본 연구는 역사마을 및 명승과 같은 면적문화재의 경관관리를 위한 분석의 기초가 되는 가시분석모델의 구축을 위해 수행되었다. DEM을 이용한 가시권 분석결과와 소형 UAV를 통해 추출된 3D맵핑 데이터를 기반으로 하는 DSM의 가시권 분석결과를 비교한 결과는 다음과 같다. 소형 UAV를 이용하여 취득된 디지털데이터로부터 GSD(Ground Sample Distance) 2cm급의 정사영상 자료 구축 및 DSM을 생성하여 RTK 측량결과를 기준으로 추출데이터에 대한 정확도를 검토한 결과 약 6.5cm 이내의 정확도를 확인하였다. 수치지형도에 건축물의 높이를 적용한 수치표고모델(DEM: $1m{\times}m$)과 소형 UAV를 이용한 수치표면모델(DSM: $20cm{\times}20cm$)의 가시권 분석 자료를 비교한 결과 DEM을 이용한 가시권 분석결과에 비해 가시 영역이 좁고 세밀하게 나타났으며, 가시권 분석결과를 현지사진과 비교한 결과 DSM을 이용한 가시권 분석이 담장, 수목, 하우스 등과 같은 구조물 등이 지형데이터에 반영되어 현실에 가까운 가시권 분석이 가능한 것을 확인하였다. 이러한 3D맵핑 기법을 이용한 가시분석모델은 3D 스캐너와 같은 정밀실측 장비보다 상대적으로 신속하고 저렴한 소형 UAV를 활용하여 필요에 따라 즉각적으로 데이터의 구축을 통해 수시로 변하고 있는 경관의 정보를 효율적으로 취득함으로써 면적문화재의 경관평가 등의 보존관리를 위한 합리적인 분석결과를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 역사마을 및 명승과 같은 면적문화재의 경관관리를 위한 분석의 기초가 되는 가시분석모델의 구축을 위해 수행되었다. DEM을 이용한 가시권 분석결과와 소형 UAV를 통해 추출된 3D맵핑 데이터를 기반으로 하는 DSM의 가시권 분석결과를 비교한 결과는 다음과 같다. 소형 UAV를 이용하여 취득된 디지털데이터로부터 GSD(Ground Sample Distance) 2cm급의 정사영상 자료 구축 및 DSM을 생성하여 RTK 측량결과를 기준으로 추출데이터에 대한 정확도를 검토한 결과 약 6.5cm 이내의 정확도를 확인하였다. 수치지형도에 건축물의 높이를 적용한 수치표고모델(DEM: $1m{\times}m$)과 소형 UAV를 이용한 수치표면모델(DSM: $20cm{\times}20cm$)의 가시권 분석 자료를 비교한 결과 DEM을 이용한 가시권 분석결과에 비해 가시 영역이 좁고 세밀하게 나타났으며, 가시권 분석결과를 현지사진과 비교한 결과 DSM을 이용한 가시권 분석이 담장, 수목, 하우스 등과 같은 구조물 등이 지형데이터에 반영되어 현실에 가까운 가시권 분석이 가능한 것을 확인하였다. 이러한 3D맵핑 기법을 이용한 가시분석모델은 3D 스캐너와 같은 정밀실측 장비보다 상대적으로 신속하고 저렴한 소형 UAV를 활용하여 필요에 따라 즉각적으로 데이터의 구축을 통해 수시로 변하고 있는 경관의 정보를 효율적으로 취득함으로써 면적문화재의 경관평가 등의 보존관리를 위한 합리적인 분석결과를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
The purpose of this study is to propose the construction of a visibility analysis model, which is the basis of the analysis for landscape management on the heritage sites such as historic villages and scenic sites. Results of the visibility analysis using DEM and the visibility analysis of DSM based...
The purpose of this study is to propose the construction of a visibility analysis model, which is the basis of the analysis for landscape management on the heritage sites such as historic villages and scenic sites. Results of the visibility analysis using DEM and the visibility analysis of DSM based on 3D mapping data are compared as follows: Precision level of the extracted data was confirmed to be less than 6.5cm, based on RTK survey results produced by constructing orthoimage data and DSM from the digital data of 2cm-class GSD(Ground Sample Distance) obtained by using a small UAV(Unmanned Aerial Vehicle). As a result of comparing the visibility analysis data of Digital Surface Model (DSM) using a small UAV with Digital Elevation Model(DEM) applying the height of the building to the Digital Topographic Map, it was confirmed that more realistic visibility analysis can be accomplished by applying DSM, as the structures such as fences, trees, and houses are reflected in the topographic data. The visibility analysis model using the 3D mapping technique can efficiently obtain the constantly changing topographic information when needed, by immediately constructing the data by utilizing a small UAV. It seems to be possible to propose a reasonable analysis result for preservation management such as landscape evaluation of cultural property.
