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문제 정의
- 또한, 육역과 해역을 포함하는 5m해상도의 정밀 DEM을 구축하여 실제지형과 유사한 3차원정보를 제공이 가능한 3D Web GIS기반의 정보시스템을 개발함으로써 공유수면 매립 및 점·사용, 연안정비사업 등 연안관리업무에 객관성 있는 의사결정 자료로 활용 할 수 있는 정보화 기반을 마련하고자 하였다.
- 향후, 보다 정밀한 피해지역 정보제공을 위하여 연안지역의 hazard map작성연구를 통한 피해이력지도 제작, Web상에서 실시간으로 사용자가 공간 및 속성정보 입력이 가능하도록 하여 데이터의 현행화가 가능하도록 해야 할 것이다. 또한, 침수 시뮬레이션 시 현재 평균해수면을 기준으로 대략적인 침수범위만을 제공하고 있으나 조석, 조류, 염분, 풍향 등 해수면의 다양한 인자들을 고려한 침수모델링 개발을 통하여 보다 현실감 있고 신뢰도 높은 시뮬레이션 기법을 수행하고자 한다.
- 본 연구에서는 현재까지 정비되지 않고 산재해 있는 연안지역의 재해피해 관련 자료를 최근 10년간 태풍, 해일, 범람, 침식 피해 자료와 연안주변의 시설물정보를 GIS DB로 구축하고, 취약지역의 피해정보를 제공할 수 있도록 3차원 Web 기반으로 시스템을 개발하였다.
제안 방법
- GIS DB 구축을 사용된 수치지도는 국립지리원의 표준 코드 표를 기준으로 하여 분류 작업을 수행하였으며 해안선조사측량자료와 연안정보도 또한 대상지역에 포함한 지역의 주제도를 분류하여 동일한 파일 형식으로 변환 작업을 수행하였다. 분류된 수치지도와 해안선조사측량, 연안정보도와 위성영상 및 속성정보 자료를 대하여 자료의 오류부분의 수정, 정위치 편집, 동일한 좌표계로 변환하기 위하여 연안표준좌표계인 TM/ICM 좌표계 변환하는 구조화 편집 등의 GIS DB 편집과정과 검수를 통하여 연안위험위약지역의 정보표출을 위한 기초 데이터베이스를 구축하였다 (그림 2).
- GIS DB 구축을 위하여 연안지역에 대한 최근 10년간의 태풍, 해일, 범람, 침식에 대한 피해 자료를 수집하여 피해지역 및 위치를 가시화하고, 고해상 IKONOS영상과 1:5,000기반 연안의 지형, 환경, 시설물 정보에 대한 DB를 제작하였으며, 해안선조사측량자료, 연안정보도, 대장정보 등을 통합하여 다양한 정보를 제공할 수 있는 주제도 DB를 구축하였다.
- 연안위험취약지역 정보시스템에서는 기존 2D에 적응된 사용자 및 3차원 상에서 원하는 위치로의 이동 및 검색 시 불편을 해소하고 빠른 이동을 위하여 2D/3D변환 기능을 개발하였다. 기존의 Web상에서 서비스되고 있는 지도검색사이트들과 같이 2D상에서 확대, 축소, 이동, 거리, 면적 측정, 공간정보검색 등 다양한 GIS 기능을 제공하며, 사용자가 원하는 위치에서 2D/3D변환 버튼을 선택함으로써 3차원 상에서 연안재해정보를 제공할 수 있도록 하였다 (그림 8).
- 이를 위해 1:5,000 수치지도의 등고선과 표고점 자료를 이용한 DEM 생성 후 기본적인 등고선 오류를 수정하였다. 다음으로 국립해양조사원에서 제작된 해안선조사측량의 해안선과 등고선, 수심자료를 이용하여 중첩 및 보간을 수행함으로써 육상 지역뿐만 아니라 해상 지역을 모두 포함한 5m급 정밀 DEM 자료를 구축하였으며, 이를 웹상에서 서비스할 수 있도록 시스템을 개발하였다 (그림 3).
- 이를 위하여 Wavelet 압축방식을 사용하였으며, Wavelet 압축방식은 검색 시 영상을 9등분하여 가운데 부분만의 해상도를 높게 하고 나머지 부분의 해상도를 떨어뜨림으로 이동의 제약을 최대한 줄이도록 하여 속도를 개선하였다. 또한, 2차원 데이터와 3차원 변환 필수 인자만을 전송하여 사용자에서 실시간으로 3차원 변환을 실시함으로 기존의 3차원 WEB 서비스의 가장 걸림돌이었던 네트워크의 부하를 원천적으로 해결하여 원활한 서비스를 제공하며, 모든 수치지도 레이어들을 2D상에서와 같이 3차원 상에서 레이어 제어와 속성정보 제공이 가능하도록 하였다.
