보고서 정보
주관연구기관 |
건국대학교 KonKuk University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2003-07 |
과제시작연도 |
2002 |
주관부처 |
농림부 Ministry of Agriculture and Forestry |
과제관리전문기관 |
농림기술관리센터 Agricultural Research & development Promotion Center |
등록번호 |
TRKO201300027395 |
과제고유번호 |
1380001063 |
사업명 |
농림기술개발 |
DB 구축일자 |
2013-09-28
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초록
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○ 연구개발 목표 및 내용
연구개발목표는 ① RS를 이용한 농촌지역의 자원.환경 평가기법 개발, ② RS, GIS를 이용한 자원 관련정보 생성 및 예측기법 개발(이상 주관연구기관: 건국대), ③ 농촌지역의 자원.환경관련 주요시설 조사 및 수문.수자원 자료수집기법 개발 (협동연구기관: 한경대), ④ RS, GIS를 이용한 기상환경 관련정보 예측기법 개발 (협동연구기관: 경일대)의 4가지 분야로 정리될 수 있으며, 연구내용은 다음과 같다.
1. RS를 이용한 농촌지역의 자원.환경 평가기법 개발
RS를 이용한 자원.환경
○ 연구개발 목표 및 내용
연구개발목표는 ① RS를 이용한 농촌지역의 자원.환경 평가기법 개발, ② RS, GIS를 이용한 자원 관련정보 생성 및 예측기법 개발(이상 주관연구기관: 건국대), ③ 농촌지역의 자원.환경관련 주요시설 조사 및 수문.수자원 자료수집기법 개발 (협동연구기관: 한경대), ④ RS, GIS를 이용한 기상환경 관련정보 예측기법 개발 (협동연구기관: 경일대)의 4가지 분야로 정리될 수 있으며, 연구내용은 다음과 같다.
1. RS를 이용한 농촌지역의 자원.환경 평가기법 개발
RS를 이용한 자원.환경 평가기법에 대한 국내외 관련 문헌조사를 실시하였으며, 원격탐사 자료를 획득 및 구입하여 영상자료의 분석기법을 개발하였다. 영상자료의 분석기법으로 기하보정, 교사자료 분류기준 설정, 최적 조합밴드 설정, 감독분류, 통계자료와의 오차분석을 실시하였다. 감독분류를 통한 토지피복분류 결과로서 과거 수십년간의 토지피복변화를 추정하였다.
2. RS, GIS를 이용한 농촌수자원 관련 정보의 생성
RS, GIS를 이용하여 생성한 농촌수자원 관련정보로서 DEM, 하천정보, 토양정보, 기상정보, 지하수정보 및 유역경계, 행정구역경계도를 생성하였다. DEM은 1:5,000 수치지형도로부터 생성하였고, 생성된 DEM으로부터 하천도를 추출하였으며, 토양도는 1:50,000 개략토양도로부터 추출하였고, 종이지도로부터 유역경계도를 추출하였으며, 강우관측망도는 건설교통부 관할의 관측소의 위치좌표를 이용하여 작성하였고, 행정구역도는 NGIS 수치지도로부터 최소 리단위 행정구역도를 작성하였다.
3. RS, GIS를 이용한 농촌수자원 관련 정보의 예측기법 개발
고해상도 예측기법으로서, 대상유역을 일정한 크기의 격자로 구성하고 개개의 격자마다 지표면 및 지표하의 일단위 물수지를 계산하므로서 유역 전체의 시간적.공간적 수자원 변동량을 파악할 수 있는 분포형 연속 수문모형을 개발하였으며, 개발된 모형으로서 일유출, 토양수분 변화, 증발산 분포, 유역 지하수 충진량을 추정하였고, 토지이용 항목별 유출특성 파악 및 토지이용 변화에 따른 하천유출량을 모의하였다.
