지지학

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1. 개요

지형학은 지형의 표면 특징을 연구하고 묘사하는 학문이다. 고대 그리스어에서 유래된 이 용어는 장소에 대한 상세한 설명을 의미했으며, 18세기 후반부터 군사 측량 및 지도 제작의 일반적인 용어로 사용되었다. 지형학의 목표는 위도, 경도, 고도와 같은 좌표계 측면에서 지형지물의 위치를 결정하는 것이며, 현장 측량, 원격 탐사, 사진 측량 등의 연구 방법을 사용한다. 지형 데이터는 벡터 또는 격자 모델로 표현되며, 지형도는 지형을 시각적으로 보여주는 데 활용된다. 수치 표고 모델(DEM)과 지리 정보 시스템(GIS)을 통한 위상 모델링은 복잡한 공간 분석을 가능하게 한다. 지형학은 신경과학, 안과학, 조직 공학 등 다양한 분야에서 뇌 지도, 각막 지형도, 나노 지형 매핑 등과 같은 기술로 활용되며, 지형학자는 이러한 지형을 연구하는 전문가를 의미한다.

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지지학

2. 어원

"지형(topography)"이라는 용어는 고대 그리스에서 유래하여 고대 로마 시대까지 이어졌으며, 한 장소에 대한 상세한 설명을 의미했다. 이 단어는 그리스어 τόπος|topos|장소^grc와 -γραφία|-graphia|쓰기^grc에서 유래되었다.^[3] 고전 문헌에서 이것은 장소 또는 장소들에 대한 기록을 의미하며, 현재는 주로 '향토사'라고 불린다. 영국과 유럽에서는 지형이라는 단어가 때때로 원래의 의미로 사용되기도 한다.^[4]

3. 역사

18세기 후반, 영국에서 상세한 군사 측량이 시작되었고, 이는 Ordnance Survey라고 불렸다. 이 용어는 20세기까지 지형 측량 및 지도 제작의 일반적인 용어로 사용되었다.^[5] 최초의 과학적 측량은 프랑스에서 이루어졌으며, 4대에 걸쳐 지도 제작을 한 카시니 가문의 이름을 따 카시니 지도라고 불렸다.^[6] "지형 측량"이라는 용어는 미국에서 유래된 것으로 보인다. 미국의 최초 상세 측량은 1812년 전쟁 당시 설립된 "육군 지형국"에서 이루어졌으며,^[7] 1838년에는 지형 공병대로 발전했다.^[8] 1878년 미국 지질 조사국이 국가 지도 제작 업무를 인수하면서, 지형이라는 용어는 상세 측량 및 지도 제작 프로그램의 일반적인 용어로 남게 되었으며, 대부분의 다른 국가에서도 표준으로 채택되었다.

4. 목표

지형학의 목표는 위도, 경도, 고도와 같은 수평 좌표계 측면에서 모든 지형지물 또는 더 일반적으로 모든 지점의 위치를 결정하는 것이다. 지형지물을 식별(명명)하고 전형적인 지형 패턴을 인식하는 것 또한 지형학 분야의 일부이다.^[1]

5. 연구 방법

지지학 연구는 다양한 접근 방식을 통해 이루어진다. 연구 대상 지역의 규모, 접근성, 기존 측량의 품질에 따라 적절한 방법을 선택한다. 지형학 연구의 목적은 위도, 경도와 같은 수평 좌표계와 표고를 포함한 3차원 관점에서 지점의 위치를 결정하는 것이다. 지형 특징을 식별하고 이름을 붙이며, 전형적인 지형 패턴을 인식하는 것 또한 지형학 연구의 일부이다.

