지리 정보 시스템

3. 구성 요소

GIS를 운용하기 위해서는 컴퓨터 시스템, GIS 소프트웨어, 데이터, 인프라, 그리고 이들을 다룰 수 있는 인재, 이렇게 다섯 가지 구성 요소가 필요하다.^[97][98]

• 컴퓨터 시스템: GIS를 실행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 환경을 의미한다.
• GIS 소프트웨어: 2009년 기준으로 ESRI사가 전 세계 시장의 30%를 점유하며 1위를 차지하고 있고, Intergraph Corporation이 16%로 2위를 차지하고 있다.^[99] GIS 소프트웨어에 대한 자세한 내용은 해당 문서를 참고하라.
• 데이터: GIS 분석의 기초가 되는 자료로, 지리공간 데이터 섹션에서 자세히 설명하는 것처럼 공간 데이터와 속성 데이터로 나뉜다.
• 인프라: 분석된 GIS 데이터를 활용할 수 있는 전반적인 사회 환경 구조를 의미한다.
• 인재: 컴퓨터와 소프트웨어를 다루고 GIS 데이터를 분석, 활용할 수 있는 전문가를 의미한다.

3. 1. 소프트웨어

3. 2. 지리공간 데이터

3. 2. 1. 공간 데이터

• 벡터 데이터 모델: 점과 x, y 좌표를 사용하여 점, 선, 면적을 나타낸다.
• 래스터 데이터 모델: 그리드(grid, 격자) 또는 그리드 셀을 사용하여 공간 특징 요소의 변화를 나타낸다.

• '''정확도''': 표현된 측정값과 실제 값 사이의 유사성 정도이다.
• '''정밀도''': 표현된 값의 세분화 정도이다.
• '''불확실성''': 지리 데이터의 오차와 부정확성이 존재한다는 일반적인 인정이다.^[21]
• '''모호성''': 현상의 어떤 측면(위치, 속성 또는 시간)이 측정된 값의 부정확성이 아니라 본질적으로 부정확한 정도이다.^[21]
• '''완전성''': 데이터 세트가 포함하려고 하는 실제 기능을 모두 나타내는 정도이다.^[29]
• '''최신성''': 데이터 세트가 현실을 정확하게 나타낸다고 주장하는 가장 최근 시점이다.
• '''일관성''': 데이터 세트의 많은 현상에 대한 표현이 서로 정확하게 일치하는 정도이다.^[29]
• '''불확실성의 전파''': 공간 분석 방법 및 기타 처리 도구의 결과 품질이 입력 데이터의 품질로부터 파생되는 정도이다.^[30]

• 래스터 데이터: 공간을 일정 간격의 격자점으로 나누고 각 격자점에 값을 부여하여 표현하는 래스터 형식의 데이터이다.
• 벡터 데이터: 점(点), 선(라인), 면(폴리곤)의 3요소로 표현한 벡터 형식의 데이터이다.^[93]

3. 2. 2. 속성 데이터

3. 2. 3. 위상 자료와 불규칙삼각망 자료

4. 데이터 형식

GIS는 위치를 주요 색인 변수로 사용하여 관련 정보를 연결한다. 지구 상의 위치는 경도, 위도, 고도를 나타내는 x, y, z 좌표로 기록될 수 있으며, 이는 다른 정량화된 시공간 참조 시스템과도 관련될 수 있다.

정확한 공간 정보는 실제 세계 및 예측 데이터를 분석하고 표현하는 데 사용될 수 있다.^[22] GIS는 데이터 구조를 재구성하여 다양한 형식으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 위성 이미지 맵을 벡터 구조로 변환할 수 있다.^[34]

더욱 고급 데이터 처리는 영상 처리를 통해 이루어질 수 있으며, 여기에는 명암 향상, 가상 색상 렌더링, 2차원 푸리에 변환 등의 기술이 포함된다. GIS는 서로 다른 데이터 소스를 통합하기 위해 지리 데이터를 변환할 수 있어야 하며, 객체 지향 프로그래밍과 함께 객체 온톨로지의 중요성이 커지고 있다.^[34]

공간 ETL 도구는 공간 데이터 관리에 중점을 둔 데이터 처리 기능을 제공하며, 사용자가 서로 다른 형식 간에 데이터를 변환하고 기하학적 변환을 수행할 수 있도록 한다. 이러한 도구는 스프레드시트와 같은 소프트웨어에 대한 추가 기능 형태로 제공될 수 있다.

