제1장 GIS 개론

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제1장 GIS 개론

1. GIS의 정의

지리정보시스템(GIS)는 인간생활에 필요한 지리정보를 효율적으로 활용하기 위한

정보시스템의 하나이다. 여기서 의미하는 시스템이란 인간의 의사결정능력의 지원에 필

요한 지리정보의 관측과 수집에서부터 보존과 분석, 출력에 이르기까지 일련의 조작을

위한 정보시스템을 의미한다. 정보시스템이란 의사결정에 필요한 정보를 만들기 위한 제

반 과정으로서 각종 정보의 생성에서부터 정보의 저장 및 분석을 포함한다. 따라서 정보

시스템은 제반정보의 관측, 측정과 같은 정보의 생성 기능, 저장.관리 기능으로부터 저장

된 정보를 분석하고 결과를 의사결정에 활용하는 광범위한 기능까지 보유하며 이를 기

본요건으로 한다.

지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)은 “공간상 위치를 점유하는 지

리자료(Geographic data)와 이에 관련된 속성자료(Attribute data)를 통합하여 처리하는

정보시스템으로서 다양한 형태의 지리정보를 효율적으로 수집․저장․갱신․처리․분

석․출력하기 위해 이용되는 하드웨어, 소프트웨어, 지리자료, 인적자원의 총체적 조직

체”라는 정의할 수 있다.

2. GIS의 역사

GIS가 본격적으로 도입된 시기는 1960년대 캐나다의 CGIS(Canadian GIS)이다.

CGIS는 자원관리를 위한 GIS가 개발되어 각국에 보급되었다. 당시의 활용은 정부기관에

한정되었으며 공공기관에 의해 GIS 발전이 시작되었다. 70년대 이르러 컴퓨터 기술과

그래픽 처리 기술의 발달로 GIS의 저변확대가 이루어졌다. GIS전문회사가 출현하 으

며 여러 기관의 시범적인 개발계획이 수행되었다. 또한 이를 통한 GIS 필요성이 대두되

었다. 80년대는 GIS의 급성장 시기로 개발도상국의 GIS도입과 구축 움직임이 활발히 진

행되어졌다. 많은 기술 변화 및 위상정보 구축, GIS 관계형 데이터베이스 등의 발전이

급속도로 이루어 졌다. 또한 컴퓨터 가격의 하락은 GIS 보급을 활성화하 다.

90년대 이후부터는 퍼스널컴퓨터에 의한 GIS의 보급이 가능하게 되었으며, 멀티미디

어 기술의 발달과 다양한 형태의 정보 제공에 따라 GIS 효율성이 크게 향상되고, 정보

산업의 기여도도 증가하 다. 공간데이터베이스 분야에서도 기존의 관계형에서 벗어나

Ⅳ. 지리정보체계

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객체지향의 효율적 공간정보의 관리가 이루어지고 있다.

3. GIS 도입배경 및 필요성

국내에 GIS가 도입된 지는 20년정도 되었다. 초창기 GIS사업은 대학중심으로 토지,

환경, 수질, 교통 등의 의사결정을 원활하게 수행하고 정량화된 결과물을 얻기 위한 수

단으로 도입되었다. 그 후 대구 가스 폭발 사건, 성수대교 붕괴사건 등 국가 차원의 정

보인프라 구축의 부제에 대한 심각성이 인식되면서 GIS의 도입은 불가피하게 되었다.

이에 국가에서는 1995년부터 NGIS 사업을 추진하여 전국을 중심으로 1/1000, 1/5000,

1/25000등의 수치지도 제작을 시작하 으며, 국립지리원, 국토연구원, 건설기술연구원,

전산원, 정통부, 건교부, 과학기술부 등 기관을 중심으로 국가차원의 연구기술지원사업이

적극적으로 진행되고 있다. 그러나 국내 GIS 시장은 아직까지 대부분 선진국의 기술력

에 의존하고 있으며, 고가의 소프트웨어를 구입해야 하는 문제점으로 안고 있다.

인터넷의 발전과 더불어 이제 세상은 더욱 하나가 되어 가고 사람들은 자신이 위치

하는 곳에서 세계의 어떤 곳이든 원하는 정보를 신속하게 얻기를 원할 것이다. 이러한

의미로 볼 때 공간정보와 접한 관련을 가지는 GIS 기술은 미래 정보화 사회를 이루기

위한 하나의 중요한 수단이라고 할 수 있다.

4. GIS 의 활용범위

GIS는 활용분야가 매우 넓고 다양하기 때문에 향후 유용가치가 매우 클 것으로 예상

된다. 현재 활용되고 있는 GIS의 유형과 활용범위를 살펴보면 다음과 같다.

