KR20100043489A - Ｄｅｍ을 이용한 하천네트워크 생성방법 - Google Patents

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KR20100043489A
KR20100043489A KR1020080102541A KR20080102541A KR20100043489A KR 20100043489 A KR20100043489 A KR 20100043489A KR 1020080102541 A KR1020080102541 A KR 1020080102541A KR 20080102541 A KR20080102541 A KR 20080102541A KR 20100043489 A KR20100043489 A KR 20100043489A
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최윤석
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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 수치지도의 고도자료를 활용하여 수자원지리정보시스템을 구축하는 방법에 관한 것으로,
더욱 상세하게는 수치지도의 고도자료(Digital Elevation Model)를 그리드화 하여 이용하고, 3×3 그리드로 흐름 방향을 표시하는 D8-method를 이용해서 지표수의 흐름 방향을 결정하는 방법으로, 일정 조건에 따르는 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법,
흐름 방향 그리드(Flow Direction Grid)를 이용하여 흐름누적수(Flow Accumulation)를 계산하는 방법으로, 일정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 흐름누적수 산정 방법,
흐름 방향 그리드와 흐름누적수를 이용하여 하천망(Stream)을 추출하는 방법으로, 일정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 하천망 추출방법,
하천망 그리드(Stream Grid)를 라인 벡터(Line Vector)로 전환하여 최종 하천망을 생성하는 방법으로, 소정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 최종 하천망 생성 방법을 제공한다.
수자원, 지리정보시스템, GIS, HyGIS, 하이드로, 흐름방향, 흐름누적, 하천망, 하천망 벡터

Description

ＤＥＭ을 이용한 하천네트워크 생성방법{River network making method using the Digital Elevation Model}
본 발명은 수치지도의 고도자료를 활용하여 수자원지리정보시스템을 구축하는 방법에 관한 것으로,
더욱 상세하게는 수치지도의 고도자료(Digital Elevation Model)를 그리드화 하여 이용하고, 3×3 그리드로 흐름 방향을 표시하는 D8-method를 이용해서 지표수의 흐름 방향을 결정하는 방법으로, 일정 조건에 따르는 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법,
흐름 방향 그리드(Flow Direction Grid)를 이용하여 흐름누적수(Flow Accumulation)를 계산하는 방법으로, 일정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 흐름누적수 산정 방법,
흐름 방향 그리드와 흐름누적수를 이용하여 하천망(Stream)을 추출하는 방법으로, 일정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 하천망 추출방법,
하천망 그리드(Stream Grid)를 라인 벡터(Line Vector)로 전환하여 최종 하천망을 생성하는 방법으로, 소정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 최종 하천망 생성 방법을 제공한다.
본 발명 이전에는 국내에서 국가지리정보체계(NGIS) 사업을 통해 전국에 걸친 수치지형도, 공통주제도 등이 구축되었고, 또한 KOMPSAT-1을 통한 인공위성영상자료와 강우 레이다 자료가 다양하게 수집되고 있다. 그러나 이와 같은 공간정보가 응용분야로의 자료파급효과가 미흡하고 특히, 수자원 관리분야에 있어서는 연구적 차원이나 실무적 차원에서의 활용과정에 많은 어려움이 있는 실정이다. 이러한 자료를 수자원 분야에 활용하기 위해서는 일반적으로 외국 S/W가 이용되고 있으나, 이 경우 국내에서 제작되어 제공되는 공간자료의 특성을 S/W에서 효율적으로 반영할 수 없으므로 공간정보의 활용을 위한 부수적인 노력이 요구되어 수자원분야의 GIS 활용에 어려움이 발생하고 있다.
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술이 안고 있는 문제점을 해결하기 위하여 DEM 정보를 담은 GCD에 관하여 개선된 형태의 알고리즘 및 기준을 가지고 오류 보정 과정 (Smooth DEM, AgreeBurn DEM, 함몰부 채우기, 평탄지 제거)을 거친 후 상기 GCD에 대하여 각 셀에 대한 연산 처리 과정을 거쳐 흐름방향 그리드, 상기의 흐름방향 그리드를 입력받아 흐름누적수 그리드, 상기의 흐름누적수 그리드를 입력받아 하천망 그리드를 생성한 후 최종적으로 하천망 그리드 라인을 이용하여 벡터화 함으로서 국내에서 제공되는 공간자료의 특성이 반영된 하천의 지형인자 계산 및 공간 정보를 담을 수 있게 한다.
수자원 지리정보시스템을 구축하기 위해서,
수치지도의 고도자료(Digital Elevation Model)를 그리드화 하여 이용하고, 3×3 그리드로 흐름 방향을 표시하는 D8-method를 이용해서 지표수의 흐름 방향을 결정하는 방법으로, 일정 조건에 따르는 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법,
흐름 방향 그리드(Flow Direction Grid)를 이용하여 흐름누적수(Flow Accumulation)를 계산하는 방법으로, 일정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 흐름누적수 산정 방법,
흐름 방향 그리드와 흐름누적수를 이용하여 하천망(Stream)을 추출하는 방법으로, 일정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 하천망 추출방법,
하천망 그리드(Stream Grid)를 라인 벡터(Line Vector)로 전환하여 최종 하천망을 생성하는 방법으로, 소정 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 최종 하천망 생성 방법을 제공한다.
상기한 것과 같이 본 발명은 수자원 분야에서 다양하게 적용할 수 있는 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System)을 이용하여 수자원 하천 분석의 기초자료가 되는 DEM 즉 고도 값을 가지는 일정한 크기의 격자를 이용하여 하천망을 생성하여 국내에서 제공되는 공간자료의 특성이 반영된 하천의 지형인자 계산 및 공간 정보를 담을 수 있게 된다. 따라서 수자원 분석 및 모델의 기본이 되는 공간 데이터 구축을 효과적으로 할 수 있다.
본 발명은 수치지도의 고도자료를 활용하여 수자원지리정보시스템을 구축하는 방법에 관한 것으로,
수치지도의 고도자료(Digital Elevation Model)를 그리드화 하여 이용하고, 3×3 그리드로 흐름 방향을 표시하는 D8-method를 이용해서 지표수의 흐름 방향을 결정하는 방법으로, 다음 조건에 따르는 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법을 제공한다.
