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10. 벡터 공간 분석(버퍼)

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목적:

벡터 공간 분석에서의 버퍼 작업의 활용을 이해하기

키워드:

벡터, 버퍼 구역(buffer zone), 공간 분석(spatial analysis), 버퍼 거리(buffer distance), 융해 경계선(dissolve boundary), 외향(outward) 및 내향(inward) 버퍼, 다중 버퍼(multiple buffer)

10.1. 개요

공간 분석(spatial analysis) 은 공간 분석을 이용해서 GIS 데이터로부터 새롭고 추가적인 의미를 추출합니다. 일반적으로 GIS 응용 프로그램을 통해 공간 분석을 수행합니다. GIS 응용 프로그램은 보통 객체 통계(예: 이 폴리라인을 구성하는 꼭짓점은 몇 개인가?) 또는 객체 버퍼 작업 같은 지리 정보 처리(geoprocessing) 용 공간 분석 도구들을 제공합니다. 사용되는 공간 분석 유형은 대상 영역에 따라 다양하게 달라집니다. 수역 관리 및 연구(수문학)에 종사하는 사람들은 지형을 분석하고 지형을 따라 흐르는 물을 모델링하는 데 가장 관심을 가질 것입니다. 야생 동식물을 관리하는 사람들은 야생 동식물의 점 위치(point location)와 환경과의 관계를 다루는 분석 기능에 관심이 있겠죠. 이 단원에서는 벡터 데이터를 이용해서 수행할 수 있는 유용한 공간 분석의 예시로 버퍼 작업을 설명할 것입니다.

10.2. 버퍼 작업을 더 자세히

버퍼 작업(buffering) 은 일반적으로 2개의 영역을 생성합니다: 첫 번째는 선택된 실제 세계 객체에서 지정한 거리의 안쪽 영역이고 두 번째는 지정한 거리의 바깥쪽 영역입니다. 지정한 거리 안쪽의 영역을 버퍼 영역(buffer zone) 이라 합니다.

버퍼 영역 이란 실제 세계 객체를 서로에게서 떨어뜨려 놓는 역할을 수행하는 모든 영역을 말합니다. 자연 환경을 보호하기 위해, 산업 또는 자연 재해로부터 주거 및 상업 구역을 보호하기 위해, 또는 폭력을 예방하기 위해 버퍼 영역을 설정하는 경우가 많습니다. 버퍼 영역의 흔한 유형으로는 주거 및 상업 지역 사이의 그린벨트, 나라 사이의 국경 지역(그림 10.7 참조), 공항 주변의 소음 보호 지역, 또는 하천을 따라 지정된 오염 보호 지역 등이 있습니다.

../../_images/buffer_zone.png

그림 10.7 미합중국과 멕시코 사이의 국경은 버퍼 영역으로 분리되어 있습니다. (사진: 짐 그린힐 병장, 2006년)

GIS 응용 프로그램에서 버퍼 영역은 언제나 다른 폴리곤, 라인 또는 포인트 객체를 감싸고 있는 벡터 폴리곤 으로 표현됩니다. (그림 10.8, 그림 10.9, 그림 10.10 를 참조하세요.)

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그림 10.8 벡터 포인트를 감싸는 버퍼 영역

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그림 10.9 벡터 폴리라인을 감싸는 버퍼 영역

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그림 10.10 벡터 폴리곤을 감싸는 버퍼 영역

10.3. 변형된 버퍼 작업

버퍼 작업에는 몇 가지 변형이 존재합니다. 버퍼 거리 또는 버퍼 크기는 각 객체의 벡터 레이어 속성 테이블에 설정된 숫자값에 따라 달라질 수 있습니다. 이 숫자값의 단위는 데이터에 사용된 좌표계의 맵 단위로 정의되어야 합니다. 예를 들면 강둑을 따라 설정된 버퍼 영역의 너비는 인접 토지 이용의 강도에 따라 달라질 수 있습니다. 집약 재배(intensive cultivation)의 경우 유기 농업의 경우보다 버퍼 거리가 더 길어질 수도 있습니다. (그림 10.11 과 table_buffer_attributes 을 참조하세요.)

