[논문]항공사진을 이용한 방포항 인근 해빈의 장기간 해안선 변화 분석

김백운; 윤공현; 이창경

doi:10.7780/kjrs.2013.29.5.3

항공사진을 이용한 방포항 인근 해빈의 장기간 해안선 변화 분석
Analysis on the Long-Term Shoreline Changes for Beaches Near Bangpo Port Using Aerial Imagery 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.29 no.5, 2013년, pp.477 - 486

김백운 (군산대학교 새만금환경연구센터) , 윤공현 (군산대학교 토목공학과) , 이창경 (군산대학교 토목공학과)

초록
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장기간 해안선 변화 자료의 구축을 통해 해안선의 시 공간적인 변화 양상을 분석하고, 이에 근거하여 해안침식의 향후 경향을 파악하는 일은 연안관리에 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 수치항공사진을 이용하여 방포항 인근 해안지역의 장기간(1985년 ~ 2009년) 해안선 변화 탐지를 위해 항공삼각측량, 지상기준점측량, 수치도화, 그리고 해안선 변화율을 산정하였다. 그 결과 방포해빈과 꽃지해빈의 해안선은 각각 0.2 m/yr와 최대 0.8 m/yr로 침식된 것으로 파악되었다. 또한 등고선 변화 통하여 꽃지 해빈의 북부지역에서 침식현상이 가장 뚜렷하게 나타났으며 표고 1 m 간격의 등고선은 최대 45 m 후퇴하였음을 알 수 있었다. 이러한 변화는 다양하고 복합적인 요인에 의해 발생할 수 있으며 주된 요인은 1990년대 말에 설치된 해변 옹벽이 해안침식을 일으키는 주요 원인으로서 추정되고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

To analyze tendency of temporal and spatial change of shorelines and to estimate rate of shoreline changes using long-term shoreline change data is very important for the coastal environmental management. In this study, investigation was conducted to estimate the rate of shoreline changes using long-term shoreline change data from the year 1985 to 2009 aerial photographs. In this process aerial triangulation, GPS surveying and digital mapping was done for the estimation of changes. As the results, shorelines of Bangpo and Kkotji Beach retreated at a maximum rate of 0.2 m/yr and 0.8 m/yr, respectively. The shoreline could be changed by various factors. However, it was presumed that coastal erosion has been mainly affected by retaining wall constructed in the late 1990s.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구 대상 지역인 방포항 인근 방포 및 꽃지 해빈 지역은 2003년에 국립해양조사원에 의해 현황조사만 이루어진 상황이며 그 이전과 이후에 대한 지속적인 모니터링이 부재한 상태였다. 본 연구에서는 그 지역을 대상으로 1985년부터 2009년까지 장기간의 해안선 변화율 산정을 수행하고 분석하였다. 분석을 위해 사용된 자료는 GPS 측량과 같은 현지측량도 포함되지만 주된 분석자료는 과거의 모습을 현재 시점에서 재현 가능한 항공영상을 사용하였다.
본 연구에서는 모래가 유실되어 자갈이 노출되는 현상이 수차례 언론에 보도된 안면도 방포항 인근 방포 해수욕장과 꽃지 해수욕장을 대상으로 1985년부터 2009년까지 장기간의 해안선 변화양상을 항공영상, GPS측량, 그리고 국립해양조사원의 고도자료를 활용하여 시계열적인 형태변화 및 침식·퇴적환경에 대해 고찰하고자 한다.
, 2013). 이와 같이 연안지역 항공삼각측량의 문제점을 저감시킬 수 있는지 여부를 시험할 목적으로 내륙에 위치한 항공사진을 추가하여 블록을 구성하였다.

