생활천문자료의 웹 서비스 구현에 관한 연구
A Study on the Web Services of Living Astronomical Data
성 현 일
*Hyun-il Sung
차 례 1. 서 론
2. 생활천문자료의 역사와 종류 3. 웹 서비스 구현 및 시스템 설계
4. 자료 관리 5. 결 론
· 참고문헌
*
초 록
천체의 운동을 관측한 다양한 천문학 자료들이 오랫동안 우리의 실생활에 활용되어져 왔다. 이 생 활천문자료에는 일출몰시각 자료와 음양력변환 자료, 일식과 월식 등을 포함하는 천문현상 자료, 그리 고 태양의 고도와 방위각 자료가 있으며, 계절에 대한 정확한 정보가 필요했던 고대의 농경사회에서는 농업을 위한 기본자료로 사용되었고 천문현상과 정권유지를 유기적으로 연결한 고대집권세력에 의해서 정치적으로 이용되기도 하였다. 현대에 와서도 이들 생활천문자료들은 건축물의 일조량 관련 문제와 일출몰 시각과 관련된 법적분쟁 등 다양한 분야에서 지속적으로 이용되고 있다. 이와 같이, 생활천문자 료는 순수과학의 결과물이 실생활에 직접적으로 이용되는 좋은 사례이다. 그러나 이 자료들은 역서를 통해 배포되고 있으며 사용자들은 주로 민원신청을 통해 자료를 확보하기 때문에 이용에 불편함이 많 았다. 본 연구에서는 이 자료들을 보다 쉽게 이용하고 체계적으로 관리할 수 있도록 MySQL 기반의 웹 서비스 시스템을 구축하였다.
키 워 드 생활천문자료, 웹 서비스, 데이터베이스 관리 시스템
* 한국천문연구원 선임연구원
(Senior Researcher, Korea Astronomy and Space Science, [email protected])
∙ 논문접수일자: 2010년 11월 23일
∙ 최종심사(수정)일자: 2011년 3월 4일
∙ 게재확정일자: 2011년 3월 8일
ABSTRACT
The astronomical data obtained by observations of celestial objects movements are useful in our daily life. These data - such as 1) sunrise and sunset data, 2) data transformation between lunar calendar and solar calendar, 3) solar eclipse and lunar eclipse data, and 4) sun's altitude and azimuth data - were used to important things in the agricultural society and ancient kingdom. In the modern society, these data have been used continuously for the legal disputes, construction of buildings and the other areas. This is a good example of pure science data using directly in our life. However there are difficulties to public service because all the data were printed as an Almanac. Using MySQL, we constructed web-based service system which makes to use them easily. This database system was made for the quick search using the calculated orbital data of celestial bodies.
KEYWORDS
Living Astronomical Data, Web Services, Database Management System
1. 서 론
천문학은 가장 오래된 학문 중 하나로서 인 류의 역사와 함께 이어져 왔으며, 20세기에 들 어와서는 과학기술의 발달에 힘입어 관측기술 이 급격하게 발전하였다. 천체의 움직임과 변 화를 관측하여 기록하고 이론적인 해석을 통 해 우주에 대한 이해를 높이는 천문학은 순수 과학의 한 분야지만 응용과학처럼 우리의 생 활과 밀접한 관련이 있기도 하다.
천문학이 실생활과 관련된 사실은 고대로 거슬러 올라가면 쉽게 확인할 수 있다. 지구공 전에 의한 태양의 운동과 지축의 기울어짐에 의한 일출몰 현상 및 계절의 변화는 일조량에 영향을 미치고 계절의 변화와 관련이 있기 때
문에 농사에 필요한 직접적인 정보로 다루어 져 왔다. 또한 고대에는 통치 수단으로서의 천 문현상예측도 필수적인 것이었기에 천체운동 의 정확한 관측도 요구되어졌다. 이와 더불어, 복잡해진 현대인의 생활은 정확한 시간의 기 준을 필요로 해서 생활천문자료들은 더욱 중 요해지고 있다.
생활천문자료 중 하나인 천문현상들에 관한 기록은 고문서에 남아있으며 이를 통해 당시 의 천문관측이 실생활에 어떤 영향을 미쳤는 지를 잘 볼 수 있다. 천문관측을 위해 시대별로 다양한 관측시설과 기관이 존재해왔다. 삼국시 대에는 첨성대를 비롯한 여러 개의 천문대를 지어 운영했다는 기록이 있으며 고려시대에는 만월대 서쪽에 천문대를 지어 관측을 했고 서
운관이란 관청에서 천문관측을 담당했다는 기 록이 있다. 조선시대에는 관상감이란 관청을 두고 경복궁 내에 간의대란 천문대를 지어 관 측을 하였고, 정교한 관측기기인 간의와 혼천 의를 제작하여 사용하기도 했다. 현재는 한국 천문연구원이 그 맥을 이어 보현산천문대와 소백산천문대에서 천문관측을 수행하고 있다.
관측을 통해 축적된 생활천문자료를 일반인 들에게 제공하기 위해 한국천문연구원에서는 역서를 발간하고 있다. 역서에는 사용자 요구 에 부합하는 주요지방의 일출몰시각과 남중시 각, 각종 박명시각뿐만 아니라 행성의 출몰시 각과 혜성의 좌표, 항성 관련자료, 일력자료, 천문현상 등이 수록되어 있다. 그러나 일반인 들은 역서보다 민원요청을 통해 자료를 공급 받는 경우가 많은데, 민원을 통한 자료 제공의 경우 자료의 공개범위가 제한적이며 사용자의 시간적, 경제적 부담이 따르게 되는 문제점이 있다. 이의 개선을 위해 인터넷을 통한 자료 제 공방법을 연구하게 되었다.
