[논문]GIS를 이용한 복합임도망의 계획 및 평가

권형근; 서정일; 이준우

doi:10.14578/jkfs.2019.108.1.59

GIS를 이용한 복합임도망의 계획 및 평가
Planning and Evaluation of Synthetic Forest Road Network using GIS 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.108 no.1, 2019년, pp.59 - 66

권형근 (충남대학교 산림환경자원학과) , 서정일 (공주대학교 산림자원학과) , 이준우 (충남대학교 산림환경자원학과)

초록
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이 연구는 체계적인 임내도로망의 구축을 위해 고규격 및 저규격의 임도를 포함하는 적정임도밀도를 산정한 후, 이를 토대로 구축한 복합임도망의 배치 효과를 5개의 비교임도망과 비교 평가하였다. 그 결과, 연구대상지의 적정임도밀도는 약 18.4 m/ha로 산정되었으며, 평균집재거리, 집재거리표준편차, 개발지수, 임도 우회계수 등의 지표에서 복합임도망이 가장 양호한 것으로 나타났다. 또한, 집재가능재적량과 집재가능면적에서 복합임도망은 간선임도망에 비해 약 4 %p 수준으로 비슷하게 나타났지만, 임도개설비용은 약 20 %p가 낮게 나타나 경제적 측면에서도 양호한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to evaluate the effect of the synthetic forest road network by calculating the optimal road density and layout of the forest road network in order to construct the systematic road network in the forested area. For this, five comparative routes were additionally planed and compared through evaluation indicators. As a result, the optimum road density of the study site was estimated to be 18.4 m/ha, and the synthetic forest road network was the best in the four indicators such as average skidding distance, standard deviation of skidding distance, development index, and circuity factor. In addition, the synthetic forest road network was comparable to the main road network by about 4 %p in the timber volume available and potential area size for logging, but the construction cost of the road was about 20 %p lower. It showed a synthetic forest road network was better in terms of economy.

주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. Location of the study area.
표 Table 1. Coefficient values used for calculating density of synthetic forest road network.
표 Table 2. Types of forest road network postulated in this study.
표 Table 3. The results of synthetic forest road density.
그림 Figure 2. Layout of synthetic forest road network (A) for the field site.
그림 Figure 3. The results of buffering analysis for area and timber volume available for logging, with respect to logging distance from the planning forest road network (A) to (F) within the field site.
표 Table 4. The results of evaluate factors according to the layout of forest road network (A)~(F).

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 배경으로부터 이 연구에서는 간선임도와 작업임도를 대상으로 복합임도망을 계획하고, 이렇게 계획된 노망의 배치효과를 분석하고자 한다. 이를 통해 효율적인 목재생산과 체계적인 임내도로망 구축을 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.
이러한 배경으로부터 이 연구에서는 간선임도와 작업임도를 대상으로 복합임도망을 계획하고, 이렇게 계획된 노망의 배치효과를 분석하고자 한다. 이를 통해 효율적인 목재생산과 체계적인 임내도로망 구축을 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

