KR102140795B1 - 수치표고모델 기반 유역경계 산출 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents

수치표고모델 기반 유역경계 산출 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유역경계 산출 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유역경계 산출방법은, 외부 서버로부터 표준 유역분할 지도를 수신하여 저장하는 단계; 사용자 인터페이스부를 통하여 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력받는 단계; 상기 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 상기 대상 위치를 출구로 하는 제1 유역을 산출하는 단계; 및 상기 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 상기 제1 유역의 경계 일부를 반영하여 최종 유역경계를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통하여, 수치표고모델 기반으로 유역경계 산출시 유관기관에서 제공하는 표준 유역경계에 부합하는 유역경계를 산출할 수 있어 산출결과물에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다.

Description

수치표고모델 기반 유역경계 산출 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체{METHOD FOR COMPUTING WATERSHED BOUNDARY BASED ON DIGITAL ELEVATION MODEL, APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM THEREOF}
본 발명은 유역경계 산출 방법, 장치 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수치표고모델을 기반으로 하천으로 물이 모여 흘러드는 주변 지역을 나타내는 유역의 경계를 산출하는 기술에 관한 것이다.
유역은 강우시 하천으로 물이 모여서 흘러드는 주변 지역을 의미하는 것으로, 집수구역이라고도 지칭된다. 이러한 각 유역을 구분하는 유역경계는 홍수해석, 댐 건설 계획 수립, 수질오염물질 거동 해석 등의 기초가 된다. 따라서, 정확한 분석 또는 해석을 위하여 최대한 실제에 가까운 유역경계를 산출하는 것이 매우 중요하다.
다양한 분석, 계획, 및 관리 프로세스에서 정확한 유역경계를 산출하는 것의 중요성을 감안하여 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서는 대권역, 중권역, 표준유역 등 공인된 유역경계에 관한 정보를 제공하고 있다. 이렇듯, WAMIS에서 작은 규모의 단위유역까지 여러 계층에 따른 유역경계를 제공하고는 있으나, 모든 유역 출구(Outlet)에 대한 유역경계를 제공하지는 못하기 때문에 사용자가 원하는 임의의 출구에 대한 유역경계에 대해서는 별도의 산출작업이 필요하다.
유역경계는 수치표고모델(Digital Elavation Model, DEM)을 이용하여 산출할 수 있다. 물은 중력에 의하여 아래로 흐른다는 기본 원리를 이용하여 수치표고모델을 이용하여 유역경계를 산출할 수 있다.
다만, 이와 같이 수치표고모델 기반으로 생성된 유역경계는 전술된 공인된 유역경계와 일치하지 않는 경우가 많다. 이는, 유역경계를 산출할 때 사용된 수치표고모델 데이터가 상이할 수 있으며 이에 따라 표고 측정 주체나 방법에 따라 측정된 표고값이 서로 다를 수 있고 지각변동 등에 따른 표고의 변동 가능성도 배제할 수 없기 때문이다.
그러나 공인된 유역경계는 국가 주도나 감독하에 이루어진 각종 측정이나 프로세스에 기반하여 산출된 것으로 상대적으로 다른 주체가 산출한 유역경계에 비하여 신뢰성이 담보된 것이기 때문에, 다수의 사용자들은 최대한 공인된 유역경계에 가까운 유역경계를 기초로 분석하는 것을 선호하고 있다.
이에 따라, 수치표고모델을 이용하여 사용자가 입력한 임의의 출구 지점에 대한 유역경계를 산출하되, 최대한 공인된 유역경계를 반영하여 산출할 수 있는 방법이 필요하다.
한국등록특허 제10-0898618(2009.05.13.)
본 발명은 전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수치표고모델을 기반으로 유역경계를 산출할 때, 유관기관에서 제공하는 공인된 유역경계에 부합하는 유역경계를 산출할 수 있는 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 수치표고모델을 기초로 유역경계를 산출하는 유역경계 산출장치에 의하여 수행되는 유역경계 산출방법에 있어서, 외부 서버로부터 표준 유역분할 지도를 수신하여 저장하는 단계; 사용자 인터페이스부를 통하여 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력받는 단계; 상기 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 상기 대상 위치를 출구로 하는 제1 유역을 산출하는 단계; 및 상기 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 상기 제1 유역의 경계의 일부를 반영하여 최종 유역경계를 산출하는 단계를 포함하는 유역경계 산출방법에 의하여 달성될 수 있다.
여기서, 상기 최종 유역경계를 산출하는 단계는, 상기 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역을 추출하는 단계; 및 상기 제1 유역의 일부 경계와 상기 대상 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 유역의 일부 경계와 상기 대상 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하는 단계는, 상기 대상 표준 유역에 대한 상기 제1 유역의 차이 연산을 통하여 상기 대상 표준 영역과 상기 제1 유역이 서로 중복되는 세그먼트 영역을 제외한 복수의 차이 세그먼트 영역을 도출하는 단계; 상기 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 상기 대상 위치를 영역의 경계상의 일 점으로 포함하는 차이 세그먼트 영역인 교차 세그먼트 영역을 추출하는 단계; 및 상기 대상 표준 유역으로부터 상기 교차 세그먼트 영역을 감하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 교차 세그먼트 영역을 추출하는 단계는, 상기 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 상기 대상 위치를 상기 격자 셀의 크기의 기설정된 비율만큼 확대하여 생성된 확대공간과 교차되는 차이 세그먼트 영역을 상기 교차 세그먼트 영역으로 추출할 수 있다.
