소음문제는 대도시 환경문제 중 주요한 문제 중의 하나로 관심이 높으며, 도시계획과 설계분야에 소음지도의 활용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 기존의 2D 소음지도는 주로 평면적인 소음분포만을 나타내고 있어 최근 고층화, 대형화 되어가는 건물의 각 공간에 대한 미시적 소음분석 및 시각화에는 한계를 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 평면적이고 지역적인 소음분포의 표현에만 머무르고 있는 기존 소음지도의 한계점을 인지하고 소음의 수직적인 분포를 고려하여 공간단위의 소음분석 및 시각화를 위한 데이터모델을 제시하였다. GIS의 토폴로지 구조를 3차원으로 확장함으로써 3차원 공간분석 및 공간단위 시각화가 가능한 3차원 GIS 데이터모델을 제안하고 이를 3차원 소음정보시스템에 적용하고자 하였다. 간단한 3차원 소음정보시스템을 구축하여 3차원 공간질의, 시간대별 3차원 소음시각화, 방음벽의 높이에 따른 소음의 변화량을 시뮬레이션하고 각각의 경우 소음노출가구 및 인구를 정량적으로 산정함으로써 도시계획 및 설계분야에서의 활용가능성을 예시하였다.
소음문제는 대도시 환경문제 중 주요한 문제 중의 하나로 관심이 높으며, 도시계획과 설계분야에 소음지도의 활용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 기존의 2D 소음지도는 주로 평면적인 소음분포만을 나타내고 있어 최근 고층화, 대형화 되어가는 건물의 각 공간에 대한 미시적 소음분석 및 시각화에는 한계를 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 평면적이고 지역적인 소음분포의 표현에만 머무르고 있는 기존 소음지도의 한계점을 인지하고 소음의 수직적인 분포를 고려하여 공간단위의 소음분석 및 시각화를 위한 데이터모델을 제시하였다. GIS의 토폴로지 구조를 3차원으로 확장함으로써 3차원 공간분석 및 공간단위 시각화가 가능한 3차원 GIS 데이터모델을 제안하고 이를 3차원 소음정보시스템에 적용하고자 하였다. 간단한 3차원 소음정보시스템을 구축하여 3차원 공간질의, 시간대별 3차원 소음시각화, 방음벽의 높이에 따른 소음의 변화량을 시뮬레이션하고 각각의 경우 소음노출가구 및 인구를 정량적으로 산정함으로써 도시계획 및 설계분야에서의 활용가능성을 예시하였다.
The noise problem is one of the major problems associated with large cities and is considered important factor not only in maintenance but also in development of cities. Accordingly, the noise map is being increasingly used in city planning and design. However, the existing two-dimensional noise map...
The noise problem is one of the major problems associated with large cities and is considered important factor not only in maintenance but also in development of cities. Accordingly, the noise map is being increasingly used in city planning and design. However, the existing two-dimensional noise maps only show regional, planar distribution of noise. This study presented a method to build a data model for analyzing and visualizing noise levels at fine scale considering the vertical distribution of noise in a building. By expanding the 2D topology concept used in conventional GIS to 3D, it suggested a 3D GIS data model that makes 3D spatial queries, analyses and visualization possible and applied the proposed approach to building a 3D noise information system. By building and testing the system, the study showed different functionalities including 3D spatial queries and 3D visualization of noise levels varying temporally or according as the height of sound-proof walls. In each case, the population exposed to noise was quantitatively computed to illustrate the potential in the areas of city planning and design.
The noise problem is one of the major problems associated with large cities and is considered important factor not only in maintenance but also in development of cities. Accordingly, the noise map is being increasingly used in city planning and design. However, the existing two-dimensional noise maps only show regional, planar distribution of noise. This study presented a method to build a data model for analyzing and visualizing noise levels at fine scale considering the vertical distribution of noise in a building. By expanding the 2D topology concept used in conventional GIS to 3D, it suggested a 3D GIS data model that makes 3D spatial queries, analyses and visualization possible and applied the proposed approach to building a 3D noise information system. By building and testing the system, the study showed different functionalities including 3D spatial queries and 3D visualization of noise levels varying temporally or according as the height of sound-proof walls. In each case, the population exposed to noise was quantitatively computed to illustrate the potential in the areas of city planning and design.