④ 주요 통과점(landing point)과 노선의 시점 및 종점을 노드(node)로 선택하였으며, 이 때 주요 통과점은 토공량을 최소화하기 위하여 면적 300 m2 이상, 평균경사 5 % 이하의 조건을 만족하는 지점으로 설정하였다.
⑤ 주요 통과점을 기준으로 최소비용경로를 통해 노선을 설정하고, 배치된 임도망을 토대로 임·소반의 평균임목축적, 시·종점과의 거리, 지형경사 등에 따라 산출된 비용표면의 우선순위를 고려하여 간선임도와 작업임도의 임도 노선을 구분하였다.
연구대상지에 배치한 복합임도망 A의 배치효과를 정량적으로 비교하기 위해 5가지의 비교임도망을 추가적으로 배치하였다. 이 5가지의 비교임도망은 현재 연구대상지에 위치하고 있는 기설임도망 B, 복합임도망 A와 동일한 밀도를 가진 단일규격의 간선임도망 C와 작업임도망 D, 적정임도밀도 산정식(Jung et al.
이 연구에서는 강원도 평창군의 산림경영단지를 중심으로 연구대상지로 선정하고, 적정임도밀도를 산정한 후, 임목축적과 지형을 고려하여 비용경로를 최소화하는 노선을 중심으로 고규격 임도와 저규격 임도를 배치하였으며, 대안 노선과의 평가를 통해 그 효과를 비교하였다.
이 연구에서는 전술한 방법에 의해 산정된 복합임도망 밀도의 결과값을 기준으로 ArcGIS 10.2 프로그램 상에서 복합임도망을 배치하였다. 이 때 공간분석기법 중 최소비용경로(least cost-path)를 이용하였으며, 그 방법은 다음과 같이 정리할 수 있다.
이상 6개 임도망을 대상으로 임도밀도(road density; D_R), 평균집재거리(average skidding distance; A_SD), 집재거리표준편차(standard deviation of skidding distance; SD_SD), 임도우회계수(circuity factor; F_C), 개발지수(development index; ID), 임도개설비용(construction cost; C_C), 집재가능면적(area size available for skidding; A_s), 집재가능재적량(potential timber volume for skidding; V_s) 등의 지표를 산출하여 결과를 비교하였다.
, 2005)의 임도밀도를 기준으로 배치된 간선임도망 E와 작업임도망 F이다(Table 2). 이상의 비교임도망은 단일 규격의 노선으로 기설임도망 B는 기존의 수치임도망도를 활용하였으며, 나머지 4가지 비교임도망은 단일규격의 도로망이기 때문에 간선임도와 작업임도 노선을 구분하는 과정을 제외하고 ArcGIS 10.2를 이용하여 동일한 과정으로 배치하였다.
평균집재거리(A_SD)의 경우 배치된 임도노선의 중심선을 기준으로 양방향 집재작업을 실시하는 것으로 가정하였으며, 집재가능면적(A_S)과 집재가능재적량(VS)의 경우 간선임도의 집재거리는 중거리 가선집재시스템을 가정하여 300 m, 작업임도의 집재거리는 단거리 가선집재시스템을 가정하여 200 m를 기준으로 버퍼링 분석을 실시하였다. 임도우회계수(F_C)는 500 m 구간별로 산정하여 노선별 평균값으로 환산하였다.

대상 데이터

상기 복합임도망 적정밀도 산정식에 사용된 값은 산림청의 정책자료(KFS, 2014, 2018) 및 통계자료(KFS, 2017), 시중노임단가(CAK, 2018), 선행 연구자료(Minamikata et al., 1986; KFRI, 2004; Jung et al., 2005) 등을 참고하여 적용하였다(Table 1).
5 m³/ha이고, 주로 Ⅳ～Ⅴ영급으로 구성되어 있으며, 봉평산림경영시험단지가 위치하고 있어 적극적인 산림경영이 요구되는 지역이다. 연구대상지는 해발고도 440～1,368 m (평균 831.2 m)에 분포하고 있으며, 산지사면의 방향은 고르게 분포하고 있다.
이 연구는 강원도 평창군에 위치하고 있는 동부지방산림청 평창국유림관리소 관내 약 5,957 ha의 국유림을 연구대상지로 선정하였으며, 이 지역 내에는 현재 약 50 km(임도밀도 약 8.4 m/ha)의 국유 간선임도가 개설되어 있다(Figure 1). 연구대상지는 천연림이 24.

이론/모형

적정 임도밀도는 Kweon et al.(2016)의 산정식을 이용하였으며, 이 산정식은 Minamikata et al.(1986)의 복합노망 밀도식에 임도의 유지관리비용을 추가한 것으로 다음 식과 같다.
2 프로그램 상에서 복합임도망을 배치하였다. 이 때 공간분석기법 중 최소비용경로(least cost-path)를 이용하였으며, 그 방법은 다음과 같이 정리할 수 있다.

