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문제 정의
- 본 연구에서는 토석류 발생 후의 지형변화를 평가하기 위해, 지상라이다를 이용하여 정밀 측량을 실시하였다. 2009년 제천지역 토석류 발생 지역 중 복구공사가 진행되지 않은 현장을 대상으로 하였다.
제안 방법
- 라이다 스캐닝에 의한 지형변화 평가에 대한 효용성을 평가하기 위해 상류부인 (1)에서 (5)까지 하류에 걸친 구간에서 종래의 수치지도에서의 단면과 본 연구에서 얻어진 스캐닝 결과를 비교함에 따라 각 구간에서의 지형변화를 관찰하였다.
- 본 연구에서는 피해 발생 전인 2007년에 제작, 배포된 1:5000 수치지도를 이용하여 토석류 피해지역의 수치고도모형(DEM; Digital Elevation Model)을 만들고 이를 발생 전 지형으로 가정하고 발생 후 지상 라이다를 이용하여 획득한 자료와 비교하여 지형변화를 평가하였다.
- 실제 연구지역 스캐닝에 앞서 연구지역이 삼각점으로 구성된 망 내부에 포함되도록 3점 이상 측량을 실시한다. 이 후 GPS의 정확도를 높이기 위해 지역좌표계 보정을 실시한 후 토석류 발생지역에서의 스캐닝을 실시한다. 이 때 디지털 카메라를 이용하여 영상자료를 획득하고 동시에 스캐너를 이용하여 거리와 각도를 가지는 포인트 데이터를 얻게 되며 동시에 GPS 자료도 저장된다.
- 이렇게 생성된 자료는 매우 넓은 범위에 걸쳐 있으나 실제 연구지역에 필요한 부분만 포함되도록 추출할 필요가 있다. 이 후 인공구조물, 수목, 노이즈 등을 제거하기 위하여 필터링을 실시한다. 측정정보에 대한 잡음의 제거 방법은 수작업으로 일일이 대조하여 지면점 외의 수목이나 인공구조물을 제거하는 방법, 반사율에 의한 제거 방법, 각종 필터(Elevation Threshold Expanding Window, Maximum Local Slope, Morphological 등)를 활용한 방법 등 다양한 방법이 있으며 본 연구에서는 획득한 원시 자료를 이용하여 격자화(Grid)된 지면정보를 생성하고 이를 기준으로 버퍼링하는 노이즈제거방법을 사용하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 토석류 발생 후의 지형변화를 평가하기 위해, 지상라이다를 이용하여 정밀 측량을 실시하였다. 2009년 제천지역 토석류 발생 지역 중 복구공사가 진행되지 않은 현장을 대상으로 하였다. 이렇게 조사된 자료는 이후 토석류의 발생, 이동, 퇴적의 과정을 모사하는 모델링 연구에 활용될 것으로 기대된다.
- 2009년 7월 14일 제천시 일대를 지나간 최대시강우량 64mm/hr(제천시 봉양읍)의 집중호우로 인해 제천시 일대에 다수의 토석류 피해가 발생하였다. 다수의 피해지 가운데 인명이나 재산상의 피해가 적어 피해복구가 늦추어진 현장을 조사하기 위하여 제천시 봉양읍 공전리 일대 토석류 발생지역을 연구지역으로 결정하였다. 이 유역에 대한 DEM과 유역의 특징을 그림 1과 표 1에 나타내었다.
- 연구지역은 충북 제천시 봉양읍 공전리 일대이며, 북동-남서 방향의 능선이 주로 발달한 산지이며 계곡부의 길이는 2,030m 로 동-서 방향으로 주계곡이 발달하였다. 유역의 면적은 약 1.
- 본 연구에서는 피해 발생 전인 2007년에 제작, 배포된 1:5000 수치지도를 이용하여 토석류 피해지역의 수치고도모형(DEM; Digital Elevation Model)을 만들고 이를 발생 전 지형으로 가정하고 발생 후 지상 라이다를 이용하여 획득한 자료와 비교하여 지형변화를 평가하였다.연구지역의 항공사진은 2007년 11월에서 2008년 9월사이에 촬영된 Daum 스카이뷰를 이용하였다.
- 토석류 발생에 미치는 강우의 영향은 매우 큰 것으로 알려져 있으며 해당 지역에서의 강우특성을 살펴보는 것은 토석류 발생을 예보하고 대비하는데 큰 의미가 있다. 연구지역인 제천시내에는 6곳의 기상관측소가 있으며, 그중 연구지역인 공전리에 인접한 관측소로는 백운관측소와 제천관측소가 있다. 이 두 관측소에서 얻어진 강우자료를 그림 2에 나타내었다.
이론/모형
- 이 후 인공구조물, 수목, 노이즈 등을 제거하기 위하여 필터링을 실시한다. 측정정보에 대한 잡음의 제거 방법은 수작업으로 일일이 대조하여 지면점 외의 수목이나 인공구조물을 제거하는 방법, 반사율에 의한 제거 방법, 각종 필터(Elevation Threshold Expanding Window, Maximum Local Slope, Morphological 등)를 활용한 방법 등 다양한 방법이 있으며 본 연구에서는 획득한 원시 자료를 이용하여 격자화(Grid)된 지면정보를 생성하고 이를 기준으로 버퍼링하는 노이즈제거방법을 사용하였다.
