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문제 정의
- ,(2004)는 Gestalt 이론에 근거하여 자동화된 건물 일반화 방법을 적용을, Lee and Han(2007)는 도시지역의 홍수 범람해석의 정확도 향상을 위하여 지표 건물의 적절한 처리의 중요성을, 그리고 Droppova (2011)은 ArcGIS기반의 건물 일반화과정을 적용할 때 소거, 단순화, 통합화 간의 순서조합 적용이 매우 중요함을 지적했고 Schubert and Sanders(2012)은 도시침수모델 성과에 미치는 건물처리의 중요성을 언급하였다. 따라서 본 연구의 목적은 건물 일반화가 일반주거지역의 빗물 유출경로 연속성에 미치는 영향을 분석하고 적정한 일반화 임계값과 수치해석 격자크기를 제시하고자 한다.
- 본 연구의 목적은 건물 일반화가 일반주거지 역의 빗물 유출경로 연속성에 미치는 영향을 분석하고 적정한 일반화 임계값과 수치해석 격자크기를 제시하고자 했다. 빗물 유출경로 연결성 평가를 위한 설명변수로는 일반화 임계값과 수치계산 격자크기로 하고 한편 종속변수는 격자망의 단절 개수와 단절면적을 사용하여 다음과 같은 결론을 도출했다.
- 또 단순화 및 통합 임계값의 범위는 건물의 특성인자(건물 간격과 폭, 법정 도로기준 등)를 고려 0~50m 범위로 한다. 임계값 적용을 위한 순서와 적정 임계값 규모를 결정하기 위하여 임계값 변화에 따른 건물 속성변화를 파악하기 위한 모의를 실시했다.
제안 방법
- 대상지 내용도 지역상 주거지 유형에 따른 연결성 단절의 특성을 평가하기 위하여 일반 주거 지역 용도구분을 기준으로 건물정보를 수집하여 40×40 행렬로 ‘표준 시료수집 대상지’ 공간면적 2.00874 ha(20,087.4㎡) 크기의 격자망 색인지도(index map)를 구축한다.
- 따라서 먼저, 일반화된 건물정보를 1×1m 격자기반 레스터자료 격자기반 건물자료로 전환해 격자 기반 일반화된 DSM자료를 만든다.
- 그러나 건물 일반화 임계값의 수준에 따른 격자고 도의 변화, 벡터기반 건물의 레스터 변환에 따른 건물 형상변화 특히, 건물의 높이와 면적, 주변 건물과의 이격 등으로 상류방향 격자의 고도가 해당격자의 고도보다 낮은 경우에 흐름의‘단절’(Sink)이 발생한다. 본 연구에서는 건물일 반화 임계값 조합과 격자크기 적용에 의한 빗물 유출경로연결성의 평가를 위한 변수로는 격자망의 단절 개수와 단절면적을 사용한다.
- 본 연구의 목적은 건물 일반화가 일반주거지 역의 빗물 유출경로 연속성에 미치는 영향을 분석하고 적정한 일반화 임계값과 수치해석 격자크기를 제시하고자 했다. 빗물 유출경로 연결성 평가를 위한 설명변수로는 일반화 임계값과 수치계산 격자크기로 하고 한편 종속변수는 격자망의 단절 개수와 단절면적을 사용하여 다음과 같은 결론을 도출했다.
- 이를 위해 격자크기 6가지 3×3m, 5×5m, 7×7m, 10× 10m, 20×20m, 30×30m을 일반화된 건물정보 대안에 적용하여 격자기반 일반화된 DSM자료를 만든다.
- 따라서 일반화에 따른 총 건물면적 변화는 통합 임계값 크기에 매우 민감하게 반응한 한편, 단순화 임계값 변화에는 상대적으로 둔감한 반응을 보였다. 이하 분석에서는 단순화 임계값은 통합 임계값과 같은 값을 적용하여 일반화를 수행했다. 예로 통합 임계값 10m인 경우 단순화 임계값도 10m 로 하여 두 임계값 조합의 표기는 10m(A,S)로 한다.
- 통합 및 단순화 일반화 임계값 조합은 0m, 1m, 3m, 5m, 7m, 10m, 20m, 30m, 50m의 9개로 하고, 우선 소거기능을 DBM자료에 적용 하여 50㎡ 이하 면적의 건물은 소거했다. 단순화-통합 순으로 벡터기반의‘일반화된 건물정보’를 모의했다.
- 하지만 도시 2차원 빗물유출해석을 위한 모의에서 수치해의 안정성 등을 고려할 때 5×5m 전후 수준의 격자크기가 적정한 규모로 적용한 사례 등을 반영하여 표 6과 같은 분석을 통하여 적정 일반화 임계값과 격자크기를 도출하였다.
