 정확한 수치 계산을 수행하는데 GIS보다 강력한 도구가 될 수 있음 • 현재의 GIS는 기존의 공간모델링처럼 설명이나 예측을 위한 모델링에 적합하지는 않다. 하지만 공간 위치선정 모델링에서 전통적인 공간적 반복 계산 도구가 GIS의 패턴과 작업흐름(flow)을 이용하는 등 새로운 시도가 이루어지고 있음 • GIS와 공간모델링은 SDSS (Spatial Decision-Support Systems)의 형태로 의사결정 문제 해결에 밀접한 기여를 하고 있음 • Decision-Support System : 1970년대 후반에 도입된 용어로 비즈니스 문제에 있어서 데이터베이스관리시스템, 분석적 연구 모델, 그래픽적 표현, 도표 그리고 정책 결정자의 전문가적 지식을 통합하기 위한 하나의 틀을 일컬음. 여기서의 모델은 시설들의 위치를 기본으로 하고 사용하는 기법은 수학적인 프로그래밍, 최적화에서부터 보다 복잡한 것에 이르기까지 다양함

36. 7-1 문제 해결 모델링 기법 • 통계적 모델링 • 공간 통계를 이용한 모델로서 GIS의 연계방안으로는 다음의 세 가지 경우가 있음 • 포함 전략 : GIS 시스템과 함께 공간 통계를 완전 통합적으로 제공하는 것 예) Spacestat, SPIDER, MapINFO 등 • 모듈 전략 : 통계 분석 모듈을 구축하여 GIS 모듈과 연계하는 방안 예) GLIM – ARC/INFO의 연계, ArcView Avenue 매크로언어 및 ARC/INFO AML 사용, 최근의 ARC/INFO S-Plus 등 • 데이터 import-export 전략 : GIS와 통계 패키지간의 자료 전달에 의해 GIS 공간분석 도구를 확장하는 것으로 가장 보편적인 방법. 필요한 변수를 import해서 통계 패키지나 스프레드시트에 집어넣거나 그 반대의 경우도 가능. 예) ARC/INFO – SAS 의 사용 • 수학적 모델링 • 수학적인 공식이나 알고리즘 또는 시뮬레이션 등을 이용한 모델링을 말하며 최적화(optimization)와 시뮬레이션(simulation)의 두 가지 방식이 있음

37. 문제 정의 인텔리전트 단계 GIS 평가 규준 제한조건 의사결정 행렬 대안들 디자인 단계 MCDM 의사결정자의 선호도 의사결정 규칙 선택 단계 MCDM/GIS 민감도 분석 추천 7-2 다규준 의사결정 • 다규준 의사결정의 구조 • 문제의 정의(problem definition) : 시스템의 바람직한 상황과 실재의 상황의 차이를 인식하는 것 • 평가 규준(evaluation criteria) : 의사결정 문제에 관련된 모든 고려 사항을 반영하는 목적들의 집합과 그 목적을 달성하기 위한 측정값(속성들)을 명시 • 대안들(alternatives) : 각각의 대안들에 의사결정 변수를 지정하고 제한 조건을 적용한 후 선택 가능한 대안이 결정됨 • 규준의 가중치(criterion weights) : 의사 결정자의 선호도가 의사결정 모델에 통합됨 • 의사결정 규칙(decision rules) : 앞의 세 단계들을 하나로 묶는 단계로 모든 대안의 평가를 동일 차원으로 통합 • 민감도 분석(sensitivity analysis) : 입력값(지리 정보, 의사결정자의 선호도)의 변화가 결과(대안들의 순서)에 어떻게 영향을 주는지 알아봄 • 추천(recommendation) : 대안들의 순서와 민감도 분석에 기초하여 바람직한 대안을 제시 의사결정의 구조

38. 산림 관리의 향상 산림 생산성 제고 하천 유출량 변동의 최소화 홍수 피해의 최소화 흙의 보존 최대화 여가 활동 기회 최대화 토양 고도 지질 경사 계곡의 밀도 여가 시설 7-2 다규준 의사결정 • 속성(attribute)과 목적(objective) • 속성(attribute) : 실세계의 공간 시스템을 구성하는 요소들을 표현하는 값으로 사상(entity)의 양이나 질, 사상간의 관계를 표현하며 목적과 관련하여 성과를 측정하는데 쓰임. • 목적(objective) : 공간 시스템의 바람직한 상태에 대한 기술로서 속성의 개선 방향을 나타냄. 예) 목적이 “대기 오염에 대한 노출 인구의 최소화”라면 “일정 정도 이상의 이산화황에 노출된 사람들의 숫자” 그리고 “일정 정도 이상의 일산화탄소에 노출된 사람들의 숫자”를 속성으로 사용할 수 있음 목적과 관련된 속성의 계층적 구조

