[논문]Web GIS기반의 복합적 토양 질 평가 시스템 개발

성윤수; 양재의; 김성철; 류지철; 장원석; 금동혁; 임경재

doi:10.15681/kswe.2015.31.6.693

[국내논문] Web GIS기반의 복합적 토양 질 평가 시스템 개발
Development of Composite Soil Quality Index Evaluation System based on Web GIS 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.31 no.6, 2015년, pp.693 - 699

성윤수 (강원대학교 지역건설공학과) , 양재의 (강원대학교 바이오자원환경학과) , 김성철 (충남대학교 생물환경화학과) , 류지철 (국립환경과학원 유역총량과) , 장원석 (퍼듀대학교 농공학과) , 금동혁 (강원대학교 지역건설공학과) , 임경재 (강원대학교 지역건설공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

It has been known that torrential rainfall events have been occurring worldwide due to climate change. The accelerated soil erosion has caused negative impacts on water quality and ecosystem of receiving waterbodies. Since soil security issues have been arising in various areas of the world, intensive interests have been given to topsoil management in Korea. Thus in this study, Web GIS-based computing system of physical, chemical, and biological topsoil quality indices were developed. In this study, five soil quality maps at national scale and top soil erosion potential were prepared for evaluation of soil quality based on soil erosion potential. For this system, the open source Web GIS engine, OpenGeo, was used as core engine of the system. With this system, decision makers or related personnel in areas of soil erosion Best Management Practices (BMPs) would be able to find the most appropriate soil erosion BMPs based on soil erosion potential and soil quality at the area of interest. The Web GIS system would be efficiently used in decision making processes because of ease-of-use interface and scientific data used in this system. This Web GIS system would be efficiently used because this system could provide scientific knowledge to decision makers or stakeholders. Currently various BMP database are being built to be used as a decision support system in topsoil management and topsoil quality areas.

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문제 정의

2) 구축된DB를 활용한복합적 토양 질 평가시스템을 개발하고자 한다.
또한 토양 질에대한조사가 작물생산학 적관점과 중금속 오염도에 집중되어 진행되고 있으며, 토양질평가결과에 의한 최적관리방법을 제시할수 있는 방 법의 부재로 현재 토양의 질에 맞는 최적관리기법을 시행 하기에는 어려움이 존재하고 있다. 그리하여 본 연구에서는 토양의 질과 가치에 대한 통합적인 평가시스템을 개발하게 되었다. 개발된 복합적 토양 질 평가 시스템은 토양 특성의 등급화를 통해 복합적인 질을 평가할 수 있도록 구성하 였다.
농촌진흥청 국립농업과 학원(NAAS, 2009)에서는1999년부터2008년까지10년 동안 전국농경지표토의 화학적, 물리학적, 생물학적성질을 4년주기로 농경지이용별로 조사했으나, 조사기준이 작물 생산학적관점과 중금속오염도에 집중되어있다. 또한 같은 기관에서 1999년부터 2002년까지 토양 질지표산정을 위해 국제적동향에 대해 조사한적이 있으며, 토양질평 가지표 선택의 기초연구를수행했다. 또한 국립환경과학원(NIER, 2011)에서도 토양 측정망을 통한 전국적 규모의 토양조사를 매년 실시하고 있다.
개발된 복합적 토양 질 평가 시스템은 토양 특성의 등급화를 통해 복합적인 질을 평가할 수 있도록 구성하 였다. 또한 토양에 대한 질평가가 진행된 후 상황에 맞는 최적관리기법을 제시함으로서 지속적인 토양관리가 가능하도록 구성하였다. 이로 인해 개발된시스템을 이용하면 기존 토양질 평가를 위해 시행되던실험 및 현장조사에 비해 모든정보 및 연산처리가 서버측에서 진행되도록 data-checked="false"> 개발되어서 기존 방법대비 시간･비용절감에 대한 장점이 있 는것으로판단된다.
이로 인해 개발된시스템을 이용하면 기존 토양질 평가를 위해 시행되던실험 및 현장조사에 비해 모든정보 및 연산처리가 서버측에서 진행되도록 data-checked="false"> 개발되어서 기존 방법대비 시간･비용절감에 대한 장점이 있 는것으로판단된다. 또한 토양질평가 결과를 파일로 제공할 수 있도록 개발되어 사용자가 평가한 결과를 기반으로 추가적인 연구가 가능하도록 구성하였다. 본 연구에서는 연구지역을 한강 수변구역 내 토양 특성을 위주로 개발되 었으나, 향후 전국단위토양 질평가시스템의 개발에 앞서 중요한 기능적이의가있는것으로 판단된다.
또한각토양특성별등급에따른최적관리 방법을제시하도록구성하여사용자의목적에따라다양한 관리방법을 제시할 수 있도록 하였다. 또한 시스템을 통해 분석된 결과를 shp파일형태로 변환하여 사용자로 하여금 해 당지역에 대한 분석이 가능하도록 시스템을 구성하였다.
본 연구에서 개발된 토양 질 평가시스템의 성능을확인하기 위해 토양 질에대한 가중치가 같다고 가정한 후 토 양의 복합적 질 평가를 모의해 보았다. 총5가지의 토양 기능(Biomass, Buffer, Groundwater recharge, Habitat, SOC)이 토양 질에 동일한 영향을 준다고 가정하였으므로 각 20%씩가중치를설정하였다.