한편, 상기 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하지 않을 때에 상기 최종 유역경계를 산출하는 단계는, 상기 제1 유역에 대한 상기 표준 유역의 차이 연산을 통하여 상기 제1 유역과 상기 표준 유역이 서로 중복되는 세그먼트 영역을 제외한 복수의 차이 세그먼트 영역을 도출하는 단계; 상기 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 차이 세그먼트 영역을 추출하는 단계; 및 상기 표준 유역과 추출된 상기 차이 세그먼트 영역을 통합한 영역의 경계를 상기 최종 유역경계로 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 목적은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 수치표고모델을 기초로 유역경계를 산출하는 유역경계 산출장치에 있어서, 외부 서버로부터 표준 유역분할 지도를 수신하여 저장하는 표준데이터 저장부; 사용자로부터 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력받기 위한 사용자 인터페이스부; 상기 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 상기 대상 위치를 출구로 하는 제1 유역을 산출하는 모델기반 경계산출부; 및 상기 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 상기 제1 유역의 경계 일부를 반영하여 최종 유역경계를 산출하는 최종경계 산출부를 포함하는 유역경계 산출장치에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 최종경계 산출부는, 상기 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역을 추출하는 표준유역 추출부; 및 상기 제1 유역의 일부 경계와 상기 대상 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하는 경계합성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 경계합성부는, 상기 대상 표준 유역이 최상류에 대응하는 유역이 아닌 경우, 상기 대상 표준 유역의 상류에 해당하는 상기 표준 유역을 통합하여 상기 최종 유역경계를 산출할 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수치표고모델 기반으로 유역경계를 산출할 때에 유관기관에서 제공하는 표준 유역경계에 부합하는 유역경계를 산출할 수 있어 산출결과물에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래 기술과 같이 어그리 버닝(Agree Burning) 기법에 의한 수치표고모델 셀 값을 반복적으로 변경하는 작업 없이 유역경계를 산출할 수 있어 프로그램 복잡도나 프로세싱에 소요되는 시간을 크게 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수치표고모델 기반 유역경계 산출 장치의 구성을 나타낸 블록도;
도 2는 국가수자원관리종합정보시스템에서 제공하는 수자원단위지도의 일 예;
도 3은 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역에 사용자로부터 입력된 대상 위치가 포함된 예를 보여주는 도면;
도 4는 대상 표준 유역과 초기산출 유역의 일부를 확대한 것으로, 차이 세그먼트 영역을 설명하기 위한 참고도;
도 5는 대상 위치의 확대를 통하여 차이 세그먼트 영역을 추출하는 예를 설명하기 위한 참고도;
도 6은 대상 표준 유역과 도 5에서 추출된 차이 세그먼트 영역을 기초로 최종 유역경계를 산출하는 예를 설명하기 위한 참고도;
도 7은 초기산출 유역의 경계와 표준 유역의 경계가 서로 만나지 않는 예를 도시한 도면;
도 8은 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역 외부에 대상 위치가 존재할 때, 차이 세그먼트 영역을 도출하는 예를 설명하기 위한 참고도;
도 9는 도 8에서 도출된 차이 세그먼트 영역을 기초로 최종 유역경계를 산출하는 예를 설명하기 위한 참고도;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수치표고모델 기반 유역경계 산출 방법을 나타낸 흐름도;
도 11은 대상 위치가 표준 유역 내에 포함될 때 최종 유역경계를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도; 및
도 12는 대상 위치가 포함되는 표준 유역이 존재하지 않을 때 최종 유역경계를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 유역경계 산출장치(100)는 수치표고모델을 기반으로 하천으로 물이 모여 흘러드는 주변 지역에 해당하는 유역의 경계를 산출한다. 참고로, 수치표고모델은 국토를 복수의 격자 셀(Grid cell) 단위로 나누고, 각 격자 셀에 대응하는 영역의 표고를 수치 형태로 기록하여 지형의 기복을 표현한 모델이다. 이러한 수치표고모델은 지형도의 등고선을 이용하거나 항공사진 측량, LIDAR 측량 등을 통해 파악된 표고를 기초로 생성될 수 있으며, 국토지리정보원을 비롯한 유관기관에서는 한반도에 대한 수치표고모델을 구축해 제공하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유역경계 산출장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 유역경계 산출장치(100)는 사용자 인터페이스부(10), 표준데이터 저장부(20), 모델기반 경계산출부(30), 및 최종경계 산출부(40)를 포함한다.