조건 1. 3×3 그리드의 중앙 셀의 값이 NULL인 경우, 흐름 방향값은 NULL로 설정한다. 흐름방향값(Flow Direction value)은 중앙 셀에서 지표수의 흐름방향을 수치로 표현한 값으로, 기본적으로 3×3 그리드의 윗열 우측으로부터 중앙 셀을 중심으로 외곽 셀에 대해 시계방향으로 2의 멱급수로 흐름방향값을 나타낸다.
조건 2. 3×3 그리드의 중앙 셀이 최외곽 셀이고, 외곽 셀 8개 중에 NULL 셀이 있는 경우, 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 있는 경우는 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정하고(조건 2-1), 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없는 경우는 외곽으로 흐름 방향값을 설정한다(조건 2-2). 외곽으로 흐름 방향값 설정시는 상단우측 셀을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둔다. 여기서, 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도에 이웃한 셀의 고도를 빼주고, 이웃한 셀이 코너에 있으면
Figure 112008072672253-PAT00001
로, 코너에 있지 않으면 1로 나누어준 값을 원거리 가중 하강값(distance-weighted drop)이라 한다.
조건 3. 3×3 그리드의 중앙 셀이 최외곽 셀이 아니고, 외관 셀 8개 중에 NULL 셀이 있는 경우, 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 셀이 있는 경우는 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정하고(조건 3-1), 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없는 경우는 흐름 방향값은 NULL로 설정한다(조건 3-2).
조건 4. 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도보다 주위의 8개 셀의 고도가 모두 높을 경우라도 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정한다.
조건 5. 3×3 그리드의 중앙 셀을 중심으로 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향을 흐름 방향값으로 설정한다.
조건 6. 3×3 그리드의 중앙 셀을 중심으로 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향이 2개 또는 그 이상인 경우에는 상단우측 셀을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둬서 흐름 방향값을 설정한다.
조건 7. 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도보다 주위의 8개 셀의 고도가 높거나 같은 경우에는, 주위의 8 방향에 대해 각각 10단계까지 흐름 방향을 따라가서 10단계 후의 종착점이 다시 자신에게 돌아오지 않는 주위 셀을 찾아 그 방향으로 흐름 방향값을 설정한다. 만약 이러한 셀이 2개 이상이면 임의로 하나를 선택한다.
조건 8. 그리드화된 셀 각각을 중앙 셀로 하여 모든 셀의 흐름 방향값을 설정해준다.
또한, 본 발명에서 사용되는 수치지도의 고도자료는, 중앙 셀 고도를 주변 셀 고도를 사용하여 보간 후 원본적용율에 따라 스무딩(smoothing)하는 과정을 거친 것인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 수치지도의 고도자료는, 중앙 셀이 함몰부인 경우에 함몰부 메움(Fill sink) 또는 메움 및 제거(Fill sink and Breaching)과정을 거친 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 수치지도의 고도자료는, 중앙 셀이 주위 셀과 고도가 같은 평탄지인 경우에 평탄지 제거(Remove Flat Area)과정을 거친 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은,
흐름 방향 그리드(Flow Direction Grid)를 이용하여 흐름누적수(Flow Accumulation)를 계산하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 흐름누적수 산정 방법을 제공한다.
조건 1. 왼쪽 하단 셀부터 시작하여 셀의 값이 '0'이상이 아닌 값인지 검사한다. '0' 이상일 경우는 배수처리를 해주었다는 의미이므로 과정을 생략하고 흐름 방향을 따라 다음 셀을 시작한다. 기본적으로 그리드의 모든 셀은 흐름 방향을 기억하고 각 셀의 값을 '-1'로 셋팅된 상태에서 조건 1.을 시작한다.
조건 2. 셀의 값이 '0'이상이 아닌 경우 해당 셀의 값을 '0'으로 바꾸어 주는 배수처리를 해준다.
조건 3. 흐름 방향을 따라 다음 셀로 이동한 후, 이동한 셀이 영역 밖 또는 자기 자신인 대상 셀이 아닌지 검사하여, 그렇다면 과정을 중단하고 다음 셀을 조사하고, 그렇지 않다면 조건 4.를 수행한다.
조건 4. 이동한 셀의 값이 '0' 이상이 아닐 경우 누적가중치값(초기값이 '1')에 '1'을 더한 값을 셀의 값에 더한 값을 셀의 값으로 한다(즉, 셀의 값 = (누적가중치값) + 1 + (기존 셀의 값)).
조건 5. 이동한 셀의 값이 '0' 이상일 경우 고정된 누적가중치값을 기존 셀의 값에 더한 값을 셀의 값으로 한다(즉, 셀의 값 = (고정 누적가중치값) + (기존 셀의 값)). 그 다음 흐름 방향을 따라 이동한 셀도 동일하게 고정 누적가중치값을 더하면서 흐름방향 끝까지 동일 과정을 거친다.
조건 6. 셀 전체에 대해서 조건 1. 내지 조건 5.의 과정을 반복 수행한다.
또한, 본 발명은,
흐름 방향 그리드와 흐름누적수를 이용하여 하천망(Stream)을 추출하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 하천망 추출방법을 제공한다.
조건 1. 모든 셀에 대해 흐름누적수값과 사용자가 지정한 기준값(threshold)을 비교하여 대상 셀의 흐름누적수값이 기준값보다 크거나 같은 경우는 하천망 셀(stream cell)로 인정하여 하천차수를 '1'로 설정하고, 그렇지 않은 경우는 하천차수를 '0'으로 설정한다.
조건 2. 전체 하천망 그리드(stream grid)에 대하여 하천망 구획(stream segment) 시작 셀을 검색한다. 하천망 구획 시작 셀은 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 하나도 없는 셀을 의미한다.
조건 3. 전체 하천망 구획 시작 셀에 대해 한 셀씩 흐름 방향에 따라 그 다음 셀로 이동하면서 이동한 셀이 영역 밖의 셀인가 검사한다. 만약 영역 밖이라면 그 다음 하천망 구획 시작 셀에 대해 동일한 과정을 수행한다. 영역 밖이 아니라면 조건 4.를 수행한다.
조건 4. 이동한 셀이 교차 셀인가 검사한다. 교차 셀이란 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 2개 이상인 셀을 의미한다.
조건 5. 교차 셀이 아닌 경우에는 이동하기 이전 셀과 동일한 차수로 하천차수를 결정한다.
