[논문]수치지형도와 항공 LiDAR를 이용한 도로인접 사면 땅밀림 발생지 변위 특성 분석

서준표; 김기대; 우충식

doi:10.5762/kais.2019.20.5.27

수치지형도와 항공 LiDAR를 이용한 도로인접 사면 땅밀림 발생지 변위 특성 분석
Analysis on Displacement Characteristics of Slow-Moving Landslide on a slope near road Using the Topographic Map and Airborne LiDAR 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.5, 2019년, pp.27 - 35

서준표 (국립산림과학원 산림방재연구과) , 김기대 (국립산림과학원 산림방재연구과) , 우충식 (국립산림과학원 산림방재연구과)

초록
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본 연구는 땅밀림과 같이 예측할 수 없는 재해가 발생했을 때 신속 합리 효과적인 복구계획 수립에 기초자료를 제공하고자 수치지형도와 항공 LiDAR 자료를 이용하여 땅밀림 발생지역에서 변위 특성을 분석하였다. 이를 위해 본 연구에서는 항공 LiDAR 자료를 통하여 땅밀림 발생지점을 탐지하고 지형변화와 발생규모를 정량적으로 분석하였다. 그 결과 본 연구대상지는 국내 땅밀림 발생의 일반적 형태인 말굽형태로 나타났고, 붕괴방향은 북쪽이었다. 땅밀림 발생의 전체 면적은 약 2.5ha, 활락애는 길이 약 327.3m, 평균 폭 19.3m, 평균 깊이 8.6m로 분석되었다. 땅밀림이 대규모로 발생한 것은 아니지만, 도로가 위치한 인접사면에서 발생하여 옹벽 도로가 파손되는 등 큰 피해가 발생하였다. 땅밀림 발생지의 현장조사는 접근성, 안전성 등의 문제로 제한사항이 있지만 항공 LiDAR를 통하여 정확한 분석이 가능한 장점이 있었다. 그러나 항공 LiDAR는 비용이 많이 드는 단점이 있기 때문에 신속 지속 장기적인 모니터링에는 무인기에 LiDAR를 탑재하는 기술을 개발하여 이를 활용하는 것이 효율적이다. 이러한 땅밀림 발생지에서는 땅밀림의 이동방향, 규모 변화와 같은 정보를 지속적으로 획득해서 복구계획 수립 및 피해를 예방하는데 있어 활용해야한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the displacement characteristics in slow-moving landslide area using digital elevation model and airborne LiDAR when unpredictable disaster such as slow-moving landslide occurred. We also aimed to provide basic data for establishing a rapid, reasonable and effective restoration plan. In this study, slow-moving landslide occurrence cracks were selected through the airborne LiDAR data, and the topographic changes and the scale of occurrence were quantitatively analyzed. As a result of the analysis, the study area showed horseshoe shape similar to the general form of slow-moving landslide occurrence in Korea, and the direction of movement was in the north direction. The total area of slow-moving landslide damage was estimated to about 2.5ha, length of landsldie scrap 327.3m, average width 19.3m, and average depth 8.6m. The slow-moving landslides did not occur on a large scale but occurred on the adjacent slope where roads were located, caused damage to retaining walls and roads. The field survey of slow-moving landslides was limited by accessibility and safety issues, but there was an advantage that accurate analysis was possible through the airborne LiDAR. However, because airborne LiDAR has costly disadvantages, it has proposed a technique to mount LiDAR on UAV for rapidity, long-term monitoring. In a slow-moving landslide damage area, information such as direction of movement of cracks and change of scale should be acquired continuously to be used in restoration planning and prevention of damage.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Photograph of the slow-moving landslide damaged area
그림 Fig. 2. The airborne LiDAR equipment used in this study
표 Table 2. Specification of the Lite Mapper 6800
그림 Fig. 3. Aerial photographs (a) and topographic map (b) in 2016
그림 Fig. 4. Aerial photographs (a) and digital elevation model by airborne LiDAR (b) in 2018
그림 Fig. 5. Results of slow-moving landslide crack extraction at the study site
그림 Fig. 6. Results of analysis on spatial variation using the DEM (a) before calibration (b) after calibration
그림 Fig. 7. Location of each profile in main scarp and road
그림 Fig. 8. Results of analysis on topography profile of MS_1-5 due to slow-moving landslide
그림 Fig. 9. Results of analysis on topography profile of RS_1-3 due to slow-moving landslide
표 Table 3. Occurrence scale of slow-moving landslides in this study