사용자 인터페이스부(10)는 유역경계를 산출하는 과정에서 사용자로부터 필요한 입력을 받고, 각종 정보를 표시하기 위한 구성으로, 키보드, 마우스, 키패드 등의 정보 입력을 위한 입력수단과 각종 영상, 처리 결과, GUI(Graphic User Interface) 등을 표시하는 디스플레이 수단, 입출력을 하나의 디바이스를 통해 제공하는 터치스크린 등을 비롯하여 다양한 입출력 수단으로 구현될 수 있다.
사용자 인터페이스부(10)를 통하여 사용자는 유역을 산출할 수치표고모델을 업로드할 수 있으며, 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력할 수 있다.
표준데이터 저장부(20)는 표준 유역분할 지도를 저장한다. 여기서, 표준 유역분할 지도는 정부나 유관기관에서 제공하는 유역단위 지도로 일정 기준에 따라 유역을 분할하여 나타낸 지도를 의미한다.
예컨대, 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서는 국가 차원의 수자원 개발, 계획, 및 관리업무의 효율적 추진과 물관련 기관 간 자료의 공동활용을 목적으로 유역단위의 표준 지도의 일환으로서 대권역, 중권역, 및 소유역의 계층별 수자원단위지도를 제공하고 있다. 참고로, 2011년에 제작된 수자원단위지도(Ver3.0)는 대권역 21개, 중권역 117개, 소유역 850개로 구성된다.
도 2는 WAMIS에서 제공하는 수자원단위지도의 일 예로서 중권역 수자원단위지도의 일부를 나타낸 것이다.
도 2와 같은 수자원단위지도를 통해서 분할된 각 유역의 위치 및 경계를 파악할 수 있다. 뿐만 아니라, WAMIS에서는 각 유역마다 부여된 식별코드, 유역명, 분할지점, 유역면적(km2), 유역둘레(km), 상류유역면적(km2) 등 유역에 관한 정보를 함께 제공하고 있다.
이와 같이, 표준데이터 저장부(20)는 전술된 WAMIS가 제공하는 대권역, 중권역, 소유역의 수자원단위지도와 같이 정부나 유관기관에서 운영하는 외부의 서버로부터 표준 유역분할 지도를 수신하여 저장한다.
모델기반 경계산출부(30)는 사용자로부터 입력된 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 입력된 대상 위치를 출구로 하는 유역을 산출한다. 모델기반 경계산출부(30)는 예컨대, 8개의 흐름방향 격자(Flow direction grid)를 활용하는 'D-8' 알고리즘을 비롯하여 수치표고모델을 구성하는 각 격자 셀별 흐름방향과 경사도를 연산하는 다양한 공지된 알고리즘을 탑재하고, 이를 기초로 대상 위치를 출구로 하는 유역을 산출할 수 있다. 이와 같이, 수치표고모델의 격자 셀 값을 기초로 유수의 흐름 방향을 분석하여 임의의 위치를 출구로 하는 유역을 산출하는 알고리즘은 공지되어 있는바, 설명의 간략화를 위하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 용어의 구분을 위하여 모델기반 경계산출부(30)에서 수치표고모델의 격자 셀 값을 이용한 다양한 흐름방향 분석 알고리즘을 기반으로 산출된 유역을 '초기산출 유역'으로 지칭하기로 한다.
최종경계 산출부(40)는 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 전술된 바와 같이 모델기반 경계산출부(30)에서 산출된 초기산출 유역의 경계를 함께 반영하여 최종적인 유역 경계를 산출한다.
도 1을 참조하면, 최종경계 산출부(40)는 표준유역 추출부(41) 및 경계합성부(43)로 세분화된다.
표준유역 추출부(41)는 표준데이터 저장부(20)에 저장된 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 사용자로부터 입력된 대상 위치를 포함하는 표준 유역을 추출한다. 다만, 상황에 따라 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하지 않는 경우도 있다. 이하에서는 표준유역 추출부(41)를 통하여 추출된 표준 유역을 '대상 표준 유역'으로 지칭한다.
경계합성부(43)는 모델기반 경계산출부(30)에서 산출된 초기산출 유역의 적어도 일부 경계와 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하여 최종 유역의 경계를 산출한다. 이때, 초기산출 유역 경계와 표준 유역 경계를 합성하는 구체적인 과정은 사용자로부터 입력된 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역의 유무에 따라 달라질 수 있다.
도 3 내지 도 9는 경계합성부(43)의 동작을 설명하기 위한 참고도이다. 이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역의 유무에 따라 두 가지 케이스로 나누어 경계합성부(43)의 동작을 설명하기로 한다.
첫 번째 케이스로서, 표준유역 추출부(41)에서 대상 표준 유역이 추출된 경우, 즉, 표준 유역분할 지도에서 사용자로부터 입력된 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하는 경우를 상정한다.
도 3을 참조하면, 표준 유역분할 지도에 따른 제1 표준 유역(S1)과 제2 표준 유역(S2) 중 제1 표준 유역(S1)에 사용자로부터 입력된 대상 위치(O1)가 포함된 예를 보여준다. 참고로, 도 3에서는 표준 유역(S1, S2)의 경계는 실선으로 도시되어 있으며, 모델기반 경계산출부(30)에서 산출된 초기산출 유역(R1)의 경계는 점선으로 도시되어 있다.
