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산사태위험지관리시스템

예전 FGIS구축사업시 확장사업으로 설계한 산사태 정의와 분석시 알고리즘과 시스템 설계를 정리해 보았습니다.

개요 :

산사태위험지관리시스템은 산사태 관리를 위한 산림행정업무를 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 지원하기 위해 산사태 관련 행정업무의 자료 관리를 종합적이고 체계적으로 수집, 정리 저장하여 업무 수행시 언제 어디서나 공유 및 활용할 수 있도록 지원하는 시스템이다. 이는 산사태위험지역의 체계적인 관리와 재해예측 및 대책수립 등의 의사결정지원을 지원한다.

1. 산사태 유형

2. 경사위험지분석

3. 산 사 태(Landslides) 위험도

4. 산사태위험지관리시스템 구성도

1. 산사태 유형

① Slump
하부침식이나 호우로 인하여 흙이 움푹 꺼지는 현상이다. 작게는 우리 주변에서도 흔히 볼 수 있고,

언덕배기가 내려앉는 대 규모의 현상도 빈번히 발생한다.
② Slide
포화되지 않았거나 압밀되지 않은 물질 혹은 암석이 오랜 기간동안 풍화작용을 받아서 급속한 속도로 연약면과 평행한

방향으로 미끄러지면서 흘러내리는 현상이다. 이때 이동 물질은 유동 중에 심하게 손상되거나 조각조각 부서진다. 이런

파편들로 인해서 추가적인 피해가 발생하는 것이 특징이다.
③ Flow
점성이 높은, 포화된 물질이 흘러내리는 현상으로서 일반적으로 Slump 보다 빠른 속도로 발생한다. 진흙처럼 점성이

크기 때문에 돌덩어리나 나무 혹은 자동차를 움직일 정도이다.
④ Fall
압밀되지 않은 덩어리 형태의 물질 혹은 암석이 사면으로부터 떨어져, 튀거나 구르면서 자유 낙하하는 현상이다.

이탈리아에서 발생했던 Vaiont 댐 붕괴사건의 원인으로서 이 사건은 댐 주변의 계곡에서 수만 톤의 암석이 댐으로 떨어져

    수위가 대략 100m 나 상승하여 약 3000명의 사상자를 냈던 사건이다.
⑤ Topple
    경사면의 끝에서 부터 암석이 부서져 내리는 현상으로서 흔히 전도파괴라고도 한다.
    다른 것들이 미끄러지거나 흘러내리는 것에 비하여 이 현상은 암석이 넘어지는 것이 특징 이다. 대부분의 암석이 현무암

으로 이루어진 제주도에서는 주상절리가 전도파괴 되는 양상을 보인다
⑥ Torrent
암석파편이나 식물 잔해를 포함하고 있는 토석류가 계곡이나 배수로를 따라 급속한 속도로 쓸려 내려오는 현상이다.

주로 집중호우가 원인이고 얼마전 98년 여름에 발생했던 산사태들의 상당수가 이 경우에 해당한다.

2. 경사위험지분석

경사지 위험도를 생성합니다. 산사태위험지판정기준표에서 지질도(모암,토심) 를 제외한 산림상태, 경사도, 경사길이,경사위치,

사면형으로 위험도 생성

(1)평균경사 http://cafe.naver.com/gisapplication/47

경사면은 고도의 변화율인 기울기(slope)와 최대 고도변화가 일어나는 사면방향(aspect)의 두가지 요소를 가지고 있습니다.

기울기는 퍼센트 혹은 각도로 표시되고 사면 방향은 방위각으로 표시된다. 경사와 방위의 계산은 격자형 수치고도자료에서

하나의 격자를 중심으로 3X3 크기의 윈도(Window)를 연속적으로 이동시키면서 계산을 진행

(2)경사방향/경사길이 (Flow Direction Grid/Slope Length)

Flow Direction Grid
1) 대상 셀의 8방향으로 인접한 셀들의 고도를 구해 다음 식에 의한 경사도를 구한다.
   ㄱ) 상하좌우 방향 경사도 = (대상 셀의 고도 - 인접셀의 고도) / 100
   ㄴ) 대각선 방향 경사도 = (대상 셀의 고도 - 인접셀의 고도) / 141.4
   ㄷ) 경사도는 음의값을 가지지 못하고, 음수값은 0으로 대체한다.
2) 각 경사도 값을 비교하여 가장 큰값을 만들어 내는 인접 셀에 대해 그 인접 셀에서 대상 셀로의 방향이 Flow Direction

방향이 된다.
3) 위의 과정을 모든 셀에 대해 수행하여 Flow Direction Grid를 생성한다.