제안 방법

8은 1985년과 2009년 사이의 해안선 변화율을 각각 End Point Rate(EPR)와 Linear Regression Rate(LRR)의 방법으로 계산한 결과를 도시한 것이다. EPR은 해안선 시계열 자료 중 시작년도와 최종년도 두 가지의 자료를 이용하며 해안선 변화율을 계산한다. LRR은 모든 시계열 자료를 이용하여 선형회귀 방법으로 해안선 변화율을 계산한다.
Kim (2006)은 고해상도 위성영상 IKONOS를 수치지도에서 추출한 DEM을 이용하여 정사보정 영상을 제작하여 해안선 조사의 정확도를 높이는 연구를 수행하였다. 또한 매립지에서 포락지 및 해안빈지의 면적 측정을 위하여 한 쌍의 입체영상에서 조위에 의한 3차원의 해안선을 도화하는 수치사진측량으로 해안선 자료를 산정하였다(Lee at al., 2007). 또한 Eom et al.
1 m 수준의 지상측량자료가 구축되었다. 본 연구 착수시 항공사진 분석의 정확도를 높이기 위해 내륙에 있는 항공사진을 추가하였고, 많은 수의 지상기준점과 접합점을 사용하였으며, 특히 지상기준점은 매우 정확한 GPS 정지측량 방법으로 측정하였다. 그럼에도 불구하고 2003년과 1998년 항공사진의 항공삼각측량은 만족할만한 정확도를 보여주지 못하였다.
5 m로 규정된다. 본 연구에서는 수치도화 프로그램인 Leica Stereo Analyst를 이용하여 중첩된 좌, 우 한 쌍의 항공사진 입체모형을 입체시(stereoscopic view)로 구현하여 3차원의 지상좌표값을 측정하고 지형지물의 형상, 등고선 및 해안선 등을 도화하였다.
1에 도시한 해안선 시계열 자료의 정확도를 평가하기 위한 지상측량자료는 거의 존재하지 않지만, 2003년의 경우에는 국립해양조사원 해안선조사측량 자료를 이용하여 해안선의 정확도 파악이 가능하였다. 서로 다른 해안선 간의 오차를 계산하기 위한 방법은 여러 가지 있을 수 있는데 본 연구에서는 Fig. 3과 같이 해안선에 평행한 기준선을 바다 쪽에 설정하고 기준선에 수직한 방향으로 해안선을 가로지르는 횡단선(transect)을 이용하는 방법으로 오차를 계산하였다. 횡단선은 30 m 간격으로 설정하여 총 125개의 횡단선을 생성하였다.
연안지역 항공사진의 항공삼각측량에서 불균등하게 배치된 지상기준점과 접합점에 기인하는 정오차를 보정하기 위해 1차로 수행한 항공삼각측량으로 구한 항공사진의 입체모형과 지상기준점 간의 표고차를 측정하고, 측정된 표고차로 지상기준점의 표고값을 보정한 후 2차로 항공삼각측량을 수행한다.
년도별 항공사진에서 인공해안선의 비율은 증가하는 경향을 보인다. 이 연구에서 자연해안선과 인공해안선의 구분은 2003년 해안선조사측량 DB자료의 속정정보를 이용하는 대신 2009년 항공사진을 기준하여 수행하였다. 자연 및 인공해안선의 구분은 입체모형에서 이루어졌다.