조건 6. 교차 셀인 경우에는 교차 셀 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀의 그리드 값인 하천차수를 검사하여, 주위 셀들 중에 하천차수가 더 높은 것(고차 하천)이 있다면 교차 셀의 하천차수를 고차 하천 차수로 결정하고(조건 6-1), 주위 셀들의 하천차수가 동일하다면 교차 셀의 차수는 주위 하천차수에 '1'을 더한 값을 하천 차수로 결정한다(조건 6-2).
조건 7. 모든 하천망 구획 시작 셀에 대하여 조건 3. 내지 조건 6.의 과정을 반복한다.
또한, 본 발명은,
하천망 그리드(Stream Grid)를 라인 벡터(Line Vector)로 전환하여 최종 하천망을 생성하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 최종 하천망 생성 방법을 제공한다.
조건 1. 전체 하천망 그리드에 대하여 하천망 구획 시작 셀과 교차 셀을 검색한다. 여기서, 하천망 구획 시작 셀은 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 하나도 없는 셀을 의미하고, 교차 셀이란 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 2개 이상인 셀을 의미한다.
조건 2. 전체 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대하여 한 셀씩 흐름 방 향을 따라 그 다음 셀로 이동하면서 이동한 셀이 영역 밖의 셀인가 검사한다. 만약 영역 밖이라면 그 다음 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대해 동일한 과정을 수행한다. 영역 밖이 아니라면 조건 3.을 수행한다.
조건 3. 이동한 셀이 교차 셀인지 검사하여, 교차 셀인 경우에는 처음 시작 셀과 교차 셀 및 그들 사이 셀들의 집합을 하나의 하천망 구획으로 간주하고(조건 3-1), 교차 셀이 아닌 경우에는 하나의 하천망 구획의 구성 셀로 간주하고 다음 흐름 방향으로 이동한다(조건 3-2).
조건 4. 하나의 하천망 구획으로 간주된 셀들의 집합에서 셀 좌표를 맵 좌표로 변환한다.
조건 5. 맵 좌표로 변환된 하나의 하천망 구획에 라인 벡터를 생성한다.
조건 6. 모든 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대하여 조건 2. 내지 조건 5.의 과정을 반복한다.
조건 7. 생성된 모든 하천망 구획의 라인 벡터의 길이가 입력된 최소 길이 값보다 작을 경우 하천망으로 취급하지 않는다.
이하, 첨부된 도면과 첨부그림을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 흐름방향 ( Flow Direction ) 결정방법
도1은 본 발명인 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법을 순서도로 도시한 것이고, 도5는 본 발명인 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법의 예시를 나타낸 것이고(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다), 도9는 본 발명인 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법에 의해 결정된 흐름 방향을 나타내는 화면이다.
수치지도의 고도자료를 이용해서 구축된 DEM(Digital Elevation Model)은 스무딩(smoothing), 함몰부 메움(Fill sink) 또는 함몰부 메움 및 제거, 평탄지 제거(Remove flat area) 과정을 거쳐서 수자원 분야에서 활용하기에 적절한 DEM으로 변환된다. 이러한 과정을 거친 DEM은 지표수 흐름을 모의할 수 있으며, 이를 위하여 각 셀에 대한 흐름 방향을 결정한다.
수자원지리정보시스템(HyGIS)에서는 O'Callagham과 Mark(1984)에 의해서 제안된 D8-method(deterministic eight-neighborhood method)를 이용해서 흐름 방향을 결정한다. D8-method에서는 3×3 그리드에 대하여 흐름 방향을 표시한다.
흐름 방향의 계산은 3×3 그리드의 중앙셀에서 물이 셀 밖으로 흘러가는 방향을 표시하는 방법에 의한다. 한 셀에서의 흐름 방향은 물이 셀 밖으로 흘러가는 방향이다. 이는 아래의 [그림1]과 같이 셀(x) 주위의 8개 셀 중의 한 방향에 대응하는 것을 기호화(encoded)한 것이다.
[그림1]
Figure 112008072672253-PAT00002
예를 들면, matrix에서 셀 x의 흐름이 왼쪽이라면, 흐름 방향은 32로 기호화된다. 흐름 방향의 기호화는 주위의 여건에 따라 2의 멱급수로서 나타낸다. 흐름 방향은 상기의 방식에 의하며 다음과 같은 조건에 따라 결정된다.
조건 1. 3×3 그리드의 중앙 셀의 값이 NULL인 경우, 흐름 방향값은 NULL로 설정한다. 흐름방향값(Flow Direction value)은 중앙 셀에서 지표수의 흐름방향을 수치로 표현한 값으로, 기본적으로 3×3 그리드의 윗열 우측으로부터 중앙 셀을 중심으로 외곽 셀에 대해 시계방향으로 2의 멱급수로 흐름 방향값을 나타낸다.
[그림2]
Figure 112008072672253-PAT00003
상기 [그림2]에서 보듯이 셀의 중앙값이 NULL인 경우에는 흐름 방향값도 NULL로 표시되며, 여기서 'NULL'은 그 셀 혹은 흐름방향 값을 알 수 없을 때 표시되게 된다.
조건 2. 3×3 그리드의 중앙 셀이 최외곽 셀이고, 외곽 셀 8개 중에 NULL 셀이 있는 경우, 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 있는 경우는 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정하고(조건 2-1), 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없는 경우는 외곽으로 흐름 방향값을 설정한다(조건 2-2). 외곽으로 흐름 방향값 설정시는 상단우측 셀을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둔다. 여기서, 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도에 이웃한 셀의 고도를 빼주고, 이웃한 셀이 코너에 있으면
Figure 112008072672253-PAT00004
로, 코너에 있지 않으면 1로 나누어준 값을 원거리 가중 하강값(distance-weighted drop)이라 한다. 즉, 거리에 따라서 가중치를 두어 지표수의 흐름을 더욱 정확하게 나타내고자 하는 것이다.
[그림3]
Figure 112008072672253-PAT00005
상기의 [그림3]에서 보듯이, 조건 2-2.에서 영역 외부로 흐름 방향을 결정하는 경우에는 우측 상단(20)을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둬서 흐름 방향을 결정하게 되므로 좌측 하단(24) 방향으로 흐름 방향이 결정되게 된다.
조건 3. 3×3 그리드의 중앙 셀이 최외곽 셀이 아니고, 외관 셀 8개 중에 NULL 셀이 있는 경우, 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 셀이 있는 경우는 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정하고(조건 3-1), 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없는 경우는 흐름 방향값은 NULL로 설정한다(조건 3-2).