① 지역정보시스템 (Regional Information System ; RIS)

건설공사계획수립을 위한 지질, 지형자료의 구축, 각종 토지이용계획의 수립 및 관리

에 활용

② 도시정보시스템 (Urban Information System ; UIS)

도시현황파악, 도시계획, 도시정비, 도시기반시설관리, 도시행정, 도시방재 등의 분야

에 활용

③ 토지정보시스템 (Land Information System ; LIS)

다목적 국토정보, 토지이용계획수립, 지형분석 및 경관정보추출, 토지부동산관리, 지

적정보구축에 활용

④ 교통정보시스템 (Transportation Information System ; TIS)

육상, 해상, 항공교통관리, 교통계획 및 교통 향평가에 활용

제1장 GIS 개론

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⑤ 수치지도제작 및 지도정보시스템 (Digital Mapping/Map Information System)

중소축척 지도제작, 각종 주제도 제작에 활용

⑥ 도면자동화 및 시설물관리시스템(Automated Mapping/Facility Management;AM/FM)

도면작성자동화, 상하수도시설관리, 통신시설관리 등에 활용

⑦ 측량정보시스템 (Surveying Information System ; SIS)

측지정보, 사진측량정보, 원격탐사정보를 체계화하는데 활용

⑧ 도형 및 상정보시스템 (Graphic/Image Information System ; GIIS)

수치 상처리, 전산도형해석, 전산지원설계, 모의관측분야에 활용

⑨ 환경정보시스템 (Environmental Information System ; EIS)

대기, 수질, 폐기물관련정보 관리에 활용

⑩ 자원정보시스템 (Resource Information System ; RIS)

농수산자원, 삼림자원, 수자원, 에너지자원을 관리하는데 활용

⑪ 조경/경관정보시스템 (Landscape/Viewscape Information System ; LIS/VIS )

조경설계, 경관분석, 경관계획에 활용

⑫ 재해정보시스템 (Disaster Information System ; DIS)

각종 자연재해방재, 대기오염경보, 민방공 등 분야에 활용

⑭ 해양정보시스템 (Marine Information System ; MIS)

해저 상수집, 해저지형정보, 해저지질정보, 해양에너지조사에 활용

⑮ 기상정보시스템 (Meteorological Information System : MIS)

기상변동추적 및 일기예보, 기상정보의 실시간처리, 태풍경로추적 및 피해예측 등에 활용

⒃ 국방정보시스템 (National Defence Information System : NDIS)

가시도분석, 국방정보자료기반, 작전정보구축에 활용

5. GIS의 향후과제

가. 사회 인프라로서의 GIS

현재 GIS 분야의 발전은 국가 주도로 진행되고 있는 것이 국내외 추세이다. 즉 GIS

가 가장 먼저 발전한 미국에서도 국가 차원의 공간 인프라 구축을 위해 국가 GIS 데이

터 구축 및 공유, 이를 통한 다양한 공공 GIS 시스템 구축사업이 활발히 진행되고 있으

며, 각 지방자치단체에서도 관할 구역에 대한 GIS 시스템을 구축하고 있다. 국내에서도

1995년부터 국가 차원의 GIS 사업을 추진하면서 국가 차원의 GIS 데이터 구축을 수행하

는 동시에, 다양한 GIS 시스템을 사용자들에게 서비스하는 계획을 수립하 다. 따라서

GIS는 소수의 전문가의 소유물이 아니라, 일반 국민들에게 제공가능한 사회 인프라의

성격을 가지고 있다.

Ⅳ. 지리정보체계

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나. GIS 표준화

GIS 분야에서 데이터는 매우 중요한 역할을 한다. 현재 GIS 시스템을 구현하는데

70~80%의 시간과 비용이 데이터 구축 및 유지관리등에 소요될 정도로 매우 많은 비중

을 차지하며 따라서 이에 소요되는 시간과 비용으로 실제적인 높은 수준의 분석 및 모

델링의 기회가 그만큼 어려운 현실이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많이 사용되고 중

요한 가치를 가지는 GIS 데이터를 구축하여 이를 공유함으로써 이에 대한 보다 효율적

인 사용을 권장하고 있는 추세인데, 이는 국가 차원에서 이루어지고 있다. 국가 차원의

GIS 데이터 구축 및 공유와 관련하여 GIS 표준은 매우 중요한 역할을 수행하는데, 즉

표준화된 GIS 데이터의 내용 구성 및 데이터 포맷등의 적용을 통해 다양한 환경에 있는

사용자들은 보다 효율적인 방식으로 자신들이 원하는 데이터를 손쉽게 얻을 수 있는 장

점을 가진다. 따라서 데이터와 관련된 GIS 표준화가 이루어지고 있는 것이 현 GIS 분야

의 추세이다.

또한 정보기술분야의 표준화는 두드러진 현상인데, 예로 인터넷과 관련된 표준 제정

이나, 데이터베이스에 대한 표준 제정, 네트워크에 대한 표준제정등이 활발히 진행되고

있다. GIS 분야에서도 다양한 소프트웨어, 데이터 포맷, 내용구성등의 여러 가지 문제점

을 해결하기 위해 GIS 표준 제정 작업을 통해 GIS 분야의 활성화를 도모하고 사용자들

에게 통일되고 표준화된 데이터 및 소프트웨어를 제공하려는 움직임이 진행되고 있다.

다. 인터넷과 GIS (Network GIS)

네트워크는 정보 산업분야에서 인프라 역할의 핵심을 차지한다. 네트워크는 물리적인

통신 네트워크는 온라인/오프라인, 인터넷/인트라넷, LAN/WAN, 조직간/조직내등의

다양한 분류로서 정의될수 있으며, 다양한 네트워크의 형성은 GIS 분야의 기반을 다르

게 변모시켰다. 즉 다양한 네트워크 구축 및 이를 통한 정보 서비스의 발전은 GIS 제공

방식과 내용을 바꿔 놓았으며, 기존의 네트워크 상의 제공방식(예로 인터넷상의 WWW

서비스)을 직․간접으로 고려하지 않으면 안되게 되었다. 따라서 다양하며 동적인 네트

워크상에서 즉시적으로 사용자에게 GIS 솔루션을 제공하는 방식은 기존 전통적인 GIS

소프트웨어 아키텍쳐를 더 이상 고수할 수 없도록 하 으며, 다양한 인터넷 기술과의 통

합 및 인터페이스를 필수적으로 고려하도록 하게 된다.

