[논문]한국형 Reach File 개발을 위한 속성 설계

이철용; 김계현; 박용길; 이혁

문제 정의

본 연구는 국내 TMDL 업무에서 GIS기반의 효율적인 자료 관리를 지원하는 것을 목적으로 하는 한국형 Reach File의 개발을 위한 선행 연구로써 한국형 Reach File의 속성을 설계하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 미국 Reach File 구축 사례를 확인하였고, 국내 TMDL 업무 등 다양한 고려사항을 고찰하였으며, 이를 통해 한국형 Reach File이 제공해야하는 다양한 속성에 대한 정의가 가능하였다.
본 연구는 한국형 Reach File을 개발하기 위한 선행 연구로써 한국형 Reach File의 필수 구성 요소 중 하나인 속성자료에 대하여 속성 모델링을 수행하고 이를 바탕으로 속성을 설계하는 것을 목표로 하였다. 이를 위하여 우선 미국 Reach File 사례를 검토하였고, 최종 버전인 ‘RF3(Reach File version 3)’의 속성 내역을 확인하여 설계에 참조하였다.
아울러 국내 TMDL 업무 분석을 수행하여 업무 활용 측면에서 요구되는 속성도 모델링을 통해 설계에 반영하였다. 최종적으로 속성 설계 테이블을 작성하였고, 이를 바탕으로 향후 활용도에 대하여 고찰하였다.

제안 방법

따라서 속성 모델링은 크게 ‘위상 속성(topological attribute)’, ‘위치 속성(locational attribute)’, ‘주제 속성(thematic attribute)’의 세 가지 분류에 따라 이루어졌다.
특히 이때 선형 도형 자료는 시작점과 끝점의 XY좌표 뿐 아니라, 공간색인 및 검색에서 MER(Minimum Enclosing Rectangle)을 활용할 수 있도록 XY좌표의 최대값 및 최소값도 속성에 포함되도록 하였다. 마지막으로 주제 속성과 관련해서는 한국형 Reach File의 기본적인 목적이 TMDL 관련 유관 자료의 공간 기반 관리 지원이므로 이와 관련하여 요구되는 최소한의 주제 정보가 속성에 포함되도록 모델링하였다. 특히 하천명, 하천코드, 유역명, 행정구역명 등은 유관 데이터와의 관계형 결합에서 외부 연결키(FK; Foreign Key)의 역할을 수행하므로 속성 모델링에서 우선 고려되었다.
이를 위하여 우선 미국 Reach File 사례를 검토하였고, 최종 버전인 ‘RF3(Reach File version 3)’의 속성 내역을 확인하여 설계에 참조하였다. 아울러 국내 TMDL 업무 분석을 수행하여 업무 활용 측면에서 요구되는 속성도 모델링을 통해 설계에 반영하였다. 최종적으로 속성 설계 테이블을 작성하였고, 이를 바탕으로 향후 활용도에 대하여 고찰하였다.
따라서 속성 모델링은 크게 ‘위상 속성(topological attribute)’, ‘위치 속성(locational attribute)’, ‘주제 속성(thematic attribute)’의 세 가지 분류에 따라 이루어졌다. 위상 속성에서는 미국 RF3의 속성 검토 결과를 우선 반영하였고, 하천의 경로탐색(navigation)이나 수질모의 구간의 선정, 누적 연장의 계산, 관심 대상 하천의 추출 등에서 해당 속성들이 활용될 수 있도록 속성 모델링을 수행 하였다. 위치 속성과 관련해서는 각 객체의 위치 식별이 가능하고 위치 검색에서도 활용이 가능하도록 TM좌표계에서의 2차원 XY좌표가 속성으로 입력되도록 모델링하였다.
위상 속성에서는 미국 RF3의 속성 검토 결과를 우선 반영하였고, 하천의 경로탐색(navigation)이나 수질모의 구간의 선정, 누적 연장의 계산, 관심 대상 하천의 추출 등에서 해당 속성들이 활용될 수 있도록 속성 모델링을 수행 하였다. 위치 속성과 관련해서는 각 객체의 위치 식별이 가능하고 위치 검색에서도 활용이 가능하도록 TM좌표계에서의 2차원 XY좌표가 속성으로 입력되도록 모델링하였다. 특히 이때 선형 도형 자료는 시작점과 끝점의 XY좌표 뿐 아니라, 공간색인 및 검색에서 MER(Minimum Enclosing Rectangle)을 활용할 수 있도록 XY좌표의 최대값 및 최소값도 속성에 포함되도록 하였다.
