[논문]위성영상의 토지피복분류에 의한 도시 변화량 분석

황의진; 신계종; 이강일; 최석근

문제 정의

따라서, 본 연구는 원격 탐사를 통한 연구대상지의 1995년 영상과 2002년 영상에 대해 물, 산림, 인공구조물, 나대지, 경작지, 초지의 6항목으로 토지피복분류를 수행하였으며, 인공위성 영상에 나타난 시계열적인 도시 피복의 변화 현상을 파악하였다. 이러한 각각의 결과를 상호 유기적으로 통합하여 종합적인 도시지역 내의 공간 현상을 파악하고자 하였다.
따라서, 본 연구는 원격 탐사를 통한 연구대상지의 1995년 영상과 2002년 영상에 대해 물, 산림, 인공구조물, 나대지, 경작지, 초지의 6항목으로 토지피복분류를 수행하였으며, 인공위성 영상에 나타난 시계열적인 도시 피복의 변화 현상을 파악하였다. 이러한 각각의 결과를 상호 유기적으로 통합하여 종합적인 도시지역 내의 공간 현상을 파악하고자 하였다. 또한 시간의 경과에 따라 각각의 항목별 변화에 대한 통계량을 추출하기 위해 GIS의 GRID 연산을 수행하여 도시내 공간적인 변화를 분석하였다.
최근 들어 영상정보를 얻기 위하여 위성영상을 이용한 원격탐사 기술과 GIS를 결합하려는 시도가 많이 행하여지고 있다. 즉, 공간 지형 자료를 얻기 위하여 항공사진뿐만 아니라 위성영상을 활용하고자 하는 것이다. GIS자료 구축을 위하여 원격탐사자료인 위성영상을 이용하면 단시간에 매우 광범위한 지역의 데이터를 획득할 수 있으며, 여러 시간대의 영상으로부터 지형, 토지, 자연생태계, 도시화 등의 변화에 대한 자료를 획득할 수 있는 장점이 있다.

제안 방법

이러한 각각의 결과를 상호 유기적으로 통합하여 종합적인 도시지역 내의 공간 현상을 파악하고자 하였다. 또한 시간의 경과에 따라 각각의 항목별 변화에 대한 통계량을 추출하기 위해 GIS의 GRID 연산을 수행하여 도시내 공간적인 변화를 분석하였다.
이때 유사한 분광특성만을 가진 화소로 자동표본주 줄을 해주는 Region Growing 기법을 이용하여 트레이닝표본 을 선정하였으며, 분류항목 간 공분산 행렬, 평균 벡터, 표준편차 등의 통계치를 추출하였다. 이후 최대 우도 분류 결정 규칙을 이용하여 토지피복분류를 실시하였고, 이 피복 분류를 통하여 도심의 변화와 활용형태를 분석할 수 있다.
토지피복에 대한 감독 분류를 수행하기 위해 서 식별 가능한 토지피복을 6가지 항목인 물, 산림, 인공구조물, 나대지, 농경지, 초지 등으로 분류하여 표본추출을 실시하였다. 이때 유사한 분광특성만을 가진 화소로 자동표본주 줄을 해주는 Region Growing 기법을 이용하여 트레이닝표본 을 선정하였으며, 분류항목 간 공분산 행렬, 평균 벡터, 표준편차 등의 통계치를 추출하였다.

대상 데이터

위의 분석한 자료는 LANDSET 위성의 TM 영상자료를 기초로 분석한 결과로써 기본적 셀의 크기를 30m로 시계열 분석하여 피복 상태의 변화를 알 수 있었다. 1995년부터 2002년까지의 충주시의 변화 형태를 면단위의 행정구역으로 비교.분석한 결과 대부분 산림으로 이루어진 농촌형태를 가지고 있었으며, 많은 변화는 없었지만 충주시를 기준으로 한 지역 주변의 촌락들은 인공구조물의 비율이 상대적으로 많은 증가 추세를 보이고 있다.
본 연구의 대상지역은 충주시 전체지역 을 선정하였으며, 충주시는 우리나라의 중앙부와 동북부에 위치하여 동북으로 제천시, 서쪽으로 음성군, 남쪽으로 괴산군과 경상북도, 북쪽으로 경기도/ 강원도와 경계를 이루는 지역으로 위도상으로 볼 때 대개 북위 37도 16분~ 36도 18분을 차지한 중위도 지역으로 온대계절풍 지대를 형성하고 있다. 그림5는 위성영상의 RGB 화한 것으로 지역의 형상을 표현하였다.

데이터처리

토지피복에 대한 감독 분류를 수행하기 위해 서 식별 가능한 토지피복을 6가지 항목인 물, 산림, 인공구조물, 나대지, 농경지, 초지 등으로 분류하여 표본추출을 실시하였다. 이때 유사한 분광특성만을 가진 화소로 자동표본주 줄을 해주는 Region Growing 기법을 이용하여 트레이닝표본 을 선정하였으며, 분류항목 간 공분산 행렬, 평균 벡터, 표준편차 등의 통계치를 추출하였다. 이후 최대 우도 분류 결정 규칙을 이용하여 토지피복분류를 실시하였고, 이 피복 분류를 통하여 도심의 변화와 활용형태를 분석할 수 있다.

