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문제 정의
- 본 연구에서는 진하해수욕장의 과거 시기별 항공사진 및 위성영상 자료로부터 해안선을 추출하고 수치해안선 분석 시스템(Digital Shoreline Analysis System, DSAS 4.0) 을 통해 해안선 변화를 탐지함으로써 해안선의 장기적인 이동경향을 파악하고 해빈의 침식 및 퇴적 변화를 정량화 하고자 하였다.
제안 방법
- 진하해수욕장은 명선도를 기준으로 남측(transect 1~48)과 북측(transect 49~64) 그리고 도류제 건설 이전의 토사 퇴적 구간인 회야강 하구지역(transect 65~74)으로 구분되었으며, transect 65~74 구간은 도류제 건설로 인해 1967~1992년 해안선만이 고려되었다. DSAS 분석을 위한 baseline은 해안선의 전진과 후퇴 경향을 살펴보기 위해 육지 방향으로 일정한 간격을 두어 해안선의 곡률을 고려하여 설정하였으며, transect은 모든 해안선이 포함될 수 있도록 20 m의 간격을 두고 150 m 길이로 설정되었다. Fig.
- KOMPSAT-3 위성의 전정색 밴드와 다중분광밴드 공간해상도는 각각 0.7 m, 2.8 m이고, 본 연구에서는 영상 선명화(Pan sharpening) 기법을 이용하여 전정색 영상에 다중분광영상을 중첩시켜 0.7 m의 해상도를 가지는 다중분광영상을 생성하였다.
- 본 연구에서는 진하해수욕장을 대상으로 항공사진 및 KOMPSAT-3 위성영상을 이용하여 1967년부터 2013년까지 약 50년에 걸친 장기간의 해안선 변화를 분석하였다. 영상은 연구기간에 대하여 취득 가능한 것 중 기상 및 왜곡의 보정이 용이한 총 7매의 영상(‘67, ’87.
- Linear Regrression Rate(LRR)은 선형회귀식에 의해 계산된다. 시간에 따른 해안선들의 거리에 대하여 최소자 승법을 적용하여 추세선을 계산하며, 추세선의 기울기를 해안선 변화율로 간주한다. 즉, 시간과 해안선 이동거리에 대한 상관관계를 설명할 수 있다.
- 영상은 연구기간에 대하여 취득 가능한 것 중 기상 및 왜곡의 보정이 용이한 총 7매의 영상(‘67, ’87. ‘92, ’01, ‘06, ’11, ‘13)을 사용하였으며, wet/dry 기법을 적용하여 해안선을 추출하고 DSAS 4.0을 통해 해안선의 침식 및 퇴적 양상을 관측하였다.
- DEM은 2011년 촬영된 항공 LiDAR로부터 획득한 Point Cloud 자료를 이용하여 생성하였다. 장기간의 여러 영상을 보정함에 있어 DEM은 영상의 연도별로 제작되어야 하나 시간과 비용이 많이 소모될뿐만 아니라 본 연구의 목적이 정확한 지형도의 제작보다는 해안선 추출에 있으므로 이와 같은 방법을 채택하였다.
- 진하해수욕장의 침식 및 퇴적 현상을 분석하기 위하여 획득한 영상으로부터 시기별 백사장 단면적을 산정하였다. 총 7장의 영상은 도류제 건설 전(1967년, 1987년, 1992년), 중(2001년), 후(2006년, 2011년, 2013년)의 상황을 비교할 수 있도록 구분되어 도류제 건설이 진하해수욕장의 면적변화에 미치는 영향을 분석하였다(Table 3).
- 진하해수욕장의 침식 및 퇴적 현상을 분석하기 위하여 획득한 영상으로부터 시기별 백사장 단면적을 산정하였다. 총 7장의 영상은 도류제 건설 전(1967년, 1987년, 1992년), 중(2001년), 후(2006년, 2011년, 2013년)의 상황을 비교할 수 있도록 구분되어 도류제 건설이 진하해수욕장의 면적변화에 미치는 영향을 분석하였다(Table 3).
