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A Study on a GIS based Updating Methodology of Landcover Maps for the Enhancement of Utilization in the Total Maximum Daily Loads
A Study on a GIS based Updating Methodology of Landcover Maps for the Enhancement of Utilization in the Total Maximum Daily Loads
Journal of Korean Society on Water Environment. 2014. May, 30(3): 340-350
Copyright © 2014, Korean Society on Water Environment
  • Received : April 16, 2014
  • Accepted : May 19, 2014
  • Published : May 30, 2014
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About the Authors
근호 곽
계현 김
kyehyun@inha.ac.kr
철용 이
성광 오

Abstract
Recently, TMDL has been implemented to estimate the amount of pollutant loads and to establish proper mitigation strategy to decrease the pollutant loads by the Ministry of Environment. To estimate the amount of pollutant loads with reasonable accuracy, securing landcover map with periodically updating is essential. However, in reality, due to the technical and financial difficulties, the landcover map has not been updated annually. Hence, this study mainly aims to suggest an effective GIS-based updating method in order to promote utilization of landcover map in the estimation of pollutant loads. Bupyeong-gu at the City of Incheon with the total area of 31.98km 2 was chosen for this study and spatial data including digital topographic maps, ortho aerial photo, and satellite images were collected and utilized. A total of 7,235 feature entities were newly produced through the updating process of five steps and it was revealed that the classification of landcover with the total area of 3.34km 2 was to be changed. The validity and feasibility of the suggested method were proved with the accuracy of 97.9% from the field verification. Further study needs to be made for devising more automated method to update landcover map to facilitate TMDL for individual local governments.
Keywords
1. Introduction
우리나라는 과학적이고 효율적인 수질관리를 위해 2000년 대 초부터 본격적으로 수질오염총량관리제(Total Maximum Daily Load, TMDL)를 도입하였다. 2010년에 1단계 관리계 획이 종료되고 현재는 4대강 수계에 대해 총량관리 2단계 관 리계획을 시행 추진 중에 있다. 점오염원 관리 중심의 1단계 관리계획 평가 결과에서 수계 전반에 걸쳐 토지계 오염원의 비중이 증가하고 있어, 성공적인 수질오염총량관리제를 위해서는 토지계 오염부하량의 정확한 산정과 적극적인 관리가 필수이다( Ryu et al., 2013 ). 현재 수질오염총량관리 기술지침에서는 유량과 수질을 연속 측정하고 수문곡선(hydrograph)과 오염부하곡선(pollutograph)을 도출하여 토지계 오염부하량을 산정하고 있다( NIER, 2012 ). 그러나 토지계 오염물질은 일반적으로 강우 시 유출되기 때문에 일간·계절간 배출량 변화가 커서 정량적인 실측이 쉽지 않은 특성을 가지고 있다( Choi and Shin, 2002 ). 따라서 대안으로써 지적공부상 필지 단위의 토지이용 자료와 필지별 면적 자료를 이용하여 원단위법을 적용하여 토지계 오염부하량을 산정하고 있다.
반면, 지적공부 자료에 원단위법을 적용하여 토지계 오염부하량을 산정하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생한다. 수질오염총량관리제의 기준으로 ‘대지’ 항목의 BOD 토지계 부하원단위는 다른 원단위 항목들에 비해 약 40~90배로 높아 대지 항목이 오(誤)분류 되는 경우 토지계 오염부하량 산정에 큰 오차를 유발할 수 있다( Lee et al., 2010 ). 또한, Fig. 1 과 같이 대지 지목은 건축물 이외에도 나지, 인공녹지 등으로 다양하게 이용되고 있으며, 토지의 불법 형질변경 및 난개발 등에 의하여 실제 토지이용현황과 상이한 문제점을 가지고 있다( Hong et al., 2004 ; Kim and Kweon, 2010 ). 이와 같이 지적공부 자료는 실제 토지이용현황과 불일치하거나 명확하게 표현하지 못하는 경우가 많아 토지계 오염부하량 산정에 있어 부정확한 결과를 초래한다.
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Problems of using cadastral map: wide range of landuse category ‘Ground’ (a), Incorrect use of landuse category - ‘Factory’ is mis-categorized as ‘Forest’ (b).