39. 7-2 다규준 의사결정 • 규준도의 제작 • 규준도(Criterion map) : 대안을 평가하기 위한 규준을 세웠으면 GIS 데이터베이스에서 지도 레이어로 표현해야 하는데 이렇게 평가규준을 표현하는 레이어를 규준도(또는 속성도)라 부름 • 요소도(factor map) : 관련된 목적이 달성된 정도를 나타내는 속성의 공간적 분포를 나타낸 지도 • 제한조건도(constraint map) : 대안들에 적용되는 제한 요소를 나타낸 지도로서 대안들을 고려 대상에서 제거하기 위해 사용함 규준도의 제작

40. 7-2 다규준 의사결정 • 제한조건 • 자연이나 인간에 의한 제한으로 어떤 행동이 취해지는 것을 허락하지 않는 것을 말함. 사용 가능한 자원이나 규제에 의해 발생하며 모든 제한조건을 만족시킬 때의 대안을 “가능한 대안” 이라고 함 • 스크린 과정(screening) : • 대안들을 가능한 대안 또는 불가능한 대안으로 구분하는 과정 • 상쇄적 제한조건과 비상쇄적 제한조건 • 상쇄적(compensatory) 제한조건 : 스크린 과정상의 규준 사이의 상호교환을 고려 • 비상쇄적(noncompensatory) 제한조건 : 스크린 과정상의 규준 사이의 상호 교환(또는 상쇄, trade-offs)을 고려하지 않는 것 • 연계적(conjunctive) 스크린 과정: 모든 평가규준에 대해 정해진 기준을 만족시키는 것들만을 통과 • 분리적(disjunctive) 스크린 과정: 적어도 한 가지의 평가규준을 만족시키면 통과 • 사전편집적(lexicographic) 스크린 과정 : 가장 중요한 속성부터 한가지씩 평가 • 제거식(elimination by aspect) 스크린 과정 : 하나의 속성씩 기준을 만족시키지 못하면 바로 제거하면서 평가

41. 7-2 다규준 의사결정 • 의사결정 공간 • 조건을 충족시키는 영역으로서 가능한 대안들의 집합을 형성 • 규준 가중치 결정 • 목적 : 각각의 규준의 다른 규준에 대한 중요성을 표현하는 것 • 순위법(ranking), 비율법(rating), 쌍비교법(pairwise comparison), 상호교환분석법(trade-off analysis) 등의 방법이 있음 • 가중치가 클수록 전체 시스템에서의 중요성이 큼 • 정규화된 가중치 (Normalized weight) • w = (w1, w2,…, wj,,…, wn) ∑wj = 1 의사결정 공간

42. 7-2 다규준 의사결정 • 단순 부가 가중치법 (simple additive weighting(SAW) methods) • 각각의 대안들에 대하여 일정한 척도로 계산된 속성값에 중요도 가중치를 곱하여 더한 총점을 비교하여 가장 큰 값을 선택 • 가치함수(value function) 법 • Vi는 i번째 대안의 전체적인 가치(값), vij는 가치 함수에 의해 측정된 j번째 속성에 대한 i번째 대안의 가치(값), wj는 속성 j에 대한 정규화된 가중치, 즉 ∑wj = 1 • 확률적 부가 가중치법(probabilistic additive weighting) • pijk는 확률, vijk는 가치(값)이며, 각각 대안 i에 대한 속성 j의 레벨 k를 뜻함

43. 7-2 다규준 의사결정 • 해석적 계층법 (analytic hierarchy process, AHP) • 의사결정 문제를 핵심을 표현하는 계층들로 분해 • 주어진 계층 수준에서 쌍을 이루어 비교를 수행 • 비율척도에 의한 지역적 우선 순위들을 가지고 가장 낮은 계층에서 합성(글로벌) 우선순위의 집합을 만듬 • 이상점법(ideal point method) • 이상점과의 분리도에 기반 하여 대안들의 순위를 매기는 방법으로 이상점과 가장 가까운 대안이 최적의 대안이 됨 (여기서 이상점이란 각각의 규준에 있어서 가장 이상적인 가중치가 고려된 표준화된 레벨임) (a) AHP 과정 (b) 대안들의 비율화

