KR20000053846A - 토지정보 시스템 지원을 위한 시공간 객체지향 모델링방법 - Google Patents

Abstract

공간이 시간에 따라 변화하는 것을 지리정보 및 전산학에서 여러가지 모델을 통하여 제시하고 있으나, 시간을 공간의 부수적인 요소로 생각하거나 또는 사용자의 요구가 빈번하지 않는 이유로 혹은 기술적인 제약으로, 구체적이고 실용적인 접근 및 방법이 활발히 논의 되지 못하고 있다.

본 발명은 시간과 공간을 객체 지향적인 방법으로 분석하고, 시간과 공간이 상호작용을 할 때 생기는 변화를 행위자 (actor's object) 중심으로 해석하고자 하였다. 기존의 많은 방법은 (Tempest 삼원모델: Triad Model) 시간 (when), 공간 (where), 속성을 (what) 강조하고 있으나, 본 발명은 육하원치 (who, when, where, what, how and why)을 기본으로 하여 공간변화의 원인과 결과를 시간의 흐름에 따라 표현하고자 하였다. 기존의 방법과 달리, 이 방법은 시공간에서 일어나는 사건발생 (events)의 원인, 내용, 파급효과를 해석하여 4차원의 변화를 지원하는데 필요로하는 기본방안을 제시 하였다. 이를 위하여, 처음 언급되는 시공간 객체모델를 (Spatio-Temporal Object Model) 창안하고, 이를 지원하는데 필요로 하는 4가지 요건을 제시하였다.

이 시공간 객체모델은 분산다중 (Distributed Heterogeneous) 데이터베이스 (Database) 및 웹지향 (Web-based) 지리정보 데이터베이스에서 적용될 수 있도록 고안 되었다. 또한, 시공간에서 생기는 여러형태의 버전을 객체지향 방법으로 제시하고, 이력관리를 할 수 있는 다중레이어 버저닝 (Multi Layer Versioning)를 창안하여, 사용자로 하여금 시공간의 변화를 기술할 수 있도록 하는 시공간 객체버전 방법을 지원토록 하였다. 이 발명은 토지정보 시스템, 지리정보 시스템 (Temporal Geographic Information System) 그리고 시계열분석을 필요로 하는 환경정보, 계획정보, 사회경제정보 및 기타 관련된 정보시스템을 지원하는 것을 목적으로 한다.

Description

토지정보 시스템 지원을 위한 시공간 객체지향 모델링방법 {Spatio-Temporal Object Model for Land Information System}

시공간 데이터모델이 (Spatio-Temporal Data Models) 과거 30년 동안 지리학, 측량학, 전산학에서 제시되고 있으나, 많은 연구자들은 시간의 변화보다 공간의 변화에 중점을 두고 있었다. 또한 시간과 공간의 연구가 각각 별도의 영역으로 진행되어 왔기 때문에 이들을 직접 연결시키고 응용하려는 시도에 적지않는 문제점을 지니고 있다.

최근 토지정보 시스템 (Land information system), 지리정보 시스템 (Geographic information system), 도시정보 시스템 (Urban information system), 환경관리 시스템 (Environmental monitoring system) 에서 시간의 흐름에 따라 변하는 공간 이력 (spatial history)를 알고 하자는 요구가 증가하고 있지만, 이력관리 및 공간정보를 동시에 만족시키고, 공간변화의 행위자와 원인 및 결과 그리고 해결방안을 지원해주는 방법론를 찾기 어려운 실정이다. 본 발명은 기존의 시공간 데이터베이스에서 다루지 않았던 공간변화의 행위자 (who), 원인 (why), 결과 및 파급효과 (how)를 추가 함으로서, 단순한 과거정보 관리 뿐만 아니라 과거공간의 변화를 다차원 측면에서 해석 하려고 하였다.