대상 데이터
- 건물 일반화는 ArcGIS가 제공하는 그림 2의 소거, 단순화, 통합 기능을 활용한다. 대상지 건물자료는 벡터형식의 DBM(Digital Building Model)자료를 사용했다. 건물 일반화의 임계값은 해당 건물정보의 최대허용 크기를 의미한다.
- 본 연구에서 사용하는 고도자료는 DEM (Digital Elevation Model)로 1×1m 격자기반의 레스터자료인 한편 대상지 일반화된 건물정 보는 건물높이 정보를 지닌 벡터자료이다.
- 본 연구의 대상지 면적은 표 1과 같이 총 18.25㎢으로 서울특별시 양천구, 강서구, 구로구에 걸쳐 위치하며 주거 및 상업용 건물이 밀집한 구릉 지형 저지대로 오금·목동 빗물펌프장 배수권역에 속한다.
성능/효과
- 그림 10(a)은 임계값 0m(A,S)으로 일반화의 영향은 없으나 단위 격자면적이 25배 (5×5m) 커져서 단일 건물면적은 커진 것을 확인할 수 있다. 따라서 단절개수는 1×1m 격자기반의 그림 8(a)보다 줄었으나 단절장소의 단절면적은 크게 증가했고 빗물 유출경로연속성은 상당부분 개선된 것을 확인할 수 있다. 그림 10(b)은 임계값 3m(A,S)가 적용되어 그림 10(a)에 비해 건물 개수가 줄고 개체면적은 커졌다.
- 20m(A,S)조합에 이르러서는 1×1m 격자의 경우와 같이 건물형상이 크게 왜곡되고 단절면적의 급격한 확장이 확인되며 결과적으로 유출 경로의 대규모 단절이 발생했다.
- 같은 임계값과 격자크기 조건에서 총 단절 면적 감소율 또한 95.0%로 3m(A,S)조합과 격자크기 5×5m의 적용결과인 94.4%에 비하여 총 단절면적 감소율이 약 0.6% 감소하여 빗물 유출경로 연결성은 악화되었다.
- 6ha이었다. 격자크기를 고정시키고 일반화 임계값만을 50m(A,S)로 증가시키자 단절 개수와 단절 면적은 각각 90%와 74%까지 감소하였다. 한편, 격자크기를 10×10m 그리고 임계값을 1m(A,S)로 적용한 결과, 단절면적은 0.
- 격자크기만을 더 증가시킨 10×10m 의 적용에서 총 건물면적 증가율은 2.2%이고 이때 총 건물면적은 참조자료(489.1ha)보다 증가한 499.7ha가 되었고, 총 단절면적 감소율은 98.4%였다.
- 넷째, 대상지 토지용도를 구분한 건물 일반화 모의 결과, 아파트 단지인 3종의 건물면적과 빗물 유출경로 연결성은 임계값 10m이하에서 크게 변하지 않았다. 한편 개별 주택인 2종 지역 에서는 임계값 3m와 격자크기 5×5 m을 적용한 모의결과는 단절면적의 감소와 양호한 유출 경로 연결성을 보였다.
- 대상지 일반주거지역 건물제원 등을 분석한 결과 대상지 건물의 최소면적은 50㎡이고 75㎡ 이하의 건물의 점유율은 10.9%였다. 건물 일반화 임계값에 대한 기존 연구결과를 고려하여 표 3과 같이 소거기능의 최소면적은 50㎡이다.
- 둘째, 격자크기의 증가는 모든 일반화 임계값 조합에서 총 건물면적과 총 단절면적의 감소를 유발하는 한편 동일한 격자크기에서 임계값 증가의 결과는 총 건물면적의 증가를 시키는 반면 총 단절면적의 감소를 유발시켰다. 따라서 적정한 규모의 격자크기와 일반화 임계값 선정은 비교대상인 격자크기와 임계값을 적용한 일반화 모의 결과인 건물면적 변화율과 단절 면적 변화율이 가장 낮은 것으로 결정하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
- 8%) 증가한다. 따라서 일반화에 따른 총 건물면적 변화는 통합 임계값 크기에 매우 민감하게 반응한 한편, 단순화 임계값 변화에는 상대적으로 둔감한 반응을 보였다. 이하 분석에서는 단순화 임계값은 통합 임계값과 같은 값을 적용하여 일반화를 수행했다.
- 둘째, 격자크기의 증가는 모든 일반화 임계값 조합에서 총 건물면적과 총 단절면적의 감소를 유발하는 한편 동일한 격자크기에서 임계값 증가의 결과는 총 건물면적의 증가를 시키는 반면 총 단절면적의 감소를 유발시켰다. 따라서 적정한 규모의 격자크기와 일반화 임계값 선정은 비교대상인 격자크기와 임계값을 적용한 일반화 모의 결과인 건물면적 변화율과 단절 면적 변화율이 가장 낮은 것으로 결정하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
- 67%범위로 수렴하였다. 또 격자크기 증가는 모든 일반화 임계값 조합에서 총 건물면적과총 단절면적을 감소시켰다.
