[논문]임분의 생장효과가 GIS 응용 가시권 분석에 미치는 영향 분석

장광민; 송정은; 설아라; 한희; 정주상

doi:10.11108/kagis.2010.13.2.011

임분의 생장효과가 GIS 응용 가시권 분석에 미치는 영향 분석
Effects of Stand Growth on Viewshed Analysis Using GIS 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.13 no.2, 2010년, pp.11 - 20

장광민 (서울대학교 산림과학부) , 송정은 (서울대학교 산림과학부) , 설아라 (서울대학교 산림과학부) , 한희 (서울대학교 산림과학부) , 정주상 (서울대학교 산림과학부)

초록
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본 연구에서는 임분의 수고생장이 GIS기반의 가시권분석에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 관악산 지역을 대상으로 수치표고모델(DEM)과 임분수고 주제도의 지도대수분석을 통해 수치표면모델(DSM)을 구축하였다. 임분의 수고주제도는 산림과학원에서 구축한 임상도, 입지도 및 수확표를 이용하여 작성하였으며, 분석기간은 40년으로 하였다. 또한 투시도면화기법을 적용하여 시가지 사거리에 위치한 2개의 조망점을 추출하고, 각 조망점에서 가시권 분석을 수행하였다. 분석결과에 따르면 현 시점에서의 가시지역 면적은 DSM을 적용하는 경우 DEM을 적용하는 경우에 비해 약 17% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 시간의 흐름에 따라 임분 수고가 생장하면서 가시권역이 줄어들고, 비가시권의 깊이가 점차 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the effects of stand height growth on GIS-based viewshed analysis were investigated. DSM was created by combining stand height layers on DEM using map algebra functions. In developing the tree height layers, the digital forest-type maps, forest site maps and stand yield tables of Korea Forest Research Institute were used. The time horizon for viewshed analysis were 40 years. Two viewpoints in crossings of downtown for viewshed analyses were chosen using a projective mapping technique. The effects of tree height growth over time on visibility were measured in terms of the depth of blind areas and the area of visible regions. The results of viewshed analyses show that 17% of visible regions is reduced when we use DSM instead of DEM. As the tree height grows, the visibility gets worse and worse and the depth of blind area increases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 이처럼 다양한 분야에 걸쳐서 가시권 분석의 한계점을 보완하기 위한 연구가 진행되고 있으나 산림의 생장특성 등을 가시권 분석에 반영하기 위한 연구는 많지 않으며, 특히 국내에서는 연구결과를 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 사례분석을 통해 투시도면화기법을 적용하여 조망점을 선정하고, 입목의 생장이 가시범위에 미치는 영향력을 분석해 보고자 하였다.
본 연구에서는 임분의 수고 혹은 수고생장이 차폐효과에 의해 가시권 분석에 미치는 영향을 분석하였다. 가시권 분석결과 입목을 고려할 경우 가시지역의 면적이 감소하고, 비가시지역의 깊이가 증가하는 결과를 보여주었다.
이를 위해 신지훈(1995) 및 최기만 등(1997)의 선행연구를 참조하여 관악산 정상 높이의 70%에 해당하는 등고선과 24 방위의 연장선이 교차하는 지점을 피조망점으로 선정하였다. 이 피조망점 중 4개 이상을 관측할 수 있는 조망권역 내에서 도로, 교차로, 정류장 등과 같이 유동인구에 의해 인구밀집도가 높은 장소 중 두 곳을 본 연구의 가시권 분석을 수행하기 위한 조망점으로 선정하였다.
이 연구들 중 Dean(1997), Maloy and Dean(2001) 및 Lloverta(2003)은 가시권 분석에 활용되는 입력 데이터의 한계점을 지적하였다. 즉, 건축물과 같은 인공 차폐물과 달리 산림은 시간의 흐름에 따라 끊임없이 변하는 동태적 특성을 지니므로 입목의 생장특성을 고려한 가시권 분석이 중요하다고 하고, 이를 위한 가시권분석 체계 개발의 필요성을 제기하였다.

