환경친화적인 도로노선대 선정을 위하여 공간분석기능을 활용한 GIS 기반 환경성평가 기법을 개발하고 실제 사례노선을 통하여 검증해 보고자 하였다. 도로건설 사업으로 인해 환경훼손을 가져오는 요인에 관한 분석을 바탕으로 영향범주를 구체화 시킨 후, 이에 관한 다양한 등급화 사례 및 법적 규제에 관한 문헌조사를 수행하였다. 공간 분석을 위한 정량화 모델로는 AHP를 선택하였다. 환경성 평가항목으로는 지형지질, 동식물, 토양생태, 수질, 대기질, 소음진동, 토지이용, 위락경관의 8개 항목을 선정하고 그에 따른 세부지표를 구성하여 이를 3등급 체계로 구분하였다. 가중치 산정을 위해 쌍대비교에 의한 설문수행 결과 동식물 1등급의 가중치가 0.191로 가장 높게 산출되었다. 위 방법을 사례지역에 대하여 검증한 결과 가장 환경친화적인 도로노선대를 생성할 수 있었다.
환경친화적인 도로노선대 선정을 위하여 공간분석기능을 활용한 GIS 기반 환경성평가 기법을 개발하고 실제 사례노선을 통하여 검증해 보고자 하였다. 도로건설 사업으로 인해 환경훼손을 가져오는 요인에 관한 분석을 바탕으로 영향범주를 구체화 시킨 후, 이에 관한 다양한 등급화 사례 및 법적 규제에 관한 문헌조사를 수행하였다. 공간 분석을 위한 정량화 모델로는 AHP를 선택하였다. 환경성 평가항목으로는 지형지질, 동식물, 토양생태, 수질, 대기질, 소음진동, 토지이용, 위락경관의 8개 항목을 선정하고 그에 따른 세부지표를 구성하여 이를 3등급 체계로 구분하였다. 가중치 산정을 위해 쌍대비교에 의한 설문수행 결과 동식물 1등급의 가중치가 0.191로 가장 높게 산출되었다. 위 방법을 사례지역에 대하여 검증한 결과 가장 환경친화적인 도로노선대를 생성할 수 있었다.
This study intends to develop a GIS-based environmental assesment technique for environmental friendly road route plan using a spatial analysis function. After embodying an impact range based on the analysis of factors which cause the environmental damage by the road construction, a literature surve...
This study intends to develop a GIS-based environmental assesment technique for environmental friendly road route plan using a spatial analysis function. After embodying an impact range based on the analysis of factors which cause the environmental damage by the road construction, a literature survey on a diverse grading cases and legal regulations was conducted. As a quantitative model for the spatial analysis, AHP was selected. As the environmental assessment, 8 items such as topography & geology, animals & plants, soil ecology, water quality, air quality, noise, land use, and landscape were selected. and then finally classified into three-grades using a pairwise comparison of the alate collected by a questionnaire surveying, weighting values were applied to there 8 items. The highest weight value, the grade 1 among eight was 0.191 for animals & plants. As the result of verifying the above method for the case region, the most environment-friendly road route could be generated.
This study intends to develop a GIS-based environmental assesment technique for environmental friendly road route plan using a spatial analysis function. After embodying an impact range based on the analysis of factors which cause the environmental damage by the road construction, a literature survey on a diverse grading cases and legal regulations was conducted. As a quantitative model for the spatial analysis, AHP was selected. As the environmental assessment, 8 items such as topography & geology, animals & plants, soil ecology, water quality, air quality, noise, land use, and landscape were selected. and then finally classified into three-grades using a pairwise comparison of the alate collected by a questionnaire surveying, weighting values were applied to there 8 items. The highest weight value, the grade 1 among eight was 0.191 for animals & plants. As the result of verifying the above method for the case region, the most environment-friendly road route could be generated.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 도로건설 사업의 특성과 연구의 목적에 근거하여 다양한 영향요인을 규명하고, 요인들 간의 연결고리와 영향관계를 파악하는 작업을 바탕으로 평가항목 및 지표를 선정․개발하였고, 이를 체계적으로 구조화 시켰다. 이는 향후 가중치 부여(weighting) 등의 과정을 걸쳐 환경성 평가 모델로서 도로노선대 선정에 활용 된 다.
따라서 본 연구에서는 환경친화적인 도로노선대 선정을 위하여 GIS를 기반으로 하여 공간분석기능을 활용한 환경성평가 기법을 개발하고 실제 사례노선을 통하여 검증해 보고자 하였다.
