유비쿼터스도시공간정보론 Ubiquitous Urban Information 동의대학교도시공학과 G I S 연구실백태경 tkbaek@.deu.ac.kr http://hyomin.deu.ac.kr/~tkbaek/ 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 1
Ubiquitous 의개념 (1) 유비퀴터스컴퓨팅의특징 Mark Weiser Ubiquitous computing is roughly the opposite of virtual reality. Provide hundreds of wireless computing devices per person per office, of all scales. Its highest ideal is to make a computer so imbedded, so fitting, so natural, that we use it without even thinking about it. 1 네트워크에연결 (connection) 되지않은컴퓨터는 UC 이아니다. 2 비가시적조용한기술 (invisible calm technology) 로컴퓨터를눈에띠지 않게해야한다. 3 가상공간이아닌실제장소에서동작하는컴퓨팅 (embodied virtuality) 이 어야한다.
Ubiquitous 의개념 (2) 지금까지정보화의기본축은 인간과컴퓨터 가인터넷과같은정보통신망으로연결되는 e- 공간 ( 전자공간 ) 중심 향후정보화의기본축은 사람 컴퓨터 사물 이유무선정보통신망및센서네트워크로연결되는 u- 공간중심으로이동될것임. 유비쿼터스시대는컴퓨터가 도구 에서 환경 이된다. 사람 사람 사물 e- 공간 정보통신망 정보통신망 센서네트워크 USN 컴퓨터 u- 공간 컴퓨터
유비쿼터스센서네트워크 기술 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 4
벌목프로젝트 (Raster) 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 5
목적 : 벌목하기에적합한지역판별 벌목조건 1. 나무 :Jackpine 일것 2. 배수양호할것 3.500 미터이내에호수가없을것 1=lake 0=not lake 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1=Black Spruce 2=Jackpine 0=No 0 0 2 2 2 0 0 2 2 2 0 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0=waterlogged 1=poor 2=Good 0 0 2 2 2 0 0 1 1 2 0 0 1 1 2 0 1 1 1 2 1 1 1 2 2 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 6
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유시티는이미세계적브랜드, 부산은유시티의프런티어
하늘에서본섬이야기 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 9
횡간도전남완도군소안면북위 34 도 14 분 38 초동경 126 도 36 분 33 초 232 도회전 출처 : 최현우, 상상력의마술상자, 섬, 지성사 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 10
가란도전남신안군압해읍북위 34 도 52 분 15 초동경 126 도 21 분 68 초 출처 : 최현우, 상상력의마술상자, 섬, 지성사 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 11
사후도전남완도군군외면북위 34 도 12 분 19 초동경 126 도 50 분 50 초 출처 : 최현우, 상상력의마술상자, 섬, 지성사 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 12
곤리도경남통영시산양읍북위 34 도 46 분 51 초동경 128 도 21 분 59 초 출처 : 최현우, 상상력의마술상자, 섬, 지성사 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 13
하화도전남여수시화정면북위 34 도 35 분 39 초동경 127 도 37 분 17 초 출처 : 최현우, 상상력의마술상자, 섬, 지성사 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 유비쿼터스도시공간정보론 14
Ubiquitous 의개념 (3) Ubiquitous Environment Cyber Space
IT839 전략 8 대신규서비스 3 대인프라 9 대신성장엔진 2.3GHz 휴대인터넷 DMB( 위성 / 지상파 ) 홈네트워크서비스텔레매틱스서비스 RFID활용서비스 W-CDMA 서비스지상파 DTV 인터넷전화 (VolP) 광대역통합망 (BcN) U- 센서네트워크 (USN) IPv6 도입 차세대이동통신디지털 TV 홈네트워크 IT SoC 차세대 PC 임베디드 S/W 디지털콘텐츠텔레매틱스지능형로봇
Ubiquitous 정보환경 Computer 중심 -> Human 중심 Stationary 기기 -> Mobile 기기 무의식 (Embedded, Pervasive) 지능화 (Sensor, SoC) Networking(Device 간 ) Cyber화 ( 가상공간 + 현실공간 )
u-city 의개념
U-City 도입배경 정보기술적관점 Ubiquitous기술을도시지역에집약적으로구현 도시에필요한정보기술을 Package화 도시계획적관점 도시의안전성, 편리성, 쾌적성을제고하기위해서정보기술을활용 도시행정및관리의효율성제고
