제방(Levee)은 하천을 따라 축조한 공작물로서, 홍수 등 자연 재해로부터 제내지를 보호하는 역할을 한다. 본 논문에서는 낙동강 지역을 촬영한 항공 라이다 자료(airborne topographic LiDAR data)와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구를 진행한다. 우선, 미국 공병단에서 제공하는 제방 데이터베이스와 국가 수자원 관리 종합 정보시스템에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블을 비교 및 분석한다. LiDAR 자료로부터 제방 정보를 추출하기 위해서, 보간법을 이용하여 LiDAR 점군 자료들로부터 디지털 표면 모델을 생성한 후, 디지털 표면 모델에서 인접한 픽셀간의 최대 고도값 차이를 계산하여 경사 지도를 만든다. 그리고, 경사도 분류 방법을 이용하여 제방의 주요 구성 요소인 둑마루 및 비탈 경사를 나타내는 폴리곤을 각각 추출한다. 그리고, 둑마루 및 비탈 경사 폴리곤들로부터 추출한 속성정보와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 병합하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축한다. 마지막으로, 본 연구에서는 라이다 자료만을 활용하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축하였을 때의 장점 및 한계에 관해서 토론하고, 이를 보완하기 위한 차후 연구에 관한 방향을 제시한다.
제방(Levee)은 하천을 따라 축조한 공작물로서, 홍수 등 자연 재해로부터 제내지를 보호하는 역할을 한다. 본 논문에서는 낙동강 지역을 촬영한 항공 라이다 자료(airborne topographic LiDAR data)와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구를 진행한다. 우선, 미국 공병단에서 제공하는 제방 데이터베이스와 국가 수자원 관리 종합 정보시스템에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블을 비교 및 분석한다. LiDAR 자료로부터 제방 정보를 추출하기 위해서, 보간법을 이용하여 LiDAR 점군 자료들로부터 디지털 표면 모델을 생성한 후, 디지털 표면 모델에서 인접한 픽셀간의 최대 고도값 차이를 계산하여 경사 지도를 만든다. 그리고, 경사도 분류 방법을 이용하여 제방의 주요 구성 요소인 둑마루 및 비탈 경사를 나타내는 폴리곤을 각각 추출한다. 그리고, 둑마루 및 비탈 경사 폴리곤들로부터 추출한 속성정보와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 병합하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축한다. 마지막으로, 본 연구에서는 라이다 자료만을 활용하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축하였을 때의 장점 및 한계에 관해서 토론하고, 이를 보완하기 위한 차후 연구에 관한 방향을 제시한다.
A levee is defined as an man-made structure protecting the areas from temporary flooding. This paper suggests a methodology for establishing the levee GIS database using the airborne topographic LiDAR(Light Detection and Ranging) data taken in the Nakdong river basins and the WAMIS(WAter Management ...
A levee is defined as an man-made structure protecting the areas from temporary flooding. This paper suggests a methodology for establishing the levee GIS database using the airborne topographic LiDAR(Light Detection and Ranging) data taken in the Nakdong river basins and the WAMIS(WAter Management Information System) information. First, the National Levee Database(NLD) established by the USACE(United States Army Corps Engineers) and the levee information tables established by the WAMIS are compared and analyzed. For extracting the levee information from the LiDAR data, the DSM(Digital Surface Model) is generated from the LiDAR point clouds by using the interpolation method. Then, the slope map is generated by calculating the maximum rates of elevation difference between each pixel of the DSM and its neighboring pixels. The slope classification method is employed to extract the levee component polygons such as the levee crown polygons and the levee slope polygons from the slope map. Then, the levee information database is established by integrating the attributes extracted from the identified levee crown and slope polygons with the information provided by the WAMIS. Finally, this paper discusses the advantages and limitations of the levee GIS database established by only using the LiDAR data and suggests a future work for improving the quality of the database.
