[논문]산지재해 위험성 분석을 위한 지상 LiDAR 지형자료 구축에 관한 연구

전계원; 오채연

doi:10.14346/jkosos.2016.31.1.105

Abstract ▼ AI-Helper

Mountainous disasters such as landslides and debris flow are difficult to forecast. Debris flow in particular often flows along the valley until it reaches the road or residential area, causing casualties and huge damages. In this study, the researchers selected Seoraksan National Park area located ...

Mountainous disasters such as landslides and debris flow are difficult to forecast. Debris flow in particular often flows along the valley until it reaches the road or residential area, causing casualties and huge damages. In this study, the researchers selected Seoraksan National Park area located at Inje County (Inje-gun), Gangwon Province-where many mountainous disasters occur due to localized torrential downpours-for the damage reduction and cause analysis of the area experiencing frequent mountainous disasters every year. Then, the researchers conducted the field study and constructed geospatial information data by GIS method to analyze the characteristics of the disaster-occurring area. Also, to extract more precise geographic parameters, the researchers scanned debris flow triggering area through terrestrial LiDAR and constructed 3D geographical data. LiDAR geographical data was then compared with the existing numerical map to evaluate its precision and made the comparative analysis with the geographic data before and after the disaster occurrence. In the future, it will be utilized as basic data for risk analysis of mountainous disaster or disaster reduction measures through a fine-grid topographical map.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 산지재해 피해 저감과 원인분석을 위하여 산지재해 발생지역의 정밀 지형자료를 구축하는데 목적을 두고 연구를 수행하였다. 먼저 기존 재해발생지를 대상으로 현장모니터링을 실시하고 산지재해 발생지역을 대상으로 지형자료를 구축하고, 정밀한 지형 자료를 구축하기 위하여 지상 LiDAR를 활용하여 재해 발생지역을 스캔하고 3D 지형자료를 구축하였다.

가설 설정

LiDAR지형 자료의 정밀도 및 재해발생 이전의 지형자료와 비교 분석하기 위해서는 먼저 재해 발생이전의 지형 자료가 구축되어야 한다. 재해발생 전의 정밀지형자료의 확보가 사실상 불가능하기 때문에 1:5000 수치지도를 이용하여 DEM(Digital Elevation Model)을 생성하고 재해 발생 이전의 지형으로 가정하였으며, 지상 LiDAR를 이용하여 측정한 자료와 비교하고 지형변화를 비교하였다.

제안 방법

본 연구는 산지재해 피해 저감과 원인분석을 위하여 산지재해 발생지역의 정밀 지형자료를 구축하는데 목적을 두고 연구를 수행하였다. 먼저 기존 재해발생지를 대상으로 현장모니터링을 실시하고 산지재해 발생지역을 대상으로 지형자료를 구축하고, 정밀한 지형 자료를 구축하기 위하여 지상 LiDAR를 활용하여 재해 발생지역을 스캔하고 3D 지형자료를 구축하였다. 지형자료 구축 방법은 Fig.
현재 기존 수치지도 등고선의 정확도가 실제 위치와 상당한 오차와 나무나 바위 등의 높이에 대한 정확한 보정이 없어 산지 지형자료구축의 한계를 가지고 있으며 이는 실제 산사태나 토석류 위험성 분석에 있어 많은 문제를 야기 시킨다. 본 연구에서는 실제 산지재해 발생 지점을 대상으로 지상 LiDAR 측량을 실시하였으며 스캔 데이터는 수목이나 바위등을 필터링 한 후 점 포인트의 형태로 추출하고 TIN생성이후 정밀 DEM을 지형자료를 구축하였다. 그리고 기존 수치지형도와 비교하기 위해 구축된 3D 지형자료와 1:5000 수치지도에 계곡선을 따라 종단면도와 횡단면도를 작성하였으며 종단면도를 비교한 결과 발생부에서 퇴적부까지의 높이 차가 약 50 m차이의 오차를 보였으며 이것은 계곡을 따라 많은 침식이 발생한 것과 수치지도의 등고선이 실제 많은 오차를 가지고 있는 것으로 보이며, 횡단면도 비교의 경우 현장모니터링 확인결과와 같이 계곡을 따라 중앙은 침식이 계곡주변은 퇴적이 발생하였다.
먼저 기존 재해발생지를 대상으로 현장모니터링을 실시하고 산지재해 발생지역을 대상으로 지형자료를 구축하고, 정밀한 지형 자료를 구축하기 위하여 지상 LiDAR를 활용하여 재해 발생지역을 스캔하고 3D 지형자료를 구축하였다. 지형자료 구축 방법은 Fig. 1과 같으며, 구축된 3D 지형자료는 기존 수치지도와 비교하여 지상 LiDAR 자료의 정밀도를 평가하고 재해발생 전·후의 지형을 비교 하였다.

