본 연구는 낙동강 하구 일대 습지의 생태계 특성과 변화를 파악하기 위해 습지목록을 제작하였다. 목록의 기초자료로 Landsat TM(1986년 4월 1일, 1987년 6월 23일, 1997년 6월 18일), Kompsat-2 (2008년 1월 12일) 인공위성 이미지, 항공 LiDAR (2009년 3월 1일) 자료와, 부산시에서 조사한 생물 모니터링 자료를 바탕으로 DB를 구축하였다. 습지목록의 활용방안으로, 시계열별 습지분류도 제작 및 시공간 분석, 경관 패턴 분석, 저서생물 분포 특성 등을 파악해 습지 생태계 관리에 도움이 되도록 하였으며 특히 3차원으로 제작된 습지지도는 습지의 경계설정과 습지의 동적 특성분석에 도움을 주어 이러한 기법들을 잘 활용한다면 우리나라 전역의 습지목록 개발에 이용될 수 있다.
본 연구는 낙동강 하구 일대 습지의 생태계 특성과 변화를 파악하기 위해 습지목록을 제작하였다. 목록의 기초자료로 Landsat TM(1986년 4월 1일, 1987년 6월 23일, 1997년 6월 18일), Kompsat-2 (2008년 1월 12일) 인공위성 이미지, 항공 LiDAR (2009년 3월 1일) 자료와, 부산시에서 조사한 생물 모니터링 자료를 바탕으로 DB를 구축하였다. 습지목록의 활용방안으로, 시계열별 습지분류도 제작 및 시공간 분석, 경관 패턴 분석, 저서생물 분포 특성 등을 파악해 습지 생태계 관리에 도움이 되도록 하였으며 특히 3차원으로 제작된 습지지도는 습지의 경계설정과 습지의 동적 특성분석에 도움을 주어 이러한 기법들을 잘 활용한다면 우리나라 전역의 습지목록 개발에 이용될 수 있다.
This study developed a wetland inventory describing the characteristics and change of Nakdong estuary wetland ecosystem. The data which are used to develop the inventory are Landsat TM(April 1, 1986; June 23, 1987; June 18, 1997), Kompsat(Jan. 12, 2008) and LiDAR(March 1, 2009) images and published ...
This study developed a wetland inventory describing the characteristics and change of Nakdong estuary wetland ecosystem. The data which are used to develop the inventory are Landsat TM(April 1, 1986; June 23, 1987; June 18, 1997), Kompsat(Jan. 12, 2008) and LiDAR(March 1, 2009) images and published monitoring data of Busan metropolitan city. The developed inventory was utilized for the classification of wetland cover, the spatiotemporal analysis of wetland and landscape pattern, the distribution of benthos species etc. Furthermore, the developed 3 dimensional wetland map showed a better way to delineate wetland boundary and understand wetland dynamics. Considering these results, it's concluded that it is possible to use the similar techniques for the development of wetland inventory in Korea.
This study developed a wetland inventory describing the characteristics and change of Nakdong estuary wetland ecosystem. The data which are used to develop the inventory are Landsat TM(April 1, 1986; June 23, 1987; June 18, 1997), Kompsat(Jan. 12, 2008) and LiDAR(March 1, 2009) images and published monitoring data of Busan metropolitan city. The developed inventory was utilized for the classification of wetland cover, the spatiotemporal analysis of wetland and landscape pattern, the distribution of benthos species etc. Furthermore, the developed 3 dimensional wetland map showed a better way to delineate wetland boundary and understand wetland dynamics. Considering these results, it's concluded that it is possible to use the similar techniques for the development of wetland inventory in Korea.