AI 본문요약
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문제 정의

이를 위해 과거에 제작된 수치지형도와 땅밀림 발생이후의 항공 LiDAR를 비교·분석하여 균열 등 변위 특성을 분석하였다. 또한, 수치지형자료를 이용함으로써 측량분야와 나아가 센서 계측을 통한 땅밀림 모니터링 등 관련 산업분야 발전에 일조하고자 수행하였다.
본 연구는 땅밀림이 발생한 지역에서 변위 특성을 분석하고, 신속·합리·효과적인 복구계획 수립에 기초자료를 제공하기 위해 수행하였다.
본 연구에서는 과거 수치지형도와 항공 LiDAR 자료를 이용하여 땅밀림이 발생한 지역에서 변위 특성을 분석하고, 신속·합리·효과적인 복구계획 수립에 기초자료를 제공하기 위해 수행하였다.

제안 방법

2016년에 촬영된 DEM과 2018년에 항공 LiDAR 촬영을 통하여 제작한 DEM의 비교·분석을 통하여 지형변위량을 산출하였으며, 산출방법은 식1과 같다.
땅밀림 발생 이후에는 항공 LiDAR 촬영을 통하여 DEM을 제작하여 땅밀림 발생 전·후의 변위 및 지형변위량을 비교·분석하였다(Fig.3,4).
항공 LiDAR 자료는 점과 점간의 보간에 의해 지형을 생성한다. 본 연구에서는 복잡한 지형을 비교적 섬세하게 표현하고, 지형분석에 많이 활용되고 있는 불규칙삼각망(TIN; Triangulated Irregular Network)을 이용하여 1m급 수치표고모델(DEM; Digital Elevation Model)을 제작하였다[19].
본 연구에서는 항공기에 LiDAR 장비를 탑재하여 해당지역을 촬영하였다(Fig.2). 촬영은 2018년 11월 15일에 실시하였고, 땅밀림 발생지를 중심으로 약 8km²를 촬영하였다.
본 장에서는 땅밀림 발생지에 대한 기초 조사로서 항공영상과 추가로 촬영한 무인기(Unmanned Aerial Vehicle) 영상을 토대로 영상판독을 수행하였으며, 땅밀림 발생지의 주요 균열 위치를 도화하였다(Fig.5).
본 장에서는 보정된 DEM을 이용하여 땅밀림 발생지를 구획하고, 변위가 큰 곳인 사면 상부의 활락애와 하부의 옹벽 파괴, 도로 융기가 발생한 곳을 대상으로 단면을 추출하여 지형변위를 분석하였다(Fig.7).
그러나 땅밀림과 같은 산지토사재해는 발생지점을 미리 예측할 수 없기 때문에 사전에 정밀한 수치지형도를 획득하는 것은 불가능하다. 산사태 및 토석류 피해지에서는 규모를 산정하기 위해서 지형복원기법을 이용하여 토석류 발생이전의 지형을 복원하고, 발생이후의 항공 LiDAR 자료를 이용하여 피해규모를 추정한다[14].
따라서 본 연구에서는 땅밀림 발생 이전의 지형특성을 파악하기 위해 국토지리정보원에서 제공하는 1:5,000 수치지형도와 정사영상을 활용하였다[20]. 연구대상지에서 2016년에 제작된 수치지형도를 이용하여 1m급 DEM을 제작하였다. 땅밀림 발생 이후에는 항공 LiDAR 촬영을 통하여 DEM을 제작하여 땅밀림 발생 전·후의 변위 및 지형변위량을 비교·분석하였다(Fig.
