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문제 정의
- 지물(도로, 하천)의 중첩과정에서 생기는 슬리버, 즉 여백처리 문제이다. 당해연도의 토지 피복/이용도와 이전 또는 다음 연도의 토지피복/이용도를 중첩하였을 때에 정확하게 중첩되지 않는 경우가 발생하게 되는데, 본 연구에서는 이러한 현상에서 발생하는 오차를 최소화하기 위하여 당해연도에 제작된 토지 피복/이용도를 그 이전년도에 그대로 사용하되, 변화된 토지피복/이용 항목만을 선별적으로 처리하였다.
- 본 논문에서는 1960년대 미국 CORONA 위성부터 2003년 우리나라의 다목적실용위성 EOC 영상을 시각적 판독에 의해 토지이용 현황도를 시계열로 구축하는 방법과 처리방법을 분석함으로써 도시 분석을 위한 원격탐사 자료, 특히 다목적실용위성 영상 자료의 활용 방안을 제시하고자 하는 것을 목적으로 한다.
- 본 논문에서는 원격탐사 및 지형정보 자료를 이용한 대전광역시 토지피복/이용 시계열 데이터베이스 구축하는 것이 목적이므로, 화상 및 지형자료의 일관적이고 통일된 전처리 과정이 무엇보다 중요하다. 특히 40년간의 다중시기 토지 피복/이용도 생성에 있어, 사용하는 원격탐사 자료의 기하학적인 위치 오차가 최소한으로 유지되어야만 그 분석결과에 신뢰성을 가질 수 있으며, 이러한 자료를 바탕으로 한 도시 확산 분석에 있어 GIS중첩분석 등과 같은 공간분석 기법을 체계적으로 적용할 수 있다.
- 항공사진의 경우 육군 지도창과 국립지리원의 협조를 통하여 입수하였으며, 이때 항공사진의 편위 수정을 위한 카메라 정보도 함께 제공받았다. 본 연구의 목적이 인공위성 원격탐사 자료를 도시 분석에 활용하는 방안을 제시하는 것이므로, 인공위성 자료를 활용하고자 했으나, 도시의 토지피복/이용 변화를 판독할 수 있는 고해상도 원격탐사 자료가 상대적으로 최근에 공급되기 시작하였으므로, 40년간의 변화를 살펴볼 수 있는 인공위성 화상 자료의 축적이 이루어지지 않았다. 그러므로 1970〜1980년대의 토지 이용도 제작을 위해 국.
제안 방법
- 기준 자료로 활용하기 위해 2000 년 토지피복/이용 현황도를 본 연구에서 분류하고자 하는 토지피복/이용 항목들([표 3] 참조) 에맞추어 해당 코드들을 수정하였다. 2000년의 토지 이용도는 다른 시기의 토지 이용도 제작의 기준이 되는 자료이므로, (그림 2)와 같이 분류 코드가 수정된 토지피복/이용도를 기초로 2000년 다목적 실용위성 EOC 자료, 항공사진 및 IKONOS 자료등과 같은 원격탐사자료와, 1:5, 000 수치지형도의 각 레이어들을 참고로 하여 반복적인 확인과정을 거쳐 최종적으로 수정된 기준 토지피복/ 이용도를 생성하였다.
- 제작하였다. ArcGIS 8.1 에서 주 자료로 사용된 해당년도의 원격탐사 자료와 2000년도의 기준 토지피복/이용도를 중첩 시킨 후, 해당 년도 원격탐사 자료의 토지피복/이용 상태에 따라서 기준 토지피복/이용도를 각 레이어별로 수정하였다. 이러한 과정을 통하여 기준년도 즉, 2000년도 토지피복/이용도를 바탕으로 1960년 토지 피복/이용도까지 순차적으로 제작하게 되었다.
- 이와 같은 보정을 거친 각 시기별 지형도를, 기 구축된 2000년 각 레이어와 상호 중첩하여 변화가 있는 지역들의 레이어만을 선택적으로 수정하였다. 가령, 2000년 수치 지도상에는 도로가 존재하지만 1986년 지형도에는 이 같은 도로가 존재하지 않고 산지, 즉 등고선으로 존재하고 있다면, 1986년 지형도와 중첩시킨 후 도로를 구간별로 삭제하고 지형도에 나와 있는 등고선을 추가하는 방식으로 작업을 수행하였다. 그 결과 벡터화를 통하여 각 시기별 지형도를 개별적으로 구축하였을 경우 발생하는 위치 에러를 최소화시킴과 동시에 상호 중첩하였을 경우 2중, 3중으로 중첩되는 경우를 방지할 수 있었다.