기존의 데이터베이스는 현재의 정보만을 저장하여 관리 함으로서 과거정보의 활용을 제약하고 사장시키는 경향이 있으나, 시간객체를 통하여 과거정보는 사장의 의미보다, 언제든지 다시 활용될 수 있다는 시간객체 버전관리 개념을 사용 하였다. 이러한 개념은 부동산변동, 부동산권리 및 가격변화, 지적선의 변경, 토지이용 및 식생물의 변화 또는 사회경제적 (빈곤의 분포, 인구밀도의 변화, etc) 분석 및 예측에 시계열 방법을 도입하여 4차원적으로 해석 할려고 하였다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 시간 지리정보 시스템에서 지원되는 선형시간, 분기시간, 시간데이터베이스 (유효시간, 거래시간, 이원시간), 시간객체 (DateTime, Interval 및 Instant)를 지원하고, 기존의 방법과 달리, 시간을 공간의 부수적인 지원차원에서 벗어나, 시간을 공간과 동등한 관점에서 생각한다는 것이다. 즉, GIS 소프트웨어 구성할 때, 공간과 시간을 함께 고려하여 소프트웨어설계 하는 것이며. 사용자가 공간객체를 생성, 변화, 소멸 할 때마다 시간이 자동적으로 부여되고, 공간객체 버전들간의 시간차이를 시스템 소프트웨어가 자체적으로 인지할 수 있도록 한다.

또한 시간객체와 공간객체가 상호작용 할 때 생기는 버전생성, 전이, 소멸 그리고 이력정보 (spatio-temporal history)를 행위자 (who)의 행동 관점에서 해석하고, 행위자가 공간의 변화에 대하여 스스로 기술 할 수 있는 환경을 지원하는 웹 (Web)지향적인 시공간 객체모델 (Spatio-Temporal Object Model)를 처음으로 제시하였다.

1 도는 시공간 객체모델의 주된 발명으로, 시간 (when)과 공간 (where)이 서로 작용하여 발생하는 특성(features)을 표시하고 (what), 시공간의 변화를 유발시키는 행위자의 정보를 육하원칙에 (누가, 언제, 어디서, 무엇을, 어떻게, 왜) 의하여 설명코자 한다. 이 발명은 자바환경 또는 인데넷 환경에서 구상될 수 있도록 하였으며, 데이터베이스는 분산적이고 다양한 톄이터들이 인터넷 공중망에 (또는 코르바: middleware) 접속 될 수 있도록 하였다. 시간객체 버전관리 개념에 의하여, 사용자가 공간객체를 저장 할 때마다, 갱신된 이전(과거)의 공간데이터는 자동적으로 이력 데이터베이스에 저장된다. 시공간 이력질의 위하여, 시공간 SQL이 지원되는 기존의 시공간연산자 (spatio-temporal operators) 를 사용한다.

2 도는 시공간 객체 데이터베이스가 인터넷 공중망과 어떻게 접속되는지를 설명하는 구조도. 지리정보 시스템 소프트웨어 및 웹서버가 자바환경의 프로그래밍 언어 와 자바 애플렛으로 만들어질 경우, 사용자는 웹 브라우저를 통하여 웹서버에 접근하고, 웹서버는 질의를 사용하여 자바 지리정보 시스템(GIS) 소프트웨어로 만들어 진 지적, 지형, 지형지적, 등기 및 기타 웹 데이터베이스 (DB)에 연결 된다. 인터넷에서 이러한 데이터베이스를 접속할 시에는 GIS자바 애플렛이 하이퍼 문자언어 (HTML) 나 확장된 문자언어(XML)의 도움을 받아 사용자에게 원하는 DB를 전하게 된다.

3 도는 시간이 공간의 변화를 지원할 때 시간객체 데이터베이스 (DB)의 버전관리 방법을 설명하는 그림이다. DB 버전 관리자 (DB version manager)는 DB의 생성과소멸 과정동안에 DB에게 ID를 부여하고, 시간객체 (DatreTime and Interval)가 이 DB 전이 상태과정 속에서 끊임없이 시간의 차이을 감지한다. DB 이력관리자 (DB history manager)는 DB의 시간가치가 변경 또는 소멸할 때 DB의 거래시간과 유효시간을 부여하여, 과거DB를 만들어 낸다. 이러한 개념을 시공간에 확장하여 적용할 때, 세밀한 버전관리가 가능하다.

4 도는 작용 (actions), 사건 (events) 또는 행위 (behaviors)발생이 어느 특정한 시간에 (t1) 행위자의 직간접적인 동기에서 시작하고, 이에 따른 연쇄적인 사건이나 행위들이 (t2, t3, ...tn.)에 발생한다는 것이다. 도 4는 시공간변화의 주체가 특정한 행위자 (동식물) 또는 사람에 (who) 기인 한다는 것이다. 기존의 시공간 모델 (Tempest Triad Model)은 공간 (where), 시간 (when), 속성 (what), 3가지를 강조하는 바 이지만, 본 시공간 객체모델은 행위자를 중심으로 공간행위의 원인과 파급효과을 설명 하려는 것이다.