컴퓨터와 인터넷의 급속한 발달이 이루어진 요즘, 산학연의 많은 분야에서 생산되는 자료 들이 아카이빙 되고 있으며 과거에 축적되었 던 다양한 아날로그 자료들도 디지털화 되어 개인의 책상 위에서 실시간으로 검색 가능한 시대가 되었다. 데이터베이스 관리도구들의 개 발과 성능 향상으로 자료의 저장과 관리기법 또한 발전하여 왔다. 이에 천체관측 자료의 데 이터베이스화와 검색시스템 구축 경험(성현 일, 임인성 2008; 성현일 등 2006; 성현일 등
2003)을 바탕으로 생활천문자료도 데이터베
이스화함으로써 정보제공과 자료관리의 측면 모두에서 획기적인 전환점을 마련하고자 한다. 본 연구의 웹 서비스 시스템 구축을 통해 생활 천문자료에의 활용도와 접근성이 한 단계 상 승할 것으로 기대한다.
2장에서는 생활천문자료의 의미와 역사, 종 류에 대해서 설명하고, 3장에서는 웹 서비스 시스템 설계에 대해 설명하고, 4장에서는 자료 관리 방법에 대해 언급하고, 5장에서는 결론을 다루고자 한다.
2. 생활천문자료의 역사와 종류
우주에는 수많은 천체들이 존재하지만 우리 의 일상과 관련되어 영향을 미치는 것으로는 가까이에 있는 태양, 달, 행성, 혜성 등이 있다. 태양은 평범한 별들 중 하나이지만 지구와 태 양은 빛의 속도로 약 8분의 거리에 있어 태양 은 지구 위 모든 생명체의 에너지 근원이 되고 있다. 태양과 지구 사이의 인력에 의해 지구는 궤도운동을 하고 있는데 이로부터 밤과 낮이 생기고 지상 생명체들의 생체리듬이 결정되는 등 태양의 영향력은 말할 수 없이 크다. 태양은 우리의 생활 전반에 걸쳐 영향을 미치고 있으 므로 태양의 움직임에 의해 발생하는 다양한 현상들을 정확히 파악하고 체계적으로 정리하 면 앞으로의 예측과 대비 그리고 이의 활용이 가능해진다.
2.1 역사
천문학이 학문으로 자리잡기 이전인 고대에 도 행성과 천체의 움직임에 대한 관측결과들 은 실생활과 관련된 분야에서 활용되어져 왔 다. 당시 생활과 가장 밀접한 부분은 농사를 위 한 달력의 제작으로, 태양과 달의 움직임으로 인한 계절의 변화가 이와 관련이 된다. 계절의 정확한 예측은 강수량의 판단에도 도움이 되 며 농작물의 파종과 성장, 수확 및 관리에 직접 적으로 연관되기 때문이다.
한편, 고대에는 권력자들의 통치를 위한 수 단으로도 천문관측자료가 이용되어져 왔다. 민 심을 진정시키고 권력을 안정적으로 유지하기 위해 특별한 천문현상의 정확한 예측이 필요 했었기 때문이다. 이러한 천문현상으로는, 일 식과 월식, 혜성의 출몰 등을 들 수 있다. 각종 식과 혜성의 움직임을 정확히 예측하기 위해 서는 오랜 기간 동안 정밀한 관측이 필요했었 고 이것은 과학적인 관측의 뿌리가 되어 현대 천문학의 태동을 가져오기도 하였다.
우리나라의 경우 고대 천문기록은 천문현상 에 관한 것이 대부분이며 예측보다는 사후기 록이 많은 편이다. 이들 천문현상기록은 삼국 사기와 고려사절요, 조선실록, 그리고 증보문 헌비고 등 <표 1>에 나타낸 고문서들에 기록되 어 있다. 이 문서들 내의 기록에는 행성을 포함 한 태양계 천체들의 운동과 관련된 내용이 있 으며 달과 태양의 위치 및 움직임과 관련된 내 용들도 포함되어 있다.
고문서 기록 내용
고려사 고려사절요 국조보감 난중일기 단기고사 대동야승 대동야승제 동국통감 미수기언 삼국사기 삼국유사 서당 서당일록 성변등록 승정원일기 양촌집 연려실기술 연비 열하일기 재리고 조선실록 증보문헌비고 증보문헌비고상위고 지봉유설
하멜표류기 환단고기
태양계: 혜성 태양계: 혜성기타 태양계: 혜성 태양계: 행성운동 태양계: 유성 태양: 해무리 태양: 일식 태양: 달 태양: 기타 달: 월식
달: 엄폐태양계: 혜성 달: 엄폐태양계: 유성 달: 엄폐
달: 달무리 달: 기타 기타: 오로라 등
<표 1> 천문현상 기록 고문서 및 기록 내용
2.2 종류
생활천문자료에는 태양과 달의 운동과 관련 된 것으로 일출몰시각 자료와 태양의 고도/방 위각 자료가 있고, 행성과 태양계 내 천체들의 움직임과 관련된 각종 천문현상 자료가 있으 며 력과 관련된 것으로 음양력변환 자료가 있 다. 태양과 지구, 달, 그리고 행성은 우주 공간 에서 <그림 1>과 같은 배치를 하며 이로 인해 일출몰과 월출몰, 각종 천문현상 등이 발생하 고 천문력이 결정된다.
<그림 1> 태양계 구조도: 지구의 공전궤도면과 달의 공전궤도면이 이루는 각도 때문 에 일식과 월식이 생긴다.