이를 위하여 우선 미국 Reach File 사례를 검토하였고, 최종 버전인 ‘RF3(Reach File version 3)’의 속성 내역을 확인하여 설계에 참조하였다.
본 연구는 국내 TMDL 업무에서 GIS기반의 효율적인 자료 관리를 지원하는 것을 목적으로 하는 한국형 Reach File의 개발을 위한 선행 연구로써 한국형 Reach File의 속성을 설계하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 미국 Reach File 구축 사례를 확인하였고, 국내 TMDL 업무 등 다양한 고려사항을 고찰하였으며, 이를 통해 한국형 Reach File이 제공해야하는 다양한 속성에 대한 정의가 가능하였다. 특히 속성 모델링 과정에서는 위상, 위치, 주제에 관한 세 가지 대분류에 따른 개념적 속성 모델링이 가능하였고, 이를 바탕으로 점형 및 선형 도형자료에 대한 속성 설계서의 작성이 가능하였다.
특히 하천명, 하천코드, 유역명, 행정구역명 등은 유관 데이터와의 관계형 결합에서 외부 연결키(FK; Foreign Key)의 역할을 수행하므로 속성 모델링에서 우선 고려되었다. 이후 논리적 설계에서는 앞서 모델링한 속성 내역을 바탕으로 필드명, 데이터 타입 및 길이, 속성의 정의 등을 테이블 형식으로 정의하였다.
이후 속성 구성 내역을 바탕으로 실제 데이터 테이블을 작성하기 위하여 논리적 설계를 수행하여 속성 설계서를 작성하였다. 논리적 설계를 통해 데이터 테이블에서의 각 속성에 대한 필드명, 데이터 타입 및 길이, 정의 등의 기술이 가능하였고, 향후 이를 바탕으로 ArcGIS 상에서 속성 자료의 물리적 구축이 가능할 것으로 판단되었다.
위치 속성과 관련해서는 각 객체의 위치 식별이 가능하고 위치 검색에서도 활용이 가능하도록 TM좌표계에서의 2차원 XY좌표가 속성으로 입력되도록 모델링하였다. 특히 이때 선형 도형 자료는 시작점과 끝점의 XY좌표 뿐 아니라, 공간색인 및 검색에서 MER(Minimum Enclosing Rectangle)을 활용할 수 있도록 XY좌표의 최대값 및 최소값도 속성에 포함되도록 하였다. 마지막으로 주제 속성과 관련해서는 한국형 Reach File의 기본적인 목적이 TMDL 관련 유관 자료의 공간 기반 관리 지원이므로 이와 관련하여 요구되는 최소한의 주제 정보가 속성에 포함되도록 모델링하였다.
한국형 Reach File의 도형자료는 선형의 하천망도를 제작하고 이를 stream reach를 기준으로 분할하는 방식으로 구축하도록 하였다. 하천망도는 환경부에서 제작한 폴리곤 형식의 기존 실폭 기준 하천도 shape 파일에서 하천의 대표 하천중심선을 추출하여 제작하기로 하였다. 하천중심선 추출을 위한 알고리즘은 최대내접원(maximum inscribed circle)의 중심(center)을 추출하여 연결하는 알고리즘을 사용하기로 하였다.
하천망도는 환경부에서 제작한 폴리곤 형식의 기존 실폭 기준 하천도 shape 파일에서 하천의 대표 하천중심선을 추출하여 제작하기로 하였다. 하천중심선 추출을 위한 알고리즘은 최대내접원(maximum inscribed circle)의 중심(center)을 추출하여 연결하는 알고리즘을 사용하기로 하였다.
한국형 Reach File의 속성 설계를 위하여 속성 모델링을 수행하였고, 각 속성 분류에 따른 필요 속성 내역을 개념적으로 정리하였다. 표 1은 속성 모델링을 통해 각 점형 및 선형 도형자료와 연계되어 관리되어야 하는 속성의 내역을 세 가지 분류에 따라 정리한 것이다.