- 현황도를 구입하였다. 국내 지도 및 주제도 제작을 담당하는 국립지리정보원에서 발행, 배포한 주제도는 공신력을 인정받고 있으므로, 이를 기준으로 위성자료의 판독 결과에 따라해당년도의 토지피복/이용도를 순차적으로 제작해 나가는 방법을 채택하였다. 2000년 국립지리원 발행 토지피복/이용 현황도는 2000년도의 다목적 실용위성 EOC 자료와 비교한 결과 개발이 진행 중인 지역 등에 있어 매우 높은 분류의 정확도를 보였다.
- 따라서 이와 같은 문제점을 보다 효과적으로 해결하기 위한 방안을 모색하게 되었다. 그 결과 우선 2000년 수치지형도를 제외한 1963년, 19기년, 1986년의 경우 기본지형도로 제작된 상태이기 때문에, 이들을 원시자료 형태에 따라 분리하여 데이터베이스를 구축하되, 일관된 정확도를 획득하기 위하여 2000년 수치지형도를 기준으로 과거 지형자료를 역으로 생성하는 방법을 채택하여 (그림 1)에서와 같이 연구대상 지역에 대한 기초 지형정보를 구축하였다.
- 그리고 1963년, 1971년, 1986년 지형도를 A0 사이즈 스캐너를 이용하여 이미지 파일로 저장한 후, 변환된 지형도 이미지 파일을 ArcGIS 8.1 을이 용하여 임의의 기준점을 이용하여 좌표투영을 수행하였다. 그러나 이러한 과정을 거치더라도 기본적으로 스캔된 지형도 이미지 파일이 내포하고 있는 오차와 정도의 차이는 있겠지만 좌표변환 과정에서 발생하는 오차는 존재한다는 것을 충분히 고려하여야 한다.
- 2000년 국립지리원 발행 토지피복/이용 현황도는 2000년도의 다목적 실용위성 EOC 자료와 비교한 결과 개발이 진행 중인 지역 등에 있어 매우 높은 분류의 정확도를 보였다. 기준 자료로 활용하기 위해 2000 년 토지피복/이용 현황도를 본 연구에서 분류하고자 하는 토지피복/이용 항목들([표 3] 참조) 에맞추어 해당 코드들을 수정하였다. 2000년의 토지 이용도는 다른 시기의 토지 이용도 제작의 기준이 되는 자료이므로, (그림 2)와 같이 분류 코드가 수정된 토지피복/이용도를 기초로 2000년 다목적 실용위성 EOC 자료, 항공사진 및 IKONOS 자료등과 같은 원격탐사자료와, 1:5, 000 수치지형도의 각 레이어들을 참고로 하여 반복적인 확인과정을 거쳐 최종적으로 수정된 기준 토지피복/ 이용도를 생성하였다.
- 다목적 실용위성 EOC 자료의 경우 5m 수치고도 자료를 이용하여 정사 보정을 ' 수행하였고 다중시기 토지 피복/이용도제작에 있어 주요 화상 자료로 활용되는 1995년 SPOT 전정색 자료 및 항공사진과 년도별 다목적실용위성 EOC 자료의 경우, 이들 화상간의 지상 위치가 동일해야만 화상 디지타이징시 발생할 토지 피복/이용도들 간의 위치 에러를 최소화 시킬 수 있으므로, 지형고도 자료와. 더불어 1:5, 000에서 추출한 도로망을 지상기준점으로 이용하여 정사 보정을 수행하였으며, 이때 위성자료의 센서 정보와 항공촬영 당시에 사용된 카메라 정보를 모두 활용하였다.
