[논문]지형공간정보를 활용한 수치영상기반의 다목적 재해정보지도 구축

윤희천; 민관식; 김민규

doi:10.11108/kagis.2010.13.3.091

지형공간정보를 활용한 수치영상기반의 다목적 재해정보지도 구축
Construction of Multi-purpose Hazard Information Map Based on Digital Image Using Geospatial Information 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.13 no.3, 2010년, pp.91 - 101

윤희천 (충남대학교 토목공학과) , 민관식 (고원항공정보 GIS연구소) , 김민규 (충남대학교 토목공학과)

초록
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전세계적으로 지구온난화에 따른 기상이변으로 자연재해의 발생빈도가 증가하고 있는 가운데 최근 한반도에서는 게릴라성 집중호우 및 태풍에 의한 대규모 홍수 및 산사태로 인하여 많은 피해가 발생하였다. 해마다 반복되는 이들 자연재해에 대해 예방 대비 및 대응을 위해서는 기존의 재해정보에 대한 체계적 관리 및 고도화와 함께 재해관리 전반의 개선이 요구되고 있다. 본 연구에서는 자연재해에 대한 지역별 특성을 고려한 재해관리 및 대응기능 강화와 재해 현장에 필요한 정보를 효과적으로 제공하기 위한 방안으로 수치영상 기반의 다목적 재해정보지도를 구축 하였다. 최신의 지형공간정보와 재해속성정보의 융합을 통해 구축된 새로운 개념의 다목적 재해정보지도는 피해현황 및 상황의 가독성을 높여 피난활용 및 신속한 의사결정지원 등에 활용할 수 있어 향후, 재해정보관 리시스템 및 피해조사시스템 개발시 유용한 정보로 사용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

As global warming has caused the number of abnormal changes in climate to increase throughout the world, much damage has occurred recently in Korean Peninsula which results from unexpected heavy rains, landslides, and floods from typhoons. To prevent and cope with these annually repeated natural hazards, the overall improvements are needed, including systematic management of the existing natural hazard information and improvement of hazard information. In this study, multi-purpose hazard information map based on digital image was constructed as an effective way to enhance hazard management considering regional characteristics and hazard response capabilities in the field. Multi-purpose hazard information map with a new concept by fusion of geospatial information and hazard attribute information is able to support quick decision for hazard management making and development of hazard information system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 중앙정부 및 지자체에서 보유하고 있는 수치영상 등의 지형공간정보를 바탕으로 재해속성 데이터를 융합시켜 새로운 개념의 다목적 재해정보지도를 구축하고자 한 것으로 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 새로운 다목적 재해정보지도의 구축을 위해 전라북도 장수군에서 보유하고 있는 기존의 축척 1:5,000 수치지형도 및 수치영상을 활용하여 범람해석에서 확인된 돌발 홍수예상지역을 표기하여 다목적 재해정보지도를 유형별로 구축하여 보았다.
본 연구에서는 자연재해 및 재난에 대해 과학적인 방재 대책의 일환으로 수치지형도와 중앙정부 및 지자체에서 보유하고 있는 수치영상 등의 지형공간정보에 재해속성 데이터를 융합시켜 새로운 개념의 다목적 재해정보지도(MHIM : multipurpose hazard information map)를 구현하고자 한다. 새로운 다목적 재해정보지도에는 재해관련 당사자들이 편리하게 사용할 수 있는 재해관련 항목들을 포함하고 있어 향후, 재해정보관리시스템 및 피해조사시스템(damage survey system) 개발 시 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 재해현장 상황과 피해규모를 신속하고 종합적으로 파악하기 위해 공간정보인 수치영상과 재해속성의 융합을 통해 새로운 형태의 다목적 재해정보지도를 제작하였다. 이를 통해 사실성이 부족한 기존의 수치지형도를 이용한 정보제공의 한계를 극복하고, 재난 발생 시 현장상황 파악 및 피해규모 산정에 필요한 고도화 기반데이터를 구축하였다.

