KR100663606B1 - 지도정보 좌표값을 이용한 다조건 최적경로 산출방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 지도정보 좌표값을 이용한 다조건 최적경로 산출방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 지리정보시스템(GIS)에서 지도정보체계 DB의 특성하에 기존 알고리즘을 보다 효율적으로 작동시켜 프로그램 수행상의 속도를 증가시킬 뿐만아니라, 수작업에 의해 구축되는 DB량을 최소화함으로써 DB 구축 경비와 전체 DB의 크기를 줄이기 위한 다조건 최적경로 산출 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 지리정보시스템에서의 지리정보를 기반으로 한 경로 산출방법에 있어서, 상기 지리정보중에서 도로 에지에 관한 연산을 처리하기 위하여, 전체 지리정보중 관심의 대상이 되는 소정 지리정보만의 좌표값을 이용하여 메타 데이터를 구축하는 단계; 상기 메타 데이터의 위상관계와 속성값을 이용하여 상기 지도정보의 최소 스패닝 트리(MST) - 이때, 최소 스패닝 트리(MST)는, 지리정보체계 데이터베이스의 위상관계를 이용하여 이동 가능한 링크를 선별하여 트리를 생성하고, 사용자의 조건을 받아 트리에 포함될 링크를 제한하며, 모든 링크의 방문을 막기 위해 널 키(Null Key)를 사용함 - 를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 최소 스패닝 트리(MST)의 값들만 가지고 연결된 링크들을 따라 소정의 지점이 나올 때까지 단순 순회하여, 상기 소정의 지점에 이르는 최적의 경로를 산출하되, 이때 연산 처리량을 줄이기 위하여 타일링 기법을 적용하여 도엽 단위로 연산을 처리하는 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 지리정보시스템 등에 이용됨.

지리정보시스템(GIS), 최적경로산출, 다조건, 최소 스패닝 트리(MST), 위상

Description

지도정보 좌표값을 이용한 다조건 최적경로 산출방법{Method of calculating multi-conditioned optimum path using coordinates}

도 1 은 본 발명이 적용되는 하드웨어 시스템의 구성 예시도.

도 2 는 본 발명에 따른 다조건 최적경로 산출방법에 대한 일실시예 흐름도.

도 3 은 본 발명에 따른 위상구조와 객체구조의 특징을 이용한 최적경로 산출방법에 대한 일실시예 설명도.

도 4 는 본 발명에 따른 최적경로 산출방법을 개략적으로 나타낸 설명도.

도 5 는 본 발명에 이용되는 자체 정의 메타 파일 포맷을 나타낸 설명도.

도 6 은 본 발명에 이용되는 최소 스패닝 트리(MST)의 개요를 나타낸 설명도.

도 7 은 본 발명에 이용되는 타일 인덱싱 기법을 나타낸 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 중앙처리장치(CPU) 12 : 주기억장치

13 : 보조기억장치 14 : 출력장치

15 : 입력장치 16 : 레지스터(Register)

본 발명은 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System)에서 거리에 의한 산출이 아닌 시간, 공간적 요소(바람직하게는 위상관계와 속성)을 이용하여 최적의 여러 경로를 산출할 수 있는 다조건 최적경로 산출 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.

일반적인 최적경로 알고리즘은 내부적으로 하나의 "Adj. Matrix"를 구축하고 대각 행렬의 특징을 이용하여 필요한 결과를 축출한다. 이를 위해, 두 노드 사이의 링크를 결정하고, 최상위의 루트로부터 트리를 구성한 후에, 이 트리를 다시 가중치가 든 매트릭스와 행렬곱을 행함으로써 결과를 도출한다. 이러한 알고리즘은 무작위의 관계(위상관계)가 없는 것에 적합하다. 또한, 데이터의 용량이 커짐에 따라 기하급수적으로 알고리즘의 수행시간과 메모리의 양이 증대된다.

사용자의 요구가 다양하고 복잡해질수록 최단거리 알고리즘을 사용하여 그러한 문제들에 대한 답을 찾는 것은 거의 불가능하다.

