[논문]토지 개발 적정성 평가를 위한 경사도 계산 방법 개선

이병길

doi:10.7319/kogsis.2016.24.3.085

토지 개발 적정성 평가를 위한 경사도 계산 방법 개선
Improving the Slope Calculation Method for Evaluating the Feasibility of the Land Development 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.24 no.3, 2016년, pp.85 - 92

초록
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토지 개발 인허가 기준에는 중요 요소로서 경사도가 포함되어 있다. 토지 적성 평가 지침, 산지전용허가기준 등에는 수치지형도상 평가대상 토지의 평균경사도를 측정하여 경사도로 사용하며, GIS를 적용할 수 있다고 규정되어 있다. 입력 자료로는 국토지리정보원의 1/5,000 수치지형도 외에 한국토지정보시스템 전산자료를 활용 가능한 자료로 예시하고 있다. 경사도 계산에는 수치지형도의 등고선을 이용한 방법, 이를 DEM으로 변환하여 이용하는 방법 등 다양한 방법이 제시되고 있으나 표준화된 경사도 계산 방법은 제시되지 못하고 있어 실무에서 혼란이 발생하고 있다. 이러한 혼란을 감소시키기 위하여 본 연구에서는 표준화된 경사도 계산 방법과 적정 해상도를 결정할 수 있는 방안을 제안하고자 하였다. 경사도 계산에 사용되는 여러 방법을 분석한 결과, 지형의 복잡성을 고려하여 결정된 해상도를 가진 DEM을 만들어 유한차분법을 이용하여 평균경사도를 계산하는 개선된 방안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Slope is one of the most important factor in land development permission standards. In guideline of "Land Suitability Assessment" or "Forest Land Conversion Standard", average slope can be measured using digital map and GIS for target area. Inputs in slope calculation are 1/5,000 digital map of NGII(National Geographic Information Institute) or digital information of Korea Land Information System. Many confusions occur in the field, as there is no standard for slope calculation and are lots of slope calculation methods using contour lines or DEM derived from them. Avoiding these confusions, this study was intended to propose a standardized method for slope calculation and a selection method for a suitable resolution. In this study, using DEM of optimum grid size according to the complexity of topography with finite difference method is suggested as improved slope calculation method, after comparing several representative slope calculation methods.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 선행 연구의 한계를 극복하기 위하여 경사도 계산 방법과 경사도 계산을 위한 데이터의 적정 해상도를 검토하여, 우리나라의 환경에서 토지 개발 적절성 평가에 사용하기 용이한 경사도 계산 방법의 개선 안을 도출하고자 하였다. 2장에서는 경사도 계산 방법, 3장에서는 적정 해상도를 분석하고, 4장에서 경사도 계산 방법의 개선안을 도출하였다.
한편 GIS의 공간분석기법을 이용하여 DEM으로부터 경사도를 구하는 방법에 대해서도 구체적인 방법이 제시되어 있지 않다. 본 연구에서는 토지 개발의 인허가에 필수 평가 요소인 경사도를 구하는 개선된 방법을 제시하기 위해 가장 적합한 경사도 계산 방법과 계산에 사용하기에 적정한 해상도를 결정할 수 있는 방안을 연구하였다. 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

(14)에 따라 결정되는 DEM의 해상도가 실제 지형의 복잡도에 따라 어떻게 변하는 지 살펴보기 위해 나주지역(Naju), 대전·금산지역(Daejun·Keumsan), 수 원·이천지역(Suwon·Icheon), 안흥지역(Anheung) 등 4개 지역에 위치한 1/5,000 16개 도엽(나주018, 나주 019, 나주028, 나주029, 대전096, 대전097, 금산006, 금산007, 수원090, 수원100, 이천081, 이천091, 안흥 055, 안흥056, 안흥065, 안흥066)을 이용하여 적정 해상도를 계산하였다.
3장에서 적정 해상도 평가의 대상이 된 1/5,000 도엽에는 대부분 산지와 평지가 고루 분포해 있는 반면에 산지전용허가 등 최근 토지 개발 인허가의 대상은 대부분 구릉지 이상의 경사를 지닌 지역일 것으로 예상된다. 따라서 현업에서 대상지에 따라 데이터에 기반한 DEM의 해상도를 결정하기 어렵다면 구릉지 또는 산지와 같은 경사지의 특성을 고려하여 앞에서 제시된 6.1m 이상의 해상도인 5m를 경사도 분석의 적정 해상도로 사용하는 것을 제안한다.
본 연구에서는 3장에서 검토된 지역 중 수원·이천 3지역의 DEM을 5m 해상도로 구축하고 Arcmap, QGIS 및 Excel 소프트웨어를 이용하여 경사도를 계산한 결과를 비교하였다.