제안 방법

가중치를 입력하여 질평가를 진행한 후 평가가 진행된 지역의 적용 가능한 최적관리기법을 제시할 수 있도록 시스템 을구성하였다. 또한각토양특성별등급에따른최적관리 방법을제시하도록구성하여사용자의목적에따라다양한 관리방법을 제시할 수 있도록 하였다.
각최적관리기법에 대한 여러평가 인자중시스템의 입력자료인 생물량등급, 토양유실등급, 지하수함양등급, 서식지 등급, 토양 유기탄소등급, 완충기능등급에 대해 적합한 평가인 자만을 선별하여 표토침식량과(USLE A) 함께 토양의 기능을 다섯가지로 분류하였다(Table 2).
그리하여 본 연구에서는 토양의 질과 가치에 대한 통합적인 평가시스템을 개발하게 되었다. 개발된 복합적 토양 질 평가 시스템은 토양 특성의 등급화를 통해 복합적인 질을 평가할 수 있도록 구성하 였다. 또한 토양에 대한 질평가가 진행된 후 상황에 맞는 최적관리기법을 제시함으로서 지속적인 토양관리가 가능하도록 구성하였다.
이 등급은 시스템 내 입력된 총5가지 입력DB를 통해 구현되도록 구성하였다. 다음으로 대상지역의DB에 사용자가 원하는 목적에 따라 입력하는 가중치와 범용토양 손실공식인USLE(Universal Soil Loss Equation)의 연평균 토양침식량값을 서로 곱하여 복합적인질을 등급별로평가 할 수있도록 엔진을 구성하였다. 사용된 평가식은 식(1) 과같다.
시스템을 통해 계산된 결과를 사용자에게 제공하기 위해 Python기반으로 구축된 인터페이스인 pyshp와 GDAL의 ogr2ogr을 사용하여 결과를 출력하도록 구성하였다. 다음으로 토양의질 평가를 실행한 후대상지 역의 최적관리기법(BMPs)을 찾을 수 있도록 각각의 함수를 적용하여 사용자로 하여금 한번의 클릭으로 정보를 제 공 받을 수 있도록 하였다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 사용자로 하여금 최소한의 장비와 최소한의 노력으로 인해 대상지역의 평가 결과 및 관리기법을 얻을 수 있게함으로 서 편의성 및 경제적효과를 이룰수 있도록 시스템을 구성하였다.
사용하여 시스템을 구성하였다. 또한 도표구현에 강점이 있는Ext.js를 사용하여 사용자가 쉽게 이해할 수 있는 구조를 구성하여 시스템을 개발하였다(Fig. 1).
또한 동일한 지역에 대해 가중치가 일정하지 않을 경우를 가정한 후 토양의 복합적 질평가를 모의해보았다. 토 양의각기능들이10%, 20%, 30%, 20%, 20%의가중치로 설정한후토양질평가를실행하였다.
가중치는앞서생성한 기본 입력DB에 부여 할 수 있도록 구성하였다. 또한 사용자의 필요한 토양특성에 대한 가중치를 다르게 입력할 수 있도록 구성하여 해당지역의 토양질을 다양하게 분석할 수 있도 록 구성하였다.
이와 같은 기능을 평가하기 위해 생물량등급(Biomass)과, 지하수 함양 등급(Groundwater recharge), 완충기능등급(Buffer), 서식지 등급(Habitat), 토양 유기탄소 등급(Soil Organic Carbon), 토양유실등급(USLE A)등을 계산하여1~5 등급을산정하였다. 또한 산정된 결과를 DB로 구성하기 위해GIS 플랫폼의파일형태인ASCII Grid 형태로 구성하였다. 산정시필요한지표는Table 1과 같이 선정하여 진행하였다.
또한각토양특성별등급에따른최적관리 방법을제시하도록구성하여사용자의목적에따라다양한 관리방법을 제시할 수 있도록 하였다. 또한 시스템을 통해 분석된 결과를 shp파일형태로 변환하여 사용자로 하여금 해 당지역에 대한 분석이 가능하도록 시스템을 구성하였다.