이를 보완하고자 본 연구에서는 땅밀림 피해 범위에 포함되지 않는 지면점을 기준으로 전·후 DEM 비교를 통하여 평균차 2.3m를 보정한 후 변위 특성을 분석하였다.
이를 위해 과거에 제작된 수치지형도와 땅밀림 발생이후의 항공 LiDAR를 비교·분석하여 균열 등 변위 특성을 분석하였다.
촬영은 2018년 11월 15일에 실시하였고, 땅밀림 발생지를 중심으로 약 8km²를 촬영하였다. 촬영 시 해당지역 반경 30km 내에 지상기준점을 설치하였고, 항공기에 GPS/INS를 탑재하여 0.5초 간격으로 비행정보를 획득하였다.
한편, 땅밀림 사면의 하부 도로에는 횡방향 단면 RS_1, 2와 종방향 단면 RS_3의 변위를 분석하였다 (Fig.9).
항공 LiDAR로 촬영된 지형영상을 이용하여 과거의 수치지형도와 비교·분석을 통하여 땅밀림 발생지점 탐지뿐만 아니라 땅밀림으로 인한 지형변화와 발생규모를 정량적으로 분석하였다.
활락애가 있는 사면 상부는 5개의 단면으로 구분하여 MS_1 ∼ MS_5로 표시하고, 균열의 길이와 깊이를 분석하였다(Fig.8).
획득된 항공 LiDAR 자료는 GPS/INS 처리과정을 통해 보정 및 전·후처리 작업을 수행하였다.
전처리 후 데이터는 수목 등이 포함된 수치표면모델(DSM; Digital Surface Model)로서 후처리가 필요하다. 후처리는 LiDAR 포인트 처리 전용 소프트웨어 Microstation과 TerraScan을 이용하여 수목 및 지물을 자동분류 하였고, 그 외의 오류 값은 수동분류로 보정하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 땅밀림 발생 이전의 지형특성을 파악하기 위해 국토지리정보원에서 제공하는 1:5,000 수치지형도와 정사영상을 활용하였다[20]. 연구대상지에서 2016년에 제작된 수치지형도를 이용하여 1m급 DEM을 제작하였다.
본 연구의 항공 LiDAR 촬영에 사용된 항공기는 미국 CESSNA사의 CESSNA 208이고, LiDAR 장비는 독일 IGI사의 Lite Mapper 6800로 제원은 Table 1과 같다. LiDAR 장비는 레이저 펄스를 지표면에 발사하여 반사파형을 기록하는 시스템으로서 포인트 자료가 아닌 각각의 레이저 빔에 대한 파형을 처리하기 때문에 정밀도가 높은 양질의 자료를 획득할 수 있는 장점이 있다.
연구대상지는 경상북도 경주시 양북면 장항리 일대 도로사면의 땅밀림 발생지이다(35˚47'26"N, 129˚23'42"W).
2). 촬영은 2018년 11월 15일에 실시하였고, 땅밀림 발생지를 중심으로 약 8km²를 촬영하였다. 촬영 시 해당지역 반경 30km 내에 지상기준점을 설치하였고, 항공기에 GPS/INS를 탑재하여 0.

이론/모형

3,4). 분석에는 지형분석에 일반적으로 많이 활용되고 있는 ArcMap(ver.10.2.2)을 이용하였다.

