기존 화석연료를 대체하기 위한 방법으로 태양광은 가장 주목 받는 신재생에너지원 중의 하나이다. 하지만 태양광 패널을 설치하기 위한 부지 확보 문제는 태양광의 활용을 높이기 위해 극복해야 할 문제점 중의 하나이다. 이에 본 연구는 고속국도 비탈면에 태양광 패널을 설치할 것을 제안한다. 고속국도에 인접한 모든 비탈면은 유휴 공공부지이며, 고속국도 총 연장이 4,193km에 달한다는 점, 선형구조로 패널 설치 시 규모의 경제 실현이 가능하다는 점, 주변 지물로 인해 음영 발생 소지가 적다는 점, 그리고 대부분의 구간이 거주지와 멀어 민원 발생 소지가 적다는 점 등 높은 잠재력을 가지고 있다. 하지만 현장조사에 의한 방법의 경우 4,000km가 넘는 고속국도 주변을 조사하기에는 많은 시간 및 비용의 소모와 더불어 안정상의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 극복하고 효율적인 태양광 패널 설치 대상지 선별을 위해 본 연구는 수치지도 기반의 지형 분석 방법을 제시하고자 한다. 먼저 수치지도로부터 등고선 및 고속국도 폴리라인을 추출한다. 추출한 등고선을 수치지형모형으로 변환하고, 지형의 방위각과 경사각을 계산한다. 고속국도는 이진영상으로 변환한 뒤 정제 과정을 거쳐 단절된 부분을 복원하고, 경계로부터 일정 범위 내의 지역을 버퍼지역으로 추출한다. 앞선 자료들을 중첩해 버퍼지역 내 특정 방위각과 경사각을 만족하는 지역을 대상지로 선정하고, 최종적으로 항공사진을 이용한 정성적 평가를 수행한다.
기존 화석연료를 대체하기 위한 방법으로 태양광은 가장 주목 받는 신재생에너지원 중의 하나이다. 하지만 태양광 패널을 설치하기 위한 부지 확보 문제는 태양광의 활용을 높이기 위해 극복해야 할 문제점 중의 하나이다. 이에 본 연구는 고속국도 비탈면에 태양광 패널을 설치할 것을 제안한다. 고속국도에 인접한 모든 비탈면은 유휴 공공부지이며, 고속국도 총 연장이 4,193km에 달한다는 점, 선형구조로 패널 설치 시 규모의 경제 실현이 가능하다는 점, 주변 지물로 인해 음영 발생 소지가 적다는 점, 그리고 대부분의 구간이 거주지와 멀어 민원 발생 소지가 적다는 점 등 높은 잠재력을 가지고 있다. 하지만 현장조사에 의한 방법의 경우 4,000km가 넘는 고속국도 주변을 조사하기에는 많은 시간 및 비용의 소모와 더불어 안정상의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 극복하고 효율적인 태양광 패널 설치 대상지 선별을 위해 본 연구는 수치지도 기반의 지형 분석 방법을 제시하고자 한다. 먼저 수치지도로부터 등고선 및 고속국도 폴리라인을 추출한다. 추출한 등고선을 수치지형모형으로 변환하고, 지형의 방위각과 경사각을 계산한다. 고속국도는 이진영상으로 변환한 뒤 정제 과정을 거쳐 단절된 부분을 복원하고, 경계로부터 일정 범위 내의 지역을 버퍼지역으로 추출한다. 앞선 자료들을 중첩해 버퍼지역 내 특정 방위각과 경사각을 만족하는 지역을 대상지로 선정하고, 최종적으로 항공사진을 이용한 정성적 평가를 수행한다.
Solar energy is a viable source to replace fossil fuels. However, challenges associated with site selection for solar panel installation inhibit the uptake of solar energy systems. Expressway slopes offer a potentially attractive alternative for solar panel installation for the following reasons: ex...
Solar energy is a viable source to replace fossil fuels. However, challenges associated with site selection for solar panel installation inhibit the uptake of solar energy systems. Expressway slopes offer a potentially attractive alternative for solar panel installation for the following reasons: expressway slopes are vacant public sites, they are abundant (about 4,193km in South Korea), and they are linear in nature. Traditoinally when selecting sites for solar systems conventional surveying methods are employed. Unfortunately, these methods can be dangerous, time consuming, and labor intensive. To overcome these limitations of conventional site selection methodologies, we propose an automated approach using numerical maps. First, contour and expressway polylines are extracted separately from numeric maps. The extracted contour lines are then converted into a digital terrain model; this is used to calculate aspect and slope information. Next, the extracted expressway lines are projected onto a binary image and refined to recover the disconnections, and then applied to create a buffer zone to narrow the search space. Finally, all data sets are overlaid to identify candidate sites for solar panel systems and are visually verified through comparisons with aerial photos.
