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문제 정의
- 본 연구의 목적은 백두대간 보호지역을 대상으로 인공위성영상을 이용한 토지피복분류와 경년변화분석을 통해 산림의 훼손경향을 정량적으로 분석하여 백두대간지역을 효율적으로 관리하기 위한 기초연구를 수행하는 것이다. 구체적으로 첫째, 1980년대 이후의 3개시기의 토지피복분류 자료를 이용하여 백두대간 산림지역의 훼손상태를 파악하고, 둘째, 시기별로 산림이 훼손된 지역의 공간적 특성을 확인하여 산림 훼손 경향을 파악하는 것을 목적으로 한다.
- 이 지역들 중에서 총 19 지역을 선정하여 2005년 11월 11~13일에 걸쳐 토지이용 현황을 조사하고 현재 백두대간의 대표적인 산림 훼손지역의 토지피복 및 토지이용현황을 확인하였다. 또한 이러한 토지이용이 백두대간지역에 어떠한 문제를 발생시킬 수 있는지에 대해 전반적으로 고찰하였다.
- 이러한 맥락에서 지난 2005년 이후 제정된 백두대간보호에 관한법률은 매우 의미 있는 보전의 노력이라 할 수 있다. 본 연구는 이러한 맥락에서 지속가능한 백두대간의 보전 및 이용을 위한 관리를 위한 기초 자료를 제공할 수 있다는 점에서 의미가 있다. 향후 보다 구체적인 산림훼손경향 연구를 통해 백두대간지역의 산림훼손을 최소화하면서 다양한 사람들의 이용을 수용할 수 있는 방안을 도출해낼 수 있으리라 판단된다.
- 본 연구의 목적은 백두대간 보호지역을 대상으로 인공위성영상을 이용한 토지피복분류와 경년변화분석을 통해 산림의 훼손경향을 정량적으로 분석하여 백두대간지역을 효율적으로 관리하기 위한 기초연구를 수행하는 것이다. 구체적으로 첫째, 1980년대 이후의 3개시기의 토지피복분류 자료를 이용하여 백두대간 산림지역의 훼손상태를 파악하고, 둘째, 시기별로 산림이 훼손된 지역의 공간적 특성을 확인하여 산림 훼손 경향을 파악하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- 1980년대와 1990년대의 영상은 기존 환경부에서 실시한 피복분류 자료를 통해 Pixel to Pixel로 정확도를 검증하였으며, 2000년대의 영상은 1990년대 영상과의 차이가 발생하는 지점에 한해서 현장조사를 통해 대표지역을 선별하여 검증하였다.
- 1990년대 데이터는 전처리과정을 통하여 오차를 0.5화소, 15m 이내에서 좌표를 변환하고 1980년대 및 2000년대의 영상은 기하보정을 실시한 1990년대의 이미지로 Image to Image 즉, 변환된 영상을 기준으로 하여 일대일로 각각 좌표변화를 대응하여 변환하였다. 이후 좌표변환은 Affine 변환 방정식을 이용하였고, 최근린 내삽법을 사용하여 30m×30m로 재배열(resampling)하였다.
- 경년변화분석은 토지피복분류를 통해 산림이었던 지역이 산림 이외의 지역으로 변화한 지역을 추출하는 과정으로서, 이를 통해 훼손지역으로 파악된 지역들은 데이터베이스로 구축하여 산림 훼손지역의 위치, 면적, 피복분류 유형 등을 정리하고, 각각의 훼손지역이 시간의 흐름에 따라 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 토지피복분류의 결과가 그리드 파일이기 때문에 경년변화는 ArcGIS 9.
- 표고와 경사, 향은 30m 격자의 DEM을 통해 분석한 결과를 등급화하여 사용하였으며, 도로는 국도 및 지방도 자료를 그리고 수계는 국가하천과 지방 1, 2급 하천 자료를 사용하였다. 분석은 80년대 이전까지 산림 이외의 토지피복을 보이는 지역, 80년대 후반에서 90년대 후반까지 산림이 훼손된 지역, 90년대 후반 이후에 산림이 훼손된 지역으로 구분하여 실시하였으며, 이를 종합하여 백두대간지역의 산림 훼손경향을 분석하였다.
- 현장조사는 현재까지의 분석결과를 토대로 대표적인 산림훼손유형이 나타나는 지역을 대상으로 실시되었다. <그림 11>은 현장조사 실시 지역의 위치 및 현황사진을 나타낸 것으로 각각의 산림훼손 유형당 4, 5지역씩 총 19개 지역에 대한 현장조사를 실시하였다.
