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Construction Schemes of GIS-based Integrated Water Environment Information Management System Linked with Korean Reach File
Construction Schemes of GIS-based Integrated Water Environment Information Management System Linked with Korean Reach File
Journal of Korean Society on Water Environment. 2014. Mar, 30(2): 226-241
Copyright © 2014, Korean Society on Water Environment
  • Received : November 16, 2013
  • Accepted : February 17, 2014
  • Published : March 30, 2014
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철용 이
계현 김
kyehyun@inha.ac.kr
용길 박
혁 이

Abstract
This study proposes schemes of GIS-based system development for integrated information management in water environment linked with Korean Reach File (KRF). For this purpose, precedent studies and systems of the U.S. were investigated and analyzed to induce optimal methodology for Korean circumstances. Thereafter, data linkage methods of KRF and Water Environment Information System (WEIS), system configuration plans, application development plans, and KRF improvement and maintenance plans were considered. For data linkage and system configuration, three methods were suggested: an overlay operation-based data linkage method, entering spatial addresses into the existing DB, and creating link information between KRF and the existing DB. The first method was predicted to be the most effective for system implementation, the second method is advantageous for search tasks, and the third method is advantageous for system security and maintenance. Various types of applications should be developed in the consideration of the types of the users and their usages. Moreover, there is a need for further research on regular renewal of KRF, standard development, expansion of construction areas, etc. Based on the present results, research on actual system design and development also should be conducted for supporting Total Maximum Daily Loads (TMDLs).
Keywords
1. Introduction
환경부는 수질오염총량관리제도(Total Maximum Daily Loads, TMDLs)를 효율적으로 추진하기 위해 수질관리에 필요한 오염원 및 부하량 자료, 유량 및 수질 자료 등 다양한 물환경정보를 수집하고 있다. 수집된 물환경정보는 국립환경과학원 내 구축된 물환경정보시스템(Water Environment Information System, WEIS) 데이터베이스(Database, DB)에 저장되고 있으며, WEIS DB에 저장된 물환경정보는 WEIS 내 다양한 정보 검색 및 조회 기능을 통해 실무에서 공유되어 활용되고 있다. 아울러 최근에는 보다 직관적인 자료의 검색 조회가 가능하도록 GIS(Geographic Information System) 기술을 적용하여 지도상 특정 지점을 선택하여 정보를 검색하고 조회하는 기능도 개발하여 제공하고 있다( NIER, 2012 ; WEIS, 2013 ).
그러나 현재까지 개발된 시스템은 사용자가 지도 위에서 관심 지점 혹은 구역을 직접 찾고, 이를 하나씩 선택하여 자료를 검색 조회하는 수준으로 개발되었다. 이는 하천 구간 단위로 자료를 검색하고 조회해야 하는 경우 활용하기 불편하고, 또한 자료 검색 과정에서 일부 누락의 가능성도 배제할 수 없다. 예를 들어, 하천 네트워크상에서 수질오염원을 추적한다거나 수질오염의 영향구간을 확인해야 하는 경우에는 상하류 방향으로 연결된 하천 구간의 탐색과 탐색된 구간에 관한 수많은 자료의 검색 및 제공이 필요하다. 그러나 기존 시스템에서는 이러한 하천 네트워크 분석과 이를 기반으로 하는 자료 검색 및 제공은 이루어지지 않았다.
이에 국립환경과학원에서는 하천 네트워크 분석을 지원하고 나아가 WEIS와의 연계 활용을 통해 물환경정보를 보다 효율적으로 제공하고자 하천 네트워크에 대한 기초 GIS 자료로써 KRF(Korean Reach File)를 구축하였다( NIER, 2010 , 2011 ). KRF는 미국 EPA(Environmental Protection Agency) RF(River Reach File)를 벤치마킹하여 국내 수질관리 활용 취지에 부합하도록 설계된 GIS 기반의 네트워크 공간자료이다. KRF는 국가 및 지방 하천을 스트림 리치(stream reach) 단위로 세분하여 연결한 도형자료와, 스트림 리치 간의 연결성과 방향성에 관한 위상(topology) 정보 및 다양한 주제 정보 등을 저장하는 속성자료로 구성된다. 따라서 KRF는 GIS 환경에서 특정 스트림 리치의 상류 혹은 하류의 탐색 및 영향권역의 검색을 지원한다( Kwon et al., 2012 ; Lee et al., 2013 ).
한편, 이러한 GIS 기술을 물환경 분야에 최초 적용한 미국은 과거 RF를 구축하면서 이미 이를 다양한 프로그램의 물환경정보 DB와 연계함으로써 TMDLs 업무 지원을 위한 자료 제공에 활용하고 있다. 나아가 최근에는 RF를 유역도, 시설물도 등과 통합하여 NHD(National Hydrography Dataset)를 구축하고, 이를 관련 업무 및 분석에 활용하고 있다( BASINS, 2013 ; NAWQA program, 2013 ; NHD Plus, 2013 ; Samuel et al., 2006 ; WATERS, 2013 ). 우리나라도 TMDLs의 업무 개선 및 고도화를 위해서는 미국과 같이 KRF를 자료 관리를 위한 도구로 활용하여야 한다. 그러나 KRF가 구축된 이래 현재까지 KRF와 연계한 통합 물환경 정보 관리시스템 구축은 이루어지고 있지 않으며, 구축 방안에 대한 체계적인 고찰도 부재한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 장래 KRF와 연계한 GIS기반의 통합 물환경정보 관리시스템을 효율적이고 체계적으로 구축 하기 위해 GIS기반의 시스템 연계 및 구축 방안을 제시하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 선행사례로써 미국의 GIS기반 물환경정보 관리시스템에 대한 조사 및 고찰을 수행하였다. 미국 RF와 NHD의 구축 현황과 활용 체계를 조사하고, 이를 국내 실정과 비교하여 시사점을 도출하였다. 그리고 우리나라 실정을 고려하여 KRF를 연계한 통합 물환경정보 관리시스템의 구축 방안을 제시 및 고찰하였다. WEIS 연계를 고려한 KRF 기반의 데이터 연계 방법 및 데이터 모델 설계 방안, 시스템 구성, 활용 어플리케이션 개발 방안 등을 제시하였다. 또한 KRF를 지속적으로 활용하기 위해 필요한 KRF 개선 및 유지보수 방안도 함께 고찰하고 제언하였다.
2. International and Domestic Research Trends
- 2.1. 미국 EPA의 GIS기반 물환경정보 관리시스템
미국 EPA는 1970년대 최초의 RF 개발 연구를 포함하여 GIS기반의 물환경정보 관리시스템 구축을 위한 제반 연구를 40년 넘게 수행하였다. 현재는 미국 EPA 내 OW(Office of Water)에서 WATERS(Watershed Assessment, Tracking & Environment ResultS)를 구축하여 운영 중이다( WATERS, 2013 ). 미국 EPA OW에서는 TMDLs를 포함하여 물 관리에 관한 다양한 업무를 각 프로그램 단계별로 구분하여 진행하고 있으며, 각 프로그램 단위 DB를 독립적으로 구축하고 있다. WATERS는 개별 프로그램 단위 DB가 구축되더라도 필요에 따라 GIS 환경을 통해 모든 DB가 연계되도록 설계되어 있어 자료 검색 및 조회를 용이하게 하고, 나아가 다양한 분석 어플리케이션 개발을 통한 업무 자동화도 가능하게 한다.
