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문제 정의
- 본 연구의 목적은 2013년 집중호우에 의하여 임도 붕괴가 발생된 강원 홍천군 화촌면을 대상으로 GIS를 이용하여 임상, 입지토양, 지형인자의 DB를 구축하고 확률적으로 예측 가능한 로지스틱 회귀모형을 개발하여 임도 붕괴 위험도 평가를 실시하기 위함이다.
제안 방법
- 또한, 임도 붕괴 발생위험도를 분석하기 위하여 임도 붕괴지 87개소에 대하여 임도 구간을 설정하였다.
- 임황 및 토양 인자는 값의 형태가 정성적으로 분포하고 있어 구간 내 가장 많은 면적을 차지하고 있는 인자값을 적용하였다. 또한, 지형인자인 사면 방위와 산지경사는 구간 내 평균값을 적용하였다(Table 1). 또한, 임도 붕괴 발생위험도를 분석하기 위하여 임도 붕괴지 87개소에 대하여 임도 구간을 설정하였다.
- 조사 대상 임도노선은 총 433개소의 구간으로 설정 되었으며, 이 중 임도 붕괴지는 80개소, 미붕괴지는 353개소로 구분되었다. 로지스틱 회귀모델 개발을 위하여 사용된 인자는 사면방위, 산지경사, 임상, 영급, 경급, 수관밀도, 모암, 토심, 토성으로 총 9개 인자를 적용하였다. 총 조사 개소 중 임도 붕괴지 80개소와 임도 미붕괴지 중 약 46%인 160개소 자료를 임의적으로 추출하여 총 240개소를 대상으로 실시하였다(Lee et al.
- 로지스틱 회귀분석의 결과로 인한 임도붕괴 판별 적중률은 Table 3과 같다. 로지스틱 회귀식에 의한 예측결과와 실제 붕괴 발생 여부를 비교하여, 판단 기준값에 의한 붕괴지와 미붕괴지로 구분하였다. 분석결과의 값은 0에서 1사이에 분포하기 때문에 분석된 값을 확률값으로 계산하여 임도붕괴 판정기준을 0.
- 본 연구는 2013년 7월에 집중호우로 인하여 임도붕괴가 발생한 노선을 대상으로 GIS의 속성정보와 로지스틱 회귀분석을 이용하여 임도 붕괴의 예측 및 위험도 평가를 실시하였다.
- 로지스틱 회귀식에 의한 예측결과와 실제 붕괴 발생 여부를 비교하여, 판단 기준값에 의한 붕괴지와 미붕괴지로 구분하였다. 분석결과의 값은 0에서 1사이에 분포하기 때문에 분석된 값을 확률값으로 계산하여 임도붕괴 판정기준을 0.5로 기준하여 이 값보다 크면 붕괴 발생, 작으면 붕괴 미발생으로 분류하였다. 임도붕괴의 정오분류 결과, 임도 미붕괴지 160개소 중 125개소가 정분류 되어 78.
- 임도 붕괴지는 임도망도와 중첩하여 임도 중심선으로 부터 양방향 폭 20 m의 버퍼와 임도길이 100 m를 1개의 구간으로 설정하였으며, 구간내의 속성정보는 GIS자료를 이용하여 수치임상도(1:5,000), 임도망도(1:5,000), 수치지형도(1:5,000), 산림입지토양도(1:25,000)를 이용하였다. 임황인자는 임상, 영급, 경급, 수관밀도 정보를 이용하였으며, 토양인자는 토심, 토성, 모암 등 토양입지 정보를 이용하였다.
- 임도붕괴 인자 DB구축은 임황(임상, 영급, 경급, 수관밀도), 토양(토심, 토성, 모암) 및 지형(산지경사, 사면방위) 인자로 구분하였으며, 구축된 Raster 데이터는 임도 구간에 공간결합(Spatial Join)방법을 이용하여 구간별 인자의 GIS DB를 구축하였다. 임황 및 토양 인자는 값의 형태가 정성적으로 분포하고 있어 구간 내 가장 많은 면적을 차지하고 있는 인자값을 적용하였다.