따라서 수많은 다양한 사용자들간의 네트워크상에서 GIS 시스템이 구현되고 있으며,

이는 GIS 시스템을 공급자와 사용자를 클라이언트/서버라는 구조로 재편하 다. 즉 공

급자로서의 서버에는 강력한 GIS 서버가 시스템을 구축하고 있으며, 다양한 네트워크

상에서 수많은 사용자들이 클라이언트로 연결되어 있다. 이러한 환경에서 은행 데이터베

이스 시스템이나, 전화국 데이터베이스 시스템처럼 GIS 시스템도 동시에 많은 사용자의

요구를 빠르게 처리하는 수준까지 이르게 되었다.

제2장 지도와 좌표계

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제2장 지도와 좌표계

1. 지도 (Cartography)

지도는 지구의 표면에 존재하는 여러 가지 상황을 어떤 축척과 도식에 따라 지면 위

에 그림의 형태로 표시하는 것으로 형태에 따라 점, 선, 면적, 패턴과 같은 기호를 사용

하여 정보를 표현한다. 사진이 모든 목적물들을 보여주는데 반하여, 지도는 실세계의 요약

이며 목적에 맞는 필요한 정보들만 축척에 적합하게 갖고 있다.

실세계가 지도상에 표현되기 위해서는 지구의 표면상의 형상을 평면으로 옮기는 것

이 필요하다. 이를 투 이라 한다. 즉, 투 법은 경위선으로 이루어진 지구상의 가상적인

망 또는 좌표를 평면에 옮기는 방법을 말하며, 투명한 지구본 안에 점광원을 두고 그 광

원에 의해 비춰진 그림자를 평면상에 그래도 옮기는 것이라 할 수 있다.

투 된 위치와 형상의 이상적인 상태는 지구타원체상의 위치와 형상과 비교하여 다

음의 세가지 조건을 만족할 때이다.

1. 각 점들간의 거리비가 일정할 것 (등거리)

2. 형상의 면적비가 일정할 것 (등면적)

3. 임의의 두 선분이 이루는 각이 동일할 것(등각)

그림 1. 지도화 과정

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*1. 지오이드는 지표면의 70%를 차지하는 해수면의 평균을 잡아서 육지까지 연장한 것으로, 어디에서나 중력방향

에 수직이며, 해양에서는 평균해수면과 일치하고 육상에서는 땅속을 통과하게 된다. 또한 그 높이가 항상 0m

로, 측량 해발고도의 기준면이 된다. 측지학에서는 측지좌표(위도․경도․해발고도)의 기준면으로서 중요성을

갖는다.

*2. 지구 타원체는 지오이드에 가장 근접하게 만들어진 수학적 모델로 지구의 모양에 가장 가까운 회전 타원체로

정의되며, 평면위치(x,y 좌표)의 기준이 된다. 타원체는 지오이드와의 차이가 가장 작게 나도록 만드는 데, 지

역에 따라 달리 정의할 수 있기 때문에 여러가지 타원체가 존재한다.

Ⅳ. 지리정보체계

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2. 좌표계

가. 좌표계의 정의

공간상의 한 물체 또는 한점의 위치는 일반적으로 좌표로써 표시된다. 위치란 어느

좌표계에 있어서 다른 점들과 어떤 기하학적인 상관관계를 갖는가를 의미하는 것으로,

일반적으로 그 좌표계의 특정점 또는 특정선으로부터의 길이와 방향을 매개로 하여 표

현한다. 이때 어느 좌표계의 기준이 되는 고유한 한 점을 원점(origin), 매개가 되는 실

수(어떤 길이, 또는 방향 등)을 좌표(Coordinate)라 한다.

나. 지구좌표계

1) 경위도좌표 (Geographic Coordinate)

지구상 절대적 위치를 표시하는데 일반적으로 가장 널리 쓰이는 좌표계이다. 3차원구

면 좌표계에서 구의 반경 ρ와 두개의 편각 θ,Φ로 구성되는 세 개의 실수(ρ,θ,Φ)가 대응하

여야 하지만 통상 지구좌표계에서는 경도 λ와 위도 φ에 의한 좌표(λ,φ)로 수평위치를 나

타낸다. 따라서 3차원 위치를 표시하려면 타원체면으로부터 높이, 또는 표고를 도입할

필요가 있다.

지구 타원체를 동서방향의 위도선과 남북방향의경도선을 도, 분, 초로 표시하며 투

법의 종류에 관계없이 임의의 위치점을 표현할 수 있다. 적도선을 0도 기준으로 하여 남

북으로 각각 90도씩 적도에 평행하게 그은 선을 위도선이라 하며 적도를 중심으로 북쪽

으로는 북위, 남쪽으로는 남위라고 한다. 또한 경도선은 일명 자오선이라고도 하는데

국의 그리니치 천문대를 통과하는 본초자오선을 0도 기준으로 하여 동쪽으로 180도까지

를 180등분한 선을 동경이라고 한다. 위도는 어느 지점의 연직선(또는 타원체의 법선)이

적도면과 이루는 각으로 정의할 수 있는데, 연직선과 타원체의 법선은 통산 일치하지 않

고, 또 정희하는 방법에 따라 측지위도, 천문위도, 지심위도, 화성위도 등으로 구분한다.