U-City 의정의 도시민의삶의질과도시의경쟁력을향상시키기위하여도시공간에유비쿼터스기술을구현함으로써언제어디서나유비쿼터스서비스를제공하는도시를말함 ( 건설교통, 유비쿼터스도시의계획및건설등의지원에관한법률 )
U-City 의개념 유비쿼터스도시 인간, 사물이서로유무선 네트워크로의사소통하는도시 시공간의제약없이, 컴퓨터를의식하지않고, 이용방법을몰라도편리하게언제나지적인 의사소통, 정보제공, 행위제안, 행동화가가능해짐 IBM 현실과같은사이버도시 유무선네트워크 지능화된물리적현실도시
u- 기술과도시관리 민간 U-City 공공 Web 개인 서비스 응용시스템 관리 중앙정부 Web u-health u-security Web 기업 포털 서비스시스템 u-entertainment u-learning u-traffic u-logistics u-gov u-environment 업무시스템 포털 지자체 공공기관 기타 Mobile 통합관리센터 Ubiquitous Network Ubiquitous Devices, ITS, IBS, FMS, Digital Home, Remote Management, Ubiquitous Sensors, RFID, GPS, GIS 기타공공부문 Mobile
都市ㆍ地理情報시스템입문 Urban Information System Geographic(al) Information System 컴퓨터, 하드웨어, 지리데이터, 지리정보에관한숙련된기술과축적, 데이터갱신, 장비, 분석, 지도표현등의지리정보에관련되는전형태의집합체 지표상의공간을나타내기위해데이터를사용, 유지, 관리가능한컴퓨터시스템 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 23
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What is a GIS? U.S. Geological Survey, USA In the strictest sense, a GIS is a computer system capable of assembling, storing, manipulating, and displaying geographically referenced information, i.e. data identified according to their location. Montana State Library A Geographic Information System(GIS) is a computer system for assembling, storing, manipulating, and displaying data which contains physical locations(geographic coordinates) of features and information about those features (attribute data). 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 25
What is a GIS? 공간참조된요소 Georeferenced Data 지표면상의위치가특정되어있는데이터 위요소에관한속성데이터 위 2 종류의데이터를연계하여관리 위 2 종류의데이터를표시, 해석 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 26
공간정보공학이란 Geomatics 또는 Geoinformatic 공간데이터를수집, 저장, 관리하고그데이터를처리하여분포, 배치, 인접관계등의공간분석을수행하며, 그결과를표시하거나종합하여의미있는정보를제공하는학문 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 27
관련학문 지리학, 토목공학 / 건설공학, 건축학, 도시공학, 농학, 임학, 지질학, 환경과학, 도시 지역경제학, 해양학, 기상학, 정보공학, 전자공학 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 28
기술체계의변화와주된배경 구기술체계 신기술체계 주요배경 아날로그 디지털디지털 전산기전산기발달 재래식재래식지도 수치지도 GIS GIS 진보진보 일회일회측량 연속연속측량 GPS GPS 보급보급 항공측량 원격탐사 지구관측기술진보지구관측기술진보 중앙처리형 분산처리형 네트워크보급보급 단일학문영역 학문간학문간교류 정보정보종합화 정보정보비공개 정보정보공개 고도정보화사회 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 29
공간정보공학의필요성 시간적으로변화하는지구, 국토, 도시의공간데이터를효율적으로수집. 다종, 다양한공간데이터를편리하게관리하고필요한정보를신속히검색 공간데이터를분석, 정보의추출, 가공위한전처리로서공간데이터를수치화 복잡한공간데이터의공간관계를계량적, 위상기하학적으로분석 공간데이터의처리, 분석결과를시각적으로표시 분석결과를종합하여의사결정자료로활용 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 30
간정보공학의기능과기술 전문가시스템공공간정보공학에서공간정보공학에서요구하는요구하는기능기능공간데이터의효율적수집공간데이터의관리검색효율화공간데이터의공학적처리공간데이터의계량적공간분석공간데이터 / 정보의시각화공간정보의추출 / 제공 공간정보공학을공간정보공학을지원하는지원하는기술기술 원격탐사 GPS 영상을사용한공간측량 데이터표준화 (GIS) DBMS (GIS) 좌표변환 / 투영변환 공학계산 중첩기능 (GIS) 네트워크분석 (GIS) 시뮬레이션 컴퓨터그래픽스 영상출력 멀티미디어 응용기술 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 31