- 또한 기존의 연구들이 분류 항목을 주로 토지피복에 치중하여 분류하였고, 분류 방법 역시 컴퓨터 알고리즘을 이용한 자동 분류 방법을 사용했던 것과 달리, 본 논문에서는 도시화 지역의 확산이 도시의 토지이용과 밀접한 관련이 있음을 고려하여 도시화 지역을 주거지, 공업지, 상업지, 공공시설, 교통시설 등의 토지이용을 감안한 분류항목을 설정하여 분류하였고, 특히 주거지는 최근 도시민의 일반적인 주거 형태로 자리한 고층 주거지와 일반 주거지로 분리하여 분류하여 그 변화 동향을 살펴보았다. 또 감독 분류 혹은 무감독 분류 등의 자동분류를 행하지 않고 항공사진 등의 높은 해상도를 충분히 활용하기 위해 시각적 판독에 의해 토지 피복/이용도를 제작함으로써, 기존의 연구에서 다중분광 자료만을 활용했던 것에 비해 항공사진 및 전정색 자료를 활용할 수 있는 방안을 제시하였다. 이와 같은 상세한 토지이용 항목으로 대전시에 대한 40년간의 토지피복/이용 시계열 데이터베이스를 구축한 것은 본 논문에서 최초로 시도된 것으로, 본 논문의 목적인 도시화 지역의 확산 분석은 물론 도시계획이나 도시 관리에 있어서도 매우 중요하게 활용되어 질 수 있으리라 기대된다.
- 또한 과거 화상 자료의 기하학적 보정을 위한 지상기준점을 1:5, 000 수치지형도에서 추출하였으며, 이렇게 확보된 지상기준점은 각 해당년도 화상보정에 앞서 해당 년도 지형도와의 비교를 통하여 활용 가능한 기준점과 그렇지 못한 기준점으로 구분하여 사용하였다.
- 토지피복/이용도 데이터베이스의 구축에는 항공사진, 위성자료 등의 다양한 원격탐사 자료와 함께 GIS 기법을 활용하였고, 통계자료, 지형도, 수치지형도 등의 보조 자료를 복합적으로 활용하여 정확도를 높이고자 하였디-. 또한 기존의 연구들이 분류 항목을 주로 토지피복에 치중하여 분류하였고, 분류 방법 역시 컴퓨터 알고리즘을 이용한 자동 분류 방법을 사용했던 것과 달리, 본 논문에서는 도시화 지역의 확산이 도시의 토지이용과 밀접한 관련이 있음을 고려하여 도시화 지역을 주거지, 공업지, 상업지, 공공시설, 교통시설 등의 토지이용을 감안한 분류항목을 설정하여 분류하였고, 특히 주거지는 최근 도시민의 일반적인 주거 형태로 자리한 고층 주거지와 일반 주거지로 분리하여 분류하여 그 변화 동향을 살펴보았다. 또 감독 분류 혹은 무감독 분류 등의 자동분류를 행하지 않고 항공사진 등의 높은 해상도를 충분히 활용하기 위해 시각적 판독에 의해 토지 피복/이용도를 제작함으로써, 기존의 연구에서 다중분광 자료만을 활용했던 것에 비해 항공사진 및 전정색 자료를 활용할 수 있는 방안을 제시하였다.
- 본 연구에서는 ERDAS Imagine 8.5 의 OrthoBASE를 이용하여 다목적 실용위성 EOC, 항공사진, SPOT 및 코로나 자료 등을 정사 보정하였다. 정사보정에 필요한 지상기준점은 1:5, 000 수치지형도에서 추출하였으며, 과거 I960〜1970 년대 자료에서도 기준점으로 활용할 수 있는 점들은 그대로 사용하였고, 1960〜1970년대 자료에서는 나타나지 않는 점들은 1:25, 000 지형도에서 새로운 기준점을 별도로 추출하여 사용하였다.
- 본 연구에서는 우선 토지피복/이용도 제작을 위해서[표 2]의 자료들을 이용하여[표 3]의토지피복/이용 분류 체계에서 정의한 항목을 기준으로, 다음과 같은 작업 과정을 거쳐 토지피복 /이용도를 제작하였다. 작업 과정의 서술에 앞서, 본 연구에서 제작하고자 하는 토지 피복/이용도는 측량 성과 등을 목적으로 하는 것이 아니라, 도시의 확산을 시계열로 분석하기 위해, 육안판독을 기초로 대전시의 토지피복/이용도를 도시의 공간 구조 변천을 분석하는데 필요한 항목별로, 1960년대부터 2000년대까지 40년간 시기별로 제작하는데 그 목적이 있음을 사전에 밝혀 둔다.