제2장 지도와 좌표계

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그림 2. 경위도 좌표

2) TM(Transverse Mercator) - 평면직각좌표계

타원체상의 위치정보(경도, 위도)를 지도투 을 통하여 평면좌표로 나타낸 것이다.

TM 좌표는 임의의 지역에 대한 기준지점을 좌표 원점으로 정하고 원점을 중심으로 TM

투 한 평면상에서 원점을 지나는 자오선을 X축, 동서방향의 위도선을 Y축으로 하여 각

지점의 위치를 m단위의 평면직각좌표계로 표시한다. 이것은 수학에서의 좌표축과는 다

르다

우리나라에서는 TM 좌표 또는 평면직각좌표계에서의 좌표기준점으로 서부․중부․

동부원점의 3개 원점을 사용한다. 이때, 좌표원점의 수치는 양수값을 나타내게 하기 위

해서 가상의 수치(횡(X)축으로 200,000m, 종(Y)축으로 500,000m)를 더하여 원점의 좌표

으로 하고있다.

측량원점에서는 자오선과 X-축이 일치하지만, 원점에서 동, 서방향으로 멀어질수록

두 축의 비평행성은 커진다.

서부원점 (125°E , 38°N)

중부원점 (127°E , 38°N)

동부원점 (129°E , 38°N)

그림 3. 우리나라의 좌표계와 측량원점

3) UTM좌표계(Universal transverse mercator coordinate)

UTM 투 법에 의하여 표현되는 좌표계로서 적도를 횡측, 자오선을 종축으로 한다.

이 방법은 지구를 회전타원체로 보고 지구전체를 경도 6°씩 60개 구역(종대, column)으

로 나누고 그 각 종대의 중앙자오선과 적도의 교점을 원점으로 하여 원통도법인 횡

Mercator(TM) 투 법으로 등각투 한다. 각 종대는 180°W 자오선에서 동쪽으로 6°간격

으로 1부터 60까지 번호를 붙인다. 종대에서 위도는 남. 북에 80까지만 포함시키며 8°간

격으로 20구역(row)으로 나누어 C(80°S ~ 72°S)에서 X(72°N ~ 80°N)까지 (단, I와 O는

Ⅳ. 지리정보체계

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제외) 알파벳 문자로 표시한다. 따라서 종대 및 횡대는 결국 경도 6° X 8°의 직각형 구

역으로 구분된다.

UTM좌표에서 거리좌표는 m단위로 표시하며 종좌표에서는 N을, 횡좌표에서는 E를

붙인다. 각 종대마다 좌표원점의 값을 북반구에서 횡좌표 500,000mE, 종좌표 0mN(남반

구에서는 10,00,000N)으로 주면 북반구에서 종좌표는 적도에서 0mN, 80°N에서

10,000,000mN이고, 남반구에서는 80°S에서 적도까지의 거리는 10,000,000m로 나타난다.

80°N과 80°S간 전 지역의 지도는 UTM좌표로 표시하며 80°N이북과 80°S이남의 양극지

역의 전 지역의 지도는 국제극심입체좌표(UPS)로 표시함으로써 전 세계를 일관된 좌표

계로 나타낼 수 있다.

우리나라의 경우 UTM좌표 구역은 동서 방향으로 51, 52구역 및 남북방향으로 S, T

구역에 속한다. 동서방향 51구역의 경우 중앙 자오선은 123°E이며 52구역은 129°E가 된

다. 또한 남북방향 32°N에서 40°N구역은 S로 표기하며 40°N에서 48°N 까지는 T구역으

로 표시한다.

UTM 좌표를 표기하는 예로 경위도좌표 37° 43 36 N, 127° 13 55 E 의 경우

WGS84 타원체기준으로 UTM좌표로 표기하면 52 S 구역의 (4,176,960mN , 344,189mE)

로 나타낼 수 있다.

그림 3. UTM 좌표계

다. 우리나라 측량좌표계

국립지리원의 장기계획에 의해 1981.8 ∼ 1985.10월에 걸쳐 대한민국 경위도원점 설

치사업은 완료되었다. 측량법 제 19조 제 1항의 규정에 의한 국립지리원 고시 제 57호로

경위도원점 수치가 고시되고, 수원시 원천동 산 63번지 국립지리원 구내에 설치하게 되

었다.

우리나라 지도 좌표계는 준거 타원체로 Bessel 타원체(장반경: 6378397.155m, 평편율

제2장 지도와 좌표계

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: 200.15)를 사용하며, 경위도는 지리좌표를 사용하고 있다. 평면직각좌표계의 경우 국가

기본도는 TM좌표를, 군사용 지도는 UTM좌표를 사용하고 있다.