성능/효과

국내 TMDL에서 오염원 및 오염부하량 자료는 단위유역 및 행정구역 단위로 관리되고 있는 것으로 확인되었다. 특히 물환경정보시스템 데이터베이스의 구성을 확인한 결과, 유역명이나 행정 구역명이 주요 연결키로 활용되고 있었으며, 검색 및 조회도 이를 기준으로 이루어지고 있었다.
속성 설계서 결과에서 확인할 수 있듯이 고유식별자를 포함하여 점형 도형자료에 대해서는 총 13개, 선형 도형자료에 대해서는 총 53개의 세부 속성에 대한 정의가 가능하였다. 본 연구에서 작성된 속성 설계서는 향후 한국형 Reach File 구축에 직접 활용이 가능하며, 따라서 한국형 Reach File 개발의 구체적인 개발 방향의 설정에도 기여할 것으로 기대된다.

후속연구

이후 속성 구성 내역을 바탕으로 실제 데이터 테이블을 작성하기 위하여 논리적 설계를 수행하여 속성 설계서를 작성하였다. 논리적 설계를 통해 데이터 테이블에서의 각 속성에 대한 필드명, 데이터 타입 및 길이, 정의 등의 기술이 가능하였고, 향후 이를 바탕으로 ArcGIS 상에서 속성 자료의 물리적 구축이 가능할 것으로 판단되었다. 표 2와 3은 한국형 Reach File의 점형 및 선형 도형자료의 속성 설계서 작성 결과를 보여준다.
향후에는 이를 근거로 실제 한국형 Reach File의 구축이 가능할 것으로 기대되며, 아울러 TMDL 업무 지원 이외에도 관계형 결합에 의한 타 부처 데이터 베이스와의 연계, GIS기반의 수질모의 자동화 연구 등 다양한 분야에서의 활용도 기대된다. 따라서 향후 연구에서는 속성 설계 결과를 바탕으로 실제 한국형 Reach File의 구축이 이루어져야 하며, 이를 통해 활용성 검증 및 다양한 활용방안에 대한 구체화 연구도 뒤따라야 한다.
속성 설계서 결과에서 확인할 수 있듯이 고유식별자를 포함하여 점형 도형자료에 대해서는 총 13개, 선형 도형자료에 대해서는 총 53개의 세부 속성에 대한 정의가 가능하였다. 본 연구에서 작성된 속성 설계서는 향후 한국형 Reach File 구축에 직접 활용이 가능하며, 따라서 한국형 Reach File 개발의 구체적인 개발 방향의 설정에도 기여할 것으로 기대된다. 아울러 본 연구를 통해 작성된 속성 설계서에는 미국 EPA Reach File 사례, 국내 TMDL 업무, 향후 활용도 등 다양한 고려사항이 다각적으로 반영되어 있으므로 이를 바탕으로 한국형 Reach File을 구축하는 경우 TMDL 업무 지원 뿐 아니라 수자원 정보 관리 및 GIS기반의 수질모의 자동화 연구 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다.
우리나라는 이미 각 유관 부처에서 수리·수문·수질 데이터베이스를 구축하였고, 이를 연계하여 활용하는 것이 Reach File을 위하여 새로운 속성 데이터베이스를 구축하는 것보다 효율적이다. 아울러 RF3과 같이 도형자료와 함께 최소한의 속성자료만을 저장하는 것이 향후 활용에서 연산 및 검색의 처리 속도를 높이는데 유리하다.
본 연구에서 작성된 속성 설계서는 향후 한국형 Reach File 구축에 직접 활용이 가능하며, 따라서 한국형 Reach File 개발의 구체적인 개발 방향의 설정에도 기여할 것으로 기대된다. 아울러 본 연구를 통해 작성된 속성 설계서에는 미국 EPA Reach File 사례, 국내 TMDL 업무, 향후 활용도 등 다양한 고려사항이 다각적으로 반영되어 있으므로 이를 바탕으로 한국형 Reach File을 구축하는 경우 TMDL 업무 지원 뿐 아니라 수자원 정보 관리 및 GIS기반의 수질모의 자동화 연구 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다.
특히 속성 모델링 과정에서는 위상, 위치, 주제에 관한 세 가지 대분류에 따른 개념적 속성 모델링이 가능하였고, 이를 바탕으로 점형 및 선형 도형자료에 대한 속성 설계서의 작성이 가능하였다. 향후에는 이를 근거로 실제 한국형 Reach File의 구축이 가능할 것으로 기대되며, 아울러 TMDL 업무 지원 이외에도 관계형 결합에 의한 타 부처 데이터 베이스와의 연계, GIS기반의 수질모의 자동화 연구 등 다양한 분야에서의 활용도 기대된다. 따라서 향후 연구에서는 속성 설계 결과를 바탕으로 실제 한국형 Reach File의 구축이 이루어져야 하며, 이를 통해 활용성 검증 및 다양한 활용방안에 대한 구체화 연구도 뒤따라야 한다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미국 EPA가 구축한 공간자료 기반의 수문학적 데이터베이스는?	본 연구는 한국형 Reach File을 개발하기 위한 선행 연구로써 한국형 Reach File의 필수 구성요소 중 하나인 속성을 설계하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 우선 미국 Reach File 구축 사례를 검토하였고, 특히 최종 버전인 RF3(Reach File version 3)의 속성 내역을 정리하여 설계에 참조하였다.
	Reach File이 활용되는 업무는?	한편, 미국 EPA(Environmental Protection Agency)에서는 이러한 문제점을 이미 과거에 인지하여 ‘Reach File’이라는 공간자료 기반의 수문학적 데이터베이스를 구축하였다. 현재는 TMDL 지원을 위한 유관 자료 관리 및 수질모의 업무에 이를 적극 활용하고 있다. 그러나 국내에서는 이와 같은 하천 네트워크를 기반으로 하는 공간자료나 데이터베이스 구축에 관한 연구는 아직까지 미흡한 실정이다.
	수질오염총량관리제도가 국내에 최초 도입된 시기는?	1999년 수질오염총량관리제도(TMDL; Total Maximum Daily Loads)가 우리나라 최초 도입이 확정된 이래, 환경부에서는 각종 오염원과 오염부하량에 관한 자료를 체계적으로 관리하고 나아가 유관 업무의 자동화를 지원하기 위해 지속적으로 데이터베이스 구축 사업을 추진하였다. 현재는 ‘물환경정보시스템(WEIS; Water Environmental Information System)’을 구축하여 국립환경과학원내 인트라넷 및 홈페이지와 연동하여 수질 관리에 필요한 자료들을 공유하고 유관 업무에도 활용 중이다.

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