[논문]탄소배출량 저감을 위한 GIS분석기반의 사토장 선정

박동현; 강인준; 김상석; 한기봉

doi:10.7319/kogsis.2012.20.4.003

탄소배출량 저감을 위한 GIS분석기반의 사토장 선정
The Selection of Spoil-Bank for Reduction of Carbon Emission based on GIS Analysis 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.20 no.4, 2012년, pp.3 - 9

박동현 (부산대학교 공간정보협동과정) , 강인준 (부산대학교 사회환경시스템공학부) , 김상석 (동의과학대학교 산학협력단) , 한기봉 (부산대학교 지형정보협동과정)

초록
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화석연료 사용의 급격한 상승은 연료의 고갈과 막대한 온실가스배출을 초래했다. 특히, 건설 분야는 전체 이산화탄소 배출량의 약 1/4 이상을 차지하는 환경문제의 원천이다. 이에 본 연구에서는 건설 현장의 탄소배출량 감소를 위한 GIS기법의 적용 강화를 목표로 사토장 선정에 네트워크분석기법을 적용하였다. 그 결과 후보지별로 최단거리 및 최소시간에 따라 예상되는 탄소배출량 및 운반단가를 구할 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 사토장을 선정할 경우 소나무 한그루를 심는 것과 비슷한 효과의 탄소배출량을 감소할 수 있을 것이다. 또한, 건설 분야 전반에서 발생하는 탄소배출에 영향을 주는 복합적인 요소들을 고려하여 적용한다면 탄소배출량을 획기적으로 줄일 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The exhaustion of fuel and tremendous greenhouse gas emissions are caused by the sharp increase in the use of fossil fuel. Especially, accounting for over 25% of carbon dioxide emissions, Construction is main environmental problem. So, in this study, we applied network analysis in the selection of spoil-bank to reinforce the GIS to decrease carbon dioxide emissions in construction sites. As a result, we could calculate the expected carbon dioxide emission and transportation cost of the proposed sites by the shortest distance and the least amount of time. We found that if spoil-bank is chosen based on the result, carbon dioxide emissions will be decreased as much as we plant a pine tree. We can also decrease largely by considering and applying complex causes which affect carbon dioxide emissions in construction.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 ArcGIS의 지형분석을 이용하여 사토장 후보지를 선정하고, 네트워크 분석을 이용한 최적루트 선정을 통해 예상운반비 및 탄소배출량을 예측하여 건설 현장에서의 탄소배출량 감소를 위한 사토장 선정 의사결정기법 개발의 기초가 되는 것이다. 그리고 다양한 건설 현장에서의 탄소배출량 제어기법 개발의 기초가 되도록 한다.
본 연구는 수치지도(1:5,000) 및 2010년 2월에 국토해양부에서 공개한 도로자료를 이용한 사토장 후보지 선정 및 네트워크분석을 통한 탄소배출량 및 운반비 예측치를 산정하는 것이다.
본 연구에서는 최단거리와 최소시간으로 나누어 네트워크분석을 하고 그에 따른 탄소배출량의 차이를 확인하고자 하였다. 하지만 현재의 도로이동오염원 탄소배출량 산정식은 단순 주행거리만을 고려하고 있어 실측을 동반한 연구가 필요하다고 판단된다.
본 연구에서는 탄소배출량 및 운반비를 중점적으로 사토장 선정에 관한 연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구의 목적은 ArcGIS의 지형분석을 이용하여 사토장 후보지를 선정하고, 네트워크 분석을 이용한 최적루트 선정을 통해 예상운반비 및 탄소배출량을 예측하여 건설 현장에서의 탄소배출량 감소를 위한 사토장 선정 의사결정기법 개발의 기초가 되는 것이다. 그리고 다양한 건설 현장에서의 탄소배출량 제어기법 개발의 기초가 되도록 한다.

가설 설정

예상 사토량은 1,121,371㎥였다. 1,121,371㎥의 용량은 자연 상태 토양의 부피이므로 토량환산 계수를 적용한다면, 흐트러진 상태(L)와 다져진 상태(C)토양의 토량 변화가 있을 것이다. 토량환산계수를 고려하면 토사, 풍화암등의 발생토가 1,464,108㎥, 유용토가 213,392㎥이 발생하여, 총 사토량은 약 125만㎥가 될 것으로 예상된다(Table 1).