- 또한, 3D 모델링 구축의 기반이 되는 수치표고모델(DEM) 생성을 위하여 수치지도의 등고선과 표고점, 해안선측량의 등고선자료 및 수심자료를 이용하여 육상지역뿐만 아니라 해안지역을 포함하는 5m DEM을 제작하였다. 아울러 재해통계자료 구축을 위해 최근 10년간의 재해연보, 재해백서와 각 시군 및 관련기관에서 보유하고 있는 각종 대장 및 도면자료를 수집하여 DB로 구축하였다.
- 또한, 5m DEM과 Wavelet을 이용한 3D 기반의 지형정보와 위성영상 중첩기능, 공간정보 검색 및 침수범람시뮬레이션 기능 등 다양한 정보를 제공할 수 있도록 개발하였다.
- 이를 위해 Space Imaging사에서 공급하고 있는 위성영상자료인 고해상 IKONOS 위성영상을 이용하였으며, 보다 선명한 위성영상 DB 구축을 위하여 영상 자료의 밝기 환경을 향상시키는 영상 강조방법과 영상 내의 잡음을 제거하여 영상의 명확도를 향상시키는 형태 강조 방법을 이용하여 위성영상 보정작업을 수행하였다. 또한, Scene별로 분할 제공되고 있는 위성영상을 연안지역을 대상으로 단일영상 자료로 사용하기 위하여 산, 토지, 바다, 도시 별로 레이어를 나누어 주어 각기 레벨링 처리를 하는 영상 강조과정을 실행을 통한 영상집성(image mosaic) 수행하여 DB를 구축하였다(그림 4).
- 보다 사실적인 정보제공을 위해 도시, 간석지, 산림, 토양, 바다, 구름의 레이어를 각 특성에 맞는 분광 값으로 색상 보정을 수행하였으며, 각각의 영상에 대한 mosaic작업을 수행하였다. 또한, wavelet기반의 위성영상 정보제공이 가능하도록 시스템을 개발함으로써 영상의 품질저하 및 네트워크상의 부하를 줄여 보다 빠른 속도로 정보 제공이 가능하도록 하였다(그림 10).
- 또한, 다양한 주제도 정보와 취약지역의 원활한 정보획득 및 자료 관리를 위해 레이어별 주제도를 작성하고, 3차원 레이어 제어기능을 구현하여 맵 서버로부터 필요한 공간 정보를 제공받아 사용자가 필요로 하는 정보 레이어를 제어할 수 있도록 하였다.
- Web상에서 위성영상의 중첩서비스를 위하여 경기, 인천, 충남 연안지역의 고해상도 IKONOS 위성영상을 이용하였다. 보다 사실적인 정보제공을 위해 도시, 간석지, 산림, 토양, 바다, 구름의 레이어를 각 특성에 맞는 분광 값으로 색상 보정을 수행하였으며, 각각의 영상에 대한 mosaic작업을 수행하였다. 또한, wavelet기반의 위성영상 정보제공이 가능하도록 시스템을 개발함으로써 영상의 품질저하 및 네트워크상의 부하를 줄여 보다 빠른 속도로 정보 제공이 가능하도록 하였다(그림 10).
- 본 연구에서는 3D Web GIS기반 시스템 개발을 위하여 바다와 인접한 78개 연안시군구(27시, 33군, 18구)를 대상으로 최근 10년간(1994-2003)의 재해피해 자료를 수집하여 서해 중부Ⅰ,Ⅱ권역(경기, 인천, 충남)을 중심으로 정밀피해분포도 DB구축 및 3D공간분포도를 작성하였다. GIS DB 구축을 위하여 국립지리원에서 제작된 1:5,000 수치지형도, 해안선조사측량자료, 연안정보도, 1m 해상도의 IKONOS 위성영상을 현재 해양수산부에서 운영 중인 연안관리정보시스템과 동일한 TM-ICM(integrated costal management) 좌표계로 변환하여 연안위험취약지역 정보시스템의 기본도로 활용하였다.