도 5는 행위자의 사건 상태전이도 (State Transition Diagram of Actor's Events)를 객체행위모델 (Object Behavior Model) 배경하에서 나타내는 것이다. 이 상태전이도 에서는 사건이나 행위가 선형시간 (Linear time) 조건하에서 발생한다는 것만을 표시하고 있다. 이 상태전이도는 일련의 시공간변화가 주기적이고 연속적인 경우 매우 효과적으로 사건을 기술할 수 있다. 물론 분기시간의 사건발생을 다루고자 할 경우에는 행위객체의 실시간 (real time)의 기능을 보강할 수 있다. 연속적인 사건하에서 여러 곳에서 특정한 시간에 행위가 발생할 경우, 행위자 스스로 사건의 경위를 육하원칙에 의거하여 기술할 수 있는 웹 (web) 환경을 제공하였다.

물론, 그룹웨어 (Groupware)의 작업흐름관리 (Workflow management)개념을 도입하여 행위들이 언제, 어느 곳에서, 무슨 이유로 발생하는지를 사용자들간에 알 수 있도록 하였다. 시공간 객체모델이 웹 환경에서 사용자의 요구에 따라 얼마든지 변경될 수 있다는 것을 보여주고, 사용자가 기술한 내용을 누구든지 열람할 수 있도록 하였다. 즉 시공간의 중요한 변화가 누구에 의하여 시작 되었으며, 어떠한 영향을 끼치게 되었는지도 알 수 있게 하였다.

도 6는 사건이 행위자 (who)들간에 어떻게 상호작용 하는지를 표시하는 그림이다. 객체상호작용 모델을 (Object Interaction Model) 이용하여, 행위자들이 시공간 속에서 어떤 환경과 역할 하에서 서로 작용하는지를 나타내려고 하였다. 도6은 도5의 부족함 점을 보완하려고 하였고, 또한 상호작용 테이블를 이용하여, 행위의 자세한 사항을 기술 할 수 있게 하였다. 도5와 마찬가지로 인터넷에서도 지원이 가능하며, 사용자 요구에 따라, 상호작용 테이블 및 웹 기술사항이 무한이 지원될 수 있도록 하였다. 도 5가 사건위주의 기술이라면, 이 객체상호작용 모델은 다양한 행위가 일어나는 여러 시공간 속에서, 객체 행위을 보다 역동적으로 기술 할 수 있도록 하였다.

도 7는 시공간 여러 곳에서 일어나는 같은 또는 비슷한 사건이나 행위가 선행 및 분기시간에 기록되었을 때 어떻게 기록관리하고, 특히 이들의 과거기록을 살펴보고자 할 경우, 상당한 노력과 시간을 필요하다. 이를 위하여 다중레이어 버전닝 (Multi Layer Versioning) 방안을 제시하였다. 이 방법은 행위자에 의하여 생기는 시공간의 행위속성을 지도의 레이어에 표시하는 것이다. 이 방법은 도5와 6의 응용이라고 생각될 수 있으나, 여기서는 3차원 다중레이어 버전관리 및 속성관리를 통하여 보다 효과적으로 과거기록을 추적하고자 하였다. 예를들어, 행위를 일으키는 행위자의 위치를 지적의 각 필지로 간주하였을 경우, 한 레이어 (STA: space-time & attribute, 행위내용과 시공간)에 특정한 시공간의 여러 행위속성을 표시할 수 있다. 각 필지 (A: attributes, 시공간 행위속성)를 선택하여 클릭하면, 행위 내용을 볼 수 있다. 이 방법은 토지정보 시스템에서 중요시 하는 지적분할, 통합, 토지권리변경, 토지가격의 변동 등을 시계열변화에 따라 구현할 수 있다. 이 방법도 레이어버전 테이블을 사용하여 사용자의 요구에 따라 변경 및 확장이 용이하며, 또한 인터넷에도 지원이 가능토록 구상 되었다.

본 발명은 시공간 토지정보 시스템에서 중요히 다루는 행위자의 속성을 객체지향적 방법으로 육하원칙하에 기술 하고자 하였다.

최근에 시공간 지리정보모델 (Temporal GIS) 및 데이터베이스는 선진국 및 국내의 전산학에서 활발히 논의 되고 있지만, 객체에 대한 이력관리와 공간정보를 행위자의 중심에서 해석하려는 시도가 없었다. 특히, 버전관리문제는 CAD/CAM, 엔지니어링, 소프트공학에서 오래 전부터 언급되었지만, 토지 및 지리정보학 에서는 별 진전을 보지 못하고 있다.