2.2.1 일출몰시각
태양의 출몰은 지구의 자전과 공전에 의해 만들어지는 현상이다. 서로 중력적으로 묶여있 는 천체들의 다체문제를 풀어 각 천체의 궤도를 계산하고 이로부터 일출몰시각을 구하게 된다 (Meeus 1998; Bretagnon 1982; Bretagnon and Francou 1988). 태양의 출몰시각은 지구 상의 각 지점마다 다르게 되는데, 본 연구의 웹 서비스에서는 궤도운동을 계산하여 지역별 일 출몰시각 자료를 미리 구한 다음 테이블화 하 였다(<표 2> 참조).
달의 출몰은 지구의 자전과 달의 공전이 동 시에 관련된 현상으로 이로 인해 달이 떠오르 는 시각은 매일 약 50분씩 늦어진다. 달은 동주 기 자전을 하기 때문에 우리는 달의 한쪽면만 보게 되는데, 달의 출몰시각 또한 궤도운동으 로부터 미리 구하여 테이블화 한다.
2.2.2 음양력 변환
고대사회에서 가장 많은 관심을 가졌던 생 활천문자료는 달력과 관련된 계절의 변화와 관련된 것이었다. 정확한 계절을 예측하기 위 해 달력이 필요했고, 력의 기준에 따라 태양력 과 태음력이 각각 발달하게 되었다. 요즘은 태 양의 움직임을 바탕으로 하는 태양력이 일반 적으로 사용되지만, 과거에는 달의 위상변화와 인류의 생활이 밀접한 관련이 있어 태음력이 많이 사용되어 왔다.
근대에 들어와 서구식 제도와 양식이 들어 옴으로써 생활의 각종 기준이 전통적인 태음
칼럼명 내용 데이터형
city 지역 varchar(15)
year_s 년(양) varchar(15)
month_s 월(양) varchar(15)
day_s 일(양) varchar(15)
year_l 년(음) varchar(15)
month_l 월(음) varchar(15)
<표 2> MySQL 내의 테이블 내용(일출몰시각조회)
칼럼명 내용 데이터형
day_l 일(음) varchar(15)
sun_r 일출몰(일출) varchar(15) sun_m 일출몰(남중) varchar(15) sun_s 일출몰(일몰) varchar(15) moon_r 월출몰(월출) varchar(15) moon_m 월출몰(남중) varchar(15) moon_s 월출몰(월몰) varchar(50) civil_twilight_m 시민박명(아침) varchar(30) civil_twilight_n 시민박명(저녁) varchar(30) nautical_twilight_m 항해박명(아침) varchar(30) nautical_twilight_n 항해박명(저녁) varchar(30) astro_twilight_m 천문박명(아침) varchar(30) astro_twilight_n 천문박명(저녁) varchar(30)
력에서 태양력으로 바뀌게 되었다. 따라서 태 음력을 기준으로 작성된 과거의 자료의 날짜 를 확인하기 위해서는 음력을 양력으로 변환 할 필요가 있고 이 때문에 음양력의 변환이 중 요해졌다. 음양력변환의 경우도 모든 자료를 미리 계산하여 테이블화 해서 데이터베이스에 입력해 놓는다(<표 3> 참조).
칼럼명 내용 데이터형
year_s 년(양) varchar(10) month_s 월(양) varchar(10) day_s 일(양) varchar(10) year_l 년(음) varchar(10) month_l 월(음) varchar(10) day_l 일(음) varchar(10) s_cycle 간지 varchar(25) Julian_Date 율리우스적일 varchar(10) leap_year 윤년 varchar(10) leap_month 윤달 varchar(10)
<표 3> MySQL 내의 테이블 내용(음양력변환)
2.2.3 천문현상
대부분의 천문현상은 일반인들에게는 흥미 로운 사건이지만 천문학자들에겐 귀한 연구 자료가 되기도 한다. 천문현상은 태양과 행성 들의 움직임과 관련된 것이 많으며, 그 외에 태 양계 내의 다른 천체들과 관련된 것들이 있다. 지구와 행성, 달이 각각 공전을 하면 천구상의 위치가 계속 바뀌게 되고 이들이 우연히 겹쳐 보이는 경우가 생기게 된다. 태양, 달, 지구의 순으로 일직선으로 늘어서게 되면 태양은 달 에 가려 우리에게 보이지 않게 되는데 이때가 바로 일식이다.
공전궤도가 타원 형태이므로 지구로부터 태 양과 달의 거리가 계속 변할 수밖에 없는데, 달 이 우리에게 더 가까이 있거나 태양이 우리로 부터 더 멀리 있는 경우에는 달이 태양을 완전 히 가리는 개기일식이 일어난다. 반면, 달이 우 리로부터 더 멀거나 태양이 우리에게 더 가까 이 있는 경우에는 달이 태양을 완전히 가리지 못해 태양의 가장자리가 보이는 금환일식이 일어난다. 개기일식은 지구상의 특정한 지역에 서 짧은 시간동안만 관측이 가능한데, 이 시각 에 주변의 다른 지역에서는 태양의 일부만이 가리는 부분일식이 나타나게 된다.
월식은 달이 지구의 그림자에 가리는 현상으 로, 이 경우에도 지구의 그림자 속에 달이 완전 히 들어가는 개기월식과 달의 일부만이 지구의 그림자 속에 들어가는 부분월식이 나타난다.
개기일식의 경우, 태양이 완전히 가려지기 때문에 한낮에 갑자기 어두워지는 현상이 발 생하고, 이를 미리 예측하지 못했던 고대에는 엄청난 재앙으로 여길 만큼 두려운 현상이기 도 했다. 따라서 권력자들은 이런 현상을 미리 예측하기 위해 천문관측에 힘써 왔다.