제안 방법

다목적 재해정보지도의 작성을 위해 침수예상조건, 대피계획수립 범위 및 도면작성 범위를 설정하였다. 침수예상조건의 설정은 침수흔적도 및 침수예상도를 기준으로 설정하며, 대피계획 범위 설정은 침수예상조건에 따라 대피계획을 수립하는 범위를 결정하였다.
데이터의 융합을 위해 우선 오스트리아 Vexel사에서 2003년 5월에 출시한 대축척 프레임 카메라인 UltraCamD 카메라를 이용해 획득한 장수군 모자이크 영상을Leica- Geosystems GIS & Mapping Division의 수치영상 및 위성 영상 소프트웨어인 ERDAS IMAGINE 9.1을 사용하여 연구대상지역인 계북면 일원의 행정구역으로 마스킹하여 수치영상을 구축하였다.
침수예상조건의 설정은 침수흔적도 및 침수예상도를 기준으로 설정하며, 대피계획 범위 설정은 침수예상조건에 따라 대피계획을 수립하는 범위를 결정하였다. 또한, 지도작성 범위 설정은 침수조건 및 대피계획 수립 내용에 따라 범위 및 축척 등을 정하였다. 데이터의 융합을 위해 우선 오스트리아 Vexel사에서 2003년 5월에 출시한 대축척 프레임 카메라인 UltraCamD 카메라를 이용해 획득한 장수군 모자이크 영상을Leica- Geosystems GIS & Mapping Division의 수치영상 및 위성 영상 소프트웨어인 ERDAS IMAGINE 9.
또한, 하천의 상류경계조건으로는 수문해석을 통해 계산된 빈도별 홍수수문곡선을 사용하였다. 상류단에 유량경계조건이 주어질 경우 하류경계조건으로 수위-유량곡선 또는 수위수문곡선이 주어질 필요가 있다.
본 연구에서는 각 하천별 합류지점을 산정지점으로 하여 각 지점별 유역면적, 유로연장, 유역 평균폭 및 형상인자를 구하였으며, 그 결과는 표 5와 같다.
새로운 다목적 재해정보지도의 구축을 위해 기존의 축척 1/5,000 수치지형도 및 수치영상을 활용하여 범람해석에서 확인된 돌발 홍수예상지역을 표기하여 다목적 재해정보지도를 구축하였다. 그림 9에 다목적 재해정보지도 생성 프로토타입을 나타내었다.
연구를 통해 수치지형도를 이용한 재해정보지도, 수치영상을 이용한 재해정보지도 및 수치영상과 등고선 융합 기준에 의한 새로운 재해정보지도를 구축하였으며, 각 유형별 결과분석을 수행하였다.
본 연구에서는 재해현장 상황과 피해규모를 신속하고 종합적으로 파악하기 위해 공간정보인 수치영상과 재해속성의 융합을 통해 새로운 형태의 다목적 재해정보지도를 제작하였다. 이를 통해 사실성이 부족한 기존의 수치지형도를 이용한 정보제공의 한계를 극복하고, 재난 발생 시 현장상황 파악 및 피해규모 산정에 필요한 고도화 기반데이터를 구축하였다.
다목적 재해정보지도의 작성을 위해 침수예상조건, 대피계획수립 범위 및 도면작성 범위를 설정하였다. 침수예상조건의 설정은 침수흔적도 및 침수예상도를 기준으로 설정하며, 대피계획 범위 설정은 침수예상조건에 따라 대피계획을 수립하는 범위를 결정하였다. 또한, 지도작성 범위 설정은 침수조건 및 대피계획 수립 내용에 따라 범위 및 축척 등을 정하였다.
본 연구에서는 기본도로 대상지역 수치지형도(축척 1/5,000) 및 도로정보, 공공시설 등의 정보를 활용하였다. 침수정보는 침수흔적정보, 침수예상정보를 활용하고, 대피정보는 대피가 필요한 지역, 대피인구, 대피장소 및 대피시설 정보 등을 이용하였다. 표 11은 다목적 재해정보지도 표준기재항목으로 소방방재청 “재해지도 작성기준 등에 관한 지침”(2006)을 바탕으로 나타내었다.
3. 평균표고 및 평균경사

