공간 데이터가 증가함에 따라 이를 효율적으로 저장하고 분석할 수 있는 기술이 필요하게 되었다. 공간 데이터 마이닝은 데이터베이스에서 유용한 지식을 추출하는 기술로, 기존의 데이터 마이닝 방법에 공간의 개념을 추가하여 확장함으로써 공간 패턴, 공간 객체들의 연관 관계 둥을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 공간 데이터 마이닝의 기법 중의 하나인 공간 연관 규칙 탐사 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 공간 관계를 포함한 공간 연관 규칙뿐만 아니라 공간 객체의 비공간 속성도 함께 고려함으로써 보다 확장되고 다양한 공간 연관 규칙을 탐사할 수 있다.
본 논문에서는 지리정보 시스템인 GMS 를 기반으로 한 공간 연관 규칙의 구현과 설계 방법을 제안한다. GMS 에는 비공간 데이터와 공간 데이터가 테이블로 구분되어 저장되어 있다. 이를 이용하여 비공간 데이터 집합에서 관련된 데이터 집합을 추출한 후 그에 해당되는 공간 데이터를 이용하여 공간 연관 정보를 찾아내서 연관 규칙을 발견하는 방법에 대입하여 공간 연관 규칙을 발견한다.
공간 연관 규칙은 공간적 특성을 바탕으로 발견되는 연관 정도를 나타낸다. 그러나 일반적인 공간 데이터베이스에서는 공간 연관 규칙을 발견하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 공간 데이터베이스에서 사용되는 질의를 확장하여 공간 연관 규칙을 찾는 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 위상 정보에 따른 데이터를 구성한 후 비공간 객체 속성간의 연관규칙을 발견한다.
생물체 내에서 중요 생물학적 기능을 수행하는 기본 단위인 단백질 및 이들의 상호작용 대한 많은 연구가 이루어져 다양한 생물체에 대한 단백질 상호작용 데이터베이스가 구축되었다. 본 논문에서는 효모에 대해 공개되어있는 단백질 상호작용 데이터를 이용하여 새로운 단백질 상호작용을 예측하는 방법을 제안한다. 논문에서는 문헌에서 연관 정보를 효율적으로 찾아내기 위하여 제안된 연관개념공간 탐색 방법을 확장하여 단백질 상호작용 예측에 사용한다. 단백질들은 각각이 가지는 다양한 속성들의 벡터로 간주되며, 상호작용은 해당 단백질들의 연관성을 통해 이루어지는 것으로 표현된다. 상호작용하는 두 단백질들의 속성은 단어의 공동 출현과 같이 고려되어 단백질 상호작용은 두 단백질 벡터의 요소로 표현되고 벡터의 요소 속성들 간의 연관성을 표현하기 위해 연관속성개념공간으로 사상되어 공간상의 거리 기반으로 연관속성을 추출한다. 추출된 연관속성을 최대로 포함하는 단백질들 간의 상호작용을 예측하는 방식으로 단백질 상호작용을 예측한다. 논문에서 제안한 방법은 효모의 단백질 상호작용 예측에 대해 평균 약 91.8%의 예측 정확도를 보여, 연관속성개념공간을 이용한 방법이 단백질 상호작용을 예측하는 또 다른 대안으로 사용 될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 기존의 멀티미디어 연관 규칙 알고리즘인 Max occur 알고리즘에서 추출한 빈발 항목 집합의 결과들에 대하여 빈발 항목 집합들끼리의 공간적인 연관 관계를 고려하기 위챈 공간 데이터 마이닝의 대표적인 공간 분할 방법인 그리드 셀 기반으로 곰간 분할 지수(spatial facotr)인 SF를 이용한 이미지 공간 연관 규칙 마이닝 방법을 제시한다. 또한 최소 공간 지지도를 적용하여 이미지 데이터에서 반복적으로 발생하는 항목과 항목간의 공간 관계를 통해 이미지 연관 규칙을 마이닝 하는데 보다 유효한 알고리즘을 제안한다.
연관규칙 탐사기법은 거래(사건) 속에 포함된 품목(항목)간의 연관관계를 발견하고자 할 때 사용하는 기법이며, 독특한 형태의 자료구조를 사용하는 다양한 연관규칙 알고리즘들이 제안되었다. 다양한 특성을 갖는 대용량의 데이터에 대해 효율적으로 연관규칙 탐사를 수행하기 위해서는 저장공간과 실행시간을 모두 고려해야 한다. 본 논문에서는 후보항목집합 발생과정 없이 압축빈발항목집합과 동적링크집합을 이용하여 저장공간 축소와 실행시간 개선을 동시에 고려한 연관규칙 알고리즘을 제안하며, 그 우수성을 증명하기 위해 연관규칙 탐사의 대표적인 자료 구조인 FP-struct, H-Struct와의 저장공간 비교 및 이들 저장구조를 사용하는 FP-growth, H-mine 알고리즘과의 실행시간을 비교한다.