- 2000년대의 현장검증 및 훼손지역 현황분석을 위해 2000년대의 토지피복 현황 중 훼손지역으로 분류되는 시가화건조지역, 농업지역, 나지, 초지가 단일 패치 규모로 어떻게 존재하는지를 파악하여 이 중 가장 넓은 훼손지역의 상위 10%를 추출하였다. 이 지역들 중에서 총 19 지역을 선정하여 2005년 11월 11~13일에 걸쳐 토지이용 현황을 조사하고 현재 백두대간의 대표적인 산림 훼손지역의 토지피복 및 토지이용현황을 확인하였다. 또한 이러한 토지이용이 백두대간지역에 어떠한 문제를 발생시킬 수 있는지에 대해 전반적으로 고찰하였다.
- 본 연구의 목적은 백두대간 보호지역을 대상으로 인공위성영상을 이용한 토지피복분류와 경년변화분석을 통해 산림의 훼손경향을 정량적으로 분석하여 백두대간지역을 효율적으로 관리하기 위한 기초연구를 수행하는 것이다. 이를 위해 백두대간지역을 대상으로 1980년대 이후 3개 시기의 위성영상 자료를 활용하여 토지피복분류를 실시하고, 시기별로 발생한 산림훼손지역을 다양한 공간 자료를 통해 해 분석해 봄으로써 백두대간지역의 산림훼손경향을 파악하였다.
- 전통적인 개념의 백두대간 범위는 뚜렷한 경계를 갖는 것이 아니기 때문에, 본 연구에서는 환경부와 산림청에서 최초 백두대간 보호지역1)으로 발표한 지역을 대상으로 경계를 설정하여 이를 공간적 범위로 정하였다. 연구 대상지역은 남한의 백두대간 지역으로서 전체 길이 680km, 면적 5,341km2에 달하는 선형의 산림지역이다.
- 0 프로그램을 이용하여 분석하였다. 지형적 특성을 파악하기 위해 표고, 경사, 향 분석을 실시하였으며, 공간적 특성 파악을 위해 도로와의 거리, 수계와의 거리, 백두대간 주능선인 마루금과의 거리 등이 훼손지역과 어떠한 관계가 있는지를 정량적으로 분석하였다. 표고와 경사, 향은 30m 격자의 DEM을 통해 분석한 결과를 등급화하여 사용하였으며, 도로는 국도 및 지방도 자료를 그리고 수계는 국가하천과 지방 1, 2급 하천 자료를 사용하였다.
- 토지피복분류 결과를 통해 1980년대와 1990에서 2000년대까지 훼손된 산림을 정량적으로 분석하였다(표 7). 1980년대 이후 산림 훼손지역은 1990년대를 거쳐 2000년대에도 산림 이외의 지역의 토지피복을 보이고 있는 지역을 말하며, 1990년대 이후 훼손지역은 1980년대에서 1990년대까지 산림이었던 지역이 2000년대에 산림 이외의 토지피복으로 분류되는 지역을 의미한다.
- 이후 좌표변환은 Affine 변환 방정식을 이용하였고, 최근린 내삽법을 사용하여 30m×30m로 재배열(resampling)하였다. 토지피복분류는 Image Analyst 8.0 프로그램을 활용하여 총 7개 항목2)으로 감독분류와 무감독 분류를 병행한 혼성분류방법을 통해 실시하였으며, 최근의 수치지형도 및 토지이용현황도, 기타 참조자료를 이용하여 토지피복분류 결과를 보완하였다.
- 토지피복분류는 감독분류와 무감독분류를 병행한 혼성분류 기법을 통해 환경부의 토지피복 사례를 참조하여 수행되었다.
- 표 7. 토지피복분류를 통한 산림 훼손지역 분석.
대상 데이터
- 2000년대의 현장검증 및 훼손지역 현황분석을 위해 2000년대의 토지피복 현황 중 훼손지역으로 분류되는 시가화건조지역, 농업지역, 나지, 초지가 단일 패치 규모로 어떻게 존재하는지를 파악하여 이 중 가장 넓은 훼손지역의 상위 10%를 추출하였다. 이 지역들 중에서 총 19 지역을 선정하여 2005년 11월 11~13일에 걸쳐 토지이용 현황을 조사하고 현재 백두대간의 대표적인 산림 훼손지역의 토지피복 및 토지이용현황을 확인하였다.
- 그림 14. 기존의 논, 밭 등의 농업지역(좌, 경북 상주시 공성면, 우, 경북 영주시 풍기읍).
- 그림 18. 목장으로 인한 초지(강원도 태백시 목장지역).
- 본 연구에서 사용한 인공위성영상은 Landsat5 TM과 Landsat7 ETM+로서, 80년대와 90년대에 촬영된 각각 4장의 Landsat 5 TM과 2000년도에 촬영된 Landsat7 ETM+ 영상을 통해 토지피복분류를 실시하여 경년변화분석의 자료로 사용하였다(표 1).
- 사용된 12개의 Landsat 영상은 1990년대 영상을 우선 기하보정하고, 1980년대와 2000년대의 영상은 보정된 1990년대의 영상을 기준으로 기하보정을 실시하였다(표 2).