저해상도 예측기법으로서, NOAA/AVHRR 자료로부터 일 NDVI, 월최대 NDVI 및 당해연도를 대표하는 iNDVI를 산정하고, iNDVI를 이용하여 식생등급 분류를 실시하였다. 또한, NDVI를 이용한 실제증발산량 산정 모형을 개발하고, 기상자료를 이용한 잠재증발산량 분포를 추정하였다. 광역적 물수지를 산정하기 위하여 강우량의 공간분포, 부족수분량 분포, 과잉수분량 분포를 추정하였다.
4. 농촌지역의 수자원관련 시설 조사 및 자료수집기법 개발
농촌지역의 수자원시설에 대한 조사와 관련 자료의 수집은 두 가지로 수행될 수 있다. 하드웨어로서 시설자체에 대한 조사와 시설조작 또는 운영 및 수자원 현황과 같은 시간에 따른 변량 자료의 수집이다. GPS 장비를 이용하여 농촌지역 수자원 시설에 대한 현장조사 기법을 정립하고, 조사대상 지역에서 수자원시설에 대한 현장 조사하여 그 결과를 GIS 내에서 관리할 수 있는 방법을 정립하였다. 또한 수자원 관련 자료의 경우 하천 수위, 지하수위, 그리고 토양 수분에 대해서 효율적인 자료수집과 관리방안을 정립하였다.
5. RS, GIS를 이용한 기상관련정보 생성 및 예측기법 개발
GIS공간분석 기능을 강화함으로서 위성영상분류 결과를 좀 더 정밀하게 분류하고, 종합적인 농촌지역 GIS DB를 구축하여 모식지역 선정, 기하보정, 안성천 일대의 도시지역의 열 패턴파악 및 NDVI 분포형태 등을 분석하였다. 기상청이 운영하고 있는 안성천 일대의 7개 지점(안성, 용인, 평택, 외사, 이동, 진천, 성거)의 자동기상관측장치(Automatic Weather Station) 기온자료, 평균풍속, 강수량 등을 DB로 가공하고, AWS 관측지점의 정확한 좌표를 추출하여 위치도 작성을 위하여 1:25,000 지형도를 활용하였다. 농촌지역의 기상예측알고리즘 개발을 위한 열섬효과 및 공간특성을 보다 효과적으로 규명하고자 Landsat TM, ETM(1987년 5월 20일, 1993년 5월 20일, 2000년 5월 7일) 영상을 사용하였고, 다시기 Landsat TM, ETM 영상에 적용할 수 있는 다양한 알고리즘을 적용시켜 농촌지역의 공간특성 및 변화탐지를 파악하였다.
○ 연구결과
1. RS를 이용한 농촌지역의 자원.환경 평가기법 개발
RS를 이용한 수자원 관련정보의 평가를 위하여, 1986년 4월 15일, 1990년 4월 10일, 1994년 4월 5일, 1999년 4월 19일에 관측된 Landsat TM 영상을 이용하여, 전처리 과정과 피복분류 과정을 통하여 1986년에서부터 1999년에 이르기까지 토지피복 변화를 분석하였다. 최대우도(Maximum Likelihood) 감독분류 기법을 이용하여, Landsat TM의 공간해상도와 SCS-CN의 분류항목을 고려한 총 7개(1.산림, 2.논, 3.밭, 4.주거지, 5.초지, 6.나지, 7.물)개의 항목으로서 분류하였으며, 분류 결과는 error matrix 작성과 지적통계와의 비교를 통해서 확인하였다. 도시 및 주거지역이 1986년 3.3%에서 1999년에 9.3%로 6.0% 증가하였고, 산림과 논은 1986년에 46.3%, 26.5%에서 1999년에는 41.5%, 22.5%로 각각 4.8%, 4.0%가 감소하였다.