지금까지 나온 모델을 살펴보면, 시간분할 스냅모델 (time sliced snapshot model), 시공간 복합모델 (space-time composite model), 사건기반모델 (ESTDM model), Tempest 삼원모델 (Tempest Triad Model) 그리고 시간를 지원하는 상업용 GIS 소프트웨어 (Gothic 및 Smallworld)가 있다. 지금까지 수행된 대부분의 모델이 기존의 공간객체를 중요시하는 공간 데이터베이스에 치중하여 설계되었다. 대부분의 모델들은 정확한 시간객체의 클래스 및 속성을 제시 하지않고 있으며, 상업적인 시간 GIS가 시간을 지원하더라도 이원시간을 지원하는 구조를 지니지 못한 듯 싶다. 국내에서는 몇몇 데이터베이스 연구실들이 이러한 문제를 가지고 전산학의 여러가지 측면에서 시도하고 있어, 기존의 문제점들이 어느 정도 해결된 듯 하다. 그러나, 토지정보 분야의 시공간의 요구는 시간이외에 행위자의 사건의 원인, 결과 및 파급효과을 요구하는 경우가 매우 많다.

토지정보는 공학적 및 기술적 이외에, 법률적, 사회경제적, 정책적 요소가 상당부분 내포되어 있어, 그 만큼 요구도 다양하다는 것이다. 따라서, 시간과 연결된 공간 및 시공간 내에서 발생되는 여러 형태의 변화를 해석하여야 필요가 있다.

지금까지, 적지않은 시공간 모델이 발표되었으나, 시간, 공간, 그리고 이들의 속성 등 3 가지 (where, when, what) 측면에서 초점을 (Tempest Triad Model) 두고 있다. 본 발명은 시공간의 변화를 6가지 (누가; who, 언제; when, 어디서; where, 무엇을; what, 어떻게; how, 왜; why)측면에서 고려한 객체지향 시공간모델을 (Spatio-Temporal Object Model) 제안한다. 특히 시공간변화의 주인공인 행위자가 시간의 흐름에 따라 어떻게 공간의 변화를 일으키는지를 설명하였다. 행위가 선형 및 분기시간에 여러 곳에서도 발생하더라도 누구나 기록할 수 있도록 분산다중 시공간 데이터베이스 및 인터넷 공중망을 제공토록 한다. 특히, 기존의 GIS에서는 시간을 공간과 별도의 관점에서 다루어 왔지만, 본 발명은 GIS소프트웨어 구성할 때 시간과 공간을 독립적이고 대등한 객체로 함께 묵어서 설계토록 한다. 이렇게 하면 기존의 시공간에서 발견되는 많은 문제점의 시공간 버전관리, 이력괸리, 시공간 질의어, 사용자 요구등을 같은 관점에서 고려할 수 있어 시간과 노력을 줄일 수 있다. 3차원 다중레이어 버전관리 개념을 사용하면, 행위자들간의 위치, 시간, 행위내용 등을 보다 자세하게 기술할 수 있고, 아울러, 행위 상태전이도 및 행위 상호작용도 그리고 각각의 행위 테이블를 제시하여 시공간변화의 내용을 자세히 기술할 수 있다.

도 1는 발명의 가장 중요한 부분으로 객체 지향적 시공간 모델을 표시하는 그림.

도 2는 인터넷 공중망 및 다중분산 데이터베이스을 설명한 하드웨어.

도 3는 시공간이력 (spatio-temporal history)이 어떠한 과정을 통해서 형성 되는지를 설명하는 데이터베이스 (DB) 버전전이 상태도 및 데이터베이스 구조도.

도 4는 작용 (actions), 사건 (events) 또는 행위 (behaviors)발생이 행위자 (actors)의 관점에서 해석한 시공간객체 상호작용도 (Object Interaction Model).

도 5는 객체 행위모델 (object behavior model)을 이용한 행위자의 행동 (actor's events)만을 표시하는 상태전이도 (State Transition Diagram), 행위테이블 및 인터넷 배경의 사용자 호환메뉴.

도 6는 행위자 (actors)들간의 상호작용에 따라 일어나는 여러가지 속성을 육하원칙 하에서 표시하는 행위 상호작용도.