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문제 정의
아파트 모델은 한 층에 네 가구로 구성된 15층의 홀형(계단형)으로 가정하였는데 아파트의 한 세대를 소음 시각화의 단위공간으로 가정하고 하나의 가구를 직육면체의 볼륨과 그것을 감싸는 6개의 벽체들로 단순화 시켜 구성하였다. 또한 방음벽의 높이에 따른 소음데이터의 변화량을 나타내기 위해 높이가 다른 두 개의 방음벽도 각각의 3차원 모델로 구축하여 전체적인 아파트 단지의 구성에 있어 실제의 아파트 단지구조를 반영하고자 하였다.
본 연구에서는 GIS의 토폴로지 구조를 3차원으로 확장함으로써 3차원으로 공간분석 및 공간단위의 시각화가 가능한 3차원 GIS 데이터모델을 제안하고 이를 3차원 소음정보시스템에 적용하고자 하였다. 3차원 공간모델을 구축하는데 있어 소음예측 시스템으로부터 출력되는 소음의 예측치가 건물의 벽체에 투영되는 특성을 반영하고 건물의 각 공간이 갖고 있는 소음값을 표현하기 위해 공간은 볼륨과 볼륨을 둘러싼 벽체들로 구성하고 관계형 DB를 이용하여 이들의 관계를 정의함으로써 토폴로지를 갖는 3차원 공간모델을 구축하였다.
본 연구에서는 도시소음의 3차원 시각화를 위해 소음예측시스템으로부터 출력된 소음데이터를 데이터베이스에 저장하고 이를 이용하고자 하였다. 본 연구에서는 소음도 예측 프로그램으로 미국과 캐나다 연합 기업인 SoundPLAN사의 SoundPLAN을 이용하였다.
5D에 머무르고 있어 최근 고층화되고 대형화 되어 가는 건물의 각 공간에 대한 소음분석 및 시각화에는 한계를 갖고 있다. 본 연구에서는 이러한 2D 및 2.5D 소음지도의 한계점을 인식하고 소음의 수직적인 분포를 고려하여 공간단위의 시각화 및 분석을 위한 데이터모델을 제시하였다. 토폴로지라는 GIS 고유의 자료구조를 3차원으로 확장함으로써 3차원 공간분석및 공간단위 시각화가 가능한 3차원 GIS 데이터 모델을 제안하였고 이를 시스템에 적용하여 3차원 공간쿼리 및 시간의 변화에 따른 소음의 변화량을 시각화하고 방음벽의 높이에 따라 변화하는 소음노출가구수 및 인구수를 정량적으로 산정하고 소음 변화량을 시뮬레이션함으로써 도시계획 및 설계분야에서의 활용가능성을 예시하였다.
본 연구에서는 평면적이고 지역적인 소음분포의 표현에만 머무르고 있는 기존의 소음지도의 한계점을 인지하고 소음의 수직적인 분포를 고려하여 공간단위의 시각화 및 분석을 위한 데이터 모델을 제시하고 이를 3차원 소음정보시스템에 적용해 보고자 하였다.
가설 설정
그러나 <그림 9>와 같이 두개 이상의 외벽을 갖는 공간이 존재할수 있고 하나의 공간을 둘러싸는 각각의 외벽은 서로 다른 소음 값을 포함할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 하나의 공간이 다른 소음 값을 갖는 여러 개의 외벽으로 구성된다면 그 중에서 큰 값을 대푯값으로 가정하고 DB의 볼륨테이블에 저장하였다.
제안 방법
본 연구에서는 3차원 건물 모델 데이터에 속성값을 저장하고 추출하는데 개인용 관계형 데이터베이스인 MicroSoft Access를 이용하였다. 3차원 건물은 CAD와 그래픽 도구를 이용하여 모델링 하였다. 또한 화면상에 3차원 모델의 원하는 부분을 원하는 위치에 표현하고 소음값의 크기에 따른 다양한 색의 표현을 위해 3차원 모델의 시뮬레이션 도구가 필요한데, 본 연구에서는 이를 위해 EON Studio를 이용하였다.