[그림4]
Figure 112008072672253-PAT00006
상기의 [그림4]에서 보듯이 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없어서 흐름 방향은 'NULL'로 설정된 것이다.
조건 4. 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도보다 주위의 8개 셀의 고도가 모두 높을 경우라도 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정한다.
주위의 8개 셀이 가운데 셀보다 모두 높을 때 발생하는 것으로, 이 때 흐름 방향은 원거리 가중 하강값이 음수이며, 흐름 방향을 지정할 수 없으며, 조건 4.의 셀은 함몰부가 된다. 이 경우 중앙 셀들은 함몰부 채우기(sink-filling procedure)를 수행할 수는 없으나 흐름방향은 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 설정할 수 있다.
[그림5]
Figure 112008072672253-PAT00007
일반적으로 수자원지리정보시스템(HyGIS)에서는 중앙 셀이 함몰부인 경우에 함몰부 메움(Fill sink) 또는 메움 및 제거(Fill sink and Breaching)과정을 거친 후에 흐름방향을 계산하므로, 조건 4.의 경우는 일반적으로 발생하지 않는다. 현재 D8-method 방법을 채택하고 있는 HyGIS에서는 sink 처리하지 않고, 흐름 방향을 계산할 경우 현재 dummy cell로 표시되며, 흐름 방향값은 'NULL'로 설정된다.
조건 5. 3×3 그리드의 중앙 셀을 중심으로 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향을 흐름 방향값으로 설정한다.
대부분의 경우는 조건 5.의 경우에 해당한다.
[그림6]
Figure 112008072672253-PAT00008
조건 6. 3×3 그리드의 중앙 셀을 중심으로 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향이 2개 또는 그 이상인 경우에는 상단우측 셀을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둬서 흐름 방향값을 설정한다.
한 예로 [그림7]에서 보듯이 세 개의 인접한 셀이 주위의 한 경계부에서 같은 하강값을 가질 경우에 중앙셀은 상기 조건 6.에 따라 논리적으로 선택하고 흐름방향을 할당한다.
[그림7]
Figure 112008072672253-PAT00009
조건 7. 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도보다 주위의 8개 셀의 고도가 높거나 같은 경우에는, 주위의 8 방향에 대해 각각 10단계까지 흐름 방향을 따라가서 10단계 후의 종착점이 다시 자신에게 돌아오지 않는 주위 셀을 찾아 그 방향으로 흐름 방향값을 설정한다. 만약 이러한 셀이 2개 이상이면 임의로 하나를 선택한다.
상기의 조건 7.은 평탄지(flat area)를 의미하는 것으로 이러한 경우는 출구점을 찾을 수 없게 된다. 즉, 본 조건 7.은 흐름 방향값을 산정할 수 없는 경우에 활용하는 것이다.
[그림8]
Figure 112008072672253-PAT00010
일반적으로 수자원지리정보시스템(HyGIS)에서는 중앙 셀이 주위 셀과 고도가 같은 평탄지인 경우에 평탄지 제거(Remove Flat Area)과정을 거친 후에 흐름 방향을 결정하게 되므로, 일반적으로 상기의 조건 7.과 같은 경우는 발생하지 않는다. 현재 D8-method 방법을 채택하고 있는 HyGIS에서는 평탄지를 처리하지 않고 흐름 방향을 계산할 경우 현재 dummy cell로 표시되며, 흐름 방향값은 'NULL'로 설정된다.
조건 8. 그리드화된 셀 각각을 중앙 셀로 하여 모든 셀의 흐름 방향값을 설정해준다.
수자원지리정보시스템 구축을 위해 그리드상에 나타나는 모든 셀에 대해서 상기의 조건에 따라서 흐름 방향값을 설정해 준다. 결국 모든 셀은 각각의 흐름 방향 값을 갖게 된다.(도5 또는 도9 참조)
또한, 흐름 방향값의 설정을 위해 사용되는 수치지도의 고도자료는, 흐름 방향값 계산을 원활하게 수행하기 위해 전처리 과정을 거치는 것이 일반적이다. 이에 는, 중앙 셀 고도를 주변 셀 고도를 사용하여 보간 후 원본적용율에 따라 스무딩(smoothing)하는 과정, 중앙 셀이 함몰부인 경우에 함몰부 메움(Fill sink) 또는 메움 및 제거(Fill sink and Breaching)과정 및 중앙 셀이 주위 셀과 고도가 같은 평탄지인 경우에 평탄지 제거(Remove Flat Area)과정이 있다.(도13 참조)
스무딩(smoothing)하는 과정은 다음과 같다. HyGIS에서는 DEM 내에 존재하는 sink와 flat area와 같은 오류를 보정하기 위한 단계로서 smoothing 기법을 적용할 수 있다. 이는 WMS에서 DEM 오류수정 전단계 절차로서 적용되고 있으며, Arc/Info 나 GRASS등에서도 이용되고 있다. HyGIS에서는 현재 3×3마스크 영역의 중앙 셀에 대하여 smoothing을 적용시키며, 가운데 셀과 그 주변의 8개 셀에 대하여 가중치를 입력할 수 있다. Smoothing 기법은 낮은 고도는 높이고 높은 고도는 낮추는 효과를 나타낼 수 있으며, HyGIS에서는 최대 고도변화를 0.5m로 제한함으로써 지형이 과도하게 변형되는 것을 방지하였다. 　[그림9]는 smooth DEM의 적용을 위한 3×3셀을 나타낸 것으로 좌측 그림은 셀의 위치를 나타낸 것이며, 우측 그림은 각 셀에 적용된 가중치의 예를 나타낸 것이다. [그림9]에 대하여 smooth DEM을 적용할 경우 가운데 위치한 셀의 고도는 다음 두 식에 의해 계산될 수 있다.
EL(5) = [EL(5) ×0.25 + {EL(1) + EL(2) + EL(3) + EL(4) + EL(6) + EL(7) + EL(8) + EL(9)} × 0.75] / 9　 또는,
EL(5) = [EL(5) × 0.25 + {EL(1) + EL(2) + EL(3) + EL(4) + EL(6) + EL(7) + EL(8) + EL(9)} × 0.75] / {0.25 + ( 8 × 0.75 )}
또한 보간치 적용 비율을 설정하는 원본적용율을 도입하였다. 원본적용율 값 은 '0 ~ 1' 사이이며 원본적용율이 '0'인 경우는 원본의 중심 셀 값은 무시되고 주변 8 셀 값을 사용한 보간치가 적용되며, '1'인 경우는 주변 셀의 보간치가 무시되고 원본 값이 유지된다. 원본적용율을 적용하여 고도를 산정하는 수학식은 다음과 같다.