현대 천문학에서 그 정체가 자세히 밝혀진 혜성과 유성우의 출현도 과거에는 놀라운 현 상으로 취급되어져 왔다. 혜성은 주기성을 갖 는 것과 일회성으로 우리에게 접근해 왔다가 사라지는 것이 있으며, 우리에게 가까이 다가 와서 밝게 보일수록 많은 관심을 끌어왔다. 가 장 우명한 혜성 중 하나는 76년의 주기를 갖는 헬리혜성으로 1986년에 지구에 접근했었다.
유성은 지구 주변의 작은 물체들이 지구의 인 력에 이끌려 들어오다가 지구 대기층에서 연 소되며 빛을 내는 것으로 지구가 공전을 하면 서 이러한 물체들이 많이 모여 있는 지역을 통 과할 때 유성이 비처럼 쏟아지는 유성우가 나 타난다.
2.2.4 태양 고도/방위각
지구 자전에 의한 태양의 위치 변화는 지구 상의 고도와 방위각으로 표시가 가능한데, 이 움직임 자료를 종합하여 계절의 길이와 시기 를 정확히 예측할 수 있었다. 즉, 달력 제작의 기본적인 자료로 활용되었는데, 현대에 들어와 서는 법적분쟁의 증빙자료로 활용되는 등 다 양한 분야에서 이용되어지고 있다. 특히 건축 분야에서의 활용도가 높은데, 건물 사이의 거 리와 태양의 고도/방위각 정보를 통해 일조량 을 계산하고 이를 바탕으로 건축허가 여부가 결정되기도 한다. 건축물과 관련된 각종 분쟁 이 발생할 때 이에 대한 판단을 하는 기준으로 사용되는 경우도 있다. 또한 사법적인 사건이 발생 했을 때도 당시의 일출몰시각 정보와 함 께 태양의 위치정보도 중요한 참고자료로 이 용되는 경우가 있다.
3. 웹 서비스 구현 및 시스템 설계
생활천문자료들은 역사 기록이 있기 이전부 터 관측과 예측을 통해 정치․사회적으로 활
용되어져 왔으며 그 필요성은 앞으로도 변함 없을 것이다. 관측기술의 발달과 관측정밀도의 향상, 그리고 컴퓨터의 성능 향상으로 모든 자 료들은 수치계산을 통해 정확하게 얻어지고 있으나 이들 자료의 보급은 여전히 책자와 인 쇄물을 통한 배포가 주된 방법으로 아날로그 시대의 수준에 머물러 있었다.
본 연구에서는, 디지털시대에 걸맞는 방법 으로 자료를 배포하고 또 활용할 수 있도록 하 기 위해 인터넷을 이용한 웹 서비스를 기획하 게 되었다. 모든 자료들은 웹 검색이 가능한 형 태로 데이터베이스화 하여 저장되어 있고 빠 른 검색서비스와 사용자의 요구에 부합하는 결과를 전달하기 위해 자료 분석과 개념 설계 과정을 통해 최적화된 데이터베이스 시스템을 구축하였다.
3.1 데이터베이스 시스템
공개용 데이터베이스 관리 시스템(Database Management System, DBMS)으로는 mSQL, PostgreSQL, MySQL 등이 있다. 이 중 MySQL 은 대용량 자료를 다루지 않는 중소규모의 사 업장이나 개인이 운영하는 데이터베이스에서 쉽게 찾아 볼 수 있는 DBMS이다. MySQL은 데이터베이스가 구축되는 모든 분야에서 활용 되고 있으며 학술, 교육, 업무, 사업, 온라인 커 뮤니티 등 실제 적용된 예는 헤아릴 수 없이 많다. 천문학 분야에서는 태양스펙트럼 데이터 베이스와 한국가상천문대 데이터베이스 구축
에도 사용되었으며, 교육현장에서는 학교와 사 설교육업체 등에서 학생 관리와 성적관리를 위한 데이터베이스에 활용되고 있고, 일정관리 프로그램과 설문조사 프로그램 제작, 전자상거 래를 위한 소규모 인터넷 쇼핑몰 제작 등에도 활용되며 인터넷 게시판과 대화방 제작에도 활용되고 있다.
MySQL은 PHP와도 연결이 용이하고 각 종 공개용 웹서버와 연결도 간편하다. 또한 C 와 C++, Java, Python, TCK/TK, 그리고 ODBC도 제공이 된다. Access와 자료를 연동 할 수 있으며 Excel은 물론 DBE 3.2를 사용하 여 Delphi와 데이터 연동이 가능하며 DBE 3.0 을 통하여 C++ Builder와도 사용이 가능하므 로 자료를 지속적으로 추가하거나 수정하기에 도 편리한 점이 있다(김호 2003; 허정수 2000;
Tomson and Welling 2001). 본 웹 서비스의 데이터베이스는 PHP, Java 등과 연동하여 운 영된다.
MySQL은 관계형 데이터베이스 관리 시스
템인 SQL(Structured Query Language)의 하나로, 사용자는 유틸리티를 이용하여 테이블 구조로 저장되어 있는 MySQL 데이터베이스 의 데이터들에 접근할 수 있다(Kimula and Takahashi 2002). MySQL은 상용 데이터베 이스와 비교하여 뒤지지 않는 뛰어난 관계형 데 이터베이스로, 안정성 측면에서도 우수하고 각 종 함수도 많아 프로그래밍에 용이하다. 또한, MySQL은 UNIX와 Solaris, AIX, FreeBSD, Linux, Windows 등 다양한 플랫폼에서 사용
가능하다(조준익 2000).