- 또한 격자크기를 10×10m으로 고정하고 일반화 임계값만을 50m(A,S)로 키워서 적용한 결과는 단절면적을 더욱 감소시켜 하여 0.35ha의 약 46%가 감소된 0.19ha로 나타났다.
- 또한 공간 해상도가 높은 5×5m 격자를 적용할 경우, 10×10m 격자크기의 적용에 비하여 총 건물면적 증가율이 3.4% 더 증가되고 총 단절면적 감소율도 4.0% 감소되는 결과를 발생 한다.
- 셋째, 적정 격자크기와 임계값 범위는 임계값 3m로 격자크기 5×5m~10×10m 이였고 이들 조건을 일반화 모의에 적용한 결과 건물면적 증가율은 5%이하 그리고 단절면적 감소율은 94.4%이상이었다.
- 이상의 검토로부터 건물 일반화 임계값 조합의 적정한 수준은 건물 일반화 임계값 3m (A,S)과 격자크기 5×5m~10×10m 수준에서 총 건물면적 증가율 약 5% 이하 그리고 총 단절면적 감소율 약 95% 이상을 담보할 수 있음이 확인된다.
- 그림 7(b) 에서 격자크기 증가에 따른 단절면적의 변화는 단절 개수의 변화와 유사한 경향을 지닌다. 이상의 결과들로부터 적정한 규모의 격자선택과 건물 일반화 임계값의 적용은 참조자료가 지닌 단절 개수 및 단절면적을 감소시키는데 매우 유효한 수단임을 확인할 수 있다. 따라서 건물 일반화 과정은 우수 유출경로 연결성 개선을 위한 필수적인 절차로 판단된다.
- 이상의 결과로부터 건물 일반화 임계값 3m(A,S)에서 격자크기가 7×7m ~10×10m의 경우, 총 건물면적 증가율은 5% 이내로 그리고 총 단절면적의 감소율을 96.6% 이상으로 확보가 가능한 것을 확인할 수 있다.
- 임계값 조합 1m(A,S)을 기준으로 임계값 7m(A,S)과의 상대적인 총 건물면적 감소율을 비교하면, 격자 1×1m에서 10×10m로 한 경우에 총 건물면적 감소율 차는 7.7%가 1.9%로 약 4배 감소했으며 격자 20× 20m~30×30m로 커지면 총 건물면적 감소율 차는 74.6%에서 11.4%로 약 6.5배 줄었다.
- 첫째, 건물 일반화 임계값의 증가는 총 건물 면적을 증가시켰고 최대 임계값인 50m에 이르러 총 건물면적 왜곡은 원시 건물면적의 0.67%범위로 수렴하였다. 또 격자크기 증가는 모든 일반화 임계값 조합에서 총 건물면적과총 단절면적을 감소시켰다.
- 총 건물면적은 통합 및 단순화 기능 임계값의 증가에 동반되어 증가했다. 통합 임계값 0m, 단순화 임계값 50m 조합을 대상지에 적용한 결과, 총 건물면적은 554.5 ha이었다.
- 표 6에서 보듯이 임계값 3m(A,S)조합의 경우, 격자크기가 5×5m로 적용되면 총 건물면적 증가율은 5.6%로 총 단절면적 감소율은 94.4%에 도달했으며 동일한 임계값에서 격자 크기만을 7×7m로 키우자 총 건물면적 증가율은 4.4%로 총 단절면적 감소율은 96.6%로 변화되었다.
- 표에서 임계값 조합 1m(A,S)일 때, 격자가 1×1m~10×10m로 증가하면 건물면적이 493.5ha에서 455.7ha로 37.8ha 감소하고 면적감소율은 7.7%이었다.
- 그림 8(b)은 임계값 3m(A,S)가 적용되어 그림 8(a)에 비해 건물 개수가 줄고 개체면적은 커졌다. 표준시료 면적 2ha 내에서 단절개수는 줄었으나 단절은 규모가 작은 건물 주위에 집중되는 분포를 보였다. 그림 8(c)은 임계값 5m(A,S)로 건물개체 면적이 크게 증가하면서 단절개수와 면적은 더욱 감소했다.
- 하지만, 건물 일반화 임계값을 5m(A,S) 수준으로 증가시켜 적용할 경우, 격자크기 5×5m를 적용되면 총 건물면적 증가율은 16.4%로 전술 한 3m(A,S) 조합과 격자크기 5×5m의 적용결과인 총 건물면적 증가율 5.6%의 약 2.9배 증가하여 건물정보의 왜곡을 더 심화시킨 것을 알수 있다.
- 한편 2 종의 지역 K16에서 격자크기 1×1m과 5×5m 적용에 따른 건물면적의 왜곡과 빗물유출 경로 연결성을 비교해 볼 때 5×5m 격자를 적용한 결과는 단절면적의 감소와 유출경로의 연결성에서 양호한 결과를 보였다.
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