대상 데이터

Fig. 2는 설악산 국립공원 내의 재해 피해지점을 조사하였으며, 현장조사와 산지재해 발생이력을 토대로 연구대상 지역은 강원도 인제군일대의 설악산국립공원 내 장수 5교 상류부로 Fig. 3과 같이 선정하였다.

성능/효과

본 연구에서는 실제 산지재해 발생 지점을 대상으로 지상 LiDAR 측량을 실시하였으며 스캔 데이터는 수목이나 바위등을 필터링 한 후 점 포인트의 형태로 추출하고 TIN생성이후 정밀 DEM을 지형자료를 구축하였다. 그리고 기존 수치지형도와 비교하기 위해 구축된 3D 지형자료와 1:5000 수치지도에 계곡선을 따라 종단면도와 횡단면도를 작성하였으며 종단면도를 비교한 결과 발생부에서 퇴적부까지의 높이 차가 약 50 m차이의 오차를 보였으며 이것은 계곡을 따라 많은 침식이 발생한 것과 수치지도의 등고선이 실제 많은 오차를 가지고 있는 것으로 보이며, 횡단면도 비교의 경우 현장모니터링 확인결과와 같이 계곡을 따라 중앙은 침식이 계곡주변은 퇴적이 발생하였다.

후속연구

LiDAR 스캔자료의 DEM자료는 보다 정확한 능선이나 계곡선 추적과 함께 저수량 산정 등에도 유용하게 이용될 것이다. 또한 지상 LiDAR 지형 자료를 이용하여 산지재해지도작성이나 토석류 발생량 산정, 토석류 피해예상지역의 안전성 확보를 위한 유출저감 시설의 위치선정 등의 자료로 활용가능하다고 판단된다.
LiDAR 스캔자료의 DEM자료는 보다 정확한 능선이나 계곡선 추적과 함께 저수량 산정 등에도 유용하게 이용될 것이다. 또한 지상 LiDAR 지형 자료를 이용하여 산지재해지도작성이나 토석류 발생량 산정, 토석류 피해예상지역의 안전성 확보를 위한 유출저감 시설의 위치선정 등의 자료로 활용가능하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Time-of-Flight 또는 Ranging으로 불리는 레이저스캔방법은 무엇인가?	Time-of-Flight(TOF) 또는 Ranging으로 불리는 레이저스캔방법은 레이저 빔을 보내는 레이저 다이오드에서 나온 빛이 대상의 표면에 부딪혀 일부는 주변으로 퍼지게 되고 나머지는 수신부로 되돌아오게 되는데 이때 돌아온 빛의 왕복시간과 각도를 계산하여 측정하는 방법으로 Fig. 6과 같다.
	'산사태위험지 관리시스템'의 산사태 발생인자 중 영향이 큰 9개 인자는 무엇인가?	최근 지상 LiDAR와 GPS장비를 도입하여 현지조사를 좀 더 정밀하게 수행하여 정확도를 높이는 분석2), 지상 LiDAR를 이용한 토석류 발생량 산정에 관한 연구3), 항공 LiDAR와 수치지도를 이용한 산사태 취약성 비교 분석4), 지상 LiDAR자료를 이용한 토석류 침식/퇴적 해석5), GIS를 이용하여 확률론적 기법인 Weight of Evidence 모델을 적용한 산사태 및 토석류 발생의 상관성 분석 및 산지재해 예측도 작성6)등의 연구가 수행되고 있다. 산림청 및 산림과학원의 경우 산사태를 관리 및 예방하기 위해 ‘산사태위험지 관리시스템’을 개발하여 운영하고 있으며, 시스템상의 지도는 임상, 경급, 사면경사, 사면방위, 사면길이, 사면곡률, 모암, 토심, 지형습윤지수로 산사태 발생인자 중 영향이 큰 9개 인자를 선정하여 제작하였으며, 산사태의 영향을 미치는 요인은 매우 다양하므로 시스템 이용 상의 한계를 지니고 있다고 하였다7). 또한 지상 라이다 레이저는 지형을 3D 이미지로 구현할 수 있는 장비로 이를 이용하여 훼손유형별 계류토사유출량분석, 우기전후의 피해지의 정밀 지형측량, 연차별 정략적 지형 변화와 산사태 모니터링 등을 수행할 수 있다8).
