[논문]Ontology-based Recommendation System for Maintenance of Korean Architectural Heritage

Lee, Jongwook

doi:10.9708/jksci.2019.24.10.049

Ontology-based Recommendation System for Maintenance of Korean Architectural Heritage 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.24 no.10, 2019년, pp.49 - 55

Lee, Jongwook (Graduate School of Culture Technology, Korea Advanced Institute of Science and Technology)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 한국 건축 유산 유지 보수를 지원하기 위한 온톨로지 기반의 추천 시스템을 제안한다. 본 연구는 다음을 포함한다: 1) 건축 유산의 수리 정보를 표현하는 온톨로지 디자인, 2) 수리 사례 DB 구축, 3) 수리 방법 추천 시스템 개발. 본 연구에서는 기존 문화유산 온톨로지를 참조하여 한국 목조 건축문화유산의 정보를 표현하는 온톨로지를 디자인 하였다. 둘째, 국립 문화재 연구소와 문화재청에서 제공하는 수리 내용 및 전문가 인터뷰 데이터를 바탕으로 수리 정보데이터베이스를 구축하였다. 셋째, 우리는 가장 유사한 현상과 원인을 가진 한국 목조 건축문화유산의 수리 방법을 추천하는 시스템을 개발하였다. 이 연구는 수리 지식을 공유하고 건축문화유산 수리를 위한 방법을 결정하는데 기여한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose ontology-based recommendation system for supporting maintenance of Korean architectural heritage. This study includes the following: 1) design of ontology expressing repair information of architectural heritage, 2) creation of repair case DB, 3) creation of a recommendation system of repair method. For this study, we designed the ontology that expresses the information of Korean wooden building cultural heritage by referring to the existing heritage ontologies. Second, we created the repair information database based on the repair contents and the expert interview data provided by the National Institute of Cultural Heritage and the Cultural Heritage Administration. Third, we developed a system that recommends the repair method of Korean wooden architectural heritage with the most similar phenomena and causes. This study contributes to sharing repair knowledge and determining repair methods for architectural heritage repair.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. List of architectural heritage repair
그림 Fig. 2. Workflow of ontology design
그림 Fig. 3. Ontology of Korean architectural heritage
그림 Fig. 4. System workflow of case-based recommendation system
그림 Fig. 5. Interface of the proposed system
그림 Fig. 6. Insert of building characteristics and retrieval of similar cases
그림 Fig. 7. Similarity score
그림 Fig. 8. Result of recommendation