- 임도붕괴 인자 DB구축은 임황(임상, 영급, 경급, 수관밀도), 토양(토심, 토성, 모암) 및 지형(산지경사, 사면방위) 인자로 구분하였으며, 구축된 Raster 데이터는 임도 구간에 공간결합(Spatial Join)방법을 이용하여 구간별 인자의 GIS DB를 구축하였다. 임황 및 토양 인자는 값의 형태가 정성적으로 분포하고 있어 구간 내 가장 많은 면적을 차지하고 있는 인자값을 적용하였다. 또한, 지형인자인 사면 방위와 산지경사는 구간 내 평균값을 적용하였다(Table 1).
- 임도 붕괴지는 임도망도와 중첩하여 임도 중심선으로 부터 양방향 폭 20 m의 버퍼와 임도길이 100 m를 1개의 구간으로 설정하였으며, 구간내의 속성정보는 GIS자료를 이용하여 수치임상도(1:5,000), 임도망도(1:5,000), 수치지형도(1:5,000), 산림입지토양도(1:25,000)를 이용하였다. 임황인자는 임상, 영급, 경급, 수관밀도 정보를 이용하였으며, 토양인자는 토심, 토성, 모암 등 토양입지 정보를 이용하였다. 지형인자는 수치지형도에서 DEM(cell size: 30 m × 30 m)정보를 구축하여 산지경사와 사면방위 정보를 추출하여 이용하였다.
- 지형인자는 수치지형도에서 DEM(cell size: 30 m × 30 m)정보를 구축하여 산지경사와 사면방위 정보를 추출하여 이용하였다.
- 회귀분석을 수행하고 신뢰성에 따라 변수를 제거, 혹은 다시 선택하여 최대한의 신뢰성을 확보할 수 있는 인자들이 선택되도록 회귀식의 유의성 분석을 반복수행하는 방법으로 이에 따라 최종적으로 유의확률이 유의수준 범위에서 크게 벗어나, 발생 확률의 상관성이 낮은 것으로 판정되어지는 인자들을 제외하고 최종 모델을 개발하였다.
대상 데이터
- 임도의 구간을 100 m단위로 구분하여 설정한 결과, 87개소 중 두 개 이상이 한 구간에 설정될 경우는 한 개의 구간으로 설정하였다. 조사 대상 임도노선은 총 433개소의 구간으로 설정 되었으며, 이 중 임도 붕괴지는 80개소, 미붕괴지는 353개소로 구분되었다. 로지스틱 회귀모델 개발을 위하여 사용된 인자는 사면방위, 산지경사, 임상, 영급, 경급, 수관밀도, 모암, 토심, 토성으로 총 9개 인자를 적용하였다.
- 조사대상지는 Figure 1과 같이 2013년 7월 13~15일 동안 집중호우로 인하여 임도 붕괴가 발생한 강원도 홍천군 화촌면(풍천리, 구성포리, 성산리) 지역이다. 조사대상 총 임도 노선 길이는 약 48.6 km로 임도 붕괴 발생지는 총 87개소이며, 이 중 절토사면 붕괴지역 53개소(60.9%), 성토사면 붕괴지역은 34개소(39.1%)로 조사되었다. 조사대상지의 연평균기온은 10.
- 조사대상지는 Figure 1과 같이 2013년 7월 13~15일 동안 집중호우로 인하여 임도 붕괴가 발생한 강원도 홍천군 화촌면(풍천리, 구성포리, 성산리) 지역이다. 조사대상 총 임도 노선 길이는 약 48.
- 로지스틱 회귀모델 개발을 위하여 사용된 인자는 사면방위, 산지경사, 임상, 영급, 경급, 수관밀도, 모암, 토심, 토성으로 총 9개 인자를 적용하였다. 총 조사 개소 중 임도 붕괴지 80개소와 임도 미붕괴지 중 약 46%인 160개소 자료를 임의적으로 추출하여 총 240개소를 대상으로 실시하였다(Lee et al., 2012).
이론/모형
- 5%가 분포하여 임도 붕괴 발생에 대한 분류정확도가 적합한 것으로 판단된다. 또한 Figure 3과 같이 개발된 로지스틱 회귀모델식을 이용하여 임도붕괴 위험도 평가 지도를 작성하였다. 붉은 색에 근접할수록 임도붕괴 발생 확률이 높은 것을 의미하며, 녹색에 가까울수록 낮은 확률을 나타낸다.
- 즉, 독립변수와 발생확률과의 관계는 비선형적이다. 확률추정은 변수값에 상관없이 항상 0과 1사이에 존재하며 최대우도추정법(MLE: Maximum-Likelihood Method)을 이용하여 모형의 모수를 추정하며 선형적인 함수로 변환시키기 위하여 로지스틱 함수로 변환시키게 된다.