이와 같이, 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하는 경우, 경계합성부(43)는 대상 표준 유역(S1)에 대한 초기산출 유역(R1)의 차이 연산, 즉, S1 - R1을 수행하여 복수의 차이 세그먼트 영역을 도출하고, 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 대상 위치(O1)를 포함하는 차이 세그먼트 영역을 추출한다.
도 4는 대상 표준 유역(S1)과 초기산출 유역(R1)의 일부를 확대한 것으로, 차이 세그먼트 영역을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4와 같이 확대해보면, 실선으로 표시된 표준 유역(S1)의 경계와 점선으로 표시된 초기산출 유역(R1)의 경계가 서로 정확하게 일치하지 않음을 확인할 수 있다. 이는 표준 유역분할 지도를 생성할 때 사용한 수치표고모델과 사용자로부터 입력된 수치표고모델의 표고 측정 주체나 방법에 따라 측정된 표고값이 서로 다를 수 있고, 유역경계를 산출할 때 이용된 알고리즘에 따라 서로 다른 유역경계가 산출될 수 있기 때문이다.
따라서, 대상 표준 유역(S1)에 대한 초기산출 유역(R1)의 차이 연산 S1 - R1을 수행하면, 도 4에 빗금으로 도시된 바와 같이 다수의 차이 세그먼트 영역(d1~d4)이 도출될 수 있다. 도 4에서는 편의상 4개의 차이 세그먼트 영역이 도출된 예가 도시되었으나, 실제로는 서로 다른 크기의 매우 많은 차이 세그먼트 영역이 도출될 수 있다. 이와 같이, S1 - R1 연산 수행에 따른 차이 세그먼트 영역은 대상 표준 영역(S1)과 초기산출 유역(R1)이 서로 중복되는 세그먼트 영역을 제외한 대상 표준 유역(S1)의 부분 영역을 의미한다.
경계합성부(43)는 복수의 차이 세그먼트 영역(d1~d4) 중에서 초기산출 유역(R1)의 출구에 해당하는 대상 위치(O1)를 경계상의 일 점으로 포함하는 차이 세그먼트 영역인 d4를 추출한다.
이를 위하여, 경계합성부(43)는 복수의 차이 세그먼트 영역(d1~d4) 중에서 대상 위치(O1)를 수치표고모델의 격자 셀 크기의 기설정된 비율만큼 확대한 확대공간과 교차되는 차이 세그먼트 영역을 추출함으로써 d4를 추출할 수 있다.
도 5는 대상 위치의 확대를 통하여 차이 세그먼트 영역을 추출하는 과정을 설명하기 위한 참고도로서, 수치표고모델의 일부로서 3X3 격자를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 수치표고모델의 격자 셀(501) 크기의 기설정된 비율, 예컨대, 50%를 초과하는 비율만큼 대상 위치(O1)를 확대하여 생성된 확대공간(503)과 교차되는 차이 세그먼트 영역 d4를 추출한다. 참고로, 대상 위치의 확대는 버퍼링(Buffering) 연산을 통하여 수행될 수 있다. 버퍼링 연산은 특정 공간을 소정의 비율만큼 확대하는 기능으로서, 벡터 공간 분석을 위한 소프트웨어에서 널리 활용되고 있는 연산이므로 설명의 간략화를 위하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 대상 위치를 경계상의 일 점으로 포함하는 차이 세그먼트 영역인 교차 세그먼트 영역이 추출되면, 경계합성부(43)는 대상 표준 유역으로부터 교차 세그먼트 영역을 감하는 차이(difference) 연산을 수행한다.
이때, 대상 표준 유역이 최상류에 해당하는 경우, 대상 표준 유역으로부터 교차 세그먼트 영역을 감한 영역의 경계가 바로 최종 유역경계가 된다. 이와 달리, 대상 표준 유역이 최상류에 대응하는 유역이 아닌 경우, 경계합성부(43)는 대상 표준 유역의 상류에 해당하는 표준 유역을 통합하여 최종 유역경계를 산출하게 된다. 이를 위하여, 경계합성부(43)는 표준 유역분할 지도의 각 유역이 최상류 유역인지 여부 및 해당 유역의 상류 유역을 파악할 수 있는 정보가 저장된 데이터 테이블을 저장할 수 있다.
도 6은 대상 표준 유역과 추출된 차이 세그먼트 영역을 기초로 최종 유역경계를 산출하는 과정을 설명하기 위한 참고도이다. 참고로, 표준 유역 S2는 최상류 유역으로서 표준 유역 S1의 상류 유역으로 가정한다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 대상 표준 유역(S1)으로부터 교차 세그먼트 영역(d4)을 감하여, 즉, S1 - d4을 통하여 산출되는 영역(601)에 대상 표준 유역(S1)의 상류 유역에 해당하는 표준 유역인 S2를 통합한 영역 T1의 경계를 최종 유역경계로 산출하고 있다. 참고로, T1 영역은 빗금으로, T1의 경계인 최종 유역경계는 굵은 실선으로 도시되어 있다.