대상 데이터
- 먼저, GCP는 국토지리정보원에서 제작한 1:5,000 수치지도를 이용하여 선정하였으며, 1967년과 2013년의 영상을 비교하여 변화가 거의 없는 도로, 건물 등을 대상으로 총 9지점의 2차원의 평면 좌표를 추출하였다. DEM은 2011년 촬영된 항공 LiDAR로부터 획득한 Point Cloud 자료를 이용하여 생성하였다. 장기간의 여러 영상을 보정함에 있어 DEM은 영상의 연도별로 제작되어야 하나 시간과 비용이 많이 소모될뿐만 아니라 본 연구의 목적이 정확한 지형도의 제작보다는 해안선 추출에 있으므로 이와 같은 방법을 채택하였다.
- 대상 지역의 경우 조차(tidal range)는 평균 0.30 m이며(http://sms.khoa.go.kr/koofs), 조차에 따른 오차 σtd는 해안 전면부의 평균 경사를 고려하여 1.8m로 산정하였다.
- 본 연구에서 영상의 보정은 크게 위치획득을 위한 지상기준점(Ground Control Point, GCP) 설정, 수치표고모형(Digital Elevation Model, DEM)을 이용한 기복변위 보정으로 구분되며, 이러한 과정은 ERDAS의 Leica Photogrammetry Suite(LPS) 프로그램에 의해 처리되었다. 먼저, GCP는 국토지리정보원에서 제작한 1:5,000 수치지도를 이용하여 선정하였으며, 1967년과 2013년의 영상을 비교하여 변화가 거의 없는 도로, 건물 등을 대상으로 총 9지점의 2차원의 평면 좌표를 추출하였다. DEM은 2011년 촬영된 항공 LiDAR로부터 획득한 Point Cloud 자료를 이용하여 생성하였다.
- 본 연구는 1967년, 1987년, 1992년, 2001년, 2006년, 2011년, 2013년의 해안선 자료를 이용하여 진하 해수욕장의 장기 해안선 변동을 파악하였다. 진하해수욕장은 명선도를 기준으로 남측(transect 1~48)과 북측(transect 49~64) 그리고 도류제 건설 이전의 토사 퇴적 구간인 회야강 하구지역(transect 65~74)으로 구분되었으며, transect 65~74 구간은 도류제 건설로 인해 1967~1992년 해안선만이 고려되었다.
- 본 연구의 대상지역은 울산광역시 서생면 진하리에 위치하고 있는 진하해수욕장이다(Fig. 1). 진하해수욕장은 백사장 길이 1,000 m, 폭 40 m 로서 면적은 약 29,000 m2 이며, 백사장 중앙부에는 육지로부터 약 160 m 떨어진 거리에 이완제 역할을 하는 명선도가 위치하여 섬의 배후가 톰볼로 형태로 돌출되어 있다.
- 진하해수욕장의 해안선 변화 분석을 위해 항공사진과, Korean Multi-Purpose Satellite 3(KOMPSAT-3) 영상을 포함하여 총 7매의 영상자료를 사용하였다(Fig. 1). 항공사진은 국토지리정보원으로부터 제공받았으며, 진하 해수욕장 전역과 명선도를 포함하는 지역에 대하여 1967년부터 2011년에 걸쳐 촬영된 총 6매의 영상(‘67, ’87.
- 항공사진은 국토지리정보원으로부터 제공받았으며, 진하 해수욕장 전역과 명선도를 포함하는 지역에 대하여 1967년부터 2011년에 걸쳐 촬영된 총 6매의 영상(‘67, ’87. ‘92, ’01, ‘06, ’11)을 사용하였다.