관계형 데이터베이스는 1970년 이론이 등 장한 수학적 체계에 따라 정립되면서 신뢰성 과 정확성이 입증되었고 자료를 단순한 2차원 의 표 형태로 저장하면서도 매우 복잡한 자료 를 정교하게 조합할 수 있어 오늘날 DBMS의 대명사로 불리며 활용되고 있다. 본 연구의 메 타데이터는 생활천문자료의 조회 방법에 따라 1차적으로 분류가 되고 하부구조인 2차 분류 에는 날짜와 장소, 현상의 세부 종류 등이 있 어, 계층적 데이터베이스나 네트워크형 데이터 베이스 보다 자료간의 키(key)에 의한 논리적 연결이 이루어지는 관계형 데이터베이스로 작 업을 하는 것이 바람직하다.
MySQL은 오라클과 같은 큰 규모 데이터
베이스나 유료 데이터베이스에 비해 구축비용 이 저렴하고 관리가 용이하기 때문에 리눅스 기반의 서버에서 사용할 수 있는 가장 효율적 인 DBMS 중 하나로 인정받고 있다. 이러한 MySQL의 장점과 MySQL 기반의 천문학 데이 터베이스 구축 경험을 바탕으로, 생활천문자료 의 웹 서비스 시스템 구현 시 MySQL을 DBMS 로 채택하였다.
3.2 데이터베이스 개발
데이터베이스 시스템의 운영구조는 <그림 2>와 같고, 웹 서비스 시스템의 구성 흐름도는 웹 서버를 중심으로 사용자와 서버관리자, 자 료관리자가 연결된 <그림 3>과 같다.
<그림 2> 데이터베이스 시스템의 운영구조
<그림 3> 웹 서비스 시스템의 구성 흐름도: 자 료 관리자가 생성한 메타데이터를 서 버관리자가 웹 서버에 입력한다.
데이터베이스 개발은 요구사항 분석과 개념 적 설계, 논리적 설계, 물리적 설계 그리고 구 현의 5단계로 크게 나누어 진행된다.
3.2.1 요구사항 분석
요구사항 분석은 프로그램으로 구현해야 할 부분을 정의하는 것으로, 프로그램 작성 시 가 장 우선시 되는 작업이다. 요구사항을 분석하 기 위해 먼저 시스템을 분석하는데 이때 가장 중요한 작업은 시스템에 필요한 기능들을 파 악하는 것이며, 이를 통해 시스템의 규모와 기 능을 체계적으로 정리할 수 있다. 본 연구에서 는 사용자에게 제공되는 천문정보의 양과 종 류, 특성을 파악하여 프로그램 개발범위를 먼 저 설정하였고 이로부터 개발업무의 흐름과 개발환경을 설정하였다.
그동안의 민원요청 내용을 통계적으로 분석 하여, 생활천문자료 이용자들이 원하는 자료의 종류와 형태, 활용처를 파악하였고 이를 기초 로 웹 화면 구성에 필요한 사용자 요구사항 명 세서를 작성하였다(<표 4> 참조). 검색의 편의 를 극대화하고 결과물에 요청내용을 일목요연 하게 담기위해 입출력 화면의 단순화와 최적
분류 항목 요구사항
화면
브라우저 최적화 - IE 최신버전과 이전 버전 모두에서 원활히 작동하고 타 브라우저에서 디스플레이 에 문제가 없어야 함.
인터페이스 - 인터페이스를 최대한 간편하게 구성
- 검색창을 눈에 띄게 배치하여 빠르고 쉽게 검색이 가능하도록 함.
메뉴 전환 - 원하는 생활천문자료의 선택이 쉽고, 하부메뉴로의 이동이 용이하게 설계함.
검색 기능
- 검색창의 선택버튼 클릭 시 스크롤되는 항목의 길이를 제한하여 사용이 쉽도록 함.
- 수동검색을 위한 수치 입력 기능을 삽입함.
- 전체 검색과 부분 검색 기능을 혼합하여 사용자 편의를 추구함.
결과 출력 기능 - 검색 결과물을 사용자의 요구에 맞게 출력 가능하도록 선택 기능을 다양하게 마련
<표 4> 사용자 요구사항 명세서
분류 항목 요구사항
회원 관리
회원가입 및 탈퇴
- 기본입력사항 확인후 처리 - 계정, 이메일 주소 중복체크
로그인/로그아웃
- 로그인정보 확인후 중복로그인 차단 - 로그인 세션 생성/삭제
- 로그인 DB에 접속정보(IP, 날짜)를 기록
자료 관리
자료생성
- 관리자 모드 로그인 기능
- 천문자료 계산 프로그램에 각 메뉴별 검색조건 항목을 입출력으로 선정하는 기능
- 관리자 모드에서의 계산수행 기능
자료입력 - 계산결과를 검색조건 항목에 맞게 선택하여 분산 입력하는 기능 자료추가 - 검색범위 확장을 위한 추가계산 및 입력기능 부여
<표 5> 시스템 요구사항 명세서
분류 항목 요구사항
성능 반응시간 - 시스템은 사용자의 요구에 1초 이내에 처리하여 결과를 보여주어야 함.
신뢰성 데이터 신뢰성 - 생활천문자료의 내용과 사용자 현황에 대하여 시스템은 항상 정확한 정보를 유지하도록 관리해야 함.
보안성 보안성 - 시스템 내 타인의 정보는 사용자 이외의 사람이 볼 수 없도록 보안성을 갖추 어야 함.