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문제 정의
기존의 습지 현황을 조사하는 방법은 여러 가지가 있으나 외국의 최근 연구동향을 보면 항공 LiDAR(Light Detection and Ranging) 자료나 고해상도 위성영상을 이용하여 습지 현황을 분석하는 기법들이 주목을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 습지목록의 제작 방법, 가치 및 활용방안에 대한 종합적 고찰을 위해 항공 LiDAR 측량과 고해상도 위성영상 등을 이용하여 다양한 제작 기법을 제시하고자 한다. 최근 측량 및 GIS DB 구축의 다양한 분야에서 활용되고 있는 항공 레이저 측량(SHOALS : Scanning Hydrographic Operational Airborne LiDAR Survey) 기법은 지표면을 3차원으로 정밀 측량이 가능하여, 본 연구에서는 이를 기반으로 3차원 지표면의 정보를 기반으로 우리나라 고해상도 위성영상(Kompsat-2)과 미국의 지구환경 관측위성인 Landsat TM 등을 시계별로 적용하였다.
한 국가의 기본도로 제작되기 위해서는 기본적인 축적에 맞추어 지도화할 수 있는 표준화된 방안이 필요하지만 아직 우리나라는 이를 위한 표준화된 프레임이 마련되어 있지 못한 상황이며, 국내에서 제작된 습지지도들은 체계적인 DB 구축이 되지 못한데다 이차원적 표현에 국한되어 습지의 기능 및 특성분성에 한계를 보인다. 따라서 본 연구에서는 이를 보완하면서 다양한 습지지도를 만드는 방안을 제시하고자 하는데, 이러한 습지지도의 장점은 습지경계 설정에 유리하고, 습지의 다양한 기능 및 특성분석이 가능해, 이와 같이 제작된 지도는 여러 용도로 그 활용가치를 부여할 수 있다.
본 연구에서는 세계적 철새도래지로 보전의 중요성이 매우 높지만 하구언 개발로 인해 생태계의 변화가 크게 발생된 낙동강 하구를 대상으로 하구둑 완공 이전인 1986부터 최근까지의 습지목록을 제작하고 습지의 피복 분류, 시공간 분석, 경관패턴 분석, 저서생물상 분포 특성 등을 파악해 생태계 보전 및 관리에 필요한 다양한 활용방안을 제시하였으며 본 연구가 가지는 의의는 다음과 같다.
둘째, 구축된 DB를 근거로 생태계 변화를 파악하는 시공간 분석을 수행함으로 인해 생태계의 공간 구조와 패턴에 대한 과학적인 분석이 가능하도록 하였다. 특히 습지 서식지의 손실과 파편화에 대한 객관적 평가가 가능하도록 그 방향을 제시하였다.
제안 방법
둘째, 습지의 영상 분류(image classification)를 위해 감독분류(supervised classification)와 무감독분류(unsupervised classification)의 결과 중 분류의 정확도를 비교해 습지의 특성인 수면, 습도 (moisture) 와 식생(vegetation) 등을 민감하게 반영해준 방법을 최종 채택하였다. 감독분류시 필요한 특정 필드 선정 및 분류결과를 검정하는 과정에 있어 현지 조사의 결과를 적용했는데, 현지조사는 주요 습지 식생 군락과 토지이용 현황을 현지에서 지도에 표시한 결과를 이용해 인공위성 이미지상의 여러 밴드를 중첩해 색조(tone) 또는 질감(texture)의 차이에 의해 토지피복의 특성이 명확히 나타나는 지역만을 특정 필드로 최종 지정해 분류의 근거로 이용하였다. 여러 분류 방법을 검토한 결과 최대 우도법(Maximum Likelihood Classifier)이 분류결과의 정확도가 가장 높게 나타났다(Wilen & Smith 1996; Paine et al.
둘째, 구축된 DB를 근거로 생태계 변화를 파악하는 시공간 분석을 수행함으로 인해 생태계의 공간 구조와 패턴에 대한 과학적인 분석이 가능하도록 하였다. 특히 습지 서식지의 손실과 파편화에 대한 객관적 평가가 가능하도록 그 방향을 제시하였다.
