4. gis 를 이용한 최신분야의 응용기법

4. GIS 를 이용한 최신분야의 응용기법

4-1 LBS 분야

4-2 Web GIS 분야

4-3 3-D GIS 분야

4-1 LBS 분야 4-1 LBS 분야

1. LBS 개요

- LBS 는 Location-Based Service 의 약어로서 위치기반서비스로 통칭되며 이동통신망을 기반으로 사람이나 사물의 위치를 정확하게 파악하고 이를 활용하는 응용시스템 및 서비스라고 일반적으로 정의

- LBS 는 GIS( 지리정보시스템 ), GPS( 범지구 위치결정 시스템 ), Telematics 를 포함해서 , 무선단말기와 같은 특정 플랫폼을 통해 위치관련 정보를 제공해 주는 모든 서비스를 포함하는 포괄적인 개념으로 볼 수 있음

- LBS 관련 핵심기술은 측위 기술 , 위치기반 어플리케이션을 구동할 수 있는 안정된 플랫폼 설계 및 제작 기술 , 다양한 어플리케이션 및 서비스로 구성되며 이중 측위기술이 중요함

- LBS 의 내용 -

4-1 LBS 분야4-1 LBS 분야

LBS 의 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

- Cell ID 방식 - - TDOA 방식 -

- AOA 방식 -

- A-GPS 방식 -


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 -


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 -


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-Warshall 은 triple operation 의 개념을 도입하여 알고리즘의 계산속도를 향상시켰음

4-2 Web GIS 분야4-2 Web GIS 분야

1. Web GIS 의 개념 및 표준규약 Web GIS 란 인터넷의 기술과 GIS 를 접목하여 지리정보의 입력 , 수정 , 조작 , 분석 , 출력 등 GIS

기능수행이 인터넷 환경에서 가능하도록 구축된 GIS 임 − 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 T

CP/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


2. 공간질의와 공간 데이터 접근

− 질의 (Query) 는 GIS 의 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 -


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 -


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 -


3. 공간 데이터 전송

- Web GIS 의 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 -


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

- 타일 분할 방법 -

- Scale dependent transmission -

4-3 3-D GIS 분야 4-3 3-D GIS 분야

1. 3-D GIS 의 개요 3-D GIS 의 개념

-기존 GIS 의 장점과 real-time 3D 컴퓨터 그래픽의 조합으로 이루어진 새로운 기술-3D GIS 의 주요 구성은 3D 자료획득 , 3D 데이터 모델링 및 운용기법 , 3D 시각화 기법으로 이루어져 있음


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

자료취득 기술

현재 이용 가능한 기법들 주요연구 개발 기법들

고해상도영상획득기법

◦ 항공기 이용( 지상해상도 60cm 이하 ) - GPS/INS 항공사진 촬영 - 디지털 카메라 이용

◦ 인공위성 이용( 지상해상도 60cm 이상 ) - 1m 영상 (IKONOS 위성

) - 60cm 영상 (QuickBird

위성 )

◦ 건물 텍스처 이미지 자료 자동 획득기법 - 3-D 건축물 복원을

위한 텍스처 이미지 획득

◦ 이미지 자동매칭 및 정보추출

고정밀DEM취득기법

◦ 항공기 탑재 센서 이용 - LiDAR 기술 - 지상 Laser Scanner

기술 ◦ 인공위성 탑재 센서

이용 - SAR(Radarsat-1, ERS-1, JERS -1 등 ) - 고해상도 위성영상

이용

◦ 센서 검정기술- 레이저스캐너- INS- feature extraction 기술

객체취득기법

◦ 수치지도 (ver 2.0)-해석도화 및 수치도화

◦ 멀티센서- LiDAR 이용( 디지털 영상 보조 이용

)-Mobile mapping system 이용

◦ 항공 / 위성영상

◦ 자동추출 기법 시 정확도 향상 방안- LiDAR 이용- 4S Van- 위성 /항공기

2. 3-D GIS 의 데이터 모델 3-D 모델링의 기본 개념들- 3-D 모델링의 정의 :컴퓨터 시스템을 활용한 가상의 3 차원 물체 , 환경 , 그리고 장면의 공간적 묘사와 배치를 말함

- 수치를 이용한 작업 3-D 에서의 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


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 Facet 의 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 Facet 방식의 모델러이면서도 데이터베이스는 CSG 방식을 쓰는 모델러가 사용되기도 하는데

이런 모델러들을 "Hybrid 방식 "이라고 함



객체 모델링 기법

-지형 /도로의 3 차원 모델링 기법

Shape 를 이용한 방식

: 연속적인 X,Y좌표 + 고도값 (Z) 을 속성처럼 할당 , 처리하는 방식

Sampling Method

: 2 차원의 등고선 (Contour Line), 3-D GIS 에 서 활용하는 DEM(Digital Elevation Model), TIN(Triangulated Irregular Network) 등이 보편적으로 사용

- 건축물 /시설물의 3 차원 모델링 기법 기본 입체모형 (Object) 이용방식

Shape 를 이용한 방식

3. 3-D GIS 의 운용기법 가상현실 기법

- 개념

가상현실 (Virtual Reality) 이란 컴퓨터를 이용하여 구축한 가상공간 (Virtual Environment 또는 Cy

berspace) 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 typ

e) 가상현실 (VR), 몰입형 (immersive type), CAVE(Computer-Assisted Virtual Environment), 원격조작

(telepresence) 및 증강형 (augmented type) 등 크게 6가지로 구분

- VRGIS 가 지니는 특징 데이터베이스의 처리 기능

VR 과 GIS 소프트웨어들은 주로 약 결합으로 연결



3-D 시각화 기법-개요 및 연구동향

VR 이 GIS 에 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

ArcView 3-D Analyst IMAGINE VirtualGIS NeoMap3-D

4. gis 를 이용한 최신분야의 응용기법

Documents