2.1.1. WATERS
미국은 수질보호를 목적으로 수질정화법(Clean Water Act, CWA)과 안전식수법(Safe Drinking Water Act, SDWA)에 의거하여 다양한 물환경정보를 의무적으로 수집 관리하고 있다. 특히 수질정화법에서는 목표수질 설정, 수질 모니터링, 수질실태 적합여부 판단, 수질개선 지시 등 TMDLs 실시 및 운영에 관한 사항을 지시하고 있으며, EPA OW에서는 이러한 수질정화법에 근거하여 미국 전역의 수질관리 업무를 책임지고 있다. Table 1 은 EPA OW가 수행 중인 수질관리 업무를 단계별로 정의한 것이다. 수질관리 업무는 크게 4단계로 구분되며, 각 업무 수행 결과는 개별 프로그램 DB에 저장된다. 개별 프로그램 DB에 저장된 자료는 수질관리 실무자에 의해 종합적으로 활용되어야 하는데, 개별 프로그램 DB에 산재한 자료를 다양한 경로를 통해 매회 접근하여 검색 및 조회하는 것은 상당히 번거롭고 불편한 일이다. 따라서 EPA OW에서는 여러 DB를 통합 관리하기 위해 GIS 기술을 적용하여 WATERS를 2006년에 개발 및 공개하였고, 모든 자료를 GIS환경에서 연계 활용할 수 있는 체계를 구축하였다( WATERS, 2013 ).
Main works of each program step within TMDL and its related DB
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Main works of each program step within TMDL and its related DB
WATERS는 크게 네 가지 구성 요소로 이루어진다. 첫째는 GIS기반 기초 공간자료인 ‘RF 및 NHD’이고, 둘째는 RF 및 NHD와의 지리참조로 연계된 다수 DB의 연결 정보를 저장하고 관리하는 ‘RAD(Reach Address Database)’이며, 셋째는 WATERS 내 다양한 프로그램을 통해 개별적으로 구축된 ‘프로그램 DB’이고, 넷째는 WATERS의 운영 및 모델링 분석 업무 지원을 위해 개발된 다양한 ‘어플리케이션(applications)’이다. Fig. 1 은 네 가지 구성요소를 포함하는 WATERS의 구조를 개념적으로 나타낸 것이다.
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Structure and composition of WATERS.
WATERS는 RF 및 NHD를 중심으로, 여러 프로그램 DB가 연계되어 있으며, 다양한 주제의 물환경정보를 다양한 어플리케이션을 통해 입체적으로 제공한다. RF 및 NHD는 모든 지표수(surface water)의 하천 흐름(stream flow)을 스트림 리치 단위로 구분 및 정의하고, 각 스트림 리치의 고유식별자인 ‘리치 코드(reach code)’ 혹은 ‘리치 아이디(reach ID)’를 개별 하천구간의 공간주소(spatial address)로 활용한다. 리치 코드는 각 프로그램 DB에 저장된 물환경 관련 이벤트(event) 정보의 공간 인덱스(spatial index) 역할을 수행하게 된다. RIT(Reach Indexing Tools)라는 어플리케이션은 특정 하천 구간 위에 존재하는 이벤트 정보의 검색을 가능하게 하기 위해 모든 프로그램 DB 내 ‘개별 레코드의 고유식별자’와 ‘리치 코드’로 구성되는 연결 관계 정보를 생성한다. RIT에서 생성된 연결 관계 정보는 RAD에 저장 관리되며, RAD는 인트라넷 혹은 인터넷을 통해 연결된 여러 어플리케이션의 접근을 관리한다. 이러한 연계체계는 GIS 환경에서 특정 스트림 리치를 선택함으로써 해당 스트림 리치에 대해 다양한 프로그램 DB에 저장된 자료를 검색 및 조회하고 임의의 주제도로 즉시 표출하는 것 을 지원한다. 또한 GIS기반의 수질예측 및 모델링 자동화를 위해 개발된 다양한 어플리케이션들은 모델링에 필요한 기초 입력 자료를 자동 조회하고 생성하는 것을 지원함으로써 관련 업무 및 연구에서 효율성 및 정확도를 향상시키는데 기여한다.
2.1.2. RF/NHD의 정의 및 구축 현황
미국 EPA RF는 하천 분기 단위인 스트림 리치를 정의하고 이들 간의 위상 관계를 저장한 미국 전역에 대한 지표수 특성의 지형학적 데이터베이스이다( U.S.EPA, 1994a , 1994b ). 이는 수문정보 체계를 수립하고, 모델링 적용을 위한 하천 흐름방향 검색(navigation) 및 추적(tracing)을 지원하며, 각 지표수 특성에 대한 고유 식별을 가능토록 하는 것을 목적으로 개발되었다. RF는 GIS기반 하천정보 데이터베이스로써 도형자료와 속성자료로 구성된다. 도형자료는 하천 형상을 일반화한 선형의 하천망(stream network)을 스트림 리치 단위로 분할하여 제작되는데, 수문학적 특성에 의해 주로 하천의 합류 및 분기점에서 분할된다. 속성자료는 개별 스트림 리치에 대한 고유식별자와 함께 해당 스트림 리치의 방향성 및 연결성에 관한 위상 정보, 기타 다양한 속성정보, 이를 테면 하천명, 연장, 구간형태 등의 정보를 저장한다.
RF는 1973년 최초 RF1A 개발 연구가 시작된 이래 2000년대 이전까지 EPA에 의해 RF1, RF2, RF3 버전으로 발전 되었다( USEPA, 1994a , 1994b ). 2000년대에 들어오면서 RF는 지표수에 관한 공간자료의 통합 관리를 위해서 USGS(United States Geological Survey)와의 협력을 통해 개발된 NHD 내에 흡수되어 유지 및 관리되고 있다. RF는 하천의 흐름형상을 대표하는 공간자료로 NHD 내에서 ‘NHDFlowlines’ 라는 명칭으로 유역도와 점, 선, 면형의 기타 주제도 등과 연계 활용되고 있다( Dewald and Roth, 1997 ). 최근에는 WATERS 내에서 다양한 활용 목적에 최적화하여 이용될 수 있도록 NHD-Plus가 개발되었고, 현재는 NHD-PlusV2 버전이 개발되었다( NHD Plus, 2013 ) ( Table 2 ).