The purpose of this study is to propose the construction of a visibility analysis model, which is the basis of the analysis for landscape management on the heritage sites such as historic villages and scenic sites. Results of the visibility analysis using DEM and the visibility analysis of DSM based on 3D mapping data are compared as follows: Precision level of the extracted data was confirmed to be less than 6.5cm, based on RTK survey results produced by constructing orthoimage data and DSM from the digital data of 2cm-class GSD(Ground Sample Distance) obtained by using a small UAV(Unmanned Aerial Vehicle). As a result of comparing the visibility analysis data of Digital Surface Model (DSM) using a small UAV with Digital Elevation Model(DEM) applying the height of the building to the Digital Topographic Map, it was confirmed that more realistic visibility analysis can be accomplished by applying DSM, as the structures such as fences, trees, and houses are reflected in the topographic data. The visibility analysis model using the 3D mapping technique can efficiently obtain the constantly changing topographic information when needed, by immediately constructing the data by utilizing a small UAV. It seems to be possible to propose a reasonable analysis result for preservation management such as landscape evaluation of cultural property.
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문제 정의
최근에는 이러한 UAV의 장점을 바탕으로 문화재 분야에서도 UAV를 활용하고자 하는 시도가 점차 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 넓은 면적으로 구성된 면적문화재를 대상으로 시간적·공간적 제약에 자유로운 소형 UAV를 이용하여 정사영상데이터 및 수치표면모델을 통해 기존의 경관관리를 위한 정량적 연구의 근본적인 한계로 지적되었던 가시분석모델의 개발을 위한 기초데이터의 유용성을 제시하는데 연구의 목적을 두었다.
본 연구는 역사마을 및 명승과 같은 면적문화재의 경관관리를 위한 분석의 기초가 되는 가시분석모델의 구축을 위한 연구로 DEM을 이용한 가시권 분석 결과와 소형 UAV를 기반으로 3D맵핑을 통해 제작된 DSM의 가시권 분석 결과를 비교한 결과는 다음과 같다.
제안 방법
3D맵핑을 통한 지형모델링은 Photoscan Pro를 이용하여GSD(Ground Sample Distance) 2㎝급의 디지털 데이터를 취득하였으며 이를 이용하여 정사영상 데이터 및 3D맵핑 데이터를 구축하여 가시권 분석에 필요한 수치표면모델을 구축하였다(Figure 3).
본 연구는 가시권 분석결과의 비교를 위한 연구로 수치표고모델(DEM)을 이용한 가시권 분석과 수치표면모델(DSM)을 이용한 가시권 분석결과의 비교로 한정하였으며, 일반적인 경관평가에서 수행되고 있는 조망점 선정기준의 마련, 경관미 분석, 가시권 분석결과에 따른 경관관리 방안 등의 내용은 본 연구의 범위에서 제외하였다.
취득된 디지털 데이터를 바탕으로 구축된 지형정보의 기상기준점 측정 데이터를 이용하여 정확성을 검토하였다. 지상 기준점 측량은 RTK(Real Time Kinematic)의 GRS80 좌표 시스템을 이용하여 데이터를 취득하였다.
대상 데이터
마을 내부에서는 건물들 사이로 마을의 내부를 형성하고 있는 지형과 외부경관이 가시되며, 마을 외곽에서는 마을 내부와 주변 지형이 배경이 되는 외부경관이 조망되게 된다. 따라서 이번 연구에서는 마을의 주된 배경이 되며 하회마을 내부에서 조망기회가 가장 높은 부용대 일원에서 역방향 가시빈도 분석을 통해 가시빈도가 높은 곳 중 마을 내부 3곳과 마을의 외곽지역 3곳을 조망점으로 선정하였다.
본 연구대상지인 하회마을은 마을 내부에서와 마을의 외곽에서 조망되는 형태를 보인다. 마을 내부에서는 건물들 사이로 마을의 내부를 형성하고 있는 지형과 외부경관이 가시되며, 마을 외곽에서는 마을 내부와 주변 지형이 배경이 되는 외부경관이 조망되게 된다.
항공사진 촬영결과 약 83m 고도에서 계획된 32개의 스트립경로를 따라 1,150개의 디지털 데이터를 취득하였다.
항공사진 촬영에 사용된 소형 UAV는 Mikrokopter Okto을 활용하였으며, 디지털 데이터의 취득은 Sony α6000을 활용하였다(Table 1 참조).