공간정보공학의역할 공간정보기반정비 예 : 국토청국토수치정보 과학적정보제공 예 : 지방자치단체토지가옥종합민원서비스 정보의시각적전달 의사결정지원 예 : 차량자동항법장치전자지도 예 : 슈퍼마켓적정입지계획 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 32
1.1> 공간정보공학에필요한기기및기술 첨단기술구분주요기기주요기술 원격탐사 (RS) 지리정보시스템 (GIS) 범지구측위시스템 (GPS) 수치사진측량 (DP) 전자광학측량 (EOS) 지구관측위성, 수신시설, 항공기, 센서, 영상처리장치, 자료저장장치 디지타이저, 스캐너, 전자계산기, 도형 / 영상출력장치, GIS 소프트웨어 GPS 안테나, 무선통신장치, 전자계산기, GPS 소프트웨어 항측용카메라, 영상디지타이저, 디지털카메라, 수치사진측량워크스테이션 토탈스테이션, 레이저거리측량기, 전자레벨, 레이저스캐너, 펜컴퓨터 위성기술, 센서기술, 영상처리, 데이터저장기술, 응용기술 데이터처리, 검색, 데이터베이스관리, 공간분석, 기하학, 디지털매핑기술, 응용기술 통신 / 수신기술, 융합기술, 오차조정, 응용기술 점자동인식, 이미지매칭, 표정, 영상이해, 응용기술 전자광학측정기술, 측량데이터처리기술, 디지털매핑기술, 응용기술 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 33
1.1> 공간정보공학응용분야의분석 분야수준 전세계 지역권 국가 지방자치단체 민간기업 자연사회경제 지구환경감시, 엘리뇨감시, 사막화감시, 판이동감시, 오존층파괴감시, 산림파괴감시 빙산감시, 황사감시 환경, 자연자원관리, 대규모재해대책 방재감시 세계총인구예측, 전세계적토지이용계획, 온난화예측 대규모대기오염및해양오염, 산성비감시, 핵오염 국세통계, 각종기본지도작성, 치안및국가안전계획 도시계획, 지역계획, 공공시설관리, 경찰및소방서비스, 폐기물처리시설관리, 행정창구서비스 전세계적곡물예측 국제하천유역개발및관리, 대륙간고속도로및철도계획 국토계획, 사회기반정비사업계획, 대규모공공투자 부동산세관리 차량자동항법장치, 주택지도, 택배서비스, 상업입지, 고객관리, 권역별마케팅, 관광안내서비스 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 34
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1. 역사적배경 제 1 기 ( 1970 연대 : 제 1 그룹 ) 미국하버드대학 Fisher (CG 연구소 ;LCG)-1964 년 Symap 발표 1970 년중반 Odyssey 발표 Dangermond 1969 년 ESRI 사설립 (Morehouse 씨 ARC/INFO 개발 ) Sinton Intergraph 사입사 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 40
제 2 그룹 Tomlinson 1964 년개발한캐나다 CGIS (Canada Geographic Information System) 제 3 그룹 미국통계국 (US Bureau of Census) 1967 년 DIME 형식통계지도데이터 (Dual Independent Map Encoding) (ADMATCH;Software 배포 ) 현재 DIME 의후속으로 TIGER 데이터 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 41
CGIS 의개요 현재운용중인대규모시스템 캐나다토지조사 CLI (Canada Land Inventory) 에의해수집된데이터해석과광범위한캐나다농촌지역의개발계획을위해사용되는통계작성목적 이하의지도를작성 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 42
- 다양한테마에의한토지분류 - 농업에관한토양의적성 - 레크리에이션적성 - 야생동물의적성 - 산림의적성 - 현재의토지이용 - 해안선 1:50,000 축척 1( 최고 ) - 7( 최저 ) 의단순평가기준 ( 코드 ) 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 43
CGIS 의기본아이디어 고밀도면오브젝트의스캐닝입력 스캐닝한화상의벡터화 Freeman chain code- 선오브젝트는 8 방향의 incremental code 채용 속성테이블개념 아크에의한면경계의기술 경계에서의 edge matching 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 44
제 4 그룹 미국지질조사소 (US Geographical Survey): DLG 형식 - 표고, 지질 제 5 그룹 미군 ( 미사일유도등특히 3 차원데이터 ) 축척 1:1,000,000 전세계지도작성공개 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 45
제 2 기 (1980 연대 ) ESRI(Environmental Systems Research Institute) 사의 ARC/INFO, INTERGRAPH 사의 Intergraph SYNECOM 사의 Infomap 등이시장점유 일본 - (UIS, UIS-2), 지자체 ( 요꼬하마등 ) 민간 - 동경가스 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 46
제 3 기 (1990 연대 ) 지리데이터의유통 많은벤더의시장참가 북미를중심으로세계로확산 하드웨어의다운사이징화 EWS 에서 PC 로 단독시스템에서 Network 시스템으로 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 47