평균표고 및 평균경사는 유역의 지표면 및 입체적 특성을 나타내는 것으로 홍수유출 및 토사의 침식 등과 관계가 있는 인자로서 유역 평균표고는 수치표고모형의 각 셀에 해당하는 표고값을 산술평균하여 계산하였다. 표 7은 하천유역의 평균표고 및 평균경사이다.
하류의 수위곡선 계산을 위하여 제내지의 조도계수 산정은 과거 침수실적 자료를 사용하여 조도계수를 산정하여야 하나, 본 대상지역에서는 제내지의 각 토지이용상태를 구분하여 건설교통부 홍수지도 제작지침(2001)의 범람모형 매개변수 산정절차에 의거 농지의 경우는 0.06, 도로의 경우는 0.047, 그 이외의 경우는 0.05의 값을 사용하여 제내지의 조도계수를 산정하였다. 그림 7에 범람해석 지역 및 범람해석 결과를 나타내었다.

대상 데이터

구축된 수치영상을 바탕으로 범람해석 지역인 계북면 농소리 주변을 2차 마스킹하여 재해 정보지도 구축을 위한 수치영상 데이터를 확보하였다.
대상 하천에서의 하상경사산정지점은 각 하천의 합류지점을 고려하여 계북천은 K1~K6 지점을 선정하였으며, 백암천은 계북천과의 합류지점인 K2 지점 외에 B1~B2 지점을 선정하였다. 연동천은 계북천과의 합류지점인 K5 지점 외에 Y1~Y3 지점을 선정 전 구간에서 총 12 지점을 선정하여 하상 경사를 산출하였다.
대상지인 장수군 계북면 주변의 기후는 내륙 분지가 많은 남부내륙형 기후구에 속하며 연평균기온은 12∼13℃, 연평균강수량은 1,300mm 내외로 겨울에 눈이 많고, 여름에는 집중호우가 빈번하여 하천범람 및 산사태가 발생하는 경향이 있어 재해정보지도 제작을 위한 대상지로 선정하였다.
범람해석을 위해서는 대상지역에 대한 삼각망을 구성해야하며 이를 위해 축척 1/5,000 수치지형도와 하천 평면도 및 종·횡단 측량자료를 이용하였다.
본 연구에서는 기본도로 대상지역 수치지형도(축척 1/5,000) 및 도로정보, 공공시설 등의 정보를 활용하였다. 침수정보는 침수흔적정보, 침수예상정보를 활용하고, 대피정보는 대피가 필요한 지역, 대피인구, 대피장소 및 대피시설 정보 등을 이용하였다.
연구 대상지역인 전라북도 장수군 계북면 일원은 경도 127°35′~127°42′, 북위 35°45′~35°49′에 위치하고 있는 전형적인 산악지형으로 기반암은 화강암질 편마암으로 이루어져 있으며 면적은 91.12㎢이다.
연구대상지인 계북면에 위치한 하천으로는 계북천, 백암천 및 연동천이 있으며, 이들 하천은 동북쪽의 남덕유산(1,507m)에서 발원하여 서쪽으로 흘러서 장수군 천천면을 거쳐 금강(지방2급)으로 유입하며, 유역 형상은 대체적으로 수지상(dendritic)이지만 홍수기 시 중앙 집중 형태의 양상을 갖는 지역이다. 그림 2에 대상지역의 하천 수계도를 나타내었다.
대상 하천에서의 하상경사산정지점은 각 하천의 합류지점을 고려하여 계북천은 K1~K6 지점을 선정하였으며, 백암천은 계북천과의 합류지점인 K2 지점 외에 B1~B2 지점을 선정하였다. 연동천은 계북천과의 합류지점인 K5 지점 외에 Y1~Y3 지점을 선정 전 구간에서 총 12 지점을 선정하여 하상 경사를 산출하였다. 그림 6은 각 하상경사 산정지점을, 표 10은 각 지점의 하상경사 및 현하폭을 나타낸다.