- 으로 발표한 지역을 대상으로 경계를 설정하여 이를 공간적 범위로 정하였다. 연구 대상지역은 남한의 백두대간 지역으로서 전체 길이 680km, 면적 5,341km2에 달하는 선형의 산림지역이다.
- 인공위성영상은 판독이 가장 용이한 봄과 가을에 촬영된 것을 우선적으로 선정하는 것이 좋으므로 4, 5월과 9, 10월에 촬영된 영상을 선별하고, 2002년도의 영상은 영상획득의 문제로 인해 3월에 촬영된 영상을 활용하였다(환경부, 2002).
- 지형적 특성을 파악하기 위해 표고, 경사, 향 분석을 실시하였으며, 공간적 특성 파악을 위해 도로와의 거리, 수계와의 거리, 백두대간 주능선인 마루금과의 거리 등이 훼손지역과 어떠한 관계가 있는지를 정량적으로 분석하였다. 표고와 경사, 향은 30m 격자의 DEM을 통해 분석한 결과를 등급화하여 사용하였으며, 도로는 국도 및 지방도 자료를 그리고 수계는 국가하천과 지방 1, 2급 하천 자료를 사용하였다. 분석은 80년대 이전까지 산림 이외의 토지피복을 보이는 지역, 80년대 후반에서 90년대 후반까지 산림이 훼손된 지역, 90년대 후반 이후에 산림이 훼손된 지역으로 구분하여 실시하였으며, 이를 종합하여 백두대간지역의 산림 훼손경향을 분석하였다.
- 현장조사는 현재까지의 분석결과를 토대로 대표적인 산림훼손유형이 나타나는 지역을 대상으로 실시되었다. <그림 11>은 현장조사 실시 지역의 위치 및 현황사진을 나타낸 것으로 각각의 산림훼손 유형당 4, 5지역씩 총 19개 지역에 대한 현장조사를 실시하였다.
데이터처리
- 백두대간 산림지역의 현재 훼손경향을 분석하기 위해 훼손지역의 지형적 · 공간적 특성을 ArcGIS 9.0 프로그램을 이용하여 분석하였다. 지형적 특성을 파악하기 위해 표고, 경사, 향 분석을 실시하였으며, 공간적 특성 파악을 위해 도로와의 거리, 수계와의 거리, 백두대간 주능선인 마루금과의 거리 등이 훼손지역과 어떠한 관계가 있는지를 정량적으로 분석하였다.
이론/모형
- 5화소, 15m 이내에서 좌표를 변환하고 1980년대 및 2000년대의 영상은 기하보정을 실시한 1990년대의 이미지로 Image to Image 즉, 변환된 영상을 기준으로 하여 일대일로 각각 좌표변화를 대응하여 변환하였다. 이후 좌표변환은 Affine 변환 방정식을 이용하였고, 최근린 내삽법을 사용하여 30m×30m로 재배열(resampling)하였다. 토지피복분류는 Image Analyst 8.
- 경년변화분석은 토지피복분류를 통해 산림이었던 지역이 산림 이외의 지역으로 변화한 지역을 추출하는 과정으로서, 이를 통해 훼손지역으로 파악된 지역들은 데이터베이스로 구축하여 산림 훼손지역의 위치, 면적, 피복분류 유형 등을 정리하고, 각각의 훼손지역이 시간의 흐름에 따라 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 토지피복분류의 결과가 그리드 파일이기 때문에 경년변화는 ArcGIS 9.0을 이용하여 간단한 수학적 방정식을 통해 연산될 수 있다.
성능/효과
- 1980년대와 1990년대의 토지피복분류는 기존 환경부에서 실시한 피복분류 자료를 통해, 2000년대는 환경부 중분류 토지피복 결과와 현장조사를 병행하여 정확도를 검증하였다. 검증 결과 1980년대와 1990년대의 결과는 기존의 자료와 90% 이상 일치하는 결과를 보였으며(표 4, 5), 2000년대의 경우 시가화건조지역, 농업지역, 산림 지역은 비교적 분류가 정확하였으나 초지 및 습지, 나지, 수지는 다소 차이가 발생하고 있음이 확인되었다 (표 6). 현장조사를 실시한 결과에서는 19개 지역의 분류의 정확도가 높다고 판단되었다.
- 넷째, 2005년 실시한 백두대간 산림훼손지역 현장조사 결과 각 산림훼손유형별 특성을 확인할 수 있었다. 시가화건조지역은 도로 등의 개설과 이로 인해 발생되는 비탈면 및 추가 개발지역의증가가, 농업지역은 표고 700m 이상의 고랭지농업지역이, 초지는 대규모 목장지역이, 나지는 채광지역 및 도로 비탈면 등이 가장 심각한 산림훼손 유형으로 확인되었다.