대상 데이터

일반적으로 연안지역의 항공사진 입체모형을 얻기 위해서는 해안에 인접한 바다쪽과 육지쪽의 좌우 한쌍의 사진이면 충분하다. 그럼에도 불구하고 내륙으로 배치된 1매의 사진을 추가하여 항공사진 블록을 구성하였다. 연안지역 항공사진을 대상으로 항공삼각측량을 수행할 경우, 지상기준점과 접합점 육상편중 분포로 인하여 항공사진 표정성과에 오차가 크게 나타날 수 있다 (Mills et al.
1985년 항공사진부터 방포항과 인근 수로 주변은 인공화 되었음을 보여준다. 따라서 방포항 주변의 인공해안선의 변화 조사는 의미가 적기 때문에 해안선 변화는 방포 해빈과 꽃지 해빈을 대상으로 분석하였다. 또한, 1998년 항공사진부터 꽃지 해빈에서 해안도로가 나타나며, 상당 부분의 해안선은 인공화 되었다.
본 연구 대상 지역인 방포항 인근 방포 및 꽃지 해빈 지역은 2003년에 국립해양조사원에 의해 현황조사만 이루어진 상황이며 그 이전과 이후에 대한 지속적인 모니터링이 부재한 상태였다. 본 연구에서는 그 지역을 대상으로 1985년부터 2009년까지 장기간의 해안선 변화율 산정을 수행하고 분석하였다.
본 연구에서는 그 지역을 대상으로 1985년부터 2009년까지 장기간의 해안선 변화율 산정을 수행하고 분석하였다. 분석을 위해 사용된 자료는 GPS 측량과 같은 현지측량도 포함되지만 주된 분석자료는 과거의 모습을 현재 시점에서 재현 가능한 항공영상을 사용하였다. 항공영상은 일반적으로 공간해상도가 위성영상보다 높으며 당해년도에 촬영한 영상이 존재하는한 장기적 관점에서 정량적·정성적인 분석이 가능한 큰 장점을 가지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 2003년 국립해양조사원의 자료를 이용하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해 2003년 국립해양조사원의 <평택-안면 지구 해안선조사측량> 자료를 이용하였다. 조사지역에서는 해안도로, 제방, 건물과 같은 인공시설물과 해빈, 사구와 같은 자연지형의 약 2,300개 지점을 대상으로 표고 정밀도 0.1 m 수준의 지상측량자료가 구축되었다. 본 연구 착수시 항공사진 분석의 정확도를 높이기 위해 내륙에 있는 항공사진을 추가하였고, 많은 수의 지상기준점과 접합점을 사용하였으며, 특히 지상기준점은 매우 정확한 GPS 정지측량 방법으로 측정하였다.
충청남도 태안군 안면도 서측 연안에 위치한 방포항 인근의 꽃지 해수욕장과 방포 해수욕장을 포함하는 조사지역에 대해 1985년 ~ 2009년간 촬영한 항공사진 목록은 Table 1과 같으며 총 77매의 수치항공사진을 수집하였다. 항공사진의 축척은 1/10,000 또는 1/20,000이었고, 사진 축척과 영상 수치화 과정의 해상도에 따라 지상화소거리는 약 0.
3과 같이 해안선에 평행한 기준선을 바다 쪽에 설정하고 기준선에 수직한 방향으로 해안선을 가로지르는 횡단선(transect)을 이용하는 방법으로 오차를 계산하였다. 횡단선은 30 m 간격으로 설정하여 총 125개의 횡단선을 생성하였다. 특히 횡단선의 속성은 2009년 해안선의 속성에 따라 자연해안선과 인공해안선으로 구분하였다.

이론/모형

본 연구에서는 모래가 유실되어 자갈이 노출되는 현상이 수차례 언론에 보도된 안면도 방포항 인근 방포 해수욕장과 꽃지 해수욕장을 대상으로 1985년부터 2009년까지 장기간의 해안선 변화양상을 항공영상, GPS측량, 그리고 국립해양조사원의 고도자료를 활용하여 시계열적인 형태변화 및 침식·퇴적환경에 대해 고찰하고자 한다. 이를 위해 항공사진측량은 Kim et al. (2013)의 방법으로 수행하였고, 해안선과 표고 1 m 및 2 m의 등고선에 대한 변화율 산정은 Thieler et al. (2005)이 제시한 수치해안선분석시스템을 이용하였다.