데이터처리
2번 지점은 안동 하회마을 만송정 숲(천연기념물 제473호),제방길과 마을 도로가 만나는 교차점으로 52개의 다중점을 설정하여 가시권 분석을 하였다. DEM을 이용한 가시권 분석 결과에서는 조망점에서 부용대 방면으로는 만송정 숲을 지나 옥연정사(국가민속문화재 제88호)까지 가시 영역이 넓게 나타났으며, 마을 내부 방면으로는 조망점 주변으로 5m 높이의 급경사로 인해 조망점 주변의 건축물 입면이 가시되는 것으로 나타났다.
가시권 분석을 통해 DEM을 이용한 가시권 분석데이터와DSM을 이용한 가시권 분석데이터를 상호 비교한 결과 DEM과 DSM간에 상당한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 가시권 분석결과의 비교를 통해 효용성이 큰 분석 결과를 확인하기 위해 가시권 분석데이터와 사진데이터의 비교를 위해 가시권 분석 결과를 조감형태로 변환하여 비교하였다.
성능/효과
6개의 조망점에서 실시한 가시권 분석결과와 현지 사진을 검토한 결과 DEM을 이용한 가시권 분석에서는 건축물 사이로 넓은 가시 영역이 형성되는 것으로 나타났다
2번 지점은 안동 하회마을 만송정 숲(천연기념물 제473호),제방길과 마을 도로가 만나는 교차점으로 52개의 다중점을 설정하여 가시권 분석을 하였다. DEM을 이용한 가시권 분석 결과에서는 조망점에서 부용대 방면으로는 만송정 숲을 지나 옥연정사(국가민속문화재 제88호)까지 가시 영역이 넓게 나타났으며, 마을 내부 방면으로는 조망점 주변으로 5m 높이의 급경사로 인해 조망점 주변의 건축물 입면이 가시되는 것으로 나타났다. 그러나 DSM을 이용한 가시권 분석에서는 만송정 숲으로 인해 부용대 방면으로는 가시되지 않으며, 마을 내부 방면으로는 경사면을 따라 빈연정사(국가민속문화재 제86호)까지 건축물의 지붕이 중첩되어 가시되는 것으로 나타나 DEM을 이용한가시권 분석결과와 차이를 보이는 것을 알 수 있다(Figure 8).
DEM을 이용한 가시권 분석 결과에서는 조망점에서 하회마을 초입부인 종합안내소까지 가시 영역이 넓게 분포하며, 건물들 사이로 부용대 일대가 양호한 가시 영역을 형성하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 DSM을 이용한 가시권 분석 결과에서는 조망점 주변의 건물들과 담장, 비닐하우스 등의 차폐요소들로 담장 주변의 담장 및 건축물들의 지붕만이 가시되었으며, 차폐요소들로 인해 지붕 위쪽으로 부용대 일원 일부가 가시되는 것으로 나타났다(Figure 12).
3번 지점은 마을의 남동쪽에 있는 교회 앞 교차로로 52개의다중점을 설정하여 가시권 분석을 하였다. DEM을 이용한 가시권 분석에서는 마을 내부에 대한 가시 영역이 조망점을 중심으로 방사형을 이루고 있으며, 부용대 일원까지 가시 영역이 양호하게 형성되어 있는 것으로 나타났다. 그러나 DSM을 이용한 가시권 분석에서는 부용대까지 연결되는 조망축을 따라농경지 일부와 마을 내부에 있는 건축물의 지붕들만이 중첩되어 가시되는 것을 알 수 있으며, 마을 내부는 담장 및 수목 등과 같은 차폐요인들로 인해 가시 영역이 형성되지 않는 것으로 나타났다.
가시권 분석을 통해 DEM을 이용한 가시권 분석데이터와DSM을 이용한 가시권 분석데이터를 상호 비교한 결과 DEM과 DSM간에 상당한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 가시권 분석결과의 비교를 통해 효용성이 큰 분석 결과를 확인하기 위해 가시권 분석데이터와 사진데이터의 비교를 위해 가시권 분석 결과를 조감형태로 변환하여 비교하였다.
둘째, 수치지형도에 건축물의 높이를 적용한 DEM(1×1m)과 건축물의 형태, 담장, 수목 등의 수치데이터를 적용한 DSM(20×20㎝)을 이용하여 가시권 분석 자료를 비교한 결과 하회마을 내부에 대한 가시 영역이 DEM을 이용한 가시권 분석 결과보다 가시 영역이 좁고 자세하게 나타났으며, 가시권 분석 결과를 조감 형태로 변환하여 현지 사진과 비교한 결과 DSM을 이용한 가시권 분석이 담장, 수목, 하우스 등과 같은 구조물 등 이 지형데이터에 반영되어 보다 현실에 가까운 가시권 분석이 가능한 것을 확인하였다.
첫째, 소형 UAV를 이용하여 취득된 GSD(Ground SampleDistance) 2㎝급의 디지털 데이터로 대한 정확도를 검토한 결과 정확도는 약 6.5㎝ 이내임을 확인하였으며 이를 바탕으로 20㎝ 간격의 수치표고데이터 추출이 가능하였다.