본 연구에서는 GIS의 토폴로지 구조를 3차원으로 확장함으로써 3차원으로 공간분석 및 공간단위의 시각화가 가능한 3차원 GIS 데이터모델을 제안하고 이를 3차원 소음정보시스템에 적용하고자 하였다. 3차원 공간모델을 구축하는데 있어 소음예측 시스템으로부터 출력되는 소음의 예측치가 건물의 벽체에 투영되는 특성을 반영하고 건물의 각 공간이 갖고 있는 소음값을 표현하기 위해 공간은 볼륨과 볼륨을 둘러싼 벽체들로 구성하고 관계형 DB를 이용하여 이들의 관계를 정의함으로써 토폴로지를 갖는 3차원 공간모델을 구축하였다. 3차원 소음정보 시스템의 대상지로는 아파트 6개 동과 외곽도로, 내부진입도로 등으로 구성된 임의의 아파트 단지 일부분으로 선정하였다.
본 연구에서 제안하고 있는 소음시각화를 위한 3차원 오브젝트 모델은 공간을 볼륨과 볼륨을 감싸는 벽체들의 합으로 구성하는데 이때 볼륨과 벽체들의 관계를 정의함으로써 벽체와 공간, 공간과 공간 사이에 토폴로지를 부여 하였다. <그림 3>과 같이 2차원 토폴로지의 체인과 폴리곤을 3차원의 벽체와 볼륨에 대응시켜 3차원 토폴로지를 구성하였다. 2차원 토폴로지에서 폴리곤 B가 체인 2, 3을 이용하여 폴리곤 A, C와 관계를 형성하고 있다면 구성된 3차원 토폴로지에서는 볼륨 B가 벽체 2, 3을 이용하여 볼륨 A, C와 인접되어 있다는 것을 알 수 있다.
아파트 단지의 평면구성에 있어 실제와 유사한 데이터를 구축하기위해 도로와 아파트의 거리, 아파트와 아파트의 간격 등을 실제 아파트 도면을 참고로 하여 구축하였다. 또한 3차원 오브젝트 모델링은 기 구축된 CAD 도면을 이용하였다. 아파트 모델은 한 층에 네 가구로 구성된 15층의 홀형(계단형)으로 가정하였는데 아파트의 한 세대를 소음 시각화의 단위공간으로 가정하고 하나의 가구를 직육면체의 볼륨과 그것을 감싸는 6개의 벽체들로 단순화 시켜 구성하였다.
본 시스템에서는 방음벽이 없는 경우와 방음벽의 높이가 4m, 8m일 경우에 아파트의 각 세대가 갖는 소음데이터를 3차원으로 시각화 할 수 있으며 데이터베이스에 저장되어 있는 소음데이터를 이용하면 일정소음 이상에 노출된 소음노출 가구를 산정할 수 있다. 또한 데이터베이스에 저장된 가구당 인구수, 면적 등의 속성 데이터를 이용하여 소음노출 인구수를 정량적으로 산정할 수 있다(<그림 11>).
본 시스템에서는 시간대를 조석, 주간, 심야 시간대로 나누고 각 시간대별 소음예측인자를 다르게 가정하고 이를 소음예측시스템에 입력하여 각 시간대별로 출력된 소음데이터를 시뮬레이션 하는 기능을 구현하였다().
본 연구에서 제안하고 있는 소음시각화를 위한 3차원 오브젝트 모델은 공간을 볼륨과 볼륨을 감싸는 벽체들의 합으로 구성하는데 이때 볼륨과 벽체들의 관계를 정의함으로써 벽체와 공간, 공간과 공간 사이에 토폴로지를 부여 하였다. <그림 3>과 같이 2차원 토폴로지의 체인과 폴리곤을 3차원의 벽체와 볼륨에 대응시켜 3차원 토폴로지를 구성하였다.
본 연구에서는 소음예측 포인트를 아파트의 가구단위로 분할된 외벽의 중앙부분으로 입력하였는데 취득된 소음데이터는 과 같이 액셀파일 형태로 출력되었으며 ID값을 이용하여 조인함으로써 데이터베이스의 벽체테이블에 소음데이터를 저장하였다.
