전국 산림자원조사 자료를 이용한 국가 산림통계 산출 기반 구축

일반적으로 국가산림자원조사에서는 전체 산림자원의 정보를 추정하기 위하여 표본조사 방법에 따른 야외조사를 실시한 후 산림통계량을 산출하고 있다. 하지만 기본계획구의 하부 행정단위인 소면적 시군구의 경우에는 야외 표본점의 개수가 적기 때문에 산림통계를 산출하는 데 어려움이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위하기 대면적의 정보를 포함하는 위성영상을 이용하여 관측지점과 미 관측지점의 분광값들을 이용하여 미 관측지점의 산림정보를 추정할 수 있는 기법들이 개발되어 왔다. 특히 최근린 기법은 미 관측지점의 산림정보를 추정하기 위하여 관측지점의 정보를 활용하기 때문에 다른 추정기법에 비하여 상대적으로 정확한 정보를 제공할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 이 기법은 핀란드를 비롯한 유럽의 임업선진국과 미국 등에서 국가산림자원조사와 연계하여 소면적 산림 지역의 산림통계량 산출을 위해 이용되고 있다(Franco-Lopez et al., 2001; Lappi, 2001; Katila 등, 2000). 최근 대면적의 정보를 포함하는 위성영상을 이용하여 관측지점과 미 관측지점의 분광값들을 이용하여 미 관측지점의 산림정보를 추정할 수 있는 기법이 개발되어 왔다. 특히 소면적 산림통계 산출에 적합한 방법 중의 하나인 최근린 기법(kNN)은 미 관측지점의 산림정보를 추정하기 위하여 관측지점의 정보를 활용하기 때문에 다른 추정기법에 비하여 상대적으로 정확한 정보를 제공할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 이 기법은 핀란드를 비롯한 유럽의 임업선진국과 미국 등에서 국가산림자원조사와 연계하여 소면적 산림 지역의 산림통계량 산출을 위해 이용되고 있다(Franco-Lopez et al., 2001; Lappi, 2001; Katila 등, 2000). 최근린 기법에서 k번째 이웃 참조 표본점의 선정은 목표 표본점과 참조 표본점에서 관측된 분광값들의 유사성(또는 거리)에 의해 결정되어진다. 본 연구에서는 위성영상(Landsat TM-5)을 부가정보로 이용하는 k-NN 기법과 부가자료를 이용하지 않고 표본층별 산림면적 및 ha당 평균 임목축적을 산출하는 기본계획구 기반 합성추정 방법 및 공간통계 기반 합성추정 방법과 같은 3가지 소면적 산림에 대한 임목축적을 산출 방안을 비교하였다. 앞에서 분석한 바와 같이 3가지 방법은 모두 소면적의 산림통계를 추정하는데 큰 문제가 없는 것으로 평가되었다. 다양한 산림통계 추정기법 중에서 적합한 방법을 선택하는데 반드시 고려하여야 할 점은 각 추정기법의 추정능력뿐만 아니라 추정의 효율성과 비용 등과 같은 부수적인 요소도 포함된다. 위성영상을 부가자료로 이용하는 k-NN 기법은 산림통계의 산출 및 임분변수의 주제도 제작이 가능한 장점이 있지만 부가자료인 위성영상을 구입해야 하는 등 추가적인 비용과 함께 자료 분석을 위해 위성영상처리 프로그램이 필요하기 때문에 다른 방법에 비해 비용효율이 낮은 문제를 가지고 있다. 한편 합성추정 기법을 적용할 경우 간단한 방법으로 부가정보가 없이 산림통계를 산출할 수 있는 장점을 가지고 있다. 합성추정 기법 중에서 공간통계 기반 합성추정량는 목표 시군의 표본층별 면적 비율과 ha당 평균축적을 추정하기 위해 주변 시군을 포함하는 가상 시군(super-county)을 적용하기 때문에 기본계획구 전체를 보정자료로 활용하는 기본계획구 기반 합성추정 방법에 비해 상대적으로 간단하면서도 정도(精度)가 높은 추정치를 얻을 수 있는 것으로 판단된다. 특히 합성추정 방법은 k-NN 기법과 비교하여 부가자료를 이용하지 않기 때문에 비용 효율적인 방법으로 평가된다. 