본 연구에서는 도로노선 계획시 GIS 정보를 이용한 환경성평가를 수행하여 노선선정에 지원될 수 있도록 하는 환경친화적인 도로노선대 선정방법론을 연구하였고 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 친환경적 도로노선 선정이라는 실세계의 문제를 격자(Raster)데이터 기반의 공간분석기법을 적용하여 해결을 시도해보고자 하였으며, 이를 위해서는 중첩분석 (Overlay Analysis), 재분류(Reclassification) 및 버퍼링(Buffering), 비용경로(Cost Path)분석 등의 공간분석 도구가 이용되어 진다.2)
이러한 중첩분석을 위한 연산방식으로는 공간상의 대응 관계를 살펴보기 위한 논리연산(AND, OR, XOR, NOT 등) 과 공간데이터 간의 수학적 연산(MAX, MIN, +, -, *, /등)을 수행하여 분석적인 수치정보를 추출해낼 수 있는 산술연산이 대표적이다. 본 연구에서는 환경성에 관한 수치 정보를 얻기 위하여 격자데이터를 기초로 한 산술연산을 수행하게 하였다.
본 연구에서는 환경친화적 도로 노선대 선정을 위하여 도로건설 사업으로 인해 환경훼손을 가져오는 요인에 관한 분석을 바탕으로 영향범주를 구체화 시킨 후, 이에 관한 다양한 등급화 사례 및 법적 규제에 관한 문헌조사를 수행 하였다. 공간 분석을 위한 정량화 모델로는 AHP를 선택하였다.
앞절에서 나타난 결과를 바탕으로 현재 도로건설을 시행하고 있는 지역에 대하여 적용시켜 보았다. 시범지역은「용 천∼설악 도로건설공사」구간에 대한 주변지역을 선정하였는데 용천∼설악 도로공사는 국도37호선(거창∼파주) 중 경기도 양평군 옥천면 용천리∼가평군 설악면 신천리 구간에 이르는 총연장 12.
제안 방법
3) 따라서 모든 지표를 비교하여 가중치를 부여하는 것은 평가의 신뢰도를 떨어뜨릴 위험이 있고, 다소 소모적이라는 판단 하에 본 연구에서는 개별 평가지표들을 3등급 체계로 분류하고 이렇게 분류된 등급을 평가지표의 가중치 부여 기준으로 삼았다. 각 등급의 분류기준을 Table 1에서 정리하였다.
공간분석은 GIS 의사결정지원시스템의 핵심 기능으로 공간데이터로부터 부가가치가 높은 유용한 정보를 추출해내어 실세계의 여러 가지 현상에 대한 해답을 제시해 준다. GIS의 초기 단계에는 실제 의사결정에 도움을 줄 수 있는 이러한 기능이 상대적으로 빈약했으나 GIS의 사용이 점차 보편화되고 의사결정지원시스템으로서 GIS에 대한 관심이 급격히 증가함에 따라 GIS 공간분석 기능의 중요성이 대두 되기 시작했다.
앞서 설명하였듯이 비용거리함수 레이어는최소비용거리를 결정하며 방향코드함수 레이어는 최적방향을 결정하여 준다. 구축된 각 레이어를 이용하여 비용경로분석을 실시하였으며 그에 따라 최종적으로 사례지역에서의 가장 환경친화적인 노선대를 도출하였다.
대기질의 지표인 경사도, 지형, 풍속 중 사례지역 내 지형 등급에 해당하는 지역은 나타나지 않았으며, 풍속정보는 주변 기상관측소의 자료를 바탕으로 매우 광범위한 지역의 보간(interpolation)에 의해 추정을 하기위해 2005년 연평균 풍속 자료를 바탕으로 크리깅(Kriging)을 이용한 보간법을 적용하였다. 크리깅 결과 사례지역 내의 풍속은 1.
지형⋅지질항목은 수치지형도에서 등고선을 추출한 후 불규칙삼각망(TIN: Triangulated Irregular Network)을 생성하고 이것을 수치고도모형(DEM: Digital Elevation Model) 으로 변환하는 작업을 거쳤다. 도출한 경사도와 표고 등급을 바탕으로 재분류하여 등급화 된 지도를 구축한 후 지도대수(Map Algebra)를 이용하여 지형․지질의 주제도를 구축하였다.
둘째, 도로노선선정에 고려하여야 할 환경성 평가 항목및 지표로는 여러 문헌 연구 등을 거쳐 지형·지질, 동식물상, 토양생태, 수질, 대기질, 소음·진동, 토지이용, 위락․경관의 8개 항목과 각 항목별 세부지표를 선정하고 AHP 방법에 따라 쌍대비교의 설문을 수행하여 각 항목별 지표별 가중치를 산정하였다.