그러나 DSM을 이용한 가시권 분석결과에서는 조망점 주변의 수목과 만송정 숲으로 인해 부용대 일원에 대한 가시 영역이 좁게 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 마을 내부로는 조망점 주변의 담장 및 수목들로 인해 양진당과 주변 가옥들의 지붕 일부만이 가시되는 것으로 나타났다. 특히 DEM을 이용한 가시권 분석 결과에서는 조망점의 북쪽에 있는 건축물은 가시되지 않았으나DSM을 이용한 가시권 분석에서는 건축물들의 지붕면이 가시 영역에 포함되고 있어 상당한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 가시권 분석에 사용되는 기반 데이터들의 차이로,DEM에서는 일괄적으로 적용된 건물의 높이가 조망점의 지면보다 낮은 곳에 있어 건축물이 가시되지 않았으나 DSM에서는 전통건축물의 지붕에 대한 표면데이터가 적용되어 조망점의 지면보다 높은 지붕들이 가시되는 것으로 분석되었다(Figure 10 참조).
후속연구
또한 3D 스캐너와 같은 정밀측량 장비에 비해 신속하고 저렴한 3D맵핑 시스템으로 필요에 따라 즉각적인 데이터의 구축을 통해 수시로 변하고 있는 경관의 정보를 효율적으로 취득함으로써 문화재지정구역의 경관평가 등의 보존관리에 합리적인 분석 결과를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 DSM과 DEM의 가시권 분석 결과의 비교를 통해 조망점 선정의 의사결정을 위한 보조자원의 도구로 활용할 수 있는지에 대한 연구로 가시권 분석에 필요한 조망점 선정 기준, 가시권 분석을 통한 보존관리 방안 등에 관한 내용을 생략하였으며 가시권 분석 결과의 비교에 있어 가시 영역에 대한 면적비교를 수행하지 못하였다. 또한 제작된 수지표면모델(DSM)의 수치데이터에 대한 현장검토는 수행되지 않았으며, 디지털데이터 구축을 위한 항공사진촬영은 수직부감으로만 촬영하여 최종 구축된 3D맵핑 데이터는 사람의 눈높이에서 조망되는 형태와 다소 차이를 보이는 것을 알 수 있었다.
이처럼 소형 UAV를 이용한 DSM은 건축물의 형태 및 담장 등의 구조물들을 포함하고 있는 수치데이터로 역사마을과 같은 면적문화재의 보존관리를 위한 가시분석모델의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
추후 소형 UAV를 이용한 디지털데이터 구축의 표준화 및 구축된 DSM데이터 구축방안에 대한 지속적인 연구를 통해 실질적인, 보다 현실에 가까운 데이터 구축방안을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
면적문화재의 경관계획수립 및 경관영향평가가 신중해야하는 이유는 무엇인가?
면적문화재는 자연스럽게 형성된 자연지형에 건축물, 담장, 등 인위적 구조물과 역사경관의 배경이 되는 주변 지형이 어우러져 복합적인 형태를 이루는 경관이다. 이처럼 복합적인 경관을 형성하고 있는 지역 내외부로부터 변화가 발생될 경우 그 변화는 다른 요소에 영향을 미치게 되며, 나아가 경관 전체에 영향을 미치게 될 수 있다. 따라서 면적문화재에 대한 경관의 보존관리를 위한 계획수립 및 현상변경 등에 대한 경관영향평가 등이 무엇보다 신중할 수밖에 없다.
면적문화재란 무엇인가?
면적문화재는 자연스럽게 형성된 자연지형에 건축물, 담장, 등 인위적 구조물과 역사경관의 배경이 되는 주변 지형이 어우러져 복합적인 형태를 이루는 경관이다. 이처럼 복합적인 경관을 형성하고 있는 지역 내외부로부터 변화가 발생될 경우 그 변화는 다른 요소에 영향을 미치게 되며, 나아가 경관 전체에 영향을 미치게 될 수 있다.
경관계획수립 및 경관영향평가를 위해 관찰자가 직접 대상지에 접근하여 관철하는 것의 문제점은 무엇인가?
경관계획수립 및 경관영향평가를 위해서는 관찰자가 직접대상지에 접근해서 관찰하는 것이 신뢰도가 높은 방식이라 할 수 있으나, 이러한 정성적인 평가는 관찰자의 조망 위치에 따라, 혹은 평가자의 숙련도 또는 심리적 요인 등에 따라 평가의결과가 달라지는 등의 문제점이 발생될 소지가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 지리정보시스템을 활용한 다양한 연구들이 진행됐으며, 지리정보시스템의 지속적인 발달로 인해 정량적인 경관평가와 가시권 분석이 보편화되기 시작하였다.
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