- GIS DB 구축을 사용된 수치지도는 국립지리원의 표준 코드 표를 기준으로 하여 분류 작업을 수행하였으며 해안선조사측량자료와 연안정보도 또한 대상지역에 포함한 지역의 주제도를 분류하여 동일한 파일 형식으로 변환 작업을 수행하였다. 분류된 수치지도와 해안선조사측량, 연안정보도와 위성영상 및 속성정보 자료를 대하여 자료의 오류부분의 수정, 정위치 편집, 동일한 좌표계로 변환하기 위하여 연안표준좌표계인 TM/ICM 좌표계 변환하는 구조화 편집 등의 GIS DB 편집과정과 검수를 통하여 연안위험위약지역의 정보표출을 위한 기초 데이터베이스를 구축하였다 (그림 2).
- 전체 시스템은 연안에 발생한 피해통계정보를 제공하는 연안피해정보와 3차원으로 피해지역 및 취약지역과 주변정보를 취득할 수 있는 맵을 제공하는 피해상황정보를 파악할 수 있는 연안위험정보, 연안관련 실시간 관측정보 및 기상정보를 파악할 수 있는 해양관측정보, 피해예방을 위한 재해예방정보와 공지사항 및 자료실 등을 제공하는 참여마당으로 구성되어 있으며, 관련기관과는 인트라넷 및 행정망을 통하여 자료를 연계하도록 하였다. 사용자 인증을 통한 자료의 입력, 수정, 삭제가 가능한 관리자 모드와 단순정보의 조회·검색만 가능한 일반 사용자모드로 구분하여 정보제공의 차별성이 이루어지도록 하였다. 아울러 검색보안규정상의 문제로 인하여 고해상 위성영상의 서비스는 인증된 사용자 즉 관리자 모드에서 검색이 가능하도록 하였으며, 일반 사용자모드의 경우 위성영상상의 검색을 제외한 3차원 상의 지형도 검색 서비스가 가능하도록 시스템을 설계하였다.
- 사용자들에게 인터넷을 통해 필요한 정보를 제공할 수 있도록 Web에서 운영이 가능한 GUI(graphic user interface)를 개발하였으며, 웹 서버 구축을 위하여 HTML, JSP, Java scrip를 사용하였다. 웹에서 처리된 통계정보를 지도데이터로 서비스하고 다양한 GIS기능의 연동을 위하여 XDWORLD엔진을 맵 서버로 사용하였으며, Oracle9i를 DBMS(data base management system)로 사용하여 시스템을 구축하였다 (그림 5).
- 사용자 인증을 통한 자료의 입력, 수정, 삭제가 가능한 관리자 모드와 단순정보의 조회·검색만 가능한 일반 사용자모드로 구분하여 정보제공의 차별성이 이루어지도록 하였다. 아울러 검색보안규정상의 문제로 인하여 고해상 위성영상의 서비스는 인증된 사용자 즉 관리자 모드에서 검색이 가능하도록 하였으며, 일반 사용자모드의 경우 위성영상상의 검색을 제외한 3차원 상의 지형도 검색 서비스가 가능하도록 시스템을 설계하였다.
- 아울러 서비스 되는 전체 3차원 지형은 필요한 정보만을 전송하여 네트워크의 부하를 줄일수 있도록 격자형식의 tile map 기반으로 제작되어 대용량의 자료를 웹을 통해 빠르게 streaming함으로써 실시간으로 취약지역 및 다양한 연안지역의 정보를 서비스 할 수 있도록 시스템을 개발하였다 (그림 9).
- 또한, 3D 모델링 구축의 기반이 되는 수치표고모델(DEM) 생성을 위하여 수치지도의 등고선과 표고점, 해안선측량의 등고선자료 및 수심자료를 이용하여 육상지역뿐만 아니라 해안지역을 포함하는 5m DEM을 제작하였다. 아울러 재해통계자료 구축을 위해 최근 10년간의 재해연보, 재해백서와 각 시군 및 관련기관에서 보유하고 있는 각종 대장 및 도면자료를 수집하여 DB로 구축하였다.
- 아울러 태풍이나 해일시 해수면의 높이에 따른 연안지역의 침수 및 범람지역을 가시적으로 확인할 수 있도록 평균해수면(MSL)을 기준으로 한 가상침수범람 시뮬레이션 기능을 개발하였다(그림 11)
- 연안위험취약지역 정보시스템은 데이터 분할 압축 및 전송기법을 개발하여 Web상에서 대용량의 위성영상과 DB를 웹상에서 빠르게 streaming될 수 있도록 시스템을 개발하였다. 이를 위하여 Wavelet 압축방식을 사용하였으며, Wavelet 압축방식은 검색 시 영상을 9등분하여 가운데 부분만의 해상도를 높게 하고 나머지 부분의 해상도를 떨어뜨림으로 이동의 제약을 최대한 줄이도록 하여 속도를 개선하였다.