< 한국 원점의 최종성과 >

경 도 : 127˚03´05.1453˝ ±0.0950˝

위 도 : 37˚16´31.9031˝ ±0.063˝

방위각 : 170˚58´18.190˝ ±0.148˝ (동학산)

Ⅳ. 지리정보체계

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제3장 위성 항법 시스템 (Global Positioning System)

1. 개요

1970년대 초, 미 국방성(U.S. Department of Defence)에 의해 개발되기 시작하여

1990년대 중반부터 본격적인 가동이 시작되었다. 위성 항법 시스템은 시간, 기상 상태에

관계 없이 지구 전역에서 사용 가능한 가장 이상적인 항법 시스템으로서 처음에는 군사

적인 용도를 위해 개발되었지만 경제성 및 유용성으로 인해 급속도로 민간용으로 확장

되어 현재에 이르러 가장 일반적인 항법 시스템으로 자리 잡고 있다.

￭ GPS 특징

- 정확한 3차원 위치,고도,시간정보를 제공함.

- 전세계적으로 하루 24시간 연속적으로 서비스를 제공함.

- 수동적이면 무제한의 사용자에게 정보를 제공함.

- 어떤 기상조건에서도 사용가능함.

- 간섭과 방해에 강함.

표 1. 위성 항법 시스템의 응용

구분 응 용 분 야

∘지리정보 전자지도(digital map), 지하매설물 지도, 측지

∘비행기항법 착륙, 항로, 비행교통

∘우주항법 궤도결정, 자세결정, Rendezvous

∘선박항법 항만접근, 정상운항 항로, 조난신호, 유전, 어군추적

∘군사 유도무기, 정 폭격, 정찰, 이동관리

∘자동차 도로안내, 최단거리, 교통정보, 차량추적, 배달위치정보, 구급차, 경찰청

∘일반레저 등산, 낚시, 조난

∘기타 농업, 산림관리

제3장 위성 항법 시스템 (Global Positioning System)

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2. GPS위성과 구성

가. GPS 위성

GPS위성은 적도와 55도로 경사를 이루는 6개의

궤도면에, 각 궤도마다 4-5개씩의 위성을 배치하고

있으며, 지구 표면으로부터 약20,200km의 상공에

위성을 배치를 하고 있다. 또한 공전 주기를 11시

간 58분으로 하여 위성이 하루에 지구를 2번씩 돌

도록 함으로써, 지구상 어디에서나 항상 4개 이상

의 위성을 추적 할 수 있도록 하고 있다. 그림 4. GPS 위성

나. GPS 구성

GPS는 여러 기술이 고도로 집약된 시스템이므로 많은 구성 요소로 이루어져 있지만

크게 세 가지 구성 요소인 우주(Space segment), 관제(Control segment), 사용자(User

segment)로 구분할 수 있다.

그림 5. GPS 구성요소

1) 우주 부분 (Space segment)

우주 부분은 위치 계산을 위해 필요한 항법 메시지(navigation message)를 사용자에

게 반송파(carrier wave)를 통하여 연속적으로 전송하는 GPS 위성으로 구성되어 있다.

반송파는 L 대역의 두 주파수 L1(1575.42MHz), L2 (1227.6MHz)로 정확히 조정되어 사

용자에게 전송된다. 각각의 GPS 위성은 기울임각(inclination angle) 55°인 6개의 원형

Ⅳ. 지리정보체계

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궤도면(circular orbit)에 각각 4개씩 배치되어 있다. GPS 위성은 지구 중심으로부터

26567.5km 상에 배치되어 있고 약 12시간의 주기를 갖는다. 이러한 GPS 위성 배치는

사용자의 3차원 위치 및 수신기 시계 오차(clock error)를 계산하기 위해 지구 전역에서

최소한 4개 이상의 위성이 항상 보이도록 특수하게 설계된 것이다. 각각의 GPS 위성에

서 송신되는 위성 데이터는 각 위성 번호에 따라 특수하게 설계된 PRN 코드(Pseudo

Random Noise code)를 포함한다. 즉, 코드 다중 분할 방식(Code Division Multiple

Access : CDMA)으로 GPS 위성 데이터가 사용자에게 전송되므로 GPS 수신기에서는 각

위성에 해당하는 항법 데이터를 명확하게 수신할 수 있다.

2) 관제 부분 (Control segment)

관제 부분은 세계 각지에 널리 분포해 있는 여러 관제국(control station)을 통해 GPS

위성을 추적하고 감시함으로써 가능한 한 정확하게 위성의 위치를 추정하며 여러 가지

보정(correction) 정보를 위성에 송신한다.

GPS위성관제국은 주관제국(Master control Station), 부관제국(Monitor Station) 그리

고 안테나 송신국(ground antenna upload station)으로 구성되어있다. 여기서 부 관제국

은 무인으로 운 되며, 전 세계에 5곳으로 나뉘어져 배치되고 있다. 그리고 주 관제국은

미국 콜로라도 스프링스에 있는 펠콘 공군기지에 위치해 있다. 적도 주위로 4개의 모니

터링국을 배치하여, GPS위성의 궤도를 감시라고 관제에 필요한 정보를 항상 얻어내고

있다.