또한 토양의 질을 평가할 지역에 가중치를 부여할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 가중치는앞서생성한 기본 입력DB에 부여 할 수 있도록 구성하였다.
또한Web 기반으로 구성된 시스템의 특성상 하이퍼텍스트생성언어에 포함되어 동작하는 스크립 팅언어인PHP와 객체 지향형 스크립트 언어인python, 표준HTML 문서에 사용되어 인터렉티브 웹페이지를 구성 할 수있는Java script 를 사용하여 시스템을 구성하였다. 또한 도표구현에 강점이 있는Ext.
본 연구에서 개발된 시스템을 통해 토양의 질을 평가시 사용자에게 제공되는 최적관리기법을 구성하였다(RRI, 2011).
본 연구에서 개발된 토양질평가시스템은 사용자의 접근성과 활용성을 높이기 위해 별다른 설치가 필요 없고, 작업에 대해 쉽게 접근할 수 있는Web 기반의 시스템을 개발하였다(Cho et al., 2010).
본 연구에서 개발한 토양 질 평가시스템의 구동을 위해 생성된 기본 입력DB는 총6가지의 종류로 구분이 된다. 구성된DB는 1~5등급을 가지고 있으며 생물량등급, 지하수 함양 등급, 서식지 등급, 토양 유기탄소등급, 완충기능 등급 대비 토양유실등급에 대한 상관관계는Fig.
시스템을 통해 계산된 결과를 사용자에게 제공하기 위해 Python기반으로 구축된 인터페이스인 pyshp와 GDAL의 ogr2ogr을 사용하여 결과를 출력하도록 구성하였다. 다음으로 토양의질 평가를 실행한 후대상지 역의 최적관리기법(BMPs)을 찾을 수 있도록 각각의 함수를 적용하여 사용자로 하여금 한번의 클릭으로 정보를 제 공 받을 수 있도록 하였다.
, 2009). 이와 같은 기능을 평가하기 위해 생물량등급(Biomass)과, 지하수 함양 등급(Groundwater recharge), 완충기능등급(Buffer), 서식지 등급(Habitat), 토양 유기탄소 등급(Soil Organic Carbon), 토양유실등급(USLE A)등을 계산하여1~5 등급을산정하였다. 또한 산정된 결과를 DB로 구성하기 위해GIS 플랫폼의파일형태인ASCII Grid 형태로 구성하였다.
다음으로 토양의질 평가를 실행한 후대상지 역의 최적관리기법(BMPs)을 찾을 수 있도록 각각의 함수를 적용하여 사용자로 하여금 한번의 클릭으로 정보를 제 공 받을 수 있도록 하였다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 사용자로 하여금 최소한의 장비와 최소한의 노력으로 인해 대상지역의 평가 결과 및 관리기법을 얻을 수 있게함으로 서 편의성 및 경제적효과를 이룰수 있도록 시스템을 구성하였다.
같다. 제시된 최적관리기법은 토양 기능 보호의 좋고 나쁨과 보호의 많고 적음에 대해 각기 최적관리기법을 제시할수있도록 분류하였다.
복합적 질 평가를 모의해 보았다. 총5가지의 토양 기능(Biomass, Buffer, Groundwater recharge, Habitat, SOC)이 토양 질에 동일한 영향을 준다고 가정하였으므로 각 20%씩가중치를설정하였다.
토 양의각기능들이10%, 20%, 30%, 20%, 20%의가중치로 설정한후토양질평가를실행하였다.
토양의 질 평가를 시행하여 결과를 도출하기 위해 과학계산용으로 주로 사용되는FORTRAN언어를 선택하여 엔진을 구축하였으며. 시스템을 통해 계산된 결과를 사용자에게 제공하기 위해 Python기반으로 구축된 인터페이스인 pyshp와 GDAL의 ogr2ogr을 사용하여 결과를 출력하도록 구성하였다.