AI 본문요약
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문제 정의

또한 우리는 건축문화유산 관리자를 대상으로 시스템의 효과성과 사용성을 평가할 계획이다. 그리고 그들에게 피드백을 받아 시스템 및 인터페이스를 개선하고자 한다. 우리는 문화재보호법, 문화재수리표준 등 국가기관에서 정하고 있는 표준들을 통합하여 시스템에 반영하고자 한다.
전통건축 문화유산은 문화재청 및 국립문화재연구소에서 지속적으로 관리하고 있으며 유지관리 시스템에 반영할 수 있는 사례 데이터들이 풍부하다. 따라서 본 연구는 이러한 사례 데이터를 기반으로 온톨로지 기반 수리방법 추천시스템을 제안할 것이다.
특히 건축문화유산과 같이 손상의 원인과 요인을 예측하기 어려운 경우에 효과적으로 활용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 건축문화유산을 효과적으로 관리하기 위하여 온톨로지와 사례기반 추천시스템을 기반으로 유지관리 방법을 제안하고자 한다.
우리는 문화재보호법, 문화재수리표준 등 국가기관에서 정하고 있는 표준들을 통합하여 시스템에 반영하고자 한다. 마지막으로 수리 정보를 시각화하고 활용성을 높이기 위해 각 수리 사례 부재의 3D 모델과 수리 정보를 동시에 제공하고자 한다.
본 연구에서는 수리정보 데이터베이스 구축을 위하여 문화재청에서 발간한 건축문화재 수리보고서 자료를 수집하고 전문가 피드백을 통해 데이터베이스를 구축하였다. 우리는 국보 및 보물로 지정된 건축문화유산 중 단층 건물 30동을 선정하여 건축특성 및 수리내역을 정리하여 데이터베이스에 저장하였다.
본 연구에서는 온톨로지와 사례기반 추천 시스템을 기반으로 유지관리 방법을 제안하기 위해 우선 데이터베이스를 구축하고, 온톨로지를 디자인한 다음, 사례기반 추천 시스템을 디자인하고자 하였다.
본 연구에서는 온톨로지와 사례기반 추천 시스템을 기반으로 유지관리 방법을 제안하였다. 이것을 위하여 유지 관리 사례에 대한 데이터베이스를 구축하고, 건축물 손상의 연쇄적이고 복합적인 원인, 영향 관계를 정의하기 위해 온톨로지를 사용하였다.
그리고 그들에게 피드백을 받아 시스템 및 인터페이스를 개선하고자 한다. 우리는 문화재보호법, 문화재수리표준 등 국가기관에서 정하고 있는 표준들을 통합하여 시스템에 반영하고자 한다. 마지막으로 수리 정보를 시각화하고 활용성을 높이기 위해 각 수리 사례 부재의 3D 모델과 수리 정보를 동시에 제공하고자 한다.
이 연구는 온톨로지를 기반으로 수리 방법 추천 시스템을 제안한다. 우리는 손상의 연쇄적이고 복합적인 원인, 영향 관계를 정의하기 위해 온톨로지를 사용하였다.
이 연구는 전통목조건축물의 유지관리를 지원하기 위한 사례 기반 추천시스템을 제안한다. 전통산업의 활성화와 대중화를 위해 한옥마을, 한옥호텔 등 전통목조건축물의 건축이 활발히 진행되고 있다.
이것을 해결하기 위하여 이 연구는 유지관리 사례 데이터를 활용한 온톨로지(ontology) 기반의 사례 기반 (case-based) 수리방법 추천시스템을 제안하고자 한다.온톨로지는 어떤 도메인의 사유를 구성하는 개념과 사물의 분류체계와 각 개념 및 사물들간의 관계를 컴퓨터 프로그램이 익고 처리할 수 있는 기술체계로 구성한 것을 말한다[2].