제안 방법

그리고 본 연구에서는 사토장 선정 조건 중 왕복거리와, 사토가능량, 부지보상비, 운반비만을 고려하였으나 배수등급, 이용 후 관리 등 많은 조건들을 적용하여 보다 많은 현장에 대한 비교, 분석이 필요하였다. 또한, 복합적인 조건을 고려한 사토장 입지선정 의사결정시스템 개발을 통해 탄소배출량 저감, 공기단축 및 비용절감 등 토목건설분야에 많은 효과가 예상된다.
본 연구방법은 대상지를 선정하고, 예상되는 사토발생량을 산정한다. 그리고 사토장 후보지를 선정한 후 현황을 조사하고, Arc GIS의 네트워크 분석을 이용하여 후보지까지의 최적루트를 선정 하여 각 루트별로 발생하는 탄소배출량 및 운반비를 예측한다(Figure 1).
소요시간 계산에 사용되는 Output cell size의 값은 10으로 설정하였다(Figure 11). 그리고 소요시간의 경우 운반도로에 따른 평균주행속도(건설공사 표준품셈)를 기준으로 설정 하여 분석하였다(Table3).
다음으로, 지형분석을 하여 사토전량처리가 가능한 지역을 선정하였다. 여기서 사토가능량은 점고법이나 양단면 평균법 등을 이용하여 계산할 수 있는데, 본 연구에서는 구분적분법의 개념으로 DEM을 생성하여 토공량을 산출하였다(Figure 6).
다음으로는 도로레이어를 Grid로 변환하고 속도를 반영하여 최소시간을 분석하는 방법으로 네트워크분석을 실시하였다. 소요시간 계산에 사용되는 Output cell size의 값은 10으로 설정하였다(Figure 11).
먼저 설계서에 명시된 것과 같이 공사지역으로부터 반경10km이내의 지역을 ArcGIS의 버퍼분석을 이용하여 범위를 선정하였다(figure 4).
본 연구방법은 대상지를 선정하고, 예상되는 사토발생량을 산정한다. 그리고 사토장 후보지를 선정한 후 현황을 조사하고, Arc GIS의 네트워크 분석을 이용하여 후보지까지의 최적루트를 선정 하여 각 루트별로 발생하는 탄소배출량 및 운반비를 예측한다(Figure 1).
본 연구에서는 분석지역의 위치정보와 도로망 레이어를 이용하여 두 가지 방법의 네트워크분석을 실시하였다. 모든 도로에 대해서는 미터단위의 도로길이 정보를 주었다.
다음으로, 지형분석을 하여 사토전량처리가 가능한 지역을 선정하였다. 여기서 사토가능량은 점고법이나 양단면 평균법 등을 이용하여 계산할 수 있는데, 본 연구에서는 구분적분법의 개념으로 DEM을 생성하여 토공량을 산출하였다(Figure 6). A후보지의 경우 용적이 1,289,790㎥, B후보지는 1,289,790㎥로 연구지역에서 노선계획에 의해 발생하는 사토량 1,250,000㎥을 전량 처리할 수 있다.
첫째, 3차원 데이터 모델인 TIN과 DEM을 생성하여 GIS의 지형분석을 통해 사토장후보지를 선정할 수 있었다. 건설현장에서 사토장을 선정할 때 좁은 지역이 아니라면 인근의 사토가능지를 파악하기는 매우 어렵다.

대상 데이터

본 연구의 연구지역은 현재 복선전철 공사가 진행 중인 지역이다(Figure 3).
일반적으로 도로이동오염원 배출량은 다음의 식으로 계산한다(Cheon, Sung Moon, 2010). 여기서 배출계수는 2007년 국립환경과학원에서 발표한 차종별 배출계수에서 대형 화물의 CO₂배출계수인 1,388 g/km를 이용하였다.
연구지역은 노선계획에 의해 사토가 발생하며, 터널버력 및 땅깎기에 의해 발생하는 토량의 원활한 처리가 필요한 지역이다. 예상 사토량은 1,121,371㎥였다.
연구지역은 노선계획에 의해 사토가 발생하며, 터널버력 및 땅깎기에 의해 발생하는 토량의 원활한 처리가 필요한 지역이다. 예상 사토량은 1,121,371㎥였다. 1,121,371㎥의 용량은 자연 상태 토양의 부피이므로 토량환산 계수를 적용한다면, 흐트러진 상태(L)와 다져진 상태(C)토양의 토량 변화가 있을 것이다.