A levee is defined as an man-made structure protecting the areas from temporary flooding. This paper suggests a methodology for establishing the levee GIS database using the airborne topographic LiDAR(Light Detection and Ranging) data taken in the Nakdong river basins and the WAMIS(WAter Management Information System) information. First, the National Levee Database(NLD) established by the USACE(United States Army Corps Engineers) and the levee information tables established by the WAMIS are compared and analyzed. For extracting the levee information from the LiDAR data, the DSM(Digital Surface Model) is generated from the LiDAR point clouds by using the interpolation method. Then, the slope map is generated by calculating the maximum rates of elevation difference between each pixel of the DSM and its neighboring pixels. The slope classification method is employed to extract the levee component polygons such as the levee crown polygons and the levee slope polygons from the slope map. Then, the levee information database is established by integrating the attributes extracted from the identified levee crown and slope polygons with the information provided by the WAMIS. Finally, this paper discusses the advantages and limitations of the levee GIS database established by only using the LiDAR data and suggests a future work for improving the quality of the database.
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문제 정의
본 연구에서는 다양한 자동화 방법들을 이용하여 LiDAR 자료로부터 제방을 구성하는 주요 요소들인 둑마루 및 비탈경사면들을 추출하고, 이들의 속성값(높이, 폭, 및 평균 경사도)들을 계산한다. 마지막으로, LiDAR 자료로부터 추출된 제방 속성 정보를 WAMIS에서 제공하는 제방현황 테이블에서 추출한 속성 정보와 병합하여 제방 정보 데이터베이스를 구축한다.
본 논문에서는 LiDAR 자료 및 WAMIS에서 제공하는 제방 정보 테이블을 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구를 진행하였다. 또한, USACE에서 제공하는 NLD와 WAMIS에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블을 비교 및 분석하고, 우리나라 제방현황 데이터베이스의 구축의 문제점 및 개선방향에 관해서 고찰하였다.
따라서 본 연구는 공간 정보 자료인 LiDAR 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 필요한 정보들을 다양한 자동화 방법을 이용하여 추출함으로써, 현지답사를 통해 발생하는 시간 및 비용을 절감하고, 보다 효율적으로 제방 GIS 데이터베이스를 구축하였다는 데 그 의미가 있다.
제방 GIS 데이터베이스를 구축하는 순서도는 그림 9에서 확인할 수 있다. 본 연구에서는 제방 GIS 데이터베이스를 구축하기 위해 둑마루 GIS 테이블과 비탈경사 정보 테이블을 생성하여 제방 정보 데이터베이스를 구축하도록 한다. 그림 9에서 LiDAR 자료로부터 추출한 속성 정보들은 L로 표시하였고, WAMIS에서 제공하는 속성 정보들은 W로 표시하였다.
제안 방법
본 연구에서는 다양한 자동화 방법들을 이용하여 LiDAR 자료로부터 제방을 구성하는 주요 요소들인 둑마루 및 비탈경사면들을 추출하고, 이들의 속성값(높이, 폭, 및 평균 경사도)들을 계산한다. 마지막으로, LiDAR 자료로부터 추출된 제방 속성 정보를 WAMIS에서 제공하는 제방현황 테이블에서 추출한 속성 정보와 병합하여 제방 정보 데이터베이스를 구축한다.
2 Desktop Help, 2014). 본 연구에서는 ArcGIS 9.2를 사용하여 LiDAR 점군 자료로부터 DSM을 생성하였다.
DSM을 생성한 뒤, 인접한 픽셀의 고도값의 최대 차이를 이용하여 해당 지역의 경사도를 보여주는 경사지도(Slope map)를 생성한다. 경사지도에서 각 픽셀의 값은 해당 지역의 경사도(Slope degree)를 의미한다(ArcGIS 9.