결과EL(5) = (원본EL(5) × 원본적용율값) + 보간적용EL(5) × (1 - 원본적용율값)
[그림9]
Figure 112008072672253-PAT00011
함몰부 메움 또는 메움 및 제거 과정은 중앙셀이 주위의 모든 셀보다 고도가 낮은 경우이며 상기의 조건 4.와 같은 경우를 대비하여 하는 전처리 과정이다. 이러한 경우라면 지표수가 흐를 수 없는 상황이므로 원활한 프로세스 처리를 위해 메움과정을 거치게 된다. 아래의 [그림9]에서 보듯이 수치지도(DEM)에 함몰부가 있는 경우에는 함몰부 메움 또는 메움 및 제거 과정을 거쳐 지표수의 흐름이 원활할 수 있도록 DEM을 수정해 주는 것이다.
[그림10]
Figure 112008072672253-PAT00012
[그림11]
Figure 112008072672253-PAT00013
평탄지 제거(Remove Flat Area)과정은 중앙 셀과 주위 셀의 고도가 동일하여 평탄한 지형으로 인식되어 지표수의 흐름이 단절되는 것을 방지하기 위해 수치지도에 해주는 전처리 과정이다. 일반적으로 Combined gradient 알고리즘을 적용하여 흐름을 유발하게 된다. 하기의 [그림12]는 평탄지를 제거하여 지표수의 흐름을 유발하는 원리를 나타내는 그림이며, [그림13]은 실제의 예를 들어 평탄지에 Combined gradient 알고리즘을 적용하여 지표수의 흐름을 유도하는 과정을 나타낸 것이다.
[그림12]
Figure 112008072672253-PAT00014
[그림13]
Figure 112008072672253-PAT00015
2. 흐름 누적수 ( Flow Accumulation ) 산정 방법
도2는 본 발명인 흐름누적수(Flow Accumulation) 산정 방법을 순서도로 도시한 것이고, 도6은 본 발명인 흐름누적수 산정 방법의 예시를 나타낸 것이며(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다), 도10은 본 발명인 흐름누적수 산정 방법에 의해 산정된 흐름누적수를 나타내는 화면이다.
흐름 누적수란 자신으로 흐르는 셀의 개수를 계산하는 것으로, HyGIS에서는 흐름누적수를 계산하기 위하여 흐름 방향 그리드를 이용하며, 흐름 방향을 가지는 DEM영역에 대하여 자신으로 흐름 방향을 가지는 셀이 없을 경우 그 셀의 흐름 누적수는 '0'으로 설정된다. 그리고, 임의의 셀이 인접한 다른 셀로 흐름 방향을 가진 경우 자신의 흐름 누적수에 '1'을 더한 값을 하류 셀에 대해주게 된다. 이하, 산정된 흐름 방향 그리드([그림14])를 예로 들어 흐름 누적수를 산정하는 과정을 설명한다. 즉, 흐름 방향 그리드(Flow Direction Grid)를 이용하여 흐름누적수(Flow Accumulation)를 계산하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 흐름누적수 산정 방법을 살펴본다.
[그림14]
Figure 112008072672253-PAT00016
조건 1. 왼쪽 하단 셀부터 시작하여 셀의 값이 '0'이상이 아닌 값인지 검사한다. '0' 이상일 경우는 배수처리를 해주었다는 의미이므로 과정을 생략하고 흐름 방향을 따라 다음 셀을 시작한다. 기본적으로 그리드의 모든 셀은 흐름 방향을 기억하고 각 셀의 값을 '-1'로 셋팅된 상태에서 조건 1.을 시작한다.
여기서, 배수처리란 흐름 누적수를 산정하기 위한 과정을 진행하기 위한 간단한 방법으로 '-1'로 셋팅된 상태에서 과정을 진행하기 위한 처리를 해준다는 의미로 셀의 값을 '0'으로 바꿔주는 것을 의미한다.([그림15]참조)
[그림15]
Figure 112008072672253-PAT00017
조건 2. 셀의 값이 '0'이상이 아닌 경우 해당 셀의 값을 '0'으로 바꾸어 주는 배수처리를 해준다.([그림16]참조)
[그림16]
Figure 112008072672253-PAT00018
조건 3. 흐름 방향을 따라 다음 셀로 이동한 후, 이동한 셀이 영역 밖 또는 자기 자신인 대상 셀이 아닌지 검사하여, 그렇다면 과정을 중단하고 다음 셀을 조사하고, 그렇지 않다면 조건 4.를 수행한다.([그림17]참조)
[그림17]
Figure 112008072672253-PAT00019
조건 4. 이동한 셀의 값이 '0' 이상이 아닐 경우 누적가중치값(초기값이 '1')에 '1'을 더한 값을 셀의 값에 더한 값을 셀의 값으로 한다(즉, 셀의 값 = (누적가중치값) + 1 + (기존 셀의 값)).
하기의 [그림18]에서는 1=1+1+(-1)가 된다.
[그림18]
Figure 112008072672253-PAT00020
조건 5. 이동한 셀의 값이 '0' 이상일 경우 고정된 누적가중치값을 기존 셀의 값에 더한 값을 셀의 값으로 한다(즉, 셀의 값 = (고정 누적가중치값) + (기존 셀의 값)). 그 다음 흐름 방향을 따라 이동한 셀도 동일하게 고정 누적가중치값을 더하면서 흐름 방향 끝까지 동일 과정을 거친다.
즉, 대상 셀이 (0, 1)인 셀에서 시작해서 흐름 방향을 따라가면 고정 누적가중치 값을 그 다음 이동 셀의 흐름 누적수값에 더해 주어 흐름 누적수값을 증가시켜준다.([그림19]참조) 여기서, 고정 누적가중치값이란 조건 4.에 의해 증가된 누적 가중치값이 조건 5.와 같은 셀을 만났을 경우 누적가중치값을 증가하지 않고 이전 가중치값을 조건 5.의 셀에 더하는 값을 말한다.
