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홍수범람도 불확실성 해석을 위한 인공위성사진의 활용
The Use of Satellite Image for Uncertainty Analysis in Flood Inundation Mapping 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.33 no.2, 2013년, pp.549 - 557  

정영훈 (인하대학교 수자원시스템연구소) ,  류광현 (농림수산식품부 새만금개발과) ,  이충성 (한국수자원공사 기술지원센터) ,  이승오 (홍익대학교 토목공학과)

초록
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정밀한 홍수 범람도는 홍수의 공간적 특성에 대한 정보를 의사 결정자나 설계자들에게 전달할 수 있다. 수리모형을 이용하여 홍수 범람도를 구축하는 과정에서 확실하게 정의되거나 측정되지 않은 조도계수와 수위유량관계식으로부터 얻은 유량은 불확실성을 일으키는 핵심 요인들이다. 또한, 홍수 범람도에 대한 불확실성 해석을 위해서는 관측 자료가 필요한데, 홍수 범람의 관측 자료는 인공위성영상을 이용하여 확보할 수가 있다. 따라서 본 연구의 목적은 수리모형과 인공위성자료를 이용하여 조도계수와 유량이 홍수범람도 제작에서 일으키는 불확실성을 정량적으로 산정하는 것이다. 미국 Illinois주 Metropolis시 주위의 Ohio 강에 대하여 HEC-RAS과 지형분석을 이용하여 홍수 범람를 모의하고 ISODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis)분류 방법으로 Landsat 5TM 위성 영상으로부터 수체를 추출하였다. 추출된 수체는 GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)에서 우도측정(F-통계량)을 계산하는데 관측 자료로 이용되었다. GLUE는 누적확률 5 %와 95 %에 각각 해당하는 74.59 $km^2$와 151.95 $km^2$의 홍수범람면적을 산정했다. 홍수 범람도 구축과정에서 발생하는 불확실성을 정량적으로 산정하는 것은 효율적인 홍수방어 계획을 실현화하는데 중요한 역할을 할 거라 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An flood inundation map is able to convey spatial distribution of inundation to a decision maker for flood risk management. A roughness coefficient with unclear values and a discharge obtained from the stage-discharge rating equation are key sources of uncertainty in flood inundation mapping by usin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 요구를 충족하기 위해서는 모형의 개선, 풍부한 관측 자료, 관측 자료 질의 개선 등이 필요하다. 본 연구는 부족한 홍수범람의 관측자료 한계를 극복하고자 인공위성영상을 이용하여 관측 자료를 생성하였다. 본 연구를 통하여 인공위성영상자료로부터 획득한 홍수범람의 공간적 관측 자료는 GLUE를 통하여 조도계수와 유량이 발생시키는 불확실성을 산정하는데 중요한 역할을 하였다.
  • 본 연구는 부족한 홍수범람의 관측자료 한계를 극복하고자 인공위성영상을 이용하여 관측 자료를 생성하였다. 본 연구를 통하여 인공위성영상자료로부터 획득한 홍수범람의 공간적 관측 자료는 GLUE를 통하여 조도계수와 유량이 발생시키는 불확실성을 산정하는데 중요한 역할을 하였다. 현재보다 개선된 미래의 인공위성영상들의 이용가능성은 다양한 학술적 산업적 연구 주제를 실현화하는데 큰 기여를 할 것이라 기대한다.
  • 그 이유는 위성영상에서 수체를 분류하는 과정에서 발생하는 불확실성과 같이 홍수위 모의와 지형분석을 통한 홍수범람도 구축과정에서도 불확실성이 존재하기 때문이다. 본 연구에서 홍수범람도를 구축하는 두 가지 방법은 공통적으로 DEM의 해상도와 수직오차에 의하여 불확실성이 발생할 수 있기 때문에 DEM이 불확실성의 주 요인이라 판단된다.
  • 본 연구에서는 인공위성자료가 홍수범람의 불확실성을 해석하는데 활용될 수 있는지를 평가하고, 미국 Illinois주 Metropolis 주위의 Ohio강에 대해 조도계수와 유량이 홍수범람면적에 미치는 불확실성을 GLUE를 이용해 정량적으로 산정하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구의 목적은 위성영상자료로부터 추출된 수체가 불확실성 해석에서 관측 자료로서 그 역할을 수행할 수 있는지를 평가하고, 분류된 수체를 이용한 홍수범람도 구축과정에서 모형변수들의 오 차로부터 홍수범람면적에 전달되는 불확실성을 정량적으로 산정하는 것이다. 이 목적을 수행하기 위하여 미국 Illinois주 Metropolis 근처의 Ohio강을 포함하는 Landsat 5 TM 위성영상으로부터 수체를 분류하기 위해 ISODATA를 이용하였다.

가설 설정

  • 또한 분류된 수체를 검정하기 위하여 분류된 수체의 수위 관측소위치에 해당하는 표고를 알아내는 것이 필요하다. 이는 분류된 수체와 수위관측소가 위치해 있는 횡단면과의 중첩점의 위치를 GIS(Geographic Information System)을 이용하여 찾아냈으며, DEM을 이용하여 얻어진 중첩점들의 평균 표고는 그 횡단면의 수위로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정밀한 홍수 범람도는 어떤 정보를 전달하는가? 정밀한 홍수 범람도는 홍수의 공간적 특성에 대한 정보를 의사 결정자나 설계자들에게 전달할 수 있다. 수리모형을 이용하여 홍수 범람도를 구축하는 과정에서 확실하게 정의되거나 측정되지 않은 조도계수와 수위유량관계식으로부터 얻은 유량은 불확실성을 일으키는 핵심 요인들이다.
유량은 어떤 요인인가? 정밀한 홍수 범람도는 홍수의 공간적 특성에 대한 정보를 의사 결정자나 설계자들에게 전달할 수 있다. 수리모형을 이용하여 홍수 범람도를 구축하는 과정에서 확실하게 정의되거나 측정되지 않은 조도계수와 수위유량관계식으로부터 얻은 유량은 불확실성을 일으키는 핵심 요인들이다. 또한, 홍수 범람도에 대한 불확실성 해석을 위해서는 관측 자료가 필요한데, 홍수 범람의 관측 자료는 인공위성영상을 이용하여 확보할 수가 있다.
홍수예측의 중요성과 함께 관련한 현황은? 따라서, 홍수예측의 중요성은 여러 연구들을 통하여 더욱 부각되어 왔다(Collins, 2009; Hurkmans 외, 2009; Xu 외, 2009). 하지만, 과거의 자료와 비교할 때 기후변화로 인하여 그 강도가 더욱 커진 홍수가 세계 곳곳에서 빈번히 발생하면서 홍수예측 과정에서 유발되는 불확실성과 함께 정확한 홍수예측을 어렵게 한다. 기후변화와 홍수예측과정에서 발생하는 불확실성 요소들을 통합하여 홍수예측에 미치는 영향을 평가하기 전 기후변화를 고려하지 않았을 때 홍수예측에서 발생하는 불확실성 요소들이 홍수예측에 미치는 영향을 평가하는 것이 선행되어야 한다.
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참고문헌 (20)

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  20. USGS Landsat Missions http://landsat.usgs.gov/about_landsat5.php 

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