DSM으로부터 경사지도를 생성한 후, 경사도 분류 방법을 이용하여, 제방의 주요 구성요소인 둑마루면과 비탈경사면을 분류한다. 경사도 분류 방법은 경사지도를 구성하는 각 픽셀의 경사도를 이용하여, 서로 다른 지형적인 특성을 가진 둑마루면과 비탈경사면의 경사도 범위를 설정하는 방법으로서, 식 (1)을 이용하여 구현된다(Choung, 2014).
43°]으로 설정된다. 설정된 두 경사도 범위를 이용하여 경사지도로부터 둑마루 폴리곤과 비탈경사 폴리곤을 각각 추출한다. 비탈경사 폴리곤이 다른 객체로 연결되어있는 경우, 수작업을 통하여 다른 객체와 분리한다.
제방의 주요 구성요소인 둑마루 및 비탈경사면을 나타내는 폴리곤들을 추출한 후(그림 8), 각 구성요소의 속성값들과 WAMIS에서 제공하는 제방정보를 병합하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축한다. 제방 GIS 데이터베이스를 구축하는 순서도는 그림 9에서 확인할 수 있다.
LiDAR 자료를 활용하여 둑마루 및 비탈 경사면의 다양한 속성 정보들을 추출한 후, WAMIS에서 제공하는 제방 GIS와 병합하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축한다. 제방 GIS 데이터베이스를 구성하는 테이블들은 표 2에서 확인할 수 있다.
제방 GIS 데이터베이스를 구성하는 2개의 테이블을 생성한 후, WAMIS에서 제공한 제방 정보들과 병합하여 테스트베드에 위치한 증산제의 제방 GIS 데이터베이스를 구축한다. 연구 대상지역에 위치한 증산제의 제방 GIS 데이터베이스는 그림 11에서 확인할 수 있다.
본 논문에서는 LiDAR 자료 및 WAMIS에서 제공하는 제방 정보 테이블을 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구를 진행하였다. 또한, USACE에서 제공하는 NLD와 WAMIS에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블을 비교 및 분석하고, 우리나라 제방현황 데이터베이스의 구축의 문제점 및 개선방향에 관해서 고찰하였다. 본 연구에서는 현지답사를 통한 지반조사방법을 이용하지 않고, 공간 정보 자료인 LiDAR 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스를 구성하는 속성 정보(둑마루 평균 높이, 둑마루 평균 폭, 제내지 비탈경사 평균 경사도 및 제외지 비탈경사 평균 경사도)를 추출하였다.
또한, USACE에서 제공하는 NLD와 WAMIS에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블을 비교 및 분석하고, 우리나라 제방현황 데이터베이스의 구축의 문제점 및 개선방향에 관해서 고찰하였다. 본 연구에서는 현지답사를 통한 지반조사방법을 이용하지 않고, 공간 정보 자료인 LiDAR 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스를 구성하는 속성 정보(둑마루 평균 높이, 둑마루 평균 폭, 제내지 비탈경사 평균 경사도 및 제외지 비탈경사 평균 경사도)를 추출하였다.
본 연구에서는 둑마루 폴리곤의 폭을 50m 간격으로 측정하여 둑마루 폴리곤의 평균 폭을 계산한다(그림 10
마지막으로, 비탈경사 폴리곤에 위치한 LiDAR 점군 자료들을 이용하여 제내지 비탈사면 평균 경사도 및 제외지 비탈사면 평균경사도를 계산한다(그림 10
대상 데이터
본 연구에서는 증산제가 위치한 경상남도 창녕군 길곡면 일대를 연구대상지역으로 선정하였다. 증산제는 낙동강을 따라 축조된 제방으로서 길이는 3,230m이다(WAMIS, 2014).
증산제는 낙동강을 따라 축조된 제방으로서 길이는 3,230m이다(WAMIS, 2014). 연구 대상지역으로 선정된 증산제를 포함하고 있는 경상남도 창녕군 길곡면 일대는 그림 6에서 확인할 수 있다.