소음값을 예측하기 위해서는 차량대수, 차량속도, 노면종류, 노면경사, 장애물의 영향, 지표흡음, 기상영향 등의 자료가 필요하다. 본 연구에서는 소음예측시스템의 소음예측인자로서 아파트 단지 평면 CAD 파일을 이용하여 도로와 아파트의 위치 및 형태에 대한 정보를 입력하였으며 차량대수, 차량 속도, 장애물 영향 등의 속성값도 입력하였다. 차량대수와 차량속도는 시간대별로 구분하여 다르게 입력하였다.
본 연구에서는 질의처리 능력이 없는 3차원 공간 모델에 속성값을 부여하고 소음데이터 시각화의 단위로 구성된 볼륨과 벽체들의 관계를 정의함으로써 공간간의 토폴로지를 부여하기 위해 관계형 데이터베이스를 이용하였다. 데이터베이스는 <그림 5>와 같이 빌딩테이블, 볼륨테이블, 벽체테이블, 볼륨과 벽체의 인터섹션 테이블 등 다섯 개의 테이블로 구성하였다.
우선 CAD 도면으로 아파트 단지의 평면을 구성하였는데 이는 소음예측시스템에 입력 데이터로서 이용된다. 아파트 단지의 평면구성에 있어 실제와 유사한 데이터를 구축하기위해 도로와 아파트의 거리, 아파트와 아파트의 간격 등을 실제 아파트 도면을 참고로 하여 구축하였다. 또한 3차원 오브젝트 모델링은 기 구축된 CAD 도면을 이용하였다.
또한 3차원 오브젝트 모델링은 기 구축된 CAD 도면을 이용하였다. 아파트 모델은 한 층에 네 가구로 구성된 15층의 홀형(계단형)으로 가정하였는데 아파트의 한 세대를 소음 시각화의 단위공간으로 가정하고 하나의 가구를 직육면체의 볼륨과 그것을 감싸는 6개의 벽체들로 단순화 시켜 구성하였다. 또한 방음벽의 높이에 따른 소음데이터의 변화량을 나타내기 위해 높이가 다른 두 개의 방음벽도 각각의 3차원 모델로 구축하여 전체적인 아파트 단지의 구성에 있어 실제의 아파트 단지구조를 반영하고자 하였다.
소음의 예측데이터를 얻기 위해 소음예측시스템(SoundPLAN)을 이용하였는데 소음예측을 위한 입력데이터는 시스템 대상지의 CAD 파일과 교통량, 속도, 방음벽 등의 속성 데이터를 사용하였다. 예측시스템으로부터 출력된 소음데이터는 텍스트 파일이나 엑셀파일의 형태를 갖는데 각 예측소음값들이 갖고 있는 좌표값과 포인트 ID값을 이용하여 데이터베이스의 벽체테이블에 저장하여 3차원 소음정보시스템의 시각화 및 분석에 이용하였다.
차량대수와 차량속도는 시간대별로 구분하여 다르게 입력하였다. 장애물 영향 인자로는 방음벽을 적용하였는데 방음벽의 높이에 따른 소음 값의 변화량을 예측하기 위해 방음벽이 없을 경우, 방음벽이 4m 일 경우, 8m일 경우 등 세 가지로 구분하여 입력하였다. 소음예측을 위한 입력데이터는 <그림 7>과 같이 요약된다.
제안된 3차원 토폴로지 구성 방법은 일부 연구 (Losa, 1999)에서의 3D 토폴로지 표현방법을 적용하여 와 같이 나타낼 수 있는데 A와 B 의 내부공간을 대표하는 볼륨과 각 볼륨을 둘러싸는 벽체들과의 인터섹션 그리고 A와 B가 공유하고 있는 벽면과의 인터섹션을 통해 3차원 토폴로지를 구성하게 된다.
