이번 포스팅에서는 지리공간 데이터 중에서 실제 세계를 도형으로 표현(graphical representation) 하는 벡터 데이터 모델 (Vector data model)에서 사용하는 기하 유형 (geometry types)에 대해서 소개하겠습니다.
(* 참고로 레스터 데이터는 실제 세계를 픽셀로 이루어진 그리드 안에 지리특성 값을 가지는 형태라고 하였습니다.)
벡터 데이터의 기하 유형에는 총 17개가 있는데요, 이번 포스팅에서는 그중에서도 많이 사용되는 아래의 7개의 대표적인 유형에 대해서만 설명을 하겠습니다.
(1) 점 (Point)
(2) 선 (LineString)
(3) 면 (다각형) (Polygon)
(4) 다중점 (MultiPoint)
(5) 다중선 (MultiLineString)
(6) 다중면 (MultiPolygon)
(7) 기하집합 (GeometryCollection)
총 17개의 기하 유형 중에서 위에서 설명한 7개 이외에 나머지 유형에 대해서는 PostGIS 사이트를 참고하시기 바랍니다. ( http://postgis.net/docs/using_postgis_dbmanagement.html )
[ 벡터 데이터의 기하 유형 (Geometry Types of Vector data) ]
(1) 점 (Point), 다중점 (MultiPoint)
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점은 2D (위도, 경도), 3D (위도, 경도, 해발고도), 또는 4D (위도, 경도, 고도, 측정 정확도) 공간 상의 하나의 위치 좌표에 해당합니다.
예: Point (3 3)
점 (Point)은 0 차원으로서, 각 기하도형의 가장 기본이 되는 형태입니다. 여러개의 점을 이어주면 선이 되고, 선을 닫아주면 면이 되는 식이니깐요. 이렇게 점 --> 선 --> 면 혹은 점 --> 다중점, 선 --> 다중선, 면 --> 다중면 방향으로 기하도형을 변환하는 것을 구성(composition) 한다고 하며, 그 반대 방향으로의 변환을 해체(Decompostion) 한다고 합니다.
점은 우물, 랜드마크, 관심지역(Point of Interest) 등의 지리특성을 정의할 때 사용합니다.
R에서 점(point)을 만들 때 st_point() 함수를 사용합니다. st_point(dim="XYM") 에서 dim 은 차원(dimension)을 의미하고, M은 보통 Measurement 의 M (측정 정확도, measurement accuracy)을 의미합니다. 점의 2D, 3D, 4D 좌표는 c() 로 묶어줍니다.(concatenate)
참고로, 접두사 'ST_' 는 PostGIS의 함수에서도 동일하게 사용되며, 'standard Spatial Type (ST)' 의 앞글자를 딴 것입니다.
install.packages("sf")
library(sf)
##----------------
## point
## XY point
st_point(c(3, 3))
# POINT (3 3)
## XYZ point
st_point(c(3, 3, 2))
# POINT Z (3 3 2)
## XYM point
st_point(c(3, 3, 1), dim = "XYM")
# POINT M (3 3 1)
## XYZM point
st_point(c(3, 3, 2, 1))
# POINT ZM (3 3 2 1)
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선(LineString) 은 점들을 직선으로 연결한, 여러개 점들의 연속적인 집합입니다. 선은 아래의 예처럼 몇 개 점들의 집합으로 표현할 수 있습니다(이들 점을 순서대로 직선으로 연결).
예: LineString (1 1, 1 3, 3 5)
선은 1차원(dimension of 1)이며 길이(length)가 있습니다. (반면, 점은 0 차원이고 길이가 없음)
선은 길, 철도, 강, 전선 등과 같이 선형 특성을 가진 지형지물을 정의하는데 사용합니다.
R에서 선(LineString)은 st_linestring() 함수를 사용하여 만들 수 있습니다. 선을 이루는 여러개 점들의 좌표는 rbind()로 행렬을 만들어서 사용합니다.
##----------------
## LineString using matrices
linestring_matrix = rbind(c(1, 1), c(1, 3), c(3, 5))
st_linestring(linestring_matrix)
# LINESTRING (1 1, 1 3, 3 5)
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면(Polygon)은 2차원의 표면을 가지는 형태로 점들이 연결된 것으로서, 안에 구멍(hole)이 있을 수도 있고 또는 없을 수도 있습니다. (위의 그림 예에서는 면 안에 구멍이 없음). 면이 되기 위해서는 시작점과 끝점이 동일해야 하며, 이를 닫혀있어야 한다(closed, not open)고 말합니다. 아래 예의 경우 면의 시작점과 끝점이 (x=1, y=1) 로서 동일하며, 즉 닫혀있습니다.
예: Polygon ((1 1, 1 3, 3 5, 3 1, 1 1))
면(Polygon)은 육지, 저수지, 건물 등과 같이 공간적인 외곽 (spatial extent)과 면적(area)을 가진 지리지형을 나타내는데 사용할 수 있습니다.