본 연구에서 사용된 LiDAR 자료는 Optech 의 ALTM Gemini 167이 2009년 12월부터 2010년 1월까지 취합한 데이터다. 주어진 LiDAR 자료는 일반적으로 1m 수치표고모델 (Digital Elevation Model: DEM)에 대해 1㎡ 당 1.
그림 9에서 보는 바와 같이, 둑마루 정보 테이블은 제방의 이름, 제방의 길이, 제방의 시점 및 종점, 둑마루 폭, 계획홍수위 및 제방의 높이 정보 등을 포함하고 있고, 비탈경사 정보 테이블은 제내지 비탈사면 경사, 제외지 비탈사면 경사 및 경사면 주요 재질 정보 등을 포함하고 있다. 두 테이블에서 둑마루 폭, 제방의 높이, 제내지 비탈사면 경사 및 제외지 비탈사면 경사 정보는 둑마루 및 비탈경사 폴리곤에 위치한 LiDAR 점군자료들을 이용하여 추출된다.
이론/모형
LiDAR 센서로 취득된 점군 자료는 불균일한 점들로 구성되어 있다. 본 연구에서는 지표면을 균일한 격자 구조로 표현한 디지털 표면 모델 (DSM : Digital Surface Models)로 표현하기 위해서 보간법(interpolation method)을 사용한다. 보간법의 종류에는 선형 보간법, Kriging 보간법, Natural Neigibor 보간법, IDW (Inverse Distance Weighted) 보간법, Spline 보간법 등이 있다(Choung, 2014).
보간법의 종류에는 선형 보간법, Kriging 보간법, Natural Neigibor 보간법, IDW (Inverse Distance Weighted) 보간법, Spline 보간법 등이 있다(Choung, 2014). 본 연구에서는 제방의 둑마루 및 비탈경사면에 존재하는 가파른 경사를 탐지하기 위하여, 선형 보간법 (Linear interpolation method)을 사용하였다. 선형보간법을 사용하여 생성된 DSM에서 각 픽셀의 값은 해당 지역의 고도값(Elevation)을 의미한다(ArcGIS 9.
후속연구
또한, 공간정보 자료를 활용한 제방의 안전도 평가 방법 개발에 대한 연구가 미흡하여, 안전도 평가 정보가 제방 GIS 데이터베이스에 포함되지 않았다. 따라서, 다중분광 영상자료 등분광정보를 제공할 수 있는 자료들을 활용하여 제방의 표면을 구성하는 주요재질의 식별을 위한 추가적인 연구가 필요하며, 제방의 안전도 평가 방법 개발에 관한 추가적인 연구도 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보간법의 종류에는 어떤 것들이 있는가?
본 연구에서는 지표면을 균일한 격자 구조로 표현한 디지털 표면 모델 (DSM : Digital Surface Models)로 표현하기 위해서 보간법(interpolation method)을 사용한다. 보간법의 종류에는 선형 보간법, Kriging 보간법, Natural Neigibor 보간법, IDW (Inverse Distance Weighted) 보간법, Spline 보간법 등이 있다(Choung, 2014). 본 연구에서는 제방의 둑마루 및 비탈경사면에 존재하는 가파른 경사를 탐지하기 위하여, 선형 보간법 (Linear interpolation method)을 사용하였다.
제방이란 무엇이며, 그 역할은 무엇인가?
제방(Levee)은 하천을 따라 축조한 공작물로서, 홍수 등 자연 재해로부터 제내지를 보호하는 역할을 한다. 본 논문에서는 낙동강 지역을 촬영한 항공 라이다 자료(airborne topographic LiDAR data)와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구를 진행한다.
WAMIS에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블은 어떻게 구축되는가?
WAMIS에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블의 예시는 그림 5에서 확인할 수 있다. 제방 현황 테이블은 지자체, 국토관리청에서 발행한 하천정비기본계획보고서를 바탕으로 구축된다.
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