- 사용자들에게 인터넷을 통해 필요한 정보를 제공할 수 있도록 Web에서 운영이 가능한 GUI(graphic user interface)를 개발하였으며, 웹 서버 구축을 위하여 HTML, JSP, Java scrip를 사용하였다. 웹에서 처리된 통계정보를 지도데이터로 서비스하고 다양한 GIS기능의 연동을 위하여 XDWORLD엔진을 맵 서버로 사용하였으며, Oracle9i를 DBMS(data base management system)로 사용하여 시스템을 구축하였다 (그림 5).
- 연안위험취약지역 정보시스템은 데이터 분할 압축 및 전송기법을 개발하여 Web상에서 대용량의 위성영상과 DB를 웹상에서 빠르게 streaming될 수 있도록 시스템을 개발하였다. 이를 위하여 Wavelet 압축방식을 사용하였으며, Wavelet 압축방식은 검색 시 영상을 9등분하여 가운데 부분만의 해상도를 높게 하고 나머지 부분의 해상도를 떨어뜨림으로 이동의 제약을 최대한 줄이도록 하여 속도를 개선하였다. 또한, 2차원 데이터와 3차원 변환 필수 인자만을 전송하여 사용자에서 실시간으로 3차원 변환을 실시함으로 기존의 3차원 WEB 서비스의 가장 걸림돌이었던 네트워크의 부하를 원천적으로 해결하여 원활한 서비스를 제공하며, 모든 수치지도 레이어들을 2D상에서와 같이 3차원 상에서 레이어 제어와 속성정보 제공이 가능하도록 하였다.
- 연안지역의 다양한 정보들에 대하여 실제에 가까운 3차원 지형데이터 생성을 위해 해상도 5m의 정밀 DEM 자료를 구축하였다. 이를 위해 1:5,000 수치지도의 등고선과 표고점 자료를 이용한 DEM 생성 후 기본적인 등고선 오류를 수정하였다. 다음으로 국립해양조사원에서 제작된 해안선조사측량의 해안선과 등고선, 수심자료를 이용하여 중첩 및 보간을 수행함으로써 육상 지역뿐만 아니라 해상 지역을 모두 포함한 5m급 정밀 DEM 자료를 구축하였으며, 이를 웹상에서 서비스할 수 있도록 시스템을 개발하였다 (그림 3).
- 이를 위해 Space Imaging사에서 공급하고 있는 위성영상자료인 고해상 IKONOS 위성영상을 이용하였으며, 보다 선명한 위성영상 DB 구축을 위하여 영상 자료의 밝기 환경을 향상시키는 영상 강조방법과 영상 내의 잡음을 제거하여 영상의 명확도를 향상시키는 형태 강조 방법을 이용하여 위성영상 보정작업을 수행하였다. 또한, Scene별로 분할 제공되고 있는 위성영상을 연안지역을 대상으로 단일영상 자료로 사용하기 위하여 산, 토지, 바다, 도시 별로 레이어를 나누어 주어 각기 레벨링 처리를 하는 영상 강조과정을 실행을 통한 영상집성(image mosaic) 수행하여 DB를 구축하였다(그림 4).
- 이에 본 연구에서는 연안지역을 대상으로 최근 10년간(1994-2003)의 태풍, 해일, 범람, 침식에 대한 피해 자료를 수집하여 피해지역 및 위치를 가시화하고, 고해상 IKONOS 영상과 1:5,000기반 연안의 지형, 환경, 시설물 정보에 대한 DB를 제작하였으며, 해안선조사측량자료, 연안정보도, 대장정보 등을 통합하여 다양한 정보를 제공할 수 있는 주제도 DB와 정보시스템을 구축하였다.