성능/효과

Table 2의 각 인자를 이용하여 적정임도밀도를 산출한 결과, 연구대상지의 적정밀도는 약 18.4 m/ha로 산정되었으며, 이 중 고규격 임도는 약 5.8 m/ha, 저규격 임도는 약 12.6 m/ha로 나타나 고규격 임도에 비하여 저규격 임도의 적정밀도가 약 2.2배 높게 산출되었다(Table 3). 이는 KFS(2004)가 제시한 우리나라의 임도밀도 목표량인 SOC 개념의 기본임도밀도(8.
다음으로 간선임도망 C와 E의 집재가능면적(As) 및 집재가능재적량(Vs)을 복합임도망 A와 비교하면, 집재가능면적(As)은 복합임도망 A에 대비하여 1 %p 이내, 집재가능재적량(Vs)은 3 %p 이내의 경미한 수준의 차이를 나타냈다. 그러나 세 가지 임도망(A, C, E)을 비교함에 있어 개설비용을 함께 고려하면, 복합임도망 A에 비해 간선임도망 C와 E는 각각 27.9 %p와 38.6 %p를 초과하는 비용이 소요되는 것으로 나타나 비용 대비 효과에 있어서 임도망 A의 효과가 상대적으로 더 높다고 할 수 있다. 이와 달리 작업임도망 D와 F의 집재가능면적(A_s) 및 집재가능재적량(V_s)을 복합임도망 A와 비교하면, 집재가능면적(A_s)은 복합임도망 A의 약 82.
다음으로 간선임도망 C와 E의 집재가능면적(As) 및 집재가능재적량(Vs)을 복합임도망 A와 비교하면, 집재가능면적(As)은 복합임도망 A에 대비하여 1 %p 이내, 집재가능재적량(Vs)은 3 %p 이내의 경미한 수준의 차이를 나타냈다. 그러나 세 가지 임도망(A, C, E)을 비교함에 있어 개설비용을 함께 고려하면, 복합임도망 A에 비해 간선임도망 C와 E는 각각 27.
일반적으로 평균집재거리, 집재거리표준편차, 임도우회계수는 낮을수록, 개발지수는 1에 가까울수록 임도망의 배치 상태가 적정하다고 판단하는데(Lee, 1992), 이는 임지 내 임의의 지점 또는 집재지점과의 접근성이 가장 양호하고 균등하게 잘 배치되어 집재 및 운재작업의 효율이 높다는 것을 의미한다. 따라서 이 연구의 결과는 복합임도망 A가 여타의 임도망에 비해 상대적으로 양호한 배치상태를 나타낸다는 것을 보여준다. 기설임도망 B를 제외하고 나머지 임도망의 배치형태는 큰 차이는 없으나(Figure 3), 복합임도망 A에 비해 상대적으로 임도의 간격이 좁고 집재거리의 편차가 크기 때문에 평균집재거리, 집재거리표준편차, 개발지수에서 상대적으로 덜 양호한 값을 나타낸 것으로 판단된다.
8 m/ha)의 임도밀도는 복합임도망 A와 비교적 큰 차이를 나타냈다. 또한, 노망의 배치현황 및 형태에 대한 평가지표인 평균집재거리(A_SD), 집재거리표준편차(SD_SD), 임도우회계수(F_C)는 복합임도망 A가 가장 작게 나타났으며, 개발지수(ID) 역시 복합임도망 A가 1에 가장 가까운 값을 나타냈다. 일반적으로 평균집재거리, 집재거리표준편차, 임도우회계수는 낮을수록, 개발지수는 1에 가까울수록 임도망의 배치 상태가 적정하다고 판단하는데(Lee, 1992), 이는 임지 내 임의의 지점 또는 집재지점과의 접근성이 가장 양호하고 균등하게 잘 배치되어 집재 및 운재작업의 효율이 높다는 것을 의미한다.
)를 비롯하여 모든 평가지표에서 가장 낮은 척도를 보이고 있다. 물론 장기적인 계획에 준하여 임도시설을 확충할 것으로예상되지만, 300 m의 최대집재거리를 기준으로 할 때 연구대상지 전체 면적의 27.9 %에 해당하는 면적(1,667.8 ha)만 집재작업이 가능한 현재의 임도망은 복합임도망 A는 물론 여타의 비교 임도망에 비해 상대적으로 비효율적이라고 판단된다.
복합임도망은 고규격과 저규격의 임도를 이용하여 임도망을 배치하므로 단일 규격의 임도망과 비교할 때 상대적으로 임도의 개설비용이 낮고 작업효율은 높은 것을 알 수 있었다. 하지만 목재수확작업의 효율은 대상지의 현황, 작업기계, 오퍼레이터의 숙련도, 본당재적량 등의 많은 요인이 있기 때문에 단순하게 임도의 규격으로 작업의 효율성을 판단하는 것은 어렵다.