Development history of RF and NHD
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Development history of RF and NHD
2.1.3. WATERS에서의 RF/NHD 활용
WATERS에서 RF 및 NHD는 GIS기반 자료 검색 매개체로써 핵심 역할을 수행한다. 스트림 리치의 고유식별자인 리치 코드는 WATERS 내 프로그램 DB 자료의 공간 주소 체계로서 역할을 하고 있다. Fig. 2 는 NHD의 리치 코드를 이용한 주소 체계의 예시를 나타낸다( The Geography of WATERS, 2013 ). 리치 코드는 ‘8자리 유역코드(HUC, Hydro logic Unit Code 혹은 CU, Cataloging Units)’와 특정유역 내 포함된 모든 스트림 리치에 임의 순서로 할당된 ‘6자리 임의순차번호’의 조합으로 이루어진다. Fig. 2 에서는 유역코드가 ‘01080105’인 유역 내에 총 5개의 스트림 리치가 합류점을 기준으로 분할되어 리치 코드가 정의되어 있는 것을 확인할 수 있다. 각 스트림 리치에 관련된 이벤트, 예를 들면 측정 지점, 점오염원 유입지점, 취수지점, 용수사용구간, 수질평가구간, 수질오염구간 등에 대한 공간 주소인 리치 주소(reach address)는 각 이벤트가 존재하는 스트림 리치의 리치 코드와 해당 스트림 리치 구간 내에서의 상대적 위치를 비율(percentage)로 정의한 수치의 조합으로 정의된다. 리치 주소는 물환경정보와의 연계 및 GIS에서의 지도 표출, 주제도 제작에 활용된다.
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Example of reach address system using reach code in NHD.
2.1.3.1. RAD
RAD는 다양한 어플리케이션을 통한 접근을 가능하게 하고, 즉시 관련 데이터를 다운로드할 수 있게 한다. 아울러 연결된 프로그램의 목적에 맞는 웹 서비스를 이용할 수도 있도록 지원한다( RAD, 2013 ). Fig. 3 은 RAD의 연계 구조를 나타낸 것으로, RAD는 WATERS 내 다양한 프로그램 DB와 어플리케이션 간을 연결하는 허브 역할을 한다. RAD는 웹서비스, DB 서비스, GIS Mapping 서비스 등을 지원하고 있고, EPA 내부 활용 뿐 아니라 공공 및 일반 사용자도 사용할 수 있도록 서비스를 제공하고 있다. 현재는 수생태, 해안, 선박 등 다양한 주제의 프로그램 DB와도 연계되어 물환경정보의 종합적인 제공을 지원하고 있다.
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Link structure with RAD.
2.1.3.2. RIT
RIT는 RF 및 NHD의 지리참조 기능을 활용하여 리치 주소를 기반으로 프로그램 DB와의 연결 정보를 자동 생성하고, 이를 RAD에 저장한다. RIT가 RF나 NHD의 스트림 리치를 지리참조하면, 현실세계 위치가 스트림 리치 상의 주소 체계로 맵핑되며, 스트림 리치를 기준으로 GIS 환경에서 다양한 물환경정보의 표현을 가능하게 한다( Rineer et al., 2004 ). Fig. 4 는 RIT의 역할 및 기능을 개념적으로 표현한 것이다. RIT는 최근 기능 개선과 함께 HEM(Hydrography Event Management) tool로 명칭이 바뀌었으며, USGS 웹사이트를 통해 제공되고 있다( NHD Tools, 2013 ).
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Role and function of RIT.
2.1.3.3. My WATERS Mapper 및 EnviroMapper
RAD를 통해 NHD와 연계된 프로그램 DB의 물환경정보는 C/S(Client) 혹은 웹(web) 형태의 GIS기반 서비스를 통해 관련 실무자 및 연구자, 일반 국민들에게 제공되고 있다. 대표적인 예로 My Waters Mapper와 EnviroMapper는 웹GIS 기술을 이용하여 웹사이트를 통해 물환경정보를 제공하고 있다( EnviroMapper, 2013 ; MyWATERS Mapper, 2013 ). 이들은 다양한 물환경정보를 대상으로 GIS기반 주제도 작성기능을 제공하여 TMDLs 업무 및 수질관련 연구를 지원하고, 대국민 교육 및 홍보에도 활용되고 있다. 물환경과 관련된 GIS자료의 조회는 물론, 다양한 프로그램 DB와의 연계를 통해 스트림 리치 단위 수질오염 구간의 지도 표현이 가능하고, 수질오염 구간에 대한 인접 오염원 정보도 동시에 조회 가능하다( Fig. 5 ).
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Interface of (a) My WATERS Mapper and (b) EnviroMapper.
2.1.3.4. BASINS 및 RiverSpill
RF 및 NHD는 GIS기반 수질예측 및 모델링 업무 자동화를 위한 어플리케이션 개발에도 활용되었으며, 대표적인 예로는 BASINS와 RiverSpill을 들 수 있다. BASINS는 점 및 비점오염원의 통합적인 관리와 평가를 지원하기 위해 개발된 어플리케이션으로 다양한 주제의 물환경정보의 조회를 용이하게 하고, 수치모델링 등의 분석 과정을 자동화하여 수질관리 대안들을 체계적이고 효율적으로 심사할 수 있는 체계를 제공한다( BASINS, 2013 ). RiverSpill은 오염원의 이동시간, 감소, 분포도 등을 계산하기 위하여 개발된 어플리케이션이다( Fig. 6 ). 실측 유량자료를 바탕으로 RF 상에서 스트림 리치별 평균유속을 계산하고, 이를 통해 오염유출 사고가 발생하는 경우 오염원 위치를 역추적 하는 기능을 제공한다. 또한 오염유출 사고에 대한 미래 오염물질의 이동 경로 파악을 가능하게 하며, 이를 GIS 환경에서 확인할 수 있도록 지원하여 즉각적인 사고대응 및 최적관리방안(Best Management Plans, BMPs) 제시를 가능하게 한다( Samuel et al., 2006 ).
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RiverSpill - upstream tracing result.
- 2.2. 우리나라 환경부의 GIS기반 물환경정보 관리시스템
우리나라는 1999년 ‘수질개선기획단’에 의해 「물관리정보화 기본계획」이 최초 수립된 이래로 물관리 관계 기관들이 각자 업무영역에 관한 물정보를 생산 관리하고 있다( Koh, 2011 ; Lee, 2000 ). 환경부도 수질관리 정책수립 및 TMDLs 업무 지원을 위해 수질과 관련된 물환경정보를 생산 및 관리하고 있으며, 해당 업무는 현재 국립환경과학원에 일임되어 수행되고 있다. 국립환경과학원에서는 다양한 주제의 물환경정보를 보다 체계적으로 관리하기 위해 2003년부터 전산화 연구 사업을 수행하였고, 그 결과 현재 WEIS를 구축 운영 중이다( NIER, 2012 ; WEIS, 2013 ). 최근에는 GIS 기술의 적용을 통해 미국과 유사한 형태의 GIS기반의 물환경정보 관리시스템을 구축하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 특히 2010년부터는 미국 RF와 유사한 하천 네트워크에 관한 GIS자료를 구축하기 위해 KRF 설계 및 구축 연구가 수행되었다( NIER, 2010 , 2011 ).
2.2.1. WEIS
WEIS는 국립환경과학원에서 수질관리 정책수립 및 TMDLs등의 수질관리 업무에 필요한 다양한 물환경정보의 관리 및 제공을 위해 구축한 DB 시스템으로 수질, 수리수문기상, 수생태, 오염원 등에 대한 물환경정보를 저장 관리하고 있다. 최근에는 GIS기반의 정보 제공과 함께 분석 활용을 지원하기 위해 다양한 GIS 자료도 생산 저장되고 있고, GIS 자료와 연계한 검색 및 정보 표출 기능도 개발되고 있다(NIER, 2013). Table 3 은 WEIS DB에 저장된 주제별 물환경정보 구성 내역을 정리한 것이다.