도 7는 사건 및 행위가 여러 곳에서 일어나는 경우 시공간의 육하원칙 및 다중레이어 버저닝(Multi Layer Versioning)으로 표현하고자 함.

.

상기 설명한 바와 같이, 거래시간, 유효시간 및 이원시간이 지원되는 만큼, 시공간 객체모델이 인터넷 공중망 및 기존의 네트워크를 통하여 효율적으로 지원되기 위해서는 그룹웨어의 기능 및 작업흐름관리 (Workflow management)의 정의가 필수적이다. 기업이나, 현장조직 같은 곳에서, 작업의 변경이나 수정이 있을 경우, 즉시 파악할 수 있는 방법이 많지 않다. 예를 들어 공공사업이나, 국가적인 GIS구축 (토지정보시스템) 사업인 경우, 정책결정자 또는 행위자 (고급결정자)의 의지나 요구, 또는 기술적, 행정적 어려움에 따라 GIS작업의 목적이나 내용들이 변경될 수 있다. 따라서, 새로운 계획의 발생, 기존작업 내용의 변경, 작업 처리과정의 수정시 발생하는 영향 및 결과 등을 육하원칙에 의하여 기록하면 시계열 분석에 따라 미래예측을 하는데 도움이 될 수 있다. 응용측면에서, 육하원칙에 관련된 시공간의 모든 변화를 일반적인 경영정보시스템 (Management Information System) 및 전사적자원계획 시스템 (Enterprise Resource Planning)에 접목할 때 시공간 객체모델의 파급효과는 무한하다고 생각된다.

Claims (5)

1. 객체지향적 시공간 (Spatio-Temporal Object Model) 모델을 창안하여 토지정보 (LIS) 및 지리정보시스템 (GIS) 지원 함으로서, 기존의 단순한 시간 지리정보 시스템 (Temporal GIS) 뿐만 아니라, 사건이나 사물의 생성, 진화, 소멸 등에 대하여 육하원칙 방법으로 해석할 수 있는 새로운 패러다임을 처음 구현한 방법.

   객체지향적 시공간모델 (Spatio-Temporal Object Model)은 시간과 공간이 함께 GIS 소프트웨어설계에 포함 되도록 하여 역동적인 4차원의 기본적인 이론을 제시하고 행위자 (actor's object)의 중심으로 시공간의 변화를 표현 하려고 하였다. 또한 변화의 과정을 행위자와 연계하면, 공간의 변화를 보다 쉽게 이해 할 수 있는 구현방법.
2. 시공간 이력 (spatio-temporal history)이 어떠한 과정을 통해서 형성 되는지를 설명하는 데이터베이스 (DB) 버전전이 상태도. 시공간 데이터베이스를 생성, 전이 및 저장 과정에서, 이원시간 및 시간객체가 버전관리자 및 이력관리자의 도움을 받아, 객체 레이어 버전관리 구현방법.
3. 시간의 흐름에 따라 토지정보 시스템에서 발생하는 지적 또는 지형변화를 일으키는 사건의 상태를 기술하는 방법 (state transition diagram)과 이를 인터넷에 활용하는 방안을 제시함. 장소 및 시간에 관계없이 시공간의 변화를 육하원칙에 의하여 누구나 기술할 수 있는 그래픽 사용자 환경을 제공코자 하고 또한 그룹웨어의 작업관리를 통하여 시공간변화에 대하여 각자의 의견을 표시할 수 있는 방법.
4. 객체상호작용 모델를 (Object Interaction Model) 이용하여, 행위자들이 시공간 속에서 어떤 환경과 역할 하에서 서로 작용하는지를 구현함. 인터넷에서도 지원이 가능하며, 사용자 요구에 따라, 테이블 및 웹 기술사항이 무한이 지원될 수 있는 방법.
5. 같은 또는 비슷한 사건이나 행위가 선행 및 분기시간에 기록되었을 때, 어떻게 관리하고, 특히 이들의 과거기록을 살펴보고자 할 경우, 상당한 노력과 시간을 필요하다. 이를 위하여 3차원 다중레이어 버전관리 및 속성관리를 다중레이어 버전관리 (Multi Layer Versioning) 구현방법.

   시계열변화에 따라 변하는 지적분할, 통합, 토지권리변경, 토지가격의 변동등을 구현할 수 있다. 이 방법도 레이어 버전 테이블을 사용하여 사용자의 요구에 따라 변경 및 확장이 용이하며, 또한 인터넷에도 지원이 가능토록한 구현방법.