참고로, 전술된 실시예에서는 대상 표준 유역인 S1에서 교차 세그먼트 영역 d4를 먼저 감하고, 그 이후에 최상류 유역인 S2를 통합하여 최종 유역경계를 산출하는 것으로 설명하였으나, 이와는 달리 대상 표준 유역 S1에 최상류 유역인 S2를 먼저 더하고, 그 이후 교차 세그먼트 영역 d4를 감하는 순서로 진행될 수도 있다. 즉, (S1 + S2) - d4를 통하여 최종 유역경계를 산출할 수 있다. 이에 따르면, 연산 순서는 상이하지만 산출되는 최종 유역경계는 동일하다.
한편, 도 3 내지 도 6에서는 초기산출 유역의 경계와 표준 유역 경계의 적어도 일부가 교차되는 예가 도시되었으나, 대상 위치의 구체적인 위치에 따라서 초기산출 유역의 경계가 표준 유역의 경계와 만나지 않을 수도 있다.
도 7은 초기산출 유역의 경계와 표준 유역의 경계가 서로 만나지 않는 예를 보여준다.
도 7을 참조하면, 초기산출 유역(R2)이 아일랜드(Island) 형태로 표준 유역(S1) 내부에 고립된 예를 보여준다.
도 7에 도시된 바와 같이, 초기산출 유역의 경계와 표준 유역의 경계가 서로 만나지 않는 때에는 초기산출 유역이 최종 유역경계가 된다. 즉, 도 7에서는 R2의 경계가 바로 최종 유역경계로 산출된다.
이와 같이, 초기산출 유역의 경계와 표준 유역의 경계가 서로 만나지 않는 경우는 표준 유역이 상대적으로 광역일 때, 예컨대, 대권역 지도 적용시 초기산출 유역의 경계와 표준 유역의 경계가 서로 만나지 않는 경우가 발생될 수 있다. 따라서, 협역인 표준 유역을 적용하면 위와 같이 두 경계가 서로 만나지 않는 경우가 발생할 가능성이 더 적으므로, 최종 유역경계 산출시 공인 유역경계의 활용범위를 증가시키기 위해서는 상대적으로 협역인 표준 유역을 적용하는 것이 바람직하다.
이어서, 두 번째 케이스로서, 전술된 첫 번째 케이스와는 반대로 표준유역 추출부(41)에서 대상 표준 유역이 추출되지 않는 경우, 즉, 표준 유역분할 지도에서 사용자로부터 입력된 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하지 않는 경우를 상정할 수 있다. 이와 같은 케이스는 표준 유역분할 지도가 전국을 커버하도록 작성된 경우는 발생되지 않으며, 표준 유역분할 지도 작성시 유역분할에서 제외된 일부 영역이 존재할 때 발생될 수 있다.
도 8은 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역이 S3, S4로 2개 존재할 때, 대상 위치(O3)가 표준 유역(S3, S4)에 포함되지 않고 그 외부에 존재하는 예를 보여준다. 참고로, 표준 유역 S3은 최상류 유역으로서 표준 유역 S4의 상류 유역으로 가정한다. 한편, 표준 유역(S3, S4)의 경계는 실선으로, 초기산출 유역(R3)의 경계는 점선으로 도시하였다.
이때에는, 경계합성부(43)는 모델기반 경계산출부(30)를 통해 산출된 초기산출 유역(R3)에 대한 표준 유역(S3, S4)의 차이 연산, 즉, R3 - (S3 + S4) 연산을 수행하여 복수의 차이 세그먼트 영역(d5~d7)을 도출한다. 도출된 차이 세그먼트 영역(d5~d7)은 빗금으로 도시하였다.
이와 같이, 초기산출 유역에 대한 표준 유역의 차이 연산시, 표준 유역분할 지도의 전체 표준 유역에 대해서 차이 연산을 하지 않고, 표준 유역분할 지도 내 복수의 표준 유역 중 초기산출 유역과 중첩되는 면적이 가장 큰 표준 유역의 집합 영역에 대해서 수행하면 된다. 도 8을 예로 들면, 초기산출 유역 R3와 중첩되는 유역은 S3, S4이므로 가장 큰 표준 유역의 집합인 S3 + S4 영역에 대해서 수행하면 된다.
참고로, 도 8에서는 표현의 편의상 3개의 차이 세그먼트 영역만이 도출된 예가 도시되었으나, 실제로는 서로 다른 크기의 매우 많은 차이 세그먼트 영역이 도출될 수 있다.
경계합성부(43)는 도출된 복수의 차이 세그먼트 영역(d5~d7) 중에서 대상 위치(O3)와 교차되는, 다시 말해 대상 위치(O3)를 영역의 경계상의 일 점으로 포함하는 차이 세그먼트 영역인 d7을 추출한다.
