GIS란 무엇인가 (What is GIS)

20606632 행정학과 박철호

GIS는 여러 전문분야가 집결된 과학이다. GIS 사업자는 지리학, 계획학, 측량학 및 컴퓨터 과학에 관련된 사람들이다. GIS 사업자에 따라 접근하는 방식의 차이는 있으나 GIS 전문가가 되기 위해서는 GIS의 형식과 구현에 대한 특별한 전문지식이 요구된다. GIS를 정의하는 것은 결코 단순한 일이 아니다. 몇몇 사람들은 GIS를 단순히 정보기술(IT)의 한 분야라고 주장하는 반면, 일부에서는 컴퓨터를 이용한 지도 제작, 공간 분석도구, 데이터베이스시스템 또는 학문적 연구 분야로 인식하고 있다. 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)은 "공간상 위치를 점유하는 지리자료(Geographic data)와 이에 관련된 속성자료(Attribute data)를 통합하여 처리하는 정보시스템으로서 다양한 형태의 지리정보를 효율적으로 수집, 저장, 갱신, 처리, 분석, 출력하기 위해 이용되는 하드웨어, 소프트웨어, 지리자료, 인적자원의 총체적 조직체"라는 정의할 수 있다.

GIS의 기본적인 특성은 공간 정보, 즉 지리적 공간(geo-graphic space)상에서 객체들의 위치와 관련된 속성정보를 다룰 수 있다는 것이다. 일반적으로, 지리적 공간은 우리가 살고 있는 지표면을 의미한다. 그리고 지도는 속성과 공간적으로 분포하는 객체들의 위치를 나타내는 가장 효율적인 방법이다. 이러한 객체들은 물리적 또는 문화적 일 수도 있으므로 지도는 물리적이고 문화적 환경의 공간구조를 그래픽으로 표현한다. 근본적으로 지도 제작은 실세계의 대상들을 측정하고 문서화하고, 그리고 어떤 매개체에 저장하는 추상화 과정이라 할 수 있다. GIS 정의에서 “자료(data)"라는 단어가 사용되고 있다. 일반적으로 ”정보(information)"과 “자료(data)”를 동일한 의미로 사용하는 경우가 있으나 두 단어는 실질적으로 서로 다른 개념을 가진다. 먼저 “자료”라는 단어는 일반적으로 장소, 사람, 사물, 사건, 그리고 개념에 관련된 사실 또는 특징을 수집한 것을 의미한다. 이와 같은 사실과 값들은 일반적으로 수치 값, 문자, 기호, 신호로 표현 될 수 있다. 자료가 구조화(structuring). 조직화(formatting), 변환(conversion), 그리고 모델링(modeling)과 같은 일련의 처리과정을 통해서 사용자에게 의미 있는 형태로 전환될 때, 이를 정보(information)라고 한다. 지리적 자료를 수집하고, 이를 GIS기법에 의해 유용한 정보로 변환하는 주된 목적은 자료처리(data processing)와 정보관리(information management)의 한계성을 해결하기 위함이다. 지리정보는 현실세계를 이해하는 데 좀 더 도움을 줄 뿐만 아니라 우리가 논리적인 의사결정을 위한 공간적 지능을 발휘하게 한다. 이것이 모든 GIS의 정의가 자료처리 기능뿐만 아니라 공간적 지식과 지능을 획득하기 위한 분석능력을 포함해야 된다는 근거라고 할 수 있다.