최근 지적공부 자료를 활용한 토지계 오염부하량 산정의 문제점을 해결하기 위해 실제 토지이용현황 파악 및 토지이용별 면적 산정 방법에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다. Lee et al. (2003) 은 중・저해상도 위성영상 및 다양한 주제도를 활용하여 토지피복지도를 제작하고, 이를 활용한 토지계 오염부하량의 산정 결과와 기존 지적공부를 활용한 토지계 오염부하량의 산정 결과를 비교분석하였다. 또한, Lee(2011) 는 실제 토지이용에 근접한 세분류 토지피복지도 및 기존 지적공부 자료로 산정한 토지계 오염부하량을 비교하여 수질오염총량관리제에서의 활용방안을 제시하였다. 아울러, Lee et al. (2009) Park et al. (2009) 은 고해상도 위성영상을 활용하여 실제 토지이용형태에 맞게 항목을 분류하고 토지계 오염부하량을 산정하였다. 그 후, 기존 지적공부 자료로 산정한 토지계 오염부하량과 비교하였다. 그러나 중분류 토지피복지도는 갱신주기가 4~5년으로 길고, 세분류 토지피복지도는 아직 전국을 대상으로 구축되지 않았으며, 갱신주기도 명확히 정해지지 않아 연단위 모니터링이 필요한 수질오염총량관리제에 적용하기에는 어려운 실정이다. 또한, 고해상도 위성영상은 목적과 시기에 맞는 영상을 확보하기가 어렵고, 영상의 공간해상도 보다 작은 면적의 토지피복에 대한 토지이용현황의 분류와 그림자, 건물, 나무 등에 가려 경계구획 및 분류 속성의 파악이 어려운 실정이다.
따라서 본 연구에서는 지적공부상의 토지이용형태가 아닌 실제 토지이용에 따른 토지계 오염부하량을 산정하기 위한 중분류 토지피복지도의 현행화 방법 제시를 목표로 하였다. 수질오염총량관리지침에 따르면 소유역별로 할당부하량을 달성하기 위해 삭감목표량을 연차별로 배분하여 시행하고 있다( NIER, 2012 ). 이에 따라 토지피복지도의 현행화 방법은 연단위 갱신이 가능한 다양한 주제도를 수집 및 활용하여 시계열 변화에 따른 피복분류 변화지역의 갱신과 오분류된 항목의 갱신, 세분화가 필요한 분류 항목을 정의하고 반영함으로써 연단위 갱신이 가능하도록 정의하였다. 또한, 수질오염총량 계획 시 지자체의 소요예산을 고려하여 시간 및 비용을 최소화하는 관점으로 자료를 수집하고 갱신과정을 정의하였다. 아울러, 현행화 토지피복지도의 분류항목은 실제 토지이용현황을 정확히 파악하기 위해 기존 대지, 전, 답, 임야, 기타의 5개 원단위 항목( NIER, 2012 )가 아닌 중분류 토지피복지도의 22개 항목으로 하였다.
2. Materials and Methods
- 2.1. 연구대상범위
본 연구에서는 31.98 km 2 면적의 인천광역시 부평구에 속한 22개 동 전체를 연구대상지역으로 선정하였다( Fig. 2 ). 부평구는 국지성 호우로 인한 하천의 범람이 합류식 하수관거에 남아 있던 도시하수의 오염물질을 하천으로 유입시켜 비점오염의 발생이 심각한 지역이다( Yang, 2006 ). 또한, 주택재개발 및 재건축사업, 주거환경 및 도시환경 개선사업등이 추진 중에 있어 향후 토지피복 변화의 모니터링이 필요할 것으로 판단된다. 이에 따라 중분류 토지피복지도의 현행화 방법을 제시하였으며, 연구대상지역 내 중분류 토지 피복지도 항목을 분석한 결과 과수원, 연안습지, 자연나지에 대한 분류 항목이 없는 것으로 나타나 3개의 분류 항목을 제외한 19개의 분류 항목을 대상으로 연구를 수행하였다.
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Study site (Bupyeong-Gu, Incheon).
