북한 지역의 자연환경 우수지역 평가를 위해 선행연구의 지표 체계와 방법론을 검토하고, Sentinel-2 위성영상 및 오픈 GIS를 활용한 분석 방안을 고찰함. doc_id PCY_201702210409013131_2

공간 기반의 자연환경평가 선행연구를 검토하여 사용된 지표 체계를 살펴본 결과, 이러한 지표 체계는 크게 비생물요인, 생물요인, 패치 관련 지표, 위협요인으로 나눌 수 있었다. 비생물요인으로는 지형, 토양, 수계, 기상 관련 지표와, 산림에서 추출할 수 있는 임상도의 영급, 경급, 산림의 밀도, 녹지면적, 층위구조 등 서식처의 환경과 관련된 항목들을 이용하고 있었으며, 현장조사 기반의 동물다양성, 식생 종 다양성 등의 항목들을 평가에 용하고 있었다. 그리고 원격탐사를 이용한 식생지수들 또한 생물 간 상호작용을 평가하기 위해 이 용되고 있었다. 패치와 관련된 지표에서도 패치의 규모와 관련된 면적, 개수, 밀도, 둘레길이와 같은 항목들과 둘레길이와 면적을 이용한 다양한 형태지수와 같은 패치의 형태에 따른 평가, 그리고 패치들의 연결성을 고려하는 항목들이 패치 관련 평가지표로 이용되고 있었다. 그리고 위협요소로는 인간의 활동으로 인한 토지이용과 도시와 도로를 포함한 교통시설로부터의 거리 등 개발 취약지, 인구밀도, 기업분포, 주거밀도 등 다양한 사회적 요소들 또한 위협요소로 평가되고 있었다. 보전지역 설정을 위한 자연환경성 평가 관련 연구들의 국내외 연구 리뷰 결과, 다양성, 자연성, 희귀성, 잠재성, 규모가 보전지역 설정에 있어서 자연환경성 평가항목으로 중요한 요인으로 활용되었으며, 자연환경의 우수성뿐만 아니라 인간 또는 자연에 의한 위협요인들을 평가하는 허약성(위협요인) 항목 또한 중요하게 고려해야 하는 평가항목으로 도출되었다. 각각의 항목마다 평가를 위한 평가지표들을 살펴보면, 규모는 식생 패치의 면적을 이용하였으며 임상도와 토지피복지도 자료를 활용할 수 있다. 다양성 항목은 전국자연환경조사를 기반으로 작성된 생태자연도를 활용하여 동물다양성 및 식물 종 다양성의 평가가 가능할 것으로 판단된다. 자연성 항목은 생태자연도와 임상도의 영급과 경급을 이용한 평가와 비오톱지도와 영상으로부터 획득한 식생 활력도 등을 이용한 평가가 가능하다. 희귀성은 현장조사 기반의 멸종위기 동식물 조사 지점을 기반으로 평가를 수행해야 하며, 허약성은 토지피복지도, 도로망도를 이용하여 토지이용(피복), 마을, 도로로부터의 거리 등을 평가할 수 있다. 잠재성 또한 비오톱지도와 임상도 토양자료를 통해 평가가 가능할 것으로 조사되었다. 박은경(2014)은 매수토지 관리를 위해 적합한 평가지표 및 기준 설정을 위하여 매수토지 평가항목 및 평가기준을 설정하고, 경관생태적 매수토지 평가 및 평가등급을 산정하고자 하였다. 이를 위해 2002년 동강 유역을 대상으로 2003년부터 2012년까지 매수된 토지를 대상으로 연구를 수행하였으며, 보호지역 내 매수 토지를 생태적으로 평가하기 위한 평가항목 및 평가기준 개발과 평가등급 설정기준을 제시하고자 하였다. 평가항목 및 평가기준의 검증을 위해 국내외 문헌 및 보고서 등을 참고하여 전문가 설문 및 직접면담으로 평가항목 및 평가기준을 검증받았다. 평가기준은 입지조건에 따라 수생태형, 육상생태형, 취락/도시생태형으로 대분류 하였다. 이 중 육상생태계의 평가항목들을 살펴보면, 임야형, 경작지형, 시설입지형, 습지계곡형으로 구분하였다. 중분류 항목을 환경생태 위협요인, 생태적 다양성, 생태적 안정성, 잠재성으로 구분하여 각각의 평가항목을 선정하였으며, 각각의 평가항목은 3점 척도로 AHP 결과와 접목하여 종합평가에 활용하였다(박은경, 2014). 국토의 자연환경성 평가는 선행연구에서 살펴본 바와 같이 평가항목을 선정하고 각각의 항목에 등가중치를 적용하여 중첩분석하거나, 전문가 자문을 통한 가중치를 적용하여 중첩 분석함으로써 자연환경성을 평가하였다. 또는 연구자가 평가와 관련된 조건을 설정하고 해당 조건들을 만족하는 자연환경에 해당 등급을 적용하는 방법이 대부분이다. 