제안 방법

우리는 건축물 속성(attribute)을 정의하기 위해 문화재청 건축문화재 수리보고서의 속성(건축물 이름, 지정번호, 지역, 유형, 창건시기, 공포양식, 출목, 평면유형, 칸수, 지붕가구, 지붕유형)을 참고하였다. 각 속성은 전문가 인터 뷰를 통하여 수리사례 유사도를 측정 하는데 활용하기 위해 지정여부, 지역, 유형, 창건시기, 공포양식, 출목양식, 평면유형, 칸수, 지붕가구 유형, 지붕 유형에 중요도에 따른 가중치(weight)를 부여하였다.
사용자가 건물을 수리하기 위하여 손상 정보와 건축물 정보를 입력하면 시스템은 정의된 rule에 따라 먼저 일치하는 손상 수리 정보를 불러온다. 그리고 건축물 정보의 weight를 고려하여 건축물 정보의 유사도가 높은 순서대로 손상 수리 정보를 배열한다. 시스템은 추가적인 rule을 통하여 가장 유사 정도가 높은 case 정보를 수정하여 사용자에게 제공된다.
우리는 부재 수리정보 속성(attribute)으로 부재이름, 현상, 요인, 원인, 원인관계, 수리방법, 세부 수리내용, 재질, 부재내력으로 정의하였다. 그리고 그에 따른 수리정보를 입력하였다.
이것을 위하여 유지 관리 사례에 대한 데이터베이스를 구축하고, 건축물 손상의 연쇄적이고 복합적인 원인, 영향 관계를 정의하기 위해 온톨로지를 사용하였다. 그리고 이것을 기반으로 CBR 기반의 문화유산 관리방법 추천시스템을 개발하였다.
넷째, 클래스의 속성값을 정의하였다. 다섯째, 각각의 클래스에 개체(instance)를 생성하였다.
첫째, 건축 문화유산의 수리정보를 표현하는 온톨로지를 디자인한다. 둘째, 문화재청에서 발간한 수리 보고서 기반의 수리사례 데이터베이스를 구축한다. 셋째, 수리사례 데이터를 활용한 온톨로지 기반 추천시스템을 제안한다.
첫째, 국보, 보물로 지정된 50여 개의 건축문화유산 수리보고서를 수집하고 내용을 분석하였다. 둘째, 수리 내용을 현상, 요인, 원인으로 구분하였다. 셋째, 온톨로지 클래스의 계층을 정의하였다.
둘째, 문화재청에서 발간한 수리 보고서 기반의 수리사례 데이터베이스를 구축한다. 셋째, 수리사례 데이터를 활용한 온톨로지 기반 추천시스템을 제안한다.
둘째, 수리 내용을 현상, 요인, 원인으로 구분하였다. 셋째, 온톨로지 클래스의 계층을 정의하였다. 건축물은 하위 클래스로 style, location, bracket style, usage type, layout type, roof type, roof structure type, component를 가진다.
마지막으로 시스템은 건축물의 수리방법 추천한다. 시스템은 경북 안동의 사찰 건물의 기둥의 돌아감과 처마 부식과 처짐에는 부재의 교체를 추천하였다. 또한 시스템은 자세한 수리내용을 참고할 수 있도록 북지장사 대웅전의 수리보고서 link를 제공한다(Fig.
우리는 문화유산 수리 데이터를 활용하여 사례 기반 추론을 활용한 문화유산 관리방법 추천시스템을 개발하였다. 추천시스템은 자바(JAVA) 플랫폼을 위한 프로그래밍 언어인 Jess를 사용하여 개발되었다.
이 연구는 온톨로지를 기반으로 수리 방법 추천 시스템을 제안한다. 우리는 손상의 연쇄적이고 복합적인 원인, 영향 관계를 정의하기 위해 온톨로지를 사용하였다. 예를 들어 처마의 부식(영향)이 주로 기와의 파손(원인)으로 인한 습기(요인)에 의한 것이면 이를 온톨로지 구축에 반영하여 수리 방법 추천 시스템에서 이를 추천할 수 있도록 하였다.
우리는 위에서 설명한 rule을 활용하여 전체적인 system workflow를 제안하였다. 사용자가 건물을 수리하기 위하여 손상 정보와 건축물 정보를 입력하면 시스템은 정의된 rule에 따라 먼저 일치하는 손상 수리 정보를 불러온다.
Jess는 주로 expert system 개발을 위해 사용되는 rule engine으로 if-then rule을 data에 지속적으로 적용한다. 우리는 이러한 rule 을 유사한 건축물 case를 찾아내고 건축물의 수리정보 중유사한 case를 찾아내며 weight를 고려하여 랭킹을 매기는데 지속적으로 적용하였다.
이 시스템은 관리를 위한 기존의 정보와 지식을 불러올 수 있도록 하는 지식 기반 시스템이다. 이 시스 템은 정보관리를 위한 BIM과 지식 기록을 위한 CBR 모듈로 이루어졌다. 이 시스템은 축적된 건물 관리 정보를 통해서 현재의 건물 관리가 가능하도록 한다[4].
Cacciotti(2015)은 건축문화 유산의 손상, 파괴 기록과 파괴와 이유의 논리 분석과 이를 예방하기 위한 온톨로지 기반 지식 기반 시스템을 제안 하였다. 이 연구는 손상과 그에 따른 변형정보를 property change, structural change, functional change로 구분하고 손상에 대한 대책을 추천하는 시스템을 개발하였다[3]. 하지만 이 방법은 원인과 손상 간의 관계를 정의하고 룰에 따른 수리방법을 추천하지만 사례 데이터 기반의 수리방법 추천에 이르지 못하였다.
본 연구에서는 온톨로지와 사례기반 추천 시스템을 기반으로 유지관리 방법을 제안하였다. 이것을 위하여 유지 관리 사례에 대한 데이터베이스를 구축하고, 건축물 손상의 연쇄적이고 복합적인 원인, 영향 관계를 정의하기 위해 온톨로지를 사용하였다. 그리고 이것을 기반으로 CBR 기반의 문화유산 관리방법 추천시스템을 개발하였다.
본 연구에서는 유사 정도가 높은 순서대로 case를 배열하는 단계까지 연구가 진행되었고 case 정보의 수정과 저장단계는 향후 연구로 남겨두었다. 이를 위해 건축문화재 수리시방서와 문화재보호법의 문장을 분석하여 시스템에 적용, 건축 수리의 결정 정확도를 높이고자 한다. 또한 해결된 방법이 case library에 저장되도록 case retaining 기능을 추가하여 다음 수리 방법 추천에 활용되도록 할 것이다.
건축문화유산 디지털 관리를 위해 가장 어려운 점은 관리에 활용할 수 있는 다양한 포맷과 소스의 데이터를 통합하는 것이다. 이를 위해 많은 연구자들은 건축문화재 데이터를 표준화된 형태로 기록, 관리하기 위한 메타데이터를 제안하였다. 이를 위하여 Dublin Core, CIDOC CRM, CARARE 2.
이 연구는 다음과 같은 연구 목표를 가진다. 첫째, 건축 문화유산의 수리정보를 표현하는 온톨로지를 디자인한다. 둘째, 문화재청에서 발간한 수리 보고서 기반의 수리사례 데이터베이스를 구축한다.