- 2.2. 가용자료 정의
본 연구에서는 연단위 모니터링이 필요한 수질오염총량 관리제에서 활용이 가능하도록 가용할 공간자료를 다음과 같은 기준에 의하여 정의하였다. 첫째, 기존 토지피복지도의 시계열 변화에 따른 피복 변화 지역을 확인할 수 있도록 연단위 갱신이 가능한 공간자료를 선정하였다. 둘째, 토지피복지도를 현행화하는 만큼 토지피복지도 제작지침을 참고하여 피복 분류 기준을 명확히 할 수 있는 자료를 선정하였다. 셋째, 실제 토지이용현황에 맞도록 작은 면적의 피복 항목을 고려하기에 적합한 대축척 자료를 선정하였다. 넷째, 지자체의 이행평가를 고려하여 비용을 최소화하는 관점으로 수집 자료를 선정하였다. 이에 따라 토지피복지도 현행화를 위해 육안판독 및 중첩분석을 통하여 분류 항목을 확인하기 위해 Table 1 과 같이 공간자료를 수집하였다.
List of the layers utilized and identifiable landcover classes of each layer
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List of the layers utilized and identifiable landcover classes of each layer
상기 기준에 적합하는 공간자료로써 환경부에서 구축한 중분류 토지피복지도와 국토지리정보원에서 구축한 25 cm 공간해상도의 정사항공사진, 1:5,000 축척의 수치지형도 2.0, 항공우주연구원에서 촬영한 위성영상(Kompsat-3), 포털사이트의 지도서비스인 다음 로드뷰와 네이버 거리뷰, 각 지자체에서 관리하는 아파트단지배치도와 공원조성도를 활용하였다. 본 연구에서는 중분류 토지피복지도를 기본 배경지도로 활용하였으며, 피복 변화가 발생한 지역에 대해 분류항목을 갱신하도록 하였다. 이때 정사항공사진과 위성영상을 활용하여 육안판독으로 피복 변화지역을 감지하였으며, 수치지형도 2.0은 건물 등 불투수 지형지물의 정확한 경계와 산림 지역 내 존재하는 밭과 같이 육안판독으로 확인이 어려운 항목을 확인하기 위하여 사용하였다. 아파트단지배치도와 공원조성도는 불투수면 내 존재하는 작은 면적 단위의 분류 항목들을 구분하기 위해 활용하였으며, 다음 로드뷰와 네이버의 거리뷰 등의 지도서비스는 수풀, 그림자, 고층건물 등에 가려진 폐색지역을 확인하기 위해 활용하였다.
최근 Lee et al. (2009) 의 연구에서는 고해상도 영상자료를 활용하여 대축척의 토지피복지도를 제작하였으나 영상확보 및 토지피복 분류에 필요한 비용이 많아 현재 수질오염총량 계획 시 지자체의 소요예산을 고려하지 못해 현실적으로 활용이 어려울 것으로 판단하고 있다. 그러나 본 연구에서는 기존 위성영상을 제외한 각 공간자료들이 유관기관으로부터 무상 공급이 가능하여 비용을 최소화 할 수 있었다.
- 2.3. 전처리 과정 및 현행화 방법
본 연구에서는 GIS 기반의 토지피복지도 현행화 방법을 Fig. 3 과 같이 총 5단계의 과정으로 정의하였다. 우선 수집 한 공간자료에 대해 수치지도화, 경계일치, 좌표변환의 전 처리 과정을 수행하였다. 이후 전처리된 공간자료를 활용하 여 중첩분석을 통한 육안판독 및 스크린 디지타이징의 과 정으로 중분류 토지피복지도를 현행화하였다. 이때 갱신하고자 하는 분류 대상에 따라 활용하는 공간자료가 달라 효율적인 갱신을 위해 분류 대상 별로 갱신 단계를 정의하였다. 갱신 단계로는 중분류 공간해상도 수준에서 변화지역을 탐지하는 1차 갱신 과정과 실제 토지이용현황을 반영하기 위한 세분류 공간해상도 수준의 2차 갱신 과정, 다양한 공간자료를 활용함에도 확인이 불가능한 지역에 대해 현지조사 결과를 반영하는 3차 갱신 과정을 수행하였다. 아울러, 1~3차 갱신 과정을 통해 현행화 토지피복지도의 정확도 검수 과정을 거쳐 최종 결과물을 확정하였다. 전처리 과정과 중첩분석을 통한 육안판독 및 스크린 디지타이징을 위해 ESRI사의 ArcGIS Desktop 10과 ENVI 4.8을 사용하였다.