사용자 요구에 대응하기 위한 기존의 방식은 "트리(Tree) 구축→최단거리 알고리즘→속성 정보 연결(Join)→최단거리 재연산→트리 순회 결과 출력"의 복잡한 단계를 거치므로, 시간 비용을 상당히 많이 요한다.

이처럼, 종래에는 데이터베이스(DB)의 크기가 매우 큰 지리정보체계상에서 보편적으로 사용되는 "Dijkstra" 알고리즘에 기반한 최적경로 알고리즘을 사용하는 경우에, 추가적인 DB 구축작업이 필요하고 많은 연산시간이 소요되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 지리정보시스템(GIS)에서 지도정보체계 DB의 특성하에 기존 알고리즘을 보다 효율적으로 작동시켜 프로그램 수행상의 속도를 증가시킬 뿐만아니라, 수작업에 의해 구축되는 DB량을 최소화함으로써 DB 구축 경비와 전체 DB의 크기를 줄이기 위한 다조건 최적경로 산출 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 지리정보시스템에서의 지리정보를 기반으로 한 경로 산출방법에 있어서, 상기 지리정보중에서 도로 에지에 관한 연산을 처리하기 위하여, 전체 지리정보중 관심의 대상이 되는 소정 지리정보만의 좌표값을 이용하여 메타 데이터를 구축하는 단계; 상기 메타 데이터의 위상관계와 속성값을 이용하여 상기 지도정보의 최소 스패닝 트리(MST) - 이때, 최소 스패닝 트리(MST)는, 지리정보체계 데이터베이스의 위상관계를 이용하여 이동 가능한 링크를 선별하여 트리를 생성하고, 사용자의 조건을 받아 트리에 포함될 링크를 제한하며, 모든 링크의 방문을 막기 위해 널 키(Null Key)를 사용함 - 를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 최소 스패닝 트리(MST)의 값들만 가지고 연결된 링크들을 따라 소정의 지점이 나올 때까지 단순 순회하여, 상기 소정의 지점에 이르는 최적의 경로를 산출하되, 이때 연산 처리량을 줄이기 위하여 타일링 기법을 적용하여 도엽 단위로 연산을 처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 일정 도엽(타일) 이내까지 최적경로를 추적하다가 전체 거리 함수의 증감 계수가 소정 이상이면, 전체 최소 스패닝 트리(MST)의 생성을 억제하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은, 프로세서를 구비한 지리정보시스템에, 지리정보중에서 도로 에지에 관한 연산을 처리하기 위하여, 전체 지리정보중 관심의 대상이 되는 소정 지리정보만의 좌표값을 이용하여 메타 데이터를 구축하는 기능; 상기 메타 데이터의 위상관계와 속성값을 이용하여 상기 지도정보의 최소 스패닝 트리(MST) - 이때, 최소 스패닝 트리(MST)는, 지리정보체계 데이터베이스의 위상관계를 이용하여 이동 가능한 링크를 선별하여 트리를 생성하고, 사용자의 조건을 받아 트리에 포함될 링크를 제한하며, 모든 링크의 방문을 막기 위해 널 키(Null Key)를 사용함 - 를 생성하는 기능; 및 상기 생성된 최소 스패닝 트리(MST)의 값들만 가지고 연결된 링크들을 따라 소정의 지점이 나올 때까지 단순 순회하여, 상기 소정의 지점에 이르는 최적의 경로를 산출하되, 이때 연산 처리량을 줄이기 위하여 타일링 기법을 적용하여 도엽 단위로 연산을 처리하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

또한, 본 발명은, 일정 도엽(타일) 이내까지 최적경로를 추적하다가 전체 거리 함수의 증감 계수가 소정 이상이면, 전체 최소 스패닝 트리(MST)의 생성을 억제하는 기능을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

본 발명은 최근에 급속도로 확산되고 있는 GIS의 한 응용 모듈로서, GIS의 여러 기능중 특히 도로 DB에서 많이 사용되는 최단 거리 산출 알고리즘을 개선한 것이다. 이러한 알고리즘은 여러 방식으로 구현된 예를 볼 수 있고, 또한 다양한 방식으로 여러 분야에 맞도록 변형되어서 응용되고 있다.