도 9는 도 8에서 도출된 차이 세그먼트 영역을 기초로 최종 유역경계를 산출하는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 9를 참조하면, 기본적으로, 차이 연산시 적용된 표준 유역(S3, S4)와 추출된 차이 세그먼트 영역 d7을 통합한 영역, 즉, S3 + S4 + d7을 기초로 최종 유역경계를 산출하되, 전술된 예와 동일하게, 차이 연산시 적용된 표준 유역이 최상류 유역이 아닌 경우, 해당 표준 유역의 상류 유역을 통합한 영역의 경계를 최종 유역경계로 산출하게 된다. 참고로, 도 9에서는 S3가 최상류 유역으로 가정하였으므로, 또 다른 표준 유역의 통합 없이 S3 + S4 + d7가 최종 유역경계가 된다. 도 9에서 T2 영역은 빗금으로, T2의 경계인 최종 유역경계는 굵은 실선으로 도시되어 있다.
이때, 표준 유역(S3, S4)와 추출된 차이 세그먼트 영역인 d7을 통합하는 연산은 소수점을 포함하는 실수(Floating number) 기반의 연산이므로, 폴리곤 형태의 두 영역을 통합할 때 두 폴리곤이 빈틈없이 하나의 폴리곤으로 통합되지 않고 두 폴리곤 사이에 불필요한 폴리곤인 슬리버 폴리곤(Sliver polygon)이 생성되는 경우가 있다.
이와 같은 슬리버 폴리곤이 생성되는 것을 방지하기 위하여, 경계합성부(43)는 표준 유역과 차이 세그먼트 영역을 통합하기 전에 두 영역 중 적어도 하나의 영역을 격자 셀 크기의 소정 비율만큼 확대한 후 통합할 수 있다. 영역의 확대 또한 전술된 바와 같이 버퍼링 연산을 통하여 수행될 수 있다. 이때, 일단 버퍼링 연산 없이 두 영역을 통합한 이후 슬리버 폴리곤의 발생 여부에 따라 버퍼링 연산을 수행하여 확대 후 다시 통합을 수행할 수도 있으며, 또는 슬리버 폴리곤 발생 여부 확인 없이 무조건 버퍼링 연산 이후 통합 연산을 수행하도록 구현될 수도 있음은 물론이다.
한편, 표준 유역분할 지도에서 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하지 않는 경우에도 대상 위치에 따라서 초기 산출유역의 경계가 표준 유역의 경계와 서로 만나지 않는 경우가 존재할 수 있다. 즉, 도 7에서는 표준 유역 내부에 아일랜드 형태로 초기산출 유역이 산출되었으나, 이와 유사하게 초기산출 유역이 표준 유역의 외부에서 분리된 아일랜드 형태로 산출되는 경우가 발생될 수 있다. 이때에도 초기 산출유역이 바로 최종 유역경계가 된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 최종경계 산출부(40)는 사용자로부터 입력된 대상 위치의 표준 유역의 포함 여부에 따라 구분 처리하여 최종 유역경계를 산출한다.
최종경계 산출부(40)를 통하여 산출된 최종 유역경계는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 디스플레이되어 사용자에게 제공될 수 있다. 이때, 최종 유역경계는 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 적어도 일부 경계와 모델기반 경계산출부(30)를 통하여 산출된 초기산출 유역의 적어도 일부 경계가 합성된 형태이므로, 최종 유역경계 중 표준 유역분할 지도에 따른 경계와 모델기반 경계산출부(30)를 통하여 산출된 경계를 색상이나 선 속성을 달리 적용하여 서로 구분되도록 표시함으로써 사용자로 하여금 표준 유역분할 지도에 따른 유역 경계 대비 변경된 부분을 쉽게 파악하도록 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 유역경계 산출방법을 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 10을 참조하여, 전술된 유역경계 산출장치(100) 구성의 유기적인 동작을 살펴보기로 한다.
우선, 표준 유역분할 지도를 저장하는 것이 전제된다(S10). 표준 유역분할 지도는 정부나 유관기관에서 운영하는 외부 서버로부터 수신하거나, 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 사용자로부터 직접 업로드될 수도 있다. 저장된 표준 유역분할 지도는 유역 경계 산출시 기초 자료로 활용된다.
이어서, 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 사용자로부터 수치표고모델과 해당 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력받는다(S20).
이와 같이, 수치표고모델과 대상 위치가 입력되면, 입력된 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 대상 위치를 출구로 하는 초기산출 유역을 산출한다(S30). 초기산출 유역은 'D-8'알고리즘을 비롯하여 수치표고모델을 구성하는 각 격자 셀 값을 기초로 흐름방향과 경사도를 연산하는 다양한 공지된 알고리즘을 이용하여 산출될 수 있음은 전술된 바와 같다.
이어서, 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 초기산출 유역의 경계 일부를 반영하여 최종 유역경계를 산출하는 프로세스가 후속된다(S40).
최종 유역경계의 산출은 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역 경계와 알고리즘 기반으로 산출된 초기산출 유역 경계의 적어도 일부를 합성하는 프로세스로서, 사용자로부터 입력된 대상 위치가 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역 내에 포함되는지 여부에 따라 세부 프로세스로 구분될 수 있다. 이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 대상 위치의 표준 유역 내 포함 여부에 따른 최종 유역경계 산출 방법을 각각 설명하기로 한다.