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Updating process of landcover map.
- 2.3.1. 전처리 과정
수집된 공간자료는 구축기관 및 제작방법이 상이하여 서로 다른 좌표체계와 불일치한 경계를 갖는다. 수집된 공간자료를 활용하여 스크린 디지타이징을 수행하기 위해서는 각 자료에 대한 수치지도화, 경계일치, 좌표변환 등의 전처리 과정이 필수이다( NIER, 2010 ). 아파트단지배치도는 종이지도 형식으로 제공되어 다른 주제도와 중첩하여 활용하기에 힘든 문제점이 있어, 수치지도 형식으로 변환하기 위해 스캐닝 과정을 수행하였다. 또한, 아파트단지배치도와 공원조성도에 대해 육안판독 및 중첩분석이 용이하도록 수치지형도와 경계일치를 수행하였다. 아울러, 위성영상과 중분류 토지피복지도에 대해 국가기본도인 수치지형도 2.0에서 채택한 세계측지 좌표계를 기준으로 좌표변환을 수행하였다. 이때 위치오차가 큰 위성영상은 경계일치를 위해 수치지형도 2.0을 기준으로 지상기준점을 선정하는 영상 대지도(image to map)기법을 이용하여 기하보정을 수행하였으며, 최근린 내삽법(nearest-neighbor interpolation)을 이용하여 영상을 재배열하였다. 그러나 중분류 토지피복지도는 다른 공간자료에 비해 상대적으로 축척이 낮아 경계일치가 어려운 문제점을 가지고 있다. 이에 따라 중분류 토지피복 지도는 1차 갱신 과정에서 ‘수치지도작성작업규칙’에서 정한 축척별 평면위치 허용오차를 벗어나는 경계만을 수정토록 하였다. 수치지형도와 동일한 기관에서 제작한 정사항공 사진은 동일한 경계와 좌표체계를 가지고 있어 전처리 과정에서 제외하였다.
- 2.3.2. 1차 갱신 과정
본 연구에서 활용한 중분류 토지피복지도는 2009년에 최종 갱신됨에 따라 2009년 이후 변화된 지역에 대해 실제 토지이용현황과 다른 피복 분류 정보를 갖는다. 1차 갱신과정에서는 중분류 토지피복 수준에서 시계열 변화로 추정되는 지역에 대하여 실제 토지이용현황에 맞게 분류 항목을 갱신하였다. 또한, 기존 중분류 토지피복지도가 갖는 오분류 항목을 추가 갱신하였다. 최소분류 기준으로 환경부의 중분류 토지피복지도 제작 지침에 따라 선형 요소의 경우 폭 12 m, 면형 요소의 경우 면적 50 m × 50 m (2,500m 2 )로 하였다( EGIS, 2013 ). 토지피복지도의 속성 분류 항목은 중분류 항목 기준을 따랐으며, 공간 객체의 경우 정사항공사진과 위성영상으로 육안판독에 따른 스크린 디지타이징을 통해 갱신하였다. 갱신 결과의 정확도 향상을 위해 ‘수치지도작성작업규칙’에서 정한 축척별 평면위치 허용오차 범위를 넘는 경계 오류는 수정하였다. 이러한 갱신 과정을 통하여 시계열 변화 지역과 오분류 항목을 갱신하여 토지계 오염부하량 산정에 있어 실제 토지이용현황을 반영하지 못하는 기존 지적공부 자료의 문제점을 해결할 수 있었다.