본 발명 역시 자료 자료구조론의 그래프 이론과 최소 스패닝 트리(MST : Minimum Spanning Tree) 및 "Prim" 알고리즘을 기본적으로 만족시킨다. 그리고, 이중 연결 동적 링크드 리스트 알고리즘을 수용한다.

본 알고리즘은 GIS의 가장 큰 특징인 위상구조를 이용하여, 그래프 이론과 Prim 알고리즘을 개량하였다. 그래프 이론은 트리를 이용하여 임의의 지점에 주어진 조건을 만족하며 도달할 수 있는가 없는가를 찾는데서 출발하였다. 이 이론은 계속적인 발전과 더불어 컴퓨터 수학에 있어서는 가장 근본적인 배경이 된다.

최소 스패닝 트리(MST)는 한 그래프의 정점들이 두 개의 집합으로 분할되어 주어졌을 때, 한 집합내의 한 정점과 또 하나의 집합내의 한 정점을 연결하는 선분들중에서 최소치를 갖는 선분을 포함한다는 성질을 지니고 있다. 이러한 MST를 구하는 것중에 널리 사용되는 알고리즘이 Prim 알고리즘이다.

Prim 알고리즘은 그 특성상 최단 거리를 도출하기 위하여 임의의 한 노드에서 다음 노드를 찾을 때, MST내의 임의의 정점에 가장 가까운 정점을 찾는다. 이 알고리즘은 일반적으로 많이 사용되는 Dijkstra 알고리즘과 매우 유사하지만, Dijkstra 연산은 시작 정점에 가장 가까운 다음 정점을 찾아 이어가는 점에서 분명한 차이점을 갖는다.

기본적으로, 본 발명은 이러한 알고리즘을 만족시키면서 GIS DB의 특성들과 부합시켰다.

본 발명은 지리정보체계 DB를 기반으로 지도정보 좌표값을 이용한 최적경로 산출하기 위해, 대용량의 지리정보체계 데이터베이스의 특성인 위상관계와 속성을 이용하여 다양한 결과물을 산출한다. 이는 기존의 최단 거리 축출 방식과는 상이하다. 즉, 일반적으로 거리에 의해 산출되는 알고리즘과는 다르게 시간, 공간적 요소를 가미하여 최적의 여러 경로를 축출한다. 이는 GIS DB가 그래픽적인 요소위에 다양한 시공간적 DB로 구성된 의사 결정 시스템이라는 것에서 착안되었다.

따라서, 본 발명은 기존의 알고리즘이 가지고 있는 단점을 지리정보체계의 DB가 위상관계를 가지고 구축된다는 점을 이용하여 경로산출을 위한 여러 단계를 줄이고 효과적으로 원하는 다양한 결과를 도출할 수 있다. 이로써, 본 발명은 많은 양의 지리정보체계 DB에 대해 빠른 수행속도와 적은 DB크기로 다조건을 충족시키는 경로산출이 가능하도록 최적화하는데 이용될 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 GIS 데이터를 기반으로 기본적인 X, Y 좌표값과 연산에 소요되는 기본적인 속성값을 산출하여 MST를 생성하고 사용자가 입력한 다양한 조건에 부합하는 최적화된 경로를 산출한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 하드웨어 시스템의 구성 예시도로서, 일반 컴퓨터나 중대형 메인프레임의 기본적인 하드웨어 구성을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 하드웨어 시스템은, 컴퓨터의 전체 동작을 제어하고 관리하는 중앙처리장치(11)와, 중앙처리장치(11)에서 수행할 프로그램을 저장하고 작업 수행중 이용되는 각종 데이터들중에서 최우선 순위의 데이터를 캐슁하는 임시 보관소인 레지스터(Register)(16)와 이를 저장하는 주기억장치(14)와 접속되고, 이 물리적 용량이 초과했을 경우나 추가적인 데이터를 임시 보관해 놓거나 영구 보관해 놓을 보조기억장치(13)와 기본적으로 사용자의 요구를 입력하는 입력장치(키보드, 마우스)(15)와 결과를 디스플레이할 출력장치(모니터 등)(12)를 구비한다.