Solar energy is a viable source to replace fossil fuels. However, challenges associated with site selection for solar panel installation inhibit the uptake of solar energy systems. Expressway slopes offer a potentially attractive alternative for solar panel installation for the following reasons: expressway slopes are vacant public sites, they are abundant (about 4,193km in South Korea), and they are linear in nature. Traditoinally when selecting sites for solar systems conventional surveying methods are employed. Unfortunately, these methods can be dangerous, time consuming, and labor intensive. To overcome these limitations of conventional site selection methodologies, we propose an automated approach using numerical maps. First, contour and expressway polylines are extracted separately from numeric maps. The extracted contour lines are then converted into a digital terrain model; this is used to calculate aspect and slope information. Next, the extracted expressway lines are projected onto a binary image and refined to recover the disconnections, and then applied to create a buffer zone to narrow the search space. Finally, all data sets are overlaid to identify candidate sites for solar panel systems and are visually verified through comparisons with aerial photos.
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문제 정의
본 연구에서는 고속국도 주변 비탈면을 대상으로 태양광 패널 설치에 적합한 대상지를 선정하기 위해 수치지도정보를 이용한 지형분석 방법을 제시하였다. 고려 조건은 지형의 방위각과 경사각으로, 두 정보 모두 수치지도로부터 추출한 등고선 정보를 이용해 생성이 가능하다.
이에 본 연구는 수치지도를 이용해 태양광 패널을 설치할 수 있는 비탈면을 선별하는 자동화 방법론을 제안하고자 한다. 수치지도는 각종 지형공간정보를 전산시스템을 이용해 일정한 축척에 따라 디지털형태로 나타낸 것으로 종이 지도와 달리 수정, 갱신, 편집 및 검색이 용이하고(Choi, 2001) 국토지리정보원(National Geographic Information Institute)에서 2016년 3월부터 무료로 배포하고 있다.
가설 설정
이러한 잠재력에도 불구하고 태양광 패널 설치 대상지를 선별하는 작업에는 다음과 같은 어려움이 예상된다. 태양광 발전 시스템의 효율은 태양광 패널의 방위각 및 경사각에 지대한 영향을 받으므로 패널을 설치할 모든 비탈면에 대한 측량이 수반되어야 한다. 4,000km가 넘는 연장은 장점이기도 하지만 실제 작업을 수행할 시에는 물리적인 한계가 따를 수 있고, 많은 비용이 소요될 것이다.
제안 방법
DTM의 격자 간격은 입력 데이터인 수치지도의 등고선 간격으로 결정되며 본 연구에서는 1:5,000 수치지도의 등고선 간격인 5m를 따라 DTM의 격자 간격을 5m로 지정하였다. Fig.
우선 수치지도에서 지형등고선 및 고속국도의 폴리라인(polyline)을 분류하고, 지형분석을 위해 각각 격자화 한다. 지형등고선으로부터 생성한 수치지형모형(DTM: digital terrain model)을 이용해 지형의 방위각 및 경사각을 계산한다.
대상 데이터
6(d)는 I-12 및 I-55의 버퍼지역 내에서 대상지 기준에 부합하는 그리드가 가장 많이 포함되어 있는 두 지역을 확대에서 나타낸 그림이다. 그리고 선정 지역의 실제 현황을 파악하기 위해 국토지리정보원에서 제공하는 항공 영상을 통한 정성적 분석을 수행하였다. 그 결과, I-12에서는 무안군에서 광주로 향하는 방향으로 무한공항 톨게이트에 진입하기 전 국도 남쪽 비탈면(Fig.
본 연구는 광주대구고속도로(I-12)와 중앙고속도로(I-55)의 일부를 대상구간으로 선정하였다. 전자는 I-12의 무안 지역 6.
5°사이를, 경사각은 20~40°사이로 제한하였다. 본 연구에서는 고속국도 경계로부터 30m 이하의 지역을 버퍼지역으로 설정하였다. 버퍼지역 내에서 앞선 두 가지 지형 조건을 만족하는 지역만을 검색한 결과, 그 비율은 I-12가 약 1.
이론/모형
4(c)는 단절된 서로 다른 객체를 제안한 방식으로 연결한 결과를 보여준다. 연결 처리를 반복하면 모든 경계가 폐합된 고속국도 객체가 생성되고, image hole filling 기법(Han et al., 2013)을 통해 Fig. 4(d)와 같이 고속국도 내부가 채워진 이진 영상을 생성할 수 있다.