- 앞에서 밝힌 바와 같이 본 연구에서 제작하는 토지 피복/이용도는 측량성과 등의 목적으로 제작된 것이 아니라, 원격탐사 자료를 이용한 도시확산 분석 및 확산 시뮬레이션 등의 기초 자료로서 활용하기 위한 것이므로 위치 정확도에 대한 별도의 성과심사는 수행하지 않았고, 다음 항목과 같이 본 연구의 목적에 따라 필요한 부분만을 반복하여 확인하였다.
- 지물 추출 및 도화 과정에서 발생할 수 있는 누락 부분과 중첩시 발생하는 오차들을 재차 수정하였다. 이렇게 제작된 토지피복/이용도는 GIS 공간분석을 위하여 토지피복/이용 항목간 위상 관계를 형성시켜 모두 폴리곤 처리를 하였으며, 이러한 토지피복/이용 상태별 폴리곤을 기준으로 속성입력을 수행하였다.
- 이와 같은 공정을 통하여 생성된 기준 토지 피복/이용도와 정사 보정된 원격탐사자료를 바탕으로, 각 해당 년도별 토지피복/이용도를 순차적으로 제작하였다. ArcGIS 8.
- 그러나 이러한 과정을 거치더라도 기본적으로 스캔된 지형도 이미지 파일이 내포하고 있는 오차와 정도의 차이는 있겠지만 좌표변환 과정에서 발생하는 오차는 존재한다는 것을 충분히 고려하여야 한다. 이와 같은 보정을 거친 각 시기별 지형도를, 기 구축된 2000년 각 레이어와 상호 중첩하여 변화가 있는 지역들의 레이어만을 선택적으로 수정하였다. 가령, 2000년 수치 지도상에는 도로가 존재하지만 1986년 지형도에는 이 같은 도로가 존재하지 않고 산지, 즉 등고선으로 존재하고 있다면, 1986년 지형도와 중첩시킨 후 도로를 구간별로 삭제하고 지형도에 나와 있는 등고선을 추가하는 방식으로 작업을 수행하였다.
- 특히 40년간의 다중시기 토지 피복/이용도 생성에 있어, 사용하는 원격탐사 자료의 기하학적인 위치 오차가 최소한으로 유지되어야만 그 분석결과에 신뢰성을 가질 수 있으며, 이러한 자료를 바탕으로 한 도시 확산 분석에 있어 GIS중첩분석 등과 같은 공간분석 기법을 체계적으로 적용할 수 있다. 이와 같은 이유로 인하여 본 논문에서는 다중시기 원격탐사 자료의 기하학적인 위치 오차를 최소화하기 위하여, 원격탐사 자료에 대한 기하 및 정사보정 작업을 수행하였으며, 통일되고 일관된 지형정보 생성을 위해서는 최근 지형정보 자료를 이용하여 과거 자료를 순차적으로 생성하는 방법을 사용하였다.
- 5 의 OrthoBASE를 이용하여 다목적 실용위성 EOC, 항공사진, SPOT 및 코로나 자료 등을 정사 보정하였다. 정사보정에 필요한 지상기준점은 1:5, 000 수치지형도에서 추출하였으며, 과거 I960〜1970 년대 자료에서도 기준점으로 활용할 수 있는 점들은 그대로 사용하였고, 1960〜1970년대 자료에서는 나타나지 않는 점들은 1:25, 000 지형도에서 새로운 기준점을 별도로 추출하여 사용하였다. 한편, 항공사진 보정을 위해서는 육군 지도 창으로부터 협조 받은 카메라 정보를 바탕으로 사용 화상 전체를 블록화 시킨 후 일괄처리 하였다.
- 지형.지물 추출 및 도화 과정에서 발생할 수 있는 누락 부분과 중첩시 발생하는 오차들을 재차 수정하였다. 이렇게 제작된 토지피복/이용도는 GIS 공간분석을 위하여 토지피복/이용 항목간 위상 관계를 형성시켜 모두 폴리곤 처리를 하였으며, 이러한 토지피복/이용 상태별 폴리곤을 기준으로 속성입력을 수행하였다.