그러나, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 컴퓨터 하드웨어 환경은 당해 분야에서 이미 주지된 기술에 지나지 아니하므로 여기에서는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기한 바와 같은 일반 컴퓨터 및 중대형 메인프레임에서 본 발명이 적용되는 컴퓨팅 환경에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 일반적인 환경은 (표 1)에 도시된 바와 같다.

CPU	Pentium Ⅱ300
HDD	10.1G(UDMA 33), 7,2000RPM
Memory	512Mbyte
O/S	Windows NT 4.0

기본적으로 중앙처리장치(CPU)(11)는 "펜티엄(Pentium) Ⅱ Core"를 사용하므로 하드웨어는 최소한 펜티엄Ⅱ 이상을 요구한다.

보조기억장치(HDD)(13)의 경우는 7,200RPM급 이상을 요구한다.

주기억장치(Memory)(14)는 GIS DB의 크기(Size)에 따라 변하나, 최소 256MB 이상을 요구한다.

운영체계(O/S)는 기본적으로는 "윈도우(Windows) NT 4.0" 이상을 요구한다.

"ANSI"의 규정을 준수함으로서, 유닉스(UNIX)와 Source Level의 호환이 고려되어 있다.

이를 최종적으로 정리하면, 하기의 (표 2)와 같으며, 그외에 키보드(입력장치), 모니터(출력장치)로 구성된다.

CPU	Pentium Ⅱ 데슈츠 300 이상
Memory	PC-100용 SDRAM 256M
Main Board	BX급 이상(UDMA 지원)
HDD	AGP 지원 Card
VGA	Windows NT 4.0+Service Pack 6.0 이상
O/S	Linux Kernel 2.3 이상
(변경적용가능)	x86용 솔라리스 2.5.1 이상

도 2 는 본 발명에 따른 다조건 최적경로 산출방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

본 발명은 GIS의 위상 관계를 활용한다.

다양한 요구 사항을 충족시킬 수 있는 최적경로는 일반적인 최단거리 산출 알고리즘에 의해 산출된 경로와는 성격이 다르다.

따라서, 본 발명에서는 우선 경유지점의 통과, 시간적 요소의 고려, 최소 비용이 필요한 지점의 통과, 최단 거리와 원하는 지점만을 통과하는 등의 여러 요구 조건들에 대하여 유연성있게 대응하기 위하여 구축되는 여러 속성정보들의 양을 최대한 줄이고, GIS DB가 가지는 가장 기본적인 그래픽적 성질인 단순 좌표만을 이용하여, MST를 생성한다.

GIS DB는 그 특성상 특정 노드에 연결된 링크들이 일정한 위상 관계를 가지 고 구축되었다는 점을 이용하여 구축된 MST를 순회함과 동시에 사용자 요구 조건을 접목하여 최적 거리를 산출할 수 있는 방안을 제공하므로써, 기존 방식이 가지는 복잡한 과정을 생략할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다조건 최적경로 산출방법은, 크게 메타-데이터(Meta-Data)를 구축하는 과정(201), 에지(Edge)를 이용한 간선 구축 과정(202), 최적경로 산출 과정(203)으로 나눌 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 위상구조와 객체구조의 특징을 이용한 최적경로 산출방법에 대한 일실시예 설명도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 메타 데이터 구축 과정(201)에서는 대용량의 GIS 데이터중에서 도로 에지(Edge)에 관한 연산을 처리하기 위하여 전체 데이터베이스중에서 관심의 대상이 되는 특정 데이터의 특성을 이용하여 메타-데이터를 구축한다.

여기서, 다양한 GIS 툴(Tool)이나 여러 가지 독립 모듈을 이용하여, 생성된 GIS 데이터에서 메타-데이터 구축자(Meta-Data Builder)를 통하여 에지(Edge) 데이터를 추출한다. 이때 추출된 데이터는 호환성, 용량, 처리 시간 등을 모두 고려하여, 순차적 아스키(ASCII) 표준을 준수한 형태로 일정한 법칙에 의하여 구축된다.