대상 데이터

연구의 대상은 전통건축문화유산으로 하였다. 전통건축 문화유산은 문화재청 및 국립문화재연구소에서 지속적으로 관리하고 있으며 유지관리 시스템에 반영할 수 있는 사례 데이터들이 풍부하다.
본 연구에서는 수리정보 데이터베이스 구축을 위하여 문화재청에서 발간한 건축문화재 수리보고서 자료를 수집하고 전문가 피드백을 통해 데이터베이스를 구축하였다. 우리는 국보 및 보물로 지정된 건축문화유산 중 단층 건물 30동을 선정하여 건축특성 및 수리내역을 정리하여 데이터베이스에 저장하였다.
우리는 온톨로지의 구축을 위해 다음과 같은 과정을 거쳤다. 첫째, 국보, 보물로 지정된 50여 개의 건축문화유산 수리보고서를 수집하고 내용을 분석하였다. 둘째, 수리 내용을 현상, 요인, 원인으로 구분하였다.

이론/모형

우리는 건축물 속성(attribute)을 정의하기 위해 문화재청 건축문화재 수리보고서의 속성(건축물 이름, 지정번호, 지역, 유형, 창건시기, 공포양식, 출목, 평면유형, 칸수, 지붕가구, 지붕유형)을 참고하였다. 각 속성은 전문가 인터 뷰를 통하여 수리사례 유사도를 측정 하는데 활용하기 위해 지정여부, 지역, 유형, 창건시기, 공포양식, 출목양식, 평면유형, 칸수, 지붕가구 유형, 지붕 유형에 중요도에 따른 가중치(weight)를 부여하였다.
우리는 문화유산 수리 데이터를 활용하여 사례 기반 추론을 활용한 문화유산 관리방법 추천시스템을 개발하였다. 추천시스템은 자바(JAVA) 플랫폼을 위한 프로그래밍 언어인 Jess를 사용하여 개발되었다. Jess는 주로 expert system 개발을 위해 사용되는 rule engine으로 if-then rule을 data에 지속적으로 적용한다.

성능/효과

이 연구는 지금까지 전통건축문화유산의 데이터 관리에 활발하게 활용되지 않았던 온톨로지를 활용하여 정보 간의 관계를 설정하고 이를 활용하여 추천시스템을 구축한다는 의의를 갖는다. 이 연구에서 제안한 온톨로지 기반 추천시스템은 향후 건축문화유산의 뿐 아니라 한옥의 유지관리를 설계할 때에도 기여할 수 있을 것이다.

