[GIS] 도로 네트워크 구성 요소 :: 노드(점), 링크(선)

도로 네트워크(Road Network)를 이루는 주요 요소는 다음과 같습니다:

1. 노드(Node, 교차점)

• 도로가 만나는 지점(교차로, 분기점 등)
• 출발점과 도착점(기점 및 종점)
• 터미널(버스 터미널, 기차역, 물류센터 등)

2. 링크(Link, 도로 구간)

• 도로 구간(도로를 연결하는 선형 요소)
• 도로의 속성(차선 수, 제한 속도, 일방/양방향 등)
• 도로 유형(고속도로, 국도, 지방도, 보조도로 등)

3. 네트워크 속성(Topology)

• 노드와 링크 간의 연결 관계
• 도로의 계층 구조(고속도로 → 주요도로 → 보조도로)
• 교차로 신호 체계(신호등, 회전교차로, 정지선 등)

4. 도로 속성(Attributes)

• 제한 속도
• 차선 수
• 방향성(일방통행, 양방향)
• 도로 종류(고속도로, 지방도로, 골목길 등)
• 도로 폭

5. 교통 흐름 정보(Traffic Flow)

• 실시간 교통량(혼잡도, 속도, 교통 체증)
• 교통 사고 및 공사 정보
• 도로 폐쇄 및 우회 경로

6. 보행자 및 기타 교통 요소

• 횡단보도, 인도(보행자 도로)
• 자전거 도로
• 대중교통 인프라(버스 정류장, 지하철역)

이러한 요소들이 유기적으로 결합되어 도로 네트워크를 형성하며, GIS에서는 이를 활용하여 네트워크 분석(경로 탐색, 이동 시간 최적화, 교통량 예측 등)을 수행합니다.

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1. 노드(Node)

노드는 도로 네트워크에서 교차점, 분기점, 또는 끝점을 나타내는 점(Point)으로, 네트워크의 구조를 결정하는 중요한 요소입니다.

(1) 노드의 종류

1. 단순 노드 (Simple Node)

   • 두 개 이상의 도로 링크가 연결되는 기본적인 점.
   • 교차로 없이 직선 구간에 존재하는 개념적 점(예: 특정 지점에서 속성 변화가 일어나는 경우).

2. 교차로 노드 (Intersection Node)

   • 두 개 이상의 도로가 실제로 교차하는 지점.
   • 신호등이 있는 교차로, 로터리, 입체교차로 등이 포함됨.

3. 터미널 노드 (Terminal Node)

   • 네트워크의 시작점 또는 끝점.
   • 예: 도로망이 끝나는 지점, 공항이나 항구의 출입구.

4. 분기 노드 (Branch Node)

   • 하나의 도로가 여러 개의 도로로 나뉘는 지점.
   • 고속도로 분기점(램프, 인터체인지 포함).

5. 가상 노드 (Pseudo Node)

   • 도로 속성이 변경되는 지점에서 설정하는 노드.
   • 예: 제한 속도, 차선 수, 도로 종류가 변하는 곳.

6. 연결 노드 (Connector Node)

   • 도로망과 다른 네트워크(철도, 수로 등)를 연결하는 역할.
   • 예: 도로와 철도 환승 지점, 대중교통 정류장.

(2) 노드의 속성

• 좌표 정보 (x, y 또는 위도·경도)
• 노드 ID (고유 식별자)
• 접속 도로 정보 (연결된 링크 ID)
• 신호체계 (신호등 여부, 신호 대기 시간)
• 도로 유형 변화 여부 (차선 수 변경, 제한 속도 변경 등)
• 가중치 (교통량, 혼잡도, 교차로 대기 시간 등)

(3) 노드의 역할

• 경로 탐색의 출발점과 도착점 역할.
• 도로 네트워크의 연결 구조를 정의.
• 링크(도로 구간) 간 이동 가능 여부를 결정.
• 신호 체계, 지체율, 이동 방향 등의 정보를 제공.

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2. 링크(Link)

링크는 노드와 노드를 연결하는 도로 구간(Edge)으로, 실제 도로망의 연결 관계를 표현하는 선(Segment) 개체입니다.