이론/모형

이 방법은 삼각망의 밀도 및 각도 조절이 용이한 장점이 있다. 본 연구에서는 Triangle 방법을 이용하여 삼각망을 생성하였으며 삼각형 요소별로 IDW 기법을 이용하여 고도를 보간하였다.
범람해석을 위해서는 대상지역에 대한 삼각망을 구성해야하며 이를 위해 축척 1/5,000 수치지형도와 하천 평면도 및 종·횡단 측량자료를 이용하였다. 이들 지형자료에 의한 불규칙 삼각망의 구성은 U.C. Berkeley의 Jonathan Richard Shewchuk에 의해 개발된 Triangle 방법을 사용하였다. 이 방법은 삼각망의 밀도 및 각도 조절이 용이한 장점이 있다.
지형에 따라 변하는 강우, 증발, 식생 및 수문사상 등에 영향을 미치는 표고는 수치표고모형을 이용하여 산정하였다. 표 6에 계북천, 백암천 및 연동천 합류지점에서의 경사별 누가면적 분포를 나타내었다.

성능/효과

산림지역과 농경지(전, 답 및 과수원) 등으로 이루어진 대상지역은, 전체적으로 산지에서는 비교적 급격한 경사를 농경지 구간에서는 완만한 경사를 이루고 있다. 계북천 유역의 토지이용현황은 총 유역면적 42.43㎢중 임야 31.70㎢(74.71%), 농경지 8.91㎢(21.0%), 대지 0.93㎢(2.19%), 기타 0.64㎢(1.51%)를 점유하고 있는 것으로 나타났으며, 백암천 유역의 토지이용현황은 총 유역면적 10.97㎢중 임야 8.51㎢(77.57%), 농경지 2.15㎢(19.60%), 대지 0.11㎢(1.00%), 기타 0.14㎢(1.28%)를 점유하고 있는 것으로 나타났다.
대상지역 하천 유역의 행정구역 현황은 전라북도 장수군 계북면 7개리, 장계면 3개리, 천천면 오봉리 및 진안군 동향면 신성리로 형성되어 있으며 계북천 유역의 65.64%를 차지하는 장수군 계북면(27.85㎢)에는 397세대 1,007인이 거주하고 있는 것으로 나타났다. 표 2는 대상지의 행정구역별 세대수 및 인구현황이다.
연동천 유역의 토지이용현황은 총 유역면적 7.33㎢ 중 임야 5.09㎢(69.4%), 농경지 2.02㎢(27.56%), 대지 0.08㎢(1.09%), 기타 0.11㎢(1.50%)를 점유하고 있는 것으로 나타났으며, 산지의 이용현황이 두드러진 하천임을 알 수 있다. 표 9는 각 하천 주변을 포함한 대상 지역의 토지이용현황을 나타낸다.
첫째, 현장감이 부족한 기존의 지리정보인 지형도에 의한 재해정보지도의 한계를 극복하기위하여 재해정보지도에 수치영상을 도입함으로써 사용자 위주의 재해정보지도를 구현할 수 있었다.