GIS에 특징을 들어보면 GIS는 인간 생활에 필요한 지리정보를 효율적으로 활용하기 위한 정보시스템의 하나이다. 여기서 의미하는 시스템이란 공통의 사용을 목적으로 실세계의 관련 구성 요소간의 상호작용으로 이루어진 활동의 모임을 의미한다. 시스템의 단순한 예로서 자동차는 여러 구성요소로서 이루어져 요소간의 상호작용에 의하여 교통수단을 제공하는 하나의 시스템으로 간주될 수 있다. 또한 넓은 의미에서 인간의 의사결정능력의 지원에 필요한 지리정보의 관측과 수집에서부터 보존과 분석, 출력에 이르기까지 일련의 조작을 위한 정보시스템을 의미한다. 정보시스템이란 의사결정에 필요한 정보를 만들기 위한 제반 과정으로서 각종 정보의 생성에서부터 정보의 저장 및 분석을 포함한다. 따라서 정보시스템은 제반정보의 관측, 측정과 같은 정보의 생성 기능, 저장ㆍ관리 기능으로부터 저장된 정보를 분석하고 결과를 의사결정에 활용하는 광범위한 기능까지 보유하며 이를 기본요건으로 한다. 지리공간의 표현에 있어서 실세계 형상들은 객체와 현상의 두 가지 기본적인 형태로 존재한다. 객체는 건물, 고속도로, 도시, 국립공원과 같이 이 산적 이고 유한적이나, 현상은 지형, 온도, 강우, 소음 그리고 다른 환경지표와 같이 넓은 면적에 연속적으로 분포한다. 지리 데이터는 지리 데이터베이스로서 실세계를 표현하는 방법인 객체기반모델(Object-based model)과 필드기반모델(Field-based model)의 두 가지 기본적인 형태로 실세계를 표현한다. 객체기반모델은 이산 적이고 인식할 수 있는 객체들로 구성된 지리공간을 다룬다. 정의상, 객체는 다음과 같은 조건을 만족하는 공간적 형상이다. (1) 확인할 수 있는 경계나 공간적 범위를 가져야 한다. (2) 목적하고자 하는 응용분야에 적합해야 한다. (3) 속성으로서 참조되는 하나 이상의 특성으로 묘사될 수 있어야 한다. 실제적으로 공간객체에는 두 가지 종류가 있다. 공간객체가 명확한 경계에 의해 분리된 형상을 나타낸다면 ‘명확한 객체’라 한다. 건물이나 필지와 같은 인공지물은 명확한 객체의 예이다. 많은 경우, 공간객체 사이의 경계는 확인할 수 있지만 명확히 정의하기는 어렵다. 이러한 객체의 특성은 이웃하는 공간객체 사이의 가정된 경계를 따라 변화한다는 것이다. 이러한 공간객체를 ‘불명확한 객체’ 혹은 ‘퍼지객체(fuzzy entities)’라 한다. 토양 형태, 야생동물의 서식지, 산림과 같은 지형형상과 자연형상은 대부분 불명확한 객체에 해당한다. 객체기반 모델에서 데이터는 현장조사방법(예: 측량, 현장답사)이나 실험적인 방법(예: 사진 측량에 의한 지도제작, 지도와 항공사진 해석, 원격탐사 영상분석 그리고 지도의 수치화에)에 의해 취득된다. 객체의 특성과 기록될 지리적 축척에 따라 공간객체는 점, 선, 면이라는 지리적 요소로서 표현된다. 한편, 필드 기반모델은 하나 이상의 공간적 현상으로 구성된 지리적 공간을 다룬다. 공간적 현상은 불명확하고 특정한 범위가 없는 공간상에서 연속적으로 변화하는 실세계 형상이다. 필드로 구성된 공간적 현상에 대한 데이터는 직접 혹은 간접적으로 취득될 수 있다. 직접적인 데이터취득 방법으로는 항공사진, 원격탐사영상, 지도스캐닝, 현장실측 등이 포함되며, 간접적 데이터 취득 방법은 표본 추출된 지역의 측정치를 내삽법(interpolation)이나, 재분류, 재배열과 같은 수학적인 함수를 적용하여 데이터를 생성한다. 등고선과 수치표고모형(Digital Elevation Model)과 같은 지형 데이터들은 간접적인 방법에 의해 취득된 데이터의 예이다. 공간적 현상은 규칙적인 격자 혹은 불규칙적인 격자의 형태를 가지는 공간 데이터 단위로 구성되어 개념화될 수 있는 표면으로 표현된다. 데이터베이스 단계에서 공간 데이터베이스는 객체기반 모델이나 필드기반 모델을 사용하여 구축될 수 있다. 객체기반 데이터베이스에서 기본적인 공간단위는 이 산적 객체이다. 불명확한 객체는 근 사화에 의해 이 산적 객체로서 추출된다. 이 산적 객체는 필드기반데이터로부터 객체인식 방법(예: 영상인식, 원격탐사의 분류, 수치사진측량 그리고 항공사진해석)과 수학적인 해석방법(예: TIN과 DEL으로부터 등고선 추출)에 의해 취득될 수 있다. 객체기반 공간 데이터베이스는 데이터가 연속된 좌표의 형태(즉, 벡터라인)로 대부분 표현되기 때문에, 이러한 형태의 공간 데이터베이스를 일반적으로 벡터데이터 모델이라 한다. 공간 데이터베이스가 필드기반 모델로 구축되었을 때 기본적인 공간단위는 공간적 현상을 묘사한 격자 형태이다. 가장 일반적으로 사용되는 격자 형태는 정사각형 혹은 직사각형 셀의 일정한 격자이기 때문에 필드기반 데이터베이스를 일반적으로 래스터데이터 모델이라 한다.