이 연구의 결과, 복합임도망이 평균집재거리, 집재거리표준편차, 개발지수, 우회계수 등 노망의 배치형태를 평가하는 지표에서 가장 양호한 것으로 나타났으며, 집재가능면적과 재적량에서도 대안노선과 비교하여 근소한 차이를 보였으나, 이를 임도개설비용과 함께 비교하면 복합임도망의 비용대비 효과가 가장 높은 것으로 판단된다. 임도개설비의 측면에서는 저규격 임도망을 개설하는 것이 가장 경제적이지만, 집재가능면적과 재적량 등의 지표에 있어서 상대적으로 그 값이 낮았으며, 고규격의 임도망 또는 복합임도망 수준의 값을 얻기 위해서는 고밀도의 임도망을 구축해야 하는 것으로 나타났다.
3 % 수준에 달하는 것으로 나타났다. 이를 앞서 제시한 작업임도망 D와 F의 임도개설비용(C_C) 비율(각각 81.1 %와 101.6 %)과 함께 고려하면, 작업임도망 D는 복합임도망 A에 비해 덜 소요된 비용만큼 그 효과 역시 낮은 것으로 나타났으나, 작업임도망 F는 복합임도망 A보다 더 많은 비용이 소요되었음에도 불구하고 그 효과가 매우 낮은 것으로 나타났다. 그러나 작업임도망 D는 전술한 바와 같이 기설임도망 B 다음으로 높은 평균집재거리(A_SD), 집재거리표준편차(SD_SD) 및 개발지수(ID)를 나타낸 임도망이기 때문에 복합임도망 A에 비해 상대적으로 효과가 낮다고 해석할 수 있다.
이상의 선행 연구에서 제시한 적정임도밀도는 대상지의 산림현황, 임도의 개설 목적, 산림작업 방법 및 계산방식 등에 의해 분명 차이를 보이지만, 전체적으로는 임목축적, 임도개설비, 집재비, 보행경비 등 지출경비가 증가함에 따라 임도의 적정밀도 역시 증가하는 경향을 보이고 있다. 일본에서도 목재수확을 주목적으로 하는 경우 중경사지(15～30°)에서 25～40 m/ha, 완경사지(0～15°)에서는 35～50 m/ha 이상의 노망밀도를 목표로 하고 있으며, 이러한 목표치는 산지경사 또는 작업시스템의 종류에 따라 다르게 설정되어 있다(Cha and Lee, 2008).
6 %p를 초과하는 비용이 소요되는 것으로 나타나 비용 대비 효과에 있어서 임도망 A의 효과가 상대적으로 더 높다고 할 수 있다. 이와 달리 작업임도망 D와 F의 집재가능면적(A_s) 및 집재가능재적량(V_s)을 복합임도망 A와 비교하면, 집재가능면적(A_s)은 복합임도망 A의 약 82.5～86.6%, 집재가능재적량(V_s)은 약 82.9～89.3 % 수준에 달하는 것으로 나타났다. 이를 앞서 제시한 작업임도망 D와 F의 임도개설비용(C_C) 비율(각각 81.
이 연구의 결과, 복합임도망이 평균집재거리, 집재거리표준편차, 개발지수, 우회계수 등 노망의 배치형태를 평가하는 지표에서 가장 양호한 것으로 나타났으며, 집재가능면적과 재적량에서도 대안노선과 비교하여 근소한 차이를 보였으나, 이를 임도개설비용과 함께 비교하면 복합임도망의 비용대비 효과가 가장 높은 것으로 판단된다. 임도개설비의 측면에서는 저규격 임도망을 개설하는 것이 가장 경제적이지만, 집재가능면적과 재적량 등의 지표에 있어서 상대적으로 그 값이 낮았으며, 고규격의 임도망 또는 복합임도망 수준의 값을 얻기 위해서는 고밀도의 임도망을 구축해야 하는 것으로 나타났다. 아울러 작업임도와 같은 저규격의 임도는 대형장비의 이동에 제약이 있기 때문에 대경재의 집재 또는 운반작업에 제약이 많고, 단목집재시스템 중심의 작업이 예상된다.
임도개설비용(CC)은 임도의 규격에 따라 차이를 보이고 있다(Table 4). 즉, 복합임도망 A에 비해 복합임도망과 동일한 밀도의 간선임도망 C와 작업임도망 D는 각각 127.9 %와 81.1 %, 적정임도밀도 산정식을 기준으로 배치된 간선임도망 E와 작업임도망 F는 각각 138.6 %와 101.6%의 임도개설비용이 소요되는 것으로 나타났다. 이러한 수치적 차이는 간선임도의 약 60 % 수준인 작업임도의 기준 단비(KFS, 2018)와 작업임도의 개설 물량의 상호관계에 기인한 결과로 판단된다