	산지재해 중 특히 토석류의 경우 어떤 특징을 가지는가?	기후변화에 따른 이상기후 현상으로 인해 국지성 집중호우 및 태풍 등의 발생빈도가 높아지고 그에 따른 영향으로 산사태나 토석류와 같은 산지재해가 지속적으로 발생하여 재해 위험성이 증가하고 있다. 특히 토석류의 경우 산지사면이나 계곡 등에서 진흙과 돌덩어리 등을 포함하는 토석 그 자체 또는 토석과 물의 일체가 유체의 상으로 흘러내리는 흐름을 나타내는 현상으로 발생시점과 발생위치를 예측하기가 어려우며 하류부의 도로나 주택지까지 많은 피해가 발생한다. 강원도의 경우 전 면적의 81%가 산지로 이루어져 사면이 대부분 급경사지를 이룬 곳이 많아 해마다 많은 산지재해가 발생하고 있으며, 2002년 태풍루사, 2003년 태풍매미, 그리고 2006년 태풍 에위니아와 집중호우로 인해 대규모 토석류 및 산사태가 발생하여 많은 인명 및 재산피해가 발생하였다.

참고문헌 (9)

G. J. Wie, E. Y. Kim, I. G. Kang, C. W. Kim, "A Development of lidar data Filtering for Contour Generation", Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 27, No. 4, pp. 469-476, 2009.
M. H. Tangestani, "Landslide Susceptibility Mapping using the Fuzzy Gamma Approach in a GIS, Kakan Catchment Area, Southwest Iran", Australian Journal of Earth Science, Vol. 51, No. 3, pp. 439-450, 2004.

상세보기
K. W. Jun, B. H. Jun, K. K. Ahn, D. C. Jang, N. G. Kim, "A Study on Estimation of Amount of Debris-Flow using Terrestrial LiDAR", Journal of the Korean Geoenvironmental Society, Vol. 11, No. 3, pp. 63-68, 2010.
S. J. Kim, J. C. Lee, J. S. Kim, T. H. Roh, "A Comparative Analysis of Landslide Susceptibility Using Airborne LiDAR and Digital Map", Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 32, No. 4-1, pp. 281-292, 2014.

원문보기 상세보기
B. H. Jun, K. W. Jun, S. C. Lee, "Analysis of the Erosion/Deposition in Debris Flow Using Terrestrial LiDAR Data", Korean Review of Crisis & Emergency Management, Vol. 10, No. 3, pp. 61-71, 2014.
C. Y. Oh, K. W. Jun, "Risk Analysis of Debris Flow Using a Probability Based Method in GIS - Inje, Gangwon-do, Korea-", Korean Review of Crisis & Emergency Management, Vol. 10, No. 1, pp. 197-209, 2014.
Korea Forest Service, "Landslide Risk Management System", http://sansatai.forest.go.kr.
National Institute of Forest Science, "Right to Know a Landslide for the Public Safety and Land Conservation", Research Data, No. 584, pp. 62, 2014.
K. H. Kim, "Spatial Analysis-GIS Serise (2)", Munundang, pp. 227-228, 2010.

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