도 11은 대상 위치가 표준 유역 내에 포함될 때 최종 유역경계를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역을 추출한다(S100). 이때, 대상 위치를 포함한다는 것은 대상 위치가 표준 유역의 내부에 포함되는 것뿐만 아니라, 대상 위치가 표준 유역의 경계선상에 위치하는 것도 포괄하는 의미이다. 한편, 대상 위치가 서로 다른 두 개의 표준 유역의 경계선상에 위치할 때에는 모델기반 경계산출부(30)에서 산출된 초기산출 유역과 더 많이 중복되는 표준 영역을 대상 표준 유역으로 추출할 수 있다.
이어서, 대상 표준 유역에 대한 초기산출 유역의 차(Difference) 연산을 통하여 복수의 차이 세그먼트 영역을 도출하고, 도출된 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 대상 위치를 영역의 경계상의 일 점으로 포함하는 차이 세그먼트 영역을 추출한다(S110, S120). 이때, 전술된 바와 같이, 버퍼링 연산을 통하여 대상 위치를 격자 셀의 크기의 기설정된 비율만큼 확대하여 생성된 확대공간과 교차되는 차이 세그먼트 영역을 추출할 수 있다.
이와 같이, 교차되는 세그먼트 영역이 추출되면, 대상 표준 유역으로부터 추출된 교차 세그먼트 영역을 감하는 Difference 연산을 수행한다(S130). 위 difference 연산시 적용된 대상 표준 유역이 최상류 영역이면 산출된 영역의 경계가 최종 유역경계가 되고, 최상류 영역이 아닌 경우, S130 단계에서 산출된 영역에 대상 표준 영역의 상류에 해당하는 표준 유역을 모두 통합한 영역의 경계가 최종 유역경계가 된다(S140, S150, S160).
한편, 도 11에 도시된 각 단계는 필요에 따라 적절히 수정되거나 추가될 수도 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이 Difference 연산을 먼저 수행하고 그 이후 대상 표준 유역의 상류에 해당하는 표준 유역을 통합해도 되지만, 상류에 해당하는 표준 유역을 먼저 통합하고 통합된 영역에서 교차 세그먼트 영역을 감하는 순서로 구현되는 것도 가능하다.
도 12는 대상 위치가 포함되는 표준 유역이 존재하지 않을 때 최종 유역경계를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 모델기반 경계산출부(30)에서 산출된 초기산출 유역에 대한 표준 유역의 차이 연산, 즉, 초기산출 유역 - 표준 유역 연산을 통하여 초기산출 유역과 표준 유역이 서로 중복되는 세그먼트 영역을 제외한 초기산출 유역의 차이 세그먼트 영역을 도출한다(S200). 이와 같이, 초기산출 유역과 차이 연산을 수행할 때 표준 유역분할 지도 내 복수의 표준 유역 중 초기산출 유역과 중첩되는 면적이 가장 큰 표준 유역의 집합 영역에 대해서 수행하면 됨은 전술된 바와 같다.
전술된 단계를 통하여 도출된 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 사용자로부터 입력된 대상 위치를 포함하는 차이 세그먼트 영역을 추출한다(S210). 여기서, 대상 위치를 포함한다는 것은 대상 위치가 경계선상에 위치하는 것도 포괄하는 의미로서, 복수의 차이 세그먼트 영역 중 영역의 경계선 상에서 대상 위치와 교차되는 차이 세그먼트 영역을 추출할 수 있다.
이어서, 추출된 차이 세그먼트 영역과 S200 단계에서 차이 연산시 적용된 표준 유역을 통합한다(S220). 이때, 전술된 예와 동일하게 통합 연산시 적용된 표준 유역이 최상류 유역인 경우 S220 단계를 통해 산출된 영역의 경계가 최종 유역경계가 되며, 이와 반대로, 통합 연산시 적용된 표준 유역이 최상류 유역이 아닌 때에는 해당 표준 유역의 상류 유역을 통합한 영역의 경계를 최종 유역경계으로 산출하게 된다(S230, S240, S250).
한편, 슬리버 폴리곤이 발생되지 않도록 통합 수행 전에 버퍼링을 통하여 두 영역 중 적어도 하나의 영역을 미리 소정 비율 확대한 이후 통합을 수행할 수 있고, 또는 일단 통합한 이후 슬리버 폴리곤이 발생된 때 버퍼링하여 다시 통합을 수행할 수 있음은 전술된 바와 같다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 다른 유역경계 산출장치 및 방법에 의하면, 수치표고모델 기반으로 유역경계 산출시 공인된 표준 유역분할 지도에 따른 경계에 최대한 부합하는 유역경계를 산출할 수 있어 산출결과물에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다. 또한, 종래 기술과 같이 어그리 버닝 기법에 의한 수치표고모델의 셀 값을 반복적으로 변경하는 과정 없이 유역경계를 산출할 수 있어 프로그램 복잡도나 프로세싱에 소요되는 시간을 많이 감소시킬 수 있다.