- 둘째, 토지피복분류 결과를 통해 1980년대 이후의 산림훼손지역의 발생 면적을 확인한 결과 1980-1990년 사이에 총 145.91km2의 산림이 시가화건조지역, 농업지역, 초지 그리고 나지로 토지피복이 변화하였으며, 1990-2000년 사이에는 총 233.0km2의 산림이 훼손되었음을 확인하였다. 특히 1990년 이후 시가화건조지역, 초지 그리고 나지의 훼손면적 증가율은 소폭 감소하였으나 농업지역의 훼손면적이 약 2배 이상 증가하였음이 확인되었다.
- 이러한 경향은 80년대 이후에도 계속 유지되고 있으나 차음 200m 이상의 거리에서도 일정한 비율로 산림훼손지역이 증가하고 있음을 확인할 수 있다. 마루금과의 거리는 1980년대에는 오히려 산림훼손지역과 역의 관계를 이루며 분포하고 있으나 이후에는 마루금과의 거리와 산림훼손지역간에 특이한 관계를 가지고 있지 않음을 확인하였다. 그러나 마루금이 백두대간의 최고(最高) 능선의 연결임에도 불구하고 나지의 비율이 상대적으로 높게 나타나고 있는 것은 백두대간지역의 등산로 등으로 인한 피복의 변화가 반영된 것으로 판단되는 부분이다(표 8).
- 분류 결과 백두대간 보호지역 내에서 산림이 차지하는 면적이 약 4900km2, 비율로는 전체의 90% 이상을 차지하고 있었다(그림 5). 시기별로 살펴보면, 1980년대에 비해 1990년대의 산림이 약 0.
- 셋째, 각 시기별 산림훼손지역의 공간적 분포를 확인한 결과 1980년대 산림훼손지역은 표고 200-400m 지역, 경사 10도 미만 지역, 북동향, 도로 200m 이내, 수계 200m 이내의 지역에 집중적으로 분포하고 있었으며 마루금과의 거리는 산림훼손지역과 역의 관계임이 확인되었다. 이러한 경향은 1980-1990년대, 1990-2000년대에도 비슷하게 유지되고 있으나, 20도 이하, 남동향 지역에 대한 산림훼손면적의 비율이 높아지고 있다.
- 넷째, 2005년 실시한 백두대간 산림훼손지역 현장조사 결과 각 산림훼손유형별 특성을 확인할 수 있었다. 시가화건조지역은 도로 등의 개설과 이로 인해 발생되는 비탈면 및 추가 개발지역의증가가, 농업지역은 표고 700m 이상의 고랭지농업지역이, 초지는 대규모 목장지역이, 나지는 채광지역 및 도로 비탈면 등이 가장 심각한 산림훼손 유형으로 확인되었다.
- 첫째, 백두대간지역의 토지피복분류를 실시한 결과 대상지의 특성상 산림지역이 전체 토지피복의 90% 이상을 차지하고 있었으며, 농업지역이5% 내외의 면적 분포를 보이고 있었다.
- 검증 결과 1980년대와 1990년대의 결과는 기존의 자료와 90% 이상 일치하는 결과를 보였으며(표 4, 5), 2000년대의 경우 시가화건조지역, 농업지역, 산림 지역은 비교적 분류가 정확하였으나 초지 및 습지, 나지, 수지는 다소 차이가 발생하고 있음이 확인되었다 (표 6). 현장조사를 실시한 결과에서는 19개 지역의 분류의 정확도가 높다고 판단되었다.
후속연구
- 본 연구의 한계로는 백두대간지역의 토지피복분류 결과를 보다 정량적인 방법으로 검증하지 못한 점, 그리고 산림훼손경향을 분석하기 위한 변수의 선정 및 분석 과정에서 환경적 변수 이외의 다른 변수들을 고려하지 못했다는 점을 들 수 있다.
- 이 외에도 김광래 등(1998)과 윤소원 등(1999)이 위성영상을 통해 구축한 토지피복자료를 통해 경년변화분석을 실시하였다. 이상의 토지피복분석을 통한 경년변화분석 연구는 경년변화에 대한 분석이 대상지의 공간적 여건을 반영하지 못하고 단편적으로 이루어지고 있어, 지형적인 요소 등을 고려한 토지피복변화 경향을 분석하는 연구가 더 필요하다고 판단된다.
- 본 연구는 이러한 맥락에서 지속가능한 백두대간의 보전 및 이용을 위한 관리를 위한 기초 자료를 제공할 수 있다는 점에서 의미가 있다. 향후 보다 구체적인 산림훼손경향 연구를 통해 백두대간지역의 산림훼손을 최소화하면서 다양한 사람들의 이용을 수용할 수 있는 방안을 도출해낼 수 있으리라 판단된다.
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