- 전체 시스템은 연안에 발생한 피해통계정보를 제공하는 연안피해정보와 3차원으로 피해지역 및 취약지역과 주변정보를 취득할 수 있는 맵을 제공하는 피해상황정보를 파악할 수 있는 연안위험정보, 연안관련 실시간 관측정보 및 기상정보를 파악할 수 있는 해양관측정보, 피해예방을 위한 재해예방정보와 공지사항 및 자료실 등을 제공하는 참여마당으로 구성되어 있으며, 관련기관과는 인트라넷 및 행정망을 통하여 자료를 연계하도록 하였다. 사용자 인증을 통한 자료의 입력, 수정, 삭제가 가능한 관리자 모드와 단순정보의 조회·검색만 가능한 일반 사용자모드로 구분하여 정보제공의 차별성이 이루어지도록 하였다.
- 연안위험정보에서는 피해지역 관련 공간DB와 다양한 수치주제도 및 피해현황에 대한 속성 정보의 검색과 주제도와의 연계 기능을 구현하였다. 지도의 확대, 축소, 이동, 전체보기, 거리 측정, 면적측정 등의 기본적인 GIS 기능과 DB와 연결하여 상세정보 및 현장사진을 볼 수 있으며, 1m 해상도의 IKONOS 위성영상을 Web에서 3D로 서비스 할 수 있도록 개발하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 3D Web GIS기반 시스템 개발을 위하여 바다와 인접한 78개 연안시군구(27시, 33군, 18구)를 대상으로 최근 10년간(1994-2003)의 재해피해 자료를 수집하여 서해 중부Ⅰ,Ⅱ권역(경기, 인천, 충남)을 중심으로 정밀피해분포도 DB구축 및 3D공간분포도를 작성하였다. GIS DB 구축을 위하여 국립지리원에서 제작된 1:5,000 수치지형도, 해안선조사측량자료, 연안정보도, 1m 해상도의 IKONOS 위성영상을 현재 해양수산부에서 운영 중인 연안관리정보시스템과 동일한 TM-ICM(integrated costal management) 좌표계로 변환하여 연안위험취약지역 정보시스템의 기본도로 활용하였다.
- Web기반 지리정보시스템을 개발하고 대용량위성영상 및 DB를 실시간 3차원으로 서비스하기 위한 GIS엔진으로 XDWORLD를 사용하였으며, 웹 개발언어로 HTML, JSP, Java script와 DBMS로 Oracle8i를 사용하였다 (그림 1).
- Web상에서 위성영상의 중첩서비스를 위하여 경기, 인천, 충남 연안지역의 고해상도 IKONOS 위성영상을 이용하였다. 보다 사실적인 정보제공을 위해 도시, 간석지, 산림, 토양, 바다, 구름의 레이어를 각 특성에 맞는 분광 값으로 색상 보정을 수행하였으며, 각각의 영상에 대한 mosaic작업을 수행하였다.
- 연안지역의 다양한 정보들에 대하여 실제에 가까운 3차원 지형데이터 생성을 위해 해상도 5m의 정밀 DEM 자료를 구축하였다. 이를 위해 1:5,000 수치지도의 등고선과 표고점 자료를 이용한 DEM 생성 후 기본적인 등고선 오류를 수정하였다.
성능/효과
- 이를 토대로 Web상에서 피해통계자료와 공간자료의 검색 및 질의, 3차원 지형정보 제공 및 레이어 제어, 기상, 조석, 해양관측정보 등 재해관련정보를 제공할 수 있는 3D Web GIS 기반 연안위험취약지역 정보시스템을 구축함으로써 국내 연안정비 및 공유수면 매립 등 정책 결정에 활용할 수 있는 기반을 마련하였다.
후속연구
- 또한, 해안선조사측량 자료와 정밀지형고도 자료(DEM), 고해상 위성영상을 중첩하여 연안과 육역을 통합한 보다 사실적인 3D정보를 제공하여 취약지역 가시화와 다양한 시설정보를 제공함으로써 연안정비 및 관리에 보다 객관성있는 의사결정 지원 시스템으로서 활용이 가능하리라 사료된다.
- 향후, 보다 정밀한 피해지역 정보제공을 위하여 연안지역의 hazard map작성연구를 통한 피해이력지도 제작, Web상에서 실시간으로 사용자가 공간 및 속성정보 입력이 가능하도록 하여 데이터의 현행화가 가능하도록 해야 할 것이다. 또한, 침수 시뮬레이션 시 현재 평균해수면을 기준으로 대략적인 침수범위만을 제공하고 있으나 조석, 조류, 염분, 풍향 등 해수면의 다양한 인자들을 고려한 침수모델링 개발을 통하여 보다 현실감 있고 신뢰도 높은 시뮬레이션 기법을 수행하고자 한다.
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