지지학 연구는 여러 가지 이유로 수행될 수 있다. 군사 계획 및 지질 탐사가 주요 동기였지만, 지세 및 지표 특징에 관한 상세 정보는 대규모 토목 공학, 공공 사업 및 매립지 사업의 계획 및 시공에 필수적이다.^[22]

5. 1. 현장 측량

측량은 수준측량기와 같은 측량기를 사용하여 지상의 또는 3차원 공간의 점들의 정확한 위치, 점들 사이의 거리 및 각도를 결정하는 데 도움이 된다. GPS 및 기타 위성 항법 시스템 (GNSS)도 사용된다.

최초의 지형도 작업 중 하나는 이탈리아의 천문학자 조반니 도메니코 카시니에 의해 프랑스에서 시작되었다.

원격 감지가 정보 수집 과정을 크게 가속화하고 장거리에서 더 큰 정확도 관리를 가능하게 했지만, 직접 측량은 수동이든 GIS 기반이든 모든 지형 작업의 기본 제어 지점과 프레임워크를 여전히 제공한다.

광범위한 직접 측량 및 매핑 프로그램이 진행된 지역 (예: 유럽 대부분과 미국 본토)에서 수집된 데이터는 USGS DEM 데이터와 같은 기본 디지털 고도 데이터 세트의 기반을 형성한다. 이 데이터는 측량 간의 불일치를 제거하기 위해 종종 "정리"해야 하지만, 대규모 분석을 위한 귀중한 정보 세트를 여전히 형성한다.

5. 2. 원격 탐사

원격 탐사는 대상 지역에서 멀리 떨어진 곳에서 지리 데이터를 수집하는 것을 말한다.^[22]

5. 2. 1. 수동적 방법

항공 및 위성 영상은 사진 측량에서의 역할 외에도 지형 특징 및 보다 일반적인 토지 피복 특징을 식별하고 묘사하는 데 사용될 수 있다. 이것들은 지도든 GIS 시스템이든, 지리 시각화의 점점 더 많은 부분을 차지하게 되었다. 가시광선 및 비가시 스펙트럼 이미징은 식생 및 기타 토지 이용 정보를 보다 명확하게 묘사하여 지형의 상태를 파악하는 데 도움이 될 수 있다. 이미지는 가시적인 색상 및 기타 스펙트럼으로 나타낼 수 있다.

5. 2. 2. 사진 측량

사진 측량은 여러 위치, 일반적으로 여러 번의 항공 사진 촬영으로 찍은 두 개 이상의 사진 이미지에서 얻은 측정값을 사용하여 물체의 3차원 공간 내 점의 좌표를 결정하는 측정 기술이다. 이 기술에서는 각 이미지에서 공통점을 식별한다. 카메라 위치에서 물체의 점까지 시선(또는 광선)을 구성할 수 있다. 이러한 광선들의 교차점(삼각 측량)에 의해 점의 상대적인 3차원 위치가 결정된다.^[22] 기지의 기준점은 이러한 상대 위치에 절대값을 부여하는 데 사용된다. 보다 정교한 알고리즘에서는 사전에 알려진 장면의 다른 정보를 활용할 수 있다(예: 특정 경우의 대칭성은 카메라의 단일 위치에서 시작하여 3차원 좌표를 재구성할 수 있다).

5. 2. 3. 능동적 방법

위성 RADAR 매핑은 수치 표고 모델을 생성하는 주요 기술 중 하나이다. 유사한 기술은 해저 지형 측량에 음파 탐지기를 사용하여 해저 지형을 결정하는 데 적용된다. 최근에는 전파 대신 레이저를 사용하는 원격 감지 기술인 LIDAR(Light Detection And Ranging, 라이다)가 숲의 수관을 측정하고 빙하를 감시하는 등 복잡한 매핑 요구 사항에 점점 더 많이 사용되고 있다.

6. 지형 데이터의 형태

지형은 일반적으로 벡터(불규칙 삼각망 또는 TIN) 또는 격자(래스터 이미지) 수학적 모델을 사용하여 모델링된다. 환경 과학 분야에서는 대부분 육상 표면을 격자 모델로 표현하고 모델링한다. 토목 공학 및 엔터테인먼트 업계에서는 육상 표면을 주로 TIN 모델의 변형을 사용하여 표현한다.