소음·진동 항목은 수치지형도와 토지피복분류도를 이용 하여 사례지역 내 정온시설 및 주거지역의 분포를 추출하였다. 등급화 기준을 바탕으로 정온시설은 50 m로 버퍼링하였으며 지도대수(Map Algebra)를 이용하여 중첩시켜 소음․진동의 주제도를 구축하였다.
동식물 항목의 경우, 사례지역에 포함되는 법․제도적 보호구역으로는 야생동식물 보호구역이 존재하였으며, 포함되는 야생동식물 보호구역을 추출하여 격자 데이터로 변환하였다. 또한 환경부에서 구축하여 제공되고 있는 생태자연도(1:25,000)를 격자데이터로 변환하여 생물다양성과 식생우수성 각각에 대한 등급 주제도를 구축하였다. 멸종 위기 동식물로는 파충류, 조류, 양서류, 포유류, 곤충의 발견지점을 조사한 환경부 자료를 바탕으로 사례지역 내에 존재하는 멸종위기종, 희귀종, 특정동식물을 추출하였다.
또한 환경부에서 구축하여 제공되고 있는 생태자연도(1:25,000)를 격자데이터로 변환하여 생물다양성과 식생우수성 각각에 대한 등급 주제도를 구축하였다. 멸종 위기 동식물로는 파충류, 조류, 양서류, 포유류, 곤충의 발견지점을 조사한 환경부 자료를 바탕으로 사례지역 내에 존재하는 멸종위기종, 희귀종, 특정동식물을 추출하였다. 사례지역 내에 포유류와 곤충은 존재하지 않았으며 양서류, 조류, 파충류가 존재하며 이들 발견지점을 등급화 기준(500 m, 1,000 m)을 바탕으로 버퍼링하여 격자로 변환하였다.
본 연구에서 중첩분석에 사용할 가중치는 AHP를 통해 산출되며, 위와 같은 연산을 수행하여 환경성 평가가 수치화 된 지도를 얻게 된다.
앞 절에서 선정된 평가항목 및 지표에 대한 평가항목의 가중치를 선정하기 위해서는 먼저 평가기준의 쌍대비교가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 국내 환경 및 도로 전문가 50인에 대하여 8개 항목 및 각 지표에 대한 쌍대비교를 수행토록 하였으며, 회수된 설문에 대하여 개개인별로 일관성비율 (Consistency Ratio)을 계산하였고, 신뢰성이 부족하다고 판단되는 즉, 일관성 비율이 0.1 이상인 응답자는 가중치 산출 표본에서 제외시켜 최종 38인에 대한 응답을 종합하여 가중치를 도출하였다.
본 연구에서는 기존의 법·제도 및 연구 문헌 등을 토대로 도로건설과 관련된 환경영향을 고려하여, 자연환경과 생활환경으로 나누어 평가항목을 선정하였다.
수질항목의 경우 사례지역의 대부분이 팔당상수원특별대책지역으로 지정되어 수질과 관련한 각별한 주의가 요구 되는 것으로 나타났다. 사례지역 내 팔당상수원특별대책 지역을 추출하여 격자데이터로 변환 한 주제도와 사례지역내의 토지피복도와 수자원단위지도를 이용한 불투수면 비율 주제도를 구축해 다른 평가항목과 같은 방법으로 수질 주제도를 구축하였다.
멸종 위기 동식물로는 파충류, 조류, 양서류, 포유류, 곤충의 발견지점을 조사한 환경부 자료를 바탕으로 사례지역 내에 존재하는 멸종위기종, 희귀종, 특정동식물을 추출하였다. 사례지역 내에 포유류와 곤충은 존재하지 않았으며 양서류, 조류, 파충류가 존재하며 이들 발견지점을 등급화 기준(500 m, 1,000 m)을 바탕으로 버퍼링하여 격자로 변환하였다. 이들 각 주제도를 재분류 한 후 지도대수를 이용하여 최종 동식물상의 주제도를 구축하였다(Fig.
사용된 모든 주제도는 10 m×10 m의 격자데이터로 변환하였으며, 주제도의 범위는 노선 시종점이 포함되는 주변의 12 km×12 km 지역으로 적용하였다.
셋째, 개발된 환경친화적인 도로노선대 선정 방법의 검증을 위하여 사례구간을 선정하여 실제 적용하여 그 결과를 도출하였다. 그 결과 가장 환경친화적인 도로노선대를 선정할 수 있었고, 대안노선의 비교를 위한 환경성평가지 도를 구축 할 수 있었다.
소음·진동 항목은 수치지형도와 토지피복분류도를 이용 하여 사례지역 내 정온시설 및 주거지역의 분포를 추출하였다.