후속연구

이 연구는 수리 관련 지식의 통합, 공유, 확장을 가져오고 궁극적으로 건물 수리를 위한 수리방법을 결정하는데 효율적이고 경제적인 툴로 활용될 수 있다. 또한 수리사례 데이터베이스는 건축문화유산의 수리사례를 제공하여 수리 기술자가 수리방법을 선택 하는데 도움을 줄 것이다. 거주자, 문화재관리 공무원과 같은 비전문가의 경우 수리, 관리 대책을 결정하는데 도움을 줄 것이다.
또한 우리는 건축문화유산 관리자를 대상으로 시스템의 효과성과 사용성을 평가할 계획이다. 그리고 그들에게 피드백을 받아 시스템 및 인터페이스를 개선하고자 한다.
이를 위해 건축문화재 수리시방서와 문화재보호법의 문장을 분석하여 시스템에 적용, 건축 수리의 결정 정확도를 높이고자 한다. 또한 해결된 방법이 case library에 저장되도록 case retaining 기능을 추가하여 다음 수리 방법 추천에 활용되도록 할 것이다.
본 연구에서는 유사 정도가 높은 순서대로 case를 배열하는 단계까지 연구가 진행되었고 case 정보의 수정과 저장단계는 향후 연구로 남겨두었다. 이를 위해 건축문화재 수리시방서와 문화재보호법의 문장을 분석하여 시스템에 적용, 건축 수리의 결정 정확도를 높이고자 한다.
향후에는 문화재청, 국립문화재연구소 등 문화재 연구 기관과 공동연구를 통해 데이터의 수집과 전문가 의견을 추가하고 결과물 평가 및 피드백을 받고자 한다. 이 연구는 문화유산 뿐 아니라 최근 사회적으로 각광 받고있는 신한옥 등의 주거 건축물 관리에 적용할 수 있다. 이 연구에 활용된 방법론은 한옥 등 전통건축물 뿐 아니라 현대 건축물의 유지관리에도 활용될 수 있다.
이 연구는 수리 관련 지식의 통합, 공유, 확장을 가져오고 궁극적으로 건물 수리를 위한 수리방법을 결정하는데 효율적이고 경제적인 툴로 활용될 수 있다. 또한 수리사례 데이터베이스는 건축문화유산의 수리사례를 제공하여 수리 기술자가 수리방법을 선택 하는데 도움을 줄 것이다.
이 연구는 문화유산 뿐 아니라 최근 사회적으로 각광 받고있는 신한옥 등의 주거 건축물 관리에 적용할 수 있다. 이 연구에 활용된 방법론은 한옥 등 전통건축물 뿐 아니라 현대 건축물의 유지관리에도 활용될 수 있다.
이 연구는 지금까지 전통건축문화유산의 데이터 관리에 활발하게 활용되지 않았던 온톨로지를 활용하여 정보 간의 관계를 설정하고 이를 활용하여 추천시스템을 구축한다는 의의를 갖는다. 이 연구에서 제안한 온톨로지 기반 추천시스템은 향후 건축문화유산의 뿐 아니라 한옥의 유지관리를 설계할 때에도 기여할 수 있을 것이다.
향후에는 문화재청, 국립문화재연구소 등 문화재 연구 기관과 공동연구를 통해 데이터의 수집과 전문가 의견을 추가하고 결과물 평가 및 피드백을 받고자 한다. 이 연구는 문화유산 뿐 아니라 최근 사회적으로 각광 받고있는 신한옥 등의 주거 건축물 관리에 적용할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건축문화유산 디지털 관리를 위해 가장 어려운 점은 무엇인가?	건축문화유산 디지털 관리를 위해 가장 어려운 점은 관리에 활용할 수 있는 다양한 포맷과 소스의 데이터를 통합하는 것이다. 이를 위해 많은 연구자들은 건축문화재 데이터를 표준화된 형태로 기록, 관리하기 위한 메타데이터를 제안하였다.
	사례 기반 추론 방법의 장점은 무엇인가?	사례 기반 추론(Case Based Recomendation, CBR) 방법은 다른 지식 기반 기술과 비교하여 다음과 같은 이점을 가진다. 추론을 위한 질문을 만들 필요 없이 빠르게 솔루션을 제안할 수 있다. 지식 획득(Knowledge acquisition) 과정에 있어서 도메인 전문가들로부터 사례를 모으고 기록하면 되기 때문에 개발이 용이하다. 사례기반 추론 방법은 인간과 컴퓨터가 문제를 해결하기 위해 상호작용하는 자연스러운 방법으로 사례 수집과 사례 메모 리로의 사례 입력의 반복을 통한 학습이 가능하다는 장점이 있다[18].
	온톨로지란 무엇인가?	이것을 해결하기 위하여 이 연구는 유지관리 사례 데이터를 활용한 온톨로지(ontology) 기반의 사례 기반 (case-based) 수리방법 추천시스템을 제안하고자 한다.온톨로지는 어떤 도메인의 사유를 구성하는 개념과 사물의 분류체계와 각 개념 및 사물들간의 관계를 컴퓨터 프로그램이 익고 처리할 수 있는 기술체계로 구성한 것을 말한다[2]. 온톨로지는 주로 정보 간의 관계를 시스템에 적용 시키는데 활용되어왔다.

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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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