측량 기사는 먼저 지역의 높이를 샘플링한 다음, 이를 사용하여 TIN 형태의 수치 육상 표면 모델(DLSM)을 생성한다. DLSM은 지형 시각화, 원격 감지 이미지 드레이핑 등에 사용될 수 있다. 등고선 데이터는 DLSM이 아니며, DLSM은 연구 지역의 각 위치에서 고도를 지속적으로 사용할 수 있다는 것을 의미한다. 수치 육상 표면 모델은 건물 등의 표면일 수 있는 수치 표면 모델과 혼동해서는 안 된다. 예를 들어, 라이다 기술을 사용하면, 캐노피 상단에서 실제 지구까지 여러 표면을 가질 수 있고, 이 두 표면 모델 간의 차이를 통해 나무 높이 등을 측정할 수 있다.

6. 1. 원시 측량 데이터

지형 측량 정보는 역사적으로 측량 기사의 기록에 기반을 두고 있다. 이들은 다른 지역 자료에서 이름과 문화 정보를 얻을 수 있다(예: 경계 묘사는 지역의 토지대장 지도에서 파생될 수 있다). 역사적 가치는 있지만, 이러한 현장 기록에는 지도 제작의 후반 단계에서 해결되는 오류와 모순이 내재되어 있다.^[1]

6. 2. 원격 감지 데이터

원격 탐사 데이터(항공 사진 및 위성 사진 등)는 현장 노트와 마찬가지로 가공되지 않은, 해석되지 않은 데이터이다. 구름 덮개 등으로 인해 데이터에 구멍이 있을 수 있으며, 특정 이미지 캡처 시점 때문에 불일치가 발생할 수도 있다.^[1] 현대 지형도 제작의 대부분은 원격 탐사 데이터를 포함한다.^[1]

7. 지형도

현대적 정의에서 지형도는 지형을 보여준다. 미국 지질조사소(USGS) 지형도는 등고선을 사용하여 지형을 표시한다. USGS는 등고선이 없는 지형 측량 기반 지도를 "평면도"라고 부른다.

이 지도는 등고선뿐만 아니라 주요 하천이나 기타 수역, 산림, 개발된 지역 또는 개별 건물(축척에 따라 다름) 및 기타 특징과 관심 지점을 표시한다.^[9]

기존의 지형 측량 지도는 포괄적이고 백과사전적인 범위로 인해 파생된 많은 지형 작업의 기반을 형성한다. 예를 들어, 디지털 고도 모델은 새로운 원격 감지 데이터가 아닌 기존의 종이 지형도에서 생성되는 경우가 많다.^[9]

8. 수치 표고 모델(DEM)

수치 표고 모형(DEM)은 지구(또는 행성) 전체 또는 일부의 지형(고도 측정법 및/또는 수심 측정법)에 대한 래스터 기반의 디지털 데이터 세트이다. 데이터 세트의 각 픽셀에는 고도 값이 할당되고, 데이터 세트의 헤더 부분은 적용 범위, 각 픽셀이 적용하는 단위, 고도 단위(및 기준점)를 정의한다. DEM은 기존의 종이 지도 및 측량 데이터에서 파생되거나 새로운 위성 또는 기타 원격 감지 레이더 또는 음파 탐지기 데이터에서 생성될 수 있다.

9. 위상 모델링

지리 정보 시스템(GIS)은 디지털 방식으로 저장된 공간 데이터 내에 존재하는 공간 관계를 인식하고 분석할 수 있다. 이러한 위상 관계를 통해 복잡한 공간 모델링과 분석을 수행할 수 있다. 기하학적 개체 간의 위상 관계는 전통적으로 인접성(무엇이 무엇에 인접하는지), 포함(무엇이 무엇을 둘러싸는지), 근접성(어떤 것이 다른 것과 얼마나 가까운지)을 포함한다.^[1]

지리 정보 시스템을 이용하면 다음과 같은 작업을 할 수 있다.