- 이를 위해 우선 본 논문에서는 다목적 실용위성 EOC 자료를 포함한 원격탐사 자료를 활용하여 1960년부터 2003년 현재까지 40여년의 대전시 토지피복/이용도 데이터베이스를 구축하였다. 토지피복/이용도 데이터베이스의 구축에는 항공사진, 위성자료 등의 다양한 원격탐사 자료와 함께 GIS 기법을 활용하였고, 통계자료, 지형도, 수치지형도 등의 보조 자료를 복합적으로 활용하여 정확도를 높이고자 하였디-. 또한 기존의 연구들이 분류 항목을 주로 토지피복에 치중하여 분류하였고, 분류 방법 역시 컴퓨터 알고리즘을 이용한 자동 분류 방법을 사용했던 것과 달리, 본 논문에서는 도시화 지역의 확산이 도시의 토지이용과 밀접한 관련이 있음을 고려하여 도시화 지역을 주거지, 공업지, 상업지, 공공시설, 교통시설 등의 토지이용을 감안한 분류항목을 설정하여 분류하였고, 특히 주거지는 최근 도시민의 일반적인 주거 형태로 자리한 고층 주거지와 일반 주거지로 분리하여 분류하여 그 변화 동향을 살펴보았다.
- 정사보정에 필요한 지상기준점은 1:5, 000 수치지형도에서 추출하였으며, 과거 I960〜1970 년대 자료에서도 기준점으로 활용할 수 있는 점들은 그대로 사용하였고, 1960〜1970년대 자료에서는 나타나지 않는 점들은 1:25, 000 지형도에서 새로운 기준점을 별도로 추출하여 사용하였다. 한편, 항공사진 보정을 위해서는 육군 지도 창으로부터 협조 받은 카메라 정보를 바탕으로 사용 화상 전체를 블록화 시킨 후 일괄처리 하였다. 이때 요구되는 고도정보는 2丄2에서 생성된 지형정보를 기초로 생성하였다.
대상 데이터
- 그러므로 1970〜1980년대의 토지 이용도 제작을 위해 국.립지리원, 육군 지도 창 등에서 꾸준히 축적해 온 항공사진을 활용하였고, 인공위성 원격탐사 자료는 다목적 실용위성 자료가 공급되기 시작한 2000년도부터 EOC 자료만을 사용하여 매년 토지피복/이용 현황도를 제작함으로써 그 효용성과 방법을 입증하였다. 이는 인공위성 원격탐사 자료가 충분히 축적되어있다면, 항공사진에 못지않은 활용성을 가질 수 있음을 나타내는 것이다.
- 본 연구에는 항공사진과 다목적 실용위성 1호 EOC 영상을 포함한 위성 자료가 기본 자료로 활용되었다. 항공사진의 경우 육군 지도창과 국립지리원의 협조를 통하여 입수하였으며, 이때 항공사진의 편위 수정을 위한 카메라 정보도 함께 제공받았다.
- 우선 본 연구에서 제작하고자 하는 모든 토지 피복/이용도들의 기준을 정하기 위해, 현재 국립 지리 정보원이 제작 및 배포하고 ■있는 2000년 토지 피복/이용 현황도를 구입하였다. 국내 지도 및 주제도 제작을 담당하는 국립지리정보원에서 발행, 배포한 주제도는 공신력을 인정받고 있으므로, 이를 기준으로 위성자료의 판독 결과에 따라해당년도의 토지피복/이용도를 순차적으로 제작해 나가는 방법을 채택하였다.
- 이러한 과정을 통하여, 본 연구에서는 I960, 1970, 1980, 1985, 1990, 1995, 2000, 2001, 2002, 2003년, 총 10장의 토지피복/이용도를 제작하게 되었는데, 60〜70년대는 코로나 자료를, 80, 85, 90년은 항공사진, 95년은 SPOT 자료를 그리고 2(X)0년 이후는 다목적 실용위성 EOC 자료를 활용하였다. 활용된 원격탐사 자료와 생성된 시기별 토지 피복/이용 현황도가 (그림 3)에 .