이때 자연환경성 평가에서 이용하는 평가항목 DB들은 해당 분야의 전문기관에서 구축하고 정확도까지 검증한 공신력 있는 자료이다. 하지만 북한 지역의 자연환경성 평가방법을 위해 이용할 수 있는 데이터는 앞에서 살펴본 봐와 같이 기존에 구축되어 있는 대분류 토지피복지도, 수치지형도와 북한 지역이 촬영된 영상자료에 한하여 제한되고 있어 기존의 자연환경성 평가방법론을 적용하기에 한계가 있다. 본 연구에서 검토한 위성역상으로부터 구축된 식생지수들 또한 자연환경성 평가에 활용 가능한지에 대한 판단도 모호한 부분이 있다. 국제적 지표, 공간 기반 자연환경관리, 보전지역 자연환경성 평가의 선행연구 검토를 통해 가장 적합한 환경성 평가 관련 방법론을 도출하고자 하였다. 이러한 선행연구에서는 각 지표의 공간적 레이어에 등가중치를 적용한 중첩분석의 수행, 전문가 기반 또는 AHP (Analytic Hierarchy Process) 방법을 통한 가중치의 선정, 또는 연구자가 임의로 평가항목마다 가중치를 부여한 레이어의 중첩 분석을 수행하여 자연환경성을 평가하고 있었다. 또는 연구자가 평가와 관련된 조건들을 제시하고, 해당 조건에 만족하는 자연환경에 해당 등급들을 부여하는 방법과 국토환경성 평가지도와 같이 최소지표법을 적용하여 가장 높은 등급을 해당 지역의 자연환경성 평가등급으로 지정하는 방법들을 이용하고 있었다. 이 외에 동식물의 서식처와 관련하여 로지스틱 회귀분석 또는 다변량 회귀분석을 이용하여 항목마다 가중치와 평가등급을 확률통계 기반의 모델을 이용하여 결정하는 방법론을 사용한 선행연구들도 있었다. 이러한 회귀분석을 통해 각 지표가 자연환경성에 미치는 영향을 파악할 수 있었다. 본 연구에서는 이러한 선행연구들의 검토를 통해 북한의 제한된 환경정보를 이용하여 자연환경 우수지역을 평가할 수 있는 방법론을 고려하였다. 최근 유럽우주기구(ESA: European Space Agency)에서는 지구 관측 정보를 누구나 활용할 수 있도록 공개하여 제공하고 있으며, 특히 2015년에는 Sentinel- 2 위성이 발사에 성공하여 운영되고 있다. 본 연구에서 필요한 위성영상은 한반도 전체를 대상으로 하며, 균질성과 최신성을 만족할 수 있는 자료로 Sentinel-2 영상은 이에 아주 적합한 영상자료이다. 특히 본 위성영상은 25km의 트랙을 따라서 촬영하고 100km 단위의 타일로 제공되기 때문에 동일시기의 한반도 전체에 대한 정보를 신속하게 얻을 수 있다. 또한 파장대역이 가시광선과 근적외선 영역 외에 식생을 보다 면밀히 분석할 수 있는 Vegetation Red Edge 밴드를 4개 포함하고 있으며, 수증기와 구름, 해안과 에어로졸을 관측할 수 있는 4개의 밴드를 갖추고 있다. 공간해상도는 가시광선과 근적외선 영역이 10m로 매우 정밀하며, 현재 구축되어 있는 환경주제도 등과의 중첩 등 분석에 있어서 활용이 가능하므로 본 연구에 가장 적합한 위성영상자료라고 할 수 있다. 최근 들어 기존의 원격탐사를 위한 전문 프로그램 외에 누구나 널리 쉽게 사용할 수 있는 오픈 GIS 프로그램들이 생겨나고 있다. 대표적으로 QGIS를 들 수 있는데 전 세계의 개발자들이 플러그인 형태로 지속적인 분석 툴을 제공하고 있다. C++과 Python언어를 기반으로 대용량 자료의 신속한 처리가 가능하다. 따라서 QGIS의 Semi-Automatic Classification Plugin을 이용하여 토지피복분류를 수행하였다. 분류항목은 산림, 초지, 습지, 나지, 농경지, 수역, 시가지의 7가지로 환경부의 대분류 체계로 하였고, 영상에서 각 분류 항목별로 명확한 훈련지역을 추출하는 감독분류기법을 사용하였다. 분류 순서는 데이터 로딩과 입력자료의 설정, 훈련지역 추출을 위한 벡터자료 생성과 그 특성에 따른 대상 물질별 스펙트럼 반사율 곡선의 생성, 각 훈련지역별 자동영역 성장 알고리즘을 활용한 추출, 분류 알고리즘을 통한 미리보기 및 추가·보완 추출 순으로 진행하였다.