전술된 본 발명에 따른 유역경계 산출 장치는 RAM, ROM 등과 같은 적어도 하나의 형태의 메모리를 포함하는 메모리 장치에 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서를 구비하는 장치로 구현될 수 있다. 프로세서는 범용 또는 특정 용도 프로세서일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 유역경계 산출 장치 및 방법은 디지털 전자회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 또한 컴퓨터상에서 실행될 때 본 발명에 따른 유역경계 산출 방법을 제공하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현 가능하다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품은 프로그램 가능 프로세서에 의해 실행되기 위해 기계 판독 가능한 코드를 포함하는 저장 매체로 구현된다. 따라서, 본 발명은 컴퓨터상에서 실행될 때 전술된 바와 같은 유역경계 산출방법을 실행하기 위한 명령을 제공하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 기계 판독 가능 저장 매체로 구현될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 사용자 인터페이스부 20: 표준데이터 저장부
30: 모델기반 경계산출부 40: 최종경계 산출부
41: 표준유역 추출부 42: 경계합성부

Claims (9)

  1. 수치표고모델을 기초로 유역경계를 산출하는 유역경계 산출장치에 의하여 수행되는 유역경계 산출방법에 있어서,
    외부 서버로부터 표준 유역분할 지도를 수신하여 저장하는 단계;
    사용자 인터페이스부를 통하여 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력받는 단계;
    상기 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 상기 대상 위치를 출구로 하는 제1 유역을 산출하는 단계; 및
    상기 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 상기 제1 유역의 경계의 일부를 반영하여 최종 유역경계를 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 최종 유역경계를 산출하는 단계는,
    상기 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역을 추출하는 단계; 상기 제1 유역의 일부 경계와 상기 대상 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하는 단계; 및 상기 대상 표준 유역이 최상류에 대응하는 유역이 아닌 경우, 상기 대상 표준 유역의 상류에 해당하는 상기 표준 유역을 통합하여 상기 최종 유역경계를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유역경계 산출방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유역의 일부 경계와 상기 대상 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하는 단계는,
    상기 대상 표준 유역에 대한 상기 제1 유역의 차이 연산을 통하여 상기 대상 표준 유역과 상기 제1 유역이 서로 중복되는 세그먼트 영역을 제외한 복수의 차이 세그먼트 영역을 도출하는 단계;
    상기 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 상기 대상 위치를 영역의 경계상의 일 점으로 포함하는 차이 세그먼트 영역인 교차 세그먼트 영역을 추출하는 단계; 및
    상기 대상 표준 유역으로부터 상기 교차 세그먼트 영역을 감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유역경계 산출방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교차 세그먼트 영역을 추출하는 단계는,
    상기 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 상기 대상 위치를 상기 격자 셀의 크기의 기설정된 비율만큼 확대하여 생성된 확대공간과 교차되는 차이 세그먼트 영역을 상기 교차 세그먼트 영역으로 추출하는 것을 특징으로 하는 유역경계 산출방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 표준 유역이 존재하지 않을 때에 상기 최종 유역경계를 산출하는 단계는,
    상기 제1 유역에 대한 상기 표준 유역의 차이 연산을 통하여 상기 제1 유역과 상기 표준 유역이 서로 중복되는 세그먼트 영역을 제외한 복수의 차이 세그먼트 영역을 도출하는 단계;
    상기 복수의 차이 세그먼트 영역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 차이 세그먼트 영역을 추출하는 단계; 및
    상기 표준 유역과 추출된 상기 차이 세그먼트 영역을 통합한 영역의 경계를 상기 최종 유역경계로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유역경계 산출방법.
  6. 제1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 유역경계 산출방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  7. 수치표고모델을 기초로 유역경계를 산출하는 유역경계 산출장치에 있어서,
    외부 서버로부터 표준 유역분할 지도를 수신하여 저장하는 표준데이터 저장부;
    사용자로부터 수치표고모델을 기초로 산출할 유역의 출구에 해당하는 대상 위치를 입력받기 위한 사용자 인터페이스부;
    상기 수치표고모델의 격자 셀의 값을 기초로 상기 대상 위치를 출구로 하는 제1 유역을 산출하는 모델기반 경계산출부; 및
    상기 표준 유역분할 지도에 따른 표준 유역의 경계를 기준으로 상기 제1 유역의 경계 일부를 반영하여 최종 유역경계를 산출하는 최종경계 산출부를 포함하고,
    상기 최종경계 산출부는, 상기 표준 유역분할 지도에 따른 복수의 표준 유역 중에서 상기 대상 위치를 포함하는 대상 표준 유역을 추출하는 표준유역 추출부; 및 상기 제1 유역의 일부 경계와 상기 대상 표준 유역의 적어도 일부 경계를 합성하는 경계합성부를 포함하며,
    상기 경계합성부는, 상기 대상 표준 유역이 최상류에 대응하는 유역이 아닌 경우, 상기 대상 표준 유역의 상류에 해당하는 상기 표준 유역을 통합하여 상기 최종 유역경계를 산출하는 것을 특징으로 하는 유역경계 산출장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
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