[그림19]
Figure 112008072672253-PAT00021
조건 6. 셀 전체에 대해서 조건 1. 내지 조건 5.의 과정을 반복 수행한다.
하기의 [그림20]은 셀 전체에 대해 상기의 조건 1. 내지 조건 5.를 반복한 결과값이다. 즉, 전체 셀에 대해서 흐름 누적수값을 산정한 것이다.
[그림20]
Figure 112008072672253-PAT00022
3. 하천망 ( Stream ) 추출 방법
도3은 본 발명인 하천망(Stream) 추출방법을 순서도로 도시한 것이고, 도7은 본 발명인 하천망 추출방법의 예시를 나타낸 것이고(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다), 도11은 본 발명인 하천망 추출방법에 의해 추출된 하천망을 나타내는 화면이다.
HyGIS에서는 계산된 흐름 방향과 흐름 누적수를 이용하여 하천망을 추출할 수 있다. 이 때 사용자는 하천만으로 추출할 흐름 누적수의 기준값을 입력한다. 생성된 하천 그리드의 값은 차천 차수가 입력된다. 즉, 본 발명에서는 흐름 방향 그리드와 흐름누적수를 이용하여 하천망(Stream)을 추출하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 하천망 추출방법을 살펴본다. 이하, [그림21]에서 계산된 흐름 방향과 흐름 누적수를 예로 들어 각 조건을 설명하도록 한다.
[그림21]
Figure 112008072672253-PAT00023
조건 1. 모든 셀에 대해 흐름 누적수값과 사용자가 지정한 기준값(threshold)을 비교하여 대상 셀의 흐름누적수값이 기준값보다 크거나 같은 경우는 하천망 셀(stream cell)로 인정하여 하천차수를 '1'로 설정하고, 그렇지 않은 경우는 하천차수를 '0'으로 설정한다.([그림22]참조)
흐름 누적수는 본 발명의 진행을 위해 가상적으로 지정하는 것인데, 사용자는 일정한 값보다 흐름 누적수가 더 큰 경우에만 이를 하천망 셀로 인정할 수 있다. 이때 사용자가 지정하는 일정한 값을 기준값(threshold)이라 명명한다. 하기의 [그림22]에서는 기준값을 100으로 정하여 하천망을 추출한 것이다.
[그림22]
Figure 112008072672253-PAT00024
조건 2. 전체 하천망 그리드(stream grid)에 대하여 하천망 구획(stream segment) 시작 셀을 검색한다. 하천망 구획 시작 셀은 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 하나도 없는 셀을 의미한다.([그림23]참조)
[그림23]
Figure 112008072672253-PAT00025
조건 3. 전체 하천망 구획 시작 셀에 대해 한 셀씩 흐름 방향에 따라 그 다음 셀로 이동하면서 이동한 셀이 영역 밖의 셀인가 검사한다. 만약 영역 밖이라면 그 다음 하천망 구획 시작 셀에 대해 동일한 과정을 수행한다. 영역 밖이 아니라면 조건 4.를 수행한다.([그림24]참조)
[그림24]
Figure 112008072672253-PAT00026
조건 4. 이동한 셀이 교차 셀인가 검사한다. 교차 셀이란 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 2개 이상인 셀을 의미한다.([그림25]참조)
[그림25]
Figure 112008072672253-PAT00027
조건 5. 교차 셀이 아닌 경우에는 이동하기 이전 셀과 동일한 차수로 하천차수를 결정한다.([그림26]참조)
[그림26]
Figure 112008072672253-PAT00028
조건 6. 교차 셀인 경우에는 교차 셀 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀의 그리드 값인 하천차수를 검사하여, 주위 셀들 중에 하천차수가 더 높은 것(고차 하천)이 있다면 교차 셀의 하천차수를 고차 하천 차수로 결정하고(조건 6-1), 주위 셀들의 하천 차수가 동일하다면 교차 셀의 차수는 주위 하천차수에 '1'을 더한 값을 하천 차수로 결정한다(조건 6-2).
하기의 [그림27]은 조건 6-1.을 적용하여 교차셀에 진입하는 셀 중 고차 하천으로 결정하는 것을 보여주는 것이고, [그림28]은 조건 6-2.를 적용하여 교차셀을 진입하는 셀의 하천 차수를 '1'로 결정하는 것을 보여준다.
[그림27]
Figure 112008072672253-PAT00029
[그림28]
Figure 112008072672253-PAT00030
조건 7. 모든 하천망 구획 시작 셀에 대하여 조건 3. 내지 조건 6.의 과정을 반복한다.
4. 최종 하천망 ( Stream Vector ) 생성방법
도4는 본 발명인 최종 하천망(Stream Vector) 생성 방법을 순서도로 도시한 것이고, 도8은 본 발명인 최종 하천망 생성방법의 예시를 나타낸 것이고(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다), 도12는 본 발명인 최종 하천망 생성방법에 의해 생성된 최종 하천망을 나타내는 화면이다.
HyGIS에서는 하천망 그리드를 Line 벡터로 전환하여 최종 하천망을 생성한다. 즉, 하천망 그리드(Stream Grid)를 라인 벡터(Line Vector)로 전환하여 최종 하천망을 생성하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 최종 하천망 생성 방법을 하기의 [그림29]의 하천망 그리드를 예시로 설명한다.
[그림29]
Figure 112008072672253-PAT00031
조건 1. 전체 하천망 그리드에 대하여 하천망 구획 시작 셀과 교차 셀을 검색한다. 여기서, 하천망 구획 시작 셀은 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 하나도 없는 셀을 의미하고(조건 1-1, [그림30]참조), 교차셀이란 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 2개 이상인 셀을 의미한다(조건 1-2, [그림31]참조).
[그림30]
Figure 112008072672253-PAT00032
[그림31]
Figure 112008072672253-PAT00033
조건 2. 전체 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대하여 한 셀씩 흐름 방향을 따라 그 다음 셀로 이동하면서 이동한 셀이 영역 밖의 셀인가 검사한다. 만약 영역 밖이라면 그 다음 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대해 동일한 과정을 수행한다. 영역 밖이 아니라면 조건 3.을 수행한다.([그림32]참조)
[그림32]
Figure 112008072672253-PAT00034
조건 3. 이동한 셀이 교차 셀인지 검사하여, 교차 셀인 경우에는 처음 시작 셀과 교차 셀 및 그들 사이 셀들의 집합을 하나의 하천망 구획으로 간주하고(조건 3-1, [그림33]참조), 교차 셀이 아닌 경우에는 하나의 하천망 구획의 구성 셀로 간주하고 다음 흐름 방향으로 이동한다(조건 3-2, [그림34]참조).