여기서, 중간 출력물을 고려한 것은 다른 응용 프로그램의 접근과 응용을 용이하도록 하기 위함이다. 이 중간 출력물의 형태인 아스키(ASCII) 파일은 운영체계와 플랫폼에 상관없이 동일하게 사용할 수 있는 형태로 제공된다. 이러한 이유로 중간 포맷으로 선택되어 생성된 것이다.

이러한 중간 포맷을 제어하는 하나의 모듈의 예이자, 본 발명에서 추구하는 형태의 모듈이 바로 연결된 노드 구축자(Connected Node Builder)이다. 이것은 "Mil-STD-2047"의 근본적 개념을 수용하고 있으나, 형식과 적용 및 응용에 있어서는 완전히 다르다. 여기서, 파생된 결과물은 도로 데이터의 연결성을 검증 및 보장함과 동시에 이를 응용하여, 최적 경로 등의 산출에 있어 최대한의 편이성을 제공하는 형태가 된다.

일반적인 최적 경로 산출에서는 점과 점사이의 연결 링크를 구하는 과정(즉, 에지를 이용한 간선 구축 과정)(202)이 있는데, 일단 데이터 추상화 모듈을 통과하고 나면, 벡터좌표와 벡터좌표 사이의 연결링크라는 형태로 데이터 추상화가 이루어져 GIS 데이터의 현실성을 반영하게 된다. 이것은 전체 대상 데이터의 엔티티(Entity) 개수를 줄임으로써, 속도의 향상과 더불어 실제 도로를 축출해야 하는 문제에 대한 선처리가 미리 일어남으로써, 이후 최적 경로 산출 알고리즘의 적용에 있어 유연성을 제공하게 된다.

또한, 다양한 가중치를 이 과정을 통해 부과할 수 있으며, 이렇게 부과된 형태의 결과물들이 링크드 리스트 관리자라는 객체를 통하여 관리됨으로써 객체의 복사와 생성 등을 통한 다양한 응용과 접근이 용이하도록 설계된다. 이렇게 보존된 링크드리스트는 추후 최적 경로 산출 등에 직접적인 사용이나 응용이 가능하다.

데이터 추상화 모듈 및 링크드 리스트 관리자를 통과한 결과물은 에지 리스트 생성자(Edge List Creator)를 통하여 하나의 전체 리스트로 재정렬되어 결과로 보존되어 가상의 도로 연결 상태가 가상메모리에 탑제됨으로써, 도로 벡터의 처리 과정이 완료된다.

최적경로 산출 과정(203)은 고전적인 그래프 이론과 그 개념은 같으나, 대상이 GIS의 위상 구조를 의미하는 것이 다르다.

GIS에서는 위상 관계에 대한 정의가 가장 중요하다.

도로의 일정한 마디점을 무작위로 연결하여 그래프를 생성해 내는 것이 고전적 그래프 이론이라면, 여기에서는 반드시 실도로상의 여러 연결 에지(Edge)들을 따라서 이루어지는 2차원적 구조물에 대한 위상관계를 지닌다. 한 도로 에지(Edge)는 인접 도로의 연결 유무에 대한 관계성에 대한 위상구조를 지니고 있다.

그런데, 이미 데이터 구축에 있어 이런 위상 구조는 이미 결정된 경로만을 지나가도록 구축되어 있다. 이것은 현실 세계의 대상물을 바탕으로 구축된 GIS DB의 현실성에 기인한다. 이러한 현실성은 고전적 이론에서 어디를 지나는가 하는 문제에 대한 대답이 이미 결정되어 있다는 해답을 제시해 주고 있으므로 이를 고려치 않아도 된다. 이러한 GIS DB만의 특징은 또 다른 추상화와 여러 가지 위상적 질문(Query)에 대한 판단이나 조건 추가를 용이하게 해주며, 이를 응용한 다차원적인 다른 위상 정립 결과를 만들어 내는 것을 가능하게 해 준다.

고전 이론에서 이러한 질문을 통과한 결과물은 일정한 링크 혹은 에지(Edge)가 된다. 이것은 본 발명에 있어 중요한 모티브가 된다. 이미 결정되어 구축된 데이터를 대상으로 하는데 있어, 이런 질문에 대한 답을 구하기 위한 알고리즘 과정을 생략하는 것이 가능한가에 대한 새로운 해답을 제시해 주기 때문이다.

