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문제 정의
- 본 연구에서는 두 렉간의 교차 혹은 완전포함 여부만 일단 체크하여 두가지 경우에 해당이 되지 않는 VCP는 일단 교차발생 가능성이없다고 판단한다. 두 렉이 교차 또는 완전포함이라도 두 폴리라인이교차한다고 판단할 수 없는 관계로 위에서 언급한 원칙적인 방법에의하여 구체적인 교점을 구한다.
- 본 연구에서는 이런 설계 요구사항을 만족하기 위하여 수치지형도 엔티티를 이용한 VCP 속성정보를 설정하고 선형 최적화시 빠른 시간 내 관련정보를 획득하여 설계에 반영할 수 있는 방안을 도출 하였다.
제안 방법
- EiRAIL을 이용한 선형 최적화시 두 방식의 수행속도를 정확하게 측정하기 위하여 모듈별 수행속도 분석 PILOT 프로그램을제작하였다. 먼저 래스터방식의 최적화현황 조회화면을 보면 총10,100 개의 선형을 평가하고 5분 31초의 시간이 소요 되었음을알 수 있다.
- 이 과정에 소요되는 컴퓨터 계산시간이 전체 최적화과정에서 차지하는 비율이 상당하여 조금이라도 연산시간을 줄이려고 비록 오차는 발생하지만 그리드분석을 이용한 라스타방식을적용하여 VCP정보를 구하였다. 그러나 본 연구에서는 VCP를 AutoCAD의 폴리라인으로 입력하고 각각의 버텍스에 속성(설계자의 의도)을 부여하여 최적화시 빠른탐색 알고리즘을 적용하여종단선형 구성시 구조물설치의 정확성과 속도를 높이는데 중점을두었으며 종전의 라스타방식을 탈피한 새로운 VCP 접근방법을 구현 하였다.
- 셋째로, 세 개의 이웃 셀 모두에 레이블이 존재하며, 서로 동일한 레이블인 경우는 이웃 셀과 동일한 레이블을 지정한다. 넷째로, 세 개의 이웃 셀 모두에 레이블이 존재하며, 서로 다른 레이블인 경우는 세 개의 레이블 중 가장 작은 번호의 레이블을 지정하고, 세 개의 레이블 중 큰 두 개의 번호의 레이블이 작은 번호의 레이블을 가리키도록 등가 테이블을 조정한다. 위의 첫 번째 경우 세 개의 이웃 셀에 레이블이 존재하지 않는다는 것은 세 개의 이웃 셀이 객체가 아닌 것임을 의미한다.
- 래스터방식의 VCP 적용방안은 설계영역이 작고 선형연장이 짧은 경우 그리드 셀 사이즈를 2-3m로 설정하여 VCP 적용구간의발생오차가 작고 설계상 무시해도 좋을 경우 또는 셀 크기가 클경우에는 사용 가능하다. 그러나 설계영역이 확장되고 정밀도를유지 하기위해 셀의 개수가 많을 경우는 보다 정확한 VCP 적용구간을 구하기 위하여 선형라인과 지장물 라인의 교점을 직접 구하는 벡터방식의 탐색방법을 적용하는 것이 유리하다.
- 선형 중심선과 VCP와의 교차점이 1개 이상일 경우는 종단선형상 VCP 처리를 하여야 한다. 모든 VCP는 시종점을 가지므로 VCP탐색에서 구해진 교차점을 이용하여 VCP적용구간을 계산한다.
- 이때 폴리라인 각각의 버텍스는 지장물의 중심을지정하고 VCP의 항목, 저항 값, 표시칼라를 설정한다. 설계영역의모든 하천, 도로, 철도에 대하여 VCP입력을 완료한 후 2단계로1단계에서 입력한 폴리라인에 대하여 각 버텍스별로 좌우 폭 및계획고, 선형통과 시 통과방법 등을 설정한다.