성능/효과

그 결과 본 연구대상지에서 발생한 땅밀림은 국내의 보편적 형태인 말굽형태를 나타내었고, 붕괴방향은 북쪽으로 나타났다. 발생면적은 전체 약 2.
또한, MS_1∼3번의 변위 규모가 MS_4, 5번보다 상대적으로 큰 것으로 나타나 땅밀림 발생지의 좌측부분의 붕괴정도가 심한 것으로 판단되었다.
또한, 본 연구수행 결과 땅밀림으로 인해 침식된 지형이 –46,100m3이고, 퇴적된 지형이 29,052m3으로 나타나 총 17,048m3이 침식된 것을 알 수 있었다.
또한, 활락애의 총 길이는 약 327.3m, 폭 약 19.3m, 깊이 약 8.6m로 나타났다(Table 3).
그 결과 본 연구대상지에서 발생한 땅밀림은 국내의 보편적 형태인 말굽형태를 나타내었고, 붕괴방향은 북쪽으로 나타났다. 발생면적은 전체 약 2.5ha이고, 활락애 길이는 약 327.3m, 평균 폭 19.3m, 평균 깊이 8.6m로 나타났다.
본 연구에서 땅밀림으로 피해를 받은 규모를 정량적으로 산정한 결과 산지사면 약 1.9ha, 도로 약 0.6ha로 전체 약 2.5ha로 나타났다. 또한, 활락애의 총 길이는 약 327.
연구대상지의 땅밀림 발생 특성을 분석한 결과 발생형태가 말굽형으로 다른 지역과 유사한 땅밀림 형태를 나타낸 것으로 판단된다. 붕괴방향은 북쪽을 향하고 있었는데 이는 국내의 땅밀림이 동쪽사면에서 많이 발생한다는 선행연구와 달랐다[24].
항공영상과 무인기 영상을 바탕으로 Fig. 5와 같이 땅밀림 균열 판독이 가능하였지만, 균열 위치, 균열 크기를 정량적으로 파악하기 위해서는 DEM을 이용하는 것이 적합한 것으로 판단된다.

후속연구

그러나 땅밀림 발생지에서는 Fig. 5의 균열 위치 등 개략적인 피해정보를 이용하여 피해 발생 초기에는 추가 사고 방지를 위한 안전펜스 설치, 정밀조사 계획, 복구 계획 등에 효율적인 정보제공이 가능할 것으로 판단된다.
광산지역에서 발생하는 땅밀림은 채굴로 인해 대면적으로 암반이 깎이면서 상부의 토층이 아래로 무너져 내리는 지반침하 형태이기 때문에 그 피해규모가 큰 것으로 판단된다. 땅밀림 발생지에서 복구 계획을 수립하기 위해서는 발생원인과 균열의 규모를 고려해야만 효율적으로 추가 피해를 방지할 수 있을 것이다.
향후 땅밀림 발생지 조사에는 무인기에 LiDAR를 탑재하여 항공 LiDAR에 소요되는 비용과 시간을 단축시키고, 활용 범위도 넓어지기 때문에 관련 분야 발전에 기여할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	땅밀림(slow-moving landslide)의 의미는?	그러나 최근 국내에서는 산사태 및 토석류 외에도 땅밀림과 같은 새로운 유형의 산지토사재해 위험성이 대두되고 있다. 땅밀림(slow-moving landslide)은 강우 및 지하수에 의해 산지비탈면이 포화되고, 중력 작용에 의하여 느린 속도로 아래로 이동하는 것을 의미한다[4-5]. 이러한 땅밀림은 하루에 0.
	땅밀림으로 발생하는 균열 및 단차들을 모니터링하기 위해 변위 특성을 분석하는 방법에는 무엇들이 있는가?	땅밀림은 균열 및 단차가 곳곳에 있기 때문에 정기적이고 장기적인 모니터링을 통하여 사면 변위 특성을 분석하는 것이 중요하다. 변위를 모니터링 하는 방법은 측량기기를 이용하는 방법, 와이어 신축계·지중경사계 등 센서를 이용하는 방법, 수치지형도를 이용하는 방법 등 다양하게 있을 수 있다[8].
	땅밀림은 어떠한 특징이 있는가?	땅밀림(slow-moving landslide)은 강우 및 지하수에 의해 산지비탈면이 포화되고, 중력 작용에 의하여 느린 속도로 아래로 이동하는 것을 의미한다[4-5]. 이러한 땅밀림은 하루에 0.01∼10mm 또는 일 년에 cm 또는 m 단위 정도로 서서히 이동하는 특징이 있다[6-8].

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