[그림33]
Figure 112008072672253-PAT00035
[그림34]
Figure 112008072672253-PAT00036
조건 4. 하나의 하천망 구획으로 간주된 셀들의 집합에서 셀 좌표를 맵 좌표로 변환한다.
여기서, 셀 좌표는 상기의 그림들에서 볼 수 있는 그리드의 행과 열로 표현된 것이고, 맵 좌표는 일반적으로 지도를 표시할 때 사용하는 수치로 표현되는 좌표를 의미한다. 경위도 좌표계인 경우 경도, 위도로 표현하고 직교 좌표계인 경우 남북방향 거리, 동서방향 거리로 표현되며 여기서는 직교 좌표계를 사용하고 있다.
조건 5. 맵 좌표로 변환된 하나의 하천망 구획에 라인 벡터를 생성한다.([그림35]참조)
[그림35]
Figure 112008072672253-PAT00037
조건 6. 모든 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대하여 조건 2. 내지 조건 5.의 과정을 반복한다.
조건 7. 생성된 모든 하천망 구획의 라인 벡터의 길이가 입력된 최소 길이 값보다 작을 경우 하천망으로 취급하지 않는다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
도1은 본 발명인 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법을 순서도로 도시한 것이다.
도2는 본 발명인 흐름누적수(Flow Accumulation) 산정 방법을 순서도로 도시한 것이다.
도3은 본 발명인 하천망(Stream) 추출방법을 순서도로 도시한 것이다.
도4는 본 발명인 최종 하천망(Stream Vector) 생성 방법을 순서도로 도시한 것이다.
도5는 본 발명인 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법의 예시를 나타낸 것이다.(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다.)
도6은 본 발명인 흐름누적수 산정 방법의 예시를 나타낸 것이다.(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다.)
도7은 본 발명인 하천망 추출방법의 예시를 나타낸 것이다.(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다.)
도8은 본 발명인 최종 하천망 생성방법의 예시를 나타낸 것이다.(본 예시는 전체사이즈가 큰 그리드에서 일부 5×5 정도의 크기를 발췌했다고 가정한다.)
도9는 본 발명인 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법에 의해 결정된 흐름방향을 나타내는 화면.
도10은 본 발명인 흐름누적수 산정 방법에 의해 산정된 흐름누적수를 나타내 는 화면.
도11은 본 발명인 하천망 추출방법에 의해 추출된 하천망을 나타내는 화면.
도12는 본 발명인 최종 하천망 생성방법에 의해 생성된 최종 하천망을 나타내는 화면.
도13은 본 발명에서 사용되는 수치지도(DEM)의 전처리 과정 중 함몰부 메움 과 평탄지 제거 과정을 나타낸 순서도이다.

Claims (7)

  1. 수치지도의 고도자료(Digital Elevation Model)를 그리드화 하여 이용하고, 3×3 그리드로 흐름 방향을 표시하는 D8-method를 이용해서 지표수의 흐름 방향을 결정하는 방법으로, 다음 조건에 따르는 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법.
    조건 1. 3×3 그리드의 중앙 셀의 값이 NULL인 경우, 흐름 방향값은 NULL로 설정한다. 흐름방향값(Flow Direction value)은 중앙 셀에서 지표수의 흐름방향을 수치로 표현한 값으로, 기본적으로 3×3 그리드의 윗열 우측으로부터 중앙 셀을 중심으로 외곽 셀에 대해 시계방향으로 2의 멱급수로 흐름방향값을 나타낸다.
    조건 2. 3×3 그리드의 중앙 셀이 최외곽 셀이고, 외곽 셀 8개 중에 NULL 셀이 있는 경우, 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 있는 경우는 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정하고(조건 2-1), 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없는 경우는 외곽으로 흐름 방향값을 설정한다(조건 2-2). 외곽으로 흐름 방향값 설정시는 상단우측 셀을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둔다. 여기서, 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도에 이웃한 셀의 고도를 빼주고, 이웃한 셀이 코너에 있으면
    Figure 112008072672253-PAT00038
    로, 코너에 있지 않으면 1로 나누어준 값을 원거리 가중 하강값(distance-weighted drop)이라 한다.
    조건 3. 3×3 그리드의 중앙 셀이 최외곽 셀이 아니고, 외관 셀 8개 중에 NULL 셀이 있는 경우, 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 셀이 있는 경우는 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정하고(조건 3-1), 외곽 셀의 고도 중 중앙 셀의 고도보다 낮은 것이 없는 경우는 흐름 방향값은 NULL로 설정한다(조건 3-2).
    조건 4. 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도보다 주위의 8개 셀의 고도가 모두 높을 경우라도 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향으로 흐름 방향값을 설정한다.
    조건 5. 3×3 그리드의 중앙 셀을 중심으로 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향을 흐름 방향값으로 설정한다.
    조건 6. 3×3 그리드의 중앙 셀을 중심으로 원거리 가중 하강값이 가장 큰 방향이 2개 또는 그 이상인 경우에는 상단우측 셀을 기준으로 시계방향으로 우선순위를 둬서 흐름 방향값을 설정한다.
    조건 7. 3×3 그리드의 중앙 셀의 고도보다 주위의 8개 셀의 고도가 높거나 같은 경우에는, 주위의 8 방향에 대해 각각 10단계까지 흐름 방향을 따라가서 10단계 후의 종착점이 다시 자신에게 돌아오지 않는 주위 셀을 찾아 그 방향으로 흐름 방향값을 설정한다. 만약 이러한 셀이 2개 이상이면 임의로 하나를 선택한다.
    조건 8. 그리드화된 셀 각각을 중앙 셀로 하여 모든 셀의 흐름 방향값을 설정해준다.
  2. 제1항에서, 사용되는 수치지도의 고도자료는,
    중앙 셀 고도를 주변 셀 고도를 사용하여 보간 후 원본적용율에 따라 스무딩(smoothing)하는 과정을 거친 것인 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법.
  3. 제1항에서, 사용되는 수치지도의 고도자료는,
    중앙 셀이 함몰부인 경우에 함몰부 메움(Fill sink) 또는 메움 및 제거(Fill sink and Breaching)과정을 거친 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법.