- 최적화시 수많은 평면선형에 대하여 사용자의 설계의도가 반영된 종단선형을 도출 하기 위하여 내부적으로 생성된 현재 평면선형이 사용자가 설정한 VCP 통과여부를 판단하는 과정이 반드시필요하다. 이 과정에 소요되는 컴퓨터 계산시간이 전체 최적화과정에서 차지하는 비율이 상당하여 조금이라도 연산시간을 줄이려고 비록 오차는 발생하지만 그리드분석을 이용한 라스타방식을적용하여 VCP정보를 구하였다. 그러나 본 연구에서는 VCP를 AutoCAD의 폴리라인으로 입력하고 각각의 버텍스에 속성(설계자의 의도)을 부여하여 최적화시 빠른탐색 알고리즘을 적용하여종단선형 구성시 구조물설치의 정확성과 속도를 높이는데 중점을두었으며 종전의 라스타방식을 탈피한 새로운 VCP 접근방법을 구현 하였다.
- 교점이 1개 이상 일 경우는 VCP가 발생 하였다고 판단한다. 이 방식의 서치 효율성을 제고 하기 위한일환으로 VCP 입력시점에서의 렉포인트 배열 구성 및 측점 포인트배열의 적정한 배분 등을 다양한 테스트를 통하여 설정 하였다.
- 여기에서 모든 셀들의 거리를 구하기 위해 N2(N은 셀의 개수)번만큼 계산하게 되면, 속도가 저하되므로 교차된 셀들 중 실제로 계산에 필요한 최외각 셀이 될 후보를 결정한다. 최외각에 위치한 최저 X, Y 좌표 셀, 최고 X, Y 좌표 셀에 속해 있는 셀들인 4개의 모서리에서 상하좌우 방향으로 뻗어나가면서 처음 만나는 셀을 최외각 셀의 후보로 결정한다. 결정된 후보 셀들의 중심점에서 도로선형 위의 수직점을 찾고, 그 수직점 간에 거리가 가장 먼두 수직점을 찾아낸 지점이 VCP의 시점과 종점이 된다.
- Vcp Skew를 위에서 구한 보간 좌우폭에 적용하여 측점을 구성할 VCP 좌우 폭을 재계산 한다. 최종 VCP 좌우폭이 구해지면교차점에 해당하는 측점번호를 구한 후 점1(Stapt1), 점2(Stapt2), 점3(VtxNo2)의 클럭와이즈를 고려하여 VCP 적용구간 측점번호를 계산한다.
- 평면선형 상에 하천과 기존도로가 존재 할 경우 각 지장물에대해 지반에서 6m 이격하여 교량으로 통과하도록 VCP설정을하였다. 하천 폭은 50m이고 기존도로 폭은 20m이다.
대상 데이터
- 하천 폭은 50m이고 기존도로 폭은 20m이다. 전체 설계영역은 60km x 60km이고 PC의 메모리를 고려하여 래스터 분석을위한 그리드 셀 사이즈는 20m로 설정한다(20m일 경우 셀의 갯수는9백만개이고 10m일경우는 3천6백만개가 된다).
성능/효과
- 이어서 수행시간 분석화면의 No.3 VCP서치 소요시간을 보면 40.05초로 기록되며 전체 최적화 소요시간의 12.1%를차지하고 있음을 확인 할 수 있다.
- 두 방식을 각각 적용하여 출력된 종단면도의 교량 연장은 래스터방식 B1=73m, B2=40m, 벡터방식 B1=54m, B2=21m 로 상당한차이가 있음을 보여준다. 결과적으로 래스터방식을 이용한 VCP적용구간 계산은 설계영역이 넓고 그리드 셀사이즈가 크면 클수록더 많은 오차가 발생함을 알 수 있다.
- 넷째, 공간객체에 대한 속성정보의 추출, 일반화, 갱신이 매우 용이하다.
- 두 방식을 각각 적용하여 출력된 종단면도의 교량 연장은 래스터방식 B1=73m, B2=40m, 벡터방식 B1=54m, B2=21m 로 상당한차이가 있음을 보여준다. 결과적으로 래스터방식을 이용한 VCP적용구간 계산은 설계영역이 넓고 그리드 셀사이즈가 크면 클수록더 많은 오차가 발생함을 알 수 있다.