현대의 습지목록에 관한 체계적인 연구는 미국에 의해 시작되었다고 볼 수 있다. 미국 야생동물서비스(U.S. Fish and Wildlife Service)가 1956년에 발간한 Circular 39(Shaw and Fredline 1956)를 습지목록의 효시로 볼 수 있는데, 야생조류 서식처 보호를 위해 얕은 수면으로 덮여 있거나 물이 천천히 들어오고 나가는 낮은 지역만을 대상으로 삼아 습지의 경계 설정(delineation)을 하였다. 그러나 이 작업은 야생조류의 서식처 기능 외에 관심이 있는 여러 전문가들의 공감대를 얻지 못하였다.
본 연구에서 사용된 인공위성자료를 처리하기 위해 첫 번째 단계는, 영상의 기하보정작업으로 영상자료중 시각적으로 구별하기 쉬운 교각, 도로의 교차점 등을 근거로 여러 개의 GCP(Ground Control Point)를 선정해 평균제곱근 오차(Root Mean Square)가 1화소 이내가 되도록 하였다. 둘째, 습지의 영상 분류(image classification)를 위해 감독분류(supervised classification)와 무감독분류(unsupervised classification)의 결과 중 분류의 정확도를 비교해 습지의 특성인 수면, 습도 (moisture) 와 식생(vegetation) 등을 민감하게 반영해준 방법을 최종 채택하였다.
본 연구에서 채택한 분류는 크게 5개 종류의 습지를 중심으로 분류하였는데 이 분류체계는 미국의 NWI, OWI 등과 비교하며 낙동강 하구에 맞게 세분화 하였다. 이 분류에서 수면(Open water)은 해수(sea water)와 담수(fresh water) 를 합친 기수역 지역이며, 염습지는 식생이 존재하지 않는 갯벌(tidal flat)과 삼각주 모양의 사주 (sand bar)로, 염습지 식물군락지(salt marsh covered with hydrophyte)는 이 지역의 식물 우점종인 갈대(phragmites australis)와 새섬매자기(scirpus planiculmis) 군락을 중심으로 세분하였다.
생물개체군에서 어떤 종이 분포하는 양상을 이해하기 위해 전형적인 방법은 종의 다양성(diversity), 풍부도(richness), 우점도(dominance) 등의 생태지수를 근거로 군집구조의 복잡한 정도를 파악해왔다. 본 연구에서는 분류된 습지 피복도를 근거로 경관패턴 분석을 실시하였다. 이 경관패턴은 육지와 수중 생태계 모든 생물에게 영향을 미치고 있고 (Reiners et al.
그림 2는 항공 LiDAR 촬영의 취득 및 처리과정을 나타내었다. 연구 대상지역에 대한 촬영 작업계획을 수립한 후 관계기관으로부터 비행과 보안관련 촬영허가를 취득하고 나면, 영상취득을 위한 최적의 기상조건을 고려하여 촬영 작업이 진행되며 본 연구에서는 2009년 3월 1일 오전 10시부터 오후 3시 사이에 촬영 작업을 수행하였다. 일반적으로 항공사진의 촬영과 LiDAR 촬영을 분리하여 실시하고 있으나 본 연구에서는 디지털 영상과 LiDAR Point 자료를 동시에 취득하였다.
일반적으로 항공사진의 촬영과 LiDAR 촬영을 분리하여 실시하고 있으나 본 연구에서는 디지털 영상과 LiDAR Point 자료를 동시에 취득하였다. 이렇게 취득된 자료로부터 항공 삼각측량, 도화 및 편집과정 등을 거쳐 지형도 제작과 정사사진 및 3차원 입체 동영상 등을 구축하였다. 표 1에서는 촬영 시 기상조건 및 취득 자료에 대하여 정리하였으며, 최저 저수위는 7cm, 최고 고수위는 153cm, 평균해수면은 95.