5D 소음지도의 한계점을 인식하고 소음의 수직적인 분포를 고려하여 공간단위의 시각화 및 분석을 위한 데이터모델을 제시하였다. 토폴로지라는 GIS 고유의 자료구조를 3차원으로 확장함으로써 3차원 공간분석및 공간단위 시각화가 가능한 3차원 GIS 데이터 모델을 제안하였고 이를 시스템에 적용하여 3차원 공간쿼리 및 시간의 변화에 따른 소음의 변화량을 시각화하고 방음벽의 높이에 따라 변화하는 소음노출가구수 및 인구수를 정량적으로 산정하고 소음 변화량을 시뮬레이션함으로써 도시계획 및 설계분야에서의 활용가능성을 예시하였다.
대상 데이터
3차원 공간모델을 구축하는데 있어 소음예측 시스템으로부터 출력되는 소음의 예측치가 건물의 벽체에 투영되는 특성을 반영하고 건물의 각 공간이 갖고 있는 소음값을 표현하기 위해 공간은 볼륨과 볼륨을 둘러싼 벽체들로 구성하고 관계형 DB를 이용하여 이들의 관계를 정의함으로써 토폴로지를 갖는 3차원 공간모델을 구축하였다. 3차원 소음정보 시스템의 대상지로는 아파트 6개 동과 외곽도로, 내부진입도로 등으로 구성된 임의의 아파트 단지 일부분으로 선정하였다. 소음의 예측데이터를 얻기 위해 소음예측시스템(SoundPLAN)을 이용하였는데 소음예측을 위한 입력데이터는 시스템 대상지의 CAD 파일과 교통량, 속도, 방음벽 등의 속성 데이터를 사용하였다.
데이터베이스는 와 같이 빌딩테이블, 볼륨테이블, 벽체테이블, 볼륨과 벽체의 인터섹션 테이블 등 다섯 개의 테이블로 구성하였다.
3차원 소음정보 시스템의 대상지로는 아파트 6개 동과 외곽도로, 내부진입도로 등으로 구성된 임의의 아파트 단지 일부분으로 선정하였다. 소음의 예측데이터를 얻기 위해 소음예측시스템(SoundPLAN)을 이용하였는데 소음예측을 위한 입력데이터는 시스템 대상지의 CAD 파일과 교통량, 속도, 방음벽 등의 속성 데이터를 사용하였다. 예측시스템으로부터 출력된 소음데이터는 텍스트 파일이나 엑셀파일의 형태를 갖는데 각 예측소음값들이 갖고 있는 좌표값과 포인트 ID값을 이용하여 데이터베이스의 벽체테이블에 저장하여 3차원 소음정보시스템의 시각화 및 분석에 이용하였다.
시스템 적용을 위한 3차원 공간모델은 임의의 아파트 단지를 대상으로 하였다. 아파트 단지 내 건물은 15층의 고층 아파트 6개동으로 구성하였으며 도로는 단지 외부의 외곽도로와 단지 내 진입도로로 구성하였다.
시스템 적용을 위한 3차원 공간모델은 임의의 아파트 단지를 대상으로 하였다. 아파트 단지 내 건물은 15층의 고층 아파트 6개동으로 구성하였으며 도로는 단지 외부의 외곽도로와 단지 내 진입도로로 구성하였다. 우선 CAD 도면으로 아파트 단지의 평면을 구성하였는데 이는 소음예측시스템에 입력 데이터로서 이용된다.
이론/모형
3차원 건물은 CAD와 그래픽 도구를 이용하여 모델링 하였다. 또한 화면상에 3차원 모델의 원하는 부분을 원하는 위치에 표현하고 소음값의 크기에 따른 다양한 색의 표현을 위해 3차원 모델의 시뮬레이션 도구가 필요한데, 본 연구에서는 이를 위해 EON Studio를 이용하였다. EON Studio는 상용 소프트웨어들과 호환성이 양호하고 고화질의 실시간 렌더링 기능을 갖고 있으며 대용량의 3차원 정보를 처리하는데 유리하다.
본 연구에서는 3차원 건물 모델 데이터에 속성값을 저장하고 추출하는데 개인용 관계형 데이터베이스인 MicroSoft Access를 이용하였다. 3차원 건물은 CAD와 그래픽 도구를 이용하여 모델링 하였다.