이론/모형

(11)을 이용하여 결정된 2개 이상의 단면의 경사도 중 최대값을 해당지역의 경사도로 하거나(Seoul, 2016), Eq. (12)을 이용하여 평균경사도를 계산한다(Suwon, 2016).
본 연구에서는 3장에서 검토된 지역 중 수원·이천 3지역의 DEM을 5m 해상도로 구축하고 Arcmap, QGIS 및 Excel 소프트웨어를 이용하여 경사도를 계산한 결과를 비교하였다. DEM은 Arcmap 소프트웨어에서 등고선만을 이용하여 TIN을 구성한 후, 이로부터 linear interpolation 기법으로 구축하였다.

성능/효과

2장에서 검토된 바와 같이 Eq. (10)의 유한차분법을 이용한 경사도의 계산은 일반적인 GIS 소프트웨어는 물론 데이터의 형태에 따라서는 엑셀 소프트웨어와 같은 사무용 소프트웨어에도 적용이 가능하다. 본 연구에서는 3장에서 검토된 지역 중 수원·이천 3지역의 DEM을 5m 해상도로 구축하고 Arcmap, QGIS 및 Excel 소프트웨어를 이용하여 경사도를 계산한 결과를 비교하였다.
도엽별로 산출된 결과를 살펴보면 평지가 많이 보이는 나주 1, 3, 4지역과 수원·이천 1, 3지역을 제외하면 6.1m의 해상도가 적정 해상도의 평균으로 산출되어 산지와 구릉지가 많은 우리나라에서는 산지전용허가에서 규정하고 있는 10m 보다는 큰 해상도가 적합한 것으로 판단된다.
둘째, 지형의 굴곡에 따라 DEM의 적정 해상도를 결정하여야 하며, 본 연구의 실험지역에 대해서는 표본추출 정리를 적용할 경우 5m가 적정한 해상도로 판단되었다. 또한 적정 해상도를 실제 규정에 도입하기 위해서는 향후 충분한 표본에 대한 실험을 통한 검증이 요청된다.
실무적으로는 1/5,000 수치지형도를 이용하여 DEM을 제작하지 않고 국토지리정보원에서 공급하는 5m 해상도의 DEM을 활용할 수 있다. 따라서 이상에서 제안한 내용과 같이 국토지리정보원의 5m 해상도의 DEM과 엑셀 소프트웨어를 활용한 경사도 분석이 가능하다. 이와 같은 방법은 인허가 담당자가 쉽게 사용할 수 있는 공인된 데이터와 쉽게 사용할 수 있는 범용 사무용 소프트웨어를 사용하기 때문에, 사업자의 분석 결과에 의존하지 않는 책임행정을 위한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
25°로 모두 동일한 경사도를 산출하였다. 세부적으로 화소별로 계산된 경사도를 비교한 결과, 계산값의 차이는 각 소프트웨어에서 사용하는 ATAN()함수와 라디안을 도로 변환하는 과정의 반올림 오차인 10^-5이하로 분석되었다. 이는 Eq.
셋째, 경사도의 계산에는 Excel 소프트웨어의 활용이 가능하다. 1/5,000 한 도엽은 5m 해상도의 DEM으로는 445×566 크기의 격자 데이터에 해당한다.
실험 결과 Arcmap, QGIS, Excel 등 세가지 소프트웨어를 이용한 계산에서 최대경사도 56.32°, 최소경사도 0°, 평균경사도 10.25°로 모두 동일한 경사도를 산출하였다.
지형의 복잡도에 따른 DEM의 적정 해상도를 계산한 결과 평균적으로 나주지역에서 9.8m, 대전·금산지역에서 6.1m, 수원·이천지역에서 9.0m, 안흥지역에서 5.8 m가 적절한 것으로 계산되었다.
첫째, 경사도 계산 방법으로는 DEM을 활용하는 유한차분법이 적합하다. 유한차분법은 데이터의 용량이 크지 않을 경우 엑셀과 같은 사무용 소프트웨어에서도 전용 소프트웨어에서 계산한 결과와 동일한 결과를 얻을 수 있어 현업에서 용이한 활용이 가능하다.