- 2.3.3. 2차 갱신 과정
토지계 오염부하량 산정에 있어 실제 토지이용과 동일한 분류 항목을 갖는 기초자료의 제작이 필요하다. 이를 위해 2차 갱신 과정에서는 세분류 토지피복 수준에서 중분류 토지피복 내 재분류가 필요한 분류 항목에 대하여 갱신하였다. 재분류 필요 항목은 Table 2 와 같이 정의하였으며, 특히 ‘시가화건조지역’ 내 존재하는 ‘인공초지’, ‘기타 나지’, ‘밭’에 대하여 추가적으로 구분하였다. 최소분류 기준은 환경부의 세분류 토지피복지도 제작 지침에 따라 선형 요소의 경우 폭 3 m, 면형 요소의 경우 면적 10 m × 10 m (100 m 2 )로 하였다( EGIS, 2013 ). 토지피복지도의 속성 분류 항목은 중분류 토지피복지도 항목을 기준으로 하였으며, 공간 객체의 경우 정사항공사진으로 육안판독이 가능한 수준에서 스크린 디지타이징을 통해 갱신하였다.
The landcover map classes re-classified at second updating
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The landcover map classes re-classified at second updating
갱신작업에 있어 최소분류기준에 미치지 못할지라도 아파트단지배치도, 공원조성도 등 기타 참고자료를 활용하여 판독이 가능하고, 토지계 오염부하량 산정을 위해 추가 분류가 필요하다고 판단되는 경우에 한해 추가 분류를 수행하였다. 또한, 정사항공사진 자료 등을 활용함에 있어 그림자, 건물, 나무에 의해 가려져 경계구획 및 분류속성 파악이 어려운 경우에는 인접분류속성과의 관계 및 포털사이트의 지도서비스를 활용하였다. 아울러, 수치지형도의 건물 레이어와 중첩하여 재분류 항목에 건물 위치가 포함되지 않도록 분류하였다. 2차 갱신 과정은 대축척 수준에서 ‘인공초지’와 ‘기타나지’, ‘밭’을 추가 갱신하므로 보다 정확한 토지계 오염부하량 산정에 기여할 수 있다.
- 2.3.4. 3차 갱신 과정
인접 분류속성과 고해상도 위성영상 및 정사항공사진 등의 참조자료를 활용함에도 불구하고 확인 및 수정이 불가능한 지역들이 존재한다. 확인 불가능 지역으로는 고층건물에 가려진 지역, 고층건물로 인해 생긴 그림자 및 수풀이 우거진 지역 등이 있다. 정확한 토지피복 현황을 파악하기 위해 확인 및 수정이 불가능한 지역에 대하여 현지조사를 실시하고 분류 항목을 수정하는 3차 갱신 과정을 수행하였다. 또한, 공사 중이거나 변화 발생이 의심되는 지역에 대해서도 추가로 현지조사를 수행하였다. 그러나 현지조사를 통해 투수면의 역할을 하지 못하는 옥상 녹화 지역과 현지조사를 수행하기 어려운 보안지역 등은 기존 토지피복지도의 분류 항목을 그대로 유지하였다.
- 2.3.5. 토지피복분류 오류 검수
본 연구에서 제시한 방법을 사용하여 현행화된 토지피복 지도를 지적공부 자료 대신 수질오염총량관리제에서 이용하기 위해서는 결과에 대한 정확도 검증이 필수이다. 따라서 현행화된 토지피복지도에 대한 정확도 검증을 위해 오류검수표를 작성하고, 전체 공간 객체 수 대비 30% 내외의 표본 개수를 선정 및 추출하여 오류율을 산정하였다. 표본은 토지피복 분류 항목별로 무작위 추출하였고, 추출된 지점에대하여 정사항공사진, 포털사이트의 지도서비스 등의 참고자료를 통해 검수하였다. 특히 참고자료를 활용하여도 검증이 모호한 지역에 대해 추가로 현지조사를 수행하였다. 정확도 검증에 있어 오류의 종류는 다른 분류 속성이 입력된 오분류 지역, 분류 항목 내 추가 분류가 필요한 미분류 지역, 분류 항목의 경계수정이 필요한 지역, 기타 오류 항목으로 정의하였다. 토지피복지도의 중분류 항목별 오류율은 식(1)과 같으며, 전체 오류율은 모든 중분류 항목별 오류율의 평균으로 하였다. 환경부 토지피복지도의 분류 정확도와 동일하게 전체 오류율이 5% 미만일 경우에 결과물을 최종 확정하였다. 정확도 검증 결과 오류율이 5%를 초과할 경우에는 5% 미만을 만족할 때까지 1~3차 갱신 과정을 반복하였다.