Composition of WEIS DB
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Composition of WEIS DB
WEIS DB에 저장된 물환경정보는 국립환경과학원 내부 연구자들의 자료 공유 및 분석 활용을 위해 개발된 ‘인트라넷 정보시스템’과 일반 국민 및 외부 연구자에 대한 정보공개를 위해 개발된 ‘웹 기반 정보시스템’을 통해 제공되고 있다. 물환경정보의 검색 및 조회는 주로 문자와 수치에 의한 질의 검색을 통해 이루어지며, 일부에 대해서는 GIS 기술을 적용하여 특정 주제에 관한 GIS 자료를 조회하고 관심 지점을 선택하여 정보 조회가 가능하도록 시스템이 개발되었다. 그러나 복잡하게 얽힌 하천망에 대한 네트워크 분석 등 GIS 공간분석 기능은 시스템 내에 적용되어 있지 않으며, 최근에 GIS 자료의 고차원 활용을 위해 네트워크 분석 기법 및 시스템 적용 개발 연구가 시작되었다.
2.2.2. KRF 구축 현황
KRF는 미국 EPA RF를 벤치마킹하여 국내 활용 실정에 부합하도록 설계된 네트워크 공간자료이다. 2010년 한강수계를 대상으로 최초 시범 설계 및 구축되었고, 2011년 낙동강, 금강, 영산/섬진강의 3대강수계를 대상으로 최초 버전이 구축되었다. KRF 도형자료는 ‘하천흐름선 추출’, ‘스트림 리치 분할’, ‘고유식별자 부여’ 순으로 구축되었으며, 이를 위해 1:25,000 축척의 전국 대상 하천도, 물관리 공통유역도, 행정구역도 등이 활용되었다. 각 스트림 리치는 하천 합류점, 주요 댐 및 보의 위치, 하천경계 등의 기준에 의해 분할되었고, 도형자료는 하천 네트워크의 흐름선을 대표하는 스트림 리치로 이루어진 선형(line type) 자료와 스트림 리치의 시작점과 끝점을 나타내는 점형(point type) 자료로 구성되었다( Lee et al., 2013 ; NIER, 2010 , 2011 ).
속성자료는 미국 RF3 속성 설계서와 국내 실정을 종합적으로 고려하여 설계되었으며, 설계에 따라 문자 및 수치를 입력하여 구축되었다. Table 4 는 도형자료에 입력된 속성내역을 정리한 것이다. 선형 자료에는 총 53가지 항목, 점형 자료에는 총 13가지 항목의 속성정보가 입력되었다. 속성자료는 빠른 위치 식별 및 검색을 위한 ‘위치 속성’, 스트림 리치가 포함된 하천의 명칭과 표준하천코드, 하천연장 등 기초 정보 조회 및 검색을 위한 ‘주제 속성’, 스트림 리치 간의 연결 관계 정의를 위한 ‘위상 속성’으로 구성되었다. KRF 도형 및 속성자료는 벡터 형식의 공간자료 공통 교환포맷인 shapefile 포맷으로 저장 관리되고 있다. Fig. 7 Table 5 는 2011년까지 구축이 완료된 KRF의 구축 결과 및 각 수계별 구축 현황을 나타낸다. 현재는 최신 하천 및 유역 정보를 반영하고, 활용도를 제고하기 위해 설계 개선 및 현행화 연구가 진행 중이다.
List of attributes in KRF's point and line graphic data
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List of attributes in KRF's point and line graphic data
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Results of Korean Reach File.
Construction status of Korean Reach File (2011 version)
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Construction status of Korean Reach File (2011 version)
2.2.3. WEIS 연계를 통한 KRF 활용 현황
현재까지 KRF를 연계한 GIS기반 통합 물환경정보 관리시스템은 구축되어 있지 않다. KRF를 WEIS와 연계하여 GIS기반 통합 물환경정보 관리시스템의 구축이 가능할 것으로 예상되나, 관련 연구는 다소 점진적으로 진행되고 있다. 미국과 같은 자료 연계 및 활용을 가능하게 하기 위해서는 여러 GIS DB 및 속성 DB가 KRF와 연계되는 데이터 모델의 제시가 필요하나 부재하다. 응용 어플리케이션 개발과 관련해서는 KRF가 최초 구축되기 시작한 2010년부터 미국 사례를 벤치마킹하여 일부 응용 어플리케이션 개발 연구가 진행되고 있으나, 대부분 개발 초기 단계에 머물러 있다.
- 2.3. 시사점 분석
Table 6 은 사례 조사 결과를 바탕으로 미국의 RF 및 NHD와 우리나라의 KRF에 대한 구축 및 활용 현황을 비교한 것이다. 미국과 유사한 수준의 GIS기반 통합 물환경정보 관리시스템을 구축하기 위해서는 많은 노력이 필요함을 확인할 수 있다. 미국은 RF 및 NHD를 구축하면서 이를 WATERS 내 여러 프로그램 DB와 연계하여 TMDLs 업무 활용을 위한 자료 제공에 활용하고 있다. DB 관리용, 업무 지원용, 분석용 등 다양한 GIS기반 어플리케이션을 개발하는데 이를 활용하였고, 이를 운영하기 위한 자료관리 체계 및 부처 간 협업 체계도 잘 갖추어져 있음이 확인되었다. 반면, 우리나라는 KRF를 활용한 GIS기반 물환경정보 관리시스템 구축은 아직 시작단계에 머물러 있다고 판단되었다.
Status comparison of construction and application on RF/NHD and KRF
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Status comparison of construction and application on RF/NHD and KRF
KRF와 연계하여 다양한 물환경정보를 효율적으로 관리 및 제공하기 위해서는 다양한 주제의 자료를 KRF와 연계하여 검색 및 조회할 수 있는 DB 시스템의 구축이 요구되며, 이를 위해서는 활용 목적에 최적화된 데이터 연계 모델 및 DB 설계가 선행되어야 한다. 미국에서는 RF에서 NHDPlus까지 발전해오는 과정에서 여러 형태의 데이터 모델이 개발되었다. 하천 네트워크 뿐 아니라 시설물도, 모니터링 지점도 등과의 연계를 고려하여 데이터 모델이 개발 되었고, 이를 바탕으로 하천 네트워크와 연계된 주제도들이 하나의 데이터셋(dataset)으로 구축되었다. 따라서 우리나라도 KRF와 연계가 필요한 GIS 자료들을 선별하고, 이를 KRF와 연계 활용할 수 있도록 데이터 모델이 개발되어야 한다. 특히 WEIS에 다양한 시설물도 및 모니터링 지점도가 이미 저장되어 있는 만큼 이들에 대한 연계 활용을 먼저 고민해야 한다. 또한 타 부처와의 협업을 통해 국토교통부 하천정보관리시스템(River Information Management Geographic Information System, RIMGIS)이나 국가수자원관리종합정보 시스템(Water management Information System, WAMIS) 등에 저장된 GIS 자료 및 DB와도 연계 활용이 가능한 데이터 모델 개발이 필요하다.