GIS 배경 및 필요성을 언급하지 않을 수 없는데, 국내에 GIS가 도입 된지는 20년 정도 되었다. 초창기 GIS 사업은 대학중심으로 토지, 환경, 수질, 교통 등의 의사결정을 원활하게 수행하고 정량화된 결과물을 얻기 위한 수단으로 도입되었다. 그 후 대구 가스 폭발 사건, 성수대교 붕괴사건 등 국가 차원의 정보인프라 구축의 부제에 대한 심각성이 인식되면서 GIS의 도입은 불가피하게 되었다. 이에 국가에서는 1995년부터 GIS 사업을 추진, 전국을 중심으로 1000, 5000, 25000 등의 수치지도 제작을 시작하였으며 국립지리원, 국토연구원, 건설기술연구원, 전 산원, 정통부, 건교부, 과학기술부 등 기관을 중심으로 국가차원의 연구 기술 지원 사업이 적극적으로 진행되고 있다. 그러나 국내 GIS 시장은 아직까지 대부분 선진국의 기술력에 의존하고 있으며, 고가의 소프트웨어를 구입해야 하는 문제점으로 안고 있다. 인터넷의 발전과 더불어 이제 세상은 더욱 하나가 되어 가고 사람들은 자신이 위치하는 곳에서 세계의 어떤 곳이든 원하는 정보를 신속하게 얻기를 원할 것이다. 이러한 의미로 볼 때 공간정보와 밀접한 관련을 가지는 GIS 기술은 미래 정보화 사회를 이루기 위한 하나의 중요한 수단이라고 할 수 있다.

끝으로 GIS 관련 학문 분야별로 살펴보기로 하자면 첫째, 지리학(Geography)으로 지리학은 지구로서 전통적으로 공간분석(spatial analysis)과 공간분석을 통한 예측에 관한 연구를 많이 수행하여 왔다. 둘째, 지도학(Cartography)으로 공간정보 (spatial information)의 표현에 관한 학문으로서 현재 GIS의 주요 자료 입력 및 출력 형태는 지도로써 지도학은 공간정보의 시각화에 있어 정교한 조작기법을 제공한다. 셋째, 측지학(Geodesy)으로 측지학은 지구의 형상, 크기, 운동, 지구 내부의 특성 등을 해석하는 학문으로서 지구에 대한 특성을 해석하는 것을 주목적으로 하며, 제반 대상물에 대한 정량화를 수행하는 측량과는 상호 보완적인 관계이다. GIS 자료로 높은 정확도의 공간정보(Spatial Information)를 제공한다. 넷째, 원격탐사(Remote sensing)로 인공위성 사진과 항공사진은 GIS 자료 획득에 있어 주요 원천 자료로서 우주 공간상 어느 곳이든 비교적 저 비용으로 공간정보를 취득하고 처리하는 기술을 제공한다. 원격탐사를 통해 처리된 자료는 기존의 GIS내 다른 자료층(Data Layers)과 병합이 가능하다. 다섯째, 사진측정학 또는 사진측량학(Photogrammetry)으로 사진측정학은 사진을 이용하여 대상물에 대하여 정성 및 정량적인 해를 구하는 학문으로서 주로 항공사진을 통해 공간정보를 정확히 측정하는 기술을 제공한다. GIS의 주요 입력 형태인 지형도(topography)를 비롯한 다양한 주제도의 제작에 활용된다. 여섯째, 측량학 (Surveying)으로 높은 정확도의 위치정보 (ex. 토지경계, 건물 위치 등) 제공에 관한 학문으로서 오차와 불확실한 GIS 자료의 검증 등에 많이 이용된다. 일곱 번째, 통계학 (Statistics)으로 GIS를 이용하여 만들어진 많은 모형들은 통계학적 특성을 지니고 있고, 이러한 모형을 분석하기 위해 많은 통계학적 기법이 사용되어진다. GIS 자료의 오차와 불확실성 등을 이해하는데도 중요하게 이용된다. 여덟 번째, 전산과학 (Computer Science)으로 전산과학은 자료입력 및 관리, 출력, 시각화, 재현 등을 위한 기법과 소프트웨어 개발방법론을 제공한다. 최근 발전된 컴퓨터 그래픽에서는 시각화의 기법, 도형 대상물의 효과적인 출력과 취급을 위한 소프트웨어를 제공한다. 데이터베이스 관리시스템(DBMS)은 자료에 대한 시스템 설계를 위한 절차와 많은 양의 자료를 다루기 위한 방법을 제공한다. 아홉 번째, 인공 지능(Artificial Intelligence)으로 지도 디자인, 지도에서 지형지물의 간략화 등과 같은 기능을 컴퓨터가 인공지능으로 수행할 수 있도록 해 준다. 재 GIS에서 인공지능 기술의 장점을 충분히 활용하고 있지는 못하지만, 인공지능분야에서는 많은 시스템 설계를 위한 기술과 방법들이 개발되어 있으므로 이의 충분한 활용이 필요하다. 열 번째, 수학 (Mathematics)으로 기하학과 도형이론은 공간자료의 분석과 GIS 설계, 처리 등에 사용된다. 열한 번째로, 토목공학 (Civil Engineering)으로 GIS는 사회기반시설을 관리하고 유지하는데 많이 이용되며 이를 위해서는 토목공학과의 연결이 매우 중요하다. 토목공학에 포함된 각종 자료들은 GIS의 중요한 자료기반으로 활용되며, 또한 GIS의 분석결과가 토목공학에 필수 자료로 이용되는 상호 보완 작용을 하게 된다. 마지막으로  물리학 (Physics)이 있는데 물리학은 전자공학, 원격탐사, 측지학 및 지리학의 기반이 되는 학문으로서 위성을 원격탐사의 기초이론을 제공한다. 물리학의 양자역학, 천문물리, 전산물리 및 수리물리 분야는 수치해석의 기반을 이룬다. 이는 곧 공간 정보의 효율적인 표현으로 이어진다.