R의 st_polygon() 함수를 사용해서 면(Polygon)을 만들 수 있습니다. 면을 만들 때는 점 행렬의 리스트(list of matrices of points)를 입력값으로 사용합니다.
## Polygon using list of matrices of points
polygon_list = list(rbind(c(1, 1), c(1, 3), c(3, 5), c(3, 1), c(1, 1)))
st_polygon(polygon_list)
# POLYGON ((1 1, 1 3, 3 5, 3 1, 1 1))
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다중점(MultiPoint)은 점을 여러개 모아놓은 것(a collection of points)입니다.
예: MultiPoint (1 1, 3 3, 3 5)
R에서 점은 st_point() 함수로 만들었다면, 다중점(MultiPoint)은 st_multipoint() 로 만들 수 있습니다. 이때 st_point() 에서는 점의 좌표를 c()로 묶어주기만 했다면, 다중점(MultiPoint)을 만들 때는 rbind()로 묶어서 점의 행렬(matrices)을 만들어서 st_multipoint() 함수를 사용합니다.
## MultiPoint using matrices of points
multipoint_matrix = rbind(c(1, 1), c(3, 3), c(3, 5))
st_multipoint(multipoint_matrix)
# MULTIPOINT ((1 1), (3 3), (3 5))
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(5) 다중선 (MultiLineString)
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다중선(MultiLineString)은 선(LineString)을 여러개 모아놓은 것(a collection of LineStrings)입니다.
예: MulLineString ((1 1, 1 3, 3 5), (2 2, 5 2))
R에서 선(LineString)은 st_linestring()으로 만들었다면, 다중선(MultiLineString)은 st_multilinestring() 함수로 만듭니다. 여러개의 선(LineSting)을 리스트(list)로 묶어서 st_multilinestring() 함수에 넣어주면 됩니다.
## MultiLineString
multilinestring_list = list(rbind(c(1, 1), c(1, 3), c(3, 5)),
rbind(c(2, 2), c(5, 2)))
st_multilinestring((multilinestring_list))
# MULTILINESTRING ((1 1, 1 3, 3 5), (2 2, 5 2))
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다중면(MultiPolygon)은 면(Polygon)을 여러개 모아놓은 것(a collection of Polygons)입니다.
예: MultiPolygon (((1 1, 1 3, 3 5, 3 1, 1 1), (4 1, 4 5, 5 5, 5 1, 4 1)))
R에서 면(Polygon)은 st_polygon() 함수로 만들었다면, 다중면(MultiPolygon)은 st_multipolygon() 함수로 만들 수 있습니다. 면(Polygon)을 만들 때 점 행렬의 리스트를 st_polygon() 함수에 넣어주었다면, 다중면(MultiPolygon)을 만들 때는 여러개의 면이 모인 것이므로 점 행렬 리스트들의 리스트 (list of lists)를 st_multipolygon() 함수에 넣어줍니다.
## MultiPolygon
multipolygon_list = list(
list(rbind(c(1, 1), c(1, 3), c(3, 5), c(3, 1), c(1, 1))),
list(rbind(c(4, 1), c(4, 5), c(5, 5), c(5, 1), c(4, 1)))
)
st_multipolygon(multipolygon_list)
# MULTIPOLYGON (((1 1, 1 3, 3 5, 3 1, 1 1)), ((4 1, 4 5, 5 5, 5 1, 4 1)))
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(7) 기하집합 (GeometryCollection)
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기하(도형)집합(GeometryCollection)은 위에서 설명한 점(Point), 선(LineString), 면(다각형)(Polygon), 다중점(MultiPoint), 다중선(MultiLineString), 다중면(MultiPolygon) 중에서 여러개의 기하 유형을 모아놓은 것이며, 어떤 조합(any combination of geometries)도 가능합니다.
아래 예에서는 점(Point), 다중선(MultiLineString), 면(Polygon)이 혼합된 조합의 기하집합(GeometryCollection) 입니다.
R의 st_geometrycollection() 함수를 사용해서 기하집합(GeometryCollection)을 만들 수 있습니다. 이때 각 기하 유형을 리스트(list)로 묶어서 넣어주면 됩니다.
## GeometryCollection using list of combination of geometries
point_coord = c(3, 3)
multilinestring_list = list(rbind(c(1, 1), c(1, 3), c(3, 5)),
rbind(c(2, 2), c(5, 2)))
polygon_list = list(rbind(c(4, 3), c(4, 5), c(5, 5), c(5, 3), c(4, 3)))
gemetrycollection_list = list(
st_point(point_coord),
st_multilinestring((multilinestring_list)),
st_polygon(polygon_list)
)
st_geometrycollection(gemetrycollection_list)
# GEOMETRYCOLLECTION (POINT (3 3),
# MULTILINESTRING ((1 1, 1 3, 3 5), (2 2, 5 2)),
# POLYGON ((4 3, 4 5, 5 5, 5 3, 4 3)))
## plot GeometryCollection
plot(st_geometrycollection(gemetrycollection_list))
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이번 포스팅이 많은 도움이 되었기를 바랍니다.
행복한 데이터 과학자 되세요! :-)