사례지역 내에 포유류와 곤충은 존재하지 않았으며 양서류, 조류, 파충류가 존재하며 이들 발견지점을 등급화 기준(500 m, 1,000 m)을 바탕으로 버퍼링하여 격자로 변환하였다. 이들 각 주제도를 재분류 한 후 지도대수를 이용하여 최종 동식물상의 주제도를 구축하였다(Fig. 4).
이렇게 구축된 환경성 평가도를 바탕으로 하여 가장 환경친화적인 노선대를 선정하여 보았다. 최적 노선 선정을 위하여 먼저 비용거리함수 레이어와 방향코드함수 레이어를 구축하였다.
이렇게 입력되는 GIS 데이터를 10 m×10 m의 격자로 전환하여 부여된 가중치에 따라 주제도를 중첩시켜 분석을 수행하게 된다.
구축된 항목별 주제도에는 각 항목별 등급이 설정되어 있다. 이를 앞서 AHP를 이용하여 도출된 항목별 가중치를 바탕으로 중첩시켜 최종 환경성 평가 점수를 도출하였다. 또한 이렇게 중첩된 점수를 1∼9점의 정수로 표준화시켜 노선에 대한 평가점수 도출이 용이하도록 하였다.
구조화된 모식도를 살펴보면 ‘환경친화적 도로노선대 선정‘을 목표로 설정하고 그것에 대한 주기준으로 ‘생활환경'과 ‘자연환경’ 선정하였다. 주기준에 대하여 8개의 평가항목을 세부기준으로 구조화하였으며 최하위기준으로 항목별로 분류된 3등급의 지표를 설정하였다.
지형⋅지질항목은 수치지형도에서 등고선을 추출한 후 불규칙삼각망(TIN: Triangulated Irregular Network)을 생성하고 이것을 수치고도모형(DEM: Digital Elevation Model) 으로 변환하는 작업을 거쳤다.
첫째, 도로건설 사업의 특성과 연구의 목적에 근거하여 다양한 영향요인을 규명하고, 요인들 간의 연결고리와 영향관계를 파악하는 작업을 바탕으로 환경성을 평가할 수있는 평가항목 및 지표를 선정․개발하였고, 이를 체계적으로 구조화 시켰다. 이를 가중치 부여 등의 과정을 걸쳐 환경성 평가 모델로서 도로노선대 선정에 활용될 수 있고, 대상지역에 대한 환경성평가를 수행할 수 있을 것으로 판단된다.
이렇게 구축된 환경성 평가도를 바탕으로 하여 가장 환경친화적인 노선대를 선정하여 보았다. 최적 노선 선정을 위하여 먼저 비용거리함수 레이어와 방향코드함수 레이어를 구축하였다. 앞서 설명하였듯이 비용거리함수 레이어는최소비용거리를 결정하며 방향코드함수 레이어는 최적방향을 결정하여 준다.
크리깅 결과 사례지역 내의 풍속은 1.1∼1.6 m/s의 범위로 나타났으며 이를 주제도로 구축하였고 경사도 지표 주제도와 중첩시켜 최종 대기질 주제도를 구축하였다.
토양생태항목의 경우 기의 연구결과5)를 바탕으로 토양질에 대한 생태등급을 적용하여 등급별 분류를 실시하였다.
평가지표는 우선 각 항목별로 관련된 법적 규제를 검토 하여 법제적 기준으로 삼았으며, 관련 GIS 자료 및 문헌 조사를 바탕으로 본 연구의 목적에 부합되는 환경적 기준을 선정․개발하였다.
데이터처리
본 연구에 사용된 자료는 환경부, 국토해양부 등 국가에서 제공하는 GIS data들을 이용하였고, 공간분석은 GIS tool 인 Arcinfo 9.1을 이용하여 분석하였다.
평가항목 및 지표들의 쌍대비교는 Saaty의 9점 척도를 이용하여 평가하도록 하였으며, 완성된 설문지의 결과를 바탕으로 Expert choice 11.5를 이용하여 가중치를 분석하였다.
이론/모형
본 연구에서는 환경친화적 도로 노선대 선정을 위하여 도로건설 사업으로 인해 환경훼손을 가져오는 요인에 관한 분석을 바탕으로 영향범주를 구체화 시킨 후, 이에 관한 다양한 등급화 사례 및 법적 규제에 관한 문헌조사를 수행 하였다. 공간 분석을 위한 정량화 모델로는 AHP를 선택하였다. AHP는 다기준의사결정법 중에서 가장 널리 쓰이는 방법으로 전 과정을 다수의 계층으로 설계한 후, 계층별 기준 및 대안들의 중요도를 서로 비교하는 쌍대비교를 통해 의사를 체계적이고 쉽게 분석할 수 있다.