본 연구에서는 도시소음의 3차원 시각화를 위해 소음예측시스템으로부터 출력된 소음데이터를 데이터베이스에 저장하고 이를 이용하고자 하였다. 본 연구에서는 소음도 예측 프로그램으로 미국과 캐나다 연합 기업인 SoundPLAN사의 SoundPLAN을 이용하였다. SoundPLAN에서는 소음예측치를 취득하고자 할 때 예측하려는 포인트를 지정해 주어야 하는데 <그림 6>의 배치 평면에서 보는 바와같이 입력 데이터를 구축할 때 소음값을 취득하고자 하는 곳에 절점(소음예측포인트)을 만들게 되면 각각의 절점에 대응하는 소음값을 취득할 수 있게 된다.
후속연구
본 연구에서 제시한 토폴로지가 반영된 3차원 공간모델링은 소음관련 응용 뿐 아니라 등기나 지적의 전산화와 관련된 분야에서 속성데이터를 효과적으로 관리하고 공간을 분할, 검색, 가시화하는데 이용될 수 있을 것이다. 그 밖에 속성 데이터를 기반으로 3차원적인 검색이 필요한 응용 분야들, 즉, 건물 안내시스템이나 관리시스템, 그리고 최근에 주목을 받고 있는 실내 센서를 기반으로 한 각종 실내 유비쿼터스 시스템에도 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 제시한 토폴로지가 반영된 3차원 공간모델링은 소음관련 응용 뿐 아니라 등기나 지적의 전산화와 관련된 분야에서 속성데이터를 효과적으로 관리하고 공간을 분할, 검색, 가시화하는데 이용될 수 있을 것이다. 그 밖에 속성 데이터를 기반으로 3차원적인 검색이 필요한 응용 분야들, 즉, 건물 안내시스템이나 관리시스템, 그리고 최근에 주목을 받고 있는 실내 센서를 기반으로 한 각종 실내 유비쿼터스 시스템에도 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
향후 본 시스템이 도시계획 및 설계분야에 적용된다면 주요소음 발생원 파악이 용이하여 소음저감 대책에 이용될 수 있을 것이며 도로와 건물의 형태및 방음벽의 종류와 높이에 따라 변화하는 소음데이터의 시뮬레이션을 통해 도로계획 및 단지계획에 활용할 수 있을 것으로 보인다. 또한
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소음값을 예측하기 위해서는 어떤 자료가 필요한가?
소음값을 예측하기 위해서는 차량대수, 차량속도, 노면종류, 노면경사, 장애물의 영향, 지표흡음, 기상영향 등의 자료가 필요하다. 본 연구에서는 소음예측시스템의 소음예측인자로서 아파트 단지 평면 CAD 파일을 이용하여 도로와 아파트의 위치 및 형태에 대한 정보를 입력하였으며 차량대수, 차량 속도, 장애물 영향 등의 속성값도 입력하였다.
본 연구에서 사용한 3차원 모델의 시뮬레이션 도구에 대해 설명하라.
또한 화면상에 3차원 모델의 원하는 부분을 원하는 위치에 표현하고 소음값의 크기에 따른 다양한 색의 표현을 위해 3차원 모델의 시뮬레이션 도구가 필요한데, 본 연구에서는 이를 위해 EON Studio를 이용하였다. EON Studio는 상용 소프트웨어들과 호환성이 양호하고 고화질의 실시간 렌더링 기능을 갖고 있으며 대용량의 3차원 정보를 처리하는데 유리하다. 전체적인 시스템 연계는 C#프로그래밍을 이용한 인터페이스 내에서 이루어지 도록 하였다.
2D 소음지도의 한계점은?
소음문제는 대도시 환경문제 중 주요한 문제 중의 하나로 관심이 높으며, 도시계획과 설계분야에 소음지도의 활용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 기존의 2D 소음지도는 주로 평면적인 소음분포만을 나타내고 있어 최근 고층화, 대형화 되어가는 건물의 각 공간에 대한 미시적 소음분석 및 시각화에는 한계를 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 평면적이고 지역적인 소음분포의 표현에만 머무르고 있는 기존 소음지도의 한계점을 인지하고 소음의 수직적인 분포를 고려하여 공간단위의 소음분석 및 시각화를 위한 데이터모델을 제시하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.