이것에 대한 답은 GIS 도로 데이터의 현재 구축 과정에 있으며, 결정된 경로를 새로 찾을 필요가 없음을 알려주고 있다. 그렇다면, 연산의 단위도 노드가 아닌 일정한 결정된 벡터 사이의 연결 순서만을 부여하거나, 찾는 기하적 요소를 포함하는 추상화 알고리즘을 생성하면(GIS의 위상 구조를 이용하면), 이러한 문제에 들어가는 시간과 비용을 상당히 줄여줄 수 있다.

이런 모든 과정을 지나면, 최종 최적 노선 산출의 결과물이 출력된다.

도 4 는 본 발명에 따른 최적경로 산출방법을 개략적으로 나타낸 설명도이다.

예를들면, 특정 어플리케이션에서 사용자 요구에 따라 분석에 필요한 최소 데이터를 넘겨준다. 이 경우 출발점, 도착점 및 경유 지점과 그리고 일부 필요한 최소한의 내장된 속성과 조건들이 된다.

본 발명에 의한 모듈은 기본적으로 보편적으로 사용되는 지리정보체계의 형상(Shape) 파일 포맷을 분석하고 축출하는 기능을 가지고 있다. 이 모듈은 수행시간을 줄이기 위하여 최소한 정보를 메타-데이터로 기 구축되었다. 이 메타 데이터에 대해 보다 상세히 설명하면 하기의 도 5와 같다.

도 5 는 본 발명에 이용되는 자체 정의 메타 파일 포맷을 나타낸 설명도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 자체 정의 메타 파일은 NIMA(미 국방성)의 표준 MIL-STD-2407을 응용하여 자체 제작한 파일 포맷으로서, MST의 구성에 있어서 나타나게 될 여러 가지 문제점들 효과적으로 제거해 줄 정보들과 지리정보체계의 위상 관계를 담고 있다.

여기서, 널 키(Null Key)는 트리의 순회시에 가장 문제가 되는 고립 링크의 키들을 미리 축출하고 있다. 이는 개별적인 링크를 구성하는 리스트에 포함된 갯수는 바이너리 파일에서 최소한의 저장 공간만을 가지도록 하기 위해서, 특별한 구분자없이 "갯수*N" 바이트라는 파일 인덱스를 구축하여 검색에 있어서 최상의 속도를 제공하기 위해서 만들어졌다.

그리고, 연결키는 링크 ID 에 연결된 다른 링크의 ID값이다.

또한, 마지막의 "&"는 바이너리 파일로 제어시 파일종료(EOF : End Of File)가 작동하지 못하는 문제를 막기 위해 자체 정의한 키값이다. 이를 계산하기 위해, 미 국방성 포맷에서는 가변길이(Variable Length)라는 별도의 파일을 만들었는데, 본 발명에서는 이러한 낭비를 없애고자 한다. 이는 VPF라는 표준 포맷의 연결 노드(CND : Connected Node) 구축 알고리즘을 필요한 형태로 재구축 및 완전 재정의한 것이다.

이 형태는 일반적인 MST 형성에 필요한 오류를 없애는 값들과 링크간의 연결 테이블을 그대로 정의하고 있으며, 메모리에 올라갈 동적 링크드 리스트를 취하여 정의되었다.

여기서 나타난 기본 가중치 값들은 하기의 도 6에서 보여지는 가중치 값들과 연산이 이루어지면서, 적합한 결과의 MST를 만들어 낼 뿐만아니라, 이 구조는 기본적으로 도로의 연결성을 따라 구축되어지므로 도로망의 연결 정보를 모두 담고 있는 테이블이다. 이 테이블로 인해 좌표 연산을 행하는 기능으로 메모리에 영향을 거의 받지 않고도 데이터베이스 관리시스템(DBMS)과 독립적으로 작동될 수 있게 한다.