GIS 공간 분석은 빠르게 변화하는 분야이며, GIS 패키지는 분석 도구를 포함하거나, 소프트웨어 개발 키트(SDK) 등을 제공하여 사용자가 자체 분석 도구를 개발할 수 있도록 지원한다.

'''지오프로세싱'''은 공간 데이터를 조작하는 GIS 작업이다. 일반적인 지오프로세싱 작업에는 지리적 피처 오버레이, 피처 선택 및 분석, 토폴로지 처리, 래스터 처리 및 데이터 변환이 포함되며, 의사 결정에 필요한 정보를 정의, 관리 및 분석하는 데 사용된다.^[35]

GIS에서 사용되는 데이터는 공간 정보, 속성 정보, 메타데이터 등으로 구분된다. 표현 방식에 따라 래스터 데이터와 벡터 데이터로 나뉜다.

4. 1. 래스터 데이터

4. 2. 벡터 데이터

5. 주요 기능

GIS는 위치를 핵심 색인 변수로 사용하여 관련 없어 보이는 정보를 연결할 수 있다. 지구 상의 위치나 범위는 경도, 위도, 고도를 나타내는 x, y, z 좌표와 발생 날짜/시간으로 기록될 수 있다. 이러한 GIS 좌표는 다양한 시공간 참조 시스템을 나타낼 수 있다.^[22] GIS의 이러한 주요 특성은 실제 세계 정보의 행동과 패턴에 대한 새로운 과학적 조사 경로를 열었다.

• 경사: 지형 단위의 가파른 정도를 각도나 백분율로 나타낸다.^[36]
• 방향: 지형 단위가 향하는 방향을 북쪽 기준 각도로 표현한다.^[37]
• 절토와 성토: 굴착 전후 지표면 차이를 계산하여 비용을 추정한다.
• 수문 모델링: 경사, 방향, 유역 등 지형 정보를 분석하여 표면 유출 방향, 유량, 집수역 경계 등을 파악하고, 환경 오염 연구, 지하수 및 지표수 매핑, 홍수 위험 지도 작성 등에 활용한다.^[38]
• 조망 분석: 지형이 가시성에 미치는 영향을 예측하여 무선 통신 등에 활용한다.
• 음영 릴리프: 지표면을 3차원 모델로 묘사하여 지도 표현에 사용한다.

• 합집합: 두 입력 데이터의 특징과 속성을 결합한다.
• 교집합: 두 입력 데이터가 겹치는 영역과 속성을 유지한다.
• 대칭차집합: 겹치는 영역을 제외한 두 입력 데이터의 총 영역을 포함한다.

5. 1. 지도 표시

• 30미터 수평격자에 기록된 지표면 고도로 구성된 디지털 고도 모델은 고도가 높은 지역을 흰색으로, 낮은 지역을 검은색으로 표시한다.
• 함께 제공되는 랜드샛 시각 주제 매퍼 이미지는 동일한 좌표점에 대해 30미터 픽셀 또는 화소 단위로 동일한 영역을 내려다보는 가색 적외선 이미지를 보여준다.