<표 6> 기타 요구사항 명세서
화에 초점을 맞추었다. 이를 구현하기 위한 시 스템의 요구사항은 회원관리와 자료관리로 크 게 나눌 수 있는데, 자료의 생성과 입력, 추가 항목이 주요한 부분이다(<표 5> 참조). 그 외 에 성능과 신뢰성, 보안에 대한 요구사항도 검 토하였다(<표 6> 참조).
3.2.2 개념적 설계
요구사항 명세를 바탕으로 개념적 스키마를 작성하였으며, 이를 토대로 한 최종 ERD(Entity Relationship Diagram)는 <그림 4>와 같다. 본 연구의 데이터베이스는 자료의 생성과 변경
을 주기적으로 하는 시스템이 아니므로 자료의 수정, 추가, 발생에 관한 이력을 따로 관리할 필 요는 없고 사용자 측면에서의 자료검색 개념만 수립하면 된다. 한편 사용자의 요구사항을 반 영하여 보다 나은 자료를 공급하기 위해 검색 통계를 관리하는 기능은 필요하다. 초기 ERD 에서는 자료를 생성하는 관리자 기능을 연결하 여 포함시켰으나, 자료의 입력을 위한 수치계 산과정을 분리실행 가능하도록 제작하면서 최 종 ERD에서는 사용자와 데이터베이스, 검색 에 관련한 항목으로만 구성하였다.
<그림 4> 개념 설계 ERD: 검색요청에 따른 결과를 주며, 검색통계를 관리한다.
3.2.3 논리적 설계
개념 설계 과정에서 생성된 데이터 모델을 검색분야 - 일출몰, 음양력, 천문현상, 태양고 도 - 에 따라 논리적인 데이터 모델로 발전시 켰다. 개념 설계의 검색항목에서 어떤 조회를 하느냐에 따라 이에 연결되는 개체(entity)들 이 달라지며, 검색결과도 검색항목의 조회 종 류에 따라 연결개체가 달라진다.
일출몰시각조회의 경우, 논리적 모델의 개 체 항목으로는 날짜와 지역, 태양/달, 박명이 있으며 이들 각각의 속성(attribute)으로는 세부지역명과 연․월․일, 출․몰, 시민․항 해․천문이 있다. 음양력변환과 천문현상, 태 양 고도/방위각 조회의 경우에도 이와 같이 항 목으로 논리적 설계를 하였다.
3.2.4 물리적 설계
물리적 설계 과정에서는 테이블 내역, 컬럼 및 기본 키(primary key), 외부 키(foreign key), 인덱스 등 자료를 입력할 테이블의 형태를 구 체적으로 설정하였다. 일출몰시각조회와 음양 력변환의 경우, 물리적 설계와 논리적 설계 시
<표 2>와 <표 3>에 나타낸 칼럼명과 칼럼내용, 데이터형을 적용하였다.
3.3 종류별 서비스 방법
3.3.1 일출몰시각
전국의 각 지역별로 일출몰 시각을 미리 계 산하여 텍스트 형태의 자료를 먼저 얻은 후 이 를 데이터베이스에 입력한다. 일출몰시각 조회
시 지역을 선택하게 되는데 지역 선택 방법은 두 가지 중 하나를 고를 수 있도록 하였다. 첫 번째 방법은 지도에서 원하는 지역을 선택하 는 것으로 이 경우는 특정한 지역명을 몰라도 북쪽지방, 남쪽지방 등 대체적인 위치만을 고 려하여 지역을 선택할 수 있는 장점이 있다 (<그림 5> 참조). 예를 들어 동해안지역과 서 해안지역의 일출시각 차이를 알고 싶을 때 손 쉽게 비교해 볼 수 있다. 두 번째 방법은 테이 블에 주어진 지역명을 직접 선택하는 것으로 특정지역의 자료만을 지속적으로 찾는 이용자 의 경우 쉽게 접근할 수 있는 방법이다(<그림 6> 참조).
<그림 5> 일출몰시각 조회 화면: 지도상에서 지역선택 가능
<그림 6> 일출몰시각 조회 화면: 지역명 선택 가능
일출몰시각 조회의 결과는 다섯가지 항목으 로 서비스 한다(<그림 7> 참조). 첫 번째 항목 은 태양의 일출시각, 일몰시각 그리고 남중시 각이다. 두 번째 항목은 달의 월출시각, 월몰시 각 그리고 남중시각이다. 세 번째 항목, 네 번 째 항목, 그리고 다섯 번째 항목은 일출몰시각 의 성격에 따른 분류로, 시민박명, 항해박명, 그리고 천문박명 각각의 일출시각과 일몰시각 이다. 박명이란 태양이 뜨기 전이나 태양이 진 후 얼마 동안 주위가 희미하게 밝은 상태를 말 한다. 시민박명은 일반인들의 활동과 관련이 있는 것으로, 사람의 얼굴을 구별할 수 있을 정 도로 밝은 시각을 의미하는데 태양이 지평선 아래 6˚도에 있을 때로 정의된다. 항해박명은 바다에서 배를 서로 구별할 수 있을 정도의 밝 기를 갖는 시각을 말하는데 태양이 수평선 아 래 15˚에 있을 때로 정의된다. 천문박명은 천문 관측과 관계된 것으로, 지상은 아직 어둡지만 하늘은 어스름하게 밝은 때를 말하며 태양이 지평선 아래 18˚에 있을 때로 정의된다.