- 그러나 최근 도시의 분석을 가능하게 하는 고해상도 원격탐사 자료의 공급이 활발하게 이루어지고 있고, 향후 더 높은 해상도 자료를 제공할 수 있는 위성의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이를 위해 우선 본 논문에서는 다목적 실용위성 EOC 자료를 포함한 원격탐사 자료를 활용하여 1960년부터 2003년 현재까지 40여년의 대전시 토지피복/이용도 데이터베이스를 구축하였다. 토지피복/이용도 데이터베이스의 구축에는 항공사진, 위성자료 등의 다양한 원격탐사 자료와 함께 GIS 기법을 활용하였고, 통계자료, 지형도, 수치지형도 등의 보조 자료를 복합적으로 활용하여 정확도를 높이고자 하였디-.
- 항공사진의 경우 육군 지도창과 국립지리원의 협조를 통하여 입수하였으며, 이때 항공사진의 편위 수정을 위한 카메라 정보도 함께 제공받았다. 본 연구의 목적이 인공위성 원격탐사 자료를 도시 분석에 활용하는 방안을 제시하는 것이므로, 인공위성 자료를 활용하고자 했으나, 도시의 토지피복/이용 변화를 판독할 수 있는 고해상도 원격탐사 자료가 상대적으로 최근에 공급되기 시작하였으므로, 40년간의 변화를 살펴볼 수 있는 인공위성 화상 자료의 축적이 이루어지지 않았다.
성능/효과
- 가령, 2000년 수치 지도상에는 도로가 존재하지만 1986년 지형도에는 이 같은 도로가 존재하지 않고 산지, 즉 등고선으로 존재하고 있다면, 1986년 지형도와 중첩시킨 후 도로를 구간별로 삭제하고 지형도에 나와 있는 등고선을 추가하는 방식으로 작업을 수행하였다. 그 결과 벡터화를 통하여 각 시기별 지형도를 개별적으로 구축하였을 경우 발생하는 위치 에러를 최소화시킴과 동시에 상호 중첩하였을 경우 2중, 3중으로 중첩되는 경우를 방지할 수 있었다.
- 본 연구에서 사용된 원격탐사 자료는 크게 기하 보정과 정사보정을 통하여 기학학적 왜곡을 최소화 시켰다. 우선[표 1]에서 보듯이 코로나, Landsat, SPOT 다분광 자료, 다목적 실용위성 EOC 자료가 기하보정 되었으며, IKONOS, SPOT 전정색 자료, 항공사진과 일부 다목적 실용위성 EOC 자료와 같은 고해상도 자료는 정사 보정을 통하여 기하학적 왜곡을 최소화 시켰다.
후속연구
- 21세기 도시계획과 관리는 새로운 개념과 정보를 요구하고 있으며 넓은 지역에 대한 지형 공간정보를 주기적으로 공급하는 원격탐사 자료는 이와 같이 도시의 토지이용 변화를 통해 도시의 확산을 분석하고 확산의 형태와 패턴을 추출, 이를 통해 미래의 확산패턴을 예측함으로써 효율적이고 적절한 도시계획을 수립하는데 커다란 역할을 할 수 있으리라 기대된다.
- 16). 따라서 최근 다목적 실용위성 (KOMPSAT: KOrea Multi-Purpose SATellite)의 독자 운영으로 인해 급격히 확산되고있는 원격탐사 자료와 GIS(Geographic Information System), 그리고 컴퓨터 디지털 분석 기술을 복합적으로 적절히 사용한다면 이러한 도시 토지이용에 대한 과거로부터의 시계열 자료뿐만 아니라 공간 분포 등의 최신 정보를 효율적이고 저비용으로 추출할 수 있으며, 이를 바탕으로 더욱 실제적이고 현실을 충분히 반영하는 토지 이용 계획 및 도시계획의 수립이 가능할 것이다.
- 또 감독 분류 혹은 무감독 분류 등의 자동분류를 행하지 않고 항공사진 등의 높은 해상도를 충분히 활용하기 위해 시각적 판독에 의해 토지 피복/이용도를 제작함으로써, 기존의 연구에서 다중분광 자료만을 활용했던 것에 비해 항공사진 및 전정색 자료를 활용할 수 있는 방안을 제시하였다. 이와 같은 상세한 토지이용 항목으로 대전시에 대한 40년간의 토지피복/이용 시계열 데이터베이스를 구축한 것은 본 논문에서 최초로 시도된 것으로, 본 논문의 목적인 도시화 지역의 확산 분석은 물론 도시계획이나 도시 관리에 있어서도 매우 중요하게 활용되어 질 수 있으리라 기대된다.
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