20x0 연대 - 클라우드컴퓨팅 모바일앱 소셜커뮤니케이션 유비쿼터스컴퓨팅 사물인터넷 빅데이터 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 48
지도란?( 정의 ) 지표면의어떤선택된물체내지는추상화된지물을어떠한축척하에서평면적인매체로표현한것 국제지도학회 지도작성시의추상화선택 ( 실세계의어떤사물을포함하는가 ) 분류 ( 교량, 교회, 철도등 ) 유추표현 ( 축척에따라표현불가능한것의표현 ) 단순화 ( 해안선등의굴곡을단순화 ) 기호화 ( 선택된사물이포함되는그룹을나타내는 ) 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 49
지도의특징 ( 장단점 ) 시간적인지연이있다 정적인상태, 즉 1 시점만표현 다음의질문에답하기곤란하다이호수의면적은? 이 TV 탑에서보이는곳은어디까지인가? 다음의질문에답하기쉽다이곳에서그곳까지어떻게갈수있을까? 여기에는무엇이있는가? 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 50
2. G I S 란? 정보의 통합을행하는도구 의사결정지원 data Integration (1) 정보 공간적점유관계를갖는것 예 1 지형ㆍ지물등 ( 물리적형상을가짐 ) 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 51
2 토지소유경계 3 행정경계 4 지질, 토양등 ( 자연조건으로설정되는형상 ) 5 도로, 전기, 가스, 수도, 하수등기반시설 ( 중심선에의해관리되는형상 ) 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 52
모델화 실세계의모델화 실세계에존재하는것을업무목적에맞춰 GIS 에서취급하는도형요소에대응시키는작업 대상은실존하지않는개념적인것이어도공간참조가능한것이라면무엇이라도좋음 데이터의리솔루션 ( 분해능력 ) GIS 에서취급하는도형요소 요소의내부는전부동질 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 53
4 개의레벨 추상화 현실세계 개념레벨 물리레벨 논리레벨 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 54
GIS 의대상데이터 안정적, 고정적 동적 객관적물리적존재 개념적 지형, 지물 존재위치를지도에전개 차, 선박, 수송물자, 동물 존재위치를지도에전개 사고, 이벤트등 人 ( 친구, 고객, 납세자...) 주소나활동전개등을표시 분포구역 ( 동물서식구역, 해양오염구역 ) 개념적인구역 ( 토지, 행정구역, 통계단위등 ) 공간을분할하여생성된구역등을지도에전개 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 55
모델화의공정 업무 GIS 의 요구사항 도형요소 현실세계의대상물 인식 모델화 ( 추상화 ) 모델화된대상 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 56
데이터모델 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 57
데이터의리솔루션 (1) 점 선 네트워크 면 영역 집합화 집합화 간략화 간략화 집합화 대표화 대표화 대표화 간략화 대표화 대표화 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 58
데이터의리솔루션 (2) 복합화 집합화 간단화 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 59
데이터의리솔루션 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 60
GIS 에서취급하는도형요소 벡터데이터 포인트 ( 노드 ) 라인 폴리곤 (Area) 단독, 영역분할 솔리드 N1 N1 N3 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 61
GIS 에서취급하는도형요소 라스터데이터 항공사진, 위성화상등 기성도면의라스터 메슈 (Grid) 데이터 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 62
요소의내부는동질 각요소는하나의오브젝트를대표 라인의내부 파이프, 도로 폴리곤의내부 시, 군, 구, 조사구역. 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 63
데이터의표현 10 진수 2 진수 16 진수 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A BC D E F G 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 64
표현가능한범위 2자리수 10진수 : 0-99 3자리수 10진수 : 0-999 4자리수 2진수 : 0-15 = 2 4-1 8자리수 2진수 : 0-255 = 2 8-1 4자리수 16진수 : 0-65535 = 16 4-1 16자리수 2진수 :? 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 65
논리연산 ( 논리합 ) A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A+B 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 66
논리연산 ( 논리곱 ) A B A B 0 0 1 1 0 1 0 1 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 67