그림 6. 지상 관제국

3) 사용자 부분 (User segment)

사용자 부분은 GPS 위성 신호를 수신하여 위치를 계산하는 GPS 수신기 및 이를

제3장 위성 항법 시스템 (Global Positioning System)

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응용하여 각각의 특정한 목적을 달성하기 위해 개발된 다양한 장치(equipment)로 구성

된다. GPS 수신기는 위성으로부터 수신한 항법 데이터를 사용하여 사용자의 위치 및 속

도를 계산한다. 수신기에 연결되는 GPS 안테나는 자체에 내장된 알고리듬으로 GPS 위

성 신호를 추적하며 하나의 위성 신호만 추적하면 그 위성으로부터 다른 위성들의 상대

적인 위치에 관한 정보를 얻을 수 있으므로 짧은 시간 이내에 모든 가시(visible) 위성

신호들을 추적할 수 있다. GPS 위성 신호를 수신하여 계산한 위치 및 속도 정보는 기본

적으로 이동체 항법 및 추적에 이용되며 정도의 정확도로 계산된 수신기의 시계 오차

는 이동 통신(mobile communication) 분야에 있어서 매우 중요한 시각 동기화(time

synchronization)를 위한 정보로 유용하게 사용된다. 위성 항법 시스템은 또한 일반적인

항법 시스템 이외에 높은 위치 정확도가 요구되는 항공기 자동 착륙 시스템, 측지, 이동

체의 자세 결정 및 정 측위 (precise survey)에도 적용될 수 있으므로 위성 항법 시스

템은 매우 광범위한 응용 범위를 지닌다.

3. 위성 항법 시스템의 종류

위성항법시스템(GPS)는 관측방법에 따라, 100m 수준의 위치 정확도를 지니는 단일 위

성 항법 시스템(Stand-alone GPS), m 수준의 위치 정확도를 지니는 보정 위성 항법 시

스템(Differential GPS : DGPS), 그리고 cm 수준의 위치 정확도를 지니는 반송파 보정

위성 항법 시스템(Carrier phase Differental GPS : CDGPS)으로 분류된다.

가. 단일 위성 항법 시스템 (Stand-alone GPS)

단일 위성 항법 시스템을 사용하면 4개 이상의 GPS 위성 신호를 수신할 수 있는 하

나의 GPS 수신기로 지구 어느 곳에서든지 약 100m의 위치 정확도로 사용자의 위치를

구할 수 있다. 단일 위성 항법 시스템이 제공하는 서비스의 종류는 크게 두 가지로서,

하나는 일반 사용자를 위한 표준 위치 측정 서비스(Standard Positioning Service : SPS)

이고 다른 하나는 군사적 목적을 위한 정 위치 측정 서비스(Precise Positioning

Service : PPS)이다. 표준 위치 측정 서비스에서는 미 국방성 정책에 의해 의도적으로 부

가된 고의 잡음(Selective Availability : S/A)이 포함된 항법 데이터 및 위치 계산을 위

해 필수적인 C/A 코드(Coarse Acquisition code)를 L1 반송파만을 통하여 사용자에게

전송한다. 정 위치 측정 서비스에서는 고의 잡음이 포함된 항법 데이터와 함께 고의

잡음을 해독할 수 있는 부가 정보를 포함하여 C/A 코드와 또 다른 PRN 코드인 P 코

드(Precise code)를 L1/L2 반송파를 통하여 사용자에게 전송한다. P 코드는 C/A 코드보

다 10배 높은 주파수를 지니므로 훨씬 높은 정 도를 지니지만 암호화되어(encrypted)

Y 코드 형태로 전송되므로 정 위치 측정 서비스 사용 허가를 받은 사용자만이 Y 코

드를 해독할 수 있다. 그러나, 고의 잡음을 해독할 수 있는 정 위치 측정 서비스를 사

용하더라도 다른 오차의 향을 벗어날 수 없으므로 단일 위성 항법 시스템은 수십 m

Ⅳ. 지리정보체계

- 76 -

정도까지의 위치 정확도를 지닌다.

나. 지역 보정 위성 항법 시스템 (LADGPS)

지역 보정 위성 항법 시스템은 기본적으로 기준국(reference station)과 기준국용

GPS 수신기, 그리고 사용자용 GPS 수신기로 구성되어 있다. 위치가 정확히 측지된 지

점에 설치된 기준국에서는 기준국용 GPS 수신기를 사용하여 위성 데이터를 수신한다.

기준국에서는 모든 가시 위성에 대한 실제 거리(true range)를 계산할 수 있으므로 오차

가 포함된 코드 정보에 의한 의사 거리(pseudo range)로부터 의사 거리 오차를 계산할

수 있다. GPS 위성은 지상으로부터 매우 먼 거리에 있으므로 기준국과 사용자 간의 거

리가 비교적 가까울 경우(150km 이내), 기준국의 의사 거리 오차와 사용자 의사 거리

오차는 거의 같기 때문에 기준국에서 계산한 오차항으로 사용자의 의사 거리를 보정하

면 의사 거리 오차가 감소하여 m 수준의 위치 정확도로 사용자의 위치를 계산할 수 있

다. 보정 항법 시스템에서는 보정치 전송을 위해 부가적으로 통신망이 구축되어야 하며

이러한 통신망이 구축되면 보정 정보를 수신할 수 있는 모든 사용자는 m 수준의 위치

정확도로 위치를 측정할 수 있다.

다. 광역 보정 위성 항법 시스템 (WADGPS)

광역 보정 위성 항법 시스템은 GPS 위성 및 통신 기능을 담당하는 정지 위성

(geosynchronous satellite)과 기지국으로 구성된다. 기지국은 세 가지로 구분되며 광역

기준국(Wide area Reference Station : WRS), 광역 주 기지국(Wide area Master Station

: WMS), 그리고 지상국(earth station)으로 구성된다.