따라서 본 연구에서는 습지목록의 제작 방법, 가치 및 활용방안에 대한 종합적 고찰을 위해 항공 LiDAR 측량과 고해상도 위성영상 등을 이용하여 다양한 제작 기법을 제시하고자 한다. 최근 측량 및 GIS DB 구축의 다양한 분야에서 활용되고 있는 항공 레이저 측량(SHOALS : Scanning Hydrographic Operational Airborne LiDAR Survey) 기법은 지표면을 3차원으로 정밀 측량이 가능하여, 본 연구에서는 이를 기반으로 3차원 지표면의 정보를 기반으로 우리나라 고해상도 위성영상(Kompsat-2)과 미국의 지구환경 관측위성인 Landsat TM 등을 시계별로 적용하였다. 본 연구는 우리나라 습지 목록제작에 대한 다양한 기법을 제시함으로서 지도제작과 DB 구축에 따른 많은 시간과 경제적인 절감에 기여할 수 있다.
대상 데이터
본 연구에서 활용된 연구 자료는 Landsat TM(1986년 4월 1일, 1987년 6월 23일, 1997년 6월 18일), Kompsat-2 (2008년 1월 12일) 인공 위성 이미지 자료와 항공 LiDAR (2009년 3월 1일) 및 국토지리정보원에서 제작된 수치지형도 (1;5,000)를 사용하였다.
본 연구의 공간적 범위는 낙동강 하구 일원으로 낙동강의 담수와 해류가 만나는 수역으로 삼각주와 여러 개의 해안 사주가 형성되어 있다. 사주와 사주 사이에는 높은 생산성을 가진 갯벌의 발달로 인하여 갯지렁이(Neanthes japonica)와 같은 저서무척추동물과 엽낭게 (Scopimera globosa), 말똥게(Sesarma dehaani) 및 여러 종류의 조개류가 존재하며, 갯벌에는 고니류의 먹이원이 되는 새섬매자기(scirpus planiculmis) 군락이 광범위하게 분포되어 있다.
낙동강 하구 습지 서식지의 공간 패턴은 앞에서 살펴보았듯이 시간에 따라 변화해 왔고 그 결과 연속적이던 서식지가 파편화(fragmentation)되는 지역 또한 나타났다. 분석을 위해 1986년의 자료는 가로, 세로 30m 격자 크기의 TM으로 부터, 2008년은 1m의 일정해상도를 가진 Kompsat 위성자료로부터 만들어진 것을 이용하였다. 그림 8과 9에서는 상대적 풍부도와 다양성을 비교한 내용으로 그 수식(IDRISI 2002)은 다음을 근거로 인접한 격자의 3 X 3 규모로 비교하였다.
연구 대상지역에 대한 촬영 작업계획을 수립한 후 관계기관으로부터 비행과 보안관련 촬영허가를 취득하고 나면, 영상취득을 위한 최적의 기상조건을 고려하여 촬영 작업이 진행되며 본 연구에서는 2009년 3월 1일 오전 10시부터 오후 3시 사이에 촬영 작업을 수행하였다. 일반적으로 항공사진의 촬영과 LiDAR 촬영을 분리하여 실시하고 있으나 본 연구에서는 디지털 영상과 LiDAR Point 자료를 동시에 취득하였다. 이렇게 취득된 자료로부터 항공 삼각측량, 도화 및 편집과정 등을 거쳐 지형도 제작과 정사사진 및 3차원 입체 동영상 등을 구축하였다.
성능/효과
2009년 3월부터 2010년 10월까지 조사된 을숙도 지역 8개 지점의 저서동물상은 총 5문 56종으로 나타났으며 정점별 출현종수의 경우 2009년은 정점 7에서 11종, 2010년은 정점 6에서 13종으로 타 정점에 비해 상대적으로 다양한 출현종을 보였고, 정점 2에서는 2009년 2종, 2010년 5종으로 가장 적게 나타났다(그림 10 참조). 정점 2가 출현종수가 가장 낮은 이유는 조석의 변화에 따른 수면에 잠기는 변화가 다른 지역보다 그 차이가 적어 (그림 11의 단면 S2 참조) 그 원인으로 추정된다.
NWI의 습지 분류체계에 의해 목록 작업은 습지의 특성을 생태권역의 범위와 수리·지형·화학·생물적 특성에 따라 계-소계-강-우점종 (system-subsystem-class-dominance)의 단계별 분류에 따라 구분하였고, NWI의 최종 결과는 미국 지질조사국(U.S. Geological Survey)에서 제작한 지형도면(topographic map)에 습지의 유형별로 분류한 결과를 나타내었다.