결과적으로 본 연구에서 소면적 산림통계 산출을 위해 적용한 3가지 추정기법 중에서 목표 시군과 인접한 가상시군을 활용하는 공간통계 기반 합성추정 기법이 가장 적합한 것으로 평가된다. 이 기법의 경우 ha당 평균 임목축적을 추정하기 위해 인근 지역의 정보를 이용하여 비교적 정확한 산림통계의 추정이 가능하지만, 추정에 필요한 정보인 산림면적 비율이 경우에 따라서는 현실 임분과 다소 차이가 발생하는 경우도 있어 추정치의 정도(精度)가 낮아질 수도 있다. 소면적 추정기법 중의 하나인 합성추정량(synthetic estimator)은 부가적인 자료를 사용하지 않고 대면적에서 동일한 방법으로 수집된 자료를 보정자료로 이용하기 때문에 쉽게 적용이 가능한 방법이다. Gonzales(1973)는 합성추정량을 적용하기 위해서는 보정자료의 선정에 있어서 소면적의 특성과 유사한 범위에 포함된 자료를 활용되어야 하며, 이러한 가정이 충족되지 않으면 추정치의 편의(bias)가 큰 것으로 보고하였다. 제4차 국가산림자원조사에서는 기본계획구별 자료에 근거하여 산림통계를 산출하기 때문에 지리적으로 가까운 시군구의 경우 공간적으로 유사한 산림특성을 보임에도 불구하고 서로 다른 기본계획구에 포함되어 있으면, 서로 다른 표본 자료를 보정자료로 이용하는 불합리한 문제점을 가지고 있다(임업연구원, 1996). 따라서 본 연구에서는 보정자료를 선정하는 방법으로 제4차 국가산림자원조사에서 이용하였던 기본계획구 자료를 이용하는 방법과 표본점의 GPS 좌표를 이용하여 공간적으로 인접한 시군구에 포함되는 표본점 자료를 이용하는 방법의 2가지 기법을 적용하여 비교하였다. 조사 목적에 해당하는 변수 Y를 직접 조사하는 것은 비용이 많이 들지만 Y와 상관이 높은 보조 변수 X를 조사하는 것은 비용이 적게 든다. 이 경우 1단계로 큰 규모의 예비표본을 추출하여 xi의 값에 따라서 층화(모집단을 서로 중복되지 않는 몇 개의 그룹으로 나누는 것)한 후에 2단계로 각 층에서 부차표본을 추출하여 목적 변수 Y를 조사하는 것을 이중추출이라고 한다. 여기서 보조변수 X를 조사하기 위한 대표본을 1단계 표본이라고 부르고, 목적변수 Y를 조사하기 위한 소표본을 2단계 표본이라고 부른다. 이중추출의 목적은 보조변수 X와 관심변수 Y의 관계를 이용하여 보다 정도(precision)가 높은 추정량을 구하는 데 있다. 이중추출을 이용하는 경우는 두 가지로 구분된다. 첫 번째는 1단계 표본에 의한 보조변수에 대한 정보를 이용하여 층화를 하고 이로부터 2단계 표본을 추출할 때이다. 두 번째 경우는 보조변수 X의 조사 결과를 비추정 또는 회귀추정의 보조변수로 활용하기 위함이다. 이중추출법을 채택할 경우 모니터링 조사에서는 표본의 개수를 줄임으로서 조사예산이나 인력을 줄일 수 있는 장점이 있다. 즉, 이 방법을 모니터링 조사에 채택할 경우 표본의 개수가 줄어드는 만큼의 여력을 이용하여 산림건전도와 같은 산림통계를 추가적으로 조사할 수 있는 특징을 갖는다. 본 연구에서 이중추출법을 모니터링 조사의 대안으로 고려하였던 것은 산림건전도 조사의 필요성이 있었기 때문이다. 하지만 산림청의 정책에 의해 산림건전도 조사는 국가산림자원조사와 별도로 수행되고 있다. 결과적으로 이중추출법의 장점에도 불구하고 표본의 개수가 감소한 만큼 추가적으로 시행할 수 있는 조사 항목이 마땅하지 않은 문제를 가지고 있다. 특히 이중추출법은 사전정보에 의해 통계치의 정도(精度)를 확보할 수 있다고는 하지만 전체 표본점의 재조사에 비해서는 상대적으로 정확도가 낮아지는 문제를 가지고 있다. 한편 부분대체 표본추출법은 다양한 장점에도 불구하고 가장 커다란 문제점은 제5차 국가산림자원조사의 표본점과는 별도의 새로운 표본점을 배치하고 조사해야 한다는 점이다. 따라서 부분대체 표본추출법은 모니터링 조사를 위한 새로운 표본조사 방법으로서는 적합하지 않은 것으로 평가된다.