44. 7-3 공간 의사결정 시스템 • 공간 의사결정 시스템의 요소 • DBMS(database management system)와 지리자료 : 저장, 유지, 검색, 추출 등 데이터 및 데이터베이스와 관계된 모든 임무를 수행하며 데이터에의 접근을 가능케 해 주고 프로그램에 적합한 형태로 이용할 수 있도록 관리하는 역할 • MBMS(model-based management system)와 모델 베이스 : 분석, 통계, 예측의 기능이 포함되며 모델의 유지, 관리에 필요한 루틴 및 라이브러리를 보유. 서로 다른 모델들간의 연계를 제공하여 한 모델의 결과물이 다른 모델의 입력정보가 될 수 있도록 함 • DGMS(dialogue generation and management system) : 모든 공간 의사결정 시스템의 기능은 DGMS를 통해 유기적으로 연관되며 수행됨 공간 의사결정 시스템의 구성 요소

45. 8. 시스템 구축과 비용/효과 평가 8-1 시스템 계획과 설계 8-2 시스템 구현과 응용 8-3 비용/효과 평가 국가인력양성사업 교재개발GIS분야

46. 8. 시스템 구축과 비용/효과 평가 8-1 시스템 계획과 설계 • 전략적 계획 과정 • 상황분석GIS를 구현하고자 하는 조직의 현황을 이해하고 분석하는 과정 • 전략적 비전(vision)프로젝트의 일반적인 방향과 GIS개발의 목적으로 후속 계획 및 개발의 지침 • 타당성 조사재정, 기술, 제도에 관한 각각의 타당성 평가로써 측정방식은 조직에 따라 다름 • 전략적 계획 수립 8-1-1 전략적 계획

47. 전략적 계획을 구현계획으로 바꾸는 다리역할첫 준비단계로 프로젝트 배경, 범위와 목적, 참여자와 책임, 업무 상세서, 일정 및 예산 등을 간략하게 문서화한다. startup 계획 프로젝트 팀을 구성 후 각자의 책임과 의무 부여적절한 작업에 적당한 사람을 배치하고, 참가자에게 GIS운용의 필요성을 인식시키며 신뢰할 수 있는 환경을 조성한다면 성공적인 팀을 구성할 수 있다. 역할 및 책임지정 개념적 개요 작성 조직의 구조와 비즈니스 기능을 작성구축하려는 응용프로그램의 선정에 고려할 사항에 대한 개요를 작성한다. 모든 과정의 결정사항을 문서화startup 계획에서와 같은 양식으로 확정된 계획을 문서화한다. 구현계획 준비 8. 시스템 구축과 비용/효과 평가 • 8-1-2 시스템 요구사항분석 • 목적하는 곳에 어떻게 도달할 것인지에 대한 방법을 고민하기 전에 목적지가 어디인가를 결정하는 것처럼 요구분석을 통해서 시스템으로부터 얻고자 하는 것을 보다 정확히 정의한다. 8-1-3 시스템 구현계획

48. 8. 시스템 구축과 비용/효과 평가 8-2 시스템 구현과 운용 • 8-2-1 시스템 구현 전략 및 상세설계 • ※ 시스템 구현 전략 • - 구축할 GIS의 전략 및 범위에 대한 전반적인 이해를 제공- 시스템 구축을 위한 장단기 목표 및 해당 활동과 태스크에 대한 검토- 주어진 시간 내에 프로젝트를 성공적으로 마치기 위한 발판을 마련- 앞서 검토된 전략/계획/사용자요구분석을 토대로 구현 전략을 세움- 조직 구성 및 관리, 데이터, 시스템 기타 제반 여건에 대한 총체적 검토에 따른 전략을 제시 • ※ 시스템 상세 설계 • - 구현 단계의 구체적인 처리 절차를 정의하는 과정- 시스템 관점, 데이터 관점, 응용프로그램 관점에 대한 설계가 필요- 서로 유기적인 관계에서 설계되어야 함

49. 8. 시스템 구축과 비용/효과 평가 • 8-2-2 GIS 응용프로그램 개발 GIS응용프로그램 개발 과정 GIS프로젝트 설계와 구현과정

50. 8. 시스템 구축과 비용/효과 평가 • 8-2-3 시스템 운용 및 유지관리 • ※ 사용자 지원 서비스 및 교육의 내용 • - GIS의 기본적인 동향- 계획/설계/이행 단계 동안의 지속적인 브리핑- 데이터베이스/ GIS 공간분석에 필요한 사용자 교육- 데이터 오류/ 장애 보고서와 해결 조치- 전반적인 시스템 관련 매뉴얼 및 교육- 시스템 장애에 의한 복구 방안 • ※ 데이터 유지관리 • - 원시데이터에 대한 관리- 잠재적인 오류 및 변화를 위한 현존 데이터 검토- 갱신에 필요한 원시데이터 확인- 새로운 정보 수집, 수정 및 변화 추적정보의 적용 여부 • ※ 시스템 운영 및 유지관리 • - 조직 내에서 운영팀의 위치- GIS 운영과 유지관리를 위한 구성원- 업무관리 및 GIS 운영과 유지관리를 위한 예산