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그림 10.11 서로 다른 버퍼 거리로 버퍼 작업한 하천들

하천

인접 토지 이용

버퍼 거리(미터)

브레이더(Breede)강

집약 채소 재배

100

코마티(Komati)

집약 면화 재배

150

오렌지(Oranje)

유기 농업

50

텔(Telle)강

유기 농업

50

버퍼 속성 테이블 1: 인접 토지 이용 관련 정보를 기반으로 하천에 따라 서로 다른 버퍼 거리를 지정한 속성 테이블

하천 또는 도로 같은 폴리라인 객체를 감싸는 버퍼가 꼭 라인 양쪽에 있어야 할 이유는 없습니다. 라인 객체의 왼쪽 또는 오른쪽 한쪽에만 있을 수도 있죠. 이런 경우 디지타이즈 작업 시 라인의 시작 포인트에서 종단 포인트로 가는 방향을 기준으로 왼쪽 또는 오른쪽을 결정합니다.

10.3.1. 다중 버퍼 영역

객체가 하나 이상의 버퍼 영역을 가질 수도 있습니다. 핵발전소는 10, 15, 25 및 30km 거리의 버퍼를 가질 수도 있습니다. 즉 피난 계획의 일환으로 발전소 주위에 다중 고리를 형성한다는 뜻입니다. (그림 10.12 참조)

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그림 10.12 포인트 객체를 10, 15, 25 및 30km 거리로 버퍼 작업

10.3.2. 경계선을 그대로 또는 융해해서 버퍼 작업

버퍼 영역은 버퍼 영역들 사이에 중첩되는 영역이 없도록 경계선을 융해(dissolve)하는 경우가 많습니다. 하지만 버퍼 영역의 경계선들을 그대로 유지하는 편이 유용한 경우도 있을 수 있습니다. 각 버퍼 영역을 개별 폴리곤으로 두고 중첩되는 영역을 식별할 수 있도록 말이죠. (그림 10.13 를 참조하세요.)

../../_images/buffer_dissolve.png

그림 10.13 융해된 경계선을 가진 버퍼 영역(왼쪽) 과 경계선을 그대로 유지한 채 중첩 영역을 보여주는 버퍼 영역(오른쪽)

10.3.3. 외향 및 내향 버퍼 작업

폴리곤 객체를 감싸는 버퍼 영역은 일반적으로 폴리곤 경계에서 바깥쪽으로 확장되지만 폴리곤 경계에서 안쪽으로 버퍼 영역을 생성할 수도 있습니다. 예를 들어 관광국이 로벤(Robben) 섬에 새 도로를 계획하려 하는데 환경법 규제 때문에 도로를 해안선 안쪽으로 최소한 200미터는 떨어뜨려야 한다고 가정해보죠. 이때 내향 버퍼를 사용해서 섬 안쪽으로 200m 라인을 찾아, 이 라인을 침범하지 않게 도로를 계획할 수 있을 겁니다.

10.4. 공통적인 문제들

GIS 응용 프로그램 대부분은 분석 도구로써 버퍼 생성을 지원하지만, 버퍼를 생성하기 위한 옵션은 달라질 수 있습니다. 예를 들면 모든 GIS 응용 프로그램이 라인 객체의 왼쪽 또는 오른쪽 한쪽에만 버퍼를 설정하거나 버퍼 영역의 경계선을 융해하거나 또는 폴리곤 경계에서 안쪽으로 버퍼를 설정하는 기능을 지원하지는 않습니다.

버퍼 거리는 언제나 범자연수(whole number, 정수) 또는 십진수(부동소수점 값)로 정의되어야 합니다. 이 값은 벡터 레이어의 좌표계에 따라 맵 단위(미터, 피트, 십진수도(decimal degree))로 정의됩니다.

10.5. 다른 공간 분석 도구들

버퍼 작업이 중요하고 자주 쓰이는 공간 분석 도구이기는 하지만 사용자들이 GIS에서 사용하고 탐구할 수 있는 다른 도구들도 많습니다.

공간 중첩(spatial overlay) 은 동일한 영역 전체 또는 일부를 공유하는 두 폴리곤 객체 사이의 관계를 식별할 수 있게 해줍니다. 이때 산출 벡터 레이어는 입력 객체들의 정보의 결합체입니다. (그림 10.14 참조)

../../_images/overlay_operations.png

그림 10.14 두 입력 벡터 레이어의 공간 중첩(입력 1: 사각형, 입력 2: 원). 산출 벡터 레이어는 연두색입니다.

다음은 전형적인 공간 중첩의 예시입니다:

  • 교차(intersection): 산출 레이어가 두 입력 레이어가 중첩(교차)하는 모든 영역을 담고 있습니다.

  • 통합(union): 산출 레이어가 두 입력 레이어를 통합한 모든 영역을 담고 있습니다.