대상 데이터

3과같이구성하였다. 생성된 DB는 한강수변구역을 대상으로 구축하였다
이시스템을개발하기위해사용된플랫폼은Open Source GIS인 Heron-mc (Heron-mc, 2014)를 사용하여 인터페이스를 구성하였다. Heron-mc는 Open Layer기반으로 이루어져 있으며 Opengeo-Suite, QGIS와 같이 Web언어로 구성된 Web GIS플랫폼이다.

이론/모형

본 연구에서는‘표토의 복합적 질 평가 및 최적관리 시스템구축에 개한 연구’ 결과를 기반으로 DB를 생성하였다 (KEITI, 2014).
시스템을 통해 평가가 진행된 지역의 최적관리기법(Best Management Practice, BMPs)을 제안하기 위해 한국농어촌 공사의 ‘농업비점오염관리기술자료집’을 토대로 토양질 및 유실량에 따른 최적관리기법을 사용하였다(NAAS, 2009). 본 자료집은 미국 농무성 자연자원보호청 USDA-NRCS(Department of Agriculture - National Resources Conservation Service)에서 제공하는 자연자원보존기법에 대한 자료를 실무담당자 및 정책입안자를 위한 최적관리기법의 종류, 적용 방안, 효과등에대해소개하고있다(USDA-NRCS, 2011).

성능/효과

2와같게 되도록 구성하였다. 본 연구에서는 토양 질이 높을수록1 등급이라 분석하였으며, 토양 유실이 적게발생할수록 1등급이라 분석하였다. Fig.
시스템에 입력된DB 중 가장 높은 가중치를 갖는 지표는 지하수 함양량 등급이므로 평가를 시행한 지역의 토양질에 영향을 가장 미치는것으로나타났다. 그리고영 향을 적게 미치는 지표는 생산량 등급으로 나타났다.
또한 토양에 대한 질평가가 진행된 후 상황에 맞는 최적관리기법을 제시함으로서 지속적인 토양관리가 가능하도록 구성하였다. 이로 인해 개발된시스템을 이용하면 기존 토양질 평가를 위해 시행되던실험 및 현장조사에 비해 모든정보 및 연산처리가 서버측에서 진행되도록 data-checked="false"> 개발되어서 기존 방법대비 시간･비용절감에 대한 장점이 있 는것으로판단된다. 또한 토양질평가 결과를 파일로 제공할 수 있도록 개발되어 사용자가 평가한 결과를 기반으로 추가적인 연구가 가능하도록 구성하였다.
그리고영 향을 적게 미치는 지표는 생산량 등급으로 나타났다. 질평가를 시행한 지역의 적절한 최적관리기법을 적용하기 위해서는 지하수함양기능을 많이 제어할 수있으며, 생산량기능에는 적은 영향을 미치는 최적관리기법을 적용해야 하는 것으로 나타났다.

후속연구

또한 토양질평가 결과를 파일로 제공할 수 있도록 개발되어 사용자가 평가한 결과를 기반으로 추가적인 연구가 가능하도록 구성하였다. 본 연구에서는 연구지역을 한강 수변구역 내 토양 특성을 위주로 개발되 었으나, 향후 전국단위토양 질평가시스템의 개발에 앞서 중요한 기능적이의가있는것으로 판단된다.

참고문헌 (17)

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USDA-NRCS Soil quality for environmental health (USDA-NRCS). (2011). http://soilquality.org/. (accessed Sep. 2015).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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