데이터 모델 개발 이후에는 KRF와 연계한 DB 시스템의 설계 및 구축도 필요하다. DB 시스템을 새롭게 구축하면 많은 비용이 소요되므로 데이터 모델 개발 경우와 같이 최대한 기존 시스템을 활용하는 방향으로 DB 시스템의 개발이 이루어져야 한다. WEIS에 이미 다양한 주제의 물환경 정보가 10년 이상 체계적으로 축적되어 있는 만큼 이를 최대한 활용하는 방향으로 시스템 설계 및 구축이 진행되어야 한다. 아울러 물환경정보가 물환경관리 실무 혹은 연구에 활용되기 위해서는 GIS기반의 다양한 어플리케이션 개발도 필요하다. 미국에 대한 벤치마킹을 통해 BASINS나 RiverSpill과 같은 TMDLs 지원 및 수질사고 대응을 위한 어플리케이션의 개발이 필요하다. 나아가 KRF와 연계한 물환경정보 관리시스템이 지속적으로 운영 및 활용되기 위해서는 미국처럼 지속적인 개선 및 유지보수 연구도 수행 되어야 한다.
3. Construction Schemes of Integrated Information Management System in Water Environment Linked with KRF
- 3.1. KRF 연계 데이터 모델 및 DB 설계 방안
GIS의 중첩(overlay) 분석 기능을 이용하거나, KRF 내 각 스트림 리치의 리치 아이디를 리치 주소로써 활용하면 KRF와 WEIS 내 여러 물환경정보는 서로 연계가 가능할 것으로 판단된다. 리치 주소 활용 방법과 관련해서는 KRF의 각 스트림 리치를 하나의 공간주소(spatial address) 단위로 간주하고, 각 스트림 리치 구간에 영향을 미치는 집수구역도 동일한 공간주소의 단위로 간주하여 집수구역의 공간주소를 스트림 리치의 리치 아이디로 정의한다. 그리고 특정 집수구역 내에 포함된 모든 모니터링 지점 및 시설물에 대해 해당 집수구역의 공간주소를 동일하게 입력한다. 이러한 과정을 거치면 개별 스트림 리치는 관련 집수구역과 동일한 공간주소를 가지게 되므로 서로 연결 관계가 성립되고, 개별 집수구역은 다시 모니터링 지점 및 시설물과 동일한 공간주소를 가지게 되어 서로 연결 관계가 성립된다. 그럼 결국에는 스트림 리치와 모니터링 지점 및 시설물과도 연결 관계가 성립되어 KRF와 물환경정보 간에 연결 구조가 생성된다.
Fig. 8 은 KRF의 스트림 리치, 집수구역, 모니터링 지점에 대한 공간적 연결 관계의 예시를 보여준다. 예시에서는 각 스트림 리치가 네 자리의 리치 아이디를 가지고 있는 것으로 가정하였는데, 각 스트림 리치에 대한 집수구역의 공간주소는 포함 스트림 리치의 리치 아이디가 된다. 특정 집수구역 내 포함된 수질측정지점이나 기상관측소의 공간주소는 해당 지점들을 포함하는 집수구역의 공간주소로 정의된다. 이러한 중첩 및 공간주소 설정에 의한 연결 구조는 네트워크 분석을 통해 관심 스트림 리치를 선택하고, 선택된 스트림 리치의 리치 아이디를 이용해 관련 집수구역을 검색하며, 해당 집수구역 내 포함된 모니터링 지점 및 시설물을 검색할 수 있게 함으로써 특정 스트림 리치 구간과 관련된 모니터링 및 시설물의 정보를 보다 용이하게 검색 할 수 있게 한다. 물론 이러한 연계는 스트림 리치 단위의 집수구역도 구축이 전제되어야 한다.
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KRF based spatial link relationship.
상기 KRF 기반의 공간적 연결 관계를 바탕으로 KRF와 WEIS DB의 물환경정보는 대략 세 가지 방법에 의해 연계가 가능하고, 이에 따라 각각의 데이터 모델 및 DB 설계가 가능할 것으로 판단된다. Fig. 9 는 세 가지 연계 방법에 따른 데이터 모델 및 연계 구조를 개념적으로 도시한 것이다.
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Conceptual data link methods between KRF and WEIS data.
첫 번째 방법은 단순 GIS의 중첩 기법을 이용하는 방법이다. KRF의 스트림 리치와 일대일로 대응하는 집수구역도를 시설물도나 모니터링 지점도 등의 도형자료와 중첩하여 포함 여부를 확인하고, 포함된 시설물 또는 모니터링 지점에 대해서는 관련 속성을 검색한다. 이 방법은 기존 DB 자료를 전혀 수정하지 않고 공간분석만을 통해 시설물 및 모니터링 지점을 검색하므로 자료관리 및 유지보수 측면에서 가장 유리하다. 그러나 공간분석 과정에서 많은 연산이 요구되므로 연산 및 처리 속도에서 매우 불리하다. 또한 집수구역도 유역 경계가 실세계 유역 경계와 다르거나, 시설물도나 모니터링 지점도가 실제 위치와 상이할 경우 자동 검색된 결과가 실제와 다를 수 있고, 이로 인해 잘못된 분석 결과를 도출할 가능성도 있다. 중첩 분석 없이 리치 아이디만으로 물환경정보의 검색이 불가능하며, 중첩 분석을 위한 집수구역도가 부재한 경우 연계가 불가능하다.
두 번째 방법은 KRF의 리치 아이디를 기존 DB 테이블에 직접 입력하는 방법이다. 이 방법은 연계 검색이 요구되는 DB 테이블의 각 레코드에 관련된 스트림 리치의 리치 아이디를 사전에 입력하고, 특정 스트림 리치를 대상으로 정보를 검색 및 조회하는 경우에 즉시 리치 아이디로 질의문을 만들어 검색 및 조회할 수 있도록 한다. 첫 번째 중첩연산에 의한 연계 방법보다 빠른 검색을 지원하며, 리치 아이디만으로 직접 자료 검색 및 접근이 가능하다는 장점이 있다. 또한 리치 아이디 입력 과정에서 위치 오류를 미리 확인하고 편집이 가능하므로 분석 정확도 관리에도 상대적으로 유리하다. 그러나 KRF가 수정 갱신되는 경우 관련 DB에 입력된 모든 리치 아이디 정보를 수정해야만 하며, 수정 편집과정에서 자료 훼손 및 오류 발생의 가능성이 있다. 따라서 자료 갱신과정에서 추가 비용 투입이 요구된다.