  • 대칭 차(symmetrical difference): 산출 레이어가 두 입력 레이어의 전체 영역에서 중첩(교차)하는 영역을 제외한 모든 영역을 담고 있습니다.

  • 차(difference): 산출 레이어가 첫 번째 입력 레이어의 영역에서 두 번째 입력 레이어와 중첩(교차)하지 않는 모든 영역을 담고 있습니다.

10.6. 무엇을 배웠나요?

이제 이번 단원에서 배운 내용을 정리해볼까요:

  • 버퍼 영역 은 실제 세계 객체를 감싸는 영역을 묘사합니다.

  • 버퍼 영역은 항상 벡터 폴리곤 입니다.

  • 객체는 다중 버퍼 영역을 가질 수 있습니다.

  • 버퍼 영역의 크기는 버퍼 거리 로 정의됩니다.

  • 버퍼 거리는 정수 또는 부동소수점 값이어야 합니다.

  • 한 벡터 레이어 안에서도 버퍼 거리는 각 객체마다 다를 수 있습니다.

  • 폴리곤의 버퍼는 폴리곤 경계를 기준으로 내향 일 수도 외향 일 수도 있습니다.

  • 버퍼 경계선을 그대로 유지한 채 또는 융해 해서 버퍼 영역을 생성할 수 있습니다.

  • 버퍼 작업 이외에도, 일반적으로 GIS는 공간 작업을 해결할 수 있는 벡터 분석 도구를 다양하게 제공하고 있습니다.

10.7. 도전해봅시다!

강사와 학생들이 함께 시도해볼 만한 몇 가지 아이디어가 있습니다:

  • 교통량이 급격히 치솟아, 도시계획자들이 주요 도로를 확장해서 두 번째 차선을 추가하려 합니다. 도로를 감싸는 버퍼를 생성해서 버퍼 영역에 들어오는 부동산을 찾아보십시오. (그림 10.15 참조)

  • 시위대를 제어하기 위해, 경찰이 시위대를 건물로부터 적어도 100m는 떨어뜨릴 수 있는 중립지대를 수립하려 합니다. 건물을 감싸는 버퍼를 생성하고 색상을 입혀 행사를 계획하는 사람들이 버퍼 영역의 위치를 볼 수 있게 하십시오.

  • 트럭 생산 공장을 확장하려 합니다. 위치 선정 기준은 대상지가 중장비용 도로에서 1km 이내에 위치할 것을 규정하고 있습니다. 주요 도로를 따라 버퍼를 생성해서 대상지의 위치를 확인할 수 있게 하십시오.

  • 시의회가 학교 또는 교회의 1,000m 버퍼 영역 안에 주류 판매 업소를 금지하는 법을 제정하려 한다고 상상해보십시오. 여러분의 학교 주변으로 1km 버퍼를 생성한 다음 학교에 너무 가까이 있는 주류 판매 업소가 있는지 확인해보십시오.

../../_images/buffer_road.png

그림 10.15 도로 지도(갈색)를 감싸는 버퍼 영역(연두색). 어떤 집이 버퍼 영역 안에 들어오는지 확인할 수 있습니다. 이제 소유주에게 연락해서 도로 확장에 대해 대화할 수 있겠죠.

10.8. 생각해볼 점

사용할 수 있는 컴퓨터가 없다면, 지형도와 나침반을 이용해서 건물 주변에 버퍼 영역을 생성해보십시오. 나침반을 이용해서 해당 객체 전체를 따라 동일한 거리에 작게 연필로 표시한 다음, 자를 이용해서 표시 자국들을 이어보세요!

10.9. 더 읽어볼 거리

서적:

  • Galati, Stephen R. (2006). Geographic Information Systems Demystified. Artech House Inc. ISBN: 158053533X

  • Chang, Kang-Tsung (2006). Introduction to Geographic Information Systems. 3rd Edition. McGraw Hill. ISBN: 0070658986

  • DeMers, Michael N. (2005). Fundamentals of Geographic Information Systems. 3rd Edition. Wiley. ISBN: 9814126195

QGIS 사용자 지침서도 QGIS에서 벡터 데이터를 분석하는 방법에 대한 보다 상세한 정보를 수록하고 있습니다.

10.10. 다음 단원은?

다음 단원에서는 래스터 데이터로 할 수 있는 공간 분석의 예시로 보간(interpolation) 에 대해 자세히 살펴볼 것입니다.