도 6 은 본 발명에 이용되는 최소 스패닝 트리(MST)의 개요를 나타낸 설명도이다. 이는 A, B, C ..., G로 나타난 임의의 링크의 키값들에 Prim 알고리즘을 응용해 MST를 형성하는 과정을 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이, 촤측의 D는 D에서 H,G,F,E중에서 F가 최단 정점임을 나타낸다. 이 과정을 통해서 우측의 MST가 형성된다. 이 경우는 경로가 하나인 것으로 한정되었지만, 모든 링크들이 연결되고 방문되어야 한다는 알고리즘을 내포하고 있으나, 실제 지리정보체계상의 데이터에서는 이것이 불가능하다. 따라서, 도 5에서 정의된 널 키(Null Key)들을 모두 방문한 것으로 처리하고, 루프에 빠지는 것을 막는다.

도 6을 보면, A에서 F에 이르는 최단 거리는 결과 트리에서 우방 순회를 통해 "A→D→F"가 최적 경로임을 나타낸다. 이렇게 생성된 결과를 지리정보체계 DB의 위상관계와 연결하면, 도로 A상의 지점에서 도로 F상에 이르는 최적의 경유 도로의 형태가 "A→D→F이며, GIS DB의 위상구조 특성상 모두 연결된 도로가 된다. 이는 상기 도 5에서 모든 도로들의 연결성을 검증하여 선행 테이블을 만든 것으로 증명할 수 있다.

MST가 선행적으로 생성되는 것은 중요한 의미가 있다. 즉, 기존의 최단 거리 축출 알고리즘의 "Adj. Matrix"가 가지는 큰 용량과 많은 루프 시간을 단축하고, 축출된 MST의 값들만 가지고 연결된 링크들을 따라가는 임의의 지점이 나올 때까지 단순 순회만을 행함으로써, 임의의 지점에 이르는 아주 최적의 경로를 빠른 속도로 구할 수 있고, 구축된 트리가 여러 목적으로 사용될 수 있다.

도 7에 나타난 기법을 설명한 이유는 방대한 크기의 지리정보체계의 DB량에서 기인한다. 이로 인해, 발생하는 문제는 링크 테이블을 만들기 위해 작동되는 최소한의 다중 루프만 하더라도 개수의 크기가 너무 크기 때문에 수행 시간에 문제가 있다.

이런 문제를 해결하기 위해서, 지리정보체계 DB를 구축하는데 보편화되어 사용되는 타일링 기법을 응용한다. 전체 지리정보체계 DB의 양이 크더라도 단위 도엽내의 양은 상대적으로 작고, 연산을 위한 총소요 시간은 작은 양에 소비되는 시간의 합으로 표현되므로 훨씬 작아진다. 이때, 도엽별로 존재하는 엔티티(Entity)에 대해 고유한 식별자(ID : Identification)를 부여하기 위해 각 도면상에 존재하는 도로의 링크의 갯수를 정의하기 위하여 이를 하나의 함수로 정의하였으며, 이를 수학식으로 표현하면, 도 7에 도시된 바와 같다.

작은 블록 하나 하나가 각각의 도엽을 의미한다. 이러한 방식은 전체 프로그램의 응용과 시간 단축에 있어서 상당한 유연성을 제공한다.

일정 도엽이내까지 최적 거리를 추적하다가 전체 거리 함수의 증감 계수가 어느 이상이면, 전체 MST생성을 막음으로써 더 빠른 속도를 낼 수 있는 장점을 제공한다. 이러한 제약조건들은 GIS DB의 현실성(실존하는 도로와 도로의 형태 및 거리)에 근거해서 발생된다.

지리정보체계는 인간의 의사결정을 도와주는 것에 그 목적이 있다.

그러나, 이러한 지리정보체계가 다루는 실세계의 데이터는 상당히 비정형적이며, 그 크기가 무척 크다. 이러한 데이터베이스를 구축하기 위해서는 많은 인적자원이 소요되며, 이렇게 구축된 데이터를 활용하여 최적거리를 산출하는 것 또한 고성능의 하드웨어를 요구한다.