세 번째 방법은 KRF의 리치 아이디와 기존 DB 테이블 고유식별자를 동시에 저장하여 연결 관계 정보를 생성하고, 이를 DB화하여 관리하는 방법이다. 이 방법은 KRF나 기존 DB 자료를 전혀 수정하지 않고, 오직 연계 정보 관리를 위한 테이블만 생성 관리한다. 정보 검색 및 조회 시에는 연계 정보 관리 테이블에서 검색 대상의 시설물이나 모니터링 지점의 고유식별자를 검색하고, 이를 통해 관련 GIS 자료와 속성자료를 검색 조회한다. 원본 자료의 무결성을 유지하는데 유리한 방법으로 KRF가 수정 갱신되더라도 기존 DB와는 독립되어 있으므로 원본 DB 자료의 수정갱신이 필요치 않다. 또한 연계 정보 관리 테이블에 이력정보도 추가적으로 관리할 수 있어서 KRF가 갱신되더라도 버전별 연계 정보 관리가 용이하고 이에 따라 자료의 유지관리 측면에서 유리하다. 그러나 검색 처리 속도에서는 최소 두 번의 검색 과정이 요구되므로 두 번째 방법보다는 다소 느릴 것으로 예상된다. 또한 연계 정보 관리 테이블의 생성을 위해 추가 DB 구축이 요구되며, KRF가 갱신되면 연계 정보도 함께 갱신되어야 하여 다른 방법에 비하여 시스템으로 구현하는 경우 초기 구축 및 유지관리에 많은 비용이 요구될 것으로 예상된다.
- 3.2. KRF 연계 통합 물환경정보 DB 시스템 구축 방안
KRF 연계 데이터 모델 및 DB의 설계가 완료되면 DB 시스템의 설계 및 구축이 요구된다. 상기 제시한 데이터 연계 방법 중 어떠한 방법으로 데이터 모델을 정의하고 DB를 설계하느냐에 따라 시스템 구성은 달라지며, 시스템 내 데이터 검색 과정도 달라진다. Fig. 10 부터 12 는 데이터 연계 방법에 따른 개념적 DB 시스템 구성 및 이를 통한 검색 과정을 보여준다.
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Conceptual composition of DB system and query processes according to the 1st data link method.
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Conceptual composition of DB system and query processes according to the 2nd data link method.
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Conceptual composition of DB system and query processes according to the 3rd data link method.
Fig. 10 과 같이 첫 번째 방법으로 KRF 연계 DB 시스템을 구축하는 경우 기존 DB 시스템에서 필요한 추가 구성요소는 크게 두 가지이며, KRF DB와 GIS SDK (Software Development Kit)을 포함하는 활용 어플리케이션이 필요하다. 모든 자료의 연계는 활용 어플리케이션 내부에서 수행된 중첩분석 결과를 바탕으로 이루어진다.
이 시스템은 구성이 간단하여 시스템 구현이 용이하고, 초기 구축비용도 적게 소요되는 장점이 있다. 그러나 KRF 연계 검색 과정에서 반드시 지오프로세싱(geoprocessing) 기능에 의한 중첩분석을 매회 수행해야 하며, 이는 많은 양의 연산을 요구하여 검색 처리 속도의 저하를 가져올 것으로 예상된다. 초기 시스템 구축에는 유리할 수 있으나, 활용 측면에서는 가장 불리할 것으로 예상된다. 특히 사전에 관심 스트림 리치가 정의되어 있고 해당 스트림 리치에 관련된 모니터링 수치자료를 검색하는 경우에도 반드시 중첩 과정을 거쳐야 하고, 다시 속성을 검색해야 하므로 빠른 검색이 요구되는 상황에서 불리하다. 또한 다수의 사용자에 의해 동시 접근 활용이 요구되는 경우 처리 속도가 현저히 저하될 가능성이 높다. 하드웨어 측면에서 고사양 시스템의 도입이 필수이나, 고사양 시스템이 도입될 지라도 검색 처리 속도 면에서 다른 방법에 비해 한계가 따른다. 단, 소수의 사용자에 의해 간헐적인 연계 검색 및 분석이 요구되는 경우에는 비용 측면에서 최적 방법이 될 수 있으므로 실제 시스템 구축 시 사용자 수 및 활용 빈도 등이 고려되어야 한다.
Fig. 11 과 같이 DB 시스템을 구축하는 경우 요구되는 추가 구성요소는 세 가지이며, 첫 번째 방법의 시스템 구성에 더불어 KRF 리치 아이디 정보 관리를 위한 어플리케이션이 필요하다. 이 시스템을 운영하기 위해서는 기존 DB에 대한 수정 편집을 통해 각 레코드에 스트림 리치의 리치 아이디 정보를 추가 입력하여야 한다. 그리고 이러한 작업을 자동화하기 위해 리치 아이디 정보 관리 지원을 위한 어플리케이션이 개발되어야 하는데, 이는 상기 중첩에 의한 데이터 연계 방법에 착안하여 개발 가능하다. 최초로 각 스트림 리치와 일대일 대응하는 집수구역도를 WEIS 내 GIS 자료와 중첩하고, 포함 관계를 자동 식별하여 해당 스트림 리치의 리치 아이디를 GIS 자료에 입력한다. 기존 DB 내 GIS 자료의 위치정보가 잘못 저장되어 있어서 중첩 결과가 실제와 다른 경우에는 자동 입력 정보를 편집 수정 하도록 한다. 그리고 리치 아이디 정보가 입력된 GIS 자료와 WEIS DB 자료를 두 자료 간 연계키로 관계형 결합(relational join)하여 GIS 자료에 저장된 스트림 리치의 리치 아이디를 다시 속성자료에도 동일하게 복사한다.
이렇게 구축된 시스템은 중첩에 의한 공간연산 없이 WEIS DB에 즉시 접근하여 자료 조회를 가능하게 하므로 가장 빠른 검색 처리를 지원한다. 따라서 자료 연계 활용 측면에서는 가장 유리한 시스템 구성이라고 볼 수 있다. 단, KRF가 수시로 갱신되는 경우에는 동기화를 위해 모든 자료에 대한 갱신 작업이 수반되어야 하는 문제가 있고, 갱신 정보에 대한 이력 관리가 필요한 경우에는 이력정보 DB와 이를 관리하기 위한 추가 어플리케이션의 개발이 요구된다. 이는 장기적으로 시스템 관리 차원에서 유지관리 비용의 증대를 가져올 수 있다.
마지막으로, Fig. 12 와 같이 DB 시스템을 구축하는 경우 요구되는 추가 구성요소는 크게 네 가지이며, 첫 번째 방법의 시스템 구성에 더불어 RAD 및 이를 관리하기 위한 어플리케이션이 추가로 필요하다. RAD는 특정 스트림 리치의 리치 아이디와 관련 모니터링 지점 혹은 시설물의 고유식별자 정보를 하나의 레코드로 묶어 연계 정보로 저장한다. RAD에 저장되는 연계 정보는 RAD 관리 지원 어플리케이션에 의해 생성 관리토록 하며, 상기 두 번째 시스템 구성에서 중첩에 의한 고유식별자 정보 자동 입력 방법을 유사하게 적용한다면 해당 어플리케이션의 개발도 가능하다. 아울러 중첩 분석에 이용된 KRF의 버전, 생성 일자, 담당자 등의 다양한 이력 정보도 RAD에 함께 저장토록 한다.