지역분석 기법에서 지리사상의 공간적인 특성을 가장 잘 반영하는 개념 중 하나인 공간연관성은 "모든 것은 다른 모든 것과 연관되어 있지만, 가까운 것은 먼 것보다 더욱 관련이 있다"고 하는 Tobler의 법칙과 그 맥을 같이 한다. 이 연구는 공간통계와 지리적시각화를 결합하여 공간연관성의 시계열 패턴을 탐색적으로 분석하는 지리정보시스템을 개발하는 것을 목적으로 하며, 전역적 및 국지적 공간연관성 분석을 통한 공간현상의 클러스터 탐지나 공간연관성의 시계열 탐색을 통한 사회경제적 변화의 모니터링은 공간정책 투입의 의사결정을 지원하는 수단으로 기능할 수 있다. 전역적 및 국지적 공간연관성을 측정하는 데 반드시 필요한 근린가중치행렬은 행정구역 폴리곤의 기하 및 거리에 기반한 유연한 가중치모형을 구현하여 사용하였으며, 기존의 지리적시각화 기법을 응용 및 개선한 시계열 평행좌표플롯, 시계열 애니메이션지도, 3D 시계열 모란산포도 등을 통해 공간연관성의 시계열 패턴을 효과적으로 표현하였다. 실제 공간현상에 대한 적용 및 평가를 위하여 1995년부터 2004년까지 10년간의 전국 시군구단위 지가변동률 자료를 이용하여 공간연관성의 시계열적 특성을 분석함으로써 시스템의 유용성을 확인하였다.
GIS는 공간과 관련된 문제를 해결하는데 있어 좋은 도구가 되며 도시성장 예측과 같은 문제에 사용될 수 있다. 본 연구에서는 수도권 내에 위치한 수원지역을 대상으로 1960년대부터 1990년대까지의 도시성장에 관한 데이터베이스를 구축하고 도시의 물리적인 확산에 초점을 맞추어 모형의 핵심이 되는 공간 연관규칙을 추출하였다. 공간 연관규칙의 추출을 위해 GIS 공간 분석 기능과 데이터마이닝 기법을 이용하였으며, 규칙을 기반으로 모형을 작성하여 도시성장을 분석 및 예측하고 UGM(Urban Growth Model)과 비교하였다.
공간 연관 규칙은 공간적 특성을 포함하며 빈발하게 발견되는 연관 객체들의 집합이다. 그러나 객체의 위상과 그 객체의 비공간 속성을 갖는 일반적인 공간 데이터에이스에서는 공간 연관 규칙을 발견할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 공간 데에터베이스 시스템의 질의 언어를 확장하고 이를 이용하여 공간 연판 규칙을 발견할 수 있는 시스템을 구현하였다.
본 연구에서는 '5+2 광역경제권' 설정에 따라 수도권, 충청권, 호남권, 대경권, 동남권, 강원도, 제주도 등의 7개 권역간 그리고 권역내 도시들간의 공간연관성을 지역총생산(GRDP)과 재정자립도, 그리고 토지이용(land use)중에서 경제성을 띄는 공업 및 상업지역비율을 분석변수로 하고 SUR방법으로 실증 분석하였다. 먼저, 1인당 GRDP에 관한 광역경제권역간 공간연관성에서 수도권은 대체로 충청권과 강원도를 제외한 나머지 권역간 그리고 권역내 도시들간 공간관계는 전반적으로 보완관계를 나타내었다. 다음으로 재정자립도에 관한 권역간 공간연관성은 1인당 GRDP와 거의 유사한 공간연관성을 보였지만 권역간에 통계적 유의성을 갖는 권역은 다소 적었다. 한편 토지이용측면에서 공업지역비율에 관한 권역간 공간연관성은 대경권과 동남권이 보완관계를 나타내었다. 권역내 도시들 사이에는 대체로 경쟁관계보다는 보완관계 양상을 띄었다. 예상과는 달리 상업지역비율에 대한 권역간, 권역내 공간관계는 공업지역비율에 대한 공간연관성과는 유사함을 보이지 않았다. 이상의 분석결과를 바탕으로 광역경제권설정이 권역간 뿐만아니라 권역내 도시들간의 공간연관성을 고려한 권역별 지역경제공간 창출 그리고 균형잡힌 국토 공간관리 계획을 수립하는데 도움이 될 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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