(1) 링크의 종류

1. 일반 링크 (Simple Link)

   • 기본적인 도로 연결 구간.
   • 직선 또는 곡선 형태의 도로를 표현.

2. 고속도로 링크 (Highway Link)

   • IC(인터체인지), JC(분기점) 등을 포함하는 고속도로 전용 링크.
   • 제한 속도가 높으며 출입이 제한적.

3. 일방통행 링크 (One-Way Link)

   • 특정 방향으로만 이동 가능한 도로.
   • 도심 내 일방통행로 또는 고속도로 진출입로.

4. 복합 링크 (Multi-Part Link)

   • 하나의 링크가 여러 개의 도로 구간으로 나뉘어 표현되는 경우.
   • 예: 하나의 도로 구간이 여러 속성을 가지는 경우.

5. 페리 링크 (Ferry Link)

   • 육로가 아닌 수상 교통과 연결되는 도로 구간.
   • 예: 차량이 탑승할 수 있는 카페리 노선.

6. 가상 링크 (Pseudo Link)

   • 도로망의 형식적 연결을 위해 생성되는 링크.
   • 예: 건물 내부 도로, 보행자 전용 도로.

(2) 링크의 속성

• 시작 노드(Start Node) & 끝 노드(End Node)
• 길이 (Length, 단위: m 또는 km)
• 방향성 (일방통행 여부)
• 제한 속도 (Speed Limit, km/h)
• 차선 수 (Number of Lanes)
• 도로 유형 (고속도로, 국도, 지방도, 도시도로 등)
• 도로 폭 (Width)
• 가중치 (Weight, 예: 시간, 비용, 에너지 소모량 등)
• 교통량 (Traffic Volume)
• 도로 상태 (포장 여부, 터널, 교량 포함 여부)

(3) 링크의 역할

• 도로 네트워크의 연결성을 유지.
• 차량 및 보행자 이동 경로를 결정.
• 최단 경로 분석, 네트워크 가중치 분석 등의 기본 단위.
• 네트워크 흐름(교통량, 속도, 밀도 등)을 분석하는 데 활용.

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3. 노드와 링크의 관계

• 네트워크 구성: 노드와 링크는 네트워크를 형성하며, 그래프 이론에서 노드는 꼭짓점(Vertex), 링크는 간선(Edge)으로 표현됨.
• 도로망 분석의 기본 단위: OD 매트릭스 분석(Origin-Destination Matrix)에서 출발 노드와 도착 노드를 연결하는 링크의 집합으로 이동 경로를 구성.
• 가중치 적용: 각 링크는 이동 시간, 교통 혼잡도 등 가중치를 가지며, 네트워크 분석에서 최적 경로 탐색의 중요한 요소로 사용됨.

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4. 노드와 링크를 활용한 네트워크 분석 예시

1. 최단 경로 분석 (Shortest Path Analysis)

   • 다익스트라 알고리즘(Dijkstra’s Algorithm), A* 알고리즘 등을 활용해 최적 경로 계산.
   • 노드 간 이동 비용(링크 가중치)을 최소화하는 경로 탐색.

2. 교통 네트워크 분석 (Traffic Flow Analysis)

   • 특정 링크의 교통량 분석을 통해 도로 용량 초과 여부 예측.
   • 실시간 교통 데이터를 활용하여 혼잡도 분석.

3. 배리어 분석 (Barrier Analysis)

   • 특정 노드 또는 링크에서 발생하는 장애 요소(공사, 사고, 폐쇄된 도로 등)에 대한 분석.
   • 대체 경로 탐색 시 활용.

4. 시설 접근성 분석 (Accessibility Analysis)

   • 병원, 소방서, 경찰서 등의 긴급시설 접근성 평가.
   • 도보 및 차량 접근 가능성을 기반으로 한 서비스 범위 분석.

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결론

노드와 링크는 도로 네트워크의 핵심 요소로, 교통 흐름을 분석하고 최적 경로를 탐색하는 데 필수적인 데이터 구조입니다. 노드는 교차로 및 분기점을 정의하며, 링크는 도로의 실제 연결성과 이동 특성을 나타냅니다. 이를 활용하여 다양한 공간 네트워크 분석을 수행할 수 있으며, GIS 및 교통 모델링에서 중요한 역할을 합니다.