이 시스템은 원본 DB 자료를 전혀 수정하지 않고, 독립적으로 연계 정보를 생성 관리하므로 가장 안전하게 DB의 운영 유지를 가능하게 한다는 장점이 있다. 아울러 두 번째 시스템은 KRF가 갱신되는 경우 모든 DB의 레코드를 수정해야하는 문제가 있었으나, 이 시스템에서는 중간에 추가되는 DB의 연계 정보만을 갱신하거나 추가하기만 하면 되므로 기존 DB 자료를 수정하면서 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한 버전 및 이력 정보 관리가 용이하므로 장기적 자료 관리 차원에서 가장 유리하다. 참고로 미국 EPA WATERS는 세 번째 구성과 유사한 형태로 구축 운영되고 있다. 그러나 이 시스템은 자료 검색 과정에서 반드시 RAD에 대한 검색을 일차적으로 수행해야 하므로 두 번째 시스템보다 검색 처리 속도가 다소 느려진다. 물론 첫 번째 시스템에 비해서는 상당히 빠른 검색 처리가 가능할 것으로 예상된다. 다만, 추가 구성요소가 많은 만큼 초기 시스템 구축 및 유지관리 비용은 가장 많이 투입될 것으로 예상된다. 따라서 실제 시스템을 설계 및 구축하는 경우 활용 목적 및 비용에 대한 종합적인 고려가 요구된다.
- 3.3. KRF 연계 활용 어플리케이션 개발 방안
DB 시스템의 구축이 완료되면 사용자 계층 및 활용 목적을 고려한 활용 어플리케이션이 개발되어야 한다. 사용자 계층은 미국 사례에서 볼 수 있듯이 ‘내부’와 ‘외부’로 구분되어 정의될 수 있다. 내부 사용자는 물환경 관리를 담당하는 공무원 내지는 실무자가 될 것이며, 외부 사용자는 일반 시민 및 외부 연구자가 될 것이다. 각 사용자 계층에서 요구하는 물환경 정보의 수준과 활용 목적이 다르기 때문에 이에 대한 요구분석이 필요하며, 이를 통해 적절한 활용 어플리케이션의 개발이 이루어져야 한다.
내부 사용자의 경우 대개 물환경관리 정책수립, 수질예측, 사고대응 등이 주요 활용 목적일 것이므로 이를 지원하는 활용 어플리케이션의 개발이 이루어져야 하며, 수질예측, 사고대응과 관련해서는 모델링 기능의 탑재가 요구된다. 과거에는 이를 위해 필요한 표준화된 하천 네트워크 GIS 자료가 부재하였고, 이를 기반으로 물환경정보의 자동 조회도 불가능하여 미국과 같은 다양한 모델링 어플리케이션 개발 연구 진행에 어려움이 있었다. 그러나 장래 DB 시스템이 구축된다면 미국 BASINS나 RiverSpill과 같은 GIS와 모델링 프로그램을 연계한 어플리케이션의 개발도 가능할 것으로 판단되므로 이에 대한 개발 연구가 이어져야 한다.
외부 일반 시민을 대상으로는 환경관리 교육 및 계몽, 수질관리 사업 홍보를 목적으로 웹GIS기반 활용 어플리케이션이 개발되어야 한다. 기존 웹GIS로 제공되고 있는 물환경정보시스템에 KRF를 포함하고 네트워크 분석 기능을 추가하여 수질측정 지점별 영향하천 및 영향권역의 검색 등을 가능하게 한다면 수질관리 교육 및 계몽에 많은 도움이 될 것으로 판단된다.
외부 연구소 및 대학에 의한 물환경 분야 연구 활성화를 위해서는 일반 시민을 대상으로 하는 정보제공 시스템과는 별개로 전문가 집단에서 요구하는 고도의 네트워크 분석 기능과 보다 상세하고 다양한 물환경 정보를 제공하는 시스템 개발이 필요하다. 현재 많은 외부 연구자들에 의해서 다양한 물환경 평가 및 분석 연구가 수행되고 있으나, 특정 하천 구간을 대상으로 연구에 필요한 국가 물환경 자료의 존재 여부를 확인하거나 관련 자료를 제공 받을 수 있는 시스템 또는 서비스는 부재하다. 국가에서 거액의 예산을 들여 수집한 다양한 물환경 자료 및 정보를 많은 연구자들이 공유하여 활용할 수 있는 시스템이 개발된다면 물환경 연구 분야의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대된다.
- 3.4. KRF 개선 및 유지보수 방안
KRF와 연계한 다양한 물환경정보 제공 및 활용 시스템이 구축될지라도 KRF 자체에 대한 개선 및 유지보수가 지속되지 않으면 자료에 대한 신뢰도 및 활용도가 떨어질 가능성이 크다. 특히 지리정보의 특성상 GIS 자료는 시간 흐름에 따른 변화를 항상 반영해야 한다( Kim, 2011 ). 따라서 최신성 유지를 위해 KRF 개선 및 유지보수 연구는 지속되어야 하며, 향후 다음과 같은 연구가 필요하다.
첫째, 최신 하천 형상 및 현상 정보가 항상 KRF에 반영 되도록 KRF의 지속적인 갱신이 이루어져야 한다. 향후 소하천 단위 유역관리를 지원하고, 통합 물환경정보 시스템에서도 활용이 가능하도록 표준유역도보다 작은 단위인 스트림 리치 단위의 집수구역도 구축 및 갱신도 함께 이루어져야 한다. 일반적으로 GIS 자료 갱신은 수시 혹은 특정 주기로 수행되나, 수시 갱신은 주기단위 갱신에 비해 많은 비용이 소요된다. 따라서 특정 주기로 관리하는 것이 바람직할 것으로 판단되며, 이러한 주기를 정할 때 하천기본계획과 연계하여 하천기본계획이 수립되는 하천을 대상으로 연단위로 수정 갱신하는 것도 하나의 방법이 될 수 있다.
둘째, KRF의 정확도 관리 및 활용에 관한 표준 마련이 필요하다. 현재 KRF 정확도 관리를 위한 표준화된 검수 및 검증 절차가 부재하다. 미국은 USGS 차원에서 국가 지도 정확도 표준이 있고, 이를 준용하여 NHD를 유지 관리 하고 있다( FGDC, 1998 ). 우리나라도 국토지리정보원에서 기본공간정보를 대상으로 정확도 관리 지침이 마련되어 있으므로 KRF의 신뢰도 제고를 위해서는 관련 지침들에 대한 검토 및 고찰을 통해 KRF에 대한 정확도 관리 표준이 마련되어야 한다( MLTM, 2012 ). 특히, KRF의 위치, 속성, 위상정보에 대한 정확도 관리 기준, 검수 및 검증 절차 등의 표준 개발이 선행되어야 한다. 또한 미국과 같이 물정보 관리 관련 부처들과의 협의체 및 협업체계 구축 등도 고려하여야 하며, 이를 통해 KRF를 관련 부처 및 부서간 정보 교환 표준 자료로서 공동 관리 및 활용되도록 장려해야 한다.