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  • Re: Rate of error
3. Results and Discussion
연구대상지역인 인천광역시 부평구에 대한 토지피복지도 갱신 과정별 면적 산정 결과를 Table 3 에 나타내었다. 최종 현행화 토지피복지도는 기존 토지피복지도 대비 7,235개의 도형 개체가 신규 생성되고, 201,312개의 버텍스 개수가 증가하였다. 특히 2차 갱신 과정에서 불투수면 내 투수면을 정밀 갱신함에 따라 1차 갱신 토지피복지도 대비 6,798개의 도형 개체 수와 184,345개의 버텍스 개수가 증가하였다( Table 4 ). 버텍스는 면 또는 선형의 도형을 이루는 점들의 집합을 뜻하며, 버텍스의 증가는 도형의 세밀함을 나타낸다. 이와 같이 본 연구에서는 제시된 현행화 방법을 통해 기존토지피복지도 보다 세분화된 토지피복 분류 및 분류경계의 생성 등 정밀한 토지피복지도의 제작이 가능함을 확인할 수 있었다.
Area calculation results of step-by-step updated landcover map
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Area calculation results of step-by-step updated landcover map
Number of polygons/vertice increased
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Number of polygons/vertice increased
현행화 토지피복지도를 분석한 결과에서 기존 피복 분류와 약 3.34 km 2 의 면적이 불일치하는 것을 확인하였다. 이는 전체 대비 약 10.4%가 변화하였으며, 토지계 오염부하량 산정에 있어 큰 변화를 나타낼 것으로 판단된다. 그러나 2차 갱신 토지피복지도에서 3차 갱신 토지피복지도의 갱신과정에서 발생한 불일치 면적은 0.09 km 2 로 나타났다. 이는 전체 대비 0.28%의 변화량으로 분류 항목이 대부분 일치함에 따라 3차 갱신 과정이 토지계 오염부하량 산정에 큰 영향을 미치지 못할 것으로 판단된다. Table 5 는 각 갱신 과정 별 면적 변화량을 나타낸 결과이다.
Accuracy changes of sequentially updated landcover maps
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Accuracy changes of sequentially updated landcover maps
- 3.1. 전처리 결과
위성영상(Kompsat-3)은 수집 당시 약 30m의 위치오차를 포함하므로, 좌표변환 및 경계일치가 필수이다. 이에 따라 본 연구에서 좌표체계 및 경계의 기준 자료인 수치지형도와 경계일치를 위해 16개의 지상기준점을 선정하였다. 수치지형도를 기준으로 지상기준점을 선정하였으며, 지상기준점 대상으로는 시간 변화에 따라 변하지 않는 지형지물로 명확하게 파악할 수 있는 지점인 도로 경계선으로 하였다. 본 연구에서는 위성영상과 수치지형도의 지상기준점 선정을 통해 약 1.04 m의 평균 제곱근 오차가 산출되었다( Fig. 4 ). 평균제곱근 오차는 위치정확도로써, 값이 작을수록 정확도가 높은 것을 나타낸다. 지상기준점 선정 결과의 정확도 평가를 위해 세분류 토지피복지도 제작 지침을 참고하였다. 세분류 토지피복지도 제작 지침에 따르면 토지피복지도 제작 시 활용되는 위성영상은 평균 제곱근 오차를 3.5 m 이내로 하고있다( EGIS, 2013 ). 이에 따라 세분류 토지피복지도의 공간 해상도 수준으로 토지피복지도를 갱신함에 따라 문제없이 활용 가능할 것으로 판단되었다. 아울러, 스캐닝된 아파트단지배치도와 공원조성도는 개략적인 토지이용 상태와 경계를 파악하기 위한 수준으로 수치지형도와 경계를 일치시켰다.
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Preprocessing result of Kompsat-3 ((a) before preprocessing, (b) after preprocessing).