성능/효과
3) 따라서 환경성과 같이 정량화가 어려우며 정량적 평가기준 뿐만 아니라 정성적 평가기준에도 의존해야하는 의사결정문제에 적합한 의사결정기법이 될 수 있다.4) 이 연구 결과4)에서도, AHP를 가장 객관적인 가중치 산정방법으로 평가하고 있다.
셋째, 개발된 환경친화적인 도로노선대 선정 방법의 검증을 위하여 사례구간을 선정하여 실제 적용하여 그 결과를 도출하였다. 그 결과 가장 환경친화적인 도로노선대를 선정할 수 있었고, 대안노선의 비교를 위한 환경성평가지 도를 구축 할 수 있었다. 이는 향후 도로계획 및 노선선정시 실제 현장조사 등의 큰 비용과 시간의 소요 없이도 지역의 환경성 평가를 수행할 수 있고, 도로노선선정에 환경성을 쉽게 반영할 수 있도록 할 수 있을 것으로 보여진다.
사례지역의 환경성 평가현황을 살펴보면 가장 높은 점수인 9점은 발견되지 않았으며 8점인 지역은 0.007 km2으로나타났다. 이는 전체 면적 144 km2의 0.
수질항목의 경우 사례지역의 대부분이 팔당상수원특별대책지역으로 지정되어 수질과 관련한 각별한 주의가 요구 되는 것으로 나타났다. 사례지역 내 팔당상수원특별대책 지역을 추출하여 격자데이터로 변환 한 주제도와 사례지역내의 토지피복도와 수자원단위지도를 이용한 불투수면 비율 주제도를 구축해 다른 평가항목과 같은 방법으로 수질 주제도를 구축하였다.
005%에 해당된다. 전체 면적 중 가장 많은 점수를 차지하는 것은 비교적 높은 점수대인 5점 지역으로 37.524 km2을 차지하는 것으로 조사되어 도로노선 계획시 사례지역에 환경성에 대한 고려가 상당히 필요할 것으로 판단된다.
최종 가중치는 동·식물 1등급의 가중치가 0.195로 나타나 제1순위로 선정되었고, 지형․지질1등급, 토양생태1등급 순으로 가중치가산정되였다.
후속연구
따라서 본 연구에서 개발한 환경성만을 고려한 노선대선정 방법론을 적용하고 타당성을 판단하기에 적절한 사례가 될 것으로 판단된다. 사용된 모든 주제도는 10 m×10 m의 격자데이터로 변환하였으며, 주제도의 범위는 노선 시종점이 포함되는 주변의 12 km×12 km 지역으로 적용하였다.
그 결과 가장 환경친화적인 도로노선대를 선정할 수 있었고, 대안노선의 비교를 위한 환경성평가지 도를 구축 할 수 있었다. 이는 향후 도로계획 및 노선선정시 실제 현장조사 등의 큰 비용과 시간의 소요 없이도 지역의 환경성 평가를 수행할 수 있고, 도로노선선정에 환경성을 쉽게 반영할 수 있도록 할 수 있을 것으로 보여진다.
이런 결과를 토대로 본 연구에서 개발한 환경친화적인 도로노선대 선정방법은 향후 도로계획 및 노선선정시 실제 현장조사 등의 큰 비용과 시간의 소요 없이도 지역의 환경성 평가를 대략적으로 수행할 수 있으며, 실제 도로노선선정에 환경성의 반영을 간단히 할 수 있어 환경친화적인 도로건설에 일조할 수 있을 것으로 기대된다.
이렇게 선정된 노선대는 최종 최적도로노선 선정시 환경성 분야에 대한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
첫째, 도로건설 사업의 특성과 연구의 목적에 근거하여 다양한 영향요인을 규명하고, 요인들 간의 연결고리와 영향관계를 파악하는 작업을 바탕으로 환경성을 평가할 수있는 평가항목 및 지표를 선정․개발하였고, 이를 체계적으로 구조화 시켰다. 이를 가중치 부여 등의 과정을 걸쳐 환경성 평가 모델로서 도로노선대 선정에 활용될 수 있고, 대상지역에 대한 환경성평가를 수행할 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (13)
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최유경, 도로노선 선정을 위한 GIS기반 환경성평가기법에 관한 연구, 아주대학교 석사학위 논문(2006)
김성희, 의사결정 분석 및 응용, 영지문화사(1994)
이관규, 환경평가를 위한 지표의 가중치 산정방법 결정모형, 환경영향평가, 10(1), 59-71(2001)
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