5. 2. 도형 및 속성 편집

5. 3. 검색 기능

5. 4. 공간 분석 기능

• 지형 분석: 지형의 형태를 분석하여 경사, 방향, 조망 분석, 음영 릴리프 등 다양한 정보를 추출한다.
• 경사 분석: 지형의 가파른 정도를 각도나 백분율로 나타낸다.^[36]
• 방향 분석: 지형이 향하는 방향을 북쪽 기준 각도로 표현한다.^[37]
• 절토 및 성토 분석: 굴착 전후 지표면 차이를 계산하여 토목 공사 비용을 추정한다.
• 수문 모델링: 경사, 방향 등 지형 정보를 활용하여 유량, 유역, 표면 유출 방향 등을 분석하고, 환경 오염 연구, 지하수 및 지표수 매핑, 홍수 위험 지도 작성 등에 활용한다.^[38]
• 조망 분석: 지형이 가시성에 미치는 영향을 예측하여 무선 통신 등에 활용한다.
• 음영 릴리프: 지표면을 3차원 모델로 묘사하여 지도 표현에 사용한다.
• 위상 관계 분석: 공간 데이터 간의 관계(인접성, 포함 관계, 근접성)를 분석하여 복잡한 공간 모델링을 수행한다.
• 기하 네트워크 분석: 도로, 공공 시설 네트워크 등 상호 연결된 객체를 그래프 형태로 모델링하여 교통 계획, 수문학 모델링, 인프라 모델링 등에 활용한다.
• 벡터 오버레이: 여러 공간 데이터셋(점, 선, 폴리곤)을 결합하여 새로운 데이터셋을 생성한다.
• 합집합: 두 입력 데이터의 특징과 속성을 결합한다.
• 교집합: 두 입력 데이터가 겹치는 영역과 속성을 유지한다.
• 대칭차집합: 겹치는 영역을 제외한 두 입력 데이터의 총 영역을 포함한다.
• 데이터 추출: "클립" 또는 "마스크" 기능을 사용하여 특정 데이터셋의 공간 범위 내에 있는 다른 데이터셋의 특징을 추출한다.
• 지도 대수: 래스터 데이터 분석에서 각 래스터의 행렬 값을 결합하여 데이터셋을 오버레이하고, 지리적 현상에 대한 다양한 요인의 영향을 분석한다.
• 지리통계학: 공간 상관 관계를 모델링하고, 내삽을 통해 임의 위치의 값을 예측한다.
• 내삽: 표본 데이터를 기반으로 표면(래스터 데이터셋)을 생성하며, 데이터 특성에 따라 다양한 방법(역거리 가중, 크리깅, 스플라인 등)을 사용한다.
• 지오코딩: 도로 주소, 우편번호 등 공간 참조 데이터를 기반으로 X, Y 좌표를 보간한다.
• 다기준 의사결정 분석(MCDA): GIS와 결합하여 여러 기준에 따라 최적의 공간적 대안을 분석하고 순위를 매긴다.^[43]
• 공간 데이터 마이닝: 데이터 마이닝 기법을 공간 데이터에 적용하여 대규모 데이터베이스에서 숨겨진 패턴을 찾고, 환경 모니터링 등에 활용한다.^[44]

• 면 복원
• 최단 경로 탐색
• 외판원 문제
• 보로노이 다이어그램 생성

5. 5. 주제도 작성 기능

6. 활용 분야

GIS는 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

가장 일반적으로 사용되는 분야는 "땅"에 관한 분야로, 보통 Land Information Systems라고 불린다. GIS는 날씨나 해저면 분석, 야생동물의 서식지 분석과 같은 자연환경 분야, 고고학, 도시 계획, 홍수와 같은 재난 방재 시스템에도 널리 사용된다. 경우에 따라서는 항공사진이나 인공위성 화상을 이용해 분석하기도 한다.^[22]

GIS는 모든 다른 정보에 대한 주요 색인 변수로 시공간적(공간-시간) 위치를 사용한다. 텍스트나 숫자를 포함하는 관계형 데이터베이스가 공통 키 색인 변수를 사용하여 여러 다른 테이블을 관련지을 수 있는 것처럼, GIS는 위치를 키 색인 변수로 사용하여 관련이 없는 정보를 관련지을 수 있다. 키는 시공간에서의 위치 및/또는 범위이다.

정확한 공간 정보와 관련하여 실제 세계 및 과거 또는 미래의 다양한 예측 데이터를 분석, 해석 및 표현할 수 있다. GIS의 이러한 주요 특성은 이전에는 체계적으로 상관관계가 없었던 실제 세계 정보의 행동과 패턴에 대한 새로운 과학적 조사 경로를 열기 시작했다.

여러 공간 데이터셋(점, 선 또는 폴리곤)을 결합하여 새로운 출력 벡터 데이터셋을 생성할 수 있다. 이는 동일 지역의 여러 지도를 쌓은 것과 시각적으로 유사하다. 이러한 오버레이는 수학적 벤 다이어그램 오버레이와 유사하다.