2. RS, GIS를 이용한 농촌수자원 관련 정보의 생성
농촌수자원 관련정보로서 DEM, 하천정보, 토양정보, 기상정보, 지하수정보 및 유역경계, 행정구역경계도를 생성하였다. DEM은 1:5,000 수치지도로부터 등고선 및 표고점 레이어를 이용하여 30m의 공간해상도로서 구축하고, Stream-burning 기법을 이용하여 재가공된 DEM을 생성하였다. 하천도는 DEM으로부터 추출하였으며, Stream burning을 하지 않고 추출된 하천망은 하천의 흐름이 왜곡된 부분이 많아 대부분 평지로 이루어져 있는 안성천유역의 지형자료에서는 직각흐름 및 평형중복 등의 오류가 발생하므로 유역분석에는 부적합한 것으로 나타났다. 토양도는 농촌진흥청의 1:50,000 개략토양도를 이용하여, 속성정보로부터 토양의 각종 물리적인 특성 즉, 토양종류, 배수정도, 유효토심, 유효공극률, 포장용수량, 포화투수계수, 토양잠재 저류능을 추출하였다. 유역경계도는 기존의 지형도로부터 추출하였고 Stream-burning 기법에 의해 재가공된 DEM으로부터 추출된 유역경계와 비교.분석하였다. 기상정보는 기상청 관할의 전국 73개소 유인지상기상관측소의 위경도 위치좌표를 이용하여 백터형태의 점자료로서 위치도를 구축하였다. 기상관측소의 속성정보로서 구축된 점자료와 연결하고, 표면내삽 기법을 이용하여 기상분포도를 작성할 수 있다. 행정구역도는 NGIS 수치지도로부터 최소 리단위 행정구역도를 작성하였으며, 지하자연수위 분포도는 관정의 위경도 위치좌표를 이용하여 관정의 위치도를 점자료로 구축하였으며, 속성자료인 지하자연수위와 연결하고, 표면내삽 기법을 이용하여 분포도를 구축하였다.
3. RS, GIS를 이용한 농촌수자원 관련 정보의 예측기법 개발
고해상도 예측기법으로서 분포형 연속 수문모형을 개발하였으며, 모형의 적용 결과, 공도지점 상류유역은 산림이 큰 비중을 차지하고 있어 평야부의 논지역이 큰 비중을 차지하는 평택지점보다 상대적으로 낮은 유출율을 보였으며, 토양수분 변화에 있어서, 식양토보다는 사양토가 강우후 토양수분의 변화율이 컸으며, 증발산량 분포를 보면 일조시간이 6월, 7월, 10월에 비하여 상대적으로 많았던 8월과 9월에 유역전반에 걸쳐 증발산이 많이 일어난 것을 파악하였다. 토지이용 항목별 강우에 의한 유출특성은 월강우량이 약 300mm까지는 토지이용별로 유출량의 크기에 큰 차이를 보이지 않았으나, 그 이상의 강우에 대해서는 유출량이 논, 밭, 산림 순으로 지수함수적 증가하였다. 토지이용의 변화에 따른 하천유출량 모의 결과, 토지이용의 변화에 따라 홍수시의 유출량에 미치는 영향에 비하여 기저유출량이 크게 변화한 것을 알수 있었으며, 년평균 유출량은 지속적으로 감소하는 것으로 추정되었다.
저해상도 예측기법으로서 NOAA/AVHRR 인공위성 자료를 이용한 증발산량 산정 및 광역적 물수지 산정 기법을 개발하였다. 또한, 증발산량, 강수량 등의 정보를 이용하여 기후학적 물수지를 통하여 지표면의 건습을 결정하고 기후학적인 물수지를 규명하였다. 이러한 결과로부터, 자세한 기상정보나 수문정보가 얻어지지 않는 조건하에서도 다양한 수문량의 분포가 파악가능하며, 물순환을 구성하고 있는 수문시스템의 입출력의 정량적 평가가 가능하다.