- 두 방식의 VCP적용 처리속도는 얼마나 빠른 지장물 검색이 가능한가에 달렸는데 검색속도는 두 방식의 데이타 양에 의존하며 본 연구에서는 효율성을 고려한 검색 알고리즘을 적용하여 두 방법적용 시 전체 최적화 속도차는 거의 없는 것으로 나타났으나, 래스터방식의 데이타 양은 영역의 크기와 정밀도(셀사이즈)에 의해 기하급수적으로 늘어나는 특징을 가진다. 반면 벡터방식은 설계에 영향을 미치는 지장물 정보인 공간 데이타 양에 의존 되지만 수치지도상수많은 정보 중 설계자가 선별적으로 입력할 수 있는 여지가 있다.
- 둘째, 벡터 데이터 모델은 고해상력을 지원하때문에 결과물을 보다 상세하게 표현할 수 있으며, 높은 공간적 정확성을 제공한다.
- 벡터 데이터 구조의 장점은 첫째, 좀 더 지도와 비슷하고, 시각적 효과가 높으며, 복잡한 현실세계의 묘사가 가능하다.
- 벡터방식의 VCP설정시 소요되는 데이터 입력시간은 레이어별로 설정하는 래스터방식에 비해 시간이 더 소요될 것으로 예상되지만 선별적 입력 및 VCP 적용구간의 정확성을 고려하면 벡터방식의 탐색 방법 적용이 바람직할 것으로 판단된다.
- 셋째, 벡터 데이터 모델과 비교해볼 때 상대적으로 해상력이 낮다. 해상력을 높이기 위해 아주 많은 숫자의 셀을 사용하는 경우 해상력은 좋아질 수 있지만 그래픽 자료의 양이 훨씬 많아져 많은 저장용량이 요구되면서도 만족할만한 정확도는 제공하지 못한다 (한창근 등, 1999).
- 셋째, 벡터 데이터 모델은 저장 공간을 적게 차지하며, 래스터데이터 구조에 비해 저장능력이 우수하다.
- 둘째로, 세 개의 이웃 셀 중 하나에만 레이블이 존재하는 경우는 이웃 셀과 동일한 레이블을 지정한다. 셋째로, 세 개의 이웃 셀 모두에 레이블이 존재하며, 서로 동일한 레이블인 경우는 이웃 셀과 동일한 레이블을 지정한다. 넷째로, 세 개의 이웃 셀 모두에 레이블이 존재하며, 서로 다른 레이블인 경우는 세 개의 레이블 중 가장 작은 번호의 레이블을 지정하고, 세 개의 레이블 중 큰 두 개의 번호의 레이블이 작은 번호의 레이블을 가리키도록 등가 테이블을 조정한다.
- 이와는 상대적으로 래스터 데이터 구조의 단점은 첫째, 래스터 데이터 모델은 시각적 효과도 떨어지며 공간적으로 부정확하다.
- 종단선형을 비교 하였을 때 벡터방식을 적용한 VCP 적용구간은정확하게 구하였지만 래스터방식을 적용한 VCP의 적용구간은각각 19m와 20m의 오차가 발생 하였음을 확인할 수 있다.
후속연구
- 이 과정은 분명히 래스터방식에비해 번거롭고 데이터 구성시간 역시 AutoCAD를 다루는 숙련도에따라 개인차가 크겠지만 결코 간단한 작업은 아닐것으로 판단된다. 그러나 이러한 과정에서 설계자의 의도가 반영되어 선별적인 자료입력이 가능한 관계로 그 또한 전체 최적화 속도를 높이는 결과를가져 올 것이다.
- 향후 벡터방식의 지장물 입력데이타 구성을 좀더 쉽고, 간편하고, 빠르게 구성 할 수 있는 사용자 인터페이스개선이 이루어진다면보다 효율적인 알고리즘 수행이 이루어질 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.