제안 방법

ArcView GIS 3.2를 활용하여 가시권 분석을 수행하고 비가시지역의 수직 깊이와 가시지역의 면적 변화를 비교분석하였다. 먼저 조망점과 피조망점간의 종단면도를 활용하여 시준선(LOS: Line Of Sight)을 기준으로 입목의 수고 적용 전후의 비가시지역 깊이 변화를 분석하였다.
관악산 지역의 DEM은 수치지형도에서 추출한 등고선도를 활용해 TIN을 생성하고 이를 25m×25m의 레스터데이터로 변환하여 구축하고, 지도대수기법으로 시기별 수고레이어를 DEM에 중첩하여 DSM을 구축하였다.
여기서 비가시지역의 깊이는 조망선과 비가시지역 간의 고도차로 산출되었다. 또한 세 개의 조망점에 대해 DSM에 의한 가시권 분석을 수행함으로써 시기별로 가시지역의 면적을 산출하였다. 가시권 분석에서 눈높이는 1.
2를 활용하여 가시권 분석을 수행하고 비가시지역의 수직 깊이와 가시지역의 면적 변화를 비교분석하였다. 먼저 조망점과 피조망점간의 종단면도를 활용하여 시준선(LOS: Line Of Sight)을 기준으로 입목의 수고 적용 전후의 비가시지역 깊이 변화를 분석하였다. 여기서 비가시지역의 깊이는 조망선과 비가시지역 간의 고도차로 산출되었다.
추정된 임상별 평균 수고는 25m×25m의 레스터 데이터로 변환하는 과정을 거쳐 수고레이어로 작성되었다. 본 연구에서는 계획기간을 40년으로 설정하고, 10년 단위의 수고레이어를 구축하였다.
활엽수의 수고레이어 구축에는 신갈나무 수종을 적용하였으며, 혼효림은 신갈나무와 소나무의 평균값을 이용하였다. 시간의 흐름에 따른 수고의 생장은 수치임상도와 산림입지도에서 추출된 수종, 영급 및 지위지수의 함수관계로 나타난 수확표를 활용하여 추정하였다. 즉, 수치임상도의 영급을 10년 단위로 1씩 증가시키면서, 각 수종, 영급 및 지위지수에 매치되는 수확표상의 수고 값을 적용하여 수고의 생장에 따른 수고를 예측하였다.
즉, 수치임상도에서는 임상의 수종 및 경급 정보를, 산림입지도에서는 임분의 지위지수를 그리고 현지 임상의 수고는 수종별 수확표를 활용하여 추출하였다. 활엽수의 수고레이어 구축에는 신갈나무 수종을 적용하였으며, 혼효림은 신갈나무와 소나무의 평균값을 이용하였다.
시간의 흐름에 따른 수고의 생장은 수치임상도와 산림입지도에서 추출된 수종, 영급 및 지위지수의 함수관계로 나타난 수확표를 활용하여 추정하였다. 즉, 수치임상도의 영급을 10년 단위로 1씩 증가시키면서, 각 수종, 영급 및 지위지수에 매치되는 수확표상의 수고 값을 적용하여 수고의 생장에 따른 수고를 예측하였다. 추정된 임상별 평균 수고는 25m×25m의 레스터 데이터로 변환하는 과정을 거쳐 수고레이어로 작성되었다.
즉, 수치임상도에서는 임상의 수종 및 경급 정보를, 산림입지도에서는 임분의 지위지수를 그리고 현지 임상의 수고는 수종별 수확표를 활용하여 추출하였다. 활엽수의 수고레이어 구축에는 신갈나무 수종을 적용하였으며, 혼효림은 신갈나무와 소나무의 평균값을 이용하였다. 시간의 흐름에 따른 수고의 생장은 수치임상도와 산림입지도에서 추출된 수종, 영급 및 지위지수의 함수관계로 나타난 수확표를 활용하여 추정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 그림 1에 보이는 관악산과 그 주변지역을 연구대상지로 선정하였으며, 관악산 산정부를 중심으로 반경 5km이내의 지역에 대하여 가시권 분석을 수행하였다. 관악산 지역은 표 1에서와 같이 Ⅲ, Ⅳ 영급이 전체면적의 97.