<그림 7> 일출몰시각 조회 결과
천문박명시각 자료는 천체 관측 시 가장 기본 적으로 알아야 할 정보이다. 요즘의 천문관측은 디지털 자료를 직접 얻는 전하결합소자(CCD, Charge-Coupled Device)를 검출기로 사용하 는 경우가 대부분이다. 별 빛의 밝기를 정량적으 로 구하기 위해서는 전하결합소자의 각 픽셀이 갖는 반응도를 측정해야 하고 이를 위해 하늘이 막 어두워지기 시작하는 시각에 균질한 평행광 을 찍는 플랫(flat)을 얻어야 한다. 이 자료를 얻 기 위해서는 태양이 지는 일몰시각을 정확히 알 아야 하기 때문에 일출몰시각 정보는 관측 시 필 수적인 것이다.
3.3.2 음양력 변환
음양력 변환 자료는 과거의 기록을 현대의 기록과 비교하고 해석하기 위해 탄생한 정보 중 하나이다. 동양에서는 과거에 달을 기준으
로 하는 태음력을 사용했기 때문에 모든 기록 과 기준이 음력을 바탕으로 하고 있는 반면 근 대에 들어온 서양식 력은 태양의 움직임을 기 준으로 하는 태양력을 사용하므로 둘 사이의 변환을 알아야 할 필요가 생겼다. 특히 과거의 기록물을 이용하는 경우 모든 기록이 음력으 로 되어 있으므로 표준날짜인 서기로 해석하 기 위해서는 음양력 변환이 필수적이다.
음양력 변환 조회 화면에서는 세 가지 선택 을 할 수 있도록 하였다(<그림 8> 참조). 첫 번 째는 양력을 음력으로 변환하는 것이고, 두 번 째는 음력을 양력으로 변환하는 것이며 세 번 째는 한달치 음양력 변환 테이블을 생성하는 것 이다. 현재 데이터베이스에는 1001년부터 2100 년까지의 자료를 계산하여 저장해 놓고 있어 이 범위 내에서 검색이 가능하다.
<그림 8> 음양력 변환 조회 화면
결과화면에서는 자세한 정보를 제공한다. 특정일의 양력과 음력 변화조회의 경우, 양력 날짜와 음력날짜 각각과 음력간지, 율리우스적 일, 그리고 윤년과 윤달의 정보를 함께 보여준 다(<그림 9> 참조). 한편, 월별음양력 조회 시 결과는 양력과 음력의 날짜만 테이블로 제공 한다.
<그림 9> 음양력 변환 결과 화면
3.3.3 천문현상
천문현상에 관한 자료는 과거와 현대의 자 료가 갖는 성격이 조금 다르지만 이들을 하나 의 데이터베이스에 넣어 동시에 검색 가능하 도록 하였다. 현대의 자료는 과학적 계산법에 근거하여 추출한 천체들의 궤도운동 결과로부 터 발생 가능한 천문현상들을 정리한 것으로 일식, 월식과 같이 잘 알려진 현상뿐만 아니라 행성들의 운동에 관련된 것들도 포함하고 있 다. 또한 일식과 월식의 세부적인 정보를 제공 함으로써 과학적 연구를 할 수 있는 기초자료 도 제공한다. 한편 과거의 기록들은 거시적 관 점에서 보였던 현상들을 사후에 정리한 것이 대부분이며 과학적 관점에서의 정량적인 측정 은 거의 없고 정성적 기록을 하고 있다. 현대식 궤도 계산법에 의한 과거기록의 확인이 가능 하며 이를 바탕으로 역사적 사실에 대한 신빙 성 검증도 이루어지고 있어, 자연과학이 사회 과학 분야의 연구에 도움을 주는 사례로 평가 를 받기도 한다.
천문현상 조회 화면은 일자별 검색과 천문 현상별 검색 중 하나를 선택할 수 있게 하였다 (<그림 10> 참조). 일자별 검색은 특정년, 특정 달의 천문현상 전체를 검색할 수 있는데, 결과 는 <그림 11>과 같이 주어진다.
<그림 10> 천문현상 조회 화면
<그림 11> 천문현상 조회 결과 화면: 일자별 천문현상
일자와 요일, 월령은 매일 표시되며 24절기 와 천문현상은 해당사항이 있는 경우에만 기 술 한다. 천문현상으로 일식, 월식과 같이 잘 알려진 것 외에 행성들의 움직임과 관련되는 정보들을 제공한다. 행성의 움직임과 관련된 예로는 수성의 동방 최대 이각, 수성의 유, 수 성의 내합, 천왕성 유 등을 들 수 있다. 그리고 행성의 밝기변화에 대한 정보도 제공하며 유 성우 극대시기 표시 등 유성우와 관련된 정보 들도 제공한다.
<그림 12> 천문현상 조회 결과 화면:
일식자료
현상별 천문현상 조회결과에는 일식과 월식 의 두 가지가 있다. 일식의 경우 <그림 12>와 같이 일식의 진행상황 전반을 알 수 있도록 자 료를 제공한다. 지역별로 다르게 보이는 일식현 상을 각각 정리하여 금환일식, 개기일식, 한국 에서의 일식으로 나누어 제공하며 시각별 진행
상황과 그 시각의 경도와 위도를 자세히 알려준 다. 월식의 경우도 일식과 비슷한 형태로 결과 를 보여주는데, 일식의 특성에 따른 부분월식과 개기일식으로 나누어 각각의 시각별 진행상황 을 구체적으로 알려줌으로써 관측을 준비하는 데 도움이 되도록 한다(<그림 13> 참조).