, 2010). 이에 본 연구도 3FDWRD를 활용한다. 동일한 간격(gridsize)으로 3×3 탐색윈도우(1행: z1, z2, z3; 2행: z4, z5, z6; 3행: z7, z8, z9)를 정의했을 때, 중앙 격자 , z5에 대한 기울기 변화는 다음의 식(3)과 식(4)와 같이 계산된다.
우선 수치지도에서 지형등고선 및 고속국도의 폴리라인(polyline)을 분류하고, 지형분석을 위해 각각 격자화 한다. 지형등고선으로부터 생성한 수치지형모형(DTM: digital terrain model)을 이용해 지형의 방위각 및 경사각을 계산한다. 격자화 시 수치지도 경계 및 터널 입구에서 생기는 고속국도 단절 문제를 처리하기 위한 정제 과정을 거친다.
성능/효과
5°, 경사각 20~40°사이로 설정해 검색을 수행하였다. I-12 및 I-55의 일부 구간을 대상으로 한 테스트에서 산지에 위치한 후자의 경우가 태양광 패널 설치가 가능한 비탈면을 많이 포함한 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구의 결과는 태양광 패널 설치에 필요한 지형조사에 소요되는 시간 및 인력의 낭비를 효과적으로 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 주어진 방위각 및 경사각을 갖는 비탈면별로 실질적인 태양광 발전량을 예측하기 위해서는 설치 가능한 모듈의 수를 선정해야 하며, 이는 면적에 대한 추가적인 지형조건의 고려가 필요하다.
이러한 시도의 일환으로 본 연구는 고속국도 비탈면에 태양광 패널을 설치할 것을 제안한다. MOLIT (2016)에 따르면 용지경계 여유폭원은 쌓기부의 경우 측구/비탈면 끝에서 1.
한편, 태양광 발전량에는 이러한 지형적 조건 외에도 기후, 계통연계조건, 공사 여건, 토지사용현황 등 다양한 고려사항이 있으며, 이에 대한 추가적인 연구가 함께 요구된다. 이러한 조건들을 후속 연구에서 고려하고자 하며, 다양한 축적의 수치지도를 이용해 정확도 비교·분석을 수행할 예정이다.
하지만 주어진 방위각 및 경사각을 갖는 비탈면별로 실질적인 태양광 발전량을 예측하기 위해서는 설치 가능한 모듈의 수를 선정해야 하며, 이는 면적에 대한 추가적인 지형조건의 고려가 필요하다. 한편, 태양광 발전량에는 이러한 지형적 조건 외에도 기후, 계통연계조건, 공사 여건, 토지사용현황 등 다양한 고려사항이 있으며, 이에 대한 추가적인 연구가 함께 요구된다. 이러한 조건들을 후속 연구에서 고려하고자 하며, 다양한 축적의 수치지도를 이용해 정확도 비교·분석을 수행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중앙집중형 에너지 생산 시스템과 비교하여 태양광 발전 시스템의 장점은?
분산전력원(decentralized power source)으로서 태양광 발전 시스템은 에너지 공급의 안정성을 강화한다(Alazraki and Haselip, 2007). 중앙집중형 에너지 생산 시스템과 달리 태양광 발전 시스템은 어디든 설치 가능하고 전력망에 연결하지 않아도 무방하다. 그 결과, 태양광 발전 시스템의 소유주는 전기요금 인상이나 극한 사상으로 인한 정전으로부터 자유로울 수 있다(Nässén et al., 2002).
고속국도 비탈면에 태양광 패널을 설치하는 방법은 어떤 장점이 있는가?
달리 말해, 도로에 인접한 모든 비탈면은 유휴 공공부지이다. 게다가 1) 2015년 고속국도 총 연장이 4,193km에 달한다는 점; 2) 상대적으로 직선에 가까운 선형으로 인해 패널 설치 시 규모의 경제 실현이 가능하다는 점; 3) 주변 지물로 인해 음영이 발생하는 경우가 거의 없다는 점; 4) 대부분의 구간이 농경지/산지에 위치하고 있어서 민원 발생 소지가 적다는 점 등을 고려하면 고속국도 비탈면은 태양광 패널 설치 대상지로서 상당한 잠재력을 갖고 있다고 판단된다.
최신의 태양광 발전 시스템은 어떤 특성을 갖는가?
, 2007). 최신의 태양광 발전 시스템(photovoltaic system)은 제조에 필요한 전기보다 더 많은 양을 발전할 수 있고, 화석연료에 준하는 에너지 투자수익률(return on investment)을 갖는다(Fthenakis and Alsema, 2006; Raugei et al., 2012).
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