성능/효과
- 6%의 높은 적중률을 보였다. 또한, 예측모델식을 임도 전체노선에 적용한 결과, 임도 붕괴지에서는 0.7이상에서 가장 높은 분포를 보였으며, 임도 미붕괴지에서도 0.3이하에서 임도 붕괴가 발생될 확률이 낮은 것으로 예측되었다. 본 연구에서 임도붕괴 위험도 평가를 위하여 개발된 로지스틱 예측 모델식은 임도의 구조인자를 제외한 임도붕괴 예측 모델식으로서 본 연구대상지와 임황, 지황 및 지형이 유사한 지역에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
- 5%의 분류 정확도를 보였다. 또한, 임도 미붕괴지와 붕괴지의 전체 분류 정확도는 74.6%로 높은 분류 정확도를 보였다. 이러한 결과는 Lee et al.
- 로지스틱 회귀분석에 의하면 토성이 사토인 지역은 회귀계수가 6.616으로 임도붕괴에 위험성이 가장 높으며, 경급이 중경목인 지역은 회귀계수가 -3.282로 임도사면의 안정성이 가장 높은 것으로 분석되었다. 임도붕괴 위험도 적중률은 판별 구간 240개소 중 179개소가 정분류되어 74.
- 임도붕괴 위험도 평가 시 실제 임도붕괴지에서는 확률값이 높을수록 임도 붕괴의 위험성이 높은 것을 나타내며, 임도 미붕괴지에서는 확률값이 낮을수록 임도 사면의 안정성이 높은 확률을 의미한다. 예측된 임도 붕괴 위험도 분포를 살펴보면, 실제 임도 붕괴지의 경우 0.7~1.0에서 약 58%로 붕괴 위험이 높게 나타나는 것으로 볼 때 본 모델에서는 0.7이상은 붕괴 위험군으로 판정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 실제 임도붕괴가 발생하지 않은 구간의 경우 0~0.
- 282로 임도사면의 안정성이 가장 높은 것으로 분석되었다. 임도붕괴 위험도 적중률은 판별 구간 240개소 중 179개소가 정분류되어 74.6%의 높은 적중률을 보였다. 또한, 예측모델식을 임도 전체노선에 적용한 결과, 임도 붕괴지에서는 0.
- 5로 기준하여 이 값보다 크면 붕괴 발생, 작으면 붕괴 미발생으로 분류하였다. 임도붕괴의 정오분류 결과, 임도 미붕괴지 160개소 중 125개소가 정분류 되어 78.1%의 분류 정확도를 보였으며, 임도붕괴지 80개소 중 54개소가 정분류 되어 67.5%의 분류 정확도를 보였다. 또한, 임도 미붕괴지와 붕괴지의 전체 분류 정확도는 74.
- 275) 순으로 분석되었다. 전체적으로 임도붕괴지에 대한 로지스틱 회귀모델식을 살펴보면, 토성의 인자들은 임도붕괴에 취약한 인자들로 구성되어져 임도붕괴가 발생될 우려가 높은 것으로 나타났으며, 경급의 인자들은 안정성이 높은 인자들로 구성되어져 임도붕괴 우려가 낮은 것으로 판단된다.
- 붉은 색에 근접할수록 임도붕괴 발생 확률이 높은 것을 의미하며, 녹색에 가까울수록 낮은 확률을 나타낸다. 지역적으로 살펴보면, 임도붕괴 위험도 평가지도의 오른쪽 노선의 하부인 성산리 및 상부인 풍천리 일부지역은 토성 인자에 의해 임도붕괴 발생 확률이 높은 것으로 나타났으며, 왼쪽 노선의 상부인 구성포 및 풍천리 일부 지역은 임상인자 중 경급에 영향에 따라 임도붕괴 발생 확률이 낮은 것으로 판단된다.
후속연구
- 3이하에서 임도 붕괴가 발생될 확률이 낮은 것으로 예측되었다. 본 연구에서 임도붕괴 위험도 평가를 위하여 개발된 로지스틱 예측 모델식은 임도의 구조인자를 제외한 임도붕괴 예측 모델식으로서 본 연구대상지와 임황, 지황 및 지형이 유사한 지역에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
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