후속연구

둘째, 수치영상과 지형도의 융합을 통해 만들어진 다목적 재해정보지도는 기존의 재해속성정보를 포함한 재해정보는 물론 피난자료 및 방재교육의 자료로 활용이 가능할 것이다.
본 연구에서는 자연재해 및 재난에 대해 과학적인 방재 대책의 일환으로 수치지형도와 중앙정부 및 지자체에서 보유하고 있는 수치영상 등의 지형공간정보에 재해속성 데이터를 융합시켜 새로운 개념의 다목적 재해정보지도(MHIM : multipurpose hazard information map)를 구현하고자 한다. 새로운 다목적 재해정보지도에는 재해관련 당사자들이 편리하게 사용할 수 있는 재해관련 항목들을 포함하고 있어 향후, 재해정보관리시스템 및 피해조사시스템(damage survey system) 개발 시 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.
셋째, 향후 다목적 재해정보지도를 활용한 피해조사시스템의 구축을 통해 재해 피해조사의 객관성을 유지하고 행정절차의 간소화를 이룰 수 있을 것이며 신속한 복구계획 및 재해관련 의사결정에 도움이 될 것으로 기대된다.
수치영상을 이용한 재해정보지도는 지형에 대한 이해도를 증진시킬 수 있어 방재교육 및 재난 시 피난용으로의 활용 가능성이 있으나 지형에 대한 입체적 정보가 없고 평면적인 이미지에 한정 되어 지형에 대한 입체적 정보의 보완이 필요하다. 이에 수치영상에 등고선 및 수치지형도의 속성정보를 융합한 지도를 다목적 재해정보지도로 사용하여 방재교육, 피난활용 및 방재정보 형으로 활용하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 표 12에 각 유형별 재해정보지도의 분석 결과를 정리하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	행정적 활용에 머무르고 있고 전문 지식이 없는 일반인이 활용하기에는 부족한 점에 대응하여, 어떤 새로운 유형의 재해지도가 필요한가?	이에 국가 및 지방자치단체를 중심으로 각종 재해지도를 작성하고 있으나 아쉽게도 행정적 활용에 머무르고 있고, 재해지도에 대한 전문 지식이 없는 일반인이 활용하기에는 부족한 면이 있다. 재해지도는 재해관련 당사자의 입장에서 누구나 보기 쉽고 이해하기 쉬워야함으로 도식에 의한 지도 형식의 재해지도 보다는 시각적으로 재해지역 정보를 쉽게 인지할 수 있는 새로운 유형의 재해지도가 필요하다.
	본 연구에서 기존의 축척 1:5,000 수치지형도 및 수치영상을 활용하여 범람해석에서 확인된 돌발 홍수예상지역을 표기하여 다목적 재해정보지도를 유형별로 구축하여 분석한 결과는?	수치지형도를 이용한 재해정보지도의 경우, 지도 도식에 대한 이해가 부족한 일반 사용자에게는 한계가 있을 것으로 생각된다. 수치영상을 이용한 재해정보지도는 지형에 대한 이해도를 증진시킬 수 있어 방재교육 및 재난 시 피난용으로의 활용 가능성이 있으나 지형에 대한 입체적 정보가 없고 평면적인 이미지에 한정 되어 지형에 대한 입체적 정보의 보완이 필요하다. 이에 수치영상에 등고선 및 수치지형도의 속성정보를 융합한 지도를 다목적 재해정보지도로 사용하여 방재교육, 피난활용 및 방재정보 형으로 활용하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 표 12에 각 유형별 재해정보지도의 분석 결과를 정리하였다.
	국가 및 지방자치단체를 중심으로 작성된 각종 재해지도의 한계점은?	이에 국가 및 지방자치단체를 중심으로 각종 재해지도를 작성하고 있으나 아쉽게도 행정적 활용에 머무르고 있고, 재해지도에 대한 전문 지식이 없는 일반인이 활용하기에는 부족한 면이 있다. 재해지도는 재해관련 당사자의 입장에서 누구나 보기 쉽고 이해하기 쉬워야함으로 도식에 의한 지도 형식의 재해지도 보다는 시각적으로 재해지역 정보를 쉽게 인지할 수 있는 새로운 유형의 재해지도가 필요하다.

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원문보기 상세보기
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저자의 다른 논문 :

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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