성능/효과

꽃지 해빈에서 1 m와 2 m 등고선의 최대 후퇴 거리는 각각 45 m와 25 m에 달하였다. 1 m 등고선 수평거리차이의 공간적 변동은 꽃지 해빈의 북쪽 끝 지역에서 최대값을 보였고, 점차 감소하여 해빈의 중간 지점에서 최소값을 보인 다음 다시 증가하는 경향을 보였다. 2 m 등고선의 경우, 꽃지 해빈의 북부와 남부지역에서 최대값, 중간 지점에서 최소값을 보였고, 대칭적인 분포 구조를 나타내었다.
4에 도시하였다. 두 해안선의 수평거리차이는 자연해안선에서 최대 4 m, 인공해안선에서 최대 3 m에 달하였다. 조사지역 전체에서 해안선 간 수평거리차이의 RMSE는 자연과 인공해안선에서 1.
8 m/yr로 후퇴하였다. 등고선의 변화를 살펴보면 꽃지해빈의 북부지역에서 침식현상이 가장 뚜렷하게 나타났으며 표고 1 m 등고선은 최대 45 m 후퇴한 것으로 나타났다.
2 m 등고선의 경우, 꽃지 해빈의 북부와 남부지역에서 최대값, 중간 지점에서 최소값을 보였고, 대칭적인 분포 구조를 나타내었다. 따라서 지난 25년 동안 최대 침식 지역은 꽃지 해빈의 북쪽 끝 지역으로서 해안선 및 등고선에서 뚜렷한 침식의 경향을 나타내었다.
본 연구 결과 2009년 방포해빈과 꽃지해빈의 길이는 각각 0.7 km 3.4 km이었고, 방포해빈에서 자연해안선은 약 80%, 꽃지해빈에서 인공해안선은 약 56%를 차지하였다. 해안도로의 건설로 인해 해안선 변화와 등고선 변화경향에 차이가 나타났으며 일부 지역에서는 해안선이 전진한 경우가 있으나 대부분의 등고선은 후퇴한 것으로 밝혀졌다.
두 해안선의 수평거리차이는 자연해안선에서 최대 4 m, 인공해안선에서 최대 3 m에 달하였다. 조사지역 전체에서 해안선 간 수평거리차이의 RMSE는 자연과 인공해안선에서 1.1 m정도의 오차수준을 보였다. 이와 마찬가지로 다른 년도 해안선의 수평 오차는 2003년 해안선과 유사한 수준이라고 판단된다.

후속연구

본 연구 성과에 의해 추출된 3차원 등고선은 과거 미조사된 지역의 해안선자료를 포함하고 있으며 장기간에 걸친 해안선자료를 이용하여 연안개발 및 환경보전 등의 계획수립에 필요한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연안지역 항공사진을 대상으로 항공삼각측량을 수행할 경우 발생하는 문제점은 무엇인가?	그럼에도 불구하고 내륙으로 배치된 1매의 사진을 추가하여 항공사진 블록을 구성하였다. 연안지역 항공사진을 대상으로 항공삼각측량을 수행할 경우, 지상기준점과 접합점 육상편중 분포로 인하여 항공사진 표정성과에 오차가 크게 나타날 수 있다 (Mills et al., 2003; Kim et al.
	약최고고조면이란 무엇인가?	항공사진 블록에 대한 표정을 수행한 후 7개년도 항공사진으로부터 해안선을 도화하였고, 1985년과 2009년 항공사진에 대해서는 표고 1 m와 2 m의 등고선을 추가로 도화하였다. 우리나라에서 해안선은 약최고고조면으로 이는 평균해수면에 4개 분조(M2, S2, K1, O1)의 합만큼 위로 올린 높이의 해면이다. 조사지역 해안선의 표고는 국립해양조사원 해안선조사측량 자료에 의하면 약최고고조면 3.
	미국과 네덜란드는 해안선변화자료를 어떻게 구축하였는가?	전 국토에 대하여 해안선변화자료를 모범적으로 구축한 나라는 미국과 네덜란드이다. 미국은 1971년 국가해안선연구를통하여 지역별 한계 침식의 비율(percentage of critical erosion)을 나타내는 지도를 제작하였다(US Army, 1971). 네덜란드는 1963년부터 1999년까지 매년 200-250 m의 간격으로 약 3,000개의 해빈단면(beach profile)을 설정하여 세계적으로 유일한 해빈단면조사자료를 구축하였다(Horn, 2002).

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