후속연구

DEM이 기 구축되어 있는 경우가 아니라면 DEM 구축 방법을 표준화하는 것이 필요하지만, 5m 해상도의 DEM은 국토지리정보원에서 제작하여 V-World를 통해 공공기관에 제공하고 있으므로 본 연구에서 제안된 기법의 활용성이 클 것으로 기대된다.
둘째, 지형의 굴곡에 따라 DEM의 적정 해상도를 결정하여야 하며, 본 연구의 실험지역에 대해서는 표본추출 정리를 적용할 경우 5m가 적정한 해상도로 판단되었다. 또한 적정 해상도를 실제 규정에 도입하기 위해서는 향후 충분한 표본에 대한 실험을 통한 검증이 요청된다.
따라서 이상에서 제안한 내용과 같이 국토지리정보원의 5m 해상도의 DEM과 엑셀 소프트웨어를 활용한 경사도 분석이 가능하다. 이와 같은 방법은 인허가 담당자가 쉽게 사용할 수 있는 공인된 데이터와 쉽게 사용할 수 있는 범용 사무용 소프트웨어를 사용하기 때문에, 사업자의 분석 결과에 의존하지 않는 책임행정을 위한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토지의 적성 평가에 관한 지침에는 토지 경사를 어떻게 측정하는가?	경사도란 지표면과 지평면이 이루는 각을 말하는 것이므로 물리적인 지형이 결정되면 기하학적으로 하나의 값을 가져야 하지만, 사용하는 데이터의 해상도나 축척에 따라 또는 계산 방법에 따라 동일한 토지에 대해 상이한 경사도가 산출될 수 있다. “토지의 적성 평가에 관한 지침”에는 수치지형도(1/5,000) 또는 한국토지정보시스템 전산자료를 활용하여, 수치지형도상 평가대상 토지의 평균경사도를 측정하는 것으로 지정되어 있다. 이 때 GIS의 기능을 이용할 수 있도록 규정되어 있으나, 상세한 내용은 누락되어 있다.
	토지 적성 평가는 무엇에 따라 시행되는가?	토지 적성 평가는 환경친화적이고 지속가능한 개발을 위하여 “국토의 계획 및 이용에 관한 법률”에 따라 시행하고 있는 제도이고(MOLIT, 2015), 산지전용허가는 산림의 이용과 보존을 위하여 “산지관리법”에 따라 시행하고 있으며(KFS, 2009) 각급 지방자치단체에서는 각종 개발 사업의 인허가와 관련한 도시계획 조례를 운영하고 있다(Seoul, 2016; Suwon, 2016). 경사도는 이렇게 다양한 토지 개발과 관련된 인허가 제도에서 중요하게 활용되고 있는 기준 중의 하나로, Chae and Oh (2003)은 토지 적성 평가에 고려해야 할 여러 가지 여러 가지 지표의 가중치를 검토하여 개발적성의 평가에 경사도의 가중치가 높다고 제시하고 있다.
	DEM을 활용하는 유한차분법이 경사도 계산에 유용한 이유는?	첫째, 경사도 계산 방법으로는 DEM을 활용하는 유한차분법이 적합하다. 유한차분법은 데이터의 용량이 크지 않을 경우 엑셀과 같은 사무용 소프트웨어에서도 전용 소프트웨어에서 계산한 결과와 동일한 결과를 얻을 수 있어 현업에서 용이한 활용이 가능하다.

참고문헌 (19)

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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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