Development of Subsurface Spatial Information Model with Cluster Analysis and Ontology Model

With development of the earth's subsurface space, the need for a reliable subsurface spatial model such as a cross-section, boring log is increasing. However, the ground mass was essentially uncertain. To generate model was uncertain because of the shortage of data and the absence of geotechnical interpretation standard(non-statistical uncertainty) as well as field environment variables(statistical uncertainty). Therefore, the current interpretation of the data and the generation of the model were accomplished by a highly trained experts. In this study, a geotechnical ontology model was developed using the current expert experience and knowledge, and the information content was calculated in the ontology hierarchy. After the relative distance between the information contents in the ontology model was combined with the distance between cluster centers, a cluster analysis that considered the geotechnical semantics was performed. In a comparative test of the proposed method, k-means method, and expert's interpretation, the proposed method is most similar to expert's interpretation, and can be 3D-GIS visualization through easily handling massive data. We expect that the proposed method is able to generate the more reasonable subsurface spatial information model without geotechnical experts' help.

온톨로지와 군집분석을 이용한 지하공간 정보모델 개발

지하공간 개발의 증가에 따라 지층단면도 등 다양한 형태로 제공되는 지하공간 정보모델의 신뢰성이 요구되고 있다. 그러나 지반은 근본적으로 불확실하며, 이를 표현하는 정보모델도 자료부족, 해석표준 부재 등의 비통계적 요인과 외부환경 변수라는 통계적 요인으로 불확실성을 가진다. 따라서, 현재의 모델 생성은 고도로 훈련된 전문가에 의해 이뤄지고 있다. 본 연구는 지반공학 전문가의 경험과 지식에서 시맨틱을 추출하고, 이를 온톨로지 모델과 정보량으로 정량화하였다. 정량화한 온톨로지 모델은 군집분석의 클러스터간 거리계산에 적용하여 시맨틱을 고려한 군집분석 방법론을 제안하였다. 본 제안 방법을 실험지역에 적용한 결과 기존 K-Means 방법에 비해 전문가의 해석과 유사한 결과를 도출하였으며, 수작업으로는 어려운 대용량 데이터를 손쉽게 처리하고 3차원 GIS로 가시화가 가능하였다. 본 연구를 통해 지반공학 전문가의 도움 없이도, 그 경험을 고려하면서 대량의 지반정보 데이터를 효과적으로 처리하여 신뢰성 있는 지하공간 정보모델을 생성할 수 있을 것이다.