논리연산 ( 배타적논리합 ) A B A+B 0 0 1 1 0 1 0 1 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 68
논리연산 ( 배타적논리합 ) A B A+B 0 0 1 1 0 1 0 1 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 69
공간참조 ( 직접 ) 좌표를직접이용하여위치를참조 지구의형태를기하학적으로표현하여지구상의위치를나타내는기준 ( 좌표계 ) 에근거한좌표값 평면, 구면좌표. 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 70
임의좌표계 설계도면이나관광안내도등 임의좌표계로표현되어있는것은직접참조로이용불가 임의좌표계로주어진좌표값과그좌표계에관한정보로부터지구상의위치로변환불가 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 71
공간참조 ( 간접 ) 직접좌표값으로참조하지않고, 인식하기쉬운이름이나코드로참조 주소, 우편번호, 전화번호, 도로명등의실세계의오브젝트에 붙어있는이름이나코드 간접참조정보로부터구체적인위치정보를찾아내는기구가필요 간접참조로부터직접참조되어있는도형에의대응 간접참조와좌표값과의대응표 address matching 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 72
GIS 는 multi media database 기반 GIS 는좌표계와 Georeferenced Data 를 Key 로그와관련된모든것을연계 따로관리되고있는다양한 Data(base) 를통합 화상 Data 도 Georeferenced Data 로이용 Hyper link 로동화와관련지움 토폴로지정보와공간연산기능 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 73
오버레이 (Overlay) 분석 폴리곤데이터를기준으로 포인트라인 폴리곤라스터 각각이어느폴리곤에속해있는지를구함 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 74
폴리곤 - 폴리곤오버레이 1 2 3 1&A A 4 1&B 1&C 2&A 2&B 3&D 2&D 3&B 4&B4&D 4&C4&E 2&C 3&C 3&E 2&E 2&A 1&D 1&E B D C E 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 75
라인 - 폴리곤오버레이 1 2 3 4 B 1 2 3 2B 1B 1A 2A 3A 4 2D 2C A D C 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 76
포인트 - 폴리곤오버레이 1 2 3 4 A F B D E C G 1A 2F 2B 4D 3E 2C 1G 각포인트에그것을포함하는폴리곤을구함 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 77
토폴로지정보 인접관계에관한정보 (N 차원 ) : ( 경계 : N-1 차원 ) : (N 차원 ) 좌표값에의존하지않는정보 Network Topology Line(1) : Node(0) : Line(1) Network 해석, 최단경로, 자원배분, 유량해석등 Polygon Topology( 영역분할 Polygon ) Polygon(2) : Line(1) : Polygon(2) 인접폴리곤검색 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 78
네트워크토폴로지 N1 L1 L4 N2 L2 N6 N3 L6 L5 L8 L3 L7 N7 N4 N5 L9 Line From Node To Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Node 1 2 3 4 5 6 7 1-1 -2 3-7 -5-8 1 1 4 2 2 3 3 6 5 2 4-3 9-6 -9 Line 5-4 8 2 3 3 3 6 6 5 7 7 6 7 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 79
EXERCISE 1 : 토폴로지생성성명 : 학번 : N1 N4 L1 L4 N2 N3 N5 L2 L3 L5 N6 Line From Node To 1 2 3 4 5 6 L6 N7 Node 1 2 3 4 5 6 7 Line 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 80
N1 L1 폴리곤토폴로지 L2 A2 N3 L4 N2 A3 N6 L6 A4 L3 L7 L5 L9 L8 N4 A1 N5 Area N7 1 2 3 4-1 -1 4-6 Line Left Right 1 2 3 4 5 6 7 8 9-5 2 6 7 Line -8-4 -5 9 2 1 1 2 3 4 1 4 1 9-8 1 2 1 3 1 3 4 1 4 7 3-3 2 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 81
EXERCISE 2 : 토폴로지생성성명 : 학번 : L2 Line Left Right A2 1 2 A1 N1 L1 L4 A4 N3 L6 L3 A3 N4 L5 3 4 5 6 N6 Area 1 2 3 4 Line 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 82
EXERCISE 2 : 토폴로지생성성명 : 학번 : LINE From Node To Node Left polygon 1 2 3 4 5 6 Right polygon 동의대학교도시공학과 GIS Lab. 83