성능/효과

1.연도별 분류 영상을 분석한 결과 영상과 각각의 랜덤포인트를 모니터상에 출력하고, 95년은 94.54%와 02년은 96.09%의 분류 정확도를 얻었다.
이들 자료를 가지고 분석하면 충주시는 도심을 중심으로 도로의 선형에 따라 발달되고 있고, 주거형태는 평지부의 토지를 사용하지 않으며, 대부분 산악지역의 토지를 이용하여 건설하고 있음을 알 수 있다. 또한 도로 확장을 통한 관광지역의 발전이 이루어짐을 알 수 있으며, 교육여건을 통한 발전이 더불어 이루어짐을 알 수 있다.
저장하여 여러 목적에 맞게 활용 . 분석하는 기술로써 각종 데이터 수집과 처리작업에 대해 경제성과 능률성을 제공해주며, 디지털 컴퓨터의 이용으로 데이터 저장 및 공간정보 이용에 획기적인 계기를 마련해 주었다. 지형공간정보체계는 실세계의 모델을 의미하며, 자료는 상호 관련되어 접근, 변화, 관리되기 때문에 환경변화의 분석, 경향 분석, 또는 의사결정과 결과 예측 등을 수행하는 데 유용한 모델이다.
1995년부터 2002년까지의 충주시의 변화 형태를 면단위의 행정구역으로 비교.분석한 결과 대부분 산림으로 이루어진 농촌형태를 가지고 있었으며, 많은 변화는 없었지만 충주시를 기준으로 한 지역 주변의 촌락들은 인공구조물의 비율이 상대적으로 많은 증가 추세를 보이고 있다. 평탄한 지형에서는 인공구조물이 형성되어지고 조금씩 늘어난 산림지역의 변화는 도로와 같은 선형 체계를 가지고 있어 이 지역은 산악지역을 도로로 건설을 하고, 그 도로 지역을 중심으로 촌락과 같은 인공구조물들이 평지부에 건설되고 있는 형태를 갖추고 있음을 알 수 있었다.
위의 분석한 자료는 LANDSET 위성의 TM 영상자료를 기초로 분석한 결과로써 기본적 셀의 크기를 30m로 시계열 분석하여 피복 상태의 변화를 알 수 있었다. 1995년부터 2002년까지의 충주시의 변화 형태를 면단위의 행정구역으로 비교.
산림의 경우는 시기적인 차이 때문에 초지로 변한 지역이 있는데, 분류시에 초지와 산림의 경계가 모호한 경우가 발생하기 때문으로 판단된다. 인공구조물의 경우는 개발이 진행 중인 나대지로 변한 지역이 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 나대지의 경우는 인공구조물과 초지로 변한 지역이 가장 많은 것으로 분석되었다.
분석한 결과 대부분 산림으로 이루어진 농촌형태를 가지고 있었으며, 많은 변화는 없었지만 충주시를 기준으로 한 지역 주변의 촌락들은 인공구조물의 비율이 상대적으로 많은 증가 추세를 보이고 있다. 평탄한 지형에서는 인공구조물이 형성되어지고 조금씩 늘어난 산림지역의 변화는 도로와 같은 선형 체계를 가지고 있어 이 지역은 산악지역을 도로로 건설을 하고, 그 도로 지역을 중심으로 촌락과 같은 인공구조물들이 평지부에 건설되고 있는 형태를 갖추고 있음을 알 수 있었다.

후속연구

2. 도시 행정구역별 변화된 면적을 분석하고 지역 특성과 발전 패턴 분석을 통하여 체계적인 도심의 모습으로 발전시키는데 중요한 기초자료로 이용될 수 있고, 도시계획 수립 및 개발을 위한 의사결정 자료로 이용할 수 있다.
3.위성 자료는 시차적인 분석을 통하여 도시의 향후 발전 형태를 예측하고 과거 자료들을 분석하여 주요 지역에 필요한 제반시설물들의 위치를 결정하는 데 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
우리나라의 도시 문제에 대한 GIS 이용은 선진국 못지않은 수준에 달하고 있지만, 인공위성 데이터에 대한 인식 부족과 영상자료의 경비 부담 등의 문제로 많은 부분에서 기대 많큼 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 그러나 심각한 문제로 대두되고 있는 도시환경 문제는 도심 지역 만을 고려하는 단편적인 시각으로는 해결하기는 어렵고, 도심 지역과 그 주변 지역을 폭넓게 고려하는, 즉 대규모 지역이 분석 가능한 인공위성 데이터를 이용할 경우보다 효율적인 연구가 수행될 수 있을 것이다.
본 연구의 연도별 분류 영상을 분석한 결과 체계적인 도심의 모습으로 발전시키는 데 중요한 기초자료로 이용될 수 있고, 도시계획 수립 및 개발을 위한 의사결정 자료로 이용할 수 있다.

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