지상의 합성 이미지에서 시야를 재구성한다.
지상의 비행 궤적을 결정한다.
표면 또는 부피를 계산한다.
지형 프로파일을 추적한다.^[1]

10. 여러 분야에서의 지형학

신경과학에서는 뇌 영상 분야에서 뇌 지도 제작을 위해 EEG 지형도와 같은 기술을 사용한다. 안과학에서는 각막 지형도가 각막의 표면 곡률을 매핑하는 기술로 사용된다. 조직 공학에서는 원자력 현미경을 사용하여 나노 지형을 매핑한다.

인체 해부학에서 지형학은 표면 인체 해부학을 의미한다.^[24]

수학에서는 지형학 개념이 지도상의 특징의 패턴 또는 일반적인 구성을 나타내거나, 변수(또는 값)가 공간에 분포하는 패턴을 나타내는 용어로 사용된다.

11. 지형학자

지형학자는 지형에 대한 전문가이다. 이들은 특정 장소나 지역의 표면 특징을 연구하고 묘사한다.^[1]

12. 지역별 지형

아시아 지지 - 아프리카 지지 - 유럽 지지 - 북극 지지 - 북아메리카 지지 - 남아메리카 지지 - 오세아니아 지지 - 남극 지지

참조

_[1] 서적 Geology Applied to Engineering https://books.google[...] Waveland Press 2018-03-19
_[2] 웹사이트 US Topo—Topographic Maps for the Nation https://pubs.usgs.go[...] United States Geological Survey 2013-10
_[3] 웹사이트 Online Etymology Dictionary http://www.etymonlin[...]
_[4] 웹사이트 Victoria County History https://www.victoria[...]
_[5] 문서 Oxford English Dictionary Ordnance Survey
_[6] 웹사이트 Revolutionary Cartography and the Cassini Map of France https://www.nypl.org[...] 2024-06-16
_[7] 웹사이트 Topographical Engineers – History and Personnel http://www.topogs.or[...]
_[8] 서적 Charting the Inland Seas: A History of the U.S. Lake Survey 1991
_[9] 간행물 National Geographic Trails Illustrated Maps http://www.ngmapstor[...]
_[10] 웹사이트 トポグラフィー https://www.jeol.co.[...] 日本電子 2022-05-20
_[11] 웹사이트 トポグラフィー https://kotobank.jp/[...] 世界大百科事典
_[12] 웹사이트 Geomorphology vs Topography - What's the difference? https://wikidiff.com[...] 2022-05-20
_[13] 웹사이트 What is topography? http://www.michigan.[...] Center for Geographic Information
_[14] 웹사이트 Definition from WordNet Search princeton.edu
_[15] 웹사이트 Definition from Federal Citizen Information Center pueblo.gsa.gov
_[16] 웹사이트 Online Etymology Dictionary http://www.etymonlin[...]
_[17] 웹사이트 Victoria County History https://www.victoria[...]
_[18] 문서 Oxford English Dictionary Ordnance Survey
_[19] 웹사이트 Topographical Engineers ? History and Personnel http://www.topogs.or[...]
_[20] 서적 Charting the Inland Seas: A History of the U.S. Lake Survey 1991
_[21] 서적 精神疾患の光トポグラフィー検査ガイドブック: NIRS波形の臨床判読 https://books.google[...] 中山書店 2017
_[22] 웹사이트 GIS基礎解説|写真測量 https://www.esrij.co[...] esriジャパン 2022-05-20
_[23] 간행물 National Geographic Trails Illustrated Maps http://www.ngmapstor[...]
_[24] 뉴스 超天才ダ･ヴィンチに｢解剖学｣が必要だったワケ https://toyokeizai.n[...] 東洋経済新報社 2021-11-17

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