광역 기준국은 지역 보정 위성 항법 시스템에서와는 달리 오차항을 각 성분

(component)으로 구분하여 계산하며 이러한 오차항을 사용자에게 직접 전송하지 않고

광역 주 기지국으로 전송한다. 광역 주 기지국은 널리 분포된 여러 개의 광역 기준국으

로부터 각 성분별 오차항에 관련된 데이터를 수신한 후 통합 처리하여 최종적인 보정

데이터를 벡터(vector) 적으로 산출한다. 광역 주 기지국에서 처리된 보정 데이터는 지상

국으로 송신되며 지상국은 이러한 보정 데이터를 GPS 위성 궤도 및 위성 시계에 대한

보정 데이터와 함께 정지 위성으로 송신한다. 정지 위성은 통합 처리된 보정 데이터를

사용자에게 전송하며 사용자는 보정된 의사 거리로 위치를 구하게 된다. 이와 같이 광역

보정 위성 항법 시스템은 지역 보정 위성 항법 시스템에서보다 적은 기준국으로 넓은

지역을 포괄할 수 있고 기준국 간의 상호 무결성 감시(integrity monitoring)도 용이하므

로 지역 보정 위성 항법 시스템보다 훨씬 경제적이고 안정적이다.

라. 반송파 보정 위성 항법 시스템 (CDGPS)

일반적으로 반송파는 코드보다 해상도(resolution)가 훨씬 높으므로 이를 이용하여 위

치를 계산할 경우 cm 정도의 위치 정확도를 기대할 수 있다. 그러나 위치 계산을 위해

제3장 위성 항법 시스템 (Global Positioning System)

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반송파를 사용할 경우, 코드를 사용한 위치 계산에 비해 계산량이 많고 시스템의 무결성

이 저하된다. 왜냐하면 반송파 위상에는 초기 미지 정수가 존재하므로 이를 정확히 계산

하기 위해 부가적인 복잡한 계산이 필요하고 올바른 미지 정수 결정 여부에 대한 충분

한 신뢰도(confidence level)가 확보되지 않기 때문이다. 또한 반송파 보정 위성 항법 시

스템의 포괄 역은 일반적인 보정 위성 항법 시스템보다 훨씬 좁으며 포괄 역을 넓

히기 위해 별도의 고가(expensive) 장비가 필요하다. 따라서, 반송파 보정 위성 항법 시

스템은 좁은 역에서 고도의 위치 정확도를 요구하는 시스템, 또는 후처리 기법에 의한

측지 분야에서 널리 이용된다

Ⅳ. 지리정보체계

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4장 GIS 자료구조

1. GIS 자료의 종류

GIS의 자료는 크게 위치자료(spatial data)와 속성자료(attribute Data)로 구분된다.

위치자료는 물의 위치나 주변 대상물과의 관계를 나타내는 자료로써, 점, 선, 면 등으

로 표시되고, 지상측량, 항공사진측량, GPS(Global Positioning System), 원격탐사 등을

통해 얻어진다. 속성자료는 대상물의 특성이나 이와 관련된 사항으로 각종 통계자료,

보고서 및 문서자료, 센서스 및 설문자료, 항공사진 및 위성자료의 판독자료, 현장조사

등 다양하다.

표 2. 위치자료

점 선 면

형태 ․한 쌍의 X,Y좌표,

․면적이나 길 리가 없다.

․시작점과 끝점을 갖는 일련

의 좌표

․면적이 없고, 길이만 있다.

․폐합된 선들로 구성된 일련

의 좌표군

․면적과 경계를 가짐

예 수준점, 삼각점, 기준점,

시설물위치

도로, 하천, 통신, 전력선,

관망 등

행정구역, 지적, 식물군락 등

표 3. 속성자료

양식, 명단 보고서 야장 주기

형태 자, 숫자 자, 도면 숫자, 방위 자, 숫자, 기호, 색상

예 인허가부, 대장, 현황

기록부

사업계획서, 법규집,

보고서

교통량조사, 측량야장 도로명, 심볼, 주기

2. 자료구조

GIS는 위치자료와 속성자료를 공간적 위상관계를 정립하여 저장․관리된다. 자료처

4장 GIS 자료구조

- 79 -

리에 있어서 위상관계와 공간적인 측면이 고려되어야 하기 때문에 다른 정보시스템과는

큰 차이가 있다. 이러한 공간 자료구조를 이용하여 위치 및 속성에 관한 정보를 컴퓨터

에 표현할 수 있으며, 일반적으로 공간의 위상적 정보를 표현하는 자료구조에는 래스터

구조와 벡터구조가 있다.

가. 래스터 자료구조

래스터식 자료구조는 실세계를 균등한 크기의 셀로 분할하여 각 셀의 위치와 속성을

표현하는 방식으로 격자 혹은 픽셀로 구성된 배열된 구조를 갖는다.

- 각 셀은 행과 열의 값으로 참조되며, 지도화되는 속성의 값이 유형을 나타내는 수치

를 가지고 있음.

- 행과 열의 배열을 쉽게 저장하고 조작하고 표현할 수 있기 때문에 2차원 자료공간

을 연속적인 것이 아니고 분할된 것으로 가정.

- 표현되는 사상에 비하여 셀의 크기가 클 때 길이와 면적의 계산에 큰 향을 줌.