<그림 13> 천문현상 조회 결과 화면: 월식자료
3.3.4 태양 고도/방위각
태양의 고도/방위각 조회 화면에서는 연월 일시분초의 시각 정보와 원하는 지역의 위치 정보를 입력해야 한다. 위치정보는 기본적으로 주어진 지역 중 한 곳을 선택하거나 경도와 위 도를 직접 입력하면 된다(<그림 14> 참조).
<그림 14> 태양의 고도/방위각 조회 화면
조회결과는 그림과 테이블로 동시에 보여주 도록 하였다(<그림 15> 참조). 그림은 태양의 고도를 한눈에 볼 수 있게 나타낸 것으로 고도 변화의 전체적인 모습을 알 수 있으며, 테이블 은 시각에 따른 태양의 위치를 수치로 나타낸
것으로 태양 위치 자료가 필요한 경우 이용 가 능하도록 하였다.
4. 자료 관리
자료의 생성과 입력은 각각 자료관리자와 서버관리자가 맡아서 수행한다. 자료의 생성은 천문학을 전공한 자료관리자가 천체의 궤도계 산 이론에 근거하여 수치계산을 통해 얻어내 며 이를 서버관리자가 데이터베이스에 맞게 변환하여 웹 서버에 입력한다.
모든 생활천문자료 -일출몰시각 자료와 음 양력변환 자료, 천문현상 자료, 그리고 태양의
<그림 15> 태양의 고도/방위각 조회 결과. 시간에 따른 태양의 고도 그래프와 테이블을 제공함
고도/방위각 자료- 는 활용 범위가 높은 날짜 와 지역, 현상 등에 대해 자료를 생성하였다. 앞으로 검색 가능한 범위를 현재보다 확대하 기 위해 더욱 과거의 자료를 계산하여 데이터 베이스에 추가하고자 한다. 음양력 변환의 경 우, 1001년부터 2100년까지의 검색범위를 서 기 1년까지 확대하여 고대의 모든 기록에 대해 양력으로 변환할 수 있도록 할 방침이다. 일출 몰시각조회도 최근 10년 범위의 자료만 계산 하여 데이터베이스화 되어 있는데 이 값을 과 거 50년까지 계산하여 데이터베이스에 자료를 추가할 예정이다.
현재의 웹 서비스 시스템은 계산 후 결과를 입력해 놓은 데이터베이스 방식인데, 향후에 는 계산식을 웹에서 직접 실행해서 결과를 산 출하는 방법을 추가하고자 한다. 이 경우 일출 몰시각 자료의 검색과 태양의 고도/방위각 검 색 시 주어진 특정 도시뿐만 아니라 한반도 전 역의 모든 지역에 대해서 결과를 얻을 수 있 다. 기존의 테이블방식과 php 또는 Java와 연 동된 직접계산방식을 함께 이용함으로써 검색 조건의 폭을 넓히고 결과도출 시간을 단축할 수 있다.
사용자의 요구를 수용하여 더 다양한 자료 를 제공하고 품질 만족도를 높이기 위해, 자료 검색 내역을 통계적으로 분석할 계획이다. 검 색한 자료의 종류와 검색 범위, 출력형태, 그리 고 사용목적 등을 지속적으로 모니터링 하여 데이터베이스를 보완해 나가고자 한다.
5. 결 론
천문학은 순수과학의 한 분야이지만 관측 결과물들은 우리의 실생활과 관련되어 다양한 형태로 활용되어져 왔다. 지구공전에 의한 태 양의 움직임은 일출몰시각의 변동을 가져올 뿐만 아니라 계절의 변화를 가져오기 때문에 농사와 관련되어 정밀하게 관측하여야 할 사 항이다. 태양계 내의 각종 천체들의 운동에 의 해 발생하는 천문현상들은 경이로운 자연현상 으로 받아들여졌고, 고대에는 정치권력의 존립 에도 영향을 미치는 것이었기 때문에 국가적 인 차원에서 관측과 예측이 시행되었다.
현대천문학의 발달과 함께 최신 관측기술과 이론을 기반으로 한 천체의 궤도계산은 천체 의 운동을 더욱 정확하게 이해할 수 있게 해주 었다. 이를 바탕으로 과거와 미래의 천체운동 을 계산하여 앞으로 발생할 여러 가지 천문현 상들을 예측할 수 있게 해주고 있다.
생활천문자료의 사용자는 한국천문연구원 에서 발행하는 역서를 통해 원하는 자료를 얻 을 수 있으나 이 보다 이용이 용이한 민원신청 을 통해 자료를 얻는 경우가 많았다. 그러나 이 러한 방법들은 모두 시간적, 경제적 부담이 있 으며 인터넷이 보편화된 요즘 비효율적 방법 으로 판단되어 사용자 편의에 맞춘 웹 기반의 서비스 시스템을 구축하였다.
본 연구에서 구축한 웹 서비스 시스템은 미 리 계산한 자료들을 데이터베이스화 하여 제 공하는 방식으로, 그래픽 사용자 인터페이스
(GUI) 기반의 프로그램으로 제작되어 손쉽게 검색할 수 있고 검색결과를 빠르게 얻을 수 있 는 장점이 있다. 데이터베이스로부터 자료를 검색하는 현 서비스 시스템을 향후에 데이터 베이스와 직접계산 방식을 동시에 사용할 수 있는 시스템으로 업그레이드 할 계획이다. 이 렇게 되면 임의의 시점과 장소에 대한 자료들 까지 추출할 수 있어 자료 이용이 더욱 활성화 될 것으로 기대된다.
본 연구의 웹 서비스 시스템은, 순수과학 분 야인 천문학을 실생활과 접목시켜 응용과학의 성격까지 이끌어낸 것으로 공공의 이익에 크 게 기여할 것이다.
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