이론/모형
- 항공사진과 인공위성 영상은 많은 지형적 왜곡을 포함하고 있기 때문에 기하보정 및 정사보정을 통해 왜곡을 보정할 필요가 있다. 본 연구에서 영상의 보정은 크게 위치획득을 위한 지상기준점(Ground Control Point, GCP) 설정, 수치표고모형(Digital Elevation Model, DEM)을 이용한 기복변위 보정으로 구분되며, 이러한 과정은 ERDAS의 Leica Photogrammetry Suite(LPS) 프로그램에 의해 처리되었다. 먼저, GCP는 국토지리정보원에서 제작한 1:5,000 수치지도를 이용하여 선정하였으며, 1967년과 2013년의 영상을 비교하여 변화가 거의 없는 도로, 건물 등을 대상으로 총 9지점의 2차원의 평면 좌표를 추출하였다.
- 이러한 편위를 제거하기 위하여 2011년 정사영상을 기준으로 아핀변환(affine transformation) 을 수행하였다(Tao and Hu, 2001). 아핀변환은 Arcgis의 Geo-referencing tool을 사용하여, 기준영상 내에서 경계가 명확하고 과거부터 현재까지 유실되지 않은 지상기준점을 선정하여 수행하였다.
- 5 pixel 이내의 정확도를 가진다. 항공사진이 제공되지 않는 2013년에는 KOMPSAT-3 위성영상을 사용하였다. KOMPSAT-3 위성의 전정색 밴드와 다중분광밴드 공간해상도는 각각 0.
성능/효과
- End Point Rate(EPR) 은 가장 오래된 해안선과 가장 최근의 해안선 사이의 거리를 경과 시간으로 나눈 것이다. 전반적인 EPR의 변화 양상은 NSM과 비슷하여, 남측 transect 1~22에서 해안선은 외해로 0.2~0.7 m/yr 퇴적하였고, transect 22~45에 이르는 구간에는 변화가 거의 없었으며, 북측(transect 49~64)에서는 평균 -0.1 m/yr 침식하는 결과를 보였다. EPR은 분석 시 요구되는 자료가 적고 계산이 간편하다는 장점이 있으나 단지 두 개의 자료만을 사용하기 때문에 전체자료에 대한 관측기간 동안의 전진과 후퇴양상, 주기적 변동성 등의 이동경향을 파악하기는 어렵다
후속연구
- 본 연구는 영상으로부터 추출한 해안선 자료만을 사용하였기 때문에 양빈량은 고려하지 않았으나, 결과적으로 도류제 건설 및 준설, 양빈은 진하해수욕장의 하구 폐색과 해안선 변화 현상의 완화를 위한 근본적인 대책이 될수 없음을 시사한다. 따라서 진하해수욕장의 지속가능한 관리를 위해서는 해안뿐만 아니라 회야강의 유사유출 특성을 이해하고, 유역 내 기후변화, 토지이용변화 등 하구 해안에 영향을 미칠 수 있는 요인을 고려한 수리모형실험을 병행하여 종합적이고 근본적인 접근의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구는 영상으로부터 추출한 해안선 자료만을 사용하였기 때문에 양빈량은 고려하지 않았으나, 결과적으로 도류제 건설 및 준설, 양빈은 진하해수욕장의 하구 폐색과 해안선 변화 현상의 완화를 위한 근본적인 대책이 될수 없음을 시사한다. 따라서 진하해수욕장의 지속가능한 관리를 위해서는 해안뿐만 아니라 회야강의 유사유출 특성을 이해하고, 유역 내 기후변화, 토지이용변화 등 하구 해안에 영향을 미칠 수 있는 요인을 고려한 수리모형실험을 병행하여 종합적이고 근본적인 접근의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 따라서 LMS 및 EPR, LRR 값의 차이는 LMS의 특성상 분산의 중간값을 사용하기 때문에 1967년 이후 발생한 급격한 후퇴를 반영하지 않은 결과로 판단된다. 이러한 이상값에 의한 영향을 제거하고 보다 정확한 분석을 위해 꾸준한 모니터링을 통한 장기간 다량의 자료수집이 요구되며, 이와 더불어 기상, 조위 등을 고려할 수 있는 관측 계획의 수립이 필요하다.
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