- 셀의 크기가 지나치게 작아졌을 경우, 대상체는 보다 정확하게 표현할 수 있으나 자

료의 양은 기하급수적으로 증가하게 되어 자료의 저장과 처리효율을 감소.

나. 벡터형 자료구조

벡터형 자료구는 점, 선, 면의 기본형태를 조합하여 저장, 관리된다.

- 점 : 하나의 xy좌표로 정의되고, 이 점이 무엇이며 어떤 속성을 가지고 있는지를

나타내는 정보를 가지고 있음.

- 선 : 둘 이상의 xy좌표를 가진 점들을 연결하여 정의.

- 면 : 대상지역이 경계선을 이루는 선과 점으로 형성된 다각형으로 정의

다. 자료구조의 비교

벡터 래스터

장점

․현상적 자료구조의 표현이 용이

․축약된 자료구조

․네트워크 연계로 위상관계 구축이 용이

․정확도가 높음

․위치, 속성의 검색, 갱신, 일반화 가능

․자료구조가 간단

․지도중첩이나 원격탐사 자료와의 연결이

용이

․다양한 공간분석이 용이

․Simulation 용이

․발달속도가 빠름

단점

․자료구조가 복잡

․지도중첩이 복잡

․Simulation이 어렵움

․도화기가 고가

․공간분석이 복잡

․네트워크 연계 구현 어려움

․투 변환에 많은 시간 소모

․그래픽자료의 양이 방대

․자료축약시 정보의 손실 큼

․출력의 질이 떨어짐

예 수치지도, CAD자료, 각종 벡터화자료 위성 상, 각종 스캐닝자료

Ⅳ. 지리정보체계

- 80 -

3. 상용 자료구조

자료구조 자료구조 설명

TIFF

(Tag Image File Format)

- TIFF는 Aldus와 Microsoft에 의해 개발되고 지원되는 구조로 desktop 출판과 관련된 응용

분야에서 데이터 변환을 위해 개발

- 매킨토시, PC, 유닉스 워크스테이션 등에서 지원

- TIFF 구조는 화일 헤더, IFD, 태그 포인터, 데이터로 구성됨.

- 화일 헤더에서 바이트 순서를 가리키는 코드, TIFF로 화일을 정의하는 코드넘버, IFD에 대

한 포인터를 가지고 있고, 각 포인터는 TAG를 가지고 있음.

GIF

- GIF는 컴퓨터 네트워크를 통해 그래픽 데이터를 전송하기 위한 포맷.

- 이 구조는 이미지의 크기와 칼라는 PCX와 비슷함. 구조면에서 TIFF와 매우 유사하다.

- GIF는 많은 입출력 장치에서 이미지를 쉽게 교환할 수 있도록 충분한 정보와 조직을 제공함.

- 컴퓨터 통신의 발달로 GIF는 다양한 플랫폼을 지원함.

- GIF는 24비트 칼라를 지원하고 256칼라까지 팔레트로서 가능.

- 이미지 크기는 64x64k pixel까지 지원됨.

- GIF는 LZW 압축기법을 사용.

BMP

- BMP는 마이크로소프트 원도우에서 비트맵 화일들을 쓰기 위해서 만든 포맷.

- 이미지의 형태는 비트맵, 만든 회사는 마이크로소프트사이고 제공하는 application은

Windows Paint이며, Windows Application들에서 쓰임.

- 각각의 파일은 파일헤더, 비트맵 헤더, 파레트정보(단, 이미지가 24비트 천연색이 아닐때),

이미지 데이타 순으로 정보를 가짐.

DXF

- DXF(Drawing eXchange Format)은 AutoCAD용 데이타 화일을 다른 그래픽 시스템에서

사용될 수 있도록 AutoDESK사에서 제작한 아스키 형태의 그래픽 데이타 화일의 형식

- DXF 화일의 구조는 여러개의 섹션으로 구성됨.

- DXF는 AutoCAD의 사용자가 증가되면서 급격히 사용분야가 넓어지고 있으며, 최근에는

대개의 그래픽 소프트웨어에서 DXF를 처리할 수 있는 기능을 제공함.

- 국립지리원 수치지도의 표준표맷임.

IGES

- IGES(International Graphics Exchange Specification)은 1989년 ANSI표준 Y14.26M으로 승

인된 CAD 산업계에서 비전용 표준 그래픽스 화일 형식임.

- IGES는 CAD시스템이 초기에는 중형 컴퓨터에서 운 됨으로써 주로 마그네틱 테이프를

이용하여 데이타를 변환하 으나, 점진적으로 CAD시스템이 마이크로시스템에서 운용되고

DXF의 사용이 증가되면서 최근에는 그 사용이 점차 줄고 있음.

- IGES의 화일구조는 Global Section, Dictionary Entry Section, Geometric Entites,

Annotation Entites, Structure Entites등 5개로 크게 구분됨.

TIGER

(Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing)

- TIGER는 미국의 Census Bureau의 센서스 조사에서 수치지도와 관련된 지리적 활동을

지원하기 위해 1990년 개발됨.

- TIGER는 가장 잘 통합되고 자동화된 지리 데이터베이스임.

<참 조>

http://www.garmin.co.kr/

http://www.gis.aiit.or.kr/

http://frigis.korea.ac.kr/home.htm

http://geo.skku.ac.kr/~skkugis/

http://www.gisnews.co.kr/