- 3.2. 1차 갱신 토지피복지도 결과
1차 갱신 결과 중분류 토지피복지도에서 대부분의 분류 항목이 변경되었으며, 그 중 ‘시가화건조지역’에 포함되는 6가지 중분류 항목의 면적 변동이 가장 크게 나타났다. 특히 기존 ‘주거지역’, ‘공업지역’ 내 존재하는 상가, 공원, 도로 등이 분류 되어 있지 않아 ‘상업지역’, ‘문화체육휴양지역’, ‘교통지역’, ‘공공시설지역’으로 갱신하였다. 이에 따라 ‘주거지역’, ‘공업지역’ 면적은 각 2.65%p, 0.09%p씩 감소하였고, ‘상업지역’, ‘문화체육휴양지역’, ‘교통지역’, ‘공공시설지역’이 각 1.02%p, 2.30%p, 0.46%p, 1.27%p씩 증가하였다. 면적 변화의 주된 원인은 토지피복지도의 갱신주기(4~5년)로 인해 시계열 변화에 따라 피복 분류항목이 변경된 경우와 기존 토지피복지도에서 오분류 지역을 변경하여 발생한 것이다. 시계열 변화지역으로는 기존 토지피복지도 제작 당시 공사 중인 지역이 ‘기타나지’ 항목으로 분류 되었으나 공사가 완료됨에 따라 ‘주거지역’ 및 ‘교통지역’ 등 해당 피복에 맞게 변경하였다( Fig. 5 ). 또한, 오분류 지역으로는 기존 공원지역이 ‘인공초지’, ‘주거지역’, ‘공공시설지역’ 항목 등으로 다양하게 분류되어 해당 항목에 맞는 ‘문화체육휴양지역’으로 변경하였다( Fig. 6 ).
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Re-classification using ortho aerial photo and kompsat-3 images: 620 (other bare lands) changed into 110 (residential unit) and 140 (recreational unit).
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Re-classification using ortho aerial photo and kompsat-3 images: 420 (artificial grassland) changed into 140 (recreational unit).
- 3.3. 2차 갱신 토지피복지도 결과
2차 갱신 결과, 중분류 토지피복지도에서 불투수면 내 정밀 수정에 따라 ‘주거지역’과 ‘인공초지’의 면적이 대폭 변경되었다. 면적이 200 m 2 이상인 대지에 건축을 하는 경우 일정 이상의 조경면적을 확보해야 하는 인천광역시 건축 조례에 따라 ‘시가화건조지역’ 내 공장 및 공공시설, 아파트단지 등이 포함하는 조경지역을 ‘인공초지’로 변경하였다. 그러나 연구대상지역 내 상대적으로 아파트 단지가 많아 ‘주거지역’의 면적이 3.89%p 감소로 변화량이 가장 크게 나타났으며, 조경지역인 ‘인공초지’의 면적은 5.50%p 증가하였다( Fig. 7 ). 또한, ‘주거지역’ 내에서 텃밭이 ‘밭’으로 변경된 경우와 ‘문화체육휴양시설’ 내 녹지 및 비포장의 운동장이 ‘인공초지’ 및 ‘기타나지’ 등으로 변경된 경우에 ‘밭’과 ‘기타 나지’의 면적이 각각 0.38%p, 0.56%p씩 소폭 증가하였다.
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Specification of landcover category using ortho aerial photo and kompsat-3 images: 110 (residential unit) changed into 110 and 420 (artificial grassland).
- 3.4. 3차 갱신 토지피복지도 결과
3차 갱신 결과에서는 현지조사 결과를 반영함에 따라 ‘인공초지’, ‘기타나지’ 등이 추가 확인되어 재분류하였다. 대표적인 예로 공사지역의 완료 여부가 불분명한 지역에 대해 수정 여부를 확인하고 해당항목으로 변경된 경우가 있다. 또한, 기존 폐철로가 ‘교통지역’으로 분류되었으나, 더 이상 ‘교통지역’으로써 역할을 하지 못하고 ‘기타나지’의 성격이 강하여 ‘기타나지’로 변경된 경우가 있다. 현지 조사를 통한 재분류 결과, 0.09%p가 변경된 인공초지가 변화량이 가장 클 정도로 변경된 모든 항목들에 대해 면적변화량이 매우 작게 나타났다. 이에 따라 3차 갱신에 따른 면적 변화량이 갱신 결과에 큰 영향을 미치지 못해 갱신과정에서 현지조사를 배제할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 3.5. 정확도 검수 결과
참조자료 및 현지조사를 통한 정확도 검수 결과, 연구대상지역인 인천광역시 부평구 전체의 현행화 토지피복지도의 정확도는 97.9%로 매우 높게 나타났다( Table 6 ). 이는 높은 공간해상도의 정사항공사진 및 다양한 공간자료를 활용한 육안판독과 현지조사를 통한 갱신 과정에 따라 대부분의 항목의 분류와 경계를 명확하게 구분하였기 때문에 높은 정확도의 결과를 얻을 수 있었다. 그러나 높은 공간 해상도의 정사항공사진에서도 공원지역 내 모래, 자갈 등으로 이루어진 나지와 보도블럭 또는 시멘트로 포장된 토지의 구분이 명확하지 않고, 수풀 등 폐색지역에 따라 경계가 불일치한 경우가 많아 ‘문화체육휴양지역’과 ‘기타나지’가 다른 항목들에 비해 상대적으로 정확도가 낮게 나타났다.