4. 농촌지역의 수자원관련 시설 조사 및 자료수집기법 개발
농촌지역 수자원관련 시설의 조사대상을 녹지, 습지, 환경기초시설, 각종 수원공 및 수자원 이용시설 등으로 분류하고, 수자원 이용시설을 중심으로 현장조사 및 GPS/GIS 적용에 대하여 그 적용성을 평가하였다. 특히 저수지 지구의 경우 용수간 선을 중심으로 노선 조사를 실시하였고, 노선 조사과정에서 필요한 지점 정보를 수집하는 방식으로 현장 자료를 수집하였다. 지점(point)속성 자료로서는 파손, 수문 등의 시설물의 위치 및 현황 등을 포함하였다. 하천에 상당히 많이 설치되어 있는 보는 현재 현황 파악이나 관리가 매우 어려운 상황이므로 이에 대한 기초자료 구축의 필요성으로 조사대상에 포함하였다.
수로조직에 관련된 현장조사는 GPS 수신기를 이용한 수로현황 조사를 중심으로 수행하였다. 현장 조사에 사용하기 전에 GPS 수신기에 대한 오차를 검정하기 위하여 고정된 지점에 대해 반복 측정한 결과 측정치의 약 57%가 2m 이하의 오차를 가지는 것으로 나타났으며, 91%가 5m이하의 오차를 가지는 것으로 나타났다.
토양수분 조사를 실시하여 토심별 토양수분 분포 및 변화를 파악할 수 있었다. 4월 29일과 5월 7일에 각각 50.5mm, 90.5mm의 강우로 인해 토양수분이 상승하고 이후로 지속적으로 낮아지는 경향을 파악할 수 있다. 또한 측점에 따라서 토심별 토양수분 분포가 다르게 나타남을 알 수 있었다.
5. RS, GIS를 이용한 기상관련정보 생성 및 예측기법 개발
GIS 기본도로서 NGIS 수치지도를 이용하여 지형도, 도로망도, 수계망도를 구축하였다. 1987년, 1993년, 2000년 안성천 유역의 온도별 인구 분포도를 조사한 결과 인구분포와 온도는 비례관계에 있는 것으로 나타났으며, 이는 그 지역에 인구가 증가함에 따라 주거지역, 도로지역, 상업지역, 공업지역이 형성되면서 도시화현상이 나타남에 따라 온도가 상승하는 결과를 나타냈다. 지표온도는 1987년이 가장 높은 28℃∼31℃로 나타났으며, 지형적으로는 평균고도 35.22m, 경사는 1.31。에 분포하고 있음을 알 수 있었다.
시기별 NDVI 분포는 보개면, 금광면, 원삼면 지역 등과 같이 산림이 많이 분포하고 있는 지역들에서 전반적으로 높은 NDVI 값을 발견할 수 있었다. 지표온도와 NDVI간의 상관성 분석을 실시하였는데, 그 결과는 지표온도와 NDVI사이에는 뚜렷한 음(-)의 상관관계가 존재함을 알 수 있었다. 또한 회귀분석결과 두시기 평균 69% 정도의 신뢰도를 기반으로 NDVI와 지표온도의 관계를 해석할 수 있는 경험식을 구하였다.
○ 연구성과 활용실적 및 계획
1. 안성천 유역의 토지피복 경년변화에 따른 토양손실 변화량 평가, 2001, 한국농림기상학회 학술발표논문집.
2. 안성천 유역의 도시화 진전에 따른 수문환경 변화, 2001, 한국GIS학회 학술발표논문집.
3. GIS 및 다시기 RS 자료를 이용한 토양손실량 변화 및 이동경로 추정, 2002, 한국 GIS학회지, 10(1), pp.139-152.
4. 산악지역의 지표특징과 온도추출을 위한 GIS와 위성영상의 활용, 2003, 경일대학교 산업기술정보연구소 논문집 8(2), pp.177-183.
5. 위성영상과 GIS를 이용한 도시지역 최적 식생지추출기법 및 변화탐지, 2003, 한국지리정보학회 2003 춘계 워크숍 및 학술 대회 논문집.
6. Landsat TM자료를 이용한 토지피복분류와 유효우량도의 작성, 2002, 한국수자원학회논문집, 35(4), pp.411-423.
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