Slope Length(경사길이) : 각 Cell에 대해 그 Cell의 Aspect 반대방향으로 직선상에 위치하는 능선과의 거리

(3)기타

Flow Accumulation Grid(집수량 그리드)
1) 먼저 모든 셀들에 대해 그 주위의 셀들로부터 흘러들어올 수 있는 모든 물을 다 모은다.
2) 그리하여 배수되지 않은 흘러 들어올 수 있는 셀들이 없도록 한다.
3) 그 후, 각 셀들에 대해 자신 셀의 물이 흐르는 방향으로 자신이 가지고 있는 물을 넘긴다.
4) 위의 과정을 흐를 수 있는 물을 가진 셀이 없을때까지 반복 수행한다.
5) 물이 한번 씩 전달될 때마다 Counting을 해주면 그 Counting된 수가 집수량이 된다.
6) 수행 속도 증진을 위해 precise값을 두어, precise값을 증가시키면 좀 더 정밀한 집수량을 구할 수 있다.

(보통 precise = 200)

Aspect Grid(향 그리드)
1) 향방향을 구하고자 하는 셀의 각 꼭지점의 좌표와 고도를 얻는다.
2) 꼭지점의 고도를 이용하여 기준이 되는 수평선과 수직선을 구한다.
3) 수평선과 수직선의 비에 대한 tangential값을 이용하여 Aspect를 구한다.
4) 현재 향은 8방향값만을 가지도록 설정되어 있다.
5) Aspect가 1이면 평지이므로 향이 없는 것을 뜻한다.

   Ridge Grid(능선 그리드) : 집수량이 0이고 인접 셀과 향이 반대방향으로 나타나는 곳
   1) 집수량이 0 인 셀을 탐색한다.
   2) 탐색된 셀에 대해 8방향으로 인접한 셀의 향(Aspect)를 조사하여 대상 셀과 반대방향을 가진 셀이 있는지 조사한다.
   3) 위의 조건을 만족하면 Ridge Cell로 Marking한다.

Slope Length Grid(경사길이 그리드) : 경사길이는 각 셀에 대해 그 셀의 향 방향으로 가장 가깝게 존재하는 능선과의 직선 거리라고 볼 수 있다.
1) 셀의 flow direction 방향을 조사한다.
2) 향이 1이면 평지이므로 경사 길이가 없는 것으로 한다.
3) 향의 방향값에 따라 향의 반대 방향으로 셀을 이동시키면서 이동된 위치의 셀이 능선셀인지 아닌지를 조사한다.
4) 능선셀에 도착하게 되면 능선셀의 좌표값을 얻어오고 대상셀의 좌표값과 능선셀의 좌표값을 이용하여 직선 거리를

구하면 그 값이 경사길이가 된다
5) 셀이 능선셀을 탐색 하면서 이동하다가 능선셀을 찾기 전에 지도의 끝에 도달하게 되면 그 셀의 향방향으로는 능선이

   존재하지 않는 것으로 판정하여 경사길이가 없는 것으로 한다.
6) 반환 값 : 대상셀이 능선이면 반환값 => 0
   대상셀이 평지이면 반환값 => 1
   능선탐색에 실패하면 반환값 => -1

Slope Grid(경사도 그리드) : 각 셀의 기울어진 정도를 말한다.
1) 셀이 어느방향으로 기울어 졌는지 알 수 없으므로 셀의 향방향에 따라 경사도를 구하기 위한 두 점을 잡는다.
2) 그 후 두 점 사이의 거리와 고도 사이의 간격을 이용하여 셀 사이의 샘플링 개수를 얻는다.
3) 각 샘플링 개수만큼의 경사도의 평균값이 해당 셀의 경사도가 된다.

Slope Shape Grid(사면형태 그리드)
1) 대상셀의 고도가 0인 경우 사면이 아니므로 사면형태가 없는 것으로 간주한다.
2) 대상셀의 향이 1인 경우 사면형태가 없는 것으로 간주한다.
3) 셀이 지도의 각 모서리 부분이 사각지대에 위치한 경우의 처리를 해준다.
4) 셀이 가장자리 변에 위치한 경우의 처리를 해준다.
5) 셀이 가장자리 2번째 변에 위치한 경우의 처리를 해준다.
6) 셀의 flow direction 방향 전후로 각각 2개의 경사도를 얻어 온 후, 그 경사도를 비교하여 능선쪽으로 가까워 질수록