이론/모형

가시권 분석에 있어서 입목의 생장특성에 따른 영향을 측정하기 위해 수치표고모델(DEM: Digital elevation model)에 입목의 수고값을 중첩한 수치표면모델(DSM; Degital surface model)을 구축하여 활용하였다.
본 연구에서는 조망점 선정을 위해 Fels(1992)가 제안한 투시도면화기법(Projective mapping)을 적용하였다. 이를 위해 신지훈(1995) 및 최기만 등(1997)의 선행연구를 참조하여 관악산 정상 높이의 70%에 해당하는 등고선과 24 방위의 연장선이 교차하는 지점을 피조망점으로 선정하였다.
연구대상지의 임상 정보를 반영하기 위하여 1:25,000 수치지형도와 함께 제4차 수치임상도(국립산림과학원, 2005), 산림입지도(국립산림과학원, 2003) 및 수종별 수확표(국립산림과학원, 2005)를 활용하였다. 그림 2는 이러한 자료를 토대로 연구대상지의 수고생장을 예측하고, 레이어를 구축하는 과정을 보여준다.
표 4에는 임목의 생장을 고려하지 않은 DEM을 토대로 가시권 분석을 수행한 결과와 분석기간을 40년으로 하여 DSM을 토대로 가시권 분석을 수행한 결과가 비교되어 있다. 이 표에서 DSM의 시기별 임분의 평균수고는 전술한 바와 같이 제4차 수치임상도(국립산림과학원, 2005)와 산림입지도(국립산림과학원, 2003)로부터 각각 수종 및 지위지수를 결정하고, 수종별 수확표(국립산림과학원, 2005)를 적용하여 산출하였다.
본 연구에서는 조망점 선정을 위해 Fels(1992)가 제안한 투시도면화기법(Projective mapping)을 적용하였다. 이를 위해 신지훈(1995) 및 최기만 등(1997)의 선행연구를 참조하여 관악산 정상 높이의 70%에 해당하는 등고선과 24 방위의 연장선이 교차하는 지점을 피조망점으로 선정하였다. 이 피조망점 중 4개 이상을 관측할 수 있는 조망권역 내에서 도로, 교차로, 정류장 등과 같이 유동인구에 의해 인구밀집도가 높은 장소 중 두 곳을 본 연구의 가시권 분석을 수행하기 위한 조망점으로 선정하였다.

성능/효과

본 연구에서는 임분의 수고 혹은 수고생장이 차폐효과에 의해 가시권 분석에 미치는 영향을 분석하였다. 가시권 분석결과 입목을 고려할 경우 가시지역의 면적이 감소하고, 비가시지역의 깊이가 증가하는 결과를 보여주었다. 이것은 임분 혹은 임목의 수고가 조망각을 증가시킴으로써 차폐효과가 나타나기 때문이며, 가시권 분석에 의해 산림경관 구성 요소를 평가할 때 조망 방향에 나타나는 임목 혹은 임분 수고가 매우 중요한 인자가 된다는 것을 의미한다.
따라서 DEM을 토대로 하는 일반적인 가시권 분석보다는 임분의 생장패턴을 고려할 수 있는 DSM을 적용하는 것이 보다 정확하다는 것을 알 수 있다. 특히 산악경관을 다루는 가시권 문제는 환경적 측면과 경제적 측면에 있어 매우 민감한 사항이므로, 입목의 수고와 생장효과를 고려하여 보다 사실적인 가시권 분석을 수행할 필요성이 있다고 판단된다.
한편 보다 정확한 가시권 분석을 하기 위해서는 지표식생에 대한 현장의 임상조사나 사진측량이나 지표면 측량 등의 방법을 적용하는 것이 바람직하지만, 이것은 많은 시간과 비용을 초래하게 된다. 따라서 본 연구에서와 같이 수치임상도나 수치입지도, 수확표 등을 활용하여 DSM을 구축하고 이를 토대로 가시권 분석을 수행하는 것이 효율성 측면에서 매우 유리하다고 볼 수 있다. 대신 향후의 연구에서는 GIS 응용에 의한 가시권 분석의 정확도 및 효용성을 증진하기 위한 실연 연구가 필요할 것으로 판단된다.
8m까지 깊어지고 있어 차폐효과가 매우 커지는 것을 알 수 있다. 또한 지형적 요소 외에 입목 수고를 고려하는 경우 LOS의 조망각이 VP1에서는 25.5%에서 26%로 증가하였으며, VP2에서는 7.1%에서 12.4%로 증가하고 있다. VP2의 경우 입목수고에 의한 차폐효과 및 조망각의 증가폭이 VP1에 비해 상대적으로 높게 나타났는데, 이는 VP1의 경우 조망점으로부터 1,385m 떨어진 지점에 CT가 나타났으나 VP2에서는 VP1에 비해 상대적으로 가까운 거리인 279m 지점에서 CT가 나타났기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구의 결과로부터 입목으로 인해 비가시지역의 깊이와 LOS의 각도가 커지게 되고, 이로 인해 가시지역의 범위가 감소한다는 것을 알 수 있고, 입목의 생장과 함께 이러한 차폐효과는 더욱 커지게 될 것이다. 이와 같이 비가시지역의 깊이(Depth of blind area)를 산출하여 주변 산악경관이 중요한 지역에서 시설물의 고도 제한 기준 혹은 산지전용 기준을 마련하기 위한 주요 지표로 활용할 수 있을 것이다.
이 표에 의하면 관악산 인근 권역에서 24개 피조망점 중 최소 1개부터 최대 8개 까지 관측할 수 있는 권역으로 구분되는 것을 알 수 있다. 이 중 1개의 피조망점을 관측할 수 있는 권역은 총 4,052ha로 가장 많은 면적을 차지하는 반면 최대 8개까지 관측할 수 있는 권역은 29ha에 불과한 것으로 나타났다.