본 발명을 통하여, 지리정보체계의 DB구축에 있어서 최적 경로를 산출하기 위한 불필요한 데이터와 설계 및 레이어들을 감소시킴으로써, 인적, 물적 자원의 비효율적인 낭비를 막을 수 있다. 또한, 이 모듈은 다양한 시스템에서 적용될 수 있도록 독립 모듈의 형태로 제공되어 쉽고 간편하게 작동되도록 구성되어 있다. 단지, 형상(Shape)의 형태가 아니더라도 다양한 입력(Input)을 통하여 구동될 수 있는 작은 콤퍼넌트로 만들어져 객체 지향 프로그램의 장점(자원의 재사용과 갱신의 효율성)을 제공하는 효과를 줄 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 지도정보체계 DB의 특성하에 기존 알고리즘을 보다 효율적으로 작동시키고 프로그램 수행상의 속도를 증가시킬 뿐만아니라, 수작업에 의해 구축되는 DB량을 최소함으로써 DB 구축 경비와 전체 DB의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 지리정보시스템에서의 지리정보를 기반으로 한 경로 산출방법에 있어서,

   상기 지리정보중에서 도로 에지에 관한 연산을 처리하기 위하여, 전체 지리정보중 관심의 대상이 되는 소정 지리정보만의 좌표값을 이용하여 메타 데이터를 구축하는 단계;

   상기 메타 데이터의 위상관계와 속성값을 이용하여 상기 지도정보의 최소 스패닝 트리(MST) - 이때, 최소 스패닝 트리(MST)는, 지리정보체계 데이터베이스의 위상관계를 이용하여 이동 가능한 링크를 선별하여 트리를 생성하고, 사용자의 조건을 받아 트리에 포함될 링크를 제한하며, 모든 링크의 방문을 막기 위해 널 키(Null Key)를 사용함 - 를 생성하는 단계; 및

   상기 생성된 최소 스패닝 트리(MST)의 값들만 가지고 연결된 링크들을 따라 소정의 지점이 나올 때까지 단순 순회하여, 상기 소정의 지점에 이르는 최적의 경로를 산출하되, 이때 연산 처리량을 줄이기 위하여 타일링 기법을 적용하여 도엽 단위로 연산을 처리하는 단계

   를 포함하는 지도정보 좌표값을 이용한 다조건 최적경로 산출방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   일정 도엽(타일) 이내까지 최적경로를 추적하다가 전체 거리 함수의 증감 계수가 소정 이상이면, 전체 최소 스패닝 트리(MST)의 생성을 억제하는 단계

   를 더 포함하는 지도정보 좌표값을 이용한 다조건 최적경로 산출방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 도엽별로 존재하는 엔티티(Entity)에 대해 고유한 식별자(ID)를 부여하기 위해, 각 도면상에 존재하는 도로의 링크의 갯수를 정의하기 위하여 이를 다음의 함수로 정의하는 것을 특징으로 하는 지도정보 좌표값을 이용한 다조건 최적경로 산출방법.

   
5. 프로세서를 구비한 지리정보시스템에,

   지리정보중에서 도로 에지에 관한 연산을 처리하기 위하여, 전체 지리정보중 관심의 대상이 되는 소정 지리정보만의 좌표값을 이용하여 메타 데이터를 구축하는 기능;

   상기 메타 데이터의 위상관계와 속성값을 이용하여 상기 지도정보의 최소 스패닝 트리(MST) - 이때, 최소 스패닝 트리(MST)는, 지리정보체계 데이터베이스의 위상관계를 이용하여 이동 가능한 링크를 선별하여 트리를 생성하고, 사용자의 조건을 받아 트리에 포함될 링크를 제한하며, 모든 링크의 방문을 막기 위해 널 키(Null Key)를 사용함 - 를 생성하는 기능; 및

   상기 생성된 최소 스패닝 트리(MST)의 값들만 가지고 연결된 링크들을 따라 소정의 지점이 나올 때까지 단순 순회하여, 상기 소정의 지점에 이르는 최적의 경로를 산출하되, 이때 연산 처리량을 줄이기 위하여 타일링 기법을 적용하여 도엽 단위로 연산을 처리하는 기능

   을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
6. 제 5 항에 있어서,

   일정 도엽(타일) 이내까지 최적경로를 추적하다가 전체 거리 함수의 증감 계수가 소정 이상이면, 전체 최소 스패닝 트리(MST)의 생성을 억제하는 기능

   을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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