성능/효과

6km로 예상되는 탄소배출량은 약 18,599g, 18,877g으로 예상되었다. B지역의 왕복거리 15.3km, 15.5km로 약 21,236g과 21,514g의 탄소배출량을 배출할 것으로 예상되었다.
사토장을 선정하였더라도 발생하는 사토량의 충분한 처리가 안 될 경우 새로운 사토장을 찾아야하며, 공기가 지연된다. 그러나 GIS의 지형분석을 이용한다면 짧은 시간에 후보지를 선정할 수 있으며, 문제가 발생할 경우에도 즉각적으로 대응할 수 있다는 장점이 있었다.
둘째, 네트워크분석 결과 A지역은 최단거리, 최소시간 각각의 왕복거리가 13.4km, 13.6km로 예상되는 탄소배출량은 약 18,599g, 18,877g으로 예상되었다. B지역의 왕복거리 15.
분석결과 A지역의 경우 왕복거리는 13.6km, 운반비 단가는 12,900원으로 산출되었다. 전량의 사토를 운반할 때 드는 총운반비는 16,125(십만원)이 예측된다.
셋째, A지역을 사토장으로 선정할 경우 B지역에 비해 운반거리가 짧아 탄소배출량을 약 2,637g 감소시킬 수 있을 것으로 나타났다. 이 정도의 탄소배출량을 감소시키는 것은 소나무 한그루를 심는 것과 비슷한 효과라고 할 수 있다.

후속연구

이 정도의 탄소배출량을 감소시키는 것은 소나무 한그루를 심는 것과 비슷한 효과라고 할 수 있다. 또한 복합적인 요소들을 고려하여 사토장 입지선정에 대한 의사결정시스템을 개발한다면 건설분야에서의 탄소배출량을 줄일 수 있을 것이다.
앞으로는 건설현장의 장비별 사용과 이동에 따른 탄소배출량의 실측치와 예측치의 비교를 통해 건설장비별 탄소배출량 산정식을 만들고 탄소배출량 감소방안을 제시하고자 한다. 또한, 사토장 선정뿐 아니라 건설현장 전반의 탄소배출량 산정 및 제어를 위해 GIS기법을 적용하여 다양한 공간분석 활용을 위한 지속적인 연구를 수행할 것이다.
앞으로는 건설현장의 장비별 사용과 이동에 따른 탄소배출량의 실측치와 예측치의 비교를 통해 건설장비별 탄소배출량 산정식을 만들고 탄소배출량 감소방안을 제시하고자 한다. 또한, 사토장 선정뿐 아니라 건설현장 전반의 탄소배출량 산정 및 제어를 위해 GIS기법을 적용하여 다양한 공간분석 활용을 위한 지속적인 연구를 수행할 것이다.
본 연구에서는 최단거리와 최소시간으로 나누어 네트워크분석을 하고 그에 따른 탄소배출량의 차이를 확인하고자 하였다. 하지만 현재의 도로이동오염원 탄소배출량 산정식은 단순 주행거리만을 고려하고 있어 실측을 동반한 연구가 필요하다고 판단된다. 현재, 탄소배출계수의 경우 차종에 따라 분류되어 있지만 주행거리만을 고려하여 탄소배출을 예측한다는 문제점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	네트워크 분석이란?	네트워크 분석이란 서로 연관된 일련의 선형 형상물, 예를 들면 고속도로, 철도, 도로와 같은 교통망이나 하천 및 전기, 전화, 상‧하수도 등과 같은 관망의 연결성과 경로를 분석하는 것이다. 네트워크로 표현되는 대부분의 사회적 기반시설들은 사람들의 이동, 재화와 서비스의 운송과 공급, 자원과 에너지의 공급, 정보통신의 흐름이 이루어지는 매우 중요한 도시의 하부구조이다(Lee Hui Yeon, 2011).
	사토장이란?	사토장은 토공작업에서 절토를 하였을 때 발생되는 토양에서 성토를 하고 남은 토양이나 자갈을 많이 포함하고 있는 사력토, 그 밖에 점질토, Silt 같은 불량토양을 사토라고 하는데, 이 같은 사토를 처리하는 곳을 사토장이라고 한다(Bae, Hwan Seong et al, 2006).
	네트워크 분석을 다섯가지로 유형화하면?	네트워크 분석은 크게 다섯가지로 유형화할 수 있다. 첫째, 최단 경로나 최소 비용 경로를 찾는 경로탐색기능, 둘째, 시설물을 적정한 위치에 할당하는 배분기능, 네트워크상에서 연결성을 추적하는 추적기능, 지역 간의 공간적 상호작용, 그리고 수요에 맞추어 가장 효율적으로 재화나 서비스 시설을 입지시키는 입지-배분기능으로 구분해 볼 수 있다(Figure 2).

참고문헌 (12)

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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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