본 연구에서 사용된 인공위성자료를 처리하기 위해 첫 번째 단계는, 영상의 기하보정작업으로 영상자료중 시각적으로 구별하기 쉬운 교각, 도로의 교차점 등을 근거로 여러 개의 GCP(Ground Control Point)를 선정해 평균제곱근 오차(Root Mean Square)가 1화소 이내가 되도록 하였다. 둘째, 습지의 영상 분류(image classification)를 위해 감독분류(supervised classification)와 무감독분류(unsupervised classification)의 결과 중 분류의 정확도를 비교해 습지의 특성인 수면, 습도 (moisture) 와 식생(vegetation) 등을 민감하게 반영해준 방법을 최종 채택하였다. 감독분류시 필요한 특정 필드 선정 및 분류결과를 검정하는 과정에 있어 현지 조사의 결과를 적용했는데, 현지조사는 주요 습지 식생 군락과 토지이용 현황을 현지에서 지도에 표시한 결과를 이용해 인공위성 이미지상의 여러 밴드를 중첩해 색조(tone) 또는 질감(texture)의 차이에 의해 토지피복의 특성이 명확히 나타나는 지역만을 특정 필드로 최종 지정해 분류의 근거로 이용하였다.
낙동강 하구의 우점 염생식물 군락은 갈대와 새섬매자기로서 주기적으로 해수가 침투해 범람하거나 침수되어 물로 포화된 토양에 적응된 식생이다. 본 연구에서는 라이더자료로 획득된 을숙도 지역 지형도를 이용해 경사 분석을 수행한 후(그림 6 참조) 이들 염생식물과 지도중첩을 한 결과 갈대는 경사 3-8%의 범위에서 을숙도 인근의 전체 갈대 지역 중 1256190 m2 (53.3 %)를 나타내었고 경사 8-12%와 0-3% 범위의 순으로 나타났다(표 3 참조). 반면 새섬매자기는 경사 3% 미만의 평지에서 36,635(64.
셋째, 낙동강 하구 일대 뿐만 아니라 다른 지역에도 유사한 기법을 적용해 다양한 생태계 DB를 구축할 수 있는 방법을 제안하여, 종합적인 습지생태자원 분석 가능성이 가능함을 보여주어, 추후 이러한 방법을 체계화 한다면 습지관리에 필요한 의사결정시 유용한 습지목록의 활용방안과 가치를 제시하였다.
첫째, 원격탐사와 지리정보체계를 이용해 습지 목록에 필요한 효율적인 DB 구축이 가능함을 입증하였다.
후속연구
최근 측량 및 GIS DB 구축의 다양한 분야에서 활용되고 있는 항공 레이저 측량(SHOALS : Scanning Hydrographic Operational Airborne LiDAR Survey) 기법은 지표면을 3차원으로 정밀 측량이 가능하여, 본 연구에서는 이를 기반으로 3차원 지표면의 정보를 기반으로 우리나라 고해상도 위성영상(Kompsat-2)과 미국의 지구환경 관측위성인 Landsat TM 등을 시계별로 적용하였다. 본 연구는 우리나라 습지 목록제작에 대한 다양한 기법을 제시함으로서 지도제작과 DB 구축에 따른 많은 시간과 경제적인 절감에 기여할 수 있다.
이와 같이 조사지점의 단면도와 라이더자료와 위성자료를 중첩한 이미지자료위에 각종생태지수들을 나타낸 것은 시각적인 구별에 의해 철새들의 먹이원이 되는 저서생물의 습지관리에 도움을 줄 뿐만 아니라, 추후 저서생물의 서식과 관련된 여타 특성, 즉, 조석시 나타나는 물의 체류 또는 노출시간, 토양 특성, 유기물 오염 등의 각종 자료를 속성자료로 연계해 지속적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.
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