자신이 공무원이 되었을 경우 GIS를 어떻게 활용할 수 있을 것인가?

요즘같이 건조한 날씨에 최대의 적은 산불이라고 해도 과언이 아니다. 시기적으로 산불은 주로 봄철 건조 한 시기에 가장 많이 발생한다. 우리나라의 산불발생은 계절풍의 영향을 많이 받는 3월, 4월에 건조한 날씨가 지속되고 바람이 많이 불어 산림 내의 가연물이 건조해지기 쉬워 산불발생이 가장 많다. 최근 세계적으로 지구 온난화가 진행되고 있으며 우리나라에도 영향을 주기 시작하면서 기상에 영향을 많이 받는 산불도 발생이 증가할 수밖에 없다. 조그마한 담배꽁초 하나로 산불이 일어남으로써 막대한 국가적, 경제적 큰 피해를 입히면서 인명피해도 입힌다. 만약 나 자신이 공무원이 되었을 경우에는 GIS 기술을 이용하여 산불발생 및 피해강도의 공간적 특성을 분석하고 연구해 볼 수 있겠다. 증가하는 산불위험에 대한 피해 최소화를 위하여 산불 발생에 영향을 미치는 요인을 분석하여 발생 특성을 파악하는 일이 반드시 필요하기 때문이다. 이를 위해 GIS 기술을 통한 공간통계기법과 레이더를 이용한 원격 탐사 기술을 활용하다보면 보다 구체적인 산불 발생의 원인에 대한 파악과 피해강도 평가 기법을 개발한다면 산불 예방 및 복구에 효율성과 편의성을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다. 산불 발생에 대한 관련 정보는 산불 대장에 기록된 정보를 활용해 GIS기반의 데이터베이스를 구축하고 공간정보를 최대한 활용하여 산불발생의 패턴 및 성향을 밝히는 것이다.

그리고 레이더 자료와 영상을 통하여 산불 발생의 피해강도를 평가하는 기법을 개발해야 할 것이다. 현재 우리나라 산불 강도 평가는 현장조사에 의해서 대부분 이루어지는데 선진화된 기술을 이용하여 보다 객관적이고 효율적인 평가기술을 개발할 것이다.

산불발생지점을 GIS 데이터베이스로 구축하여 산불발생과 지형분석, 산불발생과 인문분석을 각각 수행 할 것이다. 또한 내가 공무원이 되었을 경우 담당하고 속해 있을 지역에 하천정보 강우정보 등을 통한 홍수도달시간 예측, 지질정보 지진발생사례정보 등을 통한 지진예측 등에 적극 활용하여 재난발생을 미연에 방지할 것이다. 또한 토지에 대한 실제이용현황과 소유자, 거래, 지가, 개발, 이용제한 등에 관한 각종 정보를 통합 데이터베이스화함으로써

공공기관의 토지관련 정책 수립에 필요한 정보를 정확하고 신속하게 제공하며 각종 토지이용 계획 수립시 다양한 시나리오를 검색하여 민원인에게 종합적인 토지정보를 서비스 제공 할 수 있을 것이다.