1960년대에 시작된 이후로 GIS는 점점 더 다양한 분야에서 사용되어 왔으며, 위치의 광범위한 중요성을 확인하고 지리 공간 기술 채택의 장벽이 지속적으로 감소함에 따라 그 중요성이 더욱 커지고 있다. GIS의 수많은 용도는 여러 가지 방식으로 분류할 수 있다.

• 목표: 응용 프로그램의 목적은 크게 ''과학 연구'' 또는 ''자원 관리''로 분류할 수 있다. 가능한 한 광범위하게 정의된 연구의 목적은 새로운 지식을 발견하는 것이다. 마찬가지로 가능한 한 광범위하게 정의된 관리(때로는 운영 응용 프로그램이라고 함)는 목표를 달성하기 위해 통제할 수 있는 자원을 어떻게 사용할 것인지에 대한 실용적인 결정을 내리는 데 지식을 적용하는 것이다.^[52][53]
• 결정 수준: 관리 응용 프로그램은 경영학에서 일반적인 분류인 ''전략적'', ''전술적'', ''운영적''으로 더 세분화되었다.^[54]
• 주제: GIS가 적용되는 영역은 주로 인간 세계 및 자연 세계와 관련된 영역으로 나뉜다. 통합 인간-자연 응용 영역의 예로는 심도 지도 작성,^[55] 자연 재해 완화, 야생 동물 관리, 지속 가능한 개발,^[56][57] 천연 자원 및 기후 변화 대응이 있다.^[58]
• 기관: GIS는 ''정부''(시정부에서 국제기구에 이르기까지 모든 수준), ''기업''(모든 유형과 규모), ''비영리 단체''(교회도 포함), 그리고 ''개인적'' 사용 등 다양한 유형의 기관에 구현되었다.
• 수명 주기: GIS 구현은 ''프로젝트'' 또는 ''기업''에 초점을 맞출 수 있다.^[59]
• 통합: 전통적으로 대부분의 GIS 응용 프로그램은 ''독립형''이었지만, 지리 공간 기술이 광범위한 엔터프라이즈 응용 프로그램에 통합됨에 따라 IT 인프라, 데이터베이스 및 소프트웨어를 공유하는 ''통합'' 응용 프로그램이 크게 증가했다.^[61]

7. 미래 전망

지리 정보 시스템(GIS)은 시공간적(공간-시간) 위치를 주요 색인 변수로 사용하여 다양한 정보를 연결한다. 이는 관계형 데이터베이스가 공통 키 색인 변수로 여러 테이블을 연결하는 것과 유사하다. GIS에서 키는 시공간에서의 위치 및/또는 범위이다.

지구 시공간의 위치 또는 범위는 발생 날짜/시간과 경도, 위도, 고도를 나타내는 x, y, z 좌표로 기록될 수 있다. 이러한 GIS 좌표는 필름 프레임 번호, 수위 측정소, 고속도로 마일 표지, 측량 벤치마크, 건물 주소, 도로 교차점 등 다양한 시공간 참조 시스템을 나타낼 수 있다. 기록된 시공간 데이터에 적용되는 단위는 다양할 수 있지만, 모든 지구 기반 시공간 위치 및 범위 참조는 이상적으로 서로 관련되어야 하며, 궁극적으로 시공간에서 "실제" 물리적 위치 또는 범위와 관련되어야 한다.^[22]

정확한 공간 정보와 관련하여 실제 세계 및 과거 또는 미래의 다양한 예측 데이터를 분석, 해석 및 표현할 수 있다.^[22] GIS의 이러한 주요 특성은 이전에는 체계적으로 상관관계가 없었던 실제 세계 정보의 행동과 패턴에 대한 새로운 과학적 조사 경로를 열었다.

7. 1. OGC 표준

세계 표준을 추진하는 단체로는 Open Geospatial Consortium(OGC)이 있다.

일본에서는 국토지리원을 중심으로 ISO/TC 211에서 제정된 국제 표준(ISO 19100 시리즈)을 기반으로 지리정보표준(JSGI)을 작성하고 있으며, 일부는 JIS X 7100 시리즈로 발행되고 있다.

7. 2. 시간 차원의 도입

7. 3. 사회적 영향

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