   경사도가 증가하면 하강사면, 경사도가 감소하면 상승사면, 경사도가 같으면 평행사면으로 결정한다.
7) 전후방향 경사도에 의한 선정결과가 다르면 복합 사면으로 판정한다.
8) 반환값 :
   사면형태가 없는 경우 반환값 : 0
   상승사면인 경우 반환값 : 1
   평행사면인 경우 반환값 : 2
   하강사면인 경우 반환값 : 3
   복합사면인 경우 반환값 : 4

Slope Position Grid(사면위치 그리드)
1) 대상셀의 향이 1인 경우 사면위치는 0 이다.
2) 능선을 찾지 못하는 경우 사면위치는 0 이다.
   => 능선을 찾지 못하는 경우 :
   ㄱ) 탐색을 수행 중 능선을 만나지 못하고 지도의 경계부분에 도달하는 경우
   ㄴ) 탐색을 수행 중 능선을 만나지 못하고 고도가 낮아지는 경우(요건 아직 미수행)
2) 계곡을 찾지 못하는 경우 사면위치는 0 이다. => 계곡을 찾지 못하는 경우 :
   ㄱ) 탐색을 수행 중 능선을 만나지 못하고 지도의 경계부분에 도달하는 경우
3) 대상셀의 향을 구한다.
4) 향의 반대방향으로 능선 셀을 탐색한다.
5) 향 방향으로 계곡셀까지 탐색한다.
6) 탐색된 능선셀과 계곡셀의 좌표를 구해 대상셀과의 위치관계를 수치화한다.
   능선셀과 대상셀까지의 직선거리 : L1
   능선셀과 계곡셀까지의 직선거리 : L
   사면위치 : L1 / L
7) 반환값 :
   대상셀이 능선인 경우 반환값 : 0.0
   대상셀이 평지인 경우 반환값 : 1.0
   능선탐색 실패한 경우 반환값 : -1.0
   계곡탐색 실패한 경우 반환값 : -2.0

3. 산사태(Landslides) 위험도

산사태 위험판정인자들의 값을 계산하여 다변량해석법 등을 이용 산사태판정기준표(산림청 1998)등으로 위험등급을 구하는

방법을 GIS을 이용하여 작성하거나 새로운 수치지도의 인자를 적용하여 다양하게 예측하는 기법이 있습니다.

산사태판정기준표(산림청 1998)

산사태 위험도 등급판정표

산사태 위험도 작성

산사태 위험도 예시

산사태 물질이동경로 가시화

산사태 위험 분포도

4. 산사태위험지관리시스템 구성도

산사태 관리의 산림행정 효율화를 위하여 산사태관리 업무프로세스를 지원 할 수 있는 최적화된 통합정보시스템 개발이 요구

되는 실정으로서 축적된 산사태 관련 발생 기초자료와 산림GIS를 연계하여 산사태 예방관리를 위한 정보획득이 가능한 시스템을

구축하고자 한다. 그림 103은 산사태위험지관리시스템의 추진 배경으로서 크게 산사태위험지 관리, 산사태 복구를 위한 지원,

산림GIS 정보와 연계한 정보시스템 개발, 산사태 예보를 위한 시스템 등의 측면에서 추진배경을 설명하고 있다.

산사태위험지관리시스템은 산사태발생지관리, 산사태예방관리, 사방댐대장관리, 사방시설대장관리, 사방지지정관리, 사방사업

관리, 사방사업보상관리, 산림유역사업관리대장관리 등의 업무로 구성되어 있다. 이에 산림청, 지방산림청, 국립산림과학원 등

에서 이에 대한 자료를 입력하고 열람하는 등의 구조를 갖고 있다

기능구성도

산사태위험지관리시스템의 활용을 통하여 산림행정업무의 효율성을 제고하고, 대민 서비스 향상을 가져오며, 산사태 관련

산림정책수립에 필요한 기초자료로의 활용 및 고품질 의사결정을 지원할 수 있다. 그림은 산사태위험지관리시스템의
기대효과로서 크게 산사태관리 업무의 효율화, 과학적인 산사태 예방관리 및 피해경감, 산림지리정보와 기상정보 등을 연계한

위험지 예측과 의사결정지원 시스템으로의 활용 등이 있다.

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jjpapa(msf0604)

2011.06.09 23:10

좋은 자료 감사히 보았습니다.

arcgis에서 적용해볼려니 쉽지 않은 것 같습니다.

arcgis용 tool이거나 좀더 자세히 공간분석을 할 수 있는 자료는 없을까요?

산사태에서 경사지위험도 분석이 가장 까다로운 것 같습니다.

연락부탁드립니다.

m7423@unitel.co.kr

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