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4. Conclusion
본 연구에서는 인천광역시 부평구를 대상으로 기존 수질 오염총량관리제에서 토지계 오염부하량 산정 시 지적공부 자료 사용의 문제점을 파악하였다. 이를 해결하기 위해 실제 토지이용형태에 맞도록 다양한 공간자료를 활용한 중분류 토지피복지도의 현행화 방법을 제시하였다. 기존 지적공부 자료는 실제의 토지이용을 반영하지 못해 토지계 오염부 하량 산정에 있어 오차가 발생하므로 본 연구에서 제시한 현행화 방법을 통해 제작된 토지피복지도를 활용하는 것이 바람직한 것으로 판단되며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
우선 지적공부상에서는 특정지목이 실제 토지이용현황과 다르게 한가지 지목으로 분류되는 반면 현행화된 토지피복지도에서는 다양한 공간자료를 활용함에 따라 대부분 토지피복지도의 분류 항목과 경계가 명확하게 구분이 가능하였다. 또한, 불투수면 내 포함되는 초지 및 나지, 밭 등을 대축척 수준의 공간자료를 활용하여 추가 분류함에 따라 보다 세밀하게 토지피복의 분류가 가능하였다. 그러나 본 연구의 결과는 연구대상지역인 부평구 지역에 제한적으로 적용될 수 있으며, 현행화 방법의 타당성을 검토하기 위해서는 보다 광범위한 지역에 대한 조사가 필요할 것으로 판단된다.
향후, 현행화 토지피복지도의 분류 항목은 투수/불투수면이 명확히 구분됨에 따라 실제 토지이용현황을 반영하는 투수/불투수도의 제작이 가능하다. 이러한 투수/불투수도는 지표유출에 관한 모델링의 기초자료와 강우 유출수 관리를 위한 하수관거 정비 계획 수립, 도시계획 등에 활용될 수 있다. 또한, 현행화 토지피복지도는 실제 토지이용현황과 현황별 면적 자료를 제공함에 따라 수질오염총량관리제에서 토지계 오염부하량의 산정에 필요한 기초자료를 개선할 수 있다. 이를 통하여 토지계 오염원의 과학적 타당성 및 결과 신뢰도의 제고를 위한 수질오염총량기술지침의 보완에도 적용 및 활용이 가능하다. 아울러, 본 연구에서 제시한 현행화 토지피복지도는 지자체 단위에서 연단위의 공간자료를 무상공급 받아 비용의 최소화가 가능하다. 이를 통해 지자체에서 인건비만으로도 토지피복지도 현행화 사업 추진할 수 있어 보다 적극적인 토지계 오염원의 관리가 가능할 것으로 판단된다. 나아가 본 연구의 현행화 방법이 육안판독 및 스크린 디지타이징의 수작업으로 진행됨에 따라 연단위 구축을 위해 자동화 방안에 대한 후속 연구가 필요하며, 본 연구의 결과가 자동화 방안 수립에 표준방법론으로써 제시가 가능하다.
Acknowledgements
본 논문은 환경부의 “차세대 에코이노베이션 기술개발사업(과제번호: 2013000200001)” 과 인하대학교의 지원에 의하여 연구되었습니다.
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