성능/효과
- 토석류 발생지역에서 지상라이다를 이용하여 토석류 발생에 따른 지형의 변화를 평가하는 것은 정확도의 측면에서 매우 유효하다고 판단되었다. 변화량 평가과정에서 스캐닝 자료와 수치지도의 중첩과정에서 연구대상지에 대한 추출과정에 따라서 변화량 평가에 큰 영향을 줌을 알 수 있었다. 토석류 발생에 의한 침식, 퇴적량은 각각 17,586㎥, 7,520㎥으로 평가되었다.
- 본 연구에서 제안된 지상라이다의 측량방법을 이용하여 현장에서 토석류 발생에 따른 지형변화와 침식/퇴적량 측정을 통해서 정확한 평가가 가능하다고 판단되었으며, 보다 정확한 변화량 계산을 위해서는 라이다 측정시 경계조건의 적용이 중요하다고 판단되었다. 이러한 기법을 적용하여 현장자료를 구축함에 따라 향후 토석류 모델개발에 필요한 자료로서 적용이 가능하다고 기대된다.
- 유역의 면적은 약 1.22km2 정도이며, 유역의 해발고도는 최저 275m, 최고 680m, 평균 464m 이며, 조사된 토석류 발생 지역의 길이는 2km 정도이며 이 지역에서의 평균 경사는 약 12도로 나타났다.
- 클리핑을 통한 대상지역 설정이 없는 경우 침식량은 24,150㎥, 퇴적량은 14,296㎥이었으나 수치지도와 스캐닝에 의한 포인트자료와의 보간시 발생되는 오차를 고려하기 위한 클리핑을 적용시 침식량은 17,586㎥, 퇴적량은 7,520㎥로서 침식체적과 퇴적체적이 모두 6,500~6,700㎥ 정도 감소함을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 클리핑작업이 없으면 실제 변화량보다 상당 수준 변화량이 과다평가 될 수 있음을 알 수 있었다.
- 지점 (5)의 하류의 완경사지에서 최대 2m의 퇴적이 크게 일어난 지점으로 나타났으며, 현장의 사진에서도 이를 확인할 수 있으며, 특히 기존의 수로부분에서 큰 퇴적이 일어났음을 알 수 있었다. 이러한 스캐닝을 통한 지형변화와 실제 현장에서의 확인을 통해 토석류 발생에 의한 지형변화를 분석하는데, 지상라이다의 적용은 매우 유효함을 알 수 있었다.
- 실제 동일 지점에서의 사진을 통해 침식부분을 확인 할 수 있다. 지점 (2)는 침식과 퇴적이 동시에 일어난 중류부로써, 스캐닝 결과에서 B점 부근에서는 경사지에서의 침식이 발생하였고 A점 부근 흐름의 본류에서는 퇴적이 일어난 것으로 나타났으며, 실제 지형과 비교했을 때 일치함을 알 수 있었다. 지점 (3)도 유사하게 침식과 퇴적이 동시에 일어나고 있다.
- 지점 (4)에서는 수로를 따라 침식이 크게 일어난 것을 알 수 있으며 현장 사진을 통해 이를 확인할 수 있었다. 지점 (5)의 하류의 완경사지에서 최대 2m의 퇴적이 크게 일어난 지점으로 나타났으며, 현장의 사진에서도 이를 확인할 수 있으며, 특히 기존의 수로부분에서 큰 퇴적이 일어났음을 알 수 있었다. 이러한 스캐닝을 통한 지형변화와 실제 현장에서의 확인을 통해 토석류 발생에 의한 지형변화를 분석하는데, 지상라이다의 적용은 매우 유효함을 알 수 있었다.
- 변화량 평가과정에서 스캐닝 자료와 수치지도의 중첩과정에서 연구대상지에 대한 추출과정에 따라서 변화량 평가에 큰 영향을 줌을 알 수 있었다. 토석류 발생에 의한 침식, 퇴적량은 각각 17,586㎥, 7,520㎥으로 평가되었다. 이러한 고해상도 지상라이다시스템을 이용하여 지형변화 관측을 통해 장래 토석류 모델 개발 연구에 기여할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 토석류 발생지역에서 지상라이다를 이용하여 토석류 발생에 따른 지형의 변화를 평가하는 것은 정확도의 측면에서 매우 유효하다고 판단되었다. 변화량 평가과정에서 스캐닝 자료와 수치지도의 중첩과정에서 연구대상지에 대한 추출과정에 따라서 변화량 평가에 큰 영향을 줌을 알 수 있었다.
후속연구
- 토석류 발생에 의한 침식, 퇴적량은 각각 17,586㎥, 7,520㎥으로 평가되었다. 이러한 고해상도 지상라이다시스템을 이용하여 지형변화 관측을 통해 장래 토석류 모델 개발 연구에 기여할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서 제안된 지상라이다의 측량방법을 이용하여 현장에서 토석류 발생에 따른 지형변화와 침식/퇴적량 측정을 통해서 정확한 평가가 가능하다고 판단되었으며, 보다 정확한 변화량 계산을 위해서는 라이다 측정시 경계조건의 적용이 중요하다고 판단되었다. 이러한 기법을 적용하여 현장자료를 구축함에 따라 향후 토석류 모델개발에 필요한 자료로서 적용이 가능하다고 기대된다.
- 이러한 연구와 더불어 토석류 발생 시 일어나는 지형변화에 대한 현장자료가 구축된다면 토석류예측모델의 개발에 큰 도움을 줄 수 있으며 그에 따라 구체적인 대책수립에도 기여할 수 있다.
- 2009년 제천지역 토석류 발생 지역 중 복구공사가 진행되지 않은 현장을 대상으로 하였다. 이렇게 조사된 자료는 이후 토석류의 발생, 이동, 퇴적의 과정을 모사하는 모델링 연구에 활용될 것으로 기대된다.
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