  4. 제1항에서, 사용되는 수치지도의 고도자료는,
    중앙 셀이 주위 셀과 고도가 같은 평탄지인 경우에 평탄지 제거(Remove Flat Area)과정을 거친 것을 특징으로 하는 3×3 그리드의 중심 셀에서의 흐름방향(Flow Direction Grid) 결정 방법.
  5. 흐름 방향 그리드(Flow Direction Grid)를 이용하여 흐름누적수(Flow Accumulation)를 계산하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 흐름누적수 산정 방법.
    조건 1. 왼쪽 하단 셀부터 시작하여 셀의 값이 '0'이상이 아닌 값인지 검사한다. '0' 이상일 경우는 배수처리를 해주었다는 의미이므로 과정을 생략하고 흐름 방향을 따라 다음 셀을 시작한다. 기본적으로 그리드의 모든 셀은 흐름 방향을 기억하고 각 셀의 값을 '-1'로 셋팅된 상태에서 조건 1.을 시작한다.
    조건 2. 셀의 값이 '0'이상이 아닌 경우 해당 셀의 값을 '0'으로 바꾸어 주는 배수처리를 해준다.
    조건 3. 흐름 방향을 따라 다음 셀로 이동한 후, 이동한 셀이 영역 밖 또는 자기 자신인 대상 셀이 아닌지 검사하여, 그렇다면 과정을 중단하고 다음 셀을 조사하고, 그렇지 않다면 조건 4.를 수행한다.
    조건 4. 이동한 셀의 값이 '0' 이상이 아닐 경우 누적가중치값(초기값이 '1')에 '1'을 더한 값을 셀의 값에 더한 값을 셀의 값으로 한다(즉, 셀의 값 = (누적가중치값) + 1 + (기존 셀의 값)).
    조건 5. 이동한 셀의 값이 '0' 이상일 경우 고정된 누적가중치값을 기존 셀의 값에 더한 값을 셀의 값으로 한다(즉, 셀의 값 = (고정 누적가중치값) + (기존 셀의 값)). 그 다음 흐름 방향을 따라 이동한 셀도 동일하게 고정 누적가중치값을 더하면서 흐름방향 끝까지 동일 과정을 거친다.
    조건 6. 셀 전체에 대해서 조건 1. 내지 조건 5.의 과정을 반복 수행한다.
  6. 흐름 방향 그리드와 흐름누적수를 이용하여 하천망(Stream)을 추출하는 방법 으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 하천망 추출방법.
    조건 1. 모든 셀에 대해 흐름누적수값과 사용자가 지정한 기준값(threshold)을 비교하여 대상 셀의 흐름누적수값이 기준값보다 크거나 같은 경우는 하천망 셀(stream cell)로 인정하여 하천차수를 '1'로 설정하고, 그렇지 않은 경우는 하천차수를 '0'으로 설정한다.
    조건 2. 전체 하천망 그리드(stream grid)에 대하여 하천망 구획(stream segment) 시작 셀을 검색한다. 하천망 구획 시작 셀은 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 하나도 없는 셀을 의미한다.
    조건 3. 전체 하천망 구획 시작 셀에 대해 한 셀씩 흐름 방향에 따라 그 다음 셀로 이동하면서 이동한 셀이 영역 밖의 셀인가 검사한다. 만약 영역 밖이라면 그 다음 하천망 구획 시작 셀에 대해 동일한 과정을 수행한다. 영역 밖이 아니라면 조건 4.를 수행한다.
    조건 4. 이동한 셀이 교차 셀인가 검사한다. 교차 셀이란 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 2개 이상인 셀을 의미한다.
    조건 5. 교차 셀이 아닌 경우에는 이동하기 이전 셀과 동일한 차수로 하천차수를 결정한다.
    조건 6. 교차 셀인 경우에는 교차 셀 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀의 그리드 값인 하천차수를 검사하여, 주위 셀들 중에 하천차수가 더 높은 것(고차 하천)이 있다면 교차 셀의 하천차수를 고차 하천 차수로 결정하고(조건 6-1), 주위 셀들의 하천차수가 동일하다면 교차 셀의 차수는 주위 하천차수에 '1'을 더한 값을 하천 차수로 결정한다(조건 6-2).
    조건 7. 모든 하천망 구획 시작 셀에 대하여 조건 3. 내지 조건 6.의 과정을 반복한다.
  7. 하천망 그리드(Stream Grid)를 라인 벡터(Line Vector)로 전환하여 최종 하천망을 생성하는 방법으로, 다음 조건을 따르는 것을 특징으로 하는 최종 하천망 생성 방법.
    조건 1. 전체 하천망 그리드에 대하여 하천망 구획 시작 셀과 교차 셀을 검색한다. 여기서, 하천망 구획 시작 셀은 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 하나도 없는 셀을 의미하고, 교차 셀이란 대상 셀의 주위 8방향을 검사하여 하천망에 해당하는 셀이면서 흐름 방향이 대상 셀로 향하는 주위 셀이 2개 이상인 셀을 의미한다.
    조건 2. 전체 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대하여 한 셀씩 흐름 방향을 따라 그 다음 셀로 이동하면서 이동한 셀이 영역 밖의 셀인가 검사한다. 만약 영역 밖이라면 그 다음 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대해 동일한 과정을 수행한다. 영역 밖이 아니라면 조건 3.을 수행한다.
    조건 3. 이동한 셀이 교차 셀인지 검사하여, 교차 셀인 경우에는 처음 시작 셀과 교차 셀 및 그들 사이 셀들의 집합을 하나의 하천망 구획으로 간주하고(조건 3-1), 교차 셀이 아닌 경우에는 하나의 하천망 구획의 구성 셀로 간주하고 다음 흐름 방향으로 이동한다(조건 3-2).
    조건 4. 하나의 하천망 구획으로 간주된 셀들의 집합에서 셀 좌표를 맵 좌표로 변환한다.
    조건 5. 맵 좌표로 변환된 하나의 하천망 구획에 라인 벡터를 생성한다.
    조건 6. 모든 하천망 구획 시작 셀 또는 교차 셀에 대하여 조건 2. 내지 조건 5.의 과정을 반복한다.
    조건 7. 생성된 모든 하천망 구획의 라인 벡터의 길이가 입력된 최소 길이 값보다 작을 경우 하천망으로 취급하지 않는다.
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