셋째, KRF 구축 대상지역을 전 국토로 확대하여야 한다. 현재는 TMDLs가 적용되는 4대강 수계를 주요 대상으로 KRF가 구축되어 있으며, 기타 수계에 대해서는 일부만을 대상으로 구축되었다. 통합 물환경정보 시스템이 전 국토를 대상으로 서비스되기 위해서는 나머지 기타 수계에 대한 KRF 구축이 필요하다. 그러나 단기간에 모든 수계를 대상으로 KRF를 구축하는 것은 일시에 많은 비용의 투입이 요구된다. 따라서 남은 수계에 대해 2년 혹은 3년 단위 계획을 세워 확대 구축하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
넷째, KRF의 유지 관리 자동화를 위한 GIS기반 어플리케이션 개발 연구가 필요하다. 2010년 이래 KRF 구축 방법은 어느 정도 정립되어 이에 따라 KRF가 구축 및 갱신되고 있으나, 향후 보다 효율적인 갱신 및 유지관리를 하기 위해서는 KRF 도형 및 속성자료 생성을 자동화하는 GIS기반 어플리케이션 개발이 요구된다. 물론 도형자료 제작 작업을 지원하기 위해 실폭하천도로부터 하천중심선을 자동 추출하는 프로그램이 개발되었다( Park et al., 2010 ). 그러나 아직 많은 부분에서 수작업 후처리 작업이 필요하고, 자동화 기능 개발의 여지가 있는 것으로 판단되어 향후 이에 대한 보완 개발 연구가 요구된다.
다섯째, KRF 구축 및 이를 연계한 통합 물환경정보 관리시스템의 유지관리와 활용에 대한 당위성 제고를 위해 KRF 구축 및 운영 활용에 관한 법제화가 필요하다. 중앙부처 차원에서 KRF 구축 및 유지관리 의무, 담당부서, 특정 업무 내 활용 의무 등을 정의하는 법제 개정이 필요하고, 이를 근거로 체계적이고 지속적인 유지관리 및 활용이 이루어져야 한다. 예를 들어, 환경영향평가에 있어 수질모델링에서 KRF 및 이를 기반으로 제공되는 물환경정보를 의무적으로 활용하게 하는 등의 활용 규정이 제정된다면 활용도 제고 및 관련 업무 개선에도 많은 기여를 할 것으로 예상된다. 참고로 건축 분야에서는 3차원 GIS 기술 중 하나인 BIM(Building Information Modeling)을 건축 설계에 의무 활용토록 법제가 정비된 사례가 있다( Kim et al., 2012 ). 이를 벤치마킹한다면 물환경 분야의 경우 환경영향평가 혹은 TMDLs에서 KRF 및 이와 연계된 물환경정보의 공공 활용 의무에 관한 법제화도 가능할 것으로 판단된다.
4. Conclusion
본 연구는 향후 KRF와 연계한 GIS기반의 통합 물환경정보 관리시스템을 효율적이고 체계적으로 구축하기 위해 GIS기반의 시스템 연계 및 구축 방안을 제시하는 것을 목표로 수행되었다. 선행사례로 미국의 GIS기반 물환경정보 관리시스템에 대한 조사 및 고찰이 이루어졌고, 미국 RF 및 NHD의 구축 현황과 활용 체계를 우리나라 실정과 비교해 봄으로써 시사점 분석이 가능하였다. WEIS를 연계 활용하는 경우에 있어 통합 물환경정보 관리시스템 내에서 KRF와 기존 DB 간 데이터 연계 방법, 이에 따른 시스템 구성, 활용 어플리케이션 개발 방안 등이 고찰되었고, 시스템의 지속적인 유지 관리를 위해 요구되는 KRF 개선 및 유지보수 방안도 고찰되었다.
국내외 사례 조사 및 시사점 분석 결과, 2010년 KRF가 구축된 이래 우리나라도 GIS기반 통합 물환경정보 관리시스템을 구축하기 위한 노력이 시작되었으나, 미국 사례와의 비교를 통해 현재 많은 부분에서 추가 연구 및 노력이 필요하다는 것이 확인되었다. 특히 KRF 연계 데이터 모델 설계, 시스템 구축, 활용 어플리케이션 개발 등이 부족한 것으로 확인되어 이에 대한 연구 개발 노력이 필요한 것으로 판단되었다.
KRF 연계 데이터 모델 및 DB 설계와 관련해서는 기존 WEIS와의 연계를 고려해야 할 것으로 판단되었다. KRF와 WEIS DB와의 데이터 연계는 세 가지 방법에 의해 가능할 것으로 판단되었으며, 첫 번째 방법은 중첩 연산에 의한 연계 방법이고, 두 번째 방법은 KRF의 리치 아이디를 기존 DB에 직접 입력하는 연계 방법이며, 세 번째 방법은 KRF와 기존 DB 간의 연결 관계 정보를 생성하고 이를 DB로 저장하는 연계 방법이다.
세 가지 연계 방법으로 DB 시스템이 구축되는 경우 각 시스템 구성과 검색 과정이 어떻게 달라지는지에 대하여 고찰이 이루어졌다. 그 결과, 각 연계 방법에 따라 시스템 구성 및 검색 활용 과정이 달라지는 것으로 판단되었다. 시스템 구성은 첫 번째 방법이 가장 간단하고, 검색 활용 측면에서는 두 번째 방법이, 시스템의 보안 및 유지 관리 측면에서는 세 번째 방법이 가장 유리할 것으로 판단되었다. 따라서 실제 DB 시스템을 구축하는 경우에는 이러한 사항들이 종합적으로 고려되어야 할 것으로 판단되었다.
물환경정보를 활용한 GIS기반 어플리케이션 개발에 있어서는 활용 목적과 사용자 계층을 고려하여 연구 개발이 진행되어야 할 것으로 판단되었다. 내외부 사용자의 정의와 각 사용자 계층이 요구하는 정보 및 기능에 대한 분석이 필요하며, 다양한 어플리케이션 개발을 통해 수질관리 업무와 물환경분야 연구를 함께 지원해야 할 것으로 판단되었다.
마지막으로 KRF의 지속적인 활용 및 관리를 위해서는 KRF의 정기적 갱신, 관리 및 활용을 위한 표준 개발, KRF 구축 대상지역 확대, 유지관리 지원 자동화 어플리케이션 개발, KRF 관리 및 활용에 관한 법제화 등 후속 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
향후 연구에서는 본 연구의 시스템 연계 및 구축 방안을 반영한 실질적 시스템 구축 연구가 필요하며, 아울러 KRF 개선 및 유지보수도 지속적으로 이루어져야 한다. 그리고 이를 통해 장래에는 미국처럼 KRF를 연계한 GIS기반의 통합 물환경정보 관리시스템이 실제 구축 운영되어야 한다. 과학적이고 체계적인 물환경정보 관리 시스템의 도입은 우리나라 물환경 연구 분야의 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 나아가 이는 다양한 물환경정보의 종합적인 활용 및 분석을 통한 수질관리를 가능하게 하여 우리나라 물환경의 실질적인 개선 및 보전에도 많은 공헌을 할 것으로 기대된다.
Acknowledgements
이 논문은 환경부의 “차세대 에코이노베이션 기술개발사업(과제번호: RE2013000200001)”과 인하대학교의 지원을 받아 연구되었습니다.
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