후속연구

따라서 본 연구에서와 같이 수치임상도나 수치입지도, 수확표 등을 활용하여 DSM을 구축하고 이를 토대로 가시권 분석을 수행하는 것이 효율성 측면에서 매우 유리하다고 볼 수 있다. 대신 향후의 연구에서는 GIS 응용에 의한 가시권 분석의 정확도 및 효용성을 증진하기 위한 실연 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구의 결과로부터 입목으로 인해 비가시지역의 깊이와 LOS의 각도가 커지게 되고, 이로 인해 가시지역의 범위가 감소한다는 것을 알 수 있고, 입목의 생장과 함께 이러한 차폐효과는 더욱 커지게 될 것이다. 이와 같이 비가시지역의 깊이(Depth of blind area)를 산출하여 주변 산악경관이 중요한 지역에서 시설물의 고도 제한 기준 혹은 산지전용 기준을 마련하기 위한 주요 지표로 활용할 수 있을 것이다.
따라서 DEM을 토대로 하는 일반적인 가시권 분석보다는 임분의 생장패턴을 고려할 수 있는 DSM을 적용하는 것이 보다 정확하다는 것을 알 수 있다. 특히 산악경관을 다루는 가시권 문제는 환경적 측면과 경제적 측면에 있어 매우 민감한 사항이므로, 입목의 수고와 생장효과를 고려하여 보다 사실적인 가시권 분석을 수행할 필요성이 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가시권분석은 무엇인가?	가시권분석(Viewshed analysis)은 조망점에서 관측되는 가시영역을 분석하는 기법으로 경관저해요소 및 경관영향평가를 위한 지원도구로 활용되고 있다. 특히 1990년대 이후로 GIS 및 공간분석기법이 비약적으로 발전함에 따라 최근에는 GIS 기반의 가시권분석이 보편적으로 활용되고 있다(Maloy and Dean, 2001).
	가시권 분석결과 입목을 고려할 경우, 가시지역의 면적이 감소하고 비가시지역의 깊이가 증가하는 결과가 나온 것이 의미하는 것은?	가시권 분석결과 입목을 고려할 경우 가시지역의 면적이 감소하고, 비가시지역의 깊이가 증가하는 결과를 보여주었다. 이것은 임분 혹은 임목의 수고가 조망각을 증가시킴으로써 차폐효과가 나타나기 때문이며, 가시권 분석에 의해 산림경관 구성 요소를 평가할 때 조망 방향에 나타나는 임목 혹은 임분 수고가 매우 중요한 인자가 된다는 것을 의미한다.
	가시권 분석결과 입목을 고려할 경우, 어떤 결과를 보였는가?	본 연구에서는 임분의 수고 혹은 수고생장이 차폐효과에 의해 가시권 분석에 미치는 영향을 분석하였다. 가시권 분석결과 입목을 고려할 경우 가시지역의 면적이 감소하고, 비가시지역의 깊이가 증가하는 결과를 보여주었다. 이것은 임분 혹은 임목의 수고가 조망각을 증가시킴으로써 차폐효과가 나타나기 때문이며, 가시권 분석에 의해 산림경관 구성 요소를 평가할 때 조망 방향에 나타나는 임목 혹은 임분 수고가 매우 중요한 인자가 된다는 것을 의미한다.

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Maloy, M.A. and D.J. Dean. 2001. An Accuracy Assessment of Various G IS-Based Viewshed Delineation Techniques. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 67(11):1293 - 1298.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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