후속연구

하지만 목재수확작업의 효율은 대상지의 현황, 작업기계, 오퍼레이터의 숙련도, 본당재적량 등의 많은 요인이 있기 때문에 단순하게 임도의 규격으로 작업의 효율성을 판단하는 것은 어렵다. 이는 후속연구를 통해 다양한 임내도로와 산림작업시스템의 효율에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 우리나라와 같이 임도밀도가 낮고 집약적인 산림경영이 요구되는 곳에서 활용할 수 있을 것이다.
이는 후속연구를 통해 다양한 임내도로와 산림작업시스템의 효율에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 우리나라와 같이 임도밀도가 낮고 집약적인 산림경영이 요구되는 곳에서 활용할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	작업임도의 문제점은?	한편, 저규격의 임도시설인 작업임도는 2010년 이후 본격적으로 개설되었는데, 간선임도와 비교하여 상대적으로 규격이 작고 구조물의 설치가 제한적이기 때문에 산림의 훼손과 임지의 피해를 최소화하면서 집재와 운재를 할 수 있는 장점이 있지만(Kweon et al., 2016), 그 이면에 대형 임업기계의 진입과 이동이 어렵고 대경재의 운송에도 장애가 많아 목재수확작업에 많은 어려움이 존재하고 있다(Park, 2013). 따라서 임도의 규격별 기능을 고려하여 체계적으로 노망을 배치하는 것은 산림의 효율적 경영 및 관리에 있어 매우 중요한 과제라고 할 수 있다.
	임도란?	임도는 산림의 경영과 관리에 있어 필수적인 산림기반시설이며(Lee, 1992; Jung et al., 2005), 목재수확을 비롯한 산림작업에 있어서 임도의 노선 계획은 작업의 효율과 비용 측면에서 매우 중요한 부분이다(Talebi et al.
	다양한 임내도로와 산림작업시스템의 효율에 대한 연구가 필요한 이유는?	복합임도망은 고규격과 저규격의 임도를 이용하여 임도망을 배치하므로 단일 규격의 임도망과 비교할 때 상대적으로 임도의 개설비용이 낮고 작업효율은 높은 것을 알 수 있었다. 하지만 목재수확작업의 효율은 대상지의 현황, 작업기계, 오퍼레이터의 숙련도, 본당재적량 등의 많은 요인이 있기 때문에 단순하게 임도의 규격으로 작업의 효율성을 판단하